Соли карбоновых кислот. Мыла

Определение

Мыла - жидкие или твёрдые продукты, содержащие поверхностно-активные вещества, в соединении с водой используемое для очищения и ухода за кожей (туалетное мыло, шампуни, гели), либо как средство бытовой химии - моющего средства (мыло хозяйственное).

Химический состав мыла

С точки зрения химического состава:

твердые мыла - смесь растворимых натриевых солей высших жирных (предельных и непредельных) кислот;

жидкие мыла - смесь растворимых калиевых или аммонийных солей тех же кислот

Один из вариантов химического состава твёрдого мыла - $C_{17}H_{35}COONa$, жидкого - $CC_{17}HH_{35}COOK$. К жирным кислотам, из которых изготавливают мыло, относятся:

• стеариновая (октадекановая кислота) - $C_{17}H_{35}COOH$, твердая, одноосновная предельная карбоновая кислота, одна из наиболее распространённых в природе жирных кислот, входящая в виде глицеридов в состав липидов , прежде всего триглицеридов жиров животного происхождения (в бараньем жире до ~30 %, в растительных (пальмовое масло) - до 10 %).
• пальмитиновая (гексадекановая кислота) - $C_{15}H_{31}COOH$, наиболее распространённая в природе твердая одноосновная насыщенная карбоновая кислота (жирная кислота), входит в состав глицеридов большинства животных жиров и растительных масел (сливочное масло содержит 25 %, свиное сало - 30 %), многих растительных жиров ((пальмовое, тыквенное, хлопковое масла, масло бразильского ореха, какао и др.);
• миристиновая (тетрадекановая кислота) - $C_{13}H_{27}COOH$ - одноосновная предельная карбоновая кислота, в природе находится в виде триглицерида в миндальном, пальмовом, кокосовом, хлопковом и других растительных маслах
• лауриновая (додекановая кислота) - $C_{11}H_{23}COOH$- одноосновная предельная карбоновая кислота, также как и миристиновая кислота, содержится во многих растительных маслах южных культур: пальмовом, кокосовом, масле сливовых косточек, масле пальмы тукума и др.
• олеиновая (цис-9-октадеценовая кислота) - $CH_3(CH_2)_7-CH=CH-(CH_2)_7COOH$ или общая формула $C_{17}H_{33}COOH$- жидкая одноосновная мононенасыщенная жирная кислота, относится к группе омега-9 ненасыщенных жирных кислот, содержится в больших количествах в животных жирах, особенно в рыбьем жире, а также во многих растительных маслах - оливковом. подсолнечном, арахисовом, миндальном и др.

Дополнительно в составе мыла могут быть и другие вещества, обладающие моющим действием, а также ароматизаторы и красители. Часто для улучшения потребительских свойств к мылу добавляют глицерин, тальк, антисептики.

Способы получения мыла

В основе всех способов получения мыла лежит реакция щелочного гидролиза жиров (животных или растительных):

Приготовление твердого мыла

Чтобы приготовить твердое мыло, нужно взять около 30 г свиного сала и около 70 г говяжьего жира. Всё это растопить, и когда жир расплавится, добавить 25 г твердой щелочи NaOH и 40 мл воды. Перед добавлением щёлочь следует нагреть.

Внимание! Со щёлочью нужно работать аккуратно, чтобы её брызги не попадали на кожу.

Нагревание продолжать в течении получаса на медленном огне, не забывая помешивать (лучше перемешивать стеклянной палочкой). По мере выкипания воды, нужно подливать к смеси предварительно нагретую воду.

Для отделения (высаливания) получившегося мыла из раствора можно использовать раствор пищевой соли (NaCl). Для его приготовления в 100 мл воды нужно растворить 20 г соли NaCl . После добавления соли продолжить нагревание смеси. В результате высаливания на поверхности раствора появляются чешуйки мыла. После остывания нужно собрать ложкой с поверхности раствора появившиеся чешуйки и отжать их с помощью ткани или марли. Для исключения попадание остатков щёлочи на руки, эту операцию лучше проводить в резиновых перчатках.

Полученную массу нужно обмыть малым количеством холодной воды и, для получения приятного аромата, можно добавить спиртовой раствор душистого вещества (например, духи). Можно также добавить красящие и антисептические вещества. Затем всю массу размять, и при небольшом разогреве сформировать нужную форму.

При получении туалетного мыла в промышленных масштабах, в основном, применяются не животные, а растительные жиры. Сколько разных жиров существует, столько различных сортов мыла можно получить. Например, из растительных масел преимущественно получаются жидкие мыла (за исключением оливкового), но в отличии от твёрдого мыла, жидкое мыло не отделяется «высаливанием».

Приготовление жидкого мыла

Приготовление жидкого мыла, также как и приготовление твёрдого мыла, производится путём щелочного гидролиза, но, в отличии от предыдущей методики, нужно использовать раствор едкого кали (KOH). Вместо животного жира можно взять растительное масло с добавлением 30 г. калиевой щёлочи (KOH) и 40 мл воды.

Внимание! Также, как и при приготовлении твёрдого мыла, щёлочь – едкое вещество, лучше работать в перчатках.

Все операции проводятся аналогично первому методу. Однако, вместо высаливания нужно дать раствору остыть, постоянно помешивая. В этом случае получается смесь, состоящая из мыла и воды, а также небольшого количества непрореагировавших веществ, называемых «клеевым мылом». Разделять смесь необязательно. потому что она обладает моющими свойствами.

ПОВЕРХНОСТНО АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)

Определение

Поверхностно-активные вещества́ (ПАВ) - химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела термодинамических фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность - способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз.

ПАВ - органические соединения, имеющие в своём составе полярную часть, то есть гидрофильный компонент (функциональные группы кислот и их соли -ОН, -СОО(H)Na, -$OSO_2O(H)Na$, -$SO_3(H)Na$) и неполярную (углеводородную) часть, то есть гидрофобный компонент .

Как уже говорилось, мыла являются поверхностно-активными веществами. Помимо различных видов мыла, к ПАВ также относятся различные синтетические моющие средства (СМС), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.

На основании химической природы молекул, ПАВ подразделяются на четыре основных класса: анионактивные, катионактивные, неионогенные и амфотерные.

