saponificação – Processo de fabrico de sabão com ultra-sons

A saponificação é o processo químico de fabrico do sabão. É a reação em que a matéria-prima de gorduras ou óleos (triglicéridos) reagir com um reagente alcalino, a fim de formar sabão. Ultrasonication melhora a catálise de transferência de fase, resultando em maior velocidade de reação, conversão mais completa e evita o uso excessivo de reagentes de base, como hidróxido de potássio (KOH) ou hidróxido de sódio (NaOH). A hidrólise alcalina iniciada por ultra-sons pode ser facilmente implementada no fabrico de sabão comercial. Os reactores de ultra-sons para saponificação produzem maior produção em menor tempo sem utilizar qualquer catalisador ou reduzir as quantidades de catalisador utilizadas.

Saponificação promovida por ultra-sons

Estudos de casos de saponificação ultra-sónica

Vários estudos de investigação demonstraram que a sonicação promove a saponificação dos triglicéridos em sabão. A saponificação por ultra-sons acelera e aumenta a conversão, poupando ou evitando a utilização de catalisadores. Isto torna a saponificação ultra-sónica um método de produção altamente eficiente.

Iniciação ultra-sônica da hidrólise alcalina de triglicerídeos (saponificação) sem catalisador de fase

Mercantili et al. (2013) estudaram os efeitos da ultrassonografia na hidrólise alcalina de triglicerídeos, conhecida como saponificação. Eles usaram sonicação para iniciar a hidrólise alcalina do óleo de girassol. O hidróxido de potássio (KOH) foi utilizado como base alcalina. Foi demonstrado que o ultrassom é eficaz como uma fonte de energia para iniciar e conduzir a reação, que um elevado rendimento de reação é alcançável em apenas 15 minutos de aplicação de energia total, enquanto se trabalha à temperatura ambiente, e que não são gerados subprodutos detectáveis durante a reação. A comparação de um banho de ultra-sons e um ultrasonocator tipo sonda mostra a sonda de ultra-sons para ser a técnica superior. O estudo demonstra que os rendimentos de saponificação ultra-sônica em uma boa conversão sem a necessidade de excesso de álcali ou catálise de transferência de fase.

Hidrólise alcalina do triacilglicerol

Reação de transferência de fase promovida por ultra-sons para saponificação

Bhatkhande et al. (1998) mostraram que a sonicação de óleos vegetais, como o óleo de soja, podia ser saponificada de forma eficiente utilizando KOH aquoso e diferentes PTCs à temperatura ambiente. A extensão da saponificação foi estudada utilizando o valor de saponificação como referência. Foram efectuadas optimizações de vários parâmetros, tais como o tempo, a seleção de catalisadores de transferência de fase, a quantidade de catalisador utilizada, a quantidade de KOH e a quantidade de água, utilizando a sonicação e a agitação. Para estudar o efeito dos ultra-sons, a saponificação foi também realizada a 35ºC sob diferentes condições, nomeadamente agitação, sonicação, agitação e sonicação, e aquecimento a 100ºC. Verificou-se que a saponificação heterogénea em fase líquido-líquido de diferentes óleos vegetais utilizando KOH/CTAB aquoso foi significativamente acelerada a 35ºC sob sonicação e agitação.

Ultrassons de alto desempenho

Hielscher Ultrasonics fornece equipamento ultrassónico de alto desempenho para laboratório, piloto e produção industrial. Os ultrasonicators robustos e confiáveis são usados para várias reações sonoquímicas, como a saponificação. Os ultrasonicators do tipo sonda de Hielscher podem ser usados no modo do lote e na linha. Todos os parâmetros importantes do processo – amplitude, pressão, temperatura – pode ser controlado com precisão e garantir resultados reprodutíveis.
O controlo digital regista automaticamente os parâmetros do processo e armazena-os no cartão SD integrado. As pré-configurações e o controlo remoto através do browser tornam o processo de sonicação muito simples e fácil de utilizar.
Para muitas reacções sonoquímicas é necessário manter uma determinada temperatura, pelo que o controlo da temperatura é importante. Os ultrasonicadores digitais da Hielscher são fornecidos com um termoacoplador e controlo de temperatura. A célula de fluxo revestida permite a dissipação de calor.
A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviço pesado e em ambientes exigentes.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:

• Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultrassom assistida PTC catalisada saponificação de óleos vegetais usando álcali aquoso. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, Issue 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Iniciação ultra-sônica da hidrólise alcalina de triglicerídeos (saponificação) sem catálise de fase. Jornal de Surfactante e Detergentes Vol. 17, Isssue 1, Jan 2014. 133-141.

