Технология получения туалетного мыла
Учреждение
образования
«БЕЛОРУССКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет
технологии органических веществ
Кафедра
химической переработки древесины
Специальность1-48
02 01 Биотехнология
Специализация
1-48 02 01 03 Технология жиров, эфирных масел и парфюмерно-косметических
продуктов
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
КУРСОВОЙ РАБОТЫ
по дисциплине Технология переработки
жиров
Тема Технология получения туалетного
мыла
Исполнитель
Студентка 5
курса группы 8
Чистая О.И
Руководитель
доцент,
кандидат технических наук
Бондаренко
Ж.В
Реферат
Целью выполнения курсовой работы, является выбор и обоснование
технологической схемы получения туалетного мыла.
По данной теме был проведен аналитические обзор литиратуры, а также
анализ различных способов мыловарения. В результате была разработана схема
производства туалетного мыла, включающаю варку основы туалетного мыла
периодическим способом, и обработку основы на непрерывной линии ЭЛМ.
Введение
Мыло туалетное - продукт, состоящий из натриевых солей натуральных и
синтетических жирных кислот, с добавлением красителей, отбеливающих,
антисептических и смягчающих веществ, отдушек и других компонентов, улучшающих
потребительские свойства мыла. Оно относится к группе парфюмерно-косметических
товаров.
Мыло
изготовляли ещё в древних Шумере
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D1%83%D0%BC%D0%B5%D1%80> и Вавилоне
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%BB%D0%BE%D0%BD>
(около 2800 г. до н. э.). Описание технологии изготовления мыла найдено в
Месопотамии
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%81%D0%BE%D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D1%8F>
на глиняных табличках, относящихся примерно к 2200 г. до н. э [1]. Египетский
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%95%D0%B3%D0%B8%D0%BF%D0%B5%D1%82>
папирус середины второго тысячелетия до нашей эры свидетельствует, что египтяне
регулярно употребляли мыло в омовениях. Широко применяли его и в Древнем Риме
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D1%80%D0%B5%D0%B2%D0%BD%D0%B8%D0%B9_%D0%A0%D0%B8%D0%BC>,
где впервые встречается упоминание мыла (лат.
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA>
sapo, затем перешедшее во многие романские языки
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%8F%D0%B7%D1%8B%D0%BA%D0%B8>).
Мыло
долгое время стояло в одном ряду с медицинскими средствами и лекарствами. В
1424 г. в Италии, в Севоне, промышленным путем стали выпускать твердое мыло
[1]. Жиры соединяли с природной кальцинированной содой. Для варки мыла
использовали говяжье, баранье, свиное, лошадиное сало, костяной, китовый и
рыбий жир, отходы жиров различных производств. Добавляли и растительные масла -
льняное, хлопковое, оливковое, миндальное, кенжутовое, кокосовое и пальмовое.
В
Западной Европе ремесло мыловарения окончательно сформировалось к концу XVII
века. Немаловажную роль в развитии мыловарения сыграл географический фактор.
Ингредиенты для приготовления мыла варьировались в зависимости от региона. На
севере при варке мыла применялся животный жир, а на юге использовалось
оливковое масло, благодаря которому мыло получалось превосходного качества.
Начиная
с IX века основным поставщиком мыла в Европе стал Марсель, благодаря наличию на
близлежащей территории сырьевых источников (оливкового масла и соды) [2].
С
конца XIV века марсельское мыло уступило свое место в международной торговле
венецианскому. В этот период мыловарение активно развивалось в Италии, Греции и
Испании.
В
1808 г. французский химик Мишель Эжен Шеврёль
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B5%D0%B2%D1%80%D1%91%D0%BB%D1%8C,_%D0%9C%D0%B8%D1%88%D0%B5%D0%BB%D1%8C_%D0%AD%D0%B6%D0%B5%D0%BD>
(1786−1889) по просьбе владельцев текстильной фабрики установил состав
мыла [2]. Его исследование показало, что мыло - это натриевые соли высших
жирных (карбоновых) кислот.
Постепенно
процесс мыловарения совершенствовался. Был открыт заводской способ получения
кальцинированной и каустической соды, что значительно удешевило производство
мыла.
В
Европе
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D0%B2%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%B0> и
США <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%A8%D0%90> непрерывный
процесс мыловарения был отработан в конце 1930-х годов вместе с непрерывным процессом
гидролиза
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B7>
(расщепления) жиров <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D1%80>
водой и паром высокого давления в мыловаренных башнях [1].
Основным
компонентом твёрдого мыла является смесь растворимых
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%B8%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C>
солей <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%B8> высших
жирных кислот <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D1%8B>.
Обычно это натриевые
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%82%D1%80%D0%B8%D0%B9>,
реже - калиевые <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D0%B9>
и аммониевые
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BC%D0%BC%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B9>
соли стеариновой
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B5%D0%B0%D1%80%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0>,
пальмитиновой
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BC%D0%B8%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0>,
миристиновой
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0>,
лауриновой
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B0%D1%83%D1%80%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0>
и олеиновой кислот <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D0%BB%D0%B5%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0>.
В современном производстве в состав мыл добавляют отбеливатели, ароматизаторы
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D1%8B>,
красители
<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B8>,
антисептические добавки, антиоксиданты и множество других добавок, оказывающих
влияние на свойства и товарный вид мыл. Это связанно с повышением
требовательности потребителей, а также с необходимостью поддерживать
конкурентноспособность различных производителей на рынке. Среди всех моющих
средств и средств личной гигиены мыло занимает главенствующее положение. В связи
с этим, во Франции и в Англии объем его продаж составляет 60-70% емкости рынка
косметических средств, в Японии-80%, и такое положение сохранится 10 и более
лет [3]. Так как по экономичности, моющему действию, влиянию на кожу человека,
стоимости, экологичности и потребительской безопасности мыло существенно
превосходит моющие средства на основе синтетических ПАВ.
В Республике Беларусь производство туалетного и хозяйственного мыла в
основном осуществляется на ОАО «Гомельский жировом комбинат». Данное предприятие
стремится к тенденциям развития мыловарения, не только создавая новые рецептуры
мыл, но и внедряя новые технологии его производстве. Например, в апреле 2013 г.
предприятием было закуплено и установлено новейшее итальянское оборудование,
включающее комплексную линию омыления, охлаждения и производства мыльной
стружки, производительностью 3 т/ч «JET SWING» [4]. А также была запущена новая
линия по производству готового туалетного мыла, производительностью 1,5 т/ч и
годовой мощностью 10 тыс. т. [4]. ОАО «Гомельский жировой комбинат» практически
монополист производства мыла в РБ, конкуренцию ему составляет в основном
импортная продукция, особенно турецкая и украинская. В свою очередь,
белорусское мыло экспортируется во многие страны, такие как Россия, Украина,
Казахстан, Азербайджан, Литва и даже США.
В данной курсовой работе будут рассмотрены различные технологии получения
туалетных мыл, а также свойства и показатели качества мыл. Актуальность
изучения производства мыла объясняется тем, что мыло из всей группы
парфюмерно-косметических товаров используется наиболее часто и повсеместно,
поэтому его производство необходимо расширять, развивать новые технологии
мыловарения и разрабатывать новые рецептуры мыл, с улучшенными свойствами, что
важно не только для производителей мыл, но и для потребителей.
. Аналитический обзор литературы и патентная проработка
.1 Аналитический обзор литературы
.1.1 Физико-химические основы получения мыла
Основные химические реакции, протекающие при омылении разнообразных
жиров, заключаются в образовании солей жирных кислот при их взаимодействии с
различными щелочами.
В мыловарении омылением называют процесс получения мыла из жиров, жирных
кислот и жирозаменителей при обработке их щелочами.
При омылении нейтральных жиров щелочами одновременно протекают две
химические реакции: расщепление (гидролиз) триглицеридов и нейтрализация
щелочью выделяющихся в результате расщепления жирных кислот.
Расщепление триглицеридов протекает ступенчато, при этом высвобождается
глицерин. По мере отщепления жирных кислот они мгновенно нейтрализуются едкой
щелочью.
На омыление одной молекулы триглицерида расходуется три молекулы едкой
щелочи. При этом образуется три молекулы мыла и одна молекула глицерина.
Нейтрализация жирных кислот растворами едких щелочей протекает по
химической реакции:
RCOOH
+ NaOH RCOONa + H2O
Нейтрализация натуральных и синтетических жирных кислот, а также нефтяных
кислот и канифоли углекислым натрием, при температуре выше 600С происходит по
реакции:
2RCOOH + Na2СО3
2 RCOONa + СО2 + H2O
Эти реакции протекают в указанном направлении, когда в реакционной среде
присутствует некоторый избыток щелочи. При недостатке щелочи две молекулы
жирной кислоты вступают в реакцию с одной молекулой щелочи. При этом образуется
так называемое кислое мыло:
RCOOH+NaOH RCOOH•RCOONa+H2O
Кислое мыло представляет собой сложную смесь мыла и жирных кислот
непостоянного состава. Эти мыла в разбавленных мыльных растворах и в воде
нерастворимы, они представляют собой тонкодисперсные взвеси (суспензии),
следовательно они не обладают моющим действием и нарушают весь технологический
процесс производства мыла в целом. Но кислое мыло может быть превращено в
нормальное мыло путем кипячения массы с избытком едкой щелочи.
Для предупреждения образования кислого мыла необходимо при нейтрализации
всегда иметь в мыльной массе избыток свободной едкой щелочи и одновременно
достаточную концентрацию соли. В этих же целях загрузку жирных кислот
производят в раствор щелочи, а не наоборот.
Получающиеся при омылении жиров и нейтрализации жирных кислот
концентрированные растворы с содержанием мыла 40-55% в практике называют
мыльным клеем [5]. По внешнему виду мыльный клей представляет собой прозрачную,
однородную, подвижную жидкость, которая поддается перемешиванию острым паром
или механической мешалкой и может перемещаться по трубопроводам.
Процесс обработки мыльного клея электролитами,
сопровождающийся разделением его на фазы, называют высаливанием, полученная при
этом масса, с большим содержанием мыла, чем в мыльном клее, называется ядровой
фазой, или ядром. Оставшийся раствор называют клеевой фазой, или подмыльным
клеем.
Нормальный мыльный клей содержит некоторое количество электролитов,
обеспечивающих соответствующую его вязкость, подвижность и однородность (гомогенность).
Если концентрацию электролитов в мыльном клее
уменьшать, то вязкость, температура затвердевания и другие свойства его будут
изменяться, масса станет гуще, при слишком низкой концентрации мыльный клей
превратится в студнеобразную нетранспортабельную массу.
Если же содержание электролитов в мыльном клее
увеличивать, то вязкость его сначала понижается, а затем увеличивается. Далее
мыльный клей разжижается, мутнеет, гомогенность его нарушается.
После выделения из мыльного клея ядра, оно отправляется
на обработку, включающую охлаждение, сушку, пластификацию и штамповку.
.1.2 Основное сырье и материалы мыловаренного
производства
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 [6].
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% [7]. 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 [8].
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.
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 [6]. 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 [9], 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 [5].
Канифоль в качестве заменителя природных жиров может
применяться при варке хозяйственных мыл в количестве 10-15% от жировой смеси
[8]. При изготовлении низших сортов туалетного мыла иногда применяется 3-5%
светлых сортов канифоли [8].
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%) [10].
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% [8].
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.
1.1.3
Красители, ароматизаторы, стабилизаторы и другие вспомогательные вещества в
мылах
Красители добавляют в основном в туалетное мыло для
улучшения его товарного вида. Для этой цели используют сухие белила и
специальные виды химических красителей.
