电解质与辅助表面活性剂对N-酰基肌氨酸钠溶液流变特性的调控机制及理论模型构建

推荐：本研究针对氨基酸基阴离子表面活性剂（烷基肌氨酸盐）在无硫酸盐个人护理产品中增稠效率低的问题，系统探究了电解质类型/浓度（NaCl/KCl）和辅助表面活性剂（CAPB/磺基甜菜碱等）对C12/C14/椰油酰基肌氨酸钠溶液流变行为的影响，发现长链肌氨酸盐（如十四烷基）在低盐浓度下可实现更高粘度，并建立可预测粘度的理论模型，为绿色表面活性剂体系设计提供新思路。

　　

在追求绿色化学的时代浪潮中，氨基酸衍生的阴离子表面活性剂——烷基肌氨酸盐（alkyl sarcosinates）因其优异的生物降解性和皮肤温和性，正逐步取代传统硫酸盐表面活性剂（如SLES）成为个人护理产品的新宠。然而这类"绿色"表面活性剂存在一个致命短板：常规的盐诱导增稠策略对其收效甚微。以往研究多聚焦酸性pH条件下与两性表面活性剂的协同增稠，但在中性pH（实际应用更常见）下的流变调控机制仍是未解之谜。

针对这一技术瓶颈，来自保加利亚科学院的研究团队在《Journal of Molecular Liquids》发表重要成果。研究人员采用流变学测试结合小角X射线散射（SAXS）和核磁共振（NMR）技术，系统考察了十二烷基（C₁₂）、十四烷基（C₁₄）和椰油酰基（cocoyl）肌氨酸钠在不同电解质（NaCl/KCl）和辅助表面活性剂（如椰油酰胺丙基甜菜碱CAPB）体系中的相行为。通过建立理论模型，首次定量揭示了电解质浓度与粘度变化的构效关系。

关键技术方法
研究采用阶梯式盐浓度添加法构建"盐曲线"，通过旋转流变仪测定0.02-600 s^-1剪切速率下的粘度变化；SAXS分析采用核心-壳层椭球模型解析胶束形态；¹H/¹³C NMR结合扩散排序谱（DOSY）确认混合胶束形成；理论模型基于Tanford方程计算分子堆积参数，引入解离常数K₁/K₂量化Na⁺/K⁺吸附能差异。

电解质效应与链长关系
实验发现所有肌氨酸盐溶液均呈现三阶段盐响应：低盐区（C_el < C₁）粘度恒定，球形胶束占主导；中盐区（C₁ < C_el < C_TR）粘度随盐浓度对数增长，对应棒状胶束形成；高盐区（C_el > C_TR）发生相分离。关键阈值C₁呈现显著链长依赖性：C₁₄肌氨酸盐（1.2 mol/kg NaCl）< C₁₂肌氨酸盐（2.1 mol/kg）< 椰油酰基肌氨酸盐（3.5 mol/kg），后者因含8.5%短链（C₈/C₁₀）阻碍分子紧密堆积。

阳离子特异性机制
理论模型计算显示Na⁺在肌氨酸盐胶束表面的吸附能（1 k_BT）显著低于SLES体系（3 k_BT），K⁺吸附能（0.8 k_BT）更低，这解释了为何KCl需更高浓度才能引发增稠。SAXS证实C₁₄肌氨酸盐在2 mol/kg NaCl中形成长径比达10.9的椭球胶束，而C₁₂体系仅形成长径比1.74的短棒状结构。

辅助表面活性剂调控
NMR-DOSY实验首次证实CAPB与肌氨酸盐形成混合胶束，但羧基仍暴露于胶束表面，因此仅使最大粘度提升26%（54.5→68.5 Pa.s）。而含甲基的氧化胺（Ammonyx）因空间位阻使胶束伸长受限，反致粘度降低。非离子表面活性剂CMEA虽降低C₁阈值，但诱发提前相分离。

这项研究不仅建立了预测肌氨酸盐溶液粘度的普适性模型（R²>0.95），更揭示长链肌氨酸盐（如C₁₄）在低盐条件下实现高粘度的独特优势。该发现打破了"生物基表面活性剂难以增稠"的固有认知，为开发高性能绿色个人护理配方提供了理论基石。未来研究可进一步探索二价离子（Ca²⁺/Mg²⁺）和温度对体系流变行为的调控规律。