গঠন, pH এবং আয়নিক অবস্থা জুড়ে কোকামিডোপ্রোপাইল বিটেইন-সোডিয়াম মিথাইল কোকোয়েল টাউরেটের সালফেট-মুক্ত সার্ফ্যাক্ট্যান্ট মিশ্রণের রিওলজিক্যাল গতিবিদ্যার বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করা

ভূমিকা

বিপরীত চার্জযুক্ত প্রজাতির সমন্বয়ে গঠিত জলীয় বাইনারি সার্ফ্যাক্ট্যান্ট সিস্টেমগুলি প্রসাধনী, ওষুধ, কৃষি রাসায়নিক এবং খাদ্য প্রক্রিয়াকরণ শিল্প সহ অসংখ্য শিল্প খাতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। এই সিস্টেমগুলির ব্যাপক গ্রহণ মূলত তাদের উচ্চতর ইন্টারফেসিয়াল এবং রিওলজিক্যাল কার্যকারিতার জন্য দায়ী, যা বিভিন্ন ফর্মুলেশনে উন্নত কর্মক্ষমতা সক্ষম করে। এই ধরনের সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলির কৃমির মতো, জটযুক্ত সমষ্টিতে সমন্বয়মূলক স্ব-সমাবেশ অত্যন্ত সুরেলা ম্যাক্রোস্কোপিক বৈশিষ্ট্য প্রদান করে, যার মধ্যে রয়েছে বর্ধিত ভিসকোইলাস্টিসিটি এবং হ্রাসকৃত ইন্টারফেসিয়াল টান। বিশেষ করে, অ্যানিওনিক এবং জুইটেরিওনিক সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলির সংমিশ্রণ পৃষ্ঠের কার্যকলাপ, সান্দ্রতা এবং ইন্টারফেসিয়াল টেনশন মড্যুলেশনে সমন্বয়মূলক বর্ধন প্রদর্শন করে। এই আচরণগুলি পোলার হেড গ্রুপ এবং সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলির হাইড্রোফোবিক লেজের মধ্যে তীব্র ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক এবং স্টেরিক মিথস্ক্রিয়া থেকে উদ্ভূত হয়, যা একক-সারফ্যাক্ট্যান্ট সিস্টেমের বিপরীতে, যেখানে বিকর্ষণকারী ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বল প্রায়শই কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজেশনকে সীমিত করে।

কোকামিডোপ্রোপাইল বিটেইন (CAPB; SMILES: CCCCCCCCCC(=O)NCCCN+ (C)CC([O−])=O) হল প্রসাধনী ফর্মুলেশনে একটি বহুল ব্যবহৃত অ্যামফোটেরিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট যা এর হালকা পরিষ্কারের কার্যকারিতা এবং চুল-কন্ডিশনিং বৈশিষ্ট্যের কারণে। CAPB-এর zwitterionic প্রকৃতি অ্যানিওনিক সার্ফ্যাক্ট্যান্টের সাথে ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক সিনার্জি সক্ষম করে, ফোমের স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি করে এবং উচ্চতর ফর্মুলেশন কর্মক্ষমতা বৃদ্ধি করে। গত পাঁচ দশক ধরে, সালফেট-ভিত্তিক সার্ফ্যাক্ট্যান্টের সাথে CAPB মিশ্রণ, যেমন CAPB-সোডিয়াম লরিল ইথার সালফেট (SLES), ব্যক্তিগত যত্ন পণ্যগুলিতে ভিত্তি হয়ে উঠেছে। যাইহোক, সালফেট-ভিত্তিক সার্ফ্যাক্ট্যান্টের কার্যকারিতা সত্ত্বেও, তাদের ত্বকের জ্বালা সম্ভাবনা এবং ইথোক্সিলেশন প্রক্রিয়ার একটি উপজাত 1,4-ডাইঅক্সেনের উপস্থিতি সম্পর্কে উদ্বেগ সালফেট-মুক্ত বিকল্পগুলিতে আগ্রহ তৈরি করেছে। প্রতিশ্রুতিশীল প্রার্থীদের মধ্যে রয়েছে অ্যামিনো-অ্যাসিড-ভিত্তিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট, যেমন টরেটস, সারকোসিনেটস এবং গ্লুটামেটস, যা বর্ধিত জৈব-সামঞ্জস্যতা এবং হালকা বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে [9]। তবুও, এই বিকল্পগুলির তুলনামূলকভাবে বৃহৎ মেরু প্রধান গোষ্ঠীগুলি প্রায়শই অত্যন্ত জট পাকানো মাইকেলার কাঠামো গঠনে বাধা সৃষ্টি করে, যার ফলে রিওলজিক্যাল মডিফায়ার ব্যবহারের প্রয়োজন হয়।

