ముఖ్యాంశాలు
● బైనరీ సల్ఫేట్-రహిత సర్ఫ్యాక్టెంట్ మిశ్రమాల రియాలజీని ప్రయోగాత్మకంగా వర్గీకరించారు.
● pH, కూర్పు మరియు అయానిక గాఢత యొక్క ప్రభావాలు క్రమపద్ధతిలో పరిశోధించబడతాయి.
● CAPB:SMCT సర్ఫ్యాక్టెంట్ ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తి 1:0.5 గరిష్ట షియర్ విస్కోసిటీని నిర్మిస్తుంది.
● గరిష్ట కోత స్నిగ్ధతను సాధించడానికి గణనీయమైన ఉప్పు సాంద్రత అవసరం.
● DWS నుండి అంచనా వేయబడిన మైసెల్లార్ కాంటూర్ పొడవు, షియర్ విస్కోసిటీతో బలంగా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది.
సారాంశం
తదుపరి తరం సల్ఫేట్-రహిత సర్ఫ్యాక్టెంట్ ప్లాట్ఫారమ్ల అన్వేషణలో, ఈ ప్రస్తుత అధ్యయనం వివిధ కూర్పు, pH మరియు అయానిక గాఢతలలో జలసంబంధ కోకామిడోప్రొపైల్ బీటైన్ (CAPB)-సోడియం మిథైల్ కోకోయిల్ టారేట్ (SMCT) మిశ్రమాల యొక్క మొట్టమొదటి క్రమబద్ధమైన రియోలాజికల్ పరిశోధనలలో ఒకటిగా నిలుస్తుంది. CAPB-SMCT జల ద్రావణాలను (మొత్తం క్రియాశీల సర్ఫ్యాక్టెంట్ గాఢత 8–12 wt. %) అనేక సర్ఫ్యాక్టెంట్ బరువు నిష్పత్తులలో తయారుచేసి, pH 4.5 మరియు 5.5 లకు సర్దుబాటు చేసి, NaCl తో టైట్రేట్ చేశారు. స్థిర మరియు డోలనాత్మక షియర్ కొలతలు స్థూల షియర్ స్నిగ్ధతను పరిమాణీకరించగా, డిఫ్యూజింగ్ వేవ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (DWS) మైక్రోరియోలజీ ఫ్రీక్వెన్సీ రిజాల్వ్డ్ విస్కోఎలాస్టిక్ మాడ్యులై మరియు లక్షణ మైసెల్లార్ పొడవు స్కేల్లను అందించింది. లవణ రహిత పరిస్థితులలో, ఈ ఫార్ములేషన్లు 1:0.5 CAPB:SMCT బరువు నిష్పత్తి వద్ద గరిష్ట షియర్ స్నిగ్ధతలతో న్యూటోనియన్ రియోలజీని ప్రదర్శించాయి, ఇది మెరుగైన కాటయానిక్-అనయానిక్ హెడ్గ్రూప్ బ్రిడ్జింగ్ను సూచిస్తుంది. pH ను 5.5 నుండి 4.5 కు తగ్గించడం వలన CAPB పై అధిక నికర ధనాత్మక ఆవేశం ఏర్పడింది, తద్వారా పూర్తిగా ఆనయానిక్ SMCT తో ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ కాంప్లెక్సేషన్ వృద్ధి చెంది, మరింత పటిష్టమైన మైసెల్లార్ నెట్వర్క్లు ఏర్పడ్డాయి. క్రమపద్ధతిలో ఉప్పును కలపడం హెడ్గ్రూప్-హెడ్గ్రూప్ వికర్షణలను నియంత్రించి, వివిక్త మైసెల్స్ నుండి పొడవైన, పురుగు ఆకారపు సముదాయాలుగా రూపాంతర పరిణామానికి దారితీసింది. క్లిష్టమైన ఉప్పు-సర్ఫాక్టెంట్ నిష్పత్తుల (R) వద్ద జీరో-షియర్ విస్కోసిటీలు విలక్షణమైన గరిష్టాలను ప్రదర్శించాయి, ఇది ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ డబుల్-లేయర్ స్క్రీనింగ్ మరియు మైసెల్లార్ పొడవు పెరగడం మధ్య ఉన్న క్లిష్టమైన సమతుల్యతను హైలైట్ చేసింది. DWS మైక్రోరియాలజీ ఈ స్థూల పరిశీలనలను ధృవీకరించింది, R ≥ 1 వద్ద విలక్షణమైన మాక్స్వెల్లియన్ స్పెక్ట్రాలను ఆవిష్కరించింది, ఇది రెప్టేషన్-ఆధిపత్య బ్రేకేజ్-రీకాంబినేషన్ మెకానిజమ్లకు అనుగుణంగా ఉంది. ముఖ్యంగా, ఎంటాంగిల్మెంట్ మరియు పర్సిస్టెన్స్ పొడవులు అయానిక్ స్ట్రెంత్తో సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉన్నాయి, అయితే కాంటూర్ పొడవు జీరో-షియర్ విస్కోసిటీతో బలమైన సంబంధాలను ప్రదర్శించింది. ఈ పరిశోధన ఫలితాలు ద్రవ విస్కో ఎలాస్టిసిటీని నియంత్రించడంలో మైసెల్లార్ పొడవు పెరగడం మరియు థర్మోడైనమిక్ సినర్జీ యొక్క కీలక పాత్రను నొక్కి చెబుతున్నాయి, అలాగే ఛార్జ్ సాంద్రత, కూర్పు మరియు అయానిక పరిస్థితులను ఖచ్చితంగా నియంత్రించడం ద్వారా అధిక పనితీరు గల సల్ఫేట్-రహిత సర్ఫ్యాక్టెంట్లను రూపొందించడానికి ఒక చట్రాన్ని అందిస్తున్నాయి.
గ్రాఫికల్ అబ్స్ట్రాక్ట్
పరిచయం
వ్యతిరేక ఆవేశాలు గల జాతులను కలిగి ఉన్న జల ద్విసంయోగ సర్ఫ్యాక్టెంట్ వ్యవస్థలు సౌందర్య సాధనాలు, ఔషధాలు, వ్యవసాయ రసాయనాలు మరియు ఆహార శుద్ధి పరిశ్రమలతో సహా అనేక పారిశ్రామిక రంగాలలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఈ వ్యవస్థల విస్తృత వినియోగానికి ప్రధాన కారణం వాటి ఉన్నతమైన అంతరతల మరియు రియోలాజికల్ కార్యాచరణలే. ఇవి విభిన్న ఫార్ములేషన్లలో మెరుగైన పనితీరును సాధ్యం చేస్తాయి. ఇటువంటి సర్ఫ్యాక్టెంట్లు పురుగుల వంటి, పెనవేసుకున్న సముదాయాలుగా సినర్జిస్టిక్గా స్వీయ-సమాహారం చెందడం వలన, పెరిగిన విస్కో ఎలాస్టిసిటీ మరియు తగ్గిన అంతరతల తన్యతతో సహా, అత్యంత సర్దుబాటు చేయగల స్థూల ధర్మాలు కలుగుతాయి. ప్రత్యేకించి, ఆనయానిక్ మరియు జ్విట్టర్ అయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్ల కలయికలు ఉపరితల క్రియాశీలత, స్నిగ్ధత మరియు అంతరతల తన్యత మాడ్యులేషన్లో సినర్జిస్టిక్ మెరుగుదలలను ప్రదర్శిస్తాయి. ఈ ప్రవర్తనలు సర్ఫ్యాక్టెంట్ల యొక్క ధ్రువ శీర్ష సమూహాలు మరియు జలవిరోధి తోకల మధ్య తీవ్రమైన స్థిరవిద్యుత్ మరియు స్టెరిక్ పరస్పర చర్యల నుండి ఉత్పన్నమవుతాయి. ఇది ఏక-సర్ఫ్యాక్టెంట్ వ్యవస్థలకు విరుద్ధంగా ఉంటుంది, అక్కడ వికర్షణ స్థిరవిద్యుత్ శక్తులు తరచుగా పనితీరు ఆప్టిమైజేషన్ను పరిమితం చేస్తాయి.
