透明皂的生產(chǎn)工藝對(duì)其相行為的影響

張亞明，董海波，趙夏冰，李旭峰，陳　霞

（上海制皂（集團(tuán)）如皋有限公司，江蘇如皋，226521）

透明皂的生產(chǎn)工藝對(duì)其相行為的影響

張亞明，董海波，趙夏冰，李旭峰，陳霞

（上海制皂（集團(tuán)）如皋有限公司，江蘇如皋，226521）

淺析了透明皂的相行為，論述了透明皂的兩種生產(chǎn)方法：碾壓法和加入物法。著重討論了生產(chǎn)過(guò)程中脂肪酸含量、真空干燥、溫度、研磨、添加劑、出條和冷卻水對(duì)透明皂晶相的影響，并給出了過(guò)程控制的參數(shù)及控制這些因素的方法。

透明皂；生產(chǎn)工藝；相行為；碾壓法；加入物法

長(zhǎng)期以來(lái)人們就知道透明皂的制造方法，這類產(chǎn)品最古老和著名的是“梨形透明皂”，它從1789年起即在英聯(lián)邦市場(chǎng)上出售，在1851-1939年期間，在各種展覽會(huì)上贏得了25次最高獎(jiǎng)[1]。但是由于透明皂的價(jià)格較高，溶解度很大，因此它在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)并不普及。近年來(lái)由于消費(fèi)者重視天然產(chǎn)品，并對(duì)過(guò)去的天然狀態(tài)日益懷念，透明皂逐步得到發(fā)展，有取代普通洗衣皂之勢(shì)。

1　透明皂分類

透明皂作為肥皂的一種，按制法不同可以分為兩大類[2]。一類是靠碾磨、壓條達(dá)到透明，稱之為“碾壓法”透明皂[3]；另一類是添加酒精、糖和甘油等添加物，以改善其晶相，達(dá)到透明目的，稱之為“加入物法”透明皂[4]。

“加入物法”與“碾壓法”的透明皂相比，其外表透明，起泡迅速，且泡沫細(xì)密，膚感較好，對(duì)消費(fèi)者更有吸引力，但其成本較高，且不耐用，因此，在透明皂的實(shí)際生產(chǎn)中，我們可以將“加入物法”與“碾壓法”結(jié)合加以應(yīng)用。

2　透明皂的相行為

結(jié)晶物質(zhì)一般均具有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，固體肥皂的晶相結(jié)構(gòu)是平面點(diǎn)陣并分布在同一平面上，如圖1。

圖1　肥皂分子結(jié)構(gòu)

弗格森在1943年闡明了肥皂的晶相結(jié)構(gòu)。經(jīng)XRD測(cè)定，肥皂存在 4 種結(jié)晶態(tài)：a、b、w、d，其中 a 和 d 相不穩(wěn)定，在一定條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的b相和 w 相，所以肥皂其實(shí)是 b 相和 w 相的混合體。這幾種晶型中，以 b 相的性能為佳，泡沫豐富、硬度適中，具有好的溶解性和去污性，而且，透明性是b相的特性，因此，透明皂主要是 b 型晶體。溫度、水分和機(jī)械加工均會(huì)影響 b 相的生成。

（1）溫度：d 型相皂加熱后會(huì)變成 b 相皂，再進(jìn)一步加熱后會(huì)變成 w 型相皂；反之 w 型相皂冷卻后會(huì)變成 b 型相皂，b 型相皂冷卻后會(huì)變成 d型相皂。如將 b 相皂放在一個(gè)封閉的容器中加熱至88℃，再慢慢地冷卻至室溫，就可以轉(zhuǎn)變?yōu)?w 相，該種晶型的肥皂不透明。由此可見，加工過(guò)程中加熱或冷卻的溫度，對(duì)肥皂的結(jié)晶有直接的影響。

（2）水分：肥皂的晶相與肥皂中含水量的多少有著直接關(guān)系。肥皂中的含水量按照a、w、b、d的順序遞增，肥皂在儲(chǔ)存過(guò)程中，由于水分的散失會(huì)引起肥皂晶型的改變。一般來(lái)說(shuō)，水分含量宜控制在20%～22%。

（3）機(jī)械加工：在肥皂生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)碾磨、壓條等機(jī)械加工，也會(huì)影響肥皂的晶型。如 w型皂，通過(guò)多次碾磨、壓條，可以轉(zhuǎn)變?yōu)閎晶型。

