Тавсифи динамикаи реологии омехтаҳои сурфактанти бесулфати кокамидопропил бетаин-метил кокоил таурати натрий дар таркиб, рН ва шароити ионӣ

Муқаддима

Системаҳои сурфактантҳои дуӣ дар об, ки аз намудҳои муқобил заряднок иборатанд, дар бахшҳои сершумори саноатӣ, аз ҷумла косметика, дорусозӣ, агрокимиёвӣ ва саноати коркарди хӯрокворӣ ба таври васеъ истифода мешаванд. Қабули васеъи ин системаҳо пеш аз ҳама ба функсияҳои олии байнисатҳӣ ва реологии онҳо вобаста аст, ки имкон медиҳанд самаранокии баландтар дар формулаҳои гуногун беҳтар карда шавад. Худҷамъшавии синергетикии чунин сурфактантҳо ба агрегатҳои печида ба кирммонанд хосиятҳои макроскопии хеле танзимшаванда, аз ҷумла афзоиши часпакӣ ва коҳиши шиддати байнисатҳӣ, медиҳад. Аз ҷумла, комбинатсияҳои сурфактантҳои анионӣ ва звиттерионӣ афзоиши синергетикиро дар фаъолияти сатҳӣ, часпакӣ ва модулятсияи шиддати байнисатҳӣ нишон медиҳанд. Ин рафторҳо аз таъсири мутақобилаи шадиди электростатикӣ ва стерикӣ байни гурӯҳҳои сари қутбӣ ва думҳои гидрофобии сурфактантҳо ба вуҷуд меоянд, ки бо системаҳои яксурфактант муқоиса мешаванд, ки дар он қувваҳои электростатикии теладиҳанда аксар вақт беҳсозии самаранокиро маҳдуд мекунанд.

Кокамидопропил бетаин (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCCN+ (C)CC([O−])=O) як сурфактанти амфотерикӣ мебошад, ки ба таври васеъ дар формулаҳои косметикӣ истифода мешавад, зеро он самаранокии нарми тозакунӣ ва хосиятҳои мулоимкунии мӯйро дорад. Хусусияти звиттерионии CAPB синергияи электростатикиро бо сурфактантҳои анионӣ имкон медиҳад, ки устувории кафкро беҳтар мекунад ва самаранокии формуларо беҳтар мекунад. Дар тӯли панҷ даҳсолаи охир, омехтаҳои CAPB бо сурфактантҳои дар асоси сулфат, ба монанди CAPB-натрий лаурил эфир сулфат (SLES), дар маҳсулоти нигоҳубини шахсӣ асоси худро пайдо кардаанд. Аммо, сарфи назар аз самаранокии сурфактантҳои дар асоси сулфат, нигарониҳо дар бораи потенсиали асабонияти пӯст ва мавҷудияти 1,4-диоксан, ки маҳсулоти иловагии раванди этоксилизатсия мебошад, таваҷҷӯҳро ба алтернативаҳои бе сулфат ба вуҷуд овардаанд. Номзадҳои умедбахш сурфактантҳои дар асоси аминокислота, ба монанди тауратҳо, саркозинатҳо ва глутаматҳоро дар бар мегиранд, ки биомутобиқати беҳтар ва хосиятҳои нармтарро нишон медиҳанд [9]. Бо вуҷуди ин, гурӯҳҳои нисбатан калони сари қутбӣ дар ин алтернативаҳо аксар вақт ба ташаккули сохторҳои миселлярии хеле печида монеъ мешаванд, ки истифодаи модификаторҳои реологиро талаб мекунад.

Таурат аз натрий метил кокоил (SMCT; ТАБАССУМҲО:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) як сурфактанти анионӣ аст, ки ҳамчун намаки натрий тавассути пайвастшавии амидии N-метилтаурин (кислотаи 2-метиламиноэтанесульфонӣ) бо занҷири кислотаҳои равғании аз кокос ҳосилшуда синтез карда мешавад. SMCT дорои гурӯҳи асосии таурини бо амид пайвастшуда дар баробари гурӯҳи сулфонати анионӣ мебошад, ки онро биологӣ таҷзияшаванда ва бо pH-и пӯст мувофиқ мегардонад, ки онро ҳамчун номзади умедбахш барои формулаҳои бе сулфат ҷойгир мекунад. Сурфактантҳои таурат бо шустушӯи пурқувват, устувории оби сахт, нармӣ ва устувории васеи pH тавсиф мешаванд.

