Prof. dr inž. Matija Krajčinović
Sadržaj
XIV. Poglavlje SAPUNI
A) Sapuni kao površinski aktivni preparati
α) Kemijska građa površinski aktivnih preparata
β) Karakteristika sapuna
γ) Stabilizacija emulzija i suspenzija
B) Teoretski osnovi proizvodnje sapuna
1. Saponifikacija kuhanjem
2. Saponifikacija hladnim postupkom
C) Sirovine za proizvodnju sapuna
1. Masti i druge osapunjive sirovine
2. Alkalni hidroksidi i drugi elektroliti
3. Različiti dodaci sapunima
D) Proizvodnja sapuna u industrijskoj praksi
1. Uvod
2. Provedba saponifikacije neutralnih masti postupkom kuhanja
3. Karbonatno osapunjenje
4. Saponifikacija kalcijskim hidroksidom po Krebitz-u
5. Dobivanje jezgro-sapuna isoljivanjem sapunskog ljepka
6. Dobivanje sapuna u obliku sapunskog ljepka
7. Dobivanje kalijskih mekanih (mazivih) sapuna
E) Aparature za proizvodnju sapuna
1. Uređaji za proizvodnju jezgro-sapuna
2. Uređaji za proizvodnju toaletnih sapuna
3. Proizvodnja sapuna kontinuiranim postupkom
F) Karakteristike različitih vrsti sapuna
1. Uvod.
2. Specijalne vrste toaletnih sapuna
3. Sapuni u prašku
4. Shampooni
5. Jezgro-sapuni za pranje
6. Lagani sapuni, koji plivaju na vodi
7. Sapunske pahuljice i sapunska zrnca
8. Prašak za pranje
9. Različiti industrijski sapuni
G) Proizvodnja „metalnih“ (u vodi netopivih) sapuna
H) Konzistentne masti
XV. Poglavlje DRUGI POVRŠINSKI AKTIVNI PREPARATI, KOJI NISU SAPUNI
Kemijska karakteristika površinski aktivnih preparata
A) Sulfonovana ulja (sulfoleati)
Tehnička provedba procesa sulfonovanja
B) Alkilni sulfati
C) Kondenzacioni produkti masnih kiselina
1. Igeponi
2. Jednostavno građeni sulfonati
3. Ultravoni
D) Alkil-aril sulfonati
E) Kationaktivni preparati
1. Kvarternarni amonijumni spojevi
2. Sapamini
F) Parcijalni esteri polihidroksilnih alkohola
G) Klorirani alifatski esteri
H) Ionski inaktivni preparati
I) Prirodni fosfatidi, koji su površinski aktivni
XVI. Poglavlje HIDROLITIČKA RAZGRADNJA MASTI
A) Uvod
B) Faktori, koji ubrzavaju proces hidrolitičke razgradnje
C) Pročišćavanje (predrafinacija) masti prije hidrolitičke razgradnje
D) Metode hidrolitičke razgradnje
1. Hidrolitička razgradnja masti u autoklavu
α) Faktori, koji utječu povoljno na proces razgradnje
β) Aparativni uređaj
γ) Provedba procesa razgradnje
2. Razgradnja masti pomoću sumporne kiseline
α) Tumačenje procesa razgradnje
β) Tehnička provedba procesa acidifikacije
3. Hidrolitička razgradnja masti po Twitehellovu postupku
β) Kemijska građa reaktiva
β) Aparativni uređaj i provedba procesa razgradnje
4. Fermentativna razgradnja masti
β) O tehničkoj primjeni fermenta lipaze
β) Aparativni uredaj i provedba procesa razgradnje
γ) Rastavljanje razgradnih produkata
E) Destilacija masnih kiselina
1. Svojstva masnih kiselina obzirom na destilaciju
2. Aparativni uređaji za destilaciju masnih kiselina
3. Tehnička provedba destilacije masnih kiselina
4. Frakciona destilacija masnih kiselina
F) Dobivanje stearina i oleina
G) Proizvodnja svijeća
H) Dobivanje glicerina
1. Čišćenje glicerinske vode i podlužničkog glicerina
2. Uparavanje pročišćenih glicerinskih otopina
a) Svojstva glicerinskih koncentrata
3. Destilacija glicerinskih koncentrata
4. Dobivanje glicerina vrenjem (biokemijski)
5. Upotreba glicerina
XVII. Poglavlje KUHANA, POLIMERIZIRANA, OKSIDIRANA I FAKTIZIRANA ULJA
I. Uvod
A) Sredstva za ličenje na bazi sušivih ulja
a) Općeniti dio
b) O mehanizmu procesa sušenja uljnih premaza
c) Rafinacija sušivih ulja
d) Modificirana sušiva ulja
1. Dehidratizirano ricinusovo ulje
2. Izomerizirana ulja
3. Frakcionirana ulja
4. Drugi esteri masnih kiselina i modificirane alkidne smole
II. Kuhana i polimerizirana ulja
A) Firnisi
a) Općeniti dio
b) Sirovine za proizvodnju firnisa
1. Ulja
2. Sikativi
α) Proizvodnja sikativa
β) Normiranje sikativa
c) Proizvodnja firnisa
1. Lanenouljni firnisi
α) Kuhani firnisi
β) Preparat-firnisi
γ) Firnisi produvani uzduhom
δ) Hladnim postupkom priređeni firnisi
2. Ekonomični firnisi
3. Firnis-nadomjesci
d) Svojstva i upotreba lanenouljnih firnisa
B) Ulja polimerizacijom ugušćena
a) Općeniti dio
b) Aparativni uređaj za proizvodnju ugušćenih ulja
c) Metode oplemenjivanja lanenog ulja
1. Ekstrakti ugušćenog ulja (Tekaoli)
2. Bisulja
d) Svojstva i upotreba Ugušćenih ulja
1. Uljani lakovi
2. Štamparske boje
3. Voštano platno
III. Oksidirana ulja
A) Oksidacija ugušćenih ulja
B) Proizvodnja linoksina
1. Proizvodnja linoksina na tkanini
2. Proizvodnja linoksina u bubnju
3. Parnacot-Taylor-ov postupak
C) Proizvodnja linoleuma
IV. Faktizirana ulja
A) Faktisi
1.Proizvodnja bijelog faktisa
2. Proizvodnja smeđeg faktisa
B) Sulfofirnisi ili faktorfirnisi
Karakteristični brojevi za masti i ulja
Literatura
Kazalo
XIV. Poglavlje Sapuni
A) Sapuni kao površinski aktivni preparati
Masti i masna ulja služe i za proizvodnju takvih preparata, koji mijenjaju površinska svojstva tekućina, u kojima su otopljeni. U vezi s njihovom upotrebom klasificiraju se takvi površinski aktivni preparati u praksi kao sredstva za pranje, kvašenje, emulgiranje, dispergiranje i pjenjenje.
a) Kemijska građa površinski aktivnih preparata
Površinski aktivni produkti imaju molekule dvolične prirode, jer se sastoje dijelom od grupa, koje voda privlači (to su na pr. -OH, -COONa, -SO, Na i dr.), a dijelom od ugljikovodičnih grupa, koje voda odbija. Grupe prve vrste, koje su srodne vodi nazivaju se hidrofilnima, a grupe druge vrste zovu se hidrofobnima. Ako rastapalo nije voda govori se općenitije liofilnim i liofobnim grupama. Njihove su molekule dualističke prirode i one se rado nakupljaju na površini vode i to tako, da im je hidrofilna grupa zaronjena u vodi, a hidrofobna im grupa strši napolje (odnosno zaronjava se u otapalo, ako je ono prisutno (sl. 130). U tom nastojanju one pogoduju povećanju površine, to jest one smanjuju napetost površine. Stoga se takve supstance nazivaju površinski ili kapilarno aktivnima.
Sl. 130. a) Shematski prikaz orijentacije molekula sapuna u vodi. b) Shematski prikaz orijentacije molekula sapuna u emulziji vode i benzola.
Sl. 131. Orijentacija molekularnih slojeva od aniona masnih kiselina na hidrofobnim (a) i hidrofilnim (b) plohama. Crni kružići odgovaraju CH3 — grupama, a bijeli kružići odgovaraju elektrolitički disociranim grupama, kao što su na pr. — COONa — OSO3Na,
— SO3Na itd.
Orijentacija molekularnih slojeva od aniona masnih kiselina na hidrofobnoj i hidrofilnoj graničnoj plohi prikazana je shematski na slici 131. Na hidrofobnoj graničnoj plohi (a), kao što su na pr. masna onečišćenja, formira se monomolekularni sloj, a na hidrofilnoj graničnoj plohi (b) kao što su na pr. neki pigmenti, naprave se orjentirani bimolekularni slojevi.
b) Karakteristika sapuna
Najvažniji površinski aktivni produkti su obični sapuni. Strogo govoreći, naziv »sapun« označava sve soli masnih kiselina visoke molekularne težine. U našem razlaganju razmotrit ćemo najprije osobine onih sapuna, koji su topivi u vodi i imaju dobro razvijena svojstva površinskog aktiviteta. Topivi sapuni sastoje se uglavnom iz Na i K-soli, ali ovamo spadaju i amonijski sapuni, te sapuni amina.
Sapuni imaju svojstvo, da već u malim koncentracijama znatno snižavaju površinsku napetost vode. Dok čista voda ima relativno visoku površinsku napetost, koja iznosi 73 Dyn/cm kod 20° C, to 0,03 N otopina natrijskog laurata ima površinsku napetost od 24 Dyn/cm. Prema tome već tako male količine sapuna smanje površinsku napetost vode za 60—65%.
U dodiru vode s uljem ili s drugom tekućinom, s kojom se voda ne miješa nastaje granična napetost površina. Sapuni imaju svojstvo, da jako smanjuju tu napetost na graničnoj plohi između vode i ulja kao i drugih tekućina, s kojim se voda ne miješa.
U vezi s tom pojavom površinski aktivne molekule sapuna smjeste se na graničnim površinama između vode i ulja uz određenu orijentaciju svih svojih molekula.
Hidrofilni dio molekule (-COONa grupa) zaroni se u vodu, a ugljikovodični ostatak kao hidrofobni dio molekule orijentira se prema uljnoj fazi, jer polimetilenski lanac molekule sapuna ima spedfičan afinitet za ulje, što je još pojačano heteropolaritetom sapunske molekule.
c) Stabilizacija emulzija i suspenzija
Sa stanovišta industrijske prakse često je od velike važnosti da se međusobno što tijesnije povežu one tekućine, koje se ne miješaju, kao što je na pr. voda i ulje. Ako se miješa voda i čisto ulje, tada nastaje samo prolazna emulzija, a ako je kod miješanja prisutna treća supstanca »emulgator«, onda se može dobiti trajna emulzija. Sapuni su vrlo dobri emulgatori. Uz njihovo prisustvo provede se lakše razbijanje hidrofobnih tekućina u sitne kapljice. Nakon izvršenog mehaničkog dispergiranja jedne faze u drugoj pojavi se emulzija, koja se odmah i stabilizira time, što se oko razbijenih kapljica ulja napravi zaštitni film od sapunskih ovojnica, koje priječe neposredni dodir tih kapljica i njihovo sljubljivanje (agregiranje).
Sapunske otopine stabiliziraju i suspenzije. Ako dodamo sapuna nekoj suspenziji snizi se najprije granična napetost površina i tim oslabi i ona sila, koja veže agregirane čestice — one se još dalje razdijele, a nakon toga se obaviju zaštitnim sapunskim ovojnicima i time stabiliziraju.
Prisutnost površinski aktivnih supstanca prepoznaje se po tome, što tekućina naginje pjenjenju. Takve pjene rado primaju na svojim graničnim plohama čestice, koje su suspendirane u vodi i to naročito onda, ako su te čestice hidrofobne ih su dodacima, što ih one apsorbiraju na svojoj površini učinjene hidrofobnima. Na tom se osniva pranje pjenom kao i postupak flotacije i sl.
B) Teoretski osnovi proizvodnje sapuna
Poslije korištenja masti i masnih ulja u ogromnim količinama za prehranu, dolazi odmah po redu sapunska industrija kao drugi veliki potrošač.
Prerada masti u sapun vrši se primjenom dvaju osnovnih postupaka. Postupci se razlikuju međusobno obzirom na koncentraciju upotrebljenih alkalnih lužina. Po jednom postupku proces sapunifikacije se provodi kuhanjem reaktanata u kotlu, uz dotatak razrijeđene lužine. Po drugom postupku ista se reakcija vrši hladnim, odnosno toplim procesom ispod temperature ključanja, a uz upotrebu koncentriranih lužina.
1. Saponifikacija kuhanjem
U najviše slučajeva vrši se u praksi saponifikacija direktnim kuhanjem masti i razrijeđene lužine u kotlu. Obično se stavlja u kotao najprije čitava količina masti, a onda se u obrocima dodaje lužina.
Kod saponifikacije kiselih masti s mnogo slobodnih masnih kiselina, možemo dodavanje vršiti obrnutim redoslijedom, to jest, čitava količina lužine zagrijava se u kotlu, a onda se pridodaje postepeno kisela mast. Moguće je primijeniti i srednji put, da se istovremeno dodaje u odmjerenim količinama i mast i lužina. Sam proces saponifikacije može se započeti dodavanjem reaktanata u prazan kotao ili se kuhanje vrši na podlužnici, u kojoj je ostalo nešto sapuna od ranijeg kuhanja.
