ការកំណត់លក្ខណៈឌីណាមិកនៃល្បាយសារធាតុសកម្មដែលគ្មានស៊ុលហ្វាតនៃកូកាមីដូប្រូភីលបេតាអ៊ីន-សូដ្យូមមេទីលកូកូអ៊ីលតូរ៉ាតឆ្លងកាត់សមាសភាព pH និងលក្ខខណ្ឌអ៊ីយ៉ុង។

សេចក្តីផ្តើម

ប្រព័ន្ធសារធាតុ surfactant គោលពីរប្រភេទទឹក ដែលមានប្រភេទសារធាតុដែលមានបន្ទុកផ្ទុយគ្នា ត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅទូទាំងវិស័យឧស្សាហកម្មជាច្រើន រួមទាំងគ្រឿងសំអាង ឱសថ កសិគីមី និងឧស្សាហកម្មកែច្នៃចំណីអាហារ។ ការទទួលយកយ៉ាងទូលំទូលាយនៃប្រព័ន្ធទាំងនេះ ត្រូវបានសន្មតថាជាចម្បងដោយសារតែមុខងារអន្តរមុខ និង rheological ដ៏ល្អឥតខ្ចោះរបស់វា ដែលអាចឱ្យមានដំណើរការប្រសើរឡើងនៅក្នុងរូបមន្តចម្រុះ។ ការផ្គុំដោយខ្លួនឯងនៃសារធាតុ surfactants បែបនេះទៅជាសារធាតុផ្សំដែលមានរាងដូចដង្កូវ និងជាប់គ្នា ផ្តល់នូវលក្ខណៈសម្បត្តិម៉ាក្រូស្កុបដែលអាចលៃតម្រូវបានខ្ពស់ រួមទាំង viscoelasticity កើនឡើង និងភាពតានតឹងអន្តរមុខថយចុះ។ ជាពិសេស ការរួមបញ្ចូលគ្នានៃសារធាតុ surfactants anionic និង zwitterionic បង្ហាញពីការបង្កើនប្រសិទ្ធភាព synergistic នៅក្នុងសកម្មភាពផ្ទៃ viscosity និងម៉ូឌុលភាពតានតឹងអន្តរមុខ។ ឥរិយាបថទាំងនេះកើតឡើងពីអន្តរកម្មអេឡិចត្រូស្តាទិច និងស្តេរិចកាន់តែខ្លាំងឡើងរវាងក្រុមក្បាលប៉ូល និងកន្ទុយ hydrophobic នៃសារធាតុ surfactants ផ្ទុយពីប្រព័ន្ធ surfactant តែមួយ ដែលកម្លាំងអេឡិចត្រូស្តាទិចច្រានចោលជារឿយៗកំណត់ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាព។

កូកាមីដូប្រូភីល បេតាអ៊ីន (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCCC(=O)NCCCCN+ (C)CC([O−])=O) គឺជាសារធាតុសាប៊ូកក់សក់អំផូទែរិចដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងរូបមន្តគ្រឿងសំអាងដោយសារតែប្រសិទ្ធភាពសម្អាតស្រាល និងលក្ខណៈសម្បត្តិបន្ទន់សក់របស់វា។ លក្ខណៈ zwitterionic នៃ CAPB អាចឱ្យមានការរួមបញ្ចូលគ្នានៃអេឡិចត្រូស្តាទិចជាមួយសារធាតុសាប៊ូកក់សក់អានីយ៉ូនិច ដែលបង្កើនស្ថេរភាពនៃពពុះ និងលើកកម្ពស់ដំណើរការរូបមន្តកាន់តែប្រសើរ។ ក្នុងរយៈពេលប្រាំទសវត្សរ៍កន្លងមកនេះ ល្បាយ CAPB ជាមួយសារធាតុសាប៊ូកក់សក់ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ុលហ្វាត ដូចជា CAPB–sodium lauryl ether sulfate (SLES) បានក្លាយជាមូលដ្ឋានគ្រឹះនៅក្នុងផលិតផលថែរក្សាផ្ទាល់ខ្លួន។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បើទោះបីជាមានប្រសិទ្ធភាពនៃសារធាតុសាប៊ូកក់សក់ដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ុលហ្វាតក៏ដោយ ការព្រួយបារម្ភទាក់ទងនឹងសក្តានុពលនៃការរលាកស្បែករបស់វា និងវត្តមាននៃ 1,4-dioxane ដែលជាផលិតផលរងនៃដំណើរការ ethoxylation បានជំរុញចំណាប់អារម្មណ៍លើជម្រើសដែលគ្មានស៊ុលហ្វាត។ បេក្ខជនដែលមានសក្តានុពលរួមមានសារធាតុសាប៊ូកក់សក់ដែលមានមូលដ្ឋានលើអាស៊ីតអាមីណូ ដូចជា taurates, sarcosinates និង glutamates ដែលបង្ហាញពីភាពឆបគ្នាជីវសាស្រ្តប្រសើរឡើង និងលក្ខណៈសម្បត្តិស្រាលជាង [9]។ យ៉ាងណាក៏ដោយ ក្រុមក្បាលប៉ូលដែលមានទំហំធំល្មមនៃជម្រើសទាំងនេះច្រើនតែរារាំងការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធមីសែលឡាដែលជាប់គាំងខ្លាំង ដែលចាំបាច់ត្រូវប្រើសារធាតុកែប្រែសរីរវិទ្យា។

