pH-Wert von Seife: was normal ist und wie Sie auf freie Lauge testen

Seife ist das Salz einer Fettsäure und eines starken Alkalis, und in Wasser macht jedes solche Salz das Wasser alkalisch. Ein gut gemachtes Stück testet deshalb nie neutral, und ein hoher pH-Wert allein beweist nichts. Was Sie eigentlich wissen wollen, ist, ob das Stück freie Lauge enthält, also Natriumhydroxid, das kein Öl gefunden hat, mit dem es reagieren konnte. Diese Anleitung erklärt, was ein normaler Messwert ist, warum der pH-Wert ein schlechtes Maß für freie Lauge ist und was jeder der üblichen Tests für zu Hause sagen kann und was nicht.

Warum jede echte Seife alkalisch ist

Ein Seifenmolekül ist eine Fettsäure, deren saures Wasserstoffatom durch Natrium ersetzt ist, bei Schmierseife durch Kalium. Fettsäuren sind schwache Säuren und Natriumhydroxid ist eine starke Base; in Wasser holt sich deshalb ein kleiner Teil der Seife ein Wasserstoffatom aus dem Wasser zurück, wird wieder zur Fettsäure und hinterlässt ein Hydroxidion. Dieses Hydroxid ist der Grund, warum Seifenwasser alkalisch ist, und es ist auch in einem perfekt gemachten Stück ohne jede freie Lauge vorhanden.

Wie alkalisch, hängt von den Fettsäuren ab. Längere Ketten lagern sich in Wasser zusammen, und dicht gepackt halten sie dieses Wasserstoffatom fester; ihre Seifen holen es sich deshalb bereitwilliger aus dem Wasser zurück und zeigen höhere Werte. Jede Doppelbindung in der Kette senkt den Wert ein wenig. Die Unterschiede sind nicht klein.

Werte, die Kevin Dunn 2015 für 1-prozentige Lösungen reiner Seifen ohne freie Lauge vorstellte, gestützt auf die Messungen der pKa-Werte von Fettsäuren durch Kanicky und Shah.

Ein gereiftes Stück zeigt etwas weniger als diese reinen Seifen, und die meisten liegen zwischen 9 und 10. Als Tarun und Kollegen 64 Badeseifen als 1-prozentige Lösungen testeten, lagen 53 zwischen 9,01 und 10. Dunns eigene Seifen aus dem Kaltverfahren sanken mit dem Alter ab, selbst luftdicht in einem Beutel verschlossen: Olivenölseife von 11,4 auf 10,3, Palmölseife von 10,3 auf 10,2, Kokosölseife von 10,1 auf 9,9, während Rizinusölseife bei 9,5 blieb. Rechnen Sie also bei einem gut gemachten Stück mit etwa pH 9 bis 10 und bei einem Stück, das überwiegend aus Olivenöl oder einem anderen langkettigen Fett besteht, mit Werten am oberen Ende davon oder etwas darüber. Seifen aus dem Handel schwanken stärker: In einer brasilianischen Untersuchung von Mendes und Kollegen lagen die meisten Kinderseifen über 10, bis hinauf zu 11,55, und antibakterielle Seifen bei 10,28 bis 11,34. Die Hautoberfläche selbst liegt bei etwa pH 5,5.

Warum Seife nicht pH-neutral sein kann

Um Seife auf pH 7 zu bringen, müssten Sie den größten Teil davon wieder in Fettsäure verwandeln, die sich nicht mehr wie Seife löst oder schäumt. Dunn probierte an fertigen Seifen aus dem Kaltverfahren sanftere Wege und lagerte Stücke in Kohlendioxid und über Essig. Der Essig bewirkte am meisten, und er brachte Olivenölseife nur auf 9,9 und Rizinusölseife auf 8,8. Sein Schluss war, dass Seife aus dem Kaltverfahren sehr widerstandsfähig gegen Änderungen des pH-Werts ist.