Белила цинковые сухие (окись цинка) или титановые
(двуокись титана) добавляют в мыло в количестве от 2 до 10 кг на 1 т готовой
продукции [11]. Белила улучшают цветовой тон, делают его более равномерным,
устраняют прозрачность куска, появляющуюся иногда в процессе механической
обработки мыла.
При выработке мыла на линиях с автоматической
загрузкой белил следует применять титановые белила марки А-1 и Р-1, образующие
с другими компонентами, добавляемыми в мыло, однородные смеси (суспензии).
Для окраски туалетного мыла в разные цвета используют
различные водорастворимые анилиновые красители: родамин (красный), метанил (желтый),
бирюзовый светопрочный (голубой), флуоресцентный (лимонный), коричневый прямой
(коричневый) и другие.
Водорастворимые красители должны полностью
растворяться и не изменять окраски под действием света и слабощелочных
растворов. При пользовании мылом они не должны окрашивать мыльную пену.
В производственных условиях для окрашивания туалетного
мыла были испытаны некоторые типы жирорастворимых красителей: красные - марок Ж
и С, желтый - марки Ж и другие, а также специальные виды водорастворимых
пигментов (желтый светопрочный, синий, зеленый, коричневый и др.).
Хорошо влияет на цвет светлых сортов мыла добавление к
мыльной стружке оптических отбеливателей в количестве 1-3 кг на 1 т [11].
Ароматизаторы это отдушки (парфюмерные композиции),
которые вводят в мыло (прежде всего в туалетное и в специальные сорта
хозяйственного) для того, чтобы придать ему приятный запах. Этот запах
передается коже, волосам или стираемой ткани.
Отдушки представляют собой жидкую смесь разнообразных
душистых веществ, натуральных и синтетических, гармонично сочетающихся между
собой и образующих определенный букет, который воспроизводит запах цветов или
растений (сирени, ландыша, розы, хвои).
Отдушки для мыла должны обладать приятным устойчивым
запахом, длительное время сохраняющимся в готовом продукте.
Отдушки вводят в туалетные мыла в количестве от 5 до
15 кг на 1 т (в отдельные сорта - до 30 кг).
Стабилизаторы (антиокислители). При хранении в мыле
часто наблюдаются процессы, известные как прогоркание, сопровождающиеся
потемнением всего куска мыла или появлением на его поверхности темных пятен.
При этом мыло приобретает неприятный запах. Главной причиной прогоркания мыла
может быть окисление ненасыщенных органических соединений (жирных кислот),
содержащихся в исходной жировой смеси.
Для борьбы с прогорканием мыла в него добавляют
разнообразные стабилизаторы - антиокислители.
Известно большое число органических и неорганических
веществ, используемых в качестве стабилизаторов мыла. Это могут быть
индивидуальные продукты или смесь из нескольких специально подобранных веществ.
В нашей промышленности кроме силиката натрия нашли
применение антал, антал П-2, или пластиболь.
Антал - смешанный продукт, содержащий в водном
растворе диэта-ноламин, калиевые соли борной, винной, бензойной и других кислот.
Он представляет собой сиропообразную прозрачную жидкость желтого цвета, имеющую
щелочную реакцию. Вводят его в туалетное мыло в количестве 3-5 кг на 1 т.
Антал П-2, или пластиболь, - стабилизатор комплексного
действия. В его состав, кроме антиокислителей, входят высокомолекулярные
полимерные соединения, которые препятствуют раскисанию мыла и благодаря которым
оно сохраняет свою форму и экономно расходуется. Пластиболь, добавленный в
мыло, повышает его пластичность в процессе механической обработки.
Полезные добавки. Вводимые в туалетное мыло полезные
добавки условно можно разбить на три группы: пережиривающие, дезинфицирующие и
лечебно-профилактические.
Пережиривающие добавки - это средства, которые
добавляют в туалетное мыло, предназначенное для лиц с повышенной сухостью кожи.
К данной группе относятся высшие жирные спирты, спермацет, ланолин, крем
питательный, парфюмерное масло и др. Они уменьшают обезжиривающее действие мыла
на кожу.
Высшие жирные спирты, получаемые из гидрированного
кашалотового жира, представляют собой твердый продукт от белого до кремового
цвета со специфическим запахом.
Спермацет - животный воск, выделяемый из кашалотового
жира, это твердая ломкая масса от белого до кремового цвета.
Ланолин - очищенный животный воск, получаемый при
промывке овечьей шерсти. Ланолин - густая вязкая масса от светло-желтого до
темно-коричневого цвета со слабым своеобразным запахом.
Парфюмерное масло применяется при выработке
вазелинового мыла. Это тщательно очищенное прозрачное масло, не имеющее запаха
и вкуса, не содержащее минеральных кислот, щелочей, а также воды и механических
примесей.
Дезинфицирующие добавки. Растворы мыла при длительной
выдержке способны убивать большинство бактерий, проявляя антисептические
свойства. Ввод дезинфицирующих добавок ускоряет и усиливает это свойство мыла.
В качестве дезинфицирующих добавок используют главным образом гексахлорофен,
фенол, борную кислоту и тимол.
Гексахлорофен (С13Н602О6) представляет собой порошок,
не имеющий запаха, цвет от серого до кремового. Гексахлорофен нерастворим в
воде, частично растворяется в этиловом спирте, в растительном масле образует
пасту концентрацией до 50%. Под действием этого вещества погибают многие виды
бактерий, однако гексахлорофен чувствителен к свету, под воздействием которого
теряет активность. Применяют его при выработке туалетного мыла.
Фенол (карболовая кислота, С6Н5ОН) - бесцветный,
слабо-розоватый или желтоватый продукт кристаллической структуры с резким
своеобразным запахом. Хорошо растворяется в воде, жирах, глицерине и других
растворителях. Фенол обладает сильными дезинфицирующими свойствами. Применяется
при выработке карболового мыла.
Борная кислота (НВО) - бесцветные, блестящие, слегка
жирные на ощупь кристаллы. Борная кислота обладает слабым дезинфицирующим
действием. Однако в мыло ее добавляют не только в качестве антисептика, но и
для связывания свободной щелочи (например, в детское мыло, чтобы снизить
раздражающее действие).
Тимол (С10Н14О) - бесцветные кристаллы или
кристаллический порошок с характерным запахом. Вводят его с борной кислотой в
качестве слабого антисептика в борно-тимоловое мыло.
Лечебно-профилактические добавки. Эти вещества вводят
в мыло для придания ему профилактических свойств против некоторых заболеваний
кожи. К ним относятся деготь берестовый, селен сернистый, сера, хвойная
хлорофиллокаротиновая паста и хна.
Деготь берестовый - густая, черно-зеленая (до бурой)
жидкость, содержащая значительное количество углеводородов и фенолов. Применяют
его для изготовления дегтярного и серно-дегтярного мыла. Берестовый деготь
представляет собой продукт сухой перегонки бересты. Мыло с содержанием 3-5%
дегтя эффективно при различных кожных заболеваниях.
Селен сернистый («сульсен», SeS2) - порошок желто-оранжевого цвета, содержит 55-57%
селена и 42-45% серы [11]. Селен сернистый используют для выработки
сульсенового мыла, применяемого против перхоти.
Вспомогательные материалы мыловаренного производства.
В качестве вспомогательных материалов в мыловарении применяют хлористые соли,
перекись водорода, воду и др.
Хлористый натрий (поваренная соль, химическая формула NaCl) представляет собой кристаллический
продукт белого цвета с сероватым или розоватым отгенком.
Поваренная соль применяется при получении
хозяйственного и туалетного мыла для очистки загрязненных исходных жировых
компонентов, отсолки мыльного клея, придания подвижности мыльной массе и
твердости мылу.
Используют три сорта соли: высший, первый и второй.
Раствор соли (5%-ный) должен быть без посторонних привкусов и запахов, с
сероватым, желтоватым или розовым оттенком. Содержание NaCl должно быть не менее 97-98,4%, а нерастворимых в воде
веществ - не более 0,16-0,85% [5].
На мыловаренных предприятиях поваренную соль применяют
в виде ее водных растворов 20%-ной концентрации [8].
Перекись водорода применяется для отбелки жиров и
мыла. Это прозрачная бесцветная жидкость с металлическим привкусом. Смешивается
с водой в любых соотношениях. Чистая перекись водорода достаточно устойчива. В
присутствии следов тяжелых металлов и некоторых других веществ, а также при нагревании
(особенно быстро - при кипячении) она разлагается на воду и кислород.
Водный раствор перекиси водорода концентрацией
27,5-31% называется пергидроль[8]. Для того чтобы перекись водорода,
находящаяся в пергидроле, не разлагалась, ее хранят в прохладных помещениях, в
стеклянных бутылях или в плотных резервуарах из алюминия высокой степени
чистоты. Пергидроль необходимо хранить в помещениях, изолированных от
легковоспламеняющихся материалов.
Вода в мыловаренном производстве используется как
ростворитель солей, щелочей, кислот, спиртов и других соединений. Для
мыловаренного производства важное значение имеет жесткость воды, которая
характеризуется количеством растворенных в ней солей кальция и магния. Ионы
кальция и магния реагируют с жирными кислотами, образуя нерастворимые мыла.
Поэтому для обеспечения высокого качества продукции, а также облегчения
технологического процесса варки мыла следует применять дистиллированную
(конденсат) или умягченную воду, из которой удалены соли жесткости.
.1.4 Строение и свойства мыл
Строение мыла. Мыло представляет собой натриевые
(калиевые) соли высших жирных кислот. Следовательно, молекула мыла состоит из
неполярного углеводородного радикала и полярной карбоксильной группы, в которой
атом водорода замещен на натрий (в твердых мылах) или на калий (в жидких
мылах). Такое строение мыла обусловливают его многие свойства, в том числе
моющее действие.
Растворимость мыла. Мыла щелочных металлов хорошо
растворяются в воде. Калиевые мыла растворяются быстрее, чем натриевые. Мыла
низкомолекулярных жирных кислот растворяются легче высокомолекулярных. В
присутствии мыл из низкомолекулярных кислот улучшается растворимость
высокомолекулярных. При одинаковом числе углеродных атомов в молекуле, мыла
ненасыщенных жирных кислот растворяются лучше мыл из насыщенных кислот. С
повышением температуры растворимость увеличивается.
В сильно разбавленных растворах мыло находится в
состоянии истинного раствора. При этом часть его диссоциирует, давая катион
металла и анион жирной кислоты:
RCOONa RCOO- + Na
Степень диссоциации мыла можно изменять. Если из
раствора удалять один из ионов или понижать его концентрацию, то диссоциация
будет продолжаться и все новые молекулы вещества будут распадаться на ионы.
Наоборот, если повысить концентрацию раствора мыла или ввести в этот раствор
некоторое количество вещества, например едкой щелочи или поваренной соли,
дающего ионы сильного основания, то диссоциация будет снижаться.
Гидролиз - реакция обменного разложения между
различными веществами и водой. Мыло как соль сильного основания и слабой
кислоты в водном растворе подвергается гидролизу, то есть взаимодействует с
водой, распадаясь на жирную кислоту и свободную щелочь но уравнению
RCOONa + H2О RCOOH + NaOH
Гидролиз мыльных растворов увеличивается с понижением
концентрации растворов, повышением молекулярной массы жирных кислот и
температуры раствора. Мыла ненасыщенных кислот гидролизуются несколько меньше,
чем насыщенных. Мыла смоляных кислот подвергаются гидролизу сильнее, чем мыла
жирных кислот.
