透明皂的生产工艺对其相行为的影响

张亚明，董海波，赵夏冰，李旭峰，陈　霞

（上海制皂（集团）如皋有限公司，江苏如皋，226521）

透明皂的生产工艺对其相行为的影响

张亚明，董海波，赵夏冰，李旭峰，陈霞

（上海制皂（集团）如皋有限公司，江苏如皋，226521）

浅析了透明皂的相行为，论述了透明皂的两种生产方法：碾压法和加入物法。着重讨论了生产过程中脂肪酸含量、真空干燥、温度、研磨、添加剂、出条和冷却水对透明皂晶相的影响，并给出了过程控制的参数及控制这些因素的方法。

透明皂；生产工艺；相行为；碾压法；加入物法

长期以来人们就知道透明皂的制造方法，这类产品最古老和著名的是“梨形透明皂”，它从1789年起即在英联邦市场上出售，在1851-1939年期间，在各种展览会上赢得了25次最高奖[1]。但是由于透明皂的价格较高，溶解度很大，因此它在很长一段时间内并不普及。近年来由于消费者重视天然产品，并对过去的天然状态日益怀念，透明皂逐步得到发展，有取代普通洗衣皂之势。

1　透明皂分类

透明皂作为肥皂的一种，按制法不同可以分为两大类[2]。一类是靠碾磨、压条达到透明，称之为“碾压法”透明皂[3]；另一类是添加酒精、糖和甘油等添加物，以改善其晶相，达到透明目的，称之为“加入物法”透明皂[4]。

“加入物法”与“碾压法”的透明皂相比，其外表透明，起泡迅速，且泡沫细密，肤感较好，对消费者更有吸引力，但其成本较高，且不耐用，因此，在透明皂的实际生产中，我们可以将“加入物法”与“碾压法”结合加以应用。

2　透明皂的相行为

结晶物质一般均具有点阵结构，固体肥皂的晶相结构是平面点阵并分布在同一平面上，如图1。

图1　肥皂分子结构

弗格森在1943年阐明了肥皂的晶相结构。经XRD测定，肥皂存在 4 种结晶态：a、b、w、d，其中 a 和 d 相不稳定，在一定条件下转变为稳定的b相和 w 相，所以肥皂其实是 b 相和 w 相的混合体。这几种晶型中，以 b 相的性能为佳，泡沫丰富、硬度适中，具有好的溶解性和去污性，而且，透明性是b相的特性，因此，透明皂主要是 b 型晶体。温度、水分和机械加工均会影响 b 相的生成。

（1）温度：d 型相皂加热后会变成 b 相皂，再进一步加热后会变成 w 型相皂；反之 w 型相皂冷却后会变成 b 型相皂，b 型相皂冷却后会变成 d型相皂。如将 b 相皂放在一个封闭的容器中加热至88℃，再慢慢地冷却至室温，就可以转变为 w 相，该种晶型的肥皂不透明。由此可见，加工过程中加热或冷却的温度，对肥皂的结晶有直接的影响。

（2）水分：肥皂的晶相与肥皂中含水量的多少有着直接关系。肥皂中的含水量按照a、w、b、d的顺序递增，肥皂在储存过程中，由于水分的散失会引起肥皂晶型的改变。一般来说，水分含量宜控制在20%～22%。

（3）机械加工：在肥皂生产过程中通过碾磨、压条等机械加工，也会影响肥皂的晶型。如 w型皂，通过多次碾磨、压条，可以转变为b晶型。

3　透明皂生产工艺控制

3.1皂粒脂肪酸含量的影响

研究表明，皂粒脂肪酸含量在70%以上透明度较好[5]。皂粒脂肪酸含量由皂基和真空干燥共同决定，皂基要求达到脂肪酸含量>60%、游离NaOH<0.15%、Cl-<0.3%。皂基经列管式换热器加热再经真空干燥可变为脂肪酸含量在72%左右的皂粒，此时，形成了大量的 b 相，达到透明的外观[6]。

3.2真空干燥的影响

真空干燥操作直接影响皂粒脂肪酸含量和水分含量，二者均会影响透明皂的晶相结构。实际生产中，皂基调和后的温度应为（85±10）℃，对皂基加热的列管式换热器壳程蒸汽压力要在0.1MPa左右，皂基进入真空干燥室的温度应控制在（110±10）℃，真空干燥室的真空度至少为0.094MPa，出粒机炮口加热温度在（50±5℃）为宜[7]。

在整个真空干燥过程中，进料速度、进料量大小、喷嘴孔径、齿轮泵的出口压力、大气冷凝器冷却水的温度和流量，以及出粒机夹套冷冻水的温度等都对真空干燥操作有很大的影响，操作时要严格控制[8]。

3.3温度的影响

温度影响肥皂b相的形成，因此，生产过程中控制皂粒的温度对于成品透明度有很大的影响。生产中从皂粒到出条（成品）应尽可能实现连续化，以便皂粒有足够的温度。透明皂的形成是一个相变过程，从不透明到透明的变化只在一个很窄的温度范围(38～45℃)，当超过这个温度范围，会使皂由透明向不透明演变。脂肪酸配方的凝固点不同，皂粒所需温度也不同，最好的办法是把皂粒的温度设置在皂化所用脂肪酸的凝固点，通常能得到最透明的皂[9]。

