친수성-친유성 균형(HLB)

HLB 척도

이것은 그리핀 척도라고 불리는 역사상 최초의 전통적인 척도로, 0에서 20까지 20단계로 구성되며 주로 비이온성 계면활성제를 나타냅니다. 물질의 특성이 척도에서 차지하는 위치를 통해 특정 특성을 예측할 수 있습니다.

1. 0에서 10까지 물질은 친유성 분자에 대한 친화력이 더 크므로 물보다 오일과 소수성 화합물에 더 잘 녹는다고 가정합니다.
2. HLB 값이 10을 초과하면 물과 친수성 입자에 대한 친화도가 증가합니다. 따라서 HLB 값이 10을 초과하는 계면활성제는 친수성이 더 강하며, 물에 대한 용해도는 증가하고 오일에 대한 용해도는 감소합니다.
3. 중간값 10은 화합물이 분자의 친수성과 소수성을 모두 가지고 있음을 의미합니다. 두 값의 비율은 약 1:1입니다.
4. 극단값: 0은 소수성 그룹으로만 구성된 화합물을 나타내고, 20은 구조에 친수성 부분만 있는 물질에 할당됩니다.

HLB 척도는 무엇을 알려주나요?

계면활성제 사용 맥락에서 친수성-소수성 균형 척도는 제형 개발의 기준이 됩니다. 계면활성제는 그 값에 따라 다양한 특성을 갖습니다.

1. 1~3의 값 – 소포제 ,
2. 3~6의 값 – W/O 유화제, 즉 오일에 물이 섞여 있어 유백색 현탁액 효과를 나타냅니다.
3. 7~9의 값 – 안정한 유백색 현탁액인 습윤제 및 코팅제
4. 9~18의 값 – O/W 유화제, 즉 대부분 투명하고 맑은 현탁액인 물 속의 오일
5. 13~15의 값 – 세척제, 세제 , 투명 용액,
6. 13~18의 값 – 용해제 , 투명한 용액.

HLB 값을 알면 주어진 에멀젼 시스템에 적합한 유화제를 선택하는 등의 작업이 가능해집니다.

그리핀 스케일의 확장

원래 20점 척도는 결국 40점으로 확장되었습니다. 이는 용액의 변화 과정에서 친수성이 점점 커지는 이온성 친유성 화합물 때문입니다.

HLB를 계산하는 방법은?

1. 대부분의 물질에 대해 우리는 단순화된 공식을 사용합니다.

2. 옥시에틸화된 지방산, 즉 에스테르 그룹의 화합물의 경우, 비누화와 산가를 확장하여 화학식을 도출했습니다.

어디:

• LZ – 옥시에틸화 생성물의 가수분해가 ,
• LK – 옥시에틸화된 산의 산가 .

실험 방법

HLB 수는 계산할 수 있을 뿐만 아니라 실험적으로 측정하고 검증할 수도 있습니다. 이는 유화법, NMR 분광법 , 기체 크로마토그래피와 같은 기법을 사용하여 수행되며, 이러한 기법은 다음을 포함한 계면활성제의 특성에 기반합니다.

• 흡착열,
• 발포성,
• 젖음각,
• 계면장력,
• CMC 또는 임계 미셀 농도 ,
• PIT, 즉 상반전 온도.

에멀젼

친수성-소수성 균형은 기능성 제형을 선택하는 데 중요한 요소입니다. 크림, 로션, 밤과 같은 모든 에멀전은 수상과 유상, 두 부분으로 구성됩니다. 이 두 부분은 서로 다른 화학적 특성으로 인해 혼합되지 않으며, 강제로 균질화하면 불안정한 에멀전만 형성합니다. 한 액체의 분자는 다른 액체의 분자 사이에 분산되거나 부유합니다.

이러한 이유로 유화제라는 물질을 제형에 첨가하여 다른 성분들이 안정적인 에멀전을 형성하는 능력을 향상시킵니다.

이상적인 유화제를 선택하는 데에는 어떤 요소가 영향을 미칩니까?

1. 1. 지질상의 특성 및 구성,
   2. 원하는 에멀젼 유형:
      1. O/W(Oil in Water)는 화장품에 일반적으로 사용되는 에멀전의 한 유형으로, 친유성 오일상이 친수성 수상에 분산되어 있습니다. 이러한 에멀전은 가벼운 점도와 쉬운 흡수가 특징입니다.
      2. W/O(Water in Oil)는 친수성 수용액이 친유성 오일층에 분산된 에멀전입니다. 이러한 에멀전은 더 끈적하고 밀도가 높은 제형으로, 수분 손실을 줄이고 외부 요인으로부터 피부를 보호하는 데 도움이 됩니다.

W/O 유화제의 예

알코올과 지방산의 에스테르, 다가 알코올과 지방산의 에스테르, 소르비탄과 고급 지방산의 에스테르 인 비이온성 유화제:

1. 1. • 흰 밀랍,
      • 노란색 밀랍,
      • Lanolin,
      • 글리세릴 모노스테아레이트.

O/W 유화제의 예

이 그룹에는 음이온성 및 비이온성 유화제가 포함됩니다.

1. 1. • 비누: 고급지방산의 나트륨, 칼륨 및 암모늄염과 올레산마그네슘과 같은 다가금속비누
      • 폴리소르베이트: 트윈, 마이르제이, 블록 폴리머.

실제 HLB

지방성 원료의 경우, 얻고자 하는 에멀젼의 종류에 따라 최적의 유화제 목록을 만들 수 있습니다. 아래는 주어진 원료와 물로부터 에멀젼을 얻는 데 사용할 수 있는 HLB 유화제의 예입니다.

에멀젼의 친유성 상 성분

예: 밀랍과 물에 대한 W/O 에멀젼을 얻으려면 HLB 값이 4인 유화제를 사용해야 합니다. 같은 성분으로 O/W 에멀젼을 얻으려면 HLB 값이 12인 유화제를 사용해야 합니다. 세틸알코올과 스테아릴알코올의 경우, W/O 에멀젼을 만드는 데 유화제가 필요하지 않습니다.

유화제의 HLB 계산

관심 있는 에멀젼을 안정화하기 위해서는 유화제 또는 유화제 혼합물의 HLB 값을 계산해야 합니다. 이를 위해, 제형에서 차지하는 비중이 미미하더라도 지방 부분에 대해서만 HLB 값을 계산합니다. 유화제 혼합물의 경우, HLB 값은 개별 성분과 혼합물 내 상대적인 비율을 기준으로 계산합니다. 대부분의 오일, 버터, 왁스는 HLB 값이 6에서 8 사이이지만, 일부 지방은 이 값과 크게 다를 수 있습니다. 예를 들어, 피마자유의 HLB 값은 14입니다. 즉, 오일 상에 지방 혼합물을 사용하면 구성 성분 비율에 따라 유화에 권장되는 유화제의 HLB 값이 완전히 달라질 수 있습니다.

유화제에 대한 HLB 값 예시

1. • GMS: 3-4,
   • 프로필렌글리콜모노스테아레이트: 3.4,
   • 글리세롤 모노스테아레이트: 3.8,
   • 스팬 80: 4.3,
   • 트윈 80: 15,
   • Polysorbate 20 : 16-17.