محصولات آموزشی
صابون های کربوکسیلات
مهم ترین اسیدهای چرب تشکیل دهنده صابون از نقطه نظر میزان استفاده عبارتند از:
C12 (دودسیل) اسید زنجیر صاف (بدون شاخه) اشباع؛
C14 (میریستیل) اسید زنجیره صاف اشباع؛
C18 (استئاریک) اسید زنجیره صاف اشباع،
C18 (اولئیک) زنجیره صاف با یک باند دوگانه.
زنجیره های کمتر از C8 محصولاتی با حلالیت بالا در آب تولید می کنند در حالی که بین C8 تا C18 حلالیت کم و بیش از C20 نامحلول در آب می باشند.
حالت ایده آل خواص فعالیت سطحی، به وسیله محصولات کم محلول در آب بدست می آید. بیشتر صابون های رایج که شما دستان خود را با آن می شویید، مخلوطی از اسیدهای چرب حاصل از پیه، روغن نارگیل، روغن پالم و غیره می باشند.
صابون دارای خصوصیات جالب توجه زیر است:
1- به مقدار زیاد تولید و مصرف می شود.
2- یک زداینده عالی است.
3- مواد اولیه آن مستقل از قیمت و موجود بودن مواد نفتی است.
4- به راحتی در محیط زیست تجزیه می شوند.
5- میزان سمیت آن کاملاً شناخته شده است.
پس چرا باید صابون در مقیاس بسیار بزرگی با زداینده های دیگر جایگزین شود؟ عیب بزرگ صابون ها ناپایداری آن ها در برابر یون های فلزات سنگین به خصوص کلسیم و منیزیم بوده که در آب های سخت یافت می شوند و دلیل دیگر، ناپایداری آن ها در برابر اسیدها است. نتیجه نهایی هر دو حالت یکی است، در هر دو حالت صابون از محیط آبی خارج می شود. دلیل این امر حلالیت کم نمک های کلسیمی و منیزیمی اسیدهای چرب و همچنین اسید چرب های آزاد در آب است. این نقطه ضعف موجب رونق تولید مواد فعال سطحی سنتزی شد.
لازم است این نکته را در گوشه ذهن خود نگه داریم که در عدم حضور این شرایط، صابون می تواند کارایی بسیار خوبی داشته باشد. همچنین تلاش های قابل توجهی جهت استفاده از مواد افزودنی (که به نام مواد دیسپرس کننده صابون آهکی معروف است) برای کاهش این اثرات مضر و نامطلوب صورت گرفته است. ولی با تمام این تفاسیر، صابون در کشورهای فاقد نفت و دارای ذخایر عظیمی از چربی ها و روغن ها بسیار مورد توجه می باشد.
صابون
نمک های اسید کربوکسیلیک
مثال:
صابون پیه، نمک سدیمی مخلوطی از کربوکسیلیک اسیدهای ساخته شده از پیه، صابون روغن تال (محصول جانبی ساخت خمیر چوب)، نمک سدیمی مخلوطی از کربوکسیلیک اسیدهای ساخته شده از روغن تال.
تعریف
صابون ها در مقیاس بسیار زیادی توسط مقدار کمی از تولیدکنندگان به بازار عرضه می شوند
(مانند P&G، Unilever، Henkel، Colgate و ...)
که این شرکت ها به وسیله عمل صابونی کردن چربی های طبیعی این دسته از محصولات را تولید می کنند. معمول ترین کربوکسیلات های تولید شده عبارتند از:
• صابون های پیه؛ این صابون ها با استفاده از پیه تولید می شوند (اولئیک 45-40 %، پالمیتیک 30 – 25 %، استئاریک 20-15 %).
• صابون نارگیل؛ این صابون ها با استفاده از روغن نارگیل تهیه می شوند (C12 48%، C14 20-17%، C16 10-8%، اولئیک 6-5%).
