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化妆品配方师资格证培训报名与知识点分享-乳化剂HLB值的科学密码
你是否曾好奇,为何同一品牌的面霜既能深层锁水又毫无油腻感?为何精华液能做到清爽易推,而滋养膏却能带来醇厚润泽的触感?这些看似矛盾的质地特性,实则源于化妆品配方中一个关键的技术指标——乳化剂的HLB值。在化妆品的微观世界里,乳化剂如同一位精密的"调和大师",通过调节亲水与亲油基团的平衡,将原本水火不容的水相与油相稳定结合。而HLB值,正是衡量这位"调和大师"性能的核心参数。
一、HLB值的科学定义与历史溯源
HLB值(Hydrophile-Lipophile Balance),即亲水亲油平衡值,是量化表面活性剂分子中亲水基团与亲油基团相对强度的经验参数。这一概念由美国Atlas公司化学家William C. Griffin于1949年首次提出,其核心公式为:HLB=亲水基的亲水性/亲油基的亲油性。该理论的诞生,为乳化剂的选择提供了科学依据,显著减少了配方研发中的试错成本。
在数值体系上,Griffin最初将非离子表面活性剂的HLB值范围设定为0-20,其中:
· 完全由饱和烷烃基组成的石蜡(强亲油性)定为HLB=0
· 完全由亲水性氧乙烯基组成的聚氧乙烯(强亲水性)定为HLB=20
随着新型表面活性剂的开发,部分强亲水性乳化剂(如月桂醇硫酸钠)的HLB值可达40。数值越低表示亲油性越强,越高则亲水性越显著,亲水亲油的转折点为HLB=10。
二、HLB值对化妆品性能的调控机制
1. 决定乳化类型与体系稳定性
化妆品乳液主要分为两种基础类型:
· 水包油型(O/W):HLB值8-18的乳化剂可形成清爽易吸收的质地,常见于乳液、精华等产品。这类体系通过亲水基团向外排列,形成连续的水相包裹油滴的结构。
· 油包水型(W/O):HLB值3-6的乳化剂则构建滋润厚重的质地,多用于膏霜、滋养类产品。其结构为连续的油相包裹水滴。
当乳化剂的HLB值与体系不匹配时,会出现分层、沉淀或絮凝现象。例如,某品牌面霜曾因误用HLB=15的乳化剂配制W/O体系,导致产品上市三个月后出现严重油水分离。通过调整为HLB=4的乳化剂组合,成功解决了稳定性问题。
2. 优化质地与使用体验
HLB值对产品肤感具有决定性影响:
· 高HLB值乳化剂(如聚山梨酯类,HLB=15-18):制成的产品质地轻薄、易推开,适合油性及混合性肌肤。某品牌控油乳液采用HLB=16的乳化剂,实现"一抹化水"的清爽体验。
· 低HLB值乳化剂(如单硬脂酸甘油酯,HLB=3.8):带来醇厚滋润的肤感,特别适合干性肌肤或秋冬季节使用。某高端滋养霜通过复配HLB=4.5的乳化剂,达到"润而不腻"的理想状态。
通过精准复配不同HLB值的乳化剂,可调节产品的黏度、延展性与吸收性。例如,某防晒霜配方中同时使用HLB=6的Span-60和HLB=14的Tween-60,既保证了防晒剂的稳定分散,又实现了清爽不黏腻的肤感。
3. 辅助活性成分的溶解与释放
HLB值在活性成分递送系统中扮演关键角色:
· 溶解性改善:许多活性成分(如维生素E、植物提取物)溶解性差,容易析出。合适的HLB值能帮助乳化剂形成胶束或微乳液,使活性物均匀分散。例如,某抗衰老精华通过HLB=12的乳化体系,成功将视黄醇的溶解度提高3倍。
· 释放行为调控:HLB值影响活性物在皮肤表面的释放速率。高HLB体系(如O/W型乳液)适合快速释放的保湿成分,而低HLB体系(如W/O型乳液)则适用于缓释型抗衰老成分。某研究显示,HLB=8的体系可使维生素C的皮肤滞留时间延长至6小时。
三、HLB值的计算方法与应用实践
1. 理论计算法
Griffin最初提出的计算方法主要适用于非离子表面活性剂:
· 差值式:HLB=亲水基的亲水性-亲油基的憎水性
· 比值式:HLB=亲水基的亲水性/憎水基的亲水性
· 川上法:HLB=7+11.7log(亲水基部分相对分子量/憎水基相对分子量)
对于复合乳化剂体系,可采用加权平均法计算: HLB混合=[(HLBA×mA)+(HLBB×mB)]/[mA+mB]
2. 实验测定法
当理论计算难以准确预测时,可采用实验方法:
· 浊点法:通过测定聚氧乙烯类非离子表面活性剂的浊点温度,推算HLB值。
· 乳化试验法:将待测乳化剂与标准油相(如矿物油)混合,观察形成的乳液类型(O/W或W/O)及稳定性。
· 水溶法:将乳化剂加入水中,根据溶解性粗略判断HLB范围(完全溶解则HLB>16,分散不均匀则HLB较低)。
3. 常见乳化剂的HLB值参考
乳化剂类型 | 代表物质 | HLB值范围 | 典型应用场景 | |||
阴离子表面活性剂 | 十二烷基硫酸钠 | 40 | 高泡清洁产品 | |||
非离子表面活性剂 | 聚山梨酯-80(Tween-80) | 15 | 水包油型乳液、增溶剂 | |||
