7.3.2 HLB systemIn spite of many ad

7.3.2 HLB system
In spite of many advances in the theory of
stability of lyophobic colloids, resort has still
to be made to an empirical approach to the
choice of emulsifier, devised in 1949 by Griffin.
In this system we calculate the hydrophile–
lipophile balance (HLB) of surfactants, which
is a measure of the relative contributions of
the hydrophilic and lipophilic regions of the
molecule. Values of the effective HLB of
surfactant mixtures can be calculated.
The HLB number of a surfactant is calculated according to an empirical formula. For
nonionic surfactants the values range from 0
to 20 on an arbitrary scale (see Fig. 7.12). At
the higher end of the scale the surfactants are
hydrophilic and act as solubilising agents,
detergents and ow emulsifiers. To maintain
stability, an excess of surfactant is required in
the continuous phase; hence, in general,
water-soluble surfactants stabilise ow emulsions and water-insoluble surfactants stabilise
wo emulsions. Oil-soluble surfactants with a
low HLB act as wo emulsifiers. In the stabilisation of oil globules it is essential that there
is a degree of surfactant hydrophilicity to
confer an enthalpic stabilising force and a
degree of hydrophobicity to secure adsorption
at the ow interface. The balance between the
two will depend on the nature of the oil and
the mixture of surfactants; hence the need to
apply the HLB system. The HLB of polyhydric
alcohol fatty acid esters such as glyceryl
monostearate may be obtained from equation
(7.14)
(7.14)
where S is the saponification number of the
ester and A is the acid number of the fatty
acid. The HLB of polysorbate 20 (Tween 20)
calculated using this formula is 16.7, with
S # 45.5 and A # 276.
Typically, the polysorbate (Tween) surfactants have HLB values in the range 9.6–16.7;
the sorbitan ester (Span) surfactants have
HLBs in the lower range of 1.8–8.6.
For those materials for which it is not possible to obtain saponification numbers, for
example beeswax and lanolin derivatives, the
HLB is calculated from
(7.15)
where E is the percentage by weight of oxyethylene chains, and P is the percentage by
weight of polyhydric alcohol groups (glycerol
or sorbitol) in the molecule.
Figure 7.12 The HLB scale and the approximate ranges into which solubilising agents, detergents, emulsifiers and
antifoaming agents fall.
Calculation of HLB of a polysorbate
Polysorbate 20 has a molecular weight of
approximately 1300 and contains 20 oxyethylene groups and two sorbitan rings. Thus,
Hence,
If the hydrophile consists only of oxyethylene
groups (CH 2CH 2O, mol. wt. # 44), a simpler
version of the equation is
(7.16)
giving the upper end of the scale (20) for
polyoxyethelene glycol itself.
Some HLB values of typical surfactants used
in pharmacy are given in Table 7.2. A more
detailed list is given in Tables 6.7 and 6.8.
Group contribution
The HLB system has been put on a more quantitative basis by Davies, who calculated group
contributions (group numbers) to the HLB
number such that the HLB was obtained from
(7.17)
Some group numbers are given in Table 7.3.
Choice of emulsifier or emulsifier mixture
The appropriate choice of emulsifier or emulsifier mixture can be made by preparing a
series of emulsions with a range of surfactants
of varying HLB. It is assumed that the HLB of a
mixture of two surfactants containing fraction
f of A and (l 0 f) of B is the algebraic mean of
the two HLB numbers:
(7.18)
For reasons not explained by the HLB
system, but from other approaches, mixtures
of high HLB and low HLB give more stable
emulsions than do single surfactants. Apart
from the possibility of complex formation
at the interface, the solubility of surfactant
components in both the disperse and the
continuous phase maintains the stability of
the surfactant film at the interface from the
reservoirs created in each phase. In the experimental determination of optimum HLB,
creaming of the emulsion is observed and is
taken as an index of stability. The system with
the minimum creaming or separation of
phases is deemed to have an optimal HLB. It is
therefore possible to determine optimum HLB
numbers required to produce stable emulsions
of a variety of oils. Table 7.4 shows the
required HLB of surfactants to achieve stability
of five oils. A more sensitive method would be
to determine the mean globule size in emulsions using modern techniques such as laser
diffraction methods to produce data such as
those in Fig. 7.13. For the mineral oil-in-water
emulsion stabilized by a mixture of two
Figure 7.13 Variation of mean globule size in a mineral
oil-in-water emulsion as a function of the HLB of the
surfactant mixtures present at a level of 2.5%. Surfactants:
Brij 92–Brij 96 mixtures.
