صابون چیست و چگونه ساخته میشود؟

ترکیبات شیمیایی صابون و شوینده‌ها

صابون و صنعت صابون‌ سازی ریشه در بیش از 2000 سال گذشته دارد، در حفاری‌های پمپیی یک کارخانه صابون‌ سازی پیداشده است.

در میان بسیاری از صنایع شیمیایی، هیچکدام همانند صنایع صابون‌سازی چنین تغییرات بنیادی در مواد اولیه شیمیایی خود تجربه نکرده‌اند.

معمولاً پذیرفته‌ شده است که مصرف سرانه صابون نشان‌ دهنده سطح زندگی افراد هر کشوری است.

پیشینه تاریخی صابون

صابون درواقع هیچگاه “کشف” نشده، بلکه به‌ تدریج از مواد خام قلیایی و چربی‌ها تحول‌ یافته است.

پلینی پدر، ساخت صابون‌های نرم و سخت را در قرن اول شرح داده است، ولی تا قرن سیزدهم هیچگاه صابون به مقدار 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.

مدتی بعد شُورول، شیمیدان فرانسوی نشان داد که تشکیل صابون درواقع یک واکنش شیمیایی است.

دومئیه کارهای وی را در زمینه بازیابی گلیسیرین از مخلوط‌های صابونی شده کامل کرد.

تا پیش از کشف مهم لوبلان درزمینه تولید ارزان‌ قیمت سدیم کربنات از سدیم کلرید، نیاز به قلیا از طریق خیساندن خاکستر چوب‌ها یا تبخیر آب‌هایی مانند آب رودخانه نیل که به‌طور طبیعی قلیایی‌اند تأمین می‌شد.

کمبودهای مواد اولیه جنگ جهانی اول باعث شد آلمانی‌ها به تولید “صابون‌های سنتزی” و شوینده‌ها بپردازند.

این مواد متشکل از زنجیرهای کوتاه الکیل نفتالن سولفاناتها بود که مواد مرطوب‌ کننده خوبی محسوب می‌شدند، ولی تنها در مورد شوینده‌ها رضایت‌ بخش بودند.

این امر باعث جلب‌ توجه سراسر جهان به توسعه شوینده‌ها گردید و این پیشرفت‌ها تا زمان حاضر همچنان ادامه دارد.

پس از ترکیبات اولیه زنجیر کوتاه، پیشرفته‌ای چشمگیری در دهه‌های 1920 و 1930 در زمینه الکل سولفات‌های زنجیر بلند، در دهه 1940، در زمینه سولفونات‌های زنجیر بلند آلکیل – آریل و در دهه‌های 1950 و 1960 در زمینه ترکیبات با زنجیرهای شاخه‌ای انجام گرفت.

طی دهه 1960 نیاز به مواد زیست‌ تخریب‌ پذیر اهمیت یافت و موجب شد دوباره به زنجیرهای بلند خطی برگشت شود، زیرا تنها زنجیرهای خطی می‌توانند به راحتی تخریب شوند.

 

مصارف و جنبه‌های اقتصادی

در سال 1981 ارزش کل صابون و مواد فعال سطحی تولیدی در آمریکا 10701 میلیون دلار بود. از این مقدار، ارزش صابون‌های خانگی حدود 1300 میلیون دلار و شوینده‌ها 4000 میلیون دلار بود.

از تقاضای کل 3200 هزار تنی، صابون با 39% تقاضایی برابر 540 هزار تن و شوینده‌ها تقاضایی برابر 840 هزار تن داشتند، مابقی به مصارف صنعتی رسیدند.

فرآورده‌های لباسشویی، صابون‌های حمام، شامپوها، فرآورده‌های ظرفشویی و فرآورده‌های پاک‌ کننده همگی مصارف عمده خانگی این ماده‌اند.

مصارف صنعتی شامل:

• ترکیبات پاک‌کننده
• مواد فعال سطحی ویژه برای عفونت زداها بیمارستان‌ها
• مواد تقویت‌ کننده الیاف
• مواد امولسیون کننده جهت مواد آرایش
• مواد مرطوب‌ کننده و سیال کننده جهت مواد شیمیایی کشاورزی
• و اسیدهای ویژه فرآوری لاستیک
• واز مصارف عمده این ترکیب در بازیابی نفت از چاه‌های نفتی است

 

شوینده‌ها

شوینده‌ها در نحوه عملشان در داخل آب سخت با صابون تفاوت دارند. صابون‌ها با یون‌های کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت ترکیبات حل ناپذیر تشکیل می‌دهند.

