Émulsions H/E vs E/H : sélection, HLB et exemples de formulation
Chaque émulsion stable est une dispersion thermodynamiquement métastable d'un liquide non miscible dans un autre, stabilisée par des tensioactifs et souvent des co-émulsifiants, des cires ou des polymères à l'interface huile-eau. La distinction fondamentale – huile dans eau (H/E) et eau dans huile (E/H) – régit la sensation sur la peau, la libération des actifs, la pulvérisabilité, le comportement de dilution et la classification réglementaire dans les domaines des cosmétiques, des produits pharmaceutiques et des produits agrochimiques. Choisir le bon type d'émulsion n'est pas une conjecture : le système d'équilibre hydrophile-lipophile (HLB), qui nécessite HLB de la phase huileuse, et le rapport volumique de la phase donnent aux formulateurs un point de départ rationnel avant les tests de stabilité. Venus Ethoxyethers fabrique des émulsifiants non ioniques, anioniques et spécialisés dans toute la gamme HLB depuis les installations d'éthoxylation de Goa, India et aux États-Unis, avec plus de 30 ans d'assistance en formulation pour les clients de soins personnels, industriels et de protection des cultures.
Quelle est la différence entre les émulsions H/E et E/H ?
Dans unémulsion huile dans eau (H/E), les gouttelettes d'huile sont dispersées dans une phase aqueuse continue. Les systèmes H/E sont plus légers sur la peau, se rincent facilement à l'eau et constituent le choix par défaut pour les lotions, les nettoyants de type lait, les concentrés agrochimiques diluables à l'eau et la plupart des nettoyants ménagers. La phase externe est de l'eau, donc les émulsions H/E conduisent mal l'électricité mais plus facilement que les systèmes W/H, et elles acceptent généralement les conservateurs solubles dans l'eau, les épaississants hydrophiles et les électrolytes à des niveaux modérés.
Dans unémulsion eau dans huile (E/H), les gouttelettes d'eau sont dispersées dans une phase huileuse continue. Les systèmes W/O sont plus riches et plus occlusifs, résistent au lavage et sont préférés pour les crèmes de nuit épaisses, les produits de réparation de barrière, les écrans solaires ciblant la résistance à l'eau et certains onguents pharmaceutiques. Parce que la phase continue est lipophile, les émulsions E/H tolèrent des charges d'électrolytes plus élevées dans la phase aqueuse interne sans le même risque d'inversion que les sels imposent aux systèmes H/E - bien qu'elles soient plus difficiles à fabriquer et nécessitent des émulsifiants à faible HLB.
Le type d'émulsion est déterminé principalement par la composition chimique de l'émulsifiant (HLB), le rapport volumique des phases et les conditions de traitement, et non simplement par l'ingrédient présent à un pourcentage en poids plus élevé. Une formule à 60% d'eau et 40% d'huile peut encore former de l'E/H si le système émulsifiant privilégie un film interfacial lipophile. Voir notre tensioactif vs émulsifiant guide pour le contexte sur les cas où l'émulsification plutôt que la détergence est la fonction principale du tensioactif.
Comment HLB prédit le type d'émulsion
L'échelle HLB, développée par William Griffin à la fin des années 1940, classe les tensioactifs de 0 (entièrement lipophile) à 20 (entièrement hydrophile). En règle pratique pour les émulsifiants non ioniques :
- HLB 3-6 : Émulsifiants E/H — monoesters de sorbitan, monooléate de glycérol, éthoxylates d'huile de ricin à faible teneur en EO
Le calcul original de Griffin pour les non ioniques éthoxylés concerne HLB à la fraction pondérale de la partie hydrophile. Dans la formulation moderne, les valeurs HLB publiées pour les qualités commerciales sont mélangées arithmétiquement. L’historique complet est dans notre Guide d'échelle HLB.
| Plage HLB | Type d'émulsion privilégié | Exemples d'émulsifiants |
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Obligatoire HLB : calcul de l'objectif pour votre phase huileuse
Chaque huile, cire ou actif lipophile possède unrequis HLB— le système HLB dans lequel il est le plus facilement émulsionné dans un système H/E. Lorsque le mélange d'émulsifiants HLB correspond au HLB requis pondéré de la phase huileuse, les émulsions se forment plus facilement et tendent vers une meilleure stabilité à long terme. Les valeurs HLB requises sont déterminées expérimentalement ; le tableau ci-dessous répertorie les guides représentatifs des ingrédients courants.
| Huile / cire / actif | Requis HLB (O/W) | Remarques |
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Étape 1 — Répertoriez les composants de la phase huileuse et leurs fractions pondérales. Exemple : une phase huileuse crème contenant 8% d'huile minérale et 2% d'alcool cétylique.
