Гидрофильно-липофильный баланс как главный критерий подбора эмульгатора

Сейчас косметический рынок переполнен множеством компонентов, в том числе и разнообразными эмульгаторами. Однако такое многообразие лишь усложняет выбор начинающим кремоварам. Какой эмульгатор или смесь эмульгаторов следует подобрать для получения стабильной эмульсии с нужными свойствами? На что обращать внимание? Давайте разбираться вместе, опираясь на базовые знания косметической химии.

Что такое гидрофильно-липофильный баланс

Давайте в самом начале отметим, что косметический эмульгатор по своей природе - это поверхностно-активное вещество. И каждое поверхностно-активное вещество (ПАВ) имеет двойную (дифильную) структуру: гидрофильную* часть (ее еще называют "головкой") и гидрофобную* часть (которую называют "хвостом"). Из-за такого строения молекула эмульгатора в среде воды и масла пытается развернуться гидрофильной частью к воде, а гидрофобной (т.е. липофильной) частью к маслу. Таким образом система стабилизируется и не расслаивается, но только в том случае, если масло и эмульгатор подходят друг другу. То есть у них совпадают значения ГЛБ.

*гидрофильное - то есть растворяется в воде
*гидрофобное - то есть не растворяется в воде и синонимом "гидрофобное" является слово липофильное, то есть растворимое в масле

Именно соотношение гидрофильной части молекулы к липофильной и называется гидрофильно-липофильным балансом (ГЛБ). Этот баланс важен для понимания распределения веществ между водной и липидной средами, что может влиять на их физико-химические свойства и взаимодействия. 

Числа ГЛБ для всех известных ПАВ составляют шкалу от 0 до 40. Этот показатель позволяет сделать прогноз относительно того, имеет ли молекула в целом гидрофильный или липофильный характер. Баланс между липофильными и гидрофильными свойствами поверхностно-активного вещества непосредственно влияет на его растворимость или диспергирование в воде. Таким образом, значение ГЛБ различных ПАВ можно определить по его поведению в воде.

Отсутствие дисперсии	ГЛБ= 1-4
Плохая дисперсия	ГЛБ= 3-6
Нестабильная молочная дисперсия	ГЛБ= 6-8
Стабильная молочная дисперсия	ГЛБ= 8-10
Прозрачная опалесцирующая дисперсия	ГЛБ= 10-13
Прозрачный раствор	ГЛБ >13

 

Исходя из этого, шкала значений от 0 до 20 включительно может быть разделена на следующие группы поверхностно-активных веществ.

Расчет гидрофильно-липофильного баланса

Разобравшись с теоретическим определением ГЛБ нас интересует следующий вопрос: как его использовать при подборе эмульгатора? И для этого существует простое правило: значение ГЛБ эмульгатора должно быть равно значению ГЛБ масляной фазы. Поэтому для начала определим необходимый ГЛБ масляной фазы и здесь нужно будет взять калькулятор и немного поразмыслить. 

Необходимый ГЛБ масляной фазы: что это такое и как рассчитать 

Если эмульгатор с определенным значением ГЛБ стабилизирует эмульсию с определенным типом масла, то другой эмульгатор с таким же числом ГЛБ, как правило, имеет такой же эмульгирующий эффект. Таким образом, каждый тип масла нуждается в системе эмульгатора с определенным числом ГЛБ, и это значение составляет необходимый ГБЛ масляной фазы. Ниже в таблице приведены значения необходимого ГЛБ для некоторых распространенных масел, эмолентов и жирных спиртов.

Компонент жировой фазы	Необходимое значение ГЛБ
Миндальное масло	6
Масло абрикосовых косточек	7
Масло авокадо	7
Масло бабасу	8
Масло виноградных косточек	7
Касторовое масло	14
Масло семян конопли	7
Циклометикон	7,5
Кокосовое масло	8
Канделильский воск	14,5
Диметикон	5
Карнаубский воск	12
Масло шиповника	7
Масло жожоба	6,5
Масло макадамии	7
Масло семян манго	8
Пальмовое масло	10
Оливковое масло	7
Масло рисовых отрубей	7
Кунжутное масло	7
Масло Ши	8
Соевое масло	7
Масло подсолнечное	7
Какао масло	6
Воск розы	12
Ланолин	10

 

Если масляная фаза состоит из одного масла, то расчеты довольно просты: мы просто берем из таблички значение ГЛБ нашего масла и принимаем его, как необходимое значение ГЛБ всей жировой фазы. 

Однако обычно мы используем не одно, а несколько масел, чтобы придать крему особые качества. В этом случае ГЛБ масляной фазы будет равен сумме вкладов ГЛБ каждого масла пропорционально его процентной доле. Рассмотрим на примере. 

