Karakterizado de la reologia dinamiko de sulfat-liberaj surfaktant-miksaĵoj de kokamidopropila betaino-natria metil-kokoil-taŭrato laŭ konsisto, pH kaj jonaj kondiĉoj.

Enkonduko

Akvaj binaraj surfaktantaj sistemoj konsistantaj el kontraŭe ŝargitaj specioj estas vaste uzataj en multaj industriaj sektoroj, inkluzive de kosmetikaĵoj, farmaciaj produktoj, agrokemiaĵoj kaj nutraĵprilaboraj industrioj. La ĝeneraligita adopto de ĉi tiuj sistemoj estas ĉefe atribuita al iliaj superaj interfacaj kaj reologiaj funkciecoj, kiuj ebligas plibonigitan rendimenton en diversaj formuliĝoj. La sinergia mem-asembleado de tiaj surfaktantoj en vermosimilajn, implikiĝintajn agregaĵojn donas tre agordeblajn makroskopajn ecojn, inkluzive de pliigita viskoelasteco kaj reduktita interfaca streĉiteco. Aparte, kombinaĵoj de anjonaj kaj zwitterionaj surfaktantoj montras sinergiajn plibonigojn en surfaca aktiveco, viskozeco kaj interfaca streĉiteca modulado. Ĉi tiuj kondutoj rezultas de intensigitaj elektrostatikaj kaj steraj interagoj inter la polusaj kapgrupoj kaj hidrofobaj vostoj de la surfaktantoj, kontraste al unu-surfaktaj sistemoj, kie forpuŝaj elektrostatikaj fortoj ofte limigas rendimentan optimumigon.

Kokamidopropila betaino (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCCN+ (C)CC([O−])=O) estas vaste uzata amfotera surfaktanto en kosmetikaj formuloj pro ĝia milda puriga efikeco kaj harkondiĉaj ecoj. La zwitteriona naturo de CAPB ebligas elektrostatikan sinergion kun anjonaj surfakantoj, plibonigante ŝaŭmostabilecon kaj antaŭenigante superan formuliĝan rendimenton. Dum la pasintaj kvin jardekoj, CAPB-miksaĵoj kun sulfat-bazitaj surfakantoj, kiel ekzemple CAPB-natria laŭril-etera sulfato (SLES), fariĝis fundamentaj en personaj prizorgaj produktoj. Tamen, malgraŭ la efikeco de sulfat-bazitaj surfakantoj, zorgoj pri ilia haŭta iritiĝopotencialo kaj la ĉeesto de 1,4-dioksano, kromprodukto de la etoksiliga procezo, vekis intereson pri sulfat-liberaj alternativoj. Promesplenaj kandidatoj inkluzivas aminoacido-bazitajn surfakantojn, kiel ekzemple taŭratoj, sarkosinatoj kaj glutamatoj, kiuj montras plibonigitan biokongruecon kaj pli mildajn ecojn [9]. Tamen, la relative grandaj polusaj kapgrupoj de ĉi tiuj alternativoj ofte malhelpas la formadon de tre implikitaj micelaj strukturoj, necesigante la uzon de reologiaj modifiloj.

Natria metilkokoiltaŭrato (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) estas anjona surfaktanto sintezita kiel natria salo per amida kuplado de N-metiltaŭrino (2-metilaminoetansulfonata acido) kun kokos-derivita grasacida ĉeno. SMCT posedas amid-ligitan taurinan ĉefgrupon kune kun forte anjona sulfonata grupo, igante ĝin biodiserigebla kaj kongrua kun la pH de la haŭto, kio poziciigas ĝin kiel promesplenan kandidaton por sulfat-liberaj formuliĝoj. Taŭrataj surfakantoj karakteriziĝas per sia potenca lesiveco, rezisteco al malmola akvo, mildeco kaj larĝa pH-stabileco.

Reologiaj parametroj, inkluzive de tondviskozeco, viskoelastaj moduloj, kaj limstreĉo, estas kritikaj por determini la stabilecon, teksturon kaj rendimenton de surfaktant-bazitaj produktoj. Ekzemple, pliigita tondviskozeco povas plibonigi la substratan retenon, dum limstreĉo regas la adheron de la formuliĝo al haŭto aŭ haroj post apliko. Ĉi tiuj makroskopaj reologiaj atributoj estas modulitaj de multaj faktoroj, inkluzive de surfaktant-koncentriĝo, pH, temperaturo, kaj la ĉeesto de kunsolviloj aŭ aldonaĵoj. Kontraŭe ŝargitaj surfaktantoj povas sperti diversajn mikrostrukturajn transirojn, intervalante de sferaj miceleoj kaj vezikoj ĝis likvaj kristalaj fazoj, kiuj siavice profunde influas la grocan reologion. Miksaĵoj de amfoteraj kaj anjonaj surfaktantoj ofte formas longformajn vermosimilajn miceleojn (WLM-ojn), kiuj signife plibonigas viskoelastajn ecojn. Kompreni la mikrostruktur-ecajn rilatojn estas tial kritika por optimumigi produktan rendimenton.

