Оптимизация состава основы моющего средства и изучение изменений её свойств при хранение

DOI: 10.32743/UniTech.2021.83.2-3.26-30

АННОТАЦИЯ

Оптимизирован состав основы моющего средства. В качестве критериев оптимизации выбраны содержание пальмового стеарина, пальмового масла и пальмоядрового масла. Установлено зависимость изученных критерий от титра мыльной основы. Определена зависимость хранения мыльной основы от количественного содержания антиоксидантов биологически активных добавок.

ABSTRACT

The foundation of the washer is optimized. As optimization criteria, palm stearin, palm oil and palmoyadro oil were adopted. It turned out that the titration of the soap base is tied to the norms studied. The preservation of soap basis was determined by the dependence on the amount of antioxidants and biologically active substances.

Ключевые слова: Моющее средства, составляющие компоненты, оптимизация хранение мыла, антиоксиданты, биологически активные добавки.

Keywords: detergents, constituent components, optimization, cold storage, antioxidants, biologically active substances.

Моющие средства, являющиеся водными растворами натриевых солей высших насыщенных и ненасыщенных жирных кислот Сю-С₁₈, относятся к поверхностно- активным веществам (ПАВ) [1-3]. Химическая формула этих веществ структурно состоит из двух частей: гидрофильной и гидрофобной. Для щелочных солей жирных кислот гидрофильной частью является солевая карбоксильная группа - COONa или - COOK, а гидрофобной - углеводородная цепь, состоящая из метальной СН₃, метиленовых СН₂ и метановых СН групп [4,5]. В молекуле ПАВ гидрофильную часть называют головной, гидрофобную - хвостовой. Обе части, хотя и связаны между собой ковалентной связью С-С, достаточно удалены друг от друга, чтобы действовать почти независимо [6,7].

Карбоксильная группа является полярной группой с дипольным моментом 1,7D и обладает четко выраженным сродством к полярным растворителям, в частности к воде. Углеводородная цепь электрически нейтральна и растворяется исключительно в неполярных растворах, в частности в жирах и маслах, за что гидрофобную часть называют часто липофильной.

В общем случае такие вещества, которые обладают четко выраженным сродством как к полярным, так и неполярным средам, называют амфифильным. Для того, чтобы моющие средства как ПАВ было амфифильным, необходимо, чтобы липофильная (хвостовая) часть его молекулы была достаточно длинной (не менее С7) и уравновешена гидрофильной (головной) частью. Соотношение между гидрофильной и липофильной частями молекул моющие средства, или иначе гидрофильно-липофильный баланс (ГЛБ) в значительной мере определяет его структуру и свойства [8-10].

ПАВ на основании природы ионного заряда в растворе принято классифицировать как анионные (АПАВ), катионные (КПАВ), неионные (НПАВ). Классификация определяется только характером заряда иона гидрофильных групп молекул ПАВ, так как гидрофобные группы всегда неионные. Поэтому термин «анион(оген)ные» относится к отрицательно заряженным ПАВ, «катион(оген)ные» - к положительно заряженным, «неион(оген)ные» - к неимеющим заряда в растворе [11-12].

Моющие свойства жирных кислот относятся к АПАВ, так как в водном растворе они диссоциируют (распадаются) электролитически, образуя поверхностно-активный анион жирной кислоты и гидратированный катионы металла и К⁺ по уравнению реакции

RСООNа ↔ RСОО^- + N⁺

где R - углеводородная цепь.

Для определения оптимального состава моющего средства был реализован один из планов исследования зависимости свойств 3-х компонентной смеси от соотношения компонентов. В качестве критерия оптимальности принят титр Т, °С.

Параметры плана для исследования зависимости титра (° С) от состава основы моющего средства представлены в табл 1.

По полученному уравнению построена треугольная диаграмма ( рис.1) , на которой представлены линии равного титра Т= const. Исследовались смеси при ограничениях по относительному содержанию компонентов смеси:

X₁ - пальмовый стеарин от 0,2 до 0,8;

Х₂ - пальмовое масло от 0,2 до 0,25;

Х_з- пальмоядровое масло от 0,03 до 0,25.

На диаграмме псевдоконцентрации Xi = 1,0 соответствует Ximax.

Принятая оптимальная точка (М) имеет для полученного титра 40,5°С ' имеет псевдоконцентрации X₁= 0,75 ; Х₂ = 0,05 ; Хз = 0,20 , после пересчета на реальные концентрации (%) : пальмовый стеарин пальмовое X₁ = 0,75 ; пальмовое масло

Х₂ = 0,20 ; пальмоядровое масло Х_з= 0,05 ( проверка ∑ X_i 0пт.= 1,0).

Таблица 1.

Параметры плана по исследованию титр – состав основы моющего средства

Рисунок 1. Диаграмма равного титра для трехкомпонентной системы

На основе оптимизации состава моющего средства были изучены свойства мыльной основы при хранении

В качестве моющего средства была взята мыльная стружка группы "Ekstra palmera". Мыльная стружка группы "Ekstra palmera" сделана на установке непрерывного омыления фирмы " Маццони". Мыльная основа затем высушивалась на распылительной сушилке.

