Seebistamine – Seebi valmistamise protsess ultraheliga

Seebistamine on seebi valmistamise keemiline protsess. See on reaktsioon, milles rasvade või õlide (triglütseriidide) tooraine reageerib leelisreagendiga, et moodustada seep. Ultraheli parandab faasiülekande katalüüsi, mille tulemuseks on suurenenud reaktsioonikiirus, täielikum muundamine ja väldib alusreaktiivide, näiteks kaaliumhüdroksiidi (KOH) või naatriumhüdroksiidi (NaOH) liigset kasutamist. Ultraheli algatatud leeliselist hüdrolüüsi saab hõlpsasti rakendada kaubandusliku seebi tootmisel. Seebistamiseks mõeldud ultraheli reaktorid toodavad lühema aja jooksul suuremat väljundit ilma katalüsaatorit kasutamata või kasutatava katalüsaatori koguseid vähendamata.

Ultraheli edendatud seebistamine

Ultraheli seebistamise juhtumiuuringud

Erinevad uuringud on näidanud, et ultrahelitöötlus soodustab triglütseriidide seebistamist seebiks. Ultraheli seebistamine kiirendab ja suurendab konversiooni, säästes või vältides katalüsaatori kasutamist. See muudab ultraheli seebistamise väga tõhusaks tootmismeetodiks.

Triglütseriidide leeliselise hüdrolüüsi ultraheli initsieerimine (seebistamine) ilma faasikatalüsaatorita

(2013) uuris ultraheliuuringu mõju triglütseriidide leeliselisele hüdrolüüsile, mida tuntakse seebistamisena. Nad kasutasid ultrahelitöötlust päevalilleõli leeliselise hüdrolüüsi algatamiseks. Leelisalusena kasutati kaaliumhüdroksiidi (KOH). Näidati, et ultraheli on efektiivne toiteallikana reaktsiooni algatamiseks ja juhtimiseks, et kõrge reaktsiooni saagis on saavutatav ainult 15 minuti jooksul koguvõimsusest, töötades ümbritseva õhu temperatuuril, ja et reaktsiooni ajal ei teki tuvastatavaid kõrvalsaadusi. Ultraheli vanni ja sondi tüüpi ultrasonokaatori võrdlus näitab, et ultraheli sond on parem tehnika. Uuring näitab, et ultraheli seebistamine annab hea konversiooni, ilma et oleks vaja liigset leelist või faasiülekande katalüüsi.

Triatsüülglütserooli leeliseline hüdrolüüs

Ultraheli edendatud faasiülekande reaktsioon seebistamiseks

Bhatkhande jt (1998) näitasid, et taimeõlide, näiteks sojaoaõli ultrahelitöötlust saab tõhusalt seebistada, kasutades toatemperatuuril KOH vesilahust ja erinevaid PTC-sid. Seebistamise ulatust uuriti, kasutades võrdlusena seebistamisväärtust. Erinevate parameetrite, nagu aeg, faasiülekande katalüsaatorite valik, kasutatud katalüsaatori kogus, KOH kogus ja vee kogus optimeerimine viidi läbi ultrahelitöötluse ja segamise abil. Ultraheli mõju uurimiseks viidi seebistamine läbi ka 35 ° C juures erinevatel tingimustel, nimelt segamine, ultrahelitöötlus, segamine ja ultrahelitöötlus ning kuumutamine 100 ° C juures. Leiti, et erinevate taimeõlide heterogeenne vedel-vedel faasi seebistamine, kasutades KOH / CTAB-i vesilahust, kiirenes ultrahelitöötluse ja segamise ajal märkimisväärselt 35 ° C juures.