Параметрҳои реологӣ, аз ҷумла часпакии буриш, модулҳои вискоэластикӣ ва фишори ҳосил, дар муайян кардани устуворӣ, сохтор ва самаранокии маҳсулоти дар асоси сурфактантҳо асосёфта муҳиманд. Масалан, часпакии баланди буриш метавонад нигоҳдории субстратро беҳтар кунад, дар ҳоле ки фишори ҳосил пас аз истифода часпидани формуларо ба пӯст ё мӯй танзим мекунад. Ин хусусиятҳои реологии макроскопӣ аз ҷониби омилҳои сершумор, аз ҷумла консентратсияи сурфактант, рН, ҳарорат ва мавҷудияти ҳалкунандаҳо ё иловаҳо танзим карда мешаванд. Сурфактантҳои зарядноки муқобил метавонанд гузаришҳои гуногуни микросохторӣ, аз миселлаҳо ва весикулаҳои курашакл то фазаҳои кристаллии моеъ, ки дар навбати худ ба реологияи ҳаҷмии маҳсулот таъсири амиқ мерасонанд, аз сар гузаронанд. Омехтаҳои сурфактантҳои амфотерикӣ ва анионӣ аксар вақт миселлаҳои дарозшакли кирммонанд (WLM)-ро ташкил медиҳанд, ки хосиятҳои вискоэластикиро ба таври назаррас беҳтар мекунанд. Аз ин рӯ, фаҳмидани муносибатҳои микросохтор-хосият барои беҳтар кардани самаранокии маҳсулот муҳим аст.

Таҳқиқоти сершумори таҷрибавӣ системаҳои дуӣ, ба монанди CAPB-SLES,-ро барои равшан кардани асоси микросохтории хосиятҳои онҳо таҳқиқ кардаанд. Масалан, Митринова ва ҳамкорон [13] андозаи миселла (радиуси гидродинамикӣ)-ро бо часпакии маҳлул дар омехтаҳои ҳамсурфактанти занҷири миёнаи CAPB-SLES бо истифода аз реометрия ва парокандагии динамикии рӯшноӣ (DLS) алоқаманд карданд. Реометрияи механикӣ ба эволютсияи микросохтории ин омехтаҳо фаҳмиш медиҳад ва онро метавон бо истифода аз микрореологияи оптикӣ бо истифода аз спектроскопияи мавҷи диффузионӣ (DWS), ки домени басомади дастрасро васеъ мекунад ва динамикаи миқёси кӯтоҳмуддатро, ки махсусан ба равандҳои релаксатсияи WLM алоқаманд аст, сабт мекунад, афзоиш дод. Дар микрореологияи DWS, ҷойивазкунии миёнаи квадратии зондҳои коллоидии дарунсохт бо мурури замон пайгирӣ карда мешавад, ки имкон медиҳад модулҳои вискоэластикии хаттии муҳити атроф тавассути муносибати умумии Стокс-Эйнштейн истихроҷ карда шаванд. Ин усул танҳо ҳаҷми ҳадди ақали намунаро талаб мекунад ва аз ин рӯ, барои омӯзиши моеъҳои мураккаб бо дастрасии маҳдуди мавод, масалан, формулаҳои асоси сафеда, муфид аст. Таҳлили маълумоти <Δr²(t)> дар спектрҳои басомади васеъ баҳодиҳии параметрҳои миселлӣ, ба монанди андозаи тор, дарозии печида, дарозии устуворӣ ва дарозии контурро осон мекунад. Амин ва ҳамкорон нишон доданд, ки омехтаҳои CAPB-SLES ба пешгӯиҳои назарияи Кейтс мувофиқат мекунанд ва афзоиши назарраси часпакӣ бо илова кардани намак то консентратсияи муҳими намакро нишон медиҳанд, ки аз он зиёдтар часпакӣ ба таври ногаҳонӣ паст мешавад - вокуниши маъмулӣ дар системаҳои WLM Сюй ва Амин реометрияи механикӣ ва DWS-ро барои таҳқиқи омехтаҳои SLES-CAPB-CCB истифода бурданд ва вокуниши реологии Максвеллиро, ки нишонаи ташаккули WLM-и печидаро нишон медиҳад, ошкор карданд, ки ин бо параметрҳои микросохторӣ, ки аз андозагириҳои DWS ба даст омадаанд, минбаъд тасдиқ карда шуд. Бар асоси ин методологияҳо, таҳқиқоти ҷорӣ реометрияи механикӣ ва микрореологияи DWS-ро муттаҳид мекунад, то равшан кунад, ки чӣ гуна аз нав ташкил кардани микросохторӣ рафтори буриши омехтаҳои CAPB-SMCT-ро ба вуҷуд меорад.