این ترکیبات حل ناپذیر با رسوب کردن جدا می‌شوند و کف کردن و عمل تمیز کردن را کاهش می‌دهند.

شوینده‌ها می‌توانند با یون‌های آب سخت واکنش دهند، ولی محصولات بدست‌ آمده یا حل یا در آب به‌ صورت کلوئیدی پخش می‌شوند.

شوینده‌ها به چهار گروه عمده تقسیم می‌شوند:

1. آنیونی
2. کاتیونی
3. غیر یونی
4. آمفوتری یا دوخصلتی

بزرگترین گروه شامل آنیون‌ هاست که معمولاً نمک‌های سدیم ترکیبات آلی سولفات یا سولفونات هستند.

شوینده‌ها را می‌توان برای تولید محصولاتی با خصوصیات مطلوب فرمول بندی کرد

1. محصولاتی با حداکثر قدرت پاک‌ کنندگی
2. حداکثر پاک‌ کنندگی با کمترین بها
3. و حداکثر توانایی زیست‌ تخریب‌ پذیری

محصولات تجارتی معمولاً مجموعه‌ای از خواص گوناگون مطلوب است.

شوینده‌ها و صابون‌ها در یک سر مولکول گروه‌های آبدوست و در سر دیگر گروه‌های آبگریز دارند.

این خصوصیت برای حذف لکه و آلودگی به کار گرفته می‌شود.

طی دهه‌های 1960 و 1970 مواد تشکیل‌ دهنده شوینده‌ها به دلیل ملاحظات زیست‌ محیطی تغییرات زیادی کرده‌اند.

صنایع شوینده بر این باورند که فسفات‌های موجود در فاضلاب را می‌توان با عملیات خاصی خارج کرد و با توجه به عدم سمت فسفات‌ها، جانشینی آن‌ها نمی‌تواند مطلوب‌ ترین راه‌ حل باشد.

 

مواد اولیه

شرکت‌ های زیادی وجود دارد که در مقیاس زیاد ترکیبات آلی یا مواد فعال سطحی لازم برای صابون‌ها و شوینده‌ها را تولید می‌کنند.

این شرکت‌ها صدها هزاران آلکیل بنزن سولفونات خطی و الکل سولفات چرب را تولید می‌کنند.

این امر برای اسیدهای چرب که از مواد اصلی صابون‌ سازی به شمار می‌رود نیز صادق است.

صنایع شوینده و صابون برای تأمین مواد اولیه خود باید بیشتر مواد معدنی مانند:

• سولفوریک اسید دورکننده
• سود سوزآور
• انواع سدیم فسفات‌ها
• و تعداد زیادی از مواد افزودنی را که حدود 3% وزن کل محصول را تشکیل می‌دهد

خریداری کنند.

 

مواد فعال سطحی

این مواد شامل هر ترکیبی است که با حل کردن آن در آب یا محلول‌ های آبی کشش سطحی را تحت تأثیر قرار دهد (معمولاً آن را کاهش می‌دهند)، یا تأثیرات مشابهی از کشش سطحی میان دو مایع به وجود آورد.

صابون یکی از این مواد است، ولی اصطلاح ماده فعال سطحی بیشتر برای مشتقات مواد آلی از قبیل نمک‌های سدیم آلکیل سولفات‌ها یا سولفوناتهای با جرم مولکولی زیاد به‌ کار برده می‌شود.

مواد فعال سطحی صابون‌ها و شوینده‌های سنتزی کار تمیز کردن اولیه را انجام می‌دهند و با کم کردن کشش سطحی عمل شستشو را با کف کردن همراه می‌سازند.

فرآیند تمیز شدن شامل مراحل زیر است:

• مرطوب شدن کامل کثافت و سطحی که باید با صابون یا محلول شوینده شسته شود
• حذف کثافت از روی سطح
• نگهداشتن کثافت در محلول یا تعلیق پایدار

صابون‌ها یا شوینده‌ها توانایی تر کنندگی آب را افزایش می‌دهند، بطوریکه آب شستشو بهتر می‌تواند داخل پارچه نفوذ کند و به لکه یا کثافت برسد، در این مرحله لکه یا کثافت جدا می‌شود. وقتی این عمل با چرخش ماشین رختشویی همراه شود باعث می‌گردد صابون یا شوینده کثافت را از روی پارچه بردارد، آن را در داخل آب شستشو بصورت معلق درآورد و مانع از نشستن مجدد آن روی پارچه شود.

