صابونی سازی – فرآیند ساخت صابون با اولتراسونیک

صابونی سازی فرآیند شیمیایی صابون سازی است. این واکنشی است که در آن ماده اولیه چربی ها یا روغن ها (تری گلیسیرید) با یک واکنش دهنده قلیایی واکنش می دهند تا صابون تشکیل شود. امواج فراصوت بهبود کاتالیز انتقال فاز و در نتیجه افزایش سرعت واکنش، تبدیل کامل تر و جلوگیری از استفاده بیش از حد از معرف های پایه مانند هیدروکسید پتاسیم (KOH) یا هیدروکسید سدیم (NaOH). هیدرولیز قلیایی التراسونیک را می توان به راحتی در تولید صابون تجاری اجرا کرد. راکتورهای التراسونیک برای صابونی سازی تولید خروجی بالاتر در زمان کوتاه تر بدون استفاده از هر کاتالیزور و یا کاهش مقدار کاتالیزور مورد استفاده.

التراسونیک ترویج صابونی

مطالعات موردی صابونی سازی اولتراسونیک

مطالعات تحقیقاتی مختلف نشان داده اند که فراصوت ترویج صابونی تری گلیسیرید به صابون. صابون سازی اولتراسونیک باعث تسریع و افزایش تبدیل در حالی که صرفه جویی یا اجتناب از استفاده از کاتالیزور می شود. این باعث می شود صابون سازی اولتراسونیک یک روش تولید بسیار کارآمد باشد.

شروع التراسونیک هیدرولیز قلیایی تری گلیسیرید (صابونی سازی) بدون کاتالیزور فاز

Mercantili و همکاران (2013) اثرات امواج فراصوت بر هیدرولیز قلیایی تری گلیسیرید، شناخته شده به عنوان صابونی سازی مورد مطالعه قرار گرفت. آنها با استفاده از فراصوت برای شروع هیدرولیز قلیایی روغن آفتابگردان. از هیدروکسید پتاسیم (KOH) به عنوان پایه قلیایی استفاده شد. نشان داده شد که سونوگرافی به عنوان یک منبع انرژی برای شروع و هدایت واکنش موثر است، که بازده واکنش بالا تنها در 15 دقیقه از کل توان کاربرد در حالی که در دمای محیط کار می کند، قابل دستیابی است و هیچ محصول جانبی قابل تشخیصی در طول واکنش تولید نمی شود. مقایسه یک حمام اولتراسونیک و یک اولتراسونوکتور از نوع پروب نشان می دهد که پروب اولتراسونیک تکنیک برتر است. این مطالعه نشان می دهد که صابون سازی مافوق صوت در یک تبدیل خوب بدون نیاز به قلیایی اضافی و یا فاز انتقال کاتالیز.

هیدرولیز قلیایی تری آسیل گلیسرول

واکنش انتقال فاز التراسونیک برای صابونی سازی

Bhatkhande و همکاران (1998) نشان داد که فراصوت روغن های گیاهی مانند روغن سویا می تواند به طور موثر با استفاده از KOH آبی و PTC های مختلف در دمای اتاق صابون شود. میزان صابونی سازی با استفاده از مقدار صابونی سازی به عنوان مرجع مورد بررسی قرار گرفت. بهینه سازی پارامترهای مختلف مانند زمان، انتخاب کاتالیزورهای انتقال فاز، مقدار کاتالیزور مورد استفاده، مقدار KOH و مقدار آب با استفاده از فراصوت و همزن انجام شد. برای مطالعه اثر سونوگرافی، صابونی سازی نیز در دمای 35 درجه سانتیگراد تحت شرایط مختلف یعنی هم زدن، فراصوت، هم زدن و فراصوت و حرارت دادن در دمای 100 درجه سانتیگراد انجام شد. مشخص شد که صابونی شدن فاز مایع-مایع ناهمگن روغن های گیاهی مختلف با استفاده از KOH/CTAB آبی به طور قابل توجهی در دمای 35 درجه سانتی گراد تحت فراصوت و هم زدن شتاب می گیرد.

