Formulando Detergentes

🧪 Cálculo del Valor HLB según la Teoría de Griffin: Guía y Ejemplo Práctico

Introducción

El sistema HLB (Hydrophilic-Lipophilic Balance) propuesto por William C. Griffin es una herramienta esencial en la formulación de emulsiones, permitiendo seleccionar tensioactivos adecuados según el tipo de fase dispersa (aceite o agua) y la naturaleza del ingrediente a emulsionar (fragancia, aceite esencial, etc.).

Este sistema asigna valores de HLB a los tensioactivos en una escala de 0 a 20, donde:

HLB bajo (3–6) indica carácter lipofílico (preferencia por aceite).
HLB alto (10–18) indica carácter hidrofílico (preferencia por agua).

Cálculo del HLB para tensioactivos no iónicos (Griffin)

Para tensioactivos no iónicos etoxilados, Griffin propuso la siguiente fórmula:

\text{HLB} = \frac{E}{5}

Donde:

$E$ = Porcentaje en peso de la parte hidrofílica (etoxilada) del tensioactivo.

🔹 Ejemplo: Alcohol láurico etoxilado con 9 moles de EO

Este compuesto es un alcohol graso (C12H25OH) etoxilado con 9 unidades de óxido de etileno (EO).

Peso molecular del alcohol láurico: ~186 g/mol
Peso de 9 moles de EO: $9 \times 44 = 396$ g/mol
Peso total del tensioactivo: $186 + 396 = 582$ g/mol
Porcentaje de la parte hidrofílica (E):
$\frac{396}{582} \times 100 \approx 68.04\%$
HLB:
$\frac{68.04}{5} \approx 13.6$

Cálculo del HLB de una mezcla de tensioactivos

Cuando se combinan dos tensioactivos, el HLB de la mezcla se calcula mediante el promedio ponderado de sus HLB individuales:

\text{HLB}_{\text{mezcla}} = \frac{(A \times HLB_A) + (B \times HLB_B)}{A + B}

Donde:

$A$ y $B$ son las cantidades (en gramos) de los tensioactivos A y B.
$HLB_A$ y $HLB_B$ son sus respectivos valores de HLB.

🔹 Ejemplo: Mezcla de Polisorbato 20 y Alcohol Láurico 9EO

Polisorbato 20:
- HLB = 16.7
- Cantidad = 7 g
Alcohol láurico 9EO:
- HLB = 13.6
- Cantidad = 15 g

\text{HLB}_{\text{mezcla}} = \frac{(7 \times 16.7) + (15 \times 13.6)}{7 + 15} = \frac{116.9 + 204}{22} = \frac{320.9}{22} \approx 14.59

Este valor indica una mezcla bastante hidrofílica, útil para emulsionar sustancias con un HLB requerido de 14.5–15.

Ejemplo práctico: Emulsionar un aroma con HLB requerido = 15

Supongamos que deseamos solubilizar/emulsionar 20 g de aroma que tiene un HLB requerido = 15. El objetivo es calcular cuánto de cada tensioactivo necesitamos para lograr ese HLB con nuestra mezcla de Polisorbato 20 y Alcohol láurico 9EO.

Paso 1: Asignar HLB a cada tensioactivo

Polisorbato 20: HLB = 16.7
Alcohol láurico 9EO: HLB = 13.6

Paso 2: Sistema de ecuaciones

Queremos una mezcla que tenga un HLB de 15. Sea:

$x$ = porcentaje de Polisorbato 20
$(1 - x)$ = porcentaje de Alcohol laurico 9EO

Entonces:

16.7x + 13.6(1 - x) = 15

16.7x + 13.6 - 13.6x = 15

(16.7 - 13.6)x = 15 - 13.6 \Rightarrow 3.1x = 1.4 \Rightarrow x \approx 0.4516

✅ Se necesita:

45.16 % de Polisorbato 20
54.84 % de Alcohol láurico 9EO

Paso 3: Aplicar a los 20 g de aroma

Se recomienda utilizar entre 1.5 y 2 veces el peso del aroma en emulsificante. Tomaremos 1.5 veces:

20 g aroma × 1.5 = 30 g de mezcla de tensioactivos

Entonces:

Polisorbato 20: $30 \times 0.4516 \approx 13.55$ g
Alcohol láurico 9EO: $30 - 13.55 = 16.45$ g

Resultado Final

Para emulsionar 20 g de aroma con HLB requerido de 15, se debe preparar una mezcla con:

13.55 g de Polisorbato 20
16.45 g de Alcohol láurico 9EO

Esta mezcla, al ser agregada al agua con agitación adecuada, permitirá una emulsión estable y transparente, ideal para formulaciones de limpieza o ambientadores líquidos.

Conclusión

El sistema HLB de Griffin sigue siendo una herramienta clave para formular emulsiones efectivas. Al comprender y aplicar el cálculo de HLB de tensioactivos individuales y sus mezclas, los formuladores pueden desarrollar productos más estables, funcionales y agradables para el usuario final.

📚 Referencias

Griffin, W. C. (1949). Classification of surface-active agents by HLB. Journal of the Society of Cosmetic Chemists, 1(5), 311–326.
Griffin, W. C. (1954). Calculation of HLB values of non-ionic surfactants. Journal of the Society of Cosmetic Chemists, 5(4), 249–256.
Rieger, M. M. (1997). Surfactants: Chemistry and properties. En H. I. Maibach, A. O. Barel, & M. Paye (Eds.), Harry’s cosmeticology (8th ed., pp. 289–312). Chemical Publishing Co.
Rosen, M. J., & Kunjappu, J. T. (2012). Surfactants and interfacial phenomena (4th ed.). Wiley.
Schramm, L. L. (2000). Surfactants: Fundamentals and applications in the petroleum industry. Cambridge University Press.
Personal Care Product Council. (2014). International cosmetic ingredient dictionary and handbook (Vols. 1–3). The Council.

Ernesto Jauregui Rodríguez T. Q.

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