Suure jõudlusega ultrasonikaatorid

Hielscher Ultrasonics tarnib suure jõudlusega ultraheli seadmeid labori-, piloot- ja tööstustootmiseks. Tugevaid ja usaldusväärseid ultrasonikaatoreid kasutatakse mitmesuguste sonokeemiliste reaktsioonide, näiteks seebistamise jaoks. Hielscheri sondi tüüpi ultrasonikaatoreid saab kasutada partii- ja tekstisiseses režiimis. Kõik olulised protsessi parameetrid – amplituud, rõhk, temperatuur – saab täpselt kontrollida ja tagada reprodutseeritavad tulemused.
Digitaalne juhtelement salvestab automaatselt protsessi parameetrid ja salvestab need integreeritud SD-kaardile. Eelseaded ja brauseri kaugjuhtimine muudavad ultrahelitöötluse protsessi väga lihtsaks ja kasutajasõbralikuks.
Paljude sonokeemiliste reaktsioonide puhul tuleb säilitada teatud temperatuur, seega on temperatuuri reguleerimine oluline. Hielscheri digitaalsed ultrasonikaatorid on varustatud termo-paari ja temperatuuri reguleerimisega. Manteldatud voolukamber võimaldab soojuse hajutamist.
Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24/7 operatsiooni raskeveokite ja nõudlikes keskkondades.
Allolev tabel annab teile ülevaate meie ultrasonikaatorite ligikaudsest töötlemisvõimsusest:

• Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultraheli abil PTC katalüüsis taimeõlide seebistamist leelise vesilahuse abil. Ultraheli Sonochemistry Vol. 5, väljaanne 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Triglütseriidide leeliselise hüdrolüüsi ultraheli initsiatsioon (seebistamine) ilma faasikatalüüsita. Pindaktiivsete ainete ja detergentide ajakiri, kd 17, Isssue 1, jaan 2014. 133-141.

Faktid, mida tasub teada

Sonochemistry

Võimsuse ultraheli rakendatakse keemilistele protsessidele, nagu süntees ja katalüüs (nimetatakse ka sono-sünteesiks ja sono-katalüüsiks), et reaktsiooni algatada ja intensiivistada. Ultraheli kiirituse erinevaid rakendusi orgaanilises sünteesis on põhjalikult uuritud ja arendatud tööstuslikuks tootmiseks. Sonokeemiline ravi võib suurendada soovitud toodete reaktsiooni kiirust, saagist ja selektiivsust oluliselt kergemates tingimustes. See muudab ultraheli töötlemise tõhusaks ja keskkonnasõbralikuks töötlemistehnikaks. Ultraheli abil faasiülekande katalüüs (PTC) on osutunud orgaaniliste reaktsioonide jaoks drastiliselt tõhusamaks ja tõhusamaks meetodiks võrreldes sama reaktsiooniga vaikuse tingimustes. Näiteks kiirendatakse märkimisväärselt ultraheli abil faasiülekande katalüüsiga katalüüsitud Cannizarro reaktsiooni, mille tulemuseks on kiire muundamine. Teine silmapaistev näide on triglütseriidide (st taimeõlide, loomsete rasvade) ja metanooli ümberesterdamine KOH katalüsaatori ja võimsuse ultraheli juuresolekul. Ultraheli ümberesterdamine annab kvaliteetse biodiislikütuse, mis on toodetud kiires konversioonis ja väga tõhusas, ökonoomses protsessis.

Ultraheli ekstraheerimine põhineb akustilisel kavitatsioonil ja selle hüdrodünaamilistel nihkejõududel

Seebistamine

Seebistamine kirjeldab keemilist reaktsiooni, mis tekitab seepi. Seebistamisprotsessis muundatakse taimeõlid või loomsed rasvad rasvhapete sooladeks – "seep" – ja glütserool, mis on alkohol. Reaktsioon nõuab leeliselise aluse (nt NaOH või KOH) lahust vees ja ka soojust reaktsiooni algatamiseks.
Seebistamise reaktsioonietapid on järgmised:

