오일상과 수상이 섞인 상태로 유지되지 않습니다. 배치를 만들어 믹서에서 나올 때는 괜찮아 보였는데, 다음 날 아침이 되면 맑은 오일 층이 위로 떠오르거나 표면에 크림 링이 형성되어 있습니다. 반사적으로 유화제를 더 넣거나, 지난 제품에 효과가 있었던 것으로 바꾸게 됩니다. 실험대를 만지기 전에 후보를 좁힐 수 있는 더 빠른 방법이 있습니다: HLB 시스템 은 “어떤 유화제?”라는 질문을 종이 위에서 풀 수 있는 산수 문제로 바꿔줍니다.
간단히 말하면: HLB(친수성-친유성 균형)는 비이온성 계면활성제가 얼마나 물을 좋아하는지 대 오일을 좋아하는지를 나타내는 0-20 사이의 수치입니다. 낮은 HLB(3-6)는 유중수형(W/O) 유화에 적합하고, 높은 HLB(8-18)는 수중유형(O/W) 유화에 적합합니다. 7-9 정도의 값은 습윤제이고 15-18은 가용화제입니다. 별도로, 모든 오일에는 필요 HLB, 즉 유화제 시스템이 그것을 유화시키는 데 필요한 HLB가 있습니다. 오일상의 필요 HLB에 맞는 유화제를 선택(또는 두 가지를 혼합)합니다. 목표에 도달하려면 다음과 같은 고HLB 유화제를 혼합합니다 폴리소르베이트 80 (HLB 15.0)를 다음과 같은 저HLB 유화제와 sorbitan monooleate (HLB 4.3)를 가중 평균으로 사용합니다. HLB는 후보를 몇 가지로 좁혀줍니다. 안정적인 유화를 보장하지는 않으므로 자신의 시스템에서 여전히 확인해야 합니다.
HLB가 실제로 무엇인가
HLB는 계면활성제의 물을 좋아하는(친수성) 머리와 오일을 좋아하는(친유성) 꼬리 사이의 균형을 점수화한, 대략 0에서 20까지의 단일 수치입니다. William C. Griffin은 1949년 Atlas Powder Company에서 소르비탄 에스테르와 그 에톡실화 폴리소르베이트 대응물과 같은 비이온성 계면활성제를 위해 특별히 이 개념을 도입했습니다. 0에 가까운 값은 분자가 거의 전적으로 오일 가용성임을 의미합니다. 20에 가까운 값은 거의 전적으로 물 가용성임을 의미합니다. 10 근처의 중간점이 교차점입니다.
그리핀의 방법은 조성으로부터 HLB를 계산합니다: 대략 분자에서 친수성인 질량 분율을 0-20으로 조정합니다(에틸렌 옥사이드만으로 된 친수성부의 경우 HLB ≈ 에틸렌 옥사이드 중량 백분율 ÷ 5). 표준 유화제의 값은 공개되어 있고 공급업체 간에 일관되므로 이 계산을 직접 수행할 필요는 없습니다. 실험실에서 중요한 것은 HLB가 가산적이라는 점입니다: 두 유화제를 혼합하면 그 혼합물은 1차 근사로서 중량 평균 HLB를 갖는 단일 유화제처럼 작용합니다. 그 가산성이 전체 시스템을 작동하게 만드는 특성입니다.
HLB 범위의 의미
이 수치는 계면활성제가 무엇에 좋은지 알려줍니다. 이 대역은 척도의 실용적 지도입니다:
| HLB 범위 | 주요 기능 | 용해도 거동 |
|---|---|---|
| 1-3 | 소포제 | 오일 가용성 |
| 3-6 | 유중수형(W/O) 유화제 | 오일 가용성 |
| 7-9 | 습윤 및 분산제 | 분산 / 약한 물 가용성 |
| 8-18 | 수중유형(O/W) 유화제 | 물 가용성 |
| 13-15 | 세제 | 물 가용성 |
| 15-18 | 가용화제 / 설폰산 나트륨 크실렌 | 명확히 물 가용성 |
가장 유용한 단일 구분은 10에 있습니다: 그 아래에서는 유화제가 오일상을 선호하여 오일에 분산된 물방울을 안정화하고, 그 위에서는 유화제가 물을 선호하여 물에 분산된 오일방울을 안정화합니다. 따라서 첫 번째 결정은 원하는 유화 유형입니다. 스킨 로션, 금속가공 냉각제, 그리고 대부분의 농약 스프레이는 O/W이며 고HLB 유화제(8-16)를 필요로 합니다. 무거운 보호 크림이나 유중수형 시추액은 W/O이며 저HLB 유화제(3-6)를 필요로 합니다. 유화 유형을 먼저 결정하십시오. 그것이 당신이 찾고 있는 척도의 절반을 정합니다.
