Nabarmenak
● Sulfatorik gabeko gainazal-aktiboen nahaste bitarren erreologia esperimentalki karakterizatzen da.
● pH-aren, konposizioaren eta kontzentrazio ionikoaren efektuak sistematikoki ikertzen dira.
● CAPB:SMCT gainazal-aktiboen 1:0,5eko masa-erlazioak gehienezko zizaila-biskositatea sortzen du.
● Gatz-kontzentrazio handia behar da zizaila-biskositate maximoa lortzeko.
● DWS-tik ondorioztatutako mizelar-konturaren luzerak korrelazio handia du zizailadura-biskositatearekin.
Laburpena
Hurrengo belaunaldiko sulfatorik gabeko surfaktante plataformak bilatzeko asmoz, egungo lanak Cocamidopropyl Betaine (CAPB)-Sodium Methyl Cocoyl Taurate (SMCT) nahaste urtsuen ikerketa erreologiko sistematikoenetako bat eskaintzen du, konposizio, pH eta indar ioniko desberdinetan. CAPB-SMCT ur-disoluzioak (surfaktante aktiboen kontzentrazio osoa % 8-12 pisuan) hainbat surfaktante-pisu-erlaziotan prestatu ziren, 4,5 eta 5,5eko pH-ra egokitu ziren eta NaCl-rekin titratu ziren. Zizailadura-neurketa egonkor eta oszilazionalek zizailadura-biskositate makroskopikoa kuantifikatu zuten, eta uhin-espektroskopia difusioak (DWS) mikrorreologiak maiztasunean ebatzitako biskoelastiko-moduluak eta mizelar luzera-eskala bereizgarriak eman zituen. Gatzik gabeko baldintzetan, formulazioek erreologia newtondarra erakutsi zuten, zizailadura-biskositate maximoekin 1:0,5eko CAPB:SMCT pisu-erlazioan, eta horrek kationiko-anioniko buru-taldeen zubi hobetua adierazten du. pH-a 5,5etik 4,5era jaisteak karga positibo garbi handiagoa eman zion CAPB-ri, horrela SMCT anioniko osoarekin konplexu elektrostatikoa anplifikatuz eta mizelar sare sendoagoak sortuz. Gatz gehiketa sistematikoak buru-taldeen arteko aldentzea modulatu zuen, mizela diskretuetatik agregatu luzanga eta zizare itxurakoetara bultzatuz. Zizailadura zeroko biskositateek maximo bereizgarriak erakutsi zituzten gatz-gainazal-aktibo erlazio kritikoetan (R), geruza bikoitzeko baheketa elektrostatikoaren eta mizelar luzapenaren arteko oreka korapilatsua azpimarratuz. DWS mikrorreologiak behaketa makroskopiko hauek berretsi zituen, espektro maxwelliar bereizgarriak agerian utziz R ≥ 1-en, errepikazioak menderatutako haustura-berkonbinazio mekanismoekin bat etorriz. Aipagarria da, korapilatze eta iraunkortasun luzerak nahiko aldaezinak izan zirela indar ionikoarekin, eta kontura luzerak, berriz, zizailadura zeroko biskositatearekin korrelazio sendoak erakutsi zituen. Aurkikuntza hauek mizelar luzapenaren eta sinergia termodinamikoaren funtsezko eginkizuna azpimarratzen dute fluidoen biskoelastikotasuna erregulatzeko, eta errendimendu handiko sulfatorik gabeko gainazal-aktiboen ingeniaritzarako esparru bat eskaintzen dute karga-dentsitatearen, konposizioaren eta baldintza ionikoen kontrol zehatzaren bidez.
Laburpen grafikoa
Sarrera
Espezie kontrajarri kargatuak dituzten gainazal-aktiboen sistema bitar urtsuak industria-sektore askotan erabiltzen dira, besteak beste, kosmetika, farmazia, agrokimika eta elikagaiak prozesatzeko industriak. Sistema hauen adopzio zabala batez ere haien interfazearen eta erreologiaren funtzionalitate bikainari zor zaio, eta horrek errendimendu hobea ahalbidetzen du formulazio anitzetan. Gainazal-aktibo horien auto-muntaketa sinergikoak, zizare itxurako agregatu korapilatsuetan, propietate makroskopiko oso erregulagarriak ematen ditu, besteak beste, biskoelastikotasuna handitzea eta interfazearen tentsioa murriztea. Bereziki, gainazal-aktibo anioniko eta zwitterionikoen konbinazioek hobekuntza sinergikoak erakusten dituzte gainazaleko jardueran, biskositatean eta interfazearen tentsioaren modulazioan. Portaera hauek gainazal-aktiboen buru polarraren taldeen eta isats hidrofoboen arteko elkarrekintza elektrostatiko eta esteriko areagotuetatik sortzen dira, gainazal-aktibo bakarreko sistemekin alderatuta, non indar elektrostatiko aldaratzaileek askotan errendimenduaren optimizazioa mugatzen duten.