司盘-60(Span-60) | 4.7 | 油包水型乳液、润湿剂 | ||||
天然乳化剂 | 卵磷脂 | 4-8 | 食品级化妆品、纳米乳液 | |||
两性离子表面活性剂 | 椰油酰胺丙基甜菜碱 | 5-10 | 温和型洁面产品 | |||
商品名 | 化学名 | 中文名 | 类型 | HLB值 | ||
Oleic Oil | 油酸 | 阴离子 | 1.0 | |||
Span 85/Arlacel 85 | Sorbitan trioleate | 失水山梨醇三油酸酯 | 非离子 | 1.8 | ||
Atlas G-1706 | Polyoxyethylene sorbitol beeswax derivative | 聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物 | 非离子 | 2.0 | ||
Span 65/Arlacel 65 | sorbitan tristearate | 失水山梨醇三硬脂酸酯 | 非离子 | 2.1 | ||
Atlas G-1050 | polyoxyethylene sorbitol hexastearate | 聚氧乙烯山梨醇六硬脂酸酯 | 非离子 | 2.6 | ||
Emcol EO-50/Emcol ES-50 | ethyleneglycol fatty acid ester | 乙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 2.7 | ||
Atlas G-1704 | polyoxyethylene sorbitol beeswax derivative | 聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物 | 非离子 | 3.0 | ||
Emcol PO-50 | propylene glycol fatty acid ester | 丙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 3.4 | ||
Atlas G-922 | propylene glycol monostearate | 丙二醇单硬脂酸酯 | 非离子 | 3.4 | ||
“Pure”(纯) | propylene glycol fatty acid ester | 丙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 3.4 | ||
Atlas G-2158 | propylene glycol monostearate | 丙二醇单硬脂酸酯 | 非离子 | 3.4 | ||
Emcol PS-50 | propylene glycol fatty acid ester | 丙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 3.4 | ||
Emcol EL-50 | Ethylene glycol fatty acid ester | 乙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 3.6 | ||
Emcol PP-50 | Propylene glycol fatty acid ester | 丙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 3.7 | ||
Arlacel C/Arlacel 83 | sorbitan sesquioleate | 失水山梨醇倍半油酸酯 | 非离子 | 3.7 | ||
AtlasG-2859 | Polyoxyethylene sorbitol 4,5 oleate | 聚氧乙烯山梨醇4.5油酸酯 | 非离子 | 3.7 | ||
Atmul 67/Atmul 84 | glycerol monostearate | 单硬脂酸甘油酯 | 非离子 | 3.8 | ||
Tegin 515/Aldo 33 | glycerol monostearate | 单硬脂酸甘油酯 | 非离子 | 3.8 | ||
Ohlan | Hydroxylated lanolin | 羟基化羊毛脂 | 非离子 | 4.0 | ||
AriasG-1727 | polyoxyethylene sorbitol beeswax derivative | 聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物 | 非离子 | 4.0 | ||
