Ngagambarkeun dinamika reologis campuran surfaktan bébas sulfat tina cocamidopropyl betaine-natrium metil cocoyl taurate dina komposisi, pH, sareng kaayaan ionik.

Bubuka

Sistem surfaktan binér cai anu ngandung spésiés anu muatanna sabalikna dianggo sacara éksténsif di sababaraha séktor industri, kalebet kosmétik, farmasi, agrokimia, sareng industri pangolahan dahareun. Adopsi sistem ieu sacara lega utamina disababkeun ku fungsi antarmuka sareng réologis anu unggul, anu ngamungkinkeun kinerja anu ditingkatkeun dina rupa-rupa formulasi. Perakitan mandiri sinergis tina surfaktan sapertos kitu kana agrégat anu sapertos cacing sareng ngabeulit masihan sipat makroskopis anu tiasa diatur pisan, kalebet ningkatna viskoelastisitas sareng ngirangan tegangan antarmuka. Khususna, kombinasi surfaktan anionik sareng zwitterionik nunjukkeun paningkatan sinergis dina aktivitas permukaan, viskositas, sareng modulasi tegangan antarmuka. Paripolah ieu timbul tina interaksi éléktrostatik sareng sterik anu diintensifkeun antara gugus sirah polar sareng buntut hidrofobik tina surfaktan, kontras sareng sistem surfaktan tunggal, dimana gaya éléktrostatik anu tolak sering ngawatesan optimasi kinerja.

Cocamidopropyl betaine (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) nyaéta surfaktan amfoterik anu loba dipaké dina formulasi kosmétik kusabab éféktivitas beberesih anu hampang sareng sipat kondisioner rambut. Sifat zwitterionik CAPB ngamungkinkeun sinergi éléktrostatik sareng surfaktan anionik, ningkatkeun stabilitas busa sareng ningkatkeun kinerja formulasi anu unggul. Salila lima dekade ka pengker, campuran CAPB sareng surfaktan berbasis sulfat, sapertos CAPB-natrium lauril éter sulfat (SLES), parantos janten dasar dina produk perawatan pribadi. Nanging, sanaos épéktivitas surfaktan berbasis sulfat, perhatian ngeunaan poténsi iritasi dermal sareng ayana 1,4-dioksana, produk sampingan tina prosés etoksilasi, parantos ngadorong minat kana alternatif bébas sulfat. Calon anu ngajangjikeun kalebet surfaktan berbasis asam amino, sapertos taurat, sarkosinat, sareng glutamat, anu nunjukkeun biokompatibilitas anu ditingkatkeun sareng sipat anu langkung hampang [9]. Sanajan kitu, gugus sirah polar anu kawilang ageung tina alternatif ieu sering ngahalangan formasi struktur misel anu raket pisan, anu meryogikeun panggunaan pangubah reologi.

Natrium metil kokoil taurat (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) nyaéta surfaktan anionik anu disintésis salaku uyah natrium ngaliwatan gandeng amida N-metiltaurin (2-metilaminoetanesulfonat asam) kalayan ranté asam lemak anu asalna tina kalapa. SMCT mibanda gugus sirah taurin anu dihubungkeun ku amida sareng gugus sulfonat anionik anu kuat, ngajantenkeun éta biodegradable sareng cocog sareng pH kulit, anu nempatkeun éta salaku calon anu ngajangjikeun pikeun formulasi bébas sulfat. Surfaktan taurat dicirikeun ku deterjensi anu kuat, résiliénsi cai keras, hampang, sareng stabilitas pH anu lega.

Parameter réologi, kalebet viskositas geser, moduli viskoelastis, sareng tegangan hasil, penting pisan dina nangtukeun stabilitas, tékstur, sareng kinerja produk dumasar surfaktan. Salaku conto, viskositas geser anu ningkat tiasa ningkatkeun ingetan substrat, sedengkeun tegangan hasil ngatur patuh formulasi kana kulit atanapi rambut saatos aplikasi. Atribut réologi makroskopis ieu dimodulasi ku sababaraha faktor, kalebet konsentrasi surfaktan, pH, suhu, sareng ayana ko-pelarut atanapi aditif. Surfaktan anu muatanna sabalikna tiasa ngalaman rupa-rupa transisi mikrostruktural, mimitian ti misel buleud sareng vesikel dugi ka fase kristal cair, anu, kahareupna, mangaruhan pisan kana réologi bulk. Campuran surfaktan amfoterik sareng anionik sering ngabentuk misel cacing anu manjang (WLM), anu sacara signifikan ningkatkeun sipat viskoelastis. Ku kituna, ngartos hubungan mikrostruktur-sipat penting pisan pikeun ngaoptimalkeun kinerja produk.

