HLB e scelta del tensioattivo per le emulsioni

Davanti a un catalogo di centinaia di tensioattivi, come si sceglie quello giusto per stabilizzare un’emulsione? La scala HLB traduce in un numero il bilancio fra parte idrofila e parte lipofila di una molecola e indica, in modo immediato, se è adatta a un’emulsione olio-in-acqua, acqua-in-olio o a un altro impiego. È uno degli strumenti pratici più usati nella formulazione.

Vediamo che cos’è l’HLB, come si interpreta la scala, perché ogni emulsione richiede un HLB preciso e come si combinano più tensioattivi per centrare il valore desiderato.

Il bilancio idrofilo-lipofilo

Ogni tensioattivo è un compromesso fra la sua testa idrofila e la sua coda lipofila. Se domina la parte idrofila, la molecola «preferisce» l’acqua; se domina quella lipofila, preferisce l’olio. L’HLB (Hydrophile-Lipophile Balance) quantifica questo rapporto su una scala numerica convenzionale: valori bassi indicano un tensioattivo prevalentemente lipofilo, valori alti uno prevalentemente idrofilo. Conoscere l’HLB di un tensioattivo è come conoscerne la «vocazione» applicativa.

La scala HLB

La scala va convenzionalmente da circa 0 a 20 (oltre per alcuni casi) e a ogni intervallo corrisponde un’applicazione tipica. È una guida pratica più che una grandezza fondamentale, ma estremamente utile come punto di partenza.

La regola di Bancroft

C’è un principio semplice che spiega perché l’HLB funziona: la fase in cui il tensioattivo è più solubile tende a diventare la fase continua dell’emulsione (regola di Bancroft). Un tensioattivo idrofilo (HLB alto) si scioglie in acqua, che diventa la fase continua: si forma un’emulsione olio-in-acqua (O/A), con gocce d’olio disperse in acqua. Un tensioattivo lipofilo (HLB basso) si scioglie nell’olio, che diventa la fase continua: si forma un’emulsione acqua-in-olio (A/O). Da qui la corrispondenza tra HLB e tipo di emulsione.

Ogni olio ha il suo HLB richiesto

Per stabilizzare un’emulsione non basta scegliere un tensioattivo idrofilo o lipofilo: ogni olio o fase oleosa ha un HLB richiesto, cioè un valore ottimale che dà l’emulsione più stabile. Usare un tensioattivo il cui HLB coincide con l’HLB richiesto dell’olio produce gocce piccole e stabili; allontanarsi da quel valore peggiora la stabilità. L’HLB richiesto di un olio è tabulato o determinato sperimentalmente, e cambia a seconda che si voglia un’emulsione O/A o A/O.

HLB_miscela = w_A · HLB_A + w_B · HLB_B

Nella formula, w_A e w_B sono le frazioni in massa dei due tensioattivi. Combinando un emulsionante a HLB alto e uno a HLB basso si raggiunge qualsiasi valore intermedio, ed è così che si centra l’HLB richiesto della fase oleosa da emulsionare.

I limiti del metodo

L’HLB è una guida potente ma approssimata: non tiene conto della temperatura, della struttura fine della molecola né di tutte le interazioni. Per i tensioattivi non ionici, in particolare, l’idrofilia diminuisce con la temperatura, e per questo si è introdotto un parametro complementare, la temperatura di inversione di fase (PIT), la temperatura alla quale un’emulsione si rovescia da O/A ad A/O. HLB e PIT insieme danno una guida più completa. Nonostante i limiti, l’HLB resta il primo strumento a cui si ricorre per restringere la scelta.

Perché conta nella pratica

Per chi formula emulsioni — cosmetiche, farmaceutiche, alimentari, agrochimiche, vernici — l’HLB è lo strumento che trasforma una scelta a tentoni in un punto di partenza razionale. Indica subito quale tipo di tensioattivo serve, permette di prevedere se nascerà un’emulsione O/A o A/O e, miscelando, di centrare l’HLB richiesto dell’olio. Conoscere la scala HLB, la regola di Bancroft e il concetto di HLB richiesto fa risparmiare moltissimo tempo di laboratorio e porta a emulsioni stabili con meno tentativi.

Domande frequenti

Che cos’è l’HLB di un tensioattivo?

È un numero convenzionale, su una scala da circa 0 a 20, che esprime il bilancio fra la parte idrofila e quella lipofila della molecola. Valori bassi indicano un tensioattivo lipofilo, valori alti uno idrofilo. L’HLB riassume la «vocazione» del tensioattivo e guida la scelta per emulsioni, detergenza o solubilizzazione.

Quale HLB serve per un’emulsione olio-in-acqua?

Un HLB alto, tipicamente fra 8 e 18: un tensioattivo idrofilo si scioglie nell’acqua, che diventa la fase continua, e stabilizza gocce d’olio disperse in acqua (O/A). Per un’emulsione acqua-in-olio (A/O) serve invece un HLB basso, circa 3–6, perché il tensioattivo deve essere lipofilo e sciogliersi nell’olio, che diventa la fase continua.

Che cos’è la regola di Bancroft?

È il principio secondo cui la fase in cui il tensioattivo è più solubile tende a diventare la fase continua dell’emulsione. Un tensioattivo idrofilo dà quindi un’emulsione olio-in-acqua, uno lipofilo un’emulsione acqua-in-olio. È la ragione fisica per cui l’HLB predice il tipo di emulsione che si formerà.

Si può combinare più di un tensioattivo?

Sì, ed è la pratica abituale: si miscela un emulsionante idrofilo e uno lipofilo per centrare l’HLB richiesto dall’olio da emulsionare. L’HLB della miscela è, con buona approssimazione, la media degli HLB dei componenti pesata sulle frazioni in massa, così variando le proporzioni si copre un intervallo continuo di valori.

L’HLB basta a scegliere il tensioattivo?

È un ottimo punto di partenza ma non è esaustivo: non considera la temperatura né tutte le interazioni molecolari. Per i non ionici l’idrofilia cala con la temperatura, e si usa anche la temperatura di inversione di fase (PIT) come parametro complementare. HLB e PIT insieme guidano meglio la scelta, ma l’HLB resta il primo strumento per restringere il campo.