Stücke, die als pH-hautneutral oder mit pH 5,5 verkauft werden, sind Syndets, synthetische Detergenzien wie Sodium Cocoyl Isethionate; in der Studie von Mendes zeigte ein Syndet-Stück 5,81 und die flüssigen Syndets 5,30 bis 7,36. Nach US-Recht (21 CFR 701.20) sind sie keine „soap“, ein Wort, das Produkten vorbehalten ist, deren Masse und Reinigungswirkung von Alkalisalzen der Fettsäuren stammen. Wenn Sie ein Stück mit niedrigem pH-Wert möchten, formuliert der Syndet-Rechner eines; Seife aus dem Kaltverfahren kommt dort nicht hin.

Ein hoher pH-Wert ist nicht dasselbe wie freie Lauge

Seifennormen sagen das auf ihre Weise: Sie begrenzen das freie Alkali, nicht den pH-Wert. Die ostafrikanische Norm für Toilettenseife zum Beispiel erlaubt höchstens 0,1 % freies Ätzalkali, berechnet als Natriumhydroxid und gemessen nach ISO 456, und 0,2 % gesamtes freies Alkali, berechnet als Natriumoxid und gemessen nach ISO 684, und stellt überhaupt keine Anforderung an den pH-Wert.

Der Grund ist, dass der pH-Wert nur schwach auf die Mengen anspricht, auf die es ankommt. Classic Bells schätzt, gestützt auf Dunns Buch, dass ein Laugenüberschuss von 1 Promille den pH-Wert einer Seife um etwa 0,3 hebt und ein großer Überschuss von 5 Promille um etwa 0,7. Halten Sie das gegen die Tabelle oben: Eine perfekte Olivenölseife zeigt 1,5 Einheiten mehr als eine perfekte Rizinusölseife. Ein rizinusreiches Stück mit etwas freier Lauge darin kann niedriger messen als eine makellose Kastilienseife.

Auch die Überfettung ändert den Messwert kaum. Das freie Öl liegt neben der Seife und neutralisiert nichts; den pH-Wert bestimmen die Fettsäuren, aus denen die Seife besteht. Und die weiße Sodaasche, die sich auf der Oberfläche eines Stücks bilden kann, ist Natriumcarbonat, selbst alkalisch (ISO 684 zählt es zum gesamten freien Alkali); deshalb gehört jeder Test auf eine frische Schnittfläche.

Einen Messwert gibt es, der für sich allein etwas bedeutet. Keine reine Seife in Dunns Tabelle erreicht 12, eine 1-prozentige Lösung, die 12 oder mehr zeigt, enthält also freies Alkali. Watsons Regel für Teststreifen stimmt damit überein: über 12 die Seife nicht benutzen, nicht mit bloßen Händen anfassen und umschmelzen oder entsorgen.

Den pH-Wert richtig messen

Wenn Sie den pH-Wert überhaupt messen, dann so, dass sich die Ergebnisse vergleichen lassen:

1. Setzen Sie eine 1-prozentige Lösung an. Lösen Sie 1 g Seife, aus dem Inneren des Stücks geschabt, in 99 g destilliertem Wasser, das abgekocht und wieder abgekühlt ist. Das Abkochen treibt Kohlendioxid aus, das den Messwert sonst nach unten ziehen würde; die maßgebliche Laborrichtlinie, ASTM D1172, verwendet aus demselben Grund frisch abgekochtes Wasser und eine feste Temperatur.
2. Lassen Sie die Seife sich vollständig lösen. Taruns Gruppe ließ ihre Lösungen vor dem Messen 24 Stunden stehen.
3. Nehmen Sie ein Messgerät, wenn Sie können. Kalibrieren Sie es vor jeder Messreihe mit Pufferlösungen von pH 7 und pH 10 und messen Sie bei Raumtemperatur.
4. Vergleichen Sie Gleiches mit Gleichem. Ein Messwert sagt am meisten neben einem bewährten Stück desselben Rezepts, auf dieselbe Weise getestet.

Teststreifen sind ein gröberes Werkzeug. Sie brauchen einen Bereich, der mindestens von 7 bis 11 reicht, was nach Watson Streifen für Pool, Aquarium und Speichel ausschließt. Classic Bells berichtet, dass billige Streifen Seife häufig 2 bis 3 Einheiten zu niedrig anzeigen und selbst gute nur auf eine halbe Einheit genau auflösen. Streifen können ein grob laugenlastiges Stück anzeigen; ein mildes Stück von einem leicht laugenlastigen unterscheiden können sie nicht.