Бо назардошти афзоиши талабот ба агентҳои тозакунандаи нармтар ва устувортар, омӯзиши сурфактантҳои анионии бе сулфат сарфи назар аз мушкилоти таҳия суръат гирифтааст. Меъмориҳои молекулавии фарқкунандаи системаҳои бе сулфат аксар вақт профилҳои реологии гуногунро ба вуҷуд меоранд, ки стратегияҳои анъанавиро барои баланд бардоштани часпакӣ, ба монанди тавассути намак ё ғафскунии полимерӣ, мураккаб мегардонанд. Масалан, Йорк ва ҳамкорон алтернативаҳои ғайрисулфатро тавассути таҳқиқи систематикии хосиятҳои кафккунӣ ва реологии омехтаҳои сурфактантҳои дуӣ ва сегона, ки дорои сулфонати алкил олефин (AOS), полиглюкозиди алкил (APG) ва гидроксисултаин лаурил мебошанд, омӯхтанд. Таносуби 1:1-и AOS-султаин хусусиятҳои тунуккунии буриш ва кафкро монанд ба CAPB-SLES нишон дод, ки аз ташаккули WLM шаҳодат медиҳад. Раҷпут ва ҳамкорон [26] як сурфактанти дигари анионии бе сулфат, кокоил глицинати натрий (SCGLY)-ро дар баробари ҳамсурфактантҳои ғайриионӣ (кокамид диэтаноламин ва лаурил глюкозид) тавассути DLS, SANS ва реометрия арзёбӣ карданд. Гарчанде ки танҳо SCGLY миселлҳои курашаклро ташкил медод, илова кардани ҳамсурфактант имкон дод, ки морфологияҳои мураккабтари миселлӣ сохта шаванд, ки ба модуляцияи вобаста ба рН мувофиқанд.

Бо вуҷуди ин пешрафтҳо, таҳқиқоти нисбатан кам хосиятҳои реологии системаҳои устувори бе сулфатро, ки CAPB ва тауратҳоро дар бар мегиранд, мавриди ҳадаф қарор додаанд. Ин таҳқиқот ҳадаф дорад, ки ин холигоҳро бо пешниҳоди яке аз аввалин тавсифҳои реологии системавии системаи дуӣ CAPB-SMCT пур кунад. Бо тағйир додани мунтазами таркиби сурфактант, рН ва қувваи ионӣ, мо омилҳоеро, ки часпакии буриш ва часпакии буришро муайян мекунанд, равшан мекунем. Бо истифода аз реометрияи механикӣ ва микрореологияи DWS, мо азнавташкилдиҳии микросохториро, ки асоси рафтори буриши омехтаҳои CAPB-SMCT мебошанд, миқдорӣ мекунем. Ин бозёфтҳо таъсири мутақобилаи байни рН, таносуби CAPB-SMCT ва сатҳҳои иониро дар мусоидат ё боздоштани ташаккули WLM равшан мекунанд ва бо ин васила фаҳмиши амалиро дар бораи мутобиқ кардани профилҳои реологии маҳсулоти сурфактанти устувор барои барномаҳои гуногуни саноатӣ пешниҳод мекунанд.