Equilibrio hidrofílico-lipofílico (HLB)

Escala HLB

Esta es una escala convencional, la primera de la historia, llamada escala de Griffin , que tiene veinte grados, de 0 a 20, y se refiere principalmente a tensioactivos no iónicos . La posición de las propiedades de una sustancia en la escala permite predecir ciertas características.

1. Se supone que, de cero a diez, una sustancia tiene mayor afinidad por las moléculas lipofílicas y, por lo tanto, se disuelve mejor en aceites y compuestos hidrófobos que en agua.
2. Por encima de diez, aumenta la afinidad por el agua y las partículas hidrofílicas. Por lo tanto, los tensioactivos con un valor HLB >10 son más hidrofílicos, y su solubilidad aumenta en agua y disminuye en aceites.
3. Un valor intermedio de 10 significa que el compuesto tiene partes tanto hidrofílicas como hidrofóbicas en sus moléculas. La proporción entre sus valores es aproximadamente 1:1.
4. Valores extremos: 0 indica un compuesto formado exclusivamente por grupos hidrófobos, y 20 se asigna a sustancias que tienen solo partes hidrófilas en su estructura.

¿Qué nos indica la escala HLB?

En el contexto del uso de tensioactivos , la escala de equilibrio hidrofílico-hidrofóbico es la base para el desarrollo de formulaciones. Dependiendo de su valor, los tensioactivos presentan diferentes propiedades:

1. Valores de 1 a 3 – agentes antiespumantes ,
2. Valores de 3 a 6 – Emulsionantes A/O, es decir, agua en aceite, que dan el efecto de una suspensión lechosa.
3. Valores de 7 a 9: agentes humectantes y de recubrimiento, que son una suspensión lechosa estable.
4. Valores de 9 a 18 – Emulsionantes O/W, es decir, aceite en agua, que en su mayoría son suspensiones transparentes y claras.
5. Valores de 13 a 15: agentes de lavado, detergentes , soluciones transparentes.
6. Valores de 13 a 18 – solubilizantes , soluciones transparentes.

Conocer el valor HLB permite, entre otras cosas, seleccionar el emulsionante adecuado para un sistema de emulsión determinado.

Extensión de la escala Griffin

La escala original de 20 puntos se amplió posteriormente a 40 puntos. Esto se debe a los compuestos iónicos lipofílicos, que se vuelven cada vez más hidrofílicos durante los cambios en las disoluciones.

¿Cómo se calcula el HLB?

1. Para la mayoría de las sustancias, utilizamos una fórmula simplificada:

2. Para los ácidos grasos oxietilados, es decir, compuestos del grupo éster, se derivó una fórmula, ampliada por sus números de saponificación y acidez.

Dónde:

• LZ – índice de saponificación del producto de oxietilación ,
• LK – índice de acidez del ácido oxietilado .

Métodos experimentales

El número HLB no solo se puede calcular, sino también determinar y verificar experimentalmente. Esto se realiza mediante técnicas como métodos de emulsión, espectrofotometría RMN y cromatografía de gases, que se basan en las propiedades características de los tensioactivos, entre las que se incluyen:

• Calor de adsorción,
• propiedades espumantes,
• Ángulo de humectación,
• Tensión interfacial,
• CMC, o concentración micelar crítica ,
• PIT, o temperatura de inversión de fase.

Emulsiones

El equilibrio hidrofílico-hidrofóbico es un elemento clave en la selección de formulaciones funcionales. Toda emulsión, como por ejemplo cremas, lociones y bálsamos, consta de dos partes: una fase acuosa y una fase oleosa. Debido a sus propiedades químicas divergentes, estas dos partes no se mezclan entre sí y, al intentar homogeneizarlas, forman emulsiones inestables. Las moléculas de un líquido se dispersan o suspenden entre las moléculas del otro. Por esta razón, se añaden sustancias llamadas emulsionantes a las formulaciones para mejorar la capacidad de los demás ingredientes para formar emulsiones estables.

¿Qué determina la elección del emulsionante ideal?

1. 1. Propiedades y composición de la fase lipídica,
   2. Tipo de emulsión deseada:
      1. Las emulsiones O/W (aceite en agua) son un tipo de emulsión común en cosmética, en la que la fase oleosa lipofílica se dispersa en la fase acuosa hidrofílica. Estas emulsiones se caracterizan por su consistencia ligera y fácil absorción.
      2. Una emulsión W/O (agua en aceite) es una emulsión en la que la fase acuosa hidrofílica se dispersa en la fase oleosa lipofílica. Estas emulsiones se caracterizan por una consistencia más untuosa y densa, lo que ayuda a reducir la pérdida de hidratación y a proteger la piel de los factores externos.

Ejemplos de emulsionantes A/O

Emulsionantes no iónicos, que son ésteres de alcoholes y ácidos grasos, ésteres de alcoholes polihídricos y ácidos grasos, ésteres de sorbitán y ácidos grasos superiores:

1. 1. • cera de abeja blanca,
      • cera de abejas amarilla,
      • Lanolin,
      • Monoestearato de glicerilo.

Ejemplos de emulsionantes O/W

Este grupo incluye emulsionantes aniónicos y no iónicos:

1. 1. • Jabones: sales de sodio, potasio y amonio de ácidos grasos superiores y jabones de metales multivalentes, como el oleato de magnesio,
      • Polisorbatos: Tween, Myrj, polímeros de bloque.

HLB en la práctica

Para materias primas grasas, podemos crear una lista de los mejores emulsionantes, según el tipo de emulsión que deseemos obtener. A continuación, se muestran ejemplos de emulsionantes HLB que se pueden utilizar para obtener una emulsión a partir de una materia prima determinada y agua: Componente de fase lipofílica para emulsiones

Ejemplo: Para obtener una emulsión agua en aceite (A/O) de cera de abeja y agua, se debe utilizar un emulsionante con un valor HLB de 4. Para obtener una emulsión aceite en agua (O/A) con los mismos ingredientes, es necesario utilizar un emulsionante con un valor HLB de 12. En el caso del alcohol cetílico y el alcohol estearílico, la producción de una emulsión A/O no requiere la presencia de un emulsionante.

Cálculo del HLB de un emulsionante

Para estabilizar la emulsión deseada, debe calcularse el valor HLB del emulsionante o de la mezcla de emulsionantes. Para ello, el valor HLB se calcula únicamente para la fracción grasa, incluso si su proporción en la formulación es insignificante. En el caso de las mezclas de emulsionantes, el valor HLB se calcula en función de los componentes individuales y su proporción relativa en la mezcla. La mayoría de los aceites, mantecas y ceras tienen un valor HLB entre 6 y 8, pero algunas grasas pueden desviarse significativamente de estos valores. Por ejemplo, el valor HLB del aceite de ricino es 14. Esto significa que el uso de una mezcla de grasas en la fase oleosa puede provocar un cambio completo en el valor HLB del emulsionante recomendado para la emulsificación, dependiendo de la proporción de sus componentes.

Ejemplos de valores HLB para emulsionantes

1. • GMS: 3-4,
   • Monoestearato de propilenglicol: 3,4,
   • Monoestearato de glicerol: 3,8,
   • Tramo 80: 4.3,
   • Entre 80 y 89 años: 15,
   • Polysorbate 20 : 16-17.