संरचना, pH, र आयनिक अवस्थाहरूमा कोकामिडोप्रोपाइल बेटेन-सोडियम मिथाइल कोकोइल टोरेटको सल्फेट-मुक्त सर्फ्याक्टेन्ट मिश्रणको रियोलोजिकल गतिशीलताको विशेषता।

परिचय

विपरीत चार्ज गरिएका प्रजातिहरू मिलेर बनेको जलीय बाइनरी सर्फ्याक्टेन्ट प्रणालीहरू कस्मेटिक्स, औषधि, कृषि रसायन र खाद्य प्रशोधन उद्योगहरू सहित धेरै औद्योगिक क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिन्छ। यी प्रणालीहरूको व्यापक अपनन मुख्यतया तिनीहरूको उत्कृष्ट इन्टरफेसियल र रियोलोजिकल कार्यक्षमतालाई श्रेय दिइएको छ, जसले विविध सूत्रहरूमा बढेको प्रदर्शन सक्षम गर्दछ। यस्ता सर्फ्याक्टेन्टहरूको सिनर्जिस्टिक स्व-एसेम्बलीले अत्यधिक ट्युनेबल म्याक्रोस्कोपिक गुणहरू प्रदान गर्दछ, जसमा बढेको भिस्कोइलास्टिकिटी र कम इन्टरफेसियल तनाव समावेश छ। विशेष गरी, एनियोनिक र ज्विटेरियोनिक सर्फ्याक्टेन्टहरूको संयोजनले सतह गतिविधि, चिपचिपापन, र इन्टरफेसियल तनाव मोड्युलेसनमा सिनर्जिस्टिक वृद्धिहरू प्रदर्शन गर्दछ। यी व्यवहारहरू ध्रुवीय हेड समूहहरू र सर्फ्याक्टेन्टहरूको हाइड्रोफोबिक पुच्छरहरू बीचको तीव्र इलेक्ट्रोस्टेटिक र स्टेरिक अन्तरक्रियाबाट उत्पन्न हुन्छन्, एकल-सर्फ्याक्टेन्ट प्रणालीहरूसँग विपरित, जहाँ विकर्षक इलेक्ट्रोस्टेटिक बलहरूले प्रायः प्रदर्शन अनुकूलनलाई सीमित गर्दछ।

कोकामिडोप्रोपाइल बेटेन (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) यसको हल्का सफाई प्रभावकारिता र कपाल-कन्डिसनिंग गुणहरूको कारणले कस्मेटिक सूत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने एम्फोटेरिक सर्फ्याक्टेन्ट हो। CAPB को zwitterionic प्रकृतिले एनियोनिक सर्फ्याक्टेन्टहरूसँग इलेक्ट्रोस्टेटिक तालमेल सक्षम बनाउँछ, फोम स्थिरता बढाउँछ र उत्कृष्ट सूत्रीकरण प्रदर्शनलाई प्रवर्द्धन गर्दछ। विगत पाँच दशकहरूमा, CAPB-सोडियम लौरिल ईथर सल्फेट (SLES) जस्ता सल्फेट-आधारित सर्फ्याक्टेन्टहरूसँग CAPB मिश्रणहरू व्यक्तिगत हेरचाह उत्पादनहरूमा आधारभूत भएका छन्। यद्यपि, सल्फेट-आधारित सर्फ्याक्टेन्टहरूको प्रभावकारिताको बावजुद, तिनीहरूको छालाको जलन क्षमता र इथोक्सिलेसन प्रक्रियाको उप-उत्पादन 1,4-डाइअक्सेनको उपस्थितिको बारेमा चिन्ताले सल्फेट-मुक्त विकल्पहरूमा रुचि जगाएको छ। आशाजनक उम्मेदवारहरूमा टोरेट्स, सार्कोसिनेट्स र ग्लुटामेट्स जस्ता एमिनो-एसिड-आधारित सर्फ्याक्टेन्टहरू समावेश छन्, जसले बढेको जैविक अनुकूलता र हल्का गुणहरू प्रदर्शन गर्दछ [9]। तैपनि, यी विकल्पहरूको अपेक्षाकृत ठूला ध्रुवीय हेड समूहहरूले प्रायः अत्यधिक अलमलिएको माइकलर संरचनाहरूको गठनमा बाधा पुर्‍याउँछन्, जसले गर्दा रियोलोजिकल परिमार्जकहरूको प्रयोग आवश्यक पर्दछ।

