صابون

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.

در شیمی، صابون، نمک یک اسید چرپ است. صابون‌ها عمدتاً برای شستشو، حمام‌کردن و پاکیزگی استفاده می‌شوند ولی در ریسیدن پارچه هم از صابون‌ها استفاده می‌گردد و جز مهمی از روان‌سازها می‌باشد. صابون‌های تمیزکاری و تطهیر عمدتاً از جمع‌آوری روغن‌ها و چربی‌های گیاهی و حیوانی با محلول شدید آلکالین به دست می‌آیند. چربی‌ها و روغن‌ها ترکیبی از تری‌گلیسریدها هستند: سه مولکول اسید چرپی که به یک مولکول گلیسرول متصل شده‌اند.

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.

انواع صابون از نظر نوع مصرف

 1)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.

 2 )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.

 3)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.

 4)صابونهای مخصوص ماشینهای لباسشویی : این نوع صابونها حدود 5 تا 15 در صد مواد آلی در نقش حلال مانند تتراکلرو اتیلن ٬ 1 ٫ 1 ٫ 1 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).

 5)صابونهای ساینده : این نوع صابونها دارای 70 در صد پودر نرم سیلیسی ٬ 15 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.

 6)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. 

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. 

 تاریخچه صابون

 صابون دارای قدمتی بالغ بر 2300 سال می باشد.در حقیقت برخی معتقدند صابون در 600 سال پیش از میلاد مسیح توسط مردم فنیقیه ساخته شد، اما در آن زمان از کاربرد آن اطلاع درستي نداشتند و تنها به عنوان یک کالای واسطه اي، جهت داد و ستد از آن استفاده می نمودند. در آن دوره صابون از پیه بز و خاکستر چوب تهیه می شد. در دوران امپراطوری روم مصرف صابون رواج یافت .آنها صابون را از چربی حیوانات و خاکستر گیاهان (به عنوان یک ماده قلیایی) تهیه می کردند و آن را (Saipo) مي نامیدند که نام امروزي صابون ( Soap) از آن گرفته شده است.
اهمیت صابون به عنوان یک ماده شوینده تا قرن دوم میلادی ناشناخته مانده بود تا اینکه جالینوس، پزشک صاحب نام یونانی، از صابون به عنوان ماده ای جهت شستشو نام برد. در سال 1800 میلادی شیمیدان مشهور عرب، جابر بر حیان (پدر علم شیمی) در نوشته های خود چندين بار از صابون به عنوان ماده ای مناسب جهت شستشوی بدن نام برد.

کشورهای ایتالیا ، فرانسه و اسپانیا از مراکز اولیه تولید صابون هستند زیرا دسترسی به مواد اولیه (مانند روغن زیتون) جهت تولید صابون در این مراکز امکان پذیر بوده است. تولید صابون در انگلیس در اواخر قرن 12 میلادی آغاز گردید. در قرن سیزدهم و چهاردهم میلادی، اتحادیه کوچکی از تولیدکنندگان صابون در نزديكي لندن تشکیل شد. در آن زمان تولیدکنندگان صابون، ملزم به پرداخت مبلغی براي تولید هر تن صابون بودند که پس از دوران جنگهای ناپلئون، این مبلغ به 3 پنی به ازای تولید هر پوند صابون افزایش یافت. این روند تا سال 1853 میلادی ادامه داشت. در این مدت بالغ بر یک میلیون پوند از تولیدکنندگان صابون جمع آوری شد. این امر نشانگر افزایش مصرف صابون در این دوران می باشد.

در دوران انقلاب فرانسه تولید صابون در مارسی به 3500 تن در سال رسید که این مقدار توسط 34 کارخانه کوچک در این شهر تولید می گردید. علامت گذاری تجاری بر روی بسته بندیهای صابون از اواخر قرن هیجدهم آغاز شد. در این زمان صاحبان صنایع در مارسی (فرانسه) اقدام به صادر کردن صابون به کشورهای دیگر (در رأس آنها آمریکا) نمودند.

در ابتدا تولیدکنندگان صابون در مارسی از روغن زیتون برای تهیه صابون استفاده می کردند. در سال 1815 میلادی کمبود محصول زیتون آنها را بر آن داشت که روغنهای دیگر را جایگزین روغن زیتون نمایند. همچنین پیشرفتهایی که در صنعت کشتیرانی و حمل و نقل صورت گرفت، امکان دسترسی به سایر روغنها را نیز فراهم نمود. همین امر سبب ایجاد تغییراتی در فرمولاسیون صابون گردید.

در سال 1791 ، یک دانشمند فرانسوی به نام نيكلا لوبلان (Nicolas Leblanc) تحولي در فرآيند در تولید کربنات سدیم به وجود آورد و گامی بزرگ در جهت پیشرفت تولید صابون در مقیاس صنعتی برداشته شد. کربنات سدیم یک ماده قلیایی است كه در خاکستر وجود دارد و با چربیها تشکیل صابون می دهد. در روش جدید، لوبلان موفق به تولید مقدار بیشتر این نمک با کیفیت بهتر و قیمت مناسب تر گردید.

ارائه نظریه دانشمند دیگر فرانسوی به نام اوژن شورل (Michel Uegence Chevreul) در سال 1823 میلادی از جمله عواملی بود که تاثیر به سزایی در پیشرفت صنعت صابون سازی داشت. وی اثبات نمود که فرآیند تشکیل صابون در حقیقت، تجزیه شیمیایی چربیها است که به نمک قلیایی اسیدهای چرب (صابون) و گلیسیرین تجزیه می شوند.

