Химия и Химики № 4 2016. Мыло своими руками. How to make soap at home

В конце марта 2016 года мне довелось попробовать себя в роли мыловара (возникла рабочая необходимость). Процесс оказался несложным, а результаты приятно удивили (и меня, и непосредственного заказчика). Кусочек ароматного мыла ручной работы - прекрасный подарок. Возможно, кто-то вдохновится моей статьей и порадует таким необычным подарком себя, близких или друзей. Но, для начала, узнаем чуть больше о мыле.

Мыло в древности и в период средневековья

Люди варили и использовали мыло, начиная с глубокой древности. Считается, что мыло изобрели в Вавилоне в 3-м тысячелетии до н. э. Древнейший из обнаруженных рецептов мыла написан на глиняных табличках шумерской клинописью (2800 г. до н. э.). Древнее описание способа приготовления мыла сделано достаточно подробно, причем этот процесс в принципе похож на современные способы получения мыла. Жиры варили с золой растений.

Сохранился египетский папирус середины второго тысячелетия до н. э. (т.е., его возраст превышает 3.5 тысячи лет), который свидетельствует, что древние египтяне умели варить мыло. Причем египтяне усовершенствовали рецепт варки мыла, используя вместо растительной золы соду. Более того, "страшная тайна" египетских жрецов в том и состояла, что жрецы мыли руки перед едой - поэтому болели значительно реже. В древние времена люди часто не знали, что чистота и элементарная гигиена значительно снижает риск инфекционных заболеваний. Одной из главных причин древних и средневековых эпидемий была антисанитария. Да что в древние времена? Еще в 19 веке н.э. хирурги носили бороды и приступали к операциям с грязными руками. Белый халат медиков воспринимается в наше время больше как дань традиции. Но появился он не от хорошей жизни: на белом халате хорошо заметны пятна крови, грязь и блохи (переносчики чумы).

Древние арабские медики рекомендовали мыло в качестве наружного лекарственного средства. Как следует из сказанного выше, такая рекомендация имела серьезные основания.

Древние римляне для мытья и стирки использовали различные средства. Основными из них были человеческая моча и щелочной раствор. Тем не менее, в Древнем Риме было известно и мыло. Первое упоминание о нем найдено в "Естественной истории" Плиния Старшего. Латинское название мыла - sapo перешло затем во многие романские языки. Правда, согласно Плинию мыло в Риме применялось в качестве помады для волос.

Позже - после завоевания галлов римляне стали употреблять для приготовления мыла вместо золы соду. Раствор соды кипятили с жиром для полного отвердения. Такое мыло было пригодно исключительно для стирки.

Изначально в средневековой Европе мыло было дорогой роскошью для очень богатых людей (королей, дворян, духовенства). Бедняки в это время были заняты решением более насущных вопросов: как найти пропитание и как выжить. Массовое мыловарение появилось на континентальной Европе только в конце 13 века. Причем более доступное мыло стали производить значительно позже, когда догадались заменить пепел растений содой.

В мусульманском мире массовое производство мыла началось гораздо раньше (на несколько столетий), чем в Европе, да и качество его было выше. Кроме твердого мыла (различных цветов и с различными ароматами) арабские мастера научились варить жидкое мыло. Было и специальное мыло для бритья (это в 10 веке н.э. !). Считается, что в Европу мыловарение было завезено именно из арабских стран. Это не удивительно, поскольку в исламском мире эпоха Возрождения началась на несколько веков раньше, чем в Западной Европе. По-сути, современное мыловарение исходит именно к арабским корням.

Что такое мыло с точки зрения химии?

Мыло может содержать много разных компонентов, которые отличаются, как по химической природе, так и по предназначению. Тем не менее, основной (действующий) компонент мыла - поверхностно-активные вещества (ПАВ). ПАВ снижают поверхностное натяжение, сосредотачиваясь на границе раздела двух фаз. Благодаря этому ПАВ нашли много различных применений, в частности - в качестве моющих средств.

В настоящее время известно много различных ПАВ, которые отличаются, по химической природе, принципу действия (катионные, анионные, нейтральные), происхождению, устойчивости, эффективности. Многие из ПАВ можно использовать для производства мыла.

"Традиционное" - щелочное мыло представляет собой смесь растворимых солей высших жирных кислот. Первоначально источником жирных кислот служило животное и растительное сырье, позже жирные кислоты также стали получать путем переработки нефти.

