Teorijske osnove izrade sapuna

Po hemijskom sastavu, sapuni su soli masnih kiselina. Kao što svaka so nastaje reakcijom između kiseline i baze, tako i sapuni nastaju reakcijom masnih kiselina (masti i ulja) sa odgovarajućom bazom (NaOH ili KOH). Na primeru laurinske masne kiseline koja reaguje sa natrijum-hidroksidom, to izgleda ovako:

C11H23COOH + NaOH →C11H23COONa + H2O

Dobija se natrijum-laureat (sapun) i voda. Međutim, masnoće biljnog i životinjskog porekla ne sadrže masne kiseline, već njihove trigliceride. Ako bi se koristila masnoća koja sadrži triglicerid laurinske kiseline, reakcija bi izgledala ovako:

C3H5(COOC11H23)3+ 3 NaOH → 3 C11H23COONa + C3H5(OH)3

Bitno je primetiti da se u ovom slučaju umesto vode, uz sapun dobija glicerin. Ovo je važno, jer je moguće praviti sapune sa glicerinom, a moguće je i posebnim postupkom odstraniti glicerin, pa imati čist sapun, bez glicerina. I jedna i druga varijanta imaju svoje prednosti i nedostatke, o čemu će biti reči kasnije.

Ako se koristi NaOH (natrijum-hidroksid, tj. masna soda) dobijaju se tvrđi sapuni, a ako se koristi KOH (kalijum-hidroksid), nastaju mekši sapuni, a mogu biti i tečni, što zavisi od upotrebljenih masti, odnosno ulja. U nekim zemljama se teško nabavlja natrijum-hidroksid, pa se tamo za izradu sapuna koristi kalijum-hidroksid, a on se lako dobija iz pepela drveta. Budući da on daje mek sapun, što ne mora biti nedostatak, ako se insistira na tvrdom sapunu, nije teško od kalijumskog sapuna dobiti natrijumski, dodavanjem kuhinjske soli:

C11H23COOK + NaCl →C11H23COONa + KCl

Ostale baze daju sapune koji nisu rastvorljivi u vodi, pa ne mogu ni služiti za pranje, ali nije loše spomenuti da kalcijum-hidroksid daje sapun u vidu praškaste materije koja nam je poznatija kao talk, puder, koji je dobar odmašćivač, a litijum-hidroksid daje sapun koji je zapravo mazivo (litijumska mast).

Kao izvor masnih kiselina koriste se gotovo sva dostupna biljna ulja i životinjske masti. U sastav sapuna može ući jedna ili više vrsta masnoća. Od izbora masnoće zavise svojstva sapuna. Ulja daju mekše, a masti tvrđe sapune. Da bi se ocenio kvalitet sapuna, razmatra se nekoliko pokazatelja: tvrdoća, moć čišćenja, penušavost, brzina trošenja, kremastost, nega kože... Za svaki od pomenutih pokazatelja postoji optimalan opseg vrednosti.

Međusobni odnos količina masnoće i baze ne može biti proizvoljan, već mora biti tačno određen. Ako ima više baze nego što treba da se saponifikuje masnoća, deo baze će ostati neiskorišćen, pa će sapun biti iritirajući za kožu. Ako ima više masnoće nego što treba, deo masnoće će ostati u sapunu. Sapun sa viškom masnoće može čak biti i prijatniji za kožu, ali masnoća se vremenom kvari, pa sapun dobija neprijatan miris. Kod nekih sapuna se namerno ostavlja par procenata viška masnoće, upravo radi negujućeg efekta, naročito kad je u pitanju maslinovo ulje. Ipak, treba imati u vidu da tako napravljeni sapuni ne mogu trajati duže od godinu dana.

Reakcija između baze i masnoće veoma je spora. Na početku je najbrža, a kako se počne stvarati sapun, reakcija je sve sporija, jer nastali sapun usporava dalju reakciju između baze i masnoće, koji još nisu međusobno odreagovali. Reakcija se može ubrzati intenzivnim mešanjem štapnim mikserom (hladni postupak) ili zagrevanjem uz lagano mešanje (topli postupak, tj. “kuvanje” sapuna). Moguć je i kombinovani postupak

Potrebni odnosi masnoća i baze se pronalaze iz odgovarajuće tabele. Na Internetu danas postoji i mnoštvo tzv. sapunskih kalkulatora (soap calculator), gde se na osnovu zadatih količina ulja i masti izračunava koliko vode i baze treba dodati.

Da bi se tačno podesio odnos masnoće, baze i vode, moguća su tri pristupa:

1. koristiti preciznu vagu za merenje komponenata koje ulaze u sastav sapuna (baza, masnoća, voda). Ovaj pristup se najčešće koristi kod hladnog postupka, za izradu toaletnih sapuna. Iz tabele se očita koliko je potrebno natrijum-hidroksida (ili kalijum-hidroksida) za određenu količinu masti, odnosno ulja. Masa vode koja se dodaje treba da bude 38 % od ukupne mase masnoća.

