Toți fabricanții de săpun sunt familiarizați cu noțiunea de a reducere la leșie. Pentru a preveni posibilitatea excesului de leșie în săpunul finit, se folosește mai puțină leșie decât ar fi necesară pentru saponificarea completă. Aceasta este exprimată cel mai frecvent ca procent. Dacă, de exemplu, un amestec de uleiuri necesită 100 g de hidroxid de sodiu pentru saponificare completă, am putea alege să folosim în schimb 95 g (o reducere de 5%).

reducerea

Noțiunea de reducere implică știm cât de mult hidroxid de sodiu este necesar pentru a concura saponificarea. Folosim un calculator de leșie sau un tabel cu valori de saponificare pentru a determina această cantitate. În cele din urmă, aceste calcule se bazează pe valorile de saponificare măsurate de cineva, undeva, pe un anumit eșantion de ulei. Deoarece valorile saponificării variază de la un eșantion la altul, uleiul pe care îl utilizați ar putea fi ușor diferit de cel care a fost folosit pentru a face masa și, în mare parte din cauza acestei incertitudini, alegem să reducem leșia.

Noțiunea de reducere implică faptul că există o valoare normală, corectă sau standard care trebuie actualizată. Deși s-ar putea să nu știți valoarea exactă a saponificării unui anumit eșantion de ulei, are, de fapt, o valoare de saponificare care ar putea fi măsurată dacă ați alege acest lucru. Valorile saponificării există deoarece saponificarea este o reacție între un alcalin (de exemplu, hidroxid de sodiu) și un ulei:

Ulei + 3 NaOH = Glicerol + 3 Săpun

Fiecare moleculă de ulei necesită trei molecule de hidroxid de sodiu pentru saponificare completă. Orice lucru mai mic decât acesta are ca rezultat o saponificare incompletă, un preț pe care suntem dispuși să îl plătim pentru a evita posibilitatea unui exces de alcali în săpunul finit. Astfel, există o cantitate normală, corectă, standard de hidroxid de sodiu și are sens să vorbim despre o reducere din această cantitate. Nu același lucru se poate spune despre apă.

Apa nu apare în reacția de saponificare. Nu există o relație fixă ​​între numărul de molecule de apă necesare unei molecule de ulei. Apa este pur și simplu utilizată pentru a dizolva hidroxidul de sodiu, astfel încât să poată reacționa cu uleiul.

Atunci, de unde avem ideea că există o valoare normală, corectă sau standard pentru cantitatea de apă care trebuie utilizată într-o formulă de săpun?

Am analizat rețetele de săpun din patru cărți din colecția mea. Cea mai veche, Săpunul lui Ann Bramson: Making It, Enjoying It (ISBN 0-911104-57-7) poate fi considerat documentul fondator al mișcării artizanale a săpunului și a introdus nenumărați fabricanți de săpun în ambarcațiune. Publicat în 1972, îi lipsește orice discuție despre chimia saponificării, dar rețetele implică faptul că există cantități corecte atât de hidroxid de sodiu, cât și de apă. În timp ce o examinare a rețetelor arată că acestea au fost corect formulate în ceea ce privește hidroxidul de sodiu, cartea nu arată cum au fost determinate aceste cantități. Cantitatea de apă din rețete a dus la soluții de leșie care au variat între 25% - 27% hidroxid de sodiu, media fiind de 26%.

Susan Cavitch din 1997 The Soapmaker’s Companion (ISBN 0-88266-965-6) include o discuție extinsă despre chimie, inclusiv utilizarea valorilor de saponificare. Cavitch discută, de asemenea, cantitatea de apă care trebuie utilizată și înțelege că cantitatea poate fi variată, în funcție de circumstanțe precum temperatura de amestecare. Ea recomandă o valoare inițială de 30%. Cu toate acestea, în rețetele sale, ea tinde să fie oarecum mai mică, variind de la 26-29%, cu o concentrație medie de 27%. De fapt, 21 din cele 26 de rețete utilizează concentrații de leșie de exact 27%. Atât Bramson, cât și Cavitch adoptă concentrații de 26-27% și acesta poate fi motivul pentru care multe calculatoare de leșie folosesc 27% ca concentrație normală, corectă, de leșie standard.

