Kubainisha mienendo ya rheolojia ya michanganyiko ya surfactant isiyo na sulfate ya kocamidopropyl betaine-sodiamu methyl cocoyl taurate katika muundo, pH, na hali ya ioni

Utangulizi

Mifumo ya surfactant ya maji yenye spishi mbili zenye chaji tofauti hutumika sana katika sekta nyingi za viwanda, ikiwa ni pamoja na vipodozi, dawa, kemikali za kilimo, na viwanda vya usindikaji wa chakula. Kupitishwa kwa mifumo hii kunahusishwa hasa na utendaji wao bora wa interfacial na rheological, ambao huwezesha utendaji ulioboreshwa katika michanganyiko mbalimbali. Kujikusanya kwa pamoja kwa surfactant kama hizo katika michanganyiko kama minyoo hutoa sifa za macroscopic zinazoweza kubadilishwa sana, ikiwa ni pamoja na kuongezeka kwa mnato na kupunguza mvutano wa interfacial. Hasa, mchanganyiko wa surfactant za anionic na zwitterionic huonyesha uboreshaji wa synergistic katika shughuli za uso, mnato, na moduli ya mvutano wa interfacial. Tabia hizi hutokana na mwingiliano ulioimarishwa wa umemetuamo na steric kati ya vikundi vya kichwa cha polar na mikia ya hydrophobic ya surfactants, tofauti na mifumo ya surfactant moja, ambapo nguvu za umemetuamo zinazorudisha nyuma mara nyingi hupunguza uboreshaji wa utendaji.

Cocamidopropili betaine (CAPB; TABASAMU: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCN+ (C)CC([O−])=O) ni kisafishaji cha amphoteric kinachotumika sana katika michanganyiko ya vipodozi kutokana na ufanisi wake mdogo wa kusafisha na sifa za kulainisha nywele. Asili ya zwitterionic ya CAPB huwezesha ushirikiano wa kielektroniki na visafishaji vya anionic, kuongeza uthabiti wa povu na kukuza utendaji bora wa michanganyiko. Katika miongo mitano iliyopita, michanganyiko ya CAPB na visafishaji vyenye msingi wa sulfate, kama vile CAPB–sodium lauryl ether sulfate (SLES), imekuwa msingi katika bidhaa za utunzaji wa kibinafsi. Hata hivyo, licha ya ufanisi wa visafishaji vyenye msingi wa sulfate, wasiwasi kuhusu uwezo wao wa kuwasha ngozi na uwepo wa 1,4-dioxane, bidhaa mbadala ya mchakato wa ethoxylation, umesababisha shauku katika njia mbadala zisizo na sulfate. Wagombea wanaotarajiwa ni pamoja na visafishaji vyenye msingi wa amino-asidi, kama vile taurati, sarcosinati, na glutamate, ambazo zinaonyesha utangamano ulioimarishwa wa kibiolojia na sifa laini zaidi [9]. Hata hivyo, makundi makubwa ya vichwa vya ncha ya njia mbadala hizi mara nyingi huzuia uundaji wa miundo ya micellar iliyoshikamana sana, na hivyo kuhitaji matumizi ya virekebishaji vya rheolojia.

Sodiamu methili kokoili taurati (SMCT; TABASAMU:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) ni kisafishaji cha anioni kilichotengenezwa kama chumvi ya sodiamu kupitia muunganiko wa amidi wa N-methyltaurine (asidi 2-methylaminoethanesulfoniki) na mnyororo wa asidi ya mafuta inayotokana na nazi. SMCT ina kundi la kichwa cha taurini kilichounganishwa na amidi pamoja na kundi la sulfonate yenye anioni kali, na kuifanya iweze kuoza na kuendana na pH ya ngozi, ambayo huiweka kama mgombea anayeahidi wa michanganyiko isiyo na sulfate. Visafishaji vya taurate vina sifa ya uondoaji wao wenye nguvu, ustahimilivu wa maji magumu, upole, na utulivu mpana wa pH.

Vigezo vya rheolojia, ikiwa ni pamoja na mnato wa kukata, moduli ya viscoelastic, na mkazo wa mavuno, ni muhimu katika kubaini uthabiti, umbile, na utendaji wa bidhaa zinazotokana na surfactant. Kwa mfano, mnato ulioinuliwa wa kukata unaweza kuboresha uhifadhi wa substrate, huku mkazo wa mavuno ukidhibiti uzingatiaji wa kiambato kwa ngozi au nywele baada ya matumizi. Sifa hizi za rheolojia ya macroscopic hubadilishwa na mambo mengi, ikiwa ni pamoja na mkusanyiko wa surfactant, pH, halijoto, na uwepo wa viyeyusho au viongeza. Surfactants zenye chaji kinyume zinaweza kupitia mabadiliko mbalimbali ya miundo, kuanzia micelles za duara na vilengelenge hadi awamu za fuwele za kioevu, ambazo, kwa upande wake, huathiri sana rheolojia ya wingi. Mchanganyiko wa surfactants za amphoteric na anionic mara nyingi huunda micelles ndefu kama minyoo (WLMs), ambazo huongeza kwa kiasi kikubwa sifa za viscoelastic. Kwa hivyo, kuelewa uhusiano wa muundo-umbo-umbo ni muhimu kwa kuboresha utendaji wa bidhaa.

