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MÉTODOS INDUSTRIALES PARA LA FABRICACIÓN DE JABÓN SCHUMACHER, YASMIN MARI, IGNACIO MARTÍN QUÍMICA ORGÁNICA II ¿QUE ÉS JABÓN? El jabón es un producto tensoactivo que se utiliza junto con agua para lavar y limpiar. Su presentación es variada, desde barras sólidas hasta líquidos viscosos, y también en polvo. ¿qué son los tensioactivos? ¿QUE HACEN LOS TENSIOACTIVOS? Los tensoactivos o surfactantes son sustancias anfifílicas o anfipáticas que tienen la capacidad de influir en la superficie de contacto entre dos líquidos. El término ‘anfifílico’ quiere decir que poseen una porción polar o hidrofílica, y otra porción no polar o hidrofóbica. • Son capaces de retirar las suciedades de las superfícies y mantenerlas en suspensión em el medio acuoso. • Reducción de la tensión superficial • Las micelas pueden encapsular sustancias que no son solubles em el agua, como las grasas, aumentando así sus solubilidades. PROCESOS DE PRODUCCIÓN DE JABÓN Los procesos de producción de jabón más utilizados en la industria, son los siguientes: Saponificación de cuerpos grasos: Neutralización de cuerpos grasos: FABRICACIÓN INDUSTRIAL DEL JABÓN • Nos basaremos en el proceso de saponificación para fabricar jabón, ya que es el más utilizado en la industria y permite crear lotes de gran tamaño. Materias primas para la fabricación del jabón Las materias primas a utilizar para la fabricación del jabón son: • Aceites y grasas • Solución alcalina (NaOH, KOH) • Salmuera en el caso de una recuperación de la glicerina • Aditivos (colorantes, perfumes, carbonato de sodio, silicato de sodio, etc.) Las características del jabón (capacidad de hacer espuma, solubilidad en agua, poder limpiador, estabilidad de la espuma), vienen dadas por la calidad y la naturaleza de las grasas o aceites utilizados en el proceso, la clave para un buena producción es realizar mezclas de diferentes aceites, grasas y sebos hasta obtener el jabón con las propiedades deseadas. Los tipos de grasa disponibles para la producción de jabón son los siguientes: Grasas duras: Estas grasas son sebo de animal (ovino, vacuno y porcino). Aceites láuricos: Son ácidos grasos saturados, con una cadena de 12 átomos de carbono. • Los ácidos láuricos son grasas que presentan la mejor combinación de propiedades para el jabón, e intervienen en la mayoría de las formulaciones, ya que ofrecen un gran poder espumante y limpiador. • Suelen mezclarse con otras grasas para mejorar la dureza y ralentizar la velocidad de disolución del jabón producido. • El sebo da lugar al seboato de sodio y a un espesante llamado ácido esteárico. Es fuente de lípidos, que se utiliza como ingrediente en piensos, detergentes y jabones, cosméticos y recientemente en biocombustibles. • Además, el sebo animal contiene importantes vitaminas. Grasas blandas: Estas grasas provienen de origen vegetal (aceite de soja, aceite de maní, algodón, hueso de melocotón, etc). • Los aceites vegetales más comunes que se utilizan para elaborar jabón y jabones artesanales son los mismos que se utilizan en tu cocina o en las cocinas de las industrias alimentarias. • El aceite de palma también se utiliza en la fabricación de productos de higiene y limpieza, farmacéuticos, lubricantes, biocombustibles y bioenergía. • Debido a que tienen principalmente ácidos grasos de cadena corta, tiene características físicas específicas y es de gran interés para la industria cosmética. Los aceites son componentes importantes en la fabricación de la base para jabones sólidos. Son líquidos a temperatura ambiente y ayudan a aumentar la espuma y la suavidad del jabón. Los aceites más utilizados para hacer jabón son: aceite de semilla de algodón, aceite de almendras dulces, aceite de babasú, aceite de canola, aceite de soja, aceite de oliva y aceite de ricino (ricina). ACEITE DE ALGODON Posee espuma aceitosa, abundante y de mediana durabilidad, con buenas propiedades limpiadoras. Tiene una acción moderada sobre la piel, es razonablemente fácil de saponificar y su jabón sólido varía de suave a duro, en términos de dureza. ACEITE DE ALMENDRAS DULCES Tiene una espuma aceitosa, pequeña y persistente, con propiedades limpiadoras regulares a buenas. Tiene una acción muy moderada sobre la piel, es razonablemente fácil de saponificar y su jabón sólido es muy suave. ACEITE DE BABASÚ ACEITE DE CANOLA Posee una espuma consistente con grandes burbujas, no persistente, con excelentes propiedades limpiadoras. Tiene acción mordaz sobre la piel, arrugando, rápida saponificación y su jabón sólido es extremadamente duro. Tiene una espuma grasa, pequeña y de larga duración con propiedades limpiadoras regulares. Tiene una acción moderada sobre la piel, es razonablemente fácil de saponificar y su jabón sólido es suave. Los aceites también son diferentes en composición y producen jabones con diferentes propiedades: PROCESOS DE FABRICACIÓN DEL JABÓN Proceso en discontinuo = es aquel cuyo funcionamiento se realiza en etapas; primero se alimenta