Промышленный способ получения мыла

Мыла: классификация, получение, свойства

С химической точки зрения мыла представляют собой со­ли выс­ших жир­ных (C8–C18), нафтеновых или смоляных кислот.

В бы­товом смысле — это технические продукты, обладающие моющим действием.

Классификация мыла

Существует несколько классификаций мыл.

По растворимости мыла делят на:

• Растворимые щелочные мыла — калиевые, натриевые, аммониевые соли жирных кислот. В зависимости от природы катиона мыла растворимость в воде увеличивается в ряду: Li + — Na + — K + — NH₄ +
• нерастворимые металлические мыла — соли поливалентных металлов (Ca, Mg, Ni, Mn, Al, Co, Pb).

По консистенции:

• Жидкие мыла – соли калия, аммония
• Твердые мыла – соли натрия, лития, поливалентных металлов

По назначе­нию:

По спо­со­бу по­лу­че­ния:

Химические способы получения мыла

Производство мыла (мыловарение) довольно длительный и сложный процесс, состоящий из нескольких стадий.

Если рассматривать только химические реакции, лежащие в основе получения мыла, то как уже было рассмотрено мыла можно получить при щелочном гидролизе жиров, при этом образуются глицерин и соли высших карбоновых кислот – мыла. Кроме этого мыла получаются при нейтрализации высших карбоновых кислот гидроксидом натрия или калия или углекислым натрием:

• Омыление триглицеридов гидроксидами натрия или калия

• Нейтрализация высших карбоновых кислот гидроксидом натрия (каустической содой) или гидроксидом калия

Твердые мыла получают при растворении высших карбоновых кислот в водном растворе гидроксида натрия, жидкие мыла — при растворении высших карбоновых кислот в водном растворе гидроксида калия.

• Нейтрализация высших карбоновых кислот углекислым натрием (кальцинированной содой):

Промышленное получение мыла (варка мыла)

Для производства мыла в промышленности используют как синтетические жирные (высшие) кислоты, так и животные жиры, растительные масла, канифоль.

Для получения хозяйственных мыл применяют саломас с температурой плавления 46–60°С, для туалетного мыла — с температурой плавления 39–43°С.

Салома́с — это твёрдый жир, получаемый в промышленности путём гидрогенизации жидких жиров, в основном растительных масел.

Все жиры, используемые при варке мыла, не должны содержать воду и механические примеси.

Жидкие растительные масла применяют в мыловарении всех видов жидких хозяйственных и туалетных мыл. Наиболее ценным из является хлопковое масло, содержащее до 30 % насыщенных высших кислот, в основном пальмитиновой. Также используют и другие масла, такие как подсолнечное, соевое, кокосовое, пальмовое.

Введение небольших количеств жидких растительных масел в рецептуру хозяйственных мыл способствует снижению температуры их застывания.

Внесение 10–15 % канифоли увеличивает растворимость и пластичность мыла.

Основные стадии варки мыла

В промышленности мыла получают в две стадии – первая стадия химическая, вторая — механическая:

• Химическая стадия – варка мыла. Вначале проводят карбонатное омыление, при котором нейтрализуется около 70 % свободных жирных кислот. Затем проводят каустическое доомыление – нейтрализация оставшихся кислот гидроксидом натрия.

• Механическая стадия – охлаждение, сушка, шлифовка, отделка и упаковка готового продукта

Способы варки мыла

Варку мыла (химическая стадия) можно осуществить прямым и косвенным способом.

Для варки мыла прямым способом исходная жировая смесь должна быть хорошо очищена. Этим способом проводят нейтрализацию жировой смеси растворами содопродуктов и получают мыльный клей, содержащий 67–70 % жирных кислот. Далее его подвергают механической очистке — охлаждению, сушке, шлифовке, отделке. Прямой способ используется при варке хозяйственного мыла.

При варке мыла косвенным способом полученный прямым способом мыльный клей, подвергают дальнейшей обработке растворами электролитов, т.е. проводят высаливание. При этом происходит разделение мыльной массы на фазы: ядро и подмыльный щелок или ядро, подмыльный клей, подмыльный щелок. Полученное мыльное ядро в этом случае содержит 60–63 % жирных кислот. Далее полученное мыльное ядро обрабатывают подобно мылу, сваренному прямым способом. В качестве электролитов используют NaCl, NaOH. Косвенный способ применим для варки мыла из неочищенного жирового сырья. Варка мыла косвенным способом позволяет получить мыло высокой степени чистоты.

