हाइलाइट
● बाइनरी सल्फेट-मुक्त सर्फेक्टेंट मिश्रण की रियोलॉजी को प्रयोगात्मक रूप से चिह्नित किया जाता है।
● पीएच, संरचना और आयनिक सांद्रता के प्रभावों की व्यवस्थित रूप से जांच की जाती है।
● CAPB:SMCT सर्फेक्टेंट द्रव्यमान अनुपात 1:0.5 अधिकतम कतरनी चिपचिपाहट बनाता है।
● अधिकतम कतरनी श्यानता प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण नमक सांद्रता की आवश्यकता होती है।
● डीडब्ल्यूएस से अनुमानित माइसेलर समोच्च लंबाई कतरनी चिपचिपाहट के साथ दृढ़ता से सहसंबंधित है।
अमूर्त
अगली पीढ़ी के सल्फेट-मुक्त सर्फेक्टेंट प्लेटफ़ॉर्म की खोज में, वर्तमान कार्य विभिन्न संघटन, pH और आयनिक शक्ति में जलीय कोकामिडोप्रोपाइल बीटाइन (CAPB)-सोडियम मिथाइल कोकोयल टॉरेट (SMCT) मिश्रणों की पहली व्यवस्थित रियोलॉजिकल जाँच प्रदान करता है। CAPB-SMCT जलीय विलयन (कुल सक्रिय सर्फेक्टेंट सांद्रता 8-12 भार%) कई सर्फेक्टेंट भार अनुपातों पर तैयार किए गए, pH 4.5 और 5.5 पर समायोजित किए गए, और NaCl के साथ अनुमापित किए गए। स्थिर और दोलनी अपरूपण मापों ने स्थूल अपरूपण श्यानता का परिमाणन किया, जबकि विसरित तरंग स्पेक्ट्रोस्कोपी (DWS) सूक्ष्म रियोलॉजी ने आवृत्ति-समाधानित विस्कोइलास्टिक मापांक और विशिष्ट माइक्रेलर लंबाई पैमाने प्रदान किए। लवण-रहित परिस्थितियों में, इन योगों ने CAPB:SMCT भार अनुपात 1:0.5 पर अधिकतम अपरूपण श्यानता के साथ न्यूटोनियन रियोलॉजी प्रदर्शित की, जो संवर्धित धनायनिक-ऋणायनिक शीर्षसमूह सेतुबंधन का संकेत है। pH को 5.5 से घटाकर 4.5 करने से CAPB पर अधिक शुद्ध धनात्मक आवेश प्राप्त हुआ, जिससे पूर्णतः ऋणायनिक SMCT के साथ स्थिरवैद्युत संकुलन में वृद्धि हुई और अधिक सुदृढ़ माइक्रेलर नेटवर्क उत्पन्न हुए। व्यवस्थित लवण योग ने शीर्षसमूह-शीर्षसमूह प्रतिकर्षण को नियंत्रित किया, जिससे असतत मिसेल से दीर्घित, कृमि-सदृश समुच्चयों में रूपात्मक विकास हुआ। शून्य-अपरूपण श्यानता ने महत्वपूर्ण लवण-से-पृष्ठसक्रिय अनुपात (R) पर विशिष्ट उच्चादर्श प्रदर्शित किए, जिससे स्थिरवैद्युत द्वि-परत परिरक्षण और माइक्रेलर दीर्घीकरण के बीच जटिल संतुलन पर प्रकाश डाला गया। DWS सूक्ष्मरियोलॉजी ने इन स्थूल प्रेक्षणों की पुष्टि की, R ≥ 1 पर विशिष्ट मैक्सवेलियन स्पेक्ट्रा का अनावरण किया, जो पुनरावृत्ति-प्रधान विखंडन-पुनर्संयोजन तंत्रों के अनुरूप था। उल्लेखनीय रूप से, उलझाव और स्थायित्व की लंबाई आयनिक शक्ति के साथ अपेक्षाकृत अपरिवर्तित रही, जबकि समोच्च लंबाई ने शून्य-कतरनी श्यानता के साथ प्रबल सहसंबंध प्रदर्शित किया। ये निष्कर्ष द्रव श्यानता के नियमन में माइक्रेलर दीर्घीकरण और ऊष्मागतिकीय तालमेल की महत्वपूर्ण भूमिका पर बल देते हैं, और आवेश घनत्व, संघटन और आयनिक स्थितियों के सटीक नियंत्रण के माध्यम से उच्च-प्रदर्शन वाले सल्फेट-मुक्त सर्फेक्टेंट के निर्माण हेतु एक ढाँचा प्रदान करते हैं।
ग्राफिकल एब्स्ट्रैक्ट
परिचय
