香皂的配方与生产工艺

    近几十年来虽然液体沐浴露、泡沫浴剂等得到长足的发展，占据主导地位，但是化妆品中的香皂，由于使用方便，去污效果好，价格便宜，刺激性低，花样品种多等特点，在国内外仍然是重要的皮肤清洁调理用品。

    香皂是高级脂肪酸或混合脂肪酸的碱性盐类，它的化学通式可表示为：

RCOOM

R代表长碳链烷基，M代表某种金属离子。具有洗涤、去污、清洁等作用的皂类主要是脂肪酸钠盐、钾盐和铵盐其中最常用的是脂肪酸钠盐。

1香皂水溶液的性质

    香皂中的钠皂或钾皂是强碱弱酸盐，因此都会在水溶液中发生水解呈弱碱性。

RCOONa→RC00^-+Na⁺

RC00^-十H₂0→RCOOH+OH^一

    水解产生脂肪酸与未水解的皂形成不溶于水的酸性皂，使香皂水溶液呈现浑浊。

RCOOH+RCOONa===RCOOH·RCOONa

    影响香皂水解的主要因素有：皂液浓度、脂肪酸的相对分子质量和温度。通常皂液浓度越高，水解度越低；脂肪酸的碳链越长，水解度越高；温度越高，水解度越高。但是乙醇等强极性有机溶剂能抑制香皂的水解，加入乙醇，可得到透明的香皂水溶液。

2脂肪酸盐结构与香皂性能的关系

    香皂的主要成分是脂肪酸盐，属于阴离子表面活性剂，它同样具备离子型表面活性剂的物理化学性能。但是香皂中的脂肪酸盐组成不同，表现出的性能有很大的差异。

    制造脂肪酸盐的主要原料是天然动植物油脂，油脂的主要化学组成是脂肪酸甘油酯。油脂的质量直接影响脂肪酸盐的质量，从而影响所生产香皂的质量。

RCOOR `→RCOONa→香皂

油脂    脂肪酸盐

    (1)脂肪酸碳链的饱和程度

    油脂中脂肪酸碳链的饱和程度对香皂的质量有明显影响。饱和脂肪酸含量高的油脂制造出来的香皂质量稳定，饱和度低的油脂因碳链中含有双键，在加工和存放过程中容易发生氧化、加成、聚合．等反应，导致酸败和色泽加深，香皂的质量当然要下降。椰子油、棕榈仁油、牛油等油脂比较适合用于制造香皂。

    油脂中脂肪酸碳链的饱和程度可以用碘值来表征。油脂分子中的双键能与碘发生加成反应。从加成反应中所消耗的碘量可以衡量油脂的不饱和程度。每l00g油脂所消耗碘的质量(g)为碘值(或碘价)。碘值愈高，不饱和程度愈高，制得的皂愈软。通常把碘值>130者称为干性油；碘值在130～100者为半干性油；碘值<100是不干性油。植物油脂中亚麻仁油、桐油是干性油，分子中含有2～3个双键，易氧化生成大分子物质，在香皂表面形成硬膜，不适用于制皂。椰子油、棕榈油、花生油、牛油、羊油、猪油都是不干性油，主要含有月桂酸、棕榈酸、硬脂酸等饱和脂肪酸，适用于制皂。半干性油在制皂时可适当搭配使用，一般用量在3％～5％，可调节香皂的感官和软硬度。

    油脂凝固点也可以用来粗略判断脂肪酸的饱和程度。油脂饱和度愈高，凝固点愈高。油脂凝固点高低(即脂肪酸饱和程度高低)对香皂质量的影响很大。凝固点太高(即脂肪酸饱和度过高)的油脂生产的香皂易龟裂，泡沫少，去污力差；凝固点太低会影响香皂的硬度并且容易变质。根据实际生产经验，制香皂选用的油脂，其凝固点在38～42℃之间为宜。

