Highlights
● D'Rheologie vu binäre sulfatfräie Tensidmëschunge gëtt experimentell charakteriséiert.
● D'Auswierkunge vum pH-Wäert, der Zesummesetzung an der ionescher Konzentratioun ginn systematesch ënnersicht.
● E CAPB:SMCT Tensid-Massenverhältnis vun 1:0,5 baut eng maximal Scherviskositéit op.
● Eng bedeitend Salzkonzentratioun ass noutwendeg fir eng maximal Schéierviskositéit z'erreechen.
● D'Längt vun der mizellarer Kontur, déi aus dem DWS ofgeleet gëtt, korreléiert staark mat der Schéierviskositéit.
Abstrakt
An der Sich no sulfatfräie Tensid-Plattforme vun der nächster Generatioun liwwert déi aktuell Aarbecht eng vun den éischten systematesche rheologeschen Ënnersichunge vu wässerege Cocamidopropylbetain (CAPB)-Natriummethylcocoyltaurat (SMCT)-Mëschunge mat ënnerschiddlecher Zesummesetzung, pH-Wäert an Ionenstäerkt. CAPB-SMCT-wässereg Léisunge (total Konzentratioun vun aktiven Tensid vun 8–12 Gew.-%) goufen a verschiddene Gewiichtsverhältnisser vun Tensid preparéiert, op pH-Wäerter vu 4,5 a 5,5 ugepasst an mat NaCl titréiert. Stänneg a oszilléierend Schermiessunge hunn d'makroskopesch Scherviskositéit quantifizéiert, während d'Diffuswellenspektroskopie (DWS) Mikrorheologie frequenzopgeléist viskoelastesch Moduler a charakteristesch mizellar Längteskalaen geliwwert huet. Ënner salzfräie Konditiounen hunn d'Formuléierungen eng Newtonsch Rheologie mat maximalen Scherviskositéiten bei engem CAPB:SMCT Gewiichtsverhältnis vun 1:0,5 gewisen, wat op eng verbessert kationesch-anionesch Kappgruppbréckung hiweist. D'Senkung vum pH-Wäert vu 5,5 op 4,5 huet eng méi grouss positiv Nettoladung op de CAPB vermëttelt, wouduerch d'elektrostatesch Komplexéierung mam voll anioneschen SMCT verstäerkt gouf a méi robust micellär Netzwierker generéiert goufen. Systematesch Salzzousetzung huet d'Ofstoussen tëscht de Kappgruppen moduléiert, wat d'morphologesch Evolutioun vun diskrete Mizellen zu verlängerten, wuermfërmegen Aggregaten ugedriwwen huet. Null-Scher-Viskositéiten hunn ënnerschiddlech Maxima bei kritesche Salz-zu-Tenside-Verhältnisser (Rg) gewisen, wat dat komplizéiert Gläichgewiicht tëscht elektrostatescher Duebelschicht-Screening an der micellarer Elongatioun ervirhieft. D'DWS-Mikrorheologie huet dës makroskopesch Observatioune bestätegt a verschidde Maxwell-Spektre bei Rg ≥ 1 opgedeckt, déi mat Reptatiounsdominéierte Broch-Rekombinatiounsmechanismen iwwereneestëmmen. Bemierkenswäert ass, datt d'Verschränkungs- a Persistenzlängten relativ invariant mat der ionescher Stäerkt bliwwe sinn, während d'Konturlängt staark Korrelatioune mat der Null-Scher-Viskositéit gewisen huet. Dës Erkenntnisser ënnersträichen déi entscheedend Roll vun der mizellarer Elongatioun an der thermodynamescher Synergie bei der Reguléierung vun der Viskoelastizitéit vu Flëssegkeeten a bidden e Kader fir d'Entwécklung vun héichperformante sulfatfräi Tensiden duerch präzis Kontroll vun der Ladungsdicht, der Zesummesetzung an den ionesche Konditiounen.
Grafesch Abstrakt
Aféierung
Wässreg binär Tenside-Systemer, déi géigeniwwer gelueden Spezies enthalen, ginn extensiv a ville Industriesecteuren agesat, dorënner Kosmetik, Pharmazeutik, Agrochemikalien a Liewensmëttelveraarbechtungsindustrie. Déi wäit verbreet Uwendung vun dëse Systemer gëtt haaptsächlech op hir iwwerleeën Grenzflächen- a rheologesch Funktionalitéiten zréckgefouert, déi eng verbessert Leeschtung a verschiddene Formuléierungen erméiglechen. Déi synergistesch Selbstorganisatioun vun esou Tenside zu wuermfërmege, verstréckte Aggregater vermëttelt héich ofstëmmend makroskopesch Eegeschaften, dorënner erhéicht Viskoelastizitéit a reduzéiert Grenzflächenspannung. Besonnesch Kombinatioune vun anioneschen an zwitterioneschen Tenside weisen synergistesch Verbesserungen an der Uewerflächenaktivitéit, Viskositéit a Modulatioun vun der Grenzflächenspannung. Dës Verhale entstinn duerch intensivéiert elektrostatesch a steresch Interaktiounen tëscht de polare Kappgruppen an den hydrophobe Schwänz vun den Tenside, am Géigesaz zu Systemer mat engem eenzegen Tensid, wou ofstoussend elektrostatesch Kräften dacks d'Performanceoptimiséierung limitéieren.
