Para los ingenieros de formulación, la estabilidad de la emulsión depende de tres cosas: la coincidencia del HLB, el perfil de solubilidad y el comportamiento reológico del surfactante. Esta guía cubre la metodología de cálculo y los datos de propiedades físicas que necesita: cómo en lugar de la qué.
Para obtener ayuda para decidir qué Span elegir Para una aplicación específica (panadería, cosmética, agroquímicos, etc.), consulte nuestra Guía de selección y solicitudes. Para obtener información sobre el abastecimiento, consulte la Página del producto Span Series.
1. El sistema HLB: teoría y cálculo
El Equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB) La escala (0–20) predice si un surfactante estabilizará una emulsión de agua en aceite (W/O) o de aceite en agua (O/W).
Valores HLB de rango
Los ésteres de sorbitán son lipofílicos y se sitúan en el extremo inferior de la escala:
| Producto | Nombre químico | HLB | Dispersión en agua |
|---|---|---|---|
| Tramo 85 | Trioleato de sorbitán | 1.8 | Insoluble |
| Tramo 65 | triestearato de sorbitán | 2.1 | Insoluble |
| Tramo 80 | Monooleato de sorbitán | 4.3 | Insoluble (dispersable mediante cizallamiento) |
| Tramo 60 | Monoestearato de sorbitán | 4.7 | Dispersable en agua caliente |
| Tramo 40 | Monopalmitato de sorbitán | 6.7 | Dispersable en agua caliente |
| Tramo 20 | Monolaurato de sorbitán | 8.6 | Dispersable (solución turbia) |
Para obtener datos físicos y químicos detallados sobre los grados individuales de Span, consulte la Guía técnica del monoestearato de sorbitán (E491) y el Guía técnica de Span 80.
El concepto de HLB requerido
Cada fase oleosa tiene una HLB requerido (rHLB) — el valor HLB en el que se forma la emulsión más estable. Valores comunes:
| Fase de aceite | rHLB (sin) | rHLB (O/W) |
|---|---|---|
| Aceite de soja | 6 | 12 |
| Aceite mineral (ligero) | 5 | 10.5 |
| miristato de isopropilo | 5–6 | 11.5 |
| Cera de abejas | 5 | 12 |
| Aceite de coco | — | 8 |
| Aceite de silicona (dimeticona) | 5 | 9 |
La fórmula de mezcla
Un solo surfactante rara vez alcanza el rHLB objetivo. El enfoque estándar combina un Span de bajo HLB con un Tween (polisorbato) de alto HLB:
% Surfactante A = (rHLB − HLB_B) / (HLB_A − HLB_B) × 100
Donde el surfactante A es el alto HLB el surfactante y el surfactante B es el bajo HLB uno.
Para obtener una referencia completa sobre el emparejamiento Span-Tween, consulte la Guía para formuladores de textos para niños de corta y media edad.
Ejemplo práctico 1: Emulsión de aceite mineral W/O
Meta: Emulsionar aceite mineral ligero (rHLB = 5) utilizando Span 80 (HLB 4,3) y Tween 80 (HLB 15,0).
% Tween 80 = (5 − 4.3) / (15.0 − 4.3) × 100 = 0.7 / 10.7 × 100 = 6.5%
Resultado: 6,5% Tween 80 + 93,5% Span 80. El HLB de la mezcla es 5,0. Se espera una emulsión W/O estable.
Ejemplo práctico 2: Emulsión de aceite de soja en agua
Meta: Emulsionar el aceite de soja (rHLB = 12 para O/W) utilizando Span 60 (HLB 4,7) y Tween 60 (HLB 14,9).
% Tween 60 = (12 − 4.7) / (14.9 − 4.7) × 100 = 7.3 / 10.2 × 100 = 71.6%
Resultado: 71,61 TP3T Tween 60 + 28,41 TP3T Span 60. El HLB de la mezcla es 12,0. Se espera una emulsión O/W estable.
Ejemplo práctico 3: Sistema con alto nivel de aceite y HLB extremadamente bajo.
Meta: Estabilizar un sistema con fase oleosa >80% utilizando Span 85 (HLB 1.8) y Tween 85 (HLB 11.0). Objetivo rHLB = 4.
% Tween 85 = (4 − 1.8) / (11.0 − 1.8) × 100 = 2.2 / 9.2 × 100 = 23.9%
Resultado: 23,91 TP3T Tween 85 + 76,11 TP3T Span 85. Esta mezcla de HLB ultrabajo es adecuada para antiespumantes en fase oleosa y sistemas W/O extremos.
2. Perfiles de solubilidad
HLB te informa sobre el tipo de emulsión, pero la solubilidad determina cómo El surfactante se comporta durante el procesamiento.
En aceites y disolventes orgánicos
| Producto | Aceite mineral | Aceite vegetal | Etanol | isopropanol | acetato de etilo |
|---|---|---|---|---|---|
| Tramo 20 | Soluble | Soluble (caliente) | Soluble | Soluble | Soluble |
| Tramo 60 | Dispersable (caliente) | Soluble (caliente) | Parcial | Parcial | Soluble (caliente) |
| Tramo 80 | Soluble | Soluble | Soluble | Soluble | Soluble |
| Tramo 85 | Soluble | Soluble | Soluble | Soluble | Soluble |
- Tramo 80 y 85 Son los miembros más liposolubles. Su cadena de ácido oleico (C18:1, insaturado) los mantiene fluidos y miscibles en disolventes no polares a temperatura ambiente.
- Tramo 60 Requiere calor para disolverse en aceites porque su cadena saturada C18 cristaliza a temperatura ambiente.
