noemt men in het algemeen de chemische verbinding van een vetzuur met een metaal of radicaal; meer in het bijzonder wordt de naam gegeven aan de in water oplosbare alkalizouten van de hogere vetzuren, vnl. de natrium- en kaliumzouten.
Archaeologische vondsten, tot nu toe gedaan, hebben aangetoond dat het koken van olie en loog bekend was aan de Babyloniërs, ca 2800 jaar v. Chr. Het verkregen product, dat in elk geval zeep moet hebben bevat, werd echter niet als wasmiddel maar als cosmetisch product of als geneesmiddel gebruikt (zalf). Het zou nog eeuwen duren voordat de reinigende werking van zeep werd ontdekt en zeep voor dit doel werd vervaardigd. Zeep was onbekend in Egypte en in het oude Griekenland. Wel staat vast, dat Galliërs en Germanen zeep kenden en de kunst van het zeepmaken aan de Romeinen leerden.
In zijn „Naturalis Historia”, geschreven ca 70 jaar n. Chr., gebruikt Plinius voor het eerst het woord sapo voor een van de Galliërs afkomstig product, verkregen uit schapentalk en as van verbrande zeewieren. Deze zeep werd gebruikt als een soort pommade en wel voor het rossig verven van het haar.
De eerste, die zeep noemt als wasmiddel, is Galenus (131-201) die mededeelt dat zeep dient om vuil van het lichaam en van de klederen te verwijderen.
De waswerking van zeep berust vnl. op de oppervlakte- en grensvlakte-spanning verlagende werking die zeep uitoefent. Waswerking is een uiterst ingewikkeld samenstel van allerlei factoren. Bij het wassen gaat het om het reinigen van oppervlakken van vuil door middel van waterige oplossingen van een wasmiddel. Het uiteindelijk resultaat is afhankelijk van de aard van de te reinigen stof, de aard van het vuil, de mate der verontreiniging, de samenstelling van het wasmiddel, de temperatuur en de mechanische agitatie. Het wasmiddel bevochtigt de stof, verbreekt de hechting van het vuil aan de vezel, emulgeert het vet, dispergeert het vuil en houdt dit in suspensie, zodat het zich, fijn verdeeld als het is, niet weder aan de gereinigde vezel kan hechten.
Pogingen om waswerking op een of andere wijze, bijv. d.m.v. een formule, in een verhoudingsgetal uit te drukken hebben nog steeds gefaald. Waswerking is te gecompliceerd om met één kencijfer te worden vastgelegd. Het bepalen van de relatieve waswerking door practische wasproeven geschiedt door proefdoeken, die met standaard vuil zijn verontreinigd, onder constante omstandigheden te wassen, om door meting van de reflectie vóór en na het wassen tot de mate van vuil verwijdering te komen, en door meting van de treksterkte van de vezel tot de slijtage. In de vakliteratuur worden vele standaardmethodes voor de vaststelling van het waseffect beschreven die hun voor- en nadelen hebben. Tot een algemeen erkende absolute standaardmethode is men nog niet gekomen.
Grondstoffen voor de zeepfabricage zijn de plantaardige en dierlijke oliën en vetten, die, chemisch gesproken, verbindingen zijn van vetzuren met glycerine (of oliezoet, zoals de ontdekker Scheele in 1779 deze stof noemde). Zeep wordt verkregen door de inwerking van alkalihydroxyden (natronloog of kaliloog) op deze oliën en vetten. Bij de reactie verbinden de vetzuren zich met de alkalihydroxyden tot zepen en komt de glycerine vrij. In de practijk vindt het verzepingsproces plaats doordat de gesmolten oliën en vetten met loog worden gekookt. Nadat de chemische reactie is verlopen wordt aan de massa, die uit zeep, glycerine en water bestaat, zout toegevoegd om zeep en glycerinewater te scheiden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de eigenschap van zeep onoplosbaar te zijn in een sterke zoutoplossing.
Na het uitzouten drijft de onoplosbaar geworden soortelijk lichtere zeep op de pekel die de glycerine heeft opgenomen. Het uitzouten van de zeep verwijdert niet alleen de glycerine, maar ook onzuiverheden en kleurende stoffen.
Het mengsel van pekel en glycerine, de zgn. onderloog, wordt afgetapt en, na een chemische voorbehandeling ter reiniging te hebben ondergaan, door indamping geconcentreerd tot ruwe glycerine, uit welk 80-percentig product (de zgn. onderloogglycerine) door destillatie chemisch zuivere 100-percentige glycerine wordt verkregen.
