التراسونیک، یکی از سریعترین و بهینه ترین روش های تولید صابون

در مقالۀ التراسونیک هموژنایزر چیست به تفصیل در مورد نحوۀ کارکرد و کاربردهای دستگاه های التراسونیک هموژنایزر پرداختیم. این فناوری با استفاده از ارتعاشات مکانیکی، سرعت واکنش های شیمیایی را افزایش می دهد. در این نوشتار قصد داریم کاربرد این فناوری را در صنعت تولید صابون شرح دهیم، و بگوییم این تکنولوژی چگونه می تواند تولید صابون را به سریعترین و بهینه ترین نحو به انجام برساند.

صابون‌سازی یک واکنش میان مواد خام چربی یا روغن (تری‌گلیسریدها) با یک عامل قلیایی برای تشکیل صابون است. التراسونیک فرآیند کاتالیزوری جابه‌جایی فاز را افزایش می‌دهد که منجر به افزایش سرعت واکنش، تبدیل کامل تر و جلوگیری از استفاده بیش از حد مواد اولیه مانند هیدروکسید پتاسیم (KOH) یا هیدروکسید سدیم (NaOH) می‌شود. هیدرولیز قلیایی آغاز شده توسط التراسونیک به راحتی در تولید صابون‌های تجاری قابل پیاده‌سازی است. راکتورهای التراسونیک در صابون سازی باعث افزایش خروجی در زمان کوتاه‌تر بدون استفاده از هیچ کاتالیزوری یا با مقدار کمتری از کاتالیزور می‌شوند. در نتیجه می توان گفت بهترین روش تولید صابون، استفاده از التراسونیک هموِژنایزر است.

مزایای صابون‌سازی به کمک التراسونیک:

• واکنش سریع‌تر
•  نرخ تبدیل مواد بالاتر
• عدم استفاده اضافی از مواد اولیه
• عدم استفاده اضافی از کاتالیزور
• واکنش کامل‌تر
• فرآیند سبز

هیدرولیز قلیایی تری‌گلیسریدها (صابون سازی) بدون کاتالیزور فاز با استفاده از التراسونیک:

Mercantili و همکاران در سال 2013 مطالعه اثرات اولتراسونیک بر هیدرولیز قلیایی تری‌گلیسریدها، یا همان صابون‌سازی را انجام دادند. آنها از اعمال امواج فراصوت برای آغاز هیدرولیز قلیایی روغن آفتابگردان استفاده کردند. هیدروکسید پتاسیم (KOH) به عنوان باز قلیایی برای این واکنش مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که التراسونیک برای آغاز و پیشبرد واکنش بسیار مؤثر است. با استفاده از اولتراسونیک، تنها در 15 دقیقه و در دمای محیط، صابون به دست می‌آید و هیچ زیرمحصول قابل تشخیصی در طول واکنش تولید نمی‌شود. مقایسه بین یک حمام التراسونیک و یک اولتراسونیک پراب دار نشان می‌دهد که التراسونیک پراب نتایج بهتری ایجاد می کند. این مطالعه نشان می‌دهد که صابون‌سازی با استفاده از امواج التراسونیک، بدون نیاز به اضافه کردن باز الکالی یا کاتالیزور جابه‌جای فاز، به یک محصول با کیفیت بالا خواهیم رسید.

بکارگیری التراسونیک برای واکنش انتقال فازدر صابون‌سازی:

Bhatkhande و همکاران (1998) نشان دادند که با استفاده از اعمال امواج اولتراسونیک بر روغن‌های گیاهی مانند روغن سویا، می‌توان با استفاده از محلول آبی KOH و عامل‌های کاتالیزور فاز انتقالی مختلف در دمای محیط، صابون‌سازی را با راندمان بالا انجام داد. بهینه‌سازی پارامترهای مختلف مانند زمان، انتخاب کاتالیزورهای فاز انتقالی، میزان کاتالیزور مصرفی، میزان KOH و میزان آب با استفاده از التراسونیک و همزدن با استیرر انجام شد. برای بررسی اثر التراسونیک، صابون‌سازی نیز در دمای 35 درجه سانتیگراد تحت شرایط مختلف، به عنوان مثال مخلوط‌کردن، اعمال التراسونیک، مخلوط‌کردن و التراسونیک همزمان، و گرمایش در 100 درجه سانتیگراد انجام شد. مشخص شد که صابون‌سازی مایع-مایع نامحلول با روغن‌های گیاهی مختلف با استفاده از KOH/CTAB آبی در دمای 35 درجه سانتیگراد تحت تابش امواج التراسونیک و مخلوط‌کردن به طرز قابل توجهی تسریع شد.

