Werkstuk Scheikunde Zeep

Transcriptie

1 Werkstuk Scheikunde Zeep Werkstuk door een scholier 2428 woorden 23 mei ,7 256 keer beoordeeld Vak Scheikunde Hoofdstuk 1 Zeepfabricage Paragraaf 1.1 Fabricage van kernzeep. Bij de fabricage van zeep onderscheiden we twee fasen. In de eerste fase het maken van kernzeep en vervolgens het verwerken daarvan tot huishoudzeep, toiletzeep en zeeppoeder. Eerst werd zeep in grote open pannen bereid. Elke fase van de bereiding is daarbij goed zichtbaar. De methode werd al honderden jaren geleden gebruikt en nu nog steeds. Nu gebruikt men meestal modernere processen waarbij de reacties continu en in gesloten reactoren plaats vinden. De zeepfabricage is het beste te beschrijven aan de hand van het panproces. Zeep wordt gemaakt door een mengsel van (kokos)olie en (talk)vet te verhitten en dit met natronloog te laten reageren. Oliën en vetten zijn esters van glycerol en vetzuren (triglyceriden). Natronloog is een oplossing van natriumhydroxide (NaOH) in water. Het verzepen of zieden van het olie/vetmengsel door de loog verloopt via de volgende chemische reacties: -de triglyceriden worden gehydroliseerd onder vervorming van glycerol en vetzuren -de vetzuren worden geneutraliseerd door de loog onder vorming van natriumzeep. De reacties verlopen alleen volledig bij een overmaat aan natronloog. De zeep wordt van het glycerol/water/loog mengsel gescheiden daar wat keukenzout (NaCl) toe te voegen; het uitzouten. De zeep komt boven drijven en de rest blijft in de onderlaag; de onderloog. Vervolgens moet de zeep een aantal keren worden gewassen om de glycerol en het resterende vuil eruit te verwijderen. Men kan de zeepfabricage dus in drie fasen onderscheiden: -het verzepen of zieden -het uitzouten en wassen -het afwerken Het verzepen of vindt plaats in een grote ziedpan. De juiste hoeveelheden olie, vet en natronloog worden via doseerpompen aangevoerd en goed gemengd met stoom om het mengsel op voldoend hoge temperatuur te brengen. De zeep die in het begin wordt gevormd fungeert als emulgator voor het olie/vet Pagina 1 van 7

2 mengsel. Door het emulgeren wordt het contactoppervlak vergroot en de verzepingsreactie bespoedigd. Om in het begin reeds over een goede emulgator te beschikken wordt de verzeping vaak op de zeepbodem van een vorig ziedsel uitgevoerd Na de reactie resteert een homogeen mengsel van zeep, glycerol en water. De zogeheten zeeplijm. Tijdens de reactie wordt warmte geproduceerd zodat het totale mengsel een temperatuur behoudt van ca 115 graden Celsius. De volgende fase is het uitzouten en wassen. Aan de zeeplijm wordt wat zout (NaCl) in de vorm van pekel of soms als vaste stof toegevoegd. De zeeplijm splitst zich nu in twee lagen. De bovenste laag is de ruwe zeep, daaronder bevindt zich de ruwe zeep, daaronder bevind zich de natronloog. De onderloog bevat naast zout, glycerol en een overmaat natriumhydroxide ook eventuele verontreinigingen die voornamelijk afkomstig zijn van het talkvet. De onderloog wordt aan de onderzijde afgepompt en een nieuwe hoeveelheid onderloog, die minder verontreinigingen en glycerol bevat, Wordt toegevoegd en goed gemengd. Met stoom wordt de temperatuur op peil gehouden. Het mengsel splitst zich weer in twee lagen nadat er de juiste hoeveelheid zout aan is toegevoegd. Na het afpompen van de onderloog kan het spel opnieuw beginnen. Op die manier wordt de zeep wel zo n 5 tot 6 keer gewassen. De onderlogen worden meermalen gebruikt door de logen met het laagste glycerolgehalte en de minste verontreinigingen te mengen met zeep die nog relatief rijk aan glycerol en verontreinigingen is. De meest gebruikte onderlogen, die dus het meeste glycerol bevatten, worden vervolgens ingedamd Het zout kristalliseert daarbij uit en kan opnieuw worden gebruikt. De geconcentreerde ruwe glycerol oplossing wordt verder gezuiverd en is een waardevol bijproduct. De enkele keren gewassen zeep wordt vervolgens afgewerkt. Paragraaf 1.2 Het afwerken van de zeep Het afwerken van de zeep gebeurt door het opnieuw koken van de zeep onder toevoeging van water, kleine hoeveelheden loog en precies de goede hoeveelheid zout. Na afkoeling ontstaat er een zeeprijke bovenlaag, de kernzeep en de zeeparme bodemlaag. Deze bodem die nog wat zeep bevat, dient als emulgator voor een volgende ziedsel. De kernzeep bevat ong. 70% zeep (overeenkomend met 63% vetzuren) met sporen van glycerol, keukenzout en natronloog. Het volledige proces van zieden, uitzouten, wassen en afwerken duurt een aantal dagen. Vandaar dat in moderne installaties het hele proces in een gesloten continu proces gebeurt, dat in slechts enkele uren het olie/vetmengsel in kernzeep omzet. Ook kunnen eerst apart de vetzuren worden gemaakt door olie en vet met water en een katalysator bij hoge temperatuur te splitsen en glycerol en vetzuren. Deze vetzuren worden vervolgens gezuiverd o.a. door middel van destillatie. Vetzuren dienen als grondstof voor de bereiding van talloze afgeleide producten. De productie ervan kan dus op grote schaal en daardoor goedkoper plaatsvinden. Om uit vetzuren zeep te bereiden behoeft nog slechts een nauwkeurig afgepaste hoeveelheid natronloog te worden toegevoegd. Het uitwassen van de glycerol en verontreinigingen is dan niet meer nodig. Dit proces geeft in enkele minuten een geconcentreerde zeepoplossing. Paragraaf 1.3 Verwerking van kernzeep tot tabletten. Pagina 2 van 7

