整理一些乳化剂的HLB值计算方法

 方法一：计算亲水亲油平衡值 （HLB值）

表面活性剂的种类繁多，对于一定的体系究竟应采用哪种表面活性剂较合适，效率最高目前对此类问题尚缺乏定量的理论指导。而目前较为一致的看法是，比较表面活性剂分子中的亲水基团的亲水性和亲油基团的亲油性是一项衡量效率的重要指标，而亲水基团的亲水性和亲油基团的亲油性可以有两种较为简单的表示方法：

	表面活性剂的亲水性＝亲水基的亲水性－憎水基的憎水性	(1)
	表面活性剂的亲水性＝亲水基的亲水性/憎水基的憎水性	(2)

前一种方法属差值法，而后一种方法属比值法。

戴维斯（Davis）和格里芬（Griffin）分别从差值法和比值法建立了用H.L.B值（Hydrophile-Lipophile Balance）即"亲憎平衡值"以表示表面活性剂的亲水性的方法。

戴维斯法的计算公式为：

(H.L.B.)D＝7＋∑L＋∑H

(12-86)

其中下标 D 代表戴氏方法，而 L、H 则分别为表12-6中所列各原子基团的（憎水基及亲水基）H.L.B 值。例如十六烷醇 C₁₆H₃₃OH 分子中有一个亲水基 OH 和十六个憎水基（甲基 CH₃－和亚甲基－CH₂－）故查表可得其 H.L.B 值为：(H.L.B.)_D＝7＋16(-0.475)＋1.9＝1.3

表12-6 一些基团的 H.L.B 值(戴维斯法)

亲水基H	HLB值	亲水基H	HLB值	亲水基H	HLB值
-OSO3Na -COOK -COONa	38.7 21.1 19.1 9.4 6.8 2.4	-COOH -OH(游离) -OH(失水山梨醇环中) -(C2H4O)-	2.1 1.9 1.3 0.33	-CF2- -(C3H6O)-	-0.870 -0.475 -0.15

戴维斯法所能提供的数据（HLB值）不多，故其应用有一定的局限性，但其对阐明构成表面活性剂分子各原子基团的结构与其亲媒性（亲水性及亲油性）作用的定量关系有一定意义。

另一计算方法是格里芬法，属比值法。格里芬提出的公式为：

(12-87)

式中下标 G 代表格氏方法，M_H、M_L 和 M 分别为亲水基部分，憎水基部分和表面活性剂的摩尔质量。

这一计算方法最早用于聚乙二醇型和多元醇型的非离子型表面活性剂的 H.L.B 值。石蜡完全没有亲水基，其 H.L.B 值为0，而完全为亲水基的聚乙二醇的 H.L.B 值为20，故非离子型表面活性剂的 H.L.B. 值介于 0～20 之间。

表12-7列举壬烷基酚和环氧乙烷的各种加成物的 H.L.B. 值，并从其在油及水中的溶解变化规律可以看出 H.L.B. 值与表面活性剂的亲水（亲油）性关系-H.L.B. 值愈大则亲水性愈强而 H.L.B. 值愈小则亲油性愈强。

表12-7 壬基酚和环氧烷加成物的 H.L.B. 值

m 环氧乙烷数	H.L.B	溶 解 度
		矿 物 油	水
1 4 5 7 9	3.3 8.9 10 11.7 12.9	极易溶解 易溶解 可溶 稍难溶 难溶乃至不溶	不溶 稍为分散 白色乳浊分散 分散乃至溶解 易溶解

表中数据计算以 m＝4 为例：∵M_壬基酚＝220，M_环氧乙烷＝44，则

H.L.B.值仅适用于非离子型表面活性剂，然而，它能指出每一种活性剂的大致适用于何种用途，故仍具有一定的实际意义，表12-8列举 H.L.B 值与其适应性的数据以供参考。

表12-8 H.L.B.范围和适应性(乳化燃油燃烧原理动画观看)

H.L.B.范围	适 应 性
3～6 7～9 8～15 13～15 15～18	油包水型乳化剂 润湿剂、渗透剂 水包油型乳化剂 洗涤剂 增溶剂

H.L.B. 值常作为选择乳化剂的依据之一。这是因为乳化剂的效率与油相的性质有关，不同的油要求乳化剂有不同的 H.L.B. 值。例如若需要乳化含 20% 石蜡（H.L.B＝10）和 80% 某种芳族矿物油（H.L.B＝13），则所需乳化剂的 H.L.B 值为 10×0.20＋13×0.80＝12.4， 为此目的可试用 60% 聚氧乙烯月桂醇（H.L.B＝16.9）与 40% 聚氧乙烯十六醇（H.L.B＝5.3），所得 H.L.B＝(16.9×0.60)＋(5.3×0.40)＝12.2。

方法二： HLB法(亲水亲油平衡法)和PIT法(相转变温度法). 

现适用于选择乳化剂的方法主要有两种:HLB法(亲水亲油平衡法)和PIT法(相转变温度法).前者适用于各种类型表面活性剂,后者是对前一方法的补充,只适用于非离子型表面活性剂.

1、HLB值与乳化剂筛选

    一个具体的油-水体系究竟选用哪种乳化剂才可以得到性能最佳的乳状液,这是制备乳状液的关键.最可行的方法是通过实验筛选,HLB值有助于筛选工作.通过实验发现,作为O/W型(水包油型)乳状液的乳化剂其HLB值常在8~18之间;作为W/O型(油包水型)乳状液的乳化剂其HLB值常在3~6之间.

在制备乳状液时,除根据欲得乳状液的类型选择乳化剂外,所用油相性质不同对乳化剂的HLB值也有不同要求,并且乳化剂的HLB值应与被乳化的油相所需一致.
   
2、油相被乳化所需乳化剂测定方法

有一种简单的确定被乳化油所需HLB值的方法:目测油滴在不同HLB值乳化剂水溶液表面的铺展情况,当乳化剂HLB值很大时油完全铺展,随着HLB值减小,铺展变得困难,直至在某一HLB值乳化剂溶液上油刚好不展开时,此乳化剂的HLB值近似为乳化油所需的HLB值.这种方法虽然粗糙,但操作简便,所得结果有一定参考价值.

3、混合乳化剂筛选

    第一步先要知道油的HLB值。然后选择阴离子、非离子表面活性剂，调配成与油相相应的HLB值。大功基本告成。
   利用表面活性剂在水中的溶解情况可以估计该表面活性剂的HLB值范围(见表1).
水溶液外观 不分散 不良分散 搅拌后乳状分散 稳定乳状分散 半透明至透明 透明液
HLB值　　　1~4　　 3~6　　　　6~8　　　　　 8~10　　　　10~13　　　13~20
    乳化剂的种类很多，早期选择乳化剂的方法多凭经验，Griffin和Davies提出寻找混合乳化剂的HLB值和测定被乳化的油所需HLB值的方法来选择乳化剂。这种方法是基于每一种乳化剂都具有一定的HLB值，而每一种被乳化的油又都有一个所需HLB值，当选用的乳化剂的HLB值符合油所需HLB值时，就可制得较稳定的乳剂。但是，单个乳化剂所具有的HLB值不一定恰好与被乳化的油所需的HLB值相适应，所以常将两种不同HLB值的乳化剂混合使用，以获得最适的HBL值，混合乳化剂的HLB值可按下式计算
　
         HLB混合＝HLBa•Wa+HLBb•Wb/Wa+Wb　
式中，a、b分别为两种已知HLB值的单个乳化剂，Wa、Wb分别为两种乳化剂的重量

