2.2. Жирные кислоты

Основным сырьем для выработки мыла являются жирные кислоты и щелочи.

Жирные кислоты делят на:

– природного (растительного или животного) происхождения;

– синтетические, получаемые путем окисления парафиновых углеводородов нефтепереработки.

Кроме этого, в качестве кислотного сырья, при производстве мыла, в небольших количествах используют канифоль, талловое масло, нафтеновые кислоты (асидол и мылонафт).

Жирные кислоты обозначают в общем виде формулой

где: R – жирный (насыщенный или ненасыщенный) углеводородный радикал (обычно в мыловарении используют ряд С₁₀ – С₂₀); –СООН – кислотная группа.

Именно жирный углеводородный радикал существенно влияет как на физические, так и химические свойства каждой из индивидуальных жирных кислот. Известно и описано около 100 разных жирных кислот. Использование в мыловарении жирных кислот с числом углеводородных атомов в цепи от 10 до 20, позволяет получать наиболее оптимальный моющий эффект мыла. На основе жирных кислот с числом углеродных атомов в цепи радикала –R, меньше 10, хотя и очень хорошо растворяются в воде, но дают крупноячеистую неустойчивую пену и обладают худшим моющим действием.

Мыла на основе жирных кислот с числом атомов углерода в цепи радикала –R больше 20, плохо растворяются в обычной воде, несколько лучше в горячей, дают мелкоячеистую устойчивую пену, но эффект их моющего действия хуже.

Жирные кислоты бывают:

– насыщенные;

– ненасыщенные (непредельные).

Степень их ненасыщенности бывает разная, т.е., они могут содержать в своей структуре одну, две, три и даже пять ненасыщенных связей. Например, в структуре олеиновой кислоты Н₃₃С₁₇СООН имеется одна двойная связь; в линолевой – С₁₇Н₃₁СООН – две двойные связи; в линоленовой – С₁₇Н₂₉СООН – три двойные связи.

Количество ненасыщенных связей в структуре жирной кислоты существенно влияет на ее свойства и на пригодность для мыловарения.

Природные жирные кислоты из жиров и масел, обычно имеют четное число углеродных атомов. Синтетические – любое.

Среди жирных кислот природного происхождения встречаются такие, которые наряду с ненасыщенными связями в структуре, карбоксильной группы, содержат дополнительно еще и гидроксильную (чаще всего в середине углеводородной цепочки). Например, в касторовом масле содержится рицинолевая кислота формулы С₁₈Н₃₄О₃. Как правило, оксикислоты обладают слабым моющим действием и в мыловарении, практически не используются.

Жирные кислоты, содержащие в молекуле до 5 углеродных атомов – жидкие продукты, растворимые в воде, и являются балластом в жировом сырье для мыловарения, поскольку мыло на их основе, не удается выделить и оно теряется при сливе помыльного щелока.

Небольшое количество таких кислот присутствует в кокосовом и пальмоядровых маслах.

Жирные кислоты с более 10 атомов углерода в цепи, до 100⁰С в воде практически не растворимы.

Для характеристики количества нелетучих, нерастворимых в воде жирных кислот (учитывая и неомыляемые вещества) используют число Генера – это количество нерастворимых жирных кислот (плюс неомыляемые вещества), содержащихся в 100 г жира.

У большинства природных жиров (растительного и животного происхождения) число Генера составляет 95–96; у кокосового масла – 88–92.

Важной характеристикой жирных кислот является и Т_пл. и Т_заст. (температура плавления и температура застывания), которые влияют на товарный вид и твердость мыла. Если смесь жирных кислот застывает при 15–20⁰С, то и мыла на их основе будут тоже твердыми при обычных условиях. Для характеристики температуры застывания жирных кислот используют величину «Титр жирной кислоты».

С повышением числа атомов «С» в молекуле насыщеной жирной кислоты, ее титр повышается. У ненасыщеных жирных кислот такой закономерности не наблюдается. Жирные ненасыщенные кислоты природного происхождения даже с числом атомов «С» равном 18 – имеют жидкую консистенцию.

Насыщенные жирные кислоты более устойчивы к воздействию кислорода; их свойства в воздушной среде отличаются гораздо более длительной стабильностью. Аналогично и мыла.

Наоборот, ненасыщенные жирные кислоты, особенно с двумя, тремя ненасыщенными связями в структуре, легко окисляются кислородом воздуха. В мылах на их основе, могут появляться бурые пятна и прогорклый запах, что особенно нежелательно при производстве туалетного мыла. В их состав высоконасыщенные жирные кислоты стараются не вводить. В ограниченном количестве допускается использовать такие жирные кислоты и в производстве хозяйственных марок мыл.