Seueur panilitian ékspériméntal anu parantos nalungtik sistem binér analog, sapertos CAPB-SLES, pikeun ngajelaskeun dasar mikrostruktural tina sipat-sipatna. Salaku conto, Mitrinova et al. [13] ngahubungkeun ukuran misel (radius hidrodinamik) sareng viskositas larutan dina campuran ko-surfaktan ranté sedeng CAPB-SLES nganggo réométri sareng panyebaran cahaya dinamis (DLS). Réométri mékanis nyayogikeun wawasan kana évolusi mikrostruktural tina campuran ieu sareng tiasa ditambah ku mikroréologi optik nganggo spéktroskopi gelombang difusi (DWS) anu manjangkeun domain frékuénsi anu tiasa diaksés, néwak dinamika skala pondok khususna anu aya hubunganana sareng prosés relaksasi WLM. Dina mikroréologi DWS, pamindahan kuadrat rata-rata tina probe koloid anu dipasang dilacak kana waktosna, ngamungkinkeun ékstraksi moduli viskoelastik linier tina média sakurilingna ngalangkungan hubungan Stokes-Einstein umum. Téhnik ieu ngan ukur meryogikeun volume sampel minimal sareng ku kituna nguntungkeun pikeun nalungtik cairan kompléks kalayan kasadiaan bahan terbatas, contona formulasi dumasar protéin. Analisis data <Δr²(t)> dina spéktra frékuénsi anu lega ngagampangkeun estimasi parameter misel sapertos ukuran bolong, panjang panyambungan, panjang persistensi, sareng panjang kontur. Amin et al nunjukkeun yén campuran CAPB-SLES saluyu sareng prediksi tina téori Cates, nunjukkeun paningkatan viskositas anu jelas kalayan panambahan uyah dugi ka konsentrasi uyah kritis, saluareun éta viskositas turun drastis — réspon has dina sistem WLM Xu sareng Amin nganggo réométri mékanis sareng DWS pikeun nalungtik campuran SLES-CAPB-CCB, ngungkabkeun réspon réologis Maxwellian anu nunjukkeun formasi WLM anu panyambungan, anu salajengna dikonfirmasi ku parameter mikrostruktural anu disimpulkeun tina pangukuran DWS. Ngawangun kana metodologi ieu, panilitian ayeuna ngahijikeun réométri mékanis sareng mikroréologi DWS pikeun ngajelaskeun kumaha réorganisasi mikrostruktural ngadorong paripolah geser campuran CAPB-SMCT.

Kalayan ningkatna paménta pikeun agén beberesih anu langkung lemes sareng langkung lestari, éksplorasi surfaktan anionik bébas sulfat parantos kéngingkeun moméntum sanaos aya tantangan formulasi. Arsitektur molekuler anu béda tina sistem bébas sulfat sering ngahasilkeun profil reologis anu béda, anu ngahesekeun strategi konvensional pikeun ningkatkeun viskositas sapertos ngalangkungan uyah atanapi pangentel polimér. Salaku conto, Yorke et al. nalungtik alternatif non-sulfat ku cara nalungtik sacara sistematis sipat busa sareng reologis tina campuran surfaktan binér sareng térner anu ngandung alkil olefin sulfonat (AOS), alkil poliglukosida (APG), sareng lauril hidroksisultain. Babandingan 1: 1 AOS-sultain nunjukkeun karakteristik shear-thinning sareng busa anu sami sareng CAPB-SLES, nunjukkeun formasi WLM. Rajput et al. [26] meunteun surfaktan anionik bébas sulfat anu sanés, natrium cocoyl glycinate (SCGLY), sareng ko-surfaktan nonionik (cocamide diethanolamine sareng lauril glukosida) ngalangkungan DLS, SANS, sareng rheometry. Sanaos SCGLY nyalira ngabentuk misel anu dominan buleud, panambahan ko-surfaktan ngamungkinkeun konstruksi morfologi misel anu langkung rumit, anu tiasa dimodulasi dumasar kana pH.

Sanaos aya kamajuan ieu, panilitian anu relatif saeutik anu narékahan sipat reologis sistem bébas sulfat anu lestari anu ngalibatkeun CAPB sareng taurat. Panilitian ieu ngagaduhan tujuan pikeun ngeusian lolongkrang ieu ku cara nyayogikeun salah sahiji karakterisasi reologis sistematis anu munggaran tina sistem binér CAPB-SMCT. Ku cara ngarobih komposisi surfaktan, pH, sareng kakuatan ionik sacara sistematis, urang ngajelaskeun faktor-faktor anu ngatur viskositas geser sareng viskoelastisitas. Ngagunakeun reometri mékanis sareng mikroreologi DWS, urang ngitung reorganisasi mikrostruktural anu aya dina paripolah geser campuran CAPB-SMCT. Panemuan ieu ngajelaskeun interaksi antara pH, rasio CAPB-SMCT, sareng tingkat ionik dina ngamajukeun atanapi ngahambat formasi WLM, ku kituna nawiskeun wawasan praktis kana nyaluyukeun profil reologis produk berbasis surfaktan anu lestari pikeun rupa-rupa aplikasi industri.