Образующиеся в результате гидролиза молекулы жирных
кислот могут взаимодействовать с негидролизованным мылом, образуя кислые мыла
по уравнению:
RCOOH + RCOONa RCOOH • RCOONa.
Получающиеся при этом кислые мыла насыщенных
высокомолекулярных жирных кислот и в разбавленных мыльных растворах, и в воде
нерастворимы, они представляют собой тонкодисперсные взвеси (суспензии). Кислые
мыла ненасыщенных жирных кислот при повышенной температуре в мыльных растворах
частично растворяются.
Ассоциация молекул - соединение нескольких молекул
одного и того же вещества в одну частицу. В более концентрированных мыльных
растворах молекулы мыла начинают ассоциироваться, образуя сначала пары молекул,
связанные межмолекулярным притяжением групп COONa, а затем - более крупные ассоциаты, называемые
мицеллами.
Моющее действие мыльных растворов. Как известно,
главное свойство всех видов мыла заключается в их способности образовывать
водные растворы, которые отмывают различные загрязнения на коже, волосах,
разных тканях, на стекле, металле, дереве и на других предметах. Эти водные
растворы способны отделять загрязнения от поверхности, переводить их в раствор
и удерживать в нем, не давая обратно оседать на очищаемую поверхность, что
обусловлено их способностью понижать поверхностное натяжение на границе с
твердыми телами, воздухом, жирами и другими не смешивающимися с водой
веществами. Чем выше поверхностная активность водных растворов мыла, тем выше
моющее действие мыла. механизм моющего действия заключается в следующем: при
растворении в воде, мыло своей полярной частью погружается в воду, в то время
как полярная часть из нее выталкивается. Таким образом, мыло связывает водный
раствор с нерастворимыми в нем жировыми и жироподобными веществами. Так как в
растворе находится большое количество молекул мыла, то они образуют вокруг
капельки жира сплошной «частокол» в виде довольно прочной упругой пленки,
удерживающей капельку в водном растворе.
Поверхностно-активные свойства мыльных растворов.
Мыла, растворенные в воде, преимущественно адсорбируются на поверхности
раствора, что обусловлено дифильным строением молекулы мыла. Так как после
сорбции мыл граница раздела фаз меняется (первоначально воздух-раствор, в
результате углеводород-воздух) значительно снижается поверхностное натяжение
воды.
Солюбилизация мыльных растворов. В растворах мыла, при
определенной концентрации происходит растворение неполярных веществ,
нерастворимых в чистой воде. Это происходит из-за способности мыл к
солюбилизации. Неполярное вещество внедряется в мицеллу в слои между неполярными
концами мыла, при этом происходит расширение мицеллы. Солюбилизирующая
способность мыл усиливается с увеличением длины углеводородного радикала и с
повышением концентрации мыла в растворе. Свободные жирные кислоты также
увеличивают солюбилизацию, а ненасыщенные углеводородные остатки ее понижают.
Способность к пенообразованию. Пенообразующая
способность мыл обусловлена их поверхностно-активными свойствами. Мыла сильно
снижают поверхностное натяжение на границе раздела фаз вода-воздух, в
результате чего вовлечение пузырьков воздуха под поверхность раствора
значительно облегчается. Также хорошее пенообразование объясняется механической
прочностью и вязкостью образующихся пленок пены. Пенообразование и
пеноустойчивость растворов зависит от молекулярной массы мыла и его строения
(повышается с увеличением молекулярной массы и разветвленности молекул), его
концентрации, температуры, велечины рН растворов и содержания ионов кальция и
магния.
Смачивающая способность мыльных растворов. Смачивание
- явление, которое протекает но поверхности раздела трех фаз, одно из которых
обычно является твердым веществом, а две другие - жидкостями или жидкостью и
газом. Смачивающая способность мыльных растворов выше, чем смачивающая
способность чистой воды, это обусловлено способность мыл снижать поверхностное
натяжение на границе раздела фаз. С увеличением длины углеводородного радикала
и увеличением концентрации смачивающая способность мыльных растворов
усиливается.
1.2 Патенты в области производства туалетного мыла
варка
туалетный мыло краситель
В рамках курсовой работы была проведена патентная проработка в области
мыловарения за период с 2000 г до 2014 г. Анализ существующих патентов
показывает следующие тенденции в области производства мыл.
Учеными был разработан способ получения натурального мыла [12],
включающий введение в воду при постоянном перемешивании и температуре 20-25°С
при атмосферном давлении карбонатов или гидрокарбонатов щелочных и
щелочноземельных металлов, добавление в полученный раствор гидроксида щелочных и
щелочноземельных металлов, нагревание до температуры 90°С и перемешивание до
полного растворения гидроксида в растворе, нагревание до 125°С, добавление
масла или смеси масел, при этом температура масла 15-25°С, омыление масел при
температуре 90-125°С, созревание и пластификацию при постоянном охлаждении до
температуры 15-25°С, гомогенизацию, введение водного раствора стабилизатора
пенообразования из ряда пищевых стабилизаторов ценообразования и водного
раствора антиоксиданта из ряда слабых органических кислот, полезных добавок и
нагревание до температуры 100°С, при этом в качестве полезных добавок
используют водные, масляные или углекислотные экстракты лекарственных растений,
галеновые отвары или сухие тонкодисперсные порошки лекарственных растений при следующем
содержании компонентов, мас.ч.: гидроксиды щелочных или щелочноземельных
металлов 1,00 вода 2,00-2,13; карбонаты или гидрокарбонаты щелочных или
щелочноземельных металлов 0,075-0,275; масло или смесь масел 5,00-8,15; водный
раствор стабилизатора пенообразования 0,03; водный раствор антиоксиданта 0,07;
полезные добавки 0,20-2,25.
В результате анализа способов определения срока хранения туалетных мыл,
был запатентован способ предусматривающий окисление анализируемых образцов
кислородом воздуха при нагревании в присутствии тестовой добавки, измерение ее
текущих концентраций, вычисление кинетического параметра, отражающего скорость
реакции окисления, и построение калибровочного графика, отличающийся тем, что
реакцию окисления проводят в режиме автоокисления, в качестве тестовой добавки
используют ароматический или конденсированный ароматический диамин,
концентрации добавки измеряют с помощью метода электронной спектроскопии [13].
В 2001г. учеными были разработаны следующие новые рецептуры туалетных мыл
[14]:
мыло туалетное, состоящее из мыльной стружки, двуокиси титана пигментной,
антиоксиданта Антала П-2, триклозана, парфюмерной композиции, воды и раствора
красителей водного, отличающееся тем, что дополнительно содержит масляные
экстракты хвоща полевого, лопуха и календулы в количестве по 0,10-1,00 мас.%;
мыло туалетное по п.1, отличающееся тем, что мыльная стружка содержит
компоненты при следующем соотношении, мас.%: натриевые соли жирных кислот жиров
топленых пищевых не более 92, или натриевые соли жирных кислот саломаса
технического не более 50, или натриевые соли жирных кислот пальмового масла не
более 92, или натриевые соли жирных кислот пальмового стеарина не более 30, или
натриевые соли жирных кислот кокосового масла 8-25;
мыло туалетное по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит
компоненты при следующем соотношении, мас.%: мыльная стружка 83-98; двуокись
титана пигментная 0,08- 3,00; антиоксидант Антала П-2 0,10-3,00; триклозан
0,20-2,00; масляный экстракт хвоща полевого 0,10-1,00; масляный экстракт лопуха
0,10-1,00; масляный экстракт календулы 0,10-1,00; парфюмерная композиция
0,1-3,0; раствор красителей водный 0,001-0,700;
мыло туалетное по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что красители
выбирают из группы, состоящей из С.I. 45350 и 47005.
В Государственном образовательном учреждении высшего профессионального
образования "Кубанский государственный технологический университет"
была разработана новая рецептура туалетного мыла, включающая некоторые
биологически активные добавки [15]. Состав туалетного мыла, содержащий мыльную
стружку, пластификатор, краситель, отдушку, антиоксидант, полезную добавку и
воду, отличающийся тем, что в качестве полезной добавки содержит масложировой
фосфолипидный продукт, полученный путем четырехкратного смешивания предварительно
нагретых растительных фосфолипидов с органическим растворителем, добавления в
растворитель перед третьим смешиванием 0,5-1,0%-ного раствора лимонной кислоты
в обводненном ацетоне, взятого в количестве 1,0-2,5% к массе фосфолипидов,
разделения фаз с получением масложирового фосфолипидного продукта и его
последующей сушки.
Учеными была разработана рецептура мыла с натуральными пластификаторами
[16]. Туалетное мыло, включающее натриевые соли жирных кислот, отдушку,
краситель, белила, антиоксидант, воду и пластификатор, отличающееся тем, что в
качестве пластификатора оно содержит шрот ореха кедрового при следующем
соотношении компонентов, мас. %: натриевые соли жирных кислот 74,5-75,2;
отдушка 1,0-1,5; краситель 0,002; белила 0,3; антиоксидант 0,3; шрот ореха
кедрового 0,2-0,5; вода остальное.
Специалистами США был разработан метод обработки мыльной основы [17]. Он
включает: придание формы куску мыла с помощью клинкового оборудования путем
срезания излишков с поверхности мыла клиновидными ножами, вымачивание куска
мыла в очищающем растворе, содержащем диметилбензиламмония хлорид, сушку в
течение 5 минут при температуре 1000С, охлаждение при 30С не менее 7 минут.
Обработка кусков мыла осуществляется на комбинированном оборудовании «Rational
Clima Plus Combi», после которого отправляется на упаковку и на склад готовой
продукции.
Запатентованная рецептура очищающего мыла принадлежит американской
компании KOLGEJT-PALMOLIV KOMPANI [18]. Композиция очищающего мыла для усиления
осаждения гидрофобных активных веществ содержит: мыло, воск, имеющий
температуру плавления от примерно 50°С до примерно 75°С, подсолнечное масло и
миристилмиристат. В одном варианте осуществления используется пчелиный воск.
Изобретение относится также к способу получения очищающего мыла. Способ
получения очищающего мыла включает нагревание воска до образования расплава,
введение подсолнечного масла, миристилмиристата и, одного материала, выбранного
из пропиленгликоля и гидрофобного агента, оказывающего благоприятное
воздействие, в восковой расплав при одновременном нагревании, перемешивание для
получения гомогенного раствора, охлаждение раствора, введение гомогенного
раствора в мыльный компонент во время экструзии, и экструдирование для
получения кускового очищающего мыла. Указанная композиция для очищающего мыла
способствует осаждению гидрофобного материала на кожу, оказывает благоприятное
воздействие на кожу.
Немецкими учеными было сварено мыло, состоящее только из натуральных
компонентов. Мыло получено реакцией омыления различных масел: подсолнечного,
оливкового, кокосового, пальмового, масла зародышей пшеницы, рапсовогое, масла
примулы вечерней. В качестве ароматизаторов в рецептуре используются различные
эфирные масла[19].
