Introducere
De la transparent la negru, incluzând toate culorile curcubeului, piața gelurilor de unghii (cele care se întăresc) și a lacurilor de unghii (cele care se usucă la aer) oferă o mare varietate de produse. Chiar dacă primul criteriu de selecție este adesea unul estetic, consumatorul dorește, de asemenea, un produs care să fie practic de aplicat, oferind finisajul și performanța dorite. Pentru aceasta, gelul sau lacul de unghii perfect ar trebui să se simtă relativ lichid pentru o aplicare ușoară cu pensula, dar fără să curgă în afara unghiei. Timpul de uscare sau de întărire trebuie să fie cât mai scurt posibil și să conducă la o suprafață netedă pentru un aspect impecabil. În cele din urmă, este, de asemenea, de dorit ca manichiura să fie de lungă durată, fără a fi prea greu de îndepărtat.
Unele tipuri de geluri de unghii necesită o lampă UV pentru întărire. Aceste produse conțin un fotoinițiator care va iniția reacția de întărire de îndată ce gelul intră în contact cu lungimile de undă adecvate emise de lampă.
Timpul de expunere, lungimea de undă și intensitatea lămpii sunt foarte importante pentru ca gelul de unghii să se întărească în mod corect.
Experimental
Vindecarea UV a trei geluri de unghii a fost caracterizată prin două metode diferite:
- Calorimetria diferențială de scanare (DSC): utilizată pentru a obține informații cu privire la viteza și timpul de întărire.
- Reometrie rotațională pentru a caracteriza schimbarea modulului gelului de unghii în timpul expunerii la UV.
Culorile probelor au fost roșu, negru și transparent. Eșantionul transparent conținea sclipici în suspensie.
Tabelul 1 rezumă condițiile în care au fost testate cele trei probe diferite.
Tabelul 1: Condiții de măsurare
| DSC | Dispozitiv | DSC 300 Caliris® cu modul H |
|---|---|---|
| Masa probei | 3.0 mg | |
| Creuzet | Concavus®® (aluminiu, deschis) | |
| Temperatură | 30°C (izotermă) | |
| Atmosferă | Azot (20 ml/min) | |
| Lampă | Omnicure® S 2000 (gama de lungimi de undă: de la 320 la 500 nm) | |
| Durata expunerii | 180 s | |
| Reometrie rotațională | Dispozitiv | Kinexus |
| Geometrie | PP8 (placă/placă, diametru: 8 mm) | |
| Gap | 250 μm | |
| Temperatură | 25°C | |
| Atmosferă | Ambient (aer) | |
| Lampă | Omnicure® S 2000 (gama de lungimi de undă: de la 320 la 500 nm) | |
| Durata expunerii | 30 s |
DSC - Principiu funcțional
Pe baza ISO 11357, DSC cu flux termic este o tehnică prin care se determină diferența dintre debitul termic dintr-un creuzet de probă și cel dintr-un creuzet de referință în funcție de temperatură și/sau timp. În timpul unei astfel de măsurători, eșantionul și referința sunt supuse aceluiași program controlat de temperatură/timp și aceleiași atmosfere.
Reometria rotațională (măsurarea oscilației) - Principiu funcțional
Placa superioară oscilează cu o frecvență definită f [Hz] (sau ω [rad/s]) și amplitudine [%] (sau deformație de forfecare γ [%]), γ = γo + sin (ωt).
Se determină tensiunea de forfecare σ [Pa] necesară pentru această oscilație: σ = σ0 + sin(ωt+δ).
Rezultat: Se determină proprietățile viscoelastice ale probei, în special rigiditatea sa complexă G* (|G*| în [Pa]).
Partea "în fază" a G* este legată de proprietățile elastice (→ G', modulul de forfecare de stocare), iar partea "în afara fazei" de proprietățile vâscoase (→ G'', modulul de forfecare de pierdere) ale materialului viscoelastic.
Analiza termică și viteza de întărire
Efectele de întărire pot fi observate în curbele DSC sub forma unor efecte exoterme. Reacția de întărire poate fi inițiată fie de căldură, fie de lumina UV, atunci când se utilizează un DSC echipat cu o lampă UV (foto-DSC).
Figura 1 prezintă curbele foto-DSC obținute în timpul expunerii la UV a celor trei geluri de unghii. Zona vârfului reprezintă entalpia de întărire. Cu cât valoarea este mai mare, cu atât mai multă energie este eliberată în timpul reacției.
Proba transparentă care conține sclipici are vârful de întărire cu cea mai mare entalpie de reacție (211 J/g). Aceasta nu înseamnă că are nevoie de mai mult timp decât celelalte două pentru a termina reacția. De fapt, aceasta este și cea care reacționează cel mai rapid, după cum demonstrează panta curbei înainte de atingerea vârfului maxim: Este cea mai abruptă pentru acest material. Figura 2, care prezintă rata de conversie pentru toate cele trei probe, ilustrează acest rezultat. Cu cât valoarea vârfului maxim este mai mare și cu cât panta este mai abruptă înainte de atingerea vârfului maxim, cu atât rata de conversie este mai rapidă. În consecință, întărirea este cea mai rapidă pentru proba transparentă cu sclipici (vârful maxim atins deja la 11,5 s după expunerea la lumina UV și asociat cu cea mai mare rată de conversie de 7,0%/s).
