پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
صابون (cached)
مقدمه
صنعت صابون‌سازی ، ریشه در بیش از 2000 سال گذشته دارد. در حفاری‌های بمبئی یک کارخانه صابون‌سازی پیدا شده است. با این‌حال ، در میان بسیاری از صنایع شیمیایی ، هیچکدام همانند صنایع صابون‌سازی چنین تغییرات بنیادی در مواد اولیه شیمیایی خود تجربه نکرده‌اند. معمولا پذیرفته شده است که مصرف سرانه صابون نشان‌دهنده سطح زندگی افراد هر کشوری است.
تاریخچه
صابون در واقع ، هیچ‌گاه کشف نشده، بلکه بتدریج از مواد خام قلیایی و چربیها تحول یافته است. پلینی پدر ، ساخت صابونهای نرم وسخت را در قرن اول شرح داده است، ولی تا قرن سیزدهم هیچ‌گاه صابون بمقدار کافی بطوری که بتوان به آن صنعت گفت، تولید نشد. تا اوایل دهه 1800 باور بر این بود که صابون مخلوطی مکانیکی از چربی و قلیاست.
سپس شورول ، شیمیدان فرانسوی ، نشان داد که تشکیل صابون در واقع یک واکنش شیمیایی است. دومنیه ، کارهای وی را در زمینه بازیابی گلسیرین از مخلوطهای صابونی‌شده کامل کرد. تا پیش از کشف مهم لوبلان در زمینه تولید ارزان قیمت کربنات سدیم از کلرید سدیم ، نیاز به قلیا از طریق خیساندن خاکستر چوب‌ها یا تبخیر آبهایی مانند رودخانه نیل که بطور طبیعی قلیایی‌اند تامین می‌شد.
صابون چیست؟
صابون از نمکهای سدیم یا پتاسیم اسیدهای چرب گوناگون تشکیل شده است. طی هزاران سال مصرف صابون روبه فزونی گذاشت تا ساخت آن برای راحتی و بهداشت بشر متمدن ضرورتی صنعتی یافت.
مواد اولیه صابون
پیه ، ماده چرب اصلی در صابون‌سازی است. مقدار پیه مصرفی ، حدود سه‌چهارم کل روغنها و چربیهای مصرفی صنایع صابون‌سازی است و مخلوطی است از گلیسریدهایی که از آب کردن چربی جامد گاوی با بخار بدست می‌آید. این چربی جامد با بخار ، گوارش میشود و پیه روی آب تشکیل میگردد، بطوری که به راحتی می‌توان آنرا از روی آب جمع آوری کرد.
بمنظور افزایش انحلال‌پذیری صابون پیه را معمولا در داخل ظرف صابون‌سازی یا ظرف آبکافت با روغن نارگیل مخلوط میکنند. روغن دنبه (حدود 20 درصد) دومین ماده اولیه مهم در صابون‌سازی است. این روغن که منبع مهمی از گلیسریدهای چرب است، از حیوانات کوچک اهلی بدست می‌آید. تصفیه روغن از طریق آب کردن با بخار یا استخراج با حلال انجام می‌گیرد و اغلب بدون اختلاط با سایر چربیها مخلوط میشود.
صابون مرغوب
در برخی موارد به جای این روغنها ، طی عملیاتی اسیدهای چرب آنها را استخراج و در صابون استفاده می کنند. روغن نارگیل از مدتها پیش حایز اهمیت بوده است. صابون روغن نارگیل سخت است و بخوبی کف می‌کند. این روغن حاوی نسبتهای زیادی از گلیسریدهای بسیار مطلوب اسید لاریک و اسید میرسیتیک است.
روش تهیه صابون
عمل هیدرولیز چربی یا روغن را اصطلاحا صابونی کردن مینامند. برای این کار، چربی (a) را با محلول سود حرارت میدهند. در نتیجه گلیسرین (b) و مخلوطی از نمک سدیم اسیدهای چرب (c) مطابق واکنش زیر حاصل میشود:
چربیها و روغنهای طبیعی استر اسیدهای آلیفاتیک یک ظرفیتی با تعداد اتمهای کربن زوج و گلیسرین میباشند که آنها را گلیسرید نیز مینامند. چربیها و روغنها به طور کلی دارای ساختمان (a) میباشند. چربیها جامد و روغنها مایع میباشند. نقطه ذوب چربیها بالاتر از نقطه ذوب روغنها است. این اختلاف بستگی به نوع و مقدار اسید مربوطه دارد. هرچه مقدار اسیدهای اشباع نشده در ساختمان یک چربی بیشتر باشد، نقطه ذوب پایین تری دارد. اگر چربی تنها از اسیدهای اشباع شده تشکیل شده باشد مانند پیه گوسفند و غیره نقطه ذوب بالا خواهد داشت.
