Sabunlaşma – Ultrasonik ile Sabun Yapım Süreci

Sabunlaşma, sabun yapımının kimyasal işlemidir. Katı veya sıvı yağların ham maddesinin (trigliseritler) sabun oluşturmak için bir alkali reaktan ile reaksiyona girdiği reaksiyondur. Ultrasonikasyon, artan reaksiyon hızı, daha tam dönüşüm ile sonuçlanan faz transfer katalizini geliştirir ve potasyum hidroksit (KOH) veya sodyum hidroksit (NaOH) gibi baz reaktiflerinin aşırı kullanımını önler. Ultrasonik olarak başlatılan alkali hidroliz, ticari sabun üretiminde kolayca uygulanabilir. Sabunlaştırma için ultrasonik reaktörler, herhangi bir katalizör kullanmadan veya kullanılan katalizör miktarlarını azaltmadan daha kısa sürede daha yüksek çıktı üretir.

Ultrasonik Olarak Teşvik Edilen Sabunlaştırma

Ultrasonik Sabunlaşma Vaka Çalışmaları

Çeşitli araştırma çalışmaları, sonikasyonun trigliseritlerin sabuna sabunlaşmasını teşvik ettiğini göstermiştir. Ultrasonik sabunlaştırma, katalizör kullanımından tasarruf ederken veya kaçınırken dönüşümü hızlandırır ve artırır. Bu, ultrasonik sabunlaştırmayı oldukça verimli bir üretim yöntemi haline getirir.

Faz katalizörü olmadan trigliseritlerin alkalin hidrolizinin ultrasonik başlatılması (sabunlaştırma)

Mercantili ve ark. (2013), ultrasonikasyonun sabunlaşma olarak bilinen trigliseritlerin alkalin hidrolizi üzerindeki etkilerini inceledi. Ayçiçek yağının alkali hidrolizini başlatmak için sonikasyon kullandılar. Alkali baz olarak potasyum hidroksit (KOH) kullanılmıştır. Ultrasonun reaksiyonu başlatmak ve sürmek için bir güç kaynağı olarak etkili olduğu, ortam sıcaklığında çalışırken toplam güç uygulamasının sadece 15 dakikasında yüksek bir reaksiyon veriminin elde edilebileceği ve reaksiyon sırasında tespit edilebilir yan ürünlerin üretilmediği gösterilmiştir. Ultrasonik banyo ve prob tipi ultrasonokatörün karşılaştırılması, ultrasonik probun üstün teknik olduğunu göstermektedir. Çalışma, ultrasonik sabunlaştırmanın aşırı alkali veya faz transfer katalizine ihtiyaç duymadan iyi bir dönüşümde sonuç verdiğini göstermektedir.

Triaçilgliserolün alkali hidrolizi

Sabunlaşma için Ultrasonik Olarak Teşvik Edilen Faz Transfer Reaksiyonu

Bhatkhande ve ark. (1998), soya fasulyesi yağı gibi bitkisel yağların sonikasyonunun, oda sıcaklığında sulu KOH ve farklı PTC'ler kullanılarak verimli bir şekilde sabunlaştırılabileceğini gösterdi. Sabunlaşma derecesi, sabunlaşma değeri referans olarak kullanılarak incelenmiştir. Zaman, faz transfer katalizörlerinin seçimi, kullanılan katalizör miktarı, KOH miktarı ve su miktarı gibi çeşitli parametrelerin optimizasyonları sonikasyon ve karıştırma kullanılarak gerçekleştirildi. Ultrasonun etkisini incelemek için, sabunlaştırma ayrıca karıştırma, sonikasyon, karıştırma ve sonikasyon ve 100ºC'de ısıtma gibi farklı koşullar altında 35ºC'de gerçekleştirildi. Sulu KOH / CTAB kullanılarak farklı bitkisel yağların heterojen sıvı-sıvı faz sabunlaşmasının, sonikasyon ve karıştırma altında 35ºC'de önemli ölçüde hızlandırıldığı bulunmuştur.