Rastaljena mast i otopljena lužina se ne miješaju niti se međusobno otapaju, tako da se reakcija između njih vrši samo na dodirnim plohama. Povećavanje dodirnih površina između masti i lužine postizava se emulgiranjem.
Za pravljenje i održavanje emulzije potreban je emulgator. U tu svrhu služi sam natrijski, odnosno kalijski sapun, koji nastaje u malim količinama odmah u početku i to neutralizacijom slobodnih masnih kiselina, što se nalaze u tehničkim mastima. Sapun kao emulgator može da djeluje samo onda, ako se otopi u dodanoj lužini, pa zato koncentracija lužine mora biti ispod granice koagulacije istog sapuna utjecajem elektrolita.
Proces saponifikacije kod proizvodnje sapuna postupkom kuhanja odvija se u tri etape, koje se mogu diferencirati i to:
- Uvodna saponifikacija, koia se u početku vrši u emulziji;
- Burna reakcija, koja nastupa nakon što se zaostala još neosapunjena mast otopila u stvorenom sapunskom ljepku;
- Polagani tečaj završnog procesa saponifikacije.
Emulgirana mast saponificira se u. početku polagano i reakcija se postepeno ubrzava u onoj mjeri kako sapun nastaje. S napredovanjem procesa mijenja se i vanjski izgled emulzije. U početku zapaža se njena heterogenost, ali napredovanjem procesa saponifikacije povećava se stepen disperziteta emulzije i ona postaje sve homogenija. Nakon što je osapunjeno 10—20% masti, emulzija zadobije izgled homogenog sapunskog ljepka. I u tom trenutku nastupa druga etapa u procesu saponifikacije, koja se očituje burnom reakcijom, kao posljedica otapanja neosapunjene masti u nastaloj koncentriranoj sapunskoj otopini. Ta pojava ima i svoje objašnjenje, jer je poznato, da koncentriranje sapunske otopine lako rastapaju ne samo mast nego i druge organske tekućine kao na pr. benzol, parafinsko ulje, fenole i dr. U toj drugoj etapi zapaža se, dakle, povezivanje sapunske mase i masti, odnosno otapanje neosapunjene masti u sapunskom Ijepku. Time se znatno poveća disperzitet otopljene masti i veličina reaktivne površine naglo poraste tako, da nastupi burna reakcija saponifikacije.
Sl. 132. Dijagram saponifikacije s alkalijama u vođenoj otopini
Nakon burne reakcije, kao što je prikazano u dijagramu (sl. 132), nastupa opet postepeno usporavanje brzine reakcije, tako da je potrebno daljnje kuhanje uz prisutnost suviška lužine. Usporavanje saponifikacije uslovljeno je osiromašenjem reakcionih komponenata i to naročito masti, te nadalje zbog toga, šte su zaostale molekule masti obuhvaćene sapunskim micelima u vezi s velikim viskozitetom medija. Saponifikacija je praktički dovršena kad u zaostatku ima još samo oko 0,1% neosapunjene masti.
2. Saponifikacija hladnim postupkom
Bitna razlika između saponifikacije procesom kuhanja i hladnog postupka postoji u početnom periodu reakcije. Kod postupka kuhanja uvodna saponifikacija se vrši u emulziji, pri čemu je mast emulgirana u razrijeđenoj otopini natrijske ili kalijske lužine. Kod hladnog postupka upotrebljavaju se otopine jakih lužina i one su emulgirane u masti, tako da se saponifikacija vrši u drugom tipu emulzije: voda (otopina lužine) u ulju.
Poznato je, da razrijeđene otopine natrijskih i kalijskih sapuna mogu stabilizirati samo emulziju tipa: ulje u vodi, dok sapun i zeml oalkalnih i teških metala stabiliziraju isključivo emulzije obrnutog tipa: voda u ulju. Emulgatori za stvaranje i stabiliziranje emulzije prvog tipa moraju imati hidrofilni karakter, dok se emulzije: voda u ulju, mogu stabilizirati samo hidrofobnim emulgatorima.
Prema koncentraciji i temperaturi sapuni mogu nastupati u jednom slučaju kao hidrofilni, a u drugom kao hidrofobni emulgatori. U razrijeđenim otopinama razvija se i pretežno dolazi do izražaja njihov hidrofilni karakter i takvi sapuni, kao hidrofilni koloidi, mogu da stabiliziraju emulziju: ulje u vodi. Nasuprot tome pomoću jako koncentriranih sapunskih otopina ne mogu se razviti hidrofilna svojstva sapuna kao emulgatora, nego je uglavnom izražen hidrofobni karakter polimetilenskog lanca, koji se prenosi na čitavu molekulu.
Uslovi za osapunjenje hladnim postupkom upravo su takvi, da omogućavaju stvaranje koncentrirane sapunske otopine. Saponifikacija uspijeva samo onda, ako se upotrebe jako koncentrirane lužine i to obično 38—45° Be. Dodavanjem takve lužine staljenoj masti stvore se odmah, neutralizacijom slobodnih masnih kiselina, na graničnim plohama vrlo tanke sapunske ovojnice. Zbog prisutnosti jako koncentrirane lužine taj sapun je jako dehidratiziran, pa ima karakter hidrofobnog emulgatora. Takav sapun se ponaša u pogledu emulgiranja kao i sapuni zemljoalkalija i teških metala, to jest on potpomaže i održava razdjeljenje sitnih kapljica lužine u masti.
Za odvijanje procesa saponifikacije u emulziji u principu ne postoji razlika, da li je to emulzija masti u lužini ili obrnuto lužine u masti. Ako se saponifikacija vrši hladnim postupkom tada se u početku stvorene male količine sapuna ne otapaju ni u ulju kao ni u koncentriranoj lužini, pa se nalaze na dodirnim plohama obih faza u obliku tankih ovojnica vršeći na taj način stabilizaciju. Kod postupka kuhanja, gdje se radi s razrijeđenom lužinom velik dio u početku nastalog sapuna zaostaje otopljen u lužini, pa je pravljenje zaštitnih ovojnica i stabilizacija emulzije slabije izraženo. Prema tome uz jednake količine prisutnog sapuna dobit ćemo mnogo finije i postojanije emulzije hladnim postupkom, nego prilikom saponifikacije kuhanjem.
Ta razlika u koncentraciji i finoći obih emulzija tumači nam, bez daljnjeg i činjenicu zašto se lakše izvrši saponfikacija hladnim postupkom. Ako pokušamo provesti saponifikaciju u hladnom pomoću razrijeđene lužine onda ne ćemo moći postići uz intenzivno dugo miješanje dobru i postojanu emulziju.
Nasuprot tome uz upotrebu koncentrirane lužine i sa najjednostavnijim miješalom formira se dobra emulzija i brzo nastupa u hladnom proces saponifikacije, koji se spontano dalje intenzivno odvija i završava nakon nekoliko sati.
C) Sirovine za proizvodnju sapuna
1. Masti i druge osapunjive sirovine
Uporabna vrijednost masti i masnih ulja ocjenjuje se kod proizvodnjesapuna sa stanovišta njihovog kemijskog sastava, koji je karakteriziran sadržanjem određenih masnih kiselina. Prirodni antioksidansi, koji su od osobite važnosti za stabilizaciju jestivih ulja i masti izgube se najvećim dijelom kod procesa saponifikacije, zato se u nekim slučajevima dodaju sapunima umjetni antioksidansi u svrhu njihove stabilizacije.
Obojene supstance u mastima i uljima imaju isti utjecaj stabilizacije ukoliko djelomično prijeđu u dogotovljeni sapun. Obojene supstance mogu se potpuno ukloniti kod hidrolitičke razgradnje masti naročito onda ako se izvrši destilacija masnih kiselina. Tako dobivene bezbojne masne kiseline mogu se upotrebiti za proizvodnju svjetlih (bijelih) sapuna, ali te prethodne operacije znatno povećavaju proizvodne troškove.
Površinska aktivnost sapuna kao i njegova topivost u vodi mnogo je zavisna o duljini lanca, kao i o stepenu nezasićenosti masnihkiselina. Ne treba se iznenaditi, ako kažemo, da je broj masnih kiselina, koje se mogu upotrebiti za proizvodnju natrijskih sapuna, vrlo ograničen. Za proizvodnju sapuna najbolje odgovaraju zasićene masne kiseline sa 12 do 18 ugljikovih atoma; konkretno kazano to su: laurinska, miristinska, palmitinska i stearinska, te nezasićena oleinska kiselina. Kiseline sa manje od 12 ugljikovih atoma imaju prenisku molekularnu težinu i u vezi s time pokazuju slab površinski aktivitet, dok se sapuni kiselina, koje sadrže više od 18 ugljikovih atoma slabo otapaju u vodi pri običnoj temperaturi.
Natrijski oleat ima prednost pred natrijskim stearatom, jer se mnogo lakše rastapa u vodi kod obične temperature, a nedostatak mu je nezasićenost oleinske kiseline, zbog čega je natrijski oleat osjetljiv prema oksidaciji. Sapuni linolne, linolenske i drugih jače nezasićenih masnih kiselina su mekani, lako se oksidiraju i relativno slabo peru. Veći broj dvostrukih vezova u jače nezasićenim masnim kiselinama vjerojatno nepovoljno djeluje na površinsku orijentaciju njihovih molekula. Sapuni nezasićenih kiselina su više ljepljivi i daju nepoželjnu mazivu pjenu.
Sapuni napravljeni od visokomolekularnih masnih kisehna (stearinati) vrlo su đjelotvorni kod pranja. Međutim činjenica, da se ti sapuni slabo rastapaju u hladnoj i mlakoj vodi ograničava mogućnost njihove upotrebe, naročito kod pranja u hladnoj vodi. Sapuni niskomolekularnih masnih. kiselina se lako otapaju u vodi i daju dosta pjene, koja je slabo stabilna. Ti sapuni imaju slabiji učinak kod pranja nego sapuni visokomolekulmih masnih kiselina. U praksi kod pranja u tvrdoj vodi sapun ima dvije funkcije, to jest izvjesna njegova količina se potroši za omekšavanje vode, a ostali dio služi kao sredstvo za pranje.
Optimalna ravnoteža između topivosti, pjenjenja i dobrog učinka pranja postiže se sa sapunom miristinske kiseline (C14). Na žalost, ni jedna mast ne sadrži visoki procenat te kiseline u potrebnim količinama. U praksi postiže se gore spomenuta optimalna ravnoteža osapunjenjem smjese onih masti, koje sadrže uglavnom laurinsku, palmitinsku, stearinsku i oleinsku kiselinu, dok se druge masne kiseline nalaze u manjim količinama.
Postoji standardna smjesa masti, koja se upotrebljava za proizvodnju boljih vrsta sapuna za upotrebu u kućanstvu. Takva smjesa je sastavljena iz loja, palmine masti, hidrogeniziranih ulja i drugih masti visokomolekularnih masnih kiselna uz dodatak 15% do 30% kokosove masti ili ulja palminih koštica. U nedostatku kokosove masti može se kod osapunjenja jedan dio natrijske lužine zamijeniti s kalijskim hidroksidom. Prisutnost umjerene količine kalijskog sapuna u gotovom produktu, koji je dobiven od loja i srodnih masti, ima svoj povoljan učinak u pogledu bolje topivosti. Pokazalo se, da takvi kalijsko-natrijski sapuni imaju svojstva onih čistih natrijskih sapuna, što se dobivaju osapunjenjem loja i kokosove masti.
Masti i masna ulja, koja se upotrebljavaju za proizvodnju sapuna redovito su tehnički produkti, čija cijena je niža od one cijene, koja se plaća za jestive animalne masti i sušiva ulja, kao i neka nesušiva vegetabilna ulja. U sapunskoj industriji manje se troši svinjska mast, maslinovo, pamučikino, arašidovo, sojino i druga ulja i masti, koje imaju višu cijenu obzirom na činjenicu, što se ona upotrebljavaju ili za jelo ili neka u industriji lakova.
Loj je bio dugo vremena osnovna masna komponenta za proizvodnju sapuna. Sapuni dobiveni iz loja su čvrsti i dobro peru. U najvećem broju sapunskih produkata loj se miješa s kokosovom masti, pa se na taj način poboljša topivost i pjenjenje dobivenih sapuna. Tehničke masti i ulja namijenjena za proizvodnju sapuna redovito se rafiniraju i djelomično izbjeljuju.
Tehnička svinjska mast manje je podesna za proizvodnju sapuna nego loj. Ta mast ima veći jodni broj i prema tome daje mekše sapune. Ona se često podvrgava slaboj hidrogenizaciji, pa se na taj način njena svojstva. mogu približiti svojstvima loja.
Tamnije masti kao i tehnički loj oplemene se izbjeljivanjem, a najlošije vrste tehničkih masti podvrgnu se hidrolitičkoj razgradnji, pa se dobivene masne kiseline destilacijom očiste i upotrebljavaju za proizvodnju sapuna.
