Hydrofiel-lipofiel evenwicht (HLB)

HLB-schaal

Dit is een conventionele schaal, de eerste in de geschiedenis, genaamd de Griffin-schaal , die twintig graden heeft, van 0 tot 20, en voornamelijk betrekking heeft op niet-ionogene oppervlakteactieve stoffen . De positie van de eigenschappen van een stof op de schaal maakt het mogelijk om bepaalde kenmerken te voorspellen:

1. Er wordt aangenomen dat een stof van nul tot tien een grotere affiniteit heeft voor lipofiele moleculen en daarom beter oplost in oliën en hydrofobe verbindingen dan in water.
2. Boven de 10 neemt de affiniteit voor water en hydrofiele deeltjes toe. Oppervlakteactieve stoffen met een HLB-waarde > 10 zijn daarom hydrofieler en hun oplosbaarheid neemt toe in water en af ​​in oliën.
3. Een tussenliggende waarde van 10 betekent dat de verbinding zowel hydrofiele als hydrofobe delen van de moleculen heeft. De verhouding van hun waarden tot elkaar is ongeveer 1:1.
4. Extreme waarden: 0 geeft aan dat een verbinding uitsluitend uit hydrofobe groepen bestaat, en 20 wordt toegekend aan stoffen die alleen hydrofiele delen in hun structuur hebben.

Wat vertelt de HLB-schaal ons?

In de context van het gebruik van oppervlakteactieve stoffen vormt de hydrofiele-hydrofobe balans de basis voor de formuleringsontwikkeling. Afhankelijk van de waarde ervan hebben oppervlakteactieve stoffen verschillende eigenschappen:

1. Waarden van 1 tot 3 – antischuimmiddelen ,
2. Waarden van 3 tot 6 – W/O emulgatoren, d.w.z. water in olie, wat het effect van een melkachtige suspensie geeft,
3. Waarden van 7 tot 9 – bevochtigings- en coatingmiddelen, die een stabiele melkachtige suspensie vormen,
4. Waarden van 9 tot 18 – O/W emulgatoren, d.w.z. olie in water, die meestal transparante en heldere suspensies zijn,
5. Waarden van 13 tot 15 – wasmiddelen, detergenten , transparante oplossingen,
6. Waarden van 13 tot 18 – oplossende middelen , transparante oplossingen.

Door de HLB-waarde te kennen, is het onder andere mogelijk om de juiste emulgator voor een bepaald emulsiesysteem te selecteren.

Uitbreiding van de Griffin-schaal

De oorspronkelijke schaal van 20 punten werd uiteindelijk uitgebreid naar 40 punten. Dit komt door ionische lipofiele verbindingen, die steeds hydrofieler worden tijdens veranderingen in oplossingen.

Hoe bereken je HLB?

1. Voor de meeste stoffen gebruiken we een vereenvoudigde formule:

2. Voor geoxyethyleerde vetzuren, d.w.z. verbindingen uit de estergroep, werd een formule afgeleid, uitgebreid met hun verzepings- en zuurgetallen.

Waar:

• LZ – verzepingsgetal van het oxyethyleringsproduct ,
• LK – zuurgetal van het geoxyethyleerde zuur .

Experimentele methoden

Het HLB-getal kan niet alleen worden berekend, maar ook experimenteel worden bepaald en geverifieerd. Dit gebeurt met behulp van technieken zoals emulsiemethoden, NMR -spectrofotometrie en gaschromatografie, die gebaseerd zijn op de karakteristieke eigenschappen van oppervlakteactieve stoffen, waaronder:

• Adsorptiewarmte,
• Schuimende eigenschappen,
• Bevochtigingshoek,
• Grensvlakspanning,
• CMC, of ​​kritische micelconcentratie ,
• PIT, of fase-inversietemperatuur.

