Introduktion
Fra gennemsigtig til sort, inklusive alle regnbuens farver, tilbyder markedet for neglegele (dem, der hærder) og neglelakker (dem, der lufttørrer) en bred vifte af produkter. Selv om det første udvælgelseskriterium ofte er æstetisk, ønsker forbrugeren også et produkt, der er praktisk at anvende, og som giver den ønskede finish og ydeevne. Derfor skal den perfekte neglelak føles relativt flydende, så den er nem at påføre med en pensel, men uden at flyde ud over neglen. Tørre- eller hærdetiden skal være så lav som muligt og føre til en glat overflade, der giver et fejlfrit udseende. Endelig er det også ønskeligt, at manicuren er langtidsholdbar, uden at den er for svær at fjerne.
Nogle typer neglelak kræver en UV-lampe til Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning. Disse produkter indeholder en fotoinitiator, som sætter gang i hærdningsreaktionen, så snart geleen kommer i kontakt med de passende bølgelængder, som lampen udsender.
Eksponeringstiden, bølgelængden og lampens intensitet er af stor betydning for, at neglegelen hærder på den rigtige måde.
Eksperimentel
UV-hærdningen af tre neglegele blev karakteriseret ved hjælp af to forskellige metoder:
- Differentialscanningskalorimetri (DSC): brugt til at få oplysninger om hærdningens hastighed og tid.
- Rotationsreometri til at karakterisere neglegelens modulændring under UV-eksponering.
Prøvefarverne var rød, sort og klar. Den klare prøve indeholdt suspenderet glitter.
Tabel 1 opsummerer de betingelser, hvorunder de tre forskellige prøver blev testet.
Tabel 1: Målebetingelser
| DSC | Apparat | DSC 300 Caliris® med H-modul |
|---|---|---|
| Masse af prøve | 3.0 mg | |
| Digel | Concavus®® (aluminium, åben) | |
| Temperatur | 30°C (isoterm) | |
| Atmosfære | Kvælstof (20 ml/min) | |
| Lampe | Omnicure® S 2000 (bølgelængdeområde: 320 til 500 nm) | |
| Varighed af eksponering | 180 s | |
| Rotations-reometri | Apparat | Kinexus |
| Geometri | PP8 (plade/plade, diameter: 8 mm) | |
| Mellemrum | 250 μm | |
| Temperatur | 25°C | |
| Atmosfære | Omgivende (luft) | |
| Lampe | Omnicure® S 2000 (bølgelængdeområde: 320 til 500 nm) | |
| Varighed af eksponering | 30 s |
DSC - Funktionelt princip
Baseret på ISO 11357 er heat-flux DSC en teknik, hvor forskellen mellem varmestrømningshastigheden i en prøvedigel og den i en referencedigel bestemmes som en funktion af temperatur og/eller tid. Under en sådan måling udsættes prøven og referencen for det samme kontrollerede temperatur-/tidsprogram og den samme atmosfære.
Rotationsreometri (oscillationsmåling) - Funktionsprincip
Den øverste plade svinger med en defineret frekvens f [Hz] (eller ω [rad/s]) og amplitude [%] (eller forskydningsstamme γ [%]), γ = γo + sin (ωt).
Forskydningsspændingen σ [Pa], der er nødvendig for denne svingning, bestemmes: σ = σ0 + sin(ωt+δ).
Resultat: Prøvens viskoelastiske egenskaber bestemmes, især dens komplekse stivhed G* (|G*| i [Pa]).
Den "indfasede" del af G* er relateret til de elastiske egenskaber (→ G', lagringsforskydningsmodul), den "udfasede" del til det viskose materiales egenskaber (→ G'', tabsforskydningsmodul).
Termisk analyse og hærdningshastighed
Hærdningseffekter kan observeres i DSC-kurverne i form af eksoterme effekter. Hærdningsreaktionen kan igangsættes enten af varme eller af UV-lys, når man bruger en DSC udstyret med en UV-lampe (foto-DSC).
Figur 1 viser de foto-DSC-kurver, der blev opnået under UV-eksponering af de tre neglegele. Peakområdet repræsenterer hærdningsentalpien. Jo højere værdi, jo mere energi frigives der under reaktionen.
Den klare prøve, der indeholder glitter, har en hærdningstop med den højeste reaktionsenthalpi (211 J/g). Det betyder ikke, at den skal bruge mere tid end de to andre til at afslutte reaktionen. Faktisk er det også den, der reagerer hurtigst, som det fremgår af kurvens hældning, før toppen nås: Den er den stejleste for dette materiale. Figur 2, som viser omdannelseshastigheden for alle tre prøver, illustrerer dette resultat. Jo højere den maksimale værdi er, og jo stejlere hældningen er før den maksimale værdi, jo hurtigere er omdannelseshastigheden. Derfor er hærdningen hurtigst for den klare prøve med glitter (peak maximum nås allerede 11,5 s efter eksponering for UV-lys og er forbundet med den højeste konverteringshastighed på 7,0 %/s).
