Технология получения туалетного мыла

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 и Вавилоне (около 2800 г. до н. э.). Описание технологии изготовления мыла найдено в Месопотамии на глиняных табличках, относящихся примерно к 2200 г. до н. э [1]. Египетский папирус середины второго тысячелетия до нашей эры свидетельствует, что египтяне регулярно употребляли мыло в омовениях. Широко применяли его и в Древнем Риме, где впервые встречается упоминание мыла (лат. sapo, затем перешедшее во многие романские языки).

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 (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 и США непрерывный процесс мыловарения был отработан в конце 1930-х годов вместе с непрерывным процессом гидролиза (расщепления) жиров водой и паром высокого давления в мыловаренных башнях [1].

Основным компонентом твёрдого мыла является смесь растворимых солей высших жирных кислот. Обычно это натриевые, реже - калиевые и аммониевые соли стеариновой, пальмитиновой, миристиновой, лауриновой и олеиновой кислот. В современном производстве в состав мыл добавляют отбеливатели, ароматизаторы, красители, 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.



1. Аналитический обзор литературы и патентная проработка

1.1 Аналитический обзор литературы

1.1.1 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:

2RCOOH+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.

1.1.2 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.

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

Синтетические жирные кислоты (СЖК). Синтетические жирные кислоты получают путем окисления нефтяного парафина кислородом воздуха. При этом получается смесь кислот, содержащих в молекуле от 1 до 30 атомов углерода. Эту смесь разделяют на разные фракции. Для мыловарения готовят две фракции. В первую фракцию входят в основном кислоты, содержащие в молекуле от 10 до 16 атомов углерода. Ее называют иногда кокосовой фракцией и применяют в рецептуре мыл вместо кокосового масла. Вторая фракция синтетических жирных кислот содержит в основном кислоты с 17-20 атомами углерода в молекуле, ее называют саломасной фракцией и применяют в рецептурах мыла вместо саломаса. В отличие от природных жирных кислот, в молекулах синтетических кислот может содержаться как четное, так и нечетное число углеродных атомов. Существенным недостатком первой фракции СЖК является присутствие в ней в виде примесей 4-5% низкомолекулярных кислот С5-С9, натриевые соли которых не обладают моющим действием [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.

Перекись водорода нетоксична, но ее концентрированные растворы при попадании на кожу, слизистую оболочку или вдыхательные пути вызывают ожоги. При работе с перекисью водорода необходимо надевать резиновые перчатки, передник и защитные очки.

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.

1.1.4 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.