Saponificare – Procesul de fabricare a săpunului cu ultrasunete

Saponificarea este procesul chimic de fabricare a săpunului. Este reacția în care materia primă a grăsimilor sau uleiurilor (trigliceridele) reacționează cu un reactant alcalin pentru a forma săpun. Ultrasonication îmbunătățește cataliza de transfer de fază rezultând în creșterea vitezei de reacție, conversie mai completă și evită utilizarea excesivă a reactivilor de bază, ar fi hidroxid de potasiu (KOH) sau hidroxid de sodiu (NaOH). Hidroliza alcalină inițiată ultrasonically poate fi ușor implementată în fabricarea săpunului comercial. Reactoare cu ultrasunete pentru saponificare produce o producție mai mare într-un timp mai scurt, fără a utiliza nici un catalizator sau reducerea cantităților de catalizator utilizate.

Saponificare promovată ultrasonically

Studii de caz de saponificare cu ultrasunete

Diverse studii de cercetare au arătat că sonicare promovează saponificarea trigliceridelor în săpun. Saponificarea cu ultrasunete accelerează și crește conversia în timp ce economisește sau evită utilizarea catalizatorului. Acest lucru face saponificarea cu ultrasunete o metodă de producție extrem de eficientă.

Inițierea cu ultrasunete a hidrolizei alcaline a trigliceridelor (saponificare) fără catalizator de fază

Mercantili et al. (2013) a studiat efectele ultrasonication asupra hidrolizei alcaline a trigliceridelor, cunoscut sub numele de saponificare. Ei au folosit sonicare pentru a iniția hidroliza alcalină a uleiului de floarea-soarelui. Hidroxidul de potasiu (KOH) a fost folosit ca bază alcalină. S-a demonstrat că ultrasunetele sunt eficiente ca sursă de energie pentru inițierea și conducerea reacției, că un randament ridicat de reacție este realizabil în doar 15 minute de aplicare totală a puterii în timp ce se lucrează la temperatura ambiantă și că nu sunt generate produse secundare detectabile în timpul reacției. Comparația dintre o baie cu ultrasunete și un ultrasonocator de tip sondă arată că sonda cu ultrasunete este tehnica superioară. Studiul demonstrează că saponificarea cu ultrasunete produce într-o conversie bună, fără a fi nevoie de exces alcaline sau cataliză de transfer de fază.

Hidroliza alcalină a triacilglicerolului

Ultrasonically promovat reacție de transfer de fază pentru saponificare

Bhatkhande et al. (1998) a arătat că sonicare de uleiuri vegetale, cum ar fi uleiul de soia ar putea fi saponificat eficient folosind KOH apos și diferite PTC la temperatura camerei. Gradul de saponificare a fost studiat folosind valoarea saponificării ca referință. Optimizări ale diferiților parametri, cum ar fi timpul, selectarea catalizatorilor de transfer de fază, cantitatea de catalizator utilizat, cantitatea de KOH și cantitatea de apă au fost efectuate folosind sonicare și agitare. Pentru a studia efectul ultrasunetelor, saponificarea a fost, de asemenea, efectuată la 35 ° C în condiții diferite, și anume agitare, sonicare, agitare și sonicare și încălzire la 100 ° C. S-a constatat că saponificarea eterogenă în fază lichid-lichid a diferitelor uleiuri vegetale folosind KOH / CTAB apos a fost accelerată semnificativ la 35 ° C sub sonicare și agitare.

Ultrasonicators de înaltă performanță

Hielscher Ultrasonics furnizează echipamente cu ultrasunete de înaltă performanță pentru laborator, pilot și producție industrială. Ultrasonicators robuste și fiabile sunt utilizate pentru diverse reacții sonochimice, ar fi saponificarea. Hielscher sondă de tip ultrasonicators pot fi utilizate în modul lot și inline. Toți parametrii importanți ai procesului – amplitudine, presiune, temperatură – poate fi controlat cu precizie și asigură rezultate reproductibile.
Controlul digital înregistrează automat parametrii procesului și îi stochează pe cardul SD integrat. Pre-setările și controlul de la distanță al browserului fac procesul sonicare foarte simplu și ușor de utilizat.
Pentru multe reacții sonochimice trebuie menținută o anumită temperatură, astfel încât controlul temperaturii este important. Hielscher ultrasonicators digitale vin cu un termo-cuplu și controlul temperaturii. Celula de curgere cu manta permite disiparea caldurii.
Robustețea echipamentului cu ultrasunete Hielscher permite funcționarea 24/7 la grele și în medii solicitante.
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre:

• Bhatkhande, BS; Samant, Shriniwas D. (1998): Saponificarea catalizată PTC asistată cu ultrasunete a uleiurilor vegetale folosind alcalii apoase. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 5, Numărul 1, 1998. 7-12.
• Mercantili, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Inițierea cu ultrasunete a hidrolizei alcaline a trigliceridelor (saponificare) fără cataliză de fază. Jurnalul de surfactant și detergenți Vol. 17, Isssue 1, ianuarie 2014. 133-141.

Fapte care merită știute

Sonochimie

Puterea ultrasunetelor este aplicată proceselor chimice, cum ar fi sinteza și cataliza (numită și sono-sinteză și, respectiv, sono-cataliză) pentru a iniția și intensifica reacția. Diverse aplicații ale iradierii cu ultrasunete în sinteza organică au fost investigate în profunzime și dezvoltate pentru producția industrială. Tratamentele sonochimice pot crește rata de reacție, randamentul și selectivitatea produselor dorite în condiții semnificativ mai blânde. Acest lucru face ca tratamentul cu ultrasunete să fie o tehnică de procesare eficientă și ecologică. Cataliza de transfer de fază asistată ultrasonically (PTC) este dovedită a fi o metodă drastic mai eficientă și mai eficientă pentru reacțiile organice în comparație cu aceeași reacție la starea de tăcere. De exemplu, reacția Cannizarro catalizată de o cataliză de transfer de fază asistată ultrasonically este accelerată semnificativ, rezultând o conversie rapidă. Un alt exemplu proeminent este transesterificarea trigliceridelor (adică uleiuri vegetale, grăsimi animale) și metanol în prezența KOH ca catalizator și ultrasunete de putere. Transesterificarea cu ultrasunete randamente în biodiesel de înaltă calitate produse într-o conversie rapidă și un proces foarte eficient, economic.

Extracția cu ultrasunete se bazează pe cavitație acustică și forțele sale hidrodinamice de forfecare

Saponificare

Saponificarea descrie reacția chimică care produce săpun. În procesul de saponificare, uleiurile vegetale sau grăsimile animale sunt transformate în săruri ale acizilor grași – "Săpunul" – și glicerol, care este un alcool. Reacția necesită o soluție de bază alcalină (de exemplu, NaOH sau KOH) în apă și, de asemenea, căldură pentru a iniția reacția.
Etapele de reacție ale saponificării sunt următoarele:

1. Atacul nucleofil al esterilor acizilor grași de către hidroxid
2. Părăsirea eliminării grupului
3. Deprotonare

Reacția de saponificare este utilizată comercial pentru a produce săpunuri și lubrifianți.
În timp ce săpunul dur cu hidroxid de sodiu și săpunul moale cu hidroxid de potasiu sunt utilizate pentru curățarea zilnică, există și săpunuri speciale produse folosind alți hidroxizi metalici. De exemplu, săpunurile cu litiu și săpunurile de calciu sunt utilizate ca unsori lubrifiante. Există, de asemenea, “săpunuri complexe” constând dintr-un amestec de săpunuri metalice.

Hidroliză

Hidroliza implică reacția unei substanțe chimice organice cu apa pentru a forma două sau mai multe substanțe noi și înseamnă, de obicei, scindarea legăturilor chimice prin adăugarea de apă. Esterii pot fi scindați înapoi într-un acid carboxilic și un alcool prin reacția cu apa și o bază. Săpunul este produs prin hidroliza esterilor de grăsime sau ulei.

Bază alcalină

Reactanții bazici alcalini (leșii) sunt necesari pentru saponificarea uleiurilor și grăsimilor. Trigliceridele reacționează cu o bază – hidroxid de sodiu sau potasiu – Pentru a produce glicerol și o sare de acid gras, așa-numitul "săpun". Hidroxidul de potasiu este un compus anorganic cu formula KOH și este denumit în mod obișnuit potasă caustică. Hidroxidul de sodiu (NaOH) este o altă bază puternică prototipică. Când se utilizează hidroxid de sodiu, se produce un săpun dur, în timp ce utilizarea hidroxidului de potasiu are ca rezultat un săpun moale.

Reactant vs Reactiv

Un reactant este o substanță care este consumată sau consumată într-o reacție chimică. În comparație cu un reactiv, este necesar un reactant în cantități mai mari. Un reactiv este o substanță care este utilizată pentru a iniția o reacție, pentru a susține reacția și este consumată într-o reacție, spre deosebire de catalizatorii care nu sunt consumați într-o reacție.