la materia prima, luego se produce algún tipo de reacción y finalmente se retira el producto. Proceso en continuo = es el que presenta un aporte continuo de materia prima, un procesamiento y una salida también continua del producto final. PROCESOS DE FABRICACIÓN DEL JABÓN La fabricación o producción del jabón se realiza en cuatro etapas: • Tratamiento de grasas y aceites. • Saponificación. • Enfriamiento y secado. • Acabado. Dependiendo de la calidad de las materias primas y de la tecnología seleccionada para la fabricación, se obtendrán jabones de mayor o menor calidad. • Tratamiento de grasas y aceites Es una parte importante de la fabricación, ya que la calidad de las materias primas influye en gran medida en la calidad del producto. Esta etapa se basa en una decoloración y desodorización de los aceites y las grasas. Si estas materias primas presentan una buena calidad, no es necesario llevar a cabo el proceso de decoloración y desodorización. ¿QUE ÉS DECOLORACIÓN Y DESODORIZACIÓN? Es el proceso por lo cual se eliminan los ácidos grasos libres que provocan el deterioro del producto final por hidrólisis. Se realiza por neutralización o físicamente por destilación. Eliminar los fosfolípidos, también llamados gomas. La decoloración o blanqueamiento de aceites y grasas se hace generalmente: Por trituración en caliente del aceite, seguida de una filtración y una elevación de la temperatura para eliminar la humedad. Por oxidación, realizada por calentamiento del aceite y paso de una corriente de aire caliente a alta temperatura. Planta de reciclaje de aceite (decoloración y desodorización). triglicéridos hidróxido de sódio glicerina jabón La saponificación es el proceso de fabricación de jabón. Consiste en la hidrólisis básica de lípidos, más precisamente triglicéridos (aceites o grasas vegetales) mediante la adición de una base fuerte, facilitada por calentamiento. Cada molécula de triglicéridos se descompone en una molécula de glicerina y sus tres ácidos grasos correspondientes. El jabón resultante es una sal de ácido carboxílico y, como tiene una larga cadena de carbono en su estructura molecular, es capaz de solubilizarse tanto en ambientes polares como no polares. PROCESO DE SAPONIFICACIÓN Representación de la reacción de neutralización de un ácido graso. Los jabones son una mezcla de ácidos grasos y sales. Estos provienen generalmente de la reacción de saponificación de cuerpos grasos (triglicéridos) los cuales pueden tener un origen animal o vegetal, aunque, los jabones también pueden obtenerse mediante la neutralización de ácidos grasos. jabón glicerinahidróxido de sódio Ácido graso Esta sal es soluble en agua y es conocida como jabón. La molécula de jabón cuenta con una parte polar (hidrófila) que es afín al agua, y otra parte apolar (hidrófoba)que hace al jabón soluble en aceites o grasas. Cuando el jabón entra en contacto con el agua, la molécula se polariza orientando su parte hidrófila hacia el agua, y la hidrófoba hacia la grasa, encapsulándola. De esta manera, la grasa queda en el interior de la cápsula y puede ser eliminada por el agua. • Saponificación por procesamiento en frío Diagrama del proceso de saponificación en frío Se trata de un proceso discontinuo. Consiste en añadir gradualmente a las grasas en la cuba de saponificación la cantidad de solución alcalina necesaria para realizar la reacción completa. La mezcla se mantiene bajo un proceso mecánico continuo durante aproximadamente dos horas. En este punto se añaden los aditivos. Este proceso no incluye la separación de la glicerina ni la eliminación de impurezas que puedan presentarse. Al finalizar el mezclado (cuando se presenta gran espesor), el jabón bruto es retirado y se vierte en moldes donde estará por varios días. Luego, el jabón bruto (58% de ácidos grasos) es desmoldado, se corta en bloques y es enviado a realizarle los últimos acabados. Se recomienda filtrar las grasas antes de la mezcla para evitar impurezas. • Saponificación por semi-ebullición Se trata de un proceso parecido con el anterior, sólo que incluye un proceso de calentamiento. Mediante un sistema de intercambio de calor por tuberías se mantiene la mezcla a saponificar a una temperatura entre 70 y 90 grados Celsius, de este modo, se puede acelerar la reacción de saponificación. Los aditivos como colorantes, perfumes se adicionan al finalizar el proceso para evitar que se evaporen. Este proceso permite añadir la sosa durante todo el proceso de saponificación, antes de extraer el jabón bruto. Permite igualmente el reciclaje de desechos de producción, una mejor incorporación de los aditivos y una buena selección de materias primas. La semi-ebullición permite obtener una saponificación más completa y disminuir el tiempo que el jabón bruto permanezca en los moldes de enfriamiento. Obtiene menores impurezas. Estas diversas ventajas, combinadas con el ciclo de producción más corto y los costos de producción razonable, hacen de un proceso por semi-ebullición un proceso flexible. Diagrama