En el agua
Todos los ésteres de Span son insolubles en agua en sentido estricto; se dispersan, no se disuelven:
- Tramo 20: Forma dispersiones turbias y lechosas debido a su cadena C12 más corta. Es el compuesto de la familia Span que más se aproxima a la solubilidad en agua.
- Tramo 40/60: Requiere agua caliente y cizallamiento para dispersarse. Al enfriarse, el Span 60 se recristaliza, lo que permite crear redes estructuradas en cremas.
- Tramo 80/85: Prácticamente no se dispersa en agua sola. Requiere un cosurfactante (Tween) o mezcla de alta cizalladura.
Regla general de solubilidad
Una cadena de ácidos grasos más corta + menor insaturación = mejor solubilidad tanto en aceite como en disolventes polares.
Una cadena saturada más larga requiere calor, pero proporciona una mejor estructura.
3. Viscosidad y reología
El estado físico de un éster de sorbitán afecta directamente la textura y la procesabilidad de su formulación. Para obtener datos sobre el punto de fluidez y el punto de fusión en todo el rango de Span-Tween, consulte la Guía de puntos de fluidez y fusión de tensioactivos.
Tramos líquidos (20, 80, 85)
| Producto | Viscosidad a 25 °C (mPa·s) | Punto de fluidez (°C) | Comportamiento |
|---|---|---|---|
| Tramo 20 | 3.000–5.000 | ~15 | Bombeable a temperatura ambiente; puede presentar una ligera turbidez. |
| Tramo 80 | 1.000–2.000 | ~5 | Rango de viscosidad más bajo; permanece fluido hasta casi el punto de congelación. |
| Tramo 85 | 200–400 | ~–10 | Viscosidad muy baja; flujo casi newtoniano |
- Tramo 80 Es la opción preferida cuando se necesita un emulsionante W/O bombeable de baja viscosidad. La cadena oleica insaturada evita la cristalización.
- Tramo 85 Es la opción de menor viscosidad, adecuada para sistemas que requieren una contribución mínima de surfactante a la viscosidad total.
Tramos sólidos (40, 60, 65)
| Producto | Punto de fusión (°C) | Forma física | Función reológica |
|---|---|---|---|
| Tramo 40 | 46–52 | Pasta de crema / sólido blando | Constructor de estructuras, agente de carrocería |
| Tramo 60 | 52–57 | cuentas/escamas de color canela | Red de cristalización; estabilizador de aireación |
| Tramo 65 | 53–58 | Perlas/polvo color canela | Modificador de cristal; sólido más duro Span |
- Tramo 60 Es el espaciador sólido más importante para la reología. Al fundirse en la fase oleosa y enfriarse, forma una red cristalina tridimensional que espesa las cremas, estabiliza las burbujas de aire en los productos batidos y evita la separación del aceite.
- Tramo 65 (triéster) crea estructuras cristalinas más densas y rígidas que el Span 60 (monoéster), lo que resulta útil para el antifloramiento del chocolate y como aglutinante para polvos comprimidos.
Sensibilidad a la temperatura en el procesamiento
Los Spans sólidos deben calentarse por encima de su punto de fusión durante la emulsificación. Consideraciones clave:
- Prefusión Span 60/65 en la fase oleosa a 60–70 °C (10–15 °C por encima del punto de fusión).
- Mantenga la fase acuosa a la misma temperatura para evitar un choque térmico durante la mezcla.
- La velocidad de enfriamiento controlada determina el tamaño del cristal y la textura final: un enfriamiento rápido produce cristales finos (textura lisa); un enfriamiento lento produce cristales gruesos (textura granulosa).
4. Emparejamiento intergeneracional: Elegir al socio adecuado
Una vez que haya calculado la proporción Span:Tween requerida (utilizando la fórmula de la Sección 1), seleccione la contraparte Tween correcta:
| Durar | Ácido graso | Mejor socio preadolescente | Razón |
|---|---|---|---|
| Tramo 20 (C12) | Láurico | Entre los 20 años | Misma cadena C12; HLB 16.7 |
| Tramo 40 (C16) | Palmítico | Entre 40 años | Misma cadena C16; HLB 15.6 |
| Tramo 60 (C18) | Esteárico | Entre 60 y 60 años | Misma cadena C18; HLB 14.9 |
| Lazo 80 (C18:1) | Oleico | Tween 80 | Misma cadena C18:1; HLB 15.0 |
| Tramo 85 (C18:1×3) | Oleico | Tween 85 | Misma cadena C18:1; HLB 11.0 |
La coincidencia de longitudes de cadena de ácidos grasos entre Span y Tween maximiza la densidad de empaquetamiento interfacial y la estabilidad de la emulsión. Las cadenas no coincidentes (por ejemplo, Span 60 + Tween 80) también funcionan, pero producen películas interfaciales menos ordenadas.
Para obtener una metodología de emparejamiento detallada y recetas elaboradas, consulte la Guía para formuladores de textos para niños de corta y media edad.
Resumen
La formulación con ésteres de sorbitán se reduce a tres cálculos:
- HLB: Utilice la fórmula de mezcla para alcanzar con precisión el rHLB de su fase oleosa.
- Solubilidad: Adapte el perfil de solubilidad del Span a su sistema de disolventes y a la temperatura de procesamiento.
- Reología: Elija Span líquido (80/85) para productos de baja viscosidad y Span sólido (60/65) para cremas estructuradas y para aireación.
Para obtener recomendaciones de productos por aplicación (alimentación, cosmética, industria), consulte la Guía de selección y solicitudes. Para obtener hojas de datos técnicos o asistencia en la formulación, Contacta con FoodEmul.com.
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