सोडियम मिथाइल कोकोयल टोरेट (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) एक एनियोनिक सर्फ्याक्टेन्ट हो जुन नरिवलबाट व्युत्पन्न फ्याटी एसिड चेनसँग N-मिथाइलटौरिन (२-मिथाइलएमिनोइथेनसल्फोनिक एसिड) को एमाइड युग्मन मार्फत सोडियम नुनको रूपमा संश्लेषित गरिन्छ। SMCT मा बलियो एनियोनिक सल्फोनेट समूहको साथमा एमाइड-लिङ्क गरिएको टौरिन हेडग्रुप हुन्छ, जसले यसलाई बायोडिग्रेडेबल र छालाको pH सँग उपयुक्त बनाउँछ, जसले यसलाई सल्फेट-मुक्त सूत्रहरूको लागि एक आशाजनक उम्मेदवारको रूपमा राख्छ। टोरेट सर्फ्याक्टेन्टहरू तिनीहरूको शक्तिशाली डिटर्जेन्सी, कडा-पानी लचिलोपन, कोमलता, र व्यापक pH स्थिरता द्वारा विशेषता हुन्छन्।

सर्फ्याक्टेन्ट-आधारित उत्पादनहरूको स्थिरता, बनावट र कार्यसम्पादन निर्धारण गर्न शियर भिस्कोसिटी, भिस्कोइलास्टिक मोड्युली, र उपज तनाव सहित रियोलोजिकल प्यारामिटरहरू महत्त्वपूर्ण छन्। उदाहरणका लागि, बढेको सियर भिस्कोसिटीले सब्सट्रेट रिटेन्सन सुधार गर्न सक्छ, जबकि उपज तनावले छाला वा कपालमा फर्म्युलेसनको प्रयोग पछिको पालनालाई नियन्त्रण गर्दछ। यी म्याक्रोस्कोपिक रियोलोजिकल विशेषताहरू सर्फ्याक्टेन्ट सांद्रता, pH, तापक्रम, र सह-विलायक वा additives को उपस्थिति सहित धेरै कारकहरू द्वारा परिमार्जित हुन्छन्। विपरीत चार्ज गरिएका सर्फ्याक्टेन्टहरूले गोलाकार माइकेल र भेसिकलदेखि तरल क्रिस्टलीय चरणहरू सम्मका विविध माइक्रोस्ट्रक्चरल ट्रान्जिसनहरू पार गर्न सक्छन्, जसले फलस्वरूप, बल्क रियोलोजीलाई गहिरो रूपमा असर गर्छ। एम्फोटेरिक र एनियोनिक सर्फ्याक्टेन्टहरूको मिश्रणले प्रायः लम्बिएको कीरा जस्तो माइकेल (WLM) बनाउँछ, जसले भिस्कोइलास्टिक गुणहरूलाई उल्लेखनीय रूपमा बढाउँछ। त्यसैले, उत्पादन प्रदर्शन अनुकूलन गर्नको लागि माइक्रोस्ट्रक्चर-प्रॉपर्टी सम्बन्ध बुझ्नु महत्त्वपूर्ण छ।