សូដ្យូមមេទីលកូកូអ៊ីលតូរ៉ាត (SMCT; ស្នាមញញឹម៖
CCCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) គឺជាសារធាតុសាប៊ូអ៊ីយ៉ុងអានីយ៉ូនិក ដែលត្រូវបានសំយោគជាអំបិលសូដ្យូម តាមរយៈការភ្ជាប់អាមីតនៃ N-មេទីលតូរីន ​​(អាស៊ីត 2-មេទីលអាមីណូអេថានស៊ុលហ្វូនិក) ជាមួយនឹងខ្សែសង្វាក់អាស៊ីតខ្លាញ់ដែលមានប្រភពមកពីដូង។ SMCT មានក្រុមតូរីនដែលមានទំនាក់ទំនងជាមួយអាមីត រួមជាមួយនឹងក្រុមស៊ុលហ្វូណាតអានីយ៉ូនិកខ្លាំង ដែលធ្វើឱ្យវារលួយបានយ៉ាងងាយ និងឆបគ្នាជាមួយ pH ស្បែក ដែលធ្វើឱ្យវាក្លាយជាបេក្ខជនដ៏ជោគជ័យសម្រាប់រូបមន្តដែលគ្មានស៊ុលហ្វាត។ សារធាតុសាប៊ូតូរ៉េតត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយសារធាតុសម្អាតដ៏មានឥទ្ធិពល ភាពធន់នឹងទឹករឹង ភាពស្រាល និងស្ថេរភាព pH ទូលំទូលាយរបស់វា។

ប៉ារ៉ាម៉ែត្រ​នៃ​សារធាតុ​រាវ​រាវ រួមទាំង​ viscosity នៃ​កម្លាំង​កាត់ ម៉ូឌុល viscoelastic និង yield stress គឺមានសារៈសំខាន់ណាស់ក្នុងការកំណត់ស្ថេរភាព វាយនភាព និងដំណើរការនៃផលិតផលដែលមានមូលដ្ឋានលើ surfactant។ ឧទាហរណ៍ viscosity នៃកម្លាំងកាត់ខ្ពស់អាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវការរក្សាស្រទាប់ខាងក្រោម ខណៈពេលដែល yield stress គ្រប់គ្រងការស្អិតជាប់នៃរូបមន្តទៅនឹងស្បែក ឬសក់បន្ទាប់ពីការលាប។ គុណលក្ខណៈ rheological ម៉ាក្រូស្កុបទាំងនេះត្រូវបានកែប្រែដោយកត្តាជាច្រើន រួមទាំងកំហាប់ surfactant pH សីតុណ្ហភាព និងវត្តមាននៃសារធាតុរំលាយរួម ឬសារធាតុបន្ថែម។ surfactants ដែលមានបន្ទុកផ្ទុយគ្នាអាចឆ្លងកាត់ការផ្លាស់ប្តូរមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធចម្រុះ ចាប់ពីមីសែលស្វ៊ែរ និងវ៉េស៊ីគល រហូតដល់ដំណាក់កាលគ្រីស្តាល់រាវ ដែលវាប៉ះពាល់យ៉ាងខ្លាំងដល់ rheology ភាគច្រើន។ ល្បាយនៃ surfactants amphoteric និង anionic ជារឿយៗបង្កើតជាមីសែលដូចដង្កូវ (WLMs) ដែលបង្កើនលក្ខណៈសម្បត្តិ viscoelastic យ៉ាងសំខាន់។ ដូច្នេះ ការយល់ដឹងអំពីទំនាក់ទំនងមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធ-លក្ខណៈសម្បត្តិគឺមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ការបង្កើនប្រសិទ្ធភាពផលិតផល។