În schimb, proba neagră prezintă un comportament opus. Reacția este cea mai lentă (o pantă mai graduală a curbei înainte de atingerea vârfului maxim, ceea ce conduce la o curbă a ratei de conversie cu vârf maxim de 3,8%/s la 12,3 s) și este asociată cu cea mai mică eliberare de energie (127 J/g).
Gelul de unghii roșu prezintă un comportament de întărire între celelalte două, atât pentru viteza de reacție, cât și pentru entalpia de întărire.
Figura 3 prezintă curbele modulului complex pentru toate cele trei probe. Înainte de întărire, toate probele au o rigiditate similară de 70 - 80 Pa. Creșterea semnificativă a modulului indică faptul că a început întărirea. Similar cu DSC, panta curbei este legată de viteza de reacție. Rezultatele sunt corelate cu cele obținute cu DSC: gelul de unghii transparent cu sclipici se întărește cel mai rapid, iar proba neagră prezintă cea mai lentă întărire dintre cele trei probe.
Eșantioanele diferă, de asemenea, în modulul lor final. Modulul gelului transparent cu sclipici crește cu 6 decenii în timpul întăririi, față de mai puțin de 4 decenii pentru gelul negru. Aceasta înseamnă că gelul transparent prezintă cea mai mare rigiditate după întărire.
În plus, figura 4 prezintă curbele G', G'' și δ în timpul procesului de întărire sub lumină UV a probei negre. La începutul măsurătorii, modulul de forfecare vâscos (G", albastru) este mai mare decât modulul de forfecare elastic (G', roșu). Unghiul de fază este mare (mai mare de 80°). Aceasta înseamnă că, în aceste condiții de măsurare, înainte de întărire, gelul de unghii se comportă aproape ca un lichid vâscos perfect, cu proprietăți elastice foarte slabe.
Reacția de întărire duce la o creștere atât a G', cât și a G''. Acestea se intersectează la 7 secunde după expunerea la UV. În practică, încrucișarea înseamnă că, din acest moment, rețeaua construită prin întărire este suficient de puternică pentru a împiedica curgerea materialului pe scara de timp corespunzătoare la 1 Hz. La sfârșitul măsurătorii, curbele G' și G" continuă să crească, chiar dacă această creștere nu este semnificativă. Expunerea la lumina UV a inițiat un proces de întărire care poate continua în ciuda stingerii lămpii.
Unghiul de fază
Unghiul de fază δ (δ = G''/G') este o măsură relativă a proprietăților vâscoase și elastice ale unui material. Acesta variază de la 0° pentru un material complet elastic la 90° pentru un material complet vâscos.
O viteză mare de întărire face ca proba să fie mai bună?
O întărire mai rapidă este avantajoasă pentru consumator. Cu toate acestea, proprietățile finale ale manichiurii după aplicare sunt, desigur, de asemenea importante. O scanare a amplitudinii după întărire ne ajută să prezicem comportamentul gelurilor după întărire, furnizând informații despre structura lor internă.
Pentru aceasta, regiunea liniar-viscoelastică a celor două probe extreme (clar cu sclipici și negru) sunt comparate în figura 5.
Platforma Regiunea vâscoelastică liniară (LVER)În LVER, tensiunile aplicate sunt insuficiente pentru a provoca ruperea structurală (cedare) a structurii și, prin urmare, se măsoară proprietăți micro-structurale importante.LVER a gelului de unghii negru este mai largă, cu un modul mai mic decât cel al probei transparente, indicând faptul că gelul negru polimerizat este probabil mai flexibil.
Chiar dacă gelul de unghii transparent se întărește mai repede decât cel negru, acesta va prezenta, de asemenea, proprietăți mai fragile.
Regiunea vâscoelastică liniară (LVER)În LVER, tensiunile aplicate sunt insuficiente pentru a provoca ruperea structurală (cedare) a structurii și, prin urmare, se măsoară proprietăți micro-structurale importante.LVER - Regiunea vâscoelastică liniară
- Regiunea vâscoelastică liniară (LVER)În LVER, tensiunile aplicate sunt insuficiente pentru a provoca ruperea structurală (cedare) a structurii și, prin urmare, se măsoară proprietăți micro-structurale importante.LVER este intervalul de amplitudine în care deformația și tensiunea sunt proporționale.
- În Regiunea vâscoelastică liniară (LVER)În LVER, tensiunile aplicate sunt insuficiente pentru a provoca ruperea structurală (cedare) a structurii și, prin urmare, se măsoară proprietăți micro-structurale importante.LVER, tensiunile (sau deformațiile) aplicate sunt insuficiente pentru a provoca ruperea structurală a structurii și, prin urmare, microstructura
Concluzie
DSC și reometria rotațională sunt două metode complementare pentru caracterizarea întăririi gelurilor de unghii.
Ambele metode evidențiază viteza de întărire. DSC 300 Caliris® furnizează în plus informații despre energia eliberată în timpul întăririi, în timp ce măsurătorile cu Kinexus compară proprietățile diferitelor produse în timpul și după întărire.