日用化学品生产技术第三章 肥皂课件.ppt
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1、2021,1,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,2021,2,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,2021,3,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
2、状及市场前景如何?,2021,4,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。,2021,5,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,2021,6,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、四种晶型,保管时间越久、越干燥,结晶越显著,但不是变质。,2021,7,第一节 肥皂的性质及去污原理,一、肥皂的
3、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。,2021,8,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+H2O RCOOH+Na+OH-水解后,溶液呈碱性:普通肥皂pH:1112香皂pH:10,2021,9,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。,2021,10,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
4、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。,2021,11,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。,2021,12,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。,2021,13,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
5、用;制造肥皂需要大量的食用油脂。,2021,14,三、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。,2021,15,4、一般依据下列几项指标来选择制皂的油脂(1)相对密度(Density ratio)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0.8870.975之间为宜。(2)凝固点(Solid point)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
6、度。制皂选用的油脂,其凝固点在3842之间为宜。,2021,16,(3)皂化值(Saponification number)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(Acid number)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
7、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。,2021,17,(5)碘值(Iodine value)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(Unsaponifiable matter)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
8、。,2021,18,(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。,2021,19,1、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。,2021,20,2、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
9、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 NaOH RCOONa+H2O,2021,21,3、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105130之间。脱色操作时先将油脂加热到规
10、定温度。,2021,22,4、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400600Pa,脱臭塔由不锈钢制成,属于常规的精馏塔。,2021,23,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
11、行皂化反应而制取皂基,可用以下化学反应式表示:,2021,24,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。,2021,25,(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,2021,26,1、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
12、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。,2021,27,1、皂化 通常,开始时只加入57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9598,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。
13、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。,2021,28,2、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。,2021,29,2、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,
14、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。,2021,30,3、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。,2021,31,4、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
