什么是 HLB 值? SPAN 80 和山梨糖醇酯乳化剂选择实用指南

Mar 17, 2026

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📋在这篇文章中

  1. 什么是 HLB 值?
  2. HLB 等级及其数字的含义
  3. 如何计算和在配方中使用 HLB
  4. SPAN 80:属性、HLB 及其重要性
  5. 完整的山梨糖醇酯家族:跨度 20 至跨度 85
  6. SPAN 80 与 Tween 80 配对:辅-乳化剂策略
  7. SPAN 80 跨行业应用
  8. 质量规格和采购 SPAN 80
  9. 常问问题
  10. 联系中路化学

💧 1.什么是HLB值?

HLB 代表亲水-亲油平衡。它是一种数值标度 -,最初由 Atlas Chemical Industries 的 William C. Griffin 在 1949 - 中开发,描述表面活性剂或乳化剂对水与油的相对亲和力。 HLB 值越高,分子越-亲水(亲水);数字越低,它越-亲油(亲脂)。

实际上,HLB 值是为配方选择乳化剂时需要匹配的最重要的属性。如果操作正确,您的乳液就会稳定;如果出错,无论混合强度或乳化剂浓度如何,您都会看到相分离、乳化或反转。

💡核心理念

每个油相都有一个“所需的 HLB”-,即与该油产生最稳定乳液的乳化剂 HLB。每个乳化剂都有一个“实际 HLB”。作为配方设计师,您的工作就是将两者相匹配。当它们对齐时,您将获得稳定、持久的乳液。-当它们的偏差超过 2-3 个单位时,不稳定几乎是不可避免的。

HLB 还预测类型将形成的乳液。低-HLB乳化剂促进水-进入-油(W/O)乳液中-油是连续相,水滴是分散的。高-HLB乳化剂促进油-在-水(O/W)乳液中-水是连续相,油滴是分散的。这有时被称为班克罗夫特规则,是胶体科学中最可靠的预测工具之一。

📏 2.HLB 等级及其数字的含义

Griffin 最初的 HLB 范围为 0 至 20,但一些扩展系统对于乙氧基化表面活性剂会更高。以下是标度的每个区域告诉您分子行为的信息:

0 5 10 15 20
0–3:不含乳化剂 4-6:消泡剂 7-9:润湿剂 10–13:O/W 乳化剂 14–18:增溶剂/洗涤剂
HLB范围 功能 典型应用 乳化剂示例
1.5–3.0 油包水乳化剂 -油膏、油膏、W/O 钻井液中的水- 跨度 85 (HLB 1.8)
3.5–6.0 W/O乳化剂/消泡剂 W/O乳液、抑泡剂、农用助剂 跨度 80 (HLB 4.3), 跨度 60 (HLB 4.7)
7.0–9.0 润湿剂/铺展剂 铺展剂、渗透剂配方 跨度 20 (HLB 8.6)
10.0–13.0 水包油乳化剂 乳液、液体乳液、O/W 食品乳液 吐温 80 (HLB 15.0)、PEG 400 油酸酯
14.0–18.0 增溶剂/洗涤剂 透明溶液配方、微乳液、去污剂 聚山梨醇酯 20 (HLB 16.7)

🧮 3. 如何计算和在配方中使用HLB

3.1 Griffin的HLB公式

对于衍生自多元醇和脂肪酸(例如脱水山梨糖醇酯)的非-离子乳化剂,Griffin 将 HLB 定义为:

HLB=20 × (Mh / M)

在哪里姆赫= 亲水部分的分子量 |M=总分子量

对于Span 80(脱水山梨糖醇单油酸酯),亲水部分是脱水山梨糖醇环及其羟基。该分子的分子量约为 428.6 g/mol,亲水部分相对较小 -,产生众所周知的 HLB4.3.

