Характеристика сырья, используемого в рецептурах туалетных мыл
Классическую основу туалетного мыла составляют натриевые соли алифатических кислот кокосового масла и говяжьего жира, взятые в соотношении (15–25)/(75–85). Жирнокислотный состав мыла является определяющим в обеспечении требуемых качественных и физико-химических показателей, главные из которых: твердость, однородность, растворимость, набухаемость, скорость расходования, пенообразующая и моющая способность, уровень раздражающего действия на кожу, стабильность цвета и аромата. Активный поиск эквивалентных, более дешевых источников сырья продолжается до сих пор, но основу высококачественных туалетных мыл по-прежнему обеспечивает оптимальное сочетание кокосовых и говяжьих кислот. Известно множество вариантов рецептур с частичной заменой кокосовых алифатических кислот на отбеленные пальмоядровые и синтетические. Говяжьи кислоты заменяются кислотами животного и растительного саломаса, пальмового, арахисового и оливкового масел, свиного сала, причем в разных странах преобладают разные тенденции в отношении состава. Добавки этих жиров обычно не превышают 10–20 %.
Основным сырьем для мыловарения являются животные и растительные жиры, а также жиры рыб и морских животных и жирозаменители: жирные синтетические кислоты, канифоль, нафтеновые кислоты, таловое масло и другие нефтепродукты. Состав жиров, применяемых в мыловарении, в значительной мере предопределяет качество мыла — его моющую способность и товарный вид.
Животные жиры и масла. Животные жиры — наиболее ценное сырье для мыловарения. Они содержат до 40 % насыщенных жирных кислот, в основном с 16–18 атомами углерода. Из них получают твердые натриевые мыла, хорошо растворимые в теплой воде, образующие мелкоячеистую, устойчивую пену. Животное топленое сало — особо ценное сырье для производства туалетного мыла, предпочтение отдают салу крупного рогатого скота. Баранье сало, обладающее специфическим запахом, реже используется для варки туалетного мыла. Свиное сало, содержащее сравнительно большое количество линолевой кислоты, вводится в рецептуру туалетных мыл редко и в ограниченном количестве. Частично гидрированное свиное сало можно вводить в рецептуру туалетного мыла в количестве 30–40 %.
Для улучшения цвета туалетного мыла животное сало предварительно рафинируют, чаще всего, обрабатывая его отбельными глинами;
для улучшения запаха мыла животное сало иногда предварительно дезодорируют.
Растительные масла. Саломас из растительных масел (подсолнечного, хлопкового, соевого) широко используется в отечественном производстве твердых мыл. Для варки хозяйственного мыла применяют саломас с титром 46–50 °С и йодным числом не более 55. Для выработки туалетного мыла выбирают наиболее светлые цвета саломаса с титром 39–43 °С и йодным числом не более 65. При выработке туалетного мыла, содержащего 78–80 % жирных кислот, применяют саломас с более низким титром с таким расчетом, чтобы титр мыла лежал в пределах 36–37 °С. Содержание влаги и летучих веществ в саломасе не должно превышать 0,3 %.
В качестве сырья для производства мыла не рекомендуется использовать рапсовое и сурепное масла, содержащие значительное количество эруковой кислоты, дающей легко высаливающиеся, крошащиеся, плохо пенящиеся мыла.
Не вводят в состав твердого хозяйственного мыла льняное, конопляное и другие масла, содержащие большие количества высоконенасыщенных кислот, которые образуют быстро прогоркающие мыла. По этой же причине в состав твердого туалетного мыла не вводят жидкие растительные масла, содержащие линолевую и более ненасыщенные жирные кислоты. Касторовое масло в некоторых случаях вводится в рецептуру мыла в количестве 3–5 % для улучшения его пластических свойств.
Конопляное и льняное масло используется для приготовления жидкого медицинского мыла, которое в случае получения его из конопляного масла имеет зеленую окраску и поэтому называется «зеленым».