Рецептура на основе которой получена мыльная основа  содержала : пальмовый стеарин – 45%, пальмовое масло - 45%, пальмоядровое масло – 10%. Наряду с этим для оценки антиоксидантного эффекта предложенных антиоксидантов использовали промышленную стружку , полученную на ЧП “Alviero” для группы мыл “Ekstra palmera”, содержащую наряду с составляющими компонентами антал - 0,3% в замен части пальмового стеарина. Антал - является комплексным соединением призванным предохранять мыльную основу от окисления , другими словами выступает как антиоксидант и пластификатор. В состав антала входят:

• комплексон - трилон Б (соли винной и лимонной кислот)
• антиоксидант - ортоталилбигуанид
• пластификатор - диэтиленгликоль.

Основным компонентом мыла являются натриевые соли жирных кислот: лауриловой , миристиновой , пальмитиновой и стеариновой( 60-85 % в пересчете на жирные кислоты ). В состав мыла также входят : вода (до 35%) , глицерин (0,5 -0,4 ), неомыляемые органические вещества и неомыленный жир (до 3,5 %), хлористый натрий ( до 0,7%), углекислая сода (до 0,5%) атакже некоторқе виды биологически активных добавок(БАД). Кроме того , для улучшения потребительских свойств мыла в его состав могут вводиться красители , отдушивающие и отбеливающие вещества и пластификаторы.

Качество мыла в основном определяется содержанием жирных кислот и сырьем , из которого эти жирные кислоты получены.

ЧП Alviero имеет опыт и традиции производства мыла и использует для этой цели только пищевые и натуральные жиры и масла. Технология получения мыла достаточно сложна и включает в себя на последних стадиях производства сушку , прессование , разрезание на куски и штампование. Эти операции можно провести только при сохранении пластичности мыльной массы , которая оптимальна при влажности мыла 11-16%.

Мыльная стружка используемая в исследовательской работе не содержала красителей и отдушивающих веществ .

При хранении влага из мыла частично испаряется , а вес куска - уменьшается . В то же время абсолютное содержание моющего компонента - натриевых солей жирных кислот в куске мыла не изменяется. Поэтому для характеристики качества мыла использовали понятие качественного числа - количество ( в граммах) жирных кислот в пересчете на номинальную массу куска 100 г. Качественное число мыла практически не изменяется в процессе хранения, его значение всегда можно проверить при химическом анализе мыла в лаборатории.

К исследованию брали мыльную стружку поэтому качественное число посчитать не возможно и для характеристики данного сырья использовали такой показатель , как содержание жирных кислот , которое было равно 76+2% (табл 2.)

Таблица 2.

Основные показатели мыльной стружки

Определение оптимальной концентрации исследуемой моющей основы в мыльную стружку оценивали с двух сторон во -первых с точки зрения антиоксидантных свойств и как следствие увеличение срока годности , так и с точки зрения воздействия полученного мыла на состояние кожного покрова.

Диапазон концентраций введения моющей основы был принят от 0,1 до 0,5 % с интервалом в 0,1%.

Сформированные куски мыла оценивались в момент изготовления и после хранения в течение 1 месяца искусственно состаренных кусков мыла за счет УФ облучения, хранение осуществляли на свету , при комнатной температуре. УФ (ультрофеолетовое) облучение проводили по 15 минут бактерицидными облучателями ОБН-150М , частота 50 Гц , облученность на расстоянии 1 м Вт/м , не менее 1,0, лампа бактерицидная ДБ-30-1, периодичность облучения

1 раз в неделю в течение месяца. Оценка производилась органолептически по запаху и цвету, а также по основным физико-химическим показателям.

По результатам эксперимента было установлено , что опытные образцы мыла , содержащие в качестве активных добавок антал по всему диапазону концентраций при хранении не имели изменений по органолептическим показателям , тогда как контрольный вариант при хранении в экстремальных условиях потемнел хотя постороннего запаха не было обнаружено.

Результаты экспериментов по физико-химическим показателям представлены в таблице 3.

Анализ полученных результатов показал , что по физико-химическим показателям все исследуемые образцы соответствовали после хранения нормативным показателям. Наряду с этим органолептические показатели , в частности по цвету , не соответствовали стандарту , так хранили моющего средства без антиоксидантной защиты. Таким образом , по результатам полученным в результате искусственного старения было установлено , что туалетное мыло содержащие в качестве добавок антал- 0,3%.

Таблица 3.

Результаты аналитического контроля моющего средства по результатам хранения

Проведение искусственного старения по предлагаемой схеме в течение двух и трех месяцев показали недостаточное введение антиокислителей как антала , так и БАД - происходило потемнение мыла и появлялся характерный запах застарелого сырья.

Учитывая то , что антал в концентрации 0,3% вводится традиционно в моющее средство, как антиоксидант , и обеспечивает срок годности средства в течение 2 лет , сделан вывод , что введение предлагаемых БАД позволяет обеспечить срок годности мыла 2 года и наряду с этим позволяет убрать из рецептуры антал , заменив последний на натуральный продукт.

Сделанный вывод был проверен посредством анализа жирнокислотного состава полученных образцов (табл 4).

К исследованию были взяты образцы , прошедшие ускоренное старение УФ и содержащие антал – 0,3%.

Рисунок 2. Антибактериальная активность моющих средств

Таблица 4.

Жирно – кислотный состав моющего средства