धेरै प्रयोगात्मक अध्ययनहरूले CAPB-SLES जस्ता समान बाइनरी प्रणालीहरूको अनुसन्धान गरेका छन्, जसले गर्दा तिनीहरूको गुणहरूको सूक्ष्म संरचनात्मक आधार स्पष्ट हुन्छ। उदाहरणका लागि, Mitrinova et al. [13] रियोमेट्री र गतिशील प्रकाश स्क्याटरिङ (DLS) प्रयोग गरेर CAPB-SLES-मध्यम-श्रृंखला सह-सर्फ्याक्टेन्ट मिश्रणहरूमा समाधान चिपचिपापनसँग सहसम्बन्धित माइकल आकार (हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या)। मेकानिकल रियोमेट्रीले यी मिश्रणहरूको सूक्ष्म संरचनात्मक विकासमा अन्तर्दृष्टि प्रदान गर्दछ र अप्टिकल माइक्रोरेओलोजीद्वारा डिफ्यूजिङ वेभ स्पेक्ट्रोस्कोपी (DWS) प्रयोग गरेर बढाउन सकिन्छ जसले पहुँचयोग्य फ्रिक्वेन्सी डोमेन विस्तार गर्दछ, छोटो-समय स्केल गतिशीलता विशेष गरी WLM विश्राम प्रक्रियाहरूसँग सम्बन्धित क्याप्चर गर्दछ। DWS माइक्रोरेओलोजीमा, एम्बेडेड कोलोइडल प्रोबहरूको औसत वर्ग विस्थापन समयसँगै ट्र्याक गरिन्छ, जसले सामान्यीकृत स्टोक्स-आइन्स्टाइन सम्बन्ध मार्फत वरपरको माध्यमको रेखीय भिस्कोइलास्टिक मोड्युलीको निकासी सक्षम पार्छ। यो प्रविधिलाई केवल न्यूनतम नमूना मात्रा चाहिन्छ र त्यसैले सीमित सामग्री उपलब्धता भएका जटिल तरल पदार्थहरूको अध्ययनको लागि लाभदायक छ, जस्तै प्रोटीन-आधारित सूत्रहरू। व्यापक फ्रिक्वेन्सी स्पेक्ट्रामा <Δr²(t)> डेटाको विश्लेषणले जाल आकार, उलझन लम्बाइ, दृढता लम्बाइ, र समोच्च लम्बाइ जस्ता माइकलर प्यारामिटरहरूको अनुमानलाई सहज बनाउँछ। अमीन एट अलले CAPB-SLES मिश्रणहरू क्याट्सको सिद्धान्तबाट भविष्यवाणीहरू अनुरूप रहेको देखाएको छ, जसले नुन थपिएपछि चिपचिपापनमा स्पष्ट वृद्धि देखाउँछ जबसम्म महत्वपूर्ण नुन सांद्रता हुँदैन, जसभन्दा बाहिर चिपचिपापन अचानक घट्छ - WLM प्रणालीहरूमा एक विशिष्ट प्रतिक्रिया Xu र Amin ले SLES-CAPB-CCB मिश्रणहरूको जाँच गर्न मेकानिकल रियोमेट्री र DWS प्रयोग गरे, जसले उलझन WLM गठनको सूचक म्याक्सवेलियन रियोलोजिकल प्रतिक्रिया प्रकट गर्‍यो, जुन DWS मापनबाट अनुमान गरिएको माइक्रोस्ट्रक्चरल प्यारामिटरहरू द्वारा थप पुष्टि गरिएको थियो। यी विधिहरूमा निर्माण गर्दै, हालको अध्ययनले CAPB-SMCT मिश्रणहरूको कतरनी व्यवहारलाई कसरी माइक्रोस्ट्रक्चरल पुनर्गठनले चलाउँछ भनेर स्पष्ट पार्न मेकानिकल रियोमेट्री र DWS माइक्रोरेओलोजीलाई एकीकृत गर्दछ।

