Pour les ingénieurs en formulation dans le nourriture, Dans les secteurs cosmétique et industriel, la stabilité d'une émulsion repose en grande partie sur le choix précis des tensioactifs. Les esters de sorbitane, commercialement connus sous le nom de… Série Span, sont la pierre angulaire de la chimie des tensioactifs non ioniques.
Leur domination repose sur une combinaison unique d'équilibre hydrophile-lipophile (HLB) ajustable, de stabilité chimique et de rentabilité. Ce guide fournit une analyse technique complète, depuis… calculs HLB et des profils de solubilité pour des applications industrielles concrètes, afin de vous aider à optimiser vos formulations.
1. L'échelle HLB : la science de la sélection
Au cœur du choix des tensioactifs se trouve le Échelle HLB (Équilibre hydrophile-lipophile). Malgré l'évolution de la science moderne, le système HLB reste la norme industrielle pour prédire si un tensioactif stabilisera une émulsion eau-dans-huile (E/H) ou huile-dans-eau (H/E).
Comprendre les valeurs HLB de Span
Les esters de sorbitan sont lipophiles (qui aiment l'huile) par nature, occupant généralement l'extrémité inférieure de l'échelle HLB (1,8 – 8,6).
| Produit | Nom chimique | Valeur HLB | Fonction principale |
| Envergure 20 | Monolaurate de sorbitane | 8.6 | Agent mouillant, co-émulsifiant H/E |
| Portée 40 | Monopalmitate de sorbitane | 6.7 | Agent structurant, émulsifiant eau/huile |
| Portée 60 | Monostéarate de sorbitane | 4.7 | Agent d'aération, émulsifiant primaire eau/huile |
| Portée 80 | Monooléate de sorbitane | 4.3 | Émulsifiant liquide eau/huile, dispersant de pigments |
| Portée 85 | trioléate de sorbitane | 1.8 | Émulsifiant auxiliaire pour systèmes à haute teneur en huile |
- HLB faible (3–6) : Soluble dans l'huile ; stabilise E/H (eau dans l'huile) émulsions.
- HLB intermédiaire (7–9) : Excellents agents mouillants.
Calcul du HLB requis pour la stabilité
Pour obtenir une stabilité maximale, le HLB de votre mélange émulsifiant doit correspondre au “ HLB requis ” de la phase huileuse. Comme un seul tensioactif atteint rarement ce nombre exact, les formulateurs Mélanger un Span à faible HLB avec du polysorbate (Tween) à HLB élevé.
Formule de calcul :
% Tensioactif A = (HLB requis - HLB B) / (HLB A - HLB B) * 100
Grâce à ce calcul, les ingénieurs peuvent ajuster avec précision le système émulsifiant à la phase huileuse, évitant ainsi le crémage ou la coalescence.
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2. Propriétés physiques : Solubilité et viscosité
Au-delà du HLB, les performances fonctionnelles d'un ester de sorbitan sont dictées par son état physique et son profil de solubilité.
Profils de solubilité
- Solubilité dans l'huile : La plupart des esters Span (notamment le Span 80 et le Span 85) sont très solubles dans les huiles et les solvants organiques. De ce fait, ils sont idéaux pour les concentrés agrochimiques et les lubrifiants industriels.
- Solubilité dans l'eau : Généralement insolubles. Ils se dispersent dans l'eau au lieu de s'y dissoudre. Envergure 20 est une exception ; en raison de sa chaîne d'acide laurique plus courte, il est dispersible dans l'eau et peut former des solutions troubles, ce qui en fait un co-solubilisant polyvalent.
Contrôle de la viscosité et de la texture
L'impact rhéologique est crucial pour le traitement :
- Portées liquides (20, 80, 85) : Faible viscosité à température ambiante. Idéal pour les formulations pulvérisables, les fluides de coupe et les lotions pompables. Portée 80 est particulièrement apprécié pour sa fluidité malgré sa longue chaîne C18 (due à l'insaturation).
- Portées solides (40, 60) : Solides cireux ou perles. Portée 60 (Point de fusion : 52-57 °C) sert à structurer les crèmes. Fondue et cristallisée, elle forme un réseau qui épaissit les crèmes et stabilise les garnitures fouettées, les empêchant de retomber.
3. Applications industrielles et stratégies de formulation
La polyvalence des esters de sorbitane leur permet de résoudre de multiples problèmes de formulation avec un seul additif.
A. Industrie textile : Lubrification et contrôle statique
Le traitement des fibres synthétiques génère de la friction et de l'électricité statique.
- Lubrification: Portée 80 forme un film mince et uniforme sur les surfaces des fibres, réduisant le frottement fibre-métal et minimisant la casse lors du filage à grande vitesse.
- Antistatique : Les fibres présentant des valeurs HLB élevées attirent une couche microscopique d'humidité à leur surface, dissipant ainsi la charge électrique. Cela empêche les fibres d'adhérer aux machines.
B. Produits agrochimiques : Efficacité des pesticides
Dans les concentrés émulsifiables (EC) et les concentrés en suspension (SC), l'uniformité est essentielle.
- Émulsification : Les Spans (souvent associés aux Tweens) permettent d'assurer l'émulsification spontanée du concentré de pesticide lorsqu'il est dilué dans la cuve de l'agriculteur.
- Pénétration: Ils agissent comme agents mouillants, aidant le principe actif à pénétrer la cuticule cireuse des feuilles de la plante.
C. Peintures et revêtements : Dispersion des pigments
- Dispersant : Les esters de sorbitane s'adsorbent sur les particules de pigment. Leur chaîne lipophile s'étend dans la phase solvante, créant une barrière stérique qui empêche la ré-agglomération (floculation). Il en résulte une intensité de couleur et une brillance supérieures dans les peintures à base de solvant.
D. Traitement des polymères : Anti-buée
- Anti-buée : Portée 60 Il est utilisé comme additif dans les films d'emballage alimentaire. Il migre à la surface du film et modifie la tension superficielle, empêchant ainsi la formation de gouttelettes d'humidité (buée) et garantissant la transparence du film.
Guide de sélection sommaire
Le choix de l'ester de sorbitan optimal dépend de l'HLB requis et de la nature physique de votre application.
| Défi de l'industrie | Niveau recommandé | Mécanisme clé |
| Émulsion eau/huile (liquide) | Portée 80 | HLB faible, solubilité élevée dans l'huile |
| Émulsion W/O (crème/pâte) | Portée 60 / Portée 40 | Construction de structures par cristallisation |
| Mouillage des pigments | Portée 20 / Portée 80 | Adsorption de surface |
| Lubrification des fibres | Portée 80 / Portée 85 | Formation de film, réduction du frottement |
| Aération (Produits fouettés) | Portée 60 | stabilisation par bulles d'air |
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