Fatos, vale a pena conhecer

Sonoquímica

Os ultra-sons de potência são aplicados a processos químicos como a síntese e a catálise (também designados por sono-síntese e sono-catálise, respetivamente), a fim de iniciar e intensificar a reação. Várias aplicações da irradiação ultra-sónica na síntese orgânica foram investigadas em profundidade e desenvolvidas para a produção industrial. Os tratamentos sonoquímicos podem aumentar a taxa de reação, o rendimento e a seletividade dos produtos desejados em condições significativamente mais suaves. Isto torna o tratamento ultrassónico uma técnica de processamento eficaz e amiga do ambiente. A catálise de transferência de fase assistida por ultra-sons (PTC) provou ser um método drasticamente mais eficiente e eficaz para reacções orgânicas em comparação com a mesma reação em condições de silêncio. Por exemplo, a reação de Cannizarro catalisada por uma catálise de transferência de fase assistida por ultra-sons é significativamente acelerada, resultando numa conversão rápida. Outro exemplo proeminente é a transesterificação de triglicéridos (isto é, óleos vegetais, gorduras animais) e metanol na presença de KOH como catalisador e ultrassom de energia. Os rendimentos de transesterificação ultra-sónica em biodiesel de alta qualidade produzido em uma conversão rápida e um processo muito eficiente e económico.

A extração por ultra-sons baseia-se na cavitação acústica e nas suas forças de cisalhamento hidrodinâmicas

saponificação

A saponificação descreve a reação química que produz o sabão. No processo de saponificação, os óleos vegetais ou as gorduras animais são convertidos em sais de ácidos gordos – o "sabão" – e glicerol, que é um álcool. A reação requer uma solução de uma base alcalina (por exemplo, NaOH ou KOH) em água e também calor para iniciar a reação.
As etapas da reação de saponificação são as seguintes:

1. Ataque nucleofílico dos ésteres de ácidos gordos pelo hidróxido
2. Saída da remoção do grupo
3. Desprotonação

A reação de saponificação é utilizada comercialmente para produzir sabões e lubrificantes.
Embora o sabão duro de hidróxido de sódio e o sabão mole de hidróxido de potássio sejam utilizados na limpeza quotidiana, existem também sabões especiais produzidos com outros hidróxidos metálicos. Por exemplo, os sabões de lítio e os sabões de cálcio são utilizados como massas lubrificantes. Existem também “sabões complexos” constituído por uma mistura de sabões metálicos.

hidrólise

A hidrólise envolve a reação de uma substância química orgânica com água para formar duas ou mais substâncias novas e geralmente significa a clivagem de ligações químicas pela adição de água. Os ésteres podem ser clivados de novo num ácido carboxílico e num álcool por reação com água e uma base. O sabão é produzido pela hidrólise dos ésteres de gordura ou óleo.

Base alcalina

Para a saponificação de óleos e gorduras são necessários reagentes de base alcalina (lixívias). Os triglicéridos são reagidos com uma base – hidróxido de sódio ou de potássio – para produzir glicerol e um sal de ácido gordo, o chamado "sabão". O hidróxido de potássio é um composto inorgânico com a fórmula KOH e é vulgarmente designado por potassa cáustica. O hidróxido de sódio (NaOH) é outra base forte prototípica. Quando se utiliza o hidróxido de sódio, produz-se um sabão duro, enquanto que a utilização de hidróxido de potássio resulta num sabão mole.

Reator vs Reagente

Um reagente é uma substância que é utilizada ou consumida numa reação química. Em comparação com um reagente, um reagente é necessário em maiores quantidades. Um reagente é uma substância que é utilizada para iniciar uma reação, para apoiar a reação e é consumida numa reação, em contraste com os catalisadores que não são consumidos numa reação.