সোডিয়াম মিথাইল কোকোয়েল টরেট (SMCT; SMILES:
CCCCCCCCCCCCC(=O)N(C)CCS(=O)(=O)O[Na]) হল একটি অ্যানিওনিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট যা নারকেল থেকে প্রাপ্ত ফ্যাটি অ্যাসিড শৃঙ্খলের সাথে N-মিথাইলটাউরিন (2-মিথাইল অ্যামিনোইথেনসালফোনিক অ্যাসিড) এর অ্যামাইড সংযোগের মাধ্যমে সোডিয়াম লবণ হিসাবে সংশ্লেষিত হয়। SMCT-তে একটি অ্যামাইড-লিঙ্কযুক্ত টাউরিন হেডগ্রুপ রয়েছে যা একটি শক্তিশালী অ্যানিওনিক সালফোনেট গ্রুপের সাথে রয়েছে, যা এটিকে জৈব-জলীয় করে তোলে এবং ত্বকের pH-এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ করে তোলে, যা এটিকে সালফেট-মুক্ত ফর্মুলেশনের জন্য একটি প্রতিশ্রুতিশীল প্রার্থী হিসাবে অবস্থান করে। টাউরেট সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলি তাদের শক্তিশালী ডিটারজেন্সি, শক্ত-জল স্থিতিস্থাপকতা, মৃদুতা এবং বিস্তৃত pH স্থিতিশীলতা দ্বারা চিহ্নিত করা হয়।

সার্ফ্যাক্ট্যান্ট-ভিত্তিক পণ্যগুলির স্থিতিশীলতা, গঠন এবং কর্মক্ষমতা নির্ধারণে রিওলজিক্যাল প্যারামিটারগুলি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। উদাহরণস্বরূপ, বর্ধিত শিয়ার সান্দ্রতা সাবস্ট্রেট ধারণকে উন্নত করতে পারে, যখন ফলনের চাপ প্রয়োগের পরে ত্বক বা চুলের সাথে ফর্মুলেশনের আনুগত্য নিয়ন্ত্রণ করে। এই ম্যাক্রোস্কোপিক রিওলজিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি সার্ফ্যাক্ট্যান্ট ঘনত্ব, pH, তাপমাত্রা এবং সহ-দ্রাবক বা সংযোজকগুলির উপস্থিতি সহ অসংখ্য কারণ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। বিপরীতভাবে চার্জযুক্ত সার্ফ্যাক্ট্যান্টগুলি বিভিন্ন মাইক্রোস্ট্রাকচারাল ট্রানজিশনের মধ্য দিয়ে যেতে পারে, যার মধ্যে রয়েছে গোলাকার মাইকেল এবং ভেসিকেল থেকে তরল স্ফটিক পর্যায় পর্যন্ত, যা ফলস্বরূপ, বাল্ক রিওলজিকে গভীরভাবে প্রভাবিত করে। অ্যাম্ফোটেরিক এবং অ্যানিওনিক সার্ফ্যাক্ট্যান্টের মিশ্রণগুলি প্রায়শই দীর্ঘায়িত কৃমির মতো মাইকেল (WLM) গঠন করে, যা উল্লেখযোগ্যভাবে ভিসকোইলাস্টিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে উন্নত করে। অতএব, পণ্যের কর্মক্ষমতা অপ্টিমাইজ করার জন্য মাইক্রোস্ট্রাকচার-প্রপার্টি সম্পর্ক বোঝা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

