Hidrofilik-lipofilik denge (HLB)

HLB ölçeği

Bu, tarihteki ilk geleneksel ölçektir ve 0’dan 20’ye kadar yirmi derecelik bir aralıktan oluşan Griffin ölçeği olarak adlandırılır ve esas olarak iyonik olmayan yüzey aktif maddelerle ilgilidir. Bir maddenin özelliklerinin ölçekteki konumu, belirli özelliklerin tahmin edilmesini sağlar:

1. Sıfırdan ona kadar bir maddenin lipofilik moleküllere karşı daha büyük bir afinite gösterdiği ve bu nedenle sudan ziyade yağlarda ve hidrofobik bileşiklerde daha iyi çözündüğü varsayılmaktadır.
2. 10’un üzerinde su ve hidrofilik partiküllere karşı afinite artar. HLB değeri >10 olan yüzey aktif maddeler bu nedenle daha hidrofiliktir ve suda çözünürlükleri artarken yağlarda azalır.
3. 10’luk bir ara değer, bileşiğin moleküllerinin hem hidrofilik hem de hidrofobik kısımlara sahip olduğu anlamına gelir. Bu değerlerin birbirine oranı yaklaşık 1:1’dir.
4. Uç değerler: 0, yalnızca hidrofobik gruplardan oluşan bir bileşiği, 20 ise yapısında yalnızca hidrofilik kısımlar bulunan maddeleri gösterir.

HLB ölçeği bize ne anlatıyor?

Yüzey aktif madde kullanımı bağlamında, hidrofilik-hidrofobik denge ölçeği, formülasyon geliştirmenin temelini oluşturur. Değerine bağlı olarak, yüzey aktif maddeler farklı özelliklere sahiptir:

1. 1’den 3’e kadar değerler – köpük önleyici maddeler ,
2. 3 ile 6 arasındaki değerler – Yağda su, yani sütlü süspansiyon etkisi veren emülgatörler içermez,
3. 7 ila 9 arasındaki değerler – Islatma ve kaplama maddeleri, stabil sütsü bir süspansiyondur,
4. 9 ile 18 arası değerler – Çoğunlukla şeffaf ve berrak süspansiyonlar olan O/W emülgatörler, yani su içinde yağ,
5. 13 ile 15 arası değerler – yıkama maddeleri, deterjanlar , şeffaf çözeltiler,
6. 13 ile 18 arası değerler – çözücüler , şeffaf çözeltiler.

HLB değerinin bilinmesi, diğer şeylerin yanı sıra, belirli bir emülsiyon sistemi için doğru emülgatörün seçilmesini mümkün kılar.

Griffin ölçeğinin genişletilmesi

Orijinal 20 puanlık ölçek, sonunda 40 puana çıkarıldı. Bunun nedeni, çözeltilerdeki değişimler sırasında giderek daha hidrofilik hale gelen iyonik lipofilik bileşiklerdir.

HLB nasıl hesaplanır?

1. Çoğu madde için basitleştirilmiş bir formül kullanıyoruz:

2. Oksietillenmiş yağ asitleri, yani ester grubundan bileşikler için, sabunlaşma ve asit sayıları ile genişletilmiş bir formül türetilmiştir.

Nerede:

• LZ – Oksietilasyon ürününün saponifikasyon sayısı ,
• LK – oksietillenmiş asidin asit numarası .

Deneysel yöntemler

HLB sayısı yalnızca hesaplanmakla kalmaz, aynı zamanda deneysel olarak belirlenip doğrulanabilir. Bu, yüzey aktif maddelerin karakteristik özelliklerine dayanan emülsiyon yöntemleri, NMR spektrofotometrisi ve gaz kromatografisi gibi teknikler kullanılarak yapılır. Bunlar arasında şunlar bulunur:

• Adsorpsiyon ısısı,
• Köpürme özelliği,
• Islatma açısı,
• Arayüz gerilimi,
• CMC veya kritik misel konsantrasyonu ,
• PIT veya faz ters çevirme sıcaklığı.