ការសិក្សាពិសោធន៍ជាច្រើនបានស៊ើបអង្កេតប្រព័ន្ធគោលពីរស្រដៀងគ្នា ដូចជា CAPB–SLES ដើម្បីបញ្ជាក់ពីមូលដ្ឋានមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធនៃលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់វា។ ឧទាហរណ៍ Mitrinova et al. [13] បានភ្ជាប់ទំហំមីសែល (កាំអ៊ីដ្រូឌីណាមិក) ជាមួយនឹង viscosity នៃដំណោះស្រាយនៅក្នុងល្បាយសហ surfactant ខ្សែសង្វាក់មធ្យម CAPB–SLES–ដោយប្រើ rheometry និងការខ្ចាត់ខ្ចាយពន្លឺថាមវន្ត (DLS)។ rheometry មេកានិចផ្តល់នូវការយល់ដឹងអំពីការវិវត្តន៍មីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធនៃល្បាយទាំងនេះ និងអាចត្រូវបានបង្កើនដោយ microrheology អុបទិកដោយប្រើវិសាលគមរលកសាយភាយ (DWS) ដែលពង្រីកដែនប្រេកង់ដែលអាចចូលដំណើរការបាន ដោយចាប់យកឌីណាមិករយៈពេលខ្លីជាពិសេសទាក់ទងនឹងដំណើរការបន្ធូរ WLM។ នៅក្នុង microrheology DWS ការផ្លាស់ទីលំនៅការ៉េមធ្យមនៃការស៊ើបអង្កេត colloidal ដែលបានបង្កប់ត្រូវបានតាមដានតាមពេលវេលា ដែលអាចឱ្យមានការទាញយកម៉ូឌុល viscoelastic លីនេអ៊ែរនៃឧបករណ៍ផ្ទុកជុំវិញតាមរយៈទំនាក់ទំនង Stokes–Einstein ទូទៅ។ បច្ចេកទេសនេះតម្រូវឱ្យមានបរិមាណគំរូតិចតួចបំផុត ហើយដូច្នេះវាមានអត្ថប្រយោជន៍សម្រាប់ការសិក្សាអំពីសារធាតុរាវស្មុគស្មាញជាមួយនឹងភាពអាចរកបាននៃសម្ភារៈមានកំណត់ ឧ. រូបមន្តដែលមានមូលដ្ឋានលើប្រូតេអ៊ីន។ ការវិភាគទិន្នន័យ <Δr²(t)> ឆ្លងកាត់វិសាលគមប្រេកង់ធំទូលាយជួយសម្រួលដល់ការប៉ាន់ស្មានប៉ារ៉ាម៉ែត្រមីសែលឡាដូចជាទំហំសំណាញ់ ប្រវែងជាប់គ្នា ប្រវែងជាប់លាប់ និងប្រវែងវណ្ឌវង្ក។ Amin និងក្រុមការងារបានបង្ហាញថាល្បាយ CAPB–SLES អនុលោមតាមការព្យាករណ៍ពីទ្រឹស្តីរបស់ Cates ដែលបង្ហាញពីការកើនឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃ viscosity ជាមួយនឹងការបន្ថែមអំបិលរហូតដល់កំហាប់អំបិលសំខាន់ ដែលលើសពីនេះ viscosity ធ្លាក់ចុះយ៉ាងខ្លាំង - ជាការឆ្លើយតបធម្មតានៅក្នុងប្រព័ន្ធ WLM។ Xu និង Amin បានប្រើប្រាស់ rheometry មេកានិច និង DWS ដើម្បីពិនិត្យមើលល្បាយ SLES–CAPB–CCB ដោយបង្ហាញពីការឆ្លើយតប rheological Maxwellian ដែលបង្ហាញពីការបង្កើត WLM ដែលជាប់គ្នា ដែលត្រូវបានបញ្ជាក់បន្ថែមទៀតដោយប៉ារ៉ាម៉ែត្រមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធដែលបានសន្និដ្ឋានពីការវាស់វែង DWS។ ដោយផ្អែកលើវិធីសាស្រ្តទាំងនេះ ការសិក្សាបច្ចុប្បន្នរួមបញ្ចូល rheometry មេកានិច និង microrheology DWS ដើម្បីបញ្ជាក់ពីរបៀបដែលការរៀបចំឡើងវិញនូវមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធជំរុញឥរិយាបថកាត់នៃល្បាយ CAPB–SMCT។