विपरीत आवेशित प्रजातियों से युक्त जलीय द्विआधारी पृष्ठसक्रियक प्रणालियाँ सौंदर्य प्रसाधन, औषधि, कृषि रसायन और खाद्य प्रसंस्करण उद्योगों सहित कई औद्योगिक क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। इन प्रणालियों को व्यापक रूप से अपनाने का श्रेय मुख्यतः उनकी बेहतर अंतरापृष्ठीय और रियोलॉजिकल कार्यात्मकताओं को दिया जाता है, जो विविध फॉर्मूलेशन में बेहतर प्रदर्शन को सक्षम बनाती हैं। ऐसे पृष्ठसक्रियकों का कृमि-सदृश, उलझे हुए समुच्चयों में सहक्रियात्मक स्व-संयोजन अत्यधिक अनुकूलनीय स्थूल गुण प्रदान करता है, जिसमें बढ़ी हुई श्यानता और कम अंतरापृष्ठीय तनाव शामिल हैं। विशेष रूप से, ऋणायनिक और ज्विटरआयनिक पृष्ठसक्रियकों के संयोजन सतही गतिविधि, श्यानता और अंतरापृष्ठीय तनाव मॉडुलन में सहक्रियात्मक वृद्धि प्रदर्शित करते हैं। ये व्यवहार पृष्ठसक्रियकों के ध्रुवीय शीर्ष समूहों और जलभीतिक पुच्छों के बीच तीव्र स्थिरवैद्युत और त्रिस्थैतिक अंतःक्रियाओं से उत्पन्न होते हैं, जो एकल-पृष्ठसक्रियक प्रणालियों के विपरीत है, जहाँ प्रतिकर्षी स्थिरवैद्युत बल अक्सर प्रदर्शन अनुकूलन को सीमित कर देते हैं।
कोकामिडोप्रोपाइल बीटाइन (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) अपनी हल्की सफाई क्षमता और बालों को कंडीशन करने वाले गुणों के कारण कॉस्मेटिक फॉर्मूलेशन में व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला एम्फोटेरिक सर्फेक्टेंट है। CAPB की ज़्विटरियोनिक प्रकृति, एनायनिक सर्फेक्टेंट के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक तालमेल को सक्षम बनाती है, जिससे फोम की स्थिरता बढ़ती है और बेहतर फॉर्मूलेशन प्रदर्शन को बढ़ावा मिलता है। पिछले पाँच दशकों में, सल्फेट-आधारित सर्फेक्टेंट, जैसे CAPB-सोडियम लॉरिल ईथर सल्फेट (SLES) के साथ CAPB मिश्रण, व्यक्तिगत देखभाल उत्पादों में आधारभूत बन गए हैं। हालाँकि, सल्फेट-आधारित सर्फेक्टेंट की प्रभावशीलता के बावजूद, उनकी त्वचीय जलन क्षमता और एथोक्सिलेशन प्रक्रिया के एक उपोत्पाद 1,4-डायोक्सेन की उपस्थिति से संबंधित चिंताओं ने सल्फेट-मुक्त विकल्पों में रुचि पैदा की है। आशाजनक विकल्पों में टॉरेट्स, सार्कोसिनेट्स और ग्लूटामेट जैसे अमीनो-एसिड-आधारित सर्फेक्टेंट शामिल हैं, जो बेहतर जैव-संगतता और हल्के गुण प्रदर्शित करते हैं [9]। फिर भी, इन विकल्पों के अपेक्षाकृत बड़े ध्रुवीय शीर्ष समूह अक्सर अत्यधिक उलझी हुई माइक्रेलर संरचनाओं के निर्माण में बाधा डालते हैं, जिससे रियोलॉजिकल संशोधकों का उपयोग आवश्यक हो जाता है।
सोडियम मिथाइल कोकोयल टॉरेट (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) एक एनायनिक सर्फेक्टेंट है जिसे नारियल-व्युत्पन्न फैटी एसिड श्रृंखला के साथ N-मिथाइलटॉरिन (2-मिथाइलएमिनोएथेनसल्फोनिक एसिड) के एमाइड युग्मन द्वारा सोडियम लवण के रूप में संश्लेषित किया जाता है। SMCT में एक एमाइड-लिंक्ड टॉरिन हेडग्रुप के साथ-साथ एक प्रबल एनायनिक सल्फोनेट समूह होता है, जो इसे जैवनिम्नीकरणीय और त्वचा के pH मान के अनुकूल बनाता है, जो इसे सल्फेट-मुक्त फ़ॉर्मूलेशन के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार बनाता है। टॉरेट सर्फेक्टेंट अपनी शक्तिशाली डिटर्जेंट क्षमता, कठोर जल के प्रति लचीलापन, सौम्यता और व्यापक pH स्थिरता के लिए जाने जाते हैं।
