Bevezetés
Az átlátszótól a feketéig, beleértve a szivárvány minden színét, a körömzselék (a kikeményedő) és a körömlakkok (a levegőn száradó) piacán sokféle termék kapható. Még ha az első kiválasztási szempont gyakran esztétikai is, a fogyasztó olyan terméket is szeretne, amelyet praktikusan lehet alkalmazni, és amely a kívánt felületet és teljesítményt nyújtja. Ehhez a tökéletes körömzselének vagy körömlakknak viszonylag folyékonynak kell lennie, hogy könnyen felhordható legyen ecsettel, de ne folyjon ki a körmön. A száradási vagy kikeményedési időnek a lehető legalacsonyabbnak kell lennie, és a hibátlan megjelenés érdekében sima felületet kell eredményeznie. Végül az is kívánatos, hogy a manikűr tartós legyen, anélkül, hogy túl nehéz lenne eltávolítani.
A körömzselék egyes típusai UV-lámpát igényelnek a gyógyuláshoz. Ezek a termékek tartalmaznak egy fotoiniciátort, amely beindítja a keményedési reakciót, amint a gél érintkezik a lámpa által kibocsátott megfelelő hullámhosszúsággal.
Az expozíciós idő, a lámpa hullámhossza és intenzitása nagy jelentőséggel bír ahhoz, hogy a körömzselé megfelelően gyógyuljon.
Kísérleti
Három körömzselé UV-keményedését két különböző módszerrel jellemezték:
- Differenciális pásztázó kalorimetria (DSC): a keményedés sebességére és idejére vonatkozó információk megszerzésére használták.
- Rotációs reometria a körömzselék modulusváltozásának jellemzésére az UV-expozíció során.
A minták színei vörös, fekete és világos voltak. A tiszta minta szuszpendált csillámokat tartalmazott.
Az 1. táblázat összefoglalja azokat a feltételeket, amelyek mellett a három különböző mintát vizsgálták.
1. táblázat: Mérési feltételek
| DSC | Készülék | DSC 300 Caliris® H-modullal |
|---|---|---|
| A minta tömege | 3.0 mg | |
| Tégely | Concavus®® (alumínium, nyitott) | |
| Hőmérséklet | 30°C (IzotermikusAz ellenőrzött és állandó hőmérsékleten végzett vizsgálatokat izotermikusnak nevezzük.izotermikus) | |
| Atmoszféra | Nitrogén (20 ml/perc) | |
| Lámpa | Omnicure® S 2000 (hullámhossz-tartomány: 320-500 nm) | |
| Expozíció időtartama | 180 s | |
| Rotációs reometria | Készülék | Kinexus |
| Geometria | PP8 (lemez/lemez, átmérő: 8 mm) | |
| Rés | 250 μm | |
| Hőmérséklet | 25°C | |
| Atmoszféra | Környezet (levegő) | |
| Lámpa | Omnicure® S 2000 (hullámhossz-tartomány: 320-500 nm) | |
| Expozíció időtartama | 30 s |
DSC - működési elv
Az ISO 11357 szabvány alapján a hőáram DSC olyan technika, amelyben a mintatégelybe és a referenciatégelybe áramló hőmennyiség közötti különbséget a hőmérséklet és/vagy az idő függvényében határozzák meg. Egy ilyen mérés során a mintát és a referenciát ugyanannak a szabályozott hőmérséklet/idő programnak és atmoszférának vetik alá.
Rotációs reometria (rezgésmérés) - működési elv
A felső lemez meghatározott f [Hz] (vagy ω [rad/s]) frekvenciával és amplitúdóval [%] (vagy γ [%] nyírási alakváltozással), γ = γo + sin (ωt), rezeg.
Az ehhez a rezgéshez szükséges σ [Pa] nyírófeszültséget meghatározzuk: σ = σ0 + sin(ωt+δ).
Eredmény: Meghatározzuk a minta viszkoelasztikus tulajdonságait, különösen a G* komplex merevségét (|G*| [Pa]-ban).
A G* "fázison belüli" része a rugalmas tulajdonságokkal (→ G', tárolási nyírási modulus), a "fázison kívüli" része a viszkoelasztikus anyag viszkózus tulajdonságaival (→ G'', veszteségnyírási modulus) függ össze.
Hőelemzés és a gyógyulás sebessége
A DSC-görbéken a keményedési hatások exoterm hatások formájában figyelhetők meg. A keményedési reakciót hő vagy UV-fény indíthatja el, ha UV-lámpával felszerelt DSC-t használunk (foto-DSC).
Az 1. ábra a három körömzselé UV-expozíciója során kapott foto-DSC-görbéket ábrázolja. A csúcs területe a keményedési entalpiát jelöli. Minél magasabb az érték, annál több energia szabadul fel a reakció során.
A csillámokat tartalmazó átlátszó minta keményedési csúcsa a legmagasabb reakcióentalpiával (211 J/g) rendelkezik. Ez nem jelenti azt, hogy a reakció befejezéséhez több időre van szüksége, mint a másik kettőnek. Valójában ez az, amelyik a leggyorsabban reagál, amint azt a görbe meredeksége is mutatja a csúcsmaximum elérése előtt: Ez a legmeredekebb ennél az anyagnál. A 2. ábra, amely mindhárom minta konverziós sebességét ábrázolja, jól szemlélteti ezt az eredményt. Minél magasabb a csúcsmaximum értéke és minél meredekebb a csúcsmaximum előtti meredekség, annál gyorsabb az átalakulási sebesség. Következésképpen a csillámokkal ellátott átlátszó minta esetében a leggyorsabb a keményedés (a csúcsmaximum már 11,5 másodperccel az UV-fénynek való expozíció után elérte a legmagasabb, 7,0%/s konverziós sebességet).