I modsætning hertil udviser den sorte prøve den modsatte adfærd. Reaktionen er den langsomste (en mere gradvis hældning af kurven før maksimum, hvilket fører til en konverteringshastighedskurve med maksimum på 3,8 %/s ved 12,3 s) og er forbundet med den laveste energifrigivelse (127 J/g).
Den røde neglegel viser en hærdeadfærd mellem de to andre, både for reaktionshastigheden og hærdeentalpien.
Figur 3 viser de komplekse moduluskurver for alle tre prøver. Før Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning har alle prøverne en lignende stivhed på 70-80 Pa. Den markante stigning i modulus indikerer, at hærdningen er startet. I lighed med DSC er kurvens hældning relateret til reaktionshastigheden. Resultaterne stemmer overens med dem, der blev opnået med DSC: Den klare neglelak med glitter hærder hurtigst, og den sorte prøve viser den langsomste Hærdning (tværbindingsreaktioner)Bogstaveligt oversat betyder udtrykket "crosslinking" "krydsnetværk". I kemisk sammenhæng bruges det om reaktioner, hvor molekyler knyttes sammen ved at indføre kovalente bindinger og danne tredimensionelle netværk.hærdning af de tre prøver.
Prøverne adskiller sig også i deres endelige modulus. Modulet for den klare gel med glitter stiger med 6 årtier under hærdningen, mod mindre end 4 årtier for den sorte gel. Det betyder, at den klare gel har den højeste stivhed efter hærdning.
Derudover viser figur 4 kurverne for G', G'' og δ under hærdningsprocessen under UV-lys for den sorte prøve. I begyndelsen af målingen er det viskøse forskydningsmodul (G", blå) højere end det elastiske forskydningsmodul (G', rød). Fasevinklen er høj (mere end 80°). Det betyder, at under disse målebetingelser, før hærdning, opfører neglegelen sig næsten som en perfekt viskøs væske med kun meget svage elastiske egenskaber.
Hærdningsreaktionen fører til en forøgelse af både G' og G''. De krydser hinanden 7 sekunder efter UV-eksponering. I praksis betyder overgangen, at det netværk, der er opbygget gennem hærdningen, fra dette tidspunkt er stærkt nok til at forhindre flow af materialet på den tidsskala, der svarer til 1 Hz. I slutningen af målingen stiger kurverne for G' og G" stadig, selv om denne stigning ikke er signifikant. Eksponeringen for UV-lys igangsatte en hærdningsproces, der kan fortsætte, selvom lampen er slukket.
Fasevinkel
Fasevinklen δ (δ = G''/G') er et relativt mål for et materiales viskøse og elastiske egenskaber. Den spænder fra 0° for et fuldt elastisk materiale til 90° for et fuldt viskøst materiale.
Gør en høj hærdehastighed prøven bedre?
En hurtigere hærdning er en fordel for forbrugeren. Men manicurens endelige egenskaber efter påføring er selvfølgelig også vigtige. Et amplitudesweep efter hærdning hjælper os med at forudsige gelernes opførsel efter hærdning ved at give oplysninger om deres indre struktur.
Til det formål sammenlignes det lineære viskoelastiske område for de to ekstreme prøver (klar med glitter og sort) i figur 5.
Lineær viskoelastisk region (LVER)I LVER er de påførte spændinger ikke tilstrækkelige til at forårsage strukturel nedbrydning (eftergivelse) af strukturen, og derfor måles vigtige mikrostrukturelle egenskaber.LVER-plateauet for den sorte neglegele er bredere med et lavere modul end for den klare prøve, hvilket indikerer, at den hærdede sorte gel sandsynligvis er mere fleksibel.
Selv om den klare neglegele hærder hurtigere end den sorte, vil den også udvise mere skøre egenskaber.
Lineær viskoelastisk region (LVER)I LVER er de påførte spændinger ikke tilstrækkelige til at forårsage strukturel nedbrydning (eftergivelse) af strukturen, og derfor måles vigtige mikrostrukturelle egenskaber.LVER - Lineær viskoelastisk region
- Lineær viskoelastisk region (LVER)I LVER er de påførte spændinger ikke tilstrækkelige til at forårsage strukturel nedbrydning (eftergivelse) af strukturen, og derfor måles vigtige mikrostrukturelle egenskaber.LVER er det amplitudeområde, hvor StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning og spænding er proportionale.
- I Lineær viskoelastisk region (LVER)I LVER er de påførte spændinger ikke tilstrækkelige til at forårsage strukturel nedbrydning (eftergivelse) af strukturen, og derfor måles vigtige mikrostrukturelle egenskaber.LVER er de påførte spændinger (eller tøjninger) utilstrækkelige til at forårsage strukturel NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning af strukturen og dermed mikrostrukturel
Konklusion
DSC og rotationsreometri er to komplementære metoder til karakterisering af hærdningen af neglegele.
Begge metoder fremhæver hærdningshastigheden. DSC 300 Caliris® giver desuden oplysninger om den energi, der frigives under hærdningen, mens målinger med Kinexus sammenligner de forskellige produkters egenskaber under og efter hærdningen.