Kitovo ulje i riblja ulja otvrdnjavaju se hidrogenizacijom toliko, da se svojom konzistencijom približe tvrdom loju, i nakon tako izvršenog oplemenjivanja upotrebljavaju se u sapunarstvu. U svrhu potpunog eliminiranja neugodnog mirisa ribljih ulja potrebno je često izvršiti jače otvrđivanje, ali se onda dobiju manje topivi sapuni nego od loja. Takvu riblju mast potrebno je kod proizvodnje sapuna miješati s mekšim uljima ili kokosovom masti.
Sapun proizveden isključivo od palmine masti je nešto tvrd i mrvičast, što se dade korigirati dodatkom sapuna iz kokosove masti, odnosno kombinacijom sa sapunima iz mekših masti i ulja. Iako se tamna narančastocrvena boja palmine masti može uglavnom izbijeliti odgovarajućom metodom (oksidacijom), to je ipak vrlo teško dobiti potpuno bijele sapune, ako se za osapunjenje upotrebi velika procentna količina te masti.
Kokosova mast, zbog visokog sadržaja na laurinskoj kiselini, osnovna je sirovina kod proizvodnje toaletnih sapuna, sapunskih pahuljica kao i drugih sapunskih produkata, od kojih se traži dobra topivost i pjenjenje. Ulje palminih koštica, babassu mast i druga ulja amerikanskih palmi imaju sličan sastav u pogledu sadržaja masnih kiselina kao i kokosova mast, pa se u sapunarstvu mogu upotrebiti za izradu istih sapuna. Kokosova mast i njoj srodna ulja od palmi obično se ne upotrebljavaju sama, nego samo u onom slučaju, kad se proizvode specijalni sapuni, koji služe za pranje tvrdom ili morskom vodom i kad je sposobnost pjenjenja od velike važnosti. Sapuni iz kokosove masti su čvrsti i obično potpuno bijeli, te su jako otporni prema oksidaciji.
Maslinovo, pamučikino, arašidovo, kukuruzno, sojino i druga vegetabilna ulja upotrebljavaju se samo u malim količinama za proizvodnju sapuna; najveći dio tih-ulja troši se kao hrana.
Kolofonij, koji se sastoji uglavnom od abietinske kiseline smatra se kao manje vrijedna sirovina za osapunjenje. Sapuni od kolofonija odlikuju se lutom bojom i dodani u izvjesnoj količini običnim sapunima izazivaju svojom prisutnošću određenu mekoću i ljepljivost sapuna, te žućkastu obojenost.
2. Alkalni hidroksidi i drugi elektroliti
Uz osapunjive materije, koje smo gore spomenuli, najvažnija sirovina anorganskog porijekla, koja se troši u industriji sapuna je natrijska lužin a. Soda ne može saponificirati gliceride, ali se upotrebljava za neutralizaciju masnih kiselina, pa se troši u određenim količinama kod t. zv. karbonatnog, osapunjenja.
Kalijska lužina upotrebljava se skoro isključivo za proizvodnju mekanih (mazivih) sapuna, dok se kalijski karbonat, kao i natrijski, može upotrebiti samo za osapunjenje slobodnih masnih kiselina. U pogledu stepena čistoće potrebno je da alkalije, koje služe za kuhanje sapuna budu što više slobodne od željeza i drugih teških metala, jer oni mogu da pokvare boju sapuna i da smanje otpornost sapuna prema oksidaciji.
Kod procesa pranja sapunanjem važnu ulogu imaju i neke soli, koje u vodenoj otopini djeluju alkalno. Takve soli, koje se najviše upotrebljavaju jesu: soda, vodeno staklo, trinatriiski fosfat, tetranatrijski pirofosfat i natrijski heksametafosfat. Ove soli kao dodaci imaju manju cijenu, pa se u nekim slučajevima dodaju sapunima zato, da se pojeftini gotov produkt. U drugu ruku oni imaju vrlo važnu ulogu i zbog toga, što oni znatno povećavaju ekonomičnost kod potrošnje sapuna. Ti dodaci pojeftinjuju sapun i neutraliziraju prirodnu kiselost nekih nečistoća naročito na pamučnim tkaninama; istovremeno oni i omekšavaju tvrdu vodu. Tetranatrijski pirofosfat je naročito efikasan kod omekšavanja vode. Pomoću njega se može potpuno odstraniti magnezijska tvrdoća vode. Natrijski heksametafosfat je još bolji omekšivač vode, naročito onda, ako voda sadržava veliku količinu kalcijskih soli, samo je natrijski heksametafosfat preskup za masovnu upotrebu:
Na2[Na4(PO3)6] + Ca2+ → Na2[Na2Ca(PO3)6] + 2 Na–
Kuhinjska sol troši se kod proizvodnje sapuna za isoljivanje; neznatne količine te soli obično zaostaju u tako dobivenim sapunima.
3. Različiti dodaci sapunima
Neki spojevi, koji dolaze u sapunima mogu imati antioksidativno djelovanje, pa su sposobni da stabiliziraju sapun protiv ranciditeta. Prisutni suvišak alkalija vrši također u izvjesnoj mjeri antioksidativno djelovanje. Natrijski silikat je dobro poznati antioksidans.
Natrijski tiosulfat dodaje se katkada sapunu u malim količinama, zbog njegove izrazite antioksidativne vrijednosti. Stano-klorid je moćan antioksidans, pa se upotrebljava kod proizvodnje bijelih sapuna kao sredstvo za izbjeljivanje. Kolofonij (smolne kiseline) djeluje također u izvjesnom stepenu kao antioksidans.
Titansk.i dioksid često se inkorporira bijelim sapunima, da se poveća bjeloća, a jednako tako i cinkov oksid.
Usitnjeni pješčani materijal potpomaže mehaničkim djelovanjem proces pranja. Mirisave sastojine dolaze u toaletnim sapunima i mnogi takvi sapuni su umjetno obojeni. Znatne količine i nekih drugih supstanca dodaju se, da bi se postigla određena svojstva specijalnih toaletnih sapuna. Kao dodaci za specijalne sapune dolaze u obzir: alkohol, šećer, krezol, pyrethrum, sumpor, živine soliitd.
Organska otapala: terpentinsko ulje, cikloheksanol i dr. dodaju se katkada u manjim količinama industrijskim sapunima, da im se poveća učinak dispergiranja i pranja i to naročito za ona onečišćenja, koja se u vodi ne otapaju.
D) Proizvodnja sapuna u industrijskoj praksi
1. Uvod
Poznato je, da se kulturni stepen nekog naroda može ocijeniti po potrošku sapuna. Sapune su znali priređivati-već i stari Egipćani. Proizvodnjom sapuna započeto je u većem opsegu koncem 18. stoljeća i to zbog povećane njegove potrošnje za pranje pamučne tekstilne robe. Znatno unapređenje sapunske industrije počinje od godine 1820., kad je na tržište stavljena LEBLANC-ova sod.a, a još više od godine 1850., kada se počela uvoziti palmina mast iz tropskih krajeva.
Prije godine 1820., dok još nije bila poznata LEBLANC-ova soda, upotrebljavali su sapunari potašu iz drvenog pepela u kombinaciji s vapnom. Iz potaše dodatkom vapna stvara se u otopini kalijska lužina, kojom se provede saponifikacija. Kod dodatka natrijskog klorida u svrhu isoljivanja nastao je izmjenom iz kalijskog sapuna tvrdi natrijski jezgro-sapun. Kasnije je zamijenjen drveni pepeo sa sodom, a danas rade sapunari najviše s natrijskom lužinom.
Za pranje se mogu upotrebiti oni sapuni, koji se u vodi otapaju, a to su uglavnom samo natrijske i kalijske soli masnih kiselina. S drugim zemljoalkalnim i teškim metalima daju masne kiseline u vodi netopive sapune, koji se upotrebliavaju za druge svrhe.
Tako se na pr., aluminijski sapuni upotrebljavaju za impregniranje tkanina, nakon čega one postaju nepromočive za vodu. Sapuni olova, mangana i kobalta upotrebljavaju se u obliku rezinata, linoleata i naftenata kao sikativi za proizvodnju firnisa. Posebno priređeni olovni sapuni upotrebljavaju se kao »melemi«.
Proces saponifikacije neke masti s natrijskog lužinom može se u najopćenitijem obliku prikazati ovako:
C3H5(OOC R)3 + 3 NaOH → 3 Na • OOCR + C3H5(OH)3
Potrebne količine natrijske i kalijske lužine za provedbu procesa saponifikacije izračunavaju se iz broja osapunjenja. Ako smjesa masti za proizvodnju sapuna ima na pr. broj osapunjenja 195, onda se za provedbu procesa saponifikacije troši teoretski 19,5% KOH, a za kokosovu mast, koja ima broj osapunjenja 255 treba potrošiti 25,5% KOH.
Potrebna količina natrijske lužine za provedbu saponifikacije izračuna se množenjem s faktorom 40/50.
Prema tome u prvom slučaju za loj trošit će se 19,5 • 40/56 = 13,5% NaOH
a u drugom slučaju za saponifikaciju kokosove masti potrebno je uzeti 40/56 = 18,2% NaOH
Kod industrijske proizvodnje sapuna treba za saponifikaciju uzeti mali suvišak lužine.
Reakcija saponifikacije se vrši u stvari postepeno preko diglicerida i monoglicerida:
H2C-OOCR1 – HC-OOCR2 – H2C-OOCR3 + NaOH → H2C-OH – HCOOCR2 – H2COOCR3+ NaOOCR1 itd.
Praktički nije dokazano, da dolazi do akumulacije monoglicerida ili diglicerida u reakcionoj masi u bilo kojem stadiju saponifikacionog procesa. Masne kiseline mogu se saponificirati, za razliku od masti, s natrijskim i kalijskim karbonatom jednako lako kao i s natrijskim i kalijskim hidroksidom. Uspoređujući kod saponifikacije: gliceride s masnim kiselinama, to masne kiseline mnogo lakše reagiraju s alkalijama, što je i razumljivo. Masti s nižim stepenom nezasićenosti saponificiraju se lakše nego jako nezasićene masti.
Nakon izvršenog saponifikacionog procesa postupkom kuhanja, treba provesti odjeljivanje sapuna od glicerinske podlužnice, što je istovremeno povezano i sa čišćenjem sapuna. Podlužnica sadrži najveću količinu obojenih i drugih nečistoća, koje potječu iz tehničkih masti. Vrlo je važno, da se isoljivanjem postigne pravi odnos između čistog sapuna i podlužnice. Ako je odijeljena sapunska faza previše koncentrirana, onda je isoljivanje izvršeno pi;ekomjerno, pa se u vezi s time smanji i iskorišćenje na gotovom sapunu i dobije podlužnica velikog obujma.
Kod provedbe saponifikacionog procesa hladnim postupkom ne odjeljuje se pročišćeni sapun od podlužnice, nego sav oslobođeni glicerin zaostane u sapunskoj masi. Proizvodnja sapuna hladnim i polutophm postupkom vrši se u manjim reakcionim posudama, koje su snabdijevene dovodom direktne vodene pare i proviđene miješalom. Potrebne količine masti i lužine moraju se točno stehiometrijski odmjeriti. Ipak ove vrste sapuna obično sadrže suvišak alkalija ili masti, jer nismo u stanju da proces saponifikacije hladnim postupkom dovedemo potpuno do kraja. Mirisavo ulje, boja i drugi dodaci stave se već u posudu za saponifikaciju.
2. Provedba saponifikacije neutralnih masti postupkom kuhanja
Primjenjujući postupak kuhanja proces saponifikacije masti treba provesti postepeno. Smjesi rastaljenih masti u kotlu za kuhanje sapuna dodaje se potrebna količina lužine u obrocima. Koncentracija rastopljene lužine ravna se prema vrsti masti i prema načinu zagrijavanja. Za prvi obrok (jedna trećina od ukupne količine) uzima se razrijeđena lužina, oko 8° Be, dok se kod slijedećih obroka koncentracija povećava i završava s lužinom od 25 do 30° Be. Ako se zagrijavanje reakcione smjese vrši direktnom parom, koncentraeija natrijske lužine može biti nešto veća i to oko 10° Be, a kod indirektnog zagrijavanja, gdje se ne upušta otvorena (oštra) para, otopljena lužina, koja se dodaje treba da ima manju koncentraciju (oko 8° Be).
Kuhanje sapuna dovršava se uvijek s malim suviškom alkalija i to oko 0,2% do 0,5% NaOH, a po potrebi određuju se slobodne alkalije i titracijom kvantitativno. Taj suvišak alkalija potrebno je održavati, jer se samo uz te uslove može saponifikacija praktički dovesti do kraja. Nadalje kod isoljavanja sapunskog ljepka bez suviška alkalija, došlo bi do njegove hidrolize, pa bi se povodom toga izlučili kiseli sapuni — koji lako postaju ranketljivi, a hidrolizom ocjepljene alkalije prešle bi u podlužnicu:
RCOONa + HOH → RCOOH + NaOH
Sapunski ljepak na završetku procesa saponifikacije sadržava prosječno 45—50% masnih kiselina. Kod procesa isoljavanja, o kojemu ćemo govoriti kasnije, izdvoji se jezgro-sapun, koji sadržava najmanje 60% masnih kiselina.
3. Karbonatno osapunjenje
Saponifikacija slobodnih masnih kiselina, koje se dobivaju hidrolitičkom razgradnjom masti obično se ne provodi s alkalnim hidroksidima nego sa sod o m. U tom slučaju govorimo o karbonatnom osapunjenju, pa se proces saponifikacije vrši prema slijedećoj jednadžbi:
2 CnH2n+1 COOH+Na2CO3 → 2 CnH2n+1 COONa + CO2 + H2O
Otopljena soda (20—25° Be) zakuha se u kotlu za saponifikaciju, pa joj se onda dodaju u tankom mlazu uz miješanje na 100° C predgrijane masne kiseline. Povoljno je za ubrzavanje reakcije, ako se masne kiseline uzdižu (zbog svoje manje specifične težine) kroz otopinu sode prema gore.
Ako bi se umjesto sode u kotao dodale najprije masne kiseline, onda bi one bile u suvišku za čitavo vrijeme, dok traje proces saponifikacije, pa bi slobodne masne kiseline korodirale stijene kotla. Osim toga uz takve uslove rađa adsorbiraju se slobodne masne kiseline na stvorene sapune, pa nastaju grude, koje se teško daju homogeno razdijeliti, što sprečava potpuno osapunjenje čitave mase.
Dodavanje masnih kiselina treba provesti postepeno i oprezno, jer se zbog razvijanja ugljičnog dioksida sapunska masa pjeni i uzdiže. Kad se na odmjerenu količinu natrijskog karbonata doda potrebna količina masnih kiselina, produži se kuhanjem sve dotle, dok ne prestane razvijanje COa. Na 100 kg masnih kiselina troši se obično oko 20—22 kg sode (Na2C03), što se izračunava na osnovu kiselinskog broja masnih kiselina.
Tehničke masne kiseline sadrže redovito i nešto neutralne masti, pa je potrebno za njeno osapunjenje najzad dodati određenu količinu natrijske lužine (25—30° Be). Potrebna količina natrijskog hidroksida za osapunjenje neutralne masti izračuna se iz esterskog broja.
Karbonatno osapunjenje ima neke prednosti, jer je soda jeftinija i čišća od tehničke natrijske lužine, te nadalje sodu je lakše čuvati na skladištu. Ekonomski obziri opravdavaju i prethodno hidrolitičko cijepanje masti u svrhu dobivanja slobodnih masnih kiselina za karbonatno osapunjenje, jer se na taj način dobiva čistija i koncentriranija glicerinska voda, a ta se lakše prerađuje na čisti glicerin, nego vrlo razrijeđena i onečišćena glicerinska podlužnica, koja se izdvaja nakon izvršene saponifikacije neutralne masti.
Sapuni dobiveni iz neutralnih masti i masnih kiselina razlikuju se po svom vanjskom izgledu, što je u vezi sa činjenicom da jezgro-sapuni iz neutralnih masti sadrže oko 0,8%—2,5% glicerina. Zbog toga ti sapuni pokazuju sjajniji i življi izgled.
4. Saponifikacija s kalcijskim hidroksidom po Krebitz-u
Po KREBITZ-ovom postupku vrši se saponifikacija masti pomoću kalcijskog hidroksida u obliku vapnenog mlijeka. Iz dobivenog kalcijskog sapuna ispere se glicerin, nakon čega se dodatkom sode izvrši dvostruka izmjena. Pri tom nastaju natrijski sapuni, a kalcijski karbonat se istaloži:
Izostavljeno iz prikaza
Kod provedbe procesa saponifikacije po KREBITZ-u važno je, da se odmah u početku stvori što finija emulzija masti s vapnenim mlijekom, koje se mora uzeti u suvišku od 0,5% iznad teoretski proračunane količine kalcijskog hidroksida. Vapneno mlijeko sadržava kalcijski oksid i vodu u omjeru t : 3. Emulzija treba da ima početnu temperaturu 90—100°, jer se za vrijeme samog egzotermnog procesa saponifikacije, koji traje 6—8 sati, temperatura još dalje podigne i to tim više, što je veći sadržaj slobodnih masnih kiselina u masti. Prema tome, ako mast sadrži oko 15% slobodnih masnih kiselina početna temperatura emulzije treba da bude 90° C, a za neutralnu mast 98° do 100° C. Nakon izvršene saponifikacije i ohlađivanja dobiju se suhi i porozni kalcijski sapuni, koji se grubo samelju. Tako dobiveni kalcijski sapuni pune se u visoki toranj, koji ima perforirano dvostruko dno i tkaninu za filtraciju, pa se u tom tornju provede sistematsko ispiranje glicerina vrućom vodom.
Natrijski sapun dobije se dodavanjem kalcijskog sapuna u obrocima otopini sode (30—32%-tnoj) uz kuhanje i miješanje.
Tu dvostruku izmjenu treba u praksi izvršiti uz 4%-tni suvišak sode. Nakon što je čitava količina kalcijskog sapuna dodana nastavi se s kuhanjem još 2—3 sata, dok se ne dobije bistar sapunski ljepak i dok se više ne zapažaju suspendirane čestice kalcijskog sapuna. Sada se izvrši isoljivanje i odjeljivanje natrijskog sapuna.
Prednost tog postupka leži u tome, što se iz tvrdih poroznih kalcijskih sapuna sistematskim ispiranjem s vodom dobiva čista glicerinska voda veće koncentracije. Tim postupkom dobiju se neutralni sapuni dobrog kvaliteta, koji se mogu upotrebiti kao osnovni sapuni za izradu toaletnih sapuna.
5. Dobivanje jezgro-sapuna isoljivanjem sapunskog ljepka
Nakon dovršenog procesa saponifikacije nalazi se u kotlu za kuhanje sapun u obliku sapunskog ljepka, koji sadržava sve sastojine, koje saponifikacijom nastaju i to u obliku homogene mase;
Dodavanjem elektrolita sapunskom ljepku izdvajaju se natrijske soli masnih kiselina iz otopine i tako se dobiva jezgro-sapun. Budući da kao elektrolit za odlučivanje sapuna iz sapunskog ljepka služi kuhinjska sol naziva se čitav postupak isoljivanje.
Isoljivanjem se smanjuje stepen disperziteta sapunske otopine i poruši se homogenitet gela, kod čega dolazi i do njegove parcijalne anhidracije.
Pratimo li proces isoljivanja postepenim dodavanjem elektrolita, tada zapažamo, da sapunska rastopina ostane jedno vrijeme još homogena, ali se uskoro već prema vrsti upotrebljenih masti za saponifikaciju stvaraju dva odjeljena sloja. Gornji sloj sadrži u pretežnoj količini sapun sa nešto malo elektrolita, a donji sloj sadrži u pretežnoj količini u vodi otopljeni elektrolit i glicerin.
Parcijalnim isoljivanjem dobije se najprije polujezgro-sapun, odnosno po svom sastavu, to je jezgro-sapun na talogu od sapunskog ljepka.
Doda li se dovoljna količina soli i provede totalno isoljivanje razdijeli se čitava masa sapunskog ljepka na dva odijeljena sloja: jezgro-sapun i glicerinsku podlužnicu. Gornji sloj i nakon potpunog isoljivanja ne sadrži ipak samo čiste sapune nego i određenu količinu vode, nešto elektrolita i glicerina, ako je sapun dobiven saponifikacijom neutralne masti.
Sol se dodaje u čvrstoj formi ili u koncentriranoj otopini. Nakon dodatka soli zagrijava se tako dugo, dok se ne izvrši odlučivanje jezgro-sapuna. Vanjski znak, da je proces isoljivanja dovršen, je diskontinuirano protiskivanje pare kroz sloj sapuna, koji se je odijelio od podlužnice. Para izlazi u obliku malih mjehurića i kod toga se čuje zviždeći šum. Proces isoljivanja prati se promatranjem zahvaćenog sapuna na ravnoj žlici, pa se prosuđuje stepen isoljenja po veličini odvojenih krpica, koje se otiskuju i klize po plohi koso nagnute ravne žlice.
Sapuni dobiveni iz različnih masti i masnih ulja izdvajaju se, odnosno isoljuju, iz svojih otopina uz različne koncentracije dodanog elektrolita. To zavisi u prvom redu o molekulamoj težini masnih kiselina. Za isoljavanje sapuna niskomolekularnih i srednjemolekularnih masnih kiselina treba da bude prisutan elektrolit u većoj koncentraciji. Takvi su na pr. sapuni kokosove masti, u kojima dolazi u pretežnoj količini natrijski laurinat.
Sapuni visokomolekularnih zasićenih masnih kiselina teže se otapaju u vodi, pa su zato osjetijiviji prema elektrolitu, tako da je dovoljna njegova manja koncentracija, da se ti sapuni isole. Takvi su na pr. sapuni stearinske kiseline (natrijski stearat).
Pri izboru masti za proizvodnju jezgro-sapuna vrijedi pravilo, da su za tu svrhu tim bolje one masti, koje imaju što manji jodni broj, dok su nasuprot tome ulja s visokim jodnim brojem odličan materijal za proizvodnju kalijskih mazivih sapuna.
Ako se saponifikacija izvrši kalijskom lužinom, a nakon toga se provede isoljivanje, onda dolazi nakon dodatka kuhinjske soli do dvostruke izmjene pri čemu nastaje natrijski sapun, koji ima slabiju topivost od kalijskog sapuna. Čvrsti kalijski sapuni mogu se dobiti samo isoljivanjem pomoću neke odgovarajuće kalijske soli (kalijskog acetata ili klorida).
Usporedimo li sapune zasićenih i nezasićenih masnih kiselina s istim brojem ugljikovih atoma (na pr. sa C18), onda se soli nezasićenih masnih kiselina lakše otapaju i teže isoljivaju, nego sapuni zasićenih masnih kiselina. Tako se na pr. natrijski oleat (C17H33COONa) teže isoli nego natrijski stearat (C17H35COONa).
Usporedimo li nezasićene masne kiseline s istim brojem C-atoma u molekuli, ali različnog stepena nezasićenosti, onda se one s većim brojem dvostrukih vezova teže isoljuju. Tako na primjer za isoljavanje natrijskog linoleata (C17H31COONa), treba veća koncentracija elektrolita nego za natrijski oleat (C17H33COONa).
Ukratko se može kazati, sapuni homolognih masnih kiselina isole se sa to manje elektrolita, što je veća njihova moleknlarna težina. Ona otopina, koja smanjuje topivost sapuna u tolikoj mjeri, da se postigne parcijalno isoljivanje, zove se granična koncentracija elektrolita za sapune iz dotične masti. Za prirodne masti i ulja to je neka karakteristična konstanta, pa su u tom pogledu i pravljeni poredbeni pokusi za različne masti, uz upotrebu istih elektrolita (NaCl ili NaOH). Granične koncentracije otopina NaCl i NaOH kao elektrolita za isoljivanje sapuna iz različnih masti prikazuje ova tabela:
| Osapuni se; | Elektroiiti za isoljavauje | Soli ovih masnih kiselina dolaze u pretežnoj količini u sapunu | |
| NaCl°Be | NaOH°Be | ||
| Repičino ulje | 3,5 | 5,5 | C21H41COONa |
| Loj | 5 | 7 | C17H35COONa |
| Maslinovo ulje | 5,5 | 7 | C17H33COONa |
| Sojino ulje | 6 | 8,5 | C17H31COONa |
| Laneno ulje | 6 | 9 | C17H29COONa |
| Kokosova mast | 19 | 23 | C17H23COONa |
| Ricinusovo ulje | zasićena otopina | — | C17H32(OH(COONa) |
Iz ove tabele vidimo, da se relativno nailakše isoljavaju sapuni iz repičinog ulja, ono sadržava visokomolekularnu eruka kiselinu (56—65%). Nakon toga dolaze sapuni iz loja, u kojima pretežno dolazi natrijski stearat i palmitat.
Veće količine elektrolita za ispljivanje trebaju oleati, linolati i linolenati, to jest sapuni iz maslinovog, sojinog i lanenog ulja. Još je veća koncentracija elektrolita potrebna za isoljivanje kokosovog sapuna, u kojemu dolaze u pretežnoj količini niskomolekularne i srednjemolekularne masne kiseline (sa C6, C8, C10, C12 i C14). Najzad treba istaknuti, da se sapuni iz ricinusovog ulja najteže isoljavaju, jer se natrijski ricinolat, koji dolazi u sapunu ricinusovog ulja u pretežnoj količini (oko 87%) najlakše otapa u vodi, kao sol jedne oksimasne kiseline.
Količina vode u nekom jezgro-sapunu zavisi o tome, do koje mjere je provedeno isoljivanje. Većom količinom elektrolita iznad granične koncentracije, dobije se sapun s relativno malo vode i takav se odluči u mrvičastoj formi. Stepen isoljivanja mora se tako odmjeriti, da izdvojeni jezgro sapun sadržava oko 60—64% masnih kiselina, odnosno praktično iskorišćenje treba da iznosi 145—160 kg jezgro sapuna iz 100 kg masti.
Dobro dogotovljeni sapun, ako se zgnječi između dva prsta pokazuje znakove plastičnosti. Stavljen u rastaljenom stanju na staklenu pločicu mora biti prozračan, a ohlađen treba da se čvrsto drži svoje podloge.
6. Dobivanje sapuna u obliku sapunskog ljepka
Iz podataka u tabeli vidi se, da se kokosova mast teško isoljuje. To se u praksi iskorišćava na taj način, što se saponifikacijom kokosove masti i njoj po sastavu srodnih masti proizvode sapuni u obliku sapunskog ljepka, koji sadržavaju sve sastojine osapunjene mase uključivši ovamo i glicerin. Za proizvodnju čistog natrijskog sapuna u obliku sapunskog ljepka uzimaju se u pretežnoj količini masti s niskomolekularnim masnim kiselinama.
