Bilancio idrofilo-lipofilo

Il bilancio idrofilo-lipofilo di un tensioattivo è una misura del suo grado di idrofilicità o di lipofilicità, determinato calcolandolo in base alle differenti regioni della molecola, come è stato descritto da Griffin nel 1949[1]. Sono stati suggeriti anche altri metodi, in particolare nel 1957 da Davies[2].

Griffin ha proposto il parametro HLB = hydrophilic-lipophilic balance per definire le caratteristiche di un tensioattivo.

Ad un tensioattivo non ionico, teoricamente idrofilo al 100%, viene assegnato il valore di 20. Tensioattivi con HLB superiore a 10 sono idrofili e quindi tendenzialmente solubili in acqua mentre quelli con HLB inferiore a 10 sono lipofili e quindi tendenzialmente solubili negli oli.

Il metodo Griffin

Il metodo di Griffin introduce la misurazione HLB (Hydrophilic-Lipophilic balance) e si calcola in questo modo:

${\displaystyle HLB=20*M_{h}/M}$

Dove ${\displaystyle M_{h}}$ è la massa molecolare della porzione idrofila della molecola e ${\displaystyle M}$ è la massa molecolare dell'intera molecola. Questa formula da un risultato compreso tra 0 e 20. Un valore di HLB corrispondente a 0 descrive una molecola completamente lipofila ( ${\displaystyle M_{h}=0}$ ), mentre un valore HLB di 20 corrisponde ad una molecola completamente idrofila ( ${\displaystyle M_{h}/M=1}$ ).

L'HLB può essere usato per conoscere le proprietà tensioattive di una molecola:

• Un valore compreso tra 0 e 3, indica un agente antischiuma
• Un valore compreso tra 4 e 6, indica un emulsionante W/O (water/oil, micelle contenenti acqua disperse in olio)
• Un valore compreso tra 7 e 9, indica un umettante
• Un valore compreso tra 8 e 18, indica un emulsionante O/W (oil/water, micelle contenenti olio disperse in acqua)
• Un valore compreso tra 13 e 14 è tipico di un detergente
• Un valore compreso tra 10 e 18 indica un solubilizzatore o idrotropo

Il metodo Davies

Nel 1957, Davies suggerì un metodo di calcolo basato sui gruppi chimici delle molecole, in grado di tenere conto dell'effetto di gruppi idrofili/lipofili diversi:

${\displaystyle HLB=7+m*H_{h}-n*H_{l}}$

In cui:

• ${\displaystyle m}$ è il numero dei gruppi idrofili nella molecola
• ${\displaystyle H_{h}}$ è il valore dei gruppi idrofili
• ${\displaystyle n}$ è il numero di gruppi lipofili nella molecola
• ${\displaystyle H_{l}}$ è il valore dei gruppi lipofili

In tensioattivi in cui siano presenti più gruppi funzionali bisogna considerare l'effetto complessivo, sommando l'effetto di tutti i gruppi funzionali presenti. I valori di alcuni gruppi sono riportati nella tabella seguente[2]:

Gruppo	Valore	Gruppo	Valore
-OSO−3 Na^+	38.7	-O-	1.3
-COO^- K^+	21.1	-OH (sorbitano)	0.5
-COO^- Na^+	19.1	-CH-	-0.475
Ammina terziaria	9.4	-CH2-	-0.475
Estere (sorbitano)	6.8	-CH3	-0.475
Estere libero	2.4	=CH-	-0.475
-COOH	2.1	-(CH2-CH2-O)-	+0.33
-OH	1.9	-(CH2-CH2-CH2-O)-	-0.15

Note

1. Griffin WC: "Classification of Surface-Active Agents by 'HLB,'" Journal of the Society of Cosmetic Chemists 1 (1949): 311.
2. Davies JT: "A quantitative kinetic theory of emulsion type, I. Physical chemistry of the emulsifying agent," Gas/Liquid and Liquid/Liquid Interface. Proceedings of the International Congress of Surface Activity (1957): 426-438