1. Анионактивные ПАВ содержат в молекуле одну или несколько полярных групп и диссоциируют в водном растворе с образованием цепочек анионов, определяющих их поверхностную активность. Гидрофобная часть молекулы обычно представлена предельными или непредельными алифатическими цепями или алкилароматическими радикалами. Всего выделяют шесть групп анионактивных ПАВ. Наиболее распространеными анионактивными ПАВ являются алкилсульфаты и алкиларилсульфонаты. Эти вещества малотоксичны, не раздражают кожу человека и удовлетворительно подвергаются биологическому распаду в водоемах, за исключением алкиларилсульфонатов с разветвленной алкильной цепью. Анионактивные ПАВ используют для производства стиральных порошков и чистящих средств.

2. Катионактивные ПАВ диссоциируют в водном растворе с образованием поверхностно-активного катиона с длинной гидрофобной цепью и аниона, как правило галогенида, иногда аниона серной или фосфорной кислоты. Преобладающими среди катионактивных ПАВ являются азотсодержащие соединения. Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионахтивные, но они могут взаимодействовать химически с поверхностью адсорбента, например с клеточными белками бактерий, обусловливая бактерицидное действие. Катионактивные ПАВ меньше снижают поверхностное натяжение, чем анионактивные, но они могут использоваться для придания мягкости тканям. Катионактивные ПАВ также входят в состав стиральных порошков и чистящих средств, но кроме того на их основе готовят шампуни, гели для душа и ополаскиватели для белья.

3. Неионогенные ПАВ не диссоциируют в воде на ионы. Их растворимость обусловлена наличием в молекулах гидрофильных эфирных и гидроксильных групп, чаще всего полиэтиленгликолевой цепи. Характерная особенность неионогенных ПАВ - жидкое состояние и малое пенообразование в водных растворах. Такие ПАВ хорошо очищают полиэфирные и полиамидные волокна.

4. Амфотерные (амфолитные) ПАВ содержат в молекуле гидрофильный радикал и гидрофобную часть, способную быть акцептором или донором протона в зависимости от рН раствора. Обычно эти ПАВ включают одну или несколько основных и кислотных групп. В зависимости от величины рН они проявляют свойства катионактивных или анионактивных ПАВ. Из группы амфотерных ПАВ наиболее часто используют производные бетаина (например, кокаминопропил бетаин). В сочетании с анионными ПАВ они улучшают пенообразующую способность и повышают безвредность моющих средств. Эти производные получают из природного сырья, поэтому они являются достаточно дорогостоящими компонентами. Амфотерные и неионогенные ПАВ используются при производстве моющих средств с деликатным действием - шампуней, гелей, средств для умывания.

ВЛИЯНИЕ ПАВ НА ЧЕЛОВЕКА И КОМПОНЕНТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Водные растворы ПАВ в большей или меньшей концентрации поступают с промышленными и бытовыми стоками в водоемы. Очистке сточных вод от ПАВ уделяется большое внимание, так как из-за низкой скорости разложения негативное воздействие на растительные и животные организмы трудно предсказуемы. Сточные воды, содержащие продукты гидролиза полифосфатных ПАВ, могут вызвать интенсивный рост растений, что приводит к загрязнению ранее чистых водоемов: по мере отмирания растений начинается их гниение, а в воде снижается содержание растворенного кислорода, что в свою очередь ухудшает условия существования других живых форм в водоеме.

Как любая среда биосферы, водоём, имеет свои защитные силы и обладает способностью к самоочищению. Самоочищение происходит за счет разбавления, оседания частиц на дно и формирования отложений, разложения органических веществ до аммиака и его солей за счет действия микроорганизмов. Большая трудность самовосстановления водоемов после воздействия ПАВ состоит в том, что ПАВ чаще всего присутствуют в виде смеси отдельных гомологов и изомеров, каждый из которых проявляет индивидуальные свойства при взаимодействии с водой и донными отложениями, различен и механизм их биохимического разложения. Исследования свойств смесей ПАВ показали, что в концентрациях, близких к пороговым, эти вещества обладают эффектом суммирования их вредных воздействий.

ПАВ делятся на те, которые быстро разрушаются в окружающей среде и те, которые не разрушаются и могут накапливаться в организмах в недопустимых концентрациях. Один из основных негативных эффектов ПАВ в окружающей среде - понижение поверхностного натяжения. В водоемах изменение поверхностного натяжения приводит к снижению концентрации кислорода в массе воды, что вызывает рост биомассы сине-зеленых и бурых водорослей и гибель рыб и других водных организмов.

Только немногие ПАВ считаются безопасными (алкилполиглюкозиды), так как продуктами их распада являются углеводы. Однако при адсорбировании ПАВ на поверхности частичек (ила, песка) скорость их разрушения многократно снижается. Поэтому в нормальных условиях они могут высвобождать (десорбировать) ионы тяжёлых металлов, удерживаемые этими частичками, и тем самым повышать риск попадания данных веществ в организм человека.

В организм человека ПАВ могут попадать разными путями - с пищей, водой, через кожу. Компоненты ПАВ могут вызывать аллергические реакции, вплоть до тяжелых осложнений.

До изобретения мыла жир и грязь с кожи удаляли золой и мелким речным песком. Египтяне умывались смешанной с водой пастой на основе пчелиного воска. В Древнем Риме при мытье пользовались мелко истолченным мелом, пемзой, золой. Видимо, римлян не смущало, что при таких омовениях вместе с грязью можно было «соскоблить» и часть самой кожи. Заслуга в изобретении мыла принадлежит, вероятно, галльским племенам. По свидетельству Плиния Старшего, из сала и золы букового дерева галлы делали мазь, которую применяли для окрашивания волос и лечения кожных заболеваний. А во II веке ее стали использовать в качестве моющего средства.

Христианская религия считала мытье тела делом «греховодным». Многие «святые» были известны только тем, что всю свою жизнь не умывались. Но люди давно заметили вред и опасность для здоровья загрязнения кожи. Уже в 18 веке на Руси было налажено мыловарение, а в ряде европейских стран еще раньше.

