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ウォーターディスカウントについて [├ 用語・材料・化学っぽいこと]

手作り石鹸で、ウォーターディスカウント(water discount)という手法について知っていたら教えてというご依頼をいただきました。

私自身はまだ実践していないので過去にどこかで読んだり調べたりというレベルの話になってしまいますが、知っている範囲でメモしておきます。
メモとか言ってすっげー長文になってしまってます。覚悟して読んでくださいませ。。。


(写真は本文と関係ありません)


ウォーターディスカウントとは、文字通り「通常より水を減らす」という意味です。
原則 コールドプロセスのナトリウム石鹸で適用され、DWCP(discounted water cold process method )と略されることが多いようです。この記事でも以降WD(water discount)またはDWCPの略称を用いることにします。

後で水を足すカリ石けん(リキッド)の時にはWDは行いません。水分の蒸発の多いホットプロセスの場合は少しだけディスカウントが普通のようです(後述)。


■DWCPの計算方法

はじめに、日本では私を含めて多くの方がレシピの水分量を決めるのにオイルの重量に対して何%という計算をしていると思いますが、DWCPでは苛性ソーダ水溶液の濃度を基準に、あるいは苛性ソーダの重量に対して水が何倍と考える点が大きく異なります。

次に最も肝心な、どの程度のディスカウントを行うのかという点です。数字のイメージをつかみやすくするためにモデルレシピを設定しましょう。

▼モデルレシピ  ※SAV:鹸化価(NaOH)
オリーブ油(SAV 132.1)  80%    400g   
ココナッツ油(SAV 184.3) 20%  100g  →計 500g
鹸化率 90% →NaOH 量  64.5g    
水分量 ???


水分量
▼従来の方法
一般的にはオイルの30〜40%くらいとしている人が多いと思います。オイルが500gのモデルレシピでは 150〜200gくらいになります。
苛性ソーダ水の濃度としては 
64.5 ÷ (150+64.5) × 100 = 30.0% 
64.5 ÷ (200+64.5) × 100 = 24.5%   
このくらいの範囲です。オイルの組成によっては多少前後します。平均的には27%程度です。

つまりこれより濃い(= 水分の少ない)NaOH水溶液を使う場合、WDCPとなります。

▼DWCP
NaOH濃度として33%〜50%程度の水溶液を使います。
幅広いですが、水溶液を作る観点からすると以下の3パターンが基本です。

33%  → NaOH : 水 = 1 : 2  (NaOH重量の2倍の水) 
40%  → NaOH : 水 = 1 : 1.5  (NaOH重量の1.5倍の水)
48〜50%  → NaOH : 水 ≒ 1 : 1  (NaOH重量とほぼ等量の水)

後に書きますが、50%が限界の濃度ということをまず覚えておいてください。

モデルレシピでは64.5gのNaOHを使うので、33%濃度にしたければ倍の129g、40%なら1.5倍の97g、50%なら等量の65gの水を用意します。
任意の濃度(W%)の時は以下の式を使って計算します。

水分量 =  NaOH重量 ÷ W × (100 − W)

上記の3パターンをモデルレシピに当てはめた場合、オイルに対しての水分量は以下のようになります。

33%  水分量129g、オイルに対して 26%
40%  水分量  97g、オイルに対して 19%
48%  水分量  70g、オイルに対して 14%


■何が違うの?

DWCPの効果は3点あると考えられます。

1) トレースまでの時間が短縮される場合が多い
2) 水分の蒸発による変形や減量が少ない
3) WDしない場合に比べて比較的短期間で長期熟成品のような使用感になる。具体的には泡立ちがよくなるといわれる。

3)について誤解しないでいただきたいのは、強アルカリを落ち着かせるための熟成期間(一般的には4週間)は短縮されずに必要だということです。
水分が少ないのでその後の乾燥期間が短縮されるという意味ととらえてください。1年待たなくても1年もののような。。。 の使用感が得られると良いですね。(やってないので断言できません)


■使えるレシピ

化学反応を行わせるという観点からはNaOHが溶けてさえいればよいので濃い水溶液を使うことには問題ありません。
しかしどんなレシピ(油脂の配合)でもWDを適用できるかとできるかというと現実的にはそうでもなく、やはり水分が少なくなることによる作り難さというのがあるようです。

上記の3パターンの濃さを例に取ると、

33〜36%:ほとんどのレシピに適用可能。HPも可。DWCP初心者向き
40%:ソフトオイルが半分以上のレシピ向き。中・上級者向き
48〜50%:ソフトオイル100%のレシピ向き。上級者向き

ここでソフトオイルとは、脂肪酸構成が不飽和脂肪酸メインで常温で液体の油脂です。オリーブ油やスィートアーモンド油、アボカド油などが該当します。


■使えないレシピ

前項で、NaOH水溶液が濃くなるほどソフトオイルの多いレシピを推奨しています。逆にいえばハードファッツ(常温で固体の脂)の多いレシピはWDに向かないと言えます。水分が少なくなると初期の鹸化反応が速まり、またできあがりの石鹸が硬くなるため、そのような特性を強める油脂やオプションを用いると相乗効果で作り難さが増すためです。やり過ぎるといきなり固まって型入れできなかったり、硬くなりすぎて型出しやカットが困難になります。

DWCPに向かない、あるいは注意が必要な油脂やオプション

▼ハードファッツが多いレシピ(パーム油、ココナッツ油、各種バター類など)。飽和脂肪酸は鹸化が速いため。特に未精製のものは注意。DWCP初心者は40%未満で。

▼ 初期の鹸化を加速するオプションは厳禁。ミルク、アルコール、糖分、ステアリン酸などの単体脂肪酸、ワックス類など。

▼一部のフレグランスオイルやエッセンシャルオイルは成分中のアルコール類の作用で鹸化を促進することがあるので、通常の水分量でトレースが早まった経験があるものは用いないこと。