del proceso de saponificación por semi-ebullición • Saponificación por ebullición completa Se distingue del proceso por semi-ebullición por las diversas operaciones posteriores al proceso de saponificación, como la extracción de la glicerina, la recuperación de la salmuera, etc. La temperatura a la cual la mezcla se mantiene bajo fuerte agitación es superior a 80 grados Celsius, permitiendo la utilización de una gama más amplia de grasas. Es añadida la concentración de electrolitos (disolución de sosa), la agitación se realiza con vapor y se mantiene a uno 85 grados Celsius. La masa es sometida al lavado con salmuera para eliminar las impurezas de la masa jabonosa y recuperar la glicerina obtenida como subproducto. Se deja reposar y madurar la mezcla durante unos 45 minutos. Se forma una fase superior constituida de jabón suave que constituye Τ3 4 de la mezcla, 30% de agua y 63% de ácidos grasos. Se forma una fase inferior constituida de jabón negro que constituye Τ1 4 de la mezcla, 60% de agua y 35% de ácidos grasos. Diagrama del proceso de saponificación por ebullición completa • Saponificación por proceso continuo Permite la fabricación de jabón liso en continuo, con recuperación de la glicerina. Estos procesos tienen como fundamento, un sistema de bombas dosificadoras que alimentan, en continuo, el reactor de saponificación de materias primas (grasas, disolución de sosa, electrolitos, agua) en proporciones determinadas. Es seguida de un lavado a contracorriente y de una separación (normalmente por centrifugación) de jabón negro (parcialmente reciclado) y de jabón suave o liso. Son procesos automatizados y emplean técnicas de vaporización. Los procesos continuos aportan rapidez de ciclo de producción, ahorrando espacio y energía, disminuyendo las pérdidas y reduciendo la necesidad de personal cualificado. Diagrama del proceso de saponificación por proceso continuo • Enfriamiento y secado Una vez la saponificación ha concluido, hay que convertir el jabón obtenido, bruto y suave, en jabón comercial. Esto se produce en la etapa de enfriamiento y de secado, donde se da al producto final la consistencia y la dureza requerida. El jabón bruto da lugar a un jabón barato de uso doméstico de calidad inferior, esto es porque no es necesario someterlo a ningún proceso de secado. Tienen 35% de humedad, tiene la consistencia adecuada para que en la extrusión, se mantenga en la forma deseada. El jabón suave necesita secado previo, tiene una porcentaje de humedad inferior a 30%, sufre un secado hasta que solo contenga un 14% de agua. Obtiene un 88% de ácidos grasos. El enfriamiento y el secado forzado son generalmente utilizados para el acabado de jabón suave. Dos métodos son comúnmente empleados: ENFRIAMIENTO POR RODILLOS ENFRIADOS ENFRIAMIENTO POR PULVERIZACIÓN El enfriamiento haciendo pasar el jabón proveniente de la cuba o del reactor de saponificación a una serie de rodillos enfriados; a continuación, el jabón solido es arrastrado a un siguiente rodillo en forma de viruta que son secadas en una cámara o túnel de aire caliente. El secado al vacío por pulverización del jabón líquido es una cámara de expansión. Esta alternativa permite el enfriamiento y el secado simultaneo del jabón líquido hasta la concentración deseada de ácidos grasos y de agua. Esta técnica tiende a suplantar los otros métodos de secado en las industrias de producción de jabón modernas. • El enfriamiento y secado forzado reducen radicalmente los ciclos de producción. • Constituyen sin embargo una etapa costosa que sigue siendo opcional. • Su relevancia depende de la disponibilidad y del coste del agua de enfriamiento y la energía, y de la repercusión posible de estos costes en el precio de venta, teniendo en cuenta el tipo de jabón comercializado y el mercado al que va dirigido el producto. • Los jabones de tocador necesitan, siguiendo el método elegido, un secado repetido para poder responder a las normas de calidad. • En las industrias de jabón modernas, el jabón de limpieza sigue generalmente el mismo circuito que le jabón de acabado tocador, pero el secado sin embargo es acortado. • Acabado Una vez secado, el jabón obtenido en forma de bloques, virutas, copos o lentejuelas tras el modo de enfriamiento y secado utilizado, es dirigido hacia la línea de acabado que conferirá al jabón comercial su aspecto final. Distinguiéndose: El jabón de limpieza es sometido a un baño de perfume concentrado. Las virutas procedentes de los rodillos o de la máquina de extrusión se hacen pasar por un baño de aditivo antes de ser empaquetadas. ¿Cuáles son los aditivos más utilizados? ADITIVOS La mayoría de los productos de limpieza tienen aditivos que mejoran su efectividad o reducen su costo. El aditivo más común que se encuentra en cualquier jabón son los aromatizantes. • Productos muy utilizados como aditivos para eliminar olores desagradables y como antisépticos son el bórax (tetraborato de sodio hidratado) y el óxido de zinc.
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