Данная рецептура [20] туалетного мыла была разработана совместно
российскими и итальянскими учеными, а патент принадлежит трем организациям:
Закрытое акционерное общество "Институт прикладной нанотехнологии"
(RU), Фонд Сальваторе Мауджери Клиника Труда и Реабилитации (IT), СИБ
Лэборетрис Лимитед (MT). Изобретение относится к области производства средств
гигиены, а именно к мылу туалетному с антимикробными свойствами, которое может
быть использовано как для медицинских, так и бытовых целей. Данное мыло
содержит в мас.%: мыльная основа 70-80, антимикробный агент 1-10, антиоксидант
0,2-0,5, поливинилпирролидон 0,1-1,0, функциональные добавки 2,5-5,0 и вода -
остальное. В качестве антимикробного агента используют наночастицы
бентонитового порошка, интеркалированного ионами Ag+ или/и ионами Cu2+. Порошок
получен при модификации водными растворами нитрата серебра или сульфата меди
бентонита, предварительно обогащенного катионами Na+, при обработке его водным
раствором неорганической соли натрия с последующей очисткой. Размер частиц
бентонитового порошка составляет не более 150 нм. Технический результат -
антимикробная защита кожи пролонгированного действия при уменьшении негативного
воздействия на нее.
Компанией Открытое акционерное общество "Косметическое объединение
"Свобода" в 2000 г. были запатентованы новые рецептуры туалетного
мыла [21]:
мыло туалетное, состоящее из мыльной стружки, пигментов-наполнителей,
антиоксидантов, биологически активных экстрактов растений, парфюмерной
композиции, красителей, отличающееся тем, что биологически активным экстрактом
растений является экстракт алоэ в пропиленгликоле;
мыло туалетное по п.1, отличающееся тем, что мыльная стружка содержит
компоненты при следующем соотношении, мас.%: натриевые соли жирных кислот жиров
топленых пищевых - не более 92 или натриевые соли жирных кислот саломаса технического
- не более 50, или натриевые соли жирных кислот пальмового масла - не более 92,
или натриевые соли жирных кислот жира животного технического - не более 92, или
натриевые соли жирных кислот кокосового масла 8-25;
мыло туалетное по п.1 или 2, отличающееся тем, что содержит компоненты
при следующем соотношении, мас.%: мыльная стружка 83-98; двуокись титана
пигментная 0,03-3,0; антиоксидант Антал П-2 0,3-3,0; экстракт алоэ в
пропиленгликоле 0,1-5,0; парфюмерная композиция 0,1-5,0; раствор красителей водный
0,001-0,70.
Таким образом, в мыловаренной промышленности наблюдается тенденция к
разработке новых рецептур мыл, отличающихся по своим свойствам:
органолептическим, моющим, пенообразующим, антибактериальным и другим, что
видно по результатам патентной проработки.
Но при этом основное сырье и материалы остаются неизменными, как и
физико-химические процессы, протекающие при производстве мыл, что показал
аналитический обзор литературы.
2 Выбор и обоснование технологической схемы производства мыла
2.1 Общие сведения
Технологические процесс производства туалетного мыла состоит из двух
частей: варки мыльной основы и ее обработки. На практике мыльную основу
получают периодическим и непрерывным способом прямым и косвенным методами, в
зависимости от вида мыла и сырья. Более сложным считается получение мыла из
нейтральных жиров, применение в качестве сырья расщепленных жиров и жирных
кислот несколько упрощает технологию.
По прямому методу варка мыла осуществляется в один прием из заранее
подготовленных жировой смеси и раствора щелочи.
Косвенный метод мыловарения включает несколько стадий - получение
мыльного клея и его обработка электролитами (поваренной солью или раствором
щелочи), т.е. высаливание, шлифование и отстаивание. При этом мыльная масса
разделяется на мыльное ядро, подмыльный клей и подмыльный щелок. Туалетное мыло
варят только косвенным методом, так как в процессе высаливания большая часть
загрязнений сырья переходит в подмыльный щелок и подмыльный клей, а ядровое
мыло получается чище и светлее.
Также при варке мыльной основы большое значение имеет использование
клеевых и ядровых жиров. К ядровым относятся жиры, мыла которых высаливаются
при низких концентрациях поваренной соли, около 6% [7], например, говяжий и
бараний жиры, саломас, масла подсолнечное, хлопковое, льняное и др. К клеевым
относятся жиры, мыла которых могут высолиться только при концентрации солей,
достигающей 20% [7]. Например, кокосовое, пальмоядровое и касторовое масла,
нафтеновые кислоты.
2.2 Варка
туалетной основы из нейтральных жиров косвенным периодическим методом
Процесс варки туалетной основы в мыловаренных котлах
периодическим способом из нейтральных жиров состоит из ряда последовательно
выполняемых операций: первое омыление ядровых жиров и канифоли, первая полная
одно- или двукратная высолка полученного мыльного клея поваренной солью, второе
омыление клеевых жиров, вторая полная одно- или двукратная высолка едкой
щелочью, шлифование, отстаивание и откачка отделившегося ядра - основы
туалетного мыла.
Первое омыление проводят едкими щелочами следующим
образом. В мыловаренный котел загружают 0,1 часть 35-42%-ного раствора едкой
щелочи и столько воды, чтобы концентрация щелочи в начале омыления составляла
примерно половину от предельной. Раствор щелочи нагревают до 80°С [5]. Применение
малой концентрации едкой щелочи и пониженной температуры в начале омыления
облегчает образование устойчивой эмульсии жира в растворе щелочи и не вызывает
ее разрушение.
Затем в котел подают жировую смесь, кроме клеевых
жиров. Загрузку жировой смеси производят одновременно с раствором каустической
соды постепенно, порциями. Сразу загружать большое количество щелочи и жиров не
следует во избежание быстрого вскипания мыльной массы, что может повлечь выброс
ее из котла.
После завершения первого этапа эмульсионного омыления
повышают концентрацию едкой щелочи, температуру мыльной массы поднимают до
100°С [8] и перемешивание ведут острым паром.
Для ускорения процесса зачастую перед началом омыления
в котел вводят некоторое количество мыла, оставшегося от предыдущих варок. Это
мыло, действующее как эмульгатор, ускоряет процесс варки на первом этапе.
При варке мыла на клеевом остатке жировая смесь,
попадая в кипящий подмыльный клей, быстро в нем растворяется, и реакция
омыления идет весьма интенсивно.
После достижения температуры 100°С, несколько
увеличивают одновременную загрузку раствора щелочи и жировой смеси, следя за
тем, чтобы концентрация щелочи в омыляемой массе была на 1-2% ниже предельной;
в противном случае происходит высаливание мыльной массы и прекращается реакция
омыления.
На этом этапе важное значение имеет концентрация
жирных кислот в мыльном клее, так как от нее зависит количество первого
подмыльного щелока, который будет получен при последующей высолке. Эту
концентрацию регулируют, изменяя количество вводимого на первое омыление
второго подмыльного щелока, содержащего лишь 5-6% едкого натра и до 82% воды
[10]. Практически количество вводимого на первое омыление второго подмыльного
щелока составляет до 60% от массы омыляемых жиров [10].
После омыления примерно половины всей жировой смеси в
мыльной массе регулируют концентрацию электролитов. Ее поддерживают на уровне:
0,5-0,6% хлористого натрия и 0,3-0,4% едкой щелочи [5]. Это необходимо для
того, чтобы мыльная масса имела нормальную вязкость, при которой она достаточно
подвижна. Для этого обычно в мыльную массу вводят 20%-ный раствор поваренной
соли в количестве 1% от массы ядровых жиров и 4% от массы клеевых жиров [8]. В
течение всего процесса омыления концентрацию свободной едкой щелочи поддерживают
не ниже 0,3%. Добавление воды в мыльный клей для корректирования содержания в
нем жирных кислот во всех случаях производят только в распыленном состоянии
через верхнее душевое кольцо и при хорошем перемешивании во избежание
образования комков мыла.
К концу этого этапа омыления содержание свободной
щёлочи снижают до 0,15-0,20%, производят контрольное кипячение в течение 15
мин, и вводят оставшиеся 1,5-2,0% жиров для связывания излишка щелочи, а затем
мыло кипятят еще 15 мин [8]. Первое омыление заканчивают при содержании в
мыльном клее свободной едкой щелочи около 0,05%. При этом мыльный клей
представляет собой однородную подвижную массу, прозрачную в тонком слое, и не
имеет запаха жировой смеси.
Первую высолку производят для удаления глицерина,
выделяющегося в результате омыления нейтральных жиров и попадающего в него со
вторым подмыльным щелоком и с клеевым остатком. Одновременно из мыльного клея
удаляется значительная часть загрязнений, попавших в котел с жировым сырьем и
материалами.
После омыления жировой смеси мыльный клей подвергают
полной высолке до разделения на две фазы: ядро и подмыльный щелок. Для этого в
кипящую мыльную массу порциями загружают 20%-ый раствор поваренной соли в
начале высолки 2,0-3,0% от массы мыльного клея, в конце - 1,0% [5]. После
загрузки каждой порции поваренной соли мыльную массу кипятят около 15 мин,
после загрузки последней порции поваренной соли массу кипятят 25-30 мин для
равномерного распределения соли в мыльной массе и достижения необходимого
эффекта высаливания. Это целесообразно для того, чтобы не возникло сложности в
отделении подмыльного щелока от ядра (из-за повышенной вязкозти ядра, которая
являестся следствием избытка соли).
Высолка считается законченной, если мыльная масса в
котле приобретает зернистое строение и со шпателя стекает в виде ядрышек и
капелек раствора соли.
По окончании высолки мыльная масса отстаивается 2-4 ч.
За это время она разделяется на ядро и подмыльный щелок.
Ядро (с еще не полностью отделившимся подмыльным
щелоком) содержит около 58% жирных кислот и примерно 1,3-1,5% поваренной соли.
В подмыльном щелоке содержится 0,5-0,8% мыла, не более
0,1% свободной едкой щелочи; в нем на 1% больше предельной концентрации
хлористого натрия [8]. Содержание глицерина в щелоке зависит от выхода
подмыльного щелока и количества глицерина в мыльной массе после высолки.
Подмыльный щелок спускают в приемную емкость, где при охлаждении из него
выделяется большая часть растворенного в нем мыла. Этот подмыльный щелок
(первый), освобожденный от мыла, перекачивают в глицериновый цех, если на
предприятии осуществляется производство глицерина.
После первой высолки концентрация оставшегося в ядре
глицерина примерно в 3 раза меньше, чем в подмыльном щелоке. При
двух-трехкратной высолке мыльного клея, глицерина извлекается больше, чем при
однократной, однако длительность варки при этом увеличивается.
Повторную высолку проводят следующим образом. К оставшемуся в котле ядру
при кипении острым паром добавляют горячую воду, а затем постепенно, порциями
вводят 20%-ный раствор поваренной соли. Количество воды и раствора соли в сумме
не должно быть больше количества ранее слитого из котла первого подмыльного
щелока. Дальнейшие операции ведут так же как и при первой высолке.
Второе омыление. Омыление клеевых жиров отдельно от
других ядровых жиров вызвано тем, что они требуют для высолки очень высокой
предельной концентрации электролитов, что затрудняет последующую переработку
первого подмыльного щелока с полученим из него глицерина.
При втором омылении оставшееся после слива щелока ядро
переводят в мыльный клей, нагревая его острым паром до кипения и одновременно
добавляя раствор каустической соды, горячую воду, и клеевые жиры. Едкого натра
добавляют столько, чтобы избыток свободной щелочи составил 1-1,5% от мыльной
массы. При добавлении воды следят за тем, чтобы в мыльном клее перед
высаливанием содержалось 52-54% жирных кислот [10].
После ввода жиров и едкого натра мыльную массу кипятят
20-30 мин, затем проводят вторую высолку.
