HLB-Wert
Definition
- Mathematisch bzw. experimentell ermittelter Zahlenwert, der zur
Kennzeichnung und Klassifizierung der amphiphilen Eigenschaften von Tensiden
dient.
Bemerkungen
- Das von Griffin zunächst für die Belange der kosmetischen Industrie
entwickelte HLB-System deckte zunächst nur nichtionogene Tenside ab.
- Inzwischen findet das System breite Anwendung in allen Bereichen, in denen
Grenzflächenaktivitäten eine Rolle spielen, so z.B. auch in der
Pharmazeutischen Technologie oder der Nahrungsmittelindustrie.
- HLB steht dabei als Abkürzung für "Hydrophilic Lipophilic
Balance".
- Die dimensionslosen Werte wurden zunächst aus dem stöchiometrischen
Verhältnis der lipophilen zu den hydrophilen Anteile des Tensids abgeleitet
bzw. empirisch ermittelt.
- Überwiegend lipophile Substanzen erhalten kleinere HLB-Werte,
überwiegend hydrophile höhere HLB-Werte.
- Die Skala wurde von Griffin auf einen Bereich von 0 bis 20 festgelegt,
eine Substanz mit einem ausgeglichenen Verhältnis hydrophiler und
lipophiler Eigenschaften erhält somit einen HLB-Wert von 10.
- Innerhalb der Skala können verschiedene Bereiche für verschiedene
Einsatzzwecke von Tensiden charakterisiert werden:
| Antischaummittel / Entschäumer |
| W/O-Emulgatoren |
| Netzmittel |
| O/W-Emulgatoren |
| waschaktive Tenside |
| Lösungsvermittler |
- Als ausgesprochen praktisch hat sich v.a. erwiesen, dass sich HLB-Werte
einzelner Tenside in Gemischen entsprechend ihren Mengenverhältnissen
weitgehend additiv verhalten.
- So lässt sich der gewünschte HLB-Wert eines Tensidgemisches relativ
einfach mit einem Tensid mit höherem und einem mit niedrigerem als dem
gewünschten HLB-Wert einstellen.
- Für die Einstellung eines genauen HLB-Wertes von z.B. 12,3 ist das
Verfahren jedoch zu ungenau, es liefert aber einen guten ersten
Anhaltspunkt für weitere Versuche.
Ermittlung des HLB-Wertes
- Eine Berechnung des HLB-Wertes eines nichtionogenen Tensids ist nach der
folgenden Formel möglich:
- Für Fettsäureestern mehrwertiger Alkohole ergibt sich der HLB-Wert nach
der unten abgebildeten Formel:
- Durch Aufsummierung der Werte verschiedener Gruppen, deren Einzelbeiträge
experimentell ermittelt wurden, lässt sich der HLB-Wert auch direkt aus der
chemischen Struktur eines Tensids ermitteln.
- In diesem Fall ist die zu benutzende Formel:
| HLB |
: |
HLB-Wert |
| Xhydrophil |
: |
Wert der/einer hydrophilen Gruppe |
| n |
: |
Anzahl |
| YCH2 |
: |
Wert einer CH2-Gruppe |
- Die letztgenannte Formel lässt sich nicht auf Tenside mit ungesättigten,
stereo- oder positionsisomeren Fettsäureresten anwenden.
- Wie bereits erwähnt galt das HLB-System zunächst nur für nichtionogene
Tenside und sogar hier nur mit Einschränkungen.
- Verbindungen wie Propylenoxid, Butylenoxid, Stickstoff, Phosphor,
Schwefel etc. enthalten, sind von den beschriebenen Rechenverfahren
ausgeschlossen.
- Neben den beschriebenen Rechenverfahren gibt es eine Reihe experimenteller
Methoden zur Bestimmung des HLB-Wertes einer Verbindung in Vergleich zu
bereits eingeordneten Tensiden.
- Diese experimentellen Methoden erlauben es auch das HLB-System auf
ionogene Tenside zu übertragen.
- Die hier ermittelten Werte sind jedoch ausschließlich als
Vergleichswerte zu betrachten, da hier auch Werte außerhalb des
Bereiches 0 bis 20 auftreten können.
- Diese lassen natürlich keine Rückschlüsse auf die chemische
Zusammensetzung des Tensids zu, da z.B. reines Natriumdodecylsulfat mit
einem HLB-Wert von 40 schlecht 200 % hydrophile Molekülanteile
enthalten kann.
- Emulgatoren, die Wassertröpfchen in Öl stabilisieren (W/O-Emulgatoren)
haben also kleine HLB-Werte, solche die Öltröpfchen in Wasser
stabilisieren (O/W) dagegen hohe.
"Erforderlicher" HLB-Wert
- Jeder zu emulgierenden Phase kann ein sogenannter
"erforderlicher" HLB-Wert zugeordnet werden.
- Dieser Wert entspricht dem HLB-Wert, den ein Tensid aufweisen müsste, um
eine Emulsion optimaler Dispersität und Stabilität der zu emulgierenden
Phase in Wasser zu erreichen.
- Da der HLB-Wert lediglich einen Hinweis auf das Verhalten des Tensids an
der Grenzfläche gibt, aber noch nichts über seine Eignung als Emulgator
für eine bestimmte zu emulgierende Phase, muss der
"erforderliche" HLB-Wert experimentell ermittelt bzw. empirisch
bestimmt werden.
- Die empirisch ermittelten Werte einiger Emulsionen sind in der unten
abgebildeten Tabelle dargestellt.
- Ähnlich wie für den HLB-Wert selbst, gilt auch für den
"erforderlichen" HLB-Wert eine ungefähre rechnerische
Additivität.
"Erforderlicher" HLB-Wert für eine O/W-Emulsion mit < 20 %
lipophiler Phase
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