Yüksek Performanslı Ultrasonikatörler

Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel üretim için yüksek performanslı ultrasonik ekipman tedarik etmektedir. Sağlam ve güvenilir ultrasonicators, sabunlaşma gibi çeşitli sonokimyasal reaksiyonlar için kullanılır. Hielscher'ın prob tipi ultrasonicators toplu ve satır içi modda kullanılabilir. Tüm önemli proses parametreleri – genlik, basınç, sıcaklık – hassas bir şekilde kontrol edilebilir ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlayabilir.
Dijital kontrol, proses parametrelerini otomatik olarak kaydeder ve bunları entegre SD karta kaydeder. Ön ayarlar ve uzaktan tarayıcı kontrolü, sonikasyon işlemini çok basit ve kullanıcı dostu hale getirir.
Birçok sonokimyasal reaksiyon için belirli bir sıcaklığın korunması gerekir, bu nedenle sıcaklık kontrolü önemlidir. Hielscher'ın dijital ultrasonicators bir termo-çift ve sıcaklık kontrolü ile birlikte gelir. Ceketli akış hücresi, ısı dağılımına izin verir.
Hielscher'ın ultrasonik ekipmanının sağlamlığı, ağır hizmet ve zorlu ortamlarda 7/24 çalışmaya izin verir.
Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir:

• Bhatkhande, B.S.; Samant, Shriniwas D. (1998): Ultrason destekli PTC, sulu alkali kullanılarak bitkisel yağların sabunlaştırılmasını katalize etti. Ultrasonik Sonokimya Cilt 5, Sayı 1, 1998. 7-12.
• Merkantilî, Laura; Séamus, Frank Davis; Higson, P. J. (2014): Faz katalizi olmadan trigliseritlerin alkalin hidrolizinin (sabunlaşma) ultrasonik başlatılması. Yüzey Aktif Madde ve Deterjanlar Dergisi Cilt 17, Sayı 1, Ocak 2014. 133-141.

Bilmeye Değer Gerçekler

Sono-kimya

Güç ultrasonu, reaksiyonu başlatmak ve yoğunlaştırmak için sentez ve kataliz (sırasıyla sono-sentez ve sono-kataliz olarak da adlandırılır) gibi kimyasal işlemlere uygulanır. Organik sentezde ultrasonik ışınlamanın çeşitli uygulamaları derinlemesine araştırılmış ve endüstriyel üretim için geliştirilmiştir. Sonokimyasal işlemler, önemli ölçüde daha hafif koşullar altında istenen ürünlerin reaksiyon hızını, verimini ve seçiciliğini artırabilir. Bu, ultrasonik tedaviyi etkili ve çevre dostu bir işleme tekniği haline getirir. Ultrasonik destekli faz transfer katalizinin (PTC), sessizlik durumundaki aynı reaksiyona kıyasla organik reaksiyonlar için çok daha verimli ve etkili bir yöntem olduğu kanıtlanmıştır. Örneğin, ultrasonik destekli bir faz transfer katalizi ile katalize edilen Cannizarro reaksiyonu, hızlı bir dönüşümle sonuçlanan önemli ölçüde hızlandırılır. Öne çıkan bir başka örnek, trigliseritlerin (yani bitkisel yağlar, hayvansal yağlar) ve metanolün katalizör ve güç ultrasonu olarak KOH varlığında transesterifikasyonudur. Ultrasonik transesterifikasyon, hızlı bir dönüşümde ve çok verimli, ekonomik bir işlemde üretilen yüksek kaliteli biyodizelde verim sağlar.

Ultrasonik ekstraksiyon, akustik kavitasyona ve hidrodinamik kesme kuvvetlerine dayanır

Sabunlaşma

Sabunlaşma, sabun üreten kimyasal reaksiyonu tanımlar. Sabunlaştırma işleminde, bitkisel yağlar veya hayvansal yağlar, yağ asidi tuzlarına dönüştürülür – "sabun" – ve bir alkol olan gliserol. Reaksiyon, su içinde bir alkali baz çözeltisi (örneğin, NaOH veya KOH) ve ayrıca reaksiyonu başlatmak için ısı gerektirir.
Sabunlaştırmanın reaksiyon adımları aşağıdaki gibidir:

1. Yağ asidi esterlerinin hidroksit tarafından nükleofilik saldırısı
2. Grup kaldırma işleminden ayrılma
3. Deprotonasyon

Sabunlaşma reaksiyonu ticari olarak sabun ve kayganlaştırıcı üretmek için kullanılır.
Sodyum hidroksitli sert sabun ve potasyum hidroksitli yumuşak sabun günlük temizlik için kullanılırken, diğer metal hidroksitler kullanılarak üretilen özel sabunlar da bulunmaktadır. Örneğin, lityum sabunları ve kalsiyum sabunları, yağlama gresleri olarak kullanılır. Ayrıca şunlar da var “Kompleks sabunlar” metalik sabun karışımından oluşur.

