Εισαγωγή
Από το διάφανο έως το μαύρο, συμπεριλαμβανομένων όλων των χρωμάτων του ουράνιου τόξου, η αγορά των τζελ νυχιών (αυτά που σκληραίνουν) και των βερνικιών νυχιών (αυτά που στεγνώνουν στον αέρα) προσφέρει μια μεγάλη ποικιλία προϊόντων. Ακόμα και αν το πρώτο κριτήριο selectων είναι συχνά αισθητικό, ο καταναλωτής θέλει επίσης ένα προϊόν που είναι πρακτικό στην εφαρμογή και δίνει το επιθυμητό φινίρισμα και απόδοση. Για το λόγο αυτό, το τέλειο τζελ ή βερνίκι νυχιών πρέπει να είναι σχετικά υγρό για εύκολη εφαρμογή με πινέλο, χωρίς όμως να ρέει έξω από το νύχι. Ο χρόνος στεγνώματος ή σκλήρυνσης θα πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερος και να οδηγεί σε μια λεία επιφάνεια για άψογη εμφάνιση. Τέλος, είναι επίσης επιθυμητό το μανικιούρ να έχει μεγάλη διάρκεια, χωρίς να είναι πολύ δύσκολο να αφαιρεθεί.
Ορισμένοι τύποι τζελ νυχιών απαιτούν μια λάμπα UV για τη σκλήρυνση. Αυτά τα προϊόντα περιέχουν έναν φωτοεκκινητή που θα ξεκινήσει την αντίδραση σκλήρυνσης μόλις το τζελ έρθει σε επαφή με τα κατάλληλα μήκη κύματος που εκπέμπει η λάμπα.
Ο χρόνος έκθεσης, το μήκος κύματος και η ένταση της λάμπας έχουν μεγάλη σημασία για τη σωστή σκλήρυνση του τζελ νυχιών.
Πειραματικό
Η σκλήρυνση με υπεριώδη ακτινοβολία τριών τζελ νυχιών χαρακτηρίστηκε με δύο διαφορετικές μεθόδους:
- Χρησιμοποιήθηκε για να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με την ταχύτητα και το χρόνο σκλήρυνσης.
- Περιστροφική ρεομετρία για τον χαρακτηρισμό της μεταβολής του μέτρου ελαστικότητας του τζελ νυχιών κατά τη διάρκεια της έκθεσης στην υπεριώδη ακτινοβολία.
Τα χρώματα των δειγμάτων ήταν κόκκινο, μαύρο και διαφανές. Το διαφανές δείγμα περιείχε αιωρούμενες λάμψεις.
Ο πίνακας 1 συνοψίζει τις συνθήκες υπό τις οποίες δοκιμάστηκαν τα τρία διαφορετικά δείγματα.
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| DSC | Συσκευή | DSC 300 Caliris® με H-Module |
|---|---|---|
| Μάζα δείγματος | 3.0 mg | |
| Χωνευτήρι | Concavus®® (αλουμίνιο, ανοικτό) | |
| Θερμοκρασία | 30°C (ισοθερμική) | |
| Ατµόσφαιρα | Άζωτο (20 ml/min) | |
| Λαμπτήρας | Omnicure® S 2000 (εύρος μήκους κύματος: 320 έως 500 nm) | |
| Διάρκεια έκθεσης | 180 s | |
| Περιστροφική ρεομετρία | Συσκευή | Kinexus |
| Γεωμετρία | PP8 (πλάκα/πλάκα, διάμετρος: 8 mm) | |
| Διάκενο | 250 μm | |
| Θερμοκρασία | 25°C | |
| Ατμόσφαιρα | Περιβάλλον (αέρας) | |
| Λαμπτήρας | Omnicure® S 2000 (εύρος μήκους κύματος: 320 έως 500 nm) | |
| Διάρκεια έκθεσης | 30 s |
DSC - Αρχή λειτουργίας
Με βάση το πρότυπο ISO 11357, η DSC ροής θερμότητας είναι μια τεχνική στην οποία προσδιορίζεται η διαφορά μεταξύ του ρυθμού ροής θερμότητας σε ένα χωνευτήρι δείγματος και εκείνου σε ένα χωνευτήρι αναφοράς ως συνάρτηση της θερμοκρασίας ή/και του χρόνου. Κατά τη διάρκεια μιας τέτοιας μέτρησης, το δείγμα και η αναφορά υπόκεινται στο ίδιο ελεγχόμενο πρόγραμμα θερμοκρασίας/χρόνου και στην ίδια ατμόσφαιρα.
Περιστροφική ρεομετρία (μέτρηση ταλάντωσης) - Αρχή λειτουργίας
Η άνω πλάκα ταλαντώνεται με καθορισμένη συχνότητα f [Hz] (ή ω [rad/s]) και πλάτος [%] (ή διατμητική παραμόρφωση γ [%]), γ = γo + sin (ωt).
Η διατμητική τάση σ [Pa] που απαιτείται για την ταλάντωση αυτή προσδιορίζεται: σ = σ0 + sin(ωt+δ).
