Elaboración de Jabón

Ing. CIP Mario Alberto Osorio Osorio

FACULTAD DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD NACIONAL“JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION”

Historia Desde hace 2000 años se practica,

indudablemente, la fabricacion del jabon.

Los origenes del proceso se pierden en la prehistoria, pero se sabe que antes de la era cristiana, se empleaban grandes cantidades de jabon, en Roma, habiendose conservado una fabrica completa, entre las ruinas de Pompeya, sepultada en el año 79 a. J.C.

El arte sobrevivio en la Edad Media, en ciertas ciudades de Italia, Francia e Inglaterra, alcanzando en el siglo XVIII un alto grado de desarrollo en diversos lugares, sobre todo en Marsella.

Historia Los primeros fabricantes efectuaban la

practica laboriosa de obtener lejia de carbonato potasico, a partir de las cenizas de madera y, por adicion de cal apagada, liberar la potasica caustica necesaria para la saponificacion.

Para producir jabones duros era necesario salar con sal comun el jabon potasico blando resultante.

Al ser introducido en el siglo XIX el proceso Le Blanc de obtencion de sosa caustica se abarato el jabon, con lo cual su empleo se hizo mas popular.

Propiedades detergentes del jabón

Necesidad de la Detergencia

El detegente es parte de nuestra vida diaria, tiene diferentes colores y perfumes, puede ser líquido o sólido (en el caso de los jabones)… pero ¿cómo funciona esta sustancia?

Hay sustancias que se disuelven en agua, como por ejemplo la sal, y otras que no lo hacen, como por ejemplo el aceite.

El agua y el aceite no se mezclan, de modo que si tratamos de limpiar una mancha grasienta en la ropa o en la piel, el agua no es suficiente. Necesitamos detergente.

Detergencia El detergente está formado por

moléculas con una cabeza afín al agua (hidrofílica) y una larga cadena que huye del agua (hidrofóbica).Debido a ese dualismo, las moléculas de detergente actúan como un diplomático, mejorando la relación entre el agua y la grasa.

Cuando se añade detergente al agua, sus cabezas hidrofílicas se proyectan hacia el agua, mientras que las largas cadenas hidrofóbicas se unen a las partículas de grasa y permanecen en el interior (escapando del agua).

Detergencia - Micelas De esa forma, se forman grupos

circulares llamados micelas, con el material graso absorbido dentro y atrapado.

Detergencia Se origina entonces una emulsión de

aceite en agua, lo cual significa que las partículas de aceite quedan suspendidas en el agua y son liberadas de la ropa.

Con el aclarado, la emulsión es eliminada. En resumen, el detergente limpia

actuando como emulsificante, permitiendo que el aceite y el agua se mezclen, eliminándose las manchas durante el aclarado.

Hay más aspectos envueltos en este proceso, pero ésta es la idea general.

Detergencia

El mecanismo del fenómeno gracias al que los jabones y detergentes limpian es muy complejo y no todos los autores están de acuerdo con respecto a sus detalles.

Hay sin embargo una aceptacion de modo mas o menos general respecto a ciertos principios, de parte de los investigadores modernos en este campo, y cubren las fases mas importantes de la accion detergente.

Detergencia

En la mayor parte de las superficies sucias, la suciedad esta sujeta a la superficie por una pelicula de aceite o grasa.

La limpieza de esta superficie incluye el desplazamiento de esta pelicula, por la accion detergente, siendo luego eliminada por el agua.

Jabones Comerciales

Materias Primas

Podemos clasificarlas en: Grasas y otras materias saponificables. Otras materias primas

Grasas saponificables

Los aceites que sirven como materias primas para la fabricación de jabones se consideran, principalmente, desde el punto de vista de su composición en ácidos grasos.

La estructura de los glicéridos no tiene consecuencias en las grasas que se destinan a aquel uso.

Grasas saponificables

Los antioxidantes naturales, que son componentes de tanta importancia en las grasas y aceites comestibles, se pierden en grado elevado, en el proceso de saponificación; pero, en todo caso, hay disponible una gran variedad de antioxidantes artificiales para ser añadidos a los jabones, pues no se requiere que sean comestibles.

