Inledning
Från transparent till svart, inklusive regnbågens alla färger, erbjuder marknaden för nagelgeler (de som härdar) och nagellack (de som lufttorkar) ett brett utbud av produkter. Även om det första urvalskriteriet ofta är estetiskt, vill konsumenten också ha en produkt som är praktisk att applicera och som ger önskad finish och prestanda. Därför bör den perfekta nagelgelen eller det perfekta nagellacket kännas relativt flytande för att enkelt kunna appliceras med pensel, men utan att rinna utanför nageln. Tork- eller härdningstiden ska vara så kort som möjligt och leda till en slät yta för ett felfritt utseende. Slutligen är det också önskvärt att manikyren är långvarig, utan att den är för svår att ta bort.
Vissa typer av nagelgeler kräver en UV-lampa för Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning. Dessa produkter innehåller en fotoinitiator som initierar härdningsreaktionen så snart gelén kommer i kontakt med de lämpliga våglängder som lampan avger.
Exponeringstiden, våglängden och lampans intensitet är av stor betydelse för att nagelgelen ska härda på rätt sätt.
Experimentell
UV-härdningen av tre nagelgeler karakteriserades med två olika metoder:
- Differentiell svepkalorimetri (DSC): användes för att få information om härdningens hastighet och tid.
- Rotationsreometri för att karakterisera nagelgelens modulförändring under UV-exponering.
Provfärgerna var röd, svart och klar. Det genomskinliga provet innehöll suspenderat glitter.
I tabell 1 sammanfattas de förhållanden under vilka de tre olika proverna testades.
Tabell 1: Mätförhållanden
| DSC | Enhet | DSC 300 Caliris® med H-modul |
|---|---|---|
| Provets massa | 3.0 mg | |
| Smältdegel | Concavus®® (aluminium, öppen) | |
| Temperatur | 30°C (isoterm) | |
| Atmosfär | Kväve (20 ml/min) | |
| Lampa | Omnicure® S 2000 (våglängdsområde: 320 till 500 nm) | |
| Exponeringens varaktighet | 180 s | |
| Rotationsreometri | Anordning | Kinexus |
| Geometri | PP8 (platta/platta, diameter: 8 mm) | |
| Spalt | 250 μm | |
| Temperatur | 25°C | |
| Atmosfär | Omgivande (luft) | |
| Lampa | Omnicure® S 2000 (våglängdsområde: 320 till 500 nm) | |
| Exponeringens varaktighet | 30 s |
DSC - Funktionsprincip
Enligt ISO 11357 är värmeflödes-DSC en teknik där skillnaden mellan värmeflödet i en provdegel och i en referensdegel bestäms som en funktion av temperatur och/eller tid. Under en sådan mätning utsätts provet och referensen för samma kontrollerade temperatur-/tidsprogram och atmosfär.
Rotationsreometri (svängningsmätning) - Funktionsprincip
Den övre plattan svänger med en definierad frekvens f [Hz] (eller ω [rad/s]) och amplitud [%] (eller skjuvspänning γ [%]), γ = γo + sin (ωt).
Den skjuvspänning σ [Pa] som krävs för denna svängning bestäms: σ = σ0 + sin(ωt+δ).
Resultat: Provets viskoelastiska egenskaper bestäms, i synnerhet dess komplexa styvhet G* (|G*| i [Pa]).
Den "i-fas" delen av G* är relaterad till de elastiska egenskaperna (→ G', lagringsskjuvmodul), den "ur-fas" delen till de viskösa egenskaperna (→ G'', förlustskjuvmodul) hos det viskoelastiska materialet.
Termisk analys och härdningshastighet
Härdningseffekter kan observeras i DSC-kurvorna i form av exoterma effekter. Härdningsreaktionen kan initieras antingen av värme eller av UV-ljus, om man använder en DSC utrustad med en UV-lampa (foto-DSC).
Figur 1 visar de foto-DSC-kurvor som erhölls under UV-exponering av de tre nagelgelerna. Toppområdet representerar härdningsentalpin. Ju högre värde, desto mer energi frigörs under reaktionen.
Det klara provet som innehåller glitter har härdningstoppen med den högsta reaktionsentalpin (211 J/g). Det betyder inte att det behöver mer tid än de andra två för att avsluta reaktionen. Det är faktiskt också det som reagerar snabbast, vilket framgår av kurvans lutning innan den maximala toppen nås: Den är brantast för detta material. Figur 2, som visar omvandlingshastigheten för alla tre proverna, illustrerar detta resultat. Ju högre maximalt toppvärde och ju brantare lutning före maximalt toppvärde, desto snabbare är omvandlingshastigheten. Följaktligen är härdningen snabbast för det klara provet med glitter (maximalt toppvärde nås redan 11,5 s efter exponering för UV-ljus och förknippas med den högsta omvandlingshastigheten på 7,0%/s).