• صابون های اولئیک؛ صابون های تهیه شده از اولئین
• صابون های تال؛ صابون های تهیه شده از روغن تال (مخلوطی از اسیدهای چرب و اسیدهای رزین حاصل از چوب). روغن تصفیه شده تال عموماً مشتمل بر 30-25% اسیدهای رزین، 75-70% اسیدهای چرب (5% اشباع، 25% اولئیک اسید، لینولئیک و اسیدهای غیراشباع دیگر 70%). اسیدهای چرب روغن تال نیز اسیدهایی با ترکیبی مشابه هستند با این تفاوت که مقدار رزین آن ها برابر با 10-1% می باشد.
اسید چرب نارگیل (ماده اولیه بسیاری از شوینده ها) مخلوطی به صورت زیر است:
C12 (لوریک اسید) 50-46 درصد
C14 (میریستیک اسید) 20-17 درصد
C16 (پالمیتیک اسید) 10-8 درصد
C8 (کاپریلیک اسید) مقدار جزئی
C10 (کاپریک اسید) مقدار جزئی
C18 (اولئیک اسید) مقدار جزئی
اسیدهای چرب تصفیه شده نارگیل، عموماً با عنوان لوریک اسید معرفی می شوند.
• نفتنات ها؛ در نفت خام یافت شده و ترکیب پیچیده ای از اسیدهای خطی C6 و C7 به اضافه آلکیل پنتان های حلقوی و همچنین مشتقات آلکیل کربوکسیل پنتان های حلقوی هستند. این ترکیبات برای تولید شوینده هایی با وزن مولکولی 350-250 استفاده می شوند. امروزه استفاده از این مواد جهت تولید زداینده ها و شوینده های پرمصرف و اصلی تقریباً منسوخ شده است.
خواص عمومی
1- حلالیت: صابون C12 اشباع در آب محلولند، صابون های C18 بسیار به آرامی حل می شوند. صابون های C16-C18 غیراشباع در آب محلولند. صابون های پتاسیمی نسبت به انواع سدیمی حلالیت بیشتری دارند (این حالت برای سولفات ها بالعکس است به طوری که انواع پتاسسیمی نامحلول ترند.) نمک های آمین حلالیت بهتری دارند (MEA، DEA، TEA). نمک های TEA (تری اتانول آمین) لوریک اسید و اولئیک اسید نسبت به نوع سدیمی ملایم تر بوده، حلالیتشان بالاتر و کف بهتری دارند اسیدهای چرب روغن تال (ساخته شده با اسیدهای غیراشباع) حلالیت بیشتری در آب داشته و ویسکوزیته کمتری نسبت به انواع حاصل از پیه ایجاد می کنند.
2- خواص شیمیایی: در محلول های آبکی با pH کمتر از 7 به دلیل تشکیل اسید چرب نامحلول در آب، نامحلول می باشند.
3- سازگاری با یون های آبکی: تمامی نمک های محلول به راحتی به وسیله الکترولیت ها نامحلول شده و عمل Salting out صورت می گیرد. مثلاً به وسیله نمک طعام. صابون ها در آب های سخت خوب عمل نمی کنند (کاهش حلالیت و قدرت کف کنندگی) که علت آن نامحلول بودن نمک های کلسیمی و نمک دیگر فلزات دو یا سه ظرفیتی است.
4- خواص فعالیت سطحی:
CMC نمک سدیمی C12 (اشباع) با وزن مولکولی 222.3
CMC نمک سدیمی C18 (اشباع) با وزن مولکولی 306.5
CMC نمک سدیمی C18 (غیراشباع) با وزن مولکولی 304.4
5- خواص کاربردی
کف کنندگی: استئارات سدیم کف کرم مانند خوبی ایجاد می کند اما اولئات، لورات ها و تالات ها دارای کف درشت زیادتری هستند؛ اولئات ها کف کرم مانند ولی با مقدار کم ایجاد می کنند بنابراین یک مخلوط از کوکونات و اولئیک کف فراوانی با پایداری عالی به وجود می آورد (مثلاً برای شامپوها).