 

طبقه‌بندی

در اکثر موارد قسمت آبگریز، هیدروکربنی با 8 تا 18 اتم کربن در زنجیر اصلی یا در شاخه است.

در برخی موارد حلقه بنزن می‌تواند جانشین اتم‌های کربن زنجیر شود، مثلاً بجای –C₁₂H₂₅ گروه –C₉H_19.C₆H₄ قرار گیرد. گروه عاملی آبدوست می‌تواند بسیار متنوع باشد؛ مثلاً گروه‌های آنیونی مثل _-OSO₄^–یا SO₃^2-، کاتیونی مثل –N(CH₃)₃⁺یا C₅H₅N⁺یا غیر یونی –(OCH₂CH₂)_nOH.

در دسته آنیونی می‌توان پرمصرف ترین ترکیبات موسوم به آلکیل بنزن سولفاناتهای خطی را از منابع نفتی و آلکیل سولفات‌ها را از چربی‌های حیوانی و گیاهی یافت.

 

آلکیل بنزن‌های راست زنجیر

شوینده‌های زیست‌ تخریب‌ پذیر در ابتدا از آلکان های نرمال حاوی 11 تا 14 اتم کربن با گروه استخلافی فنیل ساخته‌ شده‌ اند.

اسیدها و الکل‌های چرب

جنبه‌های اقتصادی: الکل‌ ها و اسیدهای چرب عمدتاً در ساخت شوینده‌ها و صابون‌ ها مصرف می‌شوند. اسیدهای چرب سیرشده (مانند استئاریک اسید) و سیرنشده (مانند اولئیک اسید) هر دو برای سالیان دراز بصورت اسید آزاد و بیشتر بصورت نمک مورد استفاده صنایع زیادی قرارگرفته است.

 

تنظیم‌کننده‌های کف

تنظیم کف برای مواد فعال سطحی اغلب ضروری است تا کار تمیز کردن در ماشین‌های لباسشویی به‌طور مؤثر صورت گیرد. برای رسیدن به این منظور انواع مختلف را با یکدیگر مخلوط می‌کنند مثلاً آنیونی را با غیر یونی یا آنیونی را با صابون‌ها.

 

مواد افزودنی:

• مواد باز دارنده خوردگی از قبیل سدیم سیلیکات، فلزات، قطعات ماشین لباسشویی و ظروف آشپزخانه را از تأثیر مواد شوینده و آب محافظت می‌کند.
• کربوکسی متیل سلولوز به‌ عنوان ماده ضد ترسیب مجدد استفاده می‌شود.
• بازدارنده‌های تیرگی، عمل بازدارنده‌های خوردگی را کامل می‌سازند و از فلزاتی مانند نقره آلمانی محافظت می‌کنند. بدین منظور از بنزوتری آزول استفاده می‌شود.
• مواد براق‌کننده پارچه، رنگینه های فلوئورسانی هستند که به خاطر توانایی تبدیل نور بنفش به نور مرئی باعث می‌شوند پارچه براق‌تر به نظر آید.
• مواد آبی کننده لباسشویی برخلاف زرد شدن طبیعی پارچه عمل می‌کنند و موجب سفید شدن آن می‌شوند.
• مواد مورد مصرف می‌تواند شامل مواد قدیمی نیل و لاجوردی تا رنگینه های جدید متفاوت باشد.
• مواد ضد میکروب شامل کربانیلیدها، سالیسیل آنیلیدها و کاتیونی‌هاست.
• مواد سفید کننده از نوع پر اکسیژن نیز در محصولات لباسشویی استفاده می‌شوند.
• مواد آنزیمی، آنزیم‌ها ترکیب چرک و لکه را تخریب یا تغییر می‌دهند و موجب می‌شوند اینگونه ذرات به‌ راحتی بیشتری زدوده شوند، آنزیم‌ها به‌ ویژه برای زدودن لکه‌های با ماهیت پروتئین بسیار سودمندند.

 

صابون

صابون از نمک‌های سدیم یا پتاسیم اسیدهای چرب گوناگون (عمدتاً اولئیک اسید، استئاریک اسید، پالمیتیک اسید، لاریک اسید ومیریستیک اسید) 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

پیه ماده چرب اصلی در صابون‌ سازی است.

