cocamidopropyl betaine-sodium methyl cocoyl taurate ၏ sulfate-free surfactant အရောအနှောများ၏ rheological dynamics ၏ လက္ခဏာရပ်များ၊ pH နှင့် ionic အခြေအနေများ

နိဒါန်း

ဆန့်ကျင်ဘက် စွဲချက်တင်မျိုးစိတ်များ ပါ၀င်သည့် ရေဒွိအစွန်းတင်ဓာတ် စနစ်များကို အလှကုန်၊ ဆေးဝါးများ၊ စိုက်ပျိုးရေး ဓာတုဗေဒပစ္စည်းများနှင့် အစားအသောက် ပြုပြင်ထုတ်လုပ်သည့် လုပ်ငန်းများ အပါအဝင် စက်မှုကဏ္ဍ အများအပြားတွင် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် အသုံးပြုကြသည်။ ဤစနစ်များကို ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့် လက်ခံကျင့်သုံးခြင်းသည် ကွဲပြားသော ဖော်မြူလာများတွင် စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးသည့် ၎င်းတို့၏ သာလွန်ကောင်းမွန်သော မျက်နှာပြင်နှင့် rheological လုပ်ဆောင်ချက်များကြောင့် ဖြစ်သည်။ ထိုသို့သော surfactants များ၏ ပေါင်းစပ်ဖွဲ့စည်းမှုတွင် wormlike၊ ရောထွေးနေသော အစုလိုက်အပြုံလိုက်သည် viscoelasticity တိုးမြင့်လာပြီး မျက်နှာပြင်တင်းမာမှု လျော့ကျခြင်းအပါအဝင် အလွန်ညှိယူနိုင်သော macroscopic ဂုဏ်သတ္တိများကို ထုတ်ပေးသည်။ အထူးသဖြင့်၊ anionic နှင့် zwitterionic surfactants များ၏ပေါင်းစပ်မှုများသည် မျက်နှာပြင်လှုပ်ရှားမှု၊ viscosity နှင့် interfacial tension modulation များတွင် ပေါင်းစပ်တိုးတက်မှုများကိုပြသသည်။ ဤအပြုအမူများသည် ပိုလာဦးခေါင်းအုပ်စုများနှင့် surfactants ၏ hydrophobic အမြီးများကြားတွင် ပိုမိုပြင်းထန်သော electrostatic နှင့် steric အပြန်အလှန်တုံ့ပြန်မှုများမှ ဖြစ်ပေါ်လာပြီး စက်ဆုပ်ဖွယ်ကောင်းသော electrostatic တပ်ဖွဲ့များသည် စွမ်းဆောင်ရည်ပိုကောင်းအောင် ကန့်သတ်လေ့ရှိသည့် single-surfactant စနစ်များနှင့် ဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်သည်။

Cocamidopropyl betaine (CAPB; အပြုံး- CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) သည် ၎င်း၏ပျော့ပျောင်းသော သန့်ရှင်းမှု ထိရောက်မှုနှင့် ဆံပင်အေးပေးသည့် ဂုဏ်သတ္တိများကြောင့် အလှကုန်ဖော်မြူလာများတွင် amphoteric surfactant တွင် တွင်ကျယ်စွာ အသုံးပြုနေသည့် ဆေးဖြစ်သည်။ CAPB ၏ zwitterionic သဘောသဘာဝသည် anionic surfactants နှင့် electrostatic synergy ကို ပေးစွမ်းနိုင်ပြီး ပွက်တည်ငြိမ်မှုကို မြှင့်တင်ပေးပြီး ပိုမိုကောင်းမွန်သော ဖော်မြူလာ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးပါသည်။ လွန်ခဲ့သည့်ဆယ်စုနှစ်ငါးစုအတွင်း CAPB သည် CAPB-sodium lauryl ether sulfate (SLES) ကဲ့သို့သော sulfate-based surfactants နှင့် CAPB တို့ကို ရောစပ်ပြီး တစ်ကိုယ်ရည် စောင့်ရှောက်မှု ထုတ်ကုန်များတွင် အခြေခံဖြစ်လာပါသည်။ သို့သော်၊ sulfate-based surfactants များ၏ထိရောက်မှုရှိနေသော်လည်း၊ ၎င်းတို့၏အရေပြားယားယံခြင်းအလားအလာနှင့် ethoxylation လုပ်ငန်းစဉ်၏အကျိုးဆက်ဖြစ်သော 1,4-dioxane ပါဝင်မှုနှင့်ပတ်သက်၍ စိုးရိမ်မှုများသည် sulfate-free အခြားရွေးချယ်စရာများကို စိတ်ဝင်စားစေသည်။ အလားအလာရှိသော ကိုယ်စားလှယ်လောင်းများတွင် ဇီဝလိုက်ဖက်ညီမှုနှင့် ပိုမိုပျော့ပျောင်းသောဂုဏ်သတ္တိများကိုပြသသည့် taurates၊ sarcosinates နှင့် glutamate ကဲ့သို့သော အမိုင်နိုအက်ဆစ်အခြေခံ surfactants များပါဝင်သည်။ မည်သို့ပင်ဆိုစေကာမူ၊ အဆိုပါရွေးချယ်မှုများ၏အတော်လေးကြီးမားသောဝင်ရိုးစွန်းဦးခေါင်းအုပ်စုများသည် rheological modifiers များအသုံးပြုရန်မလိုအပ်ဘဲ အလွန်အမင်း ရောထွေးနေသော micellar အဆောက်အဦများဖွဲ့စည်းခြင်းကို မကြာခဏ ဟန့်တားလေ့ရှိသည်။