Emcol PM-50 | propylene glycol fatty acid ester | 丙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 4.1 | ||
Span 80/Arlacel 80 | Sorbitan monooleate | 失水山梨醇单油酸酯 | 非离子 | 4.3 | ||
Atlas G-917/AtlasG-385l | propylene glycol monolaurate | 丙二醇单月桂酸酯 | 非离子 | 4.5 | ||
Emcol PL-50 | Propylene glycol fatty acid ester | 丙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 4.5 | ||
Span 60/Arlacel 60 | sorbitan monostearate | 失水山梨醇单硬脂酸酯 | 非离子 | 4.7 | ||
AtlasG-2139 | diethylene glycol monooleate | 二乙二醇单油酸酯 | 非离子 | 4.7 | ||
AtlasG-2146 | diethylene glycol monostearate | 二乙二醇单硬脂酸酯 | 非离子 | 4.7 | ||
Emcol DO-50/Emcol DS-50 | diethylene glycol fatty acid ester | 二乙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 4.7 | ||
AtlasG-1702 | polyoxyethylene sorbitol beeswax derivative | 聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物 | 非离子 | 5.0 | ||
Emcol DP-50 | Diethylene glycol fatty acid ester | 二乙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 5.1 | ||
Aldo 28 | glycerol monostearate | 单硬脂酸甘油酯 | 非离子 | 5.5 | ||
Tegin | glycerol monostearate | 单硬脂酸甘油酯 | 非离子 | 5.5 | ||
Emcol DM-50 | diethylene glycol fatty acid ester | 二乙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 5.6 | ||
Atlas G-1725 | polyoxyethylene sorbitol beeswax derivative | 聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物 | 非离子 | 6.0 | ||
Atlas G-2124 | diethylene glycol monolaurate | 二乙二醇单月桂酸酯 | 非离子 | 6.1 | ||
Emcol DL-50 | diethylene glycol fatty acid ester | 二乙二醇脂肪酸酯 | 非离子 | 6.1 | ||
Glaurin | diethylene glycol monolaurate | 二乙二醇单月桂酸酯 | 非离子 | 6.5 | ||
Span 40/Arlacel 40 | sorbitan monopalmitate | 失水山梨醇单棕榈酸酯 | 非离子 | 6.7 | ||
Atlas G-2242 | Polyoxyethylene dioleate | 聚氧乙烯二油酸酯 | 非离子 | 7.5 | ||
Atlas G-2147 | tetraethylene glycol monostearate | 四乙二醇单硬脂酸酯 | 非离子 | 7.7 | ||
Atlas G-2140 | tetraethylene glycol monooleate | 四乙二醇单油酸酯 | 非离子 | 7.7 | ||
Atlas G-2800 | polyoxypropylene mannitol dioleate | 聚氧丙烯甘露醇二油酸酯 | 非离子 | 8.0 | ||
Atlas G-1493 | Polyoxyethylene sorbitol lanolin oleate derivative | 聚氧乙烯山梨醇羊毛脂油酸衍生物 | 非离子 | 8.0 | ||
Atlas G-1425 | Polyoxyethylene sorbitol lanolin derivative | 聚氧乙烯山梨醇羊毛脂衍生物 | 非离子 | 8.0 | ||
