Гідрофільно-ліпофільний баланс (ГЛБ)

Шкала HLB

Це звичайна шкала, перша в історії, яка називається шкалою Гріффіна , що має двадцять ступенів, від 0 до 20, і стосується переважно неіоногенних поверхнево-активних речовин . Положення властивостей речовини на шкалі дозволяє передбачити певні характеристики:

1. Вважається, що від нуля до десяти речовина має більшу спорідненість до ліпофільних молекул, і тому краще розчиняється в оліях та гідрофобних сполуках, ніж у воді.
2. Вище десяти спорідненість до води та гідрофільних частинок зростає. Поверхнево-активні речовини зі значенням HLB > 10, таким чином, є більш гідрофільними, а їхня розчинність збільшується у воді та зменшується в оліях.
3. Проміжне значення 10 означає, що сполука має як гідрофільні, так і гідрофобні частини молекул. Співвідношення їхніх значень один до одного приблизно 1:1.
4. Екстремальні значення: 0 вказує на сполуку, що складається виключно з гідрофобних груп, а 20 присвоюється речовинам, які мають у своїй структурі лише гідрофільні частини.

Що нам говорить шкала HLB?

У контексті використання поверхнево-активних речовин , шкала гідрофільно-гідрофобного балансу є основою для розробки рецептур. Залежно від її значення, поверхнево-активні речовини мають різні властивості:

1. Значення від 1 до 3 – протипінні агенти ,
2. Значення від 3 до 6 – емульгатори без добавок, тобто вода в олії, що створює ефект молочної суспензії,
3. Значення від 7 до 9 – змочувальні та покривні агенти, що являють собою стабільну молочну суспензію,
4. Значення від 9 до 18 – емульгатори O/W, тобто олія у воді, які здебільшого є прозорими та безбарвними суспензіями,
5. Значення від 13 до 15 – мийні засоби, миючі засоби , прозорі розчини,
6. Значення від 13 до 18 – солюбілізатори , прозорі розчини.

Знання значення HLB дозволяє, серед іншого, вибрати правильний емульгатор для даної емульсійної системи.

Розширення шкали Гріффіна

Початкову 20-бальну шкалу згодом було розширено до 40 балів. Це пов’язано з іонними ліпофільними сполуками, які стають дедалі гідрофільнішими під час змін у розчинах.

Як розрахувати HLB?

1. Для більшості речовин ми використовуємо спрощену формулу:

2. Для оксиетилованих жирних кислот, тобто сполук з групи естерів, було виведено формулу, розширену їх числами омилення та кислотності.

Де:

• LZ – число омилення продукту оксиетилювання ,
• LK – кислотне число оксиетилованої кислоти .

Експериментальні методи

Число HLB можна не тільки розрахувати, але й визначити та перевірити експериментально. Це робиться за допомогою таких методів, як емульсійні методи, ЯМР -спектрофотометрія та газова хроматографія, які базуються на характерних властивостях поверхнево-активних речовин, включаючи:

• Теплота адсорбції,
• Піноутворюючі властивості,
• Кут змочування,
• Міжфазний натяг,
• КМЦ, або критична концентрація міцел ,
• PIT, або температура фазової інверсії.

Емульсії

Гідрофільно-гідрофобний баланс є ключовим елементом у виборі функціональних рецептур. Кожна емульсія, наприклад: креми, лосьйони та бальзами, складається з двох частин – водної фази та олійної фази. Через різні хімічні властивості ці дві частини не змішуються одна з одною, і при гомогенізації вони утворюють лише нестабільні емульсії. Молекули однієї рідини дисперговані або суспендовані між молекулами іншої.

З цієї причини до рецептур додають речовини, які називаються емульгаторами, щоб покращити здатність інших інгредієнтів утворювати стабільні емульсії.

Що визначає вибір ідеального емульгатора?

1. 1. Властивості та склад ліпідної фази,
   2. Тип бажаної емульсії:
      1. O/W, або олія у воді, – це тип емульсії, що зазвичай використовується в косметиці, в якій ліпофільна олійна фаза диспергована в гідрофільній водній фазі. Такі емульсії характеризуються легкою консистенцією та легким поглинанням.
      2. В/О, або вода в олії, – це емульсія, в якій гідрофільна водна фаза диспергована в ліпофільній олійній фазі. Такі емульсії відрізняються більш жирною та щільною консистенцією, що допомагає зменшити втрату вологи та захистити шкіру від зовнішніх факторів.

Приклади емульгаторів W/O

Неіонні емульгатори, що являють собою ефіри спиртів та жирних кислот, ефіри багатоатомних спиртів та жирних кислот, ефіри сорбітану та вищих жирних кислот:

1. 1. • Білий бджолиний віск,
      • Жовтий бджолиний віск,
      • Lanolin,
      • Гліцерил моностеарат.

Приклади емульгаторів O/W

Ця група включає аніонні та неіонні емульгатори:

1. 1. • Мила: натрієві, калієві та амонійні солі вищих жирних кислот та багатовалентні металеві мила, такі як олеат магнію,
      • Полісорбати: Tween, Myrj, блокові полімери.

HLB на практиці

Для жирної сировини ми можемо створити список найкращих емульгаторів, залежно від типу емульсії, яку ми хочемо отримати. Нижче наведено приклади емульгаторів HLB, які можна використовувати для отримання емульсії з заданої сировини та води:

Ліпофільний фазовий компонент для емульсій

Приклад: Для отримання емульсії В/М для бджолиного воску та води слід використовувати емульгатор зі значенням HLB 4. Для отримання емульсії О/В з тих самих інгредієнтів необхідно використовувати емульгатор зі значенням HLB 12. У випадку цетилового та стеарилового спиртів, отримання емульсії В/М не потребує присутності емульгатора.

Розрахунок HLB емульгатора

Для стабілізації досліджуваної емульсії необхідно розрахувати значення HLB для емульгатора або суміші емульгаторів. Для цього значення HLB розраховується лише для жирової частини, навіть якщо її частка в рецептурі незначна. Для сумішей емульгаторів значення HLB розраховується на основі окремих компонентів та їх відносної частки в суміші. Більшість олій, вершкового масла та воску мають значення HLB від 6 до 8, але деякі жири можуть значно відхилятися від цих значень. Наприклад, значення HLB касторової олії становить 14. Це означає, що використання суміші жирів в олійній фазі може призвести до повної зміни значення HLB емульгатора, рекомендованого для емульгування, залежно від пропорцій їх компонентів.

Приклади значень HLB для емульгаторів

1. • ЗГС: 3-4,
   • Моностеарат пропіленгліколю: 3,4,
   • Гліцерин моностеарат: 3,8,
   • Проміжок 80: 4,3,
   • Твін 80: 15,
   • Polysorbate 20 : 16-17.