Una delle maggiori tendenze riguardanti la produzione di sapone è l’incremento dell’uso degli acidi grassi in sostituzione degli oli e grassi.
Anche se solo negli ultimi anni le industrie di sapone cominciano a consumare grosse quantità di questi acidi grassi, l’idea di fare saponi partendo dagli acidi grassi non è nuova. Nel 1825 è stato fatto un brevetto sulla separazione degli acidi grassi dove si raccomandava l’utilizzo degli acidi grassi solidi per la produzione di candele e quelli liquidi per la produzione di sapone. Per molti anni dopo l’uscita di detto brevetto, l’unico acido grasso usato nel sapone era l’acido oleico crudo il quale era il prodotto di scarto della produzione dell’acido stearico.
In seguito è stato sviluppato un processo per recuperare gli acidi grassi dall’acqua di lavaggio delle filande. Questo materiale veniva chiamato “fullers’ fat”.
Nel 1900 i processi Twichell, autoclave ed Enzyme splitting erano utilizzati e gli acidi grassi a disposizione erano relativamente abbondanti tanto da aumentare il loro uso nell’industria saponifera. Tuttavia, questi acidi grassi erano di bassa qualità; dopo lo sviluppo del processo “fat splitting” e i processi di distillazione si hanno degli acidi grassi di alta qualità che ora sono utilizzati nella produzione del sapone. Queste nuove tecniche per la produzione e la purificazione degli acidi grassi sono la ragione principale del loro utilizzo nell’industria dei saponi. Inoltre, anche la mancanza di materie prime durante la Seconda guerra mondiale e alcune restrizioni da parte del governo: il governo “proibiva” l’uso dei grassi e oli per la saponificazione se la glicerina non veniva recuperata. Poiché la glicerina non può essere recuperata dal sapone potassico questo poteva quindi essere prodotto solo se si utilizzavano gli acidi grassi. Quindi, l’inizio dell’uso degli acidi grassi è stato come materia prima sostitutiva ma molti saponifici trovarono notevoli vantaggi nell’utilizzo degli acidi grassi tanto che decisero di continuare ad utilizzarli anche quando gli oli erano di nuovo disponibili.
Vantaggi e svantaggi sull’utilizzo degli acidi grassi.
Alcuni dei vantaggi nell’usare gli acidi grassi per la produzione di sapone:
- La reazione tra acido grasso e alcale per formare sapone è una semplice reazione di neutralizzazione che avviene immediatamente a contatto con i reagent.
- La completa neutralizzazione viene raggiunta senza necessità di bollire a lungo o senza bisogno di un eccesso di alcale per completare la saponificazione, quindi si risparmia tempo ed energia.
- La mancanza di glicerina nei saponi fatti con acidi grassi rende non necessaria il risciacquo con brina per recuperare la glicerina come avviene nella saponificazione partendo dagli oli.
- Il contenuto alcalino nel prodotto finale prodotto partendo dagli acidi grassi può essere controllato per semplice titolazione del sapone e se il sapone necessita di correzioni si possono aggiungere piccole quantità di alcale o acido grasso.
- La rapida e completa reazione tra l’acido grasso e l’alcale per formare sapone permette l’uso di attrezzature più semplici rispetto a quelle che necessitano per la saponificazione degli oli.
- La preparazione del sapone dagli acidi grassi permette anche di avere maggiori variazioni nel contenuto di acqua nel sapone rispetto a sapone partendo dagli oli. Nella preparazione del sapone nel bollitore tradizionale il sapone finale pulito “neat soap” ottenuto dopo la decantazione e separazione dello strato “nigre”, ha un contenuto di acqua la quale deve essere mantenuta ad un certo valore se si vuole che i sali e l’eccesso di alcani vadano nello strato nigre. Il contenuto di acqua è circa il 30% nel sapone pulito (neat soap). Quando si effettua la neutralizzazione degli acidi grassi il valore % dell’acqua può essere più alto o più basso di questo valore e dipende dalla necessità di mantenere il sapone in uno stato fisico soddisfacente per l’uso.
- l’uso degli acidi grassi permette una produzione di saponi più uniforme e riproducibile.
