Мыло
Мы́ло — моющее средство, представляет собой продукт гигиенической косметики (туалетное) или бытовой химии (хозяйственное). Ключевым компонентом данного вещества выступают соли жирных кислот, растворимые в воде, — результат химического взаимодействия щёлочи с жирными кислотами природного или искусственного происхождения[1].
Принцип действия мыла базируется на способности его водных растворов образовывать пену и проникать в мельчайшие отверстия различных материалов. При контакте с жировыми загрязнениями мыло формирует эмульсии, обволакивая частицы жира и способствуя их отделению от поверхности, удерживая их во взвешенном состоянии.
К категории мыл также причисляют щелочные соли, полученные из смоляных (канифольных) и нафтеновых кислот[2]. Молекулы мыла обладают свойством олеофильности по отношению к жирам и воде. Водорастворимые мыла классифицируются как анионные поверхностно-активные вещества.
Процесс мытья рук с использованием небольшого количества воды приводит к уничтожению микроорганизмов вследствие разрушения их фосфолипидной мембраны и денатурации белковых структур.
Необходимо разграничивать мыло и синтетические моющие средства. Последние изготавливаются на основе искусственных поверхностно-активных веществ, таких как лаурилсульфат натрия. Производство этих веществ может осуществляться из растительных жиров или продуктов химической переработки нефти, включая алкилбензолсульфонаты.
Продукция, реализуемая под наименованием «жидкое мыло», зачастую представляет собой синтетическое моющее средство для очищения рук. С точки зрения химического состава данное вещество ближе к шампуням, гелям для душа и средствам для мытья посуды, нежели к классическому мылу.
Помимо бытового применения, мыла находят использование в качестве эмульгаторов, смачивателей, загустителей определённых смазочных материалов (солидол, литол, консталин), а также как предшественники катализаторов[3].
История
История мыловарения уходит корнями в глубокую древность. Археологические находки свидетельствуют о том, что шумеры использовали мыльный раствор ещё около 2500 года до н. э. Их метод включал кипячение смеси древесной золы и козьего жира с водой[4].
В Древнем Египте применялась сода для гигиенических целей. Папирус Эберса (1550 г. до н. э.) упоминает вещество, напоминающее мыло, состоящее из животных и растительных жиров с добавлением свинца или карбоната натрия.
Древний Рим также широко использовал моющие средства. Плиний Старший в «Естественной истории» (77 г. н. э.) впервые упоминает термин «sapo» (мыло). В древнерусской литературе мыло фигурирует в Домострое (XVI век).
Китайская традиция мыловарения отличалась использованием растительных растворов. Смесь пепла растений и измельчённых морских ракушек создавала щелочное соединение для удаления загрязнений.
Европейское мыловарение развивалось постепенно. В VII веке в Неаполе появилась гильдия мыловаров. К XIV столетию мыло распространилось по всей Европе. Различались сорта мыла: кастильское считалось лучшим, а в Англии производили более дешёвые белые, серые и чёрные хозяйственные мыла.
На Русь мыло пришло из Византии вместе с принятием христианства. Первые упоминания о мыле на Руси обнаружены в новгородских берестяных грамотах. Пётр I способствовал развитию мыловарения, преимущественно для нужд военно-промышленного комплекса.
Научное понимание состава мыла сформировалось в XIX веке. В 1808 году французский химик Мишель Эжен Шеврёль установил, что мыло представляет собой смесь натриевых солей высших жирных кислот.
Промышленное производство мыла в России началось с открытия фабрики Генриха Брокара в Москве в 1864 году. Его «народное мыло» сделало этот продукт доступным для широких слоёв населения.
Технология непрерывного процесса мыловарения была разработана в Европе и США в конце 1930-х годов, что включало непрерывный гидролиз жиров водой и паром высокого давления в специальных башнях.
Классификация мыла
Мыло подразделяется на несколько основных видов в зависимости от назначения и состава[1]:
- Хозяйственное — предназначено для стирки тканей из хлопка и льна, а также для иных специфических целей. Выпускается в твёрдой, жидкой или порошкообразной форме.
- Туалетное — применяется для гигиены тела, волос и в процессе бритья. Включает в себя: бритвенное мыло (в форме палочек, порошка или крема), шампуневое мыло (жидкое или порошковое).
- Медицинское — содержит дезинфицирующие компоненты. Примеры: дегтярное, борное, карболовое мыло.
- Экологическое — используется как средство защиты растений от болезней и вредителей.
Механизм действия
Моющий эффект мыла обусловлен формированием мицелл — сферических структур из молекул мыла. Внешняя поверхность мицелл гидрофильна, а внутренняя — липофильна. Катионы натрия или калия располагаются на поверхности мицелл, в то время как длинные «хвосты» из остатков органических кислот образуют внутреннюю среду, способную растворять жировые загрязнения[4].