مافوق صوت با کارایی بالا

Hielscher مافوق صوت تامین تجهیزات مافوق صوت با کارایی بالا برای آزمایشگاه, خلبان و تولید صنعتی. مافوق صوت قوی و قابل اعتماد برای واکنش های مختلف سونوشیمیایی مانند صابونی سازی استفاده می شود. مافوق صوت های پروب Hielscher را می توان در حالت دسته ای و درون خطی استفاده می شود. تمام پارامترهای مهم فرآیند – دامنه، فشار، دما – می تواند دقیقا کنترل شود و نتایج قابل تکرار را تضمین کند.
کنترل دیجیتال به طور خودکار پارامترهای فرآیند را ثبت می کند و آنها را روی کارت SD یکپارچه ذخیره می کند. تنظیمات از پیش و کنترل مرورگر از راه دور را فرایند فراصوت بسیار ساده و کاربر پسند.
برای بسیاری از واکنش های سونوشیمیایی باید دمای خاصی حفظ شود، بنابراین کنترل دما مهم است. مافوق صوت دیجیتال Hielscher را با یک ترمو زوج و کنترل دما آمده. سلول جریان ژاکت دار امکان اتلاف گرما را فراهم می کند.
استحکام تجهیزات اولتراسونیک Hielscher را اجازه می دهد تا برای عملیات 24/7 در وظیفه سنگین و در محیط های خواستار.
جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد:

• Bhatkhande, B.S.; سامانت ، شرینواس د. (1998): PTC به کمک سونوگرافی صابونی سازی روغن های گیاهی را با استفاده از قلیایی آبی کاتالیز می کند. سونوشیمی سونوگرافی جلد 5 ، شماره 1 ، 1998. 7-12.
• مرکانتیلی، لورا. ساموس ، فرانک دیویس. Higson، P. J. (2014): شروع اولتراسونیک هیدرولیز قلیایی تری گلیسیرید (صابونی سازی) بدون کاتالیز فاز. مجله سورفکتانت و مواد شوینده جلد 17، 1 ژانویه 2014. 133-141.

حقایقی که ارزش دانستن دارند

آوا شیمی

سونوگرافی قدرت به فرآیندهای شیمیایی مانند سنتز و کاتالیز (همچنین به نام sono-synthesis و sono-catalysis, به ترتیب) به منظور شروع و تشدید واکنش. کاربردهای مختلف تابش اولتراسونیک در سنتز آلی در عمق مورد بررسی قرار گرفته و برای تولید صنعتی توسعه یافته است. تیمارهای سونوشیمیایی می توانند سرعت واکنش، عملکرد و گزینش پذیری محصولات مورد نظر را در شرایط ملایم تر افزایش دهند. این باعث می شود درمان اولتراسونیک یک روش پردازش موثر و سازگار با محیط زیست باشد. التراسونیک کمک فاز انتقال کاتالیز (PTC) ثابت شده است که یک روش به شدت کارآمدتر و موثر برای واکنش های آلی در مقایسه با واکنش مشابه در شرایط سکوت. مثلا, واکنش Cannizarro کاتالیز توسط یک کاتالیز فاز فراصوت کمک به طور قابل توجهی سرعت تا و در نتیجه تبدیل سریع. نمونه بارز دیگر ترانس استریفیکاسیون تری گلیسیرید (یعنی روغن های گیاهی ، چربی های حیوانی) و متانول در حضور KOH به عنوان کاتالیزور و سونوگرافی قدرت است. ترانس استریفیکاسیون مافوق صوت بازده در بیودیزل با کیفیت بالا تولید شده در یک تبدیل سریع و بسیار کارآمد، فرایند اقتصادی.

استخراج التراسونیک بر اساس کاویتاسیون صوتی و نیروهای برشی هیدرودینامیکی آن است

صابونی سازی

صابونی سازی واکنش شیمیایی تولید کننده صابون را توصیف می کند. در فرآیند صابون سازی، روغن های گیاهی یا چربی های حیوانی به نمک های اسید چرب تبدیل می شوند – "صابون" – و گلیسرول که یک الکل است. این واکنش برای شروع واکنش به محلول یک پایه قلیایی (به عنوان مثال، NaOH یا KOH) در آب و همچنین گرما نیاز دارد.
مراحل واکنش صابونی سازی به شرح زیر است:

1. حمله هسته ای استرهای اسید چرب توسط هیدروکسید
2. حذف گروه خروج
3. پروتون زدایی

واکنش صابونی سازی به صورت تجاری برای تولید صابون و روان کننده ها استفاده می شود.
در حالی که از صابون سخت هیدروکسید سدیم و صابون نرم هیدروکسید پتاسیم برای تمیز کردن روزمره استفاده می شود، صابون های خاصی نیز وجود دارد که با استفاده از سایر هیدروکسیدهای فلزی تولید می شوند. به عنوان مثال از صابون های لیتیومی و صابون های کلسیم به عنوان گریس های روان کننده استفاده می شود. همچنین وجود دارد “صابون های پیچیده” متشکل از مخلوطی از صابون های فلزی.

