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pubblicato il 3 agosto 2016 in acqua

Storia dei detergenti

Le origini
I detergenti sono prodotti di uso frequente ed essenziali nella nostra vita grazie alla loro capacità di rimuovere lo sporco, contribuendo così alla riduzione della presenza di germi e al mantenimento di una buona igiene personale. Il sapone, come tutti gli oggetti di uso quotidiano, ha assunto una connotazione quasi scontata, eppure la sua scoperta e soprattutto il suo impiego hanno rappresentato una vera rivoluzione nella storia della nostra civiltà. La diffusione dell’uso del sapone, insieme alla pratica dell’igiene personale, è stata più efficace di qualsiasi antibiotico o anti-virale contro la diffusione di malattie severe, come il tifo, colera, dissenteria, per citare qualche esempio.
La storia del sapone ha origini antiche: le prime testimonianze della fabbricazione e dell’uso del sapone risalgono alla civiltà babilonese. In Mesopotania (attuale Iraq) sono stati rinvenuti cilindri di terracotta, risalenti al 2800 a.C., e contenenti tracce di una sostanza simile al sapone. Sempre in Mesopotania, è stata ritrovata una tavoletta di epoca sumera datata 2200 a.C., scritta con i caratteri cuneiformi, che riporta la ricetta per la preparazione del sapone.

Tavoletta caratteri cuneiformi

Tavoletta di epoca sumera che riporta la ricetta per la preparazione del sapone. Soap Manufacturing Technology – Luis Spitz, 2009 AOCS Press, Urbana, IL 61802

Il papiro di Ebers, dal nome del suo acquirente europeo, risalente alla XVIII dinastia egizia, più precisamente al regno di Amenhotep I (1550 a.C.), descrive il metodo di produzione del sapone usato dagli Egizi, i quali mescolavano grasso animale o oli vegetali con un sale chiamato “Trona” che veniva raccolto nella valle del Nilo. Altri papiri dell’antico Egitto menzionano sostanze saponose utilizzate per la preparazione della lana. In Europa, i Galli e i Teutoni furono i primi popoli a produrre il sapone: un miscuglio di grassi e cenere che veniva utilizzato prevalentemente per tingere i capelli di rosso. Le donne galliche furono le prime a scoprire che, trattando gli indumenti con cenere e grassi, si otteneva un effetto smacchiante. I Romani, invece, non erano in grado di produrre il sapone: preferivano andare alle terme e usare oli profumati e attrezzi ricurvi (gli strigili) per raschiare la pelle e rimuovere lo sporco. Tuttavia i Romani conoscevano il sapone (in latino sapo, probabilmente da sebum, grasso), come è testimoniato da Plinio il Vecchio nel I secolo d.C., che nella sua Historia Naturalis ne descrive la ricetta a base di cenere e grasso animale, mutuata dai Galli, pur stigmatizzandone l’uso eccessivo che questo popolo ne faceva. L’importanza dell’uso del sapone divenne presto chiara. Sappiamo che il medico greco Galeno, nel II secolo d. C., raccomandava l’uso del sapone come metodo preventivo di alcune malattie oltre che per pulire. Il popolo che ha contribuito maggiormente alla nascita del sapone moderno, nella sua formulazione, è stato quello arabo. Gli Arabi producevano regolarmente sapone a partire da olio di oliva e di alloro o di timo. Furono i primi a usare la soda caustica (NaOH, idrossido di sodio, una base forte), e furono quindi gli inventori del sapone moderno. Il sapone, prodotto inizialmente ad Aleppo, profumato e colorato, si diffuse rapidamente in tutto il mondo arabo e a partire dall’800 d.C., sull’onda della loro espansione, gli Arabi introdussero il sapone anche in Sicilia e Spagna, da cui si diffuse in tutta Europa. I primi saponifici d’Europa sorsero nel XII secolo in Castiglia (Spagna) e in Italia (Savona, Venezia), poi in Francia dove nacque il sapone di Marsiglia, che deriva direttamente da quello di Aleppo. Ma si trattò per lo più di produzioni a carattere artigianale, pur se in quantitativi considerevoli per il tempo. Purtroppo, nel Medioevo, le condizioni igieniche generali andarono decadendo e questo contribuì alla diffusione di alcune gravi malattie, come la peste nel XIV secolo. Grazie al belga Ernest Solvay, scopritore nel 1861 di un processo chimico che, partendo dal cloruro di sodio e utilizzando ammoniaca, permetteva la produzione di carbonato di sodio in grandi quantitativi, fu dato nuovo e grande impulso alla fabbricazione del sapone. Questi sviluppi spianarono la strada all’industrializzazione della produzione del sapone.
Fino alla fine del XIX secolo il sapone era l’unico detergente con proprietà tensioattive. Al sapone erano aggiunti altri ingredienti che apportavano benefici specifici: la cenere, ad esempio, si usava per il bucato poichè aveva un potere sequestrante della durezza dell’acqua, dovuta alla presenza di fosforo e soda che contribuivano ad aumentare l’alcalinità delle soluzioni di lavaggio. Per le stoviglie, invece, si aggiungeva spesso la sabbia per il suo potere abrasivo. Per avere i prodotti che usiamo oggi dobbiamo quindi arrivare a tempi molto recenti. La storia dei detergenti sintetici inizia solo nel XX secolo ed è segnata da due gravissimi eventi: le due Guerre Mondiali. Fu proprio la penuria di alcuni materiali fondamentali per la produzione del sapone (i grassi e l’olio) a stimolare la ricerca di alternative sintetiche. Nel 1946 fu introdotto negli Stati Uniti il primo prodotto per il bucato totalmente “costruito” che conteneva una combinazione di tensioattivi di sintesi.