Der Phenolphthalein-Test

Phenolphthalein ist ein Säure-Base-Indikator: farblos in sauren und neutralen Lösungen, und es färbt sich rosa, wenn der pH-Wert von 8,2 auf etwa 9,8 steigt. Seifensieder halten es als 1-prozentige Lösung in Alkohol vorrätig und geben einen Tropfen auf eine frische Schnittfläche des Stücks.

Weil eine Lösung gut gemachter Seife bei etwa pH 9 bis 10 liegt, über dem Punkt, an dem der Indikator umzuschlagen beginnt, färbt sich ein Tropfen auf einem feuchten Stück oft blassrosa, auch wenn keine freie Lauge da ist, besonders bei junger Seife, die noch viel Wasser enthält. Beunruhigen sollte Sie ein sofortiges, kräftiges Magenta, und vor allem eines, das nur in Flecken oder Streifen erscheint: So sieht freie Lauge aus, oder eine Tasche davon.

Phenolphthalein auf frischen Schnittflächen. Ein blasses Rosa, das langsam aufzieht, zeigt sich auch auf gut gemachter Seife; ein sofortiges, kräftiges Magenta verdient eine genauere Prüfung.

Ein Labor bekommt eine klarere Antwort, indem es das Lösungsmittel wechselt. In Alkohol statt in Wasser gelöst, spaltet sich Seife kaum in Fettsäure und Hydroxid zurück, und der Indikator spricht nur auf freies Alkali an. So funktioniert die Normmethode: ISO 456 löst die Seife in neutralisiertem Ethanol und titriert das freie Ätzalkali mit Säure. Dunn nutzte dasselbe Prinzip in seinen Untersuchungen, und die meisten seiner gereiften Stücke enthielten überhaupt kein freies Alkali, nur eine Spur freier Fettsäure.

Am Stück kann der Tropfentest nicht sagen, wie viel freies Alkali vorhanden ist, er kann Hydroxid nicht von Carbonat unterscheiden, und über eine Tasche, die Ihr Messer nicht angeschnitten hat, sagt er nichts. Kräftige Farben in der Seife können ihn überdecken. Und unter stark alkalischen Bedingungen verblasst das Rosa langsam, weil der Indikator in eine farblose Form übergeht, eine Reaktion, deren Ablauf Chemiestudenten im Praktikum mit der Stoppuhr verfolgen; lesen Sie die Farbe also sofort ab.

Der Zungentest

Der Zungentest ist die alte Methode, freie Lauge mit den Sinnen nachzuweisen: eine Fingerspitze anfeuchten, über das Stück reiben und die Fingerspitze an die Zunge halten. Freie Lauge gibt einen sofortigen, scharfen Stich, oft mit einer Batterie verglichen, ganz anders als der gewöhnliche bittere Geschmack von Seife. Wir empfehlen ihn nicht, und Watson auch nicht, die das Kosten von Seife „the soapmaker’s version of Russian roulette“ nennt.

Bestenfalls zeigt er einen groben Überschuss an freiem Alkali an der Stelle, die Sie probiert haben. Einen kleinen Überschuss, eine Menge oder irgendetwas über den Rest des Stücks kann er nicht zeigen. Er ist subjektiv, und er schlägt falschen Alarm: Verbindungen in Zimt-, Nelken-, Wintergrün- und Senföl und in Ingwer schalten TRPA1 ein, einen der Rezeptoren hinter einem brennenden Gefühl, und ein damit beduftetes Stück kann deshalb aus Gründen stechen, die mit Lauge nichts zu tun haben.

Wann Sie testen

Testen Sie, wenn die Reaktion vorbei ist. In Dunns Untersuchungen, bei denen die Seife in ihren ersten vier Stunden warm gehalten wurde, war der größte Teil der Verseifung innerhalb von 24 Stunden abgeschlossen, und Faiola, die sich auf seine Arbeit beruft, beziffert, was in den folgenden Wochen geschieht, auf 3 % der Reaktion oder weniger. Ein Stück, das an seinem ersten Tag getestet wird, ist noch nicht fertig; geben Sie ihm also zwei oder drei Tage, bevor Sie es beurteilen, wie Classic Bells rät.