- Un vantaggio economico poiché si può utilizzare il sodium carbonate per la produzione del sapone. Questo è possibile poiché gli acidi grassi reagiscono con un alcale leggermente debole mentre i trigliceridi hanno bisogno di una base forte per saponificare. Nel caso del sapone liquido, il carbonato di potassio è più costoso dell’idrossido di potassio e quindi non si usa.
- infine, il vantaggio più importante nell’usare gli acidi grassi è quello di poter avere una precisa selezione sia di acidi che di alcali per ottenere le proprietà desiderate. Gli acidi Laurico, Miristico, Palmitico, Stearico e Oleico sono i maggiori e più comuni costituenti dei grassi e oli utilizzati nella saponificazione. Essi vengono venduti con titolo di purezza del 90% o più alta. Poiché saponi di differenti acidi grassi hanno una differente solubilità, proprietà schiumogena e detergenza, è possibile miscelare gli acidi grassi per ottenere un prodotto con la migliore performance per un dato uso. Inoltre, anche l’alcale può cambiare in una maniera tale non possibile nella saponificazione degli oli e grassi. Si possono creare saponi di sodio, potassio e ammine senza la presenza di glicerina. Si possono usare anche miscele di alcali.
Quindi, gli acidi grassi non sono solo materiale sostitutivo degli oli e grassi per fare sapone ma sono necessari per produrre alcuni tipi di sapone che sarebbe impossibile realizzare se si utilizzassero gli oli come materiale di partenza.
Vediamo gli svantaggi nell’uso degli acidi grassi per la produzione di sapone:
- non si possono usare attrezzature e contenitori di acciaio al carbonio in quanto corrosivi mentre si può usare acciaio o alluminio.
- Gli acidi grassi sono più facilmente ossidabili degli oli quindi possono scurirsi all’aria o ad alte temperature.
- Gli acidi grassi possono avere un costo maggiore rispetto agli oli di partenza.
La scelta delle materie prime.
Come abbiamo menzionato prima, un vantaggio importante nell’usare gli acidi grassi è che si possono scegliere l’anione e il catione del sapone per dare le proprietà desiderate. Per scegliere le materie prime possono essere seguite le seguenti informazioni:
- I saponi sodici sono generalmente duri, possono facilmente essere salted out in una soluzione ed hanno una solubilità relativamente più bassa se paragonati con i saponi potassici.
- I saponi potassici sono generalmente più morbidi, non possono essere salted out e formano una schiuma leggermente migliore rispetto ai saponi sodici. Essi vengono impiegati come saponi liquidi e shampoo.
- I saponi con etanolamina hanno una migliore solubilità in olio e acqua rispetto a quelli sodici e potassici ma hanno un potere detergente più scarso. Sono delicati e hanno un pH intorno a 7.5 – 8 e vengono usati nelle creme da barba e nei cosmetici.
Le proprietà dei saponi varia tanto anche a seconda dell’acido grasso scelto. Generalmente gli acidi grassi usati nei saponifici hanno una catena da C12 a C18. Al di sotto di C12, la grande solubilità in acqua comporta una non efficiente attività interfacciale e al di sopra di C18 la solubilità è così bassa per un uso pratico.
La seguente tabella indica le relative solubilità dei vari saponi Sodici e Potassici
Dalla tabella si può vedere che all’aumentare del peso molecolare (aumento della lunghezza della catena) è necessario aumentare la temperatura per avere una buona solubilità. A basse temperature, la solubilità dei saponi potassici di oleico, laurico e miristico e i saponi sodici di oleico darebbero i migliori risultati. La schiuma, è stato visto, aumenta fino al C14 e dopo diminuisce all’aumentare del peso molecolare. Gli oleati tuttavia mostrano una schiumosità simile ai laurati e miristati. I palmitati e stearati danno una schiuma inferiore inizialmente ma mostrano una migliore stabilità della schiuma rispetto a quella data dai laurati e miristati e oleati. I C16 e C18, inclusi gli insaturi, danno una migliore detergenza rispetto agli acidi grassi a catene più corte.