Det svarta provet uppvisar däremot det motsatta beteendet. Reaktionen är långsammast (en mer gradvis lutning av kurvan före toppmaximum, vilket leder till en omvandlingshastighetskurva med toppmaximum på 3,8%/s vid 12,3 s) och är förknippad med den lägsta energifrigörelsen (127 J/g).
Den röda nagelgelen uppvisar ett härdningsbeteende som ligger mellan de andra två, både vad gäller reaktionshastighet och härdningsentalpi.
Figur 3 visar de komplexa modulkurvorna för alla tre proverna. Före Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning har alla prover en liknande styvhet på 70-80 Pa. Den signifikanta ökningen av modulus indikerar att härdningen har startat. I likhet med DSC är kurvans lutning relaterad till reaktionshastigheten. Resultaten korrelerar med dem som erhållits med DSC: Den klara nagelgelen med glitter härdar snabbast och det svarta provet visar den långsammaste härdningen av de tre proverna.
Proverna skiljer sig också åt i sin slutliga modul. Modulen för den klara gelen med glitter ökar med 6 decennier under härdningen, jämfört med mindre än 4 decennier för den svarta gelen. Detta innebär att den klara gelen uppvisar den högsta styvheten efter Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning.
Figur 4 visar dessutom kurvorna för G', G'' och δ under härdningsprocessen under UV-ljus för det svarta provet. I början av mätningen är den viskösa skjuvmodulen (G", blå) högre än den elastiska skjuvmodulen (G', röd). Fasvinkeln är hög (mer än 80°). Detta innebär att nagelgelen under dessa mätförhållanden, före Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning, beter sig nästan som en perfekt viskös vätska med endast mycket svaga elastiska egenskaper.
Härdningsreaktionen leder till en ökning av både G' och G''. De korsar varandra 7 sekunder efter UV-exponering. I praktiken innebär övergången att det nätverk som byggts upp genom härdningen från och med denna tidpunkt är tillräckligt starkt för att förhindra flöde av materialet på en tidsskala motsvarande 1 Hz. I slutet av mätningen ökar kurvorna för G' och G" fortfarande, även om denna ökning inte är signifikant. Exponeringen för UV-ljus har initierat en härdningsprocess som kan fortsätta trots att lampan är avstängd.
Fasvinkel
Fasvinkeln δ (δ = G''/G') är ett relativt mått på de viskösa och elastiska egenskaperna hos ett material. Den sträcker sig från 0° för ett helt elastiskt material till 90° för ett helt visköst material.
Blir provet bättre med en hög härdningshastighet?
En snabbare Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning är fördelaktig för konsumenten. Men manikyrens slutliga egenskaper efter applicering är naturligtvis också viktiga. En amplitudsvepning efter Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning hjälper oss att förutsäga gelernas beteende efter Härdning (tvärbindningsreaktioner)Termen "crosslinking" betyder bokstavligen översatt "tvärnätverk". I kemiska sammanhang används det för reaktioner där molekyler länkas samman genom att införa kovalenta bindningar och bilda tredimensionella nätverk.härdning genom att ge information om deras inre struktur.
Därför jämförs den linjära viskoelastiska regionen för de två extrema proverna (klar med glitter och svart) i figur 5.
Linjär viskoelastisk region (LVER)I LVER är de pålagda spänningarna otillräckliga för att orsaka strukturell nedbrytning (yielding) av strukturen och därför mäts viktiga mikrostrukturella egenskaper.LVER-plattan för den svarta nagelgelen är bredare med en lägre modul än för det klara provet, vilket tyder på att den härdade svarta gelén sannolikt är mer flexibel.
Även om den klara nagelgelen härdar snabbare än den svarta, kommer den också att uppvisa mer spröda egenskaper.
Linjär viskoelastisk region (LVER)I LVER är de pålagda spänningarna otillräckliga för att orsaka strukturell nedbrytning (yielding) av strukturen och därför mäts viktiga mikrostrukturella egenskaper.LVER - Linjär viskoelastisk region
- Linjär viskoelastisk region (LVER)I LVER är de pålagda spänningarna otillräckliga för att orsaka strukturell nedbrytning (yielding) av strukturen och därför mäts viktiga mikrostrukturella egenskaper.LVER är det amplitudområde där töjning och spänning är proportionella.
- I Linjär viskoelastisk region (LVER)I LVER är de pålagda spänningarna otillräckliga för att orsaka strukturell nedbrytning (yielding) av strukturen och därför mäts viktiga mikrostrukturella egenskaper.LVER är de pålagda spänningarna (eller töjningarna) otillräckliga för att orsaka strukturell nedbrytning av strukturen och därmed mikrostrukturell
Slutsats
DSC och rotationsreometri är två kompletterande metoder för att karakterisera härdningen av nagelgeler.
Båda metoderna belyser härdningshastigheten. DSC 300 Caliris® ger dessutom information om den energi som frigörs under härdningen, medan mätningar med Kinexus jämför egenskaperna hos de olika produkterna under och efter härdningen.