XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Создание мыла из натуральных продуктов
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
АННОТАЦИЯ
Рекомендациипоиспользованиюработы:
Работу можно использоватькак пособие по региональному компоненту на уроках ивнеклассной работе по химии, а также как информационно-разъяснительный материал при изготовлении мыла.
Авторамибыла выделена актуальность предложенной темы, которая заключается в том,что, химический состав магазинного мыла может плохо сказываться на здоровье нашей кожи, поэтому мы решили разработать состав натурального мыла и предложить самый наилучший вариант приготовленного мыла.
Была поставлена цель исследования:
Изготовление мыла из природных реактивов в условиях изоляции от социума.
В данной работе раскрывается методика исследовательской и экспериментальнойдеятельности учащихся. Авторы, изучив теоретический материал по данной теме,практическимпутемподтвердили возможность создания натурального мыла в условиях изоляции.
Такимобразом,авторыпришликвыводуотом,что даже в изоляции есть возможность изготовить мыло, используя исключительно натуральные реактивы.
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня существует огромное количество моющих средств разного назначения, созданных человеком благодаря развитию химической науки и промышленности. На сегодняшний день для личных нужд чаще всего покупают мыло промышленного производства, в состав которого добавляется много химических веществ, которые используются для улучшения внешнего вида, запаха и удешевления и ускорения технологического процесса, но отнюдь не полезных для кожи. Если человек попадет в условия изоляции без доступа к магазинам, наверняка, ему потребуются предметы личной гигиены, одним из которых является мыло. Ему потребуются знания об изготовлении натурального мыла. Конечно такое мыло должно обладать основными свойствами привычного нам мыла.
Актуальность: В последнее время все больше людей обращают внимание на экологические аспекты потребления и выбирают натуральные продукты, включая мыло. Мы решили изготовить мыло из натуральных продуктов и сравнить его с мылом, которое мы используем в быту.
Цель: Изготовление мыла из природных реактивов в условиях изоляции от социума.
Задачи:
1) Изучить классификацию мыла.
2) Изучить состав мыла.
3) Рассмотреть физические и химические свойства мыла.
4) Найти альтернативу составу магазинного мыла.
5) Изучить способы приготовления мыла.
6) Изготовить мыло в условиях натурального хозяйства.
7) Провести проверку необходимых свойств.
Гипотеза: в условиях изоляции нужно сделать мыло, которое будет схоже по свойствам (пенообразование, очищение и т.д) с магазинным мылом.
Практическая значимость исследования заключается в разработке способов приготовления мыла из натуральных продуктов, которая поможет людям, оказавшимся на природе или просто потерявшимся, применить знания и соблюдать гигиену.
Объектисследования: оборудование, состав натурального и магазинного мыла.
Предметисследования:натуральное мыло.
Методы исследования: работа с информацией, проведение опытов, наблюдение, анализ, фотофиксация, описание.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1. История мыла
История применения мыла насчитывает не одно тысячелетие. Древнее мыловарение известно еще в Вавилоне. Ученым удалось обнаружить первый рецепт приготовления мыла, оставленный древними шумерами клинописными символами на глиняных табличках. Их возраст составляет 2800 лет. Расшифрованный шумерский рецепт представлял собой детальное руководство по изготовлению мыла. Основными ингредиентами были жиры и, получаемая из сожженной древесины, зола. Для приготовления мыла, жиры варили вместе с золой на огне. Еще одним письменным свидетельством приготовления и использования мыла в древности является папирус Эберса. Его возраст превышает 3.5 тысячи лет. В нем содержится информация о том, что древние египтяне пользовались специально приготовленным из жиров, масел и золы веществом. В Древнюю Русь мыло пришло из Византии, уже в древних новгородских берестяных грамотах есть упоминанием о нём. А при Петре I мыловаренное производство работало на широкую ногу, им отстирывали сукно и парусину, использовали в производствах ситцевых тканей. Для мыловарения использовали древесную золу вплоть до XIX века, поэтому на производство мыла уходило много древесины. Первым придумал способ получения соды (то есть щёлока) из соли французский химик Никола Леблан. По сути он совершил техническую революцию в области мыловарения, и в некотором смысле спас леса. В России производством мыла занимались иностранцы, одним из самых известных был француз Анри Бракар. В 1864 году он открыл мыловаренную фабрику в Москве. Он выпускал мыло разной формы и размеров, детское и 5 взрослое. Но главное он начал выпускать так называемое мыло «народное», стоило оно 1 копейку. До этого народ парился в банях, а мыло было доступно только очень состоятельным. [4]
1.2. Классификация мыла
Существует несколько классификаций мыл.
По растворимости мыла делят на:
Растворимые щелочные мыла — калиевые, натриевые, аммониевые соли жирных кислот. В зависимости от природы катиона мыла растворимость в воде увеличивается в ряду: Li+ — Na+ — K+ — NH4+
Нерастворимые металлические мыла — соли поливалентных металлов (Ca, Mg, Ni, Mn, Al, Co, Pb).
По консистенции:
Жидкие мыла – соли калия, аммония
Твердые мыла – соли натрия, лития, поливалентных металлов
По назначению:
1) Хозяйственные
2) Туалетные
3) Технические
4) Медицинские
5) Специальные
По способу получения:
1) Клеевые
2) Ядровые
3) Пилированные
1.3. Состав мыла
Мыла, соли высших жирных (С8-С18), нафтеновых и смоляных кислот; одни из основных моющих средств. Технические смеси водорастворимых (калиевых, натриевых, аммониевых и три-этаноламмониевых) солей этих кислот называются щелочными мылами, водонерастворимые соли, содержащие металлы II, III и др. гр. (напр., Са, Mg, Ni, Mn, Al, Co, Pb и др.)-металлическими.
Хозяйственное мыло, которое служит для стирки изделий из тканей и мытья посуды, целесообразно изучать как бытовой химический товар.
Для получения хозяйственного мыла используется разнообразное сырье, которое существенно влияет на органолептические показатели качества мыла — цвет, запах, а также моющее действие и сохраняемости первоначальных свойств. В состав хозяйственного мыла (RCOONa) могут входить остатки (R) как насыщенных, так и ненасыщенных жирных кислот.
Насыщенные жирные кислоты: пальмитиновая СН3(CH2)16COOH, стеариновая СН3(СН2)16СООН, лауриновая СН3(СН2)10СООН. Количество углеродных атомов в составе молекул этих кислот колеблется от 11 до 17, а температура плавления — от 44 до 70 °С. Входящая в состав свиного и говяжьего сала пальмитиновая кислота придает мылу твердость и хорошие пенообразующие свойства. Стеариновая кислота усиливает моющее действие мыла в горячей воде. Мыло, сваренное из сырья с преобладанием этих кислот, твердое, мылится только в горячей воде. Благодаря лауриновой кислоте, содержащейся в кокосовом масле, мыло лучше растворяется в холодной воде, увеличивается его моющая способность, уменьшается набухание.
Ненасыщенные жирные кислоты: олеиновая С3Н17СН=СН(СН2)7СООН, линолевая СН3(СН2)3(СН2СН=СН)2(СН2)7СООН, линоленовая С2Н5(СН=СНСН2)3(СН2)6СООН. Они имеют в своем составе одну, две, три ненасыщенные связи, а температура их плавления всего 16°С. Полученное на их основе мыло отличается жидкой или мазеобразной консистенцией, легко окисляется по двойным связям и быстро прогоркает, зато мылится в холодной воде.
Источником жирных кислот является натуральное органическое жировое сырье животного или растительного происхождения и жирозаменители. Для изготовления хозяйственного мыла используют только технические животные жиры, которые получают из сырья, не пригодного для пищевых целей. При необходимости жиры отбеливают и дезодорируют. Наряду с животными жирами: говяжьим, свиным, бараньим, могут быть использованы рыбьи жиры и жиры морских животных.
Сырье растительного происхождения представлено саломасом. Это продукт гидрогенизации (насыщения) водородом двойных связей ненасыщенных жирных кислот, содержащихся в жидких растительных жирах. Для этого в специальных автоклавах жидкие жиры нагревают до температуры 250 °С и в присутствии никелевого катализатора продувают водород. Пищевой саломас используют для приготовления маргарина и мягкого масла, технический саломас — для производства хозяйственного мыла.
Жирные кислоты технического саломаса являются нежелательным компонентом, так как они образуют мыло неоптимальной кристаллической структуры, хуже пенящееся и обладающее меньшей моющей способностью. Мыло с большим содержанием саломаса быстро прогоркает, разбухает в воде, на ощупь жесткое, непластичное.
В рецептуры хозяйственного мыла могут входить соапстоки светлых масел и жиров, жирные кислоты соапстоков светлых масел и жиров. Соапстоки образуются при очистке (рафинировании) жиров и масел растворами щелочей. Они придают мылу жесткость, повышенную размокаемость, а при плохой очистке темный цвет и неприятный запах.