3 In alle gevallen moet het overtollige water nog uit de kernzeep worden verwijderd. Daartoe wordt de warme zeep via een roterende sproeikop tegen de wand van een vacuümdroogkamer gesproeid. In de droogkamer is er een onderdruk (vacuüm) waardoor een groot deel van het water tijdens het sproeien verdampt. Het vacuüm wordt gehandhaafd door condensatie van de vrijkomende waterdamp in een barometrische condensor. Om het meevoeren van zeepstof te voorkomen leidt men de waterdamp eerst door een cycloon, waarin de aanwezige zeepstof wordt afgescheiden. De zeep die op de wand van de vacuümkamer is gesproeid en een grootdeel van zijn water heeft verloren wordt met een roterende schraper van de wand verwijderd. Op de bodem van de vacuümkamer bevind zich een transportworm die de zeep afvoert. Deze worm perst de zeep en een conisch gevormde ruimte, die is afgesloten door een plaat met gaatjes. Uit de zeepmassa ontstaan vanwege de aanwezige gaatjes zeepslierten, die door langs kleine stukjes (zeepnoedels) worden gesneden. Zeepnoedels vormen de basis van een stuk zeep. Afgewogen hoeveelhedennoedels worden in een menger gestort en daaraan worden parfum, kleurstoffen en eventuele andere ingrediënten toegevoegd. Na goed mengen van de massa wordt deze verder gehomogeniseerd en geconditioneerd door hem tussen twee gekoelde, draaiende walsen te storten. Tussen deze walsen bevindt zich slechts een kleine opening, zodat de zeep tot een dunne plak wordt samengeperst. Omdat bovendien de ene wals iets sneller draait dan de andere wordt de zeep afgeschoven en blijft hij aan de snelst draaiende wals kleven. Een volgende wals, die weer iets sneller draait en bovendien nog wat minder tussenruimte vrijlaat, pakt de zeep over en maakt de plak nog iets dunner. De zeep wordt nu van de wals afgeschraapt en via een transportworm in een conische ruimte geperst, die is afgesloten door een plaat met ronde gaatjes. Dit apparaat is vrijwel identiek aan dat achter de vacuümdroger en wordt plodder genoemd. Vanuit deze plodder komen de zeepnoedles in een vacuümkamer, om te voorkomen dat er lucht en de zeep wordt opgesloten. De zeep wordt vanuit de vacuümkamer nogmaals in een plodder geperst en verlaat deze via een of twee grote rechthoekige openingen in de afsluitende plodderplaat. Ze ontstaat een eindeloze zeepstang die machinaal in gelijke stukken wordt gesneden. De ruwe stukken zeep worden vervolgens in de tabletvorm gebracht door ze tussen twee stempelhelften te leggen, die met kracht op elkaar worden gedrukt. Het ruwe, rechthoekige stuk zeep is wat groter dan de ruimte tussen de stempelhelften en overtollige zeep wordt langs de zijkanten weggeperst om in het proces terug te worden gevoerd. Er resulteert een tablet waarvan de vorm wordt bepaald door die van de stempels. Tenslotte worden de zeeptabletten en wikkels en vervolgens en overdozen verpakt. Een machine kan per minuut 200 tot 300 zeeptabletten afleveren. Hoofdstuk 2 Fabricage van waspoeders en vloeibare wasmiddelen Paragraaf 2.1 Fabricage van waspoeder De basis van textielwasmiddelen wordt, gevormd door detergenten (anionogene en niet-ionogene Pagina 3 van 7

