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Fundamentos del Método HLB (Surfactantes)

El método HLB se basa en un enfoque experimental que asigna un número HLB específico a los agentes emulsionantes, lo cual se deriva de la estabilidad de las emulsiones formuladas. Este número sirve como un indicador del balance hidrofílico-lipofílico de un sistema, lo que permite predecir cómo se comportará un surfactante en una formulación dada. Para establecer este sistema, Griffin utilizó el ácido oleico y el oleato de potasio como surfactantes de referencia, asignando arbitrariamente los valores de 1 y 20 respectivamente. Sin embargo, es importante aclarar que estos números no se establecieron de manera trifásica; en realidad, Griffin determinó que el HLB de un surfactante etoxilado era proporcional a la cantidad de óxido de etileno presente en su estructura, aunque por motivos comerciales optó por presentar este hallazgo como axiomático.

Aplicación y Cálculo del HLB

La metodología empleada por Griffin permite la mezcla de surfactantes de acuerdo con una regla lineal que relaciona las fracciones en peso de cada surfactante con sus correspondientes números HLB. El HLB de la mezcla se puede expresar mediante la fórmula:

 

donde HLB1 y HLB2 son los números HLB de los surfactantes 1 y 2, x1 y x2 sus fracciones en peso en la mezcla y HLBM, el HLB de la mezcla de surfactantes. Esta regla de mezcla no solo permite obtener un rango continuo de HLB entre los surfactantes de referencia, sino que también proporciona la flexibilidad necesaria para extender la escala de HLB más allá de los límites establecidos por los surfactantes de referencia.

Para formular emulsiones, se selecciona un aceite de un HLB requerido específico y se combina con una serie de surfactantes, variando sus fracciones para observar la estabilidad del sistema. El HLB que corresponde a la máxima estabilidad de la emulsión se considera el HLB requerido del aceite, lo que implica que este valor es una propiedad inherente del aceite y no se ve influenciado por el surfactante utilizado.

La Importancia del HLB en la Formulación de Emulsiones

La comprensión del Balance Hidrofílico-Lipofílico (HLB) es fundamental en la ciencia de los surfactantes, ya que este parámetro permite evaluar la capacidad de un emulsionante para estabilizar emulsiones. La experiencia ha demostrado que tanto la regla de mezcla lineal como la invariabilidad del HLB requerido del aceite presentan una alta consistencia en su aplicación, especialmente dentro del rango de HLB de 4 a 14. En este contexto, es crucial observar que los valores de HLB superiores a 14 tienden a ser menos predecibles debido a su comportamiento no lineal.

Esto sugiere que, a pesar de la simplicidad que proporciona el uso de HLB/HLBreq en la formulación de emulsiones, su aplicación presenta limitaciones, especialmente en emulsiones W/O, donde la mayoría de los aceites requiere un HLB singularmente bajo. Esta observación resalta la necesidad de considerar factores como la concentración del surfactante y la temperatura, que pueden influir significativamente en la estabilidad de las emulsiones, más allá del simple cálculo de HLB.

Conoce más sobre: El Equilibrio hidrófilo-lipofílico

Correlación entre HLB y Estructura Química de Surfactantes

La relación entre el valor experimental del HLB y la estructura química de los surfactantes es de suma importancia en la formulación. Griffin identificó correlaciones que permiten estimar el HLB a partir de la composición química de los surfactantes, específicamente para los ésteres de ácidos grasos y polioles. La ecuación HLB = (E + P) / 5, donde E y P representan los porcentajes de óxido de etileno y poliol respectivamente, proporciona un método relativamente preciso para evaluar surfactantes comunes en la industria.

Sin embargo, esta fórmula tiene limitaciones en surfactantes no iónicos que contienen óxido de propileno y en surfactantes iónicos, lo que sugiere la complejidad de la relación entre HLB y estructura, y la necesidad de enfoques más robustos para surfactantes con configuraciones químicas diversas. A pesar de las limitaciones del modelo HLB y su carácter empírico, su utilidad en la formulación de emulsiones es indiscutible, brindando un marco conceptual que facilita el desarrollo de productos diseñados para cumplir con necesidades específicas en diversas aplicaciones industriales.

Griffin (1954) y Becher (1957,1967b), presentan tablas de HLB calculado y medido. Se encontrarán otros datos en las ediciones anuales del Catálogo de Mc Cutcheon (Anual). La tabla 1 del Cuaderno S210 presenta algunos valores para surfactantes muy utilizados.

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