Emulsiones O/W vs W/O: selección, HLB y ejemplos de formulación
Cada emulsión estable es una dispersión termodinámicamente metaestable de un líquido inmiscible en otro, estabilizada por tensioactivos y, a menudo, coemulsionantes, ceras o polímeros en la interfaz aceite-agua. La distinción fundamental (aceite en agua (O/W) versus agua en aceite (W/O)) rige la sensación en la piel, la liberación de activos, la capacidad de pulverización, el comportamiento de dilución y la clasificación regulatoria en cosméticos, productos farmacéuticos y agroquímicos. Elegir el tipo de emulsión correcto no es una conjetura: el sistema de equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB), el HLB requerido de la fase oleosa y la relación de volumen de las fases brindan a los formuladores un punto de partida racional antes de las pruebas de estabilidad. Venus Ethoxyethers fabrica emulsionantes no iónicos, aniónicos y especiales en toda la gama HLB desde instalaciones de etoxilación en Goa, India y Estados Unidos, con más de 30 años de respaldo en formulación para clientes de cuidado personal, industria y protección de cultivos.
¿Cuál es la diferencia entre emulsiones O/W y W/O?
en unemulsión de aceite en agua (O/W), las gotas de aceite se dispersan en una fase acuosa continua. Los sistemas O/W se sienten más ligeros en la piel, se enjuagan fácilmente con agua y son la opción predeterminada para lociones, limpiadores tipo leche, concentrados de agroquímicos diluibles en agua y la mayoría de los limpiadores domésticos. La fase externa es agua, por lo que las emulsiones O/W conducen la electricidad mal pero más fácilmente que los sistemas W/O, y generalmente aceptan conservantes solubles en agua, espesantes hidrófilos y electrolitos en niveles moderados.
en unemulsión agua en aceite (W/O), las gotas de agua se dispersan en una fase oleosa continua. Los sistemas W/O se sienten más ricos y oclusivos, resisten el lavado y se prefieren para cremas de noche espesas, productos reparadores de barreras, protectores solares dirigidos a la resistencia al agua y ciertos ungüentos farmacéuticos. Debido a que la fase continua es lipófila, las emulsiones W/O toleran mayores cargas de electrolitos en la fase acuosa interna sin el mismo riesgo de inversión que las sales imponen en los sistemas O/W, aunque son más difíciles de fabricar y requieren emulsionantes con bajo contenido de HLB.
El tipo de emulsión está determinado principalmente por la química del emulsionante (HLB), la relación de volumen de fases y las condiciones de procesamiento, no simplemente por qué ingrediente está presente en mayor porcentaje en peso. Una fórmula con 60 % de agua y 40 % de aceite aún puede formar W/O si el sistema emulsionante favorece una película interfacial lipófila. Vea nuestro tensioactivo vs emulsionante guía para conocer el contexto sobre cuándo la función tensioactiva principal es la emulsificación en lugar de la detergencia.
Cómo HLB predice el tipo de emulsión
La escala HLB, desarrollada por William Griffin a finales de la década de 1940, clasifica los tensioactivos de 0 (completamente lipófilos) a 20 (completamente hidrófilos). Como regla práctica para emulsionantes no iónicos:
- HLB 3–6: Emulsionantes W/O: monoésteres de sorbitán, monooleato de glicerol, etoxilatos de aceite de ricino con bajo contenido de EO
El cálculo original de Griffin para los no iónicos etoxilados relaciona HLB con la fracción en peso de la porción hidrofílica. En la formulación moderna, los valores HLB publicados para las calidades comerciales se combinan aritméticamente. Los antecedentes completos están en nuestro HLB guía de escala.
| rango HLB | Tipo de emulsión preferido | Ejemplos de emulsionantes |
|---|
Requerido HLB: calcular el objetivo para su fase petrolera
Cada aceite, cera o activo lipófilo tiene unrequerido HLB— el sistema HLB en el que se emulsiona más fácilmente en un sistema O/W. Cuando la mezcla de emulsionantes HLB coincide con el HLB ponderado requerido de la fase oleosa, las emulsiones se forman más fácilmente y tienden a una mejor estabilidad a largo plazo. Los valores HLB requeridos se determinan experimentalmente; La siguiente tabla enumera guías representativas de ingredientes comunes.
| Aceite/cera/activo | Requerido HLB (O/W) | Notas |
|---|
Paso 1: enumere los componentes de la fase oleosa y sus fracciones en peso. Ejemplo: una fase oleosa en crema que contiene 8% de aceite mineral y 2% de alcohol cetílico.
Paso 2: busque el HLB requerido para cada componente. Aceite mineral ≈ 10,5; alcohol cetílico ≈ 15.