Αποτέλεσμα: Προσδιορίζονται οι ιξωδοελαστικές ιδιότητες του δείγματος, ιδίως η σύνθετη δυσκαμψία του G* (|G*| σε [Pa]).
Το "εντός φάσης" μέρος του G* σχετίζεται με τις ελαστικές ιδιότητες (→ G', μέτρο διάτμησης αποθήκευσης), το "εκτός φάσης" μέρος με τις ιξώδεις ιδιότητες (→ G'', μέτρο διάτμησης απώλειας) του ιξωδοελαστικού υλικού.
Θερμική ανάλυση και ταχύτητα σκλήρυνσης
Τα φαινόμενα σκλήρυνσης μπορούν να παρατηρηθούν στις καμπύλες DSC με τη μορφή εξώθερμων φαινομένων. Η αντίδραση σκλήρυνσης μπορεί να ξεκινήσει είτε με θερμότητα είτε με υπεριώδες φως, όταν χρησιμοποιείται DSC εξοπλισμένο με λυχνία υπεριώδους ακτινοβολίας (photo-DSC).
Στο Σχήμα 1 απεικονίζονται οι καμπύλες photo-DSC που ελήφθησαν κατά την έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία των τριών πηκτωμάτων νυχιών. Η περιοχή κορυφής αντιπροσωπεύει την ενθαλπία σκλήρυνσης. Όσο υψηλότερη είναι η τιμή, τόσο περισσότερη ενέργεια απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης.
Το διαφανές δείγμα που περιέχει γκλίτερς έχει την κορυφή σκλήρυνσης με την υψηλότερη ενθαλπία αντίδρασης (211 J/g). Αυτό δεν σημαίνει ότι χρειάζεται περισσότερο χρόνο από τα άλλα δύο για να ολοκληρωθεί η αντίδραση. Στην πραγματικότητα, είναι επίσης αυτό που αντιδρά πιο γρήγορα, όπως αποδεικνύεται από την κλίση της καμπύλης πριν από την επίτευξη του μέγιστου της κορυφής: Είναι η πιο απότομη για το υλικό αυτό. Το Σχήμα 2, το οποίο απεικονίζει το ρυθμό μετατροπής και για τα τρία δείγματα, απεικονίζει αυτό το αποτέλεσμα. Όσο υψηλότερη είναι η τιμή του μέγιστου κορυφής και όσο πιο απότομη είναι η κλίση πριν από το μέγιστο κορυφής, τόσο ταχύτερος είναι ο ρυθμός μετατροπής. Κατά συνέπεια, η σκλήρυνση είναι ταχύτερη για το διαφανές δείγμα με γκλίτερς (το μέγιστο κορυφής επιτυγχάνεται ήδη στα 11,5 s μετά την έκθεση στο υπεριώδες φως και συνδέεται με τον υψηλότερο ρυθμό μετατροπής 7,0%/s).
Αντίθετα, το μαύρο δείγμα παρουσιάζει την αντίθετη συμπεριφορά. Η αντίδραση είναι η πιο αργή (πιο βαθμιαία κλίση της καμπύλης πριν από το μέγιστο της κορυφής, που οδηγεί σε καμπύλη ρυθμού μετατροπής με μέγιστο κορυφής 3,8%/s στα 12,3 s) και συνδέεται με τη χαμηλότερη απελευθέρωση ενέργειας (127 J/g).
Το κόκκινο τζελ νυχιών παρουσιάζει μια συμπεριφορά σκλήρυνσης μεταξύ των άλλων δύο, τόσο για την ταχύτητα αντίδρασης όσο και για την ενθαλπία σκλήρυνσης.
Στο Σχήμα 3 παρουσιάζονται οι καμπύλες σύνθετου μέτρου και για τα τρία δείγματα. Πριν από τη σκλήρυνση, όλα τα δείγματα έχουν παρόμοια δυσκαμψία 70 - 80 Pa. Η σημαντική αύξηση του μέτρου ελαστικότητας υποδηλώνει ότι έχει αρχίσει η σκλήρυνση. Παρόμοια με την DSC, η κλίση της καμπύλης σχετίζεται με την ταχύτητα αντίδρασης. Τα αποτελέσματα συσχετίζονται με εκείνα που προέκυψαν με το DSC: Το διαφανές τζελ νυχιών με γκλίτερ σκληραίνει ταχύτερα και το μαύρο δείγμα παρουσιάζει την πιο αργή σκλήρυνση από τα τρία δείγματα.
Τα δείγματα διαφέρουν επίσης ως προς το τελικό τους μέτρο ελαστικότητας. Το μέτρο ελαστικότητας της διαφανούς γέλης με γκλίτερ αυξάνεται κατά 6 δεκαετίες κατά τη διάρκεια της σκλήρυνσης, έναντι λιγότερο από 4 δεκαετίες για τη μαύρη γέλη. Αυτό σημαίνει ότι η διαφανής γέλη αποκαλύπτει την υψηλότερη ακαμψία μετά τη σκλήρυνση.