일반적인 폴리소르베이트 및 소르비탄 등급의 HLB 값
폴리소르베이트(에톡실화 소르비탄 에스테르)와 소르비탄 에스테르 계열은 척도를 아우르고 깔끔하게 혼합되기 때문에 HLB 배합의 주력 비이온성 쌍입니다. 아래 값은 업계 전반에 사용되는 표준 공개 수치입니다:
| 등급(일반명) | 화학 | HLB | 경향 |
|---|---|---|---|
| 폴리소르베이트 20 | 에톡실화 소르비탄 모노라우레이트 | 16.7 | O/W, 가용화 |
| 폴리소르베이트 40 | 에톡시화 소르비탄 모노팔미트산 | 15.6 | O/W |
| 폴리소르베이트 80 | 에톡실화 소르비탄 모노올레이트 | 15.0 | O/W |
| 폴리소르베이트 60 | 에톡실화 소르비탄 모노스테아레이트 | 14.9 | O/W |
| 폴리소르베이트 85 | 에톡실화 소르비탄 트리올레이트 | 11.0 | O/W(더 낮음), 커플링 |
| 소르비탄 라우레이트 | 솔비탄모노라우레이트 | 8.6 | 습윤, 저급 O/W 보조 유화제 |
| 소르비탄 이소스테아레이트 | 소르비탄 모노이소스테아레이트 | 4.7 | W/O |
| 모노스테아린산 소르비탄 | 모노스테아린산 소르비탄 | 4.7 | W/O |
| sorbitan monooleate | sorbitan monooleate | 4.3 | W/O |
| 소르브산 트리스테아르산염 | 소르브산 트리스테아르산염 | 2.1 | W/O |
표에서 두 가지 패턴을 읽어낼 가치가 있습니다. 첫째, 소르비탄 에스터를 에톡실화하면(소르비탄을 폴리소르베이트로 바꾸는 폴리에틸렌 글리콜 사슬을 추가하면) HLB가 약 10점 상승하는데, 이것이 바로 이 두 계열이 잘 어울리는 이유입니다: 하나는 높고, 하나는 낮으며, 같은 골격을 가집니다. 둘째, 지방산 꼬리를 추가하면 HLB가 급격히 떨어지므로, 소르브산 트리스테아르산염(2.1)과 같은 트리에스터는 모노에스터인 모노스테아린산 소르비탄(4.7)보다 훨씬 아래에 위치합니다. 높은 HLB 파트너가 필요할 때는 폴리소르베이트를 사용하고, 낮은 HLB 파트너의 경우 같거나 보완적인 지방산의 소르비탄 에스터를 사용하면 화학적 일관성이 유지됩니다.