Жирозаменители в первую очередь представлены синтетическими жирными кислотами (СЖК). Их получают окислением парафиновых углеводородов кислородом воздуха в присутствии катализатора. СЖК должны быть тщательно очищены, так как придают мылу темный цвет и неприятный запах. В присутствии СЖК облегчается механическая обработка мыльной основы, продукт получается более однородным и пластичным. Растворы мыла, изготовленные из СЖК фракций С10—С16 и С17—С20, не раздражают кожу и поэтому вводятся в рецептуры мыла в наибольших количествах. Растворы СЖК фракции С16—С22 обладают слабым моющим действием и низкой пенообразующей способностью.
Введение канифоли повышает растворимость мыла в холодной воде и пенообразование, замедляет прогорание, но при хранении вызывает пожелтение и увеличивает липкость мыла. Таловое масло представляет собой отходы от производства целлюлозы. Его применяют в рецептурах низкосортного хозяйственного мыла, так как оно придает мылу темный цвет и неприятный запах.
Нафтеновые кислоты вводят в жировую основу хозяйственного мыла в виде мылонафта или асидола. Мылонафт получают, обрабатывая щелочью нефть и нефтепродукты. При взаимодействии мылонафта с серной кислотой получают асидол. Введение этих компонентов свыше определенных пределов приводит к излишней мягкости, истираемости, потемнению мыла, которое к тому же приобретает неприятный запах. Есть информация о применении в качестве жиро заменяющей добавки так называемого микробного жира, получаемого при производстве кормовых дрожжей. [5]
1.4. Свойства мыла
В горячей воде при температуре, близкой к точке кипения, мыло растворяется во всех отношениях; при средних комнатных температурах растворимость его ограничена и зависит от природы, состава кислот и щелочей.
Мыло, в состав которого входит в большом количестве соли высокомолекулярных твёрдых жирных кислот, в холодной воде плохо пенится и обладает низкой моющей способностью, тогда как мыло из жидких масел, а также из твёрдых низкомолекулярных жирных кислот, например кокосового масла, хорошо моет при комнатной температуре. В безводном эфире и бензине мыла почти нерастворимы.
Многие свойства мыла, например твердость, растворимость в воде, пенообразование, моющая способность, зависит от его жирового состава. Так, входящая в состав свиного и говяжьего сала пальмитиновая кислота предает мылу твердость и хорошие пенообразующие качества, а олеиновая кислота – растворимость в холодной воде и моющую способность. Стеариновая кислота усиливает моющие действия мыла в горячей воде. [7]
1.5. Состав натурального мыла
Базовые растительные масла - оливковое, кокосовое, пальмовое, ши, виноградной косточки и другие.
Эфирные масла - вещества, которые вырабатывает определенное растение. Растение эфиронос. Эти масла называют по имени растения - бергамота, лаванды, кедра и другие.
Вода. В зависимости от рецепта может добавляться отвар или сок растений и ягод.
Щёлок. Во взаимодействии с базовыми маслами получаются натриевые соли высших жирных кислот.
Натуральные красители. Это может быть куркума, глина, паприка, водоросли, корни растений и много другое. [6]
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Эксперимент №1 «Приготовление щелочи»
Цель: Получение щелока с использованием исключительно натуральных реактивов.
Для начала мы получили древесную золу путем сжигания коры березы, провели очистку от мусора. Далее смешали воду и золу в соотношении 2/1 и оставили на 3 дня при комнатной температуре. (Приложение 1)
2.2. Эксперимент №2 «Методика получение оливкового масла»
Цель: Получение оливкового масла.
1 этап: «Подготовка оливок к прессованию»
1.1.Очистка. Тщательно промываем оливки, убирая косточки и веточки.
2 этап: «Прессование оливок»
2.1. Отжим масла отдельными порциями. Отжимаем оливки по 15-20 шт. 2.2. Помещение оливок в неглубокую миску. 2.3. Измельчение оливок в пасту. 2.4. Добавление воды. На 2кг оливок 150 мл воды. 2.5. Измельчение оливок с водой.
3 этап: «Получение масла»
3.1. Перемешивание получившейся оливковой пасты. 3.2. Настойка 5-10 минут. 3.3. Помещение куска марли поверх большого сита. 3.4. Помещение оливковой пасты на марлю. 3.5. Установка груза на марлю. 3.6. Сбор масла. После процеживания масло отделится от воды и будет всплывать за счет плотности.
2.3. Эксперимент № 3 «Приготовление мыла из оливкового масла»
Цель: Приготовление мыла из полученных основ.
В ходе 1 и 2 эксперимента мы получили основы: щелок и оливковое масло. Мы смешали основы в соотношении 1/1, поставили на огонь и варили на протяжении 7-8 часов. Полученное мыло залили в формы. На следующий день мыло готово к использованию. (Приложение 2)
2.4. Эксперимент №4 «Методика получения свиного жира»
Цель: Получение свиного жира из свиного сала.
