Equilibrio idrofilo-lipofilo (HLB)

scala HLB

Si tratta di una scala convenzionale, la prima della storia, chiamata scala di Griffin , che ha venti gradi, da 0 a 20, e si riferisce principalmente ai tensioattivi non ionici . La posizione delle proprietà di una sostanza sulla scala consente di prevederne alcune caratteristiche:

1. Si presume che da zero a dieci una sostanza abbia una maggiore affinità per le molecole lipofile e quindi si dissolva meglio negli oli e nei composti idrofobici che nell’acqua.
2. Oltre il valore 10, l’affinità per l’acqua e le particelle idrofile aumenta. I tensioattivi con un valore HLB >10 sono quindi più idrofili e la loro solubilità aumenta in acqua e diminuisce negli oli.
3. Un valore intermedio di 10 significa che il composto presenta sia una parte idrofila che una parte idrofobica delle molecole. Il rapporto tra i loro valori è di circa 1:1.
4. Valori estremi: 0 indica un composto costituito esclusivamente da gruppi idrofobici, mentre 20 è assegnato a sostanze che hanno solo parti idrofile nella loro struttura.

Cosa ci dice la scala HLB?

Nel contesto dell’uso dei tensioattivi , la bilancia idrofila-idrofobica è la base per lo sviluppo delle formulazioni. A seconda del suo valore, i tensioattivi hanno proprietà diverse:

1. Valori da 1 a 3 – agenti antischiuma ,
2. Valori da 3 a 6 – Emulsionanti W/O, cioè acqua in olio, che danno l’effetto di una sospensione lattiginosa,
3. Valori da 7 a 9 – agenti bagnanti e di rivestimento, che sono una sospensione lattiginosa stabile,
4. Valori da 9 a 18 – Emulsionanti O/W, cioè olio in acqua, che sono per lo più sospensioni trasparenti e limpide,
5. Valori da 13 a 15 – agenti di lavaggio, detergenti , soluzioni trasparenti,
6. Valori da 13 a 18 – solubilizzanti , soluzioni trasparenti.

Conoscere il valore HLB consente, tra le altre cose, di selezionare l’ emulsionante giusto per un dato sistema di emulsione.

Estensione della scala di Griffin

La scala originale da 20 punti è stata successivamente estesa a 40 punti. Ciò è dovuto ai composti lipofili ionici, che diventano sempre più idrofili durante i cambiamenti di soluzione.

Come calcolare l’HLB?

1. Per la maggior parte delle sostanze utilizziamo una formula semplificata:

2. Per gli acidi grassi ossietilati, cioè composti del gruppo estere, è stata ricavata una formula, ampliata con i loro numeri di saponificazione e di acidità.

Dove:

• LZ – numero di saponificazione del prodotto di ossietilazione ,
• LK – numero di acidità dell’acido ossietilato .

Metodi sperimentali

Il numero HLB può essere non solo calcolato, ma anche determinato e verificato sperimentalmente. Ciò avviene utilizzando tecniche come i metodi di emulsione, la spettrofotometria NMR e la gascromatografia, che si basano sulle proprietà caratteristiche dei tensioattivi, tra cui:

• Calore di adsorbimento,
• Proprietà schiumogene,
• Angolo di bagnatura,
• Tensione interfacciale,
• CMC, o concentrazione critica delle micelle ,
• PIT, ovvero temperatura di inversione di fase.

Emulsioni

L’equilibrio idrofilo-idrofobo è un elemento chiave nella selezione delle formulazioni funzionali. Ogni emulsione, ad esempio creme, lozioni e balsami, è composta da due parti: una fase acquosa e una fase oleosa. A causa delle loro diverse proprietà chimiche, queste due parti non si mescolano tra loro e, quando forzate a omogeneizzarsi, formano solo emulsioni instabili. Le molecole di un liquido sono disperse o sospese tra le molecole dell’altro.

Per questo motivo, alle formulazioni vengono aggiunte sostanze chiamate emulsionanti per migliorare la capacità degli altri ingredienti di formare emulsioni stabili.

Cosa determina la scelta dell’emulsionante ideale?

1. 1. Proprietà e composizione della fase lipidica,
   2. Tipo di emulsione desiderata:
      1. O/W, o olio in acqua, è un tipo di emulsione comunemente utilizzata in cosmetica, in cui la fase oleosa lipofila è dispersa nella fase acquosa idrofila. Tali emulsioni sono caratterizzate da una consistenza leggera e da un facile assorbimento.
      2. L’acqua in olio (W/O) è un’emulsione in cui la fase acquosa idrofila è dispersa nella fase oleosa lipofila. Tali emulsioni si distinguono per una consistenza più grassa e densa, che aiuta a ridurre la perdita di idratazione e a proteggere la pelle dai fattori esterni.

Esempi di emulsionanti W/O

Emulsionanti non ionici, che sono esteri di alcoli e acidi grassi, esteri di alcoli polivalenti e acidi grassi, esteri di sorbitano e acidi grassi superiori:

1. 1. • Cera d’api bianca,
      • Cera d’api gialla,
      • Lanolin,
      • Monostearato di glicerile.

Esempi di emulsionanti O/W

Questo gruppo comprende emulsionanti anionici e non ionici:

1. 1. • Saponi: sali di sodio, potassio e ammonio di acidi grassi superiori e saponi metallici multivalenti, come l’oleato di magnesio,
      • Polisorbati: Tween, Myrj, polimeri a blocchi.

HLB in pratica

Per le materie prime grasse, possiamo creare un elenco dei migliori emulsionanti, a seconda del tipo di emulsione che vogliamo ottenere. Di seguito sono riportati esempi di emulsionanti HLB che possono essere utilizzati per ottenere un’emulsione da una data materia prima e acqua:

Componente di fase lipofila per emulsioni

Esempio: per ottenere un’emulsione A/O di cera d’api e acqua, è necessario utilizzare un emulsionante con un valore HLB pari a 4. Per ottenere un’emulsione O/A dagli stessi ingredienti, è necessario utilizzare un emulsionante con un valore HLB pari a 12. Nel caso di alcol cetilico e stearilico, la produzione di un’emulsione A/O non richiede la presenza di un emulsionante.

Calcolo dell’HLB di un emulsionante

Per stabilizzare l’emulsione di interesse, è necessario calcolare il valore HLB dell’emulsionante o della miscela di emulsionanti. A tal fine, il valore HLB viene calcolato solo per la parte grassa, anche se la sua quota nella formulazione è trascurabile. Per le miscele di emulsionanti, il valore HLB viene calcolato in base ai singoli componenti e alla loro proporzione relativa nella miscela. La maggior parte degli oli, burri e cere ha un valore HLB compreso tra 6 e 8, ma alcuni grassi possono discostarsi significativamente da questi valori. Ad esempio, il valore HLB dell’olio di ricino è 14. Ciò significa che l’uso di una miscela di grassi nella fase oleosa può causare una modifica completa del valore HLB dell’emulsionante raccomandato per l’emulsionamento, a seconda delle proporzioni dei loro componenti.

Valori HLB di esempio per emulsionanti

1. • GMS: 3-4,
   • Monostearato di glicole propilenico: 3,4,
   • Monostearato di glicerolo: 3,8,
   • Span 80: 4.3,
   • Preadolescente 80: 15,
   • Polysorbate 20 : 16-17.