Smjesa masti zagrije se na temperaturu oko 35° C i za osapunjenje se upotrebi odgovarajuća količina natrijske lužine u otopini 38° Be. Miješanjem se mora postići što finija emulzija, pa se onda tekuća reakciona masa, nakon što je oko 15% masti osapunjeno preruči u posude od drva ili željeznog lima, koje su dobro toplinski izolirane. Proces saponifikacije teče dalje i nakon što se dovrši sapun postane čvrst, pa se može rezati već poslije 40 sati. Da ne bi dobili u gotovom sapunu suvišak alkalija odmjerava se količina lužine nešto ispod stehiometrijskog odnosa. To je primjer saponifikacije hladnim postupkom.
Polutopla saponifikacija vrši se kod temperature oko 70° C.
Sapuni u obliku sapunskog ljepka tvrdi su i dobro pjene. Oni su podesni da prime punila, kao što je vodeno staklo. U nedostatku kokosove masti provede se saponifikacija loja smjesom natrijske i kuhinjske lužine, pa se i na taj način dobije sapun u obliku sapunskog ljepka, koji se lako otapa i dobro pjeni.
7. Dobivanje kalijskih mekanih (mazivih) sapuna
Saponifikacijom triglicerida nezasićenih masnih kiselina, kao što dolaze na pr. u lanenom ulju, s kalijskom lužinom, dobiju se mekani (mazivi) sapuni. Za proizvodnju kalijskih mekanih sapuna služe u prvom redu masna ulja sa što većom nezasičenošću.
Dodatak čvrstih masti u malim količinama ima za posljedicu, da se iz mekane (mazive) sapunske mase izluče u zrnatom kristalnom obliku sapuni čvrstih masnih kiselina. Ako se upotrebe čvrste masti u nešto većoj kohčini, onda se dobiju prorasli (srebmasti) sapuni nalik na sedef. Takvi se sapuni mogu dobiti iz pamučikinog ulja uz dodatak loja, svinjske masti i palmine masti.
Osebujan izgled proraslih (srebrnastih) sapuna potječe odatle, što se za saponifikaciju upotrebljenoj kalijskoj lužini dodaje oko 20—30% NaOH od 25° Be. Nastali natrijski sapuni palmitinske i stearinske kiseline stvaraju bijele sjajne pruge u kalijskom mazivom sapunu.
Već prema čistoći sirovina, boja kalijskog mazivog sapuna može biti svijetla, žuta, smeđa, zelena ili tamna. Kod kuhanja tih sapuna dodaje se uz kalijski hidroksid, još i kalijskog karbonata, koji smanjuje viskozitet sapunske mase.
Proces saponifikacije provede se na slijedeći način. U kotlu se zakuha najprije oko 1/3 masnih ulja, kojima se dođa oko 1/4 alkalija od ukupne količine. Nakon toga se doda i sva ostala količina masnih ulja, pa se saponifikacija dovede do kraja sa 25—30%-tnom kalijskom lužinom.
Pri završavanju kuhanja mora se paziti, da sapun sadrži dovoljne količine vode, slobodnih alkalija i soli, jer su to faktori, koji uslovljavaju karakteristična svojstva mazivog sapuna, njegovu konzistenciju i transparentnost.
Vanjski povoljan znak o dobroj kvaliteti kalijskog mazivog sapuna je kad s nagnute lopatice sapunski ljepak otječe i otrgava se, a ne izvlači se u duge niti. Na staklenoj ploči ispituje se transparentnost: na staklenu ploču položena proba treba da pokazuje kroz duže vrijeme staklasti sjaj. Suvišak potaše čini da je sapunski ljepak u kotlu prerijedak i da lako teče. Gotovi mazivi sapuni šalju se na upotrebu kao takvi ili djelomično punjeni. Kao punilo upotrebljavaju se različni dodaci kao: škrobni Ijepak, želatina itd.
Transparentni kalijski sapuni se dobiju, ako se za saponifikaciju upotrebe uglavnom jako nezasićena ulja. Ti sapuni su prozračni i homogeni.
Čisti mazivi sapuni sadržavaju oko 40% masnih kiselina.
E) Aparature za proizvodnju sapuna
1. Uređaji za proizvodnju jezgro-sapuna
KOTLOVI ZA SAPONIFIKACIJU. Saponifikacija neutralnih masti kao i neutralizacij a tehničkih masnih kiselina (karbonatno osapunjenje) vrši se u otvorenim velikim željeznim kotlovima cilindrično-koničnog oblika (sl. 133.).
Zagrijavanje reakcione smjese kod kuhanja sapuna vrši se direktnom, odnosno indirektnom vodenom parom. Miješanie reakcione mase vrši se najlakše privođenjem direktne vodene pare. Položaj cijevi za dovod direktne vodene pare na dnu cilindričnog kotla za kuhanje sapuna vidi se na slici 134.
Kotlovi s ugrađenim mehaničkim mješalom (sl. 135.) služe dobro naročito onda, kad treba sapunu nakon dovršenog kuhanja dodati punila ili neke dodatke. Mehanička mješala su od velike koristi i kod isoljavanja jezgro-sapuna, a naročito kod fabrikacije mazivih sapuna i pri provođenju saponifikacije hladnim odnosno polutoplim postupkom.
HLAĐENJE. Nakon dovršene saponifikacije i isoljivanja jezgro-sapuna, otpušta se tekući sapun preko prelazne cijevi i pomoću centrifugalne pumpe u prešu za hlađenje (sl. 136.). Preša za hlađenje sastoji se od elemenata za hlađenje, a to su šuplje ploče, kroz koje stalno protieče hladna voda. Između takvih ploča za hlađenje uloženi su prazni okviri. Tekući sapun teče iz zajedničkog žlijeba u otvore pojedinih okvira ili se puni dovodnom cijevi u njihov međuprostor, koji je s obje strane zatvoren pločama za hlađenje (sl. 137 a i b).
Ploče za hlađenje su poniklovane i polirane; u dodiru s tim hladnim plohama izliveni tekući sapun se hladi i očvrsne već nakon 1—2 sata. Nakon toga rastave se i odmaknu ploče za hlađenje od okvirnih ploča i iz njih se vade formirani sapunski pločasti komadi.
Sl. 133. Kotao za kuhanje sapuna A zidovi kotla; B cijev za dovod direktne pare; C cijev za dovod indirektne pare; E pomična cijev; F čekrk za podizanje i spuštanje pomične cijevi; G ventil za otpust podlužnice; H ventil za otpust sapuna; I izolacija kotla; K željezno-betonska podloga; L površina sapuna; M i N rezervoari za podlužnicu; O lijevak za otakanje sapuna; P centrifugalna pumpa
Izostavljeno iz prikaza
Polagano očvršćavanje sapuna bez umjetnog vanjskog hlađenja može se uspješno provesti u uspravnim šupljim formama, čije stijene su pokretno povezane, tako da se nakon očvršćavanja sapuna stijene rastave. Na taj se način dobiju sapuni u obliku većih blokova, iz kojih se rezanjem dobiju manji komadi. Ohlađivanje tekućeg sapuna može se provesti i izlijevanjem u odgdvarajuće forme manjih dimenzija na istom principu, kako se vrši lijevanje svijeća. Oko takvih metalnih forma cirkulira hladna voda i očvrsnuti sapun se potisne iz njih i dobije u obliku štapova.
Sl. 134. Cilindričan kotao za kuhanje sapuna
Izostavljeno iz prikaza
REZANJE SAPUNA. Rezanje sapunskih ploča i blokova vrši se pomoću horizontalno ili vertikalno nategnutih čeličnih žica (sl. 138.). Žice su nategnute u okvirima, tako da se sapunska ploča potiskuje prema njima. Žicama se izrežu sapunske ploče najprije na prizmatičke štapove iz kojih se ponovnim rezanjem okomito na prvi smjer dobiju komadi određene i propisane težine.
Sl. 136. Preša za hlađenje sapuna u pločama
Izostavljeno iz prikaza
SUŠIONICE. Da bi se količina vode u svježe izrezanom sapunu svela na normalnu mjeru, komadi sapuna suše se u sušionici. Sušionice se grade u obliku komore, kroz koju prolazi u više staza beskonačna transportna vrpca, na koju se polažu komadi sapuna. Proces sušenja vrši se kontinuirano tako, da s jedne strane stalno ulaze sapunski komadi u sušionicu. Na njenom krovnom dijelu je smješten jaki ventilator, koji održava stalnu promaju toplog uzduha, koji struji preko sapuna i odnosi vlagu. Sušenje sapuna može se provesti i na taj način, što se komadi sapuna polažu na police etažiranih vagoneta, koje se onda uvezu u sušionicu i ostavljaju prema potrebi jedno vrijeme u njoj. To su kanalne sušionice (sl. 139.), kroz koje stalno struji topao predgrijani uzduh (do 45° C).
Sl. 137 a) i b) Uređaj za hlađenje sapuna u pločama A kotao za sapun; B otvor za punjenje kotla; C mješalo; D kompresor kojim se u kotlu pravi pritisak od 2—3 atm.; E cijev za dovod sapuna u prešu; Q ventil koji propušta sapunu mašinu za hlađenje; F preša za hlađenje sapuna; / ploča za hlađenje; K okviri za sapun; M cijev za dovod vode; P prelazna cijev za vodu; žlijeb kojim se odvodi rashladna voda; R ventil za izjednačivanje pritiska u kotlu; S zavrtanj na preši za hlađenje.
Izostavljeno iz prikaza
Sl. 138. Kombinirana mašina za rezanje sapunskih ploča
Izostavljeno iz prikaza
Sl. 139. Kanalna sušionica za sapun
Izostavljeno iz prikaza
Davanje konačnog oblika pojedinim komadima sapuna vrši se u ručnim iii automatskim sapunskim prešama (sl. 140.). Komadi sapuna, koji su došli iz sušionice stavljaju se u šuplje kalupe u kojima se upotrebom pritiska dade komadu odgovarajući oblik i eventualno utisne neki žig.
Sl. 140. Automatske sapunske preše
2. Uređaji za proizvodnju toaletnih sapuna
Za proizvodnju finih toaletnih sapuna upotrebljavaju se najčistije masti i to prešani loj, izbijeljena palmina mast i maslinovo ulje.
Smjesa tih masti saponificira se i dobro isoli, tako da se dobije jezgrosapun prvorazrednog kvaliteta, koji ne smije sadržavati slobodnih alkalija niti zaostataka neutralne masti.
SUŠENJE SAPUNA. Osnovni jezgro-sapun se izreže i u obliku sapunskih strugotina suši u posebnim sušionicama (sl. 141.), da sadržai vode padne ispod 10%. Na slici vidi se lijevo gore, kako se iz tekućeg sapuna prave ljušćice. Veći valjak koji se iznutra hladi vodom, prihvaća iz malog rezervoara svojom površinom tekući vrući sapun, koji uskoro očvrsne i na donjoj strani valjka ga odlupljuju strugači u obliku tankih ljušćica. Ljušćice padaju na transportnu vrpcu, koja ih prenosi u sušionicu, gdje one padaju na niže ležeće vrpčaste transportere. Nasuprot kretanja sapunskih ljušćica struji kroz sušionicu predgrijani topli uzduh. Debljina sapunskih ljušćica iznosi oko 0,3 mm.
Sl. 141. Sušionica za sapunske ljuščice
Izostavljeno iz prikaza
Sl. 142. Sušenje sapuna na vrućim valjcima
Izostavljeno iz prikaza
U posljednje vrijeme vrši se sušenje tekućeg sapuna također i na vrućim valjcima, koji se iznutra zagrijavaju parom. Takvi aparati imaju i uređaj za hlađenje, koji se sastoji od para valjaka, a ti su postranice ugrađeni.
Sapun se može dovoditi na sušenje neposredno iz kotla za kuhanje i on se raspodjeljuje jednoliko u tankom sloju na valjcima za sušenje (sl. 142.). Isparavanje vode regulira se tako da se nakon jednog okretaja valjaka postigne poželjni stepen isušivanja. Isušeni sapun, koji je još donekle plastičan, struže se s vrućih valjaka i pada na valjke za hlađenje, gdje očvrsne i dobiva se u obliku Ijušćica.
Sušenje na valjcima može se intenzivirati jačim zagrijavanjem tako, da se dobiva sapun koji sadržava 84—85% masnih kiselina, pa se iz takve sapunske mase mogu izvaljati i dobiti sapunske pahuljice. Ako se para uvodi u valjke pod pritiskom od 6—7 atmosfera dobiva se bezvodni sapunski prah. kojega ne treba prenositi na obradu između hladnih valjaka.
Sl. 143. Mješalica i gnječilica za sapvn
Izostavljeno iz prikaza
Na vrućim valjcima ostaje sapun vrlo kratko vrijeme (6—8 sek.), t. j. tako dugo, dok traje jedan okretaj valjaka za sušenje.
Sušene sapunske strugotine miješaju se s mirisavim uljem, bojom i drugim dodacima u posebnim mješalicama (sl. 143.).
