مرکب، پی ایچ، اور آئنک حالات میں کوکامیڈوپروپیل بیٹین-سوڈیم میتھائل کوکوئل ٹوریٹ کے سلفیٹ سے پاک سرفیکٹنٹ مرکب کی rheological حرکیات کو نمایاں کرنا

تعارف

ایکوئس بائنری سرفیکٹینٹ سسٹمز جن میں مخالف چارج شدہ پرجاتیوں پر مشتمل ہے وسیع پیمانے پر متعدد صنعتی شعبوں بشمول کاسمیٹکس، فارماسیوٹیکلز، ایگرو کیمیکلز، اور فوڈ پروسیسنگ انڈسٹریز میں کام کرتے ہیں۔ ان نظاموں کو بڑے پیمانے پر اپنانا بنیادی طور پر ان کی اعلیٰ سطحی اور rheological فعالیتوں سے منسوب ہے، جو متنوع فارمولیشنوں میں بہتر کارکردگی کو قابل بناتا ہے۔ اس طرح کے سرفیکٹینٹس کی کیڑے کی طرح، الجھے ہوئے مجموعوں میں ہم آہنگی سے متعلق خود ساختہ میکروسکوپک خصوصیات فراہم کرتی ہے، بشمول viscoelasticity میں اضافہ اور انٹرفیشل تناؤ میں کمی۔ خاص طور پر، anionic اور zwitterionic surfactants کے امتزاج سطح کی سرگرمی، viscosity، اور interfacial tension modulation میں synergistic اضافہ کو ظاہر کرتے ہیں۔ یہ رویے قطبی ہیڈ گروپس اور سرفیکٹنٹس کے ہائیڈروفوبک ٹیل کے درمیان تیز الیکٹرو اسٹیٹک اور سٹرک تعاملات سے پیدا ہوتے ہیں، جو سنگل سرفیکٹینٹ سسٹمز سے متصادم ہوتے ہیں، جہاں ریپلسیو الیکٹرو سٹیٹک قوتیں اکثر کارکردگی کی اصلاح کو محدود کرتی ہیں۔

Cocamidopropyl betaine (CAPB؛ مسکراہٹ: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) اس کی ہلکی صفائی کی افادیت اور بالوں کو کنڈیشنگ کی خصوصیات کی وجہ سے کاسمیٹک فارمولیشنز میں وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا ایمفوٹیرک سرفیکٹنٹ ہے۔ CAPB کی zwitterionic نوعیت anionic surfactants کے ساتھ electrostatic synergy کو قابل بناتی ہے، فوم کے استحکام کو بڑھاتی ہے اور اعلیٰ فارمولیشن کی کارکردگی کو فروغ دیتی ہے۔ پچھلی پانچ دہائیوں کے دوران، سلفیٹ پر مبنی سرفیکٹینٹس کے ساتھ CAPB مرکب، جیسے CAPB – سوڈیم لوریل ایتھر سلفیٹ (SLES)، ذاتی نگہداشت کی مصنوعات میں بنیاد بن چکے ہیں۔ تاہم، سلفیٹ پر مبنی سرفیکٹینٹس کی تاثیر کے باوجود، ان کی جلد کی جلن کی صلاحیت اور 1,4-dioxane کی موجودگی، جو ethoxylation کے عمل کی ایک ضمنی پیداوار ہے، کے خدشات نے سلفیٹ سے پاک متبادلات میں دلچسپی پیدا کی ہے۔ امید افزا امیدواروں میں امینو ایسڈ پر مبنی سرفیکٹینٹس، جیسے ٹوریٹس، سارکوسینیٹ اور گلوٹامیٹس شامل ہیں، جو بہتر بائیو کمپیٹیبلٹی اور ہلکی خصوصیات کی نمائش کرتے ہیں [9]۔ بہر حال، ان متبادلات کے نسبتاً بڑے قطبی سر گروپ اکثر انتہائی الجھے ہوئے مائکیلر ڈھانچے کی تشکیل میں رکاوٹ بنتے ہیں، جس کے لیے rheological modifiers کے استعمال کی ضرورت پڑتی ہے۔

سوڈیم میتھائل کوکوئل ٹوریٹ (SMCT؛ مسکراہٹ:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) ایک اینیونک سرفیکٹنٹ ہے جسے ناریل سے حاصل کردہ فیٹی ایسڈ چین کے ساتھ N-methyltaurine (2-methylaminoethanesulfonic ایسڈ) کے امائیڈ کپلنگ کے ذریعے سوڈیم نمک کے طور پر ترکیب کیا جاتا ہے۔ SMCT کے پاس ایک مضبوط anionic سلفونیٹ گروپ کے ساتھ ساتھ ایک امائیڈ سے منسلک ٹورائن ہیڈ گروپ ہے، جو اسے بایوڈیگریڈیبل اور جلد کے pH کے ساتھ مطابقت رکھتا ہے، جو اسے سلفیٹ سے پاک فارمولیشنز کے لیے ایک امید افزا امیدوار کے طور پر رکھتا ہے۔ ٹوریٹ سرفیکٹینٹس ان کی قوی ڈٹرجنی، سخت پانی کی لچک، نرمی، اور وسیع پی ایچ استحکام کی خصوصیات ہیں۔