Cărțile ulterioare au evoluat către o concentrație mai mare de leșie. Robert McDaniel’s 2000 Essentially Soap (ISBN 0-87341-832-8) folosește concentrații cuprinse între 33% și 38%, cu o medie de 34%.

Smart Soapmaking din 2007 de Anne Watson (ISBN 978-0-938497-42-4) folosește concentrații cuprinse între 30% și 37%, cu o medie de 33%. Watson discută pe scurt alegerea concentrației, susținând că saponificarea și întărirea sunt mai rapide atunci când se folosește mai puțină apă. Ea mai spune că este mai greu să dizolvați leșia la concentrații mai mari și că soluția poate degaja mai mulți vapori.

Prelucrarea experimentală a săpunului

M-am angajat să explorez efectul concentrației de leșie asupra procesului de saponificare. Am făcut o serie de săpunuri care au fost prelucrate în mod identic, cu excepția concentrației de leșie și apoi le-am măsurat greutatea, duritatea, alcalinitatea și conținutul de umiditate pe o perioadă de întărire de 8 săptămâni. Am făcut săpunuri cu un singur ulei din uleiuri de cocos, palmier și măsline. De asemenea, am făcut un săpun cu patru uleiuri dintr-un amestec de uleiuri de nucă de cocos, palmier, măsline și ricin.

Toate săpunurile au fost preparate folosind o soluție de hidroxid de sodiu 50%, cu apă suplimentară adăugată la unele săpunuri pentru a aduce concentrația de hidroxid de sodiu la 33,33% și 25%. În consecință, săpunurile acoperă o gamă de concentrații de leșie de la 50% (mai mare decât utilizează majoritatea fabricanților de săpun) la 25% (mai mică decât utilizează majoritatea fabricanților de săpun).

Toate săpunurile din acest studiu au fost preparate în mod identic, cu excepția concentrației de leșie. 50% leșie a fost preparată prin amestecarea unor greutăți egale de hidroxid de sodiu și apă distilată. Leșia a fost pregătită în prealabil și folosită la nevoie. Fiecare bară de săpun a fost preparată din 100 g ulei și o greutate standard de 50% leșie.

Pentru fiecare ulei sau amestec de ulei, au fost produse trei bare de săpun. Primul nu conținea apă suplimentară și astfel concentrația efectivă de leșie a fost de 50%. Am adăugat apă la a doua bară egală cu jumătate din greutatea leșiei, rezultând o concentrație efectivă de leșie de 33,33%. Am adăugat apă la a treia bară egală cu greutatea leșiei, rezultând o concentrație efectivă de leșie de 25%. Astfel, toate cele trei bare conțin exact aceeași proporție de hidroxid de sodiu față de ulei, dar variază în ceea ce privește conținutul de umiditate.

Compoziția fiecărei bare poate fi exprimată ca o formulă care oferă proporțiile relative de ulei, leșie și apă. Cele trei săpun cu ulei de cocos, de exemplu, aveau formule:

Cocos 1000 Lye348 (cu apă scăzută)
Cocos 1000 Lye348Aq174 (apă medie)
Cocos 1000 Lye348Aq348 (apă mare)

Pentru fiecare săpun, greutatea leșiei a fost de 0,348 ori greutatea uleiului. Prima dintre acestea a avut o concentrație efectivă de leșie de 50%, a doua 33,33%, iar a treia 25%. Aceste săpunuri vor fi descrise ca fiind cu apă scăzută, cu apă medie și, respectiv, cu apă ridicată.