Среди растительных масел особое место занимают кокосовое и пальмоядровое. Из них получают твердые мыла, которые хорошо растворяются в холодной воде и дают растворы, образующие обильную крупноячеистую пену. Эти масла особенно ценны как сырье для производства туалетных и некоторых специальных мыл, например, для мытья в морской воде. Туалетное мыло, без кокосового масла, обладает низкими пенообразующими свойствами. Из-за плохой пластичности оно трудно полируется, спрессовывается и потому получается полосатым, с трещинами и другими недостатками. Поэтому кокосовое или пальмоядровое масла являются очень ценным сырьем для производства туалетных мыл. В настоящее время их в значительной мере заменяют узкой и чистой фракцией жирных синтетических кислот С12— С16, освобожденных от примесей.
Окрашенные туалетные мыла вырабатываются из жирных кислот, получаемых безреактивным расщеплением жиров. Лучшие сорта светлого туалетного мыла получают из дистиллированных жирных кислот или из нейтральных жиров.
Жировые отходы и утильные жиры используют в мыловарении после обработки. Для повышения качества мыла эти жиры предварительно расщепляют, а полученные жирные кислоты дистиллируют.
Жирозаменители. Синтетические жирные кислоты, получаемые окислением парафиновых углеводородов кислородом воздуха. В мыловаренном производстве обычно используются две фракции синтетических жирных кислот:
1) фракция с числом углеродных атомов С10—С16;
2) фракция с числом углеродных атомов С17—С20.
Экспериментально установлено, что оптимальное содержание синтетических жирных кислот в рецептуре хозяйственного мыла лежит в пределах 35–40 %.
Улучшение качества этих кислот — снижение содержания кислот ниже С10 и выше С20, а также жирных кислот изостроения, освобождение мыловаренных фракций от дикарбоновых, циклопарафиновых и других кислот, снижающих моющее действие мыла или ухудшающих его цвет и запах, позволяет вводить их в большем количестве в рецептуры туалетных мыл.
Синтетические жирные кислоты фракции С17—С20 вводят в мыло взамен твердых жиров; фракции кислот С10—С16 — взамен кокосового масла; по своему влиянию на титр мыла эта фракция приближается к жидким маслам, что является результатом наличия в их составе жирных кислот разветвленного строения.
Канифоль вводится в мягкие или кремообразные мыла. Пенистость самого канифольного мыла невелика, она повышается в присутствии кальцинированной соды. Канифоль повышает растворимость твердых мыл, поэтому вводить ее в рецептуру мыла более 12–15 % не рекомендуется. Использование «канифольного» мыла должно быть ограничено из-за его темного цвета. Канифоль светлых тонов иногда вводят в рецептуру низших сортов туалетных мыл в количестве не более 3–5 %. Увеличение дозы канифоли более 5 % делает мыло липким и труд-нопилируемым. Ввиду высокой температуры плавления канифоли расплавление ее ведут в смеси с жирами или с жирными кислотами.
Технические нафтеновые кислоты в чистом виде дают мыла, обладающие хорошим моющим действием. Мыла из товарных нафтеновых кислот вследствие большого содержания неомыляемых веществ
обладают небольшой моющей способностью. Кроме того, из-за темного цвета и характерного неприятного запаха, который передается мылу, эти кислоты вводят в состав твердых хозяйственных мыл в ограниченном количестве. В большем количестве их вводят в мягкие мыла для технических целей.
Таловое масло сырое вследствие темного цвета, неприятного запаха и большого содержания неомыляемых веществ вводить в высшие сорта хозяйственного мыла не рекомендуется. В другие сорта мыл его иногда вводят в очень ограниченных количествах. Дистиллированное таловое масло является хорошим сырьем для мыловарения.
Щелочи. Гидроокись натрия (NаОН) — основной вид едкой щелочи, применяемый для варки всех видов мыл. Раствор каустической соды для этой цели готовят крепостью 35–40 %.
Гидроокись калия (КОН) применяется для варки жидких, кремо-образных и некоторых специальных мыл.
Кальцинированная сода (Nа2СО3) — дешевая и доступная щелочь, применяемая для варки мыла из расщепленных жиров и жирозаменителей. Ее растворяют в воде, готовя раствор концентрацией 32–33 %.
Поташ (К2СО3) применяется при варке жидких и специальных мыл из расщепленных жиров.
Бикарбонат натрия (NаНСО3) применяется как добавка в производстве некоторых туалетных мыл, например мыльных порошков для мытья головы.
Силикат натрия (Nа2OnSiO2) добавляется в хозяйственное мыло для повышения его твердости, для снижения липкости мыла, содержащего большое количество канифоли, и для предотвращения появления кристаллов соды на поверхности мыла. Cиликат натрия обладает значительным моющим действием и широко используется в качестве компонента мыла и моющих средств. Введение небольшого количества его к туалетному мылу несколько предохраняет мыло от прогоркания. Раствор силиката натрия, добавленный в туалетное мыло, обладает небольшим защитным действием против окисления и потемнения мыла.
Триэтаноламин — органическое соединение с выраженными щелочными свойствами, используется для приготовления некоторых специальных мыл.
Кроме основной группы веществ, в состав туалетных мыл вводятся добавки. Большое разнообразие наименований туалетных мыл, выпускаемых предприятиями, связано, с одной стороны, с разным жировым составом их и с различными отдушками, красителями, отделкой, формой и весом бруска, а с другой — с содержанием специальных добавок в отдельных видах мыла. Основные виды добавок к туалетным мылам.
Отдушки. Для обеспечения приятного запаха в туалетное мыло вводят душистые вещества (отдушки) в количестве от 0,5 до 2 %. Отдушки для туалетного мыла состоят из смеси природных и синтетических душистых веществ, гармонично сочетающихся и создающих определенный букет. Если отдушка воспроизводит запах цветка (сирень, черемуха, земляника и т. д.), то мылу присваивается соответствующее ему название. Если же отдушка фантазийного направления, обладает приятным, но не цветочным запахом, то название мыла устанавливают произвольно и с ним часто увязывают рисунок, изображаемый на этикетке или на штампе, например: «Шик», «Нежность» и т. п.
Душистые вещества, вводимые в мыльные отдушки, не должны обладать раздражающим действием. Не рекомендуется вводить в состав отдушек для туалетного мыла синтетические душистые вещества, меняющие свой состав, а следовательно, и запах под действием свободной щелочи. Некоторые компоненты отдушек, например экстракт дубового мха, придают мылу темный цвет, поэтому их нельзя вводить в отдушки для светлых мыл. Повышают стабильность мыльных отдушек некоторые смолоподобные вещества, например стиракс, который рекомендуется вводить в отдушки или непосредственно в мыло.
Красители. Для окраски туалетного мыла в разные цвета чаще всего применяют растворимые в воде анилиновые красители. Основные требования, предъявляемые к красителям:
— химическая и биологическая индифферентность;
— придание окрашиваемому мылу чистого цвета, не изменяющегося от воздействия света и свободной щелочи;
— красители не должны окрашивать мыльную пену, образующуюся при пользовании мылом.
Для окраски туалетного мыла применяют красители 3–4 основных тонов. Остальные цвета получают сочетанием основных красителей. Наиболее распространенные красители: родамин красный — анилиновый краситель, в зависимости от концентрации придающий мылу розовый или красный цвет; метанил желтый, окрашивающий мыло в желтый цвет; прямая бирюзовая, применяемая как составная часть для получения зеленого (в смеси с метанилом) и сиреневого (в смеси с родамином) цветов и др.
Пережиривающие вещества (эмоленты). Туалетное мыло, даже не содержащее свободной щелочи, в водном растворе имеет щелочную реакцию и при мытье обезжиривает кожу и вызывает ее сухость. Для предохранения кожи от обезжиривания в некоторые сорта туалетного мыла вводят жирители. В последние годы наметилась общая тенденция к сильно пережиренным рецептурам с примерно равным содержанием кислот животного жира и кокосового масла и с добавлением 7– 10 % свободных алифатических кислот. Последние регулируют рН и выполняют защитную функцию в отношении кожи, что компенсирует обезжиривание и раздражающий эффект короткоцепочечных мыл. Повышенное внимание к косметическому состоянию кожи после мытья определяет более высокий уровень содержания в современном туалетном мыле других пережиривающих, смягчающих и гидратиру-ющих кожу веществ. В их числе: глицериды, изо-пропилмиристат, другие эфиры алифатических кислот, воски, в том числе ланолин и его производные, масло жожоба, касторовое, норковое и парфюмерное масло, высшие алифатические спирты, их этоксилаты и пропок-силаты, бигуанидин. Синергетиками антиоксидантов являются многие комплексоны (в частности, ЭДТА и лимонная кислота), аминокислоты, аскорбиновая, сорбиновая кислоты и их соли.
Выпускаются также некоторые специальные мыла, содержащие лечебно-профилактические добавки, например, сернистый селен в мыле для лечения себореи. Этим же эффектом обладает настой коры хинного дерева. В туалетные мыла вводят растительные экстракты, лецитин, прополис, токоферолы, каротиноиды и др. В состав некоторых мыл включают хвойную хлорофиллокаротиновую пасту, содержащую биологически активные вещества — хлорофилл, каротин и др., способствующие заживлению повреждений кожи, экстракт алоэ, ромашки, вытяжки из морских водорослей и др.
По литературным данным, за рубежом в туалетное мыло рекомендуют вводить до 2 % карбоксиметилцеллюлозы специальных марок, которая нейтрализует действие свободной щелочи на кожу и улучшает пили-рование мыла. Иногда комбинируют введение карбоксиметилцеллюлозы с 2–4 % гексаметафосфата натрия, который создает более устойчивую пену.
Имеются сведения о том, что добавление к туалетному мылу 2–2,5 % моноэтаноламидов лауриновой или миристиновой кислот улучшает пено-образующую способность мыла, способствует стабилизации отдушки.
Порошкообразные туалетные мыла. К этой группе относятся: мыльный порошок для бритья и мыльный порошок для мытья головы. В качестве пигментов-наполнителей в туалетное мыло вводят до 1– 2 % диоксида титана или оксида цинка. Твердость и некоторую абра-зивность мылу придают бентониты, каолин, тонко измельченные песок и пемза. С целью удешевления продукции вводят и другие минеральные наполнители, например, карбонат кальция, оксид алюминия и коллоидальный кремнезем. Улучшение консистенции мыла с наполнителем, а также снижение абразивности достигается предварительным модифицированием поверхности минеральных наполнителей жирными кислотами С8—С18. Кроме того, мыло может содержать до 4– 6 % глицерина. Введением в кусковое мыло до 18 % коллоидального кремнезема можно компенсировать негативное влияние частичной замены свиным салом кокосового масла. При этом дерматологические свойства и пенообразующая способность даже несколько улучшаются. В качестве полимерных пластификаторов-связующих в туалетных мылах используют казеин, крахмал, некоторые другие полисахариды, соевую муку. Преимущества порошков перед брусковым мылом: большая поверхностная активность (на единицу веса мыла) и, следовательно, высокая способность растворяться и давать пену.
Учитывая возросшую конкуренцию со стороны других моющих средств, туалетные мыла претерпели за последние два десятилетия изменения в составе, оформлении и в отношении удобства товарной формы. Наиболее популярными в применении в настоящее время являются жидкие и глицериновые мыла.