కోకామిడోప్రొపైల్ బీటైన్ (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) అనేది సౌందర్య సాధనాల తయారీలో విస్తృతంగా ఉపయోగించే ఒక ఆంఫోటెరిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్. దీనికి కారణం దాని తేలికపాటి శుభ్రపరిచే సామర్థ్యం మరియు జుట్టును కండిషనింగ్ చేసే గుణాలు. CAPB యొక్క జ్విట్టర్ అయానిక్ స్వభావం, అయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్లతో ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ సినర్జీని సాధ్యం చేస్తుంది. ఇది నురుగు స్థిరత్వాన్ని పెంచి, ఫార్ములేషన్ యొక్క ఉత్తమ పనితీరును ప్రోత్సహిస్తుంది. గత ఐదు దశాబ్దాలుగా, CAPB–సోడియం లారిల్ ఈథర్ సల్ఫేట్ (SLES) వంటి సల్ఫేట్ ఆధారిత సర్ఫ్యాక్టెంట్లతో కలిపిన CAPB మిశ్రమాలు వ్యక్తిగత సంరక్షణ ఉత్పత్తులలో మౌలికమైనవిగా మారాయి. అయితే, సల్ఫేట్ ఆధారిత సర్ఫ్యాక్టెంట్ల ప్రభావం ఉన్నప్పటికీ, వాటి వల్ల చర్మానికి కలిగే చికాకు మరియు ఇథాక్సిలేషన్ ప్రక్రియలో ఉప-ఉత్పత్తిగా ఏర్పడే 1,4-డయాక్సేన్ ఉనికికి సంబంధించిన ఆందోళనలు, సల్ఫేట్ రహిత ప్రత్యామ్నాయాలపై ఆసక్తిని పెంచాయి. ఆశాజనకమైన అభ్యర్థులలో టారేట్లు, సార్కోసినేట్లు మరియు గ్లూటామేట్లు వంటి అమైనో-ఆమ్ల-ఆధారిత సర్ఫ్యాక్టెంట్లు ఉన్నాయి, ఇవి మెరుగైన జీవ అనుకూలత మరియు తేలికపాటి లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి [9]. అయినప్పటికీ, ఈ ప్రత్యామ్నాయాల యొక్క సాపేక్షంగా పెద్ద ధ్రువ శీర్ష సమూహాలు తరచుగా అధికంగా చిక్కుకున్న మైసెల్లార్ నిర్మాణాల ఏర్పాటుకు ఆటంకం కలిగిస్తాయి, దీనివల్ల రియోలాజికల్ మాడిఫైయర్ల వాడకం అవసరం అవుతుంది.
సోడియం మిథైల్ కోకోయిల్ టౌరేట్ (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) అనేది కొబ్బరి నుండి లభించే కొవ్వు ఆమ్ల గొలుసుతో N-మిథైల్టౌరిన్ (2-మిథైల్అమైనోఇథేన్సల్ఫోనిక్ ఆమ్లం) యొక్క అమైడ్ కప్లింగ్ ద్వారా సోడియం లవణంగా సంశ్లేషణ చేయబడిన ఒక ఆనయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్. SMCT ఒక అమైడ్-లింక్డ్ టౌరిన్ హెడ్గ్రూప్తో పాటు బలమైన ఆనయానిక్ సల్ఫోనేట్ గ్రూప్ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది దానిని జీవవిచ్ఛిన్నం చెందేలా మరియు చర్మం pHతో అనుకూలంగా ఉండేలా చేస్తుంది, ఇది సల్ఫేట్-రహిత ఫార్ములేషన్లకు దీనిని ఒక ఆశాజనకమైన అభ్యర్థిగా నిలుపుతుంది. టౌరేట్ సర్ఫ్యాక్టెంట్లు వాటి శక్తివంతమైన డిటర్జెన్సీ, కఠిన జల నిరోధకత, సున్నితత్వం మరియు విస్తృత pH స్థిరత్వం ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి.
