Tähtsündmused
● Binaarsete sulfaadivabade pindaktiivsete ainete segude reoloogiat iseloomustatakse eksperimentaalselt.
● pH, koostise ja ioonkontsentratsiooni mõjusid uuritakse süstemaatiliselt.
● CAPB:SMCT pindaktiivse aine massi suhe 1:0,5 tagab maksimaalse nihkeviskoossuse.
● Nihkeviskoossuse maksimumi saavutamiseks on vaja märkimisväärset soola kontsentratsiooni.
● DWS-ist tuletatud mitsellaarkontuuri pikkus korreleerub tugevalt nihkeviskoossusega.
Abstraktne
Järgmise põlvkonna sulfaadivabade pindaktiivsete ainete platvormide otsinguil pakub käesolev töö ühe esimese süstemaatilise reoloogilise uuringu kokamidopropüülbetaini (CAPB) ja naatriummetüülkokoüültauraadi (SMCT) vesilahuste kohta erineva koostise, pH ja ioontugevuse korral. CAPB-SMCT vesilahused (aktiivsete pindaktiivsete ainete kogukontsentratsioon 8–12 massiprotsenti) valmistati mitme pindaktiivsete ainete kaaluvahekorraga, pH viidi väärtustele 4,5 ja 5,5 ning tiitriti NaCl-ga. Püsiva ja võnkuva nihke mõõtmised kvantifitseerisid makroskoopilist nihkeviskoossust, samas kui difuusse laine spektroskoopia (DWS) mikroreoloogia andis sagedusjaotusega viskoelastsed moodulid ja iseloomulikud mitsellipikkuse skaalad. Soolavabades tingimustes näitasid preparaadid Newtoni reoloogiat maksimaalse nihkeviskoossusega CAPB:SMCT kaaluvahekorra 1:0,5 juures, mis viitab katioonsete-anioonsete pearühmade sildade tugevnemisele. pH alandamine 5,5-lt 4,5-le andis CAPB-le suurema positiivse netolaengu, võimendades seeläbi elektrostaatilist komplekseerumist täielikult anioonse SMCT-ga ja genereerides tugevamaid mitsellivõrgustikke. Süstemaatiline soola lisamine moduleeris peagruppidevahelisi tõukumisi, soodustades morfoloogilist evolutsiooni diskreetsetest mitsellidest piklikeks, ussitaolisteks agregaatideks. Null-nihkeviskoossused näitasid kriitiliste soola ja pindaktiivse aine suhete (Rf) juures selgeid maksimume, mis rõhutas keerulist tasakaalu elektrostaatilise kahekihilise sõelumise ja mitselli pikenemise vahel. DWS-mikroreoloogia kinnitas neid makroskoopilisi vaatlusi, paljastades selged Maxwelli spektrid Rf ≥ 1 juures, mis on kooskõlas replikatsiooni domineerivate purunemise-rekombinatsiooni mehhanismidega. Märkimisväärselt jäid takerdumis- ja püsivuspikkused ioontugevusega suhteliselt muutumatuks, samas kui kontuuri pikkus näitas tugevat korrelatsiooni null-nihkeviskoossusega. Need leiud rõhutavad mitselli pikenemise ja termodünaamilise sünergia kriitilist rolli vedeliku viskoelastsuse reguleerimisel, pakkudes raamistikku kõrgjõudlusega sulfaadivabade pindaktiivsete ainete väljatöötamiseks laengutiheduse, koostise ja ioontingimuste täpse kontrolli kaudu.
Graafiline abstrakt
Sissejuhatus
Vastandlaenguga osakesi sisaldavaid vesipõhiseid binaarseid pindaktiivsete ainete süsteeme kasutatakse laialdaselt paljudes tööstussektorites, sealhulgas kosmeetika-, farmaatsia-, agrokeemia- ja toiduainetööstuses. Nende süsteemide laialdane kasutuselevõtt on peamiselt tingitud nende suurepärastest pindadevahelistest ja reoloogilistest funktsionaalsustest, mis võimaldavad paremat jõudlust erinevates koostistes. Selliste pindaktiivsete ainete sünergistlik iseorganiseerumine ussitaolisteks, põimunud agregaatideks annab väga reguleeritavad makroskoopilised omadused, sealhulgas suurenenud viskoelastsuse ja vähenenud pindadevahelise pinge. Eelkõige näitavad anioonsete ja tsvitterioonsete pindaktiivsete ainete kombinatsioonid sünergistlikku paranemist pindaktiivsuse, viskoossuse ja pindadevahelise pinge moduleerimise osas. Need käitumised tulenevad intensiivistunud elektrostaatilistest ja steerilistest interaktsioonidest pindaktiivsete ainete polaarsete pearühmade ja hüdrofoobsete sabade vahel, erinevalt ühe pindaktiivse aine süsteemidest, kus tõukuvad elektrostaatilised jõud piiravad sageli jõudluse optimeerimist.
