摘要
由于光學(xué)微流變技術(shù)可以將頻率范圍擴(kuò)展到高頻并深入了解蠕蟲狀膠束和其他復(fù)雜流體系統(tǒng)[1,2-8]流變學(xué)和動力學(xué),其正受到越來越多的關(guān)注。已有文獻(xiàn)表明,可以利用纏結(jié)蠕蟲狀膠束的高頻響應(yīng)來提取蠕蟲狀膠束的一些關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)參數(shù),如持續(xù)長度和輪廓長度[9]。在這項研究中,利用擴(kuò)散波譜法(DWS)探索了引入鼠李糖脂生物表面活性劑(單/雙鼠李糖脂混合物,CCB)的月桂醇聚醚硫酸酯鈉(SLES)/椰油酰胺丙基甜菜堿(CAPB)系統(tǒng)中蠕蟲狀膠束結(jié)構(gòu)的演變。系統(tǒng)地評估了流變學(xué)和動力學(xué)演變的系統(tǒng),并改變了表面活性劑與生物表面活性劑的比例,以及改變了制劑條件,如鼠李糖脂濃度、鹽濃度和pH值。本研究的主要目的是為化妝品和個人護(hù)理行業(yè)的流變學(xué)影響和改進(jìn)提供一些配方指導(dǎo)。
結(jié)果和討論 比率的影響
圖1顯示了SLES、SLES/CAPB和SLES/CAPB/CCB系統(tǒng)的粘彈性模量(麥克斯韋型響應(yīng))。如下表所示,SLES/CAPB系統(tǒng)形成了長蠕蟲狀膠束,其輪廓長度L ?為445.8 nm,短的糾纏長度le和持久長度lp表明蠕蟲狀膠束的高度糾纏和靈活性。然而,sample2和sample3對比發(fā)現(xiàn),加入CCB后,膠束的糾纏程度和潛在縮短似乎要弱得多。加入2%重量比的CCB后,蠕蟲狀膠束的輪廓長度L ?減少到其原始長度的約20%,而持久長度沒有顯著降低。這表明SLES/CAPB中的長柔性蠕蟲狀膠束變形為更短、更硬的棒狀。這種結(jié)構(gòu)變化可能是我們在SLES/CAPB/CCB系統(tǒng)中觀察到的流變現(xiàn)象的根本原因,即隨著CCB添加量的增加,粘度降低。
加入鹽的影響 添加CCB會降低粘度,不利于個人護(hù)理產(chǎn)品。重建體系粘度最常用的方法之一是在體系中加入氯化鈉等鹽類,因為氯化鈉傾向于屏蔽表面活性劑頭基之間的電荷,并進(jìn)一步促進(jìn)蠕蟲狀膠束的生長。通過這種方式,SLES/CAPB/CCB的粘度可以在一定程度上得到提高。然而,當(dāng)鹽濃度≥4wt%時,粘度會顯著降低。這可能是由于膠束或分支在高濃度下縮短了。表2中從DWS中提取的結(jié)構(gòu)參數(shù)與體系中的粘度變化相對應(yīng)。當(dāng)鹽濃度為4wt%時,膠束的輪廓長度L ?最長,而纏結(jié)長度le和持續(xù)長度lp比樣品2短。當(dāng)鹽濃度大于4wt%時,膠束輪廓長度會減小。在這種情況下,持續(xù)長度lp也稍有增加。這些數(shù)據(jù)表明,隨著潛在膠束的縮短,膠束將有更高的剛性。 pH的影響 在同一個SLES/CAPB/CCB系統(tǒng)中,pH值對系統(tǒng)的流變響應(yīng)有顯著影響。由于CAPB的兩性離子性質(zhì),它在較低pH值下更具陽離子性,而鼠李糖脂變得更加非離子。SLES在低pH值下仍保持其陰離子性質(zhì),這促進(jìn)了CAPB和SLES之間的相互作用。在較低pH值下,整體損失和儲能模量顯示出更高的值,同時觀察到更長的松弛時間。DWS數(shù)據(jù)證實了低pH條件下膠束輪廓長度的增加。 結(jié)論 這種復(fù)雜的生物表面活性劑/表面活性劑三元體系的初步流變學(xué)和微觀結(jié)構(gòu)研究利用DWS微觀流變學(xué)揭示了配方條件對混合物流變學(xué)反應(yīng)的影響。這種獨特的表征技術(shù)擴(kuò)展了頻率范圍,使我們能夠提取蠕蟲狀膠束的關(guān)鍵微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)。所有測量都是用DWS RheoLab進(jìn)行的。參考文獻(xiàn)[1]中發(fā)表了這項研究的更全面的說明。 參考文獻(xiàn) [1] Xu L, Amin S. Microrheological study of ternary surfactant‐biosurfactant mixtures. International Journal of Cosmetic Science. 2019 May 17. [2] Amin S, Blake S, Kennel R, Lewis E. Revealing new structural insights from surfactant micelles through DLS, microrheology and Raman spectroscopy. Materials. 2015; 8(6):3754-66. [3] Oelschlaeger C, Schopferer M, Scheffold F, Willenbacher N. Linear-to-branched micelles transition: A rheometry and diffusing wave spectroscopy (DWS) study. Langmuir. 2008 Dec 16; 25(2):716-23. [4] Li Z, Dai L, Wang D, Mao L, Gao Y. Stabilization and rheology of concentrated emulsions using the natural emulsifiers quillaja saponins and rhamnolipids. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2018 Mar 29; 66(15):3922-9. [5] Mason TG, Weitz DA. Optical measurements of frequency-dependent linear viscoelastic moduli of complex fluids. Physical Review Letters. 1995 Feb 13; 74(7):1250. [6] van Zanten JH, Amin S, Abdala AA. Brownian motion of colloidal spheres in aqueous PEO solutions. Macromolecules. 2004 May 18; 37(10):3874-80. [7] Amin S, Rega CA, Jankevics H. Detection of viscoelasticity in aggregating dilute protein solutions through dynamic light scattering-based optical microrheology. Rheologica Acta. 2012 Apr 1; 51(4):329-42. [8] Abdala AA, Amin S, van Zanten JH, Khan SA. Tracer microrheology study of a hydrophobically modified comblike associative polymer. Langmuir. 2015 Mar 24; 31(13):3944-51. [9] Willenbacher N, Oelschlaeger C, Schopferer M, Fischer P, Cardinaux F, Scheffold F. Broad bandwidth optical and mechanical rheometry of wormlike micelle solutions. Physical Review Letters. 2007 Aug 10; 99(6):068302.
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