"Мыло из нефти", как правило, имеет более низкое качество, чем мыло из натурального сырья и плохо подходит для средств личной гигиены. Но, учитывая, что проблема голода и недоедания на планете Земля все еще не решена, выбирать не приходится.

Щелочное мыло может содержать различные соли жирных кислот, но в основном это натриевые и калиевые соли таких кислот как: стеариновая, пальмитиновая, миристиновая, лауриновая и олеиновая. Тенденция следующая: натриевые мыла твердые, калиевые - жидкие. Например, один из вариантов химического состава твердого мыла - стеарат натрия C₁₇H₃₅COONa, жидкого мыла - стеарат калия C₁₇H₃₅COOK. Дополнительно в составе мыла могут быть и другие вещества, обладающие моющим действием, а также ароматизаторы, красители,антисептики и даже некоторые лекарственные средства (деготь, сера, лекарственные травы и т.д.).

Как же получали мыло в давние времена?

Для получения щелочного мыла в древности использовали золу растений. Зола из древесины деревьев, выросших далеко от моря, состоит в основном из карбоната калия. Зола, полученная при сжигании прибрежных растений (и водорослей), имеет повышенное содержание карбоната натрия. Золу просеивали сквозь сито, смачивали и делали "горку", куда клали известь (в пропорции 1:2), которая гасилась и рассыпалась в порошок. После этого смесь обливали водой, оставляли на сутки, затем спускали первый, наиболее концентрированный щелок, который упаривали в котлах. Происходящие при этом процессы можно изобразить с помощью химических уравнений:

Мыло своими руками. How to make soap at home

Полученная щелочь смешивалась с растительным или животным жиром и варилась несколько часов до густой тестообразной массы, что и была мылом - солями щелочных металлов и высших карбоновых кислот.

Химический состав мыла был установлен лишь в 1808 году французским химиком по имени Мишель Эжен Шеврёль.

В Европе и США непрерывный процесс мыловарения был отработан в конце 1930-х годов вместе с непрерывным процессом гидролиза (расщепления) жиров водой и паром высокого давления в мыловаренных башнях.

В качестве сырья для получения основного компонента мыла могут использоваться животные и растительные жиры, жирозаменители (синтетические жирные кислоты, канифоль, нафтеновые кислоты, талловое масло).

Получение мыла по классическому рецепту основано на реакции омыления. Омыление представляет собой гидролиз сложных эфиров жирных кислот и глицерина (т.е. жиров) под действием щелочей, в результате которого образуются соли жирных кислот и щелочных металлов, а также трехатомный спирт глицерин.

При использовании в качестве щелочи каустической соды (едкий натр, гидроксид натрия) получают твердое натриевое мыло. Мягкое или даже жидкое калиевое мыло образуется, когда применяется гидроксид калия (едкое кали).

В специальных емкостях (варочных котлах) нагретые жиры омыляют едкой щелочью (обычно гидроксидом натрия). В результате реакции в варочных котлах образуется однородная вязкая жидкость, густеющая при охлаждении - мыльный клей, состоящий из мыла и глицерина. Содержание жирных кислот в мыле, полученном непосредственно из мыльного клея, обычно 40-60 %. Такой продукт имеет название "клеевого мыла". Способ получения клеевого мыла принято называть "прямым методом".

"Косвенный метод" получения мыла заключается в дальнейшей обработке мыльного клея, который подвергают отсолке - обработке электролитами (растворами едкой щелочи или хлористого натрия), в результате происходит расслоение жидкости: верхний слой, или мыльное ядро, содержит не менее 60 % жирных кислот; нижний слой - подмыльный щелок, раствор электролита с большим содержанием глицерина (также содержит загрязняющие компоненты, содержавшиеся в исходном сырье). Полученное в результате косвенного метода мыло носит название "ядрового".

Высший сорт мыла - пилированное, получают при перетирании высушенного ядрового мыла на валиках пилирной машины. При этом в конечном продукте содержание жирных кислот повышается до 72-74 %, улучшается структура мыла, его устойчивость к усыханию, прогорканию и действию высоких температур при хранении.

По ряду причин я избрал "прямой" способ, с небольшой модификацией. Мне требовалось сварить мыло, но - максимально дешевое, из легкодоступных компонентов и с определенным косметическим эффектом. К тому же - 5 различных видов!

Мною были выбраны следующие рецептуры:

1) Цитрусовое мыло (антицелюллитное действие, улучшает кровообращение) - в качестве ароматизаторов использованы эфирные масла апельсина и лимона. Позже был добавлен желтый и красный пищевые красители.

