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乳剂:油、水与维系它们的界面膜

两种拒绝互溶的液体可以被哄成乳白色的乳剂——但前提是有表面活性剂膜守护每一颗液滴。学习水包油与油包水、选乳化剂的HLB法则,以及如何一开始就判断乳剂类型。

哪种液体在里面?

乳剂是一种液体以液滴形式分散于另一种不与之互溶的液体中——几乎总是油与水。命名依据内相与外相。在水包油(o/w)乳剂中,油滴漂浮于水连续相中;它感觉轻盈、易冲洗,是口服药与多数洗剂的常规选择。在油包水(w/o)乳剂中,水滴处于油连续相中;它感觉油腻、有封闭性,适合屏障霜与夜间软膏。

乳剂为何需要乳化剂

把油和水一摇,你就制造出巨量新的油—水界面,它带有界面张力——体系想通过让液滴直接合并回两层来释放的能量。没有帮助,乳剂几秒钟就破裂。乳化剂(通常是表面活性剂)做两件事:降低界面张力使液滴更易形成,以及在每颗液滴周围构建一层坚韧的界面膜,从物理上阻止它们融合。

对于会得到*哪种*类型,还有一个简洁的经验法则:乳化剂更易溶于其中的那个相,往往成为连续相(班克罗夫特规则)。亲水的乳化剂倾向于o/w;亲油的倾向于w/o。这一想法直接连到我们用来挑选乳化剂的数字——HLB。

用HLB为油匹配乳化剂

亲水亲油平衡值(HLB)是衡量表面活性剂亲水程度的0–20标度。低HLB(3–6)的表面活性剂亲油,制成w/o乳剂;高HLB(8–18)的亲水,制成o/w。每种油都有一个*所需HLB*——其乳化体系必须达到的值。你很少只用一种表面活性剂;通常将一对高、低HLB的表面活性剂混合,并计算配比以匹配该油。

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
标准的HLB配比计算——混合高、低HLB表面活性剂以匹配油的所需HLB。

HLB对了,液滴易于形成、膜能维持;错了,乳剂粗糙、迅速分层,或形成你不想要的类型。一种为皮肤增稠的半固体o/w乳剂,其实就是乳膏——相同的物理、更稠的连续相。乳剂仍可能失效的种种方式,是最后一篇指南的主题。