Introduzione
Dal trasparente al nero, passando per tutti i colori dell'arcobaleno, il mercato dei gel per unghie (quelli che polimerizzano) e degli smalti (quelli che si asciugano all'aria) offre un'ampia varietà di prodotti. Anche se il primo selectcriterio è spesso quello estetico, il consumatore vuole anche un prodotto pratico da applicare che dia la finitura e le prestazioni desiderate. Per questo motivo, il gel o lo smalto perfetto dovrebbe essere relativamente liquido per una facile applicazione con il pennello, ma senza fuoriuscire dall'unghia. Il tempo di asciugatura o Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione dovrebbe essere il più basso possibile e portare a una superficie liscia per un aspetto impeccabile. Infine, è auspicabile che la manicure sia di lunga durata, senza che sia troppo difficile da rimuovere.
Alcuni tipi di gel per unghie richiedono una lampada UV per l'indurimento. Questi prodotti contengono un fotoiniziatore che avvia la reazione di Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione non appena il gel viene a contatto con le lunghezze d'onda adatte emesse dalla lampada.
Il tempo di esposizione, la lunghezza d'onda e l'intensità della lampada sono molto importanti affinché il gel per unghie si indurisca nel modo corretto.
Sperimentale
La Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione UV di tre gel per unghie è stata caratterizzata con due metodi diversi:
- Calorimetria differenziale a scansione (DSC): utilizzata per ottenere informazioni sulla velocità e sul tempo di Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione.
- Reometria rotazionale per caratterizzare la variazione di modulo del gel per unghie durante l'esposizione ai raggi UV.
I colori dei campioni erano rosso, nero e trasparente. Il campione trasparente conteneva glitter in sospensione.
La Tabella 1 riassume le condizioni in cui sono stati testati i tre diversi campioni.
Tabella 1: Condizioni di misura
| DSC | Dispositivo | DSC 300 Caliris® con modulo H |
|---|---|---|
| Massa del campione | 3.0 mg | |
| Crogiolo | Concavus®® (alluminio, aperto) | |
| Temperatura | 30°C (isotermica) | |
| Atmosfera | Azoto (20 ml/min) | |
| Lampada | Omnicure® S 2000 (gamma di lunghezze d'onda: 320-500 nm) | |
| Durata dell'esposizione | 180 s | |
| Reometria rotazionale | Dispositivo | Kinexus |
| Geometria | PP8 (piastra/piatto, diametro: 8 mm) | |
| Spazio | 250 μm | |
| Temperatura di esercizio | 25°C | |
| Atmosfera | Ambiente (aria) | |
| Lampada | Omnicure® S 2000 (gamma di lunghezze d'onda: 320-500 nm) | |
| Durata dell'esposizione | 30 s |
DSC - Principio di funzionamento
In base alla norma ISO 11357, la DSC a flusso termico è una tecnica in cui la differenza tra la portata di calore in un crogiolo campione e quella in un crogiolo di riferimento viene determinata in funzione della temperatura e/o del tempo. Durante la misurazione, il campione e il riferimento sono sottoposti allo stesso programma controllato di temperatura/tempo e alla stessa atmosfera.
Reometria rotazionale (misurazione delle oscillazioni) - Principio di funzionamento
La piastra superiore oscilla con una frequenza f [Hz] (o ω [rad/s]) e un'ampiezza [%] (o deformazione di taglio γ [%]) definite, γ = γo + sin (ωt).
Lo sforzo di taglio σ [Pa] necessario per questa oscillazione è determinato: σ = σ0 + sin(ωt+δ).
Risultato: Vengono determinate le proprietà viscoelastiche del campione, in particolare la sua rigidità complessa G* (|G*| in [Pa]).
La parte "in fase" di G* è correlata alle proprietà elastiche (→ G', modulo di taglio di accumulo), la parte "fuori fase" alle proprietà viscose (→ G'', modulo di taglio di perdita) del materiale viscoelastico.
Analisi termica e velocità di polimerizzazione
Gli effetti di Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione possono essere osservati nelle curve DSC sotto forma di effetti esotermici. La reazione di polimerizzazione può essere avviata sia dal calore che dalla luce UV, quando si utilizza un DSC dotato di lampada UV (foto-DSC).
La Figura 1 mostra le curve foto-DSC ottenute durante l'esposizione ai raggi UV dei tre gel per unghie. L'area del picco rappresenta l'entalpia di polimerizzazione. Più alto è il valore, più energia viene rilasciata durante la reazione.
Il campione chiaro contenente i glitter ha il picco di polimerizzazione con l'entalpia di reazione più alta (211 J/g). Ciò non significa che abbia bisogno di più tempo degli altri due per terminare la reazione. In realtà, è anche quello che reagisce più rapidamente, come dimostra la pendenza della curva prima del raggiungimento del picco massimo: È la più ripida per questo materiale. La Figura 2, che mostra il tasso di conversione per tutti e tre i campioni, illustra questo risultato. Più alto è il valore del picco massimo e più ripida è la pendenza prima del picco massimo, più veloce è la velocità di conversione. Di conseguenza, la polimerizzazione è più rapida per il campione trasparente con glitter (picco massimo raggiunto già a 11,5 s dopo l'esposizione alla luce UV e associato al tasso di conversione più elevato, pari al 7,0%/s).