సర్ఫ్యాక్టెంట్ ఆధారిత ఉత్పత్తుల స్థిరత్వం, ఆకృతి మరియు పనితీరును నిర్ణయించడంలో షియర్ విస్కోసిటీ, విస్కోఎలాస్టిక్ మాడ్యులై మరియు యీల్డ్ స్ట్రెస్ వంటి రియోలాజికల్ పారామీటర్లు కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. ఉదాహరణకు, అధిక షియర్ విస్కోసిటీ సబ్స్ట్రేట్ రిటెన్షన్ను మెరుగుపరుస్తుంది, అయితే యీల్డ్ స్ట్రెస్ పూత తర్వాత ఫార్ములేషన్ చర్మానికి లేదా వెంట్రుకలకు అంటుకునే గుణాన్ని నియంత్రిస్తుంది. ఈ స్థూల రియోలాజికల్ లక్షణాలు సర్ఫ్యాక్టెంట్ గాఢత, pH, ఉష్ణోగ్రత మరియు కో-సాల్వెంట్లు లేదా సంకలితాల ఉనికి వంటి అనేక కారకాలచే ప్రభావితమవుతాయి. వ్యతిరేక ఆవేశం గల సర్ఫ్యాక్టెంట్లు గోళాకార మైసెల్స్ మరియు వెసికిల్స్ నుండి ద్రవ స్ఫటికాకార దశల వరకు విభిన్న సూక్ష్మ నిర్మాణ పరివర్తనలకు లోనవుతాయి, ఇవి మొత్తం రియోలజీని తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తాయి. ఆంఫోటెరిక్ మరియు ఆనయానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్ల మిశ్రమాలు తరచుగా పొడవైన వార్మ్లైక్ మైసెల్స్ (WLMs) ను ఏర్పరుస్తాయి, ఇవి విస్కోఎలాస్టిక్ లక్షణాలను గణనీయంగా మెరుగుపరుస్తాయి. అందువల్ల, ఉత్పత్తి పనితీరును ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి సూక్ష్మ నిర్మాణం-లక్షణాల సంబంధాలను అర్థం చేసుకోవడం చాలా కీలకం.
వాటి లక్షణాల సూక్ష్మ నిర్మాణ ఆధారాలను స్పష్టం చేయడానికి, CAPB–SLES వంటి సారూప్య బైనరీ వ్యవస్థలను అనేక ప్రయోగాత్మక అధ్యయనాలు పరిశోధించాయి. ఉదాహరణకు, మిట్రినోవా మరియు ఇతరులు [13] రియోమెట్రీ మరియు డైనమిక్ లైట్ స్కాటరింగ్ (DLS) ఉపయోగించి CAPB–SLES–మీడియం-చైన్ కో-సర్ఫాక్టెంట్ మిశ్రమాలలో మైసెల్ పరిమాణం (హైడ్రోడైనమిక్ వ్యాసార్థం) మరియు ద్రావణ స్నిగ్ధత మధ్య సంబంధాన్ని కనుగొన్నారు. మెకానికల్ రియోమెట్రీ ఈ మిశ్రమాల సూక్ష్మ నిర్మాణ పరిణామంపై అంతర్దృష్టిని అందిస్తుంది మరియు దీనిని డిఫ్యూజింగ్ వేవ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (DWS) ఉపయోగించి