हाइलाइट
● सल्फेट-मुक्त द्विआधारी सर्फेक्टेंट मिश्रणों की रियोलॉजी का प्रयोगात्मक रूप से लक्षण वर्णन किया गया है।
● पीएच, संरचना और आयनिक सांद्रता के प्रभावों की व्यवस्थित रूप से जांच की जाती है।
● CAPB:SMCT सर्फेक्टेंट का 1:0.5 का द्रव्यमान अनुपात अधिकतम अपरूपण श्यानता उत्पन्न करता है।
● अधिकतम अपरूपण श्यानता प्राप्त करने के लिए पर्याप्त नमक सांद्रता की आवश्यकता होती है।
● डीडब्ल्यूएस से अनुमानित माइसेलर कंटूर लंबाई, शियर विस्कोसिटी के साथ दृढ़ता से सहसंबंधित है।
अमूर्त
अगली पीढ़ी के सल्फेट-मुक्त सर्फेक्टेंट प्लेटफॉर्म की खोज में, वर्तमान कार्य विभिन्न संरचना, पीएच और आयनिक शक्ति पर जलीय कोकैमिडोप्रोपाइल बीटाइन (CAPB)-सोडियम मिथाइल कोकोइल टॉरेट (SMCT) मिश्रणों की पहली व्यवस्थित रियोलॉजिकल जांच प्रस्तुत करता है। CAPB-SMCT जलीय विलयन (कुल सक्रिय सर्फेक्टेंट सांद्रता 8-12 wt.%) कई सर्फेक्टेंट भार अनुपातों पर तैयार किए गए, जिन्हें पीएच 4.5 और 5.5 पर समायोजित किया गया और NaCl के साथ अनुमापित किया गया। स्थिर और दोलनशील अपरूपण मापों ने स्थूल अपरूपण श्यानता को निर्धारित किया, जबकि विसरित तरंग स्पेक्ट्रोस्कोपी (DWS) सूक्ष्म रियोलॉजी ने आवृत्ति-समाधानित श्यानता मापांक और विशिष्ट माइसेलर लंबाई पैमाने प्रदान किए। नमक रहित परिस्थितियों में, इन फॉर्मूलेशन ने न्यूटोनियन रियोलॉजी प्रदर्शित की, जिसमें CAPB:SMCT के 1:0.5 के भार अनुपात पर अधिकतम अपरूपण श्यानता पाई गई, जो कैटायनिक-एनायनिक हेडग्रुप ब्रिजिंग में वृद्धि का संकेत देती है। pH को 5.5 से घटाकर 4.5 करने पर CAPB पर कुल धनात्मक आवेश बढ़ गया, जिससे पूर्णतः एनायनिक SMCT के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक कॉम्प्लेक्सेशन में वृद्धि हुई और अधिक मजबूत माइसेलर नेटवर्क उत्पन्न हुए। व्यवस्थित रूप से नमक मिलाने से हेडग्रुप-हेडग्रुप प्रतिकर्षण में बदलाव आया, जिससे आकारिकी विकास अलग-अलग माइसेल्स से लेकर लम्बी, कृमि जैसी संरचनाओं तक हुआ। शून्य अपरूपण श्यानता ने महत्वपूर्ण नमक-से-सरफेक्टेंट अनुपात (R) पर विशिष्ट अधिकतम मान प्रदर्शित किए, जो इलेक्ट्रोस्टैटिक डबल-लेयर स्क्रीनिंग और माइसेलर विस्तार के बीच जटिल संतुलन को उजागर करते हैं। DWS माइक्रोरियोलॉजी ने इन स्थूल अवलोकनों की पुष्टि की, और R ≥ 1 पर विशिष्ट मैक्सवेलियन स्पेक्ट्रा का अनावरण किया, जो रेप्टेशन-प्रधान विखंडन-पुनर्संयोजन तंत्र के अनुरूप है। विशेष रूप से, आयनिक सामर्थ्य के साथ उलझाव और दृढ़ता की लंबाई अपेक्षाकृत अपरिवर्तित रही, जबकि समोच्च लंबाई ने शून्य-अपरियॉन श्यानता के साथ मजबूत सहसंबंध प्रदर्शित किया। ये निष्कर्ष द्रव श्यानता को नियंत्रित करने में माइसेलर विस्तार और ऊष्मागतिकीय तालमेल की महत्वपूर्ण भूमिका पर बल देते हैं, और आवेश घनत्व, संरचना और आयनिक स्थितियों के सटीक नियंत्रण के माध्यम से उच्च-प्रदर्शन वाले सल्फेट-मुक्त सर्फेक्टेंट के निर्माण के लिए एक ढांचा प्रदान करते हैं।