필요 HLB: 모든 오일에는 목표 값이 있습니다
이를 하나로 묶는 개념이 여기 있습니다. 각 오일, 왁스 또는 오일 상 성분은 필요 HLB (때로는 RHLB로 표기됨): 이를 안정적인 유화액으로 유화하는 데 유화제 시스템이 필요로 하는 HLB 값입니다. 유화제 시스템의 HLB를 오일의 필요 HLB에 맞추면 안정적인 유화액을 얻을 수 있는 범위에 들어갑니다. 몇 점 벗어나면 액적이 합쳐지고 배치가 분리됩니다. 필요 HLB는 실험적으로 결정되며(단계별 HLB 값의 일련의 블렌드로 오일을 유화하고 어느 것이 가장 조밀하고 안정적인 유화액을 주는지 찾습니다), 발표된 값은 출처마다 조금씩 다르므로, 이를 정확한 상수가 아닌 잘 확립된 출발점으로 취급하십시오:
| 오일 상 성분 | 일반적 필요 HLB (O/W용) |
|---|---|
| 페트롤라툼 | 7-8 |
| 실리콘 유체 (디메티콘) | 5-9 |
| 미네랄 오일, 경질 | 10 |
| 미네랄 오일, 중질 | 10-11 |
| 파라핀 | 10 |
| 밀랍 | 9-11 |
| 이소프로필 미리스트 산 | 11.5 |
| 피마자유 | 14 |
| 세틸 알코올 | 13-15.5 |
| 스테아르산 | 15-17 |
실제 오일 상은 단일 성분인 경우가 드물기 때문에, 필요 HLB는 오일 상 중량 기준으로 성분들의 필요 HLB의 가중 평균입니다. 이렇게 하면 유화제 블렌드를 겨냥할 하나의 목표 값이 나옵니다. 권장 사항: 발표된 표에 성분이 없을 때는 빠른 HLB 사다리(약 8에서 16까지 1-2 단계로 블렌드)를 실행하고 값을 추측하는 대신 결과에서 안정성을 읽어내십시오.
블렌드 계산, 실습
두 개의 유화제는 거의 항상 하나보다 성능이 뛰어난데, 이는 높은 HLB와 낮은 HLB 계면활성제가 오일-물 계면의 반대편으로 분배되어 어느 하나만으로 하는 것보다 더 조밀하게 채우기 때문입니다. 계산은 두 개의 짧은 단계입니다.
1단계: 오일 상의 필요 HLB를 찾습니다. O/W 로션의 오일 상이 전체 배합 중량 기준으로 경질 미네랄 오일 15%(필요 HLB 10)와 세틸 알코올 5%(필요 HLB 15.5)라고 가정해 봅시다. 20% 오일 상 내에서 미네랄 오일은 오일의 0.75이고 세틸 알코올은 0.25입니다. 이들의 필요 HLB를 가중 평균합니다:
“ Required HLB (oil phase) = (0.75 x 10) + (0.25 x 15.5) = 7.5 + 3.875 = 11.4 “
2단계: 두 개의 유화제를 그 목표에 맞게 블렌드합니다. 11.4를 사이에 두는 높은 HLB와 낮은 HLB 유화제를 선택합니다. 폴리소르베이트 80(HLB 15.0)과 SORBI탄 모노올E산(HLB 4.3)이 이를 잘 사이에 둡니다. 블렌드에서 높은 HLB 유화제의 비율은:
“ fraction(high) = (target HLB - low HLB) / (high HLB - low HLB) = (11.4 - 4.3) / (15.0 - 4.3) = 7.1 / 10.7 = 0.66 “
따라서 유화제 블렌드는 약 66% 폴리소르베이트 80과 34% SORBI탄 모노올E산. 가중 평균으로 확인하십시오: (0.66 x 15.0) + (0.34 x 4.3) = 9.9 + 1.5 = 11.4. 블렌드 HLB가 오일 상의 필요 HLB에 도달합니다.
3단계: 총 유화제 부하량을 설정합니다. HLB는 *양*이 아니라 *비율*을 알려줍니다. 일반적인 시작 시도는 오일 상 중량의 약 4분의 1에 가까운 총 유화제 부하량이며, 여기서(20% 오일 상) 대략 5%의 총 유화제를 의미하고, 66/34 비율로 나뉩니다: 약 3.3% 폴리소르베이트 80과 1.7% SORBI탄 모노올E산. 이것은 최적화할 출발점이지 최종 답이 아니며, 안정성과 감촉에 따라 총 부하량을 늘리거나 줄이십시오.