    (2)脂肪酸碳链的长短

    脂肪酸碳链的长短对香皂的物理化学性质有明显影响。

    在脂肪酸盐的同系物中，表面活性、润湿性能、乳化作用等与疏水基碳链的长度有密切关系。一般说来，在一定范围内碳氢链愈长者洗涤性能愈好。但碳链过长者在水中溶解度变差，洗涤性能反而下降，比如硬脂酸钠的洗涤力就比棕榈酸钠稍显逊色。为达到良好的洗涤作用，表面活性剂亲水基与亲油基应达到适当的平衡。作洗涤剂用的表面活性剂疏水基碳链的长度在12～18个碳原子比较合适。

    在选择制造脂肪酸盐(皂基)的油脂时，可以参考相对密度指标。相对密度能反映油脂的分子量及黏度，相对密度大则分子量大，黏度也高。通常液体油脂在20℃，固体油脂在50℃测定相对密度，相对密度在0．887～0．975之间为宜。

    (3)脂肪酸盐的金属离子   

    脂肪酸盐中与酸根配对的金属离子种类对皂基的溶解性能有重大影响，甚至决定了皂基的使用领域。脂肪酸钠盐、钾盐和铵盐制成的皂基在水中有相对较大的溶解度，软硬度适中，是日用皂的主要原料。脂肪酸钙、镁盐在水中溶解度很差而且非常坚硬，不适合清洁皮肤使用，只能作为工业润滑剂使用。

    香皂在硬水体系中使用时，硬水中的钙、镁离子会与香皂反应生成不溶于水的钙皂和镁皂，降低香皂的去污能力。这是限制香皂使用和发展的主要原因。

Ca²⁺+2RCOONa→(RCOO)₂ Ca↓+2Na⁺

M9²⁺+2RCOONa→(RC00)₂ M9↓+2Na⁺

克服的办法是在香皂配方里添加钙、镁离子螯合剂(EDTA等)，减少游离的钙、镁离子数量，防止以上反应发生。

(4)游离脂肪酸

    香皂产品中含有适当数量的游离状态的长碳链饱和脂肪酸，可以中和皂基的碱性，减少皮肤刺激。但是如果存在较多游离状态的不饱和脂肪酸，可能会使香皂变质、出汗、发臭。

    中和1g油脂中的游离脂肪酸所需KOH的质量(mg)称为酸值或酸价。根据酸值可以计算油脂中游离脂肪酸的含量，采取措施将其控制在合理的范围内。

3香皂的质量要求

    香皂是大面积接触人体的沐浴用品，对其质量的要求是严格的。

    虽然香皂是与人民生活密切相关的日用品，国家很早就制定了统一的产品质量标准。但是香皂的品种很多，近年的产品还添加了各种功能成分，或者与其他表面活性剂复合使用，内容已经改变，所以很难再执行统一的产品质量标准。产品质量一般由生产企业自己负责，由市场来评判。

    质量优良的香皂至少应该达到以下的基本要求：

    ①有好的洗净力，但不过分脱脂，使用后皮肤感觉不干燥不绷紧。

②     皂化反应彻底，产品中所含的游离碱很少，不会伤害皮肤。

③能产生细密而稳定的泡沫。

④外形轮廓分明，表面饱满圆润，贮存后不收缩、不开裂。

⑤软硬适度，在温水中不容易熔化解体。

4香皂的成分及配方设计

    简单地说，香皂是由皂基(脂肪酸钠盐，阴离子表面活性剂)、品质改良剂和外观改良剂组成的洗涤产品。配方设计中要考虑皂基的脂肪酸组成，产品的溶解度，泡沫及去污力，考虑产品的外观，并考虑原料供应的可能性和经济性。

    (1)皂基(脂肪酸钠盐，阴离子表面活性剂)

    无论从作用和份量来说，皂基(脂肪酸钠盐，阴离子表面活性剂)都是香皂的主要成分。有关皂基(脂肪酸钠盐)结构与香皂性能的关系在8．5．2已经详细讨论，可作配方设计的依据，在此不重复。皂基的生产工艺不是本书的主要内容，可以参考其他专著。