Kokamidopropüülbetaiin (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) on laialdaselt kasutatav amfoteerne pindaktiivne aine kosmeetikatoodetes tänu oma kergele puhastavale efektiivsusele ja juukseid hooldavatele omadustele. CAPB tsvitterioonne olemus võimaldab elektrostaatilist sünergiat anioonsete pindaktiivsete ainetega, suurendades vahu stabiilsust ja soodustades paremat koostise toimivust. Viimase viie aastakümne jooksul on CAPB segud sulfaadipõhiste pindaktiivsete ainetega, näiteks CAPB-naatriumlaurüüleetersulfaadiga (SLES), muutunud isikliku hügieeni toodetes alustalaks. Vaatamata sulfaadipõhiste pindaktiivsete ainete tõhususele on mure nende nahaärrituse potentsiaali ja etoksüleerimisprotsessi kõrvalsaaduse 1,4-dioksaani olemasolu pärast tekitanud huvi sulfaadivabade alternatiivide vastu. Paljulubavate kandidaatide hulka kuuluvad aminohapete baasil valmistatud pindaktiivsed ained, nagu tauraadid, sarkosinaadid ja glutamaadid, millel on parem biosobivus ja leebemad omadused [9]. Sellest hoolimata takistavad nende alternatiivide suhteliselt suured polaarsed peagrupid sageli tugevalt takerdunud mitsellaarstruktuuride moodustumist, mistõttu on vaja kasutada reoloogilisi modifikaatoreid.
Naatriummetüülkokoüültauraat (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) on anioonne pindaktiivne aine, mis sünteesitakse naatriumsoolana N-metüültauriini (2-metüülaminoetaansulfoonhape) ja kookospähklist saadud rasvhappeahela amiidsideme teel. SMCT-l on amiidiga seotud tauriini pearühm koos tugevalt anioonse sulfonaatrühmaga, mis muudab selle biolagunevaks ja naha pH-ga ühilduvaks, mis asetab selle paljulubavaks kandidaadiks sulfaadivabade koostiste jaoks. Tauraatpindaktiivseid aineid iseloomustab tugev pesuvõime, vastupidavus karedale veele, mahedus ja lai pH stabiilsus.
Reoloogilised parameetrid, sealhulgas nihkeviskoossus, viskoelastsed moodulid ja voolavuspiir, on pindaktiivsetel ainetel põhinevate toodete stabiilsuse, tekstuuri ja toimivuse määramisel kriitilise tähtsusega. Näiteks võib suurenenud nihkeviskoossus parandada substraadi säilivust, samas kui voolavuspiir reguleerib preparaadi nakkumist naha või juustega pärast pealekandmist. Neid makroskoopilisi reoloogilisi omadusi moduleerivad arvukad tegurid, sealhulgas pindaktiivsete ainete kontsentratsioon, pH, temperatuur ja kaaslahustite või lisandite olemasolu. Vastaspoole laetud pindaktiivsed ained võivad läbida mitmesuguseid mikrostruktuurilisi üleminekuid, alates sfäärilistest mitsellidest ja vesiikulitest kuni vedelkristalliliste faasideni, mis omakorda mõjutavad sügavalt toote reoloogiat. Amfoteersete ja anioonsete pindaktiivsete ainete segud moodustavad sageli piklikke ussilaadseid mitselle (WLM), mis parandavad oluliselt viskoelastseid omadusi. Seetõttu on mikrostruktuuri ja omaduste vaheliste seoste mõistmine toote toimivuse optimeerimiseks kriitilise tähtsusega.
