Ерекше сәттер
● Бинарлық сульфатсыз беттік белсенді заттар қоспаларының реологиясы эксперименттік түрде сипатталады.
● рН, құрам және иондық концентрацияның әсері жүйелі түрде зерттеледі.
● CAPB:SMCT беттік белсенді заттың массалық қатынасы 1:0,5 максималды ығысу тұтқырлығын құрайды.
● Ығысу тұтқырлығының максималды деңгейіне жету үшін тұздың айтарлықтай концентрациясы қажет.
● DWS-тен алынған мицеллярлық контур ұзындығы ығысу тұтқырлығымен тығыз байланысты.
Абстракт
Келесі буын сульфатсыз беттік-белсенді заттар платформаларын іздеу аясында, ағымдағы жұмыс әртүрлі құрамы, рН және иондық күші бойынша сулы кокамидопропил бетаин (CAPB)-натрий метил кокоил таураты (SMCT) қоспаларының алғашқы жүйелі реологиялық зерттеуінің бірін ұсынады. CAPB-SMCT сулы ерітінділері (жалпы белсенді беттік-белсенді зат концентрациясы 8-12 салмақтық %) бірнеше беттік-белсенді зат салмақтық қатынасында дайындалды, рН 4,5 және 5,5-ке дейін түзетілді және NaCl-мен титрленді. Тұрақты және тербелмелі ығысу өлшемдері макроскопиялық ығысу тұтқырлығын сандық түрде анықтады, ал диффузиялық толқындық спектроскопия (DWS) микрореологиясы жиіліктегі шешілетін тұтқыр-серпімді модульдерді және тән мицеллярлық ұзындық шкалаларын қамтамасыз етті. Тұзсыз жағдайда формулалар CAPB:SMCT салмақтық қатынасы 1:0,5 болғанда максималды ығысу тұтқырлығымен Ньютон реологиясын көрсетті, бұл катиондық-аниондық бас топ көпірлерінің күшеюін көрсетеді. рН мәнін 5,5-тен 4,5-ке дейін төмендету CAPB-ге үлкен таза оң заряд берді, осылайша толық анионды SMCT көмегімен электростатикалық кешенді күшейтті және берік мицеллярлық желілерді жасады. Жүйелі тұз қосу бас топ-бас топтық итерілістерді модуляциялады, дискретті мицеллалардан созылған, құрт тәрізді агрегаттарға морфологиялық эволюцияны қоздырды. Нөлдік ығысу тұтқырлықтары тұз-беттік белсенді зат қатынастарында (R) айқын максимумдарды көрсетті, бұл электростатикалық қос қабатты скрининг пен мицеллярлық созылу арасындағы күрделі тепе-теңдікті көрсетті. DWS микрореологиясы бұл макроскопиялық бақылауларды растады, R ≥ 1 кезінде рептация басым сыну-рекомбинация механизмдеріне сәйкес келетін айқын Максвелл спектрлерін ашты. Атап айтқанда, шатасу және тұрақтылық ұзындықтары иондық күшпен салыстырмалы түрде өзгермейтін болып қалды, ал контур ұзындығы нөлдік ығысу тұтқырлығымен күшті корреляцияларды көрсетті. Бұл зерттеулер мицеллярлық созылу мен термодинамикалық синергияның сұйықтықтың тұтқырлық серпімділігін реттеудегі маңызды рөлін атап көрсетеді, заряд тығыздығын, құрамын және иондық жағдайларын дәл бақылау арқылы жоғары өнімді сульфатсыз беттік белсенді заттарды жасау үшін негіз қалайды.
Графикалық реферат
Кіріспе
Қарама-қарсы зарядталған түрлерден тұратын сулы екілік беттік белсенді заттар жүйелері косметика, фармацевтика, агрохимия және тамақ өңдеу өнеркәсібі сияқты көптеген өнеркәсіп салаларында кеңінен қолданылады. Бұл жүйелердің кеңінен қолданылуы, ең алдымен, олардың әртүрлі формулаларда өнімділікті арттыруға мүмкіндік беретін жоғары деңгейлі интерфейстік және реологиялық функцияларына байланысты. Мұндай беттік белсенді заттардың құрт тәрізді, шатасқан агрегаттарға синергетикалық өздігінен жиналуы тұтқырлықтың жоғарылауын және интерфейстік керілудің төмендеуін қоса алғанда, жоғары реттелетін макроскопиялық қасиеттерді береді. Атап айтқанда, аниондық және цвиттериондық беттік белсенді заттардың комбинациялары беттік белсенділіктің, тұтқырлықтың және интерфейстік керілу модуляциясының синергетикалық жақсаруын көрсетеді. Бұл мінез-құлық беттік белсенді заттардың полярлық бас топтары мен гидрофобты құйрықтары арасындағы электростатикалық және стерикалық өзара әрекеттесулердің күшеюінен туындайды, бұл бір беттік белсенді заттар жүйелерімен салыстырғанда, мұндағы итергіш электростатикалық күштер көбінесе өнімділікті оңтайландыруды шектейді.
