搜索
第三章肥皂和香皂第一节肥皂的性质及去污原理第二节皂基的制备方法第三节常用皂类的生产工艺第四节肥皂的质量问题分析概述掌握肥皂的去污原理、皂基的制备方法以及相应的生产工艺了解肥皂的性质、相关质量问题及处理方法概述肥皂(soap)通常指高级脂肪酸或混合脂肪酸的碱性盐类.化学通式:RCOOM，R代表长碳链烷基，M代表某种金属离子。具有洗涤、去污、清洁等作用的皂类主要是脂肪酸钠盐、钾盐和铵盐，其中最常用的是脂肪酸钠盐.脂肪酸的碱土金属盐（钙、镁）及重金属盐（铁、锰）等金属皂均不溶于水，不具备洗涤能力，主要作为农药乳化剂、金属润滑剂等.市场现状及市场前景如何?近几十年来虽然洗衣粉、合成洗涤剂的产量不断增加，但是由于肥皂耐用、洗涤衣物干净等特点，仍是国内洗涤市场的主要用品之一。化妆品中的香皂，由于使用方便，去污效果好，价格便宜，刺激性低，花样品种多等特点，在国内外仍然是重要的皮肤清洁用品。第一节肥皂的性质及去污原理一、肥皂的性质1.多晶性2.吸湿性3.水解性4.去垢性第一节肥皂的性质及去污原理一、肥皂的性质1.多晶性肥皂是一种借助X射线衍射能看到的同质多晶体。可分为α、β、δ、ω四种晶型，保管时间越久、越干燥，结晶越显著，但不是变质。第一节肥皂的性质及去污原理一、肥皂的性质2.吸湿性是指肥皂在潮湿环境中吸收水分的能力。主要原因是亲水基的存在，即：碳链越短，亲水性越强；碳链长度相同，含有双键的分子较强。第一节肥皂的性质及去污原理一、肥皂的性质3.水解性溶于水后，部分会水解：RCOONa+H2ORCOOH+Na++OH-水解后，溶液呈碱性：普通肥皂pH：11~12香皂pH：10第一节肥皂的性质及去污原理一、肥皂的性质4.去垢性肥皂是最古老的表面活性剂，溶于水后，其表面张力和界面张力均下降。在水中具有湿润、分散、乳化、起泡、增溶等性能。第一节肥皂的性质及去污原理二、肥皂的去污原理肥皂是长链脂肪酸的钠盐或钾盐，常用的为脂肪酸钠盐。质地较硬，又称硬肥皂。加入香料以后即为香皂；加入苯酚、芦荟等即为药皂；加入增泡剂松香酸钠后可作为洗涤用皂。第一节肥皂的性质及去污原理二、肥皂的去污原理肥皂的去污原理在于其一端为羧酸离子、一端为链状烃基；即一段疏水，一端亲水。第一节肥皂的性质及去污原理二、肥皂的去污原理肥皂溶解于水中后，长链烃基见已考范德华力聚集在一起，形成球状，进而形成胶束或层状、块状。将疏水的污垢包围在亲水基里，从而除去污垢。第一节肥皂的性质及去污原理二、肥皂的去污原理肥皂虽然有较强的洗涤能力，但是也有一定缺陷。如：不宜在酸水或硬水中使用；制造肥皂需要大量的食用油脂。三、用于制皂的油脂(一)制皂对油脂的要求1、油脂是制造肥皂的主要原料。2、油脂主要化学组成：脂肪酸甘油酯。3、油脂的质量直接影响所生产肥皂的质量。4、一般依据下列几项指标来选择制皂的油脂（1）相对密度(Densityratio)相对密度能反映油脂的分子量及粘度，相对密度大则分子量大，粘度也高。通常液体油脂在20℃，固体油脂在50℃测定相对密度，相对密度在0.887～0.975之间为宜。（2）凝固点(Solidpoint)油脂凝固点对肥皂质量的影响很大，凝固点太高的油脂生产的肥皂易龟裂，泡沫少，去污力差；凝固点太低会影响肥皂的硬度。制皂选用的油脂，其凝固点在38～42℃之间为宜。（3）皂化值(Saponificationnumber)油脂用KOH的乙醇溶液皂化，1g油脂完全皂化时所消耗KOH的毫克数为油脂的皂化值。油脂用KOH的乙醇溶液皂化，1g油脂完全皂化时所消耗KOH的毫克数为油脂的皂化值。脂肪酸甘油酯的分子量愈高，皂化值愈低，也就表明制得的皂愈易溶于水，易起大泡。由皂化值可以计算油脂的平均分子量及皂化时所需NaOH溶液的质量。（4）酸值(Acidnumber)工业油脂中往往含有游离的脂肪酸。中和1g油脂中的游离脂肪酸所需KOH的毫克数称为酸值或酸价。根据酸值可以计算油脂中游离脂肪酸的含量。