ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES VEGETALES
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ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES VEGETALES REUTILIZADOS LABORATORIO DE QUIMICA 25/08/2015 EESA Nº2 – LAS TOSCAS Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS Este informe recopila las investigaciones realizadas por los alumnos de E.E.S.A. Nº2 en el Laboratorio de Química, de los cursos de 4to-5to-6to año. Supervisado por la Prof. de Química Laura Hernández. EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández 2 ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS Agradecimientos: Nuestras respectivas familias, de la comunidad educativa. Por el esfuerzo y compromiso que han tenido durante todo el cuatrimestre. Alumnos del Ciclo Superior de EESA Nº2. Por privilegiarnos al darnos la oportunidad de incorporar conocimientos que nos harán profesionales capaces e independientes en el futuro. Escuela de Educación Secundaria Agraria Nº2, de Las Toscas, Lincoln. Por facilitarnos el acceso a los materiales e instrumentos necesarios para la realización del proyecto. Director Ernesto Cardiel y Secretaria Viviana Ramos. Por su buena disposición, colaboración y consejo en la utilización de la calculadora de saponificación, verificación de pH Estudiante en Ingeniería Química de U.N.S. de Bahía Blanca, Sebastián Cariac. Por su compromiso y entusiasmo con el proyecto. Su apoyo e indispensable colaboración. Y por poner su experiencia en el tema a nuestra disposición. A toda la comunidad educativa de EESA Nº2, de Las Toscas. 3 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 1. INDICE 2. Índice de Ilustraciones......................................................................................7 Figuras..................................................................................................................7 Tablas...................................................................................................................7 Esquemas y Gráficos............................................................................................8 3. Glosario............................................................................................................9 4. Lista de Símbolos y Abreviaturas...................................................................10 5. Resumen.........................................................................................................11 6. Introducción....................................................................................................12 7. Objetivos.........................................................................................................15 General...............................................................................................................15 Específicos..........................................................................................................15 8. Hipótesis.........................................................................................................16 9. Materiales y Métodos....................................................................................17 Análisis de los aceites........................................................................................17 MATERIALES...................................................................................................17 DENSIDAD.......................................................................................................18 VISCOSIDAD....................................................................................................18 ÍNDICE DE SAPONIFICACIÓN..........................................................................18 Elaboración de los jabones................................................................................19 MATERIALES......................................................................................................19 MÉTODO...........................................................................................................20 OBSERVACIONES...............................................................................................21 FÓRMULAS........................................................................................................22 Análisis de los jabones.......................................................................................25 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández 4 ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS MATERIALES.................................................................................................25 MEDICIÓN DE PH..........................................................................................26 MEDICIÓN DE ESPUMA.................................................................................27 COLORIMETRÍA.............................................................................................27 10. Resultados...............................................................................................30 Resultados de Análisis de los aceites............................................................30 DENSIDAD......................................................................................................30 