2a- tecnologia de los jabones

T E C N O L O G Í A

D E L O S J A B O N E S

POR: ALBERTO MENDOZA C.Julio 1993

TECNOLOGÍA DE LOS JABONES Pág. 1 de 21

CONTENIDO

PAGINA

INTRODUCCIÓN

Historia .................................................................................................................. 3Estructura química del jabón ................................................................................ 5Saponificación ....................................................................................................... 7Como actúa el jabón ............................................................................................. 8Grasas y aceites ................................................................................................... 8 Procesamiento de los jabones............................................................................... 9Clases de jabones ................................................................................................ 10Aguas duras y sus efectos en la limpieza ............................................................. 11

JABONERIA APLICADA

A- Saponificación en pailas

A.1 Características de la paila ...................................................................... 12A.2 Saponificación inicial .............................................................................. 13A.3 Blanqueo del jabón ................................................................................. 15A.4 Afinado del jabón base ........................................................................... 15

B. Saponificación continua de ácidos grasos .................................................... 17

C. Saponificación continua de grasas neutras ................................................... 17


TECNOLOGÍA DE LOS JABONES

- INTRODUCCIÓN-

HISTORIA.-

Los orígenes del jabón y su uso para el aseo personal se remontan a la prehistoria. Puesto que el agua es esencial para mantener la vida, los pueblos primitivos vivían cerca de los ríos y lagos y conocían las propiedades limpiadoras del agua, así fuera sólo para quitarse el barro de las manos y el cuerpo, como lo hacen los antropoides.

La evidencia más antigua de la existencia del jabón, data del año 2.800 antes de Cristo. Entre las ruinas arqueológicas de la ciudad de Babilonia se hallaron unos cilindros de arcilla con inscripciones cuneiformes, en las cuales se menciona que los asirios hervían una mezcla de manteca y cenizas vegetales para obtener una pasta, aunque no se aclara para qué usaban ellos este “jabón”. Siglos mas tarde, los mismo babilonios usaban una pomada, hecha en forma similar, para fijar el peinado.

Los antiguos egipcios se bañaban con regularidad. El uso farmacéutico del jabón se describe en los Papiros de Ebers (año 1.500 a.C.); en ellos se describe la combinación de aceites animales y vegetales con sales alcalinas para obtener un jabón, el cual usaban para curar enfermedades de la piel y para lavar.

Por la misma época, Moisés dió a los israelitas, además de las tablas con los Diez Mandamientos de la Ley judía, otras leyes detalladas acerca de la higiene personal, relacionando así el aseo con la salud del pueblo. En la Biblia se menciona que mezclando cenizas y grasa animal se obtenía una especia de pomada.

Los griegos del año 500 a.C., no usaban jabón. Se limpiaban el cuerpo frotándose con polvo de arcilla, piedra pómez, arena o cenizas y enseguida se aplicaban aceites vegetales aromatizados. Después se quitaban la suciedad, raspándose la piel con un cuchillo sin filo llamado “strigil” (de donde viene la palabra “estregar”). Las prendas de vestir se lavaban solamente con agua. Los antiguos galos (año 300 a.C.) también tenían una especie de jabón hecho con grasa de oveja y cenizas, que usaban para teñir de rojo sus cabellos (por decoloración alcalina).

El nombre “jabón” (“sapone” en latín), proviene de una antigua leyenda romana: en el monte SAPO, cercano a Roma, se rendía culto a los dioses sacrificando animales, cuyos cuerpos se quemaban en piras de leña; posteriormente, la lluvia arrastraba la mezcla de cenizas y sebo animal hasta el rió Tiber, donde se combinaba con la arcilla de la ribera. Las mujeres romanas descubrieron que, si aplicaban ésta arcilla (sapone) a la ropa mojada, podían lavar mas fácilmente y las prendas quedaban mas limpias.

Con el avance de la civilización romana, se generalizó la costumbre del baño. El primero de los muchos baños públicos de Roma, llamados “termas”, se construyó en el año 310 a.C. En corto tiempo, estas termas se convirtieron en lujosos centros sociales,


en donde se practicaban las costumbres extravagantes del decadente impero romano. En el siglo II, un médico llamado GALENO, recomendaba el uso del jabón con fines medicinales y para la higiene personal.

Después de la caída del imperio Romano, en el año 395, el habito del baño declinó rápidamente y el impacto del desaseo se manifestó en la salud pública en toda Europa. La falta de higiene contribuyó sustancialmente a la proliferación de enfermedades y epidemias, como la Gran Peste Negra del siglo XIV, que mató a mas de la mitad de la población de Europa.

En la edad Media, entre los años 500 y 1.400 de nuestra era, la jabonería era un arte reconocido y los fabricantes guardaban celosamente sus fórmulas y procedimientos. Las materias primas más usadas eran: aceites vegetales y animales, cenizas de plantas y perfumes diversos. Gradualmente, se aumentó la variedad de jabones: para afeitar, para lavar el cabello, para lavar la ropa y para la higiene personal.

Los primeros centros jaboneros fueron Italia, Francia, y España, a los cuales se unió más tarde Inglaterra. El rey Jaime I de Inglaterra otorgó a un particular, en 1.622, el primer monopolio para fabricar jabones, a cambio de la suma exorbitante de 100.000 libras esterlinas. Posteriormente, se aplicaron impuestos altísimos al jabón, por considerarlo un articulo de lujo; ésto hizo muy difícil su uso entre la gente del pueblo, con lo cual el baño corporal como costumbre higiénica disminuyó aún más.

Hoy día, en pleno final del siglo veinte (1.983), estadísticas recientes acerca de la frecuencia del baño corporal de los habitantes de Europa arrojan cifras sorprendentes, si las comparamos con los hábitos higiénicos de nuestro pueblo latinoamericano:

Sólo el 1% de la población se baña todo el cuerpo diariamente.El 15% se baña una vez por semana.El restante 84% lo hace una vez al mes o a intervalos mayores.