روغنهای نباتی مانند روغن زیتون، خرما، نارگیل و کرچک علاوه بر این که دارای اسیدهای چرب (اولئیک، استئاریک و پالمیتیک) هستند، اسیدهای اشباع نشده با چند پیوند دوگانه مانند اسید لینولئیک به فرمول زیر نیز در ساختمان آنها شرکت میکنند.
مولکولهای صابون د ارای یک انتهای قطبی است که در آب حل می شود و انتهای دیگر آن یک دنباله طویل هیدروکربن است که در روغن محلول است واین عامل باعث میشود تا مثل یک واسطه چربیها را در آب حل کند.
ابتدا یون هیدروکسید به عنوان نوکلئوفیل (هسته دوست) به کربن گروه کربنیل حمله کرده، پس از خارج شدن یک مولکول الکل، انیون اسید به صورت هیبرید رزونانس فوق، پایدار میگردد.
50 گرم چربی را در یک بشر 250 میلی لیتری ریخته و به طور ملایم آنرا حرارت دهید تا ذوب شود (دما نباید از 70 درجه بالاتر برود).
در حالیکه چربی را حرارت میدهید ضمن به همزدن مداوم محلول سود (7گرم در 50 میلی لیتر آب) را در قسمتهای 5 میلی لیتر به چربی اضافه کنید. پس از افزودن اولین 5 میلی لیتر سود، زمان اضافه نمودن 5 میلی لیتر بعدی وقتی است که سود اضافه شده قبلی تقریبا مصرف شده باشد. (برای اطمینان از مصرف سود، نوک اسپاتول را در بشر فرو برده و یک قطره معرف فنل فتالئین روی آن بچکانید، چنانچه رنگ آن فورا ارغوانی شد دلیل آن است که هنوز سود در محیط وجود دارد و باید به هم زدن را ادامه داد).
پس از افزودن آخرین قسمت سود، آنقدر به هم بزنید تا صابون یک حالت کشدار به خود بگیرد (بوی صابون در این حالت به خوبی استشمام میشود.) صابون حاصل را در قالب ریخته و بگذارید یک هفته بماند تا عمل صابونی شدن کامل شود. صابون حاصل دارای مقدار زیادی گلیسیرین است، چنانچه بخواهند گلیسیرین آنرا جدا کنند، قبل از ریختن در قالب، صابون را به مدت 24 ساعت در محلول اشباع شده نمک طعام قرار میدهند، سپس قرص صابون را از درون ظرف خارج کرده و پس از شستن به قطعات کوچک تقسیم نموده، در هوا خشک میکنند.
روش دیگر
در یک بالن، ۵۰ میلی لیتر روغن مایع را با ۴۰ میلی لیتر اتانول و ۳ گرم پتاسیم هیدروکسید ریخته و بمدت نیم ساعت رفلاکس کنید. پس از اتمام این مدت چند قطره از مخلوط را در مقدار کمی آب حل کنید که اگر قطره روغنی روی آب قرار نگرفت واکنش پایان یافته و اگر روغن در سطح آب مشاهده شد عمل رفلاکس را به مدت 15 دقیقه دیگر ادامه دهید. سپس الکل موجود در مخلوط را به وسیله تقطیر ساده جدا کنید و ماده باقیمانده در بالن را در cc 75 آب مقطر گرم حل کنید. دقت کنید که حتما الکل موجود در بالن از مخلوط خارج شود سپس آزمایش زیر را انجام دهید.
الف) مقدار 25 میلی لیتر محلول به دست آمده را به 25 میلی لیتر آب نمک اشباع به آهستگی اضافه کنید مخلوط را صاف کرده و ماده جامد که صابون میباشد روی کاغذ صافی میماند. آنرا با آب نمک اشباع بشوئید و صابون را در روی یک ظرف شیشه ای پهن کنید.
ب) مقدار 10 میلی لیتر آب شهر را با 10 میلی لیتر محلول صابون مخلوط کرده تکان دهید و نتیجه را گزارش کنید.
این ماده خود نیز از پخت چربی ها ( اسیدهای چرب ) و مواد قلیایی به دست می آید . صابون در بسیاری از گریس ها بایستی از قبل تهیه شود . برای این منظور مواد اولیه به درون دستگاه پخت صابون بنام اتوکلاو ، تزریق شده و تحت فشار قرار می گیرد .