VISCOSIDAD...................................................................................................30 ÍNDICE DE SAPONIFICACIÓN..........................................................................31 Resultados de Análisis de los aceites.............................................................32 DIAGRAMA DE FLUJO DE PRODUCCIÓN DE JABÓN.......................................32 PRODUCTOS SURGIDOS DE LAS FÓRMULAS..................................................33 Resultados de Análisis de los jabones............................................................34 MEDICIÓN DE PH............................................................................................34 MEDICIÓN DE ESPUMA..................................................................................35 COLORIMETRÍA..............................................................................................35 11. Interpretación de los Resultados..............................................................36 Resultados del análisis de los aceites.............................................................36 DENSIDA..........................................................................................................36 VISCOSIDAD.....................................................................................................36 INDICE DE SAPONIFICACIÓN............................................................................36 Resultados de elaboración de los jabones.......................................................37 DIAGRAMA DE FLUJO.......................................................................................37 Resultados del análisis de los jabones..............................................................38 MEDICIÓN DE PH..............................................................................................38 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández 5 ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS MEDICIÓN DE ESPUMA..................................................................................38 COLORIMETRÍA..............................................................................................38 PENETROMETRÍA...........................................................................................38 EVALUACIÓN FINAL DE LOS JABONES............................................................39 12. Conclusiones.............................................................................................40 13. Recomendaciones.....................................................................................41 14. Anexo........................................................................................................42 Análisis de los jabones....................................................................................42 MEDICIÓN DE PH............................................................................................42 PENETROMETRÍA...........................................................................................43 15. Bibliografía...............................................................................................44 6 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 2. ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Figuras Reacción de saponificación.................................................................12 Molécula de jabón y micela................................................................14 Escala de color de pH..........................................................................26 Instrucciones de uso del penetrómetro..............................................29 Jabones producidos.............................................................................33 Penetrómetro de masas......................................................................43 Tablas Densidad de los reactivos....................................................................30 Viscosidad de aceites...........................................................................30 Tabla de saponificación........................................................................31 Resultados de fórmulas........................................................................33 PHmetría de los jabones.......................................................................34 Espumosidad de los jabones.................................................................35 Colorimetría de los jabones..................................................................35 Valoración general de los jabones........................................................39 Medidas de pH durante 4 semanas del jabón B...................................42 Medidas de pH durante 4 semanas del jabón C...................................42 Medidas de pH durante 4 semanas del jabón D...................................42 Medidas de pH durante 4 semanas del jabón F....................................42 Medidas de pH durante 4 semanas del jabón G.................................. 42 Medidas de pH durante 4 semanas del jabón H.................................. 42 Medidas de pH durante 4 semanas del jabón Limol............................ 