هیدرولیز

هیدرولیز شامل واکنش یک ماده شیمیایی آلی با آب برای تشکیل دو یا چند ماده جدید است و معمولا به معنای شکاف پیوندهای شیمیایی با افزودن آب است. استرها را می توان با واکنش با آب و یک پایه به یک اسید کربوکسیلیک و یک الکل شکافته کرد. صابون با هیدرولیز استرهای چربی یا روغن تولید می شود.

پایه قلیایی

واکنش دهنده های پایه قلیایی (lyes) برای صابونی شدن روغن ها و چربی ها مورد نیاز هستند. تری گلیسیرید با یک پایه واکنش نشان می دهد – هیدروکسید سدیم یا پتاسیم – به منظور تولید گلیسرول و نمک اسید چرب ، اصطلاحا "صابون". هیدروکسید پتاسیم با فرمول شیمیایی KOH یک ترکیب شیمیایی است و معمولا پتاس سوزاننده نامیده می شود. هیدروکسید سدیم (NaOH) یکی دیگر از پایه های قوی نمونه اولیه است. هنگامی که از هیدروکسید سدیم استفاده می شود، یک صابون سخت تولید می شود، در حالی که استفاده از هیدروکسید پتاسیم منجر به صابون نرم می شود.

واکنش دهنده در مقابل معرف

واکنش دهنده ماده ای است که در یک واکنش شیمیایی مصرف می شود یا مصرف می شود. در مقایسه با معرف ، یک واکنش دهنده در مقادیر بیشتری مورد نیاز است. معرف ماده ای است که برای شروع واکنش، حمایت از واکنش استفاده می شود و در یک واکنش مصرف می شود، برخلاف کاتالیزورهایی که در واکنش مصرف نمی شوند.