Er zijn vele varianten op het verzepings- en uitzoutingsproces. Zo kunnen de oliën en vetten vóór de verzeping gesplitst worden in vetzuren en glycerine. Dit geschiedt door langdurig koken van de oliën en vetten in open ketels met zwavelzuur in aanwezigheid van een emulgator (Twitchellproces) of door behandeling in autoclaven met stoom onder hoge druk in aanwezigheid van een katalysator.
Het zure glycerinewater van het Twitchellproces wordt geneutraliseerd en levert, na indamping, een 88-percentige ruwe glycerine op, de zgn. saponificaatglycerine. Het verzepingsproces kan geschieden in open ketels, of, onder druk, in autoclaven, en discontinu of continu zijn.
Het uitzoutingsproces kan discontinu, semicontinu of continu plaats vinden, al of niet in tegenstroom. De scheiding van zeep en onderloog komt bij de discontinue werkwijze tot stand door de massa te laten bezinken, hetgeen betrekkelijk veel tijd vergt. De afscheiding kan worden versneld door, zoals bij de nieuwste continue methodes, centrifuges te gebruiken. Men treft allerlei combinaties der verschillende werkwijzen aan, waarvan er een aantal door patenten is beschermd.
Eeuwenlang is het zeepzieden een kunst geweest, waarvan de adepten zich met een waas van geheimzinnigheid omgaven.
In het begin van de 20ste eeuw poogde Merklen (1906) het ziedproces wetenschappelijk te doorgronden. Ubbelohde gaf de stoot tot verder onderzoek: proefschriften zijner leerlingen, vooral dat van Richert (1911) zijn als klassieke studies over het onderwerp te beschouwen.
Richert kwam tot fundamentele conclusies. Hij bepaalde voor een groot aantal zepen uit enkelvoudige vetzuren en uit natuurlijke vetten de electrolytconcentraties waarbij uitzouting (d.w.z. scheiding in twee vloeibare lagen) begint en die, waarbij de uitzouting volledig is (grensloogconcentratie).
Hij stelde vast, dat het relatieve uitzoutingsvermogen van electrolyten constant is en in verhoudingsgetallen kan worden uitgedrukt. Verder, dat mengsels van verschillende electrolyten zich gedragen als één enkelvoudige electrolyt, waarin elk der componenten aan het uitzouten deelneemt naar verhouding van zijn absolute hoeveelheid. Op grond van deze bevindingen werd het mogelijk de gecompliceerde logen, die in de practijk voorkomen, onderling te vergelijken door hun concentratie uit te drukken als gereduceerde concentratie, d.i. de concentratie van een natronloog van gelijke uitzoutende werking. Verder stelde Richert vast, dat mengsels van vetzuren zich gedragen als een enkelvoudig zuur. Hiermede was het uitzoutingsproces voor het eerst quantitatief benaderd en werd het mogelijk voor de meest uiteenlopende mengsels van vetzuren de grensloogconcentratie te bepalen, en te berekenen hoe de samenstelling van een uitzoutingsloog moest zijn.
Sedert 1910 hebben Mc Bain en zijn medewerkers in een lange reeks artikelen regelmatig de resultaten van een groots opgezet onderzoek van zeepoplossingen en zepen gepubliceerd en daardoor mede de grondslag gelegd tot het vervangen van de op empirie berustende kunst van het zeepzieden door een quantitatief beheerst physisch-chemisch systeem.
Wanneer het verzepingsproces heeft plaats gevonden resulteert een homogene massa, die als een zeepoplossing is te beschouwen. Wordt aan deze oplossing electrolyt toegevoegd, dan neemt de oplosbaarheid van de zeep af. Stijgt de electrolytconcentratie geleidelijk, dan wordt het punt bereikt waarop de oorspronkelijk homogene massa zich scheidt in twee vloeibare lagen, nl. een zeeprijke electrolytarme laag en een zeeparmere, electrolytrijkere laag. Bij voortgezet toevoegen van electrolyt schrijdt deze scheiding steeds verder voort, totdat bij de grensloogconcentratie volledige uitzouting is bereikt in onderloog en de zgn. kern. Deze onderloog bevat practisch geen zeep meer. Verdere verhoging van de electrolyt-concentratie brengt in het systeem geen verandering meer teweeg. De kern heeft een bepaalde hydratatietoestand bereikt (z hydratatie; colloïden).