از بین رفتن کف: صابون های C18 نسبت به شوینده های دیگر در برابر کلسیم کف خود را بیشتر از دست می دهند. خواص امولسیون کنندگی: می تواند درجا تشکیل شود 0مثلاً برای استفاده از این دست شوینده ها به عنوان یک امولسیفایر، می توان با افزودن اسید چرب به فاز روغنی و یک قلیا به فاز آبکی، این حالت را ایجاد کرد).
کاربردها
1- مراقبت شخصی: کاربرد اصلی قالب های صابون برای شستشو و نظافت شخصی است (قالب های استاندارد از 80% پیه و 20% نارگیل یا پالم کرنل تشکیل شده اند). صابون های مایع و صابن های مورد استفاده برای شستشو با آب دریا، از نمک سدیم یا پتاسیم اسیدهای چرب روغن ارگیل تولید می شوند (C12 – C16).
2- زداینده های خانگی: به نسبت 1:1:1 حاوی سولفونات: صابون: مایع غیریونی فاقد فسفات بوده که حاصل آن یک شوینده با کارایی بالا خواهد بود. در این دسته از زداینده ها کف کاهش می یابد (C18-C22).
3- شوینده های صنعتی لباس و پارچه: صابون به تنهایی می تواند به عنوان شوینده پارچه ها (در آب نرم) به صورت صنعتی بکار رود. اختلاط با LABS و غیریونی ها باعث ایجاد فرمولاسیون هایی شبیه به زداینده های خانگی با کارایی بالا خواهد شد.
4- گندزداهای روغن کاج: صابون های روغن کرچک به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گرفتند ولی امروزه استفاده از آن ها متوقف شده است. یکی از فرمول های مرود استفاده بدین صورت است: فنل های کلره شده 5-3%، روغن کاج 10-5%، الکل صنعتی 20-10%، نمک سدیمی رغن کرچک 25-20%، آب تا 100.
5- مواد آرایشی و شامپوها: صابون ها در آب نرم بیشتر خواص مورد نظر برای یک شامچو را دارا می باشند ولی برای بدست آوردن یک محلول شفاف صابون باید pH آن قلیایی باشد. قلیائیت باعث زبر و خشن شدن پوشش سطحی مو شده که این امر موجب کدورت ظاهری می می شود. این معایب را می توان به وسیله یک اسید رزین ملایم یا به وسیله استفاده از نمک های آلکانول آمینهایی با قلیائیت کمتر، مرتفع ساخت. در آب های سخت نیز صابون ها در اثر ایجاد رسب با یون های کلسیم و منیزیم باعث ایجاد کدورت بر روی مو می شوند. این مورد نیز به وسیله افزودن یک دیسپرس کننده صابون اهکی یا با استفاده از مواد کمپلکس دهنده کلسیم و منیزیم مانند EDTA یا پلی فسفات ها قابل جلوگیری است ولی هیچ یک از این ترکیبات اثری بر روی قلیائیت صابون ندارند. اسیدهای چرب آزاد در زیر pH = 8 حالت شامپو را بهبود می بخشند؛ C18 برای محلول شوینده ها، یک غلظت دهنده و کدرکننده است.
6- صنعت نساجی: پتاسیم اولئات در ژل های کف کننده ای که برای لاتکسهای پشت قالی استفاده می شوند، مورد مصرف قرار می گیرد.
7- صنعت کاغذ: ترکیبات دیسپرس کننده در مخلوط های پوششی کاغذ.
8- پلیمریزاسیون امولسیونی: پتاسیم اولئات 20% به عنوان امولسیفایر اصلی برای لاستیک های SBR استفاده می شود.
9- ترکیبات شیمیایی صنایع نفتی: امولسیفایر برای گل های حفاری
10- پالیش ها: لایه نازک ضد آب در برابر محلول های آبکی؛ آمونیاک، مورفولین یا دیگر نمک های فرار آمین در پالیش ها مورد استفاده قرار می گیرند که تبخیر این آمین ها موجب به جایی ماندن اسید نامحلول در آب می گردد، بنابراین از امولسین شدن مجدد جلوگیری خواهد شد. بر همین اساس منسوجات ضد آب نیز تهیه می شوند.
