Краткая история возникновения и развития мыловарения

Еще в древние времена, в качестве моющего средства, использовали смесь топленного животного жира с древесной золой. Поскольку такая смесь содержала в некотором количестве остатки неомыленного жира, то эффективность её моющего действия не была столь качественной и оставляла желать лучшего.

Намного позже, в XV–XVII веках люди, научились добавлять к золе известь, после чего происходило преобразование имеющегося в золе углекислого калия в едкое кали. В свою очередь, образование в такой смеси едкого кали способствовало более полному омылению в обычных условиях жира и, как следствие, повышению эффективности и качества мытья. Именно к этому периоду относится начало промышленного производства мыла.

В XVIII–XIX веках, выполненные научные исследования по установлению химического состава жиров, послужили одновременно мощнейшим толчком, стимулировавшим разработку промышленных методов получения едкого кали и углекислой соды, как основы сырьевой базы мыловаренного производства.

В дальнейшем, особенно в XX веке, изыскание ученых в области моющих уже были направлены на расширение сырьевой базы для мыловарения, на высвобождение из сырьевой базы мыловарения природных жиров пищевого назначения и замену их на синтетические продукты.

К успехам химии данного периода следует отнести разработку методов получения синтетических жирных кислот путём окисления парафинистых углеводородов нефти, нефтепереработки и газоконденсатного сырья.

Во второй половине XX века, из продуктов нефтепереработки были синтезированы новые, более эффективные сульфосодержащие и вовсе не содержащие анионов и катионов поверхностно-активные вещества (ПАВ), на базе которых сегодня, практически во всех промышленно развитых странах, действуют мощные производства синтетических стиральных порошков и моющих средств. Развитие этих двух направлений продолжается и в настоящее время.

Еще во времена СССР, была разработана программа и построена целая индустрия предприятий по производству, синтетических жирозаменителей, в том числе, и предприятий по гидрогенизации жиров, по добыче живицы хвойных пород деревьев и переработке её в канифоль, по химическому синтезу жирных кислот из нефтяного сырья.

Реализация такой программы позволила существенно снизить потребность мыловарения в пищевом жировом сырье, обеспечить выпуск широкого ассортимента различных по виду, эффективности и назначению моющих средств, что оказалось особенно актуальным для текстильной отрасли промышленности, в связи с более масштабным переходом её на искусственные и синтетические ткани, стирка которых жировым мылом зачастую была не только малоэффективна, но и нежелательна.

Одновременно совершенствовалось оборудование для мыловарения в направлении снижения выброса загрязнений, сокращения времени полного технологического цикла производства, перехода на непрерывные автоматизированные процессы, снижения энергоёмкости производства и требуемых площадей.

Эти вопросы не потеряли актуальности в настоящее время.

1.2. Химические реакции при образовании мыл

Образование мыл происходит в процессе протеканий следующих химических реакций:

а) при использовании, в качестве жирового сырья нейтрального жира и едких щелочей:

где: R – в данной и последующих реакциях углеводородный радикал жирной кислоты (с оптимальным содержанием атомов углерода в алифатической цепочке от 10 до 20).

б) при использовании в качестве жирового сырья жирных, смоляных и нафтеновых кислот и едких щелочей:

в) при нейтрализации жирных смоляных и нафтеновых кислот углекислой содой:

Такая реакция протекает в несколько этапов. Сначала при взаимодействии углекислого натрия с водой образуется:

И только после этого наблюдается реакция мылообразования:

Причем, при температурах до 60⁰С эта реакция приводит к одновременному образованию мыла и бикарбоната натрия по схеме:

Если реакцию осуществляют при температуре > 60⁰С, то образовавшийся бикарбонат натрия разлагается:

Образовавшаяся при этом молекула соды вновь включается в реакции образования мыла по вышеприведенным схемам.

Таким образом, при использовании кальцинированной соды, в процессе мылообразования, в реакциях участвует не углекислый натрий, а едкая щёлочь. Это же объясняет и сам процесс омыления содой нейтральных жиров.

Именно эта реакция представляет наибольший практический интерес, поскольку кальцинированная сода имеется в природных условиях, в виде мощнейших пластовых залежей, порой с толщиной пласта до 60–100 м (в частности в Украине, в районе г. Славянска Донецкой обл.) и её стоимость, на порядок ниже каустической щёлочи. Причем, последняя в природе в свободном состоянии не существует, а получают её при электролизе;

г) В процессе нейтрализации свободных жирных кислот, при недостатке щёлочи, за счет реализации водородных связей образуются ассоциаты, так называемые «кислые мыла», которые в воде плохо растворимы и практически не обладают моющим действием:

В этом случае, молекула мыла и жирной кислоты соединяются друг с другом за счет сил физического взаимодействия противоположно заряженными атомами двух различных молекул: жирной кислоты и мыла.

В общем виде, «кислое мыло» обозначают общей формулой:

д) Реакция омыления нейтральных жиров и нейтрализации образующихся при этом жирных кислот (или непосредственно жирных кислот как исходного сырья) едким кали (КОН) или углекислой калиевой солью-поташом (К₂СО₃) протекают по аналогичным схемам.

Оба вида реакций (омыления триглицеридов жирных кислот – жиров и нейтрализация жирных кислот) экзотермичны, т.е. протекают с выделением тепла и данный факт необходимо учитывать при осуществлении процесса мыловарения в условиях реального производства.