06-0106-0106-0106-0106-0106-0106-0106-0106-0106-01HLB值的计算
表面活性剂HLB值的分析测定与计算Ⅱ.HLB值的计算
表面活性剂的亲油亲水平衡值(HLB值)是表面活性剂的生产和应用中的一个重要指标｡对于已知结构的表面活性剂的研究和应用以及新结构的表面活性剂的分子设计来说,采用有关公式计算HLB值十分方便,精度一般可以满足生产和应用的需要｡本工作收集整理了有关的文献资料,对各种计算方法的适用性进行了分析｡
1 分子结构式法
这种方法假定表面活性剂的亲油基和亲水基部分对整个分子的亲油性和亲水性的贡献仅与各部分的相对分子质量有关｡有关计算公式见表1｡
表1 分子结构式HLB值计算公式
编号&& 计算公式
&&& 符号意义
&& 使用范围1
&& HLB=20（1-MO/Mr）
&&& MO为亲油基相对分子质量
烷基酚、脂肪醇EO加Mr为相对分子质量（下同） 成物系非离子表面活性剂2
&& HLB=19.45-66.8/Nt0
Nt0为单个烷基酚平均环氧烷基酚聚氧乙烯醚类非乙烷加成的物质的量
&& 离子表面活性剂3
&& HLB=Wt/5
Wt为分子中乙氧基单元占整个&&
亲水链为聚氧乙烯的一般分子的质量分数，%（下同） 非离子表面活性剂4
&&& HLB=（Wt
+Wr）/5 && Wr为多元醇的质量分数，%
妥尔油、松香、蜂蜡、羊毛脂等环氧乙烷加成物5
HLB=7+11.7log（MV/MO） MV为亲水基的相对分子质量 一般环氧乙烷加成物，如
&& 脂肪醇聚氧乙烯醚等6
&& HLB=A*BM
&& M为表面活性剂亲油基的链长
&& 阴离子表面活性剂
不同表面活性剂的A、B值见表2&&
表2 离子表面活性剂的系数
表面活性剂 A B
RCOOK 28.1 0.475
RCOONa 26.1 0.475
RSO4Na 45.7 0.475
RSO3 Na 18.0 0.475
CnP2n+1COOK 28.1 0.870
CnP2n+1COOH 9.1 0.871
根据表1中公式(1),壬基酚聚氧乙烯醚(9)即C9
H19C6H4O(CH2CH2O)9H的HLB值=20(1-396/616)=12.86
由于一般情况下,分子的亲水性､亲油性不仅与该部分的相对分子质量有关,而且与该部分的化学结构有关,显然这种方法对于不同结构类型的表面活性剂要分别计算｡由于表面活性剂在水溶液中都会采取一定的构象存在,结构性质并不是简单的加和,因而就存在一个有效链长的问题,但在简单的相对分子质量HLB值计算中被略去了,采用本法计算,有时误差高达36%｡&&
2 结构因子法
结构因子法考虑了不同表面活性剂的结构因素,分别计算表面活性剂中亲水基和亲油基各构成细节部分对亲水性和亲油性的贡献,部分克服了简单运用相对分子质量计算带来的较大误差,公式的适用范围较广,与直接用分子结构式计算比较,需要的结构数据略多,这些数据可以在一般的表面活性剂文献中查到｡有关计算公式如下:
表3结构因子法HLB值计算公式
编号 &&& 计算公式
符号意义适用范围
HLB=7+Σ亲水基数-Σ亲油基数 亲水基数 亲油基数见表4（下同） Span Tween和阴离子表面活性剂
2 HLB=7+Σ亲水基数+0.475π有效
π有效,亲油基有效链长HLB为按LN和Mannall公式计算的HLB值n有效与表面活性剂的CMC有关：Log(CMC)=A+Bn有效(A,B值与亲水基的结构有关)
烷基聚氧乙烯醚和烷基聚氧乙烯醚硫酸盐型非离子和阴离子表面活性剂
Σ亲水基数-0.870π-0.475（π有效-π）+7 EO，PO化的氧碳活性剂
4&& HLB=无机性数/有机性数*K
K为常数，约等于10无机性数，有机性数参见有关文献 一般表面活性剂
根据表3中的公式(4),表面活性剂C9H19C6H4O(CH2CH2O)9H的HLB值=10(9&35+100+15)/(15&20)=14.3
按本法中公式(1)计算仍嫌粗略,但比直接用亲水基占表面活性剂的质量分数表示的HLB值精度要高｡公式(2)和公式(3)引入有效链长,概念和公式(1)是一样的,主要是用同系表面活性剂链长和CMC之间的关系把环系结构､弱亲水结构等转化为有效链长,计算结果相对准确一些｡公式(4)的结果相对其余的来说更加粗略｡但可适用于一般的表面活性剂｡总之,分子结构式法和结构参数法结果不是十分准确,但由于基础数据较全,对于新结构的表面活性剂的设计､性能预测等方面仍有较大的应用价值｡
3 结构参数法
表面活性剂的一些结构参数与表面活性剂亲油基和亲水基的大小或相对作用大小相关,关联这种参数可以直接得出表面活性剂的HLB值｡有关公式见表5｡
表4 常用表面活性剂亲水基、亲油基的基团数
亲水基团 基团数 亲油基团 基团数
SO4Na 38.7 —CH— 0.475
COOK 21.1 —CH2— 0.475
COONa 19.1 CH3— 0.475