C12 (دودسیل) اسید زنجیر صاف (بدون شاخه) اشباع؛
C14 (میریستیل) اسید زنجیره صاف اشباع؛
C18 (استئاریک) اسید زنجیره صاف اشباع،
C18 (اولئیک) زنجیره صاف با یک باند دوگانه.
زنجیره های کمتر از C8 محصولاتی با حلالیت بالا در آب تولید می کنند در حالی که بین C8 تا C18 حلالیت کم و بیش از C20 نامحلول در آب می باشند.
حالت ایده آل خواص فعالیت سطحی، به وسیله محصولات کم محلول در آب بدست می آید. بیشتر صابون های رایج که شما دستان خود را با آن می شویید، مخلوطی از اسیدهای چرب حاصل از پیه، روغن نارگیل، روغن پالم و غیره می باشند.
صابون دارای خصوصیات جالب توجه زیر است:
1- به مقدار زیاد تولید و مصرف می شود.
2- یک زداینده عالی است.
3- مواد اولیه آن مستقل از قیمت و موجود بودن مواد نفتی است.
4- به راحتی در محیط زیست تجزیه می شوند.
5- میزان سمیت آن کاملاً شناخته شده است.
پس چرا باید صابون در مقیاس بسیار بزرگی با زداینده های دیگر جایگزین شود؟ عیب بزرگ صابون ها ناپایداری آن ها در برابر یون های فلزات سنگین به خصوص کلسیم و منیزیم بوده که در آب های سخت یافت می شوند و دلیل دیگر، ناپایداری آن ها در برابر اسیدها است. نتیجه نهایی هر دو حالت یکی است، در هر دو حالت صابون از محیط آبی خارج می شود. دلیل این امر حلالیت کم نمک های کلسیمی و منیزیمی اسیدهای چرب و همچنین اسید چرب های آزاد در آب است. این نقطه ضعف موجب رونق تولید مواد فعال سطحی سنتزی شد.
لازم است این نکته را در گوشه ذهن خود نگه داریم که در عدم حضور این شرایط، صابون می تواند کارایی بسیار خوبی داشته باشد. همچنین تلاش های قابل توجهی جهت استفاده از مواد افزودنی (که به نام مواد دیسپرس کننده صابون آهکی معروف است) برای کاهش این اثرات مضر و نامطلوب صورت گرفته است. ولی با تمام این تفاسیر، صابون در کشورهای فاقد نفت و دارای ذخایر عظیمی از چربی ها و روغن ها بسیار مورد توجه می باشد.
نامگذاری
انواع کلی:صابون
نمک های اسید کربوکسیلیک
مثال:
صابون پیه، نمک سدیمی مخلوطی از کربوکسیلیک اسیدهای ساخته شده از پیه، صابون روغن تال (محصول جانبی ساخت خمیر چوب)، نمک سدیمی مخلوطی از کربوکسیلیک اسیدهای ساخته شده از روغن تال.
تعریف
صابون ها در مقیاس بسیار زیادی توسط مقدار کمی از تولیدکنندگان به بازار عرضه می شوند
(مانند P&G، Unilever، Henkel، Colgate و ...)
که این شرکت ها به وسیله عمل صابونی کردن چربی های طبیعی این دسته از محصولات را تولید می کنند. معمول ترین کربوکسیلات های تولید شده عبارتند از:
• صابون های پیه؛ این صابون ها با استفاده از پیه تولید می شوند (اولئیک 45-40 %، پالمیتیک 30 – 25 %، استئاریک 20-15 %).
• صابون نارگیل؛ این صابون ها با استفاده از روغن نارگیل تهیه می شوند (C12 48%، C14 20-17%، C16 10-8%، اولئیک 6-5%).
