홍라이프 계산기계면활성제 HLB 배합 계산기 쉽게 이해하기 — 개념과 원리
HLB(친수성–친유성 균형)는 비이온 계면활성제가 물과 기름 가운데 어느 쪽을 더 좋아하는지 나타내는 수치입니다. 크림, 로션, 농약, 절삭유를 만들 때는 특정 기름을 유화하는 데 알맞은 '소요 HLB'가 있고, HLB가 높은 계면활성제와 낮은 계면활성제를 섞어 그 값을 맞춥니다. 이 계산기는 두 계면활성제를 어떤 비율로 섞어야 하는지 알려 줍니다.
계산 방법
- 배합 HLB = w_A × HLB_A + w_B × HLB_B, w_A + w_B = 1 (무게분율)
- 목표값에 대해 풀면 w_A = (목표 HLB − HLB_B) ÷ (HLB_A − HLB_B)
- w_B = (HLB_A − 목표 HLB) ÷ (HLB_A − HLB_B)
결과는 전체 제품이 아니라 계면활성제 합계에 대한 무게 백분율입니다.
원리
그리핀(Griffin)은 1949년 HLB 척도를 도입했고, 1954년에 많은 비이온 계면활성제의 HLB를 분자 중 친수부 질량분율의 20배로 정의했습니다. 그래서 값은 0(완전히 기름에 녹음)에서 20(완전히 물에 녹음) 사이에 놓입니다. 질량분율에 바탕을 둔 척도이므로 혼합물의 HLB는 각 성분의 무게 가중평균으로 근사할 수 있습니다. 이 선형 혼합 규칙 덕분에 배합 계산은 지렛대 원리처럼 간단해지며, 목표값은 두 성분 사이에서 각 성분과의 거리에 반비례하는 비율로 정해집니다.
예제 풀이
- 기본값은 HLB_A = 15(폴리소르베이트 80의 대표값), HLB_B = 4.3(소르비탄 모노올레이트의 대표값), 목표 HLB = 10입니다.
- HLB_A − HLB_B = 15 − 4.3 = 10.7입니다.
- A의 비율 = (10 − 4.3) ÷ 10.7 = 53.27%입니다.
- B의 비율 = (15 − 10) ÷ 10.7 = 46.73%입니다.
- 검산: 0.5327 × 15 + 0.4673 × 4.3 = 7.99 + 2.01 = 10.0
| 계면활성제 A의 HLB | A의 비율 |
|---|---|
| 3.75 | -1,036.36% |
| 7.5 | 178.13% |
| 11.2 | 82.01% |
| 15 | 53.27% |
| 18.8 | 39.45% |
| 22.5 | 31.32% |
| 30 | 22.18% |
결과 해석
그리핀의 고전적인 기준으로 HLB 약 3~6은 유중수형(W/O) 유화, 약 7~9는 습윤제, 약 8~18은 수중유형(O/W) 유화, 약 13~15는 세정제, 약 15~18은 가용화제에 알맞습니다. 목표값이 두 계면활성제 사이를 벗어나면 비율이 음수가 되며, 그 조합으로는 목표에 도달할 수 없다는 뜻입니다. 기름의 소요 HLB 자체도 추정값이므로 실제로는 계산된 비율 주변에서 여러 배합을 시험해 가장 안정한 것을 고릅니다.
흔한 실수
- 이 비율을 전체 처방의 비율로 보는 경우(계면활성제 총량은 따로 정합니다)
- 그리핀의 질량분율 척도를 이온성 계면활성제에 적용하는 경우(값의 산출 방식이 다르고 선형으로 섞이지 않습니다)
- 온도를 무시하는 경우(에톡실레이트계 비이온 계면활성제는 온도가 오르면 친유성이 커집니다)
자주 묻는 질문
기름의 소요 HLB란 무엇인가요?
그 기름을 가장 안정하게 유화하는 배합 HLB로, 실험으로 정하며 원료 공급사 자료에 나와 있습니다.
세 가지를 섞을 수도 있나요?
배합 HLB는 여전히 Σwᵢ × HLBᵢ이지만 해가 무수히 많으므로 한 성분의 비율을 먼저 정해야 합니다.
HLB가 맞는 한 가지만 쓰지 않고 두 가지를 섞는 이유는 무엇인가요?
HLB가 높은 것과 낮은 것을 짝지으면 계면에 더 촘촘히 배열되어 유화 안정성이 좋아지는 경우가 많기 때문입니다.
출처: Griffin, W. C. (1949). Classification of surface-active agents by "HLB". Journal of the Society of Cosmetic Chemists, 1, 311–326. · Griffin, W. C. (1954). Calculation of HLB values of non-ionic surfactants. Journal of the Society of Cosmetic Chemists, 5, 249–256.