In de practijk van de zeepfabricage heeft men slechts zelden met een volledig uitgezouten kern te maken, maar meestal met een zgn. geslepen kern. Het slijpen van de kern geschiedt door niet volledig, maar gedeeltelijk uit te zouten. Daarbij treedt eveneens een scheiding op in twee vloeibare lagen, nl. van geslepen kern en lijmneerslag. Het lijmneerslag is een optisch isotrope oplossing van zeep in een electrolyt-oplossing waarvan de electrolyt-concentratie beneden de grensloog-concentratie ligt. De geslepen kern bestaat voor het grootste gedeelte uit optisch anisotrope zeep in een bepaalde hydratatie-toestand en voor een klein gedeelte uit ingesloten lijmneerslag.
Bij de fabricage van zachte kalizeep gaat men anders te werk. Hierbij komt het niet tot uitzouting, maar de na het verzepingsproces verkregen zeepmassa wordt met electrolyten geconditionneerd, waarbij men blijft beneden de drempelwaarde waarbij uitzouting zou volgen. Het verkregen product heeft een karakteristieke consistentie en uiteraard een lager zeepgehalte dan een geslepen kernzeep. Terwijl het natronzeepgehalte van een geslepen kern rond 70 pct bedraagt is het kalizeepgehalte van een zachte zeep ca 43 pct.
De eigenschappen van zeep zijn in hoge mate afhankelijk van de aard der gebruikte grondstoffen. Verzeping met natronloog geeft harde, en verzeping met kaliloog zachte zepen. Van nog meer invloed is de aard der vetzuren. Men onderscheidt de oliën en vetten in verschillende klassen, nl.:
a. de talkklasse, waartoe behalve runder- en schapentalk, ook de palmolie behoort en de door harding van oliën verkregen kunstmatige talk;
b. de kokosvetklasse, waarvan de meest bekende representanten kokosvet en palmpitvet zijn;
c. de olieklasse; hiertoe behoren de bij kamertemperatuur vloeibare vetstoffen, zoals grondnoten-, soyabonen-, zonnebloemzaad-, mais-, katoenzaad-, olijf-, raapzaad-, en lijnzaadolie, benevens walvistraan en visoliën.
Zepen van de talkklasse zijn bijzonder hard, moeilijk oplosbaar in koud water (waardoor zij slecht aanschuimen); in heet water schuimen zij goed; het schuim is fijnblazig en roomachtig; de waswerking bij hoge temperaturen is voortreffelijk.
Zepen van de kokosvetklasse zijn zeer hard, doch lossen reeds in koud water snel op en geven een overvloedig grofblazig schuim, dat echter bij hogere temperaturen snel wegslaat, de waswerking gaat snel achteruit met het stijgen van de temperatuur.
Zepen van de olieklasse zijn zacht en kleverig, goed oplosbaar in water van lagere temperaturen, goede schuimers en wassers, vooral bij de middentemperaturen.
Van de verschillende zepen zijn die van de kokosvetklasse zoutbestendiger dan de andere, vandaar het gebruik van kokosvet in zgn. zeewaterzeep. Echter is de kokoszeep meer dan de andere zepen irriterend voor een gevoelige huid. Behalve oliën en vetten wordt als grondstof voor de zeepbereiding ook wel, zij het in beperkte mate, hars gebruikt. Hars bevat vnl. abietinezuur dat, geneutraliseerd met loog, een verbinding vormt met typische zeep-eigenschappen. Harszuren zijn echter geen vetzuren, zodat de naam harszeep eigenlijk niet juist is. Harszeep is taai, kleverig, goed oplosbaar, sterk schuimend en bestendig tegen zouten in nog sterkere mate dan kokoszeep.
De zeepfabrikant kan door een juiste keuze uit de hem ter beschikking staande oliën en vetten die eigenschappen aan zijn product verlenen, die voor een bepaald doel het meest geschikt zijn.
Het door het ziedproces verkregen zeepproduct (geslepen kernzeep) is niet watervrij. Het is zeep in een bepaalde zwellingstoestand en bestaat voor rond 70 pct uit zeep en voor 30 pct uit water (waarin al of niet nog een hoeveelheid glycerine kan zijn achtergebleven). Deze zeepmassa kan, als huishoudzeep, gekoeld worden als zodanig, in stangen gesneden, gestempeld en verpakt, zonder andere bijmengselen dan event. wat kleurstof of parfum.