Кокамидопропил бетаин (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) - жұмсақ тазарту тиімділігі мен шашты кондиционерлеу қасиеттеріне байланысты косметикалық формулаларда кеңінен қолданылатын амфотерлі беттік белсенді зат. CAPB-ның цвиттериондық табиғаты аниондық беттік белсенді заттармен электростатикалық синергияны қамтамасыз етеді, көбіктің тұрақтылығын арттырады және формуланың жоғары өнімділігін арттырады. Соңғы бес онжылдықта CAPB-натрий лаурил эфир сульфаты (SLES) сияқты сульфат негізіндегі беттік белсенді заттармен CAPB қоспалары жеке күтім өнімдерінің негізіне айналды. Дегенмен, сульфат негізіндегі беттік белсенді заттардың тиімділігіне қарамастан, олардың тері тітіркену әлеуетіне және этоксилдену процесінің жанама өнімі болып табылатын 1,4-диоксанның болуына қатысты алаңдаушылық сульфатсыз баламаларға қызығушылық тудырды. Келешекті кандидаттарға биоүйлесімділігі жоғары және жұмсақ қасиеттері бар таурат, саркозинат және глутамат сияқты аминқышқылдарына негізделген беттік белсенді заттар жатады [9]. Соған қарамастан, бұл баламалардың салыстырмалы түрде үлкен полярлық бас топтары көбінесе қатты шатасқан мицеллярлық құрылымдардың пайда болуына кедергі келтіреді, бұл реологиялық модификаторларды қолдануды қажет етеді.
Натрий метилкоил таураты (SMCT; ЖЫЛЫМСАҚ:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) - N-метилтауриннің (2-метиламиноэтансульфон қышқылы) кокос май қышқылы тізбегімен амидтік байланысы арқылы натрий тұзы ретінде синтезделген аниондық беттік-белсенді зат. SMCT құрамында күшті аниондық сульфонат тобымен қатар амидпен байланысқан таурин бас тобы бар, бұл оны биологиялық ыдырайтын және терінің рН деңгейімен үйлесімді етеді, бұл оны сульфатсыз формулаларға перспективалы кандидат ретінде көрсетеді. Таурат беттік-белсенді заттары күшті жуғыштығымен, қатты суға төзімділігімен, жұмсақтығымен және кең рН тұрақтылығымен сипатталады.
Реологиялық параметрлер, соның ішінде ығысу тұтқырлығы, тұтқыр серпімділік модулі және шығымдылық кернеуі, беттік белсенді заттарға негізделген өнімдердің тұрақтылығын, құрылымын және өнімділігін анықтауда өте маңызды. Мысалы, ығысу тұтқырлығының жоғарылауы субстраттың сақталуын жақсарта алады, ал шығымдылық кернеуі формуланың теріге немесе шашқа жабысуын басқарады. Бұл макроскопиялық реологиялық қасиеттер беттік белсенді заттардың концентрациясы, рН, температура және еріткіштердің немесе қоспалардың болуы сияқты көптеген факторлармен модуляцияланады. Қарама-қарсы зарядталған беттік белсенді заттар сфералық мицеллалар мен көпіршіктерден бастап сұйық кристалды фазаларға дейін әртүрлі микроқұрылымдық ауысулардан өтуі мүмкін, бұл өз кезегінде көлемдік реологияға терең әсер етеді. Амфотерлі және анионды беттік белсенді заттардың қоспалары көбінесе созылған құрт тәрізді мицеллаларды (WLM) құрайды, бұл тұтқыр серпімділік қасиеттерін айтарлықтай жақсартады. Сондықтан микроқұрылым-қасиет қатынастарын түсіну өнімнің өнімділігін оңтайландыру үшін өте маңызды.