Предположим, что наша масляная фаза состоит из:

• оливковое масло - 5%
• кокосовое масло - 1%
• масло авокадо - 3%
• карнаубский воск - 1%

Общая доля масел в нашей масляной фазе = 10%. Чтобы вычислить необходимый ГЛБ, мы должны рассчитать состав нашей масляной фазы в процентах. Поэтому мы можем сказать, что 10% нашей формулы = 100%. Пересчитав согласно пропорции, получим:

• оливковое масло - 50%
• кокосовое масло - 10%
• масло авокадо - 30%
• карнаубский воск - 10%

Взяв значения ГЛБ каждого компонента из таблички, можем вычислить общий ГЛБ масляной фазы по формуле:

ГЛБ масла * (% его добавления/100) + ГЛБ масла * (% его добавления/100) + ГЛБ масла * (% его добавления/100) = нужное нам ГЛБ масляной фазы

Ниже вы можете видеть пример расчета ГЛБ масляной фазы, которую мы взяли за пример, где 7 - это ГЛБ оливкового масла, а 0,5 - это 50% оливкового масла в составе масляной фазы/100, и далее по такой схеме прописываем каждый компонент и находим необходимое нам значение:

7*0,5+8*0,1+7*0,3+12*0,1=7,6

В результате расчета мы получили ГЛБ масляной фазы 7,6.

Подбор эмульгатора по индексу ГЛБ

Если у вас голова еще не пошла кругом, продолжаем дальше. Зная ГЛБ масляной фазы, пользуемся уже известным правилом: для создания стабильной эмульсии значение ГЛБ эмульгатора должно быть равно значению ГЛБ масляной фазы. Ниже в таблице приведены индексы ГЛБ распространенных эмульгаторов. Данную информацию для вашего конкретного эмульгатора можно найти в технологической документации или описании эмульгатора на сайте поставщика.

Эмульгатор	ГЛБ
Ecomuls 2 in 1	3
Emulpharma 1000	9,5
Sorbitan Olivate	4,7
Emulpharma ECOTECH	8
Arlacel 2121	6
MONTANOV 202	8,3
MONTANOV 68	9,3
Olivem 1000	9
Planta M	12
Plantasens HE20	9,5
Sisterna SP-70C	15
Calcium Stearoyl Lactylate	5.1
Glyceryl Stearate	3,8
Glyceryl Stearate, PEG-100 Stearate	11
Ceteareth-20	15.2
Cetearyl Glucoside	11
Sorbitan Oleate	4,3
Glycol Stearate	2,9
Polysorbate 80	15
Glyceryl Laurate	5,2
Polysorbate 60	14,9
Glycol Distearate	1
Polysorbate 20	16,7
Sorbitan Trioleate	1,8

 

Вы конечно можете взять 1 универсальный смесевой эмульгатор, как Olivem 1000 или Montanov 68. Однако иногда не стоит спешить выбирать 1 эмульгатор со значением ГЛБ 7-8. Ведь экспериментально установлено, что набор нескольких эмульгаторов: один с более низким ГЛБ, а другой с более высоким ГЛБ работают лучше, чем эмульгатор с промежуточным значением ГЛБ. Поэтому отдавайте предпочтение смеси эмульгаторов.

Теперь необходимо подобрать пропорции эмульгаторов таким образом, чтобы итоговое ГЛБ равнялось уже рассчитанному нами ГЛБ жировой фазы - 7,6. Выбираем два эмульгатора, пусть это будут: Sorbitan Olivate (ГЛБ 4,7) и Emulpharma 1000 (ГЛБ 9,5). Приняв за долю х - Sorbitan Olivate, составим уравнение:

Где 4,7 и 9,5 - это значения ГЛБ самих эмульгаторов, а 7,6 - это значение, которое нам нужно получить. Решив это уравнение (см. пример выше), получим значение "х", оно равно 0,396. Для нас это означает, что нужно взять 39,6% Sorbitan Olivate и остальные 60,4% придется на Emulpharma 1000. Прежде чем мы вычислим по формуле проценты эмульгаторов, мы должны принять решение о том, сколько эмульгатора мы хотим использовать в нашей формуле. Обычно начинают с меньшего процента и тестируют, постепенно увеличивая. Для нашего примера возьмем общее содержание эмульгаторов в формуле - 5%. Пересчитав, получим:

• 5%*0,396 = 1,98 
• 5%*0,604 = 3,02

Округлив, имеем такие конечные процентные соотношения эмульгаторов в формуле: 2% Sorbitan Olivate, 3% Emulpharma 1000. И теперь можем полностью записывать формулу, тестировать ее на стабильность и вносить корректировки по проценту добавления эмульгаторов, если это потребуется. И не забывайте об использовании жирных спиртов в составе масляной фазы, чтобы ваша эмульсия получилась густая, но при этом легкая на нежную. Об этом мы писали в статье "Жирные спирты в косметике".

ГЛБ полезный критерий на этапе подбора эмульгатора, однако он не указывает, сколько конкретно эмульгатора нужно взять от общей массы эмульсии. Поэтому нужно ориентироваться на допустимые пределы ввода, рекомендованные производителями, а также стремиться к минимальному необходимому количеству, которое обеспечивает стабильность крема. Гидрофильно-липофильный баланс важный, но не единственный критерий, определяющий стабильность крема. При подборе эмульгатора следует также учесть рабочий диапазон pH эмульгатора и желаемый pH готовой эмульсии. А также наличие в формуле специфических компонентов, которые могут быть несовместимы с выбранным эмульгатором. Желаем успехов в создании своих собственных формул и не забывайте, что на канале Косметическая кухня BEURRE мы регулярно делимся видеоуроками создания натуральной косметики своими руками в домашних условиях.