Чигрин Елена Васильевна
Студент-магистр,
Украинский государственный химико-технологический университет
Украина, Днепр
Коваленко Вадим Леонидович
Доцент, кандидат технических наук,
Украинский государственный химико-технологический университет
Украина, Днепр
Старший научный сотрудник, кандидат технических наук,
Вятский государственный университет
Российская Федерация, Киров
Коток Валерий Анатольевич
Доцент, кандидат технических наук,
Украинский государственный химико-технологический университет
Украина, Днепр
Старший научный сотрудник, кандидат технических наук,
Вятский государственный университет
Российская Федерация, Киров
Коваленко Ксения Вадимовна
Студент-бакалавр,
Вятский государственный университет
Российская Федерация, Киров
Введение
Декоративные косметические средства, в частности лак для ногтей, широко используются человечеством с древнейших времен. Длинные ногти в древнем Китае времен династии Мин были отличительным признаком принадлежности к элите. Окрашенные ногти встречаются у некоторых древнеегипетских статуй. В современном мире большинство женщин использует гель-лак. Декоративный лак для ногтей состоит из полимерной основы, пластификаторов и пигментов. И именно пигменты придают цвет и оттенок лаку. Неорганические пигменты характеризуются высокой стабильностью окраски, но отличаются ограниченной цветовой гаммой. Органические пигменты имеют очень широкую палитру цветов, однако являются более дорогими и менее стабильными. Объединить преимущества органических и неорганических пигментов возможно при условии синтеза органо-неорганических материалов. Наиболее перспективными материалами такого типа являются слоистые двойные гидроксиды (СДГ) с интеркалированными анионами-красителями [1, 2].
Для гидроксидов двухвалентных металлов характерен полиморфизм и описаны две модификации. β-форма (химическая формула Ме(OH)2, структура брусита) и α-форма (химическая формула 3Ме(OH)2∙2H2O, структура гидротальцита). Слоистый двойной гидроксид (СДГ) представляет собой α-форму гидроксида металла-«хозяина», в кристаллической решетке которого часть ионов металла-«хозяина» замещены на ионы металла-«гостя». Например, катион Zn2+ замещен на катион Al3+. При этом в кристаллической решетке образуется избыток положительного заряда, который может быть компенсирован включением в кристаллическую решетку дополнительных анионов. Общая формула СДГ на основе гидроксида двухвалентного металла Ме1xMe21-xn+(OH)2A(n-2)/mm-•0.66H2O, где Ме1=Ca2+, Mg2+, Ni2+, Zn2+ и др., Ме2= Al3+, Fe3+, Cr3+,Ti4+ и др. А – анионы различного назначения, в том числе красители.
При получении пигмента для формирования СДГ в качестве катиона металла-«хозяина» наиболее часто используются Mg2+, Zn2+ и Ni2+. При этом СДГ на основе гидроксида Zn являются белыми. Эти гидроксиды представляют собой хорошую основу для четкого проявления цвета интеркалированного красителя. В качестве катиона металла-«гостя» наиболее часто используется Al3+, т.к. имеет высокие стабилизирующие свойства по отношению к α-форме гидроксида, которую имеют СДГ. А в качестве аниона-красителя перспективно использовать пищевые красители анионного типа.
Использование СДГ различного катионного состава и разных органических красителей анионного типа позволит расширить гамму цветов и оттенков косметических пигментов. Например, используются Zn-Al и Кислотный Желтый 17 [3], Zn-Al и Мордант Желтый 3 [4, 5], Zn-Al и Кислотный Желтый 3 [6], Zn-Al и бианион Кислотный Зеленый 28 [7]. Поэтому синтез краситель-интеркалированных СДГ пигментов является актуальным.
Целью работы было изучить влияние условий синтеза на характеристики пигмента для гель-лака на основе Zn-Al СДГ, интеркалированного пищевым красителем Yellow Sunset.
Материалы и методы
Для синтеза краситель-интеркалированного Zn-Al СДГ использовалось осаждение при контролируемом рН (8 и 11), при этом использовались соотношения Zn:Al – 2:1 и 4:1.
Сущность метода синтеза: в реакторный стакан с исходным раствором при температуре 60°С и непрерывном перемешивании перистальтическими насосами с одинаковой скоростью подавались три отдельных раствора: 1) смесь нитратов Zn и Al; 2) NaOH; 3) пищевой краситель Yellow Sunset. После окончания добавления растворов реакционная смесь выдерживалась при нагревании и перемешивании 20 мин, после чего осадок отфильтровывался, высушивался при температуре 80°С, размалывался, отмывался от солей, повторно отфильтровывался и высушивался. Характеристики пигментов изучались рентгенофазовым анализом, термогравиметрией. Характеристики цвета определялись с помощью компаратора цвета КЦ-3 с расчетом характеристик в системах XYZ и CIELab.