4 oppervlakteactieve stoffen) tezamen met een of meer builders. Al genoemde ingrediënten: - natriumperboraat - bleekactivator (zoals TAED) - enzymen - fluorescers of optische witmiddelen - anti-vergrauwingsmiddelen Nog niet genoemde: - natriumsilicaat (waterglas) Dit ingrediënt zorgt ervoor dat de wasmiddeloplossing tijdens het wassen voldoende alkalisch blijft. Dit is nodig voor een goede waswerking. Ook helpt het silicaat corrosieverschijnselen in de wasmachine te voorkomen. Bovendien geeft het structuur aan het poeder. - Natriumzout van ethyleendiamine tetra azijnzuur (Na-EDTA) Een zeer kleine hoeveelheid van dit ingrediënt is al voldoende om de metalen te binden die tot een voortijdige ontleding van het natriumperboraat kunnen leiden. Het stabiliseert dus het bleekmiddel. - Natriumsulfaat Natriumsulfaat heeft geen waswerking maar heeft wel een invloed op de structuur van het product. Van deze ingrediënten zijn het natriumperboraat, de bleekactivator en de enzymen gevoelig vaar hoge temperaturen. Deze mogen dus niet aan een sproeidroogproces worden blootgesteld, maar moeten later als korrels of poeder worden toegevoegd. De andere, niet zo temperatuurgevoelige ingrediënten, worden nauwkeurig afgewogen en gemengd onder toevoeging van water. Er wordt zoveel water toegevoegd dat het mengsel nog juist verpompbaar is. Dit is de zogenoemde `slurry`. De slurry wordt bij een temperatuur van omstreeks 90 graden Celsius en onder hoge druk (40-50 atm) via een aantal sproeiknoppen (nozzles) boven in een droogtoren gesproeid. Onderin deze toren wordt hete lucht geblazen die omhoog stijgt en de omlaagvallende druppeltjes verhit. Het water in deze druppeltjes verdampt, waarbij het zelfs zo heet kan worden dat het gaat koken en de druppel openbarst. Vandaar de ruwe, losse structuur van de waskorreltjes. Deze worden onder in de toren opgevangen en via een lopende band afgevoerd. De sterk afgekoelde warme lucht met het eventueel daarin nog aanwezige fijne wasmiddelstof verlaat de toren aan de bovenzijde en wordt naar cyclonen geleid. In de cyclonen wordt het fijne stof afgescheiden van de lucht. De gezuiverde lucht met waterdamp wordt naar buiten afgevoerd. Eerst wordt evenwel de daarin nog aanwezige warmte zo veel mogelijk teruggewonnen. Het wasmiddelpoeder wordt gekoeld door het mee te voeren met een koele luchtstroom. Vervolgens wordt het in een continue operatie gemengd met de temperatuurgevoelige ingrediënten, die via doseerbanden worden aangevoerd. Ook wordt in dat stadium parfum op het poeder gesproeid. Pagina 4 van 7