Технология изготовления мыла из животных жиров складывалась на протяжении многих веков. Сначала составляется жировая смесь, которую расплавляют и омыляют – варят со щелочью. Для гидролиза жира в щелочной среде берется немного топленого свиного сала, около 10 мл этилового спирта и 10 мл раствора щелочи. Сюда же добавляют поваренную соль и нагревают полученную смесь. При этом образуются мыло и глицерин. Соль добавляют для осаждения глицерина и загрязнений. В мыльной массе образуется два слоя – ядро (чистое мыло) и подмыленный щелок.

Также получают мыло в промышленности.

Омыление жиров может протекать и в присутствии серной кислоты (кислотное омыление). При этом получаются глицерин и высшие карбоновые кислоты. Последние действием щелочи или соды переводят в мыла. Исходным сырьем для получения мыла служат растительные масла (подсолнечное, хлопковое и др.), животные жиры, а также гидроксид натрия или кальцинированная сода. Растительные масла предварительно подвергаются гидрогенизации, т. е. их превращают в твердые жиры. Применяются также заменители жиров - синтетические карбоновые жирные кислоты с большой молекулярной массой. Производство мыла требует больших количеств сырья, поэтому поставлена задача получения мыла из не пищевых продуктов. Необходимые для производства мыла карбоновые кислоты получают окислением парафина. Нейтрализацией кислот, содержащих от 9 до 15 углеродных атомов в молекуле, получают туалетное мыло, а из кислот, содержащих от 16 до 20 атома углерода, - хозяйственное мыло и мыло для технических целей.

Состав мыла

Обычные мыла состоят главным образом из смеси солей пальмитиновой, стеариновой и олеиновой кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла, калиевые соли - жидкие мыла.

Мыло – натриевые или калиевые соли высших карбоновых кислот,
полученные в результате гидролиза жиров в щелочной среде

Строение мыла можно описать общей формулой:

R – COOМ

где R – углеводородный радикал, M – металл.

Преимущества мыла:

а) простота и удобство в использовании;

б) хорошо удаляет кожное сало

в) обладает антисептическими свойствами

Недостатки мыла и их устранение:

недостатки	способы устранения
1. Плохая моющая способность в жесткой воде, содержащей растворимые соли кальция и магния. Так как при этом выпадают в осадокнерастворимые в воде соли высших карбоновых кислот кальция и магния. Т.е. при этом требуется большой расход мыла.	1. В состав мыла вводят вещества-комплексообразователи, способствующие смягчению воды (натриевые соли этилендиамин-тетрауксусной кислоты - ЭДТК, ЭДТА, ДТПА).
2. В водных растворах мыло частично гидролизуется, т.е. взаимодействует с водой. При этом образуется определенное количество щелочи, которая способствует расщеплению кожного сала и его удалению. Калиевые соли высших карбоновых кислот (т.е. жидкое мыло) лучше растворяются в воде и поэтому обладают более сильным моющим действием. Но при этом оказывает вредное воздействие на кожу рук и тела. Это связано с тем, что верхний тончайший слой кожи имеет слабокислую реакцию (рН =5,5) и за счет этого препятствует проникновению болезнетворных бактерий в более глубокие слои кожи. Умывание мылом приводит к нарушению рН, (реакция становится слабощелочная), раскрываются поры кожи, что приводит к понижению естественной защитной реакции. При слишкомчастом использовании мыла кожа сохнет, иногда воспаляется.	2. Для уменьшения данного негативного воздействия в современные сорта мыла добавляют: - слабые кислоты (лимонная кислота, борная кислота, бензойная кислота и др.), которые нормализуют рН - крема, глицерин, вазелиновое масло, пальмовое масло, кокосовое масло, диэтаноламиды кокосового и пальмового масели т.д. для смягчения кожи и предотвращения попадания бактерий в поры кожи.

Эксперимент:

Возьмитечашку с водой. Поместите туда спичку так, чтобы она плавала на поверхности. Коснитесь заостренным концом мыла поверхности воды сбоку от спички. Спичка двигается в сторону от мыла. Это происходит потому, что поверхностное натяжение воды больше, чем мыльной. С разных сторон на спичку действуют разные силы – она движется в сторону от большей силы поверхностного натяжения. Поверхностный слой дистиллированной воды находится в натянутом состоянии подобно упругой пленке. При добавлении мыла и некоторых других растворимых в воде веществ поверхностное натяжение воды уменьшается. Мыло и другие моющие вещества относят к поверхностно-активным веществам (ПАВ). Они уменьшают поверхностное натяжение воды, усиливая тем самым моющие свойства воды

Строение мыла - стеарата натрия.

Видео-опыт «Выделение свободных жирных кислот из мыла»

Молекула стеарата натрия имеет длинный неполярный углеводородный радикал (обозначен волнистой линией) и небольшую полярную часть:

Молекулы ПАВ на пограничной поверхности располагаются так, что гидрофильные группы карбоксильных анионов направлены в воду, а углеводородные гидрофобные выталкиваются из нее. В результате поверхность воды покрывается частоколом из молекул ПАВ. Такая водная поверхность имеет меньшее поверхностное натяжение, что способствует быстрому и полному смачиванию загрязненных поверхностей. Уменьшая поверхность натяжения воды, мы увеличиваем ее смачивающую способность.

СМС (синтетические моющие средства) – натриевые соли сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты:

R – CH 2 – O – SO 2 – ONa

Как синтетическое мыло, так и мыло, получаемое из жиров, плохо моет в жесткой воде. Поэтому наряду с мылом из синтетических кислот производят моющие средства из других видов сырья, например из алкилсульфатов - солей сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты. В общем виде образование таких солей можно изобразить уравнениями:

Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стиральных порошках.

Синтетические моющие средства высвобождают сотни тысяч тонн пищевого сырья - растительных масел и жиров.

Эксперимент:

Можно сравнить мыла и СМС (стиральный порошок) проверив с помощью индикаторов, какая среда характерна для наших моющих средств.

При добавлении лакмуса в раствор мыла и в раствор СМС он приобретает синий цвет, а фенолфталеин – малиновый, то есть реакция среды щелочная. Кстати, если моющее средство предназначено для стирки хлопчатобумажных тканей, то реакция среды должна быть щелочной, а если для шелковых и шерстяных тканей – нейтральной.

А что происходит с мылом и СМС в жесткой воде?