Cocamidopropylbetain (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) ass e wäit verbreeten amphoteren Tensid a kosmetesche Formuléierungen wéinst senger mëller Reinigungseffizienz an Hoerpflegeigenschaften. Déi zwitterionesch Natur vu CAPB erméiglecht elektrostatesch Synergie mat anioneschen Tenside, verbessert d'Schaumstabilitéit an fördert eng iwwerleeën Formuléierungsleistung. An de leschte fënnef Joerzéngte sinn CAPB-Mëschunge mat sulfatbaséierten Tenside, wéi CAPB-Natriumlaurylethersulfat (SLES), zu enger Grondlag a perséinleche Fleegeprodukter ginn. Trotz der Effizienz vu sulfatbaséierten Tenside hunn d'Bedenken iwwer hiert Potenzial fir Hautreizungen an d'Präsenz vun 1,4-Dioxan, engem Nieweprodukt vum Ethoxyléierungsprozess, d'Interesse u sulfatfräien Alternativen ugedriwwen. Villverspriechend Kandidaten sinn Aminosäurebaséiert Tenside, wéi Taurater, Sarkosinater a Glutamater, déi eng verbessert Biokompatibilitéit a méi mëll Eegeschafte weisen [9]. Trotzdeem behënneren déi relativ grouss polar Kappgruppen vun dësen Alternativen dacks d'Bildung vu staark verschränkten mizellare Strukturen, wat d'Benotzung vu rheologesche Modifikatoren néideg mécht.
Natriummethylcocoyltaurat (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) ass en anioneschen Tensid, deen als Natriumsalz iwwer Amidkopplung vun N-Methyltaurin (2-Methylaminoethansulfonsäure) mat enger Kokosnoss-ofgeleeter Fettsäurekette synthetiséiert gëtt. SMCT huet eng Amid-gebonnen Taurin-Kappgrupp zesumme mat enger staark anionescher Sulfonatgrupp, wouduerch en biologesch ofbaubar a kompatibel mam Haut-pH-Wäert ass, wat en als e villverspriechenden Kandidat fir sulfatfräi Formuléierungen positionéiert. Taurat-Tenside zeichnen sech duerch hir potent Wäschwierkung, hir Widderstandsfäegkeet géint haart Waasser, hir Mëllheet a hir breet pH-Stabilitéit aus.
Rheologesch Parameteren, dorënner Schéierviskositéit, viskoelastische Modul a Streckgrenz, si kritesch fir d'Stabilitéit, d'Textur an d'Leeschtung vu Produkter op Basis vun Tensid. Zum Beispill kann eng erhéicht Schéierviskositéit d'Substratretentioun verbesseren, während d'Streckgrenz d'Adhäsioun vun der Formuléierung un Haut oder Hoer no der Applikatioun bestëmmt. Dës makroskopesch rheologesch Eegeschafte gi vu ville Faktoren moduléiert, dorënner d'Konzentratioun vum Tensid, de pH-Wäert, d'Temperatur an d'Präsenz vu Co-Léisungsmëttel oder Zousätz. Géigegéintgelueden Tenside kënnen ënnerschiddlech mikrostrukturell Iwwergäng duerchlafen, vu sphäresche Mizellen a Vesikelen bis zu flëssege kristalline Phasen, déi dann erëm d'Bulkrheologie staark beaflossen. Mëschunge vun amphoteren an anioneschen Tenside bilden dacks verlängert wuermfërmeg Mizellen (WLMs), déi d'viskoelastesch Eegeschafte wesentlech verbesseren. D'Verständnis vun de Mikrostruktur-Eegeschaftsbezéiungen ass dofir kritesch fir d'Produktleistung ze optimiséieren.
