表面活性劑的親油親水平衡值(HLB值)是表面活性劑的生產和應用中的一個重要指標｡對于已知結構的表面活性劑的研究和應用以及新結構的表面活性劑的分子設計來說,采用有關公式計算HLB值十分方便,精度一般可以滿足生產和應用的需要｡本工作收集整理了有關的文獻資料,對各種計算方法的適用性進行了分析｡

1 分子結構式法

這種方法假定表面活性劑的親油基和親水基部分對整個分子的親油性和親水性的貢獻僅與各部分的相對分子質量有關｡有關計算公式見表1｡

根據表1中公式(1),壬基酚聚氧乙烯醚(9)即C₉ H₁₉C₆H₄O(CH₂CH₂O)₉H的HLB值=20(1-396/616)=12.86

由于一般情況下,分子的親水性､親油性不僅與該部分的相對分子質量有關,而且與該部分的化學結構有關,顯然這種方法對于不同結構類型的表面活性劑要分別計算｡由于表面活性劑在水溶液中都會采取一定的構象存在,結構性質并不是簡單的加和,因而就存在一個有效鏈長的問題,但在簡單的相對分子質量HLB值計算中被略去了,采用本法計算,有時誤差高達36%｡ 

2 結構因子法

結構因子法考慮了不同表面活性劑的結構因素,分別計算表面活性劑中親水基和親油基各構成細節部分對親水性和親油性的貢獻,部分克服了簡單運用相對分子質量計算帶來的較大誤差,公式的適用范圍較廣,與直接用分子結構式計算比較,需要的結構數據略多,這些數據可以在一般的表面活性劑文獻中查到｡有關計算公式如下:

根據表3中的公式(4),表面活性劑C₉H₁₉C₆H₄O(CH₂CH₂O)9H的HLB值=10(9×35+100+15)/(15×20)=14.3

按本法中公式(1)計算仍嫌粗略,但比直接用親水基占表面活性劑的質量分數表示的HLB值精度要高｡公式(2)和公式(3)引入有效鏈長,概念和公式(1)是一樣的,主要是用同系表面活性劑鏈長和CMC之間的關系把環系結構､弱親水結構等轉化為有效鏈長,計算結果相對準確一些｡公式(4)的結果相對其余的來說更加粗略｡但可適用于一般的表面活性劑｡總之,分子結構式法和結構參數法結果不是十分準確,但由于基礎數據較全,對于新結構的表面活性劑的設計､性能預測等方面仍有較大的應用價值｡

3 結構參數法

表面活性劑的一些結構參數與表面活性劑親油基和親水基的大小或相對作用大小相關,關聯這種參數可以直接得出表面活性劑的HLB值｡有關公式見表5｡

例如甘油硬脂酸單酯的皂化值=161,酸值=196,其HLB值=20(1-161/198)=3.8

表5中公式(1)的實質與按分子結構式直接計算是一樣的｡一般油脂類表面活性劑的酸值和皂化值都可以從有關文獻中查到｡公式(2)中的溶度參數考慮了分子中各個基團的多種作用,有文獻認為其計算結果較為準確｡

4 極性指數

表面活性劑由極性小的親油基和極性大的親水基兩部分組成,對于同類表面活性劑,其極性與非離子表面活性劑分子中的親油基和親水基的相對大小有關,極性指數可以通過反向色譜法或介電常數來決定,此法一般只適用于非離子表面活性劑｡由于計算極性指數的結構參數資料有限,本法的應用受到限制｡有關的計算公式見表6｡

5表面活性劑混合物的HLB值計算

混合表面活性劑的HLB值一般采用重量分數加和法計算｡結果雖然粗略,但完全可以滿足一般應用的需要,通常的乳化法測定表面活性劑的HLB值也是以此為基礎的｡例如采用司盤20(HLB值=8.6)和吐溫20(HLB值=16.7)混合表面活性劑乳化石蠟和芳香烴基礦物油1∶1的混合物(所需HLB值=10×0.5+12×0.5=11)時,需要司盤20和吐溫20分別為70%和30%即8.6×0.7+16.7×0.3=11｡

在數據資料充分的情況下,直接采用有關公式計算表面活性劑的HLB值十分方便｡工業產品往往為混合物,產品一般只標明了平均結構式,采用有關公式進行計算仍然是可行的｡但對于結構復雜的､特別是高分子表面活性劑,分子中有一些特殊基團或同時有很多親水基團和/或多個疏水基團,基團之間相互影響很大,采用直接計算法誤差較大,這個時候只有用實驗測試的方法才能取得較好的結果｡