Multnombraj eksperimentaj studoj esploris analogajn binarajn sistemojn, kiel ekzemple CAPB-SLES, por pliklarigi la mikrostrukturan bazon de iliaj ecoj. Ekzemple, Mitrinova et al. [13] korelaciis la grandecon de miceloj (hidrodinamika radiuso) kun la viskozeco de la solvaĵo en CAPB-SLES-meza ĉeno kun-surfaktant-miksaĵoj uzante reometrion kaj dinamikan lumdisĵeton (DLS). Mekanika reometrio provizas komprenon pri la mikrostruktura evoluo de ĉi tiuj miksaĵoj kaj povas esti plibonigita per optika mikroreologio uzante difuzan ondospektroskopion (DWS), kiu etendas la alireblan frekvencan domajnon, kaptante mallongtempajn dinamikojn precipe gravajn por WLM-malstreĉiĝaj procezoj. En DWS-mikroreologio, la meza kvadrata delokiĝo de enigitaj koloidaj sondiloj estas spurita laŭlonge de la tempo, ebligante la ekstraktadon de liniaj viskoelastaj moduloj de la ĉirkaŭa medio per la ĝeneraligita Stokes-Einstein-rilato. Ĉi tiu tekniko postulas nur minimumajn specimenvolumojn kaj estas tial avantaĝa por studi kompleksajn fluidojn kun limigita materiala havebleco, ekz. proteinbazitaj formuloj. Analizo de datumoj < Δr²(t)> trans larĝaj frekvencaj spektroj faciligas taksadon de micelaj parametroj kiel ekzemple retgrandeco, interplektiĝlongo, persistlongo kaj konturlongo. Amin kaj aliaj montris, ke CAPB-SLES-miksaĵoj konformas al antaŭdiroj de la teorio de Cates, montrante okulfrapan pliiĝon de viskozeco kun salaldono ĝis kritika salkoncentriĝo, preter kiu la viskozeco falas krute - tipa respondo en WLM-sistemoj. Xu kaj Amin uzis mekanikan reometrion kaj DWS por ekzameni SLES-CAPB-CCB-miksaĵojn, rivelante maŝwelian reologian respondon indikantan interplektitan WLM-formadon, kiu estis plue konfirmita per mikrostrukturaj parametroj deduktitaj el la DWS-mezuradoj. Bazante sur ĉi tiuj metodologioj, la nuna studo integras mekanikan reometrion kaj DWS-mikroreologion por klarigi kiel mikrostrukturaj reorganizoj pelas la tondan konduton de CAPB-SMCT-miksaĵoj.

Pro la kreskanta postulo je pli mildaj kaj daŭrigeblaj purigiloj, la esplorado de sulfat-liberaj anjonaj surfaktantaĵoj gajnis impeton malgraŭ formulaj defioj. La apartaj molekulaj arkitekturoj de sulfat-liberaj sistemoj ofte produktas diverĝajn reologiajn profilojn, malfaciligante konvenciajn strategiojn por viskozecplibonigo, kiel ekzemple per salo aŭ polimera dikiĝo. Ekzemple, Yorke kaj aliaj esploris ne-sulfatajn alternativojn sisteme esplorante la ŝaŭmajn kaj reologiajn ecojn de binaraj kaj ternaraj surfaktantaĵaj miksaĵoj enhavantaj alkilan olefinan sulfonaton (AOS), alkilan poliglukozidon (APG) kaj laŭrilan hidroksisultainon. Proporcio 1:1 de AOS-sultaino montris tond-maldensiĝan kaj ŝaŭmajn karakterizaĵojn similajn al CAPB-SLES, indikante WLM-formadon. Rajput kaj aliaj [26] taksis alian sulfat-liberan anjonan surfaktantaĵon, natrian kokoilglicinaton (SCGLY), kune kun nejonaj kun-surfaktantaĵoj (kokamida dietanolamino kaj laŭrila glukozido) per DLS, SANS kaj reometrio. Kvankam SCGLY sole formis ĉefe sferajn micelojn, la aldono de kun-surfaktanto ebligis la konstruadon de pli komplikaj micelaj morfologioj, alireblaj per pH-movita modulado.

Malgraŭ ĉi tiuj progresoj, relative malmultaj esploroj celis la reologiajn ecojn de daŭrigeblaj sulfat-liberaj sistemoj, kiuj implikas CAPB kaj taŭratojn. Ĉi tiu studo celas plenigi ĉi tiun mankon per provizado de unu el la unuaj sistemaj reologiaj karakterizadoj de la binara sistemo CAPB-SMCT. Per sisteme variado de surfaktant-konsisto, pH kaj jona forto, ni klarigas la faktorojn, kiuj regas la ŝiran viskozecon kaj viskoelastecon. Uzante mekanikan reometrion kaj DWS-mikroreologion, ni kvantigas la mikrostrukturajn reorganizojn subestantajn la ŝiran konduton de CAPB-SMCT-miksaĵoj. Ĉi tiuj rezultoj klarigas la interagadon inter pH, CAPB-SMCT-proporcio kaj jonaj niveloj en antaŭenigado aŭ inhibiciado de WLM-formado, tiel ofertante praktikajn komprenojn pri adaptado de la reologiaj profiloj de daŭrigeblaj surfaktant-bazitaj produktoj por diversaj industriaj aplikoj.