酸值愈高，游离脂肪酸含量愈多，说明油脂不新鲜，质量差，会使制得的皂变质、出汗、发臭。由酸值可以计算游离脂肪酸含量。（5）碘值(Iodinevalue)油脂分子中的双键能与碘发生加成反应。从加成反应中所消耗的碘量可以衡量油脂的不饱和程度。碘值愈高，不饱和程度愈高，制得的皂愈软。每100g油脂所消耗碘的克数为碘值（或碘价）。根据碘值的大小，油脂分为干性油、半干性油和不干性油。（6）不皂化物(Unsaponifiablematter)不皂化物是指油脂中所含脂肪酸以外的脂肪成分，如萜烯类（维生素A等），这些物质不会中和皂化，以杂质状态存在于肥皂中，通常不皂化物含量大于1%不可直接制皂。（二）油脂的预处理油脂的预处理的原因：天然动植物油脂中，除了含脂肪酸甘油酯外，还含有不少在油脂中呈悬浮或沉淀状态的沙泥、料胚粉末等不溶性的固体杂质，以及在油脂中呈溶解或乳化状态的游离脂肪酸、磷脂、色素、蛋白质等杂质。1、脱胶脱胶是指去除油脂中磷酯、蛋白质以及其他胶质和粘液质。胶质的存在降低了油脂的使用价值和稳定性，且在精炼中影响其他工艺，导致肥皂产品质量下降。现代化的脱胶方法是用磷酸处理油脂，胶质被磷酸凝聚，同时油中重金属还能与磷酸形成磷酸盐沉淀。2、脱酸脱酸是指去除油脂中游离脂肪酸和色素的处理过程。如果是脂肪酸中和法制皂，油脂要水解成脂肪酸和甘油，所以水解前无需去除游离的脂肪酸。但以油脂皂化法制皂，必须在油脂漂白之前除去游离脂肪酸，否则将影响脱色效果。游离脂肪酸可以用碱炼法除去，也可以在油脂脱臭的同时蒸馏除去。这里介绍油脂碱炼脱酸的处理方法。该法的基本原理是：RCOOH＋NaOHRCOONa+H2O3、脱色为什么要进行脱色？脱色的方法分为两类：化学法和物理吸附法。化学脱色法是用氧化、还原剂漂去油脂中的色素，仅用于处理生产洗衣皂的低质油脂。物理吸附法是用活性白土等吸附油脂中的色素，适用于处理制造香皂用的高质量油脂。脱色的温度视油脂品种和脱色要求而定，一般在105～130℃之间。脱色操作时先将油脂加热到规定温度。4、脱臭为什么要进行脱臭？天然的动植物油脂往往具有特殊气味，如牛羊油的膻气等。这些气味将影响皂类，特别是香皂的气味，为此对制造香皂的油脂原料必须进行脱臭处理。油脂中有气味的物质挥发性均较油脂大，常采用高温、高真空下，通入过热蒸汽进行蒸馏的方法，除去油脂中有气味的物质。温度越高，脱臭需要时间越短。高真空的作用除了降低气味物质的沸点外，更重要的是保护油脂在高温条件不被空气氧化。现代化的脱臭装置真空度仅为400～600Pa，脱臭塔由不锈钢制成，属于常规的精馏塔。第二节皂基的制备分法一、中性油脂皂化法制备皂基(一)皂基制备的基本原理皂化法是将油脂与碱直接进行皂化反应而制取皂基，可用以下化学反应式表示：皂化法可分为间歇式和连续式两种生产工艺。间歇式生产是在有搅拌装置的开口皂化锅中完成，因此又称大锅皂化法。这种方法设备投资少，目前仍广泛使用，但生产周期长、效率低。连续皂化法是现代化的生产方式，连续化的设备能使油脂与碱充分接触，在短时间内完成皂化反应，不仅生产效率高而且产品质量稳定。（二）沸煮法沸煮法是将油脂与碱在大锅中皂化，然后再盐析，因此也称盐析法。盐析法制皂基的步骤如下：皂化—盐析—洗涤—碱析—整理1、皂化皂化过程是将油脂与碱液在皂化锅中用蒸汽加热使之充分发生皂化反应。开始时先在空锅中加入配方中易皂化的油脂（如椰子油），首先被皂化的油脂可起到乳化剂的作用，使油、水两相充分接触而加速整个皂化过程。NaOH溶液要分段加入，浓度也要由稀到浓逐步增加。若碱加入得过快、过多，会破坏乳化，皂基离析，且废液中碱含量过高，不易分离甘油；反之，碱加入过慢，则增加皂基的稠度，易结瘤成胶体。1、皂化通常，开始时只加入5％～7％的稀碱液，使尚未皂化的油脂分散成乳液；第二阶段加浓度为15％的碱液，在此阶段皂化反应速度较快，主要的皂化过程在此时完成；第三阶段可加入24％左右的浓碱液，促使皂化反应完全，此阶段需要较长的时间。当皂化率达到95％～98％，游离碱小于0.5％时皂化反应即告完成。