PILIRMAŠINE. Sapunske ljuske, boja i mirisava ulja izmiješana u mješalici treba protrljati u pilirmašini, da se dobije homogena sapunska masa posve jednoličnog izgleda, koja nakon te mehaničke obrade zadobije podatnost i plastičnost. Trljanje sapunske mase u pilirmašini vrši se između valjaka. Površinska brzina’ kretanja pojedinih valjaka je različna, pa se time postizava ne samo gnječenje nego i rastrljavanje sapunske mase.
Kod rada pilirmašine strugači skidaju sapunsku masu s valjaka. Valjci su od granita ili su to željezni valjci, koji se iznutra hlade vodom. Hlađenje valjaka pilirmašine ima prednost, jer se na taj način zapriječi jače zagrijavanje valjaka, tako da ne može doći kod rada do isparavanja i gubitka eteričnih ulja.
Ako se piliranje provede na pilirmašini, koja ima više valjaka, onda se jednokratnim prolazom kroz pilirmašinu može postići potpuni homogenitet sapunske mase. Pilirmašina prikazana na slici 144. ima devet valjaka i kod jednokratnog prolaza kroz nju, izvrši se rastrljavanje sapunske mase 8 puta i provede na istom putu miješanje 5 puta. Sapunska se masa hvata površine onih valjaka, koji imaju veću površinsku brzinu kretanja.
Sl. 144. Shema pilirmašine s devet valjaka
Izostavljeno iz prikaza
PELOTEZA. Namirisan, homogeniziran i jednoliko obojen, sapun prenosi se u pelotezu (sl. 145.), koja nije ništa drugo nego pužna preša. Pužni vijak u
Sl. 145. Peloteza (pužna preša)
A lijevak za punjenje; B pužni vijak; C plašt za hlađenje vodom; D perforirana ploča; E glava preše; F usta preše; G pogonski uređaj; K remenica; L plamenik za zagrijavanje pelotezi zahvata i komprimira sapunsku masu kroz perforiranu ploču i sapun izlazi najzad kroz otvor (usta) preše u obliku debelog štapa.
Izostavljeno iz prikaza
Pužni vijak se izvana hladi ili zagrijava vodom za vrijeme rada, dok se otvor, kroz koji prolazi sapun zagrijava plamenom, parom ili električki.
Sapun se razrezuje u komade, kojima se daje konačni oblik u ručnim prešama pomoću odgovarajućih matrica.
3. Proizvodnja sapuna kontinuiranim postupkom
Običan postupak proizvodnje sapuna kuhanjem reakcionih komponenata u kotlovima nije ekonomičan, jer proces saponifikacije i odjeijivanje sapuna traje predugo, troše se velike količine topline, te nadalje dobiva se vrlo razrijeđena glicerinska podlužnica i osim toga čitava proizvodnja je diskontinuirana. Nastojanja, koja su išla za tim, da se proizvodnja sapuna racionalizira, uklonila su spomenute nedostatke uvođenjem kontinuiranog procesa proizvodnje sapuna. Neki od tih kontinuiranih postupaka već se danas uspješno primjenjuiu u industrijskoj praksi.
Sl. 146. Uređaj za kontinuiranu proizvodnju sapuna po Clayton-u
Izostavljeno iz prikaza
Ovdje ćemo ukratko opisati kontinuirani postupak proizvodnje sapuna po CLAYTON-u (sl. 146).
Rastaljena smjesa masti za saponifikaciju nalazi se u rezervoaru 1, a jaka otopina lužinej u rezervoaru 2.
Pumpe 3 i 4 povlače masti i lužinu u određenim omjernim količinama i potiskuju ih kroz predgrijače (na slici nijesu označeni) u kojima se zagrije mast na temperaturu 135° C, a otopina lužine na 80° C. Tako predgrijana mast i lužina izmiješaju se u mješaču 5. Posebnim regulatorom 6 za brzinu protjecanja reaktanata udešava se dotjecanje lužine tako da se ona dopumpava uvjek u malom suvišku.
Smjesa lužine i masti vodi se kroz cijev 7 u reaktor 8, u kojemu je ugrađena zmijolika cijev 10, a ta se stalno zagrijava posebnim žižkom 9. U zmijolikoj cijevi vrši se stalna saponifikacija kojim procesom nastaje glicerin i sapun. Potpuna saponifikacija masti izvrši se već nakon 5 minuta.
Zagrijana reakciona smjesa ispušta se s temperaturom oko 282″C kroz sapunica 11 u komoru 12, koja stoji pod vakuumom. Tu se glicerin i voda ispare i odvode kroz cijev 13 u hladionik za glicerin 14.
Sl. 147. Sharples-ova supercentrifuga
Sapun kao nehlapiv pada na dno komore 12 i on je skoro potpuno bezvodan te sadrži oko 0,5 — 1% glicerina. Sapun je tako vruć da ostaje tekući, pa se kontinuirano potiskuje pomoću pumpe 15 kroz cijev 16.
Kod protjecanja kroz cijev 16, sapun se ovlažava dovođenjem vodene pare kroz cijev 17. Ovlažavanje se dozira na taj način, što se pomoću pumpe 18 može regulirati dovod vode što prelazi u paru, tako da se konačno dobije gotov sapun sa željenom količinom vode.
Smjesa para glicerina i vode dospjevaju kroz cijev 13 u glicerinski kondenzator 14, gdje se praktički sav glicerin kondenzira na površini hladnih cijevi 19, te se njegov kondenzat odvodi kroz cijev 20 u rezervoar za glicerin 21. Vodena para odvodi se kroz cijev 22 u vodeni kondenzator.
Za postizavanje i reguliranje vakuuma u komori 12, služe kondenzatori i parni eiektor 24.
Ovlaženi sapun se ohlađuje u posebnom hladioniku 25, gdje temperatura padne na približno 94° C. Čist sapun dolazi u hladionik kroz cijev 16 i izlazi na otvor za formiranje sapuna 27, tako da mu se može dati željeni oblik.
Poznati su i drugi kontinuirani postupci, od kojih je naročito interesantan SHARPLES-ov postupak, kod kojega se separacija podlužnice i sapuna vrši u SHARPLES-ovim supercentrifugama (sl. 147).
SHARPLES-ova centrifuga upotrebljava se i za odvajanje sapuna iz saopstocka, koji nastaje kod rafinacije ulja. Ta centrifuga ima relativno visok bubanj u obliku stojećeg cilindra. Bubanj pravi oko 15.000 okretaja u minuti. Smjese tekućina, koje se dovode u centrifugu prisiljene su da rotiraju istom brzinom u bubnju i one se podižu u slojevima odozdo prema gore. Jedan sloj prelijeva se kod G pa se hvata u kapi H odakle otječe odvodnom cijevi J. Drugi sloj koji priliježe neposredno uz plašt bubnja ulazi kod K u drugo odjeljenje (kapu) L, odakle se odvodi iz centrifuge kroz cijev M.
F) Karakteristike različitih vrsta sapuna
1) Uvod
Kod osapunjenja neutralnih masti s natrijskom lužinom uz primjenu procesa kuhanja dobije se od glicerina odijeljeni čisti natrijski sapun. Na taj način dobiva se sapun potpuno slobodan od neosapunjene masti, a može da sadržava još manje od 0,1% slobodnih alkalija. Iste slobodne alkalije prisutne u svježem sapunu kao natrijski hidroksid pretvore se manje ili više u natrijski karbonat utjecajem ugljičnog dioksida iz uzduha već za vrijeme sušenja.
Nakon izvršene saponifikacije i isoljivanja osapunjena masa se sastoji uglavnom od 67—68% sapuna i 32—33% vode, Taj sapun može sadržavati znatne kohčine soli i ne više od 0,5% glicerina. Sapuni odijeljeni isoljivanjem od glicerinske podlužnice imaju svijetlu boju i čistiji su nego sapuni dobiveni bilo kojim drugim postupkom, jer sve nečistoće iz upotrebljenih tehničkih sirovina prijeđu u podlužnicu.
Kalijski sapune može se tako dobro isoliti i odijeliti od glicerina nakon izvršene saponifikacije kao natrijski sapuni. Kod dodavanja natrijskog klorida kalijskom sapunu dolazi do dvostruke izmjene, tako da nastane natrijski sapun i kalijski klorid.
Pri proizvodnji natrijskog sapuna polutoplom saponif ikacijom, rastaljenim mastima dodaje se kod 75—80° C izračunata količina 35—38%-tne natrijske lužine uz snažno miješanje, dok se ne postigne emulzija. Nakon izvršene saponifikacije zaostane sav glicerin u osapunjenoj masi, pa je tako dobiveni sapun lošijeg kvaliteta. Radeći po toj metodi teško je odmjeriti mast i lužinu u pravom odnosu, a da se ne uzme jedna od tih komponenata u suvišku. Osim toga ne postiže se potpuna saponifikacij a uz spomenute radne uslove ni u onom slučaju, ako se mast i lužina uzmu u točno odgovarajućoj proporciji. Polutoplom saponifkacijom dobivaju se sapuni, koji sadrže uvijek više slobodnih alkalija (oko 0,3%), nego sapuni izrađeni procesom kuhanja.
Zbog prisutnosti zaostale neosapunjene masti i nečistoća, koje sobom donose upotrebljene tehničke sirovine, sapuni dobiveni polutoplom saponifikacijom lako se oksidiraju, a to može da djeluje na promjenu boje i razvijanje ranketljivog mirisa. Dodatkom natrijskog tiosulfata ili drugih antioksidansa ovim sapunima smanji se njihova osjetljivost prema oksidaciji.
Pri proizvodnji sapuna hladnim procesom, rastaljena mast i otopina alkalija miješaju se kod relativno niske temperature i dobivena emulzija izlije se u kalupe, odnosno između praznih okvira, gdje se saponifikacija dovršava. Sapuni dobiveni hladnim procesom slični su onim sapunima, što se proizvode polutoplom saponifikacijom.
Kao sirovine za proizvodnju sapuna služe ne samo neutralne masti nego i slobodne masne kiseline, koje se dobivaju hidrolitičkom razgradnjom masti. Istoj svrsi služe i tehničke masne kiseline, koje se dobivaju zakiseljenjem saopstock-a, koji nastaje kod rafinacije jestivih ulja.
Sapuni dobiveni saponifikacijom, odnosno neutralizacijom masnih kiselina razlikuju se od sapuna proizvedenih iz neutralnih masti procesom kuhanja po tome, što su oni potpuno slobodni od glicerina.
Sapuni napravljeni od masnih kiselina mekši su i po svojoj mikrostrukturi razlikuju se od sapuna iz neutralnih masti.
2. Specijalne vrste toaletnih sapuna
Ima izvjestan broj više ili manje dobro definiranih toaletnih sapuna, koje ćemo ovdje spomenuti.
a) Transparentni ili glicerinski sapuni
Karakteristični prozračni izgled ovih sapuna u vezi je s njihovom ultrakristaliničnom strukturom. Dodavanje alkohola, glicerina ili šećera uzrokuje izlučivanje sapuna u tom obliku. Ovdje se radi o fizikalnom učinku, koji zavisi više o okolnostima, uz koje se izvrši kristalizacija, tako da prozračnost nije uslovljena stalnom prisutnošću alkohola, ili kojeg drugog odgovarajućeg dodatka u sapunu.
Prema tome transparentni sapuni napravljeni pomoću alkohola zadrže svoju prozračnost i nakon toga, što je veći dio alkohola ishlapio.
Različiti transparentni sapuni znatno variraju u svom sastavu. Najjednostavniji način prepariranja sastoji se u otapanju sapunskih pahuljica u alkoholu, nakon čega se najveći dio alkohola ispari. Takav se produkt u bltnosti ne razlikuje po svom sastavu od izvornog uzorka sapuna. U praksi se primjenjuje postupak, da se toploj osapunjenoj masi dodaju dva dijela alkohola i jedan dio glicerina. Masti, koje se upotrebljavaju za proizvodnju transparentnih sapuna jesu loj i kokosova mast. Često se dodaje do 30% ricinusova ulja, pa se na taj način znatno smanji količina dodanog alkohola, glicerina, odnosno šećera potrebnog da se postigne transparentnost sapuna.
b) Supermašćeni sapuni
Supermašćeni sapuni se dobiju, ako se gotovim sapunima doda oko 1% lanolina ili maslinovog, odnosno drugog kojeg masnog ulja ili masti. Ti sapuni se proizvode u ograničenim količinama i upotrebljavaju ili ljudi sa jako suhom kožom i oni, koji imaju radije sapune sa suviškom masti nego alkalija. Supermasni sapuni djeluju manje podražljivo na jako osjetljivu kožu nego obični sapuni.
c) Sapuni za brijanje
Sapun za brijanje ima zadatak da ukloni masne sastojine, koje su normalno prisutne na dlakama brade nakon čega dlake mogu adsorpcijom da vežu vodu i na taj način da omekšaju. Pjena proizvedena sapunom za brijanje treba da zaštićuje adsorbiranu vodu, pa je kvalitet pjene od jednake važnosti. Dobar sapun za brijanje mora se lako otapati i davati tešku i obilnu pjenu finih mjehurića. Pjena se ne smije lomiti niti otpadati s lica; ona se ne smije ni sušiti za sve ono vrijeme, dok traje brijanje. Nadalje pjena ne smije podraživati kožu, nego treba da iza nje ostane nježna površina svježe obrijanog lica.
Sapuni za brijanje u komadima priređuju se obično polutoplim ih hladnim procesom osapunjenja, pri čemu glicerin zaostaje u gotovom produktu, što je i poželjno, jer glicerin priječi sušenje i utječe povoljno na kvalitet pjene. Bitno je, da sapun za brijanje ne smije sadržavati slobodnih alkalija i to niti u obhku hidroksida niti karbonata. To se postiže naročito kod supermašćenih sapuna dodatkom 0,5% do 1% stearinske kiseline.
Poznato je, da sapun stearinske kiseline daje kompaktnu i gustu pjenu, kako se to traži od sapuna za brijanje. Zato se kod proizvodhje tih sapuna moraju uzeti takve masti, koje sadržavaju stearinsku kiselinu u pretežnoj količini. Obično se uzima ne manje od dvije trećine stearinske kiseline od ukupnih masti; kokosova mast ili ulje od palminih koštica treba da se pridodaje u količini od 20% do 25%. Ostale masti mogu biti; loj, palmina mast, maslinovo ulje itd.
Od spomenutih sirovina proizvedeni natrijski sapuni bili bi previše tvrdi i slabo topivi, pa je zbog toga potrebno, da se osapunjenje provede jedmm dijelom i s kalijskom lužinom. Procentualna količina kalijskog sapuna u gotovom produktu treba da bude prilagođena odnosu stearinske kiseline prema nezasićenim kiselinama, odnosno prema zasićenim masnim kisehnama kraćeg lanca, što se uzimaju u mastima. Kalijskog sapuna obično ne smije biti ispod polovice natrijskog sapuna-
Pasta za brijanje sadrži obično oko 35% sapuna, u kojemu se nalazi smjesa od 5 dijelova kalijskog i 1 dio natrijskog sapuna. Sapuni sadrže približno oko 5% slobodnih masnih kiselina, koje se oslobođe iz sapuna dodatkom odmjerene odgovarajuće količine solne ih borne kiseline. Prisutnost većeg procenta slobodne stearinske kiseline u pasti za brijanje daje joj sjajan izgled. Pasta za brijanje puni se u tube. Pasta za brijanje proizvodi se u manjim količinama nego sapun za brijanje u komadima.
d) Medicinski sapuni
Medicinski sapuni razlikuju se od običnih toaletnih sapuna samo po tome, što sadrže u primjesi neke ddodatke, koji mogu djelovati dezinfekciono ili fiziološki. Prema tome kakve sastojine (katran, sublimat, sumpor i dr.), sadrže ti sapuni dolaze oni u trgovinu pod različnim imenima. Medicinski sapuni upotrebljavaju se obično za dezinfekciju, ali često i kao sredstvo protiv nekih kožnih bolesti.
3. Sapuni u prašku
Sapuni u prašku upotrebljavaju se u znatnim količinama za pranje zubi. Najveći dio tih sapuna proizvodi se saponifikacijom loja i kokosove masti uz primjenu procesa kuhanja, a nakon toga se sapun suši u obliku pahuljica i melje. Takvi sapuni ne proizvode se polutoplim ili hladnim procesom, jer bi prisutnost glicerina oteščavala mlievenje i osim toga takvi sapuni su manje stabilni, a svojstvo stabiliteta je za sapune u prašku od vrlovelike važnosti, jer su svojom velikom površinom izloženi oksidaciji. Sapuni, iz kojih se izrađuje prašak za pranje zubi moraju biti prvorazrednog kvaliteta, tako da se ne osjećaju ni okusom ni mirisom.
4. Shampooni
Tekući shampooni se upotrebljavaju za pranje kose. Glavni zahtjev, koji se postavlja na takve sapune je da daju obilnu i laganu pjenu, koja se lako spere sa kose. Tome zahtjevu najbolje odgovaraju sapuni, koji su proizvedeni najvećim dijelom iz kokosove masti. Mnogi tekući sapuni su jednostavne otopine kalijskog kokosovog sapuna, koji može da sadrži u primjesi još i manju količinu sapuna iz maslinovog ulja. Kokosovi sapuni imaju prednost, jer su vrlo topivi i ne želatiniraju lako u posudi (ambalaži) kod niske temperature.
Tekući shampooni sadržavaju obično oko 20—25% sapuna. Akose shampoon proizvodi u toj koncentraciji onda ima tendenciju, da se zamuti ohlađivanjem kod niske temperature, što je u vezi s izlučivanjim malih količina sapuna stearinske ili druge koje visokomolekularne masne kiseline. Budući se u trgovini traži za potrošnju potpuno bistar i svijetao produkt, potrebno je, da se-sapunska otopina prije punjenja u boce hladi kod niske temperature i filtrira.
Da bi se kod pranja kose tvrdom vodom zapriječilo nepoželjno taloženje kalcijskih i magnezijskih sapuna, shampoonu se dodaju takva sredstva, koja. to osujećuju. Kao dodaci mogu se upotrebiti za tu svrhu sulfonati maslinovog ili ricinusovog ulja, a u novije vrijeme dolaze u obzir sve više alkoImlsulfonati.
5. Jezgro sapuni za pranje
Bijeli jezgro sapuni za pranje proizvode se procesom kuhanja iz ovih masti: 60 — 75% loja, 25 — 40% kokosove masti ili hidriranog ribljeg ulja. Tako dobivenom sapunu redovito se dodaje vodenog stakla u tolikoj količini, da se postigne u sastavu oko 50% anhidrosapuna.
Žuti jezgro sapuni za pranje karakterizirani su time, što sadrže u izvjesnoj količini i natrijskih rezinata. Od dodanog kolofonija zadobije sapun žutu boju. Takvi sapuni su relativno više mekani i ljepljivi. Sadržaj anhidrosapuna je u njima obično iznad 50%. Za proizvodnju žutih jezgro sapuna za pranje uzima se manje kokosove masti nego za bijele jezgro sapune.
Benzinski sapun je bijeli jezgro sapun za pranje, kojemu se doda mali procenat benzina. Benzin se do upotrebe više ili manje ispari, tako da gotovi komadi kod potrošnje sadrže različne količine zaostalog benzina.
U USA je propisano da benzinski sapuni moraju sadržavati najmanje 1 % ugljikovodika.
Marinski sapuni upotrebljavaju se za pranje u morskoj v o d i, pa zato se njime služe za pranje naročito na brodovima. Od takvih se sapuna zahtijeva, da daju pjenu i da peru u morskoj vodi.
Marinski sapuni se proizvode hladnom ili toplom saponifikacijom polazeći od kokosove masti ili ulja palminih koštica, te im se redovito dodaje vodenog stakla. U nedostatku kokosove masti ili drugih masti s većim sadržajem laurinske kiseline proizvode se marinski sapuni od loja, kojemu se doda. minimum oko 20% sintetskog sredstva za pranje, koje je građeno prema općoj formuli A.R.SO3. Na, gdje je A alkilni radikal, koji sadržava 10 ili više C-atoma, a R aromatski ili alifatski ostatak.
6. Lagani sapuni, koji plivaju na vodi
Lagani sapuni čine jednu vrstu sapuna, koja se upotrebljava za pranje tijela. Proizvode se procesom kuhanja iz kokosove masti i tvrdih bijelih masti k.ao što je loj ili otvrđena riblja ulja, pa se prema tome po svom sastavu ne razlikuju od toaletnih sapuna. Sposobnost plivanja postiže se inkorporacijom uzduha u većoj količini. Uzduh se dispergira u vrlo malim mjehurićima, koji se ne zapažaju makroskopski. Ti sapuni su redovito namirisani, a ne smiju podraživati kožu. Nakon izvršene saponifikacije provede se dispergiranje poželjne količine uzduha, pa se poslije toga sapun izlije između okvira za hlađenje, te se dobivene sapunske ploče režu u komade određene veličine. Veći uređaji za proizvodnju te vrste sapuna prilagođeni su za kontinuirano dispergiranje uzduha i očvršćavanje hlađenjem.
7. Sapunske pahuljice i sapunska zrnca
Sapunske pahuljice proizvode se hlađenjem staljenog sapuna u tankom sloju, koji se onda suši i odrezuje u obliku listićavih pločica.
Za proizvodnju sapunskih pahuljica služi aparat, koji radi sa čeličnim valjcima glatke površine, koji se iznutra hlade vodom. Sapun se na posljednjem valjku izrezuje na pahuljice u obliku rombskih pločica pomoću posebnog uređaja za rezanje. (sl. 148). Sapunske pahuljice pokazuju transparentnost, ako se upotrebe sapuni, koji sadržavaju oko 85% masnih kiselina, te ako se mehanička obrada između valjaka izvrši kod 40 — 50° C-
Sapunska zrnca se proizvode raspršivanjem tekućeg sapuna uz istovremeno sušenje.
Sapunske pahuljice i sapunska zrnca mogu se proizvoditi saponifikacijom različnih masti. Obično treba da sirovine za saponifikaciju sadrže kokosove masti ili srodnih masti, ako se želi postići topivost i pjenjivost, kakvu samo te masti s niže molekulamim masnim kiselinama daju. Visoka topivost i brzo stvaranje sapunice je od važnosti, jer se ti sapuni upotrebljavaju za pranje u vodi kod obične temperature.
Tako izrađeni sapuni treba da sadrže što manje vlage, jer bi se inače pahuljice povezale i ugrudale. Čiste sapunske pahuljice sadrže obično ispod 5% vlage, a sapunska zrnca mogu sadržavati 10%—15° ‘o vlage.
Količina dodatka, koji se inkorporiraju u brzo topive sapune je vrlo različna i iznosi oko 15%. Kao dodatak dolazi u obzir natrijski karbonat i silikat, a u posljednje vrijeme preporuča se dodavanje tetranatrijskog pirofosfata, koji kod pranja ima vrlo povoljno djelovanje.
8. Prašak za pranje
Prašak za pranje je relativno jeftino sredstvo za kućne potrebe, a sadržava u manjoj proporciji sapun, dok pretežni dio smjese sačinjavaju alkalne soli. Količina sapunau prašku za pranje znatno varira i može da se kreće između 10% do 50%. Standardne alkalne soli, koje se obično stavljaju u prašak za pranje su vodeno staklo, soda ili trinatrijski fosfat. Sapunskim prašcima se dodaju često i sredstva za bijeljenje (sređstva za oksidaciju), kao što su perborati ili perkarbonati. Drugi sadržavaju razložene bjelančevine kao koloide za pranje, triptičke fermente i dr.
Sl. 148. Mašina za proizvodnju transparentnih sapunskih pahuljica
Izostavljeno iz prikaza
Sapunski prašak za pranje proizvodi se na malo i miješanjem sapuna i dodataka, a nakon toga provede se sušenje, i mljevnje smjese (sl. 149).
Sl. 149. Mlin za proizvodnju sapunskog praška
Izostavljeno iz prikaza
U velikim pogonima redovito se primjenjuje postupak rasprašivanja i pri tom se dobiva vrlo voluminozan produkt. Rasprašivanje se vrši na taj način, što se sapunska masa s dodacima potiskuje prema organu za rasprašivanje, a to može da bude jedna sapnica ili horizontalna ploča koja rotira. Sila koja vrši Sl. 149. Mlin za proizvodnju sapunskog praška rasprašivanje je prema tome komprimirani uzduh, koji prolazi kroz sapnicu ili je to centrifugalna sila, koja se pojavljuje na ploči što rotira velikom brzinom od 5.000—20.000 okretaja u minuti.
Rasprašivanje se vrši u atmosferskom uzduhu kod određene temperature i vlažnosti. Zbog toga se rasprašivanje mora provoditi u zatvorenoj prostoriji koja se gradi u obliku tornja.
Sl. 150. Uređaj za proizvodnju sapunskog praška rasprašivanjem
1, 2 i 3 rezervoari za sapun, vodeno staklo i sodu; 4 odmjerna posuda; 5 kotao za miješanje; 6 pumpa za doziranje; 7 kotao za komprimirani uzduh; 8 kompresor; 9 toranj; 10 ploča za rasprašivanje; 11 kalorifer za uzduh; 12 filtar za uzduh; 13 -ventilator; 14 pužni transporter; 15 uređaj za prosijavanje.
Izostavljeno iz prikaza
Na slici 150 prikazan je kompletan uređaj za dobivanje sapunskog praška za pranje postupkom rasprašivanja
9. Različiti industrijski sapuni
Specijalna vrsta sapuna rastapa se u organskim otapalima i. upotrebljava se za suho čišćenje. To su obično kalijski sapuni, koji sadržavaju u suvišku 5 — 10% slobodnih masnih kiselina i to najvećim dijelom oleinske kiseline. U drugim sapunima iste grupe uzima se za osapunjenje trietanolamin umjesto kalijskog hidroksida. Ti sapuni ne smiju sadržavati veću količinu vode, a sama saponifikacija se vrši uz dodatak organskog otapala. Sapunske otopine upotrebljavaju se u obliku paste ili kao tekućine, koje sadržavaju u svom sastavu 10 — 15% sapuna.