Жидкое туалетное мыло представляет собой прозрачный водно-спиртовой раствор ароматизированного калийного жирового мыла. Применяется оно главным образом для мытья кожи рук, лица и головы. Такое мыло удобно для мытья рук в местах общественного пользования при наличии специальных дозаторов. Жидкое туалетное мыло содержит до 20 % жирных кислот, 10–20 % этилового спирта и до 1 % отдушки, воду. Спирт добавляют в жидкие туалетные мыла для снижения их вязкости, обеспечения прозрачности, а также для уменьшения гидролиза мыла и понижения температуры замерзания.
В производстве жидких туалетных мыл применяются подсолнечное, соевое, кориандровое и другие жидкие светлоокрашенные растительные масла, содержащие не более 5 % стеариновой и пальмитиновой кислот, а также кокосовое масло или соответствующую фракцию хорошо фракционированных синтетических жирных кислот. Не рекомендуется вводить в рецептуру жидких туалетных мыл хлопковое масло, так как при хранении, особенно при низких температурах, в них будет появляться осадок. Кокосовое масло в жидкие туалетные мыла вводят в количестве 25–50 % от жировой смеси, чтобы обеспечить необходимые пенообразующие свойства при применении, однако повышение содержания кокосового масла в рецептуре жидких мыл вызывает излишнюю сухость кожи.
Популярны прозрачные или, как их еще называют, глицериновые мыла. Пример основы глицеринового мыла (%):
Кислоты говяжьего жира 65,0
Кислоты кокосового масла 30,0
Кислоты касторового масла 5,0 Миристиновая, пальмитиновая и
стеариновая кислоты (2:1:1) 20,0
Глицерин 10,0
1,2-пропиленгликоль 17,0
Гидроксид натрия (49 %-ный раствор) 36,0
Триэтаноламин 14,0
Отбеленный сахар 20,0
Этанол (96 %) 20,0
Вода очищенная и пр. 28,0
Другой вариант прозрачного мыла вместо триэтаноламина содержит щелочные аминокислоты (например, аргинин) и сорбитол. Такие мыла обычно содержат 45–50 % жирных кислот.
Специальные туалетные мыла представляют особую группу. Специальные добавки обладают бактерицидным и дезодорирующим действием и рассчитаны на массового потребителя. Активным началом их часто служат галогенированные производные фенолов, дифенилового эфира, дифенилмочевины, анилидов, например, салициловой и три-хлоруксусной кислот. Наиболее известными бактерицидами феноль-ного типа являются гексахлорофен, который в настоящее время используется ограниченно; триклозан, используемый в концентрации до 2 %. Многие хлорсодержащие бактерициды являются фотосенсибилизаторами и способны вызывать дерматиты у лиц с чувствительной кожей. Бромпроизводные лучше переносятся кожей, чем соответствующие хлорпроизводные, но несколько менее эффективны и дорогостоящи. Галогенпроизводные бактерициды эффективны в широком интервале рН и концентраций. Они способны инактивироваться некоторыми компонентами мыла и могут обесцвечивать краситель, их эффективность зависит также от жирнокислотного состава.
С целью расширения спектра антисептического действия и достижения синергизма в мыла часто вводят смеси двух или нескольких разнотипных бактерицидов. Так, добавление 0,1 % триклозана к гек-сахлорофену и/или 3,4,4'-трихлоркарбанилиду существенно расширяет спектр бактерицидного действия их в туалетном мыле, особенно в отношении грамотрицательных микроорганизмов. Стабилизирующее действие на галогенсодержащие бактерициды и сопутствующие им отдушки оказывают также производные лимонной и аскорбиновой кислот.
Некоторый бактерицидный эффект может создаваться подбором композиционной отдушки. Дезодорирующие свойства мылу обеспечивает смесь коричной кислоты и ее метилового эфира в концентрации 2,5 %. Иногда в дезодорирующие мыла вводят рицинолеат цинка и производные ундециленовой кислоты. Оксиды третичных аминов являются активным ингредиентом мыла «Део». Специальные медицинские мыла могут включать фенол, тимол, b-нафтол, йодоформ, серу, деготь, ихтиол и другие лечебные компоненты. Мыла, обладающие дезодорирующим действием, составляют 46 % рынка туалетного мыла в США.