Atlas G-3608 | Polyoxypropylene stearate | 聚氧丙烯硬脂酸酯 | 非离子 | 8.0 | ||
Span 20/Arlacel 20 | sorbitan monolaurate | 失水山梨醇月桂酸酯 | 非离子 | 8.6 | ||
Emulphor VN-430 | polyoxyethylene fatty acid | 聚氧乙烯脂肪酸酯 | 非离子 | 8.6 | ||
Atbs G-2111 | Polyoxyethylene oxypropylene oleate | 聚氧乙烯氧丙烯油酸酯 | 非离子 | 9.0 | ||
Atlas G-1734 | Polyoxythylene sorbitol beeswax derivative | 聚氧乙烯山梨醇蜂蜡衍生物 | 非离子 | 9.0 | ||
Atlas G-2125 | tetraethylene glycol monolaurate | 四乙二醇单月桂酸酯 | 非离子 | 9.4 | ||
Brij 30 | Polyoxyethylene lauryl ether | 聚氧乙烯月桂醚 | 非离子 | 9.5 | ||
Tween 61 | polyoxyethylene sorbitan monostearate | 聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯 | 非离子 | 9.6 | ||
Atlas G-2154 | Hexaethylene glycol monostearate | 六乙二醇单硬脂酸酯 | 非离子 | 9.6 | ||
Tween 81 | Polyoxyethylene sorbitan monooleate | 聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯 | 非离子 | 10.0 | ||
Atlas G-1218 | Polyoxyethylene esters of mixed fatty and resin acids | 混合脂肪酸和树脂酸的聚氧乙烯酯 | 非离子 | 10.2 | ||
Atlas G-3806 | Polyoxyethylene cetyl ether | 聚氧乙烯十六烷基醚 | 非离子 | 10.3 | ||
Tween 65 | Polyoxyethylene sorbitan tristearate | 聚氧乙烯失水山梨醇三硬脂酸酯 | 非离子 | 10.5 | ||
Atlas G-3705 | polyoxyethylene lauryl ether | 聚氧乙烯月桂醚 | 非离子 | 10.8 | ||
Tween 85 | polyoxyethylene sorbitan trioleate | 聚氧乙烯失水山梨醇三油酸酯 | 非离子 | 11.0 | ||
Atlas G-2116 | Polyoxyethylene oxypropylene oleate | 聚氧乙烯氧丙烯油酸酯 | 非离子 | 11.0 | ||
Atlas G-1790 | Polyoxyethylene lanolin derivative | 聚氧乙烯羊毛脂衍生物 | 非离子 | 11.0 | ||
Atlas G-2142 | Polyoxyethylene monooleate | 聚氧乙烯单油酸酯 | 非离子 | 11.1 | ||
Myrj 45 | polyoxyethylene monostearate | 聚氧乙烯单硬脂酸酯 | 非离子 | 11.1 | ||
Atlas G-2141 | polyoxyethylene monooleate | 聚氧乙烯单油酸酯 | 非离子 | 11.4 | ||
P.E.G.400 monooleate | Polyoxyethylene monooleate | 聚氧乙烯单油酸酯 | 非离子 | 11.4 | ||
Atlas G-2076 | Polyoxyethylene monopalmitate | 聚氧乙烯单棕榈酸酯 | 非离子 | 11.6 | ||
S-541 | Polyoxyethylene monostearate | 聚氧乙烯单硬脂酸酯 | 非离子 | 11.6 | ||
P.E.G.400 monostearate | Polyoxyethylene monostearate | 聚氧乙烯单硬脂酸酯 | 非离子 | 11.6 | ||
Atlas G-3300 | Alkyl aryl sulfonate | 烷基芳基磺酸盐 | 阴离子 | 11.7 | ||
