Punti culminanti
● A reologia di e miscele di tensioattivi binarii senza sulfati hè carattarizata sperimentalmente.
● L'effetti di u pH, di a cumpusizione è di a cuncentrazione ionica sò studiati sistematicamente.
● U rapportu di massa di tensioattivi CAPB:SMCT di 1:0,5 custruisce una viscosità di cisaillementu massima.
● Una cuncentrazione significativa di sale hè necessaria per ottene a viscosità massima di cisaillementu.
● A lunghezza di u contornu micellare inferita da DWS hè fortemente correlata cù a viscosità di cisaillementu.
Astrattu
In a ricerca di piattaforme tensioattive senza sulfati di prossima generazione, u travagliu attuale furnisce una di e prime investigazioni reologiche sistematiche di miscele acquose di Cocamidopropyl Betaine (CAPB)-Sodium Methyl Cocoyl Taurate (SMCT) in diverse cumpusizioni, pH è forza ionica. E soluzioni acquose CAPB-SMCT (cuncentrazione totale di tensioattivi attivi di 8-12% in pesu) sò state preparate à parechji rapporti di pesu di tensioattivi, aghjustate à pH 4,5 è 5,5, è titolate cù NaCl. Misure di cisaillementu stazionarie è oscillatorie anu quantificatu a viscosità di cisaillementu macroscopica, mentre chì a microreologia di spettroscopia d'onda diffondente (DWS) hà furnitu moduli viscoelastici risolti in frequenza è scale di lunghezza micellare caratteristiche. In cundizioni senza sale, e formulazioni anu mostratu una reologia newtoniana cù viscosità di cisaillementu massime à un rapportu di pesu CAPB:SMCT di 1:0,5, indicativu di un bridging di gruppi di testa cationici-anionici miglioratu. Abbassà u pH da 5,5 à 4,5 hà cunferitu una carica netta pusitiva più grande à CAPB, amplificendu cusì a cumplessazione elettrostatica cù u SMCT cumpletamente anionicu è generendu reti micellari più robuste. L'aggiunta sistematica di sale hà modulatu e repulsioni headgroup-headgroup, guidendu l'evoluzione morfologica da micelle discrete à aggregati allungati, simili à vermi. E viscosità à taglio zero anu mostratu massimi distinti à rapporti critichi sale-tensioattivu (R), mettendu in risaltu l'intricatu equilibriu trà u screening elettrostaticu à doppiu stratu è l'allungamentu micellare. A microreologia DWS hà curruburatu queste osservazioni macroscopiche, svelendu distinti spettri maxwelliani à R ≥ 1, coerenti cù i meccanismi di rottura-ricombinazione dominati da a reptazione. In particulare, e lunghezze di intricciamentu è di persistenza sò rimaste relativamente invarianti cù a forza ionica, mentre chì a lunghezza di u contornu hà mostratu forti correlazioni cù a viscosità à taglio zero. Questi risultati mettenu in risaltu u rolu criticu di l'allungamentu micellare è di a sinergia termodinamica in a regulazione di a viscoelasticità di i fluidi, furnendu un quadru per l'ingegneria di tensioattivi senza sulfati ad alte prestazioni via un cuntrollu precisu di a densità di carica, di a cumpusizione è di e cundizioni ioniche.
Astrattu Graficu
Introduzione
I sistemi tensioattivi binari acquosi chì cumprendenu spezie caricate opposte sò largamente impiegati in numerosi settori industriali, cumpresi i cosmetici, i farmaceutici, l'agrochimici è l'industrie di trasfurmazione alimentaria. L'adozione diffusa di sti sistemi hè principalmente attribuita à e so funzionalità interfacciali è reologiche superiori, chì permettenu prestazioni migliorate in diverse formulazioni. L'autoassemblaggio sinergicu di tali tensioattivi in aggregati intricati simili à vermi conferisce proprietà macroscopiche altamente regolabili, cumprese una maggiore viscoelasticità è una riduzione della tensione interfacciale. In particulare, e cumminazzioni di tensioattivi anionici è zwitterionici mostranu miglioramenti sinergici in l'attività superficiale, a viscosità è a modulazione di a tensione interfacciale. Sti cumpurtamenti derivanu da interazioni elettrostatiche è steriche intensificate trà i gruppi di teste polari è e code idrofobiche di i tensioattivi, in cuntrastu cù i sistemi à tensioattivu unicu, induve e forze elettrostatiche repulsive limitanu spessu l'ottimisazione di e prestazioni.