Жидкое мыло готовят из растительных масел, канифоли, таллового масли и др. прямым или косвенным способом. В качестве основания применяют соединения калия (KOH, K₂CO₃).

Если при варке мыла использовалось сырье из животных или растительных жиров, то после отделения ядра выделяют образующийся побочный продукт – глицерин. Глицерин широко применяют в различных отраслях производства.

Кратко схему производства мыла можно представить следующим образом:

Моющие свойства мыла

Итак, мыла – соли высших жирных кислот – состоят из аниона жирной кислоты и катиона металла (чаще всего натрия или калия).

В вод­ных рас­тво­рах ще­лоч­ные мыла подвергаются гидролизу, т.к. образованы сла­быми ки­слотами и силь­ными ос­но­ва­ниями. Их рас­тво­ры име­ют ще­лоч­ную ре­ак­цию (рН>7). В сильно раз­бав­лен­ных рас­тво­рах мыла пол­но­стью дис­со­ции­ру­ют на ио­ны:

Спо­соб­ность мыла пе­нить­ся, от­мы­вать за­гряз­не­ния связана с образованием ми­целл и вы­со­кой по­верх­но­ст­ной ак­тив­ности. Во­до­рас­тво­ри­мые щелочные мыла являются ани­он­ными по­верх­но­ст­но-ак­тив­ными ве­ще­ст­вами.

Углеводородный остаток жирной кислоты является гидрофобной частью мыла, кабоксильный ион – гидрофильной частью.

Этапы растворения грязи под действием мыла:

• При соприкосновении мыла с грязью, гидрофобная часть мыла окружает гидрофобное загрязняющее вещество и проникает внутрь, а поверхность загрязнения покрывается оболочкой гидрофильных групп.
• Гидрофильная часть мыла взаимодействуют с полярными молекулами воды.
• Ионы мыла «захватывают» загрязнение и отрываются от поверхности, переходя в воду.
• Плавающие частицы удерживаются в растворе до его смены.

В домашних условиях тоже можно приготовить мыло. Имея под рукой необходимые ингредиенты, самостоятельное производство мыла не составит большого труда.

Источник

Что такое мыла и как их получают? Какова химическая формула мыла?

Содержание:

Мыло – это вещество, которое используется в качестве косметического средства или средства бытовой химии. Это жидкий или твердый продукт, который содержит поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти вещества снижают поверхностное натяжение и увеличивают смачивающую способность воды.

История открытия мыла

Впервые о мыле в Древнем Риме в 77 г. н.э. говорил Плиний Старший. В Русь из Византийской империи пришло не только православие, но и мыло. Особенно поддерживал мыловарение Петр I.

Формула мыла в химии была определена Мишелем Эжен Шеврёль в XIX веке. Ученый установил, что мыло — это смесь натриевых солей жирных кислот. В нашей столице первое производство мыла было открыто во второй половине XIX века. Мыло стоило одну копейку, поэтому его могли покупать даже бедные люди.

Химическая формула мыла

Например, формула твердого мыла C₁₇H₃₅COONa, а жидкого – C₁₇H₃₅COOК. В состав мыла также входят красящие вещества и ароматизаторы.

Особенные свойства мыла

Мыло формирует пену благодаря образованию мицелл и высокой поверхностной активности. Остаток кислоты – гидрофобная часть очищающего средства, карбоксильный ион – гидрофильная.

Грязь растворяется в несколько этапов:

• Гидрофобная часть мыла связывается с гидрофобной частью грязи, которая обволакивается слоем гидрофильных групп.
• Гидрофильная часть мыла реагирует с водой.
• Ионы мыла притягивают грязь, которая с потоком воды удаляется с поверхности.

Классификация мыла

I. По особенностям реагирования с водой:

• растворимые щелочные – калиевые, натриевые и аммониевые соли высших карбоновых кислот;
• нерастворимые металлические – соли других металлов.

II. По агрегатному состоянию:

• жидкие – соли калия, аммония;
• твердые – соли натрия, лития и других металлов.

III. По сферам применения:

• хозяйственные (применяются для стирки вещей);
• медицинские (содержат дезинфицирующие средства);
• туалетные (используются для мытья тела) и др.

Способы получения мыла

Процесс изготовления мыла

Очищающее средство в промышленных условиях синтезируют в результате двух стадий.