• صابون های اولئیک؛ صابون های تهیه شده از اولئین
• صابون های تال؛ صابون های تهیه شده از روغن تال (مخلوطی از اسیدهای چرب و اسیدهای رزین حاصل از چوب). روغن تصفیه شده تال عموماً مشتمل بر 30-25% اسیدهای رزین، 75-70% اسیدهای چرب (5% اشباع، 25% اولئیک اسید، لینولئیک و اسیدهای غیراشباع دیگر 70%). اسیدهای چرب روغن تال نیز اسیدهایی با ترکیبی مشابه هستند با این تفاوت که مقدار رزین آن ها برابر با 10-1% می باشد.
اسید چرب نارگیل (ماده اولیه بسیاری از شوینده ها) مخلوطی به صورت زیر است:
C12 (لوریک اسید) 50-46 درصد
C14 (میریستیک اسید) 20-17 درصد
C16 (پالمیتیک اسید) 10-8 درصد
C8 (کاپریلیک اسید) مقدار جزئی
C10 (کاپریک اسید) مقدار جزئی
C18 (اولئیک اسید) مقدار جزئی
اسیدهای چرب تصفیه شده نارگیل، عموماً با عنوان لوریک اسید معرفی می شوند.
• نفتنات ها؛ در نفت خام یافت شده و ترکیب پیچیده ای از اسیدهای خطی C6 و C7 به اضافه آلکیل پنتان های حلقوی و همچنین مشتقات آلکیل کربوکسیل پنتان های حلقوی هستند. این ترکیبات برای تولید شوینده هایی با وزن مولکولی 350-250 استفاده می شوند. امروزه استفاده از این مواد جهت تولید زداینده ها و شوینده های پرمصرف و اصلی تقریباً منسوخ شده است.
خواص عمومی
1- حلالیت: صابون C12 اشباع در آب محلولند، صابون های C18 بسیار به آرامی حل می شوند. صابون های C16-C18 غیراشباع در آب محلولند. صابون های پتاسیمی نسبت به انواع سدیمی حلالیت بیشتری دارند (این حالت برای سولفات ها بالعکس است به طوری که انواع پتاسسیمی نامحلول ترند.) نمک های آمین حلالیت بهتری دارند (MEA، DEA، TEA). نمک های TEA (تری اتانول آمین) لوریک اسید و اولئیک اسید نسبت به نوع سدیمی ملایم تر بوده، حلالیتشان بالاتر و کف بهتری دارند اسیدهای چرب روغن تال (ساخته شده با اسیدهای غیراشباع) حلالیت بیشتری در آب داشته و ویسکوزیته کمتری نسبت به انواع حاصل از پیه ایجاد می کنند.
2- خواص شیمیایی: در محلول های آبکی با pH کمتر از 7 به دلیل تشکیل اسید چرب نامحلول در آب، نامحلول می باشند.
3- سازگاری با یون های آبکی: تمامی نمک های محلول به راحتی به وسیله الکترولیت ها نامحلول شده و عمل Salting out صورت می گیرد. مثلاً به وسیله نمک طعام. صابون ها در آب های سخت خوب عمل نمی کنند (کاهش حلالیت و قدرت کف کنندگی) که علت آن نامحلول بودن نمک های کلسیمی و نمک دیگر فلزات دو یا سه ظرفیتی است.
4- خواص فعالیت سطحی:
CMC نمک سدیمی C12 (اشباع) با وزن مولکولی 222.3
CMC نمک سدیمی C18 (اشباع) با وزن مولکولی 306.5
CMC نمک سدیمی C18 (غیراشباع) با وزن مولکولی 304.4
5- خواص کاربردی
کف کنندگی: استئارات سدیم کف کرم مانند خوبی ایجاد می کند اما اولئات، لورات ها و تالات ها دارای کف درشت زیادتری هستند؛ اولئات ها کف کرم مانند ولی با مقدار کم ایجاد می کنند بنابراین یک مخلوط از کوکونات و اولئیک کف فراوانی با پایداری عالی به وجود می آورد (مثلاً برای شامپوها).
از بین رفتن کف: صابون های C18 نسبت به شوینده های دیگر در برابر کلسیم کف خود را بیشتر از دست می دهند. خواص امولسیون کنندگی: می تواند درجا تشکیل شود 0مثلاً برای استفاده از این دست شوینده ها به عنوان یک امولسیفایر، می توان با افزودن اسید چرب به فاز روغنی و یک قلیا به فاز آبکی، این حالت را ایجاد کرد).