saponificação – perguntas frequentes

• O que é o processo de saponificação? A saponificação é o processo químico em que as gorduras ou os óleos reagem com um álcali (normalmente hidróxido de sódio) para produzir sabão e glicerol. Esta reação envolve a hidrólise dos triglicéridos em sais de ácidos gordos e glicerol.
• Que tipo de reação é a saponificação? A saponificação é um tipo de reação de hidrólise em que as ligações éster das gorduras ou óleos são quebradas por um alcalino.
• Porque é que se chama saponificação? O seu nome deve-se ao seu produto final, o sabão, e à sua capacidade de criar sabão através da hidrólise das ligações éster dos triglicéridos.
• Qual é o objetivo da saponificação? O principal objetivo é produzir sabão, um surfactante amplamente utilizado para limpeza e lavagem.
• A saponificação é uma hidrólise? Sim, a saponificação é um tipo específico de hidrólise que envolve a decomposição de gorduras ou óleos por um álcali em glicerol e sais de ácidos gordos (sabão).
• Qual é o mecanismo de saponificação? Envolve o ataque nucleofílico de iões hidróxido ao carbono carbonílico da ligação éster nos triglicéridos, levando à formação de álcool (glicerol) e sabão.
• Porque é que a mistura é importante para a saponificação? Uma mistura eficiente assegura um contacto completo entre os reagentes, promovendo uma reação mais completa e uniforme, crucial para atingir rendimentos óptimos. Os misturadores ultra-sónicos Hielscher podem melhorar este processo através de cavitação intensa e forças de cisalhamento.
• O que é um exemplo de saponificação? A mistura de hidróxido de sódio com óleo de coco na presença de um reator ultrassónico Hielscher para produzir sabão e glicerol é um exemplo de saponificação.
• Qual é o principal produto da saponificação? Os principais produtos são o sabão (sais de sódio ou de potássio de ácidos gordos) e o glicerol.
• Porque é que o índice de saponificação é importante? O valor de saponificação indica a quantidade de álcali necessária para saponificar uma determinada quantidade de gordura ou óleo, ajudando a determinar o peso molecular dos ácidos gordos que contém.
• A saponificação é reversível? Em condições normais, a saponificação não é reversível devido à natureza estável do sabão formado.
• Qual é o oposto de saponificação? A esterificação, em que a água e os álcoois reagem com ácidos carboxílicos para formar ésteres e água, é o processo inverso.
• A saponificação requer calor? Embora não seja necessário, o calor pode acelerar o processo de saponificação, aumentando o movimento molecular e a velocidade da reação.
• A saponificação é exotérmica ou endotérmica? A saponificação é uma reação exotérmica, libertando calor à medida que avança.
• A saponificação é básica ou ácida? Trata-se de uma reação básica, uma vez que envolve a ação de uma base (alcalina) sobre um éster (gordura/óleo).
• Como é que se pára a saponificação? A adição de um ácido para neutralizar o álcali pára a reação, cessando efetivamente o processo de saponificação.
• O que acontece após a saponificação? Após a reação completa, a mistura é geralmente constituída por sabão e glicerol, que podem ser purificados ou processados, dependendo da utilização pretendida.
• A saponificação é natural? Sim, a saponificação natural pode ocorrer quando a gordura entra em contacto com metais alcalino-terrosos em determinados contextos geológicos ou quando os povos antigos misturavam gorduras animais com cinzas nos métodos tradicionais de fabrico de sabão.
• Porque é que o azeite é utilizado na saponificação? O azeite é preferido na saponificação devido ao seu rico conteúdo em ácido oleico, que produz um sabão suave e hidratante com boas propriedades de limpeza e uma espuma estável.
• Como transformar gordura em sabão? As gorduras são transformadas em sabão através da saponificação, aquecendo-as com uma solução alcalina forte, normalmente hidróxido de sódio, que decompõe a gordura em sais de ácidos gordos (sabão) e glicerol.
• Que óleo tem um elevado índice de saponificação? O óleo de coco tem um elevado índice de saponificação, o que indica uma maior proporção de moléculas de ácidos gordos mais pequenas, tornando-o muito reativo com álcalis para produzir sabão.
• O que acontece aos óleos durante a saponificação? Durante a saponificação, os óleos são hidrolisados pelo álcali em glicerol e sais de ácidos gordos, formando estes últimos o sabão.
• Qual é a melhor gordura para o sabão? O sebo (gordura de vaca) e o óleo de coco são considerados algumas das melhores gorduras para fazer sabão devido às suas propriedades de espuma e endurecimento no produto final do sabão.
• Como saponificar óleos sem lixívia? A saponificação de óleos sem lixívia não é possível para o fabrico tradicional de sabão; no entanto, os produtos de limpeza semelhantes a sabão podem ser fabricados utilizando tensioactivos e emulsionantes em vez de saponificação à base de lixívia.