1. Rasvhapete estrite nukleofiilne rünnak hüdroksiidi poolt
2. Grupi eemaldamisest lahkumine
3. Deprotonatsioon

Seebistamisreaktsiooni kasutatakse kaubanduslikult seepide ja määrdeainete tootmiseks.
Kuigi igapäevaseks puhastamiseks kasutatakse naatriumhüdroksiidi kõvaseepi ja kaaliumhüdroksiidi pehmet seepi, on olemas ka spetsiaalsed seebid, mis on toodetud teiste metallhüdroksiidide abil. Määrdeainetena kasutatakse näiteks liitiumseepe ja kaltsiumseepe. Samuti on olemas “Keerulised seebid” mis koosneb metallist seepide segust.

Hüdrolüüs

Hüdrolüüs hõlmab orgaanilise kemikaali reaktsiooni veega, moodustades kaks või enam uut ainet ja tähendab tavaliselt keemiliste sidemete lõhustamist vee lisamise teel. Estrid saab lõhustada tagasi karboksüülhappeks ja alkoholiks, reageerides vee ja alusega. Seepi toodetakse rasva või õli estrite hüdrolüüsil.

Leeliseline alus

Õlide ja rasvade seebistamiseks on vaja leeliselisi alusereagente (leelisaineid). Triglütseriididele reageeritakse alusega – naatrium- või kaaliumhüdroksiid – glütserooli ja rasvhappesoola tootmiseks, nn "seep". Kaaliumhüdroksiid on anorgaaniline ühend valemiga KOH ja seda nimetatakse tavaliselt söövitavaks kaaliumkloriidiks. Naatriumhüdroksiid (NaOH) on veel üks prototüüpne tugev alus. Naatriumhüdroksiidi kasutamisel tekib kõva seep, kaaliumhüdroksiidi kasutamisel aga pehme seep.

Reagent vs reaktiiv

Reagent on aine, mis kasutatakse ära või tarbitakse keemilises reaktsioonis. Võrreldes reagendiga on reagendit vaja suuremates kogustes. Reaktiiv on aine, mida kasutatakse reaktsiooni algatamiseks, reaktsiooni toetamiseks ja mida tarbitakse reaktsioonis, erinevalt katalüsaatoritest, mida reaktsioonis ei tarbita.