42 Medidas de pH durante 4 semanas del jabón Rexona......................... 42 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández 7 ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS Esquemas y Gráficos Diagrama de flujo de producción de jabón..............................32 Comparación de pH de los jabones.........................................34 8 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 3. GLOSARIO Ácido oleico: Grasa mono insaturada típica de los aceites vegetales. Alcalino: Se le denomina a todo material que tiene un solo electrón en su nivel energético más externo con tendencia a perderlo. Carboxilato: Es el estado ionizado del grupo carboxílico cuando éste perdió un protón R-COO-. Emulsión: Mezcla resultante de dos fases insolubles, con una fase dispersada en la otra en forma de pequeñas gotas. Hidrofílico: Compuesto químico que tiene afinidad por el agua. Hidrofóbico: Compuesto químico que tiene repelencia por el agua. Hidrólisis: Reacción química del agua con una sustancia en la cual se forman los iones hidronio e hidroxilo. Lipofílico: Compuesto químico que tiene afinidad por los aceites. Micela: Formación geométrica de moléculas que tienen una "cabeza" polar y una "cola" no polar, la cual se adhiere a una partícula o glóbulo de una sustancias que se encuentra en un medio en el cual no es soluble. Moléculas anfipáticas: Aquella que posee un extremo hidrofílico y otro hidrofóbico. Penetrometría: Método a través del cual se mide el grado de dureza de un cuerpo. pH: Símbolo correspondiente a la escala de valorización de la acidez y la alcalinidad de una solución. Saponificación Reacción química entre un lípido y una base en la que se obtiene la sal de la base y del ácido. Tensoactivo: Compuesto que altera la tensión superficial de un líquido. Trigliceroles: Ésteres con tres moléculas de ácidos grasos. Viscosidad: Oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. 9 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 4. LISTA DE SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS NaOH: Hidróxido de Sodio NaCl: Cloruro de Sodio (sal de mesa) pH: Potencial de Hidrógeno sap: Saponificación ac: aceite 10 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 5. RESUMEN En éste trabajo se elaboraron jabones a partir de aceites vegetales residuales mediante la reacción entre lípidos y NaOH, conocida como saponificación. Por medio de una calculadora de saponificación se estableció una relación entre la cantidad de NaOH necesario para la reacción según el tipo y cantidad de aceites utilizados. Dicha calculadora también arrojaba un informe predictivo de las características del producto (jabón) de acuerdo con los ingredientes ingresados. Esto permitió crear diversas recetas y mejorar las propiedades de los jabones tales como la dureza y la espumosidad. Una vez obtenidos los distintos jabones, se analizaron sus propiedades: pH, espumosidad, dureza y limpieza. 11 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 6. INTRODUCCIÓN El nivel de desechos domésticos ha aumentado de manera progresiva, perjudicando el medioambiente y deteriorando fuentes de recursos naturales como el agua. Un claro ejemplo es el aceite de cocina que se desecha principalmente por el sistema de agua potable. El aceite llega a las fuentes de agua como cuencas internas, acuíferos u otros. Una vez allí, crea una capa fina en la superficie del agua, con ello evita su oxigenación causando la destrucción del ecosistema de la fauna y flora. Por otra parte, como el aceite es líquido no se puede eliminar como cualquier otro tipo de residuo. Este es un problema al que se enfrentan las personas todos los días, ya que aún no se ha encontrado una forma correcta de tratar este tipo de residuos. El papel del Ingeniero Químico en este tema es esencial, principalmente en la parte de innovación industrial para facilitar el manejo de esto tipo de residuos y brindar nuevas alternativas al tratamiento de desechos. El presente proyecto de investigación desarrolla una alternativa para no desechar el aceite y obtener un beneficio económico y medioambiental, la elaboración de jabones a partir de la reacción de saponificación entre aceites vegetales y NaOH. La saponificación es la hidrólisis, promovida por una base, de las uniones éster de las grasas y los aceites. Los productos obtenidos son el jabón y la glicerina. 12 Figura 1. La siguiente reacción muestra la formación de jabón a partir de triestearina, componente de la grasa de ternera. EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS Químicamente, un jabón es la sal sódica o potásica de un ácido graso. El grupo carboxilato, cargado negativamente, es hidrofílico, y la cadena de hidrocarburo larga es hidrofóbica y lipofílica. Los átomos de oxígeno del grupo carboxilato comparten la carga negativa y participan en un enlace de hidrógeno fuerte con las moléculas de agua. El resto de la molécula es la cadena de hidrocarburo que no puede participar en enlace de hidrógeno con el agua. En el agua, el jabón forma una dispersión turbia de micelas. La micela es una partícula energéticamente estable, ya que los grupos hidrofílicos están unidos mediante enlaces de hidrógeno al agua circundante, mientras que los grupos hidrofóbicos se