สมดุลของน้ำ-ไขมัน (HLB)

–

มาตราส่วน HLB

นี่คือมาตราส่วนทั่วไป เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ เรียกว่ามาตราส่วนกริฟฟิน ซึ่งมี 20 องศา ตั้งแต่ 0 ถึง 20 และส่วนใหญ่หมายถึง สารลดแรงตึงผิวที่ไม่ใช่ไอออนิก ตำแหน่งของคุณสมบัติของสารบนมาตราส่วนช่วยให้สามารถทำนายลักษณะเฉพาะบางประการได้:

–
1. สันนิษฐานว่าตั้งแต่ศูนย์ถึงสิบ สารจะมีความสัมพันธ์กับโมเลกุลที่ชอบไขมันมากกว่า และจึงละลายในน้ำมันและสารประกอบที่ไม่ชอบน้ำได้ดีกว่าในน้ำ

–

2. สูงกว่าสิบเท่า ความสัมพันธ์ระหว่างน้ำและอนุภาคที่ชอบน้ำจะเพิ่มขึ้น ดังนั้น สารลดแรงตึงผิวที่มีค่า HLB มากกว่า 10 จึงมีคุณสมบัติชอบน้ำมากกว่า และความสามารถในการละลายในน้ำจะเพิ่มขึ้นและลดลงในน้ำมัน

–

3. ค่ากลาง 10 หมายความว่าสารประกอบนี้มีทั้งส่วนที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำในโมเลกุล อัตราส่วนของค่าทั้งสองต่อกันอยู่ที่ประมาณ 1:1

–

4. ค่าสุดขั้ว: 0 หมายถึงสารประกอบที่ประกอบด้วยหมู่ไฮโดรโฟบิกเท่านั้น และ 20 กำหนดให้สารที่มีเฉพาะส่วนที่ชอบน้ำในโครงสร้างเท่านั้น

–

–

มาตราส่วน HLB บอกอะไรเราบ้าง?

ในบริบทของการใช้ สารลดแรงตึงผิว เครื่องชั่งแบบ hydrophilic-hydrophobic เป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาสูตร สารลดแรงตึงผิวมีคุณสมบัติแตกต่างกันไปตามค่าของสาร:

–
1. ค่าตั้งแต่ 1 ถึง 3 – สารป้องกันการเกิดฟอง

–

2. ค่าตั้งแต่ 3 ถึง 6 – อิมัลซิไฟเออร์ W/O คือ น้ำในน้ำมัน ทำให้เกิดผลเป็นสารแขวนลอยคล้ายน้ำนม

–

3. ค่าตั้งแต่ 7 ถึง 9 – สารทำให้เปียกและเคลือบ ซึ่งเป็นสารแขวนลอยน้ำนมที่เสถียร

–

4. ค่าตั้งแต่ 9 ถึง 18 – อิมัลซิไฟเออร์ O/W คือ น้ำมันในน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารแขวนลอยที่โปร่งใสและใส

–

5. ค่าตั้งแต่ 13 ถึง 15 – สารซักฟอก, ผงซักฟอก , สารละลายใส

–

6. ค่าตั้งแต่ 13 ถึง 18 – ตัวละลาย สารละลายโปร่งใส

–

การทราบค่า HLB ช่วยให้สามารถเลือก อิมัลซิไฟเออร์ ที่เหมาะสมสำหรับระบบอิมัลชันที่กำหนดได้

การขยายมาตราส่วนกริฟฟิน

มาตราส่วนเดิม 20 จุดในที่สุดก็ขยายเป็น 40 จุด เนื่องมาจากสารประกอบไลโปฟิลิกไอออนิก ซึ่งจะมีคุณสมบัติชอบน้ำมากขึ้นเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของสารละลาย

คำนวณ HLB อย่างไร?