Il campione nero, invece, presenta un comportamento opposto. La reazione è la più lenta (una pendenza più graduale della curva prima del picco massimo, che porta a una curva del tasso di conversione con picco massimo del 3,8%/s a 12,3 s) ed è associata al rilascio di energia più basso (127 J/g).
Il gel per unghie rosso mostra un comportamento di polimerizzazione intermedio tra gli altri due, sia per la velocità di reazione che per l'entalpia di polimerizzazione.
La Figura 3 mostra le curve del Modulo complessoIl modulo complesso è costituito da due componenti, il modulo di accumulo e il modulo di perdita. Il modulo di accumulo (o modulo di Young) descrive la rigidità e il modulo di perdita descrive il comportamento smorzante (o viscoelastico) del campione corrispondente, utilizzando il metodo dell'analisi meccanica dinamica (DMA). modulo complesso per tutti e tre i campioni. Prima della polimerizzazione, tutti i campioni presentano una rigidità simile di 70-80 Pa. L'aumento significativo del modulo indica l'inizio della polimerizzazione. Analogamente alla DSC, la pendenza della curva è correlata alla velocità di reazione. I risultati sono correlati a quelli ottenuti con il DSC: il gel per unghie chiaro con glitter si polimerizza più velocemente e il campione nero mostra la polimerizzazione più lenta dei tre campioni.
I campioni differiscono anche per il loro modulo finale. Il modulo del gel trasparente con glitter aumenta di 6 decadi durante la polimerizzazione, contro le meno di 4 decadi del gel nero. Ciò significa che il gel trasparente rivela la maggiore rigidità dopo la polimerizzazione.
Inoltre, la Figura 4 mostra le curve di G', G'' e δ durante il processo di polimerizzazione sotto la luce UV del campione nero. All'inizio della misurazione, il modulo di taglio viscoso (G", blu) è superiore al modulo di taglio elastico (G', rosso). L'angolo di fase è elevato (più di 80°). Ciò significa che in queste condizioni di misurazione, prima della polimerizzazione, il gel per unghie si comporta quasi come un liquido viscoso perfetto con proprietà elastiche molto deboli.
La reazione di polimerizzazione porta a un aumento di G' e G''. Essi si incrociano 7 secondi dopo l'esposizione ai raggi UV. In pratica, l'incrocio significa che da questo momento la rete costruita attraverso la polimerizzazione è abbastanza forte da impedire il flusso del materiale sulla scala temporale corrispondente a 1 Hz. Al termine della misurazione, le curve di G' e G" sono ancora in aumento, anche se questo aumento non è significativo. L'esposizione alla luce UV ha avviato un processo di polimerizzazione che può continuare nonostante la lampada sia spenta.
Angolo di fase
L'angolo di fase δ (δ = G''/G') è una misura relativa delle proprietà viscose ed elastiche di un materiale. Va da 0° per un materiale completamente elastico a 90° per un materiale completamente viscoso.
Un'alta velocità di polimerizzazione rende il campione migliore?
Una polimerizzazione più rapida è vantaggiosa per il consumatore. Tuttavia, anche le proprietà finali della manicure dopo l'applicazione sono ovviamente importanti. Uno sweep di ampiezza post-cura ci aiuta a prevedere il comportamento dei gel dopo la polimerizzazione, fornendo informazioni sulla loro struttura interna.
A tale scopo, la regione lineare-viscoelastica dei due campioni estremi (trasparente con glitter e nero) viene confrontata nella Figura 5.
Il plateau Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER del gel per unghie nero è più ampio con un modulo più basso rispetto a quello del campione trasparente, indicando che il gel nero polimerizzato è probabilmente più flessibile.
Anche se il gel per unghie trasparente polimerizza più velocemente di quello nero, presenterà proprietà più fragili.
Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER - Regione viscoelastica lineare
- La Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER è l'intervallo di ampiezza in cui la deformazione e la sollecitazione sono proporzionali.
- Nella Regione viscoelastica lineare (LVER)Nell'LVER, le sollecitazioni applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale (snervamento) della struttura e quindi si misurano importanti proprietà microstrutturali.LVER, le sollecitazioni (o le deformazioni) applicate non sono sufficienti a causare la rottura strutturale della struttura e quindi la microstruttura
Conclusione
La DSC e la reometria rotazionale sono due metodi complementari per la caratterizzazione della polimerizzazione dei gel per unghie.
Entrambi i metodi evidenziano la velocità di polimerizzazione. Il DSC 300 Caliris® fornisce inoltre informazioni sull'energia rilasciata durante l'indurimento, mentre le misurazioni con il Kinexus confrontano le proprietà dei diversi prodotti durante e dopo l'indurimento.