X線小角散乱による粘弾性界面活性剤中のオイル誘起ミセル遷移のリアルタイムモニタリング

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J Colloid Interface Sci.2020 Jul;580:399-406. S0021-9797(20)30921-8. doi: 10.1016/j.jcis.2020.07.042.Epub 2020-07-13.

X線小角散乱による粘弾性界面活性剤中のオイル誘起ミセル遷移のリアルタイムモニタリング

Real-time monitoring of oil-induced micellar transitions in viscoelastic surfactants by small-angle X-ray scattering.

Lionel Talley Fogang
Theis Ivan Solling
Jan Skov Pedersen
Muhammad Shahzad Kamal
Abdullah Saad Sultan

PMID: 32688128 DOI: 10.1016/j.jcis.2020.07.042.

抄録

ヒポセシス:

絡み合ったワーム様ミセル（WLM）を持つ粘弾性界面活性剤溶液は、疎水性物質にさらされるとレオロジー特性が劇的に変化します。この変化は、石油・ガス産業やドラッグデリバリーの分野で重要な役割を果たしています。この粘弾性特性の変化は、油の可溶化によるミセル形状の変化の結果であると考えられています。この過程の時間依存性は実用的に重要であるが、そのメカニズムは不明である。私たちは、小角X線散乱（SAXS）を用いて、ミセルの構造変化の時間依存性を明らかにしました。

HYPOTHESIS: Viscoelastic surfactant solutions with entangled wormlike micelles (WLMs) display dramatic changes in rheological properties when exposed to hydrophobic substances. This change is key in the oil and gas industry and for drug delivery. The changes in viscoelastic properties are believed to be a result of changes in micellar shape due to the oil solubilization. The time dependence of the process has practical importance, yet its mechanism is unknown. We set out to map the structural changes with time using small-angle x-ray scattering (SAXS).

実験:

エルカミドプロピルヒドロキシプロピルスルホベタインを有効成分とする界面活性剤系を、600mM CaCl中に3濃度のn-デカン（70mM, 140mM, 280mM）でホモジナイズした。サンプルは、SAXSを用いて時間とともにモニターした。モデルフィットは、各時間間隔でサンプルに存在する構造を決定するために使用された。

EXPERIMENT: A surfactant system with erucamidopropyl hydroxypropyl sulfobetaine as the active ingredient was homogenized with three concentrations of n-decane (70 mM, 140 mM, 280 mM) in 600 mM CaCl. The samples were monitored with time using SAXS. Model fits were used to determine the structures present in the sample at each time interval.

発見事項:

時間経過とともに球状のデカン膨潤ミセルが形成され、粘度の急激な低下を説明するために、絡み合ったWLMは消滅した。また、球状膨潤ミセルが出現する時間は、n-デカンの濃度に依存することが示された。この知見は、球状膨潤ミセルの出現時間を制御することを可能にした。このことは、WLMが変質する前に一定時間持続することを必要とする分野でのWLMの適用を成功させるために重要である。

FINDINGS: The entangled WLMs disappeared while spherical decane-swollen micelles formed with time, explaining the sharp decrease in viscosity. It was shown that the time at which the spherical swollen micelles appeared depends on the concentration of n-decane. This insight allows control of the spherical micelle appearance time, which is important for the successful application of WLMs in sectors that require WLMs to persist for a set time before they transform.