透明皂的生产工艺对其相行为的影响

2016-11-24 01:25张亚明董海波赵夏冰李旭峰
中国洗涤用品工业 2016年8期
关键词:晶相肥皂透明度

张亚明,董海波,赵夏冰,李旭峰,陈 霞

(上海制皂(集团)如皋有限公司,江苏如皋,226521)

透明皂的生产工艺对其相行为的影响

张亚明,董海波,赵夏冰,李旭峰,陈霞

(上海制皂(集团)如皋有限公司,江苏如皋,226521)

浅析了透明皂的相行为,论述了透明皂的两种生产方法:碾压法和加入物法。着重讨论了生产过程中脂肪酸含量、真空干燥、温度、研磨、添加剂、出条和冷却水对透明皂晶相的影响,并给出了过程控制的参数及控制这些因素的方法。

透明皂;生产工艺;相行为;碾压法;加入物法

长期以来人们就知道透明皂的制造方法,这类产品最古老和著名的是“梨形透明皂”,它从1789年起即在英联邦市场上出售,在1851-1939年期间,在各种展览会上赢得了25次最高奖[1]。但是由于透明皂的价格较高,溶解度很大,因此它在很长一段时间内并不普及。近年来由于消费者重视天然产品,并对过去的天然状态日益怀念,透明皂逐步得到发展,有取代普通洗衣皂之势。

1 透明皂分类

透明皂作为肥皂的一种,按制法不同可以分为两大类[2]。一类是靠碾磨、压条达到透明,称之为“碾压法”透明皂[3];另一类是添加酒精、糖和甘油等添加物,以改善其晶相,达到透明目的,称之为“加入物法”透明皂[4]。

“加入物法”与“碾压法”的透明皂相比,其外表透明,起泡迅速,且泡沫细密,肤感较好,对消费者更有吸引力,但其成本较高,且不耐用,因此,在透明皂的实际生产中,我们可以将“加入物法”与“碾压法”结合加以应用。

2 透明皂的相行为

结晶物质一般均具有点阵结构,固体肥皂的晶相结构是平面点阵并分布在同一平面上,如图1。

图1 肥皂分子结构

弗格森在1943年阐明了肥皂的晶相结构。经XRD测定,肥皂存在 4 种结晶态:a、b、w、d,其中 a 和 d 相不稳定,在一定条件下转变为稳定的b相和 w 相,所以肥皂其实是 b 相和 w 相的混合体。这几种晶型中,以 b 相的性能为佳,泡沫丰富、硬度适中,具有好的溶解性和去污性,而且,透明性是b相的特性,因此,透明皂主要是 b 型晶体。温度、水分和机械加工均会影响 b 相的生成。

(1)温度:d 型相皂加热后会变成 b 相皂,再进一步加热后会变成 w 型相皂;反之 w 型相皂冷却后会变成 b 型相皂,b 型相皂冷却后会变成 d型相皂。如将 b 相皂放在一个封闭的容器中加热至88℃,再慢慢地冷却至室温,就可以转变为 w 相,该种晶型的肥皂不透明。由此可见,加工过程中加热或冷却的温度,对肥皂的结晶有直接的影响。

(2)水分:肥皂的晶相与肥皂中含水量的多少有着直接关系。肥皂中的含水量按照a、w、b、d的顺序递增,肥皂在储存过程中,由于水分的散失会引起肥皂晶型的改变。一般来说,水分含量宜控制在20%~22%。

(3)机械加工:在肥皂生产过程中通过碾磨、压条等机械加工,也会影响肥皂的晶型。如 w型皂,通过多次碾磨、压条,可以转变为b晶型。

3 透明皂生产工艺控制

3.1皂粒脂肪酸含量的影响

研究表明,皂粒脂肪酸含量在70%以上透明度较好[5]。皂粒脂肪酸含量由皂基和真空干燥共同决定,皂基要求达到脂肪酸含量>60%、游离NaOH<0.15%、Cl-<0.3%。皂基经列管式换热器加热再经真空干燥可变为脂肪酸含量在72%左右的皂粒,此时,形成了大量的 b 相,达到透明的外观[6]。

3.2真空干燥的影响

真空干燥操作直接影响皂粒脂肪酸含量和水分含量,二者均会影响透明皂的晶相结构。实际生产中,皂基调和后的温度应为(85±10)℃,对皂基加热的列管式换热器壳程蒸汽压力要在0.1MPa左右,皂基进入真空干燥室的温度应控制在(110±10)℃,真空干燥室的真空度至少为0.094MPa,出粒机炮口加热温度在(50±5℃)为宜[7]。

在整个真空干燥过程中,进料速度、进料量大小、喷嘴孔径、齿轮泵的出口压力、大气冷凝器冷却水的温度和流量,以及出粒机夹套冷冻水的温度等都对真空干燥操作有很大的影响,操作时要严格控制[8]。

3.3温度的影响

温度影响肥皂b相的形成,因此,生产过程中控制皂粒的温度对于成品透明度有很大的影响。生产中从皂粒到出条(成品)应尽可能实现连续化,以便皂粒有足够的温度。透明皂的形成是一个相变过程,从不透明到透明的变化只在一个很窄的温度范围(38~45℃),当超过这个温度范围,会使皂由透明向不透明演变。脂肪酸配方的凝固点不同,皂粒所需温度也不同,最好的办法是把皂粒的温度设置在皂化所用脂肪酸的凝固点,通常能得到最透明的皂[9]。