3.2 常用油相HLB要求

每种油都具有最佳 O/W 乳化所需的“HLB 值”特性。对于 W/O 乳化,所需的 HLB 通常比 O/W 所需值低 3-6 个单位。下表列出了常用的配方油:

油/脂相 所需 HLB (O/W) 所需 HLB(不含)
矿物油(轻质) 10–12 4
蜂蜡 9–11 5
鲸蜡醇 13–16 -
蓖麻油 14 -
凡士林/白软石蜡 7–8 4
硅油(PDMS) 10–12 3–4
植物油(向日葵油、橄榄油) 7–10 3–4
硬脂酸 15–17 -

3.3 混合乳化剂以达到目标 HLB

HLB 理论最强大的方面之一是,乳化剂混合物的有效 ​​HLB 就是加权平均各个 HLB 值。这使得配方设计师可以将低 -HLB 乳化剂(如 Span 80)与高 -HLB 乳化剂(如 Tween 80)结合起来,以精确达到任何目标 HLB 值。

🧮 工作示例:针对矿物油 O/W 乳液的 HLB 10

  • 矿物油 (O/W) 所需的 HLB =10
  • 乳化剂 A:司盘 80,HLB=4.3
  • 乳化剂B:吐温80,HLB=15.0
  • 令混合物中的 X=部分为 Span 80
  • 4.3X + 15.0(1−X) = 10  →  X = 0.467
  • 所以:46.7% 跨度 80 + 53.3% 吐温 80给予 HLB 10

配方中乳化剂的总含量通常为 1–5% w/w。从 3% 开始,然后根据稳定性测试进行优化。

🔬 4. SPAN 80:属性、HLB 及其重要性

SPAN 80 是商品名山梨糖醇单油酸酯(CAS 1338-43-8),山梨醇与油酸在脱水条件下反应形成的酯。脱水山梨糖醇环(山梨糖醇的循环脱水产物)形成亲水性核心,而 C18:1 油酸酯链提供亲脂性尾部。

财产 价值 意义
国际化学工业名称 山梨糖醇油酸酯 用于化妆品成分标签
CAS 号 1338-43-8 对于监管文件
HLB值 4.3 W/O乳化剂/油-可溶性表面活性剂
分子量 ~428.6 克/摩尔 单脂肪酸酯(单)
外貌 琥珀色粘稠液体 可在室温下倾倒
粘度(25度) ~1,000–1,200 mPa·s 粘稠度适中;可能需要加热来处理
密度(20度) ~1.00–1.01 克/立方厘米 对于剂量计算很有用
酸值 小于或等于8.0毫克KOH/克 质量/新鲜度指标
皂化值 145–160 毫克 KOH/克 酯含量确认
溶解度 分散于水中;溶于油 必须先溶解在油相中
闪点 >200度 正常加工下-不易燃
生物降解性 易于生物降解 环保型材

4.1 为什么 HLB 4.3 使 SPAN 80 如此特别

HLB 4.3 处于最佳位置水-在-油中乳化。它具有足够的油-溶解度,可以干净地溶解到大多数亲脂相中,但它具有足够的亲水特性,可以将其自身锚定在油-水界面上并有效降低界面张力。没有其他单一参数能像这个数字一样直接预测 SPAN 80 的配方作用。

油酸酯 (C18:1) 链也起着关键的结构作用。与饱和脂肪酸脱水山梨糖醇酯(例如使用硬脂酸的 Span 60)相比,油酸酯链中的双键保持了分子室温下为液体并使其与植物油、硅油和合成酯等不饱和油相具有优异的相容性。尽管具有类似的 HLB,Span 60 仍是蜡状固体,需要在使用前熔化。

🌐5.完整的山梨糖醇酯家族:跨度20至跨度85

商业“Span”系列涵盖一系列脂肪酸链长度和酯化度,为配方设计师提供了涵盖 HLB 1.8 至 8.6 的工具包。每个等级占据不同的功能定位:

年级 化学名称 HLB 身体状态 主要用途
跨度 20 山梨糖醇单月桂酸酯 8.6 琥珀色液体 极性油润湿剂、乳化剂
跨度 40 山梨糖醇单棕榈酸酯 6.7 蜡状固体 增稠剂/W/O乳化剂
跨度 60 山梨醇单硬脂酸酯 4.7 蜡状固体(熔点~50度) 热-工艺配方中的油包水乳化剂
跨度80★ 山梨糖醇单油酸酯 4.3 琥珀色液体 W/O 乳化剂,使用最广泛的牌号
跨度83 山梨糖醇倍半油酸酯 3.7 琥珀色液体 需要较低 HLB 的 W/O 乳液
跨度85 山梨醇三油酸酯 1.8 琥珀色液体 极端 W/O、钻井液、ATEX- 敏感

💡 为什么Span 80主导市场

Span 80 占全球脱水山梨醇酯消费量的大部分,原因很简单:它是 HLB 4-5 范围内唯一的液态-级。 Span 60 具有几乎相同的 HLB,但必须熔化才能使用。在环境-温度过程-从药物乳化到田间-混合农业助剂-液体SPAN 80更加实用。

⚗️ 6. SPAN 80 与 Tween 80 配对:辅-乳化剂策略

配方化学中最经典的乳化剂对是跨度 80 + 补间 80。 Tween 80(聚山梨醇酯 80)是 SPAN 80 - 的乙氧基化衍生物,结构上它是 SPAN 80,在脱水山梨糖醇羟基上添加了约 20 摩尔环氧乙烷。这会将 HLB 从 4.3 转变为 15.0,并将分子从油-溶性转变为水溶性-溶性。

这对产品可以在 4.3 至 15.0 的整个 HLB 谱范围内混合。下表显示了常见目标 HLB 值的混合比例:

目标HLB %跨度 80 (HLB 4.3) % 吐温 80 (HLB 15.0) 典型用途
4–5 90–100% 0–10% W/O 乳液、隔离霜、W/O 钻井液
7–8 65–70% 30–35% 润湿/铺展配方
10 ~47% ~53% 轻质矿物油水包油乳液、乳液
12–13 25–30% 70–75% 较重的 O/W 乳液、药膏

✅ 实用提示:将 SPAN 80 添加到油相,将 Tween 80 添加到水相

由于SPAN 80 是油-溶性的,因此在乳化前将其溶解在油相中。 Tween 80 是水溶性的,应溶解在水相中。当两相合并并混合时,互补乳化剂在界面处共吸附,产生与单独使用任一乳化剂相比具有优异机械强度和稳定性的混合界面膜。

🏭 7. SPAN 80 跨行业应用

💊 药品

  • 用于局部给药的 W/O 乳液
  • 注射乳液中的辅-乳化剂(与 Tween 80)
  • 疫苗佐剂配方中的稳定剂
  • 职业皮肤科隔离霜基质

✨ 化妆品和个人护理

  • 不含防晒霜和紫外线-防护霜
  • 冷霜和洁面膏中的润肤剂
  • 彩妆中颜料分散剂
  • 护发素中的助-乳化剂

🌾 农业

  • 乳油(EC)配方助剂
  • 叶面农药喷雾剂中的撒布器-贴纸
  • 油-农化制剂中的乳化剂
  • 用于防水-植物表面的润湿剂

🔩 工业和油田

  • 反相钻井泥浆系统中的W/O乳化剂
  • 金属加工液中的缓蚀剂载体
  • 脱模剂和模具润滑剂中的乳化剂
  • 工业过程中的消泡剂成分

🍞 食品和保健品

  • E494食品乳化剂(有限应用)
  • 脂溶性营养素的封装载体-
  • 酵母-烘焙产品中的加工助剂

🧵 纺织品和纤维

  • 合成纤维纺丝油剂乳化剂
  • 纱线生产中的纤维润滑剂
  • 染色助剂中的润湿剂

📊 8. 质量规格和采购 SPAN 80

SPAN 80 是一种商品乳化剂,但供应商 - 之间的质量可能存在很大差异,特别是在酸值、水含量和颜色方面。以下是指定的标准质量参数:

范围 典型规格 为什么它很重要
酸值 小于或等于8.0毫克KOH/克 高酸值=游离脂肪酸污染,导致pH值漂移
皂化值 145–160 毫克 KOH/克 酯含量及纯度指标
羟值 193–210 毫克 KOH/克 酯化度/单聚酯与聚酯的比例
含水量(KF) 小于或等于1.0% 过量的水会导致水解和浑浊
颜色(加德纳) 小于或等于8 与化妆品和浅-有色配方相关
重金属 小于或等于10 ppm 制药和食品-联系申请所需