A cocamidopropil betaina (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCCN+ (C)CC([O−])=O) hè un tensioattivu anfotero largamente utilizatu in e formulazioni cosmetiche per via di a so efficacia detergente dolce è di e so proprietà di condizionamentu di i capelli. A natura zwitterionica di CAPB permette a sinergia elettrostatica cù i tensioattivi anionici, aumentendu a stabilità di a schiuma è prumovendu prestazioni superiori di a formulazione. In l'ultimi cinque decennii, e miscele di CAPB cù tensioattivi à base di sulfatu, cum'è CAPB-sodium lauryl ether sulfate (SLES), sò diventate fundamentali in i prudutti di cura persunale. Tuttavia, malgradu l'efficacia di i tensioattivi à base di sulfatu, e preoccupazioni riguardu à u so putenziale d'irritazione dermica è a presenza di 1,4-diossanu, un sottoproduttu di u prucessu d'etossilazione, anu suscitatu interessu per l'alternative senza sulfatu. I candidati promettenti includenu tensioattivi à base di aminoacidi, cum'è taurati, sarcosinati è glutammati, chì mostranu una biocompatibilità migliorata è proprietà più dolci [9]. Eppuru, i gruppi di teste polari relativamente grandi di queste alternative impediscenu spessu a furmazione di strutture micellari altamente intricate, ciò chì richiede l'usu di modificatori reologichi.
Metil cocoil tauratu di sodiu (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) hè un tensioattivu anionicu sintetizatu cum'è un sale di sodiu via accoppiamentu amide di N-metiltaurina (acidu 2-metilaminoetansulfonicu) cù una catena di acidi grassi derivata da a noce di coccu. SMCT pussede un gruppu di testa di taurina ligatu à l'ammide accantu à un gruppu sulfonatu fortemente anionicu, rendendulu biodegradabile è cumpatibile cù u pH di a pelle, chì u posiziona cum'è un candidatu promettente per formulazioni senza sulfati. I tensioattivi taurati sò carattarizati da a so putente detergenza, a resistenza à l'acqua dura, a dolcezza è l'ampia stabilità di u pH.
I parametri reologichi, cumpresi a viscosità di taglio, i moduli viscoelastici è a tensione di snervamentu, sò cruciali per determinà a stabilità, a struttura è e prestazioni di i prudutti à basa di tensioattivi. Per esempiu, una viscosità di taglio elevata pò migliurà a ritenzione di u sustratu, mentre chì a tensione di snervamentu guverna l'aderenza di a formulazione à a pelle o à i capelli dopu l'applicazione. Quessi attributi reologichi macroscopici sò modulati da numerosi fattori, cumpresi a concentrazione di tensioattivi, u pH, a temperatura è a presenza di co-solventi o additivi. I tensioattivi carichi opposti ponu subisce diverse transizioni microstrutturali, chì vanu da micelle è vescicole sferiche à fasi cristalline liquide, chì, à u so tornu, influenzanu profondamente a reologia di massa. E miscele di tensioattivi anfoteri è anionici formanu spessu micelle allungate simili à vermi (WLM), chì miglioranu significativamente e proprietà viscoelastiche. Capisce e relazioni microstruttura-proprietà hè dunque cruciale per ottimizà e prestazioni di u pruduttu.