Плотность жирных кислот колеблется в пределах 850–920 кг/м³. Они легче воды, в ней не растворяются и всплывают. Этим свойством пользуются при очистке утильных жировых смесей; их доомыляют, разлагают серной кислотой, а всплывшие жирные кислоты собирают, дистиллируют и направляют на варку туалетного мыла.

Молекулярная масса жирных кислот, используемых в мыловарении фракций С₁₀–С₂₀, имеет величину в пределах 170–312.

Для определения молекулярной массы жирных (а также смоляных и нафтеновых) кислот и необходимого расхода щелочи на варку мыла из таких жирных кислот пользуются «числом нейтрализации» – количество миллиграммов КОН, необходимое для нейтрализации 1 г жирных кислот (индивидуально или входящих в жировую смесь). Соответственно, получим среднюю молекулярную массу жирной кислоты (или смеси жирных кислот).

где: М.м. – средняя молекулярная масса жирных кислот или смеси; 56,1 – молекулярная масса молекулы КОН; 1000 – пересчетный коэффициент; ч.н. – число нейтрализации .

Например. Число нейтрализации смеси жирных кислот равно 201 , тогда средняя молекулярная масса смеси жирных кислот будет равна:

и наоборот, по величине средней молекулярной массы можно рассчитать число нейтрализации:

Характеристики наиболее широко используемых в мыловарении жирных кислот приведены в табл. 5.

Таблица 5

Характеристики жирных кислот

Кислота	Формула	Моле-куляр-ная масса	Температура, 0С		Число нейтра-лизации	Йодное число
			засты-вания	плавления
Насыщенные кислоты:
Каприновая	С10Н20О2	172,1	31,2	31,6	326	–
Лауриновая	С12Н24О2	200,2	43,9	44,2	280,2	–
Миристиновая	С14Н28О2	228,2	54,1	53,9	245,8	–
Пальмитиновая	С16Н32О2	256,3	62,8	63,1	218,9	–
Стеариновая	С18Н36О2	284,3	69,3	69,6	197,3	–
Арахиновая	С20Н40О2	312,3	75,3	75,3	179,6	–
Ненасыщенные кислоты:
Олеиновая	С18Н34О2	282,3	–	14	198,6	89,9
Линолевая	С18Н32О2	280,3	–	–5– –5,2	200,1	181,0
Линоленовая	С18Н30О2	278,2	–	–11– –11,3	201,5	273,5
Арахидоновая	С20Н32О2	304,2	–	–	184,3	333,5
Синтетические насыщенные жирные кислоты1:
Пеларгоновая	С9Н18О2	158	12,5	12,5	355	–
Ундекановая	С11Н22О2	186	–	28,5	301	–
Тридекановая	С13Н26О2	214	41,8	40,5	262	–
Пентадекановая	С15Н30О2	242	53,2	58	232	–
Гептодекановая	С17Н34О2	270	61,0	60	208	–
Нонодекановая	С19Н38О2	298	–	66,5	188	–
хонейкозиновая	С21Н42О2	326	–	–	172	–

¹ Приведены синтетические жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов. Показатели синтетических жирных кислот с четным числом углеродных атомов такие же, как и природных кислот.

В природных жирах и маслах всегда содержится небольшое количество свободных жирных кислот, которое колеблется в относительно широком диапазоне. Такой факт обусловлен тем, что в растении, в начале, в результате фотосинтеза образуются жирные кислоты и далее, вступая в реакцию с глицерином, образуется молекула масла. Количество свободных жирных кислот возрастает в процессе хранения и переработки как жирового так и масличного сырья.

Под влиянием влаги, кислорода воздуха, света и тепла жирные кислоты окисляются образуя ародегиды и другие продукты и деструктируют на более мелкие соединения. Это приводит к тому, что жир начинает прогоркать, темнеть, появляется неприятный запах. Степень реализации таких процессов пропорциональна содержанию в жирах жирных кислот.

В качестве заменителей жиров на первом месте стоят синтетические жирные кислоты, синтезируемые путем окисления парафиновых углеводородов кислородом воздуха. Причем, в мыловарении используют две фракции синтетических жирных кислот:

– фракцию С₁₀–С₁₆;

– фракцию С₁₇–С₂₀.