Per gli shampoo gli acidi grassi di cocco che contiene soprattutto laurico e miristico, dà una rapida e abbondante schiuma. Per i saponi da toilette, il sapone sodico di una miscela di acidi grassi di cocco e sego dà una barra di sapone attrattiva e compatta. Questa combinazione contiene tutti e 5 gli acidi grassi discussi e dà una buona schiuma e una detergenza in un ampio range di temperatura. Gli acidi grassi C8 e C10 presenti in basse quantità nell’olio di cocco si pensa possano causare irritazione cutanea. Questi vengono spesso rimossi dagli acidi di cocco mediante distillazione frazionata prima di utilizzarli nel sapone da toiletta.
I saponi liquidi vengono realizzati utilizzando idrossido di potassio e vari oli vegetali ricchi in acido oleico e linoleico come ad esempio gli acidi grassi ricavati dai semi di cotone, soia, mais e arachidi i quali rendono i saponi altamente solubili e possono essere usati come soluzioni concentrate. Essendo il linoleico, a causa della sua alta insaturazione, talvolta instabile, un sapone liquido di alto grado contiene solo acido oleico come materiale usato.
Per il bucato vengono generalmente usati saponi potassici anche nel caso sia preferibile la solubilità a basse temperature. Gli acidi grassi scelti dipendono dalla temperatura dell’operazione in cui il sapone verrà usato. Per cotone e lino dove è possibile utilizzare alte temperature, gli acidi grassi del sego (stearico, palmitico e oleico) darà un sapone con buona solubilità e detergenza ad alta temperatura. Per seta, lana e sintetici dove si utilizzano basse temperature, l’olio rosso dà a basse temperature la solubilità e la detergenza voluta. Per operazioni a temperature intermedie viene utilizzato una miscela di sego e oli vegetali con un alto contenuto di acido oleico.
Per i saponi da barba e le creme di sapone si utilizzano i saponi di potassa dell’acido stearico per ottenere una buona solubilità con una schiuma stabile. Un po’ di olio di cocco viene anche usato per aiutare la formazione della schiuma.
Mentre alcuni dei saponi descritti possono essere fatti solo con gli acidi grassi, alcuni possono essere fatti sia utilizzando acidi grassi che oli. Tuttavia, utilizzando gli acidi grassi l’industria necessita di un minor quantitativo di materie prime per produrre una grande varietà di saponi con differenti proprietà.
Procedure per la produzione di sapone.
I processi per la produzione di sapone dagli acidi grassi variano dalla normale tecnica di ebollizione nel bollitore utilizzata con grassi e oli ai metodi più recenti riguardanti il processo continuo. Nella procedura di ebollizione l'attrezzatura e l'operazione è essenzialmente la stessa della saponificazione degli oli. Per i saponi sodici l'acido grasso è "ucciso" usando una lisciva contenente sale e alcali in eccesso e, poiché non è presente glicerina da rimuovere, il sapone può quindi essere preso direttamente attraverso i passaggi "semi-finish" e "finish". Una volta raggiunto lo stato di semilavorato, il sapone viene trattato allo stesso modo di una normale saponificazione con la separazione del sapone pulito dal nigre.
Durante la fase di neutralizzazione, inizialmente dovrebbe essere presente una liscivia bollente nel bollitore e l'acido grasso e la liscivia rimanente vengono quindi miscelati. La proposta di questo metodo di aggiunta è di evitare la formazione di grumi di sapone contenenti acido grasso non neutralizzato al centro poiché questi grumi sono molto difficili da eliminare una volta formati. Una soluzione di idrossido di sodio o una soluzione concentrata di carbonato di sodio può essere utilizzato in questo metodo, ma se si utilizza carbonato, la velocità di aggiunta dell’acido grasso durante la neutralizzazione deve essere regolato per evitare una ebollizione esagerata dovuta alla formazione di anidride carbonica. Una volta che la neutralizzazione con carbonato è completa, si deve cuocere per far allontanare tutta l’anidride carbonica.