صابونی سازی – پرسش و پاسخهای متداول

• فرآیند صابونی سازی چیست؟ صابونی شدن فرآیند شیمیایی است که در آن چربی ها یا روغن ها با یک قلیایی (معمولا هیدروکسید سدیم) واکنش می دهند و صابون و گلیسرول تولید می کنند. این واکنش شامل هیدرولیز تری گلیسیرید به نمک های اسیدهای چرب و گلیسرول است.
• صابونی شدن چه نوع واکنشی است؟ صابونی سازی نوعی واکنش هیدرولیز است که در آن پیوندهای استر موجود در چربی ها یا روغن ها توسط یک قلیایی شکسته می شوند.
• چرا به آن صابونی می گویند؟ این به دلیل محصول نهایی، صابون و توانایی آن در ایجاد صابون از طریق هیدرولیز پیوندهای استر در تری گلیسیرید نامگذاری شده است.
• هدف از صابون سازی چیست؟ هدف اصلی تولید صابون است، سورفکتانت که به طور گسترده برای تمیز کردن و شستشو استفاده می شود.
• آیا صابونی شدن هیدرولیز است؟ بله، صابونی شدن نوع خاصی از هیدرولیز است که شامل تجزیه چربی ها یا روغن ها توسط یک قلیایی به گلیسرول و نمک های اسید چرب (صابون) است.
• مکانیسم صابونی شدن چیست؟ این شامل حمله هسته ای یون های هیدروکسید به کربن کربونیل پیوند استر در تری گلیسیرید است که منجر به تشکیل الکل (گلیسرول) و صابون می شود.
• چرا اختلاط برای صابونی شدن مهم است؟ اختلاط کارآمد تماس کامل بین واکنش دهنده ها را تضمین می کند و واکنش کامل تر و یکنواخت تری را ایجاد می کند که برای دستیابی به بازده مطلوب بسیار مهم است. میکسر مافوق صوت Hielscher می تواند این فرایند را از طریق حفره شدید و نیروهای برشی افزایش.
• مثال صابونی سازی چیست؟ مخلوط کردن هیدروکسید سدیم با روغن نارگیل در حضور یک راکتور اولتراسونیک Hielscher برای تولید صابون و گلیسرول نمونه ای از صابون سازی.
• محصول اصلی صابونی شدن چیست؟ محصولات اصلی صابون (نمک های سدیم یا پتاسیم اسیدهای چرب) و گلیسرول هستند.
• چرا ارزش صابونی سازی مهم است؟ مقدار صابونی سازی مقدار قلیایی مورد نیاز برای صابونی کردن مقدار معینی از چربی یا روغن را نشان می دهد و به تعیین وزن مولکولی اسیدهای چرب موجود در آن کمک می کند.
• آیا صابونی شدن برگشت پذیر است؟ در شرایط معمولی، صابونی شدن به دلیل ماهیت پایدار صابون تشکیل شده برگشت پذیر نیست.
• نقطه مقابل صابونی شدن چیست؟ استریفیکاسیون، جایی که آب و الکل ها با اسیدهای کربوکسیلیک واکنش می دهند و استرها و آب را تشکیل می دهند، فرآیند معکوس است.
• آیا صابونی شدن نیاز به گرما دارد؟ گرما در حالی که مورد نیاز نیست، می تواند با افزایش حرکت مولکولی و سرعت واکنش، فرآیند صابونی شدن را تسریع کند.
• آیا صابونی شدن گرمازا است یا گرمازا؟ صابونی شدن یک واکنش گرمازا است که گرما را در حین حرکت آزاد می کند.
• صابونی سازی اساسی است یا اسیدی؟ این یک واکنش اساسی است, آن را به عنوان شامل عمل یک پایه (قلیایی) بر روی استر (چربی / روغن).
• چگونه صابونی شدن را متوقف می کنید؟ افزودن یک اسید برای خنثی کردن قلیایی واکنش را متوقف می کند و به طور موثر فرآیند صابون سازی را متوقف می کند.
• بعد از صابونی شدن چه اتفاقی می افتد؟ پس از واکنش کامل، مخلوط معمولا از صابون و گلیسرول تشکیل شده است که بسته به کاربرد مورد نظر ممکن است تصفیه یا پردازش بیشتری شود.
• آیا صابونی شدن طبیعی است؟ بله، صابونی شدن طبیعی می تواند زمانی رخ دهد که چربی در تماس با فلزات قلیایی خاکی در برخی از محیط های زمین شناسی یا زمانی که مردمان باستان چربی های حیوانی را با خاکستر در روش های سنتی صابون سازی مخلوط می کردند.
• چرا از روغن زیتون در صابونی سازی استفاده می شود؟ روغن زیتون به دلیل داشتن محتوای غنی از اسید اولئیک که صابون ملایم و مرطوب کننده ای با خاصیت پاک کنندگی خوب و کف پایدار تولید می کند، در صابون سازی مورد علاقه است.
• چگونه چربی را به صابون تبدیل کنیم؟ چربی ها از طریق صابون سازی با گرم کردن آنها با یک محلول قلیایی قوی، معمولا هیدروکسید سدیم، که چربی را به نمک های اسید چرب (صابون) و گلیسرول تجزیه می کند، به صابون تبدیل می شوند.
• کدام روغن دارای ارزش صابونی شدن بالایی است؟ روغن نارگیل دارای ارزش صابونی سازی بالایی است که نشان دهنده نسبت بالاتری از مولکول های اسیدهای چرب کوچکتر است و باعث می شود برای تولید صابون با قلیایی بسیار واکنش پذیر باشد.
• در طول صابونی شدن چه اتفاقی برای روغن ها می افتد؟ در طول صابونی شدن ، روغن ها توسط قلیایی به گلیسرول و نمک های اسید چرب هیدرولیز می شوند و دومی صابون را تشکیل می دهد.
• بهترین چربی برای صابون چیست؟ پیه (چربی گوشت گاو) و روغن نارگیل به دلیل خاصیت کف و سفت شدن در محصول صابون نهایی از بهترین چربی ها برای صابون سازی محسوب می شوند.
• چگونه روغن ها را بدون لیمو صابونی کنیم؟ روغن های صابونی بدون لیمو برای صابون سازی سنتی امکان پذیر نیست. با این حال، پاک کننده های صابون مانند را می توان با استفاده از سورفکتانت ها و امولسیفایر ها به جای صابون سازی مبتنی بر لیمو ساخت.