Punti Ewlenin
● Ir-reoloġija ta' taħlitiet ta' surfactants binarji ħielsa mis-sulfat hija kkaratterizzata sperimentalment.
● L-effetti tal-pH, il-kompożizzjoni u l-konċentrazzjoni jonika huma investigati sistematikament.
● Il-proporzjon tal-massa tas-surfactant CAPB:SMCT ta' 1:0.5 jibni l-viskożità massima tal-shear.
● Hija meħtieġa konċentrazzjoni sinifikanti ta' melħ biex tinkiseb il-massimu tal-viskożità tal-shear.
● It-tul tal-kontur miċellari inferit mid-DWS jikkorrelata ħafna mal-viskożità tal-shear.
Astratt
Fit-tfittxija għal pjattaformi ta' surfactants ħielsa mis-sulfat tal-ġenerazzjoni li jmiss, ix-xogħol attwali jipprovdi waħda mill-ewwel investigazzjonijiet reoloġiċi sistematiċi ta' taħlitiet akweji ta' Cocamidopropyl Betaine (CAPB)-Sodium Methyl Cocoyl Taurate (SMCT) f'kompożizzjoni, pH u saħħa jonika varji. Soluzzjonijiet akweji CAPB-SMCT (konċentrazzjoni totali ta' surfactant attiv ta' 8–12 wt. %) ġew ippreparati f'diversi proporzjonijiet ta' piż ta' surfactant, aġġustati għal pHs 4.5 u 5.5, u ttitrati b'NaCl. Kejl ta' shear stabbli u oxxillatorju kwantifika l-viskożità makroskopika tax-shear, filwaqt li l-mikroreoloġija tal-ispettroskopija tal-mewġa diffuża (DWS) ipprovdiet moduli viskoelastiċi b'riżoluzzjoni tal-frekwenza u skali karatteristiċi tat-tul miċellari. Taħt kundizzjonijiet ħielsa mill-melħ, il-formulazzjonijiet urew reoloġija Newtonjana b'viskożitajiet massimi ta' shear fi proporzjon ta' piż CAPB:SMCT ta' 1:0.5, li jindika pont imtejjeb tal-grupp tar-ras katjoniku-anjoniku. It-tnaqqis tal-pH minn 5.5 għal 4.5 ta ċarġ pożittiv nett akbar lill-CAPB, u b'hekk amplifikat il-kumplessazzjoni elettrostatika mal-SMCT kompletament anjoniku u ġġenera netwerks miċellari aktar robusti. Iż-żieda sistematika tal-melħ immodulat ir-repulsjonijiet headgroup-headgroup, u wasslet għall-evoluzzjoni morfoloġika minn miċelli diskreti għal aggregati tawwalin u qishom dud. Il-viskożitajiet b'żero-shear urew massimi distinti f'proporzjonijiet kritiċi ta' melħ għal surfactant (R), u enfasizzaw il-bilanċ kumpless bejn l-iskrinjar elettrostatiku b'saff doppju u t-titwil miċellari. Il-mikroreoloġija tad-DWS ikkorroborat dawn l-osservazzjonijiet makroskopiċi, u żvelat spettri Maxwelljani distinti f'R ≥ 1, konsistenti ma' mekkaniżmi ta' ksur-rikombinazzjoni dominati mir-reptazzjoni. Ta' min jinnota li t-tulijiet tat-tħabbil u l-persistenza baqgħu relattivament invarjabbli mas-saħħa jonika, filwaqt li t-tul tal-kontur wera korrelazzjonijiet qawwija mal-viskożità b'żero-shear. Dawn is-sejbiet jenfasizzaw ir-rwol kritiku tat-titwil miċellari u s-sinerġija termodinamika fir-regolazzjoni tal-viskoelastiċità tal-fluwidu, u jipprovdu qafas għall-inġinerija ta' surfactants ħielsa mis-sulfat ta' prestazzjoni għolja permezz ta' kontroll preċiż tad-densità taċ-ċarġ, il-kompożizzjoni, u l-kundizzjonijiet joniċi.