3　透明皂生產(chǎn)工藝控制

3.1皂粒脂肪酸含量的影響

研究表明，皂粒脂肪酸含量在70%以上透明度較好[5]。皂粒脂肪酸含量由皂基和真空干燥共同決定，皂基要求達(dá)到脂肪酸含量>60%、游離NaOH<0.15%、Cl-<0.3%。皂基經(jīng)列管式換熱器加熱再經(jīng)真空干燥可變?yōu)橹舅岷吭?2%左右的皂粒，此時(shí)，形成了大量的 b 相，達(dá)到透明的外觀[6]。

3.2真空干燥的影響

真空干燥操作直接影響皂粒脂肪酸含量和水分含量，二者均會(huì)影響透明皂的晶相結(jié)構(gòu)。實(shí)際生產(chǎn)中，皂基調(diào)和后的溫度應(yīng)為（85±10）℃，對(duì)皂基加熱的列管式換熱器殼程蒸汽壓力要在0.1MPa左右，皂基進(jìn)入真空干燥室的溫度應(yīng)控制在（110±10）℃，真空干燥室的真空度至少為0.094MPa，出粒機(jī)炮口加熱溫度在（50±5℃）為宜[7]。

在整個(gè)真空干燥過(guò)程中，進(jìn)料速度、進(jìn)料量大小、噴嘴孔徑、齒輪泵的出口壓力、大氣冷凝器冷卻水的溫度和流量，以及出粒機(jī)夾套冷凍水的溫度等都對(duì)真空干燥操作有很大的影響，操作時(shí)要嚴(yán)格控制[8]。

3.3溫度的影響

溫度影響肥皂b相的形成，因此，生產(chǎn)過(guò)程中控制皂粒的溫度對(duì)于成品透明度有很大的影響。生產(chǎn)中從皂粒到出條（成品）應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化，以便皂粒有足夠的溫度。透明皂的形成是一個(gè)相變過(guò)程，從不透明到透明的變化只在一個(gè)很窄的溫度范圍(38～45℃)，當(dāng)超過(guò)這個(gè)溫度范圍，會(huì)使皂由透明向不透明演變。脂肪酸配方的凝固點(diǎn)不同，皂粒所需溫度也不同，最好的辦法是把皂粒的溫度設(shè)置在皂化所用脂肪酸的凝固點(diǎn)，通常能得到最透明的皂[9]。

3.4研磨的影響

“碾壓法”透明皂的透明機(jī)理是通過(guò)機(jī)械的研磨、擠壓等作用，將皂體中的晶粒由不透明的晶相盡可能地轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鞯腷相。良好的研磨可以提供足夠的剪切力，使肥皂中大顆粒晶體的尺寸與數(shù)量減少，當(dāng)顆粒直徑小于可見光波長(zhǎng)時(shí)，普通光線從皂體中通過(guò)，從而顯得透明。研磨結(jié)束后，小于入射光波長(zhǎng)的晶體數(shù)量越多，肥皂的透明度也越好。在整個(gè)研磨過(guò)程中，皂體溫度要保持穩(wěn)定，這樣才能通過(guò)研磨得到較好的透明度[9]。

3.5添加劑的影響

“加入物法”透明皂的透明機(jī)理，是作為添加物的透明劑能促進(jìn)b相結(jié)晶，抑制其他晶相的生成，從而，提高皂體的透明度。常用的透明劑有乙醇、甘油、蔗糖、山梨醇、丙二醇、三乙醇胺鹽等[10]。因此，在輔料配方設(shè)計(jì)和試驗(yàn)時(shí)，在添加劑如香精、抗氧化劑和螯合劑均一致的情況下，本課題組試驗(yàn)了在配方中加入多元醇、表面活性劑等透明劑，比較它們對(duì)成品透明皂的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入的多元醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%和4.0%時(shí)，出條時(shí)的透明度分別為29.7和34.1；加入的特殊表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%和1.0%時(shí)，出條時(shí)的透明度分別為28.1 和34.9，其中空白樣的透明度為25.9。根據(jù)QB/T 1913-2004透明皂的透明度測(cè)定，T≥25即為透明皂。雖然不加添加劑，產(chǎn)品透明度已經(jīng)達(dá)到25.9（T值），但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多元醇和表面活性劑不僅可以提高肥皂的透明度，而且還能降低皂體開裂，同時(shí)它們均為保濕劑，對(duì)皮膚也有滋潤(rùn)、保護(hù)之功效。