Il sapone come lo vede un chimico!
Vi siete mai chiesti che cosa sia il sapone? Perché occorrevano grasso animale e cenere per fabbricarlo? Insomma, vi siete mai chiesti da cosa sia composto?
Dal punto di vista del chimico, il sapone è un sale ottenuto a partire da un acido grasso e una base forte come la soda, o la potassa o la calce. Gli acidi grassi, come fa già intuire il loro nome, sono contenuti nei grassi animali e vegetali, mentre la soda o la potassa (comunemente lisciva) sono contenute nella cenere. Ecco spiegata  l’antica ricetta per la preparazione del sapone!

 GRASSO + BASE = SAPONE

 La reazione, detta di “saponificazione”, avviene quando i due reagenti sono riscaldati. In pratica, il grasso animale (lardo o sugna) veniva purificato per produrre il sego e quindi mescolato alla lisciva. Quest’ultima era ottenuta a partire dalla cenere, sottoposta prima a una procedura di pulitura; la cenere sospesa in acqua veniva filtrata, il liquido ottenuto subiva quindi una sorta di cottura. Il liquido era nuovamente filtrato e conservato, anche per lunghi periodi, in recipienti di vetro. Questo metodo artigianale è stato ripreso e riutilizzato durante la II Guerra Mondiale, quando, soprattutto nelle piccole città e nelle campagne, vi era penuria di tutto e quindi anche di sapone. Il sapone così ottenuto, però, è utile per lavare i panni: esso è prodotto in presenza di un eccesso di base che, rimanendo parzialmente incorporata nel sapone, lo rende troppo aggressivo per la nostra pelle.

Il metodo industriale sostanzialmente utilizza lo stesso tipo di reagenti: la differenza sta soprattutto nella velocità di esecuzione della reazione e nella possibilità di dosare i reattivi. Su scala industriale, la reazione di saponificazione avviene in continuo ad alte pressioni e a temperatura controllata, in presenza di un catalizzatore che rende la trasformazione chimica veloce e quantitativa, e dunque l’intero processo è molto efficiente.
Nella reazione di saponificazione i grassi, che in genere sono presenti in forma di trigliceridi, vengono trattati con una soluzione di idrossido di sodio. Le condizioni basiche idrolizzano il trigliceride e si forma così il sale, che costituisce il nostro sapone, e la glicerina, che nei processi industriali viene recuperata e riutilizzata nell’industria cosmetica, farmaceutica e anche del tabacco come agente umidificatore. Guardando la stechiometria della reazione osserviamo che utilizzando 3 equivalenti di base tutto il grasso reagisce e la reazione è quantitativa. Se volessimo un sapone “più gentile” con la pelle, dovremmo usare un quantitativo di idrossido di sodio inferiore a quello stechiometrico, in modo che non tutto il grasso reagisca. Per questa ragione, in base all’utilizzo del sapone (shampoo, doccia, mani, viso, panni), viene effettuato in diversa percentuale “lo sconto della soda”. Lo sconto della soda assicura così che ci sia una parte di grasso non reagito nel nostro sapone: chimicamente parlando, la soda diventa in questo modo il reagente limitante.