ग्राफिकल एब्स्ट्रैक्ट
परिचय
विपरीत आवेश वाले यौगिकों से युक्त जलीय द्विआधारी सर्फेक्टेंट प्रणालियों का व्यापक रूप से सौंदर्य प्रसाधन, फार्मास्यूटिकल्स, कृषि रसायन और खाद्य प्रसंस्करण उद्योगों सहित अनेक औद्योगिक क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। इन प्रणालियों को व्यापक रूप से अपनाने का मुख्य कारण इनकी उत्कृष्ट अंतर्विभाज्य और रियोलॉजिकल कार्यक्षमताएँ हैं, जो विभिन्न फॉर्मूलेशन में बेहतर प्रदर्शन को संभव बनाती हैं। ऐसे सर्फेक्टेंटों का कृमि-समान, उलझे हुए समुच्चयों में सहक्रियात्मक स्व-संयोजन, बढ़ी हुई श्यानता और कम अंतर्विभाज्य तनाव सहित अत्यधिक अनुकूलनीय स्थैतिक गुण प्रदान करता है। विशेष रूप से, ऋणायनिक और ज़्विटरियोनिक सर्फेक्टेंटों के संयोजन सतही सक्रियता, श्यानता और अंतर्विभाज्य तनाव मॉड्यूलेशन में सहक्रियात्मक वृद्धि प्रदर्शित करते हैं। ये व्यवहार सर्फेक्टेंटों के ध्रुवीय शीर्ष समूहों और जल-विरोधी पूंछों के बीच तीव्र विद्युतस्थैतिक और विचरणीय अंतःक्रियाओं से उत्पन्न होते हैं, जो एकल-सर्फेक्टेंट प्रणालियों के विपरीत हैं, जहाँ प्रतिकारक विद्युतस्थैतिक बल अक्सर प्रदर्शन अनुकूलन को सीमित करते हैं।
कोकैमिडोप्रोपाइल बीटाइन (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला एम्फोटेरिक सर्फेक्टेंट है, जिसका उपयोग कॉस्मेटिक फॉर्मूलेशन में इसकी सौम्य सफाई क्षमता और बालों को कंडीशनिंग करने वाले गुणों के कारण किया जाता है। CAPB की ज़्विटरियोनिक प्रकृति, एनायनिक सर्फेक्टेंट के साथ इलेक्ट्रोस्टैटिक तालमेल स्थापित करती है, जिससे झाग की स्थिरता बढ़ती है और फॉर्मूलेशन का बेहतर प्रदर्शन सुनिश्चित होता है। पिछले पांच दशकों में, CAPB के सल्फेट-आधारित सर्फेक्टेंट, जैसे CAPB-सोडियम लॉरिल ईथर सल्फेट (SLES), के साथ मिश्रण व्यक्तिगत देखभाल उत्पादों का एक अभिन्न अंग बन गए हैं। हालांकि, सल्फेट-आधारित सर्फेक्टेंट की प्रभावशीलता के बावजूद, त्वचा में जलन पैदा करने की उनकी क्षमता और एथोक्सीलेशन प्रक्रिया के उप-उत्पाद 1,4-डाइऑक्सेन की उपस्थिति के कारण सल्फेट-मुक्त विकल्पों में रुचि बढ़ी है। आशाजनक उम्मीदवारों में अमीनो-एसिड-आधारित सर्फेक्टेंट शामिल हैं, जैसे कि टॉरेट, सारकोसिनेट और ग्लूटामेट, जो बेहतर जैव अनुकूलता और सौम्य गुण प्रदर्शित करते हैं [9]। फिर भी, इन विकल्पों के अपेक्षाकृत बड़े ध्रुवीय शीर्ष समूह अक्सर अत्यधिक उलझी हुई माइसेलर संरचनाओं के निर्माण में बाधा डालते हैं, जिससे रियोलॉजिकल मॉडिफायर के उपयोग की आवश्यकता होती है।
सोडियम मिथाइल कोकोइल टॉरेट (एसएमसीटी; स्माइल्स:
CCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) एक आयनिक सर्फेक्टेंट है जिसे N-मिथाइलटॉरिन (2-मिथाइलएमिनोएथेनसल्फोनीक एसिड) और नारियल से प्राप्त फैटी एसिड श्रृंखला 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 आयनिक सल्फोनेट समूह होता है, जो इसे जैवअपघटनीय और त्वचा के pH के अनुकूल बनाता है, जिससे यह सल्फेट-मुक्त फॉर्मूलेशन के लिए एक आशाजनक विकल्प बन जाता है। टॉरेट सर्फेक्टेंट अपनी प्रबल डिटर्जेंसी, कठोर जल प्रतिरोध, सौम्यता और व्यापक pH स्थिरता के लिए जाने जाते हैं।
शियर विस्कोसिटी, विस्कोइलास्टिक मॉड्यूली और यील्ड स्ट्रेस जैसे रियोलॉजिकल पैरामीटर, सर्फेक्टेंट-आधारित उत्पादों की स्थिरता, बनावट और प्रदर्शन को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उदाहरण के लिए, उच्च शियर विस्कोसिटी सब्सट्रेट रिटेंशन को बेहतर बना 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-विलायक या योजक की उपस्थिति शामिल हैं। विपरीत आवेश वाले सर्फेक्टेंट विभिन्न सूक्ष्म संरचनात्मक परिवर्तनों से गुजर सकते हैं, जो गोलाकार माइसेल्स और वेसिकल्स से लेकर तरल क्रिस्टलीय चरणों तक होते हैं, और ये परिवर्तन समग्र रियोलॉजी को गहराई से प्रभावित करते हैं। एम्फोटेरिक और एनायनिक सर्फेक्टेंट के मिश्रण अक्सर लंबे वर्मलाइक माइसेल्स (डब्ल्यूएलएम) बनाते हैं, जो विस्कोइलास्टिक गुणों को काफी हद तक बढ़ाते हैं। इसलिए, उत्पाद के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए सूक्ष्म संरचना-गुण संबंधों को समझना अत्यंत महत्वपूर्ण है।
अनेक प्रायोगिक अध्ययनों ने CAPB–SLES जैसी समरूप द्विआधारी प्रणालियों की सूक्ष्मसंरचनात्मक विशेषताओं को समझने के लिए उनका अध्ययन किया है। उदाहरण के लिए, मिट्रिनोवा एट अल. [13] ने रियोमेट्री और डायनेमिक लाइट स्कैटरिंग (DLS) का उपयोग करके CAPB–SLES–मध्यम-श्रृंखला सह-सरफेक्टेंट मिश्रणों में माइसेल आकार (हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या) को विलयन श्यानता से सहसंबंधित किया। यांत्रिक रियोमेट्री इन मिश्रणों के सूक्ष्मसंरचनात्मक विकास की जानकारी प्रदान करती है और इसे विसरित तरंग स्पेक्ट्रोस्कोपी (DWS) का उपयोग करके ऑप्टिकल माइक्रोरियोलॉजी द्वारा बढ़ाया जा सकता है, जो सुलभ आवृत्ति डोमेन का विस्तार करता है और विशेष रूप से WLM विश्राम प्रक्रियाओं से संबंधित अल्प-समय-पैमाने की गतिकी को पकड़ता है। DWS माइक्रोरियोलॉजी में, अंतर्निहित कोलाइडल प्रोब 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 श्यानता मापांक को निकाला जा सकता है। इस तकनीक के लिए केवल न्यूनतम नमूना मात्रा की आवश्यकता होती है और इसलिए यह सीमित सामग्री उपलब्धता वाले जटिल तरल पदार्थों, जैसे प्रोटीन-आधारित फॉर्मूलेशन, के अध्ययन के लिए लाभकारी है। व्यापक आवृत्ति स्पेक्ट्रम में < Δr²(t)> डेटा का विश्लेषण, मेश आकार, उलझाव लंबाई, दृढ़ता लंबाई और समोच्च लंबाई जैसे माइसेलर मापदंडों के अनुमान में सहायक होता है। अमीन एट अल ने प्रदर्शित किया कि CAPB–SLES मिश्रण केट्स के सिद्धांत की भविष्यवाणियों के अनुरूप हैं, जो एक निश्चित नमक सांद्रता तक नमक मिलाने पर श्यानता में उल्लेखनीय वृद्धि दर्शाते हैं, जिसके