Добавим в одну пробирку раствор мыла, а в другую раствор СМС, взболтаем их. Что вы наблюдаете? В эти же пробирки добавим хлорид кальция и взболтаем содержимое пробирок. Что вы наблюдаете теперь? Раствор СМС пенится, а в растворе мыла образуются нерастворимые соли:

2С 17 Н 35 СОО – + Са 2+ = Са(С 17 Н 35 СОО) 2 ↓

СМС образуют растворимые соли кальция, которые также обладают поверхностно-активными свойствами.

Использование чрезмерного количества этих средств приводит к загрязнению окружающей среды.

Многие ПАВ трудно поддаются биологическому разложению. Поступая со сточными водами в реки и озера, они загрязняют окружающую среду. В результате образуются целые горы пены в канализационных трубах, реках, озерах, куда попадают промышленные и бытовые стоки. Использование некоторых ПАВ приводит к гибели всех живых обитателей в воде. Почему раствор мыла, попадая в реку или озеро, быстро разлагается, а некоторые ПАВ нет? Дело в том, что мыла, полученные из жиров, содержат неразветвленные углеводородные цепи, которые разрушаются бактериями. В то же время в состав некоторых СМС входят алкилсульфаты или алкил(арил)сульфонаты с углеводородными цепями, имеющими разветвленное или ароматическое строение. Такие соединения бактерии «переварить» не могут. Поэтому при создании новых ПАВ необходимо учитывать не только их эффективность, но и способность к биологическому распаду – уничтожению некоторыми видами микроорганизмов.

К основному жировому сырью для производства мыл относятся пищевые и технические животные жиры, саломас, кокосовое, пальмоядровое и пальмовое масла, синтетические жирные кислоты, канифоль, нефтяные кислоты, дрожжевые и другие жиры.

Животные жиры. При выработке мыла наибольшее применение находят говяжий, бараний, свиной и костный топленые жиры. Животные жиры используются при производстве туалетного мыла в виде сырых или дистиллированных жирных кислот и нерасщепленных (нейтральных) жиров. Топленые животные жиры являются высококачественным жировым сырьем для выработки всех видов и сортов мыла. Однако из-за ограниченности ресурсов и высокой цены их применяют преимущественно для производства туалетных мыл.

Технические животные жиры, получаемые из сырья, не соответствующего требованиям к пищевым продуктам, из отходов клеежелатинового, кожевенного, костно-мучного и других производств, как правило, имеют темный цвет, высокое кислотное число и содержат значительное количество различных примесей. Их применяют при выработке хозяйственного мыла, а также после тщательной очистки в рецептурах низших сортов туалетного мыла.

В говяжьем, бараньем, гидрированном свином и костном жирах содержится от 40 до 60% насыщенных жирных кислот, из них около 50% пальмитиновой и от 36 до 55% олеиновой кислоты, благодаря чему эти жиры являются хорошим и почти взаимозаменяемым сырьем для мыловарения .

Свиной топленый жир из-за их быстрого окисления и прогоркания применяется в мыловарении ограниченно.

Жиры морских животных и рыб в мыловарении используются главным образом в гидрированном виде, так как содержащиеся в них ненасыщенные жирные кислоты имеют неприятный рыбный запах, передающийся сваренному из них мылу и длительно удерживающийся выстиранной тканью.

Растительные масла, применяемые для выработки мыла, разделяют на две основные группы: твердые и жидкие.

К твердым растительным маслам относятся кокосовое, пальмоядровое и пальмовое масла. Их добавление в мыла обеспечивает создание нужной пластичности при механической обработке.

Недостатком этой группы масел как сырья для туалетного мыла является содержание в них низкомолекулярных кислот, натриевые соли которых не обладают моющим действием. Это служит причиной oграниченного применения кокосового масла в рецептурах туалетных мыл.

Пальмовое масло по своему жирнокислотному составу приближается к животным жирам и является хорошим сырьем для туалетного мыла. Твердые растительные масла получают из импортного сырья и поэтому они применяются в производстве ограниченно и только при выработке туалетных мыл. Обычно их заменяют хорошо очищенными синтетическими жирными кислотами.

Жидкие растительные масла - подсолнечное и соевое - не используют для получения твердых туалетных мыл из-за наличия в них значительных количеств высоконенасыщенных жирных кислот. По этой же причине в рецептуру твердых хозяйственных мыл их вводят в количестве не более 15-30% . В то же время они пригодны для варки всех видов жидких хозяйственных и туалетных мыл, а также мазеобразных хозяйственных и промышленных мыл.

Саломас. Технический саломас используется в производстве хозяйственного и туалетного мыла. В качестве сырья для гидрогенизации служат растительные масла, жиры наземных и морских животных, натуральные жирные кислоты, полученные из жиров, масел и соапстоков.

Для производства хозяйственного мыла гидрогенизацию масел ведут до титра 46-500С, а для туалетных - 39-430С .

Природные жирные кислоты. Для получения всех видов мыла на большинстве заводов используются не жиры, а жирные кислоты.

Метод прямого омыления жиров применяется лишь на отдельных предприятиях, вырабатывающих высшие сорта светлых туалетных мыл. Основная же масса жиров и масел, направляемых на мыловарение, подвергается предварительному расщеплению.

Расщепленные жиры (а точнее жирные кислоты) можно применять для выработки всех видов мыл, при этом улучшается качество продукта, так как получаемые безреактивным расщеплением жирные кислоты не темнеют.

Синтетические жирные кислоты (СЖК). Синтетические жирные кислоты получают путем окисления нефтяного парафина кислородом воздуха. При этом получается смесь кислот, содержащих в молекуле от 1 до 30 атомов углерода. Эту смесь разделяют на разные фракции. Для мыловарения готовят две фракции. В первую фракцию входят в основном кислоты, содержащие в молекуле от 10 до 16 атомов углерода. Ее называют иногда кокосовой фракцией и применяют в рецептуре мыл вместо кокосового масла. Вторая фракция синтетических жирных кислот содержит в основном кислоты с 17-20 атомами углерода в молекуле, ее называют саломасной фракцией и применяют в рецептурах мыла вместо саломаса. В отличие от природных жирных кислот, в молекулах синтетических кислот может содержаться как четное, так и нечетное число углеродных атомов. Существенным недостатком первой фракции СЖК является присутствие в ней в виде примесей 4-5% низкомолекулярных кислот С5-С9, натриевые соли которых не обладают моющим действием . Они хорошо растворяются в воде и подмыльном щелоке и не высаливаются даже насыщенным раствором поваренной соли. По этой причине они удаляются с подмыльным щелоком и практически теряются. Вторая фракция - саломасная, часто содержит повышенное количество неомыляемых веществ и других примесей, в том числе таких, которые сообщают кислотам неприятный запах.