Pentru fiecare bară de săpun, 100 g de ulei au fost cântărite într-o sticlă de polipropilenă de 500 ml. A fost urmată de apă, dacă era nevoie, și apoi de leșie. Capacul a fost înșurubat pe sticlă și a fost așezat pe un aparat de vopsit electric modificat, unde a fost agitat energic timp de 15 secunde. Sticla a fost apoi agitată ușor, pe măsură ce săpunul s-a îngroșat pentru o perioadă de 2 - 5 minute, în funcție de rata de îngroșare. Săpunul a fost turnat într-o matriță cu o singură bară de la Upland Soap Factory și introdus într-un cuptor pentru prăjire setat la 60 ± C (140 ± F) timp de patru ore. Acest timp și temperatură au fost stabiliți anterior ca fiind suficienți pentru saponificare completă.

A doua zi după amestecare, fiecare bară a fost îndepărtată din matriță și testată pentru concentrația de alcali, exprimată ca parte la mie (ppt) de NaOH. Acest lucru a fost determinat prin dizolvarea a 1-2 g de săpun în alcool etilic și titrarea cu o soluție standard de acid citric, folosind fenolftaleină ca indicator. Unele săpunuri s-au dovedit a nu fi alcaline și au fost titrate cu o soluție standard de KOH pentru a determina cantitatea de acid (probabil acid gras) prezent. Aceasta a fost exprimată ca o concentrație de alcali negativ, exprimată ca ppt NaOH pentru consistență cu celelalte măsurători alcaline. O concentrație alcalină mai mică de 1 ppt ar trebui considerată sigură pentru utilizare și majoritatea săpunurilor au avut în cele din urmă concentrații negative de alcali, ceea ce înseamnă că conțineau mai mulți acizi grași decât alcalii liberi. Pentru fiecare bară, concentrația de alcali din partea superioară și inferioară a barei a fost măsurată independent pentru a verifica posibila separare a săpunului.

Fiecare săpun a fost apoi cântărit aproximativ o dată pe săptămână pentru o perioadă de cel puțin 8 săptămâni. În plus, duritatea fiecărei bare a fost măsurată folosind un penetrometru de sol. Acest penetrometru are un picior cu arc cu un diametru de 0,25 inch. Piciorul penetrometrului este presat în săpun la o adâncime de 0,25 inch și duritatea poate fi apoi citită de pe o scală care înregistrează forța utilizată pentru a apăsa piciorul în săpun. Duritatea variază de la 0 la 4,5 kg/cm2. Pentru săpunurile mai dure, am conceput un picior de 0,125 inch care alunecă peste piciorul standard. Din măsurători pe numeroase săpunuri, am determinat un factor de scară de 2,9 pentru a converti măsurătorile de la piciorul mai mic la cel mai mare. Astfel am putut măsura duritatea săpunului de la 0-13 kg/cm2.

Săpunul s-a întărit pe un raft cromat și a pierdut în greutate pe măsură ce apa s-a evaporat. Din moment ce știam conținutul de umiditate inițial și greutatea apei pierdute în urma evaporării, a fost posibil să se calculeze conținutul de umiditate al fiecărei bare de la o săptămână la alta, fără a elimina probe suplimentare. La sfârșitul perioadei de întărire, concentrația de alcali a fost determinată în partea de sus și de jos a barei pentru comparație cu valorile inițiale. Testul final alcalin a marcat sfârșitul studiului pentru fiecare bară.

Săpun cu ulei de palmier

Uleiul de palmier a fost primul ulei pe care l-am investigat. Figura 1 prezintă datele pentru trei săpunuri de ulei de palmier, fiecare conținând o cantitate identică de hidroxid de sodiu, dar cantități diferite de apă. Săpunul A era săpunul cu apă scăzută, B săpunul cu apă medie și C săpunul cu apă mare.

