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JABONES Generalidades sobre los tensoactivos Los jabones son agentes tensoactivos (surfactantes), su parte polar tiene afinidad con los solventes polares (agua) y se denomina hidrófila o hidrofílica y su parte apolar se conoce como hidrófoba, hidrofóbica o lipófila; al igual que los detergentes sintéticos, que tienen la propiedad de reducir la tensión superficial del agua al disolverse en ella y en soluciones acuosas. Contienen en su estructura grupos polares, afines al agua (hidrofílicos) en un extremo de la molécula y cadenas hidrocarbonadas largas, no polares (hidrofóbicos) en el otro extremo. Las disoluciones de jabón emulsionan la suciedad (“grasas”), incluso los aceites del petróleo, y a ello se debe su acción detergente y limpiadora. El principal uso del jabón es como agente de limpieza y corresponden a una sal potásica o sódica de ácidos grasos. Los jabones más comunes son sales de sodio o potasio de ácidos grasos, principalmente ácido oleico (18:1), esteárico (18:0), palmítico (16:0), mirístico (14:0), laúrico (12:0). Son solubles en agua y la solución tiene excelentes propiedades limpiadoras. Los jabones sódicos son los jabones sólidos, mientras que los jabones potásicos son jabones blandos. Estos jabones forman compuestos insolubles con los iones de magnesio y de calcio del agua dura; estos compuestos insolubles se precipitan y reducen la capacidad espumante y limpiadora del jabón, según la reacción: 2C17H35COONa + CaCl2 → (C17H35COO)2Ca + 2NaCl Jabón (sal insoluble)

Es por eso, que al lavar en agua dura, la cantidad de jabón que se necesita es mucho mayor, ya que parte de éste se consume al formarse las sales insolubles. El sebo nunca se usa sin ser mezclado con otros aceites, porque produce un jabón muy duro y demasiado insoluble; por lo general se mezcla con aceite de coco. El aceite de coco es un sólido y forma un jabón bastante duro pero muy soluble; produce espuma incluso con el agua de mar. De acuerdo con el país de origen y el método de extracción, el aceite de coco varía en su contenido de ácidos grasos; mientras más bajos sean los ácidos grasos, más alta es la calidad del aceite.

1

Existe otra clase de jabón duro de importante aplicación industrial, conocido como “jabón insoluble”, el que a su vez puede ser de diferentes tipos: a)

Los jabones de calcio y magnesio son insolubles en agua y se utilizan para impermeabilizar textiles;

b)

Los de zinc y magnesio para polvos faciales;

c)

Los de aluminio para tintas tipográficas;

d)

El de plomo se emplea como emplasto en medicina

Saponificación de aceites y grasas La reacción de saponificación corresponde a una representación de un aceite o grasa cualquiera produciendo glicerina y sales sódicas de ácidos grasos CH2-COO-R CH- COO-R CH2-COO-R Grasa

CH2-OH + 3 NaOH

 3 R-COONa

+

H-OH

CH2-OH Jabón de sodio Glicerina

Donde R = radical con cadena de 12 a 18 átomos de carbono (C12-C18) R = cola apolar (lipofílica) -COONa = cola polar (hidrofílica)

Método de la cocción total (Ver figura 8-2) El método de cocción total consta de varias etapas, mediante los cuales se efectúa la saponificación de las materias grasas neutras, la precipitación del jabón (grano) en la lejía de jabón concentrada, la separación de la glicerina y las materias coloreadas de la masa jabonosa por el lavado, y la cocción de acabado para dar el punto a la masa de modo que por el reposo forme un jabón crudo. Los reactores o “calderas” utilizadas en el proceso de cocción total varían en tamaño considerable, según las exigencias de la producción. Las calderas tienen generalmente fondo cónico y el calor necesario para la cocción es suministrado por serpentines de vapor instalados en la parte cónica del fondo pudiendo ser el contacto directo o indirecto. El jabón acabado se extrae por la parte superior de la caldera y la capa de jabón oscuro y la lejía se descargan por el fondo. La saponificación de la materia grasa debe hacerse con alguna rapidez, aunque regulada. La reacción es exotérmica y se verifica entre la grasa y la solución de sosa cáustica en la interfase o superficie de separación entre el aceite y el agua. Al mezclarse el aceite con el álcali cáustico, se 2

produce el primer jabón, el cual emulsiona el aceite sin saponificar y expone así grandes superficies de este a la acción de la soda cáustica. La saponificación avanza rápidamente cuando se ha formado cantidad de jabón suficiente para emulsionar todo el aceite. Los ácidos grasos libres contenidos en el aceite, inician la reacción antes que los triglicéridos, por simple neutralización. El jabón así formado es el agente emulsionante necesario para comenzar la saponificación del aceite neutro. A veces se agrega una pequeña cantidad de jabón para facilitar la saponificación. El reactor se mantiene en ebullición hasta que se obtiene una saponificación casi completa, luego se añade sal (NaCl) a este equipo para producir grumos o granos. Como la sal es electrolito, reduce la solubilidad del jabón en la fase acuosa o lejía, por lo que el jabón se separa de la solución que contiene la glicerina formada y el exceso de hidróxido de sodio, y sube el jabón a la superficie por su menor densidad. Esta separación del jabón se llama saladura o graneado del jabón.

