Hydrofilno-lipofilná rovnováha (HLB)

HLB stupnica

Toto je konvenčná stupnica, prvá v histórii, nazývaná Griffinova stupnica , ktorá má dvadsať stupňov od 0 do 20 a vzťahuje sa najmä na neiónové povrchovo aktívne látky . Pozícia vlastností látky na stupnici umožňuje predpovedať určité charakteristiky:

1. Predpokladá sa, že od nuly do desiatich má látka väčšiu afinitu k lipofilným molekulám, a preto sa lepšie rozpúšťa v olejoch a hydrofóbnych zlúčeninách ako vo vode.
2. Nad desať sa zvyšuje afinita k vode a hydrofilným časticiam. Povrchovo aktívne látky s hodnotou HLB > 10 sú preto hydrofilnejšie a ich rozpustnosť sa zvyšuje vo vode a znižuje v olejoch.
3. Stredná hodnota 10 znamená, že zlúčenina má hydrofilné aj hydrofóbne časti molekúl. Pomer ich hodnôt k sebe navzájom je približne 1:1.
4. Extrémne hodnoty: 0 označuje zlúčeninu pozostávajúcu výlučne z hydrofóbnych skupín a 20 je priradené látkam, ktoré majú vo svojej štruktúre iba hydrofilné časti.

Čo nám hovorí stupnica HLB?

V kontexte použitia povrchovo aktívnych látok je základom pre vývoj receptúr stupnica hydrofilnej a hydrofóbnej rovnováhy. V závislosti od jej hodnoty majú povrchovo aktívne látky rôzne vlastnosti:

1. Hodnoty od 1 do 3 – protipenivé činidlá ,
2. Hodnoty od 3 do 6 – emulgátory W/O, t. j. voda v oleji, ktoré vytvárajú efekt mliečnej suspenzie,
3. Hodnoty od 7 do 9 – zmáčadlá a poťahovacie činidlá, ktoré sú stabilnou mliečnou suspenziou,
4. Hodnoty od 9 do 18 – emulgátory O/W, t. j. olej vo vode, ktoré sú väčšinou transparentné a číre suspenzie,
5. Hodnoty od 13 do 15 – pracie prostriedky, detergenty , číre roztoky,
6. Hodnoty od 13 do 18 – solubilizátory , transparentné roztoky.

Znalosť hodnoty HLB umožňuje okrem iného vybrať správny emulgátor pre daný emulzný systém.

Rozšírenie Griffinovej stupnice

Pôvodná 20-bodová stupnica bola nakoniec rozšírená na 40 bodov. Je to spôsobené iónovými lipofilnými zlúčeninami, ktoré sa pri zmenách v roztokoch stávajú čoraz hydrofilnejšími.

Ako vypočítať HLB?

1. Pre väčšinu látok používame zjednodušený vzorec:

2. Pre oxyetylované mastné kyseliny, teda zlúčeniny z esterovej skupiny, bol odvodený vzorec rozšírený o ich zmydelňovacie a kyslé čísla.

Kde:

• LZ – číslo zmydelnenia oxyetylačného produktu ,
• LK – číslo kyslosti oxyetylovanej kyseliny .

Experimentálne metódy

Číslo HLB sa dá nielen vypočítať, ale aj experimentálne určiť a overiť. To sa robí pomocou techník, ako sú emulzné metódy, NMR spektrofotometria a plynová chromatografia, ktoré sú založené na charakteristických vlastnostiach povrchovo aktívnych látok, vrátane:

• Adsorpčné teplo,
• Penivé vlastnosti,
• Uhol zmáčania,
• Medzifázové napätie,
• CMC alebo kritická koncentrácia miciel ,
• PIT alebo teplota fázovej inverzie.

Emulzie

Hydrofilno-hydrofóbna rovnováha je kľúčovým prvkom pri výbere funkčných formulácií. Každá emulzia, napríklad: krémy, pleťové vody a balzamy, sa skladá z dvoch častí – vodnej fázy a olejovej fázy. Vzhľadom na ich odlišné chemické vlastnosti sa tieto dve časti navzájom nemiešajú a pri nútenej homogenizácii tvoria iba nestabilné emulzie. Molekuly jednej kvapaliny sú dispergované alebo suspendované medzi molekulami druhej kvapaliny.

Z tohto dôvodu sa do formulácií pridávajú látky nazývané emulgátory, aby sa zlepšila schopnosť ostatných zložiek tvoriť stabilné emulzie.

Čo určuje výber ideálneho emulgátora?

1. 1. Vlastnosti a zloženie lipidovej fázy,
   2. Požadovaný typ emulzie:
      1. O/W alebo olej vo vode je typ emulzie bežne používanej v kozmetike, v ktorej je lipofilná olejová fáza dispergovaná v hydrofilnej vodnej fáze. Takéto emulzie sa vyznačujú ľahkou konzistenciou a ľahkou absorpciou.
      2. V/O alebo voda v oleji je emulzia, v ktorej je hydrofilná vodná fáza dispergovaná v lipofilnej olejovej fáze. Takéto emulzie sa vyznačujú mastnejšou a hustejšou konzistenciou, čo pomáha znižovať stratu vlhkosti a chrániť pokožku pred vonkajšími faktormi.

Príklady emulgátorov W/O

Neiónové emulgátory, ktorými sú estery alkoholov a mastných kyselín, estery viacsýtnych alkoholov a mastných kyselín, estery sorbitanu a vyšších mastných kyselín:

1. 1. • Biely včelí vosk,
      • Žltý včelí vosk,
      • Lanolin,
      • Glycerylmonostearát.

Príklady emulgátorov olej/voda

Táto skupina zahŕňa aniónové a neiónové emulgátory:

1. 1. • Mydlá: sodné, draselné a amónne soli vyšších mastných kyselín a viacmocné kovové mydlá, ako napríklad oleát horečnatý,
      • Polysorbáty: Tween, Myrj, blokové polyméry.

HLB v praxi

Pre mastné suroviny môžeme vytvoriť zoznam najlepších emulgátorov v závislosti od typu emulzie, ktorú chceme získať. Nižšie sú uvedené príklady emulgátorov HLB, ktoré možno použiť na získanie emulzie z danej suroviny a vody:

Lipofilná fázová zložka pre emulzie

Príklad: Na získanie emulzie W/O pre včelí vosk a vodu by sa mal použiť emulgátor s hodnotou HLB 4. Na získanie emulzie O/W z rovnakých zložiek je potrebné použiť emulgátor s hodnotou HLB 12. V prípade cetylalkoholu a stearylalkoholu výroba emulzie W/O nevyžaduje prítomnosť emulgátora.

Výpočet HLB emulgátora

Na stabilizáciu danej emulzie je potrebné vypočítať hodnotu HLB pre emulgátor alebo zmes emulgátorov. Na tento účel sa hodnota HLB vypočíta iba pre tukovú časť, aj keď jej podiel v receptúre je zanedbateľný. V prípade zmesí emulgátorov sa hodnota HLB vypočíta na základe jednotlivých zložiek a ich relatívneho podielu v zmesi. Väčšina olejov, masiel a voskov má hodnotu HLB medzi 6 a 8, ale niektoré tuky sa od týchto hodnôt môžu výrazne líšiť. Napríklad hodnota HLB ricínového oleja je 14. To znamená, že použitie zmesi tukov v olejovej fáze môže spôsobiť úplnú zmenu hodnoty HLB emulgátora odporúčaného na emulgáciu v závislosti od pomeru ich zložiek.

Príklad hodnôt HLB pre emulgátory

1. • GMS: 3-4,
   • Propylénglykolmonostearát: 3,4,
   • Glycerolmonostearát: 3,8,
   • Rozpätie 80: 4,3,
   • Tween 80: 15,
   • Polysorbate 20 : 16-17.