Săpunul cu apă scăzută avea cea mai mică cantitate de umiditate, atât la începutul, cât și la sfârșitul perioadei de studiu de 60 de zile. Săpunul cu apă scăzută a avut o concentrație inițială de umiditate de 111 ppt. Săpunul cu apă medie s-a vindecat timp de 14 zile și săpunul cu apă mare timp de 31 de zile înainte de a ajunge la această concentrație. După cum se arată în primul grafic, totuși, umiditatea a scăzut constant în această perioadă și se pare că în cele din urmă toate cele trei săpunuri vor conține aceeași cantitate de umiditate. Dacă ar fi să prepari săpun cu apă medie mai degrabă decât săpun cu apă mare, ai economisi aproximativ 2 săptămâni de timp de vindecare. Dacă ar fi să prepari săpun cu apă scăzută, ai economisi încă 2 săptămâni.

Pe măsură ce concentrația de umiditate a scăzut, duritatea a crescut. Săpunul cu apă scăzută avea o duritate inițială de 4,5 și celelalte două săpunuri au durat 16 și, respectiv, 25 de zile pentru a atinge această duritate. În timp ce săpunul cu conținut scăzut de apă a fost inițial mult mai greu decât celelalte două, până la sfârșitul perioadei de studiu, decalajul s-a redus până la punctul în care toate cele trei săpunuri erau într-adevăr foarte dure. La fel ca în cazul umidității, s-ar părea că în cele din urmă vor avea aceeași duritate. Și se pare că folosind mai puțină apă se economisesc aproximativ 2 săptămâni de vindecare de la un săpun la altul.

Toate cele trei săpunuri erau alcaline când au fost scoase din matriță la o zi după amestecare. Partea inferioară a barei cu apă scăzută a fost cea mai alcalină, dar după 60 de zile toate cele trei bare au avut concentrații acceptabile de alcali în partea superioară și inferioară a fiecărei bare. De fapt, barele cu apă medie și înaltă au avut concentrații negative de alcali, ceea ce înseamnă că erau mai acide decât indicatorul fenolftaleinei. Bara de palmier cu apă scăzută a fost singura care a rămas alcalină după 60 de zile. Retrospectiv, s-ar putea să se fi folosit mai puțină leșie, dar chiar și pentru această bară concentrația totală de alcali a fost mai mică decât pragul recomandat (1 ppt) dat de multe cărți de săpun industrial.

În cazul uleiului de palmier, cantitatea de apă utilizată pentru fabricarea săpunului are cel mai mare impact asupra timpului necesar pentru întărire. Mai puțină apă la început se traduce printr-o bară mai dură care conține mai puțină umiditate. Se pare că nu există pericol în utilizarea mai puțină apă, deși poate că pentru acest ulei mai puțină apă se traduce printr-o bară puțin mai alcalină.

Săpun cu ulei de cocos

Multe dintre observațiile privind săpunul din ulei de palmier sunt transferate în uleiul de cocos (Figura 2). Săpunul cu apă scăzută era mai dur și conținea mai puțină umiditate și mai mult alcali decât celelalte două. Cu toate acestea, săpunurile din ulei de nucă de cocos au pierdut umezeala mai puțin rapid decât săpunurile din uleiul de palmier, chiar dacă au fost vindecate pe același raft în aproximativ aceeași perioadă de timp. Săpunurile cu apă medie și mare au rămas semnificativ mai moi decât săpunul cu apă scăzută, chiar și după 60 de zile. Au durat 25 și, respectiv, 46 de zile pentru ca săpunul cu apă medie și mare să atingă concentrația inițială de umiditate a săpunului cu apă scăzută. Au durat 19 și 52 de zile pentru ca aceștia să atingă duritatea inițială a săpunului cu apă scăzută. Economiile de timp care rezultă din utilizarea mai puțină apă sunt mai evidente pentru săpunurile din ulei de cocos decât pentru săpunurile din uleiul de palmier.