triethanolamine oleate | 三乙醇胺油酸酯 | 阴离子 | 12.0 | |||
Atlas G-2127 | polyoxyethylene monolaurate | 聚氧乙烯单月桂酸酯 | 非离子 | 12.8 | ||
Igepal CA-630 | po1yoxyethylene alkyl phonol | 聚氧乙烯烷基酚 | 非离子 | 12.8 | ||
Atlas G-1431 | polyoxyethylene sorbitol landing derivative | 聚氧乙烯山梨醇羊毛脂衍生物 | 非离子 | 13.0 | ||
Atlas G-1690 | Polyoxyethylene alkyl aryle ether | 聚氧乙烯烷基芳基醚 | 非离子 | 13.0 | ||
S-307 | Polyoxyethylene monolaurate | 聚氧乙烯单月桂酸酯 | 非离子 | 13.1 | ||
P.E.G 400 monolurate | Polyoxyethylene monolaurate | 聚氧乙烯单月桂酸酯 | 非离子 | 13.1 | ||
Atlas G-2133 | Polyoxyethylene lauryl ether | 聚氧乙烯月桂醚 | 非离子 | 13.1 | ||
Atlas G-1794 | polyoxyethylene castor oil | 聚氧乙烯蓖麻油 | 非离子 | 13.3 | ||
Emulphor EL-719 | Polyoxyethylene vegetable Oil | 聚氧乙烯植物油 | 非离子 | 13.3 | ||
Tween 21 | polyoxyethylene sorbitan monolaurate | 聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯 | 非离子 | 13.3 | ||
Renex 20 | polyoxyethylene esters Of mixed fatty and resin acide | 混和脂肪酸和树脂酸的聚氧乙烯酯 | 非离子 | 13.5 | ||
Atlas G-1441 | polyoxyethylene sorbitol 1anolin derivative | 聚氧乙烯山梨醇羊毛脂衍生物 | 非离子 | 14.0 | ||
Atlas G-7596j | polyoxyethylene sotbitan monolaurate | 聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯 | 非离子 | 14.9 | ||
Tween 60 | polyoxyethylene sorbitan monostearate | 聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯 | 非离子 | 14.9 | ||
Tween 80 | polyoxyethylene sorbitan monooleate | 聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯 | 非离子 | 15.0 | ||
Myrj 49 | Polyoxyethylene monostearate | 聚氧乙烯单硬脂酸酯 | 非离子 | 15.0 | ||
Altlas G-2144 | Polyoxyethylene monooleate | 聚氧乙烯单油酸酯 | 非离子 | 15.1 | ||
Atlas G-3915 | polyoxyethylene oleyl ether | 聚氧乙烯油基醚 | 非离子 | 15.3 | ||
Atlas G-3720 | polyoxyethylene stearyl alcohol | 聚氧乙烯十八醇 | 非离子 | 15.3 | ||
Atlas G-3920 | polyoxyethylene oleyl alcohol | 聚氧乙烯油醇 | 非离子 | 15.4 | ||
Emulphor ON-870 | Polyoxyethylene fatty alcohol | 聚氧乙烯脂肪醇 | 非离子 | 15.4 | ||
Atlas G-2079 | polyoxyethylene glycol monopalmitate | 聚乙二醇单棕榈酸酯 | 非离子 | 15.5 | ||
Tween 40 | polyoxyethylene sorbitan monopalmitate | 聚氧乙烯失水山梨醇单棕榈酸酯 | 非离子 | 15.6 | ||