Die Reifezeit macht Seife nicht neutral: In Dunns Lagerversuchen blieben Stücke, die verschlossen oder an der Luft aufbewahrt wurden, über pH 9, und in den Wochen der Reife geht es vor allem um das Wasser, das das Stück verlässt, wie die Anleitung zum Reifen erklärt. Einen kleinen Überschuss an freier Lauge lässt die Reifezeit aber abklingen. In Dunns wasserarmer Palmölseife sank das freie Alkali am Boden des Stücks innerhalb von 60 Tagen von 4,9 auf 0,9 Promille. Ein junges Stück, das stark alkalisch testet, lohnt also einen erneuten Test in ein paar Wochen, wie Classic Bells vorschlägt. Laugentaschen und grobe Wiegefehler sind etwas anderes.

Wenn eine Charge laugenlastig ist

Die Anzeichen sind ebenso oft physikalisch wie chemisch: klare Flüssigkeit in Taschen oder aus dem Stück austretend, weiße, körnige Kristalle, eine harte, kreidige oder bröckelige Schicht unter einer öligen, ein sofortiges Magenta mit Phenolphthalein oder eine 1-prozentige Lösung, die 12 oder mehr zeigt. Prüfen Sie zuerst die wahrscheinlichen Ursachen im Rezept selbst, denn sie bestimmen die Abhilfe: Natriumhydroxid, das nach einem Wert für Kaliumhydroxid abgewogen wurde (siehe die Anleitung zu NaOH und KOH), die falsche Reinheit, eine falsch abgelesene Waage oder ein beim Abwiegen vergessenes Öl.

Ein festes Stück mit Flüssigkeitstaschen darin ist kein Fall für eine Rettung. Die Lauge in den Taschen ist konzentriert und ungleichmäßig verteilt, und Faiola rät, die Charge zu entsorgen: Handschuhe tragen, die Seife so weit fest werden lassen, wie sie es tut, gut in Beutel verpacken und nach den örtlichen Vorschriften mit dem Hausmüll entsorgen. (Seifenleim, der sich trennt, solange er noch weich ist, lässt sich manchmal im Heißverfahren wieder zusammenkochen; die Anleitung zur Fehlersuche behandelt das.)

Eine Charge, die gleichmäßig laugenlastig ist, durch einen Wiegefehler, den Sie beziffern können, lässt sich mit zusätzlichem Öl umschmelzen, mit dem die freie Lauge reagieren kann. Die Rechnung übernimmt der Rechner. Geben Sie die Öle ein, die Sie tatsächlich verwendet haben, in Gramm, stellen Sie die gewünschte Überfettung ein, fügen Sie dann eine Zeile Öl hinzu und erhöhen Sie sie, bis das Natriumhydroxid des Rechners dem entspricht, was Sie tatsächlich abgewogen haben. Angenommen, 1000 g der Seife aus 40 % Olivenöl, 30 % Kokosöl und 30 % Palmöl wurden mit 160 g Natriumhydroxid statt mit 144,1 g gemacht: Die Seife hat eine Überfettung von −5,5 %. Gibt man beim Umschmelzen 123,4 g Olivenöl dazu, steigt der Wert des Rechners bei 5 % auf 160,0 g; das ist also das Öl, das die Rettung braucht. Mit 61,3 g käme die Überfettung nur auf null.

Das Öl muss reagieren; die geriebene Seife und das Öl werden deshalb mit etwas Wasser zusammen erhitzt und wie im Heißverfahren durchgegart, dann in die Form gegeben, ein paar Tage stehen gelassen und erneut getestet. Die Anleitung zum Umschmelzen beschreibt die Methode. Wenn Sie nicht sagen können, wie viel Lauge hineingekommen ist, gibt es nichts, wovon sich rechnen ließe: Ein Labor kann das freie Alkali nach der ISO-Methode bestimmen, und andernfalls entsorgen Sie die Charge am besten.