soapformulator
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Chaque formule, et d’où elle vient

Le calculateur est une fine couche posée sur une petite bibliothèque de formules ouverte. Cette page est cette bibliothèque, écrite en toutes lettres. Les conventions sont annoncées comme des conventions ; les constantes portent leur source.

Saponification et soude

The formula, and where it comes from
SAP_NaOH (mg/g) = SAP_KOH × 39.997 ÷ 56.106                # molar masses, IUPAC 2013
KOH₁₀₀ (g)      = Σ oilᵢ (g) × SAP_KOHᵢ ÷ 1000               # SAP defined as mg KOH per g fat
KOH_sf          = KOH₁₀₀ × (1 − superfat ÷ 100)
NaOH to weigh   = KOH_sf × (1 − f_KOH) × 39.997 ÷ 56.106 ÷ (purity_NaOH ÷ 100)
KOH to weigh    = KOH_sf × f_KOH ÷ (purity_KOH ÷ 100)
superfat from a given lye = (1 − lye_supplied_KOHeq ÷ KOH₁₀₀) × 100

L’eau, de trois façons, et les lessives préparées à l’avance

The formula, and where it comes from
water = oils × p ÷ 100                    # p = water as % of oils (38 is the old default)
water = lye × (100 − c) ÷ c               # c = lye concentration % (33 is our default)
water = lye × r                           # r = water : lye ratio
c = lye ÷ (lye + water) × 100;  r = water ÷ lye;  p = water ÷ oils × 100

Master batch at strength s %:
solution = lye ÷ (s ÷ 100);  water_in = solution − lye;  water_add = water − water_in

Liquids replacing water:
plain water = max(0, water − Σ liquidᵢ × water%ᵢ ÷ 100)
  • Dunn, Kevin M. Scientific Soapmaking: The Chemistry of the Cold Process. Clavicula Press, 2010. Lye solution concentration and its effect on trace and gel.
  • Community convention: "full water" = 38 % of oil weight, the default that most hobby calculators have used since the 2000s; roughly a 27–28 % lye solution for a typical bar recipe. — A convention, not a chemical constant. Lye concentration is the better control variable because it does not drift with the oil blend.

Acides et liquides gras

The formula, and where it comes from
NaOH consumed (g) = mass × purity × n × 39.997 ÷ M_acid
  citric acid (anhydrous, triprotic, M 192.124):  0.6246 g NaOH per g   (0.8760 g KOH)
  citric acid monohydrate (M 210.139):            0.5710
  acetic acid (M 60.052):                         0.6660   → 5 % vinegar: 0.0333 per g
  lactic acid (M 90.078):                         0.4440
effective superfat = (oils × sf ÷ 100 + fat from milks) ÷ (oils + fat from milks) × 100

Un indice de saponification dérivé de la composition

The formula, and where it comes from
M̄_fatty acid   = Σ(fraction_i × M_i)            # mass-weighted, renormalised to 100 %
M_triglyceride = 3 × M̄_fatty acid + 38.03      # glycerol 92.094 less three waters
SAP (mg KOH/g) = 3 × 56 106 ÷ M_triglyceride    # three KOH per triglyceride

free fatty acids (stearic acid, lauric acid and the like) take one KOH each:
SAP = 56 106 ÷ M̄_fatty acid

Validated on the 35 Codex oils where the saponification range and the
fatty-acid ranges come from the same standard:
  median absolute error  0.90 %
  90th percentile        2.74 %
  worst                  5.18 %
  bias                  −0.01 %
A derived value therefore carries a ±3 % band, and is offered only where the
published profile sums to between 95 % and 115 %.