СЖК по сравнению с натуральными жирными кислотами обладают низкой вязкостью, что способствует получению мыльной основы с хорошими пластическими характеристиками. Кроме того, это позволяет повысить производительность установки.

Жирсодержашие отходы. В процессе получения и переработки жиров и масел образуются разнообразные жирсодержащие отходы - соапстоки, фузы, отработанные отбельные глины, ловушечный жир и другие, используемые в мыловарении. Кроме жиров в них содержится большое количество различных примесей, как правило, окрашенных в темный цвет. Многие из них имеют неприятный запах. Хозяйственное мыло, сваренное из таких отходов, получается темного цвета с неприятным запахом. Поэтому жирсодержащие отходы необходимо очищать - удалять посторонние примеси. Наиболее эффективным методом очистки является выделение и последующая дистилляция содержащихся в них жирных кислот.

Соапсток - отход, получающийся при очистке масел и жиров растворами щелочей. В его состав входят мыло, нейтральный жир и вода. Кроме того, в соапстоки из очищаемых жиров переходят разнообразные слизи, белки, соли, красящие и другие вещества. Состав соапстоков не постоянен, поэтому до начала обработки соапстока необходимо иметь данные о входящих в него веществах и их количестве.

Фузы представляют собой хлопьевидный осадок, образующийся при хранении сырых (нерафинированных) растительных масел в резервуарах или отделяющийся на фильтр-прессах и центрифугах при первичной очистке масла. В этом осадке содержится от 65 до 85% жира , остальное приходится на различные примеси: обрывки растительных клеток, фосфолипиды, белковые, смолистые и слизистые вещества, вода и др.

Фузы имеют темный цвет и неприятный запах, усиливающийся при хранении вследствие разложения белковых веществ.

При использовании в мыловарении жиров, содержащихся в фузах, их необходимо тщательно очищать и освобождать от примесей.

Отработанные отбельные глины кроме красящих веществ поглощают и значительное количество жиров, что зависит от маслоемкости данного адсорбента.

Жир, предварительно извлеченный из отработанных отбельных глин, отправляют на мыловаренные производства.

Жир из ловушек и другие жировые отходы также поступают на мыловаренные заводы. В них содержится различное количество примесей, поэтому при использовании этого жира для выработки мыл его необходимо тщательно очищать.

Природные жирозаменители. К природным жирозаменителям, используемым в мыловарении, относятся: канифоль, талловое масло и нефтяные кислоты. Из-за ограниченности ресурсов, а также по причине появления СЖК значение природных жирозаменителей снизилось. Тем не менее, они еще используются при варке некоторых видов хозяйственного мыла.

Канифоль - твердая, смолообразная масса, от светло-желтого до темно-коричневого цвета. Она состоит из смеси смоляных ненасыщенных кислот, главная из которых - абиетиновая. В экстракционной канифоли, кроме того, содержится 5-10% жирных кислот .

Канифоль в качестве заменителя природных жиров может применяться при варке хозяйственных мыл в количестве 10-15% от жировой смеси . При изготовлении низших сортов туалетного мыла иногда применяется 3-5% светлых сортов канифоли .

Талловое масло - это отход производства целлюлозы. Из-за темного цвета и сильного неприятного запаха сырое таловое масло - нежелательный компонент мыла. При перегонке его водяным паром под вакуумом получают светло-желтую маслообразную жидкость - дистиллированное талловое масло, которое используют при выработке жидкого и твердого хозяйственного мыла.

Нефтяные (нафтеновые) кислоты содержатся в составе некоторых нефтепродуктов - керосине, соляровом масле и др. При обработке этих продуктов раствором натриевой щелочи она связывает нефтяные кислоты и образует специфический продукт, называемый мылонафтом. Вместе с нефтяными мылами в массу попадает некоторое количество нефтепродуктов, которые сообщают мылонафту специфический запах и темный цвет.

Едкие щелочи при взаимодействии с нейтральными жирами омыляют триглицериды и связывают высвобождающиеся при этом жирные кислоты, образуя соответствующие мыла.

Едкий натр (товарное название каустическая сода). Применяют его при выработке всех видов твердых мыл. Его выпускают нескольких марок и сортов в твердом и жидком виде.

Твердый едкий натр в зависимости от сорта содержит от 92 до 95% NaOH, а жидкий - 42-43%. Из примесей в нем содержатся углекислый натрий (2-3%) и поваренная соль (от 1 до 2,5%) .

На предприятиях готовят водный раствор едкого натра нужной концентрации путем перемешивания при 50-60°С с последующей фильтрацией полученного раствора.

Едкое кали применяется при выработке жидких, мазеобразных и некоторых специальных мыл. Едкое кали выпускают в твердом и жидком виде нескольких марок (от А до Г). Твердый продукт представляет собой непрозрачную массу. Жидкий продукт - концентрированный раствор до 55%. Содержание едких щелочей в твердом продукте в зависимости от марки - 93-95%, в жидком - 50-52% .

Углекислые соли. По сравнению с едкими щелочами углекислые соли обладают меньшей реакционной способностью. Нейтральные жиры в обычных условиях варки они не омыляют. Хорошо и достаточно быстро реагируют с жирными кислотами, образуя соответствующие соли (мыла).

Углекислый натрий (углекислая сода, карбонат натрия), товарное название - кальцинированная сода. представляет собой белый, мелкий кристаллический порошок.

Углекислый натрий применяется при выработке твердых мыл из расщепленных жиров, жирных и нефтяных кислот и канифоли. Вводят его в некоторые виды мыл для повышения твердости кускового или подвижности расплавленного мыла. Углекислый натрий выпускают нескольких видов и марок. В зависимости от вида и марки товарный продукт содержит от 91 до 99% углекислого натрия.

