Saponifikace – Proces výroby mýdla s ultrazvukem

Zmýdelnění je chemický proces výroby mýdla. Jedná se o reakci, při které surovina tuků nebo olejů (triglyceridů) reaguje s alkalickým reaktantem za vzniku mýdla. Ultrazvuku zlepšuje katalýzu přenosu fáze, což má za následek zvýšenou rychlost reakce, úplnější konverzi a vyhýbá se nadměrnému používání zásadních činidel, jako je hydroxid draselný (KOH) nebo hydroxid sodný (NaOH). Ultrazvukem iniciovaná alkalická hydrolýza může být snadno implementována při komerční výrobě mýdla. Ultrazvukové reaktory pro zmýdelnění produkují vyšší výkon v kratším čase bez použití jakéhokoli katalyzátoru nebo snížení množství použitého katalyzátoru.

Ultrazvukem podporovaná zmýdelnění

Případové studie ultrazvukové zmýdelnění

Různé výzkumné studie ukázaly, že sonikace podporuje zmýdelnění triglyceridů na mýdlo. Ultrazvukové zmýdelnění urychluje a zvyšuje přeměnu a zároveň šetří nebo se vyhýbá použití katalyzátoru. Díky tomu je ultrazvukové zmýdelnění vysoce efektivní výrobní metodou.

Ultrazvuková iniciace alkalické hydrolýzy triglyceridů (zmýdelnění) bez fázového katalyzátoru

Mercantili et al. (2013) studoval účinky ultrazvuku na alkalickou hydrolýzu triglyceridů, známou jako zmýdelnění. Použili sonikaci k zahájení alkalické hydrolýzy slunečnicového oleje. Jako alkalická báze byl použit hydroxid draselný (KOH). Ukázalo se, že ultrazvuk je účinný jako zdroj energie pro iniciaci a pohon reakce, že vysokého výtěžku reakce lze dosáhnout za pouhých 15 minut aplikace celkového výkonu při práci při teplotě okolí a že během reakce nevznikají žádné detekovatelné vedlejší produkty. Porovnání ultrazvukové lázně a ultrazvukového sonokodéru typu sondy ukazuje, že ultrazvuková sonda je nadřazenou technikou. Studie ukazuje, že ultrazvukové zmýdelnění poskytuje dobré výsledky při konverzi bez nutnosti nadbytečné alkalické nebo fázové katalýzy.

Alkalická hydrolýza triacylglycerolu

Ultrazvukem podporovaná reakce přenosu fáze pro zmýdelnění

Bhatkhande et al. (1998) ukázali, že sonikace rostlinných olejů, jako je sójový olej, může být účinně zmýdelněna pomocí vodného KOH a různých PTC při pokojové teplotě. Rozsah zmýdelnění byl studován s použitím hodnoty zmýdelnění jako reference. Optimalizace různých parametrů, jako je čas, výběr katalyzátorů pro přenos fáze, množství použitého katalyzátoru, množství KOH a množství vody, byly provedeny pomocí sonikace a míchání. Pro studium účinku ultrazvuku bylo zmýdelnění také provedeno při 35 ° C za různých podmínek, jmenovitě míchání, sonikace, míchání a sonikace a zahřívání na 100 ° C. Bylo zjištěno, že heterogenní zmýdelnění různých rostlinných olejů v kapalné a kapalné fázi pomocí vodného KOH / CTAB bylo významně urychleno při 35 ° C při sonikaci a míchání.

Vysoce výkonné ultrasonicators

Hielscher Ultrasonics dodává vysoce výkonná ultrazvuková zařízení pro laboratorní, pilotní a průmyslovou výrobu. Robustní a spolehlivé ultrazvukové přístroje se používají pro různé sonochemické reakce, jako je zmýdelnění. Hielscherovy sondy typu ultrasonicators mohou být použity v dávkovém a inline režimu. Všechny důležité parametry procesu – amplituda, tlak, teplota – lze přesně řídit a zajistit reprodukovatelné výsledky.
Digitální řízení automaticky zaznamenává parametry procesu a ukládá je na integrovanou SD kartu. Díky přednastavení a vzdálenému ovládání prohlížeče je proces sonikace velmi jednoduchý a uživatelsky přívětivý.
U mnoha sonochemických reakcí musí být zachována určitá teplota, proto je důležitá regulace teploty. Hielscherovy digitální ultrasonikátory jsou dodávány s termočlánkem a regulací teploty. Opláštěná průtočná cela umožňuje odvod tepla.
Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24 hodin denně, 7 dní v týdnu v náročném provozu a v náročných prostředích.
Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližný přehled o zpracovatelské kapacitě našich ultrasonicators:

• Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultrazvukem asistované PTC katalyzovalo zmýdelnění rostlinných olejů pomocí vodných alkálií. Ultrazvuková sonochemie sv. 5, číslo 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Ultrazvuková iniciace alkalické hydrolýzy triglyceridů (zmýdelnění) bez fázové katalýzy. Časopis povrchově aktivních látek a detergentů sv. 17, Isssue 1, leden 2014. 133-141.