Химический состав
Основным компонентом твёрдого мыла являются растворимые соли высших жирных кислот. Преимущественно это натриевые, реже — калиевые и аммониевые соли стеариновой, пальмитиновой, миристиновой, лауриновой и олеиновой кислот[3].
Типичная химическая формула твёрдого мыла — C17H35COONa, жидкого — C17H33COOK.
В состав мыла могут входить дополнительные компоненты:
- вещества с моющим эффектом;
- ароматизаторы (отдушки, эфирные масла);
- красители;
- скрабирующие добавки (измельчённые семена, зёрна, сушёные ягоды и травы).
Технология производства мыла
Сырьевая база для основного компонента мыла включает животные и растительные жиры, а также жирозаменители (синтетические жирные кислоты, канифоль, нафтеновые кислоты, талловое масло).
Мыловарение основано на реакции омыления жиров — гидролизе сложных эфиров жирных кислот (преимущественно жиров) щелочами. В ходе этого процесса формируются соли щелочных металлов и спирты.
Содержание жирных кислот в различных жирах, используемых в производстве мыла[5].
| Лауриновая кислота | Миристиновая кислота | Пальмитиновая кислота | Стеариновая кислота | Олеиновая кислота | Линолевая кислота | Альфа-линоленовая кислота | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Жирные кислоты | C12 насыщенная | C14 насыщенная | C16насыщенная | C18 насыщенная | C18 мононенасыщенная | C18 полиненасыщенная | C18 полиненасыщенная |
| Животный жир | 0 | 4 | 28 | 23 | 35 | 2 | 1 |
| Кокосовое масло | 48 | 18 | 9 | 3 | 7 | 2 | 0 |
| Пальмоядровое масло | 46 | 16 | 8 | 3 | 12 | 2 | 0 |
| пальмовое масло | 0 | 1 | 44 | 4 | 37 | 9 | 0 |
| Лавровое масло | 54 | 0 | 0 | 0 | 15 | 17 | 0 |
| Оливковое масло | 0 | 0 | 11 | 2 | 78 | 10 | 0 |
| Рапсовое масло | 0 | 1 | 3 | 2 | 58 | 9 | 23 |
Процесс изготовления мыла осуществляется в специализированных аппаратах — варочных котлах. Нагретые жировые компоненты подвергаются омылению посредством едкого щелочного раствора, преимущественно гидроксида натрия. Результатом химической реакции становится образование гомогенной вязкой субстанции, именуемой «мыльным клеем», состоящей из мыла и глицерина. Данная масса обладает свойством загустевания при понижении температуры. Мыло, полученное непосредственно из мыльного клея, характеризуется содержанием жирных кислот в диапазоне 40-60 %. Такой продукт классифицируется как «клеевое мыло». Технология его производства именуется «прямым методом».
«Косвенный метод» мыловарения предполагает дополнительную обработку мыльного клея. Процедура, называемая «отсолкой», заключается в воздействии на клей электролитами — растворами едкого натра или хлорида натрия. В результате происходит сепарация жидкости на два слоя: верхний — «мыльное ядро», содержащий не менее 60 % жирных кислот, и нижний — «подмыльный щёлок», представляющий собой раствор электролита с высокой концентрацией глицерина и примесями из исходного сырья. Мыло, полученное косвенным методом, именуется «ядровым».
Наивысшее качество мыла достигается путём пилирования — измельчения высушенного ядрового мыла на специальных валиках. В результате этого процесса концентрация жирных кислот в конечном продукте возрастает до 72-74 %, улучшаются структурные характеристики, повышается устойчивость к усыханию, прогорканию и термическому воздействию при хранении[7].
Применение каустической или кальцинированной соды в качестве щелочного компонента приводит к образованию твёрдого натриевого мыла. Использование гидроксида калия способствует формированию мягкого или жидкого калиевого мыла.
Мыло ручной работы
Изготовление мыла в домашних условиях осуществляется различными методами. В процессе производства допускается внесение дополнительных компонентов: эфирных масел, измельченных орехов, кофейного порошка, кокосового масла, ароматических добавок.
Один из распространённых способов — повторная переработка готового мыла, например, детского. Мыльную массу измельчают, смешивают с жидкостью (вода или травяной отвар) и плавят на водяной бане. После достижения однородной консистенции в состав вводят эфирные масла и прочие желаемые ингредиенты. Данный метод отличается длительностью процесса из-за тугоплавкости исходного сырья, но экономически доступен для начинающих мыловаров.
Альтернативный вариант предполагает использование специализированной мыльной основы, реализуемой в профильных торговых точках. Её расплавление производится на водяной бане или в микроволновой печи. Мыло, изготовленное подобным образом, характеризуется пониженной способностью к пенообразованию и ускоренным расходованием по сравнению с промышленными аналогами вследствие применения более мягких компонентов.
