Общая информация по сырью, из которого производится мыло.
Животные жиры – древнее и ценное сырьё мыловаренной поверхности. Они содержат до 40 % насыщенных жирных кислот. Искусственные, то есть синтетические, жирные кислоты получают из парафина нефти каталитическим окислением кислородом воздуха. Молекула парафина при окислении разрывается в разных местах, и получается смесь кислот, которые затем разделяются на фракции. При производстве мылаиспользуют в основном две фракции: С10-С16 и С17-С20. В хозяйственноемыло синтетические кислоты вводят в количестве 35-40 %.
Для производства мыла применяют также нафтеновые кислоты, выделяемые при очистки нефтепродуктов (бензина, керосина и др.). с этой целью нефтепродукты обрабатываются раствором гидроксида натрия и получают водный раствор натриевых солей нафтеновых кислот (монокарбоновые кислоты ряда циклопентана и циклогексана). Этот раствор упаривают и обрабатывают поваренной солью, в результате чего на поверхность раствора всплывает мазеобразная масса тёмного цвета – мылонафт. Для очистки мылонафта обрабатывают серной кислотой, то есть вытесняют из солей сами нафтеновые кислоты. Этот нерастворимый в воде продукт называют асидолом, или асидолмылонафтом. Непосредственно из асидола можно изготавливать только жидкое или мягкое мыло. Оно имеет нефтяной запах, но зато обладает бактерицидными свойствами.
В производстве мыла давно используют канифоль, которую получают при переработки живицы хвойных деревьев. Канифоль состоит из смеси смоляных кислот, содержащих в углеродной цепи около 20 атомов углерода. в состав хозяйственного мыла обычно вводят 12-15 % канифоли от массы жирных кислот, а в рецептуру туалетных мыл – не более 10 %. Введение канифоли в больших количествах делает мыло мягким и липким.
Конечно же, сегодня важно применение самых разных растительных жиров, о них есть отдельная статья в разделе.
Кроме использования мыла в качестве моющего средства оно применяется при отбеливании тканей, в производстве косметических средств, для изготовления полировочных составов водоэмульсионных красок.
В быту процессу мытья подвергают разные предметы и объекты. Загрязняющие вещества бывают самые разнообразные, но чаще всего они малорастворимые или нерастворимые в воде. Такие вещества, как правило, являются гидрофобными, поскольку водой не смачиваются и с водой не взаимодействуют. Поэтому нужны и различные моющие средства.
Мытьём можно назвать очистку загрязненной поверхности жидкостью, содержащей моющее вещество или систему моющих веществ. В качестве жидкости в быту используют главным образом воду. Хорошая моющая система должна выполнять двойную функцию: удалять загрязнение с очищаемой поверхности и переводить его в водный раствор. Значит, моющее средство также должно обладать двойной функцией: способностью взаимодействовать с загрязняющим веществом и свойством переводить его в воду или водный раствор.
Следовательно, молекула моющего вещества должна иметь гидрофобную и гидрофильную части. «Фобос» по-гречески означает страх. Боязнь. Значит, гидрофобный означает «боящийся, избегающий воду». «Филео» по-гречески – «люблю», гидрофильный – любящий. Удерживающий воду.
Гидрофобная часть молекулы моющего вещества обладает способностью взаимодействовать с поверхностью гидрофобного загрязняющего вещества. Гидрофильная часть моющего средства взаимодействует с водой , проникает в воду и увлекает за собой частицу загрязняющего вещества, присоединенную к гидрофобному концу.
Моющие вещества должны обладать способностью адсорбироваться на пограничной поверхности, то есть обладать поверхностно-активными веществами (ПАВ).
Соли тяжелых карбоновых кислот, например СН3(СН2)14СООNa, являются типичными поверхностно-активными веществами. Они содержат гидрофильную часть (в данном случае – карбоксильную группу) и гидрофобную часть (углеводородный радикал).
Свойства мыл. Что такое мыло?
Мыла – соли высокомолекулярных жирных кислот. В технике мылами называют натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, в молекулах которых содержится не менее 8 и не более 20 углеродных атомов, а также подобных им кислот нафтеновых и смоляных (канифоли); водные растворы таких солей обладают поверхностно-активными и моющими свойствами. Соли щёлочноземельных и тяжёлых металлов условно называют металлическими мылами; большинство из них не растворимо в воде.
В безводном состоянии натриевые и калиевые соли жирных кислот представляют собой твёрдые кристаллические вещества с toпл. 220о-270о. Безводные мыла, особенно калиевые, гигроскопичны; причём соли жирных непредельных кислот в большей степени гигроскопичны, чем соли предельных.
В горячей воде при температуре, близкой к точке кипения, мыларастворяются во всех отношениях; при средних комнатных температурах растворимость их ограничена и зависит от природы и состава кислот и щелочей.
Мыла, в состав которых входят в большом количестве соли высокомолекулярных твёрдых жирных кислот, в холодной воде плохо пенятся и обладают низкой моющей способностью, тогда как мыла из жидких масел, а также из твёрдых низкомолекулярных жирных кислот, например кокосового масла, хорошо моют при комнатной температуре. Мыла, являясь солями щелочных металлов и слабых органических кислот, при растворении в воде подвергаются гидролизу с образованием свободной щёлочи и кислот, а также кислых солей, которые для большинства жирных кислот представляют труднорастворимые осадки, сообщающие растворам мутность. Для солей различных жирных кислот гидролиз увеличивается с повышением их молекулярного веса, с уменьшением концентрации мыла и с увеличением температуры раствора. Вследствие гидролиза водные растворы даже нейтральных мыл имеют щелочную реакцию. Спирт подавляет гидролиз мыл.
Мыла в водных растворах находятся частью в состоянии истинного раствора, частью же в коллоидном полидисперсном состоянии, образуя сложную систему, состоящую из молекул и мицелл нейтрального мыла, его ионов и других продуктов гидролиза.
С уменьшением полярности растворителя, т.е. с переходом от воды к органическим жидкостям, например к спирту, коллоидные свойства растворов мыл уменьшаются. Растворимость мыл в метиловом и этиловом спирте значительно выше, чем в воде, причём в безводных спиртахмыло находится в состоянии истинного раствора. Концентрированные растворы мыл твёрдых жирных кислот в этиловом спирте, приготовленные при нагревании, дают при охлаждении твёрдые гели, чем пользуются в технике для приготовления так называемого твёрдого спирта.
В безводном эфире и бензине мыла почти нерастворимы. Растворимость кислых мыл в бензине и других углеводородных жидкостях значительно выше, чем нейтральных. Соли щелочноземельных металлов высших жирных кислот, а также соли тяжёлых металлов в воде нерастворимы. Металлические мыла растворяются в жирах, чем пользуются в производстве олиф, где эти мыла как катализаторы ускоряют процесс высыхания жирных масел. Растворимость мыл в минеральных маслах используется в технике при производстве консистентных смазок (солидолов).
Широкое применение мыл как моющих средств, смачивателей, эмульгаторов, пептизаторов, смазочных средств и активных понизителей твёрдости тел, например, при резании металлов, объясняется специфичным строением их молекул. Мыла являются типичными поверхностно-активными веществами.