शियर विस्कोसिटी, विस्कोइलास्टिक मापांक और यील्ड स्ट्रेस सहित रियोलॉजिकल पैरामीटर, सर्फेक्टेंट-आधारित उत्पादों की स्थिरता, बनावट और प्रदर्शन को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण होते हैं। उदाहरण के लिए, बढ़ी हुई शियर विस्कोसिटी सब्सट्रेट की अवधारण में सुधार कर सकती है, जबकि यील्ड स्ट्रेस अनुप्रयोग के बाद त्वचा या बालों पर फॉर्मूलेशन के आसंजन को नियंत्रित करता है। ये मैक्रोस्कोपिक रियोलॉजिकल गुण कई कारकों द्वारा नियंत्रित होते हैं, जिनमें सर्फेक्टेंट सांद्रता, पीएच, तापमान और सह-विलायकों या योजकों की उपस्थिति शामिल है। विपरीत रूप से आवेशित सर्फेक्टेंट विविध सूक्ष्म संरचनात्मक संक्रमणों से गुजर सकते हैं, जो गोलाकार मिसेल और पुटिकाओं से लेकर द्रव क्रिस्टलीय प्रावस्थाओं तक होते हैं, जो बदले में, थोक रियोलॉजी को गहराई से प्रभावित करते हैं। उभयधर्मी और ऋणायनिक सर्फेक्टेंट के मिश्रण अक्सर दीर्घ कृमि जैसे मिसेल (WLM) बनाते हैं, जो विस्कोइलास्टिक गुणों को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाते हैं। इसलिए, उत्पाद के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए सूक्ष्म संरचना-गुण संबंधों को समझना महत्वपूर्ण है।
कई प्रायोगिक अध्ययनों ने समान द्विआधारी प्रणालियों, जैसे CAPB–SLES, की जाँच की है ताकि उनके गुणों के सूक्ष्म संरचनात्मक आधार को स्पष्ट किया जा सके। उदाहरण के लिए, मिट्रिनोवा एट अल. [13] ने रियोमेट्री और डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (DLS) का उपयोग करके CAPB–SLES–मध्यम-श्रृंखला सह-सर्फेक्टेंट मिश्रणों में विलयन श्यानता के साथ मिसेल आकार (हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या) का सहसंबंध स्थापित किया। यांत्रिक रियोमेट्री इन मिश्रणों के सूक्ष्म संरचनात्मक विकास में अंतर्दृष्टि प्रदान करती है और इसे विसरित तरंग स्पेक्ट्रोस्कोपी (DWS) का उपयोग करके प्रकाशीय सूक्ष्म रियोलॉजी द्वारा संवर्धित किया जा सकता है, जो सुलभ आवृत्ति डोमेन का विस्तार करता है, और विशेष रूप से WLM विश्राम प्रक्रियाओं के लिए प्रासंगिक लघु-समय पैमाने की गतिशीलता को कैप्चर करता है। DWS सूक्ष्म रियोलॉजी में, अंतर्निहित कोलाइडल जांचों के माध्य वर्ग विस्थापन को समय के साथ ट्रैक किया जाता है, जिससे सामान्यीकृत स्टोक्स-आइंस्टीन संबंध के माध्यम से आसपास के माध्यम के रैखिक विस्कोइलास्टिक मापांकों का निष्कर्षण संभव होता है। इस तकनीक के लिए केवल न्यूनतम नमूना मात्रा की आवश्यकता होती है और इस प्रकार यह सीमित सामग्री उपलब्धता वाले जटिल तरल पदार्थों, जैसे प्रोटीन-आधारित फॉर्मूलेशन, के अध्ययन के लिए लाभप्रद है। व्यापक आवृत्ति स्पेक्ट्रम में <Δr²(t)> डेटा का विश्लेषण, जाल आकार, उलझाव की लंबाई, दृढ़ता की लंबाई और समोच्च लंबाई जैसे माइक्रेलर मापदंडों का अनुमान लगाने में