Equilíbrio hidrofílico-lipofílico (HLB)

Escala HLB

Esta é uma escala convencional, a primeira da história, chamada escala de Griffin , que possui vinte graus, de 0 a 20, e se refere principalmente a surfactantes não iônicos . A posição das propriedades de uma substância na escala permite prever certas características:

1. Presume-se que, de zero a dez, uma substância tem maior afinidade por moléculas lipofílicas e, portanto, se dissolve melhor em óleos e compostos hidrofóbicos do que em água.
2. Acima de dez, a afinidade pela água e por partículas hidrofílicas aumenta. Surfactantes com valor HLB >10 são, portanto, mais hidrofílicos, e sua solubilidade aumenta em água e diminui em óleos.
3. Um valor intermediário de 10 significa que o composto possui partes hidrofílicas e hidrofóbicas em suas moléculas. A proporção entre seus valores é aproximadamente de 1:1.
4. Valores extremos: 0 indica um composto constituído exclusivamente por grupos hidrofóbicos, e 20 é atribuído a substâncias que possuem apenas partes hidrofílicas em sua estrutura.

O que nos indica a escala HLB?

No contexto do uso de surfactantes , a escala de equilíbrio hidrofílico-hidrofóbico é a base para o desenvolvimento de formulações. Dependendo do seu valor, os surfactantes apresentam diferentes propriedades:

1. Valores de 1 a 3 – agentes antiespumantes .
2. Valores de 3 a 6 – Emulsificantes A/O, ou seja, água em óleo, que conferem o efeito de uma suspensão leitosa.
3. Valores de 7 a 9 – agentes umectantes e de revestimento, que formam uma suspensão leitosa estável.
4. Valores de 9 a 18 – Emulsificantes O/A, ou seja, óleo em água, que são geralmente suspensões transparentes e límpidas.
5. Valores de 13 a 15 – agentes de lavagem, detergentes , soluções transparentes.
6. Valores de 13 a 18 – solubilizantes , soluções transparentes.

Conhecer o valor HLB permite, entre outras coisas, selecionar o emulsificante correto para um determinado sistema de emulsão.

Extensão da escala de Griffin

A escala original de 20 pontos foi posteriormente ampliada para 40 pontos. Isso se deve aos compostos lipofílicos iônicos, que se tornam cada vez mais hidrofílicos durante mudanças nas soluções.

Como calcular o HLB?

1. Para a maioria das substâncias, usamos uma fórmula simplificada:

2. Para os ácidos graxos oxietilados, ou seja, compostos do grupo éster, foi derivada uma fórmula, ampliada por seus índices de saponificação e acidez.

Onde:

• LZ – índice de saponificação do produto de oxietilação ,
• LK – índice de acidez do ácido oxietilado .

Métodos experimentais

O número HLB pode não só ser calculado, como também determinado e verificado experimentalmente. Isso é feito utilizando técnicas como métodos de emulsão, espectrofotometria de RMN e cromatografia gasosa, que se baseiam nas propriedades características dos surfactantes, incluindo:

• Calor de adsorção,
• Propriedades espumantes,
• Ângulo de molhamento,
• Tensão interfacial,
• CMC, ou concentração micelar crítica ,
• PIT, ou temperatura de inversão de fase.

Emulsões

O equilíbrio hidrofílico-hidrofóbico é um elemento fundamental na seleção de formulações funcionais. Toda emulsão, como cremes, loções e bálsamos, consiste em duas partes: uma fase aquosa e uma fase oleosa. Devido às suas propriedades químicas divergentes, essas duas partes não se misturam e, quando forçadas a homogeneizar, formam apenas emulsões instáveis. As moléculas de um líquido ficam dispersas ou suspensas entre as moléculas do outro. Por esse motivo, substâncias chamadas emulsificantes são adicionadas às formulações para melhorar a capacidade dos outros ingredientes de formar emulsões estáveis.

O que determina a escolha do emulsificante ideal?

1. 1. Propriedades e composição da fase lipídica,
   2. Tipo de emulsão desejada:
      1. O/W, ou óleo em água, é um tipo de emulsão comumente usada em cosméticos, na qual a fase oleosa lipofílica é dispersa na fase aquosa hidrofílica. Essas emulsões são caracterizadas por uma consistência leve e fácil absorção.
      2. A emulsão A/O, ou água em óleo, consiste na dispersão de uma fase aquosa hidrofílica em uma fase oleosa lipofílica. Essas emulsões se caracterizam por uma consistência mais densa e oleosa, o que ajuda a reduzir a perda de umidade e a proteger a pele de fatores externos.

Exemplos de emulsificantes A/O

Emulsificantes não iônicos, que são ésteres de álcoois e ácidos graxos, ésteres de álcoois polihídricos e ácidos graxos, ésteres de sorbitano e ácidos graxos superiores:

1. 1. • Cera de abelha branca,
      • Cera de abelha amarela,
      • Lanolin,
      • Monoestearato de glicerila.

Exemplos de emulsificantes O/A

Este grupo inclui emulsificantes aniônicos e não iônicos:

1. 1. • Sabões: sais de sódio, potássio e amônio de ácidos graxos superiores e sabões de metais multivalentes, como o oleato de magnésio,
      • Polissorbatos: Tween, Myrj, polímeros em bloco.

HLB na prática

Para matérias-primas gordurosas, podemos criar uma lista dos melhores emulsificantes, dependendo do tipo de emulsão que desejamos obter. Abaixo estão exemplos de emulsificantes HLB que podem ser usados ​​para obter uma emulsão a partir de uma determinada matéria-prima e água: Componente da fase lipofílica para emulsões

Exemplo: Para obter uma emulsão A/O (água em óleo) de cera de abelha e água, deve-se utilizar um emulsificante com valor HLB de 4. Para obter uma emulsão O/A (óleo em água) com os mesmos ingredientes, é necessário utilizar um emulsificante com valor HLB de 12. No caso do álcool cetílico e do álcool estearílico, a produção de uma emulsão A/O não requer a presença de um emulsificante.

Cálculo do HLB de um emulsificante

Para estabilizar a emulsão desejada, é necessário calcular o valor HLB do emulsificante ou da mistura de emulsificantes. Para isso, o valor HLB é calculado apenas para a fração lipídica, mesmo que sua participação na formulação seja insignificante. Para misturas de emulsificantes, o valor HLB é calculado com base nos componentes individuais e em suas proporções relativas na mistura. A maioria dos óleos, manteigas e ceras possui um valor HLB entre 6 e 8, mas algumas gorduras podem apresentar valores significativamente diferentes. Por exemplo, o valor HLB do óleo de rícino é 14. Isso significa que o uso de uma mistura de gorduras na fase oleosa pode causar uma alteração completa no valor HLB do emulsificante recomendado para emulsificação, dependendo das proporções de seus componentes.

Exemplos de valores HLB para emulsificantes

1. • GMS: 3-4,
   • Monoestearato de propilenoglicol: 3,4,
   • Monoestearato de glicerol: 3,8,
   • Span 80: 4,3,
   • Tween 80: 15,
   • Polysorbate 20 : 16-17.