Toate săpunurile din ulei de nucă de cocos conțineau mai puțin de 1 ppt alcalin la 1 zi după amestecare. La sfârșitul perioadei de studiu, toate erau mai acide decât indicatorul de fenolftaleină și erau sigure de utilizat. Deoarece săpunurile din ulei de cocos durează mai mult timp pentru a pierde umezeala decât săpunurile din uleiul de palmier, beneficiile utilizării mai puține ape sunt mai pronunțate pentru aceste săpunuri.

Săpun cu ulei de măsline

Testele mele inițiale de săpunuri cu ulei de măsline au dat peste cap. În timp ce săpunul cu apă scăzută a atins urme în câteva minute, săpunurile cu apă medie și mare nu au reușit. În cele din urmă, m-am săturat să aștept și le-am prelucrat ca de obicei, dar aceste două săpunuri s-au separat în matriță și au fost evident nesatisfăcătoare. Un săpun calcaros, greu de leșiat, s-a așezat la baza fiecărei matrițe și uleiul nesaponificat s-a ridicat la vârf. În loc să renunț la aceste săpunuri, am decis să accelerez urmele adăugând câte 1 gram de ulei de cuișoare la fiecare săpun. Acest lucru a produs bare solide pentru toate cele trei niveluri de umiditate, dar a existat încă o separare evidentă a săpunului cu apă mare. Săpunul original, fără cuișoare, cu apă scăzută, este inclus în Figura 3 pentru comparație.

Săpunurile din ulei de măsline au urmat tendințele obișnuite în ceea ce privește duritatea și concentrația de umiditate. Au durat 19 și 32 de zile pentru ca săpunurile cu apă medie și mare să atingă nivelul inițial de umiditate cu apă scăzută. Au durat 12 și 19 zile pentru ca aceștia să prindă duritatea. Cele două săpunuri cu apă scăzută, cu și fără ulei de cuișoare, erau aproape identice ca umiditate și foarte aproape una de cealaltă ca duritate. Doar săpunul cu apă bogată a avut o concentrație de alcali inacceptabil de mare atunci când a fost scos din matriță, o consecință a separării sale parțiale. În momentul scrierii acestui articol, nu au trecut 60 de zile de când săpunurile de ulei de cuișoare au fost amestecate și astfel concentrațiile finale alcaline rămân de determinat.

Săpun cu patru uleiuri

Săpunurile cu un singur ulei ne pot oferi câteva informații despre rolul apei în saponificare și întărire, dar săpunul fabricat manual este, în general, fabricat dintr-un amestec de uleiuri. Pentru a finaliza studiul, am ales un amestec de uleiuri de măsline, palmier, nucă de cocos și ricin modelate după amestecul SoapQuick de la Mission Peak Soap. Amestecul meu conținea ulei de măsline în locul uleiului de canola cu conținut ridicat de oleic, iar pentru formulare pe scurt, l-am numit Delight. Delight constă din 39% ulei de măsline, 28% ulei de palmier, 28% ulei de cocos și 5% ulei de ricin.

Concentrația de umiditate a celor trei săpunuri Delight a urmat modelul obișnuit. În timp ce duritatea a crescut așa cum era de așteptat, săpunurile Delight au început și au rămas mai moi chiar decât săpunurile cu ulei de măsline. Acest lucru nu înseamnă că erau moi, doar mai moi și aveau o consistență tipică a ceea ce mă aștept de la săpunul fabricat manual. Au durat 36 și 57 de zile pentru ca săpunurile cu apă medie și mare să atingă nivelul inițial de umiditate cu apă scăzută. Au durat 12 și 36 de zile pentru ca aceștia să prindă duritatea. Ca și în cazul săpunurilor cu un singur ulei, se poate economisi timp la vindecarea acestui săpun folosind mai puțină apă la început.