ဆိုဒီယမ် မီသိုင်းကိုကိုး တာရိတ် (SMCT; အပြုံးများ-
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) သည် N-methyltaurine (2-methylaminoethanesulfonic acid) အုန်းမှရရှိသော ဖက်တီးအက်ဆစ်ကွင်းဆက်ဖြင့် အမိုင်တွင် ဆိုဒီယမ်ဆားအဖြစ် ပေါင်းစပ်ထုတ်လုပ်ထားသော anionic surfactant ဖြစ်သည်။ SMCT တွင် ပြင်းထန်သော anionic sulfonate အုပ်စုနှင့်အတူ ပေါင်းစပ်ထားသော taurine headgroup ရှိပြီး ၎င်းသည် ဇီဝရုပ်ပျက်ဆင်းပျက်နိုင်သော အရေပြား pH နှင့် သဟဇာတဖြစ်ပြီး ၎င်းကို sulfate-free ဖော်မြူလာများအတွက် အလားအလာရှိသော ကိုယ်စားလှယ်လောင်းအဖြစ် သတ်မှတ်ပေးသည်။ Taurate surfactants များသည် ၎င်းတို့၏ အစွမ်းထက်သော သန့်စင်မှု၊ ရေမာကျောမှုကို ခံနိုင်ရည်ရှိမှု၊ နူးညံ့မှုနှင့် ကျယ်ပြန့်သော pH တည်ငြိမ်မှုတို့ဖြင့် ထင်ရှားသည်။

ပါးစပ်အဆီဓာတ်၊ viscoelastic moduli နှင့် yield stress အပါအဝင် rheological parameters များသည် surfactant-based ထုတ်ကုန်များ၏ တည်ငြိမ်မှု၊ အသွင်အပြင်နှင့် စွမ်းဆောင်ရည်တို့ကို ဆုံးဖြတ်ရာတွင် အရေးကြီးပါသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ မြင့်မားသော shear viscosity သည် substrate retention ကိုတိုးတက်စေပြီး၊ အထွက်နှုန်းဖိစီးမှုသည် ဖော်မြူလာ၏အရေပြား သို့မဟုတ် ဆံပင်ကို လိမ်းပြီးနောက်တွင် လိုက်နာမှုကို ထိန်းချုပ်ပေးပါသည်။ ဤ macroscopic rheological ရည်ညွှန်းချက်များကို surfactant အာရုံစူးစိုက်မှု, pH, အပူချိန်, နှင့် co-solvents သို့မဟုတ် additives များပါဝင်မှုအပါအဝင်အချက်များစွာဖြင့် modulated ။ ဆန့်ကျင်ဘက်အားသွင်းထားသော surfactants များသည် သေးငယ်သောဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံဆိုင်ရာ အသွင်ကူးပြောင်းမှုကို ကြုံတွေ့ရနိုင်ပြီး၊ လုံးပတ် micelles နှင့် vesicles များမှ အရည်ပုံဆောင်ခဲအဆင့်များအထိ၊ amphoteric နှင့် anionic surfactants များ၏ ရောစပ်မှုများသည် viscoelastic ဂုဏ်သတ္တိများကို သိသာစွာ မြှင့်တင်ပေးသည့် ရှည်လျားသော သန်ကောင်ပုံစံ micelles (WLMs) ကို မကြာခဏ ဖြစ်ပေါ်စေသည်။ microstructure-property ဆက်ဆံရေးများကို နားလည်ခြင်းသည်၊ ထို့ကြောင့် ထုတ်ကုန်စွမ်းဆောင်ရည်ကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်ပြုလုပ်ရန် အရေးကြီးပါသည်။