Hidroliz

Hidroliz, organik bir kimyasalın iki veya daha fazla yeni madde oluşturmak için su ile reaksiyonunu içerir ve genellikle su ilavesiyle kimyasal bağların bölünmesi anlamına gelir. Esterler, su ve bir baz ile reaksiyona girerek bir karboksilik asit ve bir alkole geri bölünebilir. Sabun, katı veya sıvı yağ esterlerinin hidrolizi ile üretilir.

Alkali Baz

Sıvı ve katı yağların sabunlaştırılması için alkali baz reaktanlar (lyes) gereklidir. Trigliseritler bir baz ile reaksiyona sokulur – sodyum veya potasyum hidroksit – Gliserol ve "sabun" adı verilen bir yağ asidi tuzu üretmek için. Potasyum hidroksit, KOH formülüne sahip inorganik bir bileşiktir ve yaygın olarak kostik potas olarak adlandırılır. Sodyum hidroksit (NaOH) başka bir prototipik güçlü bazdır. Sodyum hidroksit kullanıldığında sert bir sabun üretilirken, potasyum hidroksit kullanımı yumuşak bir sabun ile sonuçlanır.

Reaktan ve Reaktif

Bir reaktan, kimyasal bir reaksiyonda kullanılan veya tüketilen bir maddedir. Bir reaktifle karşılaştırıldığında, daha büyük miktarlarda bir reaktan gereklidir. Bir reaktif, bir reaksiyonda tüketilmeyen katalizörlerin aksine, bir reaksiyonu başlatmak, reaksiyonu desteklemek için kullanılan ve bir reaksiyonda tüketilen bir maddedir.

