Ефект на електролитите върху сапунено лепило

Въвеждането на електролити в сапуненото лепило потиска дисоциацията на сапуна, насърчава унищожаването на асоциираните сапунени води и в същото време провокира растежа на ламеларните мицели. Разтворимостта на сапуна намалява и при достатъчна концентрация на електролита се наблюдава разделянето на предварително хомогенната сапунена маса на две фази: сърцевина и сапунена луга (фиг. 11).

Фигура: 11. Състоянието на сапунено лепило в зависимост от концентрацията на електролити: M.K. - еднофазно сапунено лепило; Аз съм звуковата фаза (звуков сапун); К - фаза лепило (сапунено лепило); Щ - електролитен разтвор (сапунена луга)

Освен това всички тези процеси протичат последователно, но външно се проявяват по някакъв особен начин:

- когато концентрацията на електролити в сапунено лепило е до 1% тегл. настъпват само промени в неговия вискозитет, температура на втвърдяване, твърдост на готовия сапун и други свойства, като същевременно се запазва неговата еднородност (фиг. 11, а);

- при добавяне към горещо сапунено лепило електролити в количество над 1% тегл. започват да настъпват по-дълбоки промени: хомогенността на сапунното лепило се нарушава (появява се многофазна) сапунът се осолява (коагулира) с образуването на две (фиг. 11, б) или три (фиг. 11, в) фази.

Въвеждането на първите големи порции електролит в сапуненото лепило го разрежда; втечняване на сапунено лепило е свързано с частичното разрушаване на черупката от асоциативните слоеве вода около групата от електролита: –СООNa, отделянето на някои от водните молекули, което допринася за втечняване на сапуненото лепило. Освен това самият електролит, разтваряйки се във вода, увеличава плътността на водната фаза, което допринася за агрегирането на молекули сапун, частично свързани с водата в молекулни мицели и увеличаване на техния брой и размер. По време на тези процеси, с по-нататъшното добавяне на следващата порция електролит, се наблюдава постепенно увеличаване на вискозитета на сапунената маса и постепенното й преминаване в дебело сиропирано състояние; сапунената маса придобива способността да се разтяга на конци.

По-нататъшното въвеждане на нови порции електролит в сапунената маса стимулира едновременно три процеса:

- продължава по-нататъшното унищожаване на асоциираните молекули на сапуна и водата, поради което водната обвивка около молекулите на сапуна става все по-тънка и по-тънка. Освободената вода спомага за намаляване на вискозитета на масата;

- едновременно с горното се наблюдава увеличаване на размера и броя на молекулярните мицели на сапуна, което увеличава вискозитета на сместа;

- Едновременно с въвеждането на все повече и повече порции електролит, с увеличаване на концентрацията му във воден разтвор, разтворимостта, особено на нарастващите надмолекулни образувания - сапунени мицели, намалява; започва да ги освобождава под формата на люспи сапунено лепило и коагулация в по-големи частици. С увеличаване на концентрацията на електролитния разтвор се увеличава неговата плътност, увеличава се разликата в плътността на мицеларните образувания и електролитния разтвор. Това е движещата сила зад отделянето на сапуненото лепило в сърцевината и лугата. Когато се достигне критичната концентрация на електролит, масата става подвижна, гранулирана с ивици електролитен разтвор. Почти всички молекули сапун се агрегират и плуват в изправено положение.

Това е ясно забележимо след спиране на разбъркването и последващо утаяване: сапунното лепило е ясно разделено на сърцевина и сапунена луга (фиг. 11, г). Въпреки това, в нововъзникващото ядро ​​сапунът е смес от сапун, асоцииран с водни молекули и надмолекулни образувания на сапунени мицели. Количеството вода варира в рамките на 60–30 тегл.%, В зависимост от вида на сапуна. В сърцевината плаващият сапун съдържа вода в свързано състояние, все още в достатъчно количество, поради силите на физическо взаимодействие (водород, дипол и др.), Които могат лесно да бъдат изчислени.

Пример за изчисляване на броя на водните молекули, свързани с молекулите на сапуна в сърцевината. Да кажем, че сме изолирали 60% от мастните киселини в сърцевината на натриевия сапун на основата на олеинова киселина (молекулно тегло 282,3). Тогава молекулното тегло на натриевия сапун въз основа на него ще бъде равно на

където: 23 е атомната маса на Na, тогава 100 g от изолираното ядро ​​съдържа 60 g сапун и 20 g вода (молекулното му тегло е 18).

Нека изчислим броя на грамовете. молове сапун и вода, съдържащи се в 100 g изолирано ядро:

- сапуни:

- вода:

Нека изчислим средната стойност на съотношението между тях, а именно колко молекули вода са свързани с една молекула сапун:

Тези. в разпределеното ядро ​​60% от мастните киселини в сапуна, средно всяка молекула сапун е свързана с 11.3 молекули вода, които образуват многослойна салватска обвивка.

Ако изчислението се извършва за истинска рецепта за сапун, състояща се от смес от мастни киселини с различно молекулно тегло, първо се изчислява средното молекулно тегло на използваната смес от мастни киселини и след това изчислението е подобно.

Когато неутралните мазнини се осапунят, освободеният глицерин също преминава в сапунената луга.