Fig. 8 - 2

DIAGRAMA DE FLUJO PROCESO DE OBTENCION DE JABON POR SAPONIFICACION Soda

Aceite de oliva Agente de blanqueo

Salmuera 7

Grasa de palma

7

3 Soda

Sebo

Arcilla y carbón

2 5

4 Aceite de coco

Soda

6

1

Arcilla y carbón

Solución de Glicerol

4 LEYENDA 1. Reactor de saponificación 2. intercambiador de calor 3. Tanque blanqueo por oxidación 4. Tanque de neutralización

5

6

Capa Oscura

Jabón crudo

5. Tanque de decoloración 6. Filtro prensa 7. Dosificador

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En el reactor existen diversas formas físicas de jabón: Jabón de grano: es un jabón grumoso separado de la lejía acuosa por saladura o por la adición de soda cáustica. Los jabones con fórmulas de producción básicamente distintas requieren soluciones de electrolitos de distinta fuerza para originar el mismo tipo de grano. Jabón crudo: es el producto acabado de la caldera de jabón. Contiene 63% de total de ácidos grasos y cantidades pequeñas de Na2O libre, NaCl y glicerina. El total de ácidos grasos es también influido por el tipo de acabado y la duración de la sedimentación después del acabado. Jabón de empaste (o gomoso): es una solución viscosa de jabón que se forma si el contenido de electrolito de la fase acuosa o lejía cae por bajo de cierto nivel. Este jabón es difícil de manejar por su alta viscosidad. Jabón oscuro (o jabón negro): es una solución de color oscuro que contiene algo de jabón y su color varía según las impurezas que se sedimentan de la masa de jabón mientras ésta permanece en el estado de grano blando propio del acabado.

Fabricación de jabón por neutralización de ácidos grasos Los ácidos grasos se obtienen por hidrólisis de las grasas y aceites naturales. Los productos de la hidrólisis son ácidos grasos y agua que contiene la glicerina. Se utilizan ácidos grasos destilados para la fabricación de jabones que requieren mantener el nivel de calidad establecido. Los ácidos grasos sin destilar se emplean en jabones para la industria y lavandería en donde se acepta una mayor variación de la calidad de los productos. a. Hidrólisis de las grasas CH2-OH

CH2-COO-R C-H-COO-R + 3 H2O(caliente) →

3 R-COOH +

CH2-OH

CH2-COO-R Grasa

H

Ácido graso

Glicerina

En la hidrólisis de las grasas y aceites, se elimina el aire de la materia grasa por medio de vacío, para evitar un oscurecimiento por oxidación durante el proceso. Se carga a velocidad controlada en el fondo de una torre de hidrólisis, por medio de un anillo rociador que divide la grasa, precalentada, en pequeñas gotas. El aceite que se encuentra en la sección de contacto inferior se eleva por su menor densidad y se va produciendo la reacción de hidrólisis (8-2) a medida que asciende, al mismo tiempo, se alimenta agua desmineralizada y libre de aire a la sección de contacto 4

superior, para extraer la glicerina disuelta en la fase oleosa. En la zona de reacción, se alcanza la temperatura requerida por medio de la inyección directa de vapor a alta presión (240ºC, 40 bar). Los ácidos grasos se descargan por la parte superior de la torre de hidrólisis y la solución de glicerina agua se descarga por la parte inferior. Luego, de la fracción de ácidos grasos se eliminan los alquitranes y los productos de descomposición, aunque se puede emplear, como tal, la mezcla cruda de ácidos grasos que se obtiene, normalmente se realiza una separación para obtener componentes de mayor utilidad. Para separar los ácidos grasos de diferentes longitudes de cadena se emplea la destilación siendo la de presión reducida la más común. DIAGRAMA DE FLUJO PARA EL PROCESO DE OBTENCION DE JABON POR HIDRÓLISIS Y NEUTRALIZACION

Fig. 8 - 3

H2O caliente

Aceite y grasas varias, Sebo, etc

6

7 Alquitranes

Arcilla y carbón Ácidos grasos de bajo peso molecular 240ºC 40 bar

2

Zona de emulsión

NaOH Vapor

3

4

1

5

8

Agua glicerinosa

9

LEYENDA 1. Reactor de Hidrólisis 2. Tanque de decoloración 3. Filtro prensa 4. Intercambiador de calor 5. Cámara de vacio

.

6. Enfriador 7. Separador de fases líquidas 8. Torre de destilación 9. Reactor de neutralización

JABON CRUDO

b. Neutralización de los ácidos grasos R-COOH + NaOH  Ácido graso

RCOONa

+

H2O

Jabón de sodio

Fuente: Separata de Tecnología Industrial – Abril 2016

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