Cocamidopropyl betaina (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCCN+ (C)CC([O−])=O) oso erabilia den gainazal-aktibo anfoteroa da formulazio kosmetikoetan, garbiketa-eraginkortasun leuna eta ilea egokitzeko propietateak dituelako. CAPB-ren izaera zwitterionikoak sinergia elektrostatikoa ahalbidetzen du gainazal-aktibo anionikoekin, apar-egonkortasuna hobetuz eta formulazio-errendimendu hobea sustatuz. Azken bost hamarkadetan, CAPB nahasketak sulfatoan oinarritutako gainazal-aktiboekin, hala nola CAPB-sodio lauril eter sulfatoa (SLES), oinarrizkoak bihurtu dira higiene pertsonaleko produktuetan. Hala ere, sulfatoan oinarritutako gainazal-aktiboen eraginkortasuna gorabehera, haien larruazaleko narritadura potentzialaren inguruko kezkak eta 1,4-dioxanoaren presentziak, etoxilazio-prozesuaren azpiproduktu bat, sulfatorik gabeko alternatiben interesa piztu dute. Hautagai itxaropentsuen artean, aminoazidoetan oinarritutako gainazal-aktiboen artean daude, hala nola tauratoak, sarkosinatoak eta glutamatoak, biobateragarritasun hobetua eta propietate leunagoak erakusten dituztenak [9]. Hala ere, alternatiba hauen buru polar talde handi samarrek askotan mizelar egitura oso korapilatsuak eratzea oztopatzen dute, eta horrek erreologia aldatzaileak erabiltzea eskatzen du.
Sodio metil kokoil tauratoa (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) N-metiltaurina (2-metilaminoetanosulfoniko azidoa) kokotik eratorritako gantz-azido kate batekin amida akoplamenduaren bidez sodio gatz gisa sintetizatzen den gainazal-aktibo anionikoa da. SMCT-k amida lotutako taurina talde bat du sulfonato talde anioniko sendo batekin batera, biodegradagarria eta larruazaleko pH-arekin bateragarria bihurtuz, eta horrek sulfatorik gabeko formulazioetarako hautagai itxaropentsu gisa kokatzen du. Tauratozko gainazal-aktiboen ezaugarriak detergente indartsua, ur gogorreko erresilientzia, leuntasuna eta pH-egonkortasun zabala dira.
Erreologia-parametroak, besteak beste, zizaila-biskositatea, biskoelastiko-moduluak eta etekin-tentsioa, funtsezkoak dira gainazal-aktiboetan oinarritutako produktuen egonkortasuna, ehundura eta errendimendua zehazteko. Adibidez, zizaila-biskositate altuak substratuaren atxikipena hobetu dezake, eta etekin-tentsioak, berriz, formulazioak azalean edo ilean duen atxikimendua baldintzatzen du aplikatu ondoren. Erreologia-ezaugarri makroskopiko hauek hainbat faktorek modulatzen dituzte, besteak beste, gainazal-aktiboen kontzentrazioa, pHa, tenperatura eta kodisolbatzaileen edo gehigarrien presentzia. Kontrako karga duten gainazal-aktiboek mikroegitura-trantsizio desberdinak jasan ditzakete, mizela eta besikula esferikoetatik hasi eta fase kristalino likidoetaraino, eta horiek, aldi berean, eragin handia dute erreologian. Gainazal-aktibo anfotero eta anionikoen nahasteek askotan zizare-itxurako mizela luzangak (WLM) eratzen dituzte, eta horiek biskoelastikotasun-propietateak nabarmen hobetzen dituzte. Beraz, mikroegitura-propietate harremanak ulertzea funtsezkoa da produktuaren errendimendua optimizatzeko.