Volviendo al tema histórico de la jabonería, ésta continuó por muchos años siendo un arte casero. En América, la fabricación comercial de jabones se inició en 1.608, en una colonia llamada Jamestown (Norteamérica). Muchos empresarios iniciaron su negocio recorriendo las poblaciones en carretas cargadas con toneles, en los cuales recogían las grasa de desperdicios de cocinas y mataderos, y pagando a los proveedores por trueque con jabón.

Al presente, la tecnología de los jabones se encuentra muy desarrollada. Aunque la reacción básica de saponificación continúa siendo la misma de hace miles de años, la industria ha avanzado notablemente en la velocidad de producción, en la calidad y en la presentación de los jabones terminados. En el comercio ordinario se encuentran jabones de las mas variadas características, formas, colores, y texturas que se usan en diversas aplicaciones como: desodorantes para el baño, con vitaminas para el cabello, cosméticos, para uso medicinal y veterinario, para lavar la ropa, lubricantes para maquinaria, bactericidas, funguicidas, etc.


Existen jabones sintéticos, fabricados totalmente con materias primas artificiales, que tienen aplicaciones muy especializadas en cosmetología y dermatología (p. ej.: el jabón Neutrogena). Sin embargo todavía se fabrican jabones en forma artesanal, conservando las formulas de varios siglos atrás, como es el caso de los jabones transparentes de glicerina (p. ej.: Pears, Febo, Lemaitre y otros), que son totalmente elaborados a mano.

Los equipos utilizados actualmente en jabonería son altamente automatizados, con un gran rendimiento en la conversión de materias primas y en la producción volumétrica. Hay plantas que producen 24+ toneladas por hora de jabón empacado en pastillas, con solo seis operarios en total.

ESTRUCTURA QUÍMICA DEL JABÓN

A comienzos del siglos dieciocho, se descubrió que la sustancia activa contenida en las cenizas vegetales (en inglés, “pot ash”: ceniza de olla, de donde viene la palabra “potasa”) y que reaccionaba con las grasas para formar el jabón, era una sal alcalina: carbonato de potasio mezclado con carbonato de sodio. El carbonato de sodio/potasio, por su origen, fue bautizado con el nombre de “soda ash” (soda de ceniza), cuya producción era muy limitada, pues dependía enteramente de la recolección y quema de leña para obtener cenizas, limitando de paso la producción de jabones.

En el año 1.791, el químico francés Nicolás Leblanc dió un gran impulso a la industria jabonera, al patentar un proceso para la obtención de la “soda ash” (como carbonato de sodio) a partir de sal común, ácido sulfúrico, caliza y carbón. Las reacciones químicas del proceso Leblanc son:

1. 2NaCl + H2SO4 --------------------------> Na2SO4 + 2HCl Sal Ácido sulfúrico

2. Na2SO4 + CaCO3 + 2 C ---------------> Na2CO3 + CaS + 2CO2

Caliza Carbón Soda ash

Hacia el año 1.850, el químico belga Ernest Solvay inventó el proceso que lleva su nombre, para fabricar también soda ash a partir de sal, amoníaco y caliza, con mejores rendimientos y menores precios que el proceso Leblanc. Las reacciones del proceso Solvay son:

1. NaCl + NH3 + CO2 + H2O ------------> NaHCO3 + NH4Cl

2. 2NaHCO3 + Calor -------- --> Na2CO3 + H2O + CO2

De la reacción (2) se obtiene gas carbónico, que sirve para la reacción (1). El amoníaco usado se recupera, haciendo reaccionar el cloruro de amonio con cal apagada.

3. 2NH4Cl + Ca(OH)2 ------> 2NH3 + 2H2O + CaCl2


La cal apagada necesaria se obtiene calcinando caliza, con lo cual se produce más gas carbónico, que también se puede usar para la reacción inicial (1):

4. CaCO3 + Calor ------------> CaO + CO2

5. CaO + H2O ------------> Ca(OH)2 + Calor

Con éstos dos métodos de obtención, se dispuso de soda ash suficiente para el rápido desarrollo de la incipiente industria jabonera.

La jabonería como ciencia química, recibió su verdadero impulso final en el año 1.811, cuando otro químico francés, Michel Chevreuil, descubrió que el jabón contenía varios ácidos grasos diferentes. Sus estudios acerca de estos ácidos grasos y también sobre la glicerina, establecieron las bases para la química de las grasas y los jabones.

Estudios posteriores indicaron que las moléculas de grasa usadas en la jabonería eran triglicéridos, formados por una molécula de glicerina combinada con tres moléculas de ácidos grasos (llamados así porque son los componentes principales de las grasas). Cada grasa especifica tiene una combinación propia y diferente de tres moléculas de ácidos grasos con una de glicerina. En el siguiente diagrama se puede apreciar la estructura típica de un triglicérido:

Enlaces de los átomos: C=4 , O=2 , H=1 .

ÁCIDO MIRÍSTICO (C14)

H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | | | | | | |H- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C C- O CH2

| | | | | | | | | | | | | | || H H H H H H H H H H H H H H O

ÁCIDO LÁURICO (C12)

H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | | | | | H- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C C- O CH2

| | | | | | | | | | | | || H H H H H H H H H H H H O

ÁCIDO ESTEÁRICO (C18)

H H H H H H H H H H H H H H H H H H | | | | | | | | | | | | | | | | | |H- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C- C-C- C- C- C C- O CH2

| | | | | | | | | | | | | | | | | | || H H H H H H H H H H H H H H H H H H O

GRUPO HIDROCARBURO GRUPO ÁCIDO GLICERINA

Los ácidos grasos son ácidos débiles, compuestos de dos partes: una cadena de hidrocarburos y un grupo ácido carboxílico. La cadena de hidrocarburos ésta formada por átomos de carbono enlazados, a cada uno de los cuales se unen dos átomos de hidrógeno:

H H H H H H H


| | | | | | | H- C- C- C- C- C- C- C C-O-H | | | | | | | ||

H H H H H H H OGRUPO HIDROCARBURO GRUPO ACIDO

El grupo ácido ésta unido al final de la cadena de hidrocarburos y ésta compuesto por un átomo de carbono, dos de oxigeno y uno de hidrógeno. La combinación del grupo ácido con la cadena hidrocarbonada es lo que conforma una molécula de ácido graso.

