Тавсифи динамикаи реологии омехтаҳои сурфактанти бе сулфати кокамидопропил бетаин-метилкокоилтаурати натрий дар таркиб, рН ва шароити ионӣ

Муқаддима

Системаҳои обии бинарии сурфактант, ки аз намудҳои муқобил заряднок иборатанд, дар бахшҳои сершумори саноатӣ, аз ҷумла косметика, дорусозӣ, агрохимиявӣ ва саноати коркарди хӯрокворӣ васеъ истифода мешаванд. Қабули густурдаи ин системаҳо пеш аз ҳама ба функсияҳои олии интерфасиалӣ ва реологии онҳо марбут аст, ки имкон медиҳанд иҷрои беҳтар дар формулаҳои гуногун. Ҷамъоварии синергетикии ин гуна сурфактантҳо ба агрегатҳои кирмшакл ва печида хосиятҳои макроскопии хеле танзимшаванда, аз ҷумла баланд бардоштани часпакӣ ва коҳиши шиддати байнифазаҳоро медиҳад. Махсусан, омезиши сурфактантҳои анионӣ ва звитерионикӣ дар фаъолияти сатҳи рӯизаминӣ, часпакӣ ва модуляцияи шиддати байнифазавӣ такмили синергистӣ нишон медиҳанд. Ин рафторҳо аз таъсири мутақобилаи пуршиддати электростатикӣ ва стерикӣ байни гурӯҳҳои сарлавҳаи қутбӣ ва думҳои гидрофобии сурфактант ба вуҷуд меоянд, ки бо системаҳои яксурфактант муқоиса мекунанд, ки дар он ҷо қувваҳои электростатикии боздор аксар вақт оптимизатсияи корро маҳдуд мекунанд.

Кокамидопропил бетаин (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) як сурфактанти амфотерикӣ ба таври васеъ истифодашаванда дар формулаҳои косметикӣ бо сабаби самаранокии ҳалим тозакунӣ ва хосиятҳои кондитсионерии мӯй мебошад. Табиати звитерионии CAPB имкон медиҳад, ки синергияи электростатикӣ бо сурфактантҳои анионӣ, устувории кафкро баланд бардорад ва иҷрои аълои формуларо пеш барад. Дар тӯли панҷ даҳсолаи охир, омехтаҳои CAPB бо сурфактант дар асоси сулфат, аз қабили CAPB – сулфат натрий лаурил эфир (SLES), дар маҳсулоти нигоҳубини шахсӣ асос гузоштанд. Бо вуҷуди ин, сарфи назар аз самаранокии сурфактантҳо дар асоси сулфат, нигарониҳо дар бораи потенсиали хашмгинии пӯсти онҳо ва мавҷудияти 1,4-диоксан, маҳсулоти иловагии раванди этоксилизатсия, таваҷҷӯҳро ба алтернативаҳои бидуни сулфат афзоиш доданд. Номзадҳои умедбахш дорои сурфактантҳои ба аминокислотаҳо асосёфта, аз қабили тауратҳо, саркосинатҳо ва глутаматҳо мебошанд, ки мутобиқати мукаммали биологӣ ва хосиятҳои сабуктарро нишон медиҳанд [9]. Бо вуҷуди ин, гурӯҳҳои нисбатан калони қутбҳои сарлавҳаҳои ин алтернативаҳо аксар вақт ба ташаккули сохторҳои хеле печидашудаи мицеллярӣ халал мерасонанд, ки истифодаи тағирдиҳандаҳои реологиро талаб мекунанд.

Таурати метилкокоил натрий (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) як сурфактанти анионист, ки ҳамчун намаки натрий тавассути пайвастани амидии N-метилтаурин (кислотаи 2-метиламиноэтансульфонӣ) бо занҷири кислотаи равғании аз кокос ҳосилшуда синтез карда мешавад. SMCT дорои як гурӯҳи сарлавҳаи таурини ба амид алоқаманд аст, ки дар баробари гурӯҳи сулфанатҳои сахт анионӣ, онро биологӣ вайрон мекунад ва бо pH пӯст мувофиқ мекунад, ки онро ҳамчун номзади умедбахш барои формулаҳои бидуни сулфат ҷойгир мекунад. Сурфактантҳои торатӣ бо қобилияти шустани қавӣ, устувории об ба сахт, нармӣ ва устувории васеи рН тавсиф карда мешаванд.