1 этап: «Подготовка сала»
1.1. Очистка. Тщательно промываем сало, избавляемся от остатков кожи. 1.2. Сушка. Если недостаточно просушить при жарке сало может брызгать. 1.3. Измельчение.
2 этап: «Получение свиного жира»
2.1. Помещение в кастрюлю с толстым дном. 2.2. Топление сала. Первые 15 мин жарить на сильном огне, помешивая каждые 3 мин, топить 1,5 часа на среднем огне, топить на минимальном огне 15 мин до золотистого цвета отделившихся «шкварок». 2.3. Отделение жира от «шкварок». 2.4. Процеживание. 2.5. Остужение. Жир станет белым. (Приложение 3)
2.5. Эксперимент №5 «Приготовление мыла из свиного жира»
Цель: Изготовить мыло из свиного жира.
В ходе 1 и 4 эксперимента мы получили основы: щелок и свиной жир. Мы смешали основы в соотношении 1/1, поставили на огонь и варили на протяжении 7-8 часов. Полученное мыло залили в формы. На следующий день мыло готово к использованию. (Приложение 4)
2.6. Эксперимент №6 «Проверка к способности к пенообразованию»
При оценке потребительских свойств большое значение уделяется моющей и пенообразующей способности мыла. Пенообразующая способность мыл, в состав которых входит животный (свиной) жир больше, чем у мыл, содержащих оливковое масло. (Приложение 5)
2.7. Эксперимент №7 «Проверка к способности очистки»
Очистка от загрязнений также является одним из важнейших свойств мыла. Поэтому мы также провели проверку. Мыло на основе свиного жира справилось на отлично, однако мыло на основе оливкового масла справилось с очисткой недостаточно.
При соприкосновении мыла с грязью, гидрофобная часть мыла окружает гидрофобное загрязняющее вещество и проникает внутрь, а поверхность загрязнения покрывается оболочкой гидрофильных групп. Гидрофильная часть мыла взаимодействуют с полярными молекулами воды. Ионы мыла «захватывают» загрязнение и отрываются от поверхности, переходя в воду. Плавающие частицы удерживаются в растворе до его смены.
Насколько хорошо мыло справилось с загрязнениями можно узнать с помощью люменометра. В любом люменометре имеется специальная колба, стерильная пластина или ватная палочка, сам прибор с анализатором. Стерильной пластиной или ватной палочкой проводим по испытуемой поверхности. Помещаем палочку в колбу и преломляем в нужном месте. После преломления в колбу поступает необходимый раствор. Прибор закрывается и выполняется анализ в течение нескольких минут.(Приложение 6,7)
2.8. Эксперимент №8 «Проверка в безопасности к использованию»
В ходе проверки на безопасность в использовании мы выяснили, что мыло сделанное из натуральных реактивов не вызывает никаких аллергических реакций или раздражений. ( Приложение 8)
3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Рождение мыла произошло еще до нашей эры, этот продукт издревле имеет широкую распространенность.
2. Сейчас ценится мыло ручной работы. Теперь это своего рода искусство.
3. Нам удалось получить мыло в химической лаборатории и оно обладало моющим действием
4. Мыло-это прекрасный материал для творчества. Но не в этом его основная функция, мыло, в первую очередь, средство гигиены человека, чем чаще люди им пользуются, тем меньше риск заболевания различных вирусов, переносимых руками и другими частями тел
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
-
А.Зиновьев Химия жиров,//1952г.-с.237
-
А.Журавлев Справочник по мыловаренному производству.//1976г.-с.370
-
И.Тоббин Справочник по мыловаренному производству.//1991г.-с.249
-
Ключевич.А.СИз истории материальной культуры и народного хозяйства России: Моющие средства, переработка жиров с древнейших времен по 1917 г. - Казань : Изд-во Казан. ун-та.//1971г. - 496 с.
-
Е.Каминская.Мыло своими руками.// 2011г.-с.240
-
Л.Гэмблин Мыло ручной работы.//2012 г- с.449
-
М.Гэмблин Мыло ручной работы.//2007г- с.240
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Подготовка щёлочи для изготовления мыла.
Приложение 2. Приготовление мыла из оливкового масла.
Приложение 3. Получение свиного жира из сала.
Приложение 4. Приготовление мыла из свиного жира.
Приложение 5. Проверка к пенообразованию мыла.
Приложение 6. Проверка к способности очистки мыла из оливкового масла.
Приложение 7. Проверка к способности очистки мыла из свиного жира.
Приложение 8. Проверка в безопасности к использованию мыла.
Приложение 9. Результаты опроса людей.