बाद श्यानता तेजी से गिरती है—जो WLM प्रणालियों में एक विशिष्ट प्रतिक्रिया है। जू और अमीन ने SLES–CAPB–CCB मिश्रणों की जांच के लिए यांत्रिक रियोमेट्री और DWS का उपयोग किया, जिससे उलझे हुए WLM निर्माण का संकेत देने वाली मैक्सवेलियन रियोलॉजिकल प्रतिक्रिया का पता चला, जिसकी पुष्टि DWS मापों से प्राप्त सूक्ष्म संरचनात्मक मापदंडों द्वारा और भी हुई। इन पद्धतियों पर आधारित, वर्तमान अध्ययन CAPB–SMCT मिश्रणों के अपरूपण व्यवहार को सूक्ष्म संरचनात्मक पुनर्गठन किस प्रकार संचालित करते हैं, यह स्पष्ट करने के लिए यांत्रिक रियोमेट्री और DWS माइक्रोरियोलॉजी को एकीकृत करता है।
सौम्य और अधिक टिकाऊ सफाई एजेंटों की बढ़ती मांग को देखते हुए, फॉर्मूलेशन संबंधी चुनौतियों के बावजूद सल्फेट-मुक्त एनायनिक सर्फेक्टेंट की खोज में तेजी आई है। सल्फेट-मुक्त प्रणालियों की विशिष्ट आणविक संरचनाएं अक्सर भिन्न-भिन्न रियोलॉजिकल प्रोफाइल उत्पन्न करती हैं, जिससे नमक या बहुलक गाढ़ापन जैसी चिपचिपाहट बढ़ाने की पारंपरिक रणनीतियाँ जटिल हो जाती हैं। उदाहरण के लिए, योर्क एट अल. ने एल्काइल ओलेफिन सल्फोनेट (एओएस), एल्काइल पॉलीग्लूकोसाइड (एपीजी), और लॉरिल हाइड्रॉक्सिसल्टेन युक्त बाइनरी और टर्नरी सर्फेक्टेंट मिश्रणों के झाग और रियोलॉजिकल गुणों की व्यवस्थित रूप से जांच करके गैर-सल्फेट विकल्पों का पता लगाया। एओएस-सल्टेन के 1:1 अनुपात ने सीएपीबी-एसएलईएस के समान शियर-थिनिंग और फोम विशेषताएँ दिखाईं, जो डब्ल्यूएलएम निर्माण का संकेत देती हैं। राजपूत एट अल. [26] ने डीएलएस, एसएएनएस और रियोमेट्री के माध्यम से नॉनआयनिक को-सर्फैक्टेंट (कोकामाइड डायएथेनॉलमाइन और लॉरिल ग्लूकोसाइड) के साथ-साथ एक अन्य सल्फेट-मुक्त एनायनिक सर्फैक्टेंट, सोडियम कोकोइल ग्लाइसिनेट (एससीजीएलवाई) का मूल्यांकन किया। हालांकि अकेले एससीजीएलवाई ने मुख्य रूप से गोलाकार माइसेल्स बनाए, को-सर्फैक्टेंट मिलाने से अधिक जटिल माइसेलर मॉर्फोलॉजी का निर्माण संभव हुआ, जो पीएच-चालित मॉड्यूलेशन के लिए उपयुक्त है।
इन प्रगतियों के बावजूद, CAPB और टॉरेट युक्त टिकाऊ सल्फेट-मुक्त प्रणालियों के रियोलॉजिकल गुणों पर तुलनात्मक रूप से कम ही शोध हुए हैं। यह अध्ययन CAPB-SMCT द्विआधारी प्रणाली के पहले व्यवस्थित रियोलॉजिकल लक्षण वर्णन में से एक प्रदान करके इस कमी को पूरा करने का लक्ष्य रखता है। सर्फेक्टेंट संरचना, pH और आयनिक शक्ति को व्यवस्थित रूप से बदलकर, हम अपरूपण 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 अपरूपण व्यवहार के अंतर्निहित सूक्ष्म संरचनात्मक पुनर्गठनों का मात्रात्मक विश्लेषण करते 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 विभिन्न औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए टिकाऊ सर्फेक्टेंट-आधारित उत्पादों के रियोलॉजिकल प्रोफाइल को अनुकूलित करने में व्यावहारिक अंतर्दृष्टि प्राप्त होती है।
पोस्ट करने का समय: 05 अगस्त 2025