Вторая полная высолка. При второй высолке в котел
порциями загружают раствор едкого натра концентрацией около 40%. С каждой
порцией вводят 0,2-0,3% едкого натра от мыльной массы [8].
Второй подмыльный щелок полностью возвращается на
стадию первого омыления, благодаря этому утилизируются содержащиеся в нем
щелочь, глицерин и поваренная соль.
Шлифование является завершающей стадией варки
туалетной основы. От нее зависят состав и свойства получаемого мыла, а также
выход туалетной основы. Во время шлифования мылу придаются свойства,
облегчающие его последующую механическую обработку, поэтому его следует
проводить с особой тщательностью.
Шлифование мыла в зависимости от условий можно
проводить по двум вариантам.
При работе по первому варианту (применяется при
использовании чистого жирового сырья и материалов) ядро, полученное после
второй полной высолки, не превращают в мыльный клей, а добавляют к нему горячую
воду при кипячении и получают после отстаивания две фазы, клеевую и ядровую.
Шлифование проводится добавлением к ядру чистой
горячей воды постепенно, порциями при кипячении массы острым паром. Нельзя
добавлять воду холодную и струей, так как при этом могут образоваться комки
мыла. Попадание комков мыла в мыльную основу вызывает брак готовой продукции.
Мыльная основа с комками мыла плохо или совсем не перекачивается из котла,
налипает на стенки трубопроводов и насоса.
По второму варианту (применяется при переработке
недостаточно предварительно очищенного сырья) ядро после второй полной высолки
разваривают с водой, превращая в мыльный клей. Этот мыльный клей подвергают
частичной высолке 20%-ным раствором поваренной соли или каустической соды,
реагент добавляют порциями в количестве 1-3% от мыльной массы. После добавления
последней порции мыльную массу кипятят острым паром в течение 10-15 мин.
Шлифование заканчивают через час энергичного кипячения
после загрузки в котел последней порции раствора электролитов или воды.
Шлифование проводят с таким расчетом, чтобы мыльная масса в котле была в
легкоподвижном состоянии, при легком кипячении волнисто переливалась от центра
котла к периферии. Через 5-10 мин после закрытия пара должно наблюдаться легкое
характерное кипение («цветение») в нескольких местах на поверхности мыльной
массы, взятая на стальной горячий шпатель проба мыльной массы должна стекать
медленно отдельными пластами, оставляя шпатель чистым.
Отстаивание. После шлифования мыльная масса длительно
отстаивается и разделяется на ядровое мыло и подмыльныи клей. Мыльная масса
сразу по окончании шлифования имеет температуру 100°С и минимальную вязкость.
При отстаивании мыльная масса охлаждается и вязкость ядрового мыла заметно
повышается, вследствие чего отделение от него подмыльного клея замедляется.
Полное разделение ядрового мыла и подмыльного клея в котле наступает за 28-36 ч
[5].
В ходе отстаивания через 24, 28 и 32 ч на глубине
1-1,5 м от поверхности мыла отбирают пробу и анализируют ее на содержание
жирных кислот, свободного едкого натра и хлористого натрия [10]. Если
устанавливают, что мыльная основа отвечает техническим показателям, то ее
откачивают в мылосборник. При сливе из котла мыльной основы необходимо следить,
чтобы в нее не попадал подмыльныи клей. Из мыльной основы, не полностью
отстоенной, нельзя получить оптимальную кристаллическую структуру готового
мыла.
Обработка подмыльного клея. В зависимости от группы и
цвета мыла ведут различную обработку подмыльного клея, оставшегося в
мыловаренном котле после откачки мыльной основы. Если клеевой остаток
используется для варки на нем очередной партии мыла, то проверяют в нем
концентрацию поваренной соли. Если в клеевом остатке содержится повышенное
количество соли, что будет затруднять омыление свежей порции жира и может
вызвать высолку мыла, то такой подмыльныи клей для снижения в нем концентрации
соли подвергают предварительной обработке. Для этого подмыльный клей подвергают
полной высолке поваренной солью. Отделившийся после кратковременного
отстаивания подмыльный щелок сливают из котла, а на подготовленном таким
образом ядре из клеевого остатка проводят омыление свежей партии жировой смеси.
Такой способ варки мыльной основы достаточно
длительный, но он позволяет корректировать процесс мыловарения и, при
необходимости, можно провести дополнительную высолку или доомыление. Также эта
технология позволяет частую смену рецептуры мыльной основы и выпуск более
широкого ассортимента продукции.
.3 Варка
туалетной основы из расщепленных жиров косвенным периодическим методом
При использовании для варки туалетного мыла
расщепленных жиров процесс проводят косвенным методом с применением
карбонатного омыления. При этом количество подаваемой соды несколько меньше,
чем нужно для нейтрализации жирных кислот. Это делается для того, чтобы в
мыльной основе оставалось небольшое количество свободной углекислой соды. Если
после контрольного кипячения содержание соды выше 0,5%, а кислотное число
мыльной массы не превышает 20мг КОН/г, то в котел добавляют при кипячении
жирные кислоты [8]. Перед вводом раствора каустической соды особенно тщательно
удаляют углекислый газ, продувая через массу пар и воздух.
Остаток свободной едкой щелочи к концу омыления
зависит от того, какой обработке подвергается мыльный клей. Если жировое сырье,
примененное для варки мыла, было достаточно светлое и чистое, то по окончании
омыления полученный мыльный клей подвергают частичной высолке (шлифованию), как
и при варке мыла из нейтральных жиров. Если же загруженные в котел жировое
сырье и щелочи недостаточно чистые и светлые, то в котле проводят
дополнительные операции по их очистке. Для этого делают полное высаливание мыльного
клея раствором соли или смесью поваренной соли и едкого натра.
Эту операцию проводят так же, как и вторую высолку
каустической содой при варке мыльной основы из нейтральных жиров.
Полученный при этом подмыльный щелок, содержащий едкий
натр, используют для варки хозяйственного мыла или низших окрашенных сортов
туалетного мыла. Отделившееся после кратковременного отстаивания частично
очищенное и осветленное ядро подвергают шлифованию.
Варка мыльной основы периодическим методом из
расщепленных жиров процесс более кратковременный в отличие от варки из
нейтральных жиров. Но, в качестве жирового сырья в мыловаренном производстве
преимущественно используют нерасщепленные нейтральные жиры.
.4 Варка
туалетной основы косвенным непрерывным методом
Процесс варки мыла косвенным непрерывным методом
разбит на ряд оперций: нагревание жировой смеси и концентрированного раствора
едкой щелочи; дозирование компонентов точно в заданных соотношениях; омыление
жировой смеси; полная высолка для отделения первого подмыльного щелока,
содержащего глицерин; частичная высолка (шлифование) с последующим разделением
на ядро и подмыльный клей.
Варка мыла непрерывным косвенным методом на практике
получил различное аппаратурное оформление.
Варка туалетной основы на установке «Лаваль». Подготовленная
в соответствии с рецептурой жировая смесь, подогретая в трубчатом нагревателе
глухим паром, с помощью насоса-дозатора подается в реактор, разделенный по
высоте на две части. В этот же реактор другим насосом-дозатором подается
нагретый раствор едкой щелочи, количество которой соответствует количеству
жировой смеси, с учетом ее числа омыления, с избытком 0,1-0,15% [8].
Раствор едкой щелочи при смешивании с мыльным клеем
(частично оставшимся после предыдущего цикла мыловарения) образует мыльно-щелочной
раствор. В этот раствор подается жировая смесь, которая в нем хорошо
растворяется и образуется однородная масса. Жиры в этой смеси достаточно полно
и быстро омыляются. Процесс завершается в верхней части реактора, откуда часть
полученного мыльного клея циркуляционным насосом отводится в нижнюю часть
аппарата, где смешивается с новой порцией щелочи и жировых компонентов.
Основная часть концентрированного мыльного клея подается на центробежные
аппараты для полной противоточной высолки. Полученный в этих аппаратах
подмыльный щелок направляется в сборник, а выделенное мыльное ядро поступает в
реактор, где проводится его шлифование, с помощью растворов электролитов. После
шлифования полученная масса отправляется на сепараторы, где разделяется на
подмыльный клей, который циркуляционным насосом направляют в центробежный
аппарат, и мыльное ядро, поступающее на следующие этапы обработки.
Варка мыльной основы непрерывным способом с
применением центрифуг или сепараторов. Этот процесс предусматривает возможность
одновременной варки основы мыла по двум разным рецептурам или последовательную
двукратную обработку мыльного клея, сваренного по одной рецептуре. С этой целью
в схеме предусмотрены две параллельные линии оборудования (в соответствии с
рисунком 2.1)
Мыльный клей, сваренный в аппаратах 1 и 1а, поступает
непрерывно в сборники 2 и 2а, из которых, пройдя ситчатые фильтры 3, он
насосоми 4 подается через автоматические насосы- дозаторы 9 и 9а в реакторы
смесители 5 и 5а. В этих реакторах производится полная или частичная высолка
мыльного клея при помощи растворов электролитов и горячей воды. Растворы
электролитов из мерников 6 и 7 через фильтры 8 при помощи насосов 9 и 9а
подаются в реакторы смесители 5 и 5а. Количество подаваемого раствора
электролита и его концентрация регулируется таким образом, чтобы в последующем
мыло разделилось на ядро, с содержанием 60-65% жирных кислот, подмыльный клей,
содержащий 10-20% жирных кислот [10]. Циркуляционные насосы 10 и 10а
способствуют лучшему перемешиванию реагирующих веществ в смесителях. Из
реакторов 5 и 5а однородная масса мыльного подвижного клея поступает в
разделяющие центрифуги 11 и 11а, в которых отделяется мыльное ядро, а также
множество окрашенных примесей, часть низкомолекулярных жирных кислот, которые
переходят в подмыльный клей. Мыльное ядро поступает в приемники 12 и 12а, а
затем на дальнейшую обработку. А подмыльный клей, отделившийся в центрефугах,
собирается в приемниках 13 и 13а, откуда он подается в реакторы 5 и 5а к свежей
порции мыльного клея. По мере накопления нежелательных примесей в мыльном клее
часть его отводится в сборник 14, в котором обрабатывается как и при
периодическом способе. При разделении мыльного клея на мыльное ядро и
подмыльный щелок, последний поступает в сборную емкость 15 и далее сбрасывается
через жироловушку 16 в канализацию.
,1а - мыловаренный аппарат; 2,2а - сборники мыльного
клея; 3 - ситчатый фильтр; 4 - насос; 5, 5а - реактор-смеситель; 6, 7 - мерник;
8 - фильтр; 9, 9а - дозирующий насос; 10, 10а - циркуляционный насос; 11, 11а -
сепаратор; 12, 12а - приемник основы мыла; 13, 13а - приемник мыльного клея; 14
- котел для обработки мыльного клея; 15 - сборник подмыльного щелока; 16 -
жироловушка
Рисунок 2.1 - Схема непрерывной варки туалетной основы
с использованием сепараторов
Основное достоинство непрерывного метода -
кратковременность проведения процесса, а именно 12 мин., что существенно
меньше, чем на периодических линиях. Также метод удобен автоматическим расчетом
и дозированием раствора щелочи, в соответствии с количеством жировой смеси.
Но при варке мыла непрерывным способом необходимо
более чистое сырье. Это объясняется тем, что качество конечного продукта при
периодической варке можно контролировать, и при необходимости проводить многократную
высолку и омыление, а в непрерывном процессе такой возможности нет. Кроме того
непрерывность процесса не позволяет часто менять рецептуру получаемой туалетной
основы, что сильно влияет на широту ассортимента выпускаемой предприятием
продукции.