À quel point les données publiées fixent la soude

The formula, and where it comes from
KOH_low  = Σ(oilᵢ × SAP_minᵢ ÷ 1000)       # every oil at the bottom of its published range
KOH_high = Σ(oilᵢ × SAP_maxᵢ ÷ 1000)       # ...and at the top
KOH_mid  = Σ(oilᵢ × SAP_repᵢ ÷ 1000)       # what the lye is actually weighed from

supplied (as KOH equivalent) = KOH_mid × (1 − sf ÷ 100)

superfat actually achieved:
  worst case = (1 − supplied ÷ KOH_low)  × 100   # fat needs LESS lye than was weighed
  best case  = (1 − supplied ÷ KOH_high) × 100   # fat needs MORE, so more is left unsaponified

smallest nominal superfat whose worst case clears a floor f:
  sf ≥ (1 − (1 − f) × KOH_low ÷ KOH_mid) × 100

Profil d’acides gras, qualités du savon, indice d’iode et INS

The formula, and where it comes from
profile = Σ (oilᵢ ÷ total oils) × fatty acidsᵢ           # mass-weighted percent
hardness     = lauric + myristic + palmitic + stearic        (29–54)
cleansing    = lauric + myristic                             (12–22)
conditioning = oleic + linoleic + linolenic + ricinoleic     (44–69)
bubbly       = lauric + myristic + ricinoleic                (14–46)
creamy       = palmitic + stearic + ricinoleic               (16–48)
iodine value = Σ wᵢ × IVᵢ                                    (41–70)
INS          = Σ wᵢ × (SAP_KOHᵢ − IVᵢ)                       (136–165, ideal 160)
  • Community convention for soap qualities, in continuous use in hobby lye calculators since c. 2005: hardness = lauric + myristic + palmitic + stearic; cleansing = lauric + myristic; conditioning = oleic + linoleic + linolenic + ricinoleic; bubbly lather = lauric + myristic + ricinoleic; creamy lather = palmitic + stearic + ricinoleic. Recommended bands: hardness 29–54, cleansing 12–22, conditioning 44–69, bubbly 14–46, creamy 16–48. — A convention, not a measurement. It ignores superfat, water, cure and additives, and treats every fatty acid in a group as equal.
  • AOCS Official Method Cd 1-25, "Iodine Value of Fats and Oils, Wijs Method". g I₂ absorbed per 100 g of fat; a measure of unsaturation.
  • McDaniel, Robert S. Essentially Soap. Krause Publications, 2000. INS = saponification value (mg KOH/g) − iodine value; recommended range 136–165, ideal 160.

Taux de parfum, IFRA et allergènes

The formula, and where it comes from
f = oils × p ÷ 100                          # p = % of oils (PPO)
f = base × p ÷ (100 − p)                    # p = % of finished batch; base = everything but fragrance
% of finished product = f ÷ (base + f) × 100 ≤ certificate maximum for the product's IFRA category
blends (conservative): Σ loadᵢ ÷ maxᵢ ≤ 1
allergen % in product = Σ (fragrance % × allergen % in fragrance ÷ 100) ÷ (1 − cure mass loss)
declare if > 0.001 % leave-on, > 0.01 % rinse-off

Dimensionnement du moule

The formula, and where it comes from
V (mL) = l × w × h  |  π (d ÷ 2)² h  |  cavities × volume each     # 1 in³ = 16.387064 mL
batch (g) = V × ρ × fill                                        # ρ ≈ 1.0 g/mL, calibrate
oils = batch ÷ (1 + lye/oil + water/oil + additives/oil + fragrance/oil)
for comparison: the "in³ × 0.4 oz" rule assumes full water and 5 % superfat
  • Volume of a rectangular prism V = l × w × h; of a cylinder V = π × (d ÷ 2)² × h. 1 in³ = 16.387064 mL.
  • Empirical default. Fresh cold-process soap batter has a density close to water, ≈ 0.95–1.0 g/mL; the community rule "in³ × 0.4 = oz of oils" implies about 0.69 g/mL of oils, which is ≈ 1.05 g/mL of batter at 38 % water and 5 % superfat. Calibrate by weighing a filled mold once. — Density varies with whipping, fragrance, temperature and how full the mold is poured. Treat the default as a starting point and calibrate.

Dilution du savon liquide

The formula, and where it comes from
solids = oils + pure KOH                 # mass is conserved in saponification
paste concentration = solids ÷ paste × 100
water to add = solids ÷ (target ÷ 100) − paste
  • Conservation of mass in saponification: the soap and glycerol formed weigh exactly what the fat and hydroxide weighed. Solids in a paste are therefore taken as oils + pure lye; the remainder is water.
  • Failor, Catherine. Making Natural Liquid Soaps. Storey Publishing, 2000. Paste method, dilution ratios and sequestering.

