비누화 – 초음파를 이용한 비누 제조 과정

비누화는 비누 제조의 화학 공정입니다. 지방 또는 오일의 원료 (트리글리세리드)가 알칼리 반응물과 반응하여 비누를 형성하는 반응입니다. 초음파는 상 전달 촉매 작용을 개선하여 반응 속도를 높이고보다 완전한 변환을 수행하며 수산화 칼륨 (KOH) 또는 수산화 나트륨 (NaOH)과 같은 기본 시약의 과도한 사용을 방지합니다. 초음파로 시작된 알칼리성 가수분해는 상업용 비누 제조에서 쉽게 구현할 수 있습니다. 비누화를 위한 초음파 반응기는 촉매를 사용하거나 사용되는 촉매의 양을 줄이지 않고도 더 짧은 시간에 더 높은 출력을 생성합니다.

초음파로 촉진된 비누화

초음파 비누화의 사례 연구

다양한 연구 조사에 따르면 초음파 처리는 트리글리세리드의 비누화를 비누로 촉진합니다. 초음파 비누화는 촉매의 사용을 저장하거나 피하고 있는 동안 변환을 가속화하고 증가시킵니다. 이것은 초음파 비누화를 매우 효율적인 생산 방법으로 만듭니다.

위상 촉매 없이 트리글리세라이드(비누화)의 알칼리성 가수분해의 초음파 개시

Mercantili et al. (2013)은 비누화로 알려진 트리글리세리드의 알칼리성 가수 분해에 대한 초음파의 효과를 연구했습니다. 그들은 해바라기 기름의 알칼리성 가수 분해를 시작하기 위해 초음파 처리를 사용했습니다. 수산화칼륨(KOH)을 알칼리계로 사용하였다. 초음파는 반응을 시작하고 구동하는 동력원으로 효과적이며, 상온에서 작업하는 동안 총 15분의 전력 적용만으로 높은 반응 수율을 달성할 수 있으며, 반응 중에 검출 가능한 부산물이 생성되지 않는 것으로 나타났습니다. 초음파 수조와 프로브 형 초음파를 비교하면 초음파 프로브가 우수한 기술임을 알 수 있습니다. 이 연구는 초음파 비누화가 과도한 알칼리 또는 상 전달 촉매 작용없이 우수한 변환을 산출한다는 것을 보여줍니다.

triacylglycerol의 알칼리성 가수분해

비누화를 위한 초음파로 촉진된 상전이 반응

Bhatkhande et al. (1998)은 콩기름과 같은 식물성 기름의 초음파 처리가 실온에서 수성 KOH 및 다른 PTC를 사용하여 효율적으로 비누화 될 수 있음을 보여주었습니다. 비누화의 정도는 비누화 값을 참조로 사용하여 연구되었습니다. 시간, 상 전달 촉매의 선택, 사용 된 촉매의 양, KOH의 양 및 물의 양과 같은 다양한 매개 변수의 최적화는 초음파 처리 및 교반을 사용하여 수행되었습니다. 초음파의 효과를 연구하기 위해 비누화는 35ºC에서 교반, 초음파 처리, 교반 및 초음파 처리, 100ºC에서 가열과 같은 다양한 조건에서 수행되었습니다. 수성 KOH? CTAB을 사용하여 다른 식물성 기름의 이종 액체 - 액체 상 비누화는 초음파 처리 및 교반 하에서 35ºC에서 크게 가속화 된 것으로 나타났습니다.

고성능 초음파발생기

Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic equipment for lab, pilot and industrial production. The robust and reliable ultrasonicators are used for various sonochemical reactions such as saponification. Hielscher’s probe-type ultrasonicators can be used in batch and inline mode. All important process parameters – 진폭, 압력, 온도 – 정밀하게 제어할 수 있으며 재현 가능한 결과를 보장할 수 있습니다.
디지털 컨트롤은 프로세스 파라미터를 자동으로 기록하고 통합 SD 카드에 저장합니다. 사전 설정 및 원격 브라우저 제어는 초음파 처리 프로세스를 매우 간단하고 사용자 친화적으로 만듭니다.
For many sonochemical reactions a certain temperature must be maintained, so temperature control is important. Hielscher’s digital ultrasonicators come with a thermo-couple and temperature control. Jacketed flow cell allow for heat dissipation.
The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation at heavy duty and in demanding environments.
아래 표는 초음파기의 대략적인 처리 용량을 나타냅니다.

• 바트칸데, 학사; Samant, Shriniwas D. (1998) : 초음파 보조 PTC는 수성 알칼리를 사용하여 식물성 기름의 비누화를 촉진했습니다. 초음파 Sonochemistry Vol. 5, Issue 1, 1998. 7-12.
• 메르칸틸리, 로라; 시무스, 프랭크 데이비스; Higson, P. J. (2014) : 상 촉매없이 트리글리세라이드 (비누화)의 알칼리성 가수 분해의 초음파 시작. Journal of Surfactant and Detergents Vol. 17, Isssue 1, 2014년 1월. 133-141.