Rheological پیرامیٹرز، بشمول قینچ کی viscosity، viscoelastic moduli، اور yeld stress، سرفیکٹنٹ پر مبنی مصنوعات کے استحکام، ساخت اور کارکردگی کا تعین کرنے میں اہم ہیں۔ مثال کے طور پر، اونچی قینچ کی چپکائی سبسٹریٹ برقرار رکھنے کو بہتر بنا سکتی ہے، جبکہ پیداوار کا تناؤ جلد یا بالوں کے اطلاق کے بعد فارمولیشن کی پابندی کو کنٹرول کرتا ہے۔ یہ میکروسکوپک ریوولوجیکل اوصاف متعدد عوامل کے ذریعہ ماڈیول کیے جاتے ہیں، بشمول سرفیکٹنٹ ارتکاز، پی ایچ، درجہ حرارت، اور شریک سالوینٹس یا اضافی اشیاء کی موجودگی۔ مخالف طور پر چارج شدہ سرفیکٹینٹ متنوع مائیکرو اسٹرکچرل ٹرانزیشن سے گزر سکتے ہیں، جس میں کروی مائیکلز اور ویسیکلز سے لیکویڈ کرسٹل لائن فیزز شامل ہیں، جو بدلے میں بلک ریولوجی پر گہرا اثر ڈالتے ہیں۔ امفوٹیرک اور اینیونک سرفیکٹینٹس کے مرکب اکثر لمبے لمبے کیڑے نما مائیکلز (WLMs) بناتے ہیں، جو viscoelastic خصوصیات کو نمایاں طور پر بڑھاتے ہیں۔ مائیکرو اسٹرکچر – پراپرٹی کے تعلقات کو سمجھنا، اس لیے مصنوعات کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے اہم ہے۔

متعدد تجرباتی مطالعات نے ان کی خصوصیات کی مائیکرو اسٹرکچرل بنیاد کو واضح کرنے کے لیے یکساں بائنری سسٹمز، جیسے CAPB – SLES کی چھان بین کی ہے۔ مثال کے طور پر، Mitrinova et al. [13] ریومیٹری اور ڈائنامک لائٹ سکیٹرنگ (DLS) کا استعمال کرتے ہوئے CAPB–SLES–میڈیم چین کو-سرفیکٹنٹ مکسچر میں حل وسکوسیٹی کے ساتھ منسلک مائیکل سائز (ہائیڈروڈینامک رداس)۔ مکینیکل ریومیٹری ان مرکبات کے مائیکرو اسٹرکچرل ارتقاء کے بارے میں بصیرت فراہم کرتی ہے اور آپٹیکل مائیکرو ریاولوجی کے ذریعے ڈفیوزنگ ویو اسپیکٹروسکوپی (DWS) کا استعمال کرتے ہوئے بڑھایا جا سکتا ہے جو قابل رسائی فریکوئنسی ڈومین کو بڑھاتا ہے، خاص طور پر WLM نرمی کے عمل سے متعلق مختصر ٹائم اسکیل حرکیات کو حاصل کرتا ہے۔ DWS مائیکروریاولوجی میں، ایمبیڈڈ کولائیڈل پروبس کی اوسط مربع نقل مکانی کو وقت کے ساتھ ٹریک کیا جاتا ہے، جس سے ارد گرد کے درمیانے درجے کے لکیری ویزکوئلاسٹک ماڈیولی کو عام اسٹوکس – آئن اسٹائن تعلق کے ذریعے نکالا جاسکتا ہے۔ اس تکنیک کے لیے صرف کم سے کم نمونوں کی مقدار درکار ہوتی ہے اور اس طرح یہ محدود مواد کی دستیابی کے ساتھ پیچیدہ سیالوں کا مطالعہ کرنے کے لیے فائدہ مند ہے، جیسے کہ پروٹین پر مبنی فارمولیشن۔ وسیع فریکوئنسی سپیکٹرا میں < Δr²(t)> ڈیٹا کا تجزیہ مائیکلر پیرامیٹرز جیسے میش سائز، الجھن کی لمبائی، استقامت کی لمبائی، اور سموچ کی لمبائی کے تخمینے کی سہولت فراہم کرتا ہے۔ امین ایٹ ال نے یہ ظاہر کیا کہ CAPB-SLES مرکب کیٹس کے نظریہ کی پیشین گوئیوں کے مطابق ہیں، نمک کے اضافے کے ساتھ viscosity میں واضح اضافہ دکھاتا ہے جب تک کہ نمک کی ایک اہم ارتکاز نہ ہو، اس سے آگے viscosity تیزی سے کم ہو جاتی ہے- WLM سسٹمز میں ایک عام ردعمل Xu اور Amin DWS کی جانچ کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ SLES–CAPB–CCB مرکب، ایک میکسویلیئن ریولوجیکل ردعمل ظاہر کرتے ہیں جو الجھے ہوئے WLM کی تشکیل کا اشارہ کرتا ہے، جس کی مزید تصدیق DWS پیمائش سے مائیکرو اسٹرکچرل پیرامیٹرز کے ذریعے کی گئی تھی۔ ان طریقوں کی بنیاد پر، موجودہ مطالعہ مکینیکل ریومیٹری اور DWS مائیکرو ریالوجی کو ضم کرتا ہے تاکہ یہ واضح کیا جا سکے کہ کس طرح مائیکرو اسٹرکچرل تنظیم نو CAPB – SMCT مرکب کے قینچ والے رویے کو چلاتی ہے۔