如;液体石蜡所需最适宜HLB值的测定
用吐温80 （HLB＝15.0）及司盘80（HLB＝4.3）配成HLB值为6.0，8.0，10.0，12.0，及14.0的五种混合乳化剂，计算各单个乳化剂的百分用量，填于下表：
HLB 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0
Tween80         
Span80         
    取5支50ml干燥有塞量筒，各加入12ml液体石蜡，再分别加入上述不同HLB值的混合乳化剂1.0ml,剧烈振摇10秒钟，然后加入蒸馏水4ml,振摇20次，然后沿管壁慢慢加入蒸馏水使成全量40ml,振摇30次即成乳剂，经放置5'，10'，30'，60'后，分别观察并记录各乳剂分层毫升数。
HLB 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0
5'后分层ml数         
10'后分层ml数         
30'后分层ml数         
60'后分层ml数         
根据以上观察结果，液体石蜡所需的HLB值为（），所成乳剂属（O/W）型。

方法三、估算法

（一）HLB值的概念

表面活性剂分子中亲水和亲油基团对油或水的综合亲和力称为亲水亲油平衡值（hydrophile－lipophile balance，HLB）。根据经验，将表面活性剂的HLB值范围限定在0～40，其中非离子表面活性剂的HLB值范围为0～20，即完全由疏水碳氢基团组成的石蜡分子的HLB值为0，完全由亲水性的氧乙烯基组成的聚氧乙烯的HLB值为20，既有碳氢链又有氧乙烯链的表面活性剂的 HLB值则介于两者之间。亲水性表面活性剂有较高的 HLB值，亲油性表面活性剂有较低的 HLB值。亲油性或亲水性很大的表面活性剂易溶于油或易溶于水，在溶液界面的正吸附量较少，故降低表面张力的作用较弱。

表面活性剂的HLB值与其应用性质有密切关系,HLB值在3～6的表面活性剂适合用做W/O型乳化剂， HLB值在 8～18的表面活性剂，适合用做 O/W型乳化剂。作为增溶剂的HLB值在13～18，作为润湿剂的 HLB值在 7～9等，如图 4－2所示。

　

图 4－2  不同 HLB值表面活性剂的适用范围

一些常用表面活性剂的HLB值列于表4-3。非离子表面活性剂的HLB值具有加和性，例如简单的二组分非离子表面活性剂体系的HLB值可计算如下：

（4-1）

如，用45％司盘60（HLB=4.7）和55％吐温60（HLB=14.9）组成的混合表面活性剂的HLB值为4.31。但上式不能用于混合离子型表面活性剂HLB值的计算。

（二）HLB值的理论计算法

如果把表面活性剂的HLB值看成是分子中各种结构基团贡献的总和，则每个基团对HLB值的贡献可以用数值表示，这些数值称为HLB基团数（group number），将各个HLB基团数代入下式，即可求出表面活性剂的HLB值，该计算值与一些实验测定法的结果有很好的一致性：

HLB=Σ（亲水基团 HLB数）-Σ（亲油基团HLB数）+7

如十二烷基硫酸钠的HLB值为：

HLB=38.7-（0.475×12）+7=40.0

表面活性剂的一些常见基团及其HLB基团数列于表4-4。

表4-4 用于计算HLB值的基团数

亲水基团              基团数        亲油基团               基团数

-SO4Na             38.7               -CH-                   0.475 -SO3Na              37.4              -CH2-                  0.475 -COOK              21.1              -CH3                   0.475 -COONa             19.1              ＝CH-                  0.476 -N＝                9.4              -CH2-CH2-CH2-O-         0.15 酯(失水山梨醇环)    6.8              -CH-CH2-O-             0.15 酯（自由）          2.4               CH3 -COOH               2.1               苯环                   1.662 -OH（自由）         1.9              -CF2-                   0.870 -O-                 1.3              -CF3                   0.870 -OH（失水山梨醇环） 0.5               CH3 -(CH2CH2O)-          0.33            -CH2-CH-O-               0.15