5 Tenslotte wordt het poeder verpakt in dozen, zakken en vaatjes. Paragraaf 2.2 Fabricage van vloeibare wasmiddelen Vloeibare textielwasmiddelen, handafwasmiddelen, allesreinigers, schuurmiddelen en wasverzachters zijn in het algemeen zonder veel moeite te produceren. Dat komt omdat de ingrediënten van deze producten meestal in een vloeibare toestand bijeengevoegd en gemengd kunnen worden. De belangrijkste ingrediënten zijn ook hier weer de detergenten. Meestal een combinatie van de verschillende eerdergenoemde typen. Ook wordt gebruik gemaakt van stoffen als natriumtrifosfaat, natriumcarbonaat (soda) en calciumcarbonaat in de vorm van calciet. Dit laatste ingrediënt is de belangrijkste component van een vloeibaar schuurmiddel. Voorts natuurlijk kleurstoffen, parfum en enkele kleinere ingrediënten met een speciale functie. Daartoe behoren o.a. conserveringsmiddelen, die bacteriegroei welke zonder voorzorgen in waterige oplossingen kan optreden, moeten tegengaan. In een grote mengketel met roerwerk worden de ingrediënten afgewogen, gemengd en zo nodig verwarmd en/of gekoeld. In een moderne installatie gebeurt dit afwegen en mengen onder computerbesturing. Het gemengde product wordt bewaard in opslagtanks, van waaruit het naar snellopende vulmachines wordt gepompt. Hoofdstuk 3 De chemie van Wasmiddelen Paragraaf 3.1 Wat zijn wasactieve stoffen? Wasactieve stoffen, ook wel detergenten genoemd, bevorderen de verwijdering van vast en vettig vuil. Hierbij treden geen chemische veranderingen van het weefsel of vuil op. De wasactieve stoffen vervullen drie belangrijke taken: - ze bevochtigen het wasgoed en het vuil - ze verwijderen het vuil - ze houden het verwijderde vuil in het water vast. Olie en vet worden geëmulgeerd en vaste deeltjes zoals roet en klei worden gedispergeerd. Water op zich zelf maakt nauwelijks schoon. Dat komt omdat water een slechte bevochtiger is, hoe vreemd dat ook mag klinken. Wanneer men bijvoorbeeld een druppel water voorzichtig op een stukje textiel brengt dan zal de druppel blijven liggen en niet in de stof dringen. Een waterdruppel bestaat uit vele watermoleculen, die sterke krachten op elkaar uitoefenen, voornamelijk via zogenoemde waterstofbruggen. Deze krachten werken in alle richtingen en houden elkaar binnen de Pagina 5 van 7

6 druppel in evenwicht. Aan het oppervlak is het evenwicht echter verstoord. Buiten de druppel bevinden zich immers vrijwel geen watermoleculen en dus zijn de krachten daar uitsluitend naar binnen gericht. Het gevolg is dat de druppel zijn oppervlak zo klein mogelijk wil maken. Daarom neemt hij de bolvorm aan. De naar binnen gerichte krachten veroorzaken een oppervlaktespanning die elke oppervlaktetoename tegenwerkt. Juist deze hoge oppervlaktespanning maakt dat water een slechte bevochtiger is. Op dit punt verricht een detergent zijn eerste belangrijkste taak; het verlaagt de oppervlaktespanning, waardoor het water de textiel beter kan bevochtigen. Detergenten, zowel die op basis van zeep als die van synthetische oorsprong, hebben namelijk een tweeslachtige molecuulstructuur. Detergentenmoleculen bestaan uit een kop die goed in water oplosbaar (hydrofiel) is en een staart die goed met olie en vet mengt, maar slecht met water (hydrofoob). Als een detergent in water wordt opgelost dan verdelen de moleculen zich daarom niet homogeen over het water. Een aantal moleculen gaat naar het wateroppervlak en steekt de waterschuwende (dydrofobe) staarten naat buiten. Hiedoor wordt de hechte band tussen de watermoleculen verbroken en de oppervlaktespanning kleiner. Als we aan een waterdruppel die op het oppervlak ligt een beetje detergent toevoegen dan zien we ook dat de bolstructuur van de druppel verdwijnt. Het water spreidt zich uit, Zodat het oppervlak groter wordt en meer detergentmoleculen daarin een plaats kunnen vinden. Op die manier wosrdt het substraat goed bevochtigd. De overig detergentmoleculen blijven in de oplossing, maar vormen daarin zogenoemde micellen. Een micel is een verzameling van detergentmoleculen, die met hun staarten zo dicht mogelijk bij elkaar gaan zitten en de koppen naar buiten steken. Zij vormen zo als het ware een reservoir van wasactieve stoffen. De volgende taak van een detergent is het losmaken van vuil. Bij vettig vuil hechten de staarten zich aan het vuil. De koppen proberen zoveel mogelijk met het water in kontakt te blijven. Zo krijgt het water houvast op het vuil en kan het zelfs onder een vetvlek doordringen. Onder invloed van de mechanische en thermische (temperatuur) Tien vragen over het werkstuk: 1. Noem de belangrijkste ingrediënten van kernzeep? 2. Wat zijn builders? 3. Hoe gaat de verwerking tot tabletten? 4. Wat zijn enzymen? 5. Waar zorgen optische witmiddelen voor en wat doen ze precies? 6. Wat doen Anti-vergrauwingsmiddelen? 7. Wat doen wasactieve stoffen? 8. Waarom maakt water slecht schoon? 9. Wat zijn de belangrijkste functies van builders? 10.Wat zijn proteases? Verschillende merken van zeep: Pagina 6 van 7

7 Dove Sanex Superschoon Ajax Casa Jif etc. Fabrikant van zeep: Unilever Pagina 7 van 7