Analoogseid binaarsüsteeme, näiteks CAPB-SLES, on uuritud arvukates eksperimentaalsetes uuringutes, et selgitada nende omaduste mikrostruktuurilist alust. Näiteks Mitrinova jt [13] korreleerisid mitsellide suuruse (hüdrodünaamilise raadiuse) lahuse viskoossusega CAPB-SLES-keskmise ahelaga kaaspindaktiivsete ainete segudes, kasutades reomeetriat ja dünaamilist valguse hajumist (DLS). Mehaaniline reomeetria annab ülevaate nende segude mikrostruktuurilisest evolutsioonist ja seda saab täiendada optilise mikroreoloogiaga, kasutades difuusse laine spektroskoopiat (DWS), mis laiendab ligipääsetavat sagedusdomeeni, tabades lühikese ajaskaala dünaamikat, mis on eriti oluline WLM relaksatsiooniprotsesside jaoks. DWS mikroreoloogias jälgitakse manustatud kolloidsete sondide keskmist ruutnihet aja jooksul, mis võimaldab ümbritseva keskkonna lineaarsete viskoelastsete moodulite ekstraheerimist üldistatud Stokes-Einsteini seose kaudu. See tehnika nõuab ainult minimaalseid proovimahtusid ja on seega kasulik piiratud materjali kättesaadavusega keeruliste vedelike, nt valgupõhiste preparaatide uurimiseks. <Δr²(t)> andmete analüüs laia sagedusspektri ulatuses hõlbustab mitsellaarsete parameetrite, näiteks võrgusilma suuruse, takerdumise pikkuse, püsivuse pikkuse ja kontuuri pikkuse, hindamist. Amin jt näitasid, et CAPB-SLES segud vastavad Catesi teooria ennustustele, näidates viskoossuse märgatavat suurenemist soola lisamisega kuni kriitilise soolakontsentratsioonini, mille ületamisel viskoossus langeb järsult – tüüpiline reaktsioon WLM-süsteemides. Xu ja Amin kasutasid SLES-CAPB-CCB segude uurimiseks mehaanilist reomeetriat ja DWS-i, mis näitas Maxwelli reoloogilist vastust, mis viitab takerdunud WLM-i moodustumisele, mida kinnitasid veelgi DWS-i mõõtmistest tuletatud mikrostruktuurilised parameetrid. Nendele metoodikatele tuginedes integreerib käesolev uuring mehaanilise reomeetria ja DWS-i mikroreoloogia, et selgitada välja, kuidas mikrostruktuurilised reorganiseerimised mõjutavad CAPB-SMCT segude nihkekäitumist.
Õrnemate ja jätkusuutlikumate puhastusvahendite kasvava nõudluse valguses on sulfaadivabade anioonsete pindaktiivsete ainete uurimine hoogustunud vaatamata formuleerimisprobleemidele. Sulfaadivabade süsteemide erinevad molekulaarsed arhitektuurid annavad sageli erinevaid reoloogilisi profiile, mis raskendab tavapäraseid viskoossuse suurendamise strateegiaid, näiteks soola või polümeerse paksendamise abil. Näiteks uurisid Yorke jt mittesulfaate, uurides süstemaatiliselt alküülolefiinsulfonaati (AOS), alküülpolüglükosiidi (APG) ja laurüülhüdroksüsultaiini sisaldavate binaarsete ja ternaarsete pindaktiivsete ainete segude vahustamis- ja reoloogilisi omadusi. AOS-sultaiini suhe 1:1 näitas CAPB-SLES-ile sarnaseid nihkejõudu ja vahutamisomadusi, mis viitab WLM-i moodustumisele. Rajput jt [26] hindasid DLS-i, SANS-i ja reomeetria abil teist sulfaadivaba anioonset pindaktiivset ainet, naatriumkokoüülglütsinaati (SCGLY), koos mitteioonsete kopindaktiivsete ainetega (kokamiiddietanoolamiin ja laurüülglükosiid). Kuigi SCGLY üksi moodustas valdavalt sfäärilisi mitselle, võimaldas kaaspindaktiivsete ainete lisamine keerukamate mitsellimorfoloogiate konstrueerimist, mis olid pH-põhise moduleerimisega sobivad.
Vaatamata neile edusammudele on suhteliselt vähe uuringuid suunatud CAPB-d ja tauraate sisaldavate jätkusuutlike sulfaadivabade süsteemide reoloogilistele omadustele. Selle uuringu eesmärk on see lünk täita, pakkudes ühe esimese CAPB-SMCT binaarse süsteemi süstemaatilise reoloogilise iseloomustuse. Pindaktiivsete ainete koostise, pH ja ioontugevuse süstemaatilise muutmise abil selgitame välja nihkeviskoossust ja viskoelastsust mõjutavad tegurid. Mehaanilise reomeetria ja DWS-mikroreoloogia abil kvantifitseerime CAPB-SMCT segude nihkekäitumise aluseks olevaid mikrostruktuurilisi ümberkorraldusi. Need leiud selgitavad pH, CAPB-SMCT suhte ja ioontasemete vahelist koostoimet WLM-i moodustumise soodustamisel või pärssimisel, pakkudes seeläbi praktilisi teadmisi jätkusuutlike pindaktiivsetel ainetel põhinevate toodete reoloogiliste profiilide kohandamiseks mitmesuguste tööstuslike rakenduste jaoks.
Postituse aeg: 05.08.2025