অসংখ্য পরীক্ষামূলক গবেষণায় CAPB–SLES-এর মতো অনুরূপ বাইনারি সিস্টেমগুলির বৈশিষ্ট্যগুলির মাইক্রোস্ট্রাকচারাল ভিত্তি ব্যাখ্যা করার জন্য তদন্ত করা হয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, Mitrinova et al. [13] রিওমেট্রি এবং ডায়নামিক লাইট স্ক্যাটারিং (DLS) ব্যবহার করে CAPB–SLES–মাঝারি-চেইন কো-সারফ্যাক্ট্যান্ট মিশ্রণে দ্রবণ সান্দ্রতার সাথে মাইকেল আকার (হাইড্রোডাইনামিক ব্যাসার্ধ) সম্পর্কিত। যান্ত্রিক রিওমেট্রি এই মিশ্রণগুলির মাইক্রোস্ট্রাকচারাল বিবর্তনের অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে এবং ডিফিউজিং ওয়েভ স্পেকট্রোস্কোপি (DWS) ব্যবহার করে অপটিক্যাল মাইক্রোরিওলজি দ্বারা বর্ধিত করা যেতে পারে যা অ্যাক্সেসযোগ্য ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেনকে প্রসারিত করে, বিশেষ করে WLM শিথিলকরণ প্রক্রিয়াগুলির সাথে প্রাসঙ্গিক স্বল্প-সময়ের স্কেল গতিবিদ্যা ক্যাপচার করে। DWS মাইক্রোরিওলজিতে, এমবেডেড কলয়েডাল প্রোবের গড় বর্গ স্থানচ্যুতি সময়ের সাথে সাথে ট্র্যাক করা হয়, যা সাধারণীকৃত স্টোকস–আইনস্টাইন সম্পর্কের মাধ্যমে পার্শ্ববর্তী মাধ্যমের রৈখিক ভিসকোইলাস্টিক মডিউলির নিষ্কাশন সক্ষম করে। এই কৌশলটির জন্য কেবলমাত্র ন্যূনতম নমুনা আয়তনের প্রয়োজন হয় এবং তাই সীমিত উপাদানের প্রাপ্যতা সহ জটিল তরল অধ্যয়নের জন্য সুবিধাজনক, যেমন প্রোটিন-ভিত্তিক ফর্মুলেশন। <Δr²(t)> বিস্তৃত ফ্রিকোয়েন্সি স্পেকট্রা জুড়ে ডেটা বিশ্লেষণ করে মেশের আকার, এনট্যাঙ্গলমেন্ট দৈর্ঘ্য, স্থায়িত্ব দৈর্ঘ্য এবং কনট্যুর দৈর্ঘ্যের মতো মাইকেলার প্যারামিটারগুলির অনুমান করা সহজতর হয়। আমিন এবং অন্যান্যরা দেখিয়েছেন যে CAPB-SLES মিশ্রণগুলি ক্যাটসের তত্ত্ব থেকে প্রাপ্ত পূর্বাভাসের সাথে সঙ্গতিপূর্ণ, লবণ সংযোজনের সাথে সান্দ্রতাতে একটি স্পষ্ট বৃদ্ধি দেখায় যতক্ষণ না একটি গুরুত্বপূর্ণ লবণ ঘনত্ব, যার পরে সান্দ্রতা দ্রুত হ্রাস পায় - WLM সিস্টেমে একটি সাধারণ প্রতিক্রিয়া জু এবং আমিন SLES-CAPB-CCB মিশ্রণ পরীক্ষা করার জন্য যান্ত্রিক রিওমেট্রি এবং DWS ব্যবহার করেছিলেন, যা ম্যাক্সওয়েলিয়ান রিওলজিক্যাল প্রতিক্রিয়া প্রকাশ করে যা এনট্যাঙ্গলড WLM গঠনের নির্দেশক, যা DWS পরিমাপ থেকে অনুমান করা মাইক্রোস্ট্রাকচারাল প্যারামিটার দ্বারা আরও নিশ্চিত করা হয়েছিল। এই পদ্ধতিগুলির উপর ভিত্তি করে, বর্তমান গবেষণায় যান্ত্রিক রিওমেট্রি এবং DWS মাইক্রোরিওলজিকে একীভূত করা হয়েছে যাতে ব্যাখ্যা করা যায় যে মাইক্রোস্ট্রাকচারাল পুনর্গঠন কীভাবে CAPB-SMCT মিশ্রণের শিয়ার আচরণকে চালিত করে।