Emülsiyonlar

Hidrofilik-hidrofobik denge, fonksiyonel formülasyonların seçiminde önemli bir unsurdur. Her emülsiyon, örneğin kremler, losyonlar ve balsamlar, iki bileşenden oluşur: sulu faz ve yağ fazı. Farklı kimyasal özellikleri nedeniyle, bu iki bileşen birbiriyle karışmaz ve homojenleşmeye zorlandıklarında yalnızca kararsız emülsiyonlar oluştururlar. Bir sıvının molekülleri, diğerinin molekülleri arasında dağılır veya süspanse edilir.

Bu nedenle, diğer bileşenlerin kararlı emülsiyonlar oluşturma yeteneğini artırmak için formülasyonlara emülgatör adı verilen maddeler eklenir.

İdeal emülgatörün seçimini ne belirler?

1. 1. Lipid fazının özellikleri ve bileşimi,
   2. İstenen emülsiyon türü:
      1. O/W veya su içinde yağ, kozmetiklerde yaygın olarak kullanılan, lipofilik yağ fazının hidrofilik su fazında dağıldığı bir emülsiyon türüdür. Bu tür emülsiyonlar hafif kıvamları ve kolay emilimleriyle öne çıkar.
      2. W/O veya yağ içinde su, hidrofilik sulu fazın lipofilik yağ fazında dağıldığı bir emülsiyondur. Bu tür emülsiyonlar, nem kaybını azaltmaya ve cildi dış etkenlerden korumaya yardımcı olan daha yağlı ve yoğun bir kıvama sahiptir.

W/O emülgatörlerine örnekler

Alkol ve yağ asitlerinin esterleri, polihidrik alkol ve yağ asitlerinin esterleri, sorbitan ve daha yüksek yağ asitlerinin esterleri olan noniyonik emülgatörler:

1. 1. • Beyaz balmumu,
      • Sarı balmumu,
      • Lanolin,
      • Gliseril monostearat.

O/W emülgatörlerine örnekler

Bu grup anyonik ve iyonik olmayan emülgatörleri içerir:

1. 1. • Sabunlar: Yüksek yağ asitlerinin sodyum, potasyum ve amonyum tuzları ve magnezyum oleat gibi çok değerlikli metal sabunları,
      • Polisorbatlar: Tween, Mür, blok polimerler.

HLB uygulamada

Yağlı hammaddeler için, elde etmek istediğimiz emülsiyon türüne bağlı olarak en iyi emülgatörlerin bir listesini oluşturabiliriz. Aşağıda, belirli bir hammadde ve sudan emülsiyon elde etmek için kullanılabilecek HLB emülgatörlerinin örnekleri verilmiştir:

Emülsiyonlar için lipofilik faz bileşeni

Örnek: Balmumu ve su için bir W/O emülsiyonu elde etmek için, HLB değeri 4 olan bir emülgatör kullanılmalıdır. Aynı bileşenlerden bir O/W emülsiyonu elde etmek için, HLB değeri 12 olan bir emülgatör kullanmak gerekir. Setil ve stearil alkol söz konusu olduğunda, bir W/O emülsiyonu üretmek için bir emülgatörün varlığına gerek yoktur.

Bir emülgatörün HLB’sinin hesaplanması

İlgilenilen emülsiyonu stabilize etmek için, emülgatör veya emülgatör karışımının HLB değeri hesaplanmalıdır. Bu amaçla, formülasyondaki payı ihmal edilebilir olsa bile, HLB değeri yalnızca yağlı kısım için hesaplanır. Emülgatör karışımları için HLB değeri, tek tek bileşenlere ve karışımdaki göreceli oranlarına göre hesaplanır. Çoğu yağ, tereyağı ve mumun HLB değeri 6 ile 8 arasındadır, ancak bazı yağlar bu değerlerden önemli ölçüde sapabilir. Örneğin, hint yağının HLB değeri 14’tür. Bu, yağ fazında bir yağ karışımının kullanılmasının, emülsifikasyon için önerilen emülgatörün HLB değerinde, bileşen oranlarına bağlı olarak tamamen bir değişikliğe neden olabileceği anlamına gelir.

Emülgatörler için örnek HLB değerleri

1. • GMS: 3-4,
   • Propilen glikol monostearat: 3.4,
   • Gliserol monostearat: 3.8,
   • Açıklık 80: 4.3,
   • Tween 80: 15,
   • Polysorbate 20 : 16-17.