La longitud de la cadena de carbones determina algunas de las características de los ácidos grasos, como el peso molecular, el punto de fusión (Titre):

R12-COO-H = Ácido láurico. Titre = 44.2°C

R15-COO-H = ácido esteárico. Titre = 69.6°C

El grado de instauración de los hidrocarburos determina su reactividad. Las grasas y aceites usados en jabonería tienen longitudes de cadena que oscilan entre 12 y 20 moléculas de carbono. Un triglicérido de una grasa natural, animal o vegetal, contiene generalmente tres ácidos grasos diferentes unidos a una molécula de glicerina.

SAPONIFICACIÓN

El proceso de convertir grasas en jabón, tratándolas con un álcali, se llama saponificación. Existen dos métodos básicos para saponificar grasas:

1. En el primer método, se calienta hasta ebullición una mezcla de grasa neutra con álcali, en proporciones controladas y de ésta reacción química se obtiene jabón y glicerina:

R-COO-CH2

R-COO-CH2 + 3NaOH 3(R-COO-Na) + C3H5(OH)3

R-COO-CH2

GRASA NEUTRA + SODA CÁUSTICA JABÓN + GLICERINA

2. El segundo método comprende dos etapas: inicialmente, la grasa se hidroliza a alta presión y temperatura, formando ácidos grasos y glicerina:

R-COO-CH2

R-COO-CH2 + HOH 3(R-COO-H) + C3H5(OH)3

R-COO-CH2

GRASA NEUTRA + ÁGUA ÁCIDOS GRASOS + GLICERINA


Como segundo paso, el ácido graso obtenido se combina con un álcali, obteniéndose entonces: jabón y agua, si se usa soda cáustica, ó jabón y gas carbónico si se usa soda ash (carbonato de sodio):

R-COO-H + NaOH R-COO-Na + H2O

2(R-COO-H) + Na2CO3 2(R-COO-Na) + CO2

Si el álcali usado es sódico (soda ash o carbonato de sodio), el jabón resultante será un jabón duro (R-COO-Na); si se usa un álcali potásico (potasa cáustica), el producto será un jabón blando (R-COO-K). Los jabones líquidos y las cremas de afeitar son jabones de potasio.

CÓMO ACTÚA EL JABÓN?

Un extremo de la molécula del jabón, R- (cadena de hidricarburos), es repelido por el agua y atraído por la grasa de la mugre, por ser del mismo origen, por lo tanto compatible con ella. Este extremo se llama la “cola hidrófoba” del jabón. El otro extremo, -COO-Na (grupo ácido que se combinó con el sodio), es soluble en agua, por ser una sal. A éste extremo se le llama la “cabeza hidrófila” del jabón.

Si tenemos una prenda de ropa sucio impregnada de mugre aceitosa, el agua sola no removerá esta mugre, porque la grasa repele las moléculas de agua y no las deja penetrar en el tejido. Al agregar jabón, las partículas de aceite se disuelven en la parte hidrofóbica de éste y la parte hidrofílica del jabón es atraída por las moléculas de agua; la combinación de éstas fuerzas opuestas hace que la grasa y el agua se emulsionen, aflojando la mugre del tejido y manteniéndola en suspensión en la masa de agua. La agitación que produce la máquina lavadora o el frote con la mano ayudan a soltar la mugre, que finalmente se separa al enjuagar la emulsión de agua/aceite.

COLA HIDRÓFOBA CABEZA HIDRÓFILAR COONa

MUGRE ACEITOSA JABÓN AGUA

GRASAS Y ACEITES

Aunque la estructura molecular es básicamente la misma, los aceites y las grasas se diferencian en que los primeros son líquidos a temperatura ambiente y las segundas son sólidas. Las materias grasas usadas comúnmente en jabonería son: sebos de res o de carnero y aceites de coco, palmiste, palma o algodón; también se usan las resinas de algunos árboles (tall-oil y colofonia).


Las diferentes grasas producen jabones con diferentes características de espumosidad, solubilidad y suavidad. Típicamente, se mezclan varias grasas para obtener una combinación de propiedades deseables en el jabón terminado.

PROCESAMIENTO DEL JABÓN

El proceso básico de saponificación no ha cambiado a través de los años . Los principales cambios afectan la velocidad de la reacción química, una mejor remoción de impurezas y la refinación de su subproducto, la glicerina.

SAPONIFICACIÓN POR BATCHES O COCHADAS (PAILAS).-

Hasta mediados del siglo XX, todos los jabones se hacían por el método de “hervido en pailas”. En unos grandes recipientes, de hasta 18m altura x 6m diámetro (~500 m3), se burbujea vapor durante 6-8 horas dentro de una mezcla de grasas y álcali, hasta que se completa la saponificación; enseguida, se agrega sal para “cortar” el jabón y la masa se deja en reposo hasta cuando el jabón base se separe, formando una capa flotante sobre el líquido subyacente, la lejía. El proceso total puede durar 3-4 días.

El jabón base así obtenido contendrá siempre 63% de ácidos grasos. De la paila, el jabón base pasa a otros recipientes, donde se mezcla con aditivos para producir el jabón terminado, y la lejía (que contiene un 8-10% de glicerina) se purifica para obtener glicerina USP, mediante tratamiento químico, filtración, evaporación y destilación al vacío. El método de saponificación en pailas permite usar cualquier tipo de grasas y mezclas con ácidos grasos, pero la calidad del jabón ésta en relación directa con la calidad de las grasas.

Otro método de saponificación por batches es el llamado “saponificación en frío” en el cual las grasas, los álcalis y todos los aditivos se cargan en un “crutcher” (batidor de tornillo vertical), se homogenizan y luego la mezcla se descarga a moldes. La reacción de saponificación se realiza en forma espontánea pero lenta, durante un periodo de varios días y no hay separación de lejía. Estos jabones se denominan “jabones de empaste”, y su contenido de A.G. es variable, dependiendo de la cantidad de aditivos.

SAPONIFICACIÓN CONTINUA

Existen dos métodos básicos para producir jabón en formas ininterrumpida y rápida:

1. Saponificación continua de grasas neutras.

Este proceso reduce notoriamente el tiempo de obtención del jabón, pues la saponificación se lleva a cabo en un pequeño reactor continuo y la separación del jabón base y la lejía se hace por medio de centrífugas, con lo cual se logra una mejor remoción de impurezas provenientes de las materias primas. El ciclo total de saponificación se reduce a una hora por tonelada de jabón aproximadamente. Por este


procedimiento, al igual que en las pailas, se obtienen: jabón base de 63% A.G. y lejía con ~12% de glicerina.. (Método Sharples y De Laval).

2. Saponificación continua de ácidos grasos.

Inicialmente, se hidrolizan las grasas para desdoblarlas en ácidos grasos y glicerina, según la reacción química mencionada antes. La glicerina se separa, disuelta en el agua caliente que resulta de la condensación del vapor usado para hidrolizar (aguas dulces), y enseguida se purifica en forma similar a las lejías de grasas neutras. Los ácidos grasos de destilan al vacío y se blanquean para mejorarles el color y el olor.

Una vez refinados, los ácidos grasos se dosifican en forma continua a un reactor, donde se neutralizan con un álcali. Esta es una reacción casi instantánea y fácil de controlar, obteniéndose un excelente jabón base, también de 63% A.G. La mayor ventaja de éste sistema de saponificación es la obtención de jabones de muy buena calidad, usando grasas baratas. Además, la glicerina de las “aguas dulces” es fácilmente procesable. La única desventaja es el alto costo de los equipos, que deben ser de acero inoxidable en su mayor parte.

CLASES DE JABONES.-

Todos los jabones base, hechos por cualquiera de los métodos antes expuestos, tiene la siguiente composición:

63% de ácidos grasos 7% de sodio combinado con los ácidos grasos (jabón)30% de humedad

Este jabón base es liquido a más de 50-60°C (dependiendo del timbre de las grasas), y sólido a temperatura ambiente. Los jabones de tocador y de lavar requieren aditivos diferentes para lograr algunas propiedades particulares. Cada formulación es hecha a la medida de las necesidades del consumidor.

JABONES DE TOCADOR.-

La operación de mezcla y acabado de los jabones de tocador se inicia secando el jabón base hasta bajarlo al 12% de humedad. Esto se puede hacer de dos formas:

a) En una torre sometida a vacío, se inyecta a presión el jabón base fundido y caliente; parte del agua se evapora en forma instantánea y el polvo de jabón, con 12% de humedad, cae al fondo del secador, donde un tornillo sinfín lo compacta en forma de fideos, llamados viruta de jabón.

b) En un rodillo enfriador de gran diámetro, se forma una película sólida delgada de jabón base húmedo (30% agua), la cual se convierte en cintas por medio de


cuchillas raspadoras; éstas pasan a unas bandas transportadoras, donde se secan con aire caliente, hasta obtener viruta de jabón con humedad del 12%.

A la viruta de jabón se le agregan, en un mezclador especial de cinta llamado amalgamador, el perfume y otros aditivos. Esta mezcla se pasa por un molino de rodillos, donde se homogeniza y amasa para mejorar la consistencia y la espumosidad del jabón final. Debido a la energía mecánica aplicada al jabón en el molino, los cristales de jabón se rompen y disminuyen de tamaño, cambiando a una fase que es más soluble y produce más espuma.

Enseguida, mediante una extrusora de tornillo sinfín, la masa se convierte en una barra continua, se corta en pastillas que se estampan en una troqueladora para darles la forma deseada y finalmente estas pastillas se envuelven para su despacho al consumidor final. Todos los equipos mencionados son automáticos y de alta velocidad de producción (240 pastillas por minuto ó más),

JABONES DE LAVAR.-

Los jabones de lavar en pastillas, se hacen exactamente en la misma forma y en los mismos equipos que los jabones de tocador, variando la mezcla de grasas en el jabón base, la cantidad y clase de aditivos, la alcalinidad, la calidad de los perfumes y envolturas, etc.

Los jabones granulados o en polvo, se hacen: 1) moliendo jabón seco y agregando los aditivos también secos o, 2) atomizando en una torre de vacío, la mezcla caliente de jabón y aditivos.

AGUAS DURAS Y SUS EFECTOS EN LA LIMPIEZA.-

Aunque el jabón es un buen agente limpiador, su efectividad se reduce cuando se usan aguas duras, que contienen sales de calcio (Ca) y magnesio (Mg). Estas sales reaccionan con el jabón, reemplazando al sodio en la estructura de la molécula y formando entonces un jabón de calcio, que es insoluble en el agua:

R-COO-Na + Ca ------------> R-COO-Ca + Na JABÓN DE SODIO JABÓN DE CALCIO

Este jabón de calcio se precipita al fondo de la lavadora y se deposita en los tejidos de la ropa, haciéndola ver sucia y dejando una sensación final de aspereza en el tejido. Dependiendo de la cantidad de sales presentes en las aguas duras, una buena parte del jabón usado para lavar se consume convirtiéndose en el mencionado jabón cálcico, quedando entonces menos jabón disponible para hacer el trabajo de limpieza.

JABONERÍA APLICADA


A - SAPONIFICACIÓN DE GRASAS NEUTRAS EN PAILAS.-

Por este método se obtiene jabón base de 63% A.G. y lejía glicerinosa con un contenido del 8-10% de glicerol. Se pueden saponificar grasa neutras o mezclas con ácidos grasos en cualquier proporción.

A.1 CARACTERISTICAS DE UNA PAILA DE JABÓN.-

Una paila para saponificar cargas de aprox. 15-20 toneladas de grasa neutras, de la cual se obtenga jabón base de primera calidad, deberá cumplir las siguientes especificaciones:

CAPACIDAD : Entre 50 y 60 metros cúbicos, con relación D/H = 1 / 1.5 aprox.

MATERIAL : Acero al carbón, sin pintura en la parte interior de la paila. Se usa acero inoxidable sólo si se saponifican ácidos grasos.

CALENTAMIENTO : Dos serpentines de 2”, perforados para suministrar vapor abierto en el fondo de la paila, uno con diámetro máximo y otro en el centro, de aprox. 1 mt. diámetro.

AISLAMIENTO : Fibra de vidrio de 3 a 4” de espesor, con tela de refuerzo, cubriendo todas las áreas del cono y las paredes cilíndricas. ESTA ES UNA CONDICION BASICA PARA UNA BUENA SEPARACIÓN DE FASES.

TAPA : Tapa de forma piramidal dividida en 6-8 segmentos, para seguridad operacional y para evitar el enfriamiento de la masa.

FONDO : Cónico, con válvula inferior de descarga.

CUCHARA DESC. : Aditamento de “cuchara”, con válvula, para descargar jabón a niveles variables, con los codos de empalme en perfecto estado de estanqueidad.

VÁLVULAS DESC. : Una lateral y una en el fondo. Todas las válvulas, con purgas de vapor para desatascar.

REGADERA : Regadera central para agua y/o salmuera.

TANQUES AUX. : Tanques para soda, salmuera, grasas y agua, con sistemas adecuados para medición y control de alimentación a la paila.

PLATAFORMA : La plataforma de trabajo debe ser amplia y con facilidades de escape en caso de emergencia.


WINCHE

A.2 SAPONIFICACIÓN INICIAL.- (Base de calculo: 15.000 Kg. grasa).

Como regla general, la carga máxima de grasas debe ser de aproximadamente el 40% de la capacidad total de la paila. Se calculan como carga: las grasas neutras, los ácidos grasos y la parte grasa del nigre, el soap stock y el jabón de recortes utilizados.

Las cantidades aproximadas de reactivos necesarios para una saponificación típica, son las siguientes:

1. Soda cáustica del 48-50% = 30% de la grasa total (4.500 Kg.).2. Sal sólida = 4-8% de la grasa total (1.000 Kg.).3. Agua = 20-25% de la grasa total (3.000 Kg.)

Los recortes de jabón y el “nigre o poso” de un batch anterior, se cargan primero y se abre el vapor directo para fundir la masa. Es conveniente agregar 5 a 10 Kgs de sal o de salmuera, para mantener baja la viscosidad de la solución y evitar que el jabón de recortes se pegue en los serpentines y se formen grumos. Esta solución de jabón sirve como “semilla” para iniciar la reacción de saponificación la cual, cuando se usan sólo grasas neutras, es bastante lenta al comienzo.Una vez fundido el nigre, se añaden las grasas en un chorro continuo, junto con 1/5 de su peso en agua (aprox. 3.000 Kgs.), hirviendo siempre con vapor abierto. Cuando se haya agregado aproximadamente ¼ de la carga total de grasas (3.500 Kg.), se comienza la adición de soda cáustica en pequeñas cantidades cada vez (1/10 de la soda calculada, por cada adición, es decir 450 Kg. en nuestro ejemplo), sin suspender en ningún momento el vapor abierto.


CUCHARA

DESCARGA JABÓN

VAPOR DEPERIFERIA

PLATAFORMA DE TRABAJO

VAPOR DECENTRODESCARGA

LEJÍA/NIGRE

H=1.5 D

Después de la primera adición de soda, espere 20 a 30 minutos y chequee si aún hay cáustico libre, usando como indicador unas gotas de fenolftaleína aplicadas directamente sobre la muestra de jabón fundido; si hay soda libre, continué hirviendo hasta que ésta se absorba completamente. Siga agregando la soda en porciones, chequeando cada vez el cáustico, hasta que se complete la saponificación. El cáustico libre no deberá pasar de 0.2% como NaOH (normal = 0.1%).

Al final de la cocción, se notará que los intervalos de tiempo requeridos para absorber la soda agregada son cada vez mayores. Solamente después de que la paila hierva durante dos horas sin observar cambios en la alcalinidad, que se debe mantener alrededor de 0.1%, se podrá suponer que la saponificación es completa. Una buena operación en la paila debe hacer que la reacción se complete en un 99.95%, quedando solamente un 0.05% o menos de grasa no saponificada.

Es necesario vigilar que no se formen “grumos” gelatinosos en la masa del jabón fundido; si éste fuera el caso, se deberá agregar pequeñas cantidades de sal (5-10 Kg.), teniendo cuidado de no “abrir” o “cortar” el jabón. En el caso de que el jabón se “abra”, agregue agua caliente para disminuir la concentración de electrolito y así volver a “cerrar” el jabón. Cuando la alcalinidad de la masa sea constante, hierva vigorosamente la paila durante ½ a 1 hora. En ésta etapa, tendremos en la paila una mezcla de jabón, agua, sal, una pequeña cantidad de álcali libre, glicerina, trazas de materia proteínica, hierro y otros metales, más partículas inertes.

Ahora, debemos remover la suciedad y las sustancias no jabonosas de la mezcla. Esto se hace “graneando” o “abriendo” el jabón con sal sólida o con salmuera concentrada, mientras se mantiene la ebullición con vapor abierto. Para jabones de tocador, el graneado del jabón base debe ser fino; para jabones de lavar, puede ser mas grueso. Al granear el jabón, el contenido de la paila se divide en tres capas o fases: una flotante de jabón base, una interfase (“nigre”) y una capa inferior de lejía. Un graneado fino producirá mayor cantidad de “nigre” que uno grueso.

El nigre es una mezcla de sal, carbonato de sodio, impurezas solubles, materia colorante, jabones metálicos y algo de jabón disuelto (20-40%). Una vez que se logre el graneado deseado, se cierran todos los vapores, se cubre la paila con lonas (para evitar enfriamiento rápido) y se deja reposar 12-48 horas. Cuando la separación de fases sea completa, se sacan con la cuchara la lejía y el nigre, dejando el jabón en la paila. La lejía y el nigre se usarán después como “poso”, para saponificar otro batch.

El jabón base obtenido quedará listo para una de las siguientes operaciones:a) Se pasa directamente al “afinado”, ob) Se hace un “blanqueo” del jabón, si la calidad de la grasa usada no era la

adecuada para obtener un jabón de color claro. Una vez blanqueado, el jabón base pasa a la etapa de “afinado”.

A.3 BLANQUEO DEL JABÓN BASE.-


Los productos químicos para el blanqueo de los jabones son costosos. Si el jabón se ha graneado (lavado) bien, esta sola operación remueve la mayor parte de las sustancias colorantes y se necesitara menos cantidad de blanqueadores para lograr un buen color. Muchos fabricantes prefieren granear dos veces, para evitar el blanqueo. La cantidad usual de blanqueador varía entre 0.1 y 0.4% calculado sobre el jabón base.

Hay dos métodos básicos de blanqueo: el oxidativo y el reductivo.

1- El blanqueo oxidativo se hace con oxígeno o con cloro. El hipoclorito de sodio es barato, pero se descompone con la alta temperatura de la paila. Si se blanquea con hipoclorito del 13%, la temperatura del jabón en la paila no deberá exceder de 70%°C y la alimentación se hará con un embudo y una manguera plásticos, para que el hipoclorito entre el contacto con el jabón cerca del fondo de la paila. Enseguida se hace burbujear aire comprimido durante media hora y finalmente se agrega sulfito de sodio, para eliminar el olor residual indeseable a cloro. También se puede hervir la paila y granearla de nuevo para eliminar el cloro libre. Los blanqueadores que liberan oxígeno (peróxidos), son eficientes y trabajan bien a temperatura altas, pero son costosos.

2- El blanqueo reductivo, se hace usualmente con hidrosulfito de sodio y otras sustancias similares, que actúan “desoxidando” químicamente las materias colorantes y soportan bien la temperatura de la paila. Si el jabón se expone al aire por tiempo largo, las substancias colorantes se pueden re-oxidar y aparecerán manchas indeseables. En los jabones así tratados es conveniente usar un anti-oxidante en la formulación final.

A.4 AFINADO DEL JABÓN BASE.-

Esta operación cumple varias funciones: se saponifica cualquier residuo de grasa neutra, se remueven impurezas indeseables y se da consistencia al jabón. Las impurezas pueden ser: exceso de soda cáustica, carbonatos, sal, sulfato de sodio y sales metálicos (de hierro y magnesio principalmente). Las sales metálicas pueden causar eflorescencias blancas o manchas en la superficie de los jabones. Una cierta cantidad de sal residual es necesaria para impartir dureza al jabón final.

Afortunadamente, el jabón base tiene la propiedad intrínseca de establecer un equilibrio natural con la salmuera, reteniendo solamente la cantidad necesaria de sal. El porcentaje retenido depende de la clase de las grasas; por ejemplo, los aceites vegetales retienen más sal que los sebos.

El jabón base obtenido de la primera saponificación, ya despojado de la lejía y del nigre y con la cantidad correcta de cáustico libre, se lleva a ebullición y se le agregan intermitentemente pequeñas cantidades de agua (50-100 Kg. cada vez), hasta que la superficie de la masa adquiera una apariencia brillante y suave. Conserve el vapor directo abierto un poco para sostener la ebullición y mantener la homogeneidad de la masa, cuya temperatura debe estar entre los 90 y 100°C. En éste punto, haga los siguientes ensayos empíricos:


a) Saque una pequeña cantidad de jabón, déjela enfriar un poco y amásela entre los dedos. Si se puede amasar como plastilina suave, las plasticidad es correcta. Si está demasiado duro, agregue agua; si está demasiado blando, agregue sal. Una sensación grasosa se debe a la presencia de materia no saponificada; en éste caso, se debe agregar soda cáustica (50 Kgs. aprox.) y hervir la masa durante dos horas, hasta que la soda se absorba por reacción con la grasa no saponificada. Cheque de nuevo el cáustico libre.

b) Ponga ½ litro de jabón en un cilindro o vaso de vidrio de forma larga, sumérjalo en un baño de agua tibia (no hirviendo) y obsérvelo después de que el jabón se enfríe hasta 40-50°C. Si éste quedo bien terminado, deberá separarse en: una capa de jabón base, otra capa delgada de nigre (mas oscura) y, posiblemente, una capa más, con una cantidad muy pequeña de salmuera (lejía).

c) Sumerja un palaustre metálico limpio en el jabón, hasta que la pala se caliente a la misma temperatura de la masa. Saque un poco de jabón, con la pala en posición horizontal y luego voltéela a la posición vertical. El jabón debe resbalar lentamente de la pala, en forma de placas suaves, sin dejar ningún residuo.- Si el jabón resbala demasiado rápido, haciendo “canales” o “grietas” de líquido, el afinado está incompleto (el jabón aun está “cortado”) y se debe agregar más agua.- Si queda jabón adherido a la hoja, el afinado quedó muy suave (se agregó demasiada agua) y será necesario añadir una pequeña cantidad de soda, 30 a 50 Kg, dependiendo del porcentaje de cáustico residual libre, e hirviendo nuevamente el jabón por una o dos horas más. Repita el ensayo.

Todos los ensayos anteriores son bastante subjetivos y se requiere una considerable experiencia para su correcto uso. No hay ensayos rápidos de laboratorio para confirmar éstos parámetros. Afortunadamente, en el caso de cometer errores por inexperiencia en el acabado de una pailada de jabón, nada del contenido de grasas saponificadas se pierde. Si un jabón se saca en condiciones inapropiadas, siempre es posible devolverlo a la paila y re-hervirlo. Se perderán la mano de obra, la sal y el vapor, ninguno de los cuales es costoso comparados con el valor de la carga de grasas y aceites.

Cuando se ha logrado un afinado correcto, el jabón se lleva a la temperatura máxima posible (95-100°C), haciendo que la masa suba hasta el borde de la paila. Esto hace que las impurezas se separen con mayor facilidad. Cierre todos los vapores, cubra la paila y déjela reposar por 24-48 horas. El tiempo exacto de reposo para una buena separación depende del tamaño de la carga, del aislamiento de la paila y de las condiciones climáticas.

NOTA: Si el aislamiento de la paila es deficiente, el jabón se enfría con rapidez y aumenta su viscosidad, por lo cual disminuye la velocidad de sedimentación de las partículas sólidas, materias colorantes y otras impurezas presentes, que entonces quedarán suspendidas dentro de la masa de jabón base, deteriorando su calidad.


Retire el jabón de la paila por medio de la cuchara, dejando en el fondo el nigre y la salmuera o lejía separada. Este jabón base, que contiene 63% de A.G., 7% de sodio combinado y 30% de humedad, estará ya listo para continuar con el proceso de secado y mezcla de los aditivos y perfumes que completan la formulación de los jabones terminados de tocador o de lavar.

B - SAPONIFICACIÓN CONTINUA DE ÁCIDOS GRASOS.-

La saponificación instantánea de los ácidos grasos previamente desdoblados y purificados, se efectúa en un reactor al cual se dosifican en forma continua las cantidades exactas teóricas de materias grasas, álcali y agua requeridas, produciéndose directamente jabón base del 63% de A.G.., 7% sodio y 30% humedad, sin separación de lejías o nigre.

Solamente las grandes compañías, como Mazzoni, Meccanicche Moderne, Weber & Seelander y otras, producen estos equipos, que son bastante costosos, pues la mayor parte de los componentes deben fabricarse en aceros inoxidables, debido a la alta corrosión causada por el manejo de ácidos grasos.

C - SAPONIFICACIÓN CONTINUA DE GRASAS NEUTRAS.-

Esto se hace en plantas de flujo continuo donde:

a) el jabón base, resultado de la reacción inicial de saponificación de las grasas neutras, circula en un sentido, siendo “lavado” por los reactivos a través de las distintas etapas de refinación y

b) los reactivos (soda cáustica, sal y agua) fluyen en sentido opuesto, “lavando” el jabón base, en una secuencia típica de “proceso en contra-corriente”.

Como resultado se obtienen: jabón base de 63% A.G. y lejía glicerinosa concentrada con 15-20% de glicerol. La siguiente figura muestra un diagrama simplificado de una planta de saponificación continua para 700kg/hora de grasas neutras, que equivalen a 1.050 kg/hora de jabón base.

El proceso tiene la siguiente secuencia de operaciones:


Soda 4

T-8

Agua 4 Sal 4

Rvo. 4

Rvo.3

Rvo.2

Rvo.1

GrasaSoda 1

Soda 2Sal 1MIX I

MIX II

T-21

C -

I

C -

4

C -

3

C -

2

M-4 T-6 M-3 T-5 M-2 T-7

JABÓN BASE 63% A.G.

LEJÍA

FIGURA 1

PLANTA DE SAPONIFICACIÓN CONTINUA SHARPLES

- Comienza llenando un tanque (T8) con Reactivo 4 , que es una mezcla de soda cáustica, sal y agua, usada para “lavar” el jabón base que sale de la centrífuga N°3 y cae al tanque mezclador M4. Su concentración de electrolitos es tal, que mantiene separado o “cortado” el jabón base que entra en contacto con él; los porcentajes de sal y de soda son variables, dependiendo de la mezcla de grasas.

- Una vez que todo el sistema hasta el T5, está lleno con reactivo 4, éste se refuerza con la sal 1 y la soda 1, convirtiéndose entonces en el Reactivo 1, que es el que va a saponificar la grasa en el reactor llamado MIX I (por mixer #1).

- Para iniciar la saponificación, se poner vapor al serpentín de la MIX I para llevar la temperatura a 100-105°C y se comienza a llenar simultáneamente con reactivo 1 y grasa, recirculando la mezcla. Después de que la reacción de saponificación comienza, se debe cerrar parcialmente el vapor para mantener la temperatura bajo control, pues la reacción es exotérmica.

- Cuando el reactor se llena, se interrumpe momentáneamente la dosificación de grasa y de reactivo, mientra se ajusta exactamente el nivel de saponificación y el graneo del contenido de la MIX I; ésto se hace mediante adiciones pequeñas de soda, sal, agua o grasa, según se requiera. La capacidad de la MIX I es de 1.500 litros aprox., suficiente para mantener en circulación 1.000 Kgs. de jabón, mas la lejía formada en la reacción química. La soda contenida en el Reactivo 1 saponifica aproximadamente el 95% de la grasa alimentada a la MIX l; el 5% restante se hace en el mezclador M2, donde se agrega la soda 2 con este fin.

- La función principal de la MIX 2 es enfriar la mezcla de jabón y lejía hasta 90°C, para evitar la evaporación instantánea del agua de la mezcla que alimenta la centrífuga # 1, pues el vapor formado impediría a la mezcla entrar al cilindro separador de la misma.


Para efectos de mayor claridad, llamaremos las dos corrientes que se separan en cada centrífuga así: Jabón 1 y Lejía 1, son los que salen de la centrífuga #1, jabón 2 y Lejía 2 son los que salen de la centrífuga #2, y así sucesivamente.