မြောက်မြားစွာသော စမ်းသပ်လေ့လာမှုများသည် ၎င်းတို့၏ဂုဏ်သတ္တိများ၏ သေးငယ်သောဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာအခြေခံကို ရှင်းလင်းဖော်ပြရန်အတွက် CAPB-SLES ကဲ့သို့သော တူညီသော ဒွိဒွိစနစ်များကို စူးစမ်းလေ့လာခဲ့သည်။ ဥပမာအားဖြင့် Mitrinova et al ။ [13] CAPB–SLES–medium-chain co-surfactant အရောအနှောများတွင် ဖြေရှင်းချက် viscosity နှင့် ဆက်စပ်နေသော micelle အရွယ်အစား (hydrodynamic radius) နှင့် ဆက်စပ်နေသော rheometry နှင့် dynamic light scattering (DLS)။ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ rheometry သည် ဤအရောအနှောများ၏ အသေးစားဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ ဆင့်ကဲဖြစ်စဉ်ကို ထိုးထွင်းသိမြင်စေကာ WLM အပန်းဖြေခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်များနှင့် အထူးသက်ဆိုင်သော အချိန်တိုအတွင်း ဒိုင်းနမစ်များကို ဖမ်းယူနိုင်သည့် ပျံ့နှံ့နေသောလှိုင်း spectroscopy (DWS) ကို အသုံးပြု၍ optical microrheology ဖြင့် ချဲ့ထွင်နိုင်သည်။ DWS အဏုဇီဝဗေဒတွင်၊ မြှုပ်ထားသော colloidal probes များ၏ ပျမ်းမျှစတုရန်းနေရာရွှေ့ပြောင်းမှုကို အချိန်နှင့်အမျှ ခြေရာခံပြီး ယေဘုယျအားဖြင့် Stokes-Einstein ဆက်စပ်မှုမှတစ်ဆင့် ပတ်ဝန်းကျင်ကြားခံအား linear viscoelastic moduli ထုတ်ယူနိုင်စေပါသည်။ ဤနည်းပညာသည် အနည်းဆုံးနမူနာပမာဏများသာ လိုအပ်ပြီး အကန့်အသတ်ရှိသော ပစ္စည်းရရှိနိုင်မှုရှိသော ရှုပ်ထွေးသောအရည်များကို လေ့လာခြင်းအတွက် အကျိုးကျေးဇူးများဖြစ်သော ဥပမာ- ပရိုတင်းအခြေခံဖော်မြူလာများ။ < Δr²(t)> ကျယ်ပြန့်သော ကြိမ်နှုန်းကိုဖြတ်၍ ဒေတာကို ခွဲခြမ်းစိတ်ဖြာခြင်းသည် mesh အရွယ်အစား၊ အစွန်းအထင်းအရှည်၊ မြဲမြံသောအလျားနှင့် ကွန်တိုအရှည်ကဲ့သို့သော micellar parameters များကို ခန့်မှန်းရာတွင် လွယ်ကူချောမွေ့စေသည်။ Amin et al မှ CAPB-SLES အရောအနှောများသည် Cates သီအိုရီမှ ဟောကိန်းများကို လိုက်လျောညီထွေဖြစ်အောင် သရုပ်ပြခဲ့ပြီး အရေးကြီးသောဆားပါဝင်မှုအထိ ဆားပါဝင်မှု သိသိသာသာ ပျစ်စွတ်လာကာ WLM စနစ်များတွင် ပုံမှန်တုံ့ပြန်မှုတစ်ခု—Xu နှင့် Amin တို့သည် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ rheometry နှင့် DWSB တို့အား CCA အရောအနှောကိုဖော်ပြသည်–– စီအေအေအရောအနှောကို ဖော်ထုတ်ခြင်း– Amin မှ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ rheometry နှင့် DWS– Maxwellian ၏ rheological တုံ့ပြန်မှုသည် DWS တိုင်းတာမှုများမှ ကောက်ချက်ချထားသော အသေးစားဖွဲ့စည်းပုံဆိုင်ရာ ကန့်သတ်ချက်များဖြင့် ထပ်လောင်းအတည်ပြုထားသည့် ရှုပ်ထွေးနေသော WLM ဖွဲ့စည်းမှုကို ညွှန်ပြသည်။ ဤနည်းလမ်းများကို အခြေခံ၍ တည်ဆောက်ထားသော လက်ရှိလေ့လာမှုသည် စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ rheometry နှင့် DWS microrheology ပေါင်းစပ်ထားသော microstructural ပြန်လည်ဖွဲ့စည်းမှုများသည် CAPB-SMCT အရောအနှောများ၏ shear အပြုအမူကို မည်သို့မောင်းနှင်သည်ကို ရှင်းရှင်းလင်းလင်းဖော်ပြပါသည်။