În timp ce toate cele trei bare Delight erau solide, a existat o separare vizibilă a săpunului cu apă bogată. Suprafața acestui săpun era uleioasă și, după investigații suplimentare, acest ulei a fost identificat ca ulei de măsline, care se separase în matriță. Deși nu este atât de pronunțată ca în săpunul cu ulei de măsline pur, separarea este evidentă în concentrația inițială de alcali: acidă pe partea superioară uleioasă a barei și alcalină în partea inferioară a barei. Până la sfârșitul perioadei de studiu, toate cele trei săpunuri erau mai acide decât indicatorul fenolftaleinei, dar diferența de alcalinitate a rămas evidentă între vârful și partea inferioară a barei cu apă înaltă. Pentru acest amestec de ulei putem economisi timp la întărire folosind mai puțină apă. Utilizarea unei cantități prea mari de apă poate duce la separarea săpunului.

Concluzie

Când am început acest studiu, mă așteptam ca săpunurile cu conținut scăzut de apă să înceapă mai greu decât săpunurile cu apă înaltă, dar că acestea ar putea ajunge în cele din urmă la aceeași duritate. Această așteptare s-a născut în toate săpunurile studiate. M-am îngrijorat că, probabil, săpunurile cu apă scăzută ar putea să nu aibă suficientă apă pentru a se asigura că uleiul a fost complet saponificat. Această teamă nu s-a născut în practică; toate săpunurile aveau un conținut scăzut de alcali, majoritatea imediat după dezmoldare. Ceea ce nu m-am așteptat a fost că ar putea exista așa ceva ca „prea multă” apă. Când era prezent uleiul de măsline, acesta avea tendința de a se separa de săpunurile cu apă bogată, lăsând bara sub mai alcalină decât ar fi fost altfel. De asemenea, am constatat că saponificarea și vindecarea nu sunt sinonime și au loc pe scări de timp foarte diferite. Cea mai mare parte a saponificării a avut loc în primele 24 de ore pentru toate aceste săpunuri; majoritatea dintre ei continuau să piardă umezeala chiar și după 60 de zile.

Nu sunt pe punctul de a recomanda ca toate săpunurile să fie preparate cu soluții de hidroxid de sodiu 50%. Vă sugerez că puteți utiliza o astfel de concentrație, dacă doriți. Începând cu această soluție de leșie, puteți apoi să adăugați apă sau lapte suplimentar pentru a crește concentrația inițială de umiditate. O bară cu apă scăzută poate fi inițial mai dură decât o bară cu apă mare, ceea ce ar fi util în îndepărtarea săpunurilor din matrițele cavității. O formulă cu apă bogată ar fi mai potrivită pentru săpunul care trebuie tăiat în bare. Un săpun cu apă scăzută se urmărește, în general, mai repede și este mai rezistent la separare decât un săpun cu apă bogată. Dacă aveți o problemă cu urmărire lentă sau separare, reducerea cantității de apă vă poate rezolva problema. În niciunul dintre experimentele mele nu am constatat că săpunul cu apă scăzută era periculos. Cred că puteți experimenta în condiții de siguranță cu săpunuri cu apă scăzută până la și inclusiv concentrații de leșie de 50%. Ca de obicei, atunci când dezvoltați o formulă, începeți cu loturi relativ mici și măriți dimensiunea lotului pe măsură ce câștigați experiență cu noua formulă.

(Publicat inițial în Soap Guild Journal, iunie 2008.)

Mulțumiri

Aș dori să mulțumesc lui Mike Lawson și Columbus Foods pentru donația de uleiuri care au susținut această cercetare.

Despre Kevin Dunn

Kevin Dunn este profesor de chimie Elliott la Hampden-Sydney College și autor al cărții Caveman Chemistry. Deține o diplomă de licență la Universitatea din Chicago și un doctorat la Universitatea din Texas la Austin. Apare pe Mysteries of Magic de la The Learning Channel și este coautor al unei duzini de articole de revistă în chimie teoretică. În ultimii ani, el și studenții săi au explorat probleme chimice de interes pentru comunitatea de săpun artizanală. El prezintă în mod regulat rezultatele cercetărilor sale referitoare la săpun la Conferința anuală HSMG.