Las materias colorantes presentes en las grasas, tienen alguna importancia, pues llegan parcialmente hasta el producto terminado.

Grasas saponificables

Además de las grasas, la única materia saponificable usada con cierta amplitud son las resinas.

Desde un principio, este material fue considerado como muy adecuado por los fabricantes de jabon, pero su uso ha disminuido y, en los ultimos años, la cantidad total consumida no alcanza el 5% del consumo total de grasas.

Grasas saponificables En el caso de los jabones experimentales,

preparados con un solo acido graso, tanto las propiedades tenso-activas, como su solubilidad, se ha comprobado que dependen en gran medida de la longitud de la cadena del acido grado y de su grado de insaturación.

Por tanto, es muy limitado el numero de ácidos grasos que pueden considerarse como materiales deseables para la fabricación de jabones sódicos.

Específicamente, se usan los ácidos saturados con 12-18 átomos de carbono; es decir los ácidos laurico, miristico, palmítico y esteárico y el oleico.

Grasas saponificables

Los ácidos con menos de 12 átomos de C tienen un peso molecular insuficiente, para que el jabón posea una buena actividad superficial y los ácidos con mas de 18 son demasiado insolubles en agua, a la temperatura ordinaria, para que sean verdaderamente útiles.

Los ácidos mas insaturados producen jabones blandos, que no solo son oxidados fácilmente, sino que también tienen insuficientes propiedades detergentes.

Los ácidos no saturados producen jabones que tienen tendencia a ser algo viscosos y dan una espuma “grasienta”.

Grasas saponificables

Los jabones fabricados con ácidos grasos de peso mole-cular muy elevado son muy eficaces como detergentes; sin embargo, como son limitadamente solubles en el agua fría o caliente, son de poco uso domestico.

Los de ácidos grasos inferiores, en cambio, son fácilmente solubles y dan una espuma abundante pero algo inestable; sin embargo son menos eficaces en su acción detergente que los jabones de ácidos grasos mas elevados, y aunque producen abundante espuma, sus cualidades espumantes en disolución son relativamente pobres.

Grasas saponificables Un jabón tiene realmente dos funciones:

Parte de el debe servir como un ablandador del agua.

El resto actúa como detergente.

Se trata de obtener el equilibrio optimo entre: la alta solubilidad y facilidad para dar

espuma. La formación de espuma duradera. Buenas cualidades espumantes en el agua Alta actividad detergente Buena capacidad de ablandamiento del agua.

Grasas saponificables

En la practica, se consigue aquel equilibrio usando una mezcla de grasas que dan una combinación apropiada de ácidos laurino, palmítico, esteárico y oleico, con otros ácidos presentes en menor proporción.

Así la composición optima de grasas, para la producción de jabones domésticos de alta calidad, ha sido durante muchos años la siguiente: sebo, aceite de palma, aceites de animales marinos hidrogenados y otras grasas de alto peso molecular, mezcladas con un 15-30% de aceite de coco o de palmiste.

Grasas saponificables

El aceite de pescado, antes de ser usado para la fabricación del jabón, se hidrogena, invariablemente, hasta aproximarlo a la consistencia del sebo.

Sin embargo, una vez que ha sido hidrogenado hasta hacerle desaparecer su olor desagradable, produce un jabón que es aun menos soluble que el de sebo.

Como consecuencia, es preciso mezclarlo con otro aceite mas blando, con aceite de coco o con ambos.

Grasas saponificables El aceite de coco, por su alto contenido en

acido laurico, se considera ordinariamente como un ingrediente esencial de los jabones de tocador y de otros productos en los que es importante una fácil solubilidad y una buena capacidad para la formación de espuma.

El jabón de aceite de coco es ordinariamente muy blanco, extremadamente resistente a la oxidación y de consistencia dura.

Se considera que la presencia de este aceite en los jabo-nes de tocador de alta calidad, contribuye a la apariencia suave, que es de desear en las barras ya terminadas.

Grasas saponificables

Los aceites líquidos, tales como el de oliva, algodón, maíz, soja, etc., pueden considerarse como pequeños contribuyentes en la fabricación del jabón.

La mayor parte se consume en forma de sedimentos, acidulados o no, de la neutralización alcalina de los aceites de algodón y de soja.