Atlas G-3820 | Polyoxyethylene cetyl alcohol | 聚氧乙烯十六烷基醇 | 非离子 | 15.7 | ||
Atlas G-2162 | Polyoxyethylene oxypropylene stearate | 聚氧乙烯氧丙烯硬脂酸酯 | 非离子 | 15.7 | ||
Atlas G-1741 | Polyoxyethylene sorbitan lanolin derivative | 聚氧乙烯山梨醇羊毛脂衍生物 | 非离子 | 16 | ||
Myrj 51 | Polyoxyethylene monostearate | 聚氧乙烯单硬脂酸酯 | 非离子 | 16 | ||
Atlas G-7596P | Polyoxyethylene sorbitan monolaurate | 聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯 | 非离子 | 16.3 | ||
Atlas G-2129 | Polyoxyethylene monolaurate | 聚氧乙烯单月桂酸酯 | 非离子 | 16.3 | ||
Atlas G-3930 | Polyoxyethylene oleyl ether | 聚氧乙烯油基醚 | 非离子 | 16.6 | ||
Tween 20 | Polyoxyethylene sorbitan monolaurate | 聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯 | 非离子 | 16.7 | ||
Brij 35 | Polyoxyethylene lauryl ether | 聚氧乙烯月桂醚 | 非离子 | 16.9 | ||
Myrj 52 | Polyoxyethylene monolaurate | 聚氧乙烯(40)硬脂酸酯 | 非离子 | 16.9 | ||
Myrj 53 | Polyoxyethylene monolaurate | 聚氧乙烯单硬脂酸酯 | 非离子 | 17.9 | ||
sodium oleate | 油酸钠 | 阴离子 | 18.0 | |||
Atlas G-2159 | Polyoxyethylene monolaurate | 聚氧乙烯单硬脂酸酯 | 非离子 | 18.8 | ||
potassium oleate | 油酸钾 | 阴离子 | 20.0 | |||
Atlas G-263 | N-cetyl N-ethyl morpholinium ethosulfate | N-十六烷基-N-乙基吗啉基乙基硫酸钠 | 阳离子 | 25-30 | ||
Texapon K-12 | Pure sodium lauryl sulfate | 纯月桂基硫酸钠 | 阴离子 | 40.0 | ||
注:表中HLB值是由计算或实验测得,其准确度在±1%。 | ||||||
其他天然乳化剂的HLB值:阿拉伯胶 8.0,明胶 9.8,西黄芪胶 13.0,甲基纤维素 10.5。 | ||||||
四、HLB值在化妆品研发中的前沿应用
随着纳米技术和微流控技术的发展,HLB值的应用正迈向更高精度:
1. 纳米乳液的精准控制:通过调节HLB值,可制备粒径50-200nm的纳米乳液,显著提高活性成分的透皮吸收率。某研究显示,HLB=12的纳米乳液可使维生素C的透皮量提高4倍。
2. 多重乳液的稳定性优化:在W/O/W多重乳液中,内外相乳化剂的HLB值匹配至关重要。某防晒产品通过优化内外相HLB值(外相HLB=12,内相HLB=6),实现SPF值提升30%的同时保持质地清爽。
3. 智能响应型乳化体系:开发pH或温度响应型乳化剂,其HLB值可随环境变化而调整。例如,某修复面膜采用pH响应型乳化剂,在皮肤表面(pH≈5.5)时自动调整HLB值,实现活性成分的精准释放。
五、实践中的操作建议
1. 初步筛选:根据目标乳液类型选择HLB值范围(O/W型选8-18,W/O型选3-6)。
2. 复配优化:优先选择HLB值相差不超过5的乳化剂组合,避免因相容性差导致体系不稳定。
3. 实验验证:通过快速溶解试验初步判断HLB值(完全溶解则HLB>16,分散不均匀则HLB较低)。
4. 稳定性测试:进行离心试验(3000rpm,15分钟)和温度循环试验(4℃-45℃),评估乳液长期稳定性。
5. 文献参考:优先选用已有文献支持的HLB值组合,可显著提升研发效率。
总结
从1949年Griffin提出HLB值概念至今,这一参数已成为化妆品配方设计的核心工具。它不仅决定了产品的质地特性与稳定性,更影响着活性成分的递送效率与使用体验。随着表面化学的不断发展,HLB值的应用正从经验导向迈向精准调控,为化妆品行业带来更多创新可能。理解并掌握HLB值的科学奥秘,正是解开化妆品质地密码的关键所在。