Emulsies

De hydrofiele-hydrofobe balans is een belangrijk element bij de selectie van functionele formuleringen. Elke emulsie, bijvoorbeeld crèmes, lotions en balsems, bestaat uit twee delen: een waterige fase en een oliefase. Door hun uiteenlopende chemische eigenschappen mengen deze twee delen zich niet met elkaar en vormen ze, wanneer ze gedwongen worden te homogeniseren, slechts onstabiele emulsies. De moleculen van de ene vloeistof worden gedispergeerd of gesuspendeerd tussen de moleculen van de andere.

Daarom worden stoffen, emulgatoren genaamd, aan formuleringen toegevoegd om het vermogen van de andere ingrediënten om stabiele emulsies te vormen te verbeteren.

Wat bepaalt de keuze van de ideale emulgator?

1. 1. Eigenschappen en samenstelling van de lipidefase,
   2. Gewenst type emulsie:
      1. O/W, oftewel olie in water, is een type emulsie dat veel wordt gebruikt in cosmetica, waarbij de lipofiele oliefase gedispergeerd is in de hydrofiele waterfase. Dergelijke emulsies kenmerken zich door een lichte consistentie en gemakkelijke absorptie.
      2. W/O, oftewel water in olie, is een emulsie waarin de hydrofiele waterfase gedispergeerd is in de lipofiele oliefase. Dergelijke emulsies kenmerken zich door een vettigere en dichtere consistentie, wat helpt vochtverlies te verminderen en de huid te beschermen tegen externe factoren.

Voorbeelden van W/O-emulgatoren

Niet-ionische emulgatoren, die esters zijn van alcoholen en vetzuren, esters van meerwaardige alcoholen en vetzuren, esters van sorbitan en hogere vetzuren:

1. 1. • Witte bijenwas,
      • Gele bijenwas,
      • Lanolin,
      • Glycerylmonostearaat.

Voorbeelden van O/W-emulgatoren

Deze groep omvat anionische en niet-ionische emulgatoren:

1. 1. • Zepen: natrium-, kalium- en ammoniumzouten van hogere vetzuren en multivalente metaalzepen, zoals magnesiumoleaat,
      • Polysorbaten: Tween, Myrj, blokpolymeren.

HLB in de praktijk

Voor vette grondstoffen kunnen we een lijst maken met de beste emulgatoren, afhankelijk van het type emulsie dat we willen verkrijgen. Hieronder staan ​​voorbeelden van HLB-emulgatoren die kunnen worden gebruikt om een ​​emulsie te verkrijgen uit een gegeven grondstof en water:

Lipofiele fasecomponent voor emulsies

Voorbeeld: Om een ​​W/O-emulsie voor bijenwas en water te verkrijgen, moet een emulgator met een HLB-waarde van 4 worden gebruikt. Om een ​​O/W-emulsie met dezelfde ingrediënten te verkrijgen, is een emulgator met een HLB-waarde van 12 nodig. In het geval van cetyl- en stearylalcohol is voor de productie van een W/O-emulsie geen emulgator nodig.

Het berekenen van de HLB van een emulgator

Om de betreffende emulsie te stabiliseren, moet de HLB-waarde van de emulgator of het emulgatormengsel worden berekend. Hiervoor wordt de HLB-waarde alleen voor het vetgedeelte berekend, zelfs als het aandeel ervan in de formulering verwaarloosbaar is. Voor emulgatormengsels wordt de HLB-waarde berekend op basis van de afzonderlijke componenten en hun relatieve aandeel in het mengsel. De meeste oliën, boters en wassen hebben een HLB-waarde tussen 6 en 8, maar sommige vetten kunnen aanzienlijk afwijken van deze waarden. De HLB-waarde van ricinusolie is bijvoorbeeld 14. Dit betekent dat het gebruik van een mengsel van vetten in de oliefase een volledige verandering in de HLB-waarde van de aanbevolen emulgator voor emulgering kan veroorzaken, afhankelijk van hun componentverhoudingen.

Voorbeeld HLB-waarden voor emulgatoren

1. • GMS: 3-4,
   • Propyleenglycolmonostearaat: 3,4,
   • Glycerolmonostearaat: 3,8,
   • Spanwijdte 80: 4.3,
   • Tween 80: 15,
   • Polysorbate 20 : 16-17.