Estos sedimentos son un subproducto de la refinación de estos aceites, para usos comestibles, y se consumen en la fabricación de jabones, por que son inadecuados para otros fines.

Otras materias primas Además de los productos saponificables

mencionados anteriormente, la materia prima mas usada para la fabricación del jabón, es la sosa caustica.

Aditivos para ablandar el agua.

Los tejidos sucios tienen una considerable acidez libre, que es mas económico neutralizar con los aditivos, que con el jabón mismo.

La sal común es un ingrediente esencial en la fabricación de jabón, pero en el producto terminado, no quedan grandes cantidades de ella.

Otras materias primas Ciertos compuestos que se pueden

incorporar a los jabones son importantes desde el punto de vista de su efecto antioxidante, o por su capacidad para estabilizar el jabón contra la ranciedad. (ejemplo: sulfito sódico y tiosulfato sódico pero en pequeñas cantidades).

Los perfumes son ingredientes de los jabones.

Así mismo el color del jabón terminado se obtiene coloreando artificialmente.

Un desarrollo reciente muy interesante ha sido el uso de los agentes llamados blanqueantes ópticos.

Otras materias primas

Los blanqueantes ópticos son compuestos luminiscentes que tienen el poder de absorver la luz ultravioleta incidente y reemitirla como luz visible de mayor longitud de onda.

Es decir, como luz azulada, que tiende a enmascarar el tinte amarillento y dar una apariencia de blancura al jabón o a los tejidos de algodón lavados con aquel, si el agente usado se adhiere al algodón.

Las concentraciones usadas son del orden de 0,005 – 0,05 %.

Tipos de jabones comerciales

Tenemos una gran variedad, así:

Jabón de tocador molido.

Jabones de tocador no molidos o moldeados.

Jabones de tocador especiales en barras.

Jabones flotantes, para usos generales.

Jabones y cremas para afeitar.

Jabones en polvo.

Champus.

Tipos de jabones comerciales

Asimismo:

Barras de jabón para lavanderías.

Escamas de jabón, granulos, etc.

Polvos para lavar.

Jabones y polvos para fregar.

Jabones líquidos.

Jabones industriales varios.

Barras de jabón para lavanderías

Los productos conocidos como jabones para lavandería, no se usan en las lavanderías comerciales, pero se emplean para el lavado domestico, limpieza de vajilla y limpieza en general.

Ha sido desplazado en parte del mercado por el jabón en escamas, gránulos (ideales para maquinas lavadoras)

Las dos variedades principales de jabones para lavandería son el blanco y el amarillo.

Barras de jabón para lavanderías

El jabón blanco de lavandería es, generalmente, un producto preparado, con un 25 – 40 % de aceite de coco y un 75 – 60 % de sebo, aceite de pescado hidrogenado, etc.

El jabón amarillo de lavandería es semejante al blanco, difiriendo solamente en que tiene una proporción importante de resina, que comunica a la barra un color amarillo característico.

Fabricación del Jabón

Reacción Fundamental

La reacción fundamental en la fabricación del jabón es muy sencilla, desde el punto de vista químico, y consiste en la reacción de una grasa con un álcali, para dar jabón y liberar glicerol.

C3H5(OOCR)3 + 3NaOH = 3NaOOCR + C3H5(OH)3

Triglicérido Sosa Jabón Glicerol caustica sódico

Reacción Fundamental

Después de la saponificación, que es en si misma una operación exacta, es necesario hacer pasar el jabón por una serie de fases de tratamiento, con objeto de eliminar las impurezas, recuperar el glicerol y reducir el contenido en humedad, hasta valores relativamente bajos.

El “jabón puro” se compone de un 65% de jabón propiamente dicho, con un 35% de agua y trazas de glicerol, sal., y es el producto a partir del cual se forman las barras, escamas, “perlas” y polvos comerciales, con o sin su secado, mecanización o adición de ingredientes.

Métodos de Fabricación de Jabón

A. Procesos de ebullición del jabón.- Se calienta la grasa, sal y reactivo usado en calderas, saponificación, luego se recupera glicerina mediante saladura y lavado, graneado con sosa caustica y acabado.