На мыловаренных заводах приготовляют раствор углекислого натрия концентрацией 32-33% путем растворения в воде при 80°С в емкостях с мешалками.

Углекислый калий (карбонат калия), товарное название - поташ. Продукт выпускают в виде мелких гранул белого цвета, двух марок (кальцинированный и полутораводный) и двух сортов. В зависимости от вида и сорта товарный продукт содержит 92,5-98% углекислого калия. Применяется он для выработки жидких, мазеобразных и специальных мыл из расщепленных жиров и жирных кислот, а также в качестве технологической добавки для повышения подвижности расплавленного мыла.

Фосфорнокислые соли. Натриевые и калиевые соли фосфорной кислоты выпускают разного химического состава и, соответственно, они обладают различными свойствами.

Основными фосфорнокислыми солями, используемыми в мыловаренном производстве, являются триполифосфат натрия и гексаметафосфат натрия. Их добавляют в стиральные порошки и в некоторые виды твердого мыла для повышения моющего действия.

Триполифосфат натрия (Na5P3О10) представляет собой порошок белого цвета. Его добавляют в некоторые сорта твердого хозяйственного мыла в количестве 4-6% .

Гексаметафосфат натрия (NaPО3)6 представляет собой твердую, стекловидную, слегка окрашенную массу. Он хорошо растворяется в воде, особенно при нагревании, образуя растворы концентрацией до 70%.

Водные растворы гексаметафосфата натрия имеют кислую реакцию, поэтому в мыловаренном производстве его можно применять и для связывания избытка свободной едкой щелочи, если се в мыльной массе оказалось больше, чем это допускается техническими условиями. Также его добавляют в туалетное мыло в количестве до 5% для предупреждения образования кальциевых и магниевых нерастворимых мыл, при использовании продукта.

Соли кремниевой кислоты (силикаты натрия) - это продукт непостоянного химического состава Na2О*nSiО2. На мыловаренных заводах применяют силикат натрия, у которого весовое отношение SiО2 к Na2О колеблется от 2,6 до 3,4.

Силикат натрия выпускают двух типов - содовый и содово-сульфатный. Содовый силикат натрия обладает более высоким качеством, в нем меньше примесей.

Силикат натрия обладает значительным моющим действием и поэтому является желательным компонентом. Также эта соль повышает твердость мыла, снижает его липкость, и предотвращает появление кристаллов соды на его поверхности. Добавление силиката натрия в небольшом количестве (0,1-0,5%) к туалетному и хозяйственному мылу замедляет потемнение и прогоркание продукта. Силикат натрия усиливает действие антиокислителей, добавляемых в мыло.

Жидкий или твёрдый продукт, который состоит из поверхностно-активных веществ в соединении с водой. На сегодняшний день мыло используется как моющее средство, для производства косметики, отделки тканей, в полировках и водоэмульсионных красках, во взрывчатых веществах.

Историческая справка

По одной из версий, мыловарение было изобретено в Шумере. После раскопок в дельте Нила ученые пришли к выводу, что мыловарение все же появилось в Древнем Египте (около 6000 лет назад). Этот вывод был сделан на основании записей в папирусах. В Античном мире уже пользовались тремя сортами мыла: твердым, мягким и жидким. Известно, что с 164 г н.э. римляне начали применять мыло в качестве моющего средства. В средние века мыло производилось только для дворян и священников. В Западной Европе мыловарение получило распространение в XII-XIII в. в. С течением времени мыловарение переросло в промышленную отрасль. Основным центром производства мыла стал стал Марсель. С конца XIV в. мыловарение активно развивается в Италии, Греции, Испании и Германии.

В России мыловарение основывалось на секретах мыловарения Византии: деревья рубили, жгли в котлах, золу заваривали, делали щелок, после выпаривали его до получения поташа . Промышленным производством мыла в России активно занялся ПетрI. Первые мыловаренные фабрики появились в XVIII веке в Новинской и Пресненской частях Москвы. Оборудование мыловарен тогда состояло из котлов, дровяной печи и каменной ступки. Далее все развивалось стремительно. Сегодня большой популярностью пользуется мыло не только промышленного производства, но и ручной работы.

Промышленное производство мыла

Процесс промышленного производства мыла состоит из двух стадий:

• химическая (варка мыла);
• механическая .

Химическая стадия

На этом этапе получают водный раствор солей натрия (иногда калия) жирных кислот или их заменителей (нафтеновых, смоляных). Далее неочищенные жиры обрабатывают щелочью и как результат получается на выходе "клеевое мыло". Полученную смесь очищают. На заключительном этапе химической стадии "мыльный клей» обрабатывают электролитами (избытком щелочи (NaOH) или раствором NaCl). Эта процедура приводит к расслоению мыла. Верхний слой - концентрированное мыло, с содержанием до 60% жирных кислот (масла), а нижний - «подмыльный щелок» (вода, глицерин и загрязняющие вещества исходного сырья). Очищенный глицерин зачастую добавляют в мыло, но не всегда весь. Полученное на этой стадии мыло называют ядровым . Таким образом получается хозяйственное мыло .

Механическая стадия

На этой стадии мыло проходит механическую обработку: охлаждение, сушку, смешивание с различными добавками, отделку и упаковку. Полученное мыло перетирают на валиках специальной пилирной машины. Мылу придается нужная форма путем прессования. Для получения туалетного мыла в очищенном ядровом мыле искусственно снижают содержание воды от 30 до 12% и добавляют в него парфюмерные отдушки, отбеливатели типа диоксида титана, красители и др.

Улучшение качества мыла

В самые лучшие сорта мыла при производстве добавляют кокосовое или пальмовое масло. Для улучшения некоторых характеристик любого сорта мыла вводят наполнители ((Na2CO3, Na2B4O7, Na5P3O10, жидкое стекло). Для получения дорогих сортов мыла вводят сапонин. В промышленном производстве во многие сорта мыла добавляют ароматизаторы, красители, консерванты и синтетические детергенты, которые могут быть вредны для человеческого организма. Для получения паст в жидкое хозяйственное мыло вводят тонкоизмельченный песок, толченый кирпич, жирные глины.