3.6出條的影響

生產(chǎn)上使用雙聯(lián)真空切粒出條機(jī)，通常在出條機(jī)中裝上篩網(wǎng)，目的在于增加出條時(shí)的剪切力和擠壓力，促進(jìn)β相的生成。一般網(wǎng)孔越細(xì)，效果越好，但網(wǎng)孔不能太細(xì)，太細(xì)會(huì)使皂體擠不出來(lái)，影響透明皂的產(chǎn)量。篩網(wǎng)是由孔板支撐的，孔板也能增加剪切力和擠壓力，孔越小，剪切力越強(qiáng)，出來(lái)的皂粒b相也越多，透明度就越好。

3.7冷卻水的影響

生產(chǎn)中雙螺桿真空出條機(jī)、三輥研磨機(jī)、雙聯(lián)真空切粒出條機(jī)均需冷卻水進(jìn)行冷卻，冷卻水的流量和溫度對(duì)皂粒透明度的影響很大。當(dāng)冷卻水的流量偏大或水溫偏低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致皂粒本身的溫度偏低，從而，影響皂體中b相的生成，降低透明皂的透明度。若冷卻水流量偏小或水溫偏高，會(huì)導(dǎo)致皂粒溫度升高，當(dāng)超過(guò)其凝固點(diǎn)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)皂粒軟爛，出條不暢，甚至無(wú)法出條的生產(chǎn)異常情況。通常循環(huán)冷卻水的溫度應(yīng)控制在20℃左右。

4　結(jié)語(yǔ)

總之，“加入物法”和“碾壓法”兩種透明皂的生產(chǎn)方法均是通過(guò)促進(jìn)b相的生成提高透明皂的透明度，二者生產(chǎn)透明皂的透明機(jī)理是一致的。前者生成透明皂的透明度較高，但成本高，后者透明度較低，但成本低，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中可以將兩種方法結(jié)合起來(lái)，最終制取產(chǎn)品透明度高、皂體外觀質(zhì)量好、價(jià)格有優(yōu)勢(shì)的透明皂。同時(shí)在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，注意各工藝參數(shù)的控制，要求操作人員嚴(yán)格進(jìn)行操作，提高皂粒質(zhì)量，最終生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的透明皂。

[1] 貝雷. 油脂化學(xué)與工藝學(xué)第五卷[M]. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2001.

[2] 呂也博. 肥皂生產(chǎn)基本知識(shí)[M]. 北京: 輕工業(yè)出版社,1978.

[3] RASSE R.K. Non-crystallizing Transparent Soap Bars[P]. US: 4297230,1981-10-27.

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[6] 陳麗英. 肥皂工藝學(xué)[M]. 鄭州: 鄭州輕工業(yè)學(xué)院, 1993.

[7] Kellyetal W.A. Soapmaking Process[P]. US: 2970116, 1957-07-16.

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[9] 恩賴科.托瓦格瑞. 透明皂和半透明皂的成品生產(chǎn)線操作參數(shù)[J]. 日用化學(xué)品科學(xué),1998(4): 1.

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Effect of Process Control as to the Phase Behavior of Transparent Soap

Zhang Yaming，Dong Haibo?，Zhao Xiabing，Li Xufeng，Chen Xia
(Shanghai Soap（Group）Rugao Co., Ltd., Rugao, Jiangsu, 226521)? E-mail: donghaibo@deeno-group.com

This article analyzes the phase behavior of transparent soap in brief and discusses two methods of producing transparent soap -grinding and addition process. It focuses on the influence of fatty acid content, vacuum drying, temperature, abrasive, additives, plodderwater-chilled and cooling water toward the crystal phase of transparent soap, and gives the parameters of the process control as well as methods controlling these factors.

transparent soap；phase behavior；grinding process；addition process；process control

TQ648.5

A

1672-2701（2016）08-68-04

張亞明先生，江蘇滌諾集團(tuán)日化集團(tuán)董事局主席兼上海制皂（集團(tuán)）如皋有限公司董事長(zhǎng)，主要從事油脂化工及日化方向的研究工作。

E-mail：zhangyaming@deeno-group.com。