Microrheological Study of Ternary Surfactant‐Biosurfactant Mixture

Autor: Samiul Amin, Liangchen Xu
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: International Journal of Cosmetic Science.
ISSN: 1468-2494
0142-5463
DOI: 10.1111/ics.12541
Popis: The main objective of this paper is to understand the rheological impact of rhamnolipids biosurfactant (mono/dirhamnolipids mixture, CCB) on a common personal care mixed surfactants system: anionic sodium laureth sulfate (SLES) and zwitterionic cocamidopropyl betaine (CAPB). The ternary biosurfactant/surfactants mixtures were evaluated at three different formulation conditions. The experimental results can provide a formulation guideline when applying rhamnolipids in cosmetics and personal care products.Traditional mechanical rheometer was used to measure bulk viscosity and lower frequency rheological behaviour of ternary surfactant mixtures. Diffusing wave spectroscopy (DWS) was utilized to access rheological responses at high frequency regime. Structural parameters such as contour length, entanglement length and persistence length of wormlike micelles in the anionic/zwitterionic/biosurfactant mixtures can be extracted from the rheological data gathered by DWS.Maxwellian type response was present in SLES/CAPB/CCB system which indicated the formation of wormlike micelle. Contour length of wormlike micelle formed by SLES/CAPB reduced from 445.8 to 88.37 nm with only 2 wt% addition of CCB. In the same system, viscosity decreased and shorter relaxation time were observed. Addition of sodium chloride built the viscosity of SLES/CAPB/CCB to an extent by screening charges between surfactant head groups. Highest viscosity of SLES/CAPB/CCB (10 wt%, 2wt% and 4wt% respectfully) was observed when sodium chloride concentration was at 4 wt%. In the same SLES/CAPB/CCB system, pH impacted the system's rheological response significantly. Due to the zwitterionic nature of CAPB, it became more cationic at lower pH while rhamnolipids became more nonionic. SLES still maintained its anionic nature at low pH and this promoted the interaction between CAPB and SLES. At lower pH, overall loss and storage modulus exhibited higher values while longer relaxation times were observed. Increase in micelles contour length under lower pH conditions were shown by the DWS data.This preliminary rheological and microstructure study of the complex biosurfactant/surfactants ternary systems revealed the effect of formulation conditions on the mixtures rheological responses.OBJÉCTIF: L'objectif principal de cet article est de comprendre l'impact rhéologique du biosurfactant rhamnolipides (mixture de mono/dirhamnolipides, CCB) sur une crème de soin utilisant un système de surfactant mixtes: anionique (Sodium Laureth Sulfate, SLES) et zwitterionic (Cocamidopropyl bétaïne, CAPB). Les mélanges ternaires de biosurfactants et de tensioactifs ont été évalués dans trois conditions de formulation différentes. Les résultats expérimentaux peuvent prévoir des règles de formulation lors de l'application de rhamnolipides dans des produits cosmétiques et des produits de soins personnels. MÉTHODÉS: Un rhéomètre mécanique traditionnel a été utilisé pour mesurer la viscosité apparente et le comportement rhéologique à basse fréquence du mélange tensioactif ternaire. La spectroscopie à ondes diffuses (DWS) a été utilisée pour l'accès à des réponses rhéologiques en régime hautes fréquences. Les paramètres structurels tels que la longueur du contour, la longueur de l'enchevêtrement et la longueur de la persistance des micelles de type ver dans les mixtures de anionique/zwitterionique/biosurfactant peuvent être calculés à l'aide des données recueillies par DWS. RÉSULTATS: La réponse de type maxwellienne était présentée dans le système SLES / CAPB / CCB et indiquait la formation de micelles de type ver. La longueur de contour de la micelle formée par SLES/CAPB a été réduite de 445,8 à 88,37 nm avec seulement 2 wt% d'ajout de CCB. Dans ce système, la viscosité a diminué et un temps de relaxation plus court a été observé. L'ajout de chlorure de sodium a permis d'augmenter la viscosité de SLES/CAPB/CCB en filtrant les charges entre les groupes de tête de tensioactif. La viscosité la plus élevée de SLES/CAPB/CCB (10 wt%, 2 wt% et 4 wt%, respectivement) a été observée lorsque la concentration de chlorure de sodium était à 4 wt%. Dans le même système SLES/CAPB/CCB, le pH a eu un impact significatif sur la réponse rhéologique du système. En raison de la nature zwitterionique du CAPB, il est devenu plus cationique à un pH plus bas tandis que les rhamnolipides sont devenus plus non ioniques. Le SLES conservait toujours sa nature anionique à un pH faible, ce qui favorisait l'interaction entre le CAPB et le SLES. À un pH inférieur, la perte totale et le module de conservation affichaient des valeurs plus élevées, tandis que des temps de relaxation plus longs étaient observés. Les données du DWS montrent une augmentation de la longueur du contour des micelles dans des conditions de pH plus bas. CONCLUSION: Cette étude rhéologique et microstructurale préliminaire du système ternaire complexe biosurfactant/tensioactif a révélé l'effet des conditions de formulation sur les réponses rhéologiques du mélange.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: