The HLB value (Hydrophile-Lipophile Balance) of a surfactant is an extremely important concept that quantifies the relative strength and balance between the hydrophilic (water-loving) and lipophilic (oil-lovingهذه القيمة العددية هي مؤشر رئيسي لفهم واختيار مواد السطح النشطة لتطبيقات محددة ، مثل التحلّل ،الرطوبة، الغسيل، وأكثر من ذلك.

نطاق ومعنى قيم HLB

النطاق: عادة من 0 إلى 20 (بعض الأنظمة الموسعة قد تصل إلى 0 إلى 40).

التفسير:

HLB منخفضة (0?? 6): يشير إلى حساسية الدهون / هيدروفوبيزية قوية. هذه المواد السطحيّة لديها ذوبان منخفض أو معدوم في الماء ولكنها تذوب بشكل جيد في الزيت. وهي مناسبة لمستحلبات الماء في الزيت (W / O) ،أجهزة إزالة الرغوة، المشتقات القابلة للذوبان في الزيت، الخ

HLB متوسطة (7 ٪): تظهر قدرات معتدلة على الرطوبة والانتشار.

HLB متوسطة (8 ¢ 15): يوفر إمساحة جيدة للزيت في الماء (O / W). القيم الأعلى تؤدي عمومًا إلى إمساحات أكثر استقرارًا (لأنواع O / W).

ارتفاع HLB (13 ٪): يوفر أداءً جيدًا للتنظيف.

ارتفاع HLB (15 ¢ 18): يشير إلى هيدروفيلية قوية. هذه المواد السطحية النشطة تذوب بشكل جيد في الماء وهي مناسبة للمستحلبات والمذيبات النفطية في الماء (O / W).

HLB مرتفع جداً (> 18): قابلية للذوبان في الماء ممتازة، تستخدم أساساً لذوبان المواد الزيتية في الماء.

أساليب حساب قيم HLB

يمكن تحديد قيم HLB تجريبيًا (على سبيل المثال ، اختبار التحلب ، طريقة نقطة السحابة ، الكروماتوجرافيا) ، ولكن أساليب الحساب القائمة على الهيكل الجزيئي تستخدم بشكل أكثر شيوعًا.فيما يلي الأساليب الرئيسية:

1طريقة غريفين (للمواد السطحيّة غير الأيونيّة على أساس البولي إيثيلين غليكول و إستر حمض الدهون البوليول):

الصيغة: HLB = 20 * (1 - S/A)

S: عدد التخفيف (mg KOH المطلوبة لتحييد الأحماض الحرة وتخفيف الإسترات في 1 غرام من العينة).

ج: عدد الأحماض (mg KOH المطلوبة لتحييد 1 غرام من الأحماض الدهنية).

القيود: تتطلب قيمة صبوني و حمضية دقيقة. لا تنطبق على المواد السطحيّة ذات قيم صبوني غير معروفة أو صعبة تحديدها (مثل استرات الروزين، مشتقات اللانولين،البوليثيرات).

2طريقة مساهمة المجموعة (أسلوب ديفيز) تطبيق أوسع

هذه الطريقة تفكك جزيء المواد السطحيّة إلى مجموعات مختلفة (الهيدروفيليّة والليبوفيليّة) ، ويتم تخصيص قيمة محددة لكل منها (رقم المجموعة).

الصيغة: `HLB = 7 + Σ(أرقام المجموعات الهيدروفيلية) - Σ ((أرقام المجموعات الليبوفيلية) `

أرقام المجموعات المشتركة:

المجموعات الهيدروفيلية:

-سو4 - نا +: 38.7

-كوك+: 211

-كوفا-نا+: 191

أمين ثالثي: 9.4

-كوه: 21

-OH (حرة): 1.9

-أو: 13

-CH2CH2O- (وحدة أكسيد الإيثيلين): 0.33 (المستخدمة في معظم الأحيان لأثيرات البوليوكسي إيثيلين)

-CH2CH2CH2O- (وحدة أكسيد البروبيلين): -0.15

المجموعات الليبوفيلية:

-CH- / -CH2- / -CH3: -0.475

=CH-: -0.475

-CF2- / -CF3 ((سلاسل الفلوروكربون): ≈ -0.87 (قد تختلف)

حلقة البنزين: -1.662

حلقة البنزين: -1.662

خطوات الحساب:

1تحديد جميع المجموعات في الجزيء.

