soapformulator
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Referência

Cada fórmula, e de onde ela vem

A calculadora é uma camada fina sobre uma pequena biblioteca aberta de fórmulas. Esta página é essa biblioteca, escrita por extenso. Convenções são identificadas como convenções; constantes trazem sua fonte.

Saponificação e soda

A fórmula, e de onde ela vem
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

Água, de três formas, e soluções-mãe

A fórmula, e de onde ela vem
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.

Ácidos e líquidos gordurosos

A fórmula, e de onde ela vem
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

Derivar um índice de saponificação a partir da composição

A fórmula, e de onde ela vem
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 %.

Com que precisão os dados publicados determinam a soda

A fórmula, e de onde ela vem
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

Perfil de ácidos graxos, qualidades do sabonete, índice de iodo e INS

A fórmula, e de onde ela vem
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.

Dosagem de fragrância, IFRA e alérgenos

A fórmula, e de onde ela vem
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

Dimensionamento da forma

A fórmula, e de onde ela vem
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.

Diluição de sabonete líquido

A fórmula, e de onde ela vem
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.

De onde vem um índice de saponificação derivado

43 óleos do banco de dados não têm índice de saponificação em nenhum documento primário que pudéssemos usar. Em vez de deixá-los fora da calculadora ou inventar um número, o valor é calculado a partir da composição de ácidos graxos medida do próprio óleo. Isso não é um palpite: três mols de hidróxido saponificam um mol de triglicerídeo, e a massa molar do triglicerídeo decorre do comprimento das cadeias dos ácidos que ele contém. A composição determina o valor.

A pergunta é quão exato ele é, e isso pode ser medido. O teste justo é o subconjunto Codex do banco de dados, trinta e cinco óleos identificados pelo nome em que a faixa de saponificação e as faixas de ácidos graxos foram publicadas pelo mesmo órgão a partir do mesmo material. Em comparação com eles, o erro absoluto mediano do método é de 0,90 %, seu percentil 90 é de 2,74 %, seu pior caso é de 5,18 % e seu viés é praticamente nulo, de −0,01 %. A faixa publicada mediana no mesmo banco de dados é de ±2,9 % do seu próprio centro, então um valor derivado é determinado com quase a mesma precisão que um lido em uma norma.

Medido contra o resto do banco de dados, o erro aparente é bem pior — uma mediana de 2,5 % e um pior caso de 21 %. Não é falha do método. As maiores divergências são os mesmos registros que a verificação de consistência já marca como internamente contraditórios, em que um índice de saponificação publicado aparece ao lado de uma composição que não pode produzi-lo. Comparar com eles mistura erro do método com erro dos dados, e é por isso que a validação usa só o subconjunto Codex.

Todo valor derivado é identificado como derivado onde quer que apareça, leva uma faixa de ±3 % para o painel de incerteza e é deixado de lado por completo assim que você insere um valor medido do seu próprio lote.

Por que a soda tem uma faixa

Um índice de saponificação não é uma constante. O Codex dá para o óleo de coco 248–265 mg KOH/g porque a gordura realmente varia conforme a origem, a estação e o refino. Toda calculadora de sabonete esconde isso ao imprimir um único número com uma casa decimal, o que é falsa precisão: o número parece uma medição do seu óleo e na verdade é o ponto médio do levantamento de outra pessoa.

Levada até o fim, a faixa cai sobre o número que importa. O superengorduramento é a margem entre uma barra suave e uma cáustica, e é exatamente isso que a incerteza consome. Uma receita que pede 3 % de superengorduramento com azeite de oliva e óleo de coco comuns pode, na verdade, estar em qualquer ponto entre −0,2 % e 6 %, e o extremo negativo é uma barra com excesso de soda. Isso não é motivo para desconfiar da aritmética; é o motivo pelo qual o ofício se fixou em cerca de 5 % de superengorduramento, e, até onde sabemos, nenhuma calculadora jamais mostrou os cálculos por trás desse hábito.

Tomar todos os óleos no mesmo extremo da faixa ao mesmo tempo é um limite, não um intervalo de confiança. Lotes reais não são perfeitamente correlacionados, então a dispersão possível é mais estreita, e a aritmética não diz nada sobre a probabilidade de um ou outro extremo. A única coisa que a faz desabar é uma medição: insira o índice de saponificação do certificado de análise do seu lote e esse óleo deixa de contribuir com qualquer incerteza.

Convenções que identificamos como convenções

As cinco “qualidades do sabonete” são somas de grupos de ácidos graxos comparadas com faixas que as calculadoras amadoras usam desde meados dos anos 2000. Servem para comparar receitas e não servem para prever uma barra real: ignoram superengorduramento, água, cura, aditivos e processo, e tratam todos os ácidos de um grupo como iguais. O padrão de 38 % de “água completa” e a regra de forma “× 0,4” são hábitos, não química. Implementamos todas fielmente, porque quem faz sabonete compara nessa linguagem, e dizemos o que elas são.

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