—N（叔胺） 9.4 *CH— 0.475
酯（山梨醇环） 6.8 —CF2— 0.87
酯（自由） 2.4 —CF3 0.87
COOH 2.1 —CH2—CH2—CH2—O— 0.15
—OH 1.9 —[CH2—CH（CH3）—O]— 0.15
—OH（山梨醇环） 0.5
—（CH2—CH2—O）— 0.33
表5&& 结构参数法HLB值计算公式
编号&& 计算公式 符号意义 适用范围
1 HLB=20（1-S/A） S为酯的皂化值；A为酸的酸值 多元醇脂肪酸酯及EO加成物
2 HLB=（δ3-8.2）/（δ3—6.0）*54 δ3为表面活性剂的溶度参数 阴离子表面活性剂
例如甘油硬脂酸单酯的皂化值=161,酸值=196,其HLB值=20(1-161/198)=3.8
表5中公式(1)的实质与按分子结构式直接计算是一样的｡一般油脂类表面活性剂的酸值和皂化值都可以从有关文献中查到｡公式(2)中的溶度参数考虑了分子中各个基团的多种作用,有文献认为其计算结果较为准确｡
4 极性指数
表面活性剂由极性小的亲油基和极性大的亲水基两部分组成,对于同类表面活性剂,其极性与非离子表面活性剂分子中的亲油基和亲水基的相对大小有关,极性指数可以通过反向色谱法或介电常数来决定,此法一般只适用于非离子表面活性剂｡由于计算极性指数的结构参数资料有限,本法的应用受到限制｡有关的计算公式见表6｡
表6 极性指数HLB值计算公式
编号 计算公式 符号意义 适用范围
1 HLBO=0.154Lf-7.56±0.91 Lf为极性指数（下同） 窄分布的Span和Tween
2 HLBO=0.192Lf+1.6±0.25 窄分布的Span、Tween
3 HLB=0.309Lf+18.3 Tween烷基酚、脂肪醇、脂肪酸的乙氧基化非离子表面活性剂
4 HLB=2.455Lf+11.0 Span类非离子表面活性剂
5 HLB=0.27Lf-20.6 Tween类非离子表面活性剂
6 HLB=0.3Lf-17.6 烷基酚聚氧乙烯醚
7 HLB=0.216Lf-7.4 脂肪醇聚氧乙烯醚加成物
8 HLB=0.352Lf-22.2 脂肪酸聚氧乙烯加成物
9 HLB=0.316Rf-21.5 Rf为对甲醇的相对极性指数
Span、Tween烷基酚、甘油-、胺-、苯酚的EO加成物
5表面活性剂混合物的HLB值计算
混合表面活性剂的HLB值一般采用重量分数加和法计算｡结果虽然粗略,但完全可以满足一般应用的需要,通常的乳化法测定表面活性剂的HLB值也是以此为基础的｡例如采用司盘20(HLB值=8.6)和吐温20(HLB值=16.7)混合表面活性剂乳化石蜡和芳香烃基矿物油1∶1的混合物(所需HLB值=10&0.5+12&0.5=11)时,需要司盘20和吐温20分别为70%和30%即8.6&0.7+16.7&0.3=11｡
在数据资料充分的情况下,直接采用有关公式计算表面活性剂的HLB值十分方便｡工业产品往往为混合物,产品一般只标明了平均结构式,采用有关公式进行计算仍然是可行的｡但对于结构复杂的､特别是高分子表面活性剂,分子中有一些特殊基团或同时有很多亲水基团和/或多个疏水基团,基团之间相互影响很大,采用直接计算法误差较大,这个时候只有用实验测试的方法才能取得较好的结果｡
（最后的数字为HLB值。）
& AtlasG-2800 Volvoxvlropylene mannitoldioleate
聚氧丙烯甘露醇二油酸酯 非离子 8.0
& Atlas G-1493 Polyoxyet hylene 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
& Solulan 5 P.O.E(5)lanolin alcohol 聚氧乙烯(5EO)羊毛醇醚
非离子 8.0
& Span 20 sorbitan monolaurate 失水山梨醇月桂酸酯 非离子
& Arlacel 20 sorbitan monolaurate 失水山梨醇月桂酸酯 非离子
& Emulphor VN-430 polyoxyethylene fatty acid
聚氧乙烯脂肪酸 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 1auryl ether 聚氧乙烯月桂醚 非离子
& Tween 61 polyoxethylene sorbitan monostearate
聚氧乙烯(4EO)失水山梨醇单硬脂酸酯 非离子 9.6
& Atlas G-2154 Hoxaethylene glycol monostearate
六乙二醇单硬脂酸酯 非离子 9.6
& Splulan PB-5 P.0.P(5)laolin alcohol
聚氧丙烯(5PO)羊毛醇醚 非离子 10.0
& Tween 81 Polyoxyethylene sorbitan monooleate
聚氧乙烯(5EO)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类 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(20EO)失水山梨醇三硬脂酸酯 非离子 10.5
& Atlas G-3705 polyoxyethylene laurylether 聚氧乙烯月桂醚
非离子 10.8
& Tween 85 polyoxyethylenesorbitan trioleate
聚氧乙烯(20EO)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 enemonooleate
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
& 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
& － triethan01amine oleate 三乙醇胺油酸酯 阴离子 12.0
& Ameroxl OE-10 P.O.E.(10)o1eyl alcohol
聚氧乙烯(10EO)油醇醚 非离子 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
& Solulan 98 Acetylated P.O.E.(10)landin deriv
聚氧乙烯(10EO)乙酰化羊毛脂衍生物 非离子 13.0
& 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
& 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(4EO)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类 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
& Solulan C-24 P.O.E.(24)cholesterol
聚氧乙烯(24EO)胆固醇醚 非离子 14.0
& Solulan PB-20 P.O.P.(20)1anolin alcohol
聚氧丙烯(20PO)羊毛醇醚 非离子 14.0
& Atlas G-7596j polyoxyethylene sotbitan
monolaurat 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(20EO)失水山梨醇单硬脂酸酯 非离子 14.9
& Ameroxol OE-20 P.O.E.(20) oleyl alcohol
聚氧乙烯(20EO)油醇醚 非离子 15.0
& Glucamate SSE-20 P.O.E.(20) Glucamate SS
聚氧乙烯(20EO)甲基葡萄糖苷倍半油酸酯 非离子 15.0
& Solulan 16 P.O.E.(16) lanolin alcohol
聚氧乙烯(16EO)羊毛醇醚 非离子 15.0
& Solulan 25 P.O.E.(25) lanolin alcohol
聚氧乙烯(25EO)羊毛醇醚 非离子 15.0
& Solulan 97 Acetylated P.O.E.(20) lanolin Deriv
聚氧乙烯(9EO)乙酰化羊毛脂衍生物 非离子 15.0
& Tween 80 polyoxyethylene sorbitan monostearate
聚氧乙烯(20EO)失水山梨醇单油酸酯 非离子 15.0
& Myrj 49 Polyoxyethylene monostearat 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(20EO)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 16.0
& Myrj 51 Polyoxyethylene monostearate 聚氧乙烯单硬脂酸酯
非离子 16.0
& 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(20EO)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
& Myrj 52 Polyoxyethylene monolaurate 聚氧乙烯单硬脂酸酯
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
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