Əsas məqamlar
● İkili sulfatsız səthi aktiv maddələr qarışıqlarının reologiyası eksperimental olaraq xarakterizə olunur.
● pH, tərkib və ion konsentrasiyasının təsirləri sistematik şəkildə araşdırılır.
● 1:0.5 CAPB:SMCT səthi aktiv maddə kütlə nisbəti maksimum kəsmə özlülüyünü təmin edir.
● Kəsmə özlülüyünün maksimumuna nail olmaq üçün əhəmiyyətli miqdarda duz konsentrasiyası tələb olunur.
● DWS-dən əldə edilən miselyar kontur uzunluğu kəsmə özlülüyü ilə güclü şəkildə korrelyasiya olunur.
Abstrakt
Növbəti nəsil sulfatsız səthi aktiv maddələr platformalarının axtarışında, mövcud iş, müxtəlif tərkib, pH və ion gücünə görə sulu Kokamidopropil Betain (CAPB)-Natrium Metil Kokoil Taurat (SMCT) qarışıqlarının ilk sistematik reoloji tədqiqatlarından birini təmin edir. CAPB-SMCT sulu məhlulları (ümumi aktiv səthi aktiv maddələrin konsentrasiyası 8-12 çəki %) bir neçə səthi aktiv maddələrin çəki nisbətində hazırlanmış, pH-ları 4.5 və 5.5-ə uyğunlaşdırılmış və NaCl ilə titrlənmişdir. Sabit və salınımlı kəsmə ölçmələri makroskopik kəsmə özlülüyünü kəmiyyətləşdirmiş, diffuziya dalğa spektroskopiyası (DWS) mikroreologiyası isə tezliklə həll olunan özlülük-elastik modulları və xarakterik miselyar uzunluq şkalalarını təmin etmişdir. Duzsuz şəraitdə formulalar, artan kation-anion baş qrupu körpüsünü göstərən 1:0.5 CAPB:SMCT çəki nisbətində maksimum kəsmə özlülükləri ilə Nyuton reologiyasını nümayiş etdirmişdir. pH-ın 5,5-dən 4,5-ə endirilməsi CAPB-də daha çox xalis müsbət yük yaratdı və bununla da tam anion SMCT ilə elektrostatik kompleksləşməni gücləndirdi və daha güclü misel şəbəkələri yaratdı. Sistematik duz əlavə edilməsi baş qrupu-baş qrupu itələmələrini modulyasiya etdi və diskret misellərdən uzunsov, qurd kimi aqreqatlara morfoloji təkamülü sürətləndirdi. Sıfır kəsmə özlülükləri kritik duz-səthi aktiv maddələr nisbətlərində (R) fərqli maksimumlar nümayiş etdirdi və elektrostatik ikiqat təbəqəli ekranlaşdırma və misel uzanması arasındakı mürəkkəb tarazlığı vurğuladı. DWS mikroreologiyası bu makroskopik müşahidələri təsdiqlədi və R ≥ 1-də fərqli Maksvel spektrlərini ortaya qoydu ki, bu da reptasiya dominant qırılma-rekombinasiya mexanizmlərinə uyğundur. Xüsusilə, dolaşıqlıq və davamlılıq uzunluqları ion gücü ilə nisbətən dəyişməz qaldı, kontur uzunluğu isə sıfır kəsmə özlülüyü ilə güclü korrelyasiyalar göstərdi. Bu tapıntılar, mayenin özlülük elastikliyinin tənzimlənməsində misel uzanmasının və termodinamik sinergiyanın mühüm rolunu vurğulayır və yük sıxlığının, tərkibinin və ion şəraitinin dəqiq idarə olunması yolu ilə yüksək performanslı sulfatsız səthi aktiv maddələrin hazırlanması üçün bir çərçivə təmin edir.
Qrafik Abstrakt
Giriş
Əks yüklü növlərdən ibarət sulu ikili səthi aktiv maddələr sistemləri kosmetika, əczaçılıq, aqrokimyəvi maddələr və qida emalı sənayesi də daxil olmaqla bir çox sənaye sektorunda geniş istifadə olunur. Bu sistemlərin geniş yayılması, əsasən, müxtəlif formulalarda daha yüksək performans təmin edən üstün səthi və reoloji funksionallıqları ilə əlaqələndirilir. Bu cür səthi aktiv maddələrin qurd kimi, dolaşıq aqreqatlara sinergetik öz-özünə yığılması, artan özlülük elastikliyi və azalmış səthi gərginlik daxil olmaqla yüksək dərəcədə tənzimlənən makroskopik xüsusiyyətlər verir. Xüsusilə, anion və zvitterion səthi aktiv maddələrin kombinasiyaları səthi aktivlikdə, özlülükdə və səthi gərginlik modulyasiyasında sinergetik artımlar nümayiş etdirir. Bu davranışlar, tək səthi aktiv maddələr sistemlərindən fərqli olaraq, itələyici elektrostatik qüvvələrin tez-tez performans optimallaşdırmasını məhdudlaşdırdığı qütb baş qrupları və səthi aktiv maddələrin hidrofob quyruqları arasında intensivləşdirilmiş elektrostatik və sterik qarşılıqlı təsirlərdən irəli gəlir.
Kokamidopropil betain (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCCN+ (C)CC([O−])=O) mülayim təmizləyici effektivliyi və saç kondisionerləmə xüsusiyyətlərinə görə kosmetik formulalarda geniş istifadə olunan amfoter səthi aktiv maddədir. CAPB-nin zvitterion təbiəti anion səthi aktiv maddələrlə elektrostatik sinerji təmin edir, köpük sabitliyini artırır və üstün formulasiya performansını təşviq edir. Son beş onillikdə CAPB-natrium lauril efir sulfat (SLES) kimi sulfat əsaslı səthi aktiv maddələrlə qarışıqları fərdi qulluq məhsullarında əsas hala gəlmişdir. Lakin, sulfat əsaslı səthi aktiv maddələrin effektivliyinə baxmayaraq, onların dəri qıcıqlanma potensialı və etoksilləşmə prosesinin yan məhsulu olan 1,4-dioksanın olması ilə bağlı narahatlıqlar sulfatsız alternativlərə marağı artırmışdır. Ümidverici namizədlər arasında artan biouyğunluq və daha yumşaq xüsusiyyətlər nümayiş etdirən tauratlar, sarkozinatlar və qlutamatlar kimi amin turşusu əsaslı səthi aktiv maddələr var [9]. Buna baxmayaraq, bu alternativlərin nisbətən böyük qütb baş qrupları çox vaxt yüksək dərəcədə dolaşıq miselyar strukturların əmələ gəlməsinə mane olur və bu da reoloji modifikatorların istifadəsini zəruri edir.
Natrium metil kokoil taurat (SMCT; TƏBƏSSÜMLƏR:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]), N-metiltaurinin (2-metilaminoetanesülfon turşusu) kokos mənşəli yağ turşusu zənciri ilə amid birləşməsi yolu ilə natrium duzu kimi sintez edilən anion səthi aktiv maddədir. SMCT, güclü anion sulfonat qrupu ilə yanaşı, amidlə əlaqəli taurin baş qrupuna malikdir və bu da onu bioloji parçalana bilən və dəri pH ilə uyğun hala gətirir ki, bu da onu sulfatsız formulalar üçün perspektivli bir namizəd kimi təqdim edir. Taurat səthi aktiv maddələr güclü yuyucu xüsusiyyətləri, sərt suya davamlılığı, mülayimliyi və geniş pH sabitliyi ilə xarakterizə olunur.
Reoloji parametrlər, o cümlədən kəsmə özlülüyü, özlülük modulu və məhsuldarlıq gərginliyi, səthi aktiv maddələrə əsaslanan məhsulların stabilliyini, teksturasını və performansını müəyyən etməkdə vacibdir. Məsələn, yüksək kəsmə özlülüyü substratın saxlanmasını yaxşılaşdıra bilər, məhsuldarlıq gərginliyi isə formulanın tətbiqdən sonra dəriyə və ya saça yapışmasını tənzimləyir. Bu makroskopik reoloji xüsusiyyətlər səthi aktiv maddələrin konsentrasiyası, pH, temperatur və birgə həlledicilərin və ya əlavələrin olması da daxil olmaqla çoxsaylı amillərlə modulyasiya olunur. Əks yüklü səthi aktiv maddələr sferik misel və veziküllərdən maye kristal fazalara qədər müxtəlif mikrostruktur keçidlərə məruz qala bilər ki, bu da öz növbəsində həcm reologiyasına dərin təsir göstərir. Amfoter və anion səthi aktiv maddələrin qarışıqları tez-tez viskoelastik xüsusiyyətləri əhəmiyyətli dərəcədə artıran uzunsov qurdşəkilli misellər (WLM) əmələ gətirir. Buna görə də, mikrostruktur-xüsusiyyət əlaqələrini anlamaq məhsulun performansını optimallaşdırmaq üçün vacibdir.