हल्का र दिगो सफाई एजेन्टहरूको बढ्दो मागलाई ध्यानमा राख्दै, सूत्रीकरण चुनौतीहरूको बावजुद सल्फेट-मुक्त एनियोनिक सर्फ्याक्टेन्टहरूको अन्वेषणले गति लिएको छ। सल्फेट-मुक्त प्रणालीहरूको विशिष्ट आणविक संरचनाहरूले प्रायः भिन्न रियोलोजिकल प्रोफाइलहरू उत्पादन गर्दछ, जसले नुन वा पोलिमरिक मोटाई मार्फत चिपचिपापन वृद्धिको लागि परम्परागत रणनीतिहरूलाई जटिल बनाउँछ। उदाहरणका लागि, योर्के एट अलले अल्काइल ओलेफिन सल्फोनेट (AOS), अल्काइल पोलिग्लुकोसाइड (APG), र लौरिल हाइड्रोक्सिसुलटेन विशेषता भएको बाइनरी र टर्नरी सर्फ्याक्टेन्ट मिश्रणहरूको फोमिंग र रियोलोजिकल गुणहरूको व्यवस्थित रूपमा अनुसन्धान गरेर गैर-सल्फेट विकल्पहरूको अन्वेषण गरे। AOS-सल्टेनको १:१ अनुपातले CAPB-SLES जस्तै शियर-थिनिंग र फोम विशेषताहरू देखायो, जसले WLM गठनलाई संकेत गर्दछ। राजपूत एट अल। [26] ले DLS, SANS, र रियोमेट्री मार्फत गैर-आयोनिक सह-सर्फ्याक्टेन्टहरू (कोकामाइड डायथेनोलामाइन र लौरिल ग्लुकोसाइड) सँगसँगै अर्को सल्फेट-मुक्त एनियोनिक सर्फ्याक्टेन्ट, सोडियम कोकोइल ग्लाइसिनेट (SCGLY) को मूल्याङ्कन गर्‍यो। यद्यपि SCGLY ले मात्र मुख्यतया गोलाकार माइकेलहरू बनायो, सह-सर्फ्याक्टेन्ट थपले pH-संचालित मोड्युलेसनको लागि उपयुक्त थप जटिल माइकेलर आकारहरूको निर्माणलाई सक्षम बनायो।

यी प्रगतिहरूको बावजुद, तुलनात्मक रूपमा थोरै अनुसन्धानहरूले CAPB र taurates समावेश गर्ने दिगो सल्फेट-मुक्त प्रणालीहरूको rheological गुणहरूलाई लक्षित गरेका छन्। यस अध्ययनले CAPB-SMCT बाइनरी प्रणालीको पहिलो व्यवस्थित rheological विशेषताहरू मध्ये एक प्रदान गरेर यो खाडल भर्ने लक्ष्य राखेको छ। व्यवस्थित रूपमा सर्फ्याक्टेन्ट संरचना, pH, र आयनिक शक्ति फरक पारेर, हामी शियर चिपचिपापन र भिस्कोइलास्टिकिटीलाई नियन्त्रण गर्ने कारकहरू स्पष्ट पार्छौं। मेकानिकल रियोमेट्री र DWS माइक्रोरेओलोजी प्रयोग गरेर, हामी CAPB-SMCT मिश्रणहरूको शियर व्यवहारमा अन्तर्निहित माइक्रोस्ट्रक्चरल पुनर्गठनहरूको परिमाण निर्धारण गर्छौं। यी निष्कर्षहरूले WLM गठनलाई प्रवर्द्धन वा अवरोध गर्न pH, CAPB-SMCT अनुपात, र आयनिक स्तरहरू बीचको अन्तरक्रियालाई स्पष्ट पार्छ, जसले गर्दा विविध औद्योगिक अनुप्रयोगहरूको लागि दिगो सर्फ्याक्टेन्ट-आधारित उत्पादनहरूको rheological प्रोफाइलहरू अनुकूलन गर्न व्यावहारिक अन्तर्दृष्टि प्रदान गर्दछ।