2) Белая глина - чайное дерево (скраб, противовоспалительное действие, очистка кожи) - в качестве ароматизатора использовано эфирное масло чайного дерева. Добавлена белая глина.

3) Тимьян - зверобой (тонизирующее и противовоспалительное действие, скраб) - в качестве ароматизатора использовано эфирное масло чабреца ползучего. В мыло добавлена тщательно измельченная трава чабреца Маршалла и зверобоя продырявленного.

4) Белая глина - мята перечная (освежающее, скраб) - в качестве ароматизатора использовано эфирное масло мяты перечной. Добавлены тщательно измельченные листья мяты перечной и мелиссы лекарственной, а так же белая глина.

5) Кофе - корица (улучшает кровообращение, скраб, тонизирующее средство) - в качестве ароматизатора и красителя использованы измельченные зерна кофе (очень мелкий помол) и измельченная корица. Так же - небольшое количество красного пищевого красителя.

Гидроксид натрия у меня был, оставалось добыть лишь сырье, недорогое и с приемлемыми характеристиками. Я выбрал (исходя из того, что было под рукой) смесь подсолнечного рафинированного масла, касторового масла и стеариновой кислоты.

С расчетом количеств ингредиентов помог сайт http://www.mama-mila.ru/

Данные по плотности масел легко находятся в справочной литературе либо в Википедии.

Итак, исходный рецепт выглядит так:

Подсолнечного масла 69 грамм (75 мл)
Касторового масла 72 грамм (75 мл)
Стеариновой кислоты 20 грамм
Натрия гидроксида 20.3 грамм
Воды очищенной 45 мл

Как выяснилось позже, воды лучше брать чуточку больше (~75 мл). Итоговая масса мыла - чуть больше 200 грамм.

Итак, компоненты отвешены и отмерены. Масла и воду отмеривал мерными цилиндрами на 100 мл, щелочь и стеариновую кислоту - с помощью весов Т-1000 (ничего более подходящего не оказалось).

Слева направо: гидроксид натрия, стеариновая кислота, смесь касторового и подсолнечного масел.

Итак, растворяем щелочь в воде и греем смесь масел и стеаринку до 50-60 градусов по Цельсию.

После растворения щелочи и прогрева смеси масел и стеариновой кислоты - смешиваем их, вливая щелочь в масло при перемешивании в одном направлении (мешал по часовой стрелке). Цель подобного шаманства - добиться скорейшей эмульгации смеси с целью более плавного и быстрого протекания омыления.

Видно, как смесь изменила свой цвет и консистенцию. Она стала более вязкой и однородной. Продолжаем нагрев и перемешивание.

Спустя 20 минут после начала реакции смесь становится густой и гелеобразной. Вода, испаряясь внизу стакана, старается вытолкнуть смесь из него - приходится быть осторожным.

Смесь достаточно эмульгирована, перемешивание более плавное и ленивое. Прошло 35 минут после начала реакции.

Прошло 45 минут после начала реакции. Смесь загустевает, насыщается пузырьками воздуха и тянется нитями. Хороший признак.

Та же смесь, вид сверху. Цвет передан неверно, масса имеет выраженный бежевый цвет, без розоватого оттенка.

На вид - мыло практически готово. Самое время проверить это универсальной индикаторной бумагой. Несколько капель мыла переносим в стаканчик на 100 мл, добавляем 25 мл воды и, после небольшого взбалтывания, проверяем рН среды.

Бумажка дает отчетливую синюю полоску на краю, а сама - сине-зеленоватая. Значит, еще рановато снимать стакан с плитки. Греем и перемешиваем, перемешиваем и греем.

И вот, бумажка дает отчетливую зеленовато-желтоватую окраску. Следовательно, свободная щелочь отсутствует, и мыло готово. Снимаем стакан с плитки.

Вот готовый продукт, что довольно неказисто смотрится. Ну, это вполне исправимо.

Пищевые красители индигокармин и "зеленое яблоко" помогут нам подкрасить мыло. Растворим немного красителей в 15 мл воды.

Полученный раствор вливаем к мылу и тщательно перемешиваем. Заодно - после остывания до 40-45 градусов добавляем по 10 капель эфирных масел.

Вот - наше мыло готово для охлаждения и порционирования. Переносим его в фарфоровую ступку и оставляем на сутки.

Через сутки оно будет тщательно умято и разделено на 4 равных куска, которым придадут определенную форму. Но, о этом и прочих изысках напишу в следующий раз.

Успешных варок и сбалансированных рецептур!