মৃদু এবং আরও টেকসই পরিষ্কারক এজেন্টের ক্রমবর্ধমান চাহিদার আলোকে, ফর্মুলেশন চ্যালেঞ্জ সত্ত্বেও সালফেট-মুক্ত অ্যানিওনিক সার্ফ্যাক্ট্যান্টের অনুসন্ধান গতি পেয়েছে। সালফেট-মুক্ত সিস্টেমের স্বতন্ত্র আণবিক স্থাপত্যগুলি প্রায়শই ভিন্ন ভিন্ন রিওলজিক্যাল প্রোফাইল তৈরি করে, যা লবণ বা পলিমারিক ঘনত্বের মাধ্যমে সান্দ্রতা বৃদ্ধির জন্য প্রচলিত কৌশলগুলিকে জটিল করে তোলে। উদাহরণস্বরূপ, ইয়র্ক এবং অন্যান্যরা অ্যালকাইল ওলেফিন সালফোনেট (AOS), অ্যালকাইল পলিগ্লুকোসাইড (APG) এবং লরিল হাইড্রোক্সিসুলটেন সমন্বিত বাইনারি এবং টারনারি সার্ফ্যাক্ট্যান্ট মিশ্রণের ফোমিং এবং রিওলজিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি পদ্ধতিগতভাবে তদন্ত করে নন-সালফেট বিকল্পগুলি অন্বেষণ করেছেন। AOS-সালটেনের 1:1 অনুপাত CAPB-SLES-এর মতো শিয়ার-থিনিং এবং ফোমের বৈশিষ্ট্য দেখিয়েছে, যা WLM গঠন নির্দেশ করে। রাজপুত এবং অন্যান্যরা। [26] DLS, SANS এবং রিওমেট্রির মাধ্যমে নন-আয়োনিক সহ-সারফ্যাক্ট্যান্ট (কোকামাইড ডাইথানোলামাইন এবং লরিল গ্লুকোসাইড) এর পাশাপাশি আরেকটি সালফেট-মুক্ত অ্যানিওনিক সার্ফ্যাক্ট্যান্ট, সোডিয়াম কোকয়েল গ্লাইসিনেট (SCGLY) মূল্যায়ন করেছেন। যদিও SCGLY একাই প্রধানত গোলাকার মাইকেল তৈরি করেছিল, সহ-সারফ্যাক্ট্যান্ট সংযোজন আরও জটিল মাইকেলার রূপবিদ্যার নির্মাণকে সক্ষম করেছিল, যা pH-চালিত মড্যুলেশনের জন্য উপযুক্ত।

এই অগ্রগতি সত্ত্বেও, তুলনামূলকভাবে খুব কম তদন্তই CAPB এবং টাউরেটস জড়িত টেকসই সালফেট-মুক্ত সিস্টেমের রিওলজিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলিকে লক্ষ্য করে। এই গবেষণার লক্ষ্য CAPB-SMCT বাইনারি সিস্টেমের প্রথম পদ্ধতিগত রিওলজিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে একটি প্রদান করে এই শূন্যস্থান পূরণ করা। সার্ফ্যাক্ট্যান্ট গঠন, pH এবং আয়নিক শক্তির পদ্ধতিগত পরিবর্তনের মাধ্যমে, আমরা শিয়ার সান্দ্রতা এবং ভিসকোইলাস্টিসিটি নিয়ন্ত্রণকারী কারণগুলি ব্যাখ্যা করি। যান্ত্রিক রিওমেট্রি এবং DWS মাইক্রোরিওলজি ব্যবহার করে, আমরা CAPB-SMCT মিশ্রণের শিয়ার আচরণের অন্তর্নিহিত মাইক্রোস্ট্রাকচারাল পুনর্গঠনের পরিমাণ নির্ধারণ করি। এই ফলাফলগুলি WLM গঠনকে উৎসাহিত বা বাধা দেওয়ার ক্ষেত্রে pH, CAPB-SMCT অনুপাত এবং আয়নিক স্তরের মধ্যে পারস্পরিক সম্পর্ক ব্যাখ্যা করে, যার ফলে বিভিন্ন শিল্প অ্যাপ্লিকেশনের জন্য টেকসই সার্ফ্যাক্ট্যান্ট-ভিত্তিক পণ্যগুলির রিওলজিক্যাল প্রোফাইল তৈরিতে ব্যবহারিক অন্তর্দৃষ্টি প্রদান করে।