Hydrofilně-lipofilní rovnováha (HLB)

HLB stupnice

Toto je konvenční stupnice, první v historii, nazývaná Griffinova stupnice , která má dvacet stupňů od 0 do 20 a vztahuje se především na neiontové povrchově aktivní látky . Pozice vlastností látky na stupnici umožňuje předpovědět určité charakteristiky:

1. Předpokládá se, že od nuly do deseti má látka větší afinitu k lipofilním molekulám, a proto se lépe rozpouští v olejích a hydrofobních sloučeninách než ve vodě.
2. Nad deset se zvyšuje afinita k vodě a hydrofilním částicím. Povrchově aktivní látky s hodnotou HLB > 10 jsou proto hydrofilnější a jejich rozpustnost se zvyšuje ve vodě a snižuje v olejích.
3. Mezilehlá hodnota 10 znamená, že sloučenina má hydrofilní i hydrofobní části molekul. Poměr jejich hodnot k sobě navzájem je přibližně 1:1.
4. Extrémní hodnoty: 0 označuje sloučeninu sestávající výhradně z hydrofobních skupin a 20 je přiřazeno látkám, které mají ve své struktuře pouze hydrofilní části.

Co nám říká stupnice HLB?

V kontextu použití povrchově aktivních látek je základem pro vývoj formulací stupnice hydrofilní-hydrofobní rovnováhy. V závislosti na její hodnotě mají povrchově aktivní látky různé vlastnosti:

1. Hodnoty od 1 do 3 – protipěnivé látky ,
2. Hodnoty od 3 do 6 – emulgátory W/O, tj. voda v oleji, které vytvářejí efekt mléčné suspenze,
3. Hodnoty od 7 do 9 – smáčecí a potahovací činidla, která představují stabilní mléčnou suspenzi,
4. Hodnoty od 9 do 18 – emulgátory O/W, tj. olej ve vodě, což jsou většinou průhledné a čiré suspenze,
5. Hodnoty od 13 do 15 – prací prostředky, detergenty , transparentní roztoky,
6. Hodnoty od 13 do 18 – solubilizátory , transparentní roztoky.

Znalost hodnoty HLB umožňuje mimo jiné vybrat správný emulgátor pro daný emulzní systém.

Rozšíření Griffinovy ​​stupnice

Původní 20bodová stupnice byla nakonec rozšířena na 40 bodů. To je způsobeno iontovými lipofilními sloučeninami, které se při změnách v roztocích stávají stále hydrofilnějšími.

Jak vypočítat HLB?

1. Pro většinu látek používáme zjednodušený vzorec:

2. Pro oxyethylované mastné kyseliny, tj. sloučeniny z esterové skupiny, byl odvozen vzorec, rozšířený o jejich zmýdelnění a čísla kyselosti.

Kde:

• LZ – číslo zmýdelnění oxyethylačního produktu ,
• LK – číslo kyselosti oxyethylované kyseliny .

Experimentální metody

Číslo HLB lze nejen vypočítat, ale také experimentálně stanovit a ověřit. To se provádí pomocí technik, jako jsou emulzní metody, NMR spektrofotometrie a plynová chromatografie, které jsou založeny na charakteristických vlastnostech povrchově aktivních látek, včetně:

• Adsorpční teplo,
• Pěnivé vlastnosti,
• Úhel smáčení,
• Mezifázové napětí,
• CMC neboli kritická koncentrace micel
• PIT neboli teplota fázové inverze.

Emulze

Hydrofilně-hydrofobní rovnováha je klíčovým prvkem při výběru funkčních formulací. Každá emulze, například: krémy, pleťové vody a balzámy, se skládá ze dvou částí – vodné fáze a olejové fáze. Vzhledem k jejich odlišným chemickým vlastnostem se tyto dvě části vzájemně nemíchají a při homogenizaci tvoří pouze nestabilní emulze. Molekuly jedné kapaliny jsou dispergovány nebo suspendovány mezi molekulami druhé kapaliny.

Z tohoto důvodu se do formulací přidávají látky zvané emulgátory, které zlepšují schopnost ostatních složek tvořit stabilní emulze.

Co určuje výběr ideálního emulgátoru?

1. 1. Vlastnosti a složení lipidové fáze,
   2. Požadovaný typ emulze:
      1. O/W, neboli olej ve vodě, je typ emulze běžně používané v kosmetice, ve které je lipofilní olejová fáze dispergována v hydrofilní vodné fázi. Takové emulze se vyznačují lehkou konzistencí a snadnou vstřebatelností.
      2. V/O, neboli voda v oleji, je emulze, ve které je hydrofilní vodná fáze dispergována v lipofilní olejové fázi. Takové emulze se vyznačují mastnější a hustší konzistencí, která pomáhá snižovat ztrátu vlhkosti a chránit pokožku před vnějšími faktory.

Příklady emulgátorů W/O

Neiontové emulgátory, kterými jsou estery alkoholů a mastných kyselin, estery vícesytných alkoholů a mastných kyselin, estery sorbitanu a vyšších mastných kyselin:

1. 1. • Bílý včelí vosk,
      • Žlutý včelí vosk,
      • Lanolin,
      • Glycerylmonostearát.

Příklady emulgátorů typu olej/voda

Tato skupina zahrnuje aniontové a neiontové emulgátory:

1. 1. • Mýdla: sodné, draselné a amonné soli vyšších mastných kyselin a vícemocná kovová mýdla, jako je oleát hořečnatý,
      • Polysorbáty: Tween, Myrj, blokové polymery.

HLB v praxi

Pro mastné suroviny můžeme vytvořit seznam nejlepších emulgátorů v závislosti na typu emulze, kterou chceme získat. Níže jsou uvedeny příklady emulgátorů HLB, které lze použít k získání emulze z dané suroviny a vody:

Lipofilní fázová složka pro emulze

Příklad: Pro získání emulze W/O pro včelí vosk a vodu by měl být použit emulgátor s hodnotou HLB 4. Pro získání emulze O/W ze stejných složek je nutné použít emulgátor s hodnotou HLB 12. V případě cetylalkoholu a stearylalkoholu není pro výrobu emulze W/O přítomnost emulgátoru nutná.

Výpočet HLB emulgátoru

Pro stabilizaci sledované emulze je nutné vypočítat hodnotu HLB pro emulgátor nebo směs emulgátorů. Za tímto účelem se hodnota HLB vypočítává pouze pro tukovou složku, i když je její podíl v receptuře zanedbatelný. U směsí emulgátorů se hodnota HLB vypočítává na základě jednotlivých složek a jejich relativního podílu ve směsi. Většina olejů, másel a vosků má hodnotu HLB mezi 6 a 8, ale některé tuky se od těchto hodnot mohou výrazně lišit. Například hodnota HLB ricinového oleje je 14. To znamená, že použití směsi tuků v olejové fázi může způsobit úplnou změnu hodnoty HLB emulgátoru doporučeného pro emulgaci v závislosti na poměru jejich složek.

Příklad hodnot HLB pro emulgátory

1. • GMS: 3-4,
   • Propylenglykolmonostearát: 3,4,
   • Glycerolmonostearát: 3,8,
   • Rozpětí 80: 4,3,
   • Tween 80: 15,
   • Polysorbate 20 : 16-17.