Tafiti nyingi za majaribio zimechunguza mifumo ya binary inayofanana, kama vile CAPB-SLES, ili kufafanua msingi wa miundo midogo ya sifa zao. Kwa mfano, Mitrinova et al. [13] waliunganisha ukubwa wa micelle (radius ya hidrodynamic) na mnato wa myeyusho katika mchanganyiko wa CAPB-SLES-mnyororo wa kati kwa kutumia rheometry na kutawanyika kwa mwanga unaobadilika (DLS). Rheometry ya mitambo hutoa ufahamu kuhusu mageuko ya miundo midogo ya michanganyiko hii na inaweza kuongezwa na microrheology ya macho kwa kutumia spektroskopia ya wimbi linalosambaza (DWS) ambayo huongeza eneo la masafa linaloweza kufikiwa, ikinasa mienendo ya muda mfupi inayohusiana hasa na michakato ya kulegeza WLM. Katika microrheology ya DWS, uhamishaji wa mraba wa wastani wa probes zilizopachikwa za kolloidal hufuatiliwa baada ya muda, kuwezesha uchimbaji wa moduli ya viscoelastic ya mstari wa kati inayozunguka kupitia uhusiano wa jumla wa Stokes-Einstein. Mbinu hii inahitaji ujazo mdogo tu wa sampuli na hivyo ina faida kwa kusoma vimiminika tata vyenye upatikanaji mdogo wa nyenzo, k.m. michanganyiko inayotegemea protini. Uchambuzi wa data ya <Δr²(t)> katika spektra pana za masafa huwezesha kukadiria vigezo vya micellar kama vile ukubwa wa matundu, urefu wa kuingiliana, urefu wa kuendelea, na urefu wa kontua. Amin na wenzake walionyesha kuwa michanganyiko ya CAPB-SLES inalingana na utabiri kutoka kwa nadharia ya Cates, ikionyesha ongezeko kubwa la mnato pamoja na kuongezwa kwa chumvi hadi mkusanyiko muhimu wa chumvi, ambao zaidi ya huo mnato hupungua kwa kasi—mwitikio wa kawaida katika mifumo ya WLM Xu na Amin walitumia rheometry ya mitambo na DWS kuchunguza michanganyiko ya SLES-CAPB-CCB, ikifunua mwitikio wa rheological wa Maxwellian unaoashiria uundaji wa WLM iliyoingiliana, ambao ulithibitishwa zaidi na vigezo vya miundo midogo vilivyoamuliwa kutoka kwa vipimo vya DWS. Kwa kuzingatia mbinu hizi, utafiti wa sasa unaunganisha rheometry ya mitambo na mikrorheolojia ya DWS ili kufafanua jinsi upangaji upya wa miundo midogo unavyoendesha tabia ya kukata ya michanganyiko ya CAPB-SMCT.

Kwa kuzingatia ongezeko la mahitaji ya visafishaji laini na endelevu zaidi, uchunguzi wa visafishaji anioniki visivyo na sulfate umeshika kasi licha ya changamoto za uundaji. Miundo tofauti ya molekuli ya mifumo isiyo na sulfate mara nyingi hutoa wasifu tofauti wa rheological, na kugumu mikakati ya kawaida ya kuongeza mnato kama vile kupitia chumvi au unene wa polima. Kwa mfano, Yorke et al. walichunguza njia mbadala zisizo za sulfate kwa kuchunguza kimfumo sifa za povu na rheological za mchanganyiko wa binary na ternary surfactant unaojumuisha alkyl olefin sulfonate (AOS), alkyl polyglucoside (APG), na lauryl hydroxysultaine. Uwiano wa 1:1 wa AOS-sultaine ulionyesha sifa za kupunguza-kukata na povu sawa na CAPB-SLES, ikionyesha uundaji wa WLM. Rajput et al. [26] walitathmini surfactant nyingine isiyo na sulfate anioniki, sodiamu cocoyl glycinate (SCGLY), pamoja na visafishaji-aina visivyo vya ioni (kokamide diethanolamine na lauryl glucoside) kupitia DLS, SANS, na rheometry. Ingawa SCGLY pekee iliunda micelles zenye umbo la duara, nyongeza ya kisahani-mshiriki iliwezesha ujenzi wa mofolojia tata zaidi za micelles, zinazofaa kwa urekebishaji unaoendeshwa na pH.

Licha ya maendeleo haya, tafiti chache zimelenga sifa za rheolojia za mifumo endelevu isiyo na sulfate inayohusisha CAPB na taurati. Utafiti huu unalenga kujaza pengo hili kwa kutoa moja ya sifa za kwanza za rheolojia za kimfumo za mfumo wa binary wa CAPB-SMCT. Kwa kubadilisha muundo wa surufakti, pH, na nguvu ya ioni, tunafafanua mambo yanayosimamia mnato wa shear na viscoelasticity. Kwa kutumia rheometry ya mitambo na mikrorheolojia ya DWS, tunapima upangaji upya wa miundo midogo chini ya tabia ya shear ya michanganyiko ya CAPB-SMCT. Matokeo haya yanafafanua mwingiliano kati ya pH, uwiano wa CAPB-SMCT, na viwango vya ioni katika kukuza au kuzuia uundaji wa WLM, na hivyo kutoa maarifa ya vitendo katika kurekebisha wasifu wa rheolojia wa bidhaa endelevu zinazotegemea surufakti kwa matumizi mbalimbali ya viwanda.