皂化后的产物称为皂胶。皂化反应中还应注意加热蒸汽的量，皂化开始蒸汽量要大，充分加热，但由于皂化是放热反应，当反应进入急速反应期，应及时调整蒸汽，或通入少量冷水，否则大量热会造成溢锅。2、盐析皂化后的皂胶中除了肥皂外，还有大量的水分和甘油，以及色素、磷脂等原来油脂中的杂质。为此需在皂胶中加入电解质，使肥皂与水、甘油、杂质分离，这个过程就是盐析。一般用NaCl盐析，由于NaCl的同离子作用，使肥皂（脂肪酸钠）溶解度降低而析出。2、盐析盐析时，皂胶中可能析出皂基（净皂）、粒皂（含电解质较多的肥皂）、皂脚（浓度低于40％的皂液，其中含有较多杂质）、废液（主要是甘油和水）等相。在实际操作中，究竟析出哪些相将取决于温度，肥皂浓度及食盐浓度等相分离的条件。加盐过多，皂胶中皂粒粗，皂胶夹水量大，废液含皂量大，故盐析时须控制食盐的投入量，旨在获得较多的净皂。为使肥皂与甘油、杂质分离干净，可以多次进行盐析。3、洗涤洗涤是为了进一步洗出肥皂中的甘油、同时除去一部分色素及杂质。如果皂化盐析以后的皂粒的皂化率不足，可加碱继续皂化。4、碱析也称补充皂化，是加入过量碱液进一步皂化处理盐析皂的过程。将盐析皂加水煮沸后，再加入过量氢氧化钠碱液处理，使第一次皂化反应后剩下的少量油脂完全皂化，同时进一步除去色素及杂质。静置分层后，上层送去整理工序；下层称为碱析水。碱析水含碱量高，可以用于下一锅的油脂皂化。碱析脱色的效果比盐析强，并能降低皂胶中NaCl的含量。5、整理整理的作用：对皂基进行最后一步净化的过程，即是调整皂基中肥皂、水和电解质三者之间的比例，使之达到最佳比例。碱析以后的皂粒的脂肪酸含量和电解质含量经调整静置后，分为皂基和皂脚两相，其中上层的皂基质地纯净，是制造洗衣皂、药皂、工业皂及香皂的原料。操作的注意事项有那些?（三）连续皂化法由于煮沸法周期长，耗能大，劳动强度高，因此出现了连续煮皂法。应用较为普遍，主要应用方法有：蒙萨冯法、麦促尼法、夏普尔法和阿尔法-拉伐尔法。（三）连续皂化法连续皂化法的主要原理基本与大锅煮皂法相似，分为由皂化、洗涤、整理三部分装置联合组成，是比较先进的皂化工艺。1.皂化阶段2.洗涤阶段3.整理阶段二、脂肪酸中和法制备皂基（一）油脂的水解1、油脂水解后生成甘油和脂肪酸，其基本原理可用以下化学反应式表达：2、油脂的水解方法：分触媒法和无触媒高温水解法。3、现代油脂工业多采用无触媒的热压釜法和高温连续法，前者适用于20000吨/年以下的规模装置，后者则适于20000吨/年以上的装置。（二）脂肪酸蒸馏水解所得的粗脂肪酸中含水分小于0.1%，游离脂肪酸97%～98%，油脂2％～3％，色泽差，必须经过蒸馏，使之脱色、脱臭，才能得到精制脂肪酸，用于制造优质肥皂。经蒸馏后，约有3％～4％的残渣，残渣主要是未水解的油脂，可以重新投入水解工序。现代化的脂肪酸蒸馏均采用高真空连续化方式进行。（三）脂肪酸中和中和反应在反应塔内连续进行。由于无甘油的存在，不需盐析、碱析等洗涤工序。（四）油脂皂化路线与脂肪酸中和路线的比较1、皂化法对油脂原料的质量要求较高；而中和法可以使用低级油脂原料，且对原料利用率较高。2、中和法可充分利用各种脂肪酸来进行科学的配方。皂化法只能将各种油脂按配方混合使用。3、中和法中油脂水解所得的甘油水的质量优于皂化法的废液质量，它不含食盐、肥皂和其他杂质，含甘油量高，因此甘油水蒸发、蒸馏后得甘油率高。（四）油脂皂化路线与脂肪酸中和路线的比较4、油脂皂化路线工艺步骤多，生产过程长、设备复杂、投资大，脂肪酸中和路线工艺过程短，设备较简单。由于脂肪酸中和路线的技术经济指标明显优于油脂皂化路线，所以现代化大型油脂企业都是以油脂水解、脂肪酸蒸馏为主体。生产出的脂肪酸再作为肥皂等日用化学品的原料。肥皂的性质1.多晶性2.吸湿性3.水解性4.去垢性皂基的制备分法中性油脂皂化法1.沸煮法2.连续煮皂法脂肪酸中和法中性油脂皂化法1.沸煮法皂化—盐析—洗涤—碱析—整理2.连续皂化法皂化阶