contrast1.jpgcontrast2.jpgcontrast3.jpgcontrast4.jpg

 Cikkolvasó

Átlátszó szappanok 1. rész - a szappankészítés fizikája

 

átlátszó szappanok készítése     Nehéz, de nagyon érdekes területre téved, aki az átlátszó szappankészítés mestere szeretne lenni. A folyamat tanulmányozása igazán „megér egy misét”, olyan ismeretekhez juthatunk általa, amik segítségünkre lehetnek akár a mindennapi élet apró dolgainak megértésében… Meghívlak hát, kedves Olvasó, egy rövidke kirándulásra a tudomány színes világába- tarts most velem!

     A „glicerinszappan” elnevezés a szappankészítés történelme során egyenértékűvé vált az átlátszó szappan fogalmával. A név sajnos megtévesztő, egyrészt, mert az átlátszatlan enyvszappanok ugyanúgy glicerin tartalmúak (lévén a szappanosodás során a szappansók mellett glicerin keletkezik a reakcióban), másrészt pedig nem szükségszerűen készül minden átlátszó szappan nagyobb mennyiségben hozzáadott glicerinnel. Hogy mi a szerepe a glicerinnek a folyamatban, arra az átlátszó szappanok fizikai és kémiai tulajdonságainak vizsgálata során hamarosan fény derül.

     Tekintsük át dióhéjban, hogy a szaponifikáció során milyen fázisok figyelhetők meg a szappanmassza átalakulásában! Hideg eljárásnál szalagfázisig kell eljuttatnunk a folyamatot- ez már elég stabil, homogén ahhoz, hogy a masszát nyugodt szívvel (az esetleges fázisszétválástól kevéssé tartva) magára hagyjuk (azaz formába kerüljön). A szappanosodás azonban tovább folytatódik, jó esetben hideg eljárás mellett ugyanúgy, mintha megfőznénk a szappant (meleg eljárás), a massza viszonylag gyorsan eléri a végpontot: ez a gélesedés, vagy gél fázis. Kémiailag ez az a pillanat, amikor az összes nátronlúg elfogy, „elreagál” az olajokkal, a szappan ekkor már tényleg szappan, nem pedig valamilyen olajos-lúgos elegy. A gél fázis kémiájánál azonban sokkal érdekesebb a dolog fizikája! Ugyanis az átlátszó szappanok létrejötte elsősorban nem kémiai, hanem fizikai alapokon nyugszik.

     A szappanmassza a kolloid rendszerek körébe tartozik, azaz nem valódi oldat, mert a diszperziós közegben (ami jelen esetben a víz) diszpergált részecskék (szappansók) mérete ehhez túl nagy (1nm- 1000 nm közötti). Abban az esetben, ha a géles szappant egyszerűen formába kanalazzuk, és hagyjuk kihűlni, illetve hagyjuk a vizet elpárologni belőle, a szappansók kristályos szerkezetbe rendeződnek, a szappan megkeményedik, egyben elveszti a gél állapotra jellemző áttetszőségét, mert a kristályok már visszaverik a fény sugarait (anizotrópok). Az átlátszó szappankészítés sikere tehát azon múlik, hogy a gélt úgy tudjuk szilárd állapotba hozni, hogy közben a benne diszpergált molekulák ne rendeződjenek kristályrácsba – erre pedig éppen azért nyílik lehetőség, mert a kolloid rendszerek fizikai tulajdonságai egészen különlegesek. Ha egy átlagos folyadékot veszünk, annak olvadáspontja általában megegyezik a kristályosodási hőmérsékletével (a víz például 0 Celsius fokon megfagy). A kolloidok azonban csökkentik a kristályosodási hőmérsékletet, így az elválhat az olvadásponttól, tehát lesz egy tartomány, ahol a folyadék megszilárdul ugyan (olvadáspont alatt), de mégsem veszi fel a szilárd testekre jellemző kristályos szerkezetet, megtartja a folyadékokra jellemző tulajdonságokat. Nem is olyan bonyolult ez, mint ahogy elsőre hangzik- a mindennapi életünk során számtalanszor találkozunk vele: így készül az üveg, a műanyagok is, de erre a tulajdonságra építenek a különféle ragasztók, lakkok kifejlesztői... és még sorolhatnám.

     A túlhűtött oldat fogalmát az átlátszó szappanokra először Richardson alkalmazta egy XX. század eleji tanulmányban: Transparent soap- a supercooled solution (1908). Olyan úttörő munka volt ez, amely az elsők közt foglalkozott érdemben az átlátszó szappankészítés tudományos alapjaival. A „túlhűtés” azért jöhet létre kolloidoknál, mert a kristályosodás megindulásához mindig szükség van egy magra, amely körül megindul a kristálynövekedés, amely indukálja azt. Ellenben ha a folyadék, gél, szappanmassza… belső szerkezete olyan, illetve úgy alakítjuk ki, hogy ilyen mag ne jöhessen létre, akkor megtarthatjuk a folyadékokra jellemző szerkezetet a szappan megszilárdulása mellett is - ezt metastabil folyadék halmazállapotnak nevezik. A gél tehát gél marad, csak éppen „mozdulatlanná” válik. (Mielőtt továbblépnénk, meg szeretnék emlékezni a magyar származású Nobel-díjas tudósról, Zsigmondy Richárdról, akinek a szakterülete éppen a kolloidika volt, s akit Richardson is megemlít a fenti értekezésében.)

     Az átlátszó szappan valójában nem szilárd anyag, s hogy ez mennyire így van, azt az alábbi képpel is szeretném bizonyítani, mely egy saját kísérletem volt. Ennek során a szappanmasszánál egyre növeltem a hozzáadott víz mennyiségét, s azt figyeltem, hogy vajon az adott massza mekkora hígítást bír el. Volt egy pont, ahol a massza még megtartotta térhálós szerkezetét (tehát még egyben tudott maradni a szappan), ám a viszkozitás lecsökkenésével a hajlékonyabb láncrészek mozgékonnyá válhattak, így egy gumiszerű végeredményt kaptam:

 

szappan gél

 

     Richardson és az utána következő vegyész nemzedék, mint a szappankészítést tanulmányozó Kevin Dunn és más kutatók az átlátszó szappanok előállítását segítő anyagoknál az alapján, hogy milyen szerepet játszanak az átlátszóság kialakításában, illetve megtartásában szappanoldószerekről, illetve még inkább kristályosodást gátló anyagokról beszélnek.

     Lássuk, hogy mik tartoz(hat)nak ide! A hidrofil kolloid rendszerekben, mint esetünkben is, a diszpergált részecskéket és a diszperziós fázist erős kölcsönhatás tartja össze, azaz a részecskék micellákat képeznek, melyeket egy hidrátburok vesz körül. Az elsődleges szappanoldószer tehát maga a víz - az előbb említett hidrátburok léte és megtartása pedig a legalapvetőbb az átlátszóság szempontjából. A szappanoldószerek kategóriájába sorolhatjuk még az alkoholt (etanol), mellyel a víz egy részét helyettesíthetjük, ezáltal felgyorsítva a kolloid oldat besűrűsödését, mivel az alkohol könnyen kivonható, illékony anyag- így készítették a történelem legelső átlátszó szappan márkáját, a Pears szappant (a felhasznált alkoholt desztillációval nyerték vissza a masszából). Az eljárás során azonban csak annyi víz / oldószer szabad elpárologjon, amennyi ahhoz kell, hogy a részecskék elérjék a kritikus koncentrációt, melynél a térháló annyira összetömörödik, hogy nem engedi tovább folyni a gélt. Az ekkor a szappanmasszában lévő vizet azonban benn kell tartani, azaz - más szóval - meg kell akadályozni a kristályosodást. A glicerin, lévén erősen higroszkópos anyag, segít megtartani a micellák hidrátburkát, de ebben segít a cukoroldat is (aggregáció jelensége: ha olyan anyagot juttatunk az oldatba, ami megköti a vizet, akkor a diszpergált részecskék összetapadnak). Tehát a közhiedelemmel ellentétben, utóbbiakat nem igazán lehet szappanoldószerként definiálni, ezek egyértelműen kristályosodást gátló anyagok. A kutatók a fentieket bizonyítandó az átlátszó szappant vákuum szárítószekrényben mesterségesen kiszárították, és azt tapasztalták, hogy az valóban elvesztette átlátszóságát, a masszában kristályok képződtek. (Érdekes az is, hogy a szárítószekrényből kikerülve ezek ismét átlátszóvá váltak, mert újra hidratálódtak a levegő páratartalmától.)