ပိုမိုနူးညံ့ပြီး ရေရှည်တည်တံ့သော သန့်စင်ဆေးရည်များအတွက် လိုအပ်ချက် တိုးလာခြင်းကြောင့်၊ sulfate-free anionic surfactants များကို ဖော်မြူလာပြုလုပ်ရန် စိန်ခေါ်မှုများရှိနေသော်လည်း အရှိန်အဟုန်ဖြင့် ရရှိခဲ့ပါသည်။ ဆားဖော့ကင်းစင်သောစနစ်များ၏ ထူးခြားသော မော်လီကျူးဗိသုကာများသည် ကွဲပြားသော rheological ပရိုဖိုင်များကို မကြာခဏ ထုတ်ပေးကြပြီး ဆား သို့မဟုတ် ပိုလီမာရစ်ထူခြင်းကဲ့သို့သော သမားရိုးကျ ပျစ်ခဲမှုမြှင့်တင်မှုအတွက် သမားရိုးကျနည်းဗျူဟာများကို ရှုပ်ထွေးစေသည်။ ဥပမာအားဖြင့်၊ Yorke et al။ Alkyl olefin sulfonate (AOS)၊ alkyl polyglucoside (APG) နှင့် lauryl hydroxysultaine တို့ပါရှိသော ဒွိနှင့် ternary surfactant အရောအနှောများ၏ အမြှုတ်ထွက်ခြင်းနှင့် rheological ဂုဏ်သတ္တိများကို စနစ်တကျ စစ်ဆေးခြင်းဖြင့် ဆာလဖိတ်မဟုတ်သော အခြားရွေးချယ်စရာများကို ရှာဖွေခဲ့သည်။ AOS-sultaine ၏ 1:1 အချိုးသည် WLM ဖွဲ့စည်းမှုကို ညွှန်ပြသော CAPB-SLES နှင့်ဆင်တူသော ပါးလွှာခြင်းနှင့် အမြှုပ်ထွက်ခြင်းလက္ခဏာများကို ပြသသည်။ Rajput et al ။ [26] အခြား sulfate-free anionic surfactant၊ sodium cocoyl glycinate (SCGLY)၊ nonionic co-surfactants (cocamide diethanolamine နှင့် lauryl glucoside) ကို DLS၊ SANS နှင့် rheometry မှတဆင့် အကဲဖြတ်ခဲ့သည်။ SCGLY တစ်ခုတည်းသည် လုံးပတ် micelles အများစုဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသော်လည်း၊ ပေါင်းစပ် surfactant သည် ပိုမိုရှုပ်ထွေးသော micellar morphologies များကို တည်ဆောက်နိုင်သည်၊၊ pH-driven modulation အတွက် လိုက်လျောညီထွေဖြစ်စေသည်။

ဤတိုးတက်မှုများရှိနေသော်လည်း နှိုင်းယှဉ်လေ့လာမှုအနည်းငယ်သည် CAPB နှင့် taurates ပါ၀င်သည့် ရေရှည်တည်တံ့သော ဆာလဖိတ်ကင်းစင်သောစနစ်များ၏ rheological ဂုဏ်သတ္တိများကို ပစ်မှတ်ထားခဲ့သည်။ ဤလေ့လာမှုသည် CAPB-SMCT binary စနစ်၏ ပထမဆုံး စနစ်တကျ rheological characterizations များထဲမှ တစ်ခုကို ပေးခြင်းဖြင့် ဤကွာဟချက်ကို ဖြည့်ဆည်းရန် ရည်ရွယ်ပါသည်။ surfactant ပါဝင်မှု၊ pH နှင့် ionic strength တို့ကို စနစ်တကျ ကွဲပြားစေခြင်းဖြင့်၊ ကျွန်ုပ်တို့သည် shear viscosity နှင့် viscoelasticity ကို ထိန်းချုပ်သည့် အကြောင်းရင်းများကို အနက်ဖွင့်ဆိုပါသည်။ စက်ပိုင်းဆိုင်ရာ rheometry နှင့် DWS microrheology ကို အသုံးပြု၍ CAPB-SMCT ရောနှောခြင်း၏ အရင်းခံ သေးငယ်သောဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံ ပြန်လည်ဖွဲ့စည်းမှုကို ကျွန်ုပ်တို့ တွက်ချက်ပါသည်။ ဤတွေ့ရှိချက်များသည် pH၊ CAPB–SMCT အချိုးအစားနှင့် WLM ဖွဲ့စည်းခြင်းကို မြှင့်တင်ခြင်း သို့မဟုတ် တားဆီးခြင်းအတွက် အိုင်အိုနစ်အဆင့်များကြား အပြန်အလှန်ဆက်စပ်မှုကို ရှင်းရှင်းလင်းလင်းဖော်ပြပြီး အမျိုးမျိုးသောစက်မှုလုပ်ငန်းဆိုင်ရာအသုံးချမှုများအတွက် ရေရှည်တည်တံ့သော surfactant-based ထုတ်ကုန်များ၏ rheological profile များကို အံဝင်ခွင်ကျဖြစ်စေရန်အတွက် လက်တွေ့ကျသော ထိုးထွင်းအမြင်များကို ပေးဆောင်သည်။