Sabunlaşma – Sıkça Sorulan Sorular

• Sabunlaştırma işlemi nedir? Sabunlaşma, katı veya sıvı yağların sabun ve gliserol üretmek için bir alkali (genellikle sodyum hidroksit) ile reaksiyona girdiği kimyasal işlemdir. Bu reaksiyon, trigliseritlerin yağ asidi tuzlarına ve gliserole hidrolizini içerir.
• Sabunlaşma ne tür bir reaksiyondur? Sabunlaşma, katı veya sıvı yağlardaki ester bağlarının bir alkali tarafından parçalandığı bir tür hidroliz reaksiyonudur.
• Neden sabunlaşma deniyor? Adını son ürünü olan sabun ve trigliseritlerdeki ester bağlarının hidrolizi yoluyla sabun oluşturma kabiliyeti nedeniyle almıştır.
• Sabunlaştırmanın amacı nedir? Birincil amaç, temizlik ve yıkama için yaygın olarak kullanılan bir yüzey aktif madde olan sabun üretmektir.
• Sabunlaşma hidroliz midir? Evet, sabunlaştırma, katı veya sıvı yağların bir alkali tarafından gliserol ve yağ asidi tuzlarına (sabun) ayrışmasını içeren spesifik bir hidroliz türüdür.
• Sabunlaşma mekanizması nedir? Hidroksit iyonlarının trigliseritlerdeki ester bağının karbonil karbonu üzerindeki nükleofilik saldırısını içerir ve alkol (gliserol) ve sabun oluşumuna yol açar.
• Sabunlaşma için karıştırma neden önemlidir? Verimli karıştırma, reaktanlar arasında tam temas sağlayarak, optimum verim elde etmek için çok önemli olan daha eksiksiz ve homojen bir reaksiyonu teşvik eder. Hielscher ultrasonik karıştırıcılar bu işlemi yoğun kavitasyon ve kesme kuvvetleri ile geliştirebilir.
• Sabunlaşma örneği nedir? Sabun ve gliserol üretmek için bir Hielscher ultrasonik reaktör varlığında sodyum hidroksitin hindistancevizi yağı ile karıştırılması sabunlaşmayı örneklendirir.
• Sabunlaştırmanın ana ürünü nedir? Ana ürünler sabun (yağ asitlerinin sodyum veya potasyum tuzları) ve gliseroldür.
• Sabunlaşma değeri neden önemlidir? Sabunlaşma değeri, içerdiği yağ asitlerinin moleküler ağırlığını belirlemeye yardımcı olarak, belirli bir miktarda katı veya sıvı yağı sabunlaştırmak için gereken alkali miktarını gösterir.
• Sabunlaşma tersine çevrilebilir mi? Tipik koşullar altında, oluşan sabunun kararlı doğası nedeniyle sabunlaşma geri dönüşümlü değildir.
• Sabunlaşmanın tersi nedir? Su ve alkollerin esterler ve su oluşturmak için karboksilik asitlerle reaksiyona girdiği esterleştirme, ters işlemdir.
• Sabunlaşma ısı gerektirir mi? Gerekli olmasa da ısı, moleküler hareketi ve reaksiyon hızını artırarak sabunlaşma sürecini hızlandırabilir.
• Sabunlaşma ekzotermik mi yoksa endotermik mi? Sabunlaşma, ilerledikçe ısı açığa çıkaran ekzotermik bir reaksiyondur.
• Sabunlaşma bazik mi yoksa asidik mi? Bir bazın (alkali) bir ester (katı / sıvı yağ) üzerindeki etkisini içerdiğinden bazik bir reaksiyondur.
• Sabunlaşmayı nasıl durdurursunuz? Alkaliyi nötralize etmek için bir asit eklemek reaksiyonu durdurur ve sabunlaştırma işlemini etkili bir şekilde durdurur.
• Sabunlaşmadan sonra ne olur? Tam reaksiyondan sonra, karışım genellikle amaçlanan kullanıma bağlı olarak saflaştırılabilen veya daha fazla işlenebilen sabun ve gliserolden oluşur.
• Sabunlaşma doğal mıdır? Evet, doğal sabunlaşma, belirli jeolojik ortamlarda yağ alkali toprak metalleriyle temas ettiğinde veya eski insanlar geleneksel sabun yapım yöntemlerinde hayvansal yağları küllerle karıştırdığında meydana gelebilir.
• Sabunlaştırmada neden zeytinyağı kullanılır? Zeytinyağı, iyi temizleme özelliklerine ve stabil bir köpüğe sahip hafif, nemlendirici bir sabun veren zengin oleik asit içeriği nedeniyle sabunlaştırmada tercih edilir.
• Yağ sabuna nasıl dönüştürülür? Yağlar, yağı yağ asidi tuzlarına (sabun) ve gliserole ayıran güçlü bir alkali çözelti, tipik olarak sodyum hidroksit ile ısıtılarak sabunlaştırma yoluyla sabuna dönüştürülür.
• Sabunlaşma değeri yüksek olan yağ hangisidir? Hindistan cevizi yağı, daha küçük yağ asidi moleküllerinin daha yüksek bir oranını gösteren yüksek bir sabunlaşma değerine sahiptir, bu da onu sabun üretmek için alkali ile çok reaktif hale getirir.
• Sabunlaşma sırasında yağlara ne olur? Sabunlaşma sırasında, yağlar alkali tarafından gliserol ve yağ asidi tuzlarına hidrolize edilir, ikincisi sabunu oluşturur.
• Sabun için en iyi yağ hangisidir? Donyağı (sığır yağı) ve hindistancevizi yağı, nihai sabun ürünündeki köpürme ve sertleşme özelliklerinden dolayı sabun yapımı için en iyi yağlardan bazıları olarak kabul edilir.
• Kül suyu olmadan yağlar nasıl sabunlaştırılır? Geleneksel sabun yapımı için yağların kül suyu olmadan sabunlaştırılması mümkün değildir; Bununla birlikte, kostik bazlı sabunlaştırma yerine yüzey aktif maddeler ve emülgatörler kullanılarak sabun benzeri temizleyiciler yapılabilir.