Vill experimentell Studien hunn analog binär Systemer, wéi CAPB-SLES, ënnersicht, fir déi mikrostrukturell Basis vun hiren Eegeschaften ze klären. Zum Beispill hunn de Mitrinova et al. [13] d'Mizellengréisst (hydrodynamesche Radius) mat der Léisungsviskositéit a CAPB-SLES-Mëttelkette-Co-Surfaktant-Mëschunge mat Hëllef vu Rheometrie an dynamescher Liichtstreuung (DLS) korreléiert. Mechanesch Rheometrie gëtt Abléck an déi mikrostrukturell Evolutioun vun dëse Mëschunge a kann duerch optesch Mikrorheologie mat Hëllef vun Diffuswellenspektroskopie (DWS) ergänzt ginn, déi den zougängleche Frequenzberäich erweidert an doduerch kuerzzäiteg Dynamik erfaasst, déi besonnesch fir WLM-Relaxatiounsprozesser relevant ass. An der DWS-Mikrorheologie gëtt déi mëttler quadratesch Verrécklung vun agebettene kolloidale Sonden iwwer Zäit verfollegt, wat d'Extraktioun vu lineare viskoelastesche Moduler vum Ëmgéigendmedium iwwer déi generaliséiert Stokes-Einstein-Relatioun erméiglecht. Dës Technik erfuerdert nëmme minimal Proufvolumen an ass dofir virdeelhaft fir komplex Flëssegkeeten mat limitéierter Materialverfügbarkeet ze studéieren, z.B. Proteinbaséiert Formuléierungen. D'Analyse vun < Δr²(t)>-Donnéeën iwwer breet Frequenzspektren erliichtert d'Schätzung vu mizellare Parameteren wéi Maschengréisst, Verschränkungslängt, Persistenzlängt a Konturlängt. Den Amin et al. hunn demonstréiert, datt CAPB-SLES-Mëschungen de Prognosen aus der Cates-Theorie entspriechen, andeems se eng däitlech Erhéijung vun der Viskositéit mat Salzzousaz bis zu enger kritescher Salzkonzentratioun weisen, iwwer déi d'Viskositéit staark fällt - eng typesch Äntwert a WLM-Systemer. Den Xu an den Amin hunn mechanesch Rheometrie an DWS benotzt fir SLES-CAPB-CCB-Mëschungen z'ënnersichen, wat eng Maxwellesch rheologesch Äntwert opgedeckt huet, déi op eng Bildung vu verschränkten WLM hiweist, wat weider duerch mikrostrukturell Parameteren bestätegt gouf, déi aus den DWS-Miessunge ofgeleet goufen. Op Basis vun dëse Methodologien integréiert déi aktuell Studie mechanesch Rheometrie an DWS-Mikrorheologie fir ze klären, wéi mikrostrukturell Reorganisatiounen d'Scherverhalen vu CAPB-SMCT-Mëschunge beaflossen.
Am Liicht vun der steigender Nofro no méi sanfte a méi nohaltege Botzmëttelen huet d'Exploratioun vu sulfatfräien anioneschen Tenside trotz Erausfuerderunge bei der Formuléierung Dynamik gewonnen. Déi ënnerschiddlech molekular Architekturen vu sulfatfräie Systemer féieren dacks zu divergenten rheologesche Profiler, wat konventionell Strategien fir d'Verbesserung vun der Viskositéit, wéi z. B. iwwer Salz oder polymer Verdickung, komplizéiert. Zum Beispill hunn Yorke et al. net-sulfat Alternativen exploréiert, andeems se systematesch d'Schäum- a rheologesch Eegeschafte vu binären an ternären Tensidemëschungen mat Alkylolefinsulfonat (AOS), Alkylpolyglucosid (APG) a Laurylhydroxysultain ënnersicht hunn. E Verhältnis vun 1:1 vun AOS-Sultain huet eng Scherverdënnung an eng Schaumcharakteristik gewisen, déi ähnlech wéi CAPB-SLES sinn, wat op d'Bildung vu WLM hiweist. Rajput et al. [26] hunn en anert sulfatfräit anionescht Tenside, Natriumcocoylglycinat (SCGLY), zesumme mat net-ioneschen Co-Tenside (Cocamiddiethanolamin a Laurylglucosid) duerch DLS, SANS a Rheometrie evaluéiert. Obwuel SCGLY eleng iwwerwiegend sphäresch Mizellen geformt huet, huet d'Zousätz vu Co-Surfaktanten de Konstruktioun vu méi komplexe mizellare Morphologien erméiglecht, déi fir pH-gedriwwe Modulatioun empfänglech sinn.
Trotz dësen Fortschrëtter hunn sech verhältnesméisseg wéineg Ënnersichungen op déi rheologesch Eegeschafte vun nohaltege sulfatfräie Systemer konzentréiert, déi CAPB an Taurater involvéieren. Dës Studie zielt drop of, dës Lück ze schléissen, andeems se eng vun den éischte systematesche rheologesche Charakteriséierunge vum CAPB-SMCT binäre System liwwert. Indem mir d'Zesummesetzung vun der Tensid, dem pH-Wäert an der ionescher Stäerkt systematesch variéieren, kënne mir d'Faktoren opklären, déi d'Schéierviskositéit an d'Viskoelastizitéit beaflossen. Mat Hëllef vu mechanescher Rheometrie an DWS-Mikrorheologie quantifizéieren mir déi mikrostrukturell Reorganisatiounen, déi dem Schéierverhalen vu CAPB-SMCT-Mëschunge zugronn leien. Dës Erkenntnisser opklären d'Zesummespill tëscht pH-Wäert, dem CAPB-SMCT-Verhältnis an den ioneschen Niveauen bei der Fërderung oder Hemmung vun der WLM-Bildung a bidden doduerch praktesch Abléck an d'Upassung vun de rheologesche Profiler vun nohaltege Produkter op Basis vun Tensid fir verschidden industriell Uwendungen.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 05.08.2025