صابون سازی:

صابون‌سازی به واکنش شیمیایی ای اطلاق می‌شود که صابون تولید می‌کند. در فرآیند صابون‌سازی، روغن‌های گیاهی یا چربی‌های حیوانی به نمک‌های اسید چرب (صابون) و گلیسرول، که یک الکل است، تبدیل می‌شوند. این واکنش نیاز به محلولی از باز الکالی (مانند NaOH یا KOH) در آب و همچنین حرارت برای آغاز واکنش دارد. مراحل واکنش صابون‌سازی به شرح زیر است:

• حمله استرهای اسید چرب هسته دوست (Nucleophilic) توسط هیدروکسید
• حذف گروه ترکیب‌دهنده
• از دست دادن پروتون

واکنش صابون‌سازی به صورت تجاری برای تولید صابون و روغن‌ها استفاده می‌شود. صابون جامد سدیم هیدروکسید و صابون مایع پتاسیم هیدروکسید برای شست‌و‌شوی روزمره استفاده می‌شوند، همچنین صابون‌های ویژه‌ای با استفاده از سایر هیدروکسیدهای فلزی تولید می‌شود. به عنوان مثال، صابون‌های لیتیوم و کلسیم به عنوان گریس‌های روانکاری استفاده می‌شوند. همچنین "صابون‌های ترکیبی" وجود دارند که از مخلوطی از صابون‌های فلزی تشکیل شده‌اند.

هیدرولیز:

هیدرولیز شامل واکنش یک ترکیب شیمیایی ارگانیک با آب به منظور تشکیل دو یا چند ماده جدید است و معمولاً به معنای شکستن پیوند‌های شیمیایی با افزودن آب است. استرها می‌توانند با واکنش با آب و یک باز، به یک اسید کربوکسیلیک و یک الکل تبدیل شوند. صابون نیز به وسیله هیدرولیز استرهای موجود در چربی یا روغن تولید می‌شود.

برای صابون سازی به قلیا (باز محلول در آب) برای هیدرولیز روغن‌ها و چربی‌ها نیاز است. تری‌گلیسریدها با یک باز (هیدروکسید سدیم یا پتاسیم) واکنش می دهند تا گلیسرول و نمک اسید چرب یا همان"صابون" تولید کنند. هیدروکسید پتاسیم ترکیب شیمیایی با فرمول KOH است و به طور معمول پتاس نامیده می‌شود. هیدروکسید سدیم (NaOH) یک باز قوی دیگر است. با استفاده از هیدروکسید سدیم، صابون جامد تولید می‌شود، در حالی که استفاده از هیدروکسید پتاسیم به صابون مایع منجر می‌شود.

با ما تماس بگیرید!

تیم آواپردازبا استفاده از تجربیات طولانی در طی سالهای گذشته، آمادۀ پاسخگویی به سوالات شما و کمک به تیم شما جهت انجام آزمایشات اولیه است. مزیت استفاده از روش التراسونیک، قابلیت مقیاس پذیری خطی آن است. به این معنی که شما با تست اولیه با یک دستگاه کوچک آزمایشگاهی و بهینه سازی واکنش، می توانید به سادگی آن را به صورت خطی به مقیاس بزرگتر تبدیل کنید. تیم آواپرداز در تمامی این مسیر تا تجاری سازی کامل محصول همراه شماست. برای مشاوره و اطلاع از خدمات ما، همین الان با ما تماس بگیرید!