Étape 2 — Recherchez le HLB requis pour chaque composant. Huile minérale ≈ 10,5 ; alcool cétylique ≈ 15.
Étape 3 — Calculer la pondération requise HLB :
Pondéré requis HLB = (0,8 × 10,5) + (0,2 × 15) = 8,4 + 3,0 =11.4
Étape 4 — Mélangez les émulsifiants pour qu'ils correspondent. Si vous utilisez 70 % de Polysorbate 60 (HLB 14,9) et 30 % de stéarate de sorbitan (HLB 4,7) : Système HLB = 0,7 × 14,9 + 0,3 × 4,7 = 10,4 + 1,4 =11.8— proche de l'objectif de 11,4.
Pour les émulsions W/H, sélectionnez des émulsifiants dans la plage 3 à 6 HLB. Le concept HLB requis s'applique toujours mais cible le côté lipophile. Une crème de nuit W/H peut utiliser de l'oléate de sorbitan (HLB ~ 4,3) comme émulsifiant principal avec une petite quantité de diisostéarate de polyglycéryl-3 comme co-émulsifiant.
Rapport de volume de phase et règle de Bancroft
La règle de Bancroft stipule que la phase dans laquelle l'émulsifiant est le plus soluble a tendance à devenir la phase continue - c'est pourquoi les tensioactifs à haute HLB favorisent l'H/E et les tensioactifs à faible HLB favorisent l'E/H. Cependant, le volume de phase compte également : les émulsions avec plus de 74 % de volume de phase interne deviennent thermodynamiquement difficiles à stabiliser en tant que simple H/E ou E/H et peuvent nécessiter plusieurs émulsifiants ou une transition vers la technologie d'émulsion à phase interne élevée (HIPE). La plupart des crèmes cosmétiques fonctionnent avec 15 à 30 % de phase huileuse (H/E) ou 60 à 80 % de phase huileuse (E/H), bien dans les plages de formulation conventionnelles.
Exemple concret 1 : Crème cosmétique H/E
Cible: Crème de jour à viscosité moyenne, 20 % de phase huileuse, stable à 40°C pendant 12 semaines, adaptée à l'exportation vers les marchés de l'UE et ASEAN.
Phase huileuse (20%) :
- 10 % d'huile minérale (obligatoire HLB ~10,5)
- 5 % de myristate d'isopropyle (obligatoire HLB ~11)
- 3% d'alcool cétylique (co-émulsifiant et agent corporel, requis HLB ~15)
- 2% stéarate de glycéryle SE (émulsifiant H/E secondaire)
Pondéré requis HLB ≈ 11.2. Mélange d'émulsifiant : 3% Polysorbate 60 (HLB 14,9) + 1% de stéarate de sorbitan (HLB 4,7) → système HLB à 4% d'émulsifiant total ≈ 12,1. Ajuster le rapport à 2,5 % PS 60 + 1,5 % Span 60 si la séparation se produit pendant le vieillissement thermique.
Phase aqueuse (80%) : eau déionisée, 0,3% gomme xanthane (pré-dispersée), système conservateur, 0,05% EDTA disodique, pH ajusté à 5,5 avec de l'acide citrique.
Processus: Chauffer les phases huile et eau séparément à 75°C. Ajouter la phase aqueuse à la phase huileuse avec un homogénéisateur à 3 000-5 000 tr/min pendant 3 minutes. Refroidir à 40°C sous agitation rapide. Ajouter des actifs thermosensibles en dessous de 40°C.
Fournitures Vénus co-tensioactifs et émulsifiants y compris les polysorbates, les éthoxylates d'alcool gras et les esters de sorbitan pour les formulations de crèmes. Voir aussi guide des émulsifiants cosmétiques.
Exemple concret 2 : Émulsion de protection solaire S/H
Cible: Crème solaire SPF 50 résistante à l'eau avec sensation occlusive sur la peau, type W/O pour les applications de plage et de sport.
Les écrans solaires W/O placent des filtres UV dans la phase huileuse continue ou à l'interface, améliorant ainsi la résistance à l'eau par rapport aux systèmes O/W équivalents. Le compromis est une sensation de peau plus lourde et une fabrication plus difficile.
Phase huileuse (continue, ~65%) :
- 25 % de benzoate d'alkyle en C12-15 (solvant émollient pour filtres UV)
- 15% d'huile minérale
- 10% octocrylène + 8% OMC (filtres UV dissous en phase huileuse)
- 4 % d'oléate de sorbitan (émulsifiant primaire E/H, HLB ~4,3)
- 2% de polyricinoléate de polyglycéryl-3 (W/H co-émulsifiant)
- 1% d'huile de ricin hydrogénée (structure et résistance à l'eau)
Phase aqueuse interne (~35%) : eau, 3% glycérine (humectant en phase interne), sulfate de magnésium (0,5%, stabilisant E/H), conservateur, 0,5% bis-éthylhexyloxyphénol méthoxyphényl triazine (filtre UV hydrosoluble si la réglementation l'exige).