مقدار پیه مصرفی حدود سه‌ چهارم کل روغن‌ها و چربی‌های مصرفی صنایع صابون‌ سازی است و مخلوطی است از گلیسیریدهایی که از آب‌ کردن چربی جامد گاوی با بخار به دست می‌آید. این چربی جامد با بخار گوارش می‌شود و پیه روی آب تشکیل می‌گردد، بطوریکه به‌ راحتی می‌توان آن را از روی آب جمع‌ آوری کرد. به‌ منظور افزایش انحلال‌ پذیری صابون پیه را معمولاً در داخل ظرف صابون‌ سازی 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 گلیسیریدهای چرب است از حیوانات کوچک اهلی به دست می‌آید.

صنایع صابون‌سازی نیز از مصرف‌ کنندگان بزرگ مواد شیمیایی به‌ ویژه سود سوزآور، نمک، سدیم کربنات، پتاس سوزآور، سدیم سیلیکات، سدیم بی‌کربنات و تری سدیم فسفات است. مواد معدنی که به صابون اضافه می‌شود به مواد کمکی معروف است. مخلوط تتراسدیم پیرو فسفات و سدیم تری پلی فسفات از مؤثرترین مواد کمکی صابون‌ها محسوب می‌گردد. نکته‌ای که به لحاظ اقتصادی اهمیت دارد این است که ترکیب مواد کمکی ارزان‌ قیمت مانند سدیم کربنات با مواد مؤثرتر و گران‌ قیمت تتراسدیم پیرو فسفات یا سدیم تری پلی فسفات گاهی نسبت به مصرف تنهای فسفات ارجحیت دارد. به‌ علاوه نشان داده‌ شده است که چنین مخلوط‌ هایی می‌توانند تأثیر یکسان یا حتی بیشتری در زدودن چرک و لکه داشته باشند.

 

ساخت

ساخت صابون گرچه روش جا افتاده پاتیلی بطور گسترده در کارخانه‌های کوچک یا برای تولیدات خاص و محدود به‌ کار برده می‌شود. با تغییراتی که در فناوری صابون‌ سازی پیش آمد صابونی کردن قلیایی پیوسته نیز معمول گردید. با کنترل رایانه‌ ای می‌توان بطور خودکار صابونی کردن پیوسته روغن‌ها و چربی‌ها را با NaOH انجام داد و در مدت 2 ساعت همان مقدار صابونی را تولید کرد (بیش از 300 تن در روز) که در مدت 2 تا 5 روز با روش‌های سنتی ناپیوسته و پاتیلی تهیه می‌گردید.

 

انواع صابون‌های مهم

مهم‌ ترین انواع صابون‌ها، صابون‌های دستشویی و صابون‌های صنعتی هستند. این صابون‌های مختلف اغلب از طریق یک یا چند روش که در بالا شرح داده شد ساخته می‌شوند.

صابون‌های قالبی  شامل انواع زیرند:

• صابون‌های دستشویی معمولی و پر چرب
• صابون‌های بوزدا و  یا ضد میکروب
• صابون‌های شناور
• صابون‌های شفاف
• صابون‌های مرمری
• صابون‌های سخت (برگردان)

برخی صابون‌های بوزدا، صابون‌های پر چرب نیز هستند. صابون دستشویی را معمولاً از مخلوط پیه و روغن نارگیل به نسبت‌های 80 به 20 یا 90 به 10 و صابون‌های پرچرب را به نسبت‌های 50 به 50 یا 60 به 40 می‌سازند. گفتنی است به برخی از صابون‌های پرچرب 7 تا 10% اسید چرب آزاد نیز اضافه می‌کنند. صابون‌های بوزدا ماده‌ای مانند 3، ‘4، 5- تری بر موسالیسیل آنیلید (TBS) هستند که از تجزیه عرق بدن به مواد بودار جلوگیری می‌کنند.

عملاً تمام صابون‌های تجارتی حاوی 10 تا 30% آب هستند.اگر صابونی بدون آب باشد، خیلی سخت است و به‌راحتی حل نمی‌شود. صابون‌های دستشویی از مواد خاصی ساخته می‌شوند و معمولاً حاوی تنها 10 تا 15% رطوبت‌ اند، این دسته از صابون‌ها مواد اضافی بسیار کمی دارند و تنها موادی برای خوشبو شدن و شاید کسری از یک درصد تیتانیم دی‌اکسید به‌عنوان سفید کننده هستند. خمیرهای ریش حاوی مقادیر قابل‌ توجهی صابون پتاسیم و مقدار اضافی استئاریک اسید هستند. چنین مخلوطی باعث می‌شود تا کف تشکیل‌ شده دیرتر خشک شود. کفه‌ های مخصوص اصلاح صورت حاوی استئاریک اسید و چربی با مقدار خیلی کمی صابون‌اند.