Көптеген эксперименттік зерттеулер CAPB-SLES сияқты ұқсас екілік жүйелерді зерттеп, олардың қасиеттерінің микроқұрылымдық негізін анықтады. Мысалы, Митринова және т.б. [13] реометрия және динамикалық жарық шашырауы (DLS) арқылы CAPB-SLES-орташа тізбекті бірлескен беттік белсенді заттар қоспаларындағы мицелла өлшемін (гидродинамикалық радиус) ерітінді тұтқырлығымен корреляциялады. Механикалық реометрия бұл қоспалардың микроқұрылымдық эволюциясын түсінуге мүмкіндік береді және оны диффузиялық толқындық спектроскопия (DWS) арқылы оптикалық микрореология арқылы кеңейтуге болады, ол қолжетімді жиілік доменін кеңейтеді, әсіресе WLM релаксация процестеріне қатысты қысқа уақыттық динамиканы түсіреді. DWS микрореологиясында ендірілген коллоидты зондтардың орташа квадраттық ығысуы уақыт өте келе бақыланады, бұл жалпыланған Стокс-Эйнштейн қатынасы арқылы қоршаған ортаның сызықтық тұтқыр серпімді модульдерін алуға мүмкіндік береді. Бұл әдіс тек минималды үлгі көлемін қажет етеді және сондықтан материалдың қолжетімділігі шектеулі күрделі сұйықтықтарды, мысалы, ақуыз негізіндегі формулаларды зерттеу үшін тиімді. Кең жиілік спектрлері бойынша <Δr²(t)> деректерін талдау тор өлшемі, шатасу ұзындығы, персистенттілік ұзындығы және контур ұзындығы сияқты мицеллярлық параметрлерді бағалауды жеңілдетеді. Амин және т.б. CAPB-SLES қоспалары Кейтс теориясының болжамдарына сәйкес келетінін көрсетті, тұз қосылған кезде тұздың критикалық концентрациясына дейін тұтқырлықтың айқын артуын көрсетеді, одан тыс тұтқырлық күрт төмендейді - WLM жүйелеріндегі типтік жауап Сюй мен Амин SLES-CAPB-CCB қоспаларын зерттеу үшін механикалық реометрия мен DWS қолданды, шатасу WLM түзілуін көрсететін Максвелл реологиялық реакциясын анықтады, бұл DWS өлшеулерінен алынған микроқұрылымдық параметрлермен одан әрі расталды. Осы әдіснамаларға сүйене отырып, қазіргі зерттеу микроқұрылымдық қайта құрулардың CAPB-SMCT қоспаларының ығысу мінез-құлқын қалай басқаратынын түсіндіру үшін механикалық реометрия мен DWS микрореологиясын біріктіреді.
Жұмсақ және тұрақты тазартқыш заттарға деген сұраныстың артуын ескере отырып, сульфатсыз анионды беттік белсенді заттарды зерттеу формуладағы қиындықтарға қарамастан қарқын алды. Сульфатсыз жүйелердің ерекше молекулалық архитектуралары көбінесе әртүрлі реологиялық профильдерді береді, бұл тұз немесе полимерлі қоюландыру арқылы тұтқырлықты арттырудың дәстүрлі стратегияларын қиындатады. Мысалы, Йорк және т.б. алкил олефин сульфонаты (AOS), алкил полиглюкозиді (APG) және лаурил гидроксисултаинді қамтитын екілік және үштік беттік белсенді заттар қоспаларының көбіктену және реологиялық қасиеттерін жүйелі түрде зерттеу арқылы сульфатсыз баламаларды зерттеді. AOS-сультаиннің 1:1 қатынасы CAPB-SLES-ке ұқсас ығысу-жұқарту және көбік сипаттамаларын көрсетті, бұл WLM түзілуін көрсетеді. Раджпут және т.б. [26] DLS, SANS және реометрия арқылы иондық емес ко-беттік белсенді заттармен (кокамид диэтаноламин және лаурил глюкозид) қатар тағы бір сульфатсыз анионды беттік белсенді зат, натрий кокоил глицинатын (SCGLY) бағалады. SCGLY-дің өзі негізінен сфералық мицеллаларды түзгенімен, бірлескен беттік белсенді затты қосу рН-бағытталған модуляцияға бейімделген күрделірек мицеллярлық морфологияларды құруға мүмкіндік берді.
Осы жетістіктерге қарамастан, CAPB және таураттарды қамтитын тұрақты сульфатсыз жүйелердің реологиялық қасиеттеріне бағытталған зерттеулер салыстырмалы түрде аз. Бұл зерттеу CAPB-SMCT екілік жүйесінің алғашқы жүйелі реологиялық сипаттамаларының бірін ұсыну арқылы осы олқылықты толтыруға бағытталған. Беттік-белсенді заттың құрамын, рН және иондық беріктікті жүйелі түрде өзгерту арқылы біз ығысу тұтқырлығы мен тұтқыр серпімділігін реттейтін факторларды анықтаймыз. Механикалық реометрияны және DWS микрореологиясын қолдана отырып, біз CAPB-SMCT қоспаларының ығысу мінез-құлқының негізінде жатқан микроқұрылымдық қайта құруларды сандық түрде анықтаймыз. Бұл зерттеулер WLM түзілуін ынталандыру немесе тежеудегі рН, CAPB-SMCT қатынасы және иондық деңгейлер арасындағы өзара әрекеттесуді анықтайды, осылайша әртүрлі өнеркәсіптік қолданбалар үшін тұрақты беттік-белсенді заттарға негізделген өнімдердің реологиялық профильдерін бейімдеу бойынша практикалық түсініктер ұсынады.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 5 тамыз