    在选择使用皂基的时候，要关注生产皂基所使用的油脂的情况。从以上的论述可以看出，为了使制得的香皂达到质量标准，即具有一定的硬度，良好的外观、色泽，适当的溶解度，丰富的泡沫及较强的去污力。在制皂时往往需采用多种油脂混合使用，并考虑原料供应的可能性和经济性。色泽要求较高的白色香皂的油脂配方，基本上都是80％牛羊油和20％椰子油组成，与洗衣皂油脂配方有明显差别(常用凝固点为56℃左右的硬化油，用量约为28％～34％，棕榈油或牛羊油用量约为75％～80％)。实际混合油脂的凝固点在38．5～39．5℃。脂肪酸碳链以饱和的月桂基、棕榈基和硬脂基为主，含有少量不饱和脂肪酸。

    松香作为一种油脂原料，主要成分是松香酸。与其他油脂配合可以增大肥皂的溶解度，提高去污力，降低成本。但是由于色泽较差，抗氧性差，易变色，起泡及去污力欠佳，在香皂中一般不加松香。   

    (2)品质改良剂

    皂基(脂肪酸钠盐)的发泡力比较低，使用后容易形成不溶解的皂垢漂浮在水面，遇到硬水洗涤效果大打折扣。近年的香皂配方已经留意这些缺点，特意加人品质改良剂来克服。

    ①其他表面活性剂  加入少量阴离子表面活性剂K。。(脂肪醇硫酸钠)能够增加发泡力，加入少量非离子表面活性剂平平加O(脂肪醇聚氧乙烯醚)能够减轻皂垢。无论添加何种阴离子、非离子表面活性剂，都可以与皂基协同作用，有利于增强洗涤力和抗硬水能力。加入量一般为表面活性剂总量的5％～l0％。

    ②加脂剂  香皂中皂基的游离碱含量较高，对皮肤有脱脂性，刺激性较大。为了减少这些副作用，在配方中加入加脂剂，一方面可以中和香皂中的游离碱，减少刺激作用，另一方面沐浴后留在皮肤表层，使皮肤滋润光滑。常用的加脂剂有高碳脂肪酸(硬脂酸、椰子油酸等)、饱和长链烷烃(石蜡等)和油脂(磷脂、羊毛脂)等，有单独使用，也有混合使用，加入量一般为1．0％～5．0％。

    ③杀菌剂  为了杀死在皮肤表面聚集的细菌，消毒表皮，需在香皂中加入杀菌剂。常用的有秋兰姆、过碳酸钠，加入量为0．5％～l．0％。也有一些配方选择杀菌去臭的中草药代替杀菌剂。

    ④抗氧剂  为了阻止香皂原料中含有的不饱和脂肪酸被氧、光、微生物等氧化，产生酸败等现象，需加入一定的抗氧化剂。一般要求抗氧剂应溶解性较好，对皮肤无刺激，不夹杂其他气味等。常用的抗氧剂有泡花碱，用量为l．o％～l．5％；2，6-二叔丁基对甲基酚，用量为0．05％～0．1％。

    ⑤螯合剂为了阻止香皂皂基中带入的微量金属，如铜、铁等对皂体的自动催化氧化，常加入金属螯合剂EDTA(乙二胺四乙酸二钠)，一般添加量为0．1％～0．2％。

    ⑥其他功能性原料  如今的潮流是普通l3化产品向功能性产品方向发展，在香皂配方中加入．各种中西药物可以赋予香皂各种特殊功能，使之成为美白香皂、减肥香皂、消毒香皂、治疗皮肤病香皂等。

    (3)外观改良剂   

    人们对香皂性能、外观等要求随着生活水平的提高不断增高，香皂中除了含有脂肪酸盐和品质改良剂外，还添加了诸如填料、香料、色素等添加剂，以改善香皂的外观，满足市场需要。