Параметрҳои реологӣ, аз ҷумла часпакии буридан, модулҳои часпакӣ ва фишори ҳосилнокӣ дар муайян кардани устуворӣ, сохтор ва иҷрои маҳсулоти дар асоси сурфактант асосёфта муҳиманд. Масалан, часпакии баланди кӯза метавонад нигоҳдории субстратро беҳтар кунад, дар ҳоле ки фишори ҳосилнокӣ риояи формуларо ба пӯст ё мӯй пас аз татбиқ танзим мекунад. Ин атрибутҳои реологии макроскопӣ бо омилҳои сершумор, аз ҷумла консентратсияи сурфактант, рН, ҳарорат ва мавҷудияти ҳалкунандаҳо ё иловаҳо, модул карда мешаванд. Сурфактантҳои зидди заряднок метавонанд гузариши микроструктураи гуногунро аз сар гузаронанд, аз мицеллаҳо ва весикулаҳои сферикӣ то фазаҳои кристаллии моеъ, ки дар навбати худ ба реологияи масса таъсири амиқ мерасонанд. Омехтаҳои сурфактантҳои амфотерикӣ ва анионӣ аксар вақт мицеллаҳои дарозмонанди кирммонандро (WLM) ташкил медиҳанд, ки хосиятҳои часпакро ба таври назаррас беҳтар мекунанд. Аз ин рӯ, фаҳмидани муносибатҳои микросохтор ва моликият барои беҳтар кардани кори маҳсулот муҳим аст.

Тадқиқотҳои сершумори таҷрибавӣ системаҳои шабеҳи дуӣ, ба монанди CAPB-SLES, барои равшан кардани заминаи микроструктураи хосиятҳои онҳоро таҳқиқ карданд. Масалан, Митринова ва дигарон. [13] мутаносиби андозаи мицелла (радиуси гидродинамикӣ) бо часпакии маҳлул дар CAPB–SLES – омехтаҳои ко-сурфактанти миёна-занҷир бо истифода аз реометрия ва парокандашавии динамикии нур (DLS). Реометрияи механикӣ дар бораи таҳаввулоти микроструктураи ин омехтаҳо фаҳмиш медиҳад ва мумкин аст тавассути микрореологияи оптикӣ бо истифода аз спектроскопияи мавҷи паҳншуда (DWS), ки домени басомади дастрасро васеъ мекунад ва динамикаи кӯтоҳмуддатро, ки ба равандҳои истироҳатии WLM дахл дорад, афзоиш медиҳад. Дар микрореологияи DWS ҷойивазкунии миёнаи квадратии зондҳои дарунсохташудаи коллоидӣ бо мурури замон пайгирӣ карда мешавад, ки имкон медиҳад модулҳои хаттии часпакии муҳити атроф тавассути муносибати умумишудаи Стокс-Эйнштейн истихроҷ карда шавад. Ин усул танҳо ҳаҷми ҳадди ақали намунаро талаб мекунад ва аз ин рӯ барои омӯзиши моеъҳои мураккаб бо мавҷудияти маводҳои маҳдуд, масалан, формулаҳои ба сафеда асосёфта муфид аст. Таҳлили маълумоти <Δr²(t)> дар спектрҳои басомади васеъ баҳодиҳии параметрҳои мицеллярӣ ба монанди андозаи тор, дарозии печида, дарозии устуворӣ ва дарозии контурро осон мекунад. Амин ва дигарон нишон доданд, ки омехтаҳои CAPB-SLES ба пешгӯиҳои назарияи Кейтс мувофиқат мекунанд, ки афзоиши намоёни часпакро бо илова кардани намак то консентратсияи муҳими намак нишон медиҳад, ки беш аз он часпак якбора паст мешавад - як вокуниши маъмулӣ дар системаҳои WLM Xu ва Амин реометрияи механикӣ ва DWS-ро барои санҷиши омехтаи MaxCAPB-ро истифода бурданд. вокуниши реологӣ нишон медиҳад, ки ташаккули печидаи WLM, ки минбаъд бо параметрҳои микроструктурӣ, ки аз андозагирии DWS бармеоянд, тасдиқ карда мешаванд. Бар асоси ин методологияҳо, таҳқиқоти ҷорӣ реометрияи механикӣ ва микрореологияи DWS-ро муттаҳид мекунад, то фаҳмонад, ки чӣ гуна азнавташкилдиҳии микроструктурӣ рафтори буридани омехтаҳои CAPB-SMCT-ро ба амал меорад.