Astratt Grafiku
Introduzzjoni
Sistemi binarji ta' surfactants akweji li jinkludu speċi ċċarġjati b'mod oppost huma impjegati b'mod estensiv f'bosta setturi industrijali, inklużi l-kożmetiċi, il-farmaċewtiċi, l-agrokimiċi, u l-industriji tal-ipproċessar tal-ikel. L-adozzjoni mifruxa ta' dawn is-sistemi hija primarjament attribwita għall-funzjonalitajiet interfaċċjali u reoloġiċi superjuri tagħhom, li jippermettu prestazzjoni mtejba f'formulazzjonijiet diversi. L-awtoassemblaġġ sinerġistiku ta' dawn is-surfactants f'aggregati mħabbla bħal dud jagħti proprjetajiet makroskopiċi aġġustabbli ħafna, inkluż viskoelastiċità miżjuda u tensjoni interfaċċjali mnaqqsa. B'mod partikolari, kombinazzjonijiet ta' surfactants anjoniċi u zwitterjoniċi juru titjib sinerġistiku fl-attività tal-wiċċ, il-viskożità, u l-modulazzjoni tat-tensjoni interfaċċjali. Dawn l-imġibiet jirriżultaw minn interazzjonijiet elettrostatiċi u steriċi intensifikati bejn il-gruppi tar-ras polari u d-dnub idrofobiċi tas-surfactants, b'kuntrast mas-sistemi b'surfactant wieħed, fejn forzi elettrostatiċi repulsivi ħafna drabi jillimitaw l-ottimizzazzjoni tal-prestazzjoni.
Cocamidopropyl betaine (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCCN+ (C)CC([O−])=O) huwa surfactant anfoteriku użat ħafna f'formulazzjonijiet kożmetiċi minħabba l-effikaċja ħafifa tat-tindif u l-proprjetajiet ta' kondizzjonament tax-xagħar. In-natura zwitterjonika ta' CAPB tippermetti sinerġija elettrostatika ma' surfactants anjoniċi, ittejjeb l-istabbiltà tar-ragħwa u tippromwovi prestazzjoni superjuri tal-formulazzjoni. Matul l-aħħar ħames deċennji, it-taħlitiet ta' CAPB ma' surfactants ibbażati fuq is-sulfat, bħal CAPB–sodium lauryl ether sulfate (SLES), saru fundamentali fil-prodotti għall-kura personali. Madankollu, minkejja l-effikaċja tas-surfactants ibbażati fuq is-sulfat, it-tħassib dwar il-potenzjal tagħhom ta' irritazzjoni dermali u l-preżenza ta' 1,4-dioxane, prodott sekondarju tal-proċess ta' etossilazzjoni, wassal għal interess f'alternattivi ħielsa mis-sulfat. Kandidati promettenti jinkludu surfactants ibbażati fuq l-amino-aċidi, bħal taurates, sarcosinates, u glutamates, li juru bijokompatibilità mtejba u proprjetajiet aktar ħfief [9]. Madankollu, il-gruppi ta' ras polari relattivament kbar ta' dawn l-alternattivi spiss ifixklu l-formazzjoni ta' strutturi miċellari mħabbla ħafna, u dan jeħtieġ l-użu ta' modifikaturi reoloġiċi.
Metil kokoil tawrat tas-sodju (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) huwa surfactant anjoniku sintetizzat bħala melħ tas-sodju permezz tal-akkoppjar tal-amide ta' N-methyltaurine (aċidu 2-methylaminoethanesulfonic) ma' katina ta' aċidu xaħmi derivata mill-ġewż tal-Indi. L-SMCT għandu grupp ewlieni ta' taurina marbut mal-amide flimkien ma' grupp ta' sulfonat anjoniku qawwi, li jagħmlu bijodegradabbli u kompatibbli mal-pH tal-ġilda, li jpoġġih bħala kandidat promettenti għal formulazzjonijiet ħielsa mis-sulfat. Is-surfactants tat-taurat huma kkaratterizzati mid-deterġenza qawwija tagħhom, ir-reżiljenza għall-ilma iebes, il-ħlewwa, u l-istabbiltà wiesgħa tal-pH.