Paso 3: Calcule la ponderación requerida HLB:
Ponderado requerido HLB = (0,8 × 10,5) + (0,2 × 15) = 8,4 + 3,0 =11.4
Paso 4: mezcle los emulsionantes para combinar. Si se utiliza 70% Polysorbate 60 (HLB 14,9) y 30% estearato de sorbitán (HLB 4,7): Sistema HLB = 0,7 × 14,9 + 0,3 × 4,7 = 10,4 + 1,4 =11.8— cerca del objetivo de 11.4.
Para emulsiones W/O, seleccione emulsionantes en el rango 3–6 HLB. El concepto HLB requerido todavía se aplica, pero apunta al lado lipófilo. Una crema de noche W/O podría usar oleato de sorbitán (HLB ~4.3) como emulsionante principal con una pequeña cantidad de diisoestearato de poliglicerilo-3 como coemulsionante.
Relación de volumen de fase y regla de Bancroft
La regla de Bancroft establece que la fase en la que el emulsionante es más soluble tiende a convertirse en la fase continua, razón por la cual los tensioactivos con alto contenido de HLB favorecen el O/W y los tensioactivos con bajo HLB favorecen el W/O. Sin embargo, el volumen de fase también importa: las emulsiones con más del 74 % de volumen de fase interna se vuelven termodinámicamente difíciles de estabilizar como simple O/W o W/O y pueden requerir múltiples emulsionantes o una transición a la tecnología de emulsión de alta fase interna (HIPE). La mayoría de las cremas cosméticas funcionan con un 15-30 % de fase oleosa (O/W) o un 60-80 % de fase oleosa (W/O), dentro de los rangos de formulación convencionales.
Ejemplo resuelto 1: crema cosmética O/W
Objetivo: Crema de día de viscosidad media, 20% de fase oleosa, estable a 40°C durante 12 semanas, apta para exportación a los mercados de la UE y ASEAN.
Fase oleosa (20%):
- 10 % de aceite mineral (requerido HLB ~10,5)
- 5 % de miristato de isopropilo (requerido HLB ~11)
- Alcohol cetílico al 3 % (coemulsionante y agente de cuerpo, requerido HLB ~15)
- 2% estearato de glicerilo SE (emulsionante O/W secundario)
Ponderado requerido HLB ≈ 11.2. Mezcla de emulsionante: 3 % Polysorbate 60 (HLB 14,9) + 1 % de estearato de sorbitán (HLB 4,7) → sistema HLB al 4 % de emulsionante total ≈ 12,1. Ajuste la proporción a 2,5% PS 60 + 1,5% Span 60 si se produce separación durante el envejecimiento por calor.
Fase acuosa (80%): agua desionizada, goma xantana al 0,3% (predispersada), sistema conservante, EDTA disódico al 0,05%, pH ajustado a 5,5 con ácido cítrico.
Proceso: Calentar las fases de aceite y agua por separado a 75°C. Agregue la fase acuosa a la fase oleosa con un homogeneizador a 3000–5000 rpm durante 3 minutos. Enfriar a 40°C con agitación amplia. Añadir activos sensibles al calor por debajo de 40°C.
suministros de venus cotensioactivos y emulsionantes incluidos polisorbatos, etoxilatos de alcoholes grasos y ésteres de sorbitán para formulaciones de cremas. Ver también guía de emulsionantes cosméticos.
Ejemplo resuelto 2: Emulsión de protección solar W/O
Objetivo: Protector solar SPF 50 resistente al agua con sensación oclusiva en la piel, tipo W/O para aplicaciones de playa y deporte.
Los protectores solares W/O colocan filtros UV en la fase de aceite continua o en la interfaz, mejorando la resistencia al agua en comparación con los sistemas O/W equivalentes. La compensación es una sensación de piel más pesada y una fabricación más desafiante.
Fase oleosa (continua, ~65%):
- 25 % de benzoato de alquilo C12–15 (disolvente emoliente para filtros UV)
- 15% aceite mineral
- 10% octocrileno + 8% OMC (filtros UV disueltos en fase oleosa)
- 4 % de oleato de sorbitán (emulsionante primario W/O, HLB ~4,3)
- Polirricinoleato de poliglicerilo-3 al 2% (coemulsionante W/O)
- 1% aceite de ricino hidrogenado (estructura y resistencia al agua)
Fase acuosa interna (~35%): agua, 3% glicerina (humectante en fase interna), sulfato de magnesio (0,5%, estabilizador W/O), conservante, 0,5% bis-etilhexiloxifenol metoxifenil triazina (filtro UV soluble en agua si así lo exige la normativa).