Source: P. Depraetre, M. Seiller, A. T. Florence and F. Puisieux (unpublished)
nonionic surfactants, an optimal HLB of
between 7.5 and 8 is identified.
At the optimum HLB the mean particle size
of the emulsion is at a minimum (Fig. 7.13)
and this factor would explain to a large extent
the stability of the system (see equations 7.1
and 7.2, for example).
Although the optimum HLB values for
forming ow emulsions are obtained in this
way, it is possible to formulate stable systems
with mixtures of surfactants well below the
optimum. This is sometimes because of the
formation of a viscous network of surfactant
in the continuous phase. The high viscosity of
the medium surrounding the droplets prevents their collision and this overrides the
influence of the interfacial layer and barrier
forces due to the presence of the adsorbed
layer.
The HLB system has several drawbacks. The
calculated HLB, of course, cannot take account
of the effect of temperature or that of additives. The presence in emulsions of agents
which salt-in or salt-out surfactants will.
respectively increase and decrease the effective
(as opposed to the calculated) HLB values.
Salting-out the surfactant (for example, with
NaCl) will make the molecules less hydrophilic and one can thus expect a higher
optimal calculated HLB value for the stabilising surfactant for ow emulsions containing
sodium chloride. Examples are shown in
Fig. 7.14 in which the effects of NaCl and NaI
are compared.

Kết quả (Việt) 1:

7.3.2 hệ thống HLBMặc dù nhiều tiến bộ trong lý thuyếtsự ổn định của hệ keo lyophobic, khu nghỉ mát có vẫn cònđược thực hiện cho một cách tiếp cận thực nghiệm để cácsự lựa chọn của emulsifier, nghĩ ra năm 1949 bởi Griffin.Trong hệ thống này chúng tôi tính toán hydrophile-sự cân bằng lipophile (HLB) của bề mặt, màlà một thước đo của sự đóng góp tương đối củavùng Purifying và lipophilic của cácphân tử. Giá trị của HLB hiệu quả củahỗn hợp chất có thể được tính toán.HLB, số một chất được tính theo một công thức thực nghiệm. Chononionic bề mặt các giá trị nằm trong khoảng từ 0đến 20 trên một quy mô tùy ý (xem hình 7,12). Tạicuối cao quy mô các bề mặtPurifying và hành động như các tác nhân solubilising,chất tẩy rửa và ow natri NaNO2. Để duy trìsự ổn định, một vượt quá chất là cần thiết tronggiai đoạn liên tục; do đó, trong tổng hợp,hòa tan trong nước bề mặt ổn định ow nhũ tương và không hòa tan nước bề mặt ổn địnhwo nhũ tương. Các bề mặt hòa tan dầu với mộtthấp HLB hoạt động như natri NaNO2 wo. Ở ổn định dầu giọt nó là điều cần thiết mà cómột mức độ chất hydrophilicity đểCác hạt này một lực lượng enthalpic cánh và mộtmức độ hydrophobicity để an toàn hấp phụtại các ow giao diện. Sự cân bằng giữa cáchai sẽ phụ thuộc vào bản chất của dầu vàhỗn hợp của bề mặt; Vì thế sự cần thiết phảiáp dụng hệ thống HLB. HLB của polyhydricrượu acid béo Este chẳng hạn như glycerylmonostearate có thể được lấy từ phương trình(7.14)(7.14)trong đó S là số saponification của cácEste và A là số béo, axitaxit. HLB polysorbate 20 (Tween 20)tính toán bằng cách sử dụng công thức này là 16,7, vớiS # 45,5 và A # 276.Thông thường, bề mặt polysorbate (giữa) có giá trị HLB trong phạm vi 9.6-16,7;bề mặt ester (Span) sorbitan cóHLBs trong khoảng 1,8-8.6, thấp.Những vật liệu mà nó là không thể để có được con số saponification, choVí dụ sáp ong và bôi derivatives, cácHLB được tính từ(7,15)nơi E là tỷ lệ phần trăm theo trọng lượng của dây chuyền oxyethylene, và P là tỷ lệ phần trăm củatrọng lượng của polyhydric rượu nhóm (nhóm glycerolhoặc sorbitol) trong phân tử.Con số 7,12 The HLB quy mô và phạm vi gần đúng vào những đại lý solubilising, chất tẩy rửa, natri NaNO2 vàĐại