ఆప్టికల్ మైక్రోరియాలజీతో మెరుగుపరచవచ్చు. ఇది అందుబాటులో ఉన్న ఫ్రీక్వెన్సీ డొమైన్ను విస్తరింపజేస్తుంది, ముఖ్యంగా WLM రిలాక్సేషన్ ప్రక్రియలకు సంబంధించిన స్వల్ప-కాల డైనమిక్స్ను సంగ్రహిస్తుంది. DWS మైక్రోరియాలజీలో, పొందుపరిచిన కొల్లాయిడల్ ప్రోబ్స్ యొక్క మీన్ స్క్వేర్ డిస్ప్లేస్మెంట్ను కాలక్రమేణా ట్రాక్ చేస్తారు, ఇది సాధారణీకరించిన స్టోక్స్-ఐన్స్టీన్ సంబంధం ద్వారా పరిసర మాధ్యమం యొక్క లీనియర్ విస్కోఎలాస్టిక్ మాడ్యులస్లను సంగ్రహించడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. ఈ టెక్నిక్కు చాలా తక్కువ నమూనా పరిమాణాలు మాత్రమే అవసరం, అందువల్ల పరిమిత పదార్థ లభ్యత ఉన్న సంక్లిష్ట ద్రవాలను, ఉదాహరణకు ప్రోటీన్ ఆధారిత ఫార్ములేషన్లను అధ్యయనం చేయడానికి ఇది ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. విస్తృత ఫ్రీక్వెన్సీ స్పెక్ట్రా అంతటా < Δr²(t)> డేటా విశ్లేషణ, మెష్ సైజు, ఎంటాంగిల్మెంట్ లెంగ్త్, పర్సిస్టెన్స్ లెంగ్త్ మరియు కాంటూర్ లెంగ్త్ వంటి మైసెల్లార్ పారామీటర్ల అంచనాను సులభతరం చేస్తుంది. అమిన్ మరియు ఇతరులు CAPB–SLES మిశ్రమాలు కేట్స్ సిద్ధాంతం నుండి వచ్చిన అంచనాలకు అనుగుణంగా ఉన్నాయని నిరూపించారు. ఒక క్లిష్టమైన ఉప్పు సాంద్రత వరకు ఉప్పును జోడించడంతో స్నిగ్ధతలో స్పష్టమైన పెరుగుదల కనిపిస్తుంది, ఆ తర్వాత స్నిగ్ధత వేగంగా పడిపోతుంది—ఇది WLM వ్యవస్థలలో ఒక సాధారణ ప్రతిస్పందన. క్సు మరియు అమిన్, SLES–CAPB–CCB మిశ్రమాలను పరిశీలించడానికి మెకానికల్ రియోమెట్రీ మరియు DWS లను ఉపయోగించారు. ఇది ఎంటాంగిల్డ్ WLM ఏర్పడటాన్ని సూచించే మాక్స్వెల్లియన్ రియోలాజికల్ ప్రతిస్పందనను వెల్లడించింది, దీనిని DWS కొలతల నుండి ఊహించిన మైక్రోస్ట్రక్చరల్ పారామీటర్లు మరింతగా ధృవీకరించాయి. ఈ పద్ధతుల ఆధారంగా, ప్రస్తుత అధ్యయనం CAPB–SMCT మిశ్రమాల షియర్ ప్రవర్తనను మైక్రోస్ట్రక్చరల్ పునర్వ్యవస్థీకరణలు ఎలా నడిపిస్తాయో స్పష్టం చేయడానికి మెకానికల్ రియోమెట్రీ మరియు DWS మైక్రోరియోలజీని ఏకీకృతం చేస్తుంది.