کاربردها
1- مراقبت شخصی: کاربرد اصلی قالب های صابون برای شستشو و نظافت شخصی است (قالب های استاندارد از 80% پیه و 20% نارگیل یا پالم کرنل تشکیل شده اند). صابون های مایع و صابن های مورد استفاده برای شستشو با آب دریا، از نمک سدیم یا پتاسیم اسیدهای چرب روغن ارگیل تولید می شوند (C12 – C16).
2- زداینده های خانگی: به نسبت 1:1:1 حاوی سولفونات: صابون: مایع غیریونی فاقد فسفات بوده که حاصل آن یک شوینده با کارایی بالا خواهد بود. در این دسته از زداینده ها کف کاهش می یابد (C18-C22).
3- شوینده های صنعتی لباس و پارچه: صابون به تنهایی می تواند به عنوان شوینده پارچه ها (در آب نرم) به صورت صنعتی بکار رود. اختلاط با LABS و غیریونی ها باعث ایجاد فرمولاسیون هایی شبیه به زداینده های خانگی با کارایی بالا خواهد شد.
4- گندزداهای روغن کاج: صابون های روغن کرچک به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گرفتند ولی امروزه استفاده از آن ها متوقف شده است. یکی از فرمول های مرود استفاده بدین صورت است: فنل های کلره شده 5-3%، روغن کاج 10-5%، الکل صنعتی 20-10%، نمک سدیمی رغن کرچک 25-20%، آب تا 100.
5- مواد آرایشی و شامپوها: صابون ها در آب نرم بیشتر خواص مورد نظر برای یک شامچو را دارا می باشند ولی برای بدست آوردن یک محلول شفاف صابون باید pH آن قلیایی باشد. قلیائیت باعث زبر و خشن شدن پوشش سطحی مو شده که این امر موجب کدورت ظاهری می می شود. این معایب را می توان به وسیله یک اسید رزین ملایم یا به وسیله استفاده از نمک های آلکانول آمینهایی با قلیائیت کمتر، مرتفع ساخت. در آب های سخت نیز صابون ها در اثر ایجاد رسب با یون های کلسیم و منیزیم باعث ایجاد کدورت بر روی مو می شوند. این مورد نیز به وسیله افزودن یک دیسپرس کننده صابون اهکی یا با استفاده از مواد کمپلکس دهنده کلسیم و منیزیم مانند EDTA یا پلی فسفات ها قابل جلوگیری است ولی هیچ یک از این ترکیبات اثری بر روی قلیائیت صابون ندارند. اسیدهای چرب آزاد در زیر pH = 8 حالت شامپو را بهبود می بخشند؛ C18 برای محلول شوینده ها، یک غلظت دهنده و کدرکننده است.
6- صنعت نساجی: پتاسیم اولئات در ژل های کف کننده ای که برای لاتکسهای پشت قالی استفاده می شوند، مورد مصرف قرار می گیرد.
7- صنعت کاغذ: ترکیبات دیسپرس کننده در مخلوط های پوششی کاغذ.
8- پلیمریزاسیون امولسیونی: پتاسیم اولئات 20% به عنوان امولسیفایر اصلی برای لاستیک های SBR استفاده می شود.
9- ترکیبات شیمیایی صنایع نفتی: امولسیفایر برای گل های حفاری
10- پالیش ها: لایه نازک ضد آب در برابر محلول های آبکی؛ آمونیاک، مورفولین یا دیگر نمک های فرار آمین در پالیش ها مورد استفاده قرار می گیرند که تبخیر این آمین ها موجب به جایی ماندن اسید نامحلول در آب می گردد، بنابراین از امولسین شدن مجدد جلوگیری خواهد شد. بر همین اساس منسوجات ضد آب نیز تهیه می شوند.
•
•
مطلب قبلی:
مطلب بعدی: چلچراغ کابین