Мыло без мыла

В последнее время получило широкое распространение производство мыла без мыла. Оно внешне не отличается от обычного твердого мыла, только не содержит щелочи, а включает ПАВы высокого качества. Такое мыло можно назвать твердым гелем для умывания.

Физические свойства мыла. Мыла-соли высших жирных кислот. В производстве и быту мылом называют технические смеси водорастворимых солей, этих кислот, часто с добавками некоторых других веществ, обладающим моющим действием. Основу смесей обычно составляют натриевые (реже калиевые и аммониевые) соли насыщенных и ненасыщенных жирных кислот с числом атомов углерода в молекуле от 12 до 18 (стеариновой, пальмитиновой, миристиновой, лауриновой и олеиновой). К мылам часто относят также соли нафтеновых и смоляных кислот, а иногда и другие соединения, обладающие в растворах моющей способностью. Не растворяющиеся в воде соли жирных кислот и щёлочноземельных, а также поливалентных металлов называются «металлическими» мылами.

Водорастворимые мыла - типичные металлообразующие поверхностно - активные вещества. При концентрации выше определённого критического значения в мыльном растворе наряду с отдельными молекулами (ионами) растворённого вещества находятся мицеллы -- коллоидные частицы, образованные скоплением молекул в крупные ассоциаты. Наличие мицелл и высокая поверхностная (адсорбционная) активность мыла обусловливают характерные свойства мыльных растворов: способность отмывать загрязнения, пениться, смачивать гидрофобные поверхности, эмульгировать масла и др.

Химические свойства мыла.

Мыла достаточно активные вещества, поэтому для них характерны свойства любой соли.

1) Мыла образованы сильным основанием и слабой кислотой, поэтому легко подвергаются гидролизу:

С17Н35СООNa + Н2О = С17Н35СООН + NaОН

Среда при гидролизе щелочная, поэтому мыла достаточно агрессивны по отношению к коже и частое их применение приводят к обезжириванию.

2) Мыла реагирую с кислотами:

2С17Н35СООNa + Н2SO4 = Na2SO4 + 2С17Н35СООН

В обоих реакциях выпадает в осадок стеариновая кислота в виде белого аморфного осадка.

3) В жесткой воде содержатся соли кальция и магния, они усиливают выпадение осадка:

2С17Н35СООNa + Са(НСО3)2 = (С17Н35СОО)2Са + 2NaНСО3

При этом в осадок выпадает стеарат кальция в виде белого аморфного вещества.

4) Мыла реагируют с солями тяжелых металлов:

2С17Н35СООNa + Cu SO4 = (С17Н35СОО)2Сu + Na2SO4

2С17Н35СООNa + (СН3СОО)2 Hg = (С17Н35СОО)2Hg + 2СН3СООNa

В обоих реакций образуются мыла обладающие нейтральным характером и антисептическими свойствами. Но они содержат токсичные элементы, которые способны вызвать аллергию при частом применении.

Любое мыло, где бы и как бы оно ни было произведено, представляет из себя натриевые или калиевые соли жирных кислот, полученные в результате т.н. реакции “омыления” между щелочью и маслами. А вот достигнуть этого результата можно различными способами.

Промышленное мыло. Для промышленного производства мыла используется любое сырье, которое можно купить дешево. Поэтому сырьем для производства промышленного мыла являются говяжий, свиной или смешанные животные жиры (т.е. отходы мясной индустрии), пальмовое, кокосовое и другие недорогие масла, канифоль (получаемую при переработке живицы хвойных деревьев), синтетические (искусственные) жирные кислоты, (получают из парафина нефти каталитическим окислением кислородом воздуха), нафтеновые кислоты, выделяемые при очистке нефтепродуктов (бензина, керосина и др.). Как вы понимаете, вводятся все эти жиры согласно рецептуре для получения определенных свойств, но назвать такое мыло «натуральным» никому и в голову не придет.

Процесс промышленного производства мыла происходит в две стадии - химическую и механическую стадий. На первой стадии (варка мыла) получают водный раствор солей натрия (реже калия) жирных кислот или их заменителей (нафтеновых, смоляных). Используемые на производстве неочищенные жиры обрабатывают щелочью. В результате получается т.н. «мыльный клей» или «клеевое мыло». Эту смесь очищают, т.к. она содержит загрязняющие вещества исходного сырья.

Варку мыла заканчивают обработкой «мыльного клея» электролитами - избытком щелочи (NaOH) или раствором NaCl. В результате мыло расслаивается. На поверхность всплывает т.н. «мыльное ядро - концентрированное мыло, в котором содержится до 60% жирных кислот (масла). Нижний слой представляет собой так называемый «подмыльный щелок», который содержит воду, глицерин и загрязняющие вещества исходного сырья. Очищенный глицерин чаще всего снова добавляют в мыло, но не обязательно весь.

Глицерин, полученный при варке мыла из животных или растительных жиров могут отделить полностью. Он находит широкое применение: в производстве взрывчатых веществ (тринитроглицерина) и полимерных смол; в качестве умягчителя тканей и кожи; для парфюмерных, косметических и медицинских препаратов; при производстве кондитерских изделий и ликеров. Последним он придает вязкую консистенцию.

Полученное таким образом мыло называют ядровым, а процесс его выделения из раствора - отсолкой или высаливанием. Делается это для повышения концентрации мыла и его очистки от белковых, красящих и механических примесей - так получают хозяйственное мыло.

На второй стадии производства мыла проводят механическую обработку - охлаждение, сушку, смешивание с различными добавками, отделку и упаковку. Полученное мыло (мыльное ядро) мыло перетирают на валиках специальной пилирной машины. В результате такой обработки процентное содержание жирных кислот удается повысить в среднем до 73%. Кроме этого, повышается устойчивость полученного мыла к прогорканию, усыханию и действию высоких температур. Пилированному мылу придается нужная форма путем прессования.

При изготовлении туалетного мыла в очищенном ядровом мыле искусственно снижают содержание воды от 30 до 12%. После чего в него вводят парфюмерные отдушки, отбеливатели типа диоксида титана (TiO2), красители и др.

