HLB در امولسیفایرها چیست و چه کاربردی دارد؟

HLB در امولسیفایرها چیست

HLB در امولسیفایرها چیست و چه کاربردی دارد؟ HLB تعادل آب دوست و لیپوفیل است. سیستم HLB توسط ویلیام سی گریفین در اواخر دهه 1940 ایجاد شده است، یکی از موفق ترین استراتژی‌ها برای ایجاد امولسیون‌های پایدار است. اگرچه امروزه ممکن است به اندازه گذشته مورد استفاده قرار نگیرد، اما هنوز هم یک ابزار کاربردی می‌باشد. ابزاری آزمایش شده که توسط فرمول‌سازها برای انتخاب بهترین سورفکتانت‌ها از بین صدها سورفکتانت موجود برای امولسیون‌سازی روغن‌ها استفاده شده است.

سورفکتانت‌ها ممکن است آنیونی، کاتیونی، غیر یونی یا زویتریونیک باشند. با این حال، سیستم HLB به طور خاص برای کمک به انتخاب سورفاکتانت‌های غیر یونی اختراع شد. قدرت آبدوست یک سورفکتانت غیر یونی بر اساس وزن مولکولی محاسبه می‌شود. این برابر با درصد وزن مولکولی است که آب دوست است و بر 5 تقسیم می‌شود.

عدد HLB امولسیفایر ها

مقادیر HLB اختصاص داده شده به سورفکتانت‌های غیر یونی بین 0.5 (بیشترین چربی دوست) و 19.5 (بیشترین آب دوست بودن) است. از نظر ماهیت، همه سورفکتانت‌ها (عوامل فعال سطح) آمفیفیلیک هستند. این بدان معنی است که ساختار مولکولی آن‌ها هم دارای یک گروه قطبی، آب دوست و هم بخشی غیر قطبی است، مانند زنجیره آلکیل هیدروکربن، با میل بیشتر به روغن.

انواع کاربرد HLB

بنابراین، همانطور که از نام آن‌ها پیداست، سورفکتانت‌ ها می‌توانند به طور فعال در رابط روغن و آب جهت‌یابی کنند. این باعث می‌شود امولسیون‌کننده‌های عالی باشند. بدون این تعامل در رابط روغن و آب، بی‌ثباتی ترمودینامیکی ذاتی ترکیبات غیرقابل تجزیه امولسیون به سرعت برای ناظر آشکار می‌شود – فقط به این دلیل که آب و روغن به خودی خود با هم مخلوط نمی‌شوند.

این جاذبه دوگانه سورفکتانت‌ها برای آب و روغن معمولاً رابطه 50:50 نیست. برخی از سورفکتانت‌ها جذب بیشتری برای آب (HLB بالا) و برخی دیگر برای روغن (HLB کم) دارند. سورفکتانت‌های بسیار محلول در آب برای پاک‌سازی بهترین هستند در حالی که سورفکتانت‌های دارای حلالیت متوسط ​​در آب برای امولسیون های روغن در آب (o / w) بهترین هستند.

از طرف دیگر، سورفکتانت‌هایی که میل بیشتری به روغن دارند، هنگام ساخت امولسیون‌های آب در روغن (وزنی) انتخاب درستی هستند. برای از بین بردن قطرات پراکنده روغن برای ایجاد میکروامولسیون‌های با ثبات ترمودینامیکی، غلظت‌های زیادی از سورفکتانت‌های HLB بالا مورد نیاز است. انتخاب سیستم سورفکتانت صحیح به HLB مورد نیاز روغن (های) امولسیون شده بستگی دارد.HLB مورد نیاز چند روغن را می توان در جدول 1 یافت.

مقادیر HLB مورد نیاز برای امولسیون‌های پایدار وزن بدن و وزنی.

اگر HLB مورد نیاز یک روغن در جدول نباشد، می‌توان با ایجاد چندین مخلوط از سورفکتانت های HLB بالا و پایین که نسبت آن‌ها طیف وسیعی از مقادیر HLB را پوشش می‌دهد، تجربی آن را تعیین کرد. به عنوان مثال، اگر بخواهیم یک امولسیون روغن در آب حاوی روغن نارگیل ایجاد کنیم، با مقدار مشخص شده آب شروع می‌کنیم و سپس مقدار دلخواه روغن پالم را اضافه می‌کنیم به عنوان مثال، 10٪ (وزنی) برای امولسیون‌کننده‌ها، یک محل شروع خوب داشتن غلظت کل برابر با روغن پالم است.

سپس می‌توانیم از ترکیبی از امولسیون‌کننده‌ها با نسبت‌های مشخص شده استفاده کنیم (به عنوان مثال، جدول 2 را ببینید) برای تهیه یک سری فرمولاسیون، در نهایت به ما امکان می‌دهد نسبت صحیح امولسیون‌کننده‌ها را در سیستم نهایی بر اساس ثبات، شکل ظاهری و سایر عوامل انتخاب کنیم.