Posebna vrsta sapuna služi za čišćenje tekstilija. Tekstilni sapuni ne smiju sadržavati nikakvih dodataka, te treba da se otapaju kod niske temperature, jer su tekstilna vlakna, naročito vuna i svila, osjetljiva u dodiru s alkalijama pri povišenoj temperaturi. Za proizvodniu tekstilnih sapuna upotrebljava se uglavnom maslinovo ulje ili po sastavu njemu slična ulja uz dodatak relativno malih količina loja ili kokosove masti. Najveći dio tekstilnih sapuna jesu natrijski sapuni. Kod proizvodnje tekstilnih sapuna primjenjuje se hladna ili topla saponifikacija kao i proces kuhanja.
Polutekući kalijski sapuni dobiveni saponifikacijom sušivih i polusušivih u]ja upotrebljavaju se za pranje linoleuma i automobila.
Insekticidni sapuni prave se iz ribljih ulja osapunjenjem s kalijskom lužinom. Sapuni za žična užeta sastoje se iz sapuna loja, kojemu je dodano milovke.
Sl. 151. Dijagram utroška Kcal za proizvodnju 100 kg sapuna 1 gubitak topline u vodovima i zračenjem; 2 kuhanje sapuna; 3 taljenje masti i zagrijavanje dovodnih cijevi; 4 održavanje u toplom masti i sapuna; 5 rastapanje lužine: 6 zagrijavanje peloteze i cijevi za dovod sapuna u prešu za hlađenje; 7 sušenje sapuna u komadima i ljuščicama; 8 gubitak topline zračenjem u sušioniku; 9 iz sušionika dobivena toplina kao kondenzat 10 gubitak topline kod dovoda kondenzata; 11 kod zagrijavanja indirektnom parom dobivena toplina u kondenzatu; 12 gubitak topline kod dovoda kondenzata.
Izostavljeno iz prikaza
Kod polimerizacije butadiena pri sintezi kaučuka upotrebljava se kao emulgator sapun iz čistog loja.
U sapunskoj industriji troši se mnogo topline. Na sl. 151 prikazan je dijagram o potrošku topline u kilogram-kalorijama za pojedine operacije računano na proizvodnju od 100 kg sapuna.
G) Proizvodnja »metalnih« (u vodi netopivih) sapuna
Iako se najveći dio metalnih sapuna u vodi praktički ne otapa, to ipak sapuni zemljoalkalija i teških metala mogu da vežu vodu u maloj količini. Kalcijski sapuni su vrlo postojani i to dovodimo u vezu s izrazitim bazicitetom, kojeg posjeduje kalcijski oksid.
Kalcijski sapuni rastopljeni u mineralnom ulju pokazuju veliku sposobnost emulgiranja. Pomoću kalcijskog sapuna mogu se fino razdijeliti male količine vode (2 — 4%) u ulju. Prisutnost tih sapuna priječi međusobno sljubljavanje i slijevanje raspršenih malih kapljica vode. Tako fino razdijeIjena voda u mineralnom ulju djeluje na povišenje točke otkapljivanja u konzistentnim (tovotnim) mastima.
Proizvodnja metalnih sapuna može se izvršiti na više načina i to:
- Djelovanjem masnih kiselina na metal;
- Direktnim formiranjem sapuna iz metalnih baza i masnih kiselina;
- Saponifikacijom masti i masnih ulja uz upotrebu metalnih oksida ili hidroksida;
- Dvostrukom izmjenom.
Praktički dolaze u obzir samo posljednje tri metode dobivanja, na koje ćemo se ovdje ukratko osvrnuti.
Po drugom postupku dobivaju se metalni sapuni zagrijavanjem slobodnih masnih kiselina s potrebnom količinom svježe istaloženih metalnih hidroksida. Primjenom toga postupka mogu se napraviti sapuni cinka, bakra, aluminija i dr. Ta metoda rada ima prednost, što dobiveni sapuni nijesu onečišćeni drugim solima, a njen je nedostatak, što se često mora uzimati neki mali suvišak metalnog oksida, odnosno hidroksida povrh stehiometrijskog odnosa, jer se samo na taj način postizava potpuno vezanje uzete kiseline:
RCOOH + MeOH → RCOOMe + H2O
Po sličnom postupku se mogu dobiti metalni sapuni, ako se polazi od neutralnih masti, samo što se u tom slučaju saponifikaciju mora izvršiti kod povišene temperature 135 — 160° C. Glicerin, koji se odcijepi kod saponifikacije ispere se vođom,
Najvažnija metoda, koja se u praksi primjenjuje za proizvodnju metalnih sapuna je postupak dvostruke izmjene. Kao polazna komponenta služi alkalni ili amonijski sapun, kojega treba otopiti u vodi ili alkoholu, odnosno u njihovoj smjesi. Kao druga reaktivna komponenta služi otopina soli u obliku acetata ili nitrata dotičnog metala. Sapunska se otopina zagrije do ključanja, pa joj se onda dolijeva uz miješanje vruća otopina dotične metalne soli. Taloženje se vrši u željeznim ili drvenim posudama. Istaloženi sapun se ocijedi i ispere na lanenoj tkanini. Tako dobiveni vlažni metalni sapuni se suše na emajliranim pločama najprije kod 40° C, a nakon toga kod nešto više temperature, oko 60° C.
U pogledu proizvodnje metalnih sapuna treba istaknuti, da se reakcija odvija tim lakše, što je višebazan dotični metalni oksid, te što je izrazitija kiselost masnih kiselina. Veću kiselost imaju masne kiseline s nižom molekularnom težinom.
Glavna razlika između sapuna alkalija i metalnih sapuna je u tome, što se ovi teško rastapaju ili su uopće netopivi u vodi. Zato tkanina impregnirana aluminijskim sapunom postaje nepromočiva za vodu. Od važnosti je istaknuti, da se metalni sapuni rastapaju u biljnim i mineralnim uljima. Na osnovu toga svojstva upotrebljavaju se olovni, manganovi i kobaltovi sapuni (linoleati, rezinati i naftenati), kao sikativi za proizvodnju firnisa, a rastapanjem kalcijskih sapuna u mineralnim uljima proizvode se konzistentne (tovotne) masti. U nekim specijalnim vrstama ’mazivih ulja nalazimo otopljene neke olovne ili aluminijske sapune (oleati ili stearinati).
Olovne soli nezasićenih masnih kiselina otapaju se u nekim organskim otapalima, pa se na taj način odjeljuju od zasićenih masnih kiselina, čije olovne soli se.ne otapaju u istim otapalima.
Naftenati kobalta, olova i mangana otapaju se u terpentinskom ulju, benzolu i drugim otapalima, pa se takve otopine upotrebljavaju kao sikativi za proizvodnju firnisa hladnim postupkom.
H) Konzistentne masti
Konzistentne masti (maziva) su po svojem sastavu koloidalne otopine kalcijskih, odnosno natrijskih, aluminijskih ili olovnih sapuna u mineralnim uljima, u kojima se nalaze emulgirane i male količine vode. O količini i vrsti koloidalno otopljenih sapuna zavisi talište konzistentnih masti, a mineralno ulje daje konzistentnoj masti mazivost. Konzistentne masti služe za podmazivanje zupčanika, kugličnih ležajeva, vertikalnih osovina i teško pristupačnih (visoko postavljenih) mašinskih dijelova, gdje je temperatura kod pogona vrlo visoka, pa bi obična mineralna ulja postala previše žitka, te bi uskoro iscurila. U pravilu konzistentna mast treba da sadržava ono mineralno ulje, koje odgovara samo za sebe za podmazivanje ležajeva, kojima je mast namijenjena.
Konzistentna mast može da sadržava osim mineralnog ulja i sapuna još i nešto neosapunjenih masti i glicerina, te za uljepšavanje dodaju se katkada katranske boje, koje su karakterizirane svojom topivošću u uljima, a moraju biti postojane prema alkalijama. Slabije vrste konzistentnih masti sadržavaju u primjesi i punila kao npr. talkuma, barijskog sulfata, suvišak vapna itd.
Ocjena uporabne vrijednosti konzistentnih masti vrši se uglavnom određivanjem točke kapanja po Ubbelohde-u i ta se temperatura kreće kod konzistentnih maziva, koja su proizvedena na bazi kalcijskih sapuna od 70 — 95° C. Konzistentne masti te vrste poznate su pod nazivom t o v o t n a ili Staufferova mast. Tovotna mast sadržava uz mineralno ulje još oko 10 — 25% kalcijskog sapuna i 1 — 4% vode. Kod viših se temperatura voda iz tovotne masti isparava, pa se povodom toga mast raspadne na komponente: sapun i mineralno ulje. U tom slučaju mineralno ulje iscuri, a kalcijski sapun se osuši i izaziva zaribavanje i koroziju ležaja. Prema tome tovotna mast se upotrebljava za podmazivanje srednje opterećenih ležajeva kod umjerenih temperatura ispod 100° C.
Za jako opterećene ležajeve i one što su izloženi većem zagrijavanju, te za kuglične i valjkaste ležajeve upotrebljavaju se konzistente masti, koje sadržavaju natrijske sapune, jer se one odlikuju znatno višom točkom kapanja, koja leži između 120 i 200° C. To su t. zv. Calypsol – maziva.
Budući da su natrijski sapuni topivi u vodi to se konzistentna maziva proizvedena na bazi tih sapuna ne mogu upotrebiti za podmazivanje onih ležajeva, do kojih dolazi voda ili vodena para. Nasuprot tome tovotne masti mogu se upotrebljavati za podmazivanje i onih ležaja, do kojih dopire voda ili vodena para, jer se kalcijski sapuni, koji se u njima nalaze ne otapaju u vodi.
Tovotna mastse proizvodi iz tehničkih masti (kao na pr. loja, koštane masti, repičinog ulja, masnih kiselina itd.) na taj način, što ih kuhamo s odgovarajućom količinom vapnenog mlijeka. (sl. 152.) Kuhanje u svrhu osapunjenja vrši se uz prisutnost mineralnog ulja i pri tom je potrebno da se stalno miješaju sve dodane komponente. Nakon dovršenog osapunjenja dobivena se masa hladi uz neprestano miješanje sve dotle, dok se ne dobije vazelinu slično konzistentno mazivo. Dobra tovotna mast mora sadržavati najmanje 1,5 — 2% vode, jer ona povezuje i stabilizira koloidalnu otopinu kalcijskog sapuna u mineralnom ulju.
Konzistentne masti pripremljene na bazi natrijskih sapuna mnogo su postojanije od masti pripremljenih na bazi kalcijskih sapuna. Uz minimalan sadržaj vode natrijski se sapuni miješaju s mineralnim uljima, a za proizvodnju natrijske konzistentne masti dolaze u obzir ulja za ležajeve ili destilirana, odnosno rafinirana cilindarska ulja. Od tovotnih se masti razlikuju konzistentne masti, koje su proizvedene na bazi natrijskih sapuna po tome, što imaju vlaknastu strukturu i višu tačku kapanja, koja raste proporcionalno s postotkom natrijskog sapuna sadržanog u konzistentnoj masti. Ako su zastupani u većoj količini sapuni zasićenih masnih kiselina povećava se zbog toga točka kapanja dotične konzistentne masti. U pravilu se daje prednost natrijskim konzistentnim mastima, jer su one stabilnije i njihovo se emulgiranje u mineralnom ulju postiže s minimalnom’ količinom vode.
Sl. 152. Aparatura za proizvodnju konzistentnih masti
Izostavljeno iz prikaza
Konzistentne masti dobivene na bazi aluminijskih sapuna su polutekuće. One posjeduju stabilitet i bez prisustva vode, ali se ne mogu upotrebiti kod visokih temperatura, jer im točka kapanja može da dostigne maksimalno 100° C.
Aluminijske konzistentne masti upotrebljavaju se za podmazivanje mjenjača, diferencijala, visoko opterećenih zupčanika, kugličnih i valjkastih ležajeva, koji mogu da dolaze u kontakt s vodom ili vodenom parom.
Posebnu grupu jeftinih konzistentnih masti čine kolomasti, koje se proizvode saponifikacijom smolnog ulja ili »pregrijanog« kolofonija uz dodatak manje vrijednih mineralnih, odnosno katranskih ulja. Saponifikacija se vrši u hladnom, pomoću kalcijskog hidroksida, kojeg treba uzeti u suvišku. Pregrijani kolofonij je zaostatak kod njegove suhe destilacije nakon što smo predestilirali vodenasto-kiselu frakciju i pinolin.
Za proizvodnju crne kolomasti upotrebljava se plinsko ulje i pakura u smjesi, a osapunjenje pridodanog smolnog ulja, odnosno pregrijanog kolofonija izvrši se praškastim kalcijskim hidroksidom, koji se dodaje suspendiran u plinskom ulju.
Žuta kolomast sadržava uz kalcijske sapune još i nešto natrijskih rezinata, koji potpomažu emulgiranje i bolje povezivanje svih sastavnih dijelova. Za proizvodnju žute kolomasti ne može se upotrebljavati pakura. Kolomast ima približno ovaj sastav: najmanje 8 — 12% smolnog ulja, najviše 12% pepela (CaO) i maksimum 6“/o vode; a ostatak otpada na plinsko ulje i pakuru.
Treba istaknuti, da se primjena ulja umjesto konzistentnih masti preporuča svuda gdje je to samo moguće, jer je otpor zbog trenja kod podmazivanja s uljem manji, pa prema tome i utrošak snage je niži, a izdržljivost stroja veća.