encuentran en el interior de la micela, interactuando con otros grupos hidrofóbicos. Los jabones son útiles como agentes de limpieza debido a las afinidades diferentes de los dos extremos de la molécula de jabón. La suciedad grasa no se elimina fácilmente sólo con agua, ya que la grasa es hidrofóbica e insoluble en ésta. Sin embargo, el jabón tiene una cadena larga de hidrocarburo que se disuelve en la grasa, con su cabeza hidrofílica en la superficie de la grasa en forma de gotas. Una vez que la superficie de la gota de grasa está cubierta por muchas moléculas de jabón, se puede formar una micela con una pequeña gota de grasa en el centro. Esta gota de grasa se suspende fácilmente en el agua ya que está cubierta por los grupos carboxilato hidrofílicos del jabón. De esta manera, en el proceso de lavado con un jabón, la grasa se elimina con el agua de lavado. 13 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS Figura 2. A la izquierda, estructura de una molécula de jabón. La zona roja es el ión carboxilato, y la verde es la cola hidrocarbonada. A la derecha, una micela con una gota de grasa en el interior. 14 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 7. OBJETIVOS General Obtener jabones a partir de aceites residuales que sean de calidad similar a los jabones comerciales. De ésta forma encontrar una alternativa al desecho de los aceites utilizados para cocinar. Específicos 1. Obtener jabones que limpien de forma satisfactoria. 2. Obtener jabones que tengan una dureza aceptable. 3. Encontrar un modo de darle aroma y color a los jabones. 4. Mejorar el rendimiento de producción de jabones 15 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 8. HIPÓTESIS Las propiedades de un jabón pueden ser afectadas por la calidad de las materias primas, por su formulación o por los controles de proceso. I. El aceite de coco puede mejorar la propiedad de limpiar de un jabón, debido a que tiene propiedades espumantes, antimicrobianas y disuelve la grasa. II. El aceite de oliva permite obtener un jabón más saludable para la piel por su elaboración natural y por ser rico en ácido oleico. III. Una infusión de frutos rojos puede brindarle al jabón propiedades aromáticas. IV. La esencia de frutilla puede brindarle al jabón propiedades aromáticas. V. El jarabe de granadina puede brindarle al jabón propiedades aromáticas. VI. El colorante para tortas puede otorgarle color al jabón. VII. Incorporar NaCl a la fórmula le proporciona al jabón mayor dureza. VIII. Someter la reacción de saponificación a temperaturas altas acelera el proceso de reacción. 16 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 9. MATERIALES Y MÉTODOS Análisis de los aceites En ésta parte del proyecto se tomaron medidas sobre la densidad y viscosidad de los aceites utilizados. Además se buscaron los índices de saponificación de los mismos. MATERIALES Aceite de girasol (reciclado) Aceite de oliva extra virgen Aceite de lavanda Aceite de coco Agua Glicerina Picnómetro de 20 mL Viscosímetro Capilar Cannon 400 C-241 6 vasos de precipitado de 100 mL Termómetro digital con A = ±0,1 unidades del valor leído en °C Balanza electrónica con protección externa, con A = ±0,001 g Cronómetro con A = ±0,01 s Soporte universal Pinza universal 17 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS DENSIDAD La densidad de un compuesto es el cociente entre la masa y el volumen que ocupa dicha cantidad de materia. La densidad de los ingredientes se obtuvieron por picnometría en algunos casos, y en otros se obtuvieron por tablas. Se utilizó un picnómetro de 20 mL, se trabajó a una temperatura de 20° C y como sustancia de referencia se recurrió al agua. VISCOSIDAD La viscosidad de un material se define como su resistencia a fluir. En éste ensayo se asumió que los aceites eran fluidos Newtonianos y se medió su viscosidad a través de viscosimetría capilar. Se trabajo con un viscosímetro capilar Cannon a una temperatura ambiente de 23° C. Se utilizó como sustancia patrón la glicerina. ÍNDICE DE SAPONIFICACIÓN Las tablas de saponificación recogen, los índices de saponificación de cada tipo de grasa. Su aplicación más amplia en el campo de la jabonería, es para conocer la cantidad exacta de NaOH, dependiendo del tipo de aceite que vayamos a utilizar, necesaria para que el jabón resultante esté completamente saponificado. Se define el índice de saponificación de una grasa, como el número que indica la cantidad en miligramos de NaOH, necesaria para saponificar por completo un gramo de esa grasa en concreto. 