3.4研磨的影响

“碾压法”透明皂的透明机理是通过机械的研磨、挤压等作用，将皂体中的晶粒由不透明的晶相尽可能地转变为透明的b相。良好的研磨可以提供足够的剪切力，使肥皂中大颗粒晶体的尺寸与数量减少，当颗粒直径小于可见光波长时，普通光线从皂体中通过，从而显得透明。研磨结束后，小于入射光波长的晶体数量越多，肥皂的透明度也越好。在整个研磨过程中，皂体温度要保持稳定，这样才能通过研磨得到较好的透明度[9]。

3.5添加剂的影响

“加入物法”透明皂的透明机理，是作为添加物的透明剂能促进b相结晶，抑制其他晶相的生成，从而，提高皂体的透明度。常用的透明剂有乙醇、甘油、蔗糖、山梨醇、丙二醇、三乙醇胺盐等[10]。因此，在辅料配方设计和试验时，在添加剂如香精、抗氧化剂和螯合剂均一致的情况下，本课题组试验了在配方中加入多元醇、表面活性剂等透明剂，比较它们对成品透明皂的影响。实验发现，当加入的多元醇质量分数为2.0%和4.0%时，出条时的透明度分别为29.7和34.1；加入的特殊表面活性剂质量分数为0.5%和1.0%时，出条时的透明度分别为28.1 和34.9，其中空白样的透明度为25.9。根据QB/T 1913-2004透明皂的透明度测定，T≥25即为透明皂。虽然不加添加剂，产品透明度已经达到25.9（T值），但实验发现，多元醇和表面活性剂不仅可以提高肥皂的透明度，而且还能降低皂体开裂，同时它们均为保湿剂，对皮肤也有滋润、保护之功效。

3.6出条的影响

生产上使用双联真空切粒出条机，通常在出条机中装上筛网，目的在于增加出条时的剪切力和挤压力，促进β相的生成。一般网孔越细，效果越好，但网孔不能太细，太细会使皂体挤不出来，影响透明皂的产量。筛网是由孔板支撑的，孔板也能增加剪切力和挤压力，孔越小，剪切力越强，出来的皂粒b相也越多，透明度就越好。

3.7冷却水的影响

生产中双螺杆真空出条机、三辊研磨机、双联真空切粒出条机均需冷却水进行冷却，冷却水的流量和温度对皂粒透明度的影响很大。当冷却水的流量偏大或水温偏低时，会导致皂粒本身的温度偏低，从而，影响皂体中b相的生成，降低透明皂的透明度。若冷却水流量偏小或水温偏高，会导致皂粒温度升高，当超过其凝固点时，将会出现皂粒软烂，出条不畅，甚至无法出条的生产异常情况。通常循环冷却水的温度应控制在20℃左右。

4　结语

总之，“加入物法”和“碾压法”两种透明皂的生产方法均是通过促进b相的生成提高透明皂的透明度，二者生产透明皂的透明机理是一致的。前者生成透明皂的透明度较高，但成本高，后者透明度较低，但成本低，因此，在实际生产中可以将两种方法结合起来，最终制取产品透明度高、皂体外观质量好、价格有优势的透明皂。同时在整个生产过程中，注意各工艺参数的控制，要求操作人员严格进行操作，提高皂粒质量，最终生产出优质的透明皂。

[1] 贝雷. 油脂化学与工艺学第五卷[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2001.

[2] 吕也博. 肥皂生产基本知识[M]. 北京: 轻工业出版社,1978.

[3] RASSE R.K. Non-crystallizing Transparent Soap Bars[P]. US: 4297230,1981-10-27.

[4] POPE R.M.H.,JUNGERMANN E. Transparent Soap[P]. US: 4290904,1981-09-22.

[5] 金建忠. 制皂工艺[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2001.

[6] 陈丽英. 肥皂工艺学[M]. 郑州: 郑州轻工业学院, 1993.

[7] Kellyetal W.A. Soapmaking Process[P]. US: 2970116, 1957-07-16.

[8] 袁鹤吟. 透明（半透明）皂的成型机理与生产方法[J]. 日用化学工业，2001(2): 35-37.

[9] 恩赖科.托瓦格瑞. 透明皂和半透明皂的成品生产线操作参数[J]. 日用化学品科学,1998(4): 1.

[10] 李俊博. 半透明皂的透明度影响因素及其工艺过程控制[J]. 日用化学工业,2002,32(6): 68-72.

Effect of Process Control as to the Phase Behavior of Transparent Soap

Zhang Yaming，Dong Haibo⋆，Zhao Xiabing，Li Xufeng，Chen Xia
(Shanghai Soap（Group）Rugao Co., Ltd., Rugao, Jiangsu, 226521)⋆ E-mail: donghaibo@deeno-group.com

This article analyzes the phase behavior of transparent soap in brief and discusses two methods of producing transparent soap -grinding and addition process. It focuses on the influence of fatty acid content, vacuum drying, temperature, abrasive, additives, plodderwater-chilled and cooling water toward the crystal phase of transparent soap, and gives the parameters of the process control as well as methods controlling these factors.

transparent soap；phase behavior；grinding process；addition process；process control

TQ648.5

A

1672-2701（2016）08-68-04

张亚明先生，江苏涤诺集团日化集团董事局主席兼上海制皂（集团）如皋有限公司董事长，主要从事油脂化工及日化方向的研究工作。

E-mail：zhangyaming@deeno-group.com。