Come “funziona” il sapone?
La molecola di sapone è costituita da due parti: una “testa” idrofila, dotata di una carica negativa (non dimentichiamo che il sapone è essenzialmente costituito da sali di esteri carbossilici) e da una lunga “coda” lipofila (una lunga catena di atomi di carbonio).

In altre parole, la molecola di sapone ha contemporaneamente affinità chimica sia per l’acqua, grazie alla sua testa idrofila, sia per il grasso (lo sporco), grazie alla sua coda lipofila. Inoltre, le molecole di sapone disciolte nell’acqua si organizzano in modo da esporre verso il solvente la loro parte idrofila (polare) e ripiegano le code lipofile verso l’interno di una struttura sferica (micella). All’interno delle micelle lo sporco è circondato e inglobato dalle parti lipofile: in questo modo il sapone cattura i grassi e in qualche modo li “solubilizza”, consentendo che essi vengano veicolati verso l’acqua che li porta via.

I detergenti “moderni”
Le formulazioni dei detergenti attualmente in uso sono complesse e diversificate a seconda dell’uso cui sono destinati. Se consideriamo i detersivi per il bucato, ad esempio, essi devono essere in grado di svolgere la loro azione “pulente” su vari tipi di tessuti e di macchie, a diverse temperature e in differenti condizioni di durezza dell’acqua. Per questo motivo il semplice “sapone” non è più sufficiente. Tutte le formulazioni includono due componenti principali: i tensioattivi e i sequestranti di durezza (builder) che sono la “colonna dorsale” di tutti i detergenti. Accanto a queste due famiglie funzionali, i detersivi contengono una serie di coadiuvanti che conferiscono caratteristiche specifiche e che differenziano le varie formulazioni tra loro.
I tensioattivi sono sostanze schiumogene, che hanno la capacità di ridurre la “tensione superficiale”* dell’acqua, consentendo così di rimuovere lo sporco ed evitare che esso si ridepositi, mantenendolo in sospensione nella fase acquosa. I tensioattivi possono essere:

  • anionici: hanno una carica elettrostatica negativa e sono i più diffusi. Fanno parte di questa classe composti come gli alchilbenzensolfonati, gli alchilsolfati, gli alchiletossisolfati e gli alcoletossisolfati;
  • cationici: hanno una carica elettrostatica positiva. Fanno parte di questa classe composti come i sali di ammonio quaternari e gli esteri quaternari;
  • non ionici: non sono dotati di carica elettrostatica netta, quindi sono meno sensibili alla durezza dell’acqua. Fanno parte di questa classe composti polari come gli alcoli etossilati e gli ossidi di alchilamina;
  • anfoteri: sono in grado di assumere una carica elettrostatica positiva o negativa, a seconda del tipo di soluzione nella quale si trovano. Fanno parte di questa classe composti come le betaine e gli alchilammino-ossidi.

I sequestranti di durezza (builder) hanno la funzione di favorire le prestazioni dei tensioattivi, diminuendo la durezza dell’acqua. Ingredienti “storici” di questa categoria sono i polifosfati. A seguito di episodi di crescita abnorme di alghe (eutrofizzazione) nel mare Adriatico negli anni Settanta, l’uso dei polifosfati nei detersivi per il bucato è stato praticamente eliminato in Italia da alcuni decenni e sono stati sostituiti dalle zeoliti.

*Tensione superficiale: Per comprendere di cosa si tratti, dobbiamo considerare i liquidi stessi a livello molecolare. Una molecola collocata all’interno di un liquido è completamente circondata dalle altre molecole: questo fa sì che essa sia soggetta ad attrazioni che si esercitano in ogni direzione e, quindi, si controbilanciano. Al contrario, le molecole che si trovano sulla superficie subiscono delle forze attrattive che solo in parte si elidono a vicenda. Ciò succede perché il numero di molecole contenute nella fase vapore che sovrasta la superficie del liquido è notevolmente minore. La risultante delle forze di attrazione è non-nulla, è diretta verso l’interno del liquido e determina la tendenza della superficie del liquido a contrarsi, divenendo la minima possibile. Questo è il motivo per cui una goccia d’acqua ha una forma sferica: la sfera è la figura geometrica che a parità di volume ha superficie minore. (Per saperne di più: Sperimenta la tensione superficiale)

Nella tabella che segue sono elencati alcuni ingredienti e coadiuvanti e il tipo di prodotti in cui si trovano:

tabella_detergenti

ISPESL- Osservatorio Nazionale Epidemiologico sugli ambienti di vita-Gruppo di lavoro “DETERGENTI”