18 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS ELABORACIÓN DE LOS JABONES Una vez obtenidas las medidas de viscosidad, densidad e índice de saponificación, se empezaron a realizar las diferentes fórmulas para elaborar jabones. Se probó con diferentes tipos de aceites y en diferentes cantidades. MATERIALES Aceite de girasol (reciclado) Aceite de oliva extra virgen Aceite de lavanda Aceite de coco Agua Manteca de Cacao Hidróxido de Sodio Esencia de frutilla Infusión de frutos rojos Jarabe de granadina Sal de mesa Vaso de precipitado de 500 mL Termómetro digital con A = ±0,1 unidades del valor leído en °C Balanza electrónica con protección externa, con A = ±0,001 g Vara de vidrio Espátula de metal Vidrio de reloj Vasos de precipitado de 50 mL Probeta de 10 mL Matraz aforado de 25 mL Moldes Colorante para tortas Mezclador-calentador 19 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS MÉTODO La cantidad de componentes que se utilizaron variaron según lo indicado por cada fórmula, pero se siguió el mismo procedimiento para todas. I. Usando un vaso de precipitado y la balanza, medir la cantidad de aceite indicada por la fórmula. II. Realizar ésta operación con todos los aceites que lleve la fórmula. III. Colocar el vaso de precipitado de 500 mL en el mezclador-calentador, mezclar los aceites y llevarlos a un rango de temperatura que esté entre los 40° C y 65° C. IV. Si la fórmula lleva manteca de cacao, adicionar a la mezcla junto con los aceites. V. Mientras se calientan los aceites, preparar una solución de agua e NaOH. Usar la cantidad de NaOH que dicte la fórmula, pero siempre llevar la solución a los 25 mL de volumen agregando agua. VI. Una vez que la mezcla de aceites se vuelva homogénea, agregar la solución de NaOH de forma lenta y uniforme. VII. Si la fórmula lleva NaCl, medir la cantidad indicada, y agregar a la mezcla. VIII. Mantener la temperatura dentro del rango deseado y mezclar durante 30 minutos o hasta que la mezcla sea homogénea y presente cierto grado de consistencia cremosa. IX. Si la fórmula lleva jarabe, infusión o esencia; medir no más de 5 mL de dicha sustancia en la probeta. X. Agregar el aromatizante. XI. Si la fórmula lleva colorante, agregar cierta cantidad a elección. XII. Mezclar alrededor de 30 minutos más, luego de haber agregado el colorante y el aromatizante, hasta que la mezcla se vuelva una crema espesa. XIII. Colocar la crema en un molde y dejarla en reposo durante una semana para que se solidifique. 20 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS OBSERVACIONES Es necesario aclarar que si la fórmula no lleva colorantes ni aromatizantes, se debe mezclar la sustancia durante una hora de forma continua. Puede suceder que algunas veces sea necesario más de una hora de mezcla para conseguir la crema jabonosa. Así también puede suceder que sea necesario más de una semana para que se solidifique el jabón. Sin embargo si el jabón no se vuelve sólido luego de 14 días, es muy poco probable que lo haga más adelante. Pasado el período de solidificación el jabón puede desmoldarse y someterse a estudios, pero no se recomienda tener contacto directo con la piel debido a los altos niveles de basicidad que el mismo presenta. Se recomienda esperar un mínimo de un mes para poder usarlo. 21 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS FÓRMULAS Partiendo de los recursos disponibles y usando la calculadora de saponificación, se crearon numerosas fórmulas. Algunas resultaron un fracaso, pero en su mayoría los resultados fueron muy satisfactorios. Al principio se usó una receta estándar encontrada en la web durante el proceso de estudio e investigación teórica. De ahí en adelante se investigó con mayor profundidad para poder mejorarla, ya sea cambiando las proporciones de los materiales y/o agregando otros. Las fórmulas usadas son las que se muestran a continuación. Cabe aclarar que en las recetas aparece que es necesario usar 25 g de agua, esto es más que nada para hacer referencia a que la solución de NaOH debe llevarse a 25 mL de volumen. 22 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS a) Fórmula “A” (estándar) Ac Girasol ................................. 92g Agua ..........................................25g Sobre-engrasado ...................... 0% NaOH ........................................12,5g Concentración ...........................30% b) Fórmula “B” Ac Girasol ................................. 14g Ac Coco .................................... 14g Ac Oliva Virgen ......................... 27g Sobre-engrasado ...................... 3% Concentración ........................... 30% Manteca de Cacao..................... 12g Agua .......................................... 25g Esencia de Frutilla ..................... 3mL NaOH ........................................ 9,6g Colorante para tortas ................ 1g c) Fórmula “C” Ac Girasol ................................. 18g Sobre-engrasado ...................... 3% Ac Oliva Virgen ......................... 35g Concentración ........................... 30% Manteca de Cacao..................... 3g Agua .......................................... 25g NaOH ........................................ 9g d) Fórmula “D” Ac Girasol ................................. 30g Sobre-engrasado ...................... 3% Ac Lavanda ............................... 45g Concentración ........................... 30% NaCl .......................................... 30g Agua .......................................... 25g NaOH ........................................ 9,7g EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández 23 ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS e) Fórmula “E” Ac Oliva ..................................... 30g Ac Lavanda ............................... 45g Sobre-engrasado ...................... 3% Concentración........................... 30% Agua .......................................... 25g NaOH ........................................ 7,8g f) Fórmula “F” Ac Girasol ................................. 22g Sobre-engrasado ...................... 0% Ac Oliva Virgen ......................... 42g Concentración........................... 30% Infusión de Frutos Rojos .......... 1mL Colorante para tortas ................ 1g Agua .......................................... 25g NaOH........................................10,7g g) Fórmula “G” Ac Girasol ................................. 22g Sobre-engrasado ...................... 0% Ac Oliva Virgen ......................... 42g Concentración.......................... 30% Esencia de Frutilla.................... 3mL Colorante para tortas ................ 1g Agua .......................................... 25g NaOH...................................... 10,7g h) Fórmula “H” Ac Girasol ................................. 30g Sobre-engrasado ...................... 3% Ac Oliva Virgen ......................... 45g Concentración ......................... 30% NaCl .......................................... 30g Jarabe de Granadina ................ 5mL Agua .......................................... 25g NaOH ........................................ 9,7g Colorante para tortas ................ 1g 24 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS ANÁLISIS DE LOS JABONES Una vez obtenidos los jabones, fueron sometidos a distintas mediciones para poder extraer información sobre sus propiedades, clasificarlos y compararlos. Se aplicaron los mismos análisis a dos jabones comerciales. Uno marca Rexona y otro marca Limol. Se hicieron estudios de pH, dureza, espumosidad y colorimetría. MATERIALES 2 jabones comerciales de diferente marca Cintas de pH Agua Vaso de precipitado de 100 mL Pipeta aforada PYREX de 20 mL Pro-pipeta Balanza electrónica con protección externa, con A = ±0,001 g Cronómetro con A = ±0,01 s Calibre ESSEX de A = ±0,05 mm Mezclador Espátula de metal Vidrio de reloj Retazos cuadrados de tela de 12 cm2 de área Solución de azul de metileno Colorímetro KONICA MINOLTA cr-10 Micro-pipeta DRAGON LAB de capacidad de 100 a 1000 μL Vara de vidrio Penetrómetro 25 Cuñas y/o tacos EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS MEDICIÓN DE PH I. II. III. IV. V. VI. VII. El pH indica la concentración de iones de hidrógeno presentes en la composición química de una sustancia. Dependiendo del valor de pH distinguimos el ácido, neutro o básico (alcalino). Un estudio de la Revista Internacional de Dermatología encontró que los niveles de pH de los jabones se encuentra entre 3.61 y 12.38. El pH de la piel humana normal es de 5. La capa ácida que nos cubre se disuelve en productos alcalinos. El examen de medición de pH que se realizó por medio de indicadores, se usaron tiras reactivas de pH de papel. La medición del pH de los jabones se realizó una vez por semana a partir de su solidificación. Humectar la superficie del jabón con un pequeño chorro de agua. Con la yema de un dedo, masajear la superficie mojada hasta formar una mezcla de espuma y agua. El contacto con el jabón no es directo, se deben usar guantes como protección. Deslizar la tira de pH en la mezcla jabonosa. Comparar los nuevos colores de la tira con la escala de colores de pH. Figura 3. Escala de colores de pH utilizadas en el indicador. 26 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS MEDICIÓN DE ESPUMA La cantidad de espuma que hace un jabón tiene relación directa con la cantidad de micelas formadas, es decir, con la cantidad de grasa que pueda disolver. La propiedad anfipática del jabón le permite formar una emulsión jabonosa donde la suciedad o grasa queda atrapada en la solución jabonosa (jabón y agua). De esta forma, en el proceso de lavado con un jabón, la grasa se elimina con el agua de lavado. El examen de espuma generada por una solución de jabón y agua se basó en un estudio similar pero realizado para champú. El mismo consiste en hacer que la solución jabonosa genere espuma durante un determinado tiempo y siempre bajo las mismas condiciones. I. Medir y colocar en un vaso de precipitado de 100 mL 1 g de jabón con 20 mL de agua. II. Mezclar los compuestos en el mezclador a una velocidad alta y constante durante 5 minutos. III. Dejar de mezclar y medir la altura de la espuma generada. IV. Repetir para todos los jabones. Observación: realizar todas las pruebas en el mismo vaso de precipitado para que no cambie la superficie que va a ocupar la espuma de los jabones. COLORIMETRÍA Uno de los análisis más importantes al que se deben someter los jabones es al de limpieza, en este proyecto, se realizó por colorimetría, analizando la cantidad de azul de metileno que quita de una tela cada jabón. La determinación de clarificación indicada por el colorímetro está dada por la escala de Hunter. Los valores L, a y b determinan los cambios de color producidos. Estos valores brindan los siguientes rangos de valores: L (luminosidad): entre 0 y 100. 