반복할 수 있는 선택 워크플로
1. 유화액 유형을 선택합니다. O/W 또는 W/O? 이것은 높은 HLB 시스템(8-16)이 필요한지 낮은 HLB 시스템(3-6)이 필요한지를 설정합니다. 2. 오일 상의 필요 HLB를 계산합니다 모든 오일 상 성분의 가중 평균 필요 HLB로. 3. 높은/낮은 유화제 쌍을 선택합니다 목표를 사이에 두는, 이상적으로는 일치하는 화학 계열(폴리소르베이트 플러스 소르비탄 에스터)에서. 4. 블렌드 비율을 풉니다 위의 비율 공식으로, 그런 다음 가중 평균으로 다시 확인합니다. 5. 시험 총 부하량을 설정합니다 (오일 상 중량의 4분의 1이 합리적인 첫 번째 시도입니다) 그리고 비율로 나눕니다. 6. 만든 다음 테스트합니다. 계산된 값은 검색의 중심이지 결승선이 아니므로, 목표 주변 몇 점의 HLB 사다리와 가속 안정성 검사를 실행하십시오. 주의해야 할 실패 모드에 대해서는 다음을 참조하십시오 유화액이 분리되는 이유.
HLB가 멈추는 지점과 그것이 알려줄 수 없는 것
HLB는 출발점 가이드일 뿐 보장이 아닙니다. 이는 계면활성제 구조 자체의 특성이므로 실제 에멀전을 좌우하는 다른 모든 것, 즉 온도, 전해질 함량, 상 비율, 처리 전단력, 그리고 유화제의 꼬리와 특정 오일 간의 분자적 적합성은 무시합니다. 두 유화제가 모두 HLB 12를 가지더라도 하나는 여러분의 오일에 맞는 꼬리를 가지고 다른 하나는 그렇지 않기 때문에 성능이 매우 다를 수 있습니다. HLB는 또한 이온성 계면활성제를 잘 다루지 못하며(깔끔한 가법적 거동은 비이온성 이야기입니다), 주어진 오일에 대한 최적 HLB는 온도에 따라 이동하는데, 이것이 온도에 민감한 시스템을 위해 관련된 PIT(상 전이 온도) 접근법이 존재하는 이유입니다. 솔직한 트레이드오프는 이렇습니다. HLB는 책상에서 오후 반나절 만에 후보 목록을 수십 개에서 몇 개로 줄여주지만, 최종 선택은 여전히 실험대에서 얻어집니다. 무엇을 출하할지가 아니라 무엇을 먼저 테스트할지 선택하는 데 사용하십시오.
폴리소르베이트와 소르비탄 유화제 소싱
RawSource는 HLB 배합을 위한 완전한 비이온성 유화제 쌍을 공급합니다: 고-HLB 폴리소르베이트(폴리소르베이트 20, 폴리소르베이트 40, 폴리소르베이트 60, 폴리소르베이트 80, 폴리소르베이트 85) 및 저-HLB 소르비탄 에스터(소르비탄 라우레이트, 소르비탄 이소스테아레이트, 소르비탄 모노스테아레이트, sorbitan monooleate, 소르비탄 트리스테아레이트) 대상: 산업용 제조 및 배합 고객을 위해 드럼, IBC, 벌크로 분석성적서(CoA) 문서와 함께 공급합니다. 여러분의 오일 상과 목표 HLB를 알려주시고 자체 HLB 래더를 실행할 수 있도록 고/저 쌍의 샘플을 요청하십시오.
자주 묻는 질문
HLB(친수-친유 균형)란 무엇입니까?
HLB는 비이온성 계면활성제가 친수성 헤드와 친유성 꼬리 사이의 균형을 바탕으로 얼마나 물을 좋아하는지 대 오일을 좋아하는지를 약 0에서 20까지의 숫자로 점수화한 것입니다. 1949년 William Griffin이 도입했습니다. 낮은 값(0에 가까움)은 오일 가용성이고, 높은 값(20에 가까움)은 물 가용성이며, 교차점은 10 근처입니다.
요구 HLB란 무엇입니까?
요구 HLB는 유화제 시스템이 특정 오일을 안정적인 에멀전으로 유화시키기 위해 필요한 HLB 값입니다. 각 오일, 왁스 또는 오일 상 성분은 고유한 요구 HLB를 가지고 있습니다(예를 들어, 경질 미네랄 오일은 약 10, 밀랍은 O/W의 경우 약 9-11입니다). 여러분은 유화제 블렌드의 HLB를 오일 상의 요구 HLB에 맞춥니다. 이는 실험적으로 결정되며 출판된 값은 출처마다 약간씩 다릅니다.