Ricetta per fare il sapone in casa
Ingredienti

  • 900 grammi olio d’oliva (non extravergine, piuttosto olio usato per friggere)
  • 115 grammi soda caustica anidra (si acquista anche al supermercato, in forma solida)
  • 315 grammi acqua

Occorrente

  • Una bilancia
  • Un bicchiere per pesare la soda caustica
  • Un recipiente di vetro resistente al calore
  • Una pentola di acciaio inox di capacità doppia rispetto al volume di olio impiegato
  • Una seconda pentola che possa contenere la pentola di acciaio inox
  • Un cucchiaio di legno
  • Guanti di gomma

Procedimento a caldo
Il procedimento a caldo è più lungo rispetto a quello a freddo, ma offre il vantaggio di essere più semplice, il risultato di solito è migliore e il sapone ottenuto ha un tempo di stagionatura più breve. Inoltre, se si decide di aggiungere al sapone ingredienti “accessori” per migliorarne le caratteristiche (come oli essenziali, coloranti o profumi), questi non saranno aggrediti e deteriorati dalla soda caustica. Cominciamo! Dopo aver pesato accuratamente tutti gli ingredienti, versate l’acqua in un contenitore di vetro resistente al calore. Lentamente e con cautela, aggiungete la soda caustica all’acqua (MAI fare il contrario!), mescolando con un cucchiaio di legno. La dissoluzione dell’idrossido di sodio (soda caustica) nell’acqua è un processo esotermico, ossia sviluppa calore. Per questo motivo è opportuno l’impiego di un recipiente resistente al calore e di un cucchiaio di legno, che è contemporaneamente resistente all’idrossido di sodio e non conduce calore. Quindi coprite il contenitore, con un piattino per esempio, e aspettate che la soluzione di soda caustica si raffreddi a circa 45°C. Intanto riscaldate l’olio in una pentola di acciaio inox (di capienza doppia rispetto al volume di olio) fino a una temperatura di circa 45°C. A questo punto potete aggiungere la soluzione di soda all’olio, mescolando con il solito cucchiaio di legno. L’olio subirà una variazione di colore, diventando opaco. Ora si può iniziare a emulsionare la miscela con il frullatore ad immersione. Man mano che si procede, la miscela diventa sempre piú cremosa e consistente, fino a raggiungere, dopo 5-10 minuti, la cosiddetta consistenza “a nastro”. È a questo punto che la saponificazione vera e propria può avere inizio! Il processo è favorito dal calore, quindi la pentola contenente l’emulsione deve essere immersa in una seconda pentola, più grande, contenente dell’acqua e riscaldata fino a una temperatura di circa 70-80°C. In pratica, l’acqua contenuta nella seconda pentola più grande deve appena sobbollire. Di tanto in tanto, mescolate con il cucchiaio di legno. Vedrete che dopo una mezz’oretta dall’inizio dell’ebollizione, l’emulsione inizierà a diventare scura e trasparente, assumendo una consistenza gelatinosa. La fase di cottura deve durare 2 ore, al termine delle quali è possibile aggiungere ingredienti facoltativi, come coloranti o oli essenziali e profumi, per rendere il nostro sapone “fatto in casa” più gradevole. Poiché la lunga cottura favorisce l’eliminazione dell‘eventuale eccesso di soda, è possibile versare il sapone anche in semplici e comodi contenitori di alluminio, dove lo lasceremo a solidificare per 2 o 3 giorni in un luogo fresco e asciutto. Terminata questa fase, il sapone sarà sì solido, ma non profumato (anzi!!!) e potrebbe contenere ancora tracce di soda. Perché assuma caratteristiche più gradevoli, dovremo attendere la fase di stagionatura, ovvero conservarlo in un posto fresco e asciutto e aspettare almeno un mese. Passato questo tempo il vostro sapone sarà perfettamente utilizzabile.

A cura di Tiziana Perri

Bibliografia

  • ISPESL-Osservatorio Nazionale Epidemiologico sugli ambienti di vita, Gruppo di lavoro “DETERGENTI”, 2004.
  • saponescientifico.altervista.org
  • Chimica organica, T. W. Graham Solomons, Craig B Fryhle,Zanichelli, 2008.
  • Chimica. Che palle!, Raffaella Crescenzi, Stefano Cervini, 2015.
 
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