0 es negro y 100 es blanco. a: positivo es rojo, negativo es verde. b: positivo es amarillo, negativo es azul. En la experiencia se clarifica una tela con 2.5 mL de azul de metileno para luego enjuagarla en una solución de 300 mL de agua y 5 g de jabón durante dos 24 27 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS minutos. Luego se analiza nuevamente la tela y es posible determinar la diferencia de color a partir de los valores de L, a y b. ΔL = L - L0 (un L + indica que la muestra es más clara que la referencia, y viceversa). Δa = a - a0 (un a + indica que la muestra es más roja que la referencia, y viceversa). Δb = b - b0 (un b + indica que la muestra es más amarilla que la referencia, y viceversa). Δ = Δ 2+Δ 2+Δ 2 es la diferencia total de color. Mientras mayor sea este valor, mayor será la diferencia de color entre las muestras. I. Cortar cuadros de tela de 12 cm2. II. Medir 2,5 mL de azul de metileno con la micro-pipeta y distribuirla en la tela formando una mancha uniforme en el centro de la misma. III. Medir el color de la tela manchada. Éstos serán los valores iniciales. IV. Sumergir la tela en agua y revolver con la vara de vidrio durante 2 minutos. V. Realizar el mismo procedimiento pero ahora para las soluciones jabonosas. PENETROMETRÍA La penetrometría es un método de análisis de consistencia. El penetrómetro estático de punta mecánica uno de los más utilizados en la industria alimentaria para examinar la dureza de las frutas. En el proyecto se aplicó el mismo principio por la forma tridimensional similar que tienen el jabón y las frutas. Es necesario mencionar que sin embargo, no hay aún ninguna normativa relacionada para jabones, por lo que las conclusiones que se extrajeron de dicho ensayo, son de carácter cualitativo. Para ésta experiencia fue necesario construir un penetrómetro en el taller, las especificaciones se encuentran en el ANEXO. El procedimiento consiste en impactar la superficie de los jabones desde una altura estandarizada y medir cuánto penetró la punta del arpón en el jabón. El principio del ensayo está en la fuerza potencial gravitatoria, gobernada por la ecuación ∅= × ×ℎ (1). Donde es la energía, m la masa del proyectil, h la distancia entre la bala y el jabón, y g la constante gravitatoria. Como g es constante, si no se cambia la masa y además, la lanza se suelta siempre desde la misma distancia, todos los jabones sufrirán la misma fuerza, o presión (fuerza sobre área). I. Colocar el jabón sobre la plataforma. II. Con las cuñas o tacos hacer coincidir el punto O con la primer línea de media. III. Elevar la bala hasta el tope, y soltar. EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández 28 ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 29 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 10. RESULTADOS Resultados de Análisis de los aceites DENSIDAD VISCOSIDAD 30 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS ÍNDICE DE SAPONIFICACIÓN 31 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS RESULTADOS DE ANÁLISIS DE LOS ACEITES DIAGRAMA DE FLUJO DE PRODUCCIÓN DE JABÓN 32 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 33 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS RESULTADOS DE ANÁLISIS DE LOS JABONES MEDICIÓN DE PH Tabla 5. Resultados de medición de nivel de pH a lo largo de un mes. (Ejemplo: el pH del jabón F en la semana 3 es de 10). Gráfico 1. Comparación de los niveles de pH de los jabones a lo largo de un mes. Fuente del gráfico: Tablas 10 a 17 del Anexo. 34 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 35 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 11. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS Resultados del análisis de los aceites DENSIDAD La experiencia de picnometría dio los resultados esperados. La densidad de todos los aceites fue menor que la del agua. Además de que ningún aceite tuvo una densidad fuera del rango de los 0,85 g/mL y los 0,92 g/mL. El aceite más denso fue el de ac de lavanda, y el más liviano el ac de oliva. El ac de lavanda era más residual, en cambio el ac de oliva era nuevo. Esto puede que tenga influencia en los resultados. VISCOSIDAD En éste examen el rango de valores fue entre 5,5 P y 6,5 P, siendo el aceite más viscoso el de ac coco y el menos viscoso el de ac oliva. Esto fue debido a que a temperatura ambiente el ac de coco comenzaba a solidificarse lentamente. En cuanto al ac de oliva puede que su pureza haya influido también en ésta propiedad, ya que la viscosidad depende en parte de la densidad. INDICE DE SAPONIFICACIÓN La tabla de saponificación se obtuvo de la bibliografía y fue fundamental para la formulación de las recetas. 36 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS RESULTADOS DE ELABORACIÓN DE LOS JABONES DIAGRAMA DE FLUJO En el diagrama de flujo de producción de jabones se puede ver que la forma de elaboración tiene una estructura donde primero se mezclan las grasas, luego se adicionan la solución de NaOH y el NaCl, es decir los compuestos iónicos. La última etapa está destinada a la estética del jabón, o bien, formacolor-aroma. PRODUCTOS SURGIDOS DE LAS FÓRMULAS Las recetas en general dieron buenos resultados, de 8 jabones deseados, se obtuvieron 6. Llegando de ésta forma, a un 75% de efectividad de producción. Algunos jabones se destacaron por su dureza, otros por la cantidad de espuma generada y algunos por su satisfactorio valor de pH. 37 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE LOS JABONES MEDICIÓN DE PH La prueba de pH no dio los resultados esperados en la mitad de los jabones, pues