मदद करता है। अमीन एट अल ने दिखाया कि CAPB-SLES मिश्रण कैट्स के सिद्धांत की भविष्यवाणियों के अनुरूप हैं, जो नमक मिलाने पर श्यानता में एक महत्वपूर्ण नमक सांद्रता तक स्पष्ट वृद्धि दर्शाते हैं, जिसके आगे श्यानता तेजी से गिरती है - WLM प्रणालियों में एक विशिष्ट प्रतिक्रिया जू और अमीन ने SLES-CAPB-CCB मिश्रणों की जांच के लिए मैकेनिकल रियोमेट्री और DWS का इस्तेमाल किया, जिससे एक मैक्सवेलियन रियोलॉजिकल प्रतिक्रिया का पता चला जो उलझे हुए WLM गठन का संकेत था, जिसकी पुष्टि DWS माप से प्राप्त सूक्ष्म संरचनात्मक मापदंडों द्वारा की गई थी
सौम्य और अधिक टिकाऊ सफाई एजेंटों की बढ़ती मांग के मद्देनजर, निर्माण संबंधी चुनौतियों के बावजूद, सल्फेट-मुक्त एनायनिक सर्फेक्टेंट की खोज ने गति पकड़ी है। सल्फेट-मुक्त प्रणालियों की विशिष्ट आणविक संरचना अक्सर भिन्न रियोलॉजिकल प्रोफाइल प्रदान करती है, जिससे लवण या बहुलक गाढ़ापन के माध्यम से श्यानता बढ़ाने की पारंपरिक रणनीतियाँ जटिल हो जाती हैं। उदाहरण के लिए, यॉर्क एट अल. ने एल्काइल ओलेफिन सल्फोनेट (AOS), एल्काइल पॉलीग्लुकोसाइड (APG), और लॉरिल हाइड्रॉक्सीसल्टेन युक्त द्विआधारी और त्रिआधारी सर्फेक्टेंट मिश्रणों के झाग और रियोलॉजिकल गुणों की व्यवस्थित जाँच करके गैर-सल्फेट विकल्पों की खोज की। AOS-सल्टेन के 1:1 अनुपात ने CAPB-SLES के समान अपरूपण-पतलापन और झाग विशेषताएँ दिखाईं, जो WLM निर्माण का संकेत देती हैं। राजपूत एट अल. [26] ने डीएलएस, सैन्स और रिओमेट्री के माध्यम से एक अन्य सल्फेट-मुक्त एनायनिक सर्फेक्टेंट, सोडियम कोकोयल ग्लाइसीनेट (एससीजीएलवाई) का नॉन-आयनिक सह-सर्फेक्टेंट (कोकामाइड डायथेनॉलअमाइन और लॉरिल ग्लूकोसाइड) के साथ मूल्यांकन किया। हालाँकि अकेले एससीजीएलवाई ने मुख्यतः गोलाकार मिसेल बनाए, सह-सर्फेक्टेंट के योग से अधिक जटिल मिसेल आकारिकी का निर्माण संभव हुआ, जो पीएच-संचालित मॉड्यूलेशन के अनुकूल था।
इन प्रगतियों के बावजूद, अपेक्षाकृत कम अध्ययनों ने CAPB और टॉरेट्स से युक्त स्थायी सल्फेट-मुक्त प्रणालियों के रियोलॉजिकल गुणों पर ध्यान केंद्रित किया है। इस अध्ययन का उद्देश्य CAPB-SMCT द्विआधारी प्रणाली के पहले व्यवस्थित रियोलॉजिकल लक्षणों में से एक प्रदान करके इस कमी को पूरा करना है। सर्फेक्टेंट संरचना, pH और आयनिक शक्ति को व्यवस्थित रूप से परिवर्तित करके, हम कतरनी श्यानता और श्यानता को नियंत्रित करने वाले कारकों को स्पष्ट करते हैं। यांत्रिक रियोमेट्री और DWS माइक्रोरियोलॉजी का उपयोग करके, हम CAPB-SMCT मिश्रणों के कतरनी व्यवहार के अंतर्निहित सूक्ष्म संरचनात्मक पुनर्गठन को मापते हैं। ये निष्कर्ष WLM निर्माण को बढ़ावा देने या बाधित करने में pH, CAPB-SMCT अनुपात और आयनिक स्तरों के बीच परस्पर क्रिया को स्पष्ट करते हैं, जिससे विविध औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए स्थायी सर्फेक्टेंट-आधारित उत्पादों के रियोलॉजिकल प्रोफाइल को अनुकूलित करने में व्यावहारिक अंतर्दृष्टि मिलती है।
पोस्ट करने का समय: 05 अगस्त 2025