Il-parametri reoloġiċi, inkluż il-viskożità shear, il-moduli viskoelastiċi, u l-istress tar-rendiment, huma kritiċi fid-determinazzjoni tal-istabbiltà, in-nisġa, u l-prestazzjoni tal-prodotti bbażati fuq is-surfactants. Pereżempju, viskożità shear elevata tista' ttejjeb iż-żamma tas-sottostrat, filwaqt li l-istress tar-rendiment jirregola l-aderenza tal-formulazzjoni mal-ġilda jew max-xagħar wara l-applikazzjoni. Dawn l-attributi reoloġiċi makroskopiċi huma modulati minn bosta fatturi, inkluż il-konċentrazzjoni tas-surfactants, il-pH, it-temperatura, u l-preżenza ta' ko-solventi jew addittivi. Surfactants iċċarġjati b'mod oppost jistgħu jgħaddu minn tranżizzjonijiet mikrostrutturali diversi, li jvarjaw minn miċelli u vesikoli sferiċi għal fażijiet kristallini likwidi, li, min-naħa tagħhom, jaffettwaw profondament ir-reoloġija tal-massa. Taħlitiet ta' surfactants anfoteriċi u anjoniċi spiss jiffurmaw miċelli tawwalija bħal dud (WLMs), li jtejbu b'mod sinifikanti l-proprjetajiet viskoelastiċi. Il-fehim tar-relazzjonijiet bejn il-mikrostruttura u l-proprjetà huwa, għalhekk, kritiku għall-ottimizzazzjoni tal-prestazzjoni tal-prodott.
Bosta studji sperimentali investigaw sistemi binarji analogi, bħal CAPB–SLES, biex jiċċaraw il-bażi mikrostrutturali tal-proprjetajiet tagħhom. Pereżempju, Mitrinova et al. [13] ikkorelaw id-daqs tal-miċelli (raġġ idrodinamiku) mal-viskożità tas-soluzzjoni f'taħlitiet ta' ko-surfactant b'katina medja CAPB–SLES bl-użu tar-reometrija u t-tifrix dinamiku tad-dawl (DLS). Ir-reometrija mekkanika tipprovdi għarfien dwar l-evoluzzjoni mikrostrutturali ta' dawn it-taħlitiet u tista' tiġi miżjuda permezz ta' mikroreoloġija ottika bl-użu ta' spettroskopija tal-mewġa diffuża (DWS) li testendi d-dominju tal-frekwenza aċċessibbli, u taqbad id-dinamika fuq skala qasira ta' żmien partikolarment pertinenti għall-proċessi ta' rilassament tal-WLM. Fil-mikroreoloġija tad-DWS, l-ispostament kwadru medju tas-sondi kollojdali inkorporati jiġi traċċat maż-żmien, li jippermetti l-estrazzjoni ta' moduli viskoelastiċi lineari tal-mezz tal-madwar permezz tar-relazzjoni ġeneralizzata ta' Stokes–Einstein. Din it-teknika teħtieġ biss volumi minimi ta' kampjuni u għalhekk hija vantaġġuża għall-istudju ta' fluwidi kumplessi b'disponibbiltà limitata ta' materjal, eż. formulazzjonijiet ibbażati fuq il-proteini. L-analiżi tad-dejta < Δr²(t)> tul spettri ta' frekwenza wiesgħa tiffaċilita l-istima tal-parametri miċellari bħad-daqs tal-malja, it-tul tat-tħabbil, it-tul tal-persistenza, u t-tul tal-kontur. Amin et al. urew li t-taħlitiet CAPB-SLES jikkonformaw mat-tbassir mit-teorija ta' Cates, u wrew żieda qawwija fil-viskożità biż-żieda tal-melħ sakemm tilħaq konċentrazzjoni kritika tal-melħ, li lil hinn minnha l-viskożità tinżel b'mod preċipitat—rispons tipiku fis-sistemi WLM. Xu u Amin użaw reometrija mekkanika u DWS biex jeżaminaw it-taħlitiet SLES-CAPB-CCB, u żvelaw rispons reoloġiku Maxwelljan indikattiv tal-formazzjoni ta' WLM imħabbla, li ġie kkorroborat aktar minn parametri mikrostrutturali inferiti mill-kejl tad-DWS. Billi jibni fuq dawn il-metodoloġiji, l-istudju attwali jintegra r-reometrija mekkanika u l-mikroreoloġija tad-DWS biex jiċċara kif ir-riorganizzazzjonijiet mikrostrutturali jmexxu l-imġiba tax-shear tat-taħlitiet CAPB-SMCT.