15、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。,2021,32,5、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?,2021,33,(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。,2021,34,(三)连续皂化法 连续皂化法
16、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,2021,35,2021,36,二、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:,2021,37,2、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。,2021,38,(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23,色泽差,必须经过
17、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34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。,2021,39,(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
18、甘油水蒸发、蒸馏后得甘油率高。,2021,40,(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。,2021,41,肥皂的性质,1.多晶性2.吸湿性3.水解性4.去垢性,2021,42,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,2021,43,中性油脂皂化法,1.沸煮法皂化盐析洗涤碱析整理2.连续皂化法皂化阶段洗涤阶段 整理阶段,
19、2021,44,脂肪酸中和法,1.油脂的水解2.脂肪酸蒸馏3.脂肪酸中和,2021,45,第三节 常用皂类生产工艺,一、洗衣皂的生产工艺二、香皂的生产工艺三、透明皂的生产工艺,2021,46,一、洗衣皂的生产工艺,洗衣皂的组分1.水玻璃又称为泡花碱,是洗衣皂中添加的填料之一,其组成为Na2OSiO2为12.44的。它既可以在洗涤过程中对污垢起到分散和乳化作用,又能使肥皂光滑细腻,硬度适中。但是水玻璃添加过多会使肥皂收缩变形、冒霜。据国外资料介绍,如果将碱性的水玻璃先用等当量的脂肪酸中和,形成肥皂与硅酸的胶体,经研磨分散后加入到肥皂中,可制成SiO2含量高,质地坚硬、泡沫丰富的肥皂。,2021,
20、47,一、洗衣皂的生产工艺,洗衣皂的组分2.钛白粉钛白粉即二氧化钛,可以增加肥皂的白度,改善真空压条皂发暗的现象,为肥皂增加光泽。同时还能降低肥皂的成本。一般添加量为0.10.2。,2021,48,一、洗衣皂的生产工艺,洗衣皂的组分3碳酸钠碳酸钠的加入可以提高肥皂的硬度,而它本身是碱性盐,也可以中和部分未皂化完的游离酸,一般添加量为0.5%3.0%,应将它与泡花碱溶液混匀后一起加入。,2021,49,一、洗衣皂的生产工艺,洗衣皂的组分4荧光增白剂及色素荧光增白剂也是肥皂增白的染料之一,加入量很少,一般为0.030.2;色素的加入主要是掩盖原料的不洁感。色素以黄色为主,有酸性金黄G(酸性皂黄),
21、也有加蓝色群青的肥皂。,2021,50,一、洗衣皂的生产工艺,洗衣皂的组分5钙皂分散剂为了防止肥皂在硬水中与Ca2+、Mg2+生成不溶于水的皂垢,降低表面活性;也为了减少皂垢凝聚使织物泛黄发硬,失去光泽和美感,在肥皂中需添加钙皂分散剂。钙皂分散剂也是一种表面活性剂,这些表面活性剂分子中都有较大的极性基团,并能与肥皂形成混合胶束,从而防止了肥皂遇Ca2+、Mg2+后,形成疏水性的脂肪酸钙胶束,形成皂垢。常用的钙皂分散剂有:椰子油酰单乙醇胺、烷基酰胺、聚氧乙烯醚硫酸盐、牛油甲酯磺酸钠等表面活性剂,对钙皂都有分散作用。,2021,51,一、洗衣皂的生产工艺,洗衣皂的组分6香精普通的洗衣皂加香只是为了
22、遮掩原料不受欢迎的气味,一般可加入低档的芳香油及香料厂的副产品,如紫罗兰酮脚子等;高级洗衣皂则要求洗后有一定的留香时间,因此需加入质量较好的、气味浓郁的香精,如香茅油之类的香精,用量一般为0.30.5。,2021,52,一、洗衣皂,我国生产的洗衣皂根据其脂肪酸含量和外观可分为不透明皂和透明皂两类。生产途径大致分为三种:1.填充洗衣皂,以泡花碱填充,脂肪酸含量低于皂基。2.纯皂基洗衣皂,不加填充,纯皂基制得。3.高级脂肪酸洗衣皂,皂基经过干燥,脂肪酸含量高于皂基。,2021,53,按加工设备不同分类:1.冷框皂2.冷板车皂3.香皂工艺的研压皂4.真空干燥冷却皂,2021,54,1.冷框皂,俗称冷
23、桶皂,设备简单易于操作;但是劳动量大,质量没有保证,成皂干燥后会变歪变形,因此正规制皂场已不用这种设备。,2021,55,2.冷板车皂,劳动强度较冷框皂低,但需要的劳动力依然很大,成皂较坚硬,遇水不易裂糊,但泡沫较差,干燥后易收缩变形。,2021,56,3.香皂工艺的研压皂,制备72%及72%以上的高级脂肪酸洗衣皂,皂基需要先烘干,一般使用香皂加工设备,国内一些高级洗衣皂生产厂家用此工艺生产。,2021,57,4.真空干燥冷却皂,此法劳动强度低,整个过程连续化生产。成皂起泡迅速,泡沫丰富,干后不歪斜变形,但在水中浸泡后易裂糊,性能与香皂类似。国内多用此法生产填充洗衣皂、纯皂基洗衣皂和高级脂肪酸
24、洗衣皂。,2021,58,洗衣皂的生产工艺,1.冷板车生产工艺冷板车生产工艺用于生产填充洗衣皂和不加填充的纯皂基洗衣皂,2021,59,1.冷车板生产工艺,1.调和调和用设备称为调缸,是钢制的可封闭的夹层圆锅,内有浆式或套筒式搅拌器。夹层中通入热水或蒸汽保温。,2021,60,1.冷车板生产工艺,1.调和肥皂在调缸中保持70-80,调和时间约15-20min。调和完毕后,关闭调缸,打开冷车板阀门,通入压缩空气把肥皂压进冷板车。然后关掉肥皂进冷车板的阀门,放去调缸中的压缩空气,在进行下一步操作。,2021,61,1.冷车板生产工艺,1.调和目前广泛采用泡花碱为洗衣皂的填充料;纯皂基的洗衣皂虽然不
25、用加泡花碱,但也会加入少量泡花碱来防止肥皂的酸败现象。优质的洗衣皂中需加入一些香精及荧光增白剂。也有些洗衣皂会加入少量着色剂,一般以黄色、蓝色为主。,2021,62,1.冷车板生产工艺,2.冷凝肥皂的冷凝在冷车板中进行,冷车板由一台电动机驱动开关。冷车板由木框和冷板构成,其中冷板始终比木框多一只;而且两者交替排列。,2021,63,1.冷车板生产工艺,2.冷凝木框即冷凝肥皂的模框,肥皂经过冷板底部的进皂孔进入木框。木框的内径及厚度由肥皂的规格质量确定,一般厚度32-37mm,每片肥皂重约22-24kg。,2021,64,1.冷车板生产工艺,2.冷凝厚度约33mm的木框,一般冷凝时间约45-50
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