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乳劑:油、水與維繫它們的界面膜

兩種拒絕互溶的液體可以被哄成乳白色的乳劑——但前提是有界面活性劑膜守護每一顆液滴。學習水包油與油包水、選乳化劑的HLB法則,以及如何一開始就判斷乳劑類型。

哪種液體在裡面?

乳劑是一種液體以液滴形式分散於另一種不與之互溶的液體中——幾乎總是油與水。命名依據內相與外相。在水包油(o/w)乳劑中,油滴漂浮於水連續相中;它感覺輕盈、易沖洗,是口服藥與多數洗劑的常規選擇。在油包水(w/o)乳劑中,水滴處於油連續相中;它感覺油膩、有封閉性,適合屏障霜與夜間軟膏。

乳劑為何需要乳化劑

把油和水一搖,你就製造出巨量新的油—水界面,它帶有界面張力——體系想透過讓液滴直接合併回兩層來釋放的能量。沒有幫助,乳劑幾秒鐘就破裂。乳化劑(通常是界面活性劑)做兩件事:降低界面張力使液滴更易形成,以及在每顆液滴周圍構建一層堅韌的界面膜,從物理上阻止它們融合。

對於會得到*哪種*類型,還有一個簡潔的經驗法則:乳化劑更易溶於其中的那個相,往往成為連續相(班克羅夫特規則)。親水的乳化劑傾向於o/w;親油的傾向於w/o。這一想法直接連到我們用來挑選乳化劑的數字——HLB。

用HLB為油匹配乳化劑

親水親油平衡值(HLB)是衡量界面活性劑親水程度的0–20標度。低HLB(3–6)的界面活性劑親油,製成w/o乳劑;高HLB(8–18)的親水,製成o/w。每種油都有一個*所需HLB*——其乳化體系必須達到的值。你很少只用一種界面活性劑;通常將一對高、低HLB的界面活性劑混合,並計算配比以匹配該油。

Blending two surfactants to hit a required HLB

Goal: an o/w emulsion of an oil whose required HLB = 12.
Available surfactants:
  Tween 80   HLB = 15.0   (high, hydrophilic)
  Span 80    HLB =  4.3   (low, lipophilic)

Let x = fraction of Tween 80 in the emulsifier blend.
Blend HLB = x(15.0) + (1 - x)(4.3) = 12

  15.0x + 4.3 - 4.3x = 12
  10.7x = 7.7
  x = 0.720

So the emulsifier blend = 72.0% Tween 80 + 28.0% Span 80.
If total emulsifier in the formula = 5.0 g:
  Tween 80 = 0.720 x 5.0 = 3.60 g
  Span 80  = 0.280 x 5.0 = 1.40 g

Check: 3.60/5.0 x 15.0 + 1.40/5.0 x 4.3 = 10.80 + 1.20 = 12.0  OK
標準的HLB配比計算——混合高、低HLB界面活性劑以匹配油的所需HLB。

HLB對了,液滴易於形成、膜能維持;錯了,乳劑粗糙、迅速分層,或形成你不想要的類型。一種為皮膚增稠的半固體o/w乳劑,其實就是乳膏——相同的物理、更稠的連續相。乳劑仍可能失效的種種方式,是最後一篇指南的主題。