Fid-dawl tad-domanda dejjem tikber għal aġenti tat-tindif aktar ġentili u sostenibbli, l-esplorazzjoni ta' surfactants anjoniċi ħielsa mis-sulfat kisbet momentum minkejja l-isfidi tal-formulazzjoni. L-arkitetturi molekulari distinti tas-sistemi ħielsa mis-sulfat spiss jipproduċu profili reoloġiċi diverġenti, u dan jikkomplika strateġiji konvenzjonali għat-titjib tal-viskożità bħal permezz tal-melħ jew it-tħaxxin polimeriku. Pereżempju, Yorke et al. esploraw alternattivi mhux sulfati billi investigaw sistematikament il-proprjetajiet tar-ragħwa u reoloġiċi ta' taħlitiet ta' surfactants binarji u ternarji li jinkludu alkyl olefin sulfonate (AOS), alkyl polyglucoside (APG), u lauryl hydroxysultaine. Proporzjon ta' 1:1 ta' AOS-sultaine wera karatteristiċi ta' shear-thinning u ragħwa simili għal CAPB-SLES, li jindika l-formazzjoni ta' WLM. Rajput et al. [26] evalwaw surfactant anjoniku ieħor ħieles mis-sulfat, sodium cocoyl glycinate (SCGLY), flimkien ma' ko-surfactants mhux joniċi (cocamide diethanolamine u lauryl glucoside) permezz ta' DLS, SANS, u reometrija. Għalkemm SCGLY waħdu fforma miċelli predominantement sferiċi, iż-żieda ta' ko-surfactant ippermettiet il-kostruzzjoni ta' morfoloġiji miċellari aktar kumplessi, soġġetti għal modulazzjoni mmexxija mill-pH.
Minkejja dawn l-avvanzi, relattivament ftit investigazzjonijiet iffukaw fuq il-proprjetajiet reoloġiċi ta' sistemi sostenibbli ħielsa mis-sulfat li jinvolvu CAPB u taurati. Dan l-istudju għandu l-għan li jimla din il-lakuna billi jipprovdi waħda mill-ewwel karatterizzazzjonijiet reoloġiċi sistematiċi tas-sistema binarja CAPB-SMCT. Billi nvarjaw sistematikament il-kompożizzjoni tas-surfactant, il-pH, u s-saħħa jonika, aħna niċċaraw il-fatturi li jirregolaw il-viskożità tax-shear u l-viskoelastiċità. Bl-użu tar-reometrija mekkanika u l-mikroreoloġija DWS, aħna nikkwantifikaw ir-riorganizzazzjonijiet mikrostrutturali li fuqhom hija bbażata l-imġiba tax-shear tat-taħlitiet CAPB-SMCT. Dawn is-sejbiet jiċċaraw l-interazzjoni bejn il-pH, il-proporzjon CAPB-SMCT, u l-livelli joniċi fil-promozzjoni jew l-inibizzjoni tal-formazzjoni tal-WLM, u b'hekk joffru għarfien prattiku dwar it-tfassil tal-profili reoloġiċi ta' prodotti sostenibbli bbażati fuq surfactant għal applikazzjonijiet industrijali diversi.
Ħin tal-posta: 05 ta' Awwissu 2025