Хорошие сорта туалетного мыла производятся из кокосового или пальмового масла, которого используется 50% и более от всего объема масел. Кокосовое масло хорошо растворяется в холодной воде и характеризуется высоким пенообразованием. Дорогие сорта туалетного мыла целиком изготавливают из кокосового масла. Иногда туалетное мыло содержит до 10% свободных жирных кислот.

Для улучшения некоторых характеристик хозяйственного мыла (иногда и туалетного), а также для удешевления в его состав вводят наполнители. Это могут быть натриевые соли (Na2CO3, Na2B4O7, Na5P3O10, жидкое стекло), которые при растворении в воде приводят к подщелачиванию, клеи (казеин, казеиновый студень), углеводы (крахмал). Клеи и крахмал способствуют пенообразованию мыльного раствора и стойкости пены, однако моющей способностью не обладают.

Для получения паст в жидкое хозяйственное мыло вводят тонкоизмельченный песок, толченый кирпич, жирные глины. Они способствуют механической очистке. Такие мыла применяют для чистки кухонной посуды, некрашеной мебели, полов и т.д.

В дорогих сортах мыла для улучшения пенообразования используется сапонин. Это вещество получается выщелачиванием некоторых растений и прежде всего мыльного корня. Сапонин хорошо растворяется в воде и его растворы сильно пенятся.

При промышленном производстве мыла в его состав добавляют различного рода ароматизаторы, красители, консерванты. В большинство современных сортов мыла (туалетное мыло, детское, банное) добавляют синтетические детергенты: лаурил- и лауретсульфаты, сульфонаты и другие поверхностно-активные вещества (ПАВ). Эти искусственно полученные вещества имеют отличные моющие свойства, а благодаря различному водородному показателю (pH) могут действовать даже в жесткой и морской воде. Эти вещества могут быть вредны для кожи и даже для организма в целом. Действие некоторых из них на человеческий организм до конца не изучено.

Домашнее мыло. При производстве домашнего мыла применяются: очищенные животные жиры

высококачественные растительные жиры (рафинированные или нерафинированные, иногда прямого отжима - это масла самого высшего качества, какое возможно).

Так как эти жиры уже очищены, обычно очистка не требуется. Количество и соотношение масел, щелочи и воды высчитывают на специальном калькуляторе. Иногда - вручную, по таблицам омыления. В ней содержатся так называемые «числа омыления» для каждого масла.

Одни масла, будучи омыленными, придают мылу твердость, другие дают пышную и обильную пену, третьи «отвечают» за увлажнение, мягкость очищения. Все это учитывается, точнее, должно учитываться. Все зависит от опыта, знаний и желания мыловара получить то или иное мыло. Можно приготовить своими руками мыло детское, для сухой и чувствительной кожи, для умывания, гипоаллергенное, для бани, лечебное (от различных кожных заболеваний), для жирной кожи, противоугревое, для бритья, шампуневое - для сухих волос, нормальных, жирных, от перхоти, стимулирующее рост волос и даже зубное! Даже незначительное изменение в рецептуре способно в корне изменить свойства полученного мыла. Любой уважающий себя мыловар имеет набор удачных рецептов. Особо удачные даже хранят в секрете.

Итак, завешивается необходимое количество масел, щелочи и жидкости. Компоненты тщательно взвешивают и смешивают: масла - друг с другом, расплавив твердые масла на водяной бане. Щелочь растворяют в жидкости. В домашнем мыловарении вода часто заменяется на такие жидкости как молоко, отвары трав, гидролаты трав и цветов (розовая вода, лавандовая, ромашковая и т.п.), чай, кофе, пиво, вино. При условии правильного использования, эти компоненты сохраняют часть своих полезных свойств.

Масла и раствор щелочи тщательно перемешивают. Начинается реакция омыления. Электролитами мыло не обрабатывают, поэтому вода остается в его составе и постепенно испаряется при просушке. Часто домашнее мыло, при одинаковом весе, по объему значительно больше, чем фабричное, и быстрее смыливаться. Все дело в отсутствии прессования и большем содержании воды. Но это справедливо далеко не для всякого мыла. Очень многие мыла нашего производства смыливаются в два раза дольше, чем промышленное.

Мыльная масса по мере реакции густеет. Разделения на ядро и подмыльный щелок не происходит. Глицерин, чаще всего, не отделяется.

Если процесс останавливают на стадии «следа» - такой способ называется «холодным». В мыло добавляют все необходимые добавки (эфирные и уходовые масла, отвары трав, мёд, алкоголь и т.д.). После этого массу разливают в формы и оставляют застывать на 2-4 суток (зависит от количества жидкости).

Когда мыло застыло (держит форму) вынимают из форм и нарезают (если формы не рассчитаны сразу на один брусок). После этого мыло оставляют «зреть». Полная аналогия с сыром или с вином!

Дозревание обычно производят в прохладном (но не холодном) темном месте. Мыло зреет от 1,5 до 12 месяцев (благородное Кастильское и Марсельское мыло, в составе масел для которого - 80-100% оливкового масла. Некоторые сорта мыла могут зреть и 2 года, становясь только лучше, но это возможно только при правильных условиях хранения (температура, влажность, отсутствие освещения).

Приготовление мыла можно ускорить. Для этого существует т.н. «горячий» способ. Мыло, вошедшее в стадию «следа» нагревают на водяной бане или в духовке (но при температуре не более 50-70 0С), постоянно перемешивая. Это делается, чтобы ускорить реакцию омыления.

Через несколько часов мыло будет полностью готово - процесс реакции жиров и щелочи (омыление) завершился. Мыловар добавляет эфирные масла, травы и другие добавки, контакт которых со свободной щелочью нежелателен. Делается это до того как масса застынет. Мыло раскладывают по формам, потом так же как и в предыдущем способе - дают застыть, вынимают, режут. Но теперь оно полностью готово к употреблению без дозревания! Иногда рекомендуют дать мылу «постоять» еще пару недель для оптимального результата.

Мыло, изготовленное «горячим способом» выглядит не столь гладким, из-за того что выкладывается в форму уже довольно густым. Также оно темнее мыла приготовленного «холодным способом». Зато готово сразу. Считается, что и полезные свойства компонентов сохраняются в таком мыле лучше. Это происходит из-за того, что они не контактируют с непрореагировавшей щелочью.