Processus: Disperser le sulfate de magnésium dans la phase aqueuse à 75°C. Chauffer la phase huileuse à 80°C pour dissoudre complètement les filtres UV. Ajoutez lentement la phase aqueuse à la phase huileuse sous homogénéisation à cisaillement élevé – notez l’addition inverse par rapport à l’O/W. Laisser refroidir en remuant doucement pour préserver la structure W/O.
Valider la résistance à l’eau selon la norme ISO 16217 ou équivalent régional. Les systèmes W/O tolèrent mieux l’électrolyte dans la phase interne que les systèmes H/W tolèrent le sel dans la phase continue.
Exemple pratique 3 : lotion pour le corps H/E
Cible: Lotion corporelle pompable, toucher léger, 12 % de phase huileuse, coût optimisé pour le marché de masse.
- 6 % d'alcool C12–14, 7 EO (émulsifiant primaire H/E de Vénus alcool éthoxylé plage — HLB ~12)
- 4 % de triglycéride caprylique/caprique + 2 % de beurre de karité (phase huileuse)
- 0,5 % d'alcool cétylique (viscosité et stabilité)
- 0,2 % de carbomère (pré-neutralisé à pH 5,5–6,0 pour la stabilité du réseau de gel)
Les lotions H/E à émulsifiant unique sont réalisables lorsque la phase huileuse requise HLB s'aligne avec la FAE HLB choisie. C12–14, 7 EO à 6 % émulsionne confortablement une phase huileuse à 12 % avec le HLB ~8–9 requis. Homogénéiser à 70°C, refroidir à 50°C en ajoutant le parfum pré-solubilisé à 0,3%éthoxylate d'huile de ricin(COE-40).
La viscosité de la lotion est contrôlée par le réseau de gel de carbomère et la cristallinité de l'alcool cétylique, et non par l'émulsifiant seul. Viscosité Brookfield cible de 3 000 à 8 000 cP à 25 °C pour le refoulement par pompe.
Exemple travaillé 4 : Concentré émulsionnable agrochimique (EC)
Un EC n'est pas une émulsion préfabriquée mais un concentré à base de solvant quis'émulsionne spontanément lorsqu'il est versé dans l'eau du réservoir du pulvérisateur, formant une émulsion H/E sur le terrain. La sélection de l'émulsifiant suit la même logique HLB appliquée au mélange de solvant et d'ingrédient actif.
Cible: 25 % de cyperméthrine EC dans un solvant aromatique, stabilité de dilution conforme à la norme CIPAC à 1:500 dans une eau de dureté de 342 ppm.
- 8 % d'alcool C9-C11, 5 EO (émulsifiant non ionique, HLB ~10)
- 4% de dodécylbenzène sulfonate de calcium (émulsifiant anionique et agent mouillant)
- 25 % de cyperméthrine technique
- Solvant aromatique Balance Solvesso 100
Le package émulsifiant (12 % au total) cible le système HLB 10-12 pour le mélange solvant/actif. L’association anionique-nonionique améliore la stabilité de l’eau dure et réduit le crémage à basse température. Le besoin total en émulsifiant est plus élevé que dans les émulsions cosmétiques préfabriquées car le EC doit s'auto-émulsionner sans homogénéisation.
Test selon CIPAC 36.1 : diluer à 1:500 dans des eaux standard, maintenir à 0°C, 20°C et 54°C pendant 24 heures — pas de séparation d'huile ni de couche de crème. Voir notre guide des concentrés émulsionnables et applications agrochimiques page.
Facteurs de stabilité au-delà de HLB
La correspondance HLB est nécessaire mais pas suffisante. Les formulateurs doivent également évaluer :
- Température: Les émulsifiants non ioniques perdent leur hydrophilie au-dessus du point de trouble, ce qui peut inverser ou briser les émulsions à température de stockage élevée.
Fabrication et mise à l'échelle chez Venus
Venus Ethoxyethers produit des matières premières émulsifiantes — éthoxylates d'alcool gras, éthoxylates d'huile de ricin, polysorbates, esters de sorbitan et mélanges personnalisés — à partir de réacteurs d'éthoxylation dédiés dans Goa, India. Les contrôles par lots incluent le ciblage du rapport taupe, la vérification du point de trouble et la suppression des résidus EO. Avec90 000 TM capacité de fabrication du groupe et R&D 24h/24 et 7j/7, Venus prend en charge les niveaux EO personnalisés, les mélanges ciblés HLB et l'éthoxylation à façon pour les formulateurs développant des systèmes O/W et W/O.
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