عوامل متعدد دیگری كه در پیشرفت صنعت صابون سازی تاثیرگذار بوده اند، عبارتند از:

 استفاده از رزین در دیگهای پخت صابون ( سال 1850 میلادی )

 استفاده از سیلیکات سدیم توسط یک دانشمند انگلیسی ( سال 1870 میلادی )

هیدروژنیزه کردن روغنها و تهیه چربیهای مناسبتر جهت مصرف در صابون (اوایل قرن 19میلادی ) پیشرفت تکنولوژی در دوران جنگ جهانی اول و پس از آن

به كار بردن دستاوردهای علمی به موازات پیشرفت تکنولوژی در کارخانه ها سبب رشد سریع این صنعت در سال 1850 میلادی گردید.

توليد كنندگان صابون

 كشورهاي ايتاليا، اسپانيا و فرانسه به دليل اينكه ذخاير آماده اي از مواد خام مورد نياز مانند رون زيتون داشتند، جزو اولين مراكز سازنده صابون بودند. انگليسي ها در طول قرن دوازدهم، شروع به ساختن صابون كردند. تجارت صابون در اين كشور رونق فراواني داشت تا جايي كه در سال 1622 پادشاه جيمز اول مبلغ صد هزار دلار براي دريافت امتياز انحصاري به مدت يك سال، به يكي از سازندگان صابون پرداخت.

گام مهم ديگر در ساخت صابون اختراعي بود كه در اواسط سال 1800 از سوي يك شيميدان بلژيكي به نام سولوي ارنست انجام شد. او با استفاده از نمك خوراكي يا كلريد سديم توانست خاكستر قليا بسازد. اين روش موجب كاهش هزينه ساخت قليا شد. در نتيجه اين امكان به وجود آمد كه قليا ارزان تر، با كيفيت بهتر و حجم بيشتري در اختيار سازندگان صابون قرار گيرد.

 اين اختراعات همزمان با پيشرفت توان اجرايي كارخانه هاي گوناگون، باعث شد در سال 1850 صنعت صابون سازي درآمريكا به سرعت رشد كند. از آنجايي كه صابون به مقدار كافي توليد مي شد، به تدريج از يك وسيله لوكس به احتياج روزانه مردم تبديل شد و اين بازار بزرگ مصرف، سازندگان را تشويق كرد كه صابون هاي ملايم تري براي استفاده در حمام و ماشين هاي شست و شو، در اختيار مصرف كنندگان قرار دهند و به اين ترتيب صنعت صابون سازي به مصرف امروزي در آمد. به طور معمول پذيرفته شده كه مصرف سرانه صابون نشان دهنده سطح زندگي افراد هر كشوري است.

تهیه ساخت صابون با گریس

 گريس ماده اي است جامد يا نيمه جامد كه از تركيب يك ماده پركننده و صابون (Thickener) ، در داخل روغن به دست مي آيد. البته ممكن است ساير موادي كه بتواند بر خاصيت آن بيفزايد نيز در آن به كار گرفته شود. روغن هاي معدني (مشتقات نفتي) و يا سنتتيك ماده اصلي تشكيل دهنده گريس است كه در حدود80 درصد آن را تشكيل مي دهند و نقش مهمي در قوام آن دارند. در صورتي كه اين ماده با كيفيت نامناسب مورد استفاده قرار گيرد ساختار گريس بسيار ضعيف و ناپايدار شده و در شرايط سخت به صورت دو فاز (روغن و صابون) در آمده و به قطعات و ماشين آلات صدمه بسيار وارد خواهد كرد. دومين ماده اصلي تشكيل دهنده گريس، صابون است كه آن نيز داراي انواع مختلف مي باشد. براي ساخت گريس، صابون در داخل روغن به وسيله حرارت تركيب و پخته مي شود. دراين مرحله، صابون در روغن، كريستاليزه شده و توليد الياف (Fibers) مي كند و تركيب به صورت ژلاتيني حاصل مي شود. سپس گريس در دماي قابل تخليه درون ظروف تخليه مي شود. لازم به تذكر است كه در برخي از انواع گريس تشكيل اين رشته ها در داخل گريس، بعد از اتمام پخت تا مدت طولاني ادامه پيدا مي كند.

نامگذاري

 گريس را با پايه صابوني آن مي شناسند. عمده ترين صابون هاي سازنده گريس شامل صابون كلسيم (در گريس هاي كاپ وشاسي)، سديم (در گريس هاي R.B.B ، فايبر يا با نام تجاري والوالين) ، صابون ليتيم (در گريس هاي مالتي پرپوز و ماهان) ، غير آلي (در گريس نسوز يا بنتون) و ساير صابون ها مانند آلومينيوم.

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 می شود:

 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 می کنند.

 

مکانیزم عمل هیدرولیز استر را در محیط بازی میتوان به صورت زیر نوشت:

مولكولهاي صابون د اراي يك انتهاي قطبي است كه در آب حل مي شود و انتهاي ديگر آن يك دنباله طويل هيدروكربن است كه در روغن محلول است واين عامل باعث ميشود تا مثل يك واسطه چربيها را در آب حل كند.

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 می گردد.

روش تهیه

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 می شود.) 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 می دهند، سپس قرص صابون را از درون ظرف خارج کرده و پس از شستن به قطعات کوچک تقسیم نموده، در هوا خشک می کنند.

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 ی باقیمانده در بالن را در 75cc  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 می ماند. آن را 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.