Proceso: Dispersar sulfato de magnesio en fase acuosa a 75°C. Calentar la fase de aceite a 80°C para disolver completamente los filtros UV. Agregue la fase acuosa lentamente a la fase oleosa bajo homogeneización de alto cizallamiento; observe la adición inversa versus O/W. Deje enfriar revolviendo suavemente para preservar la estructura W/O.
Valide la resistencia al agua según ISO 16217 o equivalente regional. Los sistemas W/O toleran mejor el electrolito en la fase interna que los sistemas O/W toleran la sal en la fase continua.
Ejemplo resuelto 3: loción corporal O/W
Objetivo: Loción corporal bombeable, sensación ligera en la piel, 12 % de fase oleosa, costo optimizado para el mercado masivo.
- 6% de alcohol C12–14, 7 EO (emulsionante primario O/W de Venus alcohol etoxilado rango — HLB ~12)
- 4 % de triglicérido caprílico/cáprico + 2 % de manteca de karité (fase oleosa)
- 0,5 % de alcohol cetílico (viscosidad y estabilidad)
- 0,2 % de carbómero (preneutralizado a pH 5,5–6,0 para estabilidad de la red de gel)
Las lociones O/W de un solo emulsionante son factibles cuando la fase oleosa requerida HLB se alinea con la FAE HLB elegida. C12–14, 7 EO al 6% emulsiona cómodamente una fase oleosa al 12% con el HLB ~8–9 requerido. Homogeneizar a 70°C, enfriar hasta 50°C mientras se agrega fragancia presolubilizada en 0,3%.etoxilato de aceite de ricino(COE-40).
La viscosidad de la loción está controlada por la red de gel de carbómero más la cristalinidad del alcohol cetílico, no solo por el emulsionante. Viscosidad Brookfield objetivo de 3000 a 8000 cP a 25 °C para el suministro por bomba.
Ejemplo resuelto 4: Concentrado emulsionable de agroquímicos (EC)
Un EC no es una emulsión prefabricada sino un concentrado a base de solvente queemulsiona espontáneamente cuando se vierte en agua en el tanque de aspersión, formando una emulsión O/W en el campo. La selección del emulsionante sigue la misma lógica HLB aplicada a la mezcla de disolvente más ingrediente activo.
Objetivo: 25 % de cipermetrina EC en disolvente aromático, estabilidad de dilución compatible con CIPAC a 1:500 en agua con una dureza de 342 ppm.
- 8 % de alcohol C9-C11, 5 EO (emulsionante no iónico, HLB ~10)
- 4% de dodecilbencenosulfonato de calcio (emulsionante aniónico y ayuda humectante)
- 25% cipermetrina técnica
- Balanza Solvesso 100 disolvente aromático
El paquete de emulsionantes (12 % en total) apunta al sistema HLB 10–12 para la mezcla de disolvente/activo. El emparejamiento aniónico-no iónico mejora la estabilidad del agua dura y reduce la formación de crema a baja temperatura. El requisito total de emulsionante es mayor que en las emulsiones cosméticas prefabricadas porque el EC debe autoemulsionarse sin homogeneización.
Prueba según CIPAC 36.1: diluir a 1:500 en aguas estándar, mantener a 0°C, 20°C y 54°C durante 24 horas; sin separación de aceite ni capa de crema. Vea nuestro guía de concentrados emulsionables y aplicaciones de agroquímicos página.
Factores de estabilidad más allá de HLB
La coincidencia HLB es necesaria pero no suficiente. Los formuladores también deben evaluar:
- Temperatura: Los emulsionantes no iónicos pierden hidrofilicidad por encima del punto de turbidez, lo que puede invertir o romper las emulsiones a altas temperaturas de almacenamiento.
Fabricación y ampliación en Venus
Venus Ethoxyethers produce materias primas emulsionantes (etoxilatos de alcoholes grasos, etoxilatos de aceite de ricino, polisorbatos, ésteres de sorbitán y mezclas personalizadas) a partir de reactores de etoxilación dedicados en Goa, India. Los controles de lotes incluyen selección de relación molar, verificación del punto de nube y eliminación de EO residual. Con90.000 toneladas Con capacidad de fabricación del grupo e investigación y desarrollo 24 horas al día, 7 días a la semana, Venus admite niveles personalizados de EO, mezclas específicas de HLB y etoxilación de pago para formuladores que desarrollan sistemas O/W y W/O.
Explora el completo gama de emulsionantes,grados de polisorbato, y aplicaciones de cuidado personal. Solicite muestras, TDS y compatibilidad con coincidencias HLB a través de contacto Venus Ethoxyethers.