2.5 Описание технологического процесса изготовления мыльной стружки на
лини «Джет»
Технологический процесс включает следующие основные стадии:
хранение жирового сырья;
дозирование рецептурных ингредиентов;
эмульгирование;
омыление нейтральных жиров каустической содой в реакторе;
охлаждение мыла и формирование гранул (пеллет).
Жировое сырье для изготовления стружки хранят в жирохранилище, перед
рецептурным набором его нагревают.
Жировое сырье перекачивают насосом через расходомер в емкость с мешалкой,
рассчитанное количество каустической соды подают в емкость. Затем через фильтры
набор жирового сырья и раствор каустической соды с заданной скоростью подают в
эмульсатор «Джет». В эмульсаторе за счет впрыска острого пара происходит
формирование однородной эмульсии. При необходимости корректировки концентрации
раствора каустической соды на эмульсатор подают расчетное количество воды. На
выходе из эмульсатора смесь поступает в мыловаренный котел на доомыление. При
необходимости в мыловаренный котел вводят поверхностно-активные вещества,
отбеливатели и другие добавки. Процесс протекает при интенсивном вертикальном
перемешивании шнековой мешалкой и температуре 80-900С. Однородное состояние
эмульсии поддерживается небольшим притоком острого пара. По окончанию процесса
мыловарения полученное мыло самотеком направляют в буферную емкость, откуда
роторным насосом мыло подается на вальцовую машину. Мыло равномерно
распределяется между вальцами тонким слоем, который быстро охлаждается до 300С
и затвердевает. Охлажденное и затвердевшее мыло соскребается с вальцов в виде
хлопьев, которые падают в двухшнековый гранулятор и выходят из него в виде
мыльных гранул. Полученные грануля подаются в промежуточный бункер для их
хранения, откуда далее поступают на обработку.
Процесс производства мыла на эмульсаторе «Джет» происходит в течение
40-60 мин, что значительно быстрее способов периодического мыловарения. Но эта
технология требует очень чистого сырья и очень точного расчета всех
компонентов, так как при изготовлении мыла в эмульсаторе нет возможности
корректировки полученной мыльной основы. Также при производстве мыла таким
способом, образованный в результате реакции омыления, глицерин остается в
мыльной основе, что не позволяет его дополнительно использовать.
2.6 Обработка
туалетной основы
Главной задачей обработки является превращение
расплавленной горячей туалетной основы в твердые бруски мыла, правильной
геометрической формы.
Процесс обработки мыльной основы включает в себя
следующие стадии:
охлаждение;
сушка;
уплотнение;
смешивание с различными добавками (отбеливателями,
красителями, антиокислителями, отдушками и т.д.);
механическая обработка мыльной массы (перетирание и
уплотнение);
резка на куски и штамповка;
упаковка.
На производствах чаще применяют поточные линии
обработки мыльной основы или линии непрерывного действия.
На линиях непрерывного действия обработка мыльной
основы осуществляется следующим образом. Мыльная основа из мылосборника насосом
пропускается через фильтр и поступает в питающий бачок. Из питающего бачка насосом
мыльная основа подается в темперировачную колонку, где подогревается глухим
паром до 130-160оС[8]. Далее нагретая мыльная масса поступает в
вакуум-сушильную камеру, где мыло теряет некоторое количество влаги и
кристаллизуется. Затвердевшее мыло срезается ножами со стенок вакуум-сушильной
башни и падает в конусную часть башни, которая соединена с двухступенчатым
шнек-прессом. В шнек прессе мыльная стружка дважды перетирается, прессуется и
продавливается через сравнительно узкие щели в решетках шнек-пресса и
приобритает форму гранул. Мыльные гранулы транспортируются в сборную емкость,
из которой потом они попадают в следующий двухступенчатый шнек-пресс, где
смешиваются с различными добавками. На выходе из этого шнека получаются
«жгуты», которые далее поступают в одновинтовой шнек-пресс, где происходит
окончательная обработка мыла. Пройдя несколько стадий механической обработки в
шнек-прессах мыло хорошо перетирается и уплотняется. На выходе из последнего
шнека получаются, так называемые, мыльные штанги, которые далее разрезаются на
куски заданной формы. Отдельные куски мыла подсушиваются, штампуются и подаются
на упаковку.
Обработка мыльной основы на поточных линиях.
Особенностью этих линий является то, что сушка предварительно охлажденного мыла
осуществляется на ленточных транспортерах, а механическая обработка на двух
вальцовых пилирных станках и одновинтовом шнек-прессе.
Такой способ сушки, в отличие от вакуум-сушильной
башни ни уносит с воздухом мыльную пыль из-за низкой скорости потока воздуха,
но процесс является более длительным и менее эффективным.
Преимущество вальцовых станков перед шнек-прессами
заключается в том, что мыльная масса, перетираемая между валками лучше
смешивается с добавками и имеет более плотную кристаллическую структуру, что
улучшает свойства мыла.
Таким образом, для производства туалетного мыла
выбрана схема включающая варку туалетной основы периодическим косвенным методом
и обработку основы на непрерывной линии ЭЛМ.
Этот выбор обусловлен следующими факторами:
сырьё. В мыловарении основными видами сырья являются
животные жиры, саломасы, пальмовое масло и его производные. Эти виды сырья
часто содержат множество примесей и поэтому для непрерывного способа получения
мыльной основы не подходят, так как требуют дополнительной отчистки;
ассортимент. Высокая конкуренция на рынке
косметических продуктов вынуждает предприятие постоянно расширять ассортимент,
производить новые виды мыл, с улучшенными свойствами или новыми добавками.
Непрерывная линия получения мыльной основы не позволяет часто менять
ассортимент, так как это требует больших затрат времени и средств;
возможность регулирования процесса. То есть при
необходимости в периодическом процессе можно провести дополнительную высолку
или доомыление;
непрерывность обработки мыльной основы компенсирует
затраты времени на периодический процесс варки основы;
обработка на линии ЭЛМ происходит быстрее, чем на
поточной, а следовательно требует и меньших энергозатрат.
Выбранная схема является одной из самых
распространенных в мыловарении, она не сложна в аппаратурном оформлении и
эксплуатации, позволяет часто менять ассортимент и корректировать процесс
мыловарения. Основной недостаток схемы - длительность процесса варки основы
туалетного мыла, но он компенсируется возможностью непрерывной обработки мыльной
основы.
3. Описание
технологического процесса
Производство туалетного мыла включает 2 основные стадии:
варка основы мыла;
обработка мыльной основы.
В данной курсовой работе рассмотрена схема варки туалетной основы в
мыловаренном котле периодическим способом, с ипользованием в качестве сырья
клеевых и ядровых жиров, и обработка мыльной основы на линии непрерывного
действия ЭЛМ.
В мыловаренный котел (поз. 1) подают часть каустической соды
концентрацией не менее 560 г/л из емкости для приготовления раствора щелочи
(поз. 2). Затем в мыловаренный котел подают часть жировой смеси (кроме
кокосового и пальмоядрового масла) при тщательном перемешивании паром и
воздухом. Жировую смесь вводят через распылитель, установленный в верхней части
котла. Благодаря этому жировая смесь раздробляется на мелкие капли, что
интенсифецирует реакцию и предупреждает образование кислых мыл. После омыления
примерно половины всей жировой смеси в мыльной массе регулируют концентрацию
электролитов, добавляя в мыловаренный котел каустическую соду, для обеспечения
нормальной вязкости мыльной массы. Затем осуществляется полное высаливание
мыльного клея сухой поваренной солью, подаваемой через штуцер загрузки сухих
компонентов, при кипячении и перемешивании. Затем полученная смесь отстаивается
в течение 2-4ч и разделяется на две фазы: ядро и подмыльный щелок. Подмыльный
щелок откачивается насосом в емкость для пережиривания (поз. 3) и последующего
слива через жироловушку (поз. 4) в канализацию.
Затем осуществляют второе омыление клеевых жиров каустической содой. Для
этого ядро, полученное после высаливания, переводят в мыльный клей, нагревая
его острым паром до кипения и одновременно добавляя раствор каустической соды,
воды, остальное жировое сырье. Каустическое омыление считается законченным,
когда после контрольного кипячения мыльной массы в течении 30мин содержание
свободной едкой щелочи в ней не изменяется. Далее осуществляют шлифовку водой,
раствором каустической соды и сухой поваренной солью, которые дают отдельными
порциями при кипячении массы острым паром. Шлифование заканчивают через 1ч
интенсивного кипячения после загрузки в котел последней порции воды или
раствора каустической соды, сухой поваренной соли.
После отстоя мыльной массы, готовую основу туалетного мыла выкачивают с помощью
шарнирно-сифонной трубы в мылосборник (поз. 5), при этом некоторую небольшую
часть мыла оставляют в котле для интенсификации следующего цикла варки
туалетной основы. Подмыльный щелок, полученный после второго омыления,
откачивается в емкость для пережиривания (поз. 3) При хранении мыла в
мылосборниках его температура поддерживается в пределах 80-1000С, за счет
подачи глухого пара в рубошку мылосборника.
Из мылосборников мыло с помощью фильтр-насоса (поз.6) подается в
теплообменник (поз. 7), где подогревается до 95-1150С паром, рабочее давление
которого 0,9МПа.
Сушка и одновременное охлаждение мыла производится в вакуум- сушильной
установке.
Мыло по трубопроводу поступает внутрь полого вала вакуум-сушильной камеры
(поз. 8), распыляется ротационным соплом под давлением 0,02МПа и оседает тонким
слоем на внутренней поверхности вакуум-сушильной установки, откуда срезается
ножами, закрепленными на валу, в виде стружки. В вакуум-сушильной установке
поддерживается вакуум 0,1-0,098МПа. Образующиеся в процессе распыления мыла
пары отсасываются с помощью пароструйного насоса через два пылеотделителя
(циклона). Стружка падает в расположенный под вакуум-сушильной установкой
двухступенчатый двухвинтовой шнек-пресс (поз. 9), где перерабатывается в
мыльные палочки, которые ковшовым транспортером (поз. 10) подаются в бункер
(поз. 11) для промежуточного хранения.
В емкости (поз.12) готовится смесь (раствор) различных функциональных
добавок: отбеливателей, красителей, отдушек, антиокислителей, стабилизаторов,
дезинфицирующих добавок и т.д.
Затем палочки поступают на наклонный ленточный транспортер (поз. 14) и
далее по ленте, оснащенной выступами - на первую ступень шлифования в
двухступечатый шнек (поз. 15). Верхний шнек-пресс продавливает мыльную массу
через сетчатый диск, на выходе она разрезается радиальными ножами и поступается
в загрузочную камеру нижнего шнек-пресса. Здесь происходит более длительная и
интенсивная механическая обработка и пилирование мыла. Для получения блестящего
куска мыла передняя часть прессующей головки окончательного шнек-пресса
обогреваема.
Выходящий из окончательного шнек-пресса мыльный брус непрерывно
разрезается автоматическим режущим устройством (поз. 16) на заготовки
необходимой длины. Затем бруски мыла поступают по ленточному транспортеру в
обдувочный тоннель (поз. 17) для сушки поверхности мыла, во избежание его
налипания на последующей стадии штамповки в мылоштампе (поз. 18).
Для охлаждения штампов пресса, с целью придания куску мыла гладкой
блестящей поверхности и исключение его прилипания к штампам, пресс
укомплектован холодильной установкой с рабочей температурой примерно 100С.