Для сохранения эксплуатационных свойств туалетных мыл в жесткой воде в их состав вводят синтетические ПАВ — диспергаторы кальциевого мыла. В эту довольно обширную и разнообразную по составам категорию входят комбинированные (смесевые) мыла, а также синтетические кусковые моющие средства (СКМС), активная основа которых содержит мыла до 10 % или вообще его не содержит. Синтетические ПАВ обеспечивают должный уровень коллоидной растворимости в жесткой воде, отсутствие осаждения хлопьев мыла на стенках ванны, а также улучшенное пенообразование и моющее действие. В качестве ПАВ, диспергаторов кальциевого мыла используются: сульфаты моноглицеридов и алкилоламидов жирных кислот, алкилсульфаты и алкилэтоксисульфаты, ацилтауриды, полуэфиры и полуамиды сульфоянтарной кислоты, оле-финсульфонаты, производные a-сульфокарбоновых и сульфоуксусной кислот, неионогенные ПАВ. Особенно эффективны, хотя дороги и сложны в изготовлении, амфолиты сульфобетаинового типа, способные оказывать действие в воде с жесткостью до 1 тыс. ч. Са2+/млн. В последнее время патентуются комбинированные мыла, содержащие ациламино-кислоты и карбоксиметилаты.
При введении некоторых ПАВ в сочетании с пережиривающими добавками получают мыла с практически нейтральным рН и низким уровнем раздражающего действия на кожу. Благоприятным в дерматологическом отношении является сочетание мыла с ацилизэтио-натом и с N-ацил-N-метилтауратом натрия.
Ацилизэтионат натрия содержится в составе туалетного мыла «Део» фирмы «Левер Бразерс», входящего в десятку популярнейших мыл США. Рецептура мыл этого типа, в %:
Ацилизэтионат натрия,кокос 50 60
Стеариновая кислота 25–27
Натриевые мыла 1–10
Пережириватели и неомыляемые вещества 1–8
Вода очищенная до 100,0
В качестве пережиривателей используют эфиры жирных кислот и производные ланолина. Одна из вариаций этого мыла содержит 2 % силиконового масла. Возможно введение гермицидов типа 3,4',5-трибромсалициланилида и гексахлорофена. Мыло прекрасно пенится, устойчиво к деформациям и имеет рН 1 % водного раствора 7,3, в отличие от жирового туалетного мыла (рН>9). Повышенная пенооб-разующая и моющая способность в морской воде обеспечивается дополнительным введением веществ, связывающих ионы жесткости (%):
Таловое мыло 54,7
Ацилизэтионат натрия, кокос 35,3
Натрийкарбоксиметилцеллюза 2,0
Метасиликат натрия 1,0
Вода очищенная до 100,0
Хорошая пена и растворимость мыла на кислотах говяжьего жира обеспечивается короткоцепочечными ацилизэтионатами, полученными на кислотах С6—С10. Известны рецептуры комбинированного мыла с улучшенными дерматологическими свойствами и кремнистостью пены, которые содержат до 16 % свободных жирных кислот и до 10 % неацили-рованного изэтионата натрия. Тауриды алифатических кислот являются эффективными диспергаторами кальциевых мыл. Распространены комбинированные мыла, содержащие алкилсульфаты, хотя они обладают повышенным раздражающим действием на кожу в сравнении со щелочным туалетным мылом. Преимущества СКМС перед обычным туалетным мылом проявляются в жесткой и особенно морской воде. Они способны придавать коже приятную гладкость, хорошо промывают волосы, сообщая им шелковистость и натуральный блеск. В этом плане СКМС подобны жидким шампуням и препаратам для душа, причем аналогия распространяется и на компонентный состав ПАВ, и на некоторые вспомогательные добавки: пережириватели, вещества, способствующие смягчению и гидратации кожи, стабилизаторы и т. п.