    ①增白剂  加入增白剂是为了改善香皂的透明度、掩盖原料的颜色，对香皂产品的外观质量影响较大。常有的增白剂有钛白粉、氧化锌与荧光增白剂等。

    钛白粉的主要作用是增加香皂白色，降低透明度，特别是用在白色香皂中。也有的配方中为降低成本以氧化锌代替钛白粉，增白效果略差一些，一般加入量为0．025％～0．20％。荧光增白剂可吸收日光中紫外光，与黄光互补，具有增白效果，通常加入量不超过0．20％。

    ②染料与颜料香皂赏心悦目的色彩是受到人们喜爱的主要原因之一。着色剂的加入可以调整香皂的色彩。通常用染料为香皂整体着色，用颜料为皂体局部着色。常用的有皂黄、曙色红、翠蓝等染料、酞菁系颜料和它们的配色色料。对这些着色剂的要求是不与碱反应、耐光、稳定性好，水溶性好，色泽艳丽。

    ③香精 香精既可以掩盖皂基原料的气味，又可以使香皂散发清新怡人的香味，受到人们的欢迎。香皂根据不同的使用对象采用不同类型的香精，常用的香型有花香型、果香型、青香型、檀香型、力士型等，加入量为1．0％～2．5％。但需注意香皂配方中应选择留香时间长，耐碱、遇光不变色、与香皂颜色一致的香精。

5香皂配方实例

    现代香皂的功能从单一清洁皮肤转变为清洁皮肤与保护皮肤合为一体，香皂的品种都趋向于专用化，如婴儿专用的、护肤的、杀菌的香皂和液体香皂及透明皂等，几种比较常见的品种介绍如下。

  【普通香皂配方】   

配方设计说明：制皂工艺一般分为两个阶段，第一阶段是用油脂皂化制造皂基，第二阶段是将皂基进一步加工成香皂。化妆品厂生产香皂很多只有后工序，直接使用皂基来生产。本配方从皂基开始，配方中使用饱和酸皂基，硬度高，不容易变质变色。加入钛白粉和荧光增白剂可以显著增加产品白度。用月桂酸中和皂基中可能存在的游离碱，减少皮肤刺激。十六醇作为加脂剂润滑皮肤。用EDTA提高香皂的抗硬水性和减少皂垢。由于皂基是脱除了甘油的，所以要重新添加甘油润滑皮肤。

【杀菌药皂配方】

配方设计说明：药皂是在香皂中添加杀菌消毒剂，可在洗去附在皮肤上的污垢的同时杀灭细菌，并利用抗菌剂阻止本身无菌的汗液被细菌分解成有气味的物质，去除体臭，．在西方国家尤为盛行。配方中使用饱和酸皂基，硬度高，不容易变质变色。加入钛白粉增加白度。用硬脂酸中和皂基可能存在的游离碱，减少皮肤刺激。十六醇和凡士林作为加脂剂润滑皮肤。药皂中所使用的药物必须具备长期去臭、广谱杀菌，易与香皂的其他添加剂相容，对皮肤低刺激等功能。早期生产的药皂以甲酚等作为杀菌剂，有不愉快的气味，对皮肤有刺激性。本配方选用硼酸，无味，比较安全。

制皂工艺：与上述普通香皂相同。

【透明香皂配方】

配方设计说明：透明皂呈透明状，具有晶莹剔透的外观。透明皂的结晶非常微细，其微细程度小于可见光的波长，因此光线能透过。

    本配方采用饱和度高的椰子油、牛油以及含不饱和脂肪酸较多的蓖麻油为原料，混合油脂凝固点在35～38℃之间。皂基不经过盐析，生成的甘油留在香皂中有助于透明。此外添加丙二醇、蔗糖、乙醇等作透明剂，加入结晶阻化剂提高透明度。这类透明皂因脂肪酸含量低，好看不耐用。