Лишние или выбракованные заготовки мыла, а также образующаяся в процессе
штамповки краевая выпрессовка возвращается транспортером в загрузочный бункер
шнек-пресса (поз. 15). Отштампованные куски мыла передаются на мылооберточную
машину (поз. 19), далее на фасовку и на склад.
4. Свойства и
методы анализа мыл
.1 Свойства
мыл
Мыла обладают следующими основными физико-химическими свойствами: хорошая
растворимость в воде, способность гидролизоваться, диссоциировать и
ассоциировать в водных растворах, поверхностная активность, солюбилизация,
смачивание, пенообразование, которые были описаны в первом разделе. Все эти
свойства обуславливают качество мыла и его потребительские свойства. Сваренное
тем или иным методом мыло, для придания ему товарного вида, подвергают
различной обработке:
охлаждению, сопровождающемуся отверждением мыла;
подсушиванию для повышения концентрации жирных кислот; - механической
обработке для улучшения структуры мыла;
штамповке и др.
В процессе обработки в составе и структуре мыла происходят некоторые важные
процессы, влияющие на его качество и потребительские свойства.
Процессы, протекающие в мыле при его охлаждении. Охлаждение является
первой операцией по обработке основы мыла. В результате охлаждения мыло
кристаллизуется и превращается в твердый непрозрачный продукт. Одинаковое по
составу мыло может образовывать кристаллы разных модификаций, обладающих
различной плотностью, твердостью, растворимостью, температурой плавления. Это
явление называется полиморфизмом. Свойства мыла, имеющего одинаковый химический
состав, изменяются при различных условиях охлаждения и сушки, а также в
результате механической обработки. Изменение этих свойств обусловлено
образованием кристаллов разных модификаций. Для качественного мыла важно
получать кристаллы преимущественно β-формы [5].
Мыло, содержащее преимущественно β-форму кристаллов, имеет большую
твердость, оно быстро растворяется и набухает, образуя обильную пену при
сравнительно незначительном трении, при высыхании оно сохраняет свою форму, не
образует трещин и не расслаивается. На поверхности мыла, в котором преобладают
другие кристаллические формы, при обильном смачивании водой образует рыхлый
слой, который легко смывается и сильно увеличивает его расход для потребителей.
Следовательно, технологический процесс охлаждения
следует вести так, чтобы в товарном продукте содержалось максимальное
количество кристаллов β-формы.
В условиях охлаждения и сушки мыла в вакуум-сушильной
камере происходит значительное обогащение мыла кристаллами β-формы. Особенно интенсивно этот процесс
протекает при выработке туалетного мыла, когда мыльная основа нагревается в
теплообменниках, перед процессом сушки, до 130-140°С и затем быстро охлаждается
[5].
Процессы, протекающие при сушке мыла воздухом. Мыло, с
избыточным содержанием влаги, в сухом помещении будет усыхать, объем и форма
его изменятся, на поверхности могут появиться налеты, трещины и другие дефекты.
Во избежание подобных изменений товарного продукта из него необходимо удалить
излишки влаги. Этот процесс осуществляется в сушильном аппарате. Горячий воздух
нагревает мыльную стружку, находящаяся в ней влага начинает испаряться,
образующийся пар поглощается и уносится воздухом.
На производстве относительную влажность отработанного
в сушилке воздуха никогда не доводят более чем до 70%. Это обусловлено тем, что
при высокой относительной влажности воздуха небольшое понижение его температуры
может вызвать конденсацию находящейся в нем влаги, которая будет оседать в виде
росы на мыльную стружку и на стенки сушилки, ухудшая ее работу.
При сушке тонкой мыльной стружки нагретым воздухом
попутно с удалением влаги происходят химические процессы: соединение
углекислого газа воздуха со свободной едкой щелочью мыла и окисление кислородом
воздуха остатков ненасыщенных жирных кислот.
При взаимодействии углекислого газа со щелочью
протекают следующие химические реакции:
СО2 + 2NaOH
Na2CО3 + H2О;
СО2 + NaOH
NaHCО3.
В результате содержание едкой щелочи в высушенной
мыльной стружке заметно уменьшается. Снижение содержания свободной едкой щелочи
до 0,05-0,1% улучшает качество туалетного мыла.
Более глубокая карбонизация, сопровождающаяся
исчезновением свободной едкой щелочи, может вызвать нежелательное образование
кислых мыл и ухудшение качества мыла.
При сушке мыла в вакуум-сушильных камерах карбонизация
не происходит, поэтому мыльная основа должна содержать меньше свободной щелочи,
чем при сушке горячим воздухом.
Тонкая теплая мыльная стружка при хранении в большом
слое подвергается окислению кислородом воздуха. При этом стружка приобретает
темный цвет и неприятный прогорклый запах.
Однако, в готовой мыльной основе после сушки должно
содержаться некоторое количество влаги, так как пересушенное мыло, попадая во
влажную атмосферу, будет притягивать влагу из воздуха, набухать и увеличиваться
в объеме и массе.
В современных схемах обработки мыльной основы сушку и
охлаждения мыла проводят в вакуум-сушильных аппаратах, что позволяет сократить
время проведения процесса, снизить материальные затраты и увеличить
интенсивность процесса. Сушку ведут под вакуумом, так как чем меньше давление в
аппарате, тем легче испаряется влага. Наиболее интенсивно влага испаряется со
свободной поверхности. Поэтому мыло при вводе в сушильную камеру тонко
распыляется. На выходе из форсунок мелкие капельки мыла теряют за счет испарения
часть содержащейся в них влаги, при этом они охлаждаются, кристаллизуются и
застывают, оседая на стенках или падая на дно аппарата. Испарившаяся влага
отводится из аппарата и конденсируется.
Процессы, протекающие при механической обработке мыла.
Механическая обработка включает в себя операции тщательного и многократного
перетирания высушенной мыльной стружки при пропускании ее через вальцовые или
шнековые машины.
B процессе механической обработки на вальцовых машинах кроме
перетирания происходит ориентация кристаллических агрегатов мыла. При
прохождении через узкие щели решетки, находящейся в конической головке шнековой
машины, кристаллические aгрегаты
вытягиваются в нити, которые располагаются в направлении движения мыльной
массы. Чем меньше диаметр отверстий в решетке и размер выходного калибра в
головке шнековой машины, тем больше эта ориентация и выше качество
вырабатываемого мыла. Такое мыло легче растворяется, быстрее образует пену, а
потому удобнее при пользовании.
Для того, чтобы брусок мыла, выходящий из шнековой
машины, имел гладкую блестящую поверхность, его на выходе необходимо слегка
подогреть.
Процессы, протекающие при штамповании мыла. Одним из
свойств твердого мыла является его пластичность, которая зависит от формы
кристаллов, наличия добавочных компонентов, количества электролитов и др.
Благодаря хорошей пластичности мыло легко штампуется и при этом принимает
очертания прессующей формы.
В результате штампования за счет уменьшения
микроскопических пустот между кристаллами мыла его плотность повышается.
4.2 Методы
анализа мыл
Для контроля качества производимого мыла необходимо проводить анализ как
готовой продукции, так и мыльной основы в процессе ее варения. Для определения
качества мыла определяют следующие его характеристики:
содержание свободной щелочи;
наличие неомыленного жира и неомыляемых веществ;
количество свободной соды;
титр мыла;
содержание жирных, смоляных и нефтяных кислот;
массовую долю хлористого натрия.
Определение массовой доли жирных, смоляных и нефтяных
кислот в мыле
Различают относительное содержание жирных кислот в
мыле в процентах и абсолютное содержание их в куске мыла номинальной массы
(качественное число (КЧ) в граммах). Первый показатель служит для выявления
степени готовности как промежуточных, так и конечных продуктов производства
мыла, второй, не изменяющийся в процессе высыхания или увлажнения мыла, - для
определения товарной полноценности продукта.
Пробу мыла около 5 г растворяют в 60 см3 нагретой до
кипения дистиллированной воды.
Раствор охлаждают до 35-40ºС, переносят в делительную воронку №
1 и добавляют в него 5 капель метилового оранжевого и 20%-ную соляную или
серную кислоту до появления неисчезающего розового окрашивания водного слоя.
Содержимое воронки перемешивают круговым вращением и после охлаждения добавляют
50 мл диэтилового эфира. Колбу, в которой растворяли мыло, смывают 2 раза
дистиллированной водой (по 25 см3), один раз 20%-ным раствором соляной или
серной кислоты (5 см3) и затем диэтиловым эфиром (25 см3). Воду, кислоту и эфир
сливают в делительную воронку № 1.
Содержимое воронки слегка перемешивают круговым
вращением, дают кислому водному слою отстояться и затем сливают в делительную
воронку № 2, в которой его вторично обрабатывают 30 см3 диэтилового эфира.
Отстоявшийся в делительной воронке № 2 водный слой переносят в делительную
воронку № 3, а эфирную вытяжку из воронки № 2 переносят в воронку № 1.
Водный слой в воронке № 3 экстрагируют в третий раз 25
см3 диэтилового эфира, отстоявшийся водный слой удаляют, а эфирную вытяжку из
нее переносят в делительную воронку № 1.
Делительную воронку № 2 ополаскивают эфиром и сливают
его в воронку № 1. Эфирные вытяжки жирных кислот трижды в делительной воронке №
1 промывают 10%-ным раствором хлорида натрия, беря на каждую промывку по 30 см3
раствора (до нейтральной реакции промывной воды по метиловому оранжевому).
Затем эфирные вытяжки фильтруют во взвешенную колбу через бумажный фильтр, на
который помещают примерно 5 г безводного сульфата натрия. Делительную воронку №
1, фильтр и осадок на нем промывают эфиром. Отгоняют часть эфира из экстракта
при слабом нагревании и растворяют остаток в 30-40 см3 этилового спирта,
предварительно нейтрализованного 0,5 м спиртовым раствором гидроксида натрия в
присутствии фенолфталеина. Оттитровывают спиртовой раствор жирных кислот 0,5м
раствором гидроксида натрия в присутствии 2-3 капель раствора фенолфталеина и
отгоняют спирт на кипящей водяной бане. Колбу помещают в сушильный шкаф и
высушивают при 120ºС до постоянной массы [22]. Массовую долю жирных
кислот ЖК (%) вычисляют по формуле:
ЖК = (m1 - V · K · 0,011) · 100 / m
где m1 -
масса остатка после высушивания, г;
V - количество 0,5 м спиртового раствора NаОН, пошедшего на титрование раствора
жирных кислот, см3;
K - поправка к титру 0,5 м спиртового раствора NаОН;
,011 - разность между атомными массами натрия и
водорода, эквивалентная 1 см3 точно 0,5 м спиртового раствора NаОН;
m - масса исходной пробы мыла, г.
Качественное число КЧ (г) вычисляют по формуле:
КЧ = ЖК · m2 / 100,
где ЖК - содержание жирных кислот, %;
m - масса куска мыла, г.
Содержание свободной едкой щелочи определяется по следующей методике.
Навеску 5 г мыла растворяют в 100 мл 60%-го этилового спирта. Смесь нагревают
на водяной бане до полного растворения мыла, затем добавляют 25 мл 10%-го
раствора хлористого бария. Полученную смесь титруют 0,1н раствором соляной
кислоты в присутствии фенолфталеина [8]. Количество свободной едкой щелочи
рассчитывают по формуле:
,
где Х - содержание свободной едкой щелочи, %;
К - поправка к титру 0,1н раствора соляной кислоты;
V -
объем соляной кислоты пошедшей на титрование, мл;
m -
масса навески мыла, г.