I saponi liquidi possono anche essere fatti in un bollitore. L'idrossido di potassio è usato come alcale e non si utilizza sale nella lisciva. I saponi di potassio non possono essere granulosi. Non viene separato nessun nigre. Di conseguenza viene usato solo abbastanza potassa per dare un leggero eccesso di alcali nel sapone finito e viene aggiunta abbastanza acqua per dare approssimativamente la concentrazione di sapone desiderata. Per un sapone liquido usando acidi di cocco 50:50 o 75:25 e di olio rosso si usa comunemente avere una soluzione contenente approssimativamente Il 35% di sapone. Come per i saponi di sodio, una porzione della liscivia inizialmente viene inserita nel bollitore e la restante viene aggiunta con l'acido grasso, in tal modo c'è la possibilità di formazione dei grumi nel fare i saponi liquidi è minore. Dopo che tutto il materiale viene aggiunto si mescola fino a completa neutralizzazione. Alla fine, si controlla il pH e si sistema eventualmente aggiungendo acido grasso o alcale per avere il prodotto desiderato. Si usa circa lo 0,05% di alcali liberi come KOH per saponi liquidi per le mani e leggermente più alto per saponi scrub. Quindi, si regola la concentrazione finale di sapone aggiungendo acqua. In seguito, si possono aggiungere profumo, colore e stabilizzanti e si filtra per la trasparenza. Non è raro fare saponi liquidi partendo da olio di cocco anziché da acidi grassi di cocco insieme a l'olio rosso. La procedura è essenzialmente la stessa data in precedenza, tranne per il fatto che l'olio di cocco prima viene saponificato con un grande eccesso di idrossido di potassio, poi l'olio rosso e KOH aggiuntivo vengono inseriti e si completa il prodotto. Questo sapone naturalmente conterrà glicerina. Per il sapone sodico possono essere utilizzati sia idrossido di sodio che carbonato ma in generale si preferisce l’idrossido perché la procedura è più veloce e non c’è necessità di eliminare l’anidride carbonica. La concentrazione di NaOH viene scelta per dare il contenuto di acqua desiderato nel sapone, considerando anche l’acqua formata durante la neutralizzazione. Quindi, i materiali usati per un sapone da toiletta usando l’80% di grassi di sego e 20% di grassi di cocco saranno:
Tallow Fatty Acid .......................... 51.6% (Acido grasso di sego)
Coconut Fatty Acid ........................ 12.9% (Acido grasso di cocco)
28.7% NaOH Solution .................... 35.5%
Questa formula darà un sapone con 30% di acqua e 0.1% di alcale libero. Il sale (per il salt out) può essere aggiunto con l’alcale se si vuole.
L’operazione di neutralizzazione consiste semplicemente nel miscelare gli acidi grassi con la soluzione di soda caustica uniformemente. Un campione di sapone può essere preso per controllare il pH e si possono fare aggiustamenti aggiungendo una soluzione di soda caustica o di acidi grassi se necessari.
L’ordine di aggiunta delle materie prime varia. Sarebbe meglio inserire prima una soluzione caustica e riscaldarla e poi aggiungere l’acido grasso mentre si amalgama. Questo minimizza la formazione di aggregati di sapone contenente acido grasso. Tuttavia, quando si esegue questa procedura, il sapone formato all’inizio con l’aggiunta dell’acido grasso sarà granuloso e duro e difficile da miscelare. Se il mixer ha abbastanza potenza questo non crea problemi. Con un mixer efficiente è possibile aggiungere tutta la soluzione caustica e gli acidi grassi senza bisogno di miscelare e poi avviare l’agitazione (tipo planetaria) per avere una rapida neutralizzazione con pochi aggregati formati.
Con quest’ultimo metodo si deve stare attenti per evitare l’eccessiva ebollizione a causa del calore liberato dalla neutralizzazione.
Se vengono usati acidi grassi a 140°F (circa 60°C) e la soluzione caustica a 80°F (circa 26.5°C) non dovrebbe esserci eccessiva evaporazione dell’acqua.
Se possibile questa è la migliore procedura da eseguire: mettere nel contenitore inizialmente parte della soluzione caustica e aggiungere lentamente la rimanente soluzione e gli acidi grassi insieme e miscelare con il mixer. Per mescolare dovrebbe esserci un agitatore tipo planetaria per avere un buon impasto con la minima introduzione di aria.
Tratto da "Soaps from Fatty acids" 1952
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