Fakta, která stojí za to vědět

Sonochemie

Výkonový ultrazvuk se používá při chemických procesech, jako je syntéza a katalýza (nazývaná také sonosyntéza a sonokatalýza), aby se iniciovala a zesílila reakce. Různé aplikace ultrazvukového ozařování v organické syntéze byly do hloubky zkoumány a vyvíjeny pro průmyslovou výrobu. Sonochemické ošetření může zvýšit rychlost reakce, výtěžek a selektivitu požadovaných produktů za výrazně mírnějších podmínek. Díky tomu je ultrazvukové ošetření efektivní a ekologickou technikou zpracování. Ultrazvukem asistovaná katalýza přenosu fáze (PTC) se ukázala jako výrazně účinnější a efektivnější metoda pro organické reakce ve srovnání se stejnou reakcí v klidu. Například Cannizarrova reakce katalyzovaná ultrazvukem asistovanou katalýzou přenosu fáze je výrazně urychlena, což vede k rychlé konverzi. Dalším významným příkladem je transesterifikace triglyceridů (tj. rostlinných olejů, živočišných tuků) a metanolu v přítomnosti KOH jako katalyzátoru a výkonového ultrazvuku. Ultrazvuková transesterifikace poskytuje vysoce kvalitní bionaftu vyrobenou rychlou konverzí a velmi účinným a ekonomickým procesem.

Ultrazvuková extrakce je založena na akustické kavitaci a jejích hydrodynamických smykových silách

Saponifikace

Zmýdelnění popisuje chemickou reakci, při které vzniká mýdlo. V procesu zmýdelnění se rostlinné oleje nebo živočišné tuky přeměňují na soli mastných kyselin – "Mýdlo" – a glycerol, což je alkohol. Reakce vyžaduje roztok alkalické báze (např. NaOH nebo KOH) ve vodě a také teplo k zahájení reakce.
Reakční kroky zmýdelnění jsou následující:

1. Nukleofilní napadení esterů mastných kyselin hydroxidem
2. Opuštění skupiny Odstranění
3. Deprotonace

Zmýdelňovací reakce se komerčně používá k výrobě mýdel a maziv.
Zatímco tvrdé mýdlo s hydroxidem sodným a měkké mýdlo s hydroxidem draselným se používají ke každodennímu čištění, existují také speciální mýdla vyráběná z jiných hydroxidů kovů. Jako mazací tuky se používají například lithiová mýdla a vápenatá mýdla. K dispozici jsou také “Komplexní mýdla” Skládá se ze směsi kovových mýdel.

hydrolýza

Hydrolýza zahrnuje reakci organické chemické látky s vodou za vzniku dvou nebo více nových látek a obvykle znamená štěpení chemických vazeb přidáním vody. Estery mohou být štěpeny zpět na karboxylovou kyselinu a alkohol reakcí s vodou a zásadou. Mýdlo se vyrábí hydrolýzou esterů tuku nebo oleje.

Alkalická báze

Reaktanty alkalické báze (louhy) jsou nutné pro zmýdelnění olejů a tuků. Triglyceridy reagují s bází – hydroxid sodný nebo draselný – Za účelem výroby glycerolu a soli mastných kyselin, tzv. "Mýdla". Hydroxid draselný je anorganická sloučenina se vzorcem KOH a běžně se nazývá louh draselný. Hydroxid sodný (NaOH) je další prototyp silné zásady. Při použití hydroxidu sodného vzniká tvrdé mýdlo, zatímco použití hydroxidu draselného má za následek měkké mýdlo.

Reaktant vs činidlo

Reaktant je látka, která se spotřebuje nebo spotřebuje při chemické reakci. Ve srovnání s činidlem je reaktant vyžadován ve větším množství. Činidlo je látka, která se používá k zahájení reakce, k podpoře reakce a spotřebovává se v reakci, na rozdíl od katalyzátorů, které se v reakci nespotřebovávají.