نرم اور زیادہ پائیدار صفائی کرنے والے ایجنٹوں کی بڑھتی ہوئی مانگ کی روشنی میں، سلفیٹ فری اینیونک سرفیکٹینٹس کی تلاش نے فارمولیشن چیلنجوں کے باوجود رفتار پکڑی ہے۔ سلفیٹ سے پاک نظاموں کے الگ الگ مالیکیولر آرکیٹیکچرز اکثر مختلف rheological پروفائلز حاصل کرتے ہیں، جو کہ viscosity بڑھانے کے لیے روایتی حکمت عملیوں کو پیچیدہ بناتے ہیں جیسے کہ نمک یا پولیمرک گاڑھا ہونا۔ مثال کے طور پر، Yorke et al. بائنری اور ٹرنری سرفیکٹنٹ مرکب کی فومنگ اور ریولوجیکل خصوصیات کی منظم طریقے سے چھان بین کر کے غیر سلفیٹ متبادلات کو دریافت کیا جس میں الکائل اولیفن سلفونیٹ (AOS)، الکائل پولی گلوکوسائیڈ (APG)، اور لوریل ہائیڈروکسی سلٹین شامل ہیں۔ AOS-sultine کے 1:1 تناسب نے CAPB-SLES کے مشابہ قینچ پتلا کرنے اور جھاگ کی خصوصیات ظاہر کیں، جو WLM کی تشکیل کو ظاہر کرتی ہیں۔ راجپوت وغیرہ۔ [26] نے DLS، SANS، اور rheometry کے ذریعے ایک اور سلفیٹ فری اینیونک سرفیکٹنٹ، سوڈیم کوکوئل گلائسینیٹ (SCGLY) کا جائزہ لیا۔ اگرچہ اکیلے SCGLY نے بنیادی طور پر کروی مائیکلز کی تشکیل کی، کو-سرفیکٹنٹ کے اضافے نے مزید پیچیدہ مائکیلر مورفولوجیز کی تعمیر کو قابل بنایا، جو پی ایچ سے چلنے والی ماڈیولیشن کے لیے قابل عمل ہے۔

ان پیش رفتوں کے باوجود، نسبتاً کم تحقیقات نے پائیدار سلفیٹ سے پاک نظاموں کی rheological خصوصیات کو نشانہ بنایا ہے جن میں CAPB اور taurates شامل ہیں۔ اس مطالعہ کا مقصد CAPB – SMCT بائنری نظام کی پہلی منظم ریولوجیکل خصوصیات میں سے ایک فراہم کرکے اس خلا کو پُر کرنا ہے۔ سرفیکٹنٹ کمپوزیشن، پی ایچ، اور آئنک طاقت کو منظم طریقے سے مختلف کرتے ہوئے، ہم ان عوامل کو واضح کرتے ہیں جو قینچ کی چپکنے والی اور viscoelasticity کو کنٹرول کرتے ہیں۔ مکینیکل ریومیٹری اور DWS مائیکرو ریالوجی کا استعمال کرتے ہوئے، ہم CAPB – SMCT مرکب کے قینچ والے رویے کے تحت مائیکرو اسٹرکچرل تنظیم نو کی مقدار درست کرتے ہیں۔ یہ نتائج ڈبلیو ایل ایم کی تشکیل کو فروغ دینے یا روکنے میں پی ایچ، سی اے پی بی – ایس ایم سی ٹی تناسب، اور آئنک سطحوں کے درمیان باہمی تعامل کو واضح کرتے ہیں، اس طرح متنوع صنعتی ایپلی کیشنز کے لیے پائیدار سرفیکٹنٹ پر مبنی مصنوعات کے ریولوجیکل پروفائلز کو تیار کرنے میں عملی بصیرت پیش کرتے ہیں۔