3.4研磨的影响

“碾压法”透明皂的透明机理是通过机械的研磨、挤压等作用,将皂体中的晶粒由不透明的晶相尽可能地转变为透明的b相。良好的研磨可以提供足够的剪切力,使肥皂中大颗粒晶体的尺寸与数量减少,当颗粒直径小于可见光波长时,普通光线从皂体中通过,从而显得透明。研磨结束后,小于入射光波长的晶体数量越多,肥皂的透明度也越好。在整个研磨过程中,皂体温度要保持稳定,这样才能通过研磨得到较好的透明度[9]。

3.5添加剂的影响

“加入物法”透明皂的透明机理,是作为添加物的透明剂能促进b相结晶,抑制其他晶相的生成,从而,提高皂体的透明度。常用的透明剂有乙醇、甘油、蔗糖、山梨醇、丙二醇、三乙醇胺盐等[10]。因此,在辅料配方设计和试验时,在添加剂如香精、抗氧化剂和螯合剂均一致的情况下,本课题组试验了在配方中加入多元醇、表面活性剂等透明剂,比较它们对成品透明皂的影响。实验发现,当加入的多元醇质量分数为2.0%和4.0%时,出条时的透明度分别为29.7和34.1;加入的特殊表面活性剂质量分数为0.5%和1.0%时,出条时的透明度分别为28.1 和34.9,其中空白样的透明度为25.9。根据QB/T 1913-2004透明皂的透明度测定,T≥25即为透明皂。虽然不加添加剂,产品透明度已经达到25.9(T值),但实验发现,多元醇和表面活性剂不仅可以提高肥皂的透明度,而且还能降低皂体开裂,同时它们均为保湿剂,对皮肤也有滋润、保护之功效。

3.6出条的影响

生产上使用双联真空切粒出条机,通常在出条机中装上筛网,目的在于增加出条时的剪切力和挤压力,促进β相的生成。一般网孔越细,效果越好,但网孔不能太细,太细会使皂体挤不出来,影响透明皂的产量。筛网是由孔板支撑的,孔板也能增加剪切力和挤压力,孔越小,剪切力越强,出来的皂粒b相也越多,透明度就越好。

3.7冷却水的影响

生产中双螺杆真空出条机、三辊研磨机、双联真空切粒出条机均需冷却水进行冷却,冷却水的流量和温度对皂粒透明度的影响很大。当冷却水的流量偏大或水温偏低时,会导致皂粒本身的温度偏低,从而,影响皂体中b相的生成,降低透明皂的透明度。若冷却水流量偏小或水温偏高,会导致皂粒温度升高,当超过其凝固点时,将会出现皂粒软烂,出条不畅,甚至无法出条的生产异常情况。通常循环冷却水的温度应控制在20℃左右。

4 结语

总之,“加入物法”和“碾压法”两种透明皂的生产方法均是通过促进b相的生成提高透明皂的透明度,二者生产透明皂的透明机理是一致的。前者生成透明皂的透明度较高,但成本高,后者透明度较低,但成本低,因此,在实际生产中可以将两种方法结合起来,最终制取产品透明度高、皂体外观质量好、价格有优势的透明皂。同时在整个生产过程中,注意各工艺参数的控制,要求操作人员严格进行操作,提高皂粒质量,最终生产出优质的透明皂。

[1] 贝雷. 油脂化学与工艺学第五卷[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2001.

[2] 吕也博. 肥皂生产基本知识[M]. 北京: 轻工业出版社,1978.

[3] RASSE R.K. Non-crystallizing Transparent Soap Bars[P]. US: 4297230,1981-10-27.

[4] POPE R.M.H.,JUNGERMANN E. Transparent Soap[P]. US: 4290904,1981-09-22.

[5] 金建忠. 制皂工艺[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2001.

[6] 陈丽英. 肥皂工艺学[M]. 郑州: 郑州轻工业学院, 1993.

[7] Kellyetal W.A. Soapmaking Process[P]. US: 2970116, 1957-07-16.

[8] 袁鹤吟. 透明(半透明)皂的成型机理与生产方法[J]. 日用化学工业,2001(2): 35-37.

[9] 恩赖科.托瓦格瑞. 透明皂和半透明皂的成品生产线操作参数[J]. 日用化学品科学,1998(4): 1.

[10] 李俊博. 半透明皂的透明度影响因素及其工艺过程控制[J]. 日用化学工业,2002,32(6): 68-72.

Effect of Process Control as to the Phase Behavior of Transparent Soap

Zhang Yaming,Dong Haibo⋆,Zhao Xiabing,Li Xufeng,Chen Xia
(Shanghai Soap(Group)Rugao Co., Ltd., Rugao, Jiangsu, 226521)⋆ E-mail: donghaibo@deeno-group.com

This article analyzes the phase behavior of transparent soap in brief and discusses two methods of producing transparent soap -grinding and addition process. It focuses on the influence of fatty acid content, vacuum drying, temperature, abrasive, additives, plodderwater-chilled and cooling water toward the crystal phase of transparent soap, and gives the parameters of the process control as well as methods controlling these factors.

transparent soap;phase behavior;grinding process;addition process;process control

TQ648.5

A

1672-2701(2016)08-68-04

张亚明先生,江苏涤诺集团日化集团董事局主席兼上海制皂(集团)如皋有限公司董事长,主要从事油脂化工及日化方向的研究工作。

E-mail:zhangyaming@deeno-group.com。

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