Результаты и их обсуждение
Результаты РФА (рис. 1) показало, что синтезированные пигменты являются монофазной системой c кристаллической решеткой Zn(OH)2. При этом образцы, синтезированные при рН=11, имеют более высокую кристалличность, чем при рН=8
Рис. 1 Рентгеновские дифрактограммы образцов.
Цветовые характеристики синтезированных пигментов приведены на рис. 2. В общем следует указать, что получены пигменты оранжево-красного цвета. Образцы, синтезированные при соотношении Zn:Al=4:1, имеют высокую чистоту цвета (50-52,5 %), которая мало зависит от рН синтеза. В тоже время образцы с соотношением Zn:Al=2:1 имеют более низкую чистоту цвета, которая при снижении рН синтеза резко падает. Следует так же отметить, что образец, синтезированный с соотношением Zn:Al=2:1 и рН=8 имеет значительно отличающиеся характеристики: цветовой тон (575 нм) смещен в область оранжевого цвета, очень низкая чистота цвета (1 %), и высокие светлота L (63) насыщенность цвета S (62,5). Вероятно, это связано с тем, что при синтезе данного образца была повышенная концентрация красителя, и при данном рН проходила не только интеркаляция аниона, но и его сорбция.
Рис. 2. Цветовые характеристики образцов пигментов
Используя полученные пигменты, были изготовлены образцы гель-лака путем растирания пигмента с прозрачным топом (содержание пигмента 6%). Растирание проводилось при дробном добавлении топа к пигменту. Полученные образцы лака были нанесены на палитру и отверждены под УФ-лампой. Были изучены органолептические характеристики полученных лаков. Было выявлено, что все четыре образца имеют высокую насыщенность цвета, укрывистость и декоративный вид.
Выводы
Синтезированы образцы пигментов для гель-лака в виде Zn-Al слоистых двойных гидроксидов, интеркалированных пищевым красителем Е110 Yellow Sunset, при разных соотношений Zn:Al (4:1 и 2:1) и рН (8 и 11). Изучены структурные, термические и цветовые характеристики пигментов. Показано, что все образцы пигментов являются оранжево-красными с высокими пигментными свойствами. Изготовлены образцы гель-лаков с синтезированными пигментами, выявлены хорошие декоративные свойства лаков, а так же насыщенность цвета и укрывистость.
Литература
1. Kovalenko, V., Kotok, V., Yeroshkina, A., Zaychuk, A. (2017) Synthesis and characterisation of dyeintercalated nickel-aluminium layereddouble hydroxide as a cosmetic pigment. EasternEuropean Journal of Enterprise Technologies, 5 (12-89), 27-33
2. Mandal, Sujata, Tichit, Didier, Lerner, Dan A., Marcotte, Nathalie (2009). Azoic Dye Hosted in Layered Double Hydroxide: Physicochemical Characterization of the Intercalated Materials. Langmuir, 25(18), 10980–10986
3. Wang, Q., Feng, Y., Feng, Junting, Li, D. Q. (2011). Enhanced thermal- and photo-stability of acid yellow 17 by incorporation into layered double hydroxides. Journal of Solid State Chemistry, 184 (6), 1551-1555.
4. Hwang, Sung-Ho, Jung, Sang-Chul, Yoon, Seon-Mi, Kim, Dong-Kuk (2008). Preparation and characterization of dye-intercalated Zn–Al-layered double hydroxide and its surface modification by silica coating. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69(5-6), 1061-1065
5. Tang, P., Deng, F., Feng, Y., Li, D. Q. (2012) Mordant Yellow 3 Anions Intercalated Layered Double Hydroxides: Preparation, Thermo- and Photostability. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51(32), 10542–10545
6. Tang, Pinggui, Feng, Yongjun, Li, D. Q. (2011). Fabrication and properties of Acid Yellow 49 dye-intercalated layered double hydroxides film on an alumina-coated aluminum substrate. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 91(2), 120-125
7. Tang, Pinggui, Feng, Yongjun, Li, D. Q. (2011). Improved thermal and photostability of an anthraquinone dye by intercalation in a zinc–aluminum layered double hydroxides host. Dyes and Pigments, 90(3), 253-258