    制皂工艺：混合油皂基用牛油、椰子油和蓖麻油混合，以30％氢氧化钠水溶液皂化，不经盐析(甘油留在里面)，浓缩干燥而得。透明皂所用原料必须高度纯净，否则会引起浑浊。而且为了获得微细的香皂结晶，结晶过程需非常快。

    一般的做法是将配方中的物料混合，加热使它成为透明溶液(温度根据皂基的熔点而定)，搅拌均匀，加入香精，然后倒人模具里冷却成型。

    【混合皂配方】

配方设计说明：混合皂主要是在皂基中加入一定量的其他表面活性剂，克服肥皂的自身缺陷，提高香皂抗硬水能力，使其在硬水中不形成皂垢，同时可以增加发泡力和洗涤去污能力。

    本配方仍然以皂基为主活性物，配方中使用饱和酸皂基，硬度高，不容易变质变色。专门加入十二醇硫酸钠和非离子表面活性剂AED3，达到上述效果。加入钛白粉和荧光增白剂可以显著增加产品白度。用硬脂酸中和皂基中可能存在的游离碱，减少皮肤刺激。十六醇作为加脂剂润滑皮肤。用EDTA提高香皂的抗硬水性和减少皂垢。由于皂基是脱除了甘油的，所以要重新添加甘油润滑皮肤。

    制皂工艺：与上述普通香皂相同。

    【软香皂配方】

配方设计说明：软香皂是膏状的香皂，有一定的流动性，在某些场合下(例如公共场所、饭店、洗手间等)使用比较方便。本配方是脂肪酸钾皂与其他表面活性剂复配，形成介于皂类与合成洗涤剂产品之间的洗涤产品。实际上也是混合皂。

    配方中用三种脂肪酸搭配并用氢氧化钾中和直接生成质地较软的钾皂基，其中油酸是不饱和酸，令皂基变软。调整三种脂肪酸搭配比例可以改变软硬度。加入非离子表面活性剂月桂酰C．L醇胺和OP—l0，降低对皮肤刺激性，克服肥皂的自身缺陷，提高香皂抗硬水能力，使其在硬水中不形成皂垢，同时可以增加发泡力和洗涤去污能力。月桂酰二乙醇胺也是增稠剂。用EDTA提高香皂的抗硬水性和减少皂垢。由于用脂肪酸与碱直接中和，皂基不含甘油，所以要添加甘油和丙二醇润滑皮肤。

    制皂工艺：采用液相加热搅拌混合法生产。将三种脂肪酸加入夹套加热搅拌锅内，加热到70～80℃使之熔化。然后在搅拌下加入氢氧化钾水溶液进行中和反应。降温，再加入其他原料，搅拌均匀，得到浆状产品。

6香皂生产工艺简介

    由皂基生产香皂的工艺流程示意图如图1。

图1香皂加工艺示意图

    ①干燥  用于制造香皂的皂粒或皂片的脂肪酸含量标准为85％左右，含水分10．5％～l2．5％。因为皂基含水量过高，因此需要用闪蒸干燥或真空干燥的办法脱水。

    ②混合  将制造香皂的各种原料按配方混合均匀。因各种添加剂状态不同，为使它们与皂片均匀分散，需在搅拌机中进行混合。

    ③均化  均化处理就是借研磨或挤压等机械作用，将皂片与其他组分混合得更加均匀，同时使香皂的晶型发生转变，使之大部分转变为卢相，使香皂的质地变硬。

    ④成型切块压条成型是将经均化的皂粒经真空压条机压制成一定截面积的条形。压条机带有真空室，皂片进人后由真空室抽去皂条中的气泡，然后挤压成型。皂条的截面积可以调节，以便控制皂块的重量。切块机具有可回转的链条圈，切割皂条的刀片安装在链条上，链条转动时可带动刀片连续切皂。

    ⑤打印  打印是将切割后的皂块在印模中压成规定的形状，并压出花纹或商标符号。打印要求印迹清晰、丰满，皂块不能粘模。