■その他の注意

▼通常の水分量での経験がない人はDWCPに挑戦してはいけません。

▼NaOHおよび水溶液の取り扱い上の注意点は通常と同じですが、濃度が濃いため、より細心の注意を払うこと。
特に、溶解時の温度が高くなること、アルカリ性のヒュームが発生しやすいことを念頭におくこと。
また濃厚溶液は冷めると沈殿や凝固が起こりやすいので、温度を監視し冷却中も攪拌し続けること。

▼鹸化が速いので、型や後入れのオプションを準備してから始めること。

▼NaOH溶液をタネに加える時は、通常よりもゆっくり、少しずつ行うこと。

▼急速に温度が上がり、また冷めやすいので、型は保温しておく方が部分的な白化やムラを避けやすいと考えられます。

▼硬くて切れなくなる可能性があるので、温度が下がって落ち着いたらすぐ型出ししてカットすること

▼アルカリが落ち着くまでの熟成期間は通常の水分量の場合と同じです。


■上限の50%について

NaOH水溶液の濃度の上限は50%としてください。
溶解度の上限に近づくためです。

溶解度 (飽和水溶液中の水酸化ナトリウム濃度、理科年表2000年)
60℃  63.5%、40℃ 56.3%、20℃ 52.2% 、0℃ 29.6%

また50%水溶液の融点は約12℃です。つまり氷水などで冷やしながら水溶液を作っている時、または水溶液を保管中に、冷やしすぎると凍ってしまうのです。沈殿ができるのではなく、全体ががっちり凍ります。厄介です。
私の勤務先(化学メーカー)の製造現場では大量の48%水溶液を使いますが、貯蔵タンクには冬場に凝固するのを防止するための加温設備が付属しています。


(再び写真は本文と関係ありません)

■以下余談

これは私の印象ですが、この方法、水分を減らすという発想のところではなく苛性ソーダ濃度で考えるあたりは、販売するためにある程度まとまった量を作ろうとする人や実験室的・工業的な手法に慣れた人から出てきたもののように思います。
そこそこの量が必要な時や短期間にバッチ数をこなしたい時にフレークを都度都度溶かして水溶液を作るというのは非常に面倒で、大量の水溶液を作り置きして必要な量を取り分けて使うほうが合理的ですし、実際にそのように行われています。

上にも少し書いたように工業的にはNaOH水溶液が流通しています。日本では48%と25%、米国では50%と25%が一般的です。
米国ではスモールビジネスのソープメーカー向けにLye Tank(温調付き)も売られており、このタンクと調製済みの水溶液を購入しておけば手間とフレークの置き場を節約し、フレークからの調製での発熱などの危険性も多いに低減できます。
30〜40%程度のものを貯槽しておけば、特に希釈せずさっと作り始めることができますね。

ちなみに、あらかじめ調製済みの水溶液がある場合の水溶液の必要量を求める式は以下のようになります。

この記事のモデルレシピに必要な33%水溶液の重量の計算
NaOH 64.5g分の33%水溶液重量 = 64.5 ÷ 0.33

任意の数値では
NaOH ▲g分の W%水溶液重量 = ▲ ÷ (W / 100)



「水分の半量を別のオプションに置き換えて後入れ」するために40〜50%近い濃度の水溶液を作った経験のある方は結構多いのではないでしょうか。その後入れオプションを入れない方法と思えばそれほど未知の領域ではないかもしれません。

はじめにも書いたように私自身は今のところWDを積極的に実践していないしできあがった物の比較もしていません。なので本記事はこの手法が本当に良いものだとお勧めするものではなく巷の情報を寄せ集めたものであることをご了承ください。

また、従来のオイルに対して30〜40%くらいという決め方がダメだとか古いと否定するものでもありません。従来の方法は何より分かりやすいし、反応条件が過酷でなく失敗が少ない条件であることは間違いありません。



長文失礼しました。おつかれさま!


参考サイト
よくまとまっているものの例
http://www.aquasapone.com.au/soapmaking/discountedcp.html


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コメント 2

ハタヤ商会 AYA

ゆりくまさん、こんばんは!

やっぱり、ゆりくまさんの記事は判りやすい〜
WDについては、参考サイトで紹介されている"il tuo sapone 〜"
で知って以来、時々試みています。

利点として、トレースまでの時間が短縮、と言われていますが、
何故か、これまでのケースでは、トレースまでの時間が
通常の水分量の時よりも随分長いような感触です。
けれど、変形も少なく、しっかり乾燥されるのか扱い易い石けん
に仕上がりました!
湿度の高い季節に良い手法のひとつですね。

それから、ブログを引っ越ししました。
もじもじとコメントしそびれてお知らせが遅くなりましたが、
引き続きリンクさせてください!
by ハタヤ商会 AYA (2012-06-09 00:23) 

ゆりくま

■AYAさん

ご無沙汰してます(笑)

私は最近極端にバッチ数が減っているので実験やお遊びを盛り込む余裕がなく欲求不満気味です。
次のはデザイン系にするのをやめてこっちにしてみようかなぁ。

濃い水溶液だと鹸化の始めは速いのですが、乳化・分散後は体積が少ないがゆえの接触面積不足になるのでソフトオイルの多いレシピで手混ぜだと逆に遅くなるかもしれません。
そこそこ飽和脂肪酸があれば一気にトレースまでいけると思います。
半量後入れレシピでも、あっという間にトレースが出て焦る時といつもと全く変わらない時があったように記憶してます。

ブログの件、了解です。
by ゆりくま (2012-06-09 21:08) 

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