블렌드의 HLB를 어떻게 계산합니까?
중량 가중 평균을 사용하십시오: HLB(블렌드) = (분율 A x HLB A) + (분율 B x HLB B). 목표에 도달하는 데 필요한 고-HLB 유화제의 비율을 구하려면 분율(고) = (목표 HLB – 저 HLB) / (고 HLB – 저 HLB)로 재정렬합니다. 예: Polysorbate 80(15.0)과 소르비탄 모노올레에이트(4.3)로 HLB 11.4에 도달하려면, 분율(고) = (11.4 – 4.3) / (15.0 – 4.3) = 0.66, 따라서 Polysorbate 80 66%와 소르비탄 모노올레에이트 34%입니다.
폴리소르베이트와 소르비탄 HLB의 차이는 무엇입니까?
폴리소르베이트는 에톡실화된 소르비탄 에스터이며, 폴리에틸렌 글리콜 사슬이 강한 친수성을 부여하므로 높은 HLB 값(Polysorbate 80은 15.0, Polysorbate 20은 16.7)을 가지고 O/W 유화제로 작용합니다. 기본 소르비탄 에스터는 그 사슬이 없어 낮은 HLB 값(소르비탄 모노올레에이트 4.3, 소르비탄 모노스테아레이트 4.7)의 친유성이며 W/O 유화제 또는 저-HLB 파트너로 작용합니다. 이들은 골격을 공유하기 때문에 폴리소르베이트와 소르비탄 에스터는 자연스러운 고/저 쌍을 이룹니다.
유중수 대 수중유 에멀전에는 어떤 HLB가 필요합니까?
오일 방울이 연속적인 물 상에 있는 수중유(O/W)의 경우 고-HLB 유화제 시스템이 필요하며, 일반적으로 8-18, 가장 흔하게는 8-16입니다. 물 방울이 연속적인 오일 상에 있는 유중수(W/O)의 경우 저-HLB 시스템이 필요하며, 일반적으로 3-6입니다. 척도의 어느 쪽 절반에서 선택할지를 정하므로 에멀전 유형을 먼저 결정하십시오.
HLB를 맞추면 안정적인 에멀전이 보장됩니까?
아니요. HLB는 후보 유화제를 올바른 영역으로 좁혀주며 이용 가능한 최선의 서류상 스크리닝이지만, 온도, 전해질, 상 비율, 처리 전단력, 그리고 유화제의 꼬리가 특정 오일에 얼마나 잘 맞는지는 무시합니다. 같은 HLB를 가진 두 유화제가 다르게 거동할 수 있습니다. 계산된 HLB를 실험적 탐색의 중심으로 취급하고 여러분 자신의 시스템에서 안정성을 확인하십시오.
편집자 주. 이 문서는 산업 및 배합 전문가를 위한 일반적인 기술 지침입니다. HLB 값은 잘 확립되어 공개된 수치이며 선택을 돕기 위해 여기에 나열되어 있습니다. 오일상의 정확한 필요 HLB, 최적의 유화제 비율, 최종 에멀젼 안정성은 특정 성분, 상 비율, 온도 및 공정에 따라 달라지므로 반드시 귀사의 시스템에서 검증해야 합니다. 시험성적서(CoA)가 귀사가 구매하는 등급을 규정합니다. 폴리소르베이트와 소르비탄 에스테르는 반합성 비이온성 계면활성제입니다. 최신 물질안전보건자료(SDS)를 검토하고 귀사의 용도에 맞게 적절히 취급하십시오. 제품은 산업 및 전문가용으로만 판매됩니다. 여기에 있는 어떠한 내용도 의료, 건강, 안전 또는 효능에 대한 주장이 아닙니다. RawSource는 명시적이든 묵시적이든 어떠한 보증도 하지 않으며 이 정보의 사용에 대해 어떠한 책임도 지지 않습니다.