D’où vient un indice de saponification dérivé

12 huiles de la base n’ont d’indice de saponification dans aucun document primaire utilisable. Plutôt que de les écarter du calculateur ou d’inventer un nombre, la valeur est calculée à partir de la composition en acides gras mesurée de l’huile elle-même. Ce n’est pas une supposition : trois moles d’hydroxyde saponifient une mole de triglycéride, et la masse molaire du triglycéride découle de la longueur des chaînes des acides qui le composent. La composition détermine la valeur.

Reste à savoir ce que cela vaut, et cela se mesure. Le test honnête est le sous-ensemble Codex de la base : trente-cinq huiles nommées dont la plage de saponification et les plages d’acides gras ont été publiées par le même organisme, à partir de la même matière. Face à elles, l’erreur absolue médiane de la méthode est de 0,90 %, son quatre-vingt-dixième centile de 2,74 %, son pire cas de 5,18 %, et son biais pratiquement nul, à −0,01 %. La plage publiée médiane de la même base vaut ±2,9 % de son propre centre : une valeur dérivée est donc à peu près aussi bien cernée qu’une valeur lue dans une norme.

Mesurée contre le reste de la base, l’erreur apparente est bien pire : une médiane de 2,5 % et un pire cas de 21 %. Ce n’est pas la méthode qui échoue. Les plus grands écarts portent sur les fiches que le contrôle de cohérence signale déjà comme contradictoires, où un indice de saponification publié voisine avec une composition qui ne peut pas le produire. Se comparer à celles-là mélange erreur de méthode et erreur de données, d’où une validation sur le seul sous-ensemble Codex.

Toute valeur dérivée est signalée comme dérivée partout où elle apparaît, porte une bande de ±3 % jusqu’au panneau d’incertitude, et est mise de côté dès que vous entrez une valeur mesurée sur votre propre lot.

Pourquoi la soude porte une plage

Un indice de saponification n’est pas une constante. Le Codex donne 248–265 mg KOH/g à l’huile de coco parce que le corps gras varie réellement selon l’origine, la saison et le raffinage. Tous les calculateurs de savon masquent cela en affichant un seul nombre à une décimale, ce qui est une fausse précision : le chiffre a l’air d’une mesure de votre huile alors qu’il est le milieu de l’enquête de quelqu’un d’autre.

Propagée, la bande retombe sur le nombre qui compte. Le surgraissage est la marge entre un savon doux et un savon caustique, et c’est exactement ce que l’incertitude grignote. Une recette qui demande 3 % de surgraissage sur de l’huile d’olive et de coco ordinaires peut en réalité se situer n’importe où entre −0,2 % et 6 %, et le bas de la fourchette donne un savon trop riche en soude. Ce n’est pas une raison de se méfier du calcul ; c’est la raison pour laquelle le métier s’est arrêté sur environ 5 % de surgraissage, et à notre connaissance aucun calculateur n’a jamais montré le raisonnement derrière cette habitude.

Prendre toutes les huiles au même bout de leur plage en même temps donne une borne, pas un intervalle de confiance. Les lots réels ne sont pas parfaitement corrélés, l’écart atteignable est donc plus étroit, et le calcul ne dit rien de la probabilité de l’un ou l’autre bout. Seule une mesure la fait tomber : entrez l’indice de saponification du certificat d’analyse de votre lot et cette huile cesse d’apporter la moindre incertitude.

Les conventions que nous annonçons comme telles

Les cinq « qualités du savon » sont des sommes de groupes d’acides gras comparées à des fourchettes que les calculateurs amateurs emploient depuis le milieu des années 2000. Elles servent à comparer des recettes et ne servent à rien pour prédire un vrai savon : elles ignorent le surgraissage, l’eau, la cure, les additifs et le procédé, et traitent tous les acides d’un groupe comme équivalents. Le « plein d’eau » par défaut à 38 % et la règle du moule « × 0,4 » sont des habitudes, pas de la chimie. Nous les appliquons à l’identique parce que les savonniers comparent dans cette langue, et nous disons ce qu’elles sont.

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