el nivel de basicidad de los mismos fue demasiado alto para el uso dermatológico. Sin embargo los jabones C y D presentaron un pH de 9 con lo cual entraron al rango de tolerabilidad de la piel humana. El jabón B dio resultados excelentes, llegando a igualar el pH de un jabón comercial sin haber usado productos químicos para lograrlo. MEDICIÓN DE ESPUMA El análisis de formación de espuma arrojó resultados dispersos. No solo entre los jabones producidos sino también entre los jabones comerciales. Los jabones que mayor espuma generaron fueron el de marca Limol, el G y el H. La similitud entre los jabones G y H es que durante su producción se uso mayor cantidad de NaOH que el resto. Los jabones que menos espume hicieron fueron el D y el H, los únicos jabones que llevaban NaCl en su fórmula. COLORIMETRÍA Las pruebas de colorimetría dieron resultados muy buenos, con todos los jabones con valores de ΔE muy parecidos y muy agrupados. Los valores más altos de ΔE los tienen los jabones con mayor pH, lo cual indicaría que un ΔE muy alto puede corroer la piel. Se fijó como ΔE máximo tolerable el valor 22, el mismo que tienen los jabones de pH tolerable (9). PENETROMETRÍA El ensayo de impacto permitió hacer una comparación cualitativa acerca de las durezas de los jabones. Los resultados fueron muy buenos en algunos casos, pero algunos jabones eran demasiado duros y se quebraron, fue el caso de los jabones F y G, mientras que el jabón B fue penetrado por completo por el arpón, era demasiado blando. 38 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS EVALUACIÓN FINAL DE LOS JABONES Tabla 9. La siguiente tabla muestra una evaluación general de los jabones en base a los resultados de las experiencias. La puntuación va desde el valor 1 al 5, siendo 1: muy malo, 2: malo, 3: aceptable, 4: bueno y 5: muy bueno. 39 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 12. CONCLUSIONES I. Con base al estudio realizado se pudo comprobar que los mejores jabones fueron los que tenían en su fórmula manteca de coco. II. La incorporación NaCl a la fórmula brindó a los jabones una mayor dureza. III. El NaCl disminuye significativamente la formación de espuma de los jabones. IV. El aceite de coco brinda al jabón mejores propiedades de espumosidad. V. Saponificar las grasas con soluciones de alta concentraciones de NaOH producen jabones con alta basicidad. VI. Las infusiones y las esencias no le otorgaron propiedades aromáticas al jabón, pero neutralizaron el “olor a aceite”. VII. A nivel comercial, el color del jabón influye significativamente en la atención del consumidor. Al presentar los jabones, la mayoría del público se sintió predispuesto a probar el jabón más rojizo. VIII. Los resultados de colorimetría tienen dependencia del nivel de pH de los jabones. IX. La esencia de frutilla tiende a cortar la pasta cremosa, y el producto es un jabón sin olor desagradable pero de consistencia blanda. X. Utilizar el aceite usado para producir jabón es una buena alternativa ante el desecho de dicho residuo. 40 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 13. RECOMENDACIONES a. Para confirmar que producir jabón con aceite residual es una efectiva alternativa al desecho del mismo, se debería hacer una encuesta con muestras aleatorias a una población de ciudadanos. De ésta manera evaluar la disposición de la gente a cambiar sus costumbres en beneficio del medio ambiente. b. Realizar un estudio de análisis de costo beneficio, para que encontrando el punto óptimo de mejora en la producción de jabones poder publicitar con mayor respaldo este tratamiento de desechos. 41 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 14. ANEXO ANÁLISIS DE LOS JABONES MEDICIÓN DE PH 42 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS PENETROMETRÍA A continuación se presentan las especificaciones del penetrómetro construido en el taller de Ingeniera Química de la Universidad Nacional del Sur. El penetrómetro tiene tres piezas fundamentales: el peso con el arpón, el soporte y el canal o túnel por donde pasa el peso. El Peso Consiste en una barra cilíndrica de hierro hueca de (1,5±0,1) kg de masa. Posee una altura de (45,8±0,1) cm de altura y un diámetro de (42,60±0,05) mm. Túnel Es un tubo hueco de (64,9±0,1) cm de altura y (49,90±0,05) mm de diámetro. El mismo se encuentra fijo al soporte con dos abrazaderas y a (10,0±0,1) cm de distancia de la base del soporte. El Soporte Es un soporte de hierro, de 1 m de altura. Figura 6. Penetrómetro de masas. 43 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 15. BIBLIOGRAFÍA I. ALTON E. Bailey. Aceites y Grasa Industriales. 2a ed. Barcelona, REVERTÉ, 1984, p. 743. II. CAVITCH Susan. Guía Práctica Para Hacer Jabón (Bicolor). Barcelona, PAIDOTRIBO, 2003, p. 280. III. L. G. WADE JR. Química Orgánica. 5a ed. Madrid, PEARSON EDUCACIÓN, S. A. 2004, p. 1296. IV. Mendrulandia, todo sobre el jabón. < http://www.mendrulandia.es> 44 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS ALUMNOS DE 4TO AÑO ALUMNOS DE 5TO AÑO ALUMNOS DE 6TO AÑO Profesor Laura Hernández EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández 45 ELABORACIÓN DE JABÓN A PARTIR DE ACEITES 2015 VEGETALES REUTILIZADOS 46 EESA Nº2 – LAS TOSCAS | Prof. Laura Hernández