2ابحث عن رقم المجموعة لكل مجموعة هيدروفيلية / ليبوفيلية

3مجموع كل أرقام المجموعات الهيدروفيلية

4مجموع كل أرقام المجموعات الليبوفيلية

5تطبيق الصيغة: HLB = 7 + (ΣHydrophilic) - (ΣLipophilic).

المزايا: قابلية التطبيق الواسعة ، تعمل لكل من المواد الصناعية للأيونات وغير الأيونية (بما في ذلك تلك غير المناسبة لطريقة غريفين) ، طالما أن الهيكل الجزيئي معروف.

العيوب: تتطلب بنية جزئية دقيقة؛ قد يكون لبعض المجموعات المعقدة أرقام مجموعة غير مؤكدة أو غير متوفرة.

3الحسابات المبسطة لأثيرونات غليكول البولي إيثيلين والمواد السطحية غير النيونية البولي إيثير:

الصيغة: `HLB = (E / 5) `

E: نسبة الوزن من سلسلة البولي إيثيلين غليكول (أكسيد الإيثيلين، EO) في جزيء عامل السطح.

الصيغة الأكثر عمومية: `HLB = (وزن جزئي للجزء الهيدروفيلي / الوزن الجزيئي الإجمالي) * (20 / k) `

بالنسبة للمواد السطحيّة النشطة التي لا تحتوي إلا على البوليوكسي إيثيلين كجماعة هيدروفيلية (مثل إيثوكسيلات الكحول الدهني AEO، إيثوكسيلات الفينول الألكيل APEO) ، k = 1، بتبسيط إلى:`HLB = (الوزن الجزيئي لسلسلة EO/الوزن الجزيئي الإجمالي) * 20`

بالنسبة لأسترات الأحماض الدهنية البوليولية (على سبيل المثال ، سلسلة سبان) ، k = 5 ، ببساطة إلى: `HLB = (E / 5)` ، حيث `E` هي نسبة الوزن من وحدات EO (٪ EO).

الميزة: حساب سريع وسهل للمواد السطحيّة غير الأيونية المعتادة على أساس البوليثير.

التطبيقات العملية لقيم HLB

قيم HLB مركزية لتطبيقات المواد السطحيّة:

1التبخير: التطبيق الأكثر أهمية لـ HLB.

المرحلة الزيتية المطلوبة من HLB: كل زيت أو خليط زيت لديه "مرحلة الزيت المطلوبة" المحددة لتشكيل المستحلبات المستقرة (O / W أو W / O) ، عادة ما يتم تحديدها تجريبيا.

اختيار المستحلبات: يتم اختيار المستحلبات الفردية أو المختلطة بناءً على نوع المستحلبة ذات الاهتمام (O / W أو W / O) والقيمة المطلوبة HLB من مرحلة الزيت.

المحلبات O / W: عادةً ما تتطلب محلبات HLB أعلى (8 ′′ 18).

مستحلبات W / O: تتطلب مستحلبات HLB أقل (3 ′′ 6).

المحلبات المختلطة: غالبًا ما يتم خلط محلبين أو أكثر بقيم HLB مختلفة لتحقيق HLB الأمثل لمرحلة الزيت وتحسين كفاءة المحلبة (تأثير التآزر).يتم حساب HLB للخليط كمتوسط موازن:

مزيج HLB = (W1 * HLB1 + W2 * HLB2 +... + Wn * HLBn) / (W1 + W2 +... + Wn)

- نعم

`W1, W2, ...، Wn ≠ هي كتلة كل عنصر، و HLB1، HLB2 ..., HLBn ≠ هي قيم HLB الخاصة بهم.