సున్నితమైన మరియు మరింత స్థిరమైన క్లెన్సింగ్ ఏజెంట్ల కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్ దృష్ట్యా, ఫార్ములేషన్ సవాళ్లు ఉన్నప్పటికీ సల్ఫేట్-రహిత ఆనియానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్ల అన్వేషణ ఊపందుకుంది. సల్ఫేట్-రహిత వ్యవస్థల యొక్క విలక్షణమైన అణు నిర్మాణాలు తరచుగా విభిన్నమైన రియోలాజికల్ ప్రొఫైల్లను ఇస్తాయి, ఇది ఉప్పు లేదా పాలిమెరిక్ చిక్కదనం వంటి వాటి ద్వారా స్నిగ్ధతను పెంచే సాంప్రదాయ వ్యూహాలను క్లిష్టతరం చేస్తుంది. ఉదాహరణకు, యార్క్ మరియు ఇతరులు ఆల్కైల్ ఒలెఫిన్ సల్ఫోనేట్ (AOS), ఆల్కైల్ పాలిగ్లూకోసైడ్ (APG), మరియు లారిల్ హైడ్రాక్సీసల్టైన్లను కలిగి ఉన్న బైనరీ మరియు టెర్నరీ సర్ఫ్యాక్టెంట్ మిశ్రమాల యొక్క నురుగు మరియు రియోలాజికల్ లక్షణాలను క్రమపద్ధతిలో పరిశోధించడం ద్వారా సల్ఫేట్-రహిత ప్రత్యామ్నాయాలను అన్వేషించారు. AOS–సల్టైన్ యొక్క 1:1 నిష్పత్తి CAPB–SLES మాదిరిగానే షియర్-థిన్నింగ్ మరియు నురుగు లక్షణాలను చూపించింది, ఇది WLM ఏర్పడటాన్ని సూచిస్తుంది. రాజ్పుత్ మరియు ఇతరులు. [26] DLS, SANS, మరియు రియోమెట్రీ ద్వారా మరొక సల్ఫేట్-రహిత ఆనియానిక్ సర్ఫ్యాక్టెంట్, సోడియం కోకాయిల్ గ్లైసినేట్ (SCGLY), నాన్-అయానిక్ కో-సర్ఫ్యాక్టెంట్లు (కోకామైడ్ డైఎథనోలమైన్ మరియు లారిల్ గ్లూకోసైడ్) తో పాటుగా మూల్యాంకనం చేసింది. SCGLY మాత్రమే ప్రధానంగా గోళాకార మైసెల్స్ను ఏర్పరచినప్పటికీ, కో-సర్ఫ్యాక్టెంట్ జోడింపు pH-ఆధారిత మాడ్యులేషన్కు అనువైన మరింత క్లిష్టమైన మైసెల్లార్ మార్ఫాలజీల నిర్మాణాన్ని సాధ్యం చేసింది.
ఈ పురోగతులు ఉన్నప్పటికీ, CAPB మరియు టారేట్లను కలిగి ఉన్న సుస్థిర సల్ఫేట్-రహిత వ్యవస్థల యొక్క రియోలాజికల్ లక్షణాలను లక్ష్యంగా చేసుకున్న పరిశోధనలు చాలా తక్కువ. CAPB–SMCT బైనరీ వ్యవస్థ యొక్క మొట్టమొదటి క్రమబద్ధమైన రియోలాజికల్ లక్షణీకరణలలో ఒకదాన్ని అందించడం ద్వారా ఈ అంతరాన్ని పూరించడమే ఈ అధ్యయనం యొక్క లక్ష్యం. సర్ఫ్యాక్టెంట్ కూర్పు, pH మరియు అయానిక బలాన్ని క్రమపద్ధతిలో మార్చడం ద్వారా, షియర్ స్నిగ్ధత మరియు విస్కోఎలాస్టిసిటీని నియంత్రించే కారకాలను మేము వివరిస్తాము. మెకానికల్ రియోమెట్రీ మరియు DWS మైక్రోరియోలజీని ఉపయోగించి, CAPB–SMCT మిశ్రమాల షియర్ ప్రవర్తనకు ఆధారమైన సూక్ష్మ నిర్మాణ పునర్వ్యవస్థీకరణలను మేము పరిమాణాత్మకంగా నిర్ధారిస్తాము. ఈ ఫలితాలు WLM ఏర్పడటాన్ని ప్రోత్సహించడంలో లేదా నిరోధించడంలో pH, CAPB–SMCT నిష్పత్తి మరియు అయానిక స్థాయిల మధ్య ఉన్న పరస్పర చర్యను వివరిస్తాయి, తద్వారా విభిన్న పారిశ్రామిక అనువర్తనాల కోసం సుస్థిర సర్ఫ్యాక్టెంట్-ఆధారిత ఉత్పత్తుల యొక్క రియోలాజికల్ ప్రొఫైల్లను రూపొందించడంలో ఆచరణాత్మక అంతర్దృష్టులను అందిస్తాయి.
పోస్ట్ చేసిన సమయం: ఆగస్టు-05-2025