Επιπλέον, στο Σχήμα 4 παρουσιάζονται οι καμπύλες των G', G'' και δ κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σκλήρυνσης υπό υπεριώδες φως του μαύρου δείγματος. Στην αρχή της μέτρησης, το ιξώδες μέτρο διάτμησης (G", μπλε) είναι υψηλότερο από το ελαστικό μέτρο διάτμησης (G', κόκκινο). Η γωνία φάσης είναι υψηλή (πάνω από 80°). Αυτό σημαίνει ότι υπό αυτές τις συνθήκες μέτρησης, πριν από τη σκλήρυνση, το τζελ νυχιών συμπεριφέρεται σχεδόν σαν ένα τέλειο ιξώδες υγρό με πολύ αδύναμες μόνο ελαστικές ιδιότητες.
Η αντίδραση σκλήρυνσης οδηγεί σε αύξηση τόσο του G' όσο και του G''. Διασταυρώνονται 7 δευτερόλεπτα μετά την έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία. Στην πράξη, η διασταύρωση σημαίνει ότι από αυτή τη στιγμή, το δίκτυο που δημιουργείται μέσω της σκλήρυνσης είναι αρκετά ισχυρό ώστε να εμποδίζει τη ροή του υλικού στη χρονική κλίμακα που αντιστοιχεί σε 1 Hz. Στο τέλος της μέτρησης, οι καμπύλες των G' και G" εξακολουθούν να αυξάνονται, έστω και αν η αύξηση αυτή δεν είναι σημαντική. Η έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία ξεκίνησε μια διαδικασία σκλήρυνσης που είναι σε θέση να συνεχιστεί παρά την απενεργοποίηση της λυχνίας.
Γωνία φάσης
Η γωνία φάσης δ (δ = G''/G') είναι ένα σχετικό μέτρο των ιξωδών και ελαστικών ιδιοτήτων ενός υλικού. Κυμαίνεται από 0° για ένα πλήρως ελαστικό υλικό έως 90° για ένα πλήρως ιξώδες υλικό.
Η υψηλή ταχύτητα σκλήρυνσης κάνει το δείγμα καλύτερο
Η ταχύτερη θεραπεία είναι επωφελής για τον καταναλωτή. Ωστόσο, οι τελικές ιδιότητες του μανικιούρ μετά την εφαρμογή είναι φυσικά επίσης σημαντικές. Μια σάρωση πλάτους μετά τη σκλήρυνση μας βοηθά να προβλέψουμε τη συμπεριφορά των πηκτωμάτων μετά τη σκλήρυνση, παρέχοντας πληροφορίες για την εσωτερική δομή τους.
Για το σκοπό αυτό, η γραμμική-βισκοελαστική περιοχή των δύο ακραίων δειγμάτων (διαφανές με γκλίτερ και μαύρο) συγκρίνεται στο Σχήμα 5.
Η Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (LVER)Στο LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν επαρκούν για να προκαλέσουν δομική διάσπαση (yielding) της δομής και, ως εκ τούτου, μετρούνται σημαντικές μικροδομικές ιδιότητες.LVER-πλατεία του μαύρου τζελ νυχιών είναι ευρύτερη με χαμηλότερο μέτρο ελαστικότητας από εκείνη του διαυγούς δείγματος, υποδεικνύοντας ότι το σκληρυμένο μαύρο τζελ είναι πιθανό να είναι πιο εύκαμπτο.
Ακόμη και αν το διαφανές τζελ νυχιών σκληραίνει ταχύτερα από το μαύρο, θα εμφανίσει επίσης πιο εύθραυστες ιδιότητες.
Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (LVER)Στο LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν επαρκούν για να προκαλέσουν δομική διάσπαση (yielding) της δομής και, ως εκ τούτου, μετρούνται σημαντικές μικροδομικές ιδιότητες.LVER - Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή
- Η Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (LVER)Στο LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν επαρκούν για να προκαλέσουν δομική διάσπαση (yielding) της δομής και, ως εκ τούτου, μετρούνται σημαντικές μικροδομικές ιδιότητες.LVER είναι η περιοχή εύρους όπου η παραμόρφωση και η τάση είναι ανάλογες.
- Στην Γραμμική ιξωδοελαστική περιοχή (LVER)Στο LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις δεν επαρκούν για να προκαλέσουν δομική διάσπαση (yielding) της δομής και, ως εκ τούτου, μετρούνται σημαντικές μικροδομικές ιδιότητες.LVER, οι εφαρμοζόμενες τάσεις (ή παραμορφώσεις) είναι ανεπαρκείς για να προκαλέσουν δομική διάσπαση της δομής και συνεπώς μικροδομική
Συμπέρασμα
Η DSC και η περιστροφική ρεομετρία είναι δύο συμπληρωματικές μέθοδοι για τον χαρακτηρισμό της σκλήρυνσης των πηκτωμάτων νυχιών.
Και οι δύο μέθοδοι αναδεικνύουν την ταχύτητα σκλήρυνσης. Η DSC 300 Caliris® παρέχει επιπλέον πληροφορίες σχετικά με την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη σκλήρυνση, ενώ οι μετρήσεις με το Kinexus συγκρίνουν τις ιδιότητες των διαφόρων προϊόντων κατά τη διάρκεια και μετά τη σκλήρυνση.