2.الذوبان: إذابة المواد القابلة للذوبان في الماء (مثل العطور والزيوت والأدوية) في ميكيلات السطحي النشط لتشكيل محلولات واضحة أو شفافة.

يتطلب مستويات عالية من المواد السطحيّة الفعّالة لـ HLB (> 15 ، على سبيل المثال ، سلسلة Tween ، سلسلة Cremophor RH) لتشكيل ميسيلات كبيرة بما فيه الكفاية.

3التبختر: يجب أن توازن عوامل التنظيف بين الرطوبة والتصبغ والذوبان والتشتت.

عادة ما يتطلب HLB متوسطة إلى عالية (13 ′′ 15) لإزالة الزيت الفعالة وتشتيتها في الماء.

4الرطوبة والانتشار: تقليل زاوية اتصال السائل على سطح صلب لتعزيز الرطوبة أو الانتشار.

ويتم تحقيق ذلك بشكل أفضل باستخدام المواد السطحيّة النشطة المتوسّطة من HLB (7-9) ، والتي تقلل بفعالية من التوتر السطحي وتمتص بسرعة في الواجهات.

5إزالة الرغوة ومكافحة الرغوة: كسر أو منع تشكيل الرغوة.

يتطلب مواد فعالة سطحية منخفضة HLB (1 ′′ 3) ذات دقة منخفضة في الوسيط الرغوي (على سبيل المثال ، سلسلة Span ، سلسلة polyether L ، مضادات الرغوة السيليكونية).إنهم يبدلون العوامل المثبتة للرغوة في واجهة الهواء السائليقلل من قوة الفيلم.

6التشتت: استقرار الجسيمات الصلبة في الوسيط السائل.

يعتمد اختيار HLB على وسط التشتت (الماء أو الزيت) وخصائص سطح الجسيمات.

جزيئات هيدروفوبية في الماء: HLB متوسطة إلى عالية.

جزيئات هيدروفيلية في الزيت: HLB منخفضة.

اعتبارات مهمة

المبادئ التوجيهية، وليس القاعدة المطلقة: HLB هو أداة فحص قوية ولكن ليس المعيار الوحيد.درجة الحرارة، جودة المياه، الحموضة، والمواد الإضافية الأخرى. يجب التحقق من صحة الصيغ النهائية تجريبيا.

البيانات التجريبية: العديد من الزيوت الشائعة (البارافين، الزيوت النباتية، السيليكونات) ومواد السطح النشطة قد نشرت نطاقات HLB للفحص الأولي.

المواد السطحية النشطة الأيونية مقابل غير الأيونية: تطبق طرق غريفين وطرق البوليثير المبسطة بشكل رئيسي على المواد السطحية النشطة غير الأيونية. غالبًا ما تستخدم المواد السطحية النشطة الأيونية طريقة ديفيز ،ويتأثر HLB أكثر بقوة الأيونات و pH.

تأثيرات درجة الحرارة: بالنسبة لمواد السطح النشطة غير الأيونية (وخاصة إيثيرات البوليوكسي إيثيلين) ، فإن زيادة درجة الحرارة تقلل من الدسمة في الماء ، مما يقلل بشكل فعال من HLB (ظاهرة نقطة الغيمة).هذا أمر حاسم للتطبيقات عالية درجة الحرارة أو حساسة لدرجة الحرارة.

الاستنتاج

فهم قيم HLB وحسابها وتطبيقاتها العملية أمر أساسي لاختيار وتصميم تركيبات المواد النشطة السطحية.يمكن للشخص أن يحد بسرعة من المرشحين للمواد النشطة السطحية ويتوقع مدى ملاءمتهم للتحلّلومع ذلك، لا يزال HLB معيارًا تجريبيًا ومرشدًا؛ يجب تأكيد أداء الصياغة النهائية واستقرارها من خلال اختبارات صارمة.إنها أداة لا غنى عنها في مجموعة أدوات المصمم، لكن فتح الصيغة المثالية يتطلب أيضا الخبرة والحكم الشامل.