lý antifoaming rơi.Tính toán của HLB polysorbate mộtPolysorbate 20 có trọng lượng phân tử củakhoảng cách và có 20 oxyethylene nhóm và hai sorbitan nhẫn. Do đó,Do đó,Nếu hydrophile bao gồm chỉ của oxyethyleneNhóm (CH 2CH 2O, mol. wt # 44), một đơn giảnCác phiên bản của phương trình là(7.16)cho phía trên của quy mô (20)glycol polyoxyethelene chính nó.Một số giá trị HLB của bề mặt điển hình được sử dụngtrong dược phẩm được đưa ra trong bảng 7.2. Một chi tiếtdanh sách chi tiết được đưa ra trong bảng 6.7 và 6.8.Nhóm đóng gópHệ thống HLB đã được đặt trên cơ sở định lượng hơn bởi Davies, người tính Nhómđóng góp (nhóm số) cho HLBsố như vậy mà HLB thu được từ(7,17)Một số con số nhóm được đưa ra trong bảng 7.3.Sự lựa chọn của emulsifier hoặc hỗn hợp emulsifierSự lựa chọn thích hợp của emulsifier hoặc emulsifier hỗn hợp có thể được thực hiện bằng cách chuẩn bị mộtloạt các nhũ tương với một loạt các bề mặtcủa HLB khác nhau. Nó giả định rằng HLB của mộthỗn hợp của hai bề mặt có chứa phầnf của A và (l 0 f) của B là có nghĩa là đại số củaHLB hai con số:(7,18)Vì lý do không được giải thích bởi HLBHệ thống, nhưng từ phương pháp tiếp cận khác, hỗn hợpHLB cao và thấp HLB cho ổn định hơnnhũ tương hơn đơn bề mặt. Ngoàitừ khả năng hình thành phức tạpgiao diện, độ hòa tan chấtCác thành phần trong cả hai disperse và cácgiai đoạn liên tục duy trì sự ổn định củabộ phim chất tại giao diện từ cácHồ chứa tạo trong từng giai đoạn. Trong việc xác định thử nghiệm tối ưu HLB,creaming của nhũ tương là quan sát và làthực hiện như là một chỉ số của sự ổn định. Hệ thống vớicreaming tối thiểu hoặc táchgiai đoạn được coi là có một HLB tối ưu. Nó làdo đó có thể xác định tối ưu HLBsố yêu cầu để sản xuất ổn định nhũ tươngmột loạt các loại dầu. 7.4 bảng cho thấy cácyêu cầu HLB của bề mặt để đạt được sự ổn địnhCác loại dầu năm. Một phương pháp nhạy cảm hơn sẽđể xác định kích thước trung bình giọt trong nhũ tương bằng cách sử dụng các kỹ thuật hiện đại như lasernhiễu xạ phương pháp để sản xuất dữ liệu chẳng hạn nhưnhững người trong hình 7,13. Dầu khoáng sản-trong-nướcnhũ tương ổn định bởi một hỗn hợp của haiCon số 7,13 biến thể kích thước trung bình giọt trong khoáng vậtnhũ tương dầu trong nước như là một chức năng của HLB của cáchỗn hợp chất hiện nay ở một mức độ của 2,5%. Bề mặt:Hỗn hợp Brij 92-Brij 96.Nguồn: P. Depraetre, M. Seiller, A. T. Florence và F. Puisieux (chưa được công bố)nonionic bề mặt, một HLB tối ưu củatừ 7.5 đến 8 được xác định.Tại HLB tối ưu kích thước hạt trung bìnhnhũ tương là ở mức tối thiểu (hình 7,13)và yếu tố này sẽ giải thích cho một mức độ lớnsự ổn định của hệ thống (xem phương trình 7.1và 7.2, ví dụ).Mặc dù HLB tối ưu giá trị choow hình thành nhũ tương được thu được ở đâycách này, ta có thể xây dựng hệ thống ổn địnhvới hỗn hợp của bề mặt cũng dưới đây cáctối ưu. Điều này đôi khi vì cáchình thành của một mạng lưới nhớt của chấttrong giai đoạn liên tục. Độ nhớt cao củamôi trường xung quanh các giọt ngăn chặn va chạm của họ và điều này sẽ thay thế cácảnh hưởng của interfacial lớp và rào cảnlực lượng do sự hiện diện của các adsorbedlớp.Hệ thống HLB có một số nhược điểm. Cáctính toán HLB, tất nhiên, không thể lấy tài khoảnnhững ảnh hưởng của nhiệt độ hoặc các chất phụ gia. Sự hiện diện trong nhũ tương của đại lýnhững bề mặt muối trong hoặc muối-out sẽ.tương ứng tăng và giảm những hiệu quả(như trái ngược với các tính toán) Giá trị HLB.Ướp muối-out chất (ví dụ, vớiNaCl) sẽ làm cho các phân tử ít Purifying và một do đó có thể hy vọng một cao hơngiá trị HLB tính tối ưu cho chất cánh cho ow nhũ tương có chứanatri clorua. Ví dụ được hiển thị trongHình 7.14 trong đó những ảnh hưởng của NaCl và NaIđược so sánh.