알아 둘 만한 가치가 있는 사실

초음파 화학

Power 초음파는 반응을 시작하고 강화하기 위해 synthesis 및 catalysis (각각 sono-synthesis 및 sono-catalysis라고도 함)와 같은 화학 공정에 적용됩니다. 유기 합성에서 초음파 조사의 다양한 응용 분야는 산업 생산을 위해 심층적으로 조사되고 개발되었습니다. Sonochemical 처리는 훨씬 더 온화한 조건에서 원하는 제품의 반응 속도, 수율 및 선택성을 증가시킬 수 있습니다. 이것은 초음파 처리를 효과적이고 환경 친화적 인 가공 기술로 만듭니다. 초음파 보조 위상 전달 촉매 (PTC)는 침묵 조건에서의 동일한 반응에 비해 유기 반응에 대해 훨씬 더 효율적이고 효과적인 방법으로 입증되었습니다. 예를 들어, 초음파 보조 위상 전달 촉매에 의해 촉매되는 Cannizarro 반응은 상당히 가속화되어 빠른 변환이 가능합니다. 또 다른 두드러진 예는 트리글리세리드(즉, 식물성 기름, 동물성 지방)와 메탄올을 촉매 및 전력 초음파로 KOH가 있는 상태에서 에스테르 교환화하는 것입니다. 초음파 에스테르 교환은 빠른 변환과 매우 효율적이고 경제적 인 공정으로 생산 된 고품질 바이오 디젤을 생성합니다.

초음파 추출은 음향 캐비테이션과 유체역학적 전단력을 기반으로 합니다

비누화

비누화는 비누를 생성하는 화학 반응을 설명합니다. 비누화 과정에서 식물성 기름이나 동물성 지방은 지방산 염으로 전환됩니다 – 이 “비누” – 그리고 알코올인 글리세롤. 이 반응에는 알칼리 염기(예: NaOH 또는 KOH)의 용액이 물에 필요하고 반응을 시작하기 위해 열이 필요합니다.
비누화의 반응 단계는 다음과 같습니다.

1. 수산화물에 의한 지방산 에스테르의 친핵성 공격
2. 그룹 탈퇴 제거
3. 탈양성자화

비누화 반응은 비누와 윤활제를 생산하기 위해 상업적으로 사용됩니다.
수산화 나트륨 경질 비누와 수산화 칼륨 연질 비누는 일상적인 청소에 사용되지만 다른 금속 수산화물을 사용하여 생산 된 특수 비누도 있습니다. 예를 들어, 리튬 비누와 칼슘 비누는 윤활 그리스로 사용됩니다. 도 있습니다 “복합 비누” 금속 비누의 혼합물로 구성됩니다.

가수분해

가수 분해는 유기 화학 물질과 물의 반응을 포함하여 두 개 이상의 새로운 물질을 형성하는 것을 포함하며 일반적으로 물을 첨가하여 화학 결합을 절단하는 것을 의미합니다. 에스테르는 물 및 염기와의 반응에 의해 카르복실산과 알코올로 다시 절단될 수 있습니다. 비누는 지방 또는 기름 에스테르의 가수 분해에 의해 생산됩니다.

알칼리성 베이스

알칼리성 염기 반응물(잿물)은 오일과 지방의 비누화에 필요합니다. 트리글리세라이드는 염기로 반응합니다 – 나트륨 또는 수산화 칼륨 – in order to produce glycerol and a fatty acid salt, the so-called “비누”. Potassium hydroxide is an inorganic compound with the formula KOH, and is commonly called caustic potash. Sodium hydroxide (NaOH) is another prototypical strong base. When sodium hydroxide is used, a hard soap is produced, whilst the use of potassium hydroxide results in a soft soap.

반응물 대 시약

반응물은 화학 반응에서 소모되거나 소비되는 물질입니다. 시약과 비교하여 반응물이 더 많이 필요합니다. 시약은 반응을 시작하고 반응을 지원하기 위해 사용되며 반응에서 소비되지 않는 촉매와 달리 반응에서 소비되는 물질입니다.