از آنجا که ما مقادیر HLB از امولسیون‌کننده‌ها را می‌دانیم، می‌توان HLB مورد نیاز فاز روغن (در این مورد روغن پالم) را تعیین کرد. HLB مورد نیاز روغن برابر است با مقدار محاسبه شده HLB از ترکیب امولسیفایرها که پایدارترین و زیباترین امولسیون را فراهم می‌کند.جدول 2: مقادیر HLB برای مخلوط دو امولسیون‌کننده سوربیتان مونو استئارات. یکی لیپوفیلیک (اسپن 60) و دیگری آب دوست (پلی سوربات 20).

مطابقت با این HLB مورد نیاز با یک سیستم سورفکتانت حاوی نسبت صحیح قسمت‌های آب دوست و لیپوفیل برای دستیابی به یک امولسیون پایدار بسیار مهم است. غالباً از ترکیبی از دو یا چند سورفاکتانت، هر کدام با مقدار HLB منحصر به فرد، استفاده می‌شود تا به جای یک سورفکتانت تنها، با HLB مورد نیاز فاز روغن مطابقت داشته باشد. به طور معمول، چنین رویکردی پایدارترین امولسیون را ایجاد می‌کند.

به عنوان مثال، اولین گام در فرمولاسیون یک امولسیون قابل قبول با استفاده از اصول سیستم HLB نیاز به شیمی دان لوازم آرایشی است که ابتدا اجزای فاز روغن را انتخاب کرده و سپس HLB مورد نیاز آن را یا با محاسبه از مقادیر ارائه شده در جداول داده یا تعیین کند. بصورت تجربی (همانطور که در بالا توضیح داده شد) با استفاده از ترکیبی از سورفکتانت‌های HLB بالا و پایین در نسبت‌های مختلف. مرحله دوم یافتن سورفکتانت یا ترکیبی از سورفکتانت‌ها با مقدار HLB برابر (یا حداقل بسیار نزدیک) است. این دو مرحله اولیه به طور قابل توجهی زمینه امولسیون‌کننده‌های بالقوه را محدود می‌کند.

اغلب، یک فرآیند آزمایش و خطای بیشتر تنها راه برای یافتن بهترین “نوع شیمیایی” سورفکتانت است. در انجام این آزمایشات اضافی، مهم است که به خاطر داشته باشید که بالاتر از یک غلظت فعال سورفکتانت در محلول آبی، سنگدانه‌های مولکولی به نام میسل تشکیل می‌دهند. این غلظت مهم میسل برای هر سورفکتانت بی‌نظیر است. طول زنجیره آلکیل بر مقدار میسل و HLB تأثیر می‌گذارد و در هنگام انتخاب نوع “شیمیایی” مناسب برای امولسیون، این موارد مهم تلقی می‌شوند.

روغن خود را انتخاب کرده و HLB مورد نیاز آن را از جدول تعیین کنید

1. املاح معدنی… 30 X X مورد نیاز HLB 14 = 4.2
2. روغن پنبه دانه… 50٪ X مورد نیاز HLB 6 = 3.0
3. پارافین کلره… 20 X X مورد نیاز HLB 14 = 2.8
4. HLB تخمینی برای سیستم امولسیون‌کننده 10.0…

یک یا چند سورفکتانت غیر یونی پیدا کنید تا مقدار HLB 10.0 +/- 1.0.4 را بدست آورید.

1. سوربیتان مونو استئارات… 48 X X HLB مقدار 4.7 = 2.256
2. پلی سوربات 20… 52٪ X HLB مقدار 14.9 = 7.748
3. مقدار HLB محاسبه شده 10.004 پوند

البته، رویکردهای اضافی برای تثبیت امولسیون‌ها وجود دارد، مانند ضخیم شدن فاز خارجی با یک اصلاح‌کننده رئولوژی مانند کربومر یا یک آنالوگ اصلاح شده آبگریز. علاوه بر این، ممکن است درصد غلظت فاز داخلی پراکنده افزایش یابد تا ویسکوزیته افزایش یابد. علاوه بر این، تشکیل ساختارهای ژل لایه‌ای و در نظر گرفتن پارامترهای حلالیت هانسن نیز از مراحل قابل اجرا برای دستیابی به امولسیون پایدار است.

رویکرد چند ساله بهترین نتیجه را می‌دهد.سیستم HLB بدون محدودیت نیست، با این وجود مکان خوبی برای شروع است. این می‌تواند یک روش صرفه‌جویی در وقت باشد زیرا بسیاری از سورفکتانت‌ها را از نظر بیشتر به عنوان امولسیون‌کننده‌های مناسب برای محصول شما حذف می کند.