سپس این دستگاه به طور کامل بسته شده و مانند دیگ های زودپز تحت فشار قرار می گیرد .
این دستگاه دارای جداره ای گرمکن از نوع روغن داغ بوده و دمای پخت آن در حدود ۳۰۰ درجه سانتی گراد است .
اتوکلاو هم چنین برای اختلاط کامل ، دارای هم زنی است که در زمان پخت برای یکنواختی کامل مواد از آن استفاده می شود . بدین ترتیب ساختن صابون با انجام آزمایش ها و نمونه برداری تا به دست آوردن نتیجه کامل ادامه می یابد .
انواع صابون از نظر نوع مصرف
۱)صابون حمام و دستشویی (صابون سخت ) : در این نوع صابون ها برای رعایت نکات بهداشتی مربوط به پوست بدن و موی سر مواد قلیایی را به حداقل کاهش داده مواد پرکننده ی طبیعی و خنثی مواد معطر رنگی و نرم کننده ی پوست نیز به آنها اضافه می شود.
۲)صابون رخت شویی : این نوع صابونها از مواد چربق ارزان تهیه می شود. اما امروزه به علت استفاده از پاک کننده های غیر صابونی مصرف آنها کاهش یافته است. نو.عی صابون سیاه رنگ که از پتاس در آن استفاده می شود نیز برای شستن لباس تهیه می شود. صابون رختشویی ممکن است به صورت براده پودر (حتی مخلوط با پودر پاک کننده های غیر صابونی ) برای مصرف در لباسشویی استفاده می شود.
۳)صابونهای طبی : این نوع صابونها برای معالجه ی بیماریهای جلدی عفونی و قارچهای پوستی تهیه می شوند و در آنها از موادی مانند اسید بوریک ٬ اکسید روی ٬ یدیدها ٬ کلرید جیوه (ΙΙ) ٬ استئارات مس (ΙΙ) ٬ قطران ٬ تیمول استفاده می شود.
۴)صابونهای مخصوص ماشینهای لباسشویی : این نوع صابونها حدود ۵ تا ۱۵ در صد مواد آلی در نقش حلال مانند تتراکلرو اتیلن ٬ ۱ ٫ ۱ ٫ ۱ تری کلرو اتان ٬ سیکلو هگزانول و مقداری نیز مواد امولسیون کننده و مواد افزودنی مورد نظر را در بر دارند (بخار این مواد سمی است).
۵)صابونهای ساینده : این نوع صابونها دارای ۷۰ در صد پودر نرم سیلیسی ٬ ۱۵ در صد آلومین٬ مقداری پلی فسفات سدیم و کمی روغن کاج ( برای رفع بوی نا مطبوع ) اند. برای تمیز کردن سطح وسایل فلزی و اشیای دیگر کاربرد دارند. معمولا برای پاک شدن رنگ فلز ٬ مقداری مواد اسیدی نیز استفاده می شود.
۶)صابونهای مخصوص آبهای سخت: این نوع صابونها از چربیهای گیاهی مانند روغن نخل و نارگیل تهیه می شوند و مواد افزودنی معینی از جمله فسفاتهای فلزات قلیایی را در بر دارند و در آب دریا خوب کف می کنند و از این رو اهمیت ویژه ای دارند.
صابون شفاف : این نوع صابون دارای گیلیسرین ٬ قند و الکل می باشد و ظاهری شفاف ولی قدرت پاک کنندگی کمتری دارد.
۷)صابون فلزات دیگر : استئارات روی : به صورت پودر بسیار ریز نرم و جذب کننده ی رطوبت برای تهیه ی پودر تالک و پودر بچه کاربرد دارد. استئارات مس : ضد قارچ پوست است.
استئارات سرب : بسیار سمی است و برای نرم کننده های دمای بالا و نیز کاتالیزور در فرایند خشک شدن روغن جلا کاربرد دارد.
استئارات کادمیم : برای ضد آب (واتر پروف ) کردن وسایل و اشیای مختلف مصرف می شود.
صابون فلزات با اعداد اکسایش بالاتر از +۲ در اب نامحلول بوده و نقش گریس را دارند. از این رو ارزش صنعتی دارند.
مواد سفید کننده : اولین بار در سال ۱۷۸۶ برتوله شیمیدان معروف فرانسوی استفاده از کلر را برای سفید کردن پارچه ها متداول ساخت. کمی بعد هیپو کلریت سدیم و پراکسید هیدروژن و بعد ها ترکیب کلر دار دیگری نظیر Ca( ClO)2 و ازون نیز برای سفید کردن پارچه ٬ کاغذ و … متداول شد.