Çoxsaylı eksperimental tədqiqatlar CAPB-SLES kimi analoji ikili sistemləri onların xüsusiyyətlərinin mikrostruktur əsasını aydınlaşdırmaq üçün araşdırmışdır. Məsələn, Mitrinova və digərləri [13] reometriya və dinamik işıq səpələnməsi (DLS) istifadə edərək CAPB-SLES-orta zəncirli birgə səthi aktiv maddələr qarışıqlarında misel ölçüsünü (hidrodinamik radius) məhlulun özlülüyü ilə korrelyasiya etmişdir. Mexaniki reometriya bu qarışıqların mikrostruktur təkamülünə dair məlumat verir və diffuz dalğa spektroskopiyası (DWS) istifadə edərək optik mikroreologiya ilə genişləndirilə bilər ki, bu da əlçatan tezlik domenini genişləndirir və xüsusilə WLM relaksasiya prosesləri ilə əlaqəli qısa zaman miqyaslı dinamikanı ələ keçirir. DWS mikroreologiyasında, daxil edilmiş kolloid zondların orta kvadrat yerdəyişməsi zamanla izlənilir və bu da ümumiləşdirilmiş Stokes-Eynşteyn əlaqəsi vasitəsilə ətraf mühitin xətti özlülüklü elastik modullarının çıxarılmasına imkan verir. Bu texnika yalnız minimal nümunə həcmlərini tələb edir və buna görə də məhdud material mövcudluğu olan mürəkkəb mayeləri, məsələn, protein əsaslı formulaları öyrənmək üçün əlverişlidir. Geniş tezlik spektrləri üzrə <Δr²(t)> məlumatlarının təhlili tor ölçüsü, dolaşıqlıq uzunluğu, davamlılıq uzunluğu və kontur uzunluğu kimi miselyar parametrlərin qiymətləndirilməsini asanlaşdırır. Amin və digərləri CAPB-SLES qarışıqlarının Cates nəzəriyyəsindən irəli gələn proqnozlara uyğun olduğunu, duz əlavə edildikdə özlülükdə kritik duz konsentrasiyasına qədər nəzərəçarpacaq dərəcədə artım göstərdiyini və bundan sonra özlülük kəskin şəkildə aşağı düşdüyünü nümayiş etdirdilər - WLM sistemlərində tipik bir reaksiya Xu və Amin SLES-CAPB-CCB qarışıqlarını araşdırmaq üçün mexaniki reometriya və DWS istifadə etdilər və dolaşıq WLM əmələ gəlməsini göstərən Maksvel reoloji reaksiyasını ortaya qoydular ki, bu da DWS ölçmələrindən əldə edilən mikrostruktur parametrləri ilə daha da təsdiqləndi. Bu metodologiyalara əsaslanaraq, mövcud tədqiqat, mikrostruktur yenidənqurmaların CAPB-SMCT qarışıqlarının kəsmə davranışını necə idarə etdiyini aydınlaşdırmaq üçün mexaniki reometriya və DWS mikroreologiyasını birləşdirir.
Daha yumşaq və daha dayanıqlı təmizləyici maddələrə artan tələbat nəzərə alınmaqla, formulasiya çətinliklərinə baxmayaraq, sulfatsız anion səthi aktiv maddələrin tədqiqi sürət qazanmışdır. Sulfatsız sistemlərin fərqli molekulyar arxitekturaları tez-tez fərqli reoloji profillər yaradır və bu da duz və ya polimer qatılaşdırma kimi özlülüyün artırılması üçün ənənəvi strategiyaları çətinləşdirir. Məsələn, Yorke və digərləri alkil olefin sulfonat (AOS), alkil poliqlükozid (APG) və lauril hidroksisultain ehtiva edən ikili və üçlü səthi aktiv maddələr qarışıqlarının köpüklənmə və reoloji xüsusiyyətlərini sistematik şəkildə araşdıraraq qeyri-sulfat alternativlərini araşdırdılar. AOS-sultainin 1:1 nisbəti WLM əmələ gəlməsini göstərən CAPB-SLES-ə bənzər kəsmə-nazikləşmə və köpük xüsusiyyətləri göstərdi. Rajput və digərləri [26] qeyri-ion ko-səthi aktiv maddələr (kokamid dietanolamin və lauril qlükozid) ilə yanaşı DLS, SANS və reometriya vasitəsilə başqa bir sulfatsız anion səthi aktiv maddə olan natrium kokoil qlisinatı (SCGLY) qiymətləndirdi. SCGLY təkbaşına əsasən sferik misel əmələ gətirsə də, birgə səthi aktiv maddənin əlavə edilməsi pH ilə idarə olunan modulyasiyaya uyğun daha mürəkkəb misel morfologiyalarının qurulmasına imkan yaratdı.
Bu irəliləyişlərə baxmayaraq, nisbətən az sayda tədqiqat CAPB və tauratları əhatə edən davamlı sulfatsız sistemlərin reoloji xüsusiyyətlərini hədəf almışdır. Bu tədqiqat, CAPB-SMCT ikili sisteminin ilk sistematik reoloji xarakteristikalarından birini təmin etməklə bu boşluğu doldurmağı hədəfləyir. Səthi aktiv maddə tərkibini, pH-ı və ion gücünü sistematik şəkildə dəyişdirərək, kəsmə özlülüyünü və özlülük elastikliyini tənzimləyən amilləri aydınlaşdırırıq. Mexaniki reometriya və DWS mikroreologiyasından istifadə edərək, CAPB-SMCT qarışıqlarının kəsmə davranışının əsasını təşkil edən mikrostruktur yenidənqurmaları kəmiyyətləşdiririk. Bu tapıntılar WLM əmələ gəlməsini təşviq etməkdə və ya inhibə etməkdə pH, CAPB-SMCT nisbəti və ion səviyyələri arasındakı qarşılıqlı təsiri aydınlaşdırır və bununla da müxtəlif sənaye tətbiqləri üçün davamlı səthi aktiv maddə əsaslı məhsulların reoloji profillərinin uyğunlaşdırılmasına dair praktiki anlayışlar təqdim edir.
Yazı vaxtı: 05 Avqust 2025