Saponifikace – Nejčastější dotazy

• Jaký je proces zmýdelnění? Zmýdelnění je chemický proces, při kterém tuky nebo oleje reagují s alkálií (obvykle hydroxidem sodným) za vzniku mýdla a glycerolu. Tato reakce zahrnuje hydrolýzu triglyceridů na soli mastných kyselin a glycerol.
• Jaký typ reakce je zmýdelnění? Zmýdelnění je typ hydrolytické reakce, při které jsou esterové vazby v tucích nebo olejích rozloženy alkálií.
• Proč se tomu říká zmýdelnění? Je pojmenován podle svého konečného produktu, mýdla, a své schopnosti vytvářet mýdlo hydrolýzou esterových vazeb v triglyceridech.
• Jaký je účel zmýdelnění? Primárním účelem je výroba mýdla, povrchově aktivní látky široce používané k čištění a praní.
• Je hydrolýza zmýdelnění? Ano, zmýdelnění je specifický typ hydrolýzy zahrnující rozklad tuků nebo olejů alkálií na glycerol a soli mastných kyselin (mýdlo).
• Jaký je mechanismus zmýdelnění? Zahrnuje nukleofilní útok hydroxidových iontů na karbonylový uhlík esterové vazby v triglyceridech, což vede k tvorbě alkoholu (glycerolu) a mýdla.
• Proč je míchání důležité pro zmýdelnění? Účinné míchání zajišťuje důkladný kontakt mezi reaktanty, což podporuje úplnější a rovnoměrnější reakci, která je zásadní pro dosažení optimálních výtěžků. Hielscher ultrazvukové mixéry mohou zlepšit tento proces prostřednictvím intenzivních kavitačních a smykových sil.
• Co je příklad zmýdelnění? Smíchání hydroxidu sodného s kokosovým olejem v přítomnosti ultrazvukového reaktoru Hielscher za vzniku mýdla a glycerolu je příkladem zmýdelnění.
• Jaký je hlavní produkt zmýdelnění? Hlavními produkty jsou mýdlo (sodné nebo draselné soli mastných kyselin) a glycerol.
• Proč je hodnota zmýdelnění důležitá? Hodnota zmýdelnění udává množství alkálie potřebné k zmýdelnění daného množství tuku nebo oleje, což pomáhá určit molekulovou hmotnost mastných kyselin, které obsahuje.
• Je zmýdelnění reverzibilní? Za typických podmínek není zmýdelnění reverzibilní kvůli stabilní povaze vytvořeného mýdla.
• Co je opakem zmýdelnění? Esterifikace, kde voda a alkoholy reagují s karboxylovými kyselinami za vzniku esterů a vody, je opačný proces.
• Vyžaduje zmýdelnění teplo? I když to není nutné, teplo může urychlit proces zmýdelnění zvýšením molekulárního pohybu a rychlosti reakce.
• Je zmýdelnění exotermické nebo endotermní? Zmýdelnění je exotermická reakce, při které se uvolňuje teplo.
• Je zmýdelnění zásadité nebo kyselé? Jedná se o zásaditou reakci, protože zahrnuje působení báze (alkálie) na ester (tuk/olej).
• Jak zastavíte zmýdelnění? Přidání kyseliny k neutralizaci alkálie zastaví reakci a účinně zastaví proces zmýdelnění.
• Co se stane po zmýdelnění? Po úplné reakci se směs obvykle skládá z mýdla a glycerolu, které mohou být dále čištěny nebo zpracovávány v závislosti na zamýšleném použití.
• Je zmýdelnění přirozené? Ano, k přirozenému zmýdelnění může dojít, když se tuk dostane do kontaktu s kovy alkalických zemin v určitých geologických podmínkách nebo když starověké národy smíchaly živočišné tuky s popelem tradičními metodami výroby mýdla.
• Proč se olivový olej používá při zmýdelnění? Olivový olej je upřednostňován při zmýdelňování díky svému bohatému obsahu kyseliny olejové, která poskytuje jemné, zvlhčující mýdlo s dobrými čisticími vlastnostmi a stabilní pěnou.
• Jak proměnit tuk v mýdlo? Tuky se zmýdelněním mění na mýdlo zahřátím se silným alkalickým roztokem, obvykle hydroxidem sodným, který rozkládá tuk na soli mastných kyselin (mýdlo) a glycerol.
• Který olej má vysokou hodnotu zmýdelnění? Kokosový olej má vysokou hodnotu zmýdelnění, což naznačuje vyšší podíl menších molekul mastných kyselin, díky čemuž je velmi reaktivní s alkáliemi při výrobě mýdla.
• Co se stane s oleji během zmýdelnění? Během zmýdelnění jsou oleje hydrolyzovány alkálií na glycerol a soli mastných kyselin, které tvoří mýdlo.
• Jaký je nejlepší tuk do mýdla? Lůj (hovězí tuk) a kokosový olej jsou považovány za jedny z nejlepších tuků pro výrobu mýdla díky svým pěnivým a tvrdnoucím vlastnostem v konečném mýdlovém produktu.
• Jak zmýdelnit oleje bez louhu? Zmýdelňování olejů bez louhu není pro tradiční výrobu mýdla možné; Čisticí prostředky podobné mýdlu však mohou být vyrobeny pomocí povrchově aktivních látek a emulgátorů namísto zmýdelnění na bázi louhu.