B. Procesos de semiebullición y en frio.- se obliga a reaccionar la grasa, con una cantidad de álcali concentrado, muy próxima a la justamente necesaria para su saponificación total y dejándose solidificar toda la masa, sin la separación del glicerol libre, ni fases “pura” y “graso”.

C. Saponificación continua.

Saponificacion Continua

Existe una serie de procesos de saponificacion continua, ideados para reducir las operaciones lentas y el consumo de vapor excesivo en la ebullicion corriente del jabon.

Algunos de estos procesos se emplean industrialmente en gran escala, mas en la fabricacion de jabones para el lavado de ropas, incluyendo la forma granulada muy popular (que constituye el grueso de la produccion total de jabon), que en la preparacion de jabones de baño de alta calidad.

Saponificación Continua

Entre los procesos de saponificacion continua tenemos:

Proceso Mills

Proceso SHARPLES

Proceso Clayton

Proceso French Monsavon

Saponificación Continua SHARPLES

Recientemente introducido, ha encontrado gran aceptación, comprende las etapas ordinarias de la fabricación de jabón; es decir, saponificación, lavado y separación entre jabón puro y “graso”.

Sin embargo todas las etapas se realizan rápida y continuamente, separando jabón y lejías, y jabón puro y “graso”, por medio de centrifugas de elevado numero de revoluciones.

Saponificación Continua SHARPLES

Para transformar la materia grasa en jabón puro se necesitan menos de dos horas y el consumo de vapor es de unos 0,17 kg por kg de grasa tratada; lo cual viene a ser del 15 al 20% del que se emplea en las calderas discontinuas.

La relación de lejía agotada a grasa saponificada (0,5-0,7 kg a 1 kg) es bastante menor que la lograda en la mejor técnica de lavado en contracorriente y como el “graso” se recircula continuamente, solo se descarga jabón puro y lejía agotada.

Saponificación Continua SHARPLES

Según parece, el jabón puro es equivalente, por su contenido en jabón, glicerina, álcali libre y sal, y superior en color, al obtenido por ebullición normal.

Por otra parte la lejía agotada, además de estar mas concentrada en glicerol, contiene menos sal (3 a 12%) y álcali libre (0,1% o menos, en Na2O).

Saponificación Continua SHARPLES

Hay que hacer notar que existen cuatro etapas, en el proceso de las cuales, tres son de saponificación y lavado y la cuarta de acabado o separación.

Empleando controladores automáticos de flujo e introduciendo bombas proporcionómetras, se consigue un control seguro del proceso, sin mas que comprobar periódicamente el contenido de la lejia en sosa caustica, en cualquier punto del sistema.

Saponificación Continua SHARPLES

Las instalaciones ordinarias tienen una capacidad (en términos de grasa tratada) de 680 kg o sus múltiplos, por hora, hasta un máximo de 6 200 kg por hora.

Saponificación Continua

Transformación del Jabón fundido en sus formas terminadas

Mezclado Si hay que agregar algun ingrediente al

jabon puro, procedente de la saponificacion, antes de ser moldeado o secado, la operación de mezcla se lleva a cabo en las maquinas conocidas como “turbomezcladores” o simplemente mezcladores.

Estos aparatos consisten en pequeños recipientes cilindricos, generalmente de una capacidad comprendida entre los 700 y 2 500 kg, que disponen de agitadores construidos para la manipulacion de materias muy densas.

Mezclado

En los mezcladores de uso industrial, el agitador mas corrientemente utilizado consiste en una hélice en espiral, que arrastra el producto hacia la parte superior del recipiente, a través de un tubo cilíndrico suspendido en este.

Estos aparatos también podrían estar provistos de camisas de vapor.

Mezclado

Asi por ejemplo podemos añadir:

Colorantes en 0.0025 %

Las sales de EDTA se emplean ampliamente en los detergentes para remover íons metálicos en soluciones en 0.0200 %.

Blanqueador óptico en 0.0100 %.

Inhibidor de la escala multifuncional y secuestrante de detergente para la ropa, textiles en 0.0200 %.

Solidificacion del jabon

La solidificacion del jabon se lleva a cabo mediante una camara de secado al vacio la cual contiene cuchillas raspadora (ciclones).