Het is echter ook mogelijk de zeep te concentreren. Dit geschiedt door de zeepmassa op koelwalsen te doen stollen, de gestolde zeep, die in linten van de walsen wordt geschraapt, te onderwerpen aan een droogproces door blootstelling aan een warme luchtstroom, hetzij op horden in een droogkast, hetzij op de lopende banden in een droogtunnel. De gedroogde zeeplinten bevatten nu ca 85 à 90 pct watervrije zeep en dienen als grondstof voor toiletzeep enerzijds en voor zeepvlokken anderzijds.
Bij de fabricage van toiletzeep worden de gedroogde linten vermengd met parfum, kleurstof en eventueel andere ingrediënten. De massa wordt zorgvuldig gehomogeniseerd met behulp van wrijfwalsen (pileermachines) en ten slotte samengeperst tot een stang in een stangenpers (pelouteuse). De stang wordt in stukken gesneden en de stukken worden gestempeld enz.
Bij de fabricage van zeepvlokken wordt de gedroogde zeep zeer dun uitgewalst tot een transparante film die in ruitjes wordt verdeeld met roterende messen.
Zowel huishoudzeep, toiletzeep als zeepvlokken zijn zuivere zepen, die alleen van elkander verschillen in samenstelling van de gebruikte oliën en vetten, en in zeepgehalte. Het is gebruikelijk het zeepgehalte uit te drukken in vetzuurpercentage. Huishoudzeep heeft in verse toestand rond 62 à 63 pct vetzuur, toiletzeep 78 à 80 pct, terwijl zeepvlokken een vetzuurgehalte van 83 à 84 pct bezitten.
De aanduiding 72 pct, die men soms nog op huishoudzeep aantreft, is afkomstig uit Frankrijk, waar men, reeds eeuwen geleden, de gewoonte had het gehalte van een zeep uit te drukken in de som van de hoeveelheden olie en loog, er in verwerkt.
In 1794 vond Leblanc zijn procédé uit voor de fabricage van kunstmatige soda. Tot die tijd was de zeepfabricage op de natuurlijke soda aangewezen geweest. De Leblanc-soda leidde tot de uitvinding van het zgn. waspoeder. Zeep, in nog vloeibare toestand met soda vermengd, stolt tot een harde massa, die tot poeder kan worden vermalen. De Engelse zeepfabrikant Hudson bracht omstreeks 100 jaar geleden zijn Hudson’s dry soap in de handel. Dit product was goedkoper dan zeep door de soda, die er, oorspronkelijk tot dit doel, aan was toegevoegd.
Het zou nog tientallen jaren duren voordat het wetenschappelijk onderzoek aantoonde dat toevoeging van soda (en van andere wasalkaliën) aan zeep de reinigende werking ondersteunt en verhoogt. Het moderne zeeppoeder is een combinatie van zeep met soda, en andere wasalkaliën, in een dusdanige verhouding, dat een optimum aan waswerking wordt verkregen.
Zeeppoeders worden tegenwoordig gemaakt door verstuiven van een grondmassa die zeep, wasalkaliën en andere ingrediënten in de juiste verhouding bevat. In sproeitorens wordt de massa óf op snel ronddraaiende schotels gebracht, óf door fijne openingen van een soort douche geperst, zodat fijne druppels ontstaan in een turbulente geconditionneerde luchtstroom. Door stolling en kristallisatie ontstaat een poedervormig product. In het zelfwerkend wasmiddel dat in het begin van deze eeuw zijn intrede deed, is aan het zeeppoeder een bleekmiddel (bijv. natriumperboraat) toegevoegd, waardoor een product is verkregen, dat bij het koken van het wasgoed, reinigende werking met blekende werking combineert, zodat het achteraf bleken overbodig wordt. Het zelfwerkend wasmiddel heeft grote opgang gemaakt in de Westeuropese landen.
A. J. DE JONG
Lit.: F. Merklen, Etudes sur la constitution des savons du commerce (1906); Th. Richert, Über das Aussalzen von Seifen (1911); Ubbelohde’s Handbuch der Chemie u. Technologie der öle und Fette, Bd III, 2. Abt. Chemie und Technologie der Seifen und Waschmittel (2.
Aufl. 1930); Handb. d. Kolloïdchemie, Bd V, Kolloïdchemie der Seifen d. E. L. Lederer (1932); E. G.
Thomssen en C. R. Kemp, Modem Soapmaking (1937); Hefter-Schönfeld, Chemie und Technologie d. Fette und Fettprodukte, Bd 4. Seifen und Seifenartige Stoffe (1939). J- H.
Wigner, Soap Manufacture (1940); Die Seife, Ciba Rundschau Nr 60 (Juli 1943); G. Leffingwell en M. Lesser, Soap in Industry (1946).