• Химическая стадия. Она включает в себя карбонатное омыление, где нейтрализуется около 70 % кислот. Остальная часть кислот нейтрализуются гидроксидом натрия.
• Механическая стадия. Охлаждение, сушение, шлифование, отделка и упаковка готового материала.

Мыло можно сварить двумя способами.

1. Прямой способ. В данном случае применяется только хорошо очищенная жировая смесь. В результате образуется мыльный клей, на 67-70% состоящий из жирных кислот. Прямой способ актуален в производстве хозяйственного мыла.
2. Косвенный способ. Мыльный клей высаливают, т.е. обрабатывают электролитами. Мыльную массу затем разделяют на несколько фаз: ядро, подмыльный клей, подмыльный щелок. Мыльное ядро примерно на 65 % состоит из высших карбоновых кислот. Потом ядро обрабатывают как очищающее средство, полученное прямым способом. Косвенный способ актуален для изготовления декоративные мыла.

Как ПАВ влияют на природу

Водоемы могут самоочищаться, что достигается разбавлением, оседанием частичек на дно и созданием отложений, разложением органики до аммиака и солей аммония при помощи микробов. Устранить негативные последствия действия ПАВ сложно, ведь ПАВ в водоемах присутствуют в виде гомологов и изомеров. Если концентрация ПАВ в смеси близка к критической, то вредные свойства всех веществ в смеси суммируются.

ПАВ можно классифицировать на две группы:

• быстро разрушающиеся;
• практически неразрушающиеся и накапливающиеся в опасных концентрациях.

ПАВ опасны для природы, т. к. они понижают поверхностное натяжение. Если в водоемах поверхностное натяжение изменяется, то концентрация кислорода в воде снижается. Это приводит к развитию биомассы водных растений и гибели водных животных. Но ПАВ могут быть не только вредными, но и безопасными. Некоторые ПАВ распадаются на углеводы.

В организм человека или животного ПАВ попадают с пищей, водой и через кожу. ПАВ могут вызывать аллергию, которые иногда сопровождаются осложнениями.

Источник

Как делают мыло на заводе

Легенда о создании мыла берет свое начало в древнем Риме на вершине горы Сапо, где римляне поклонялись своим богам, принося жертвы в виде сожжения животных. Расплавленный жир животных и пепел из очага текли вниз по реке Тибр во время дождя.

Женщины, которые стирали в реке, заметили, что грязь удалялась из тканей гораздо быстрее. Древесный уголь, который является сильно щелочным, в сочетании с животным жиром вступил в химическую реакцию, в результате чего получилось моющее средство.

Однако создание мыла датируется 2500 г. до н.э., когда шумеры, жарившие животных на огне, заметили, что капающий в пепел жир превращается в пенообразующее вещество, которое облегчает удаление грязи с тела и тканей.

Как было сделано первое мыло

Принцип изготовления первого мыла был прост: к кипящему животному жиру (говяжий жир, овечий жир) или растительному маслу (оливковое масло) добавляли щелок, полученный из золы, что обеспечивало щелочную среду, необходимую для омыления жиров.

Конечный продукт не получился идеальным, потому что он часто имел желатиновую, жирную текстуру, оставлял жирные пятна. После определения правильных пропорций субстратов, использования более ценных масел и добавления эфирных масел для маскировки запаха мыло приобрело форму куска и постепенно начало увеличивать свою популярность.

Химическая сторона, необходимая основа

Жирная кислота + основа -> мыло + глицерин

В химическом отношении жиры (животные или растительные) представляют собой сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот.

Жирные кислоты подразделяются на насыщенные (пальмитиновая, стеариновая, масляная кислоты), которые в основном содержатся в животных жирах, и ненасыщенные одинарными связями между атомами (эруковая, олеиновая кислота) и ненасыщенные двойными связями (арахидоновая, линолевая, линоленовая), которые обычно содержатся в растительных маслах.

Мыло образуется во время процесса омыления, который включает реакцию жира при pH 7, которым может быть, например, гидроксид натрия или гидроксид калия. Основываясь на химической реакции, мыло можно определить как соль (обычно натрия или калия) высших жирных кислот.

Глицерин является дополнительным продуктом этой реакции.

Мыло представляет собой анионное поверхностно-активное вещество с определенной химической структурой: его молекулы содержат нерастворимую в воде гидрофобную часть и растворимую в воде гидрофильную группу.

Гидрофобная часть обладает способностью прикрепляться к коже, ткани или поверхности, а гидрофильная часть — к воде. В результате трения образуется дополнительная пена, которая облегчает удаление грязи. Дополнительным чистящим или абразивным средством могут быть отслаивающиеся частицы, например, в виде смородины или из семян тыквы.