Posteriormente se emplea un rodillo enfriador, el cual va presionando el jabon para volverlo una mezcla homogenea.

Fabricación de jabon mecanizado

La masa jabonosa se fuerza a pasar por un cilindro de compresion, que contiene una placa con multiples perforaciones, despues del cual se embute, bajo presiones elevadas, a traves de un orificio colocado al final del aparato, del cual sale en forma de barra continua.

Aquí se agrega el perfume en forma de rocio.

Produccion continua del Jabón en Barras

La barra continua de jabon obtenida pasa por unas cuchillas que van seccionando de acuerdo al tamaño deseado.

Luego los jabones cortados pasan a un tunel de secado, que a la vez los enfria, cada jabon permanece en el tunel de secado entre 15 a 18 min. (tiempo transcurrido desde la entrada al tunel hasta la salida del tunel).

Estampado y Embolsado del Jabón en Barras

Luego el jabon ya secado se estampa en maquinas troqueladoras continuas.

Estas maquinas troqueladoras trabajan con varios moldes que le dan el acabado final al jabon en cuanto a forma y estampan la marca comecial que los identifica.

Finalmente pasan a la maquina embolsadora que utiliza bobinas con plastico microperforado.

Una vez embolsados son encajados y paletizados.

Secado y Envasado de Jabón en Barras

Elaboración de Glicerina

Ing. CIP Mario Alberto Osorio Osorio

FACULTAD DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD NACIONAL“JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION”

Recuperacion de la Glicerina

La recuperacion de glicerina a partir de lejias agotadas, es una importante operación que se realiza en las instalaciones de fabricacion de jabon, ya que la glicerina constituye un valioso subproducto de dicha industria.

Las lejias agotadas contienen, aparte del 5 al 15 % de glicerol, cantidades grandes y variables de sal, pequeñas porciones de sosa caustica libre, trazas de jabon disuelto y ciertas immpurezas organicas derivadas de la grasa.

Lejia clarificada El primer paso en la recuperacion de

glicerina consiste en el tratamiento de la lejia con sulfato de aluminio y acido sulfurico o clorhidrico. La adicion de 4 a 14 kg de sulfato de aluminio a 1 000 kg de lejia, precipita todo el jabon disuelto, en forma de sales de aluminio insolubles y reacciona con el exceso de sosa caustica, formando un precipitado con gran capacidad de absorcion de impurezas organicas. Asismismo tambien el acido neutraliza la sosa caustica remanente.

Terminado el tratamiento se filtra la lejia clarificada a traves de filtros prensa ordinarios.

Evaporacion de lejias La lejia tratada se somete a evaporacion,

para precipitar la mayor parte de la sal y concentrar la solucion, hasta conseguir la llamada glicerina bruta del 80%.

El proceso de evaporacion se lleva a cabo, corrientemente en evaporadores con tubos verticales de doble efecto, por medio de los cuales se concentra la solucion, hasta un 40% de glicerol (glicerina medio bruta).

La separacion de la mayor parte de la sal se lleva acabo en el segundo efecto, sedimentandose en el fondo del evaporador, de donde cae al interior de unos recipientes adecuados.

Evaporacion de lejias

Las conexiones entre el evaporador y los recipientes de sal disponen de valvulas para aislar los ultimos y vaciarlos periodicamente. (La sal recuperada, despues de su lavado y secado, puede volverse a emplear en la saladura de nuevas cargas de jabon).

En la concentracion posterior de la glicerina se obtiene glicerina del 80% demonimada “glicerina bruta”.

Por este metodo no se puede concentrar mas porque se pierde demasiado glicerol.

Glicerina – Planta de Evaporación

Destilacion de Glicerina

Ordinariamente la glicerina bruta al 80% contiene cantidades considerables de sal y otras impurezas, tanto organizas como inorganicas.

La purificacion y concentracion de este producto, para obtener las clases comerciales de glicerina sujeta a especificaciones, glicerina para dinamita, etc., se lleva a cabo por destilacion fraccionada, bajo vacio, con la ayuda de vapor recalentado y tratamiento del destilado con carbon decolorante y agentes quimicos.

Glicerina – Planta de Destilación