비누화 – 자주 묻는 질문

• 비누화 과정은 무엇입니까? 비누화는 지방이나 오일이 알칼리(일반적으로 수산화나트륨)와 반응하여 비누와 글리세롤을 생성하는 화학 공정입니다. 이 반응은 트리글리세라이드를 지방산 염과 글리세롤로 가수분해하는 것을 포함합니다.
• 비누화는 어떤 종류의 반응입니까? 비누화는 지방 또는 오일의 에스테르 결합이 알칼리에 의해 분해되는 가수 분해 반응의 일종입니다.
• 왜 그것을 비누화라고 합니까? 그것은 최종 제품인 비누와 트리글리세리드의 에스테르 결합의 가수분해를 통해 비누를 만드는 능력 때문에 명명되었습니다.
• 비누화의 목적은 무엇입니까? 주요 목적은 청소 및 세탁에 널리 사용되는 계면 활성제인 비누를 생산하는 것입니다.
• 비누화는 가수분해입니까? 예, 비누화는 알칼리에 의한 지방 또는 오일을 글리세롤과 지방산염(비누)으로 분해하는 특정 유형의 가수분해입니다.
• 비누화의 메커니즘은 무엇입니까? 그것은 트리글리세라이드에서 에스테르 결합의 카르보닐 탄소에 대한 수산화물 이온의 친핵성 공격을 포함하여 알코올(글리세롤)과 비누의 형성을 유발합니다.
• 비누화에 혼합이 중요한 이유는 무엇입니까? 효율적인 혼합은 반응물 간의 철저한 접촉을 보장하여 최적의 수율을 달성하는 데 중요한 보다 완전하고 균일한 반응을 촉진합니다. Hielscher 초음파 믹서는 강렬한 캐비테이션과 전단력을 통해이 과정을 향상시킬 수 있습니다.
• 비누화의 예는 무엇입니까? Hielscher 초음파 반응기의 존재 하에서 수산화 나트륨과 코코넛 오일을 혼합하여 비누와 글리세롤을 생산하는 것은 비누화를 예시합니다.
• 비누화의 주요 산물은 무엇입니까? 주요 제품은 비누 (지방산의 나트륨 또는 칼륨 염)와 글리세롤입니다.
• 비누화 가치가 중요한 이유는 무엇입니까? 비누화 값은 주어진 양의 지방 또는 오일을 비누화하는 데 필요한 알칼리의 양을 나타내며, 포함된 지방산의 분자량을 결정하는 데 도움이 됩니다.
• 비누화는 되돌릴 수 있습니까? 일반적인 조건에서, 비누화는 형성된 비누의 안정적인 특성으로 인해 되돌릴 수 없습니다.
• 비누화의 반대는 무엇입니까? 물과 알코올이 카르복실산과 반응하여 에스테르와 물을 형성하는 에스테르화는 그 반대 과정입니다.
• 비누화는 열이 필요합니까? 필수는 아니지만 열은 분자 운동과 반응 속도를 증가시켜 비누화 과정을 가속화할 수 있습니다.
• 비누화는 발열성인가 흡열성인가? 비누화는 발열 반응으로 진행됨에 따라 열을 방출합니다.
• 비누화는 염기성입니까 아니면 산성입니까? 이것은 에스테르(지방/오일)에 대한 염기(알칼리)의 작용을 포함하기 때문에 기본 반응입니다.
• 비누화를 어떻게 막나요? 알칼리를 중화시키기 위해 산을 첨가하면 반응이 중단되어 비누화 과정이 효과적으로 중단됩니다.
• 비누화 후에는 어떻게 됩니까? 완전한 반응 후, 혼합물은 일반적으로 비누와 글리세롤로 구성되며, 이는 의도된 용도에 따라 추가로 정제되거나 처리될 수 있습니다.
• 비누화는 자연스러운가? 그렇다, 자연적인 비누화는 특정한 지질학적 환경에서 지방이 알칼리성 토금속과 접촉할 때, 또는 고대인들이 전통적인 비누 제조 방법으로 동물성 지방을 재와 혼합할 때 일어날 수 있다.
• 올리브 오일이 비누화에 사용되는 이유는 무엇입니까? 올리브 오일은 올레산 함량이 풍부하기 때문에 비누화에 선호되며, 이는 우수한 세척 특성과 안정적인 거품을 가진 순하고 보습적인 비누를 생성합니다.
• 지방을 비누로 바꾸는 방법? 지방은 강알칼리 용액(일반적으로 수산화나트륨)으로 가열하여 비누화를 통해 비누로 변하며, 이는 지방을 지방산염(비누)과 글리세롤로 분해합니다.
• 비누화 가치가 높은 오일은 무엇입니까? 코코넛 오일은 비누화 값이 높아 작은 지방산 분자의 비율이 더 높기 때문에 비누를 생산하기 위해 알칼리와 매우 반응성이 높습니다.
• 비누화 중 오일은 어떻게 됩니까? 비누화 동안, 오일은 알칼리에 의해 글리세롤과 지방산 염으로 가수분해되며, 후자는 비누를 형성합니다.
• 비누에 가장 좋은 지방은 무엇입니까? 수지(쇠고기 지방)와 코코넛 오일은 최종 비누 제품의 거품 및 경화 특성으로 인해 비누 제조에 가장 적합한 지방으로 간주됩니다.
• 잿물 없이 기름을 비누화하는 방법? 잿물이 없는 비누화 기름은 전통적인 비누 제조에서는 불가능합니다. 그러나 잿물 기반 비누화 대신 계면 활성제와 유화제를 사용하여 비누와 같은 세제를 만들 수 있습니다.