Нарича се самият процес на обработка на сапунено лепило с електролити осоляване. Извиква се концентрацията на електролит, при която има пълно осоляване (коагулация) на сапуна ограничаване на концентрацията на електролит. Стойността му се влияе от редица фактори, включително: съставът на мастните киселини на сапуна (колкото по-ниско е молекулното тегло на киселината, толкова по-голям е нейният дял в състава на мазнините и повече ненаситени връзки в нейната структура или в наличие на хидроксилни групи в структурата) и температурата на адхезивната маса (отколкото е по-висока), толкова по-голяма е стойността на пределната концентрация на електролита).

Според способността за осоляване, най-широко използваните електролити могат да бъдат подредени в следната последователност, намалявайки силата на действие:

- разяждащи основи, хлориди, карбонати, сулфати, силикати: обикновено натриевите съединения са по-силни от подобни калиеви по отношение на способността им да се осоляват. Например, за осоляване на сапун на основата на животинска мазнина, максималната концентрация на електролит, в зависимост от неговото естество, е:

За сапуни с кокосово масло, съответно:

Използването на електролити от различно естество за тази цел е неефективно. Обикновено стойността на пределната концентрация на електролита, с повишаване на температурата на сапуненото лепило, се увеличава и, обратно, намалява с намаляване. Наличието на глицерин в сапунено лепило (по време на осапуняване на неутрални мазнини) също допринася за увеличаване на стойността на граничната концентрация на електролита.

Свойствата на сапунените разтвори по отношение на електролитите се вземат предвид при направата на сапуни за употреба в определени региони. Например: за региони, използващи вода с повишена твърдост (Донбас), делът на мастните киселини с по-малка дължина на алифатната верига на мастен радикал (например кокосово масло) се увеличава във формулировката.

При извършване на операцията по осоляване се различават две степени:

а) завършен, когато електролитите се въвеждат в сапуненото лепило в количество, което осигурява максимална концентрация и сапунено лепило, като същевременно се разделят ясно на два слоя (две фази): сърцевина и сапунена луга (фиг. 11, г);

б) частично осоляване, когато електролитите се въвеждат в сапуненото лепило в количество, по-малко от пределната концентрация; в този случай са възможни два вида отделяне на сапунено лепило:

- на две фази (сърцевина и сапунено лепило), съдържащи електролит и сапун (при смилане на сапун Фиг. 11., б);

- в три фази (три слоя): сърцевина, сапунено лепило и луга (фиг. 11, в).

На фиг. 12 показва диаграма на процеса на отстраняване на сапуненото лепило в зависимост от концентрацията на електролит в сапунената маса. С концентрация на електролит до 1% тегл. системата остава хомогенна, еднофазна, сапунното лепило не се разделя на фази (ляво плътно засенчена зона (MK)). С увеличаване на концентрацията на електролит над 1% тегл. в сапуненото лепило започва разрушаването на водните солвационни черупки около полярната част на молекулата на сапуна, асоциирането на молекулите на сапуна в мицели и растежа на последната в комбинация с асоциирания сапун с вода. В системата се появяват разделяния на фази - сърцевина и лепило, първо в следи от количества. С по-нататъшно увеличаване на добавения електролит, процесите на разделяне се увеличават. Растящите мицели на сапунени молекули (с различен състав) започват да губят своята разтворимост в плътен физиологичен разтвор и да коагулират, отделяйки под формата на люспи, които, по-нататъшно сливане, растат и се превръщат в сапунени частици (сърцевина), които (при даден ограничаваща концентрацията на електролит) не е в състояние да премине отново в адхезивно състояние. Еднофазната система напълно премина към двуфазна.

Фигура: 12. Схема на осоляване от сапунено лепило. Обозначенията са същите като на фиг. единадесет.

Например при 2% електролит системата се състои от 60% лепило и 40% тегл. от звуковите фази; с 2,5% електролит, сърцевинната фаза вече достига 60% тегл., адхезивната фаза - 40% тегл. В точката на инфлексия "B" на кривата "AB" започва коагулация на супрамолекулни мицеларни образувания, когато в системата се появяват едновременно три фази (сърцевина, лепило и електролитен разтвор). В точка "В" процесът на пълно отстраняване на сапуна завършва и системата се променя от трифазна на двуфазна. В същото време адхезивната фаза напълно изчезва от системата.

Всяка отделна мастна киселина има своя максимална концентрация на електролит. Освен това, когато се използват електролити от различно естество, стойността на пределната концентрация ще бъде различна.

Тъй като при готвене на сапун се използва смес от мастни киселини от различно естество, ограничителната концентрация на електролит за отстраняване на сапун на базата на такъв набор от мастни (или мастни киселини) може да бъде изчислена по формулата:

където: Ke е граничната концентрация на електролит от определено естество за желаната смес от мастни киселини, тегловни%; е. - количеството стеаринова киселина в сместа от мастни киселини,% тегл.; io.k. - количеството олеинова киселина в сместа от мастни киселини,% тегл. i.d. до. - количеството палмитинова киселина в сместа от мастни киселини,% тегл .; Kst., Ko.k., Kp.k. и т.н. - пределната концентрация на електролита (от използваното естество), подходяща за отделните стеаринова, палметикова и други мастни киселини от използвания набор от мазнини.

Пример. Определете граничната концентрация на NaOH електролит за осапунване на сапун, състоящ се от 50% тегл. стеаринова киселина, 10% тегл. палметинова и 40% тегл. олеинова киселина.

Тогава концентрацията на електролит (NaOH) за осоляване на сапун въз основа на горната смес от мастни киселини ще бъде:

Ефектът на осоляване на електролитите зависи от тяхното естество и за по-често използваните е даден по-долу: