54571_021

ترکیبات شیمیایی صابون و شوینده‌ها

2 / 10
از 1 کاربر

 

 

 

ترکیبات شیمیایی صابون و شوینده‌ها | نگین تجارت پیام

 

صنعت صابون‌سازی ریشه در بیش از 2000 سال گذشته دارد. در حفاری‌های پمپیی یک کارخانه صابون‌سازی پیداشده است. بااین‌حال، در میان بسیاری از صنایع شیمیایی، هیچ‌کدام همانند صنایع صابون‌سازی چنین تغییرات بنیادی در مواد اولیه شیمیایی خود تجربه نکرده‌اند. معمولاً پذیرفته‌شده است که مصرف سرانه صابون نشان‌دهنده سطح زندگی افراد هر کشوری است.

 

پیشینه تاریخی

 

صابون درواقع هیچ‌گاه "کشف" نشده، بلکه به‌تدریج از مواد خام قلیایی و چربی‌ها تحول‌یافته است. پلینی پدر، ساخت صابون‌های نرم و سخت را در قرن اول شرح داده است، ولی تا قرن سیزدهم هیچ‌گاه صابون به مقدار کافی به‌طوری‌که بتوان به آن صنعت گفت تولید نشد. تا اوایل دهه 1800 باور بر این بود که صابون مخلوطی مکانیکی از چربی و قلیاست. سپس 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 ارزان‌قیمت 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 مرطوب‌کننده خوبی محسوب می‌شدند، ولی تنها در مورد شوینده‌ها رضایت‌بخش بودند. این امر باعث جلب‌توجه 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 زیست‌تخریب‌پذیر اهمیت یافت و موجب شد دوباره به زنجیرهای بلند خطی برگشت شود، زیرا تنها زنجیرهای خطی می‌توانند به‌راحتی 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 بابر 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 پاک‌کننده همگی مصارف عمده خانگی این ماده‌اند. مصارف صنعتی شامل ترکیبات پاک‌کننده، مواد فعال سطحی ویژه برای عفونت زداها بیمارستان‌ها مواد تقویت‌کننده الیاف، مواد امولسیون کننده جهت مواد آرایش، مواد مرطوب‌کننده و سیال کننده جهت مواد شیمیایی کشاورزی و اسیدهای ویژه فرآوری لاستیک هستند. یکی از مصارف عمده این ترکیب در بازیابی نفت از چاه‌های نفتی است که از آن‌ها زیاد بهره‌برداری شده 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 به‌دست‌آمده یا حل یا در آب به‌صورت کلوئیدی پخش می‌شوند. جدول 29-2 تفاوت‌های میان صابون‌ها و شوینده‌ها را در نحوه ساخت و ترکیبشان نشان می‌دهد. جدول 29-3 مصرف مواد فعال سطحی را در شوینده‌ها نشان می‌دهد.

شوینده‌ها به چهار گروه عمده تقسیم می‌شوند: آنیونی، کاتیونی، غیر یونی و آمفوتری یا دوخصلتی. بزرگ‌ترین گروه شامل آنیون‌هاست که معمولاً نمک‌های سدیم ترکیبات آلی سولفات یا سولفونات هستند. شوینده‌ها را می‌توان برای تولید محصولاتی با خصوصیات مطلوب فرمول‌بندی کرد، محصولاتی با حداکثر قدرت پاک‌کنندگی، حداکثر پاک‌کنندگی با کمترین بها و حداکثر توانایی زیست‌تخریب‌پذیری، 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 تشکیل‌دهنده شوینده‌ها به دلیل ملاحظات زیست‌محیطی 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 مطلوب‌ترین راه‌حل باشد.

 

مواد اولیه

 

شرکت‌های زیادی وجود دارد که در مقیاس زیاد ترکیبات آلی یا مواد فعال سطحی لازم برای صابون‌ها و شوینده‌ها را تولید می‌کنند. به‌عنوان نمونه این شرکت‌ها صدها هزاران آلکیل بنزن سولفونات خطی و الکل سولفات چرب را تولید می‌کنند. این امر برای اسیدهای چرب که از مواد اصلی صابون‌سازی 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 و انواع سدیم فسفات‌ها و تعداد زیادی از مواد افزودنی را که حدود3% 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 محلول‌های 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 به‌کاربرده می‌شود. مواد فعال سطحی صابون‌ها و شوینده‌های سنتزی کار تمیز کردن اولیه را انجام می‌دهند و باکم کردن کشش سطحی عمل شستشو را با کف کردن همراه می‌سازند. فرآیند تمیز شدن شامل مراحل زیر است (1) مرطوب شدن کامل کثافت و سطحی که باید با صابون یا محلول شوینده شسته شود، (2) حذف کثافت از روی سطح و  (3) نگه‌داشتن کثافت در محلول یا تعلیق پایدار. صابون‌ها یا شوینده‌ها توانایی تر کنندگی آب را افزایش می‌دهند، به‌طوری‌که 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 به‌صورت 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 به‌جای –C12H25 گروه –C9H19.C6H4 قرار گیرد. گروه عاملی آب‌دوست می‌تواند بسیار متنوع باشد؛ مثلاً گروه‌های آنیونی مثل _-OSO4-یا SO32-، کاتیونی مثل –N(CH3)3+یا C5H5N+یا غیر یونی –(OCH2CH2)nOH.

در دسته آنیونی می‌توان پرمصرف‌ترین 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 زیست‌تخریب‌پذیر در ابتدا از آلکان های نرمال حاوی 11 تا 14 اتم کربن با گروه استخلافی فنیل ساخته‌شده‌اند.

 

اسیدها و الکل‌های چرب

 

جنبه‌های اقتصادی: الکل‌ها و اسیدهای چرب عمدتاً در ساخت شوینده‌ها و صابون‌ها مصرف می‌شوند. اسیدهای چرب سیرشده (مانند استئاریک اسید)و سیرنشده (مانند اولئیک اسید) هر دو برای سالیان دراز به‌صورت اسید آزاد و بیشتر به‌صورت نمک مورداستفاده 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 بازدارنده خوردگی از قبیل سدیم سیلیکات، فلزات، قطعات ماشین لباسشویی و ظروف آشپزخانه را از تأثیر مواد شوینده و آب محافظت می‌کند. کربوکسی متیل سلولوز به‌عنوان ماده ضدترسیب 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. دو رنگینه ای که استفاده می‌شود عبارت‌اند از 4 (H2-نفت و]1، 2 [dتری آزول – 2- ایل) استیلبن -2- سولفونات و دی سدیم 4، ‘4-بیس (4-آنیلینو-6-مورفولینو-S-تری آزین-2-2ایلامینو)-2، ‘2- استیلبن دی سولفونات.

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 سفیدکننده از نوع پر اکسیژن نیز در محصولات لباسشویی استفاده می‌شوند. سالیان مدیدی است که در اروپا شوینده‌های حاوی آنزیم استفاده می‌شود و اخیراً در ایالات‌متحده معمول شده است. آنزیم‌ها ترکیب چرک و لکه را تخریب یا تغییر می‌دهند و موجب می‌شوند این‌گونه ذرات به‌راحتی بیشتری زدوده شوند. آنزیم‌ها به‌ویژه 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) تشکیل‌شده 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 صابون‌سازی است. مقدار پیه مصرفی حدود سه‌چهارم کل روغن‌ها و چربی‌های مصرفی صنایع صابون‌سازی است و مخلوطی است از گلیسیریدهایی که از آب‌کردن چربی جامد گاوی با بخار به دست می‌آید. این چربی جامد با بخار گوارش می‌شود و پیه روی آب تشکیل می‌گردد، به‌طوری‌که به‌راحتی می‌توان آن را از روی آب جمع‌آوری کرد. به‌منظور افزایش انحلال‌پذیری صابون پیه را معمولاً 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 گلیسیریدهای چرب است از حیوانات کوچک اهلی به دست می‌آید.

صنایع صابون‌سازی نیز از مصرف‌کنندگان بزرگ مواد شیمیایی به‌ویژه 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 ارزان‌قیمت مانند سدیم کربنات با مواد مؤثرتر (و گران‌قیمت) تتراسدیم پیرو فسفات یا سدیم تری پلی فسفات گاهی نسبت به مصرف تنهای فسفات ارجحیت دارد. به‌علاوه نشان داده‌شده است که چنین مخلوط‌هایی می‌توانند تأثیر یکسان یا حتی بیشتری در زدودن چرک و لکه داشته باشند.

 

ساخت

 

ساخت صابون در شکل 29-3 نشان داده‌شده است. گرچه روش جاافتاده پاتیلی به‌طور گسترده در کارخانه‌های کوچک یا برای تولیدات خاص و محدود به‌کاربرده می‌شود. با تغییراتی که در فناوری صابون‌سازی پیش آمد صابونی کردن قلیایی پیوسته نیز معمول گردید. با کنترل رایانه‌ای می‌توان به‌طور 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

 

مهم‌ترین 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 پرچرب صابون‌های بوزدا و / یا ضد میکروب، صابون‌های شناور، صابون‌های شفاف، مرمری و سخت (برگردان). برخی صابون‌های بوزدا صابون‌های پرچرب 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% رطوبت‌اند؛ این دسته از صابون‌ها مواد اضافی بسیار کمی دارند و تنها موادی برای خوشبو شدن و شاید کسری از یک درصد تیتانیم دیوکسید به‌عنوان سفیدکننده هستند. خمیرهای ریش حاوی مقادیر قابل‌توجهی صابون پتاسیم و مقدار اضافی استئاریک اسید هستند.چنین مخلوطی باعث می‌شود تا کف تشکیل‌شده دیرتر خشک شود. کفه‌ای مخصوص اصلاح صورت حاوی استئاریک اسید و چربی با مقدار خیلی کمی صابون‌اند.

 

 

ارسال نظر

عنوان نظر :
نام شما :
ایمیل :