✅ SPAN 80 供应商清单

  • ✅ 每批货件都可以使用批次-特定的 CoA?
  • ✅ 声明原料来源(植物-衍生油酸与合成油酸)?
  • ✅ 欧盟发货是否已进行 REACH 注册?
  • ✅ 是否有清真/犹太洁食认证(用于食品或制药应用)?
  • ✅ 包装选项:桶(180 公斤)、IBC(1,000 公斤)、ISO 罐?
  • ✅ 在批量承诺之前有样品可用于配方试验吗?

❓ 9. 常见问题

问:SPAN 80 的 HLB 值是多少?
SPAN 80(山梨糖醇单油酸酯)的 HLB 值为4.3。这使其牢固地溶解在水中-,属于-油乳化剂类别(HLB 3–6)。它在室温下是油-溶解的,并且在乳化之前必须溶解在制剂的亲脂相中。由于 SPAN 80 经常在 Span/Tween 共-乳化剂系统中用作亲脂锚,因此 4.3 的 HLB 是乳液配方教科书中最广泛引用的值之一。
问:SPAN 80 和 Tween 80 有什么区别?
两者均衍生自脱水山梨醇单油酸酯,但吐温 80(聚山梨醇酯 80)已被乙氧基化 -,大约 20 摩尔环氧乙烷已添加到脱水山梨醇羟基上。这会将 HLB 从 4.3 (SPAN 80) 提高到 15.0 (Tween 80),并将分子从油-溶性转化为水溶性-溶性。 SPAN 80 稳定 W/O 乳液; Tween 80 可稳定 O/W 乳液。它们共同构成了配方化学中最经典的辅助乳化剂对,可通过调整混合比例将 HLB 微调至 4.3 至 15.0 之间。-
问:SPAN 80 对皮肤安全吗?
是的。山梨糖醇单油酸酯已经过化妆品成分审查 (CIR) 专家小组的审查,被认为在化妆品配方中使用浓度高达 25% 时是安全的。它在配制良好的乳液中没有-刺激性,-在化妆品和药物局部应用中具有悠久的安全历史。与大多数乳化剂一样,应避免长时间未稀释的皮肤接触;在成品配方中,它的风险最小。
问:我可以单独使用SPAN 80作为乳化剂吗?
单独使用时,SPAN 80 可以形成 W/O 乳液,特别是在高-剪切混合下,但共-乳化剂系统始终能产生更稳定的结果。当您特别需要具有最少亲水成分 - 的 W/O 乳液时,单独使用 SPAN 80 是合适的,例如,在需要纯油-连续系统的油田反相钻井泥浆中。对于大多数化妆品、制药和农业应用,与互补的高-HLB 乳化剂混合将为您提供显着更好的长期-稳定性。
问:脱水山梨糖醇单油酸酯有什么用途?
山梨糖醇单油酸酯 (SPAN 80) 用作 W/O 乳化剂和表面活性剂,适用于制药、化妆品、农业、食品加工、油田化学品和纺织品。其最重要的特性-在室温下为液态,HLB 4.3,以及与各种油相的优异相容性-使其成为最通用的乳化剂之一。常见的最终用途包括外用药膏、化妆品防晒乳液、农药制剂、反相钻井液和纤维纺丝油剂系统。-
问:HLB 理论有局限性吗?
是的。 HLB 理论是一种强大的首轮工具,但没有考虑温度依赖性(一个关键弱点,- 乳液会随着温度变化而-发生相转变)、电解质浓度效应或共溶剂和流变改性剂的影响。-它也不区分 HLB 相同但结构不同的乳化剂 -,HLB 为 10 的两个分子在同一体系中的表现可能截然不同。现代配方实践使用 HLB 作为起始框架,然后进行实验迭代,特别是在温度-循环条件下的稳定性测试。

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