Saponificare – Întrebări frecvente

• Care este procesul de saponificare? Saponificarea este procesul chimic în care grăsimile sau uleiurile reacționează cu un alcalin (de obicei hidroxid de sodiu) pentru a produce săpun și glicerol. Această reacție implică hidroliza trigliceridelor în săruri de acizi grași și glicerol.
• Ce tip de reacție este saponificarea? Saponificarea este un tip de reacție de hidroliză în care legăturile de ester din grăsimi sau uleiuri sunt defalcate de un alcalin.
• De ce se numește saponificare? Este numit pentru produsul său final, săpunul, și capacitatea sa de a crea săpun prin hidroliza legăturilor esterice din trigliceride.
• Care este scopul saponificării? Scopul principal este de a produce săpun, un agent tensioactiv utilizat pe scară largă pentru curățare și spălare.
• Este hidroliza saponificării? Da, saponificarea este un tip specific de hidroliză care implică descompunerea grăsimilor sau uleiurilor de către un alcalin în glicerol și săruri de acizi grași (săpun).
• Care este mecanismul saponificării? Aceasta implică atacul nucleofil al ionilor de hidroxid asupra carbonului carbonil al legăturii esterice din trigliceride, ducând la formarea de alcool (glicerol) și săpun.
• De ce este importantă amestecarea pentru saponificare? Amestecarea eficientă asigură un contact complet între reactanți, promovând o reacție mai completă și uniformă, crucială pentru obținerea randamentelor optime. Hielscher mixere cu ultrasunete poate îmbunătăți acest proces prin cavitație intensă și forțe de forfecare.
• Ce este un exemplu de saponificare? Amestecarea hidroxidului de sodiu cu ulei de nucă de cocos în prezența unui reactor cu ultrasunete Hielscher pentru a produce săpun și glicerol exemplifică saponificarea.
• Care este principalul produs al saponificării? Principalele produse sunt săpunul (sărurile de sodiu sau potasiu ale acizilor grași) și glicerolul.
• De ce este importantă valoarea saponificării? Valoarea saponificării indică cantitatea de alcalii necesară pentru a saponifica o anumită cantitate de grăsime sau ulei, ajutând la determinarea greutății moleculare a acizilor grași pe care îi conține.
• Este saponificarea reversibilă? În condiții tipice, saponificarea nu este reversibilă datorită naturii stabile a săpunului format.
• Care este opusul saponificării? Esterificarea, în care apa și alcoolii reacționează cu acizii carboxilici pentru a forma esteri și apă, este procesul invers.
• Saponificarea necesită căldură? Deși nu este necesară, căldura poate accelera procesul de saponificare prin creșterea mișcării moleculare și a vitezei de reacție.
• Saponificarea este exotermă sau endotermică? Saponificarea este o reacție exotermă, eliberând căldură pe măsură ce avansează.
• Saponificarea este bazică sau acidă? Este o reacție de bază, deoarece implică acțiunea unei baze (alcaline) asupra unui ester (grăsime / ulei).
• Cum oprești saponificarea? Adăugarea unui acid pentru a neutraliza alcaliile oprește reacția, încetând efectiv procesul de saponificare.
• Ce se întâmplă după saponificare? După reacția completă, amestecul constă, de obicei, din săpun și glicerol, care poate fi purificat sau prelucrat în continuare, în funcție de utilizarea prevăzută.
• Este saponificarea naturală? Da, saponificarea naturală poate apărea atunci când grăsimea intră în contact cu metalele alcalino-pământoase în anumite medii geologice sau când popoarele antice amestecau grăsimile animale cu cenușa în metodele tradiționale de fabricare a săpunului.
• De ce se folosește uleiul de măsline în saponificare? Uleiul de măsline este favorizat în saponificare datorită conținutului său bogat de acid oleic, care produce un săpun ușor, hidratant, cu proprietăți bune de curățare și o spumă stabilă.
• Cum să transformi grăsimea în săpun? Grăsimile sunt transformate în săpun prin saponificare prin încălzirea lor cu o soluție alcalină puternică, de obicei hidroxid de sodiu, care descompune grăsimea în săruri de acizi grași (săpun) și glicerol.
• Ce ulei are o valoare ridicată de saponificare? Uleiul de cocos are o valoare ridicată de saponificare, indicând o proporție mai mare de molecule mai mici de acizi grași, făcându-l foarte reactiv cu alcalii pentru a produce săpun.
• Ce se întâmplă cu uleiurile în timpul saponificării? În timpul saponificării, uleiurile sunt hidrolizate de alcalii în săruri de glicerol și acizi grași, acestea din urmă formând săpunul.
• Care este cea mai bună grăsime pentru săpun? Seul (grăsimea de vită) și uleiul de nucă de cocos sunt considerate unele dintre cele mai bune grăsimi pentru fabricarea săpunului datorită proprietăților lor de spălare și întărire în produsul final de săpun.
• Cum să saponificați uleiurile fără leșie? Saponificarea uleiurilor fără leșie nu este posibilă pentru fabricarea tradițională a săpunului; Cu toate acestea, produsele de curățare asemănătoare săpunului pot fi făcute folosind agenți tensioactivi și emulgatori în loc de saponificare pe bază de leșie.