Дар партави афзояндаи талабот ба агентҳои тозакунандаи нармтар ва устувортар, сарфи назар аз мушкилот дар таҳия, иктишофи сурфактантҳои анионии бе сулфат суръат гирифт. Архитектураи мушаххаси молекулавии системаҳои бе сулфат аксар вақт профилҳои реологии гуногунро ба вуҷуд меоранд, ки стратегияҳои анъанавии баланд бардоштани часпакро, ба монанди тавассути намак ё ғафсшавии полимериро душвор мегардонанд. Масалан, Йорк ва дигарон. алтернативаҳои ғайрисулфатиро тавассути таҳқиқи мунтазами хосиятҳои кафккунӣ ва реологии омехтаҳои сурфактанти бинарӣ ва сегона, ки дорои сулфанати алкилолефин (АОС), алкилполиглюкозид (APG) ва гидроксисултаин лаурил мебошанд, омӯхтанд. Таносуби 1:1-и AOS-sultaine хусусиятҳои қадкашӣ ва кафкро ба CAPB-SLES нишон дод, ки ба ташаккули WLM ишора мекунад. Раҷпут ва дигарон. [26] дигар сурфактанти анионии бе сулфат, глицинати натрий (SCGLY) дар баробари ко-сурфактантҳои ғайриионикӣ (кокамид диетаноламин ва лаурил глюкозид) тавассути DLS, SANS ва реометрия арзёбӣ карданд. Гарчанде ки танҳо SCGLY асосан мицеллаҳои сферикиро ташкил медод, иловаи ко-сурфактант имкон дод, ки морфологияҳои мураккабтари мицеллярӣ, ки ба модуляцияи рН асос ёфтаанд, сохта шаванд.

Сарфи назар аз ин пешрафтҳо, нисбатан кам таҳқиқот хосиятҳои реологии системаҳои устувори сулфатро, ки CAPB ва тавратҳоро дар бар мегиранд, ҳадаф қарор додаанд. Ҳадафи ин тадқиқот пур кардани ин холигоҳ тавассути пешниҳоди яке аз аввалин тавсифоти систематикии реологии системаи бинарии CAPB-SMCT мебошад. Бо ба таври мунтазам тағйир додани таркиби сурфактант, рН ва қувваи ионӣ, мо омилҳоеро, ки часпак ва часпакии қаҳваро танзим мекунанд, равшан мекунем. Бо истифода аз реометрияи механикӣ ва микрореологияи DWS, мо азнавташкилдиҳии микроструктураро, ки дар асоси рафтори буридани омехтаҳои CAPB-SMCT ҷойгиранд, муайян мекунем. Ин бозёфтҳо мутақобилаи байни pH, таносуби CAPB-SMCT ва сатҳҳои иониро дар пешбурд ё ҷилавгирӣ аз ташаккули WLM равшан мекунанд ва ба ин васила дар бораи мутобиқ кардани профилҳои реологии маҳсулоти устувор дар асоси сурфактант барои барномаҳои гуногуни саноатӣ фаҳмиши амалӣ пешкаш мекунанд.