     A glükóz és a glicerol (glicerin) ún. szerves üvegesedésre hajlamos folyadékok önmagukban is, de ilyen még az abietinsav (azaz a gyantasav, C44H64O5), illetve a propilén-glikol is, amit az iparban használnak az átlátszó szappanok előállításánál. Ezek az anyagok, illetve a ricinus olaj, mely egy hasonlóan különleges zsírsavat tartalmaz, mint a gyantafélék (ricinolsav), mind-mind használhatóak arra, hogy a szappanmasszánk átlátszóságát javítsák (kivéve a propilén-glikolt, ha a célunk egy „all natural” termék előállítása), kristályosodást gátló anyagok, valamilyen módon megakadályozzák ugyanis, hogy a szappanoldatunk túltelítetté váljon.

     Itt vezetném be az iparban használatos TFM (Total Fatty Matter) fogalmát, mely azt határozza meg, hogy egy adott szappanban konkrétan hány százalék a zsírsavak aránya (vagyis „mennyi szappan van a szappanban”). Az átlátszó szappanok TFM értéke (miután az oldat nem túltelített) alacsony, mint azt a recepteknél is látni fogjuk majd. Amikor arról beszélünk, hogy egy szappan mennyire szárítja a bőrt, akkor tehát nem csupán arra kell koncentrálnunk, hogy van-e benne (és ha van, akkor mennyi) el nem szappanosodó olaj (az átlátszó szappanokban utóbbi nem lenne szerencsés, mert az el nem reagált zsírsavaktól opálossá válik a termék, ahelyett, hogy átlátszó maradna). Az sem mérvadó önmagában, hogy mennyi glicerint tartalmaz, (utóbbi kis mennyiségben hidratál, nagy mennyiségben – vízelvonó hatása miatt – elméletileg szárít, bár ezt a hatást inkább csak a bőrön maradó termékekre értelmezném, lemosó termékekre nem)- mindent egyszerre kell figyelembe venni. A kritika, mely szerint az átlátszó szappanok nem annyira gyengédek a bőrhöz, mint a sima enyvszappanok, nem feltétlenül igaz tehát- azoknak az embereknek, akiknek a bőre inkább a lúgos pH-ra reagál rosszul, jó választás lehet egy glicerin szappan (nincs benne ápoló olaj, de nincs is benne annyi mosóaktív anyag)! És hogy miért csináljuk még? Természetesen, mert gyönyörű! :) A következő részben lépésről lépésre megnézzük majd, hogy hogyan lehet házilag előállítani!

 

Jordánia, 2015. aug. 01.

 

Omar Anyu

 

Felhasznált irodalom:

Richardson: Transparent soap- a supercooled solution

Zsigmondy: Zur Erkenntnis der Kolloide

Kent Saxton, Brandon Crosby, Kevin Dunn: Formulation of transparent melt and pour soaps without petroleum derivates

J.W. McBain, Sidney Ross: The structure of transparent soap

Catherine Failor: Making transparent soap

http://www.tankonyvtar.hu/en/tartalom/tamop412A/2010-0012_polimerek_fizikaikemiaja/ch15.html

https://hu.wikipedia.org/wiki/Kolloid