Холодный метод производства

Холодный метод в основном используется на небольших предприятиях или в домашних условиях. Процесс холодного производства включает нагревание жира выше нескольких градусов его температуры плавления. Когда субстрат становится жидким, добавляют щелочи (то есть щелочные гидроксиды), постоянно перемешивая, пока смесь полностью не эмульгируется.

Быстро сгущающуюся массу разливают в формы, которые покрывают листами для обеспечения ее надлежащей температуры. Примерно через 48 часов отвержденное мыло нарезают на кубики желаемого размера и начинается и процесс затвердения.

Он длится в среднем от 4 до 6 недель. В течение этого времени любая оставшаяся щелочь вступает в реакцию с оставшимся жиром, что уменьшает щелочную реакцию мыла, и избыток воды испаряется. Глицерин, дополнительно возникающий во время этого процесса, останется в мыле, придавая ему увлажняющие свойства.

Холодный метод использует меньше щелочи, чем требуется для образования неомыленного жира. Так получается мыло, которое определенно мягче чем полученное в массовом производстве с использованием горячего метода.

Производство на заводе горячим методом

Горячий метод является наиболее популярной формой массового производства мыла благодаря ускоренному времени омыления и возможности немедленного использования продукта без ожидания.

Производство мыла началось в первое десятилетие прошлого века. В состав этого продукта входят щелочь, жир животного происхождения и растительное масло. Мыло варят несколько дней, считается, что чем дольше длился термический процесс, тем качественней продукт на выходе.

Когда соединяют ингредиенты (масло и щелочь) начинается процесс «омыления жиров». Происходит распад натурального жира на его составляющие. В итоге получают глицерин и «жирные» соли, из которых впоследствии будет изготовлено мыло.

Смесь компонентов нужно непрерывно нагревать в течение нескольких (3-4) дней, затем остудить и дать отстояться полученной мыльной массе. В осадок выпадут ненужные элементы, растворенные в щелочи. Их вымывают водой и получают прекрасно пенящуюся субстанцию. В такую смесь нет необходимости вносить поверхностно-активные добавки.

После остывания мыльную массу переводят в цех для механической обработки. Здесь производят сушку и многократную перетирку сырья. Растирают будущее мыло в специализированных машинах определенное количество раз для достижения однородности и плотности структуры. Тут же вносят красители и парфюмерные вещества, витамины и масла.

Далее состав пропускают через импровизированную мясорубку и полученную закрученную форму доставляют на формовку. Формировочное оборудование выпускает непрерывную ленту, которая разрезается на куски требуемого размера. Все куски получают штамп производителя с оригинальным логотипом.

По завершении штамповки, готовые кусочки мыла направляются в упаковочный цех. Тут автоматизированным методом каждое изделие «оденут» в бумагу и уложат в коробки. Финалом производства моющего продукта станет его транспортировка на склад, откуда готовый товар будет реализован оптовым потребителям.

Сырьё, необходимое для производства мыла

Жирные кислоты

Преобладание кислоты в жире будет влиять на свойства мыла: его твердость, пенообразование, питательность (кокосовое масло), чистка (касторовое масло) или увлажнение (масло ши).

При производстве мыла используются насыщенные жирные кислоты — в основном в животных жирах: пальмитиновая, стеариновая, арахидоновая, лауриновая и ненасыщенные кислоты — в растительных маслах: олеиновая, линолевая, линоленовая и рицинолевая кислоты. Растительные масла являются основным источником сырья, из которого производится натуральное мыло.

В больших масштабах используются жиры, которые вызывают медленное вспенивание мыла, например: животный жир, гидрогенизированные растительные масла и популярное пальмовое масло. В малом производстве, используются более качественные растительные масла, такие как: оливковое масло, кокосовое масло, касторовое масло, подсолнечное масло, масло ши.

Щелочный компонент

Промышленность использует главным образом гидроксид натрия, широко известный как каустическая сода, которая производит популярное твердое мыло. С другой стороны, при использовании гидроксида калия образуется мягкое и жирное мыло, которое очень хорошо растворяется в воде.

Тщательный расчет пропорций данных субстратов является чрезвычайно важным элементом — неадекватное количество гидроксида приведет к непригодному для использования мылу, которое будет слишком агрессивным или слишком мягким.