Производство мыла непосредственно из щёлочи и жиров требует соблюдения мер предосторожности при работе с едкими веществами. Однако этот метод обеспечивает полный контроль над процессом и позволяет создать продукт с заданными свойствами. Для получения твёрдого мыла используют NaOH (гидроксид натрия), жирные масла и воду. Оптимальное соотношение компонентов рассчитывается с помощью специального калькулятора[8]. Рецептура мыла включает:
- До 65 % масел, обеспечивающих твёрдость (пальмовое, какао, кокосовое, оливковое, ши, купуасу, мурумуру и др.).
- До 35 % пенообразующих и пеностабилизирующих масел (кокосовое, бабассу, пальмоядровое, касторовое — последнее выполняет только стабилизирующую функцию).
- До 25 % масел, улучшающих воздействие на кожу (авокадо, миндальное, манго, макадамии, виноградной косточки и др.).
Мыло, изготовленное на 90-100 % из кокосового масла при полном омылении, демонстрирует высокие моющие свойства и эффективность в солёной воде.
Древнейший метод мыловарения базируется на использовании подручных материалов — древесной золы несмолистых пород и животного жира, которые проваривают на открытом огне.
Переработка мыльных остатков
В Камбодже практикуется вторичное использование мыльных отходов. Инициатива американского студента Самира Лакхани привела к созданию предприятия «Eco-Soap Bank», которое к 2016 году наладило сбор мыльных остатков в 170 гостиницах. Переработанная продукция обеспечивает доступным мылом свыше 600 тысяч жителей сельской местности, ранее лишённых возможности его приобретения[9].
Промышленное применение
Кальциевые и литиевые мыла широко используются в промышленности как загустители смазочных материалов. Солидол — это нефтяное масло, загущённое кальциевым мылом[10], а литол представляет собой аналогичную основу с добавлением литиевого мыла — соли стеариновой кислоты и лития.
Агротехническое использование
Зелёное (калийное) мыло признано экологически безопасным средством защиты растений согласно Постановлению ЕЭС 2092/91 «Об экологическом земледелии и соответствующей маркировке сельскохозяйственной продукции и продуктов питания». Однако существуют и негативные оценки влияния мыла на корневую систему культурных растений[11].
Характеристики применения мыльных растворов в агротехнике:
- Высокий уровень pH способствует временной нейтрализации кислотности почвы.
- Усиливает смачиваемость поверхностей при сочетании с агрохимикатами, повышая их действенность.
- В комбинации с табачной пылью предположительно активизирует экстракцию никотина в инсектицидных составах[12].
- Оказывает воздействие на органы дыхания сосущих насекомых и размягчает их хитиновый покров.
- Растения с мягкой листвой хорошо переносят обработку мыльными растворами
- Обладает относительной безопасностью для полезных насекомых — пчёл, златоглазок, божьих коровок.
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 Мыло (стб. 989—1000). Мыло для бритья (стб. 1000—1001). Мыло для мытья головы (стб. 1001—1002). Мыло медицинское (стб. 1002). Мыло туалетное твёрдое (стб. 1003—1007). Мыло хозяйственное (стб. 1007—1009) // Товарный словарь. Том 5 / Гл. ред. И.А. Пугачёв. — М. : Госторгиздат, 1958..
- ↑ Политехнический словарь / гл. ред. акад. И. И. Артоболевский. — М.: Советская энциклопедия, 1976. — С. 303. — 608 с. — 105 000 экз..
- ↑ 3,0 3,1 Мыла // Большая российская энциклопедия. Том 21. — М., 2012. — С. 547—549..
- ↑ 4,0 4,1 Образцов П.А. Мыльная опера // Наука и жизнь. — 2012. — № 2. — С. 90—92..
- ↑ David J. Anneken, Sabine Both, Ralf Christoph, Georg Fieg, Udo Steinberner, Alfred Westfechtel «Fatty Acids» in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2006, Wiley-VCH, Weinheim..
- ↑ David J. Anneken, Sabine Both, Ralf Christoph, Georg Fieg, Udo Steinberner, Alfred Westfechtel "Fatty Acids" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2006, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a10_245.pub2
- ↑ Мыла // Химическая энциклопедия. В 5 т. Том 3 / Гл. ред. И.Л. Кнунянц. — М. : Советская энциклопедия, 1992. — С. 155—156..
- ↑ «Мыльный калькулятор для приготовления мыла с нуля»..
- ↑ Американский студент Самир Лакхани спасает жизни детей в Камбодже, перерабатывая остатки мыла.
- ↑ Синицын В. В. Пластичные смазки в СССР. Справочник. М., «Химия», 1984..
- ↑ Траннуа Павел Франкович. Самая полезная настольная книга садоводаи огородника. — Litres, 2021. — 318 с..
- ↑ Плотникова Татьяна Викторовна. СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ИНСЕКТИЦИДНОГО ВОДНОГО ЭКСТРАКТА ИЗ ТАБАЧНОЙ ПЫЛИ // Федеральный институт промышленной собственности. — Краснодар, 2014. — 10 декабря..