–

–
1. สำหรับสารส่วนใหญ่ เราใช้สูตรที่เรียบง่าย:

–

– –

–
2. สำหรับกรดไขมันออกซีเอทิลเลชัน เช่น สารประกอบจากกลุ่มเอสเทอร์ ได้มีการสร้างสูตรโดยขยายตามการเกิดสบู่และหมายเลขกรด

–

–

ที่ไหน:

–
• LZ – ค่า saponification ของผลิตภัณฑ์ออกซีเอทิลเลชัน –

–

• LK – หมายเลขกรดของกรดออกซีเอทิลเลชัน –

–

–

วิธีการทดลอง

ค่า HLB ไม่เพียงแต่สามารถคำนวณได้เท่านั้น แต่ยังสามารถตรวจสอบและยืนยันได้ด้วยการทดลองอีกด้วย ซึ่งทำได้โดยใช้เทคนิคต่างๆ เช่น วิธีอิมัลชัน สเปกโตรโฟโตเมตรี NMR และแก๊สโครมาโทกราฟี ซึ่งอาศัยคุณสมบัติเฉพาะของสารลดแรงตึงผิว ซึ่งรวมถึง:

–
• ความร้อนจากการดูดซับ

–

• คุณสมบัติการเกิดฟอง

–

• มุมเปียก

–

• แรงตึงผิว

–

• CMC หรือความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤต

–

• PIT หรืออุณหภูมิการกลับเฟส

–

– –

อิมัลชั่น

ความสมดุลระหว่างน้ำและไม่ชอบน้ำเป็นองค์ประกอบสำคัญในการเลือกสูตรผสมที่มีฟังก์ชันการใช้งาน อิมัลชันทุกชนิด เช่น ครีม โลชั่น และบาล์ม ประกอบด้วยสองส่วน ได้แก่ เฟสน้ำและเฟสน้ำมัน เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างกัน ทั้งสองส่วนนี้จึงไม่ผสมกัน และเมื่อถูกทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน จะเกิดเป็นอิมัลชันที่ไม่เสถียร โมเลกุลของของเหลวหนึ่งจะกระจายตัวหรือแขวนลอยอยู่ระหว่างโมเลกุลของอีกโมเลกุลหนึ่ง

ด้วยเหตุนี้ จึงมีการเติมสารที่เรียกว่าอิมัลซิไฟเออร์ลงในสูตรผสมเพื่อเพิ่มความสามารถของส่วนผสมอื่นๆ ในการสร้างอิมัลชันที่เสถียร

อะไรเป็นตัวกำหนดการเลือกใช้อิมัลซิไฟเออร์ที่เหมาะสม?

–

–
1. –
   –
   1. คุณสมบัติและองค์ประกอบของเฟสลิพิด

   –

   2. ประเภทของอิมัลชันที่ต้องการ:
      –
      1. O/W หรือน้ำมันในน้ำ เป็นอิมัลชันชนิดหนึ่งที่นิยมใช้ในเครื่องสำอาง โดยที่ชั้นน้ำมันไลโปฟิลิกจะกระจายตัวอยู่ในชั้นน้ำไฮโดรฟิลิก อิมัลชันประเภทนี้มีลักษณะเด่นคือเนื้อบางเบาและซึมซาบง่าย

      –

      2. W/O หรือน้ำในน้ำมัน คืออิมัลชันที่เฟสน้ำที่ชอบน้ำกระจายตัวอยู่ในเฟสน้ำมันที่ชอบไขมัน อิมัลชันประเภทนี้มีความโดดเด่นตรงที่เนื้อสัมผัสจะมีความมันและหนาแน่นกว่า ซึ่งช่วยลดการสูญเสียความชุ่มชื้นและปกป้องผิวจากปัจจัยภายนอก

      –

      –

   –

   –

–

–

ตัวอย่างของอิมัลซิไฟเออร์ W/O

อิมัลซิไฟเออร์ที่ไม่ใช่ไอออนิก ซึ่งเป็นเอสเทอร์ของแอลกอฮอล์และกรดไขมัน เอสเทอร์ของแอลกอฮอล์โพลีไฮดริกและ กรดไขมัน เอสเทอร์ของซอร์บิแทน และกรดไขมันที่สูงกว่า:

–
1. –
   –
   1. –
      –
      • ขี้ผึ้งขาว

      –

      • ขี้ผึ้งสีเหลือง

      –

      • Lanolin,

      –

      • กลีเซอริลโมโนสเตียเรต

      –

      –

   –

   –

–

–

ตัวอย่างของอิมัลซิไฟเออร์ O/W

กลุ่มนี้รวมถึงอิมัลซิไฟเออร์แบบแอนไอออนิกและแบบไม่มีไอออนิก:

–
1. –
   –
   1. –
      –
      • สบู่: เกลือโซเดียม โพแทสเซียม และแอมโมเนียมของกรดไขมันที่มีปริมาณสูงและสบู่โลหะที่มีประจุหลายตัว เช่น แมกนีเซียมโอเลเอต

      –

      • โพลีซอร์เบต: ทวีน, เมอร์จ, โพลิเมอร์แบบบล็อก

      –

      –

   –

   –

–

–

HLB ในทางปฏิบัติ

สำหรับวัตถุดิบไขมัน เราสามารถสร้างรายการอิมัลซิไฟเออร์ที่ดีที่สุดได้ โดยขึ้นอยู่กับประเภทของอิมัลชันที่เราต้องการ ด้านล่างนี้คือตัวอย่างของอิมัลซิไฟเออร์ HLB ที่สามารถใช้เพื่อให้ได้อิมัลชันจากวัตถุดิบและน้ำที่กำหนด:

ส่วนประกอบในเฟสไลโปฟิลิกสำหรับอิมัลชัน

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

ตัวอย่าง: เพื่อให้ได้อิมัลชัน W/O สำหรับขี้ผึ้งและน้ำ ควรใช้อิมัลซิไฟเออร์ที่มีค่า HLB เท่ากับ 4 เพื่อให้ได้อิมัลชัน O/W จากส่วนผสมเดียวกัน จำเป็นต้องใช้อิมัลซิไฟเออร์ที่มีค่า HLB เท่ากับ 12 ในกรณีของซีทิลและสเตียริลแอลกอฮอล์ การผลิตอิมัลชัน W/O ไม่จำเป็นต้องมีอิมัลซิไฟเออร์

การคำนวณ HLB ของอิมัลซิไฟเออร์

เพื่อรักษาเสถียรภาพของอิมัลชันที่ต้องการ จำเป็นต้องคำนวณค่า HLB ของอิมัลซิไฟเออร์หรือส่วนผสมอิมัลซิไฟเออร์ ด้วยเหตุนี้ ค่า HLB จะคำนวณเฉพาะส่วนที่มีไขมัน แม้ว่าสัดส่วนในสูตรจะเล็กน้อยก็ตาม สำหรับส่วนผสมอิมัลซิไฟเออร์ ค่า HLB จะคำนวณจากส่วนประกอบแต่ละส่วนและสัดส่วนสัมพัทธ์ในส่วนผสม น้ำมัน เนย และขี้ผึ้งส่วนใหญ่มีค่า HLB อยู่ระหว่าง 6 ถึง 8 แต่ไขมันบางชนิดอาจเบี่ยงเบนไปจากค่าเหล่านี้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น ค่า HLB ของน้ำมันละหุ่งคือ 14 ซึ่งหมายความว่าการใช้ส่วนผสมของไขมันในเฟสน้ำมันอาจทำให้ค่า HLB ของอิมัลซิไฟเออร์ที่แนะนำสำหรับอิมัลซิไฟเออร์เปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง ขึ้นอยู่กับสัดส่วนของส่วนประกอบ

ตัวอย่างค่า HLB สำหรับอิมัลซิไฟเออร์

–

–
1. –
   –
   • GMS: 3-4,

   –

   • โพรพิลีนไกลคอลโมโนสเตียเรต: 3.4,

   –

   • กลีเซอรอลโมโนสเตียเรต: 3.8,

   –

   • ช่วง 80: 4.3,

   –

   • ทวีน 80: 15,

   –

   • Polysorbate 20 : 16-17.

   –

   –

–