Ezzel szemben a fekete minta ellenkező viselkedést mutat. A reakció a leglassabb (a görbe fokozatosabb lejtése a csúcsmaximum előtt, ami 12,3 s-nál 3,8%/s csúcsmaximummal rendelkező konverziós sebességgörbéhez vezet), és a legalacsonyabb energiafelszabadulással jár (127 J/g).
A vörös körömzselé a másik kettő között mutatja a keményedési viselkedést, mind a reakciósebesség, mind a keményedési entalpia tekintetében.
A 3. ábra mindhárom minta Komplex modulusA komplex modulus két komponensből, a tárolási és a veszteségmodulból áll. A tárolási modulus (vagy Young-modulus) a merevséget, a veszteségmodul pedig a megfelelő minta csillapítási (vagy viszkoelasztikus) viselkedését írja le a dinamikus mechanikai analízis (DMA) módszerével. komplex modulus görbéjét mutatja. Keményedés előtt minden minta hasonló, 70-80 Pa merevséggel rendelkezik. A modulus jelentős növekedése azt jelzi, hogy a keményedés megkezdődött. A DSC-hez hasonlóan a görbe meredeksége a reakciósebességgel függ össze. Az eredmények korrelálnak a DSC-vel kapott eredményekkel: a csillámokkal ellátott világos körömzselé keményedik a leggyorsabban, és a fekete minta mutatja a három minta közül a leglassabb keményedést.
A minták a végső modulusukban is különböznek. A csillámokkal ellátott világos gél modulusa 6 dekával nő a kikeményedés során, míg a fekete gélé kevesebb mint 4 dekával. Ez azt jelenti, hogy a világos gél mutatja a legnagyobb merevséget a kikeményedés után.
Ezen kívül a 4. ábra a G', G'' és δ görbéket mutatja a fekete minta UV-fény alatti keményedési folyamata során. A mérés kezdetén a viszkózus nyírási modulus (G", kék) nagyobb, mint a rugalmas nyírási modulus (G', piros). A fázisszög nagy (több mint 80°). Ez azt jelenti, hogy ilyen mérési körülmények között, a keményedés előtt a körömzselé szinte tökéletes viszkózus folyadékként viselkedik, csak nagyon gyenge rugalmas tulajdonságokkal.
A keményedési reakció a G' és a G'' növekedéséhez vezet. Az UV-expozíció után 7 másodperccel keresztezik egymást. A gyakorlatban a kereszteződés azt jelenti, hogy ettől az időponttól kezdve a keményítéssel felépített hálózat elég erős ahhoz, hogy megakadályozza az anyag áramlását az 1 Hz-nek megfelelő időskálán. A mérés végén a G' és G" görbék még mindig emelkednek, még ha ez az emelkedés nem is jelentős. Az UV-fénynek való kitettség olyan keményedési folyamatot indított el, amely a lámpa kikapcsolása ellenére is képes folytatódni.
Fázisszög
A δ fázisszög (δ = G''/G') egy anyag viszkózus és rugalmas tulajdonságainak relatív mérőszáma. Teljesen rugalmas anyag esetén 0° és teljesen viszkózus anyag esetén 90° között változik.
A magas keményedési sebesség jobbá teszi a mintát?
A gyorsabb gyógyulás előnyös a fogyasztó számára. Ugyanakkor természetesen a manikűr végső tulajdonságai is fontosak az alkalmazás után. A kikeményedés utáni amplitúdó sweep segít megjósolni a gélek viselkedését a kikeményedés után, mivel információt nyújt a belső szerkezetükről.
Ehhez a két szélsőséges minta (tiszta csillámokkal és fekete) lineáris-vizkoelasztikus tartományát hasonlítjuk össze az 5. ábrán.
A fekete körömzselé Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER-felülete szélesebb, alacsonyabb modulus mellett, mint a tiszta mintaé, ami arra utal, hogy a kikeményített fekete gél valószínűleg rugalmasabb.
Még ha a tiszta körömzselé gyorsabban is keményedik, mint a fekete, akkor is törékenyebb tulajdonságokat mutat.
Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER - Lineáris viszkoelasztikus régió
- Az Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER az az amplitúdótartomány, ahol az alakváltozás és a feszültség arányos.
- Az Lineáris viszkoelasztikus régió (LVER)Az LVER-ben az alkalmazott feszültségek nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését (engedékenységét) okozzák, ezért fontos mikroszerkezeti tulajdonságokat mérnek.LVER-ben az alkalmazott feszültségek (vagy feszültségek) nem elegendőek ahhoz, hogy a szerkezet szerkezeti szétesését okozzák, és így a mikroszerkezetet
Következtetés
A DSC és a rotációs reometria két egymást kiegészítő módszer a körömzselék keményedésének jellemzésére.
Mindkét módszer kiemeli a keményedési sebességet. A DSC 300 Caliris® ezen felül információt nyújt a keményedés során felszabaduló energiáról, míg a Kinexus mérésekkel végzett mérések a különböző termékek tulajdonságait hasonlítják össze a keményedés során és után.