При определнии содержания углекислой соды методика аналогичная, за
исключением количества спирта для растворения навески, оно составляет 75 мл
[23]. Количество соды рассчитывают по формуле:
,
где У - содержание свободной углекислой соды, %.
Техника определения массовой доли неомыляемых веществ
и неомыленного жира. Навеску 10-15 г мыла растворяют в 75-100 см3 60%-ного
этилового спирта в колбе с воздушным холодильником при нагревании на водяной
бане, раствор переносят в делительную воронку, ополаскивают колбу 60%-ным
спиртом, сливая в ту же воронку.
Раствор в делительной воронке сильно встряхивают с 50
см3 петролейного эфира, смесь отстаивают, нижний слой сливают в другую
делительную воронку и вновь обрабатывают 50 см3 петролейного эфира, после чего
нижний слой удаляют.
Соединенные эфирные вытяжки промывают в делительной
воронке 60%-ным этиловым спиртом до полного удаления следов мыла (промывная
жидкость в присутствии фенолфталеина не окрашивается при разбавлении водой).
Эфирный раствор фильтруют во взвешенную колбу через бумажный фильтр, на который
помещают около 5 г безводного сульфата натрия. Фильтр с сульфатом натрия
промывают петролейным эфиром. Эфир отгоняют на водяной бане и остаток
высушивают до постоянной массы в термостате при температуре 75°С. Массовую долю
суммы неомыляемых органических веществ и неомыленного жира X (процент к массе жирных кислот)
вычисляют по формуле:
Х = m1 ·
100 · 100 / (m · ЖК),
где m1 -
масса соответственно остатка в колбе после высушивания и пробы мыла, г;
m - масса пробы мыла, г;
ЖК - относительное содержание жирных кислот в мыле.
Содержимое стакана слегка охлаждают, приливают к нему
для осаждения жирных кислот избыток раствора нитрата магния (обычно 25 см3),
перемешивая палочкой, дают отстояться и фильтруют. Осадок на фильтре тщательно
промывают дистиллированной водой, свободной от хлоридов. Фильтрат и промывные
воды охлаждают до комнатной температуры и нейтрализуют в присутствии фенолфталеина
0,5 м раствором серной кислоты (исчезновение розового окрашивания). Избыток
кислоты не должен превышать одну каплю. Затем на каждые 100 см3 полученного
раствора вводят 1 см3 индикатора хромата калия и титруют 0,1 м раствором натрия
серебра до появления устойчивой красноватой окраски.
Одновременно проводят контрольное определение. Для
этого в стакан наливают 300 см3 дистиллированной воды, 25 см3 раствора нитрата
магния, воду в количестве, равном израсходованному на промывку осадка в рабочем
опыте, и индикатор (хромат калия). Затем добавляют при помешивании палочкой
небольшое количество карбоната кальция до помутнения, аналогичного
наблюдавшемуся в рабочем опыте перед титрованием, и титруют 0,1м раствором
нитрата серебра до окраски, идентичной окраске в рабочем опыте [22].
Массовую долю хлоридов Х (%) рассчитывают по формуле:
Х = (V - V1) · 0,00585 · K · 100 / m,
где V и V1 - количество 0,1м раствора нитрата
серебра, израсходованное соответственно в рабочем и контрольном опытах, см3;
,00585 - титр 0,1м раствора нитрата серебра по хлориду
натрия, г/см3;
K - поправка к титру 0,1 м раствора нитрата серебра;
m - масса пробы мыла, взятая на анализ, г.
Также для анализа потребительских свойств мыла
определяется его способность к пенообразованию и определяется эмульгирующая и
солюбилюзирующая способность его концентрированных растворов.
Пенообразующую способность также называют пенным
числом или первоначальным объемом пены. Его определяют с помощью приборов
Росс-Майлса или ВНИИЖа в дистиллированной или жесткой воде при одной или
нескольких температурах и концентрациях растворов с измерением объема
образовавшейся пены. Чаще всего пенообразующую способность определяют при 20 и
50ºС для концентраций активного
компонента от 0,01 до 0,05% в зависимости от качества моющего средства.
Методика выполнения зависит от применяемого прибора.
Солюбилизирующая и эмульгирующая способность влияют не
только на потребительские характеристики мыла, такие как эффективность моющего
действия и растворимость, но и на скорость технологический процесс варки основы
мыла. Поэтому необходимо количественно определять эти характеристики. Процесс
осуществляется следующим образом. В колбу с воздушным холодильником отвешивают
пробу мыла 10-25 г. В колбу добавляют рассчитанное количество воды, закрывают
холодильником и помещают на дно масляной или глицериновой бани, установленной
на электромагнитной мешалке. При перемешивании содержимое колбы нагревают до
принятой в опыте температуры обретения массой гомогенности. Постоянную
температуру в бане поддерживают за счет циркуляции обогревающей жидкости с
помощью ультратермостата. Затем в колбу через обратный холодильник вводят жир
(рафинированное подсолнечное или хлопковое масло, говяжий жир, саломас,
технический животный жир и т. п.) в количестве, равном массе содержащихся в ней
мыла и воды, и продолжают перемешивание при той же температуре еще 30 мин,
затем выключают электромагнитную мешалку. Смесь отстаивают в бане 1 или 2 ч.
Всплывший жир снимают пипеткой во взвешенную колбу. Мыло с остатками жира охлаждают
под краном и жир смывают петролейным эфиром. Эфир сливают в колбу со снятым
жиром, отгоняют на водяной бане и остаток взвешивают. Взвешивают также колбу с
мылом, водой и поглощенным жиром [22].
Солюбилизирующую и эмульгирующую способность раствора
мыла Х (процент к массе жирных кислот в нем) рассчитывают по формуле:
Х = (m1 - m2) · 100 / m3,
где m1 -
масса жира, введенного в мыло, г;
m2 - масса жира, снятого с мыла после отстаивания и смытого
после охлаждения;
m3 - масса жирных кислот, содержащихся в исходном мыле, г.
Органолептические показатели. В соответствии с ГОСТ
790-89, кроме физико- химических показателей, для туалетного мыла определяются
также органолептические показатели такие как цвет, запах, внешний вид, форма и
консистенция.
Физико-химические и органолептические показатели для
твердых туалетных мыл должны соответствовать таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Качественные показатели для твердых
туалетных мыл.
|
Наименование показателя
|
Характеристика
|
|
Внешний вид
|
Поверхность с рисунком или без рисунка. Не допускаются на
поверхности мыла трещины, полосы, выпоты, пятна, нечеткий штамп.
|
|
Форма
|
Соответствующая форме мыла индивидуального фирменного
наименования, установленной в техническом документе
|
|
Цвет
|
Соответствующий цвету мыла индивидуального фирменного
наименования, установленному в техническом документе
|
|
Запах
|
Соответствующий запаху мыла индивидуального фирменного
наименования, установленному в техническом документе, без постороннего запаха
|
|
Консистенция
|
Твердая на ощупь. В разрезе однородная
|
|
Массовая доля свободной едкой щелочи, %
|
0,03-0,05
|
|
Массовая доля хлорида натрия, %
|
0,4-0,7
|
|
Массовая доля содопродуктов в пересчете на Na2O, %
|
20-25
|
|
Массовая доля неомыленного жира, %
|
Не более 0,02
|
|
Массовая доля жирных, смоляных и нефтяных кислот, %
|
74-78
|
|
Норма первоночального объема пены, см3
|
300-350
|
Таким образом, туалетное мыло должно отвечать данным в
таблице характеристикам по ГОСТ 790-89, в соответствии со своей маркой.
Например для мыла марки «Детское характеристики более жесткие, то есть
содержание свободной едкой щелочи, массовая доля содопродуктов и хлористого
натрия должна быть минимальной, в отличие от мыл марок «Экстра», «Ординарное» и
«Нейтральное». Это различие в показателях объясняется тем, что для мыл
различных марок используют разное жировое сырье, а также мыла различных марок
отличаются своим назначением.
Заключение
В данной
курсовой работе были рассмотрены различные схемы получения туалетного мыла, а
также разработана оптимальная схема мыловарения. В курсовой работе была выбрана
варка мыльной основы косвенным периодическим методом, что обусловлено сырьем,
используемым для получения туалетного мыла. Схема обработки была выбрана
непрерывная, так как процесс получения основы занимает длительное время,
которое можно компенсировать непрерывность обработки.
Также в
рамках курсовой работы был проведен патентный поиск в области мыловарения. По
результатам патентного поиска можно сказать, что в последние годы наблюдается
тенденция к разработке новых рецептур туалетного мыла. Это обусловлено тем, что
на рынке косметической продукции существует множество различных видов мыл,
поэтому предприятиям, производящим мыло необходимо постоянно расширять
ассортимент, для поддержания спобности конкурировать. Также такая ситуация
обусловлена тем, что современный потребитель хорошо осведомлен о свойствах и
рецептурах мыл, поэтому более внимателен и требователен к продукции.
В данной
работе также были рассмотрены методы анализа мыл. Каждое предприятие должно
производить качественную продукцию. Во избежание выхода на рынок бракованной
продукции, на базе предприятий находятся лаборатории, в которых проводятся
исследования качественных показателей мыл. С помощью лабораторных анализов
некачественная или бракованная продукция отсеивается, следовательно не попадает
на рынок. Это помогает предприятию сохранить свою репутацию, а покупателю
добавляет уверенность в качестве продукции.
Список
использованных источников
1 Калесниченко, А.В. Мастер класс натуральное мыло / А.В.
Калесниченко // Рукодельница - М.: Бурда, 2014 - №4. -с. 12-14.
2 Паронян, В.Х. Технология жиров и жирозаменителей: учебное пособие
/ В.Х. Паронян. - М.:ДеЛи принт, 2006. -759 с.
Аротюнян, Н.С. Технология переработки жиров / Н.С. Аротюнян [и
др.]. М.: Агропромиздат, 1985. - 368 с.
О’Брайен, Р.Д. Жиры и масла. Производство, состав и свойства,
применение: справочное пособие; пер. с англ. 2-го изд. - СПб.: Профессия, 2007.
- 751 с.
Товбин, И.М. Производство мыла / И.М. Товбин, М.Н. Залиопо, А.М.
Журавлев. - М.: Пищевая пром-сть, 1976. - 205 с.
Колошин, Ю.А. Технология и оборудование масложировых предприятий
/ Ю.А. Колошин. - М.: ДеЛи принт, 2002. - 363 с.
Товбин, И.М. Технологическое проектирование жироперерабатывающих
предприятий / И.М. Товбин, Е.Е. Файнберг, под ред. А.Л Маркмана. - М.: Пищевая
пром-сть, 1965. - 516 с.
Фридман, Р.А. Технология косметики / Р.А. Фридман. - М.: Пищевая
пром-сть, 1964. - 481 с.
9 Ламоткин,
С.А. Технология переработки жиров: методические указания к лабораторным работам
по одноименной дисциплине для студентов специальности 1-480201 «Биотехнология»
специализации 1-48020103 «Технология жиров, эфирных масел и
парфюмерно-косметической продукции» / С.А. Ламоткин, В.С. Болтовский, В.Л.
Флейшер. - Минск: БГТУ, 2007. - 34 с.
10 Мыло
хозяйственное твердое и мыло туалетное. Правила приемки и методы испытаний:
ГОСТ 790-89; введ.01.01.94. - Минск: БелГИИС, 1994. - 16 с.