表面活性剂一端亲水

（一）HLB的概念

为了建立溶液中表面活性剂亲水性与官能团之间的定量关系，Griffin提出表面活性剂的HLB（Hydrophilicity-Lipophilic-Balance）概念。HLB值是表示分子中亲水和亲油的两个相反基团的大小和作用的平衡，简单说，表示亲水亲油的平衡。后来Davies扩展了Griffin的概念，提出表面活性剂的基团与其HLB值相对应，即HLB值是由分子的化学结构、极性强弱或分子中的水合作用决定的。

表3-2显示了表面活性剂水溶液状态对表面活性剂的HLB值的依赖性，同时给出不同HLB值的表面活性剂的典型应用。数据还显示，HLB值低表示亲油性强，反之则表示亲水性强，其平衡点为 0左右，通过HLB值可以预见表面活性剂的性能、作用与用途。用于W/O乳液的乳化剂应该是憎水性的，HLB值在3~6，而用于O/W型的乳化剂的HLB值应在8~ 4。但这一用途不是绝对的，例如，鲸蜡醇虽有较强的亲油性，却常用作O/W型乳液的助乳化剂。

温度的变化对表面活性剂的应用会产生一定的影响，特别是在乳化过程中，温度升高和乳液在低温情况下存放，都会产生性质的变化。聚氧乙烯类型非离子表面活性剂对温度十分敏感。许多该类表面活性剂在室温形成O/W乳液，但升高温度则形成W/O乳液。许多因素如水中电解质浓度，油的极性以及水与油的比例等都影响到乳液类型。很明显，HLB值不能作为决定乳化剂所形成的乳液类型的唯一条件。一些常用乳化剂的HLB值见表3-3。

*为阴离子表面活性剂，其余全部为非离子型表面活性剂；Span（司盘）是失水山梨醇脂肪酸酯类型乳化剂；Tween（吐温）是聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯类型乳化剂；Atlas（阿特拉斯）是聚氧乙烯脂肪醇醚类型乳化剂。

（二）HLB的理论计算

. 离子型表面活性剂

Griffin将表面活性剂分子结构分解为一些基团，有的基团使HLB值增大，有的则使HLB值降低。根据每一个基团对HLB值的贡献大小来计算表面活性剂的HLB值。该方法适用于离子型表面活性剂。J.T.Davies根据表面活性剂的HLB实验值计算出各种基团的HLB数值，式中各种基团的HLB基团数值见表3-4。

表3-4中所列的基团数值为正值，表示该基团是亲水性的，为负值表示该基团是亲油性的，计算时要将其绝对值带入公式中。

其计算公式如下：

HLB=Σ（亲水基团数值）-Σ（亲油基团数值）+7

例如，油酸钠的分子结构式为：CH₃（CH₂）₇CH＝CH（CH₂）₇COONa，查表可知─COONa基团数值为 9. ；─CH₃、─CH₂─、＝CH─的基团数值均为-0.475，则可计算：HLB= 9. - 7×0.475+7= 8同样，可计算月桂醇硫酸钠C ₂H₂₅SO₄Na的HLB值：HLB=38.7- 2×0.475+7=40

2. 非离子表面活性剂

对于非离子表面活性剂，它的HLB值可以简单的计算。（ ）聚氧乙烯与脂肪醇缩合物可用下列公式计算：

式中，E为分子中亲水基氧化乙烯

例如：聚氧乙烯（ 0）十六醇醚，分子式C ₆H₃₃O（CH₂CH₂O） ₀H，氧化乙烯CH₂CH₂O相对分子质量为44，十六醇C ₆H₃₃OH相对分子质量为242。

HLB=0.645× 00= 2.9 （2）多元醇脂肪酸酯可用下列经验计算公式计算：

HLB=20（ -S/A）

式中，S为酯皂化值，A为脂肪酸的酸值（一般是测定出来的）。例如：单硬脂酸甘油酯S为 6 ，A为 98，则HLB=20（ - 6 / 98）=3.8

（3）多羟基乙氧基化合物 对于表面活性剂皂化值不易测定的（如Tween类、松香酸酯、妥尔油、蜂蜡酯、羊毛脂等），或者脂肪酸的酸值不易得到，就不能应用上式。此时可用式3-8计算多元醇脂肪酸酯的HLB值。

（3-8）例如：某种聚氧乙烯基脱水山梨醇羊毛脂的衍生物W_E＝0.65 ，W_P=0.067，则

W_E为乙氧基质量分数，W_P为多羟基化合物质量分数。

（4）乙氧基醇和乙氧基酚 对于亲水基只有聚氧乙烯基、憎水基是脂肪醇类（不含多元醇基）的表面活性剂，式3-8中W_P＝0，则

例如：聚氧乙烯（ 0）月桂醇醚，相对分子质量为626，聚氧乙烯基为44× 0＋ ＝44

3. 混合表面活性剂

在实际应用中，化妆品的配方中油相和乳化剂常常不是单一组分，而是由两种以上组分组成的，则可利用HLB值加合性来计算其混合组分的HLB值，计算公式为：

（3-9）式中，W_A、W_B分别为混合乳化剂中乳化剂A和B用量，HLB_A、HLB_B分别为乳化剂A和B的HLB值。

例如：某配方中含5份的单硬脂酸甘油酯（HLB=3.8）和 份的失水山梨醇单硬脂酸酯（HLB=4.7），求混合乳化剂的HLB值。

实践证明Griffin提出的HLB值计算方法（局限于非离子体系）在实际应用中的最初表面活性剂选择方面是十分有效的。

对于含环氧丙烷、氮、硫、磷等的非离子型表面活性剂，或离子型表面活性剂，以上各公式都不适应，需通过复杂的实验测得。

（三）HLB值的实验估算法

表面活性剂的HLB值可以由实验确定，如格里芬法、色谱法、核磁共振法等。此外，表面活性剂的HLB值还可由溶解实验估算。其方法是：取几毫升的表面活性剂置于试管中，加入4倍体积的水，搅拌后观察其在水中的溶解性状。根据表面活性剂在水中的溶解状况，由表3-2判断HLB值的大致范围。此方法简单、快速，但有例外。

对于未知结构的表面活性剂还要通过实验法测定其HLB值，而对于已知结构的则可用上述一些经验公式计算出HLB值。