2. koristiti manje preciznu vagu, proveriti pH vrednost, pa vršiti korekciju po potrebi. Ovaj pristup se koristi isključivo kod toplog postupka, tj. kuvanja sapuna, gde se na samom kraju kuvanja proveri pH vrednost. U prošlosti nije bilo pH-metara, ali postoje jednostavne metode, kao što je posmatranje strukture sapuna. Takođe se proveravalo jezikom: uzme se malo sapunske mase i oprezno se dodirne vrhom jezika. Ako pecne poput baterije 9V, ima previše baze, treba dodati još masnoće. Ako uopšte ne pecka, ima viška masnoće, treba dodati još baze. Odnos je dobar ako vrlo malo pecka, jedva primetno. Iako deluje grubo, metoda daje veoma dobre rezultate.

3. grubo oceniti količine komponenata, pri čemu se upotrebi znatno više baze nego što je potrebno, pa se na odgovarajući način višak baze ukloni, kada sapun bude gotov. Ovo je stari postupak za kuvanje sapuna, koji se primenjuje od davnina. Sapun se kuva sa mnogo većom količinom vode nego što je uobičajeno za prethodna dva postupka, tako da se dobije dvostruko veća zapremina sapunske mase, pa je potrebna dvostruko veća posuda. Sapunska masa je mnogo ređa. Kada je sapun skuvan, u sapunskoj masi se osim sapuna nalazi i višak masne sode, kao i nečistoće koje želimo da izdvojimo. Takođe je prisutan i višak vode. Sapun ima osobinu da se lako rastvara u vodi, ali se uopšte ne rastvara u slanoj vodi. Ova osobina je iskorišćena da se iz sapunske mase izdvoji čist sapun. To se radi tako što se na kraju kuvanja, u sapunsku masu dodaje dovoljna količina soli. Nakon što se so rastvori u sapunskoj masi, sapun se izdvaja iz mase, u vidu malih komadića, koji plivaju u tečnosti. U vodi, koja je dominantan sastojak preostale tečnosti, rastvoreni su: višak masne sode (NaOH), kuhinjska so, glicerin, a na vrhu može biti prisutna masnoća koja nije saponifikovana. Nakon što se ohladi masa, doći će do njenog taloženja i formiranja četiri sloja. Na vrhu će biti nešto masnoće, koja je preostala, ispod nje će biti sloj čistog sapuna, zatim sloj slane vode i na dnu višak masne sode i ostale nečistoće. Postupak prečišćavanja se ponavlja više puta, tako što se dobijeni sapun rastvara u vodi i ponovo dodaje so.

U postupcima opisanim pod 1. i 2. se dobija sapun koji sadrži i glicerin. Glicerin čini sapun mekšim. U postupku pod 3. se dobija sapun bez glicerina, koji je tvrd i krt. Za pranje veša je odličan, ali je grub za kožu, jer ne sadrži glicerin, pa nije pogodno koristiti ga kao toaletni sapun.

Sapunski brojevi za različite vrste masnoće - koliko je kg baze potrebno za saponifikaciju 1 kg masnoće:

Masnoća NaOH
natrijum-hidroksid
(za tvrdi sapun)
KOH
kalijum-hidroksid
(za tečni sapun)
Pčelinji vosak beli ili žuti 0,067 0,095
Maslac od kravljeg mleka 0,160 0,230
Maslac od kozjeg mleka 0,167 0,234
Pileća mast 0,138 0,194
Kokosovo ulje, rafinisano 0,234 0,329
Kukuruzno ulje 0,135 0,190
Guščija mast 0.136 0.191
Ulje semenki grožđa 0.134 0.188
Lešnikovo ulje 0.135 0.189
Riblje ulje 0.136 0.190
Svinjska mast 0.138 0.193
Margarin 0.136 0.190
Maslinovo ulje 0.133 0.188
Ulje palminog semena 0.156 0.218
Palmino ulje 0.139 0.195
Ulje od kikirikija 0.136 0.190
Uljemaka 0.136 0.192
Ulje bundevskog semena 0.134 0.189
Susamovo ulje 0.135 0.191
Sojino ulje 0.134 0.188
Suncokretovo ulje 0.134 0.189
Medveđa mast 0.139 0.194
Goveđi loj 0.140 0.196
Loj od jelena 0.139 0.195
Kozji loj 0.139 0.195
Ovčiji loj 0.138 0.193
Orahovo ulje 0.136 0.19

Primer korišćenja tabele: koliko je potrebno NaOH za izradu tvrdog sapuna od 100 g kokosovog ulja, 150 g palminog ulja i 235 g maslinovog ulja? Koliko je potrebno KOH ako želimo tečni sapun?

- za natrijumski (tvrdi) sapun treba: 0,1x0,234+0,15x0,139+0,235x0,133=0,0755 → 75,5 g NaOH

- za kalijumski (tečni) sapun treba: 0,1x0,329+0,15x0,195+0,235x0,188=0,1063 → 106,3 g KOH