肥皂和香皂生产原理.docx

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肥皂和香皂生产原理

第三章肥皂和香皂

肥皂（soap）通常指高级脂肪酸或混合脂肪酸的碱性盐类，它的化学通式可表示为：

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；此外还有脂肪酸的碱土金属盐（钙、镁）及重金属盐（铁、锰）等金属皂，这些金属皂均不溶于水，不具备洗涤能力，主要作为农药乳化剂、金属润滑剂等。

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。

第一节肥皂水溶液的性质和制皂用的油脂

一、肥皂水溶液的性质

肥皂中的钠皂或钾皂是强碱弱酸盐，因此都会在水溶液中发生水解呈弱碱性。

RCOONaRCOO—＋Na+

RCOO—＋H2ORCOOH＋OH—

水解产生脂肪酸与未水解的肥皂，形成不溶于水的酸性皂，使肥皂水溶液呈现浑浊。

RCOOH＋RCOONa====RCOOH·RCOONa

一般，影响肥皂水解的主要因素有：

皂液浓度、脂肪酸的相对分子质量和温度。

通常皂液浓度越高，水解度越低；脂肪酸的碳链越长，水解度越高；温度越高，水解度越高。

但是乙醇等强极性有机溶剂能抑制肥皂的水解，加入乙醇，可得到透明的肥皂水溶液。

肥皂在硬水体系中，硬水中的钙、镁离子会与肥皂反应生成不溶于水的钙皂和镁皂，降低肥皂的去污能力。

这是限制肥皂使用和发展的主要原因。

Ca2+＋2RCOONa（RCOO）2Ca+2Na+

Mg2+＋2RCOONa（RCOO）2Mg+2Na+

肥皂属于阴离子表面活性剂，它同样具备离子型表面活性剂的物理化学性能。

但是肥皂的组成不同，表现出的性能有所差异。

二、用于制皂的油脂

（一）制皂对油脂的要求

油脂是制造肥皂的主要原料，它的主要化学组成是脂肪酸甘油酯。

油脂的质量直接影响所生产肥皂的质量，如油脂中脂肪酸碳链的长短及饱和程度对肥皂的影响在于：

饱和脂肪酸含量高的油脂比较好；饱和度低的油脂因碳链中含有双键易发生氧化、聚合等反应，致使油脂酸败和色泽加深，不适合制皂。

一般可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。

油脂饱和度愈高，凝固点愈高，反之愈低。

油脂饱和度相同时，分子量愈大者，凝固点愈高。

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。

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。

M=1000×3×56.1/S=168300/S

式中：

M——油脂的平均分子量；S——油脂皂化值；3——皂化lmol油脂需3molKOH；56.1——KOH的分子量。

ＷNaOH=Ｗ油脂×S×40/（56.1×1000×ωNaOH）

式中：

ＷNaOH——皂化时所需NaOH溶液的质量，Kg；W油脂——皂化时油脂质量,Kg；

S——油脂皂化值；ωNaOH——NaOH溶液的质量分数；56.1——KOH的分子量；40——NaOH的分子量。

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。

游离脂肪酸（%）=VA×M×100/（1000×56.1）

式中：

VA——油脂酸值；M——油脂中脂肪酸的平均相对分子量；56.1——KOH的分子量。

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。

每100g油脂所消耗碘的克数为碘值（或碘价）。

碘值愈高，不饱和程度愈高，制得的皂愈软。

根据碘值的大小，油脂分为干性油、半干性油和不干性油：

干性油：

碘值＞130；半干性油：

碘值130～100；不干性油：

碘值＜100

干性油不饱和程度高，易氧化生成大分子物质，在表面形成硬膜，如亚麻仁油、桐油是干性油，它们不适用于制皂。

植物油脂中椰子油、棕榈油、花生油，动物油脂中牛油、羊油、猪油都是不干性油，适用于制皂。

半干性油在制皂时可适当配用，如棉籽油、糠油、菜油等，但加入量不宜过多，一般棉籽油的用量不可超过3％～5％。

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。

从以上油脂性能指标可以看出，为了使制得的肥皂达到质量标准，即具有一定的硬度，良好的外观、色泽，适当的溶解度，丰富的泡沫及较强的去污力。

在制皂时往往需采用多种油脂混合使用，并考虑原料供应的可能性和经济性。

表2-1和表2-2列出了制造香皂和洗衣皂所用油脂的配方数据。

表2-1香皂用油脂配方（质量分数）

油脂名称配方一配方二配方三配方四配方五

牛羊油（44℃）0.75

牛羊油（43℃）0.800.42

牛羊油（42℃）0.75

硬化猪油0.050.100.30

猪油0.050.280.35

花生油/茶油0.10

椰子油/棕榈仁油0.200.200.200.200.25

表2-2洗衣皂用油脂配方（质量分数）

油脂名称

53%脂肪酸规格42%脂肪酸规格

配方一配方二配方三配方四配方五配方六

硬化油0.100.320.340.380.33

牛羊油0.75

猪油0.200.05

柏油0.07

棕榈油0.600.15

椰子油/棕榈仁油0.100.150.02

棉油酸0.290.100.15

棉清油0.18

糠油0.220.20

松香0.150.150.150.250.300.30

在洗衣皂配方中，为使肥皂有一定的硬度，要加入一定数量的固体油脂。

常用的固体油脂有脂肪酸凝固点为56℃左右的硬化油，用量约为28％～34％，棕榈油或牛羊油作为固体油脂的用量约为75％～80％。

高级洗衣皂还可用10％～15％的椰子油或棕榈仁油。

松香也是洗衣皂常用的一种油脂原料，主要成分是松香酸。

制皂时若单独使用，抗氧性差，易变色，起泡及去污力欠佳，但在洗衣皂中与其他油脂配合可以增大肥皂的溶解度，提高去污力，降低成本。

但是由于色泽较差，在香皂中一般不加松香。

一般，色泽要求较高的白色香皂的油脂配方，基本上都是80％牛羊油和20％椰子油组成，实际混合油脂的凝固点在38.5～39.5℃。

（二）油脂的预处理

随着使用者对肥皂质量要求的提高，生产上对油脂的质量要求也相应严格，特别是制造香皂的油脂，其质量要求已超过食用油的水平。

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。

为了达到制皂的要求，必须对油脂进行预处理。

现代化油脂处理的方法包括脱胶、脱酸、脱色、脱臭四个处理工序，必要时还需进行加氢处理。

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。

工业生产时毛油先经过过滤除去泥沙、纤维素等不溶性杂质，在热交换器中加热到40～50℃，送入混合器与磷酸混合后，再去反应器使胶质进行凝聚。

含有凝聚物的油脂与热水混合，使凝聚物等胶体杂质吸水呈小胶粒存在，然后用离心机将油脂和凝聚物分离。

油相送入真空干燥器进行脱水-脱气处理，除去水分和空气后即为脱胶油脂。

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，否则将影响白土的脱色效果。

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＋NaOH　　　RCOONa+H2O

用淡碱液（约15％）处理油脂，油脂中游离脂肪酸被中和成肥皂，肥皂具有一定的吸附作用，可以将蛋白质、色素等其他杂质吸附下来。

因此碱炼既可以脱酸，也可以脱色。

碱炼中要严格控制碱液浓度和碱液量，才不会使油脂发生皂化。

现代化的制皂厂一般都采用连续碱炼工艺，即油脂与理论计算量的115％～150％的碱液在混合器混合，反应温度为使油脂熔化呈液态的温度。

中和产生的肥皂溶液吸附一定量的杂质经离心机分离，进入皂脚贮罐贮存。

脱酸的油再进入另一混合器用热水洗涤，去除油中残存的碱液和肥皂。

洗涤水经离心机分离进入污水处理罐回收利用，油则进入真空干燥器脱除水分和气体，得到脱酸精油。

该法油脂与碱液作用时间短，皂脚分离和洗涤水分离均用离心机。

因此处理效率高、分离效果好、油脂损耗低。

3．脱色

天然动、植物油脂本身会夹带色素或储存不当时产生色素，虽经碱炼后脱除了一部分，但颜色仍达不到浅色皂，尤其是白色香皂的质量要求，因此尚须进行脱色处理。

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。

活性白土的主要成分是SiO2和Al2O3，及少量CaO、MgO、Fe2O3等，并含有结晶水。

白土的用量是油脂的3％～5％。

制造高档香皂，特别是白色香皂用的油脂，脱色时还需在活性白土中加入0.2％～0.3％的活性炭提高脱色效果。

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。

将部分油脂与定量的活性白土混和成浆状物，在真空作用下将此浆状混和物和其余的油脂一同吸入漂白锅中混和，使油脂在高温下脱色数小时。

然后将吸附后的白土与油脂混和物进行压滤，使二者分离，即得脱色油脂。

过滤后的白土滤饼中尚含有18％～22％的油脂，将含油的白土在水中煮沸，使油浮出，这样可使废白土的含油量降至3.5％～5％。

回收这部分油脂，油脂色泽较深，可用于制造对色泽要求不高的工业皂。

4．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。

如果油脂的质量较好（游离脂肪酸