Kết quả (Việt) 2:

7.3.2 Hệ thống HLB
Mặc dù có nhiều tiến bộ trong học thuyết về
sự ổn định của chất keo lyophobic, resort vẫn
phải được thực hiện một cách tiếp cận thực nghiệm đối với
sự lựa chọn của chất nhũ hóa, phát minh vào năm 1949 bởi Griffin.
Trong hệ thống này, chúng tôi tính toán hydrophile-
lipophile cân bằng (HL) của bề mặt, mà
là một thước đo của sự đóng góp tương đối của
các vùng ưa nước và ưa mỡ của các
phân tử. Giá trị của HLB hiệu quả của
hỗn hợp bề mặt có thể được tính toán.
Số HLB của một bề mặt được tính theo một công thức kinh nghiệm. Đối với
hoạt động bề mặt không ion các giá trị nằm trong khoảng từ 0
đến 20 trên một quy mô tùy ý (xem hình. 7.12). Vào
cuối cao hơn của các quy mô hoạt động bề mặt là
hydrophilic và hành động như đại lý solubilising,
chất tẩy rửa và chất nhũ ow. Để duy trì
sự ổn định, một dư thừa của bề mặt là cần thiết trong
giai đoạn liên tục; do đó, nói chung,
bề mặt tan trong nước ổn định nhũ tương ow và bề mặt không tan trong nước ổn định
wo nhũ tương. Bề mặt tan trong dầu với một
HLB hành thấp wo chất nhũ hoá. Trong sự ổn định của các giọt dầu nó là cần thiết rằng có
một mức độ của bề mặt hydrophilicity để
trao một lực lượng ổn định enthalpic và một
mức độ sợ nước để đảm bảo hấp thụ
tại bề ow. Sự cân bằng giữa
hai sẽ phụ thuộc vào tính chất của dầu và
hỗn hợp của bề mặt; vì vậy cần phải
áp dụng các hệ thống HLB. Các HLB của polyhydric
béo rượu este axit như glyceryl
monostearate có thể thu được từ phương trình
(7.14)
(7.14)
trong đó S là số xà phòng hóa
este và A là số axit của béo
axit. Các HLB của polysorbate 20 (Tween 20)
tính bằng công thức này là 16,7, với
S # 45,5 và A # 276.
Thông thường, polysorbate (Tween) bề mặt có giá trị HLB trong khoảng 9,6-16,7;
ester sorbitan (Span) bề mặt đã
HLBs trong phạm vi thấp hơn 1,8-8,6.
Đối với những vật liệu mà nó không thể có được số xà phòng hóa, cho
ví dụ sáp ong và lanolin phái sinh, các
HLB được tính từ
(7.15)
trong đó E là tỷ lệ phần trăm theo khối lượng của chuỗi oxyetylen , và P là tỷ lệ phần trăm của
trọng lượng của các nhóm rượu polyhydric (glycerol
hoặc sorbitol) trong phân tử.
Hình 7.12 Quy mô HLB và những dãy xấp xỉ vào mà đại lý solubilising, chất tẩy rửa, chất nhũ hoá và
chống tạo bọt đại lý giảm.
Tính HLB của một polysorbate
Polysorbate 20 có trọng lượng phân tử
khoảng 1300 và có 20 oxyetylen nhóm và hai chiếc nhẫn sorbitan. Như vậy,
Do đó,
Nếu hydrophile chỉ gồm oxyetylen
nhóm (CH 2CH 2O, mol. wt. # 44), một đơn giản hơn
phiên bản của phương trình là
(7.16)
cho phần trên của thang (20) cho
polyoxyethelene glycol tự.
Một số giá trị HLB của bề mặt điển hình được sử dụng
trong ngành dược được đưa ra trong Bảng 7.2. A nhiều hơn
danh sách chi tiết được trình bày trong bảng 6.7 và 6.8.