Добавки

Цвет — натуральные продукты, такие как какао, куркума, спирулина, зеленый ячмень и красная глина, используются для достижения нежного цвета. Оксиды, которые являются популярными пигментами при производстве цветных косметических средств, используются для получения более интенсивных оттенков, включая оксид хрома (зеленый), железо (желтый) и ультрамарин (синий).

Аромат — натуральные эфирные масла не только положительно влияют на настроение при использовании мыла, но и обогащают мыло дополнительными свойствами ухода. Например, масло лаванды оказывает бактерицидное и антисептическое действие, масло грейпфрута стимулирует микроциркуляцию и борется с целлюлитом, масло мяты перечной — обладает противозудным и охлаждающим эффектом.

Пилинговые свойства — мертвая кожа эффективно отшелушивается добавлением сушеных и измельченных хлопьев лаванды и ромашки, семян тыквы и абрикоса, а также натуральных продуктов, таких как молотый кофе в зернах, овсянка, морская соль, корунд, песок.

Масляные свойства — правильно используемый метод в производстве мыла повысит его качество и ценность. Холодный метод дает свободные жирные кислоты, которые не полностью эмульгируются, что влияет на дополнительный эффект смазывания. Кокосовое масло, оливковое или масло ши чаще всего используются в качестве основного жира.

Очищающие свойства — будут обеспечивать активированный уголь, касторовое масло и глина: белая, зеленая, красная или синяя. Особенно людям с жирной и склонной к акне кожей следует обратить внимание на наличие этих продуктов в косметических средствах по уходу за кожей, поскольку они поглощают загрязнения с поверхности кожи и регулируют работу сальных желез.

Типы мыла

Литиевое мыло — используется в технической промышленности в качестве загустителя и смазки для подшипников, а при комнатной температуре является полужидким и плохо растворимым в воде.

Магниевое мыло — используется в шампунях и лосьонах для ванн, имеет жидкую форму и плохо растворимо в воде.

Антибактериальное мыло — оно обогащено бактерицидными веществами, например, триклозаном или триклокарбаном, но их чрезмерное использование может вызвать иммунизацию некоторых штаммов естественной бактериальной флоры кожи.

Исследователи из Управления по контролю за продуктами и лекарствами (FDA) предострегают от ежедневного использования антибактериального мыла из-за потенциального риска для здоровья. Антибактериальное действие также оказывает углеродное мыло, что делает его очень полезным продуктом, например, в борьбе с прыщами.

Черное, марокканское, мыло савон нуар — имеет полужидкую и жирную текстуру с темно-коричневым цветом и характерным запахом, а основными ингредиентами являются черные оливки и оливковое масло. Подходит для всех типов кожи благодаря своим глубоким очищающим, детоксифицирующим и регенерирующим свойствам. Используется в традиционном марокканском ритуале хаммама очищающей и расслабляющей природы.

Aleppo / Alep Soap — изначально производилось в Алеппо, Сирия, но из-за гражданской войны сирийские производители мыла были вынуждены покинуть свои производственные заводы и обосноваться во Франции, где возобновили производство.

Алеппское мыло состоит из оливкового масла (внешний, коричневый слой) и лаврового масла (внутренний, зеленый слой). Кусок оценивается на основе процентного содержания лаврового масла (чем оно больше, тем дороже продукт), а его содержание колеблется от 5% до даже 50%. Лавровое масло является очень эксклюзивным сырьем и обладает рядом свойств: оно помогает при лечении угрей, псориаза, атопического дерматита, обладает бактерицидным, дезинфицирующим или ранозаживляющим действием.

Серное мыло — форма твердого куска с добавлением от 3% до 5% серы, которая по определению называется «элементом красоты». Сера ингибирует процессы старения кожи, ускоряет регенерацию ран, способствует лечению угрей, регулирует работу сальных желез в жирной коже, используется в лечебных ваннах (бальнеология) и успокаивает псориатические и атопические поражения.

Наносеребренное мыло — популярно в последнее время благодаря свойствам серебра, обладающим бактерицидным, фунгицидным и вирулицидным действием, что может оказать положительное влияние при лечении многих кожных заболеваний.

Syndet — был создан для нужд американской армии, потому что он хорошо работал в полевых условиях и дополнительно выполнял свои функции даже под воздействием морской воды. Он выглядит как кусок мыла, но в его составе содержатся поверхностно-активные вещества (сурфактанты), которые химически делают их более похожими на гели для душа, чем на куски мыла.

Источник