Hainbat ikerketa esperimentalek sistema bitar analogoak ikertu dituzte, hala nola CAPB-SLES, haien propietateen oinarri mikroestrukturala argitzeko. Adibidez, Mitrinova et al.-ek [13] mizelen tamaina (erradio hidrodinamikoa) CAPB-SLES-kate ertaineko ko-gainazal-aktiboen nahasteetan disoluzioaren biskositatearekin erlazionatu zuten erreometria eta argiaren sakabanaketa dinamikoa (DLS) erabiliz. Erreometria mekanikoak nahasketa horien bilakaera mikroestrukturalari buruzko ikuspegia ematen du eta mikroerreologia optikoak osatu dezake, uhin difusio espektroskopia (DWS) erabiliz, maiztasun-domeinu eskuragarria zabaltzen duena, denbora-eskala laburreko dinamikak atzematen dituena, batez ere WLM erlaxazio-prozesuetarako garrantzitsua dena. DWS mikroerreologian, txertatutako zunda koloidalen batez besteko desplazamendu karratua denboran zehar jarraitzen da, inguruko ingurunearen modulu biskoelastiko linealak ateratzea ahalbidetuz Stokes-Einstein erlazio orokortuaren bidez. Teknika honek lagin-bolumen minimoak baino ez ditu behar eta, beraz, abantailagarria da material-eskuragarritasun mugatua duten fluido konplexuak aztertzeko, adibidez, proteinetan oinarritutako formulazioak. <Δr²(t)> datuen analisiak maiztasun-espektro zabaletan zehar mizelar parametroen estimazioa errazten du, hala nola sarearen tamaina, korapilatze-luzera, iraunkortasun-luzera eta kontura-luzera. Amin et al.-ek frogatu zuten CAPB-SLES nahasketek Cates-en teoriaren iragarpenekin bat egiten dutela, biskositatearen igoera nabarmena erakutsiz gatza gehitzean gatz-kontzentrazio kritiko batera iritsi arte, eta horren ondoren biskositatea nabarmen jaisten da —WLM sistemetan ohikoa den erantzuna—. Xu eta Aminek erreometria mekanikoa eta DWS erabili zituzten SLES-CAPB-CCB nahasteak aztertzeko, WLM korapilatuaren eraketa adierazten duen Maxwellen erreologia-erantzun bat agerian utziz, DWS neurketetatik ondorioztatutako mikroegitura-parametroek are gehiago berretsi zutena. Metodologia hauetan oinarrituta, egungo ikerketak erreometria mekanikoa eta DWS mikroerreologia integratzen ditu mikroegitura-berrantolaketek CAPB-SMCT nahasteen zizaila-portaera nola gidatzen duten argitzeko.
Garbiketa-agente leunago eta iraunkorragoen eskaria gero eta handiagoa dela eta, sulfatorik gabeko gainazal-aktibo anionikoen esplorazioak indarra hartu du formulazio-erronkak gorabehera. Sulfatorik gabeko sistemen arkitektura molekular desberdinek askotan profil erreologiko desberdinak sortzen dituzte, eta horrek biskositatea hobetzeko estrategia konbentzionalak zailtzen ditu, hala nola gatz edo loditze polimerikoaren bidez. Adibidez, Yorke et al.-ek sulfatorik gabeko alternatibak aztertu zituzten, alkil olefin sulfonatoa (AOS), alkil poliglukosidoa (APG) eta lauril hidroxisultaina dituzten gainazal-aktiboen nahasketa bitarren eta hirutarren apar- eta propietate erreologikoak sistematikoki ikertuz. AOS-sultainaren 1:1 erlazioak CAPB-SLES-en antzeko mehetze-ezaugarriak eta apar-ezaugarriak erakutsi zituen, WLM eraketa adieraziz. Rajput et al.-ek [26] beste gainazal-aktibo anioniko sulfatorik gabeko bat ebaluatu zuten, sodio kokoil glizinatoa (SCGLY), gainazal-aktibo ez-ionikoekin batera (kokamida dietanolamina eta lauril glukosidoa) DLS, SANS eta erreometriaren bidez. SCGLY-k bakarrik mizela esferikoak sortu zituen arren, ko-gainazal-aktiboen gehikuntzak mizelar morfologia korapilatsuagoak eraikitzea ahalbidetu zuen, pH-ak eragindako modulaziorako egokiak.
Aurrerapen hauek gorabehera, ikerketa gutxik egin dituzte CAPB eta tauratoak barne hartzen dituzten sulfatorik gabeko sistema jasangarrien propietate erreologikoak. Ikerketa honek hutsune hori betetzea du helburu, CAPB-SMCT sistema bitarren lehenengo karakterizazio erreologiko sistematikoetako bat eskainiz. Gainazal-aktiboen konposizioa, pHa eta indar ionikoa sistematikoki aldatuz, biskositatea eta biskoelastikotasuna arautzen dituzten faktoreak argitzen ditugu. Erreometria mekanikoa eta DWS mikroerologia erabiliz, CAPB-SMCT nahasteen zizailadura-portaeraren oinarrian dauden mikroegitura-berrantolaketak kuantifikatzen ditugu. Aurkikuntza hauek pHaren, CAPB-SMCT erlazioaren eta maila ionikoen arteko elkarrekintza argitzen dute WLM eraketa sustatu edo inhibitzeko, eta horrela, gainazal-aktiboetan oinarritutako produktu jasangarrien profil erreologikoak aplikazio industrial askotarako egokitzeko ikuspegi praktikoak eskaintzen dituzte.
Argitaratze data: 2025eko abuztuak 5