đóng góp Nhóm
Hệ thống HLB đã được đưa vào một cơ sở định lượng hơn bằng cách Davies, người đã tính toán nhóm
đóng góp (số nhóm) cho HLB
số như vậy mà HLB thu được từ
(7.17)
Một vài số nhóm được đưa ra trong Bảng 7.3.
Lựa chọn chất nhũ hóa hoặc hỗn hợp chất nhũ
Sự lựa chọn thích hợp của chất nhũ hóa hoặc hỗn hợp chất nhũ hóa có thể được thực hiện bằng cách chuẩn bị một
loạt các nhũ tương với một loạt các hoạt động bề mặt
khác nhau của HLB. Người ta cho rằng các HLB của một
hỗn hợp của hai bề mặt có chứa phần
f của A và (l 0 f) của B là trung bình đại số của
hai số HLB:
(7.18)
Vì lý do không được giải thích bởi các HLB
hệ thống, nhưng từ khác phương pháp tiếp cận, các hỗn hợp
của HLB cao và thấp HLB cho ổn định hơn
so với nhũ tương làm bề mặt duy nhất. Ngoài
từ khả năng tạo phức
với giao diện, tính hòa tan của hoạt động bề mặt
thành phần trong cả hai phân tán và các
giai đoạn liên tục duy trì sự ổn định của
các bộ phim surfactant ở giao diện từ các
hồ chứa tạo ra trong từng giai đoạn. Trong việc xác định thực nghiệm tối ưu HLB,
đánh kem của nhũ tương được quan sát và được
coi là một chỉ số ổn định. Các hệ thống với
các creaming tối thiểu hoặc tách
giai đoạn được coi là có một HLB tối ưu. Đó là
do đó có thể xác định HLB tối ưu
số cần thiết để sản xuất nhũ tương ổn định
của một loạt các loại dầu. Bảng 7.4 cho thấy sự
cần thiết của HLB bề mặt để đạt được sự ổn định
trong năm loại dầu. Một phương pháp nhạy cảm hơn sẽ được
để xác định kích thước các giọt nhũ tương có nghĩa là trong sử dụng các kỹ thuật hiện đại như laze
phương pháp nhiễu xạ để sản xuất các dữ liệu như
những người trong hình. 7.13. Đối với các khoáng sản dầu-trong-nước
nhũ tương ổn định bằng một hỗn hợp của hai
Hình 7.13 Biến thể của kích thước giọt trung bình trong một khoáng sản
dầu-trong-nước nhũ tương là một chức năng của HLB của
hỗn hợp bề mặt hiện nay ở mức 2,5%. Bề mặt:
Brij 92-Brij 96 hỗn hợp.
Nguồn: P. Depraetre, M. Seiller, AT Florence và F. Puisieux, Seine-et-Marne (chưa xuất bản)
hoạt động bề mặt không ion, một HLB tối ưu
giữa 7,5 và 8 được xác định.
Tại HLB tối ưu kích thước trung bình hạt
của nhũ tương là ở mức tối thiểu (Hình 7.13).
và yếu tố này sẽ giải thích cho một mức độ lớn
sự ổn định của hệ thống (xem phương trình 7.1
và 7.2, ví dụ).
Mặc dù giá trị HLB tối ưu cho
hình thành nhũ tương ow thu được trong này
cách, có thể xây dựng hệ thống ổn định
với hỗn hợp của bề mặt thấp hơn
tối ưu. Điều này đôi khi vì sự
hình thành của một mạng nhớt của bề mặt
trong giai đoạn liên tục. Độ nhớt cao của
môi trường xung quanh các giọt nước ngăn chặn va chạm của họ và điều này sẽ ghi đè các
ảnh hưởng của các lớp và các rào cản bề
lực lượng do sự hiện diện của hấp phụ
lớp.
Hệ thống HLB có một số nhược điểm. Các
HLB tính toán, tất nhiên, không thể lấy tài khoản
của các tác động của nhiệt độ hoặc các chất phụ gia. Sự có mặt tại các đại lý nhũ tương
có muối hoặc muối ra khỏi bề mặt sẽ.
tương ứng tăng và giảm hiệu quả
(như trái ngược với các tính toán) giá trị HLB.
muối-ra hoạt động bề mặt (ví dụ, với
NaCl) sẽ làm cho các phân tử nhỏ một hydrophilic và do đó có thể mong đợi một cao
tối ưu tính HLB giá trị cho các bề mặt ổn định cho nhũ ow chứa
natri clorua. Các ví dụ được thể hiện trong
hình. 7.14 trong đó ảnh hưởng của NaCl và NaI
được so sánh.