Seebistamine – Korduma kippuvad küsimused

• Mis on seebistamisprotsess? Seebistamine on keemiline protsess, kus rasvad või õlid reageerivad leelisega (tavaliselt naatriumhüdroksiidiga), et toota seepi ja glütserooli. See reaktsioon hõlmab triglütseriidide hüdrolüüsi rasvhapete sooladeks ja glütserooliks.
• Millist tüüpi reaktsioon on seebistamine? Seebistamine on teatud tüüpi hüdrolüüsireaktsioon, kus estersidemed rasvades või õlides lagundatakse leelisega.
• Miks seda nimetatakse seebistamiseks? See on nime saanud selle lõpptoote, seebi ja selle võime tõttu luua seepi estrite sidemete hüdrolüüsi kaudu triglütseriidides.
• Mis on seebistamise eesmärk? Peamine eesmärk on toota seepi, pindaktiivset ainet, mida kasutatakse laialdaselt puhastamiseks ja pesemiseks.
• Kas seebistamine on hüdrolüüs? Jah, seebistamine on spetsiifiline hüdrolüüsi tüüp, mis hõlmab rasvade või õlide lagunemist leelise abil glütserooliks ja rasvhappesooladeks (seep).
• Mis on seebistamise mehhanism? See hõlmab hüdroksiidioonide nukleofiilset rünnakut estri sideme karbonüülsüsinikule triglütseriidides, mis viib alkoholi (glütserooli) ja seebi moodustumiseni.
• Miks on segamine seebistamiseks oluline? Tõhus segamine tagab reagentide vahelise põhjaliku kontakti, soodustades täielikumat ja ühtlasemat reaktsiooni, mis on optimaalse saagise saavutamiseks ülioluline. Hielscheri ultraheli segistid võivad seda protsessi intensiivse kavitatsiooni ja nihkejõudude abil tõhustada.
• Mis on seebistamise näide? Naatriumhüdroksiidi segamine kookosõliga Hielscheri ultraheli reaktori juuresolekul seebi ja glütserooli tootmiseks näitab seebistamist.
• Mis on seebistamise peamine toode? Peamised tooted on seep (rasvhapete naatrium- või kaaliumsoolad) ja glütserool.
• Miks on seebistamise väärtus oluline? Seebistusväärtus näitab leelise kogust, mis on vajalik antud koguse rasva või õli seebistamiseks, aidates määrata selles sisalduvate rasvhapete molekulmassi.
• Kas seebistamine on pöörduv? Tüüpilistes tingimustes ei ole seebistamine moodustunud seebi stabiilse olemuse tõttu pöörduv.
• Mis on seebistamise vastand? Esterdamine, kus vesi ja alkoholid reageerivad karboksüülhapetega, moodustades estreid ja vett, on vastupidine protsess.
• Kas seebistamine nõuab soojust? Kuigi soojus pole vajalik, võib see seebistamisprotsessi kiirendada, suurendades molekulaarset liikumist ja reaktsioonikiirust.
• Kas seebistamine on eksotermiline või endotermiline? Seebistamine on eksotermiline reaktsioon, mis vabastab soojuse, kui see toimub.
• Kas seebistamine on aluseline või happeline? See on põhiline reaktsioon, kuna see hõlmab aluse (leelise) toimet estrile (rasv/õli).
• Kuidas seebistamist peatada? Happe lisamine leelise neutraliseerimiseks peatab reaktsiooni, lõpetades tõhusalt seebistamisprotsessi.
• Mis juhtub pärast seebistamist? Pärast täielikku reaktsiooni koosneb segu tavaliselt seebist ja glütseroolist, mida võib sõltuvalt kavandatud kasutusest puhastada või täiendavalt töödelda.
• Kas seebistamine on loomulik? Jah, looduslik seebistamine võib toimuda siis, kui rasv puutub teatud geoloogilistes tingimustes kokku leelismuldmetallidega või kui iidsed rahvad segasid loomseid rasvu tuhaga traditsioonilistes seebivalmistamise meetodites.
• Miks kasutatakse seebistamisel oliiviõli? Oliiviõli eelistatakse seebistamisel tänu rikkalikule oleiinhappe sisaldusele, mis annab kerge, niisutava seebi, millel on head puhastavad omadused ja stabiilne vaht.
• Kuidas muuta rasv seebiks? Rasvad muudetakse seebistamise teel seebiks, kuumutades neid tugeva leeliselahusega, tavaliselt naatriumhüdroksiidiga, mis lagundab rasva rasvhapete sooladeks (seebiks) ja glütserooliks.
• Millisel õlil on kõrge seebistamisväärtus? Kookosõlil on kõrge seebistamisväärtus, mis näitab väiksemate rasvhappemolekulide suuremat osakaalu, muutes selle seebi tootmiseks leelisega väga reaktiivseks.
• Mis juhtub õlidega seebistamise ajal? Seebistamise ajal hüdrolüüsitakse õlid leelise abil glütserooliks ja rasvhapete sooladeks, millest viimane moodustab seebi.
• Mis on seebi jaoks parim rasv? Sulatatud rasva (veiseliha rasva) ja kookosõli peetakse seebi valmistamiseks parimateks rasvadeks, kuna need on lõpp-seebitootes vahustavad ja kõvenevad.
• Kuidas seebistada õlisid ilma leeliseta? Ilma leeliseta seebistavad õlid ei ole traditsioonilise seebi valmistamiseks võimalikud; seebitaolisi puhastusvahendeid saab aga valmistada leelisepõhise seebistamise asemel pindaktiivsete ainete ja emulgaatorite abil.