Numerosi studii sperimentali anu investigatu sistemi binari analoghi, cum'è CAPB-SLES, per elucidà a basa microstrutturale di e so proprietà. Per esempiu, Mitrinova et al. [13] anu correlatu a dimensione di e micelle (raghju idrodinamicu) cù a viscosità di a suluzione in miscele di co-tensioattivi CAPB-SLES-catena media utilizendu a reometria è a diffusione dinamica di a luce (DLS). A reometria meccanica furnisce una visione di l'evoluzione microstrutturale di queste miscele è pò esse aumentata da a microreologia ottica utilizendu a spettroscopia d'onda diffondente (DWS) chì estende u duminiu di frequenza accessibile, catturendu dinamiche à breve scala temporale particularmente pertinenti à i prucessi di rilassamentu WLM. In a microreologia DWS, u spustamentu quadraticu mediu di e sonde colloidali integrate hè tracciatu in u tempu, permettendu l'estrazione di moduli viscoelastici lineari di u mezu circundante via a relazione Stokes-Einstein generalizzata. Questa tecnica richiede solu volumi minimi di campione è hè dunque vantaggiosa per studià fluidi cumplessi cù dispunibilità limitata di materiale, per esempiu formulazioni à basa di proteine. L'analisi di i dati <Δr²(t)> in spettri di frequenza larghi facilita a stima di i parametri micellari cum'è a dimensione di a maglia, a lunghezza di l'intricciamentu, a lunghezza di persistenza è a lunghezza di u contornu. Amin et al. anu dimustratu chì e miscele CAPB-SLES sò conformi à e previsioni di a teoria di Cates, mustrendu un aumentu pronunciatu di a viscosità cù l'aggiunta di sale finu à una cuncentrazione critica di sale, oltre a quale a viscosità cala precipitosamente - una risposta tipica in i sistemi WLM. Xu è Amin anu impiegatu a reometria meccanica è a DWS per esaminà e miscele SLES-CAPB-CCB, rivelendu una risposta reologica maxwelliana indicativa di a furmazione di WLM intricciati, chì hè stata ulteriormente corroborata da i parametri microstrutturali dedotti da e misurazioni DWS. Basendu si nantu à queste metodologie, u studiu attuale integra a reometria meccanica è a microreologia DWS per elucidà cumu e riurganisazioni microstrutturali guidanu u cumpurtamentu di taglio di e miscele CAPB-SMCT.
À a luce di a crescente dumanda di agenti di pulizia più dolci è più sustenibili, l'esplorazione di tensioattivi anionici senza sulfati hà guadagnatu slanciu malgradu e sfide di formulazione. L'architetture moleculari distinte di i sistemi senza sulfati spessu producenu profili reologichi divergenti, cumplicendu strategie convenzionali per u miglioramentu di a viscosità cum'è via sale o addensamentu polimericu. Per esempiu, Yorke et al. anu esploratu alternative senza sulfati investigendu sistematicamente e proprietà schiumogene è reologiche di miscele di tensioattivi binarie è ternarie chì presentanu alchil olefin solfonatu (AOS), alchil poliglucoside (APG) è lauril idrossisultaina. Un rapportu 1:1 di AOS-sultaina hà mostratu caratteristiche di diluzione per taglio è di schiuma simili à CAPB-SLES, chì indicanu a furmazione di WLM. Rajput et al. [26] anu valutatu un altru tensioattivo anionicu senza sulfati, u cocoil glicinatu di sodiu (SCGLY), à fiancu à co-tensioattivi non ionici (cocamide dietanolamina è lauril glucoside) attraversu DLS, SANS è reometria. Ancu s'è SCGLY solu hà furmatu micelle prevalentemente sferiche, l'aggiunta di co-tensioattivi hà permessu a custruzzione di morfologie micellari più intricate, suscettibili à a modulazione guidata da u pH.
Malgradu sti progressi, relativamente poche investigazioni anu miratu à e proprietà reologiche di sistemi sustenibili senza sulfati chì implicanu CAPB è taurati. Stu studiu hà per scopu di riempie sta lacuna furnendu una di e prime caratterizzazioni reologiche sistematiche di u sistema binariu CAPB-SMCT. Variendu sistematicamente a cumpusizione di i tensioattivi, u pH è a forza ionica, elucidemu i fattori chì guvernanu a viscosità di taglio è a viscoelasticità. Usendu a reometria meccanica è a microreologia DWS, quantificemu e riurganisazioni microstrutturali chì sò à a basa di u cumpurtamentu di taglio di e miscele CAPB-SMCT. Sti risultati elucidanu l'interazione trà u pH, u rapportu CAPB-SMCT è i livelli ionici in a prumuzione o l'inibizione di a furmazione di WLM, offrendu cusì insights pratichi nantu à l'adattamentu di i profili reologichi di prudutti sustenibili à basa di tensioattivi per diverse applicazioni industriali.
Data di publicazione: 05/08/2025