- La mezcla de jabón y lejía procedente de la MIX 2, ya saponificada y “graneada”, entra a la centrífuga #1, donde se separan las dos corrientes. La Lejía 1, que es la más concentrada en glicerina, pasa directamente a la planta de refinación de glicerina, y el Jabón base 1 cae al mezclador M2, donde recibe el Reactivo 2. Este Reactivo 2 es la misma “Lejía 3”, a la cual se le ha agregado la Soda 2, para saponificar el 5% de grasa neutra que aún contiene el Jabón 1, manteniéndolo “graneado”. Enseguida, ésta mezcla de Jabón 1 y Reactivo 2 pasa a la centrífuga #2.

- En la centrífuga #2 se separa el Jabón 2 y la Lejía 2. Esta Lejía 2 cae al tanque de reactivo T5, donde recibe el refuerzo de la soda 1 y la sal 1, convirtiéndose en Reactivo 1, que entra a la MIX I. El Jabón 2 cae al mezclador M3, donde recibe el Reactivo 3, que le hace un primer “lavado” al jabón. Este lavado remueve sustancias colorantes e impurezas y recupera parte de la glicerina de la reacción que se quedo ocluída dentro de la masa; también ajusta la alcalinidad libre del jabón. La mezcla de Jabón 2 y Reactivo 3 pasa ahora a la centrífuga #3.

- La centrífuga #3 separa el Jabón 3 y la Lejía 3. Esta Lejía 3 cae al tanque de reactivo T6, donde se le agrega la Soda 2, convirtiéndose en Reactivo 2 y de ahí pasa al M2, para completar la saponificación del jabón separado en la centrífuga 1. El Jabón 3 cae al mezclador M4 donde recibe el Reactivo 4 (que es reactivo fresco preparado en el T8), el cual le hace un segundo lavado el jabón, afinándolo aún mas. La mezcla de Jabón 3 y Reactivo 4 pasa a la centrífuga #4 (Hay dos centrífugas #4 en paralelo, que se dividen la carga de jabón y reactivo que viene del M4).

- La centrífuga # 4 separa el Jabón 4 y la Lejía 4. La Lejía 4 cae al tanque de reactivo T7, donde cambia de nombre, convirtiéndose en reactivo 3 y de ahí pasa al M3, para lavar el jabón separando en la centrífuga #2. El Jabón 4 cae a un tanque de nivel constante, el T21, de donde pasa a una bomba desaireadora y enseguida a los tanques de almacenamiento de jabón base.

En resumen, al proceso le entran dos corrientes principales: la grasa al MIX I y el Reactivo 4 al T8. En las distintas etapas del proceso se va dosificando continuamente sal y soda para completar las cantidades necesarias para la saponificación y el lavado del jabón. El jabón base circula en un sentido, lavándose y ajustando su alcalinidad y contenido de sal, y el reactivo 4 circula en el sentido opuesto, enriqueciéndose en glicerina y retirando sustancia colorantes e impurezas.

A grosso modo, las grasas neutras contienen 10% de glicerol en su composición molecular, por lo tanto los 700 Kg. de grasa que entran cada hora a la planta contendrán 70 Kg. de glicerina disponibles. Como en el jabón base se queda retenido aprox. el 0.5% de la glicerina, en la lejía irán 65 Kg. disueltos en agua, con sal, soda e impurezas orgánicas removidas del jabón base.


Un aspecto importante de la operación en la relación lejía / jabón. Como la cantidad de glicerina contenida en las grasas es fija, cualquier variación en la cantidad de liquido usado se reflejará en la concentración de glicerina en la lejía. Si se desea obtener un jabón los mas refinado posible y con el mínimo contenido de glicerina residual, se requerirá utilizar bastante reactivo de lavado, con lo cual aumenta la cantidad de lejía obtenida, pero se disminuye su concentración de glicerina. Si, por el contrario, se desea obtener una lejía concentrada al máximo, se debe reducir el reactivo de lavado; con esto se aumenta el contenido de glicerina, pero también habrá mayor retención de glicerina residual y sustancias colorantes en el jabón base. Una relación lejía /jabón de 0.4 (400 Kg. lejía / 1.000 Kg. jabón), es satisfactoria para la mayoría de las situaciones.

Para obtener un jabón base de optima calidad por este proceso, es necesario tener en cuenta varios aspectos operacionales:

1- La función de los mezcladores M2, M3 y M4 es “lavar” el jabón, para removerle sustancias colorantes y odoríferas. Para esto, se requiere que la mezcla de jabón y reactivo tenga un tiempo de residencia en los mezcladores M, lo cual se logra recirculando por la válvula de by-pass, mediante un elemento sensor de peso que controla automáticamente el nivel del jabón dentro del mezclador.

2- La función del T-21 es alimentar la bomba desaireadora en forma continua pero siempre restringida; así se crea un vacío que extrae el aire del jabón. Esta extracción de aire es necesaria, porque cuando el jabón pasa por las centrífugas absorbe aire y queda con una textura esponjosa, lo que más adelante dificultaría al proceso para convertir el jabón en viruta del 12% de humedad. Para regular éste flujo también se necesita un control automático de peso en el T-21.

3- Los rotores de las centrífugas deben mantenerse en optimas condiciones de operación, pues la buena función separadora depende de la hermeticidad de los canales internos de flujo de lejía y jabón, para que no haya mezclas de las dos corrientes, así sean mínimas. Los tapones metálicos que separan estos canales deben inspeccionarse periódicamente, para sellarlos si es necesario.

4- Desde el punto de vista del mantenimiento mecánico, sería conveniente tener un juego original de las principales piezas que sufren desgaste en operación normal, para usarlas como modelo y fabricar así los repuestos requeridos.

Este tipo de planta es muy confiable y versátil, pues en el lapso de dos horas ya se dispone de jabón base, comparado con las 96 horas que requiere la saponificación en pailas. La operación es mas económica en consumo de vapor y reactivos químicos para la saponificación, pero la inversión inicial es alta. La mano de obra es de 2 horas-hombre por tonelada de jabón, contra aproximadamente 3.5 horas-hombre/ ton. de jabón que se requiere en pailas.

AMC/1.993


2a- tecnologia de los jabones

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