دلیل پاک کنندگی صابون
مولکول صابون بسیار دراز و دارای یک سر هیدروکربنی غیر قطبی و دفع کننده ی آب (هیدروفوبیک) و یک سر قطبی (نمک سدیم یا پتاسیم اسید کربوکسیلیک ) جذب کننده ی آب (هیدروفیلیک) است. چرک در واقع ذرات جامدی است که به کمک مواد چرب به بدن یا لباس می چسبد و در تماس با آب کنده و شسته نمی شود. ولی مولکول صابون با نقش دو گانه ای که دارد می تواند آنها را کنده و وارد اب کند.
اصولا یکی از دلیل های سفید شدن مواد جذب یا غیر فعال شدن الکترونهای لایه ی والانس اتم ها است که توانایی جذب فوتونهای نور سفید را دارند. در نتیجه ماده دیگر قادر به جذب نور مرئی نیست ولی ممکن است انرژی پرتوهای فرا بنفش را جذب کرده و آنها را به نور مرئی تبدیل کند و بر شدت نور سفید بازتاب شده بیافزاید در نتیجه این نوع مواد به رنگ سفید براق دیده می شوند.
پاک کردن لکه ها
۱) لکه های چرب : این نوع لکه ها توسط مواد آلی به ویژه تترا کلرید کربن پاک می شود.
۲)لکه های مقاوم : این نوع لکه ها را از طریق واکنش شیمیایی می توان از بین برد مانند لکه ی ید که توسط تیو سولفات و یا لکه ی زنگ آهن که توسط اسید اکسالیک پاک می شود.
۳)لکه های مربوط به کپک و زنگ گیاهی : این نوع لکه ها را با استفاده از پروکسید هیدروژن و هیپوکلریت سدیم که قارچ به وجود اورنده ی لکه را می کشند٬ می توان از بین برد. از هیپوکلریت سدیم نباید برای لکه گیری پارچه های پشمی استفاده کرد زیرا با اتم های نیتروژن زنجیره ی پپتیدی پشم واکنش می دهد.
لکه های متداول و پاک کننده های ویژه ی آنها :
قهوه : هیپو کلریت سدیم
جوهر یا زنگ اهن : اسید اکسالیک ٬ الکل متیلیک
اسفالت : بنزن
خون: آب سرد٬ پروکسید هیدروژن
لکه ی میوه : پروکسید هیدروژن
چربی : الکل ٬ هیپو کلریت سدیم
لکه ی خردل : هیپوکلریت سدیم
لکه ی عرق بدن: هیدروکسید آمونیوم ٬ پروکسید هیدروژن
لکه ی سیگار : هیپو کلریت سدیم
ترکیبات صابون بسیار ساده است و ساخت آن بسیار ساده تر از تصور شماست . برای ساخت صابون فقط کافی است مقداری چربی حیوانی ( چربی گوسفند ) را حرارت داده و کمی سود ( سود سوز آور ) با فرمول شمیایی NaOH را به آن اضافه کنید . صابون شما آماده شده است و می توانید دستان خود را با آن بشویید . البته صابون شما کف کمی کرده و بی رنگ و بو هم می باشد . در حقیقت تنها تفاوت صابون های تجاری در نسبت مخلوط کردن چربی و سود ، همچنین افزودنیهای رنگی و اسانس های معطر می باشد .
از واکنش اسیدهای چرب منوکربوکسیلیک با گلیسیرین ، تولید گلیسیرید میگردد که نوع جامد را چربی و مایع را روغن مینامند. فرمول کلی اسیدهای چرب منوکربوکسیلیک را با RCOOH و گلیسیرین را نیز با فرمول تفسیری C3H3O3 و واکنش آنها با هم ، تولید گلیسرید از اسید چرب می‌کند و گلیسیرین یک واکنش استری شدن است.
چربیها و روغنها در آب ، نامحلول اما در حلال‌هایی مانند بنزن ، نفت سفید ، دی‌سولفید کربن ، تترا کلرید کربن بخوبی حل میگردد. چربیها و روغنها در حرارت‌های بالا ساختار آنها در هم ریخته و تولید ذرات کربن نموده که باعث ایجاد رنگ سیاه در مایع روغن یا چربی بکار رفته ، می‌شوند.
صابونها که به دو شکل مایع و جامد تهیه می‌شوند، نمکهای پتاسیم یا سدیم اسیدهای چرب منوکربوکسیلیک هستند. فرمول کلی صابون مایع R-COOK و صابون جامد R-COONa میباشد.