ដោយសារតែតម្រូវការកើនឡើងសម្រាប់សារធាតុសម្អាតដែលទន់ភ្លន់ និងមាននិរន្តរភាពជាងមុន ការរុករកសារធាតុសាប៊ូអ៊ីយ៉ុងអានីយ៉ូនដែលគ្មានស៊ុលហ្វាតបានទទួលសន្ទុះទោះបីជាមានបញ្ហាប្រឈមនៃការបង្កើតក៏ដោយ។ ស្ថាបត្យកម្មម៉ូលេគុលផ្សេងៗគ្នានៃប្រព័ន្ធដែលគ្មានស៊ុលហ្វាតច្រើនតែផ្តល់នូវទម្រង់ rheological ខុសៗគ្នា ដែលធ្វើឱ្យស្មុគស្មាញដល់យុទ្ធសាស្ត្រធម្មតាសម្រាប់ការបង្កើន viscosity ដូចជាតាមរយៈអំបិល ឬការធ្វើឱ្យក្រាស់នៃប៉ូលីមែរ។ ឧទាហរណ៍ Yorke et al. បានស្វែងយល់ពីជម្រើសមិនមែនស៊ុលហ្វាតដោយការស៊ើបអង្កេតជាប្រព័ន្ធអំពីលក្ខណៈសម្បត្តិពពុះ និង rheological នៃល្បាយ surfactant គោលពីរ និងគោលបីដែលមាន alkyl olefin sulfonate (AOS) alkyl polyglucoside (APG) និង lauryl hydroxysultaine។ សមាមាត្រ 1:1 នៃ AOS-sultaine បានបង្ហាញពីលក្ខណៈ shinning និងស្នោស្រដៀងនឹង CAPB-SLES ដែលបង្ហាញពីការបង្កើត WLM។ Rajput et al. [26] បានវាយតម្លៃសារធាតុសាប៊ូអ៊ីយ៉ុងអានីយ៉ូនដែលគ្មានស៊ុលហ្វាតមួយទៀតគឺ sodium cocoyl glycinate (SCGLY) រួមជាមួយនឹងសារធាតុសាប៊ូសហមិនមែនអ៊ីយ៉ុង (cocamide diethanolamine និង lauryl glucoside) តាមរយៈ DLS, SANS និង rheometry។ ទោះបីជា SCGLY តែម្នាក់ឯងបានបង្កើតមីសែលស្វ៊ែរជាចម្បងក៏ដោយ ការបន្ថែមសារធាតុសាប៊ូសហបានអនុញ្ញាតឱ្យមានការសាងសង់រូបរាងមីសែលឡាដ៏ស្មុគស្មាញជាងមុន ដែលអាចសម្របទៅនឹងការកែប្រែដែលជំរុញដោយ pH។

បើទោះបីជាមានការរីកចម្រើនទាំងនេះក៏ដោយ ក៏ការស៊ើបអង្កេតតិចតួចណាស់ដែលបានកំណត់គោលដៅលើលក្ខណៈសម្បត្តិ rheological នៃប្រព័ន្ធគ្មានស៊ុលហ្វាតប្រកបដោយចីរភាពដែលពាក់ព័ន្ធនឹង CAPB និង taurates។ ការសិក្សានេះមានគោលបំណងបំពេញចន្លោះប្រហោងនេះដោយផ្តល់នូវលក្ខណៈ rheological ជាប្រព័ន្ធដំបូងគេមួយនៃប្រព័ន្ធគោលពីរ CAPB–SMCT។ តាមរយៈការខុសប្លែកគ្នាជាប្រព័ន្ធនៃសមាសធាតុ surfactant, pH និងកម្លាំងអ៊ីយ៉ុង យើងបញ្ជាក់ពីកត្តាដែលគ្រប់គ្រង viscosity shear និង viscoelasticity។ ដោយប្រើ rheometry មេកានិច និង microrheology DWS យើងវាស់បរិមាណនៃការរៀបចំឡើងវិញនូវមីក្រូរចនាសម្ព័ន្ធដែលជាមូលដ្ឋាននៃឥរិយាបថ shear នៃល្បាយ CAPB–SMCT។ ការរកឃើញទាំងនេះបញ្ជាក់ពីអន្តរកម្មរវាង pH, សមាមាត្រ CAPB–SMCT និងកម្រិតអ៊ីយ៉ុងក្នុងការជំរុញ ឬរារាំងការបង្កើត WLM ដោយហេតុនេះផ្តល់នូវការយល់ដឹងជាក់ស្តែងក្នុងការកែសម្រួលទម្រង់ rheological នៃផលិតផលដែលមានមូលដ្ឋានលើ surfactant ប្រកបដោយចីរភាពសម្រាប់កម្មវិធីឧស្សាហកម្មចម្រុះ។