فرمولاسیون صابون

مولف : آقای مهندس امیرخانپور کارشناس ارشد مهندسی شیمی (مشاوره فنی و اجرایی واحدهای تولیدی ‌ آرایشی و بهداشتی)

 

صابون ترکیبی از چربی حیوانی یا روغن گیاهی با سودسوزآور (هیدروکسید سدیم) است.
اولین تولید کنندگان صابون، محلول خاکستر چوب و چربی حیوانی را می جوشاندند که درنتیجه ماده ای کفی در بالای دیگ تشکیل می شد. هنگامی که این ماده سرد می شد به صابون سخت تبدیل می شد. در حدود سال ۱۷۹۰، صابون سازی فرانسوی به نام نیکولا لبلنک به روش استخراج سود سوزآور از نمک معمولی (کلرید سدیم) دست یافت و آن را جایگزین عنصر خاکستر صابون های آن زمان کرد.
در سال ۱۸۲۳ شیمیدان فرانسوی اوژن میشل شورول فرآیندی برای ساخت صابون ابداع کرد. به این ترتیب که در صابون سازی ابتدا چربی حیوانی که از نظر شیمیایی خنثی است به اسیدهای چرب تجزیه می شود. این اسیدهای چرب با کربنات های قلیایی واکنش نشان می دهند تا صابون تشکیل شود و گلیسیرین هم به عنوان محصول جانبی به جا می ماند.

صابون به دو ماده اولیه اصلی نیاز دارد: چربی و ماده قلیایی. چربی مورد نیاز در ساخت صابون عبارتند از روغن نارگیل و روغن هسته پالم که هردوی آنها واجد اسید های چرب ۱۲ کربنه هستند. تالو (پیه گاوی و گوسفندی) و روغن هسته پالم که واجد اسید های چرب با زنجیره ۱۸ کربنی هستند. ماده قلیایی ای که امروزه بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد هیدروکسید سدیم یا سود سوزآور است. هیدروکسید پتاسیم را نیز می توان مورد استفاده قرار داد.

 

Image result for saponification

 

همانطور که در فرمول فوق پیداست از ترکیب ملکول تری گلیسرید با ملکول هیدروکسید سدیم ,ملکول گلیسرین و ملکول صابون ایجاد می شود که اگر روغن مصرفی تالو یا روغن پالم باشد صابون ایجاد شده ملکول سدیم پالمیتات است و اگر چنانچه از روغن نارگیل و یا روغن هسته پالم استفاده شود صابون ایجاد شده سدیم لائورات خواهد شد. همانطور که پیش تر گفته شد برای ساخت صابون از ترکیب هر دو روغن استفاده می شود در نتیجه صابون تولید شده ترکیبی از سدیم پالمیتات و سدیم لائورات است. گلیسیرین یا همان گلیسرول یک محصول جانبی بسیار مفید در فرآیند تولید صابون است که به عنوان یک نرم کننده و مرطوب کننده در تولید محصولات آرایشی و بهداشتی بکار می رود.

ملکول سدیم پالمیتات و سدیم لائورات که همان صابون است واجد یک سر قطبی آبدوست و یک دم غیرقطبی چربی دوست است. تفاوت این دو ملکول فقط در طول زنجیره هیدروکربنی آنها است.

 

Image result for soap structure

در هنگام شستشو ملکول های صابون در آب غوطه ور شده و سر قطبی آنها با ملکول های آب و دم غیر قطبی با ملکول های چربی ترکیب شده و ایجاد میسل می کنند. میسل های تشکیل شده در آب شناورند و با آبکشی به راحتی شسته می شوند و به این ترتیب ملکول های لک و چربی موجود در سطح پوست از بین می روند.

 

Image result for soap structure

 

صابون ها با توجه به نوع مصرف آنها به سه دسته تقسیم می شوند.
۱٫ صابون استحمام
۲٫ صابون آرایشی
۳٫ صابون رختشویی

تفاوت عمده صابون های فوق در نوع و میزان چربی و روغن های مصرفی می باشد. بطور کلی روغن هایی که واجد اسید های چرب با زنجیره ۱۸ کربن هستند صابون هایی با بافت خشن و سفت تولید می کنند در حالیکه روغن هایی که واجد اسید های چرب با زنجیره ۱۲ کربن هستند صابونی با بافت نرم تولید می کنند. از اینرو در تولید انواع صابون از درصد متفاوتی از این روغنها استفاده می شود. به عنوان مثال برای تولید صابون حمام از ۸۵ درصد پیه و یا روغن پالم که واجد اسید چرب ۱۸ کربنی است به همراه ۱۵ درصد روغن نارگیل و یا روغن هسته پالم که واجد اسید چرب ۱۲ کربنه است استفاده می شود. اما برای تولید صابون آرایشی که مخصوص شستشوی صورت می باشد از ۷۵ درصد روغن ۱۸ کربنه و ۲۵ درصد روغن ۱۲ کربنه استفاده می شود. در تولید صابون رختشویی چون استحکام بافت صابون برای ما مهم است فقط از روغن واجد اسید چرب ۱۸ کربنه یعنی تالو و روغن پالم استفاده می شود.

صابون بر پایه پتاسیم در مقایسه با صابون بر پایه سدیم محصول محلول تری در آب ایجاد می کند و بنابراین «صابون نرم» نامیده می شود. صابون نرم معمولاً به تنهایی یا در ترکیب با صابون بر پایه سدیم در محصولات اصلاح به کار می رود.

مواد اولیه اصلی برای تولید چیپس صابون :

۱٫چربی حیوانی یا روغن گیاهی

همانطور که پیشتر گفته شد چربیها و روغن های مناسب صابون سازی عبارتند از تالو , روغن پالم , روغن نارگیل و روغن هسته پالم. امروزه صابون سازان جدید از اسیدهای چرب استفاده می کنند. یعنی بجای روغن پالم و تالو از اسید پالمتیک (C18) و بجای روغن نارگیل و روغن هسته پالم از اسید لائوریک (C12) استفاده می کنند. در این روش تری گلیسرید با آب ترکیب شده و تولید گلیسیرین می کند سپس گلیسیرین حاصله با اسید چرب های مذکور ترکیب شده و صابون بدست می آید از اینرو بسیاری از ناخالصی ها حذف می شوند.

Image result for soap process with palmitic acid
۲٫ هیدروکسید سدیم یا سود سوز آور

در روش سنتی پخت صابون , روغن و چربی با سود کاستیک ترکیب شده و تولید صابون و گلیسیرین می کند ولی در روش جدید پخت صابون , اسیدهای چرب با گلیسیرین ترکیب شده و تولید صابون می کند. در این روش سودکاستیک نقش کاتالیزور دارد.

۳٫ کلرید سدیم یا نمک طعام

این ماده نیز که بصورت محلول آب نمک به ظرف پخت صابون اضافه می شود و نقش آن جدا کننده صابون از گلیسیرین است.
پخت صابون از دو روش کتل و روش مداوم صورت می پذیرد. روش کتری یا کتل امروزه هم به وسیله شرکت های کوچک تولید کننده صابون و هم شرکت های بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. این فرایند ۴ تا ۱۱ روز طول می کشد تا کامل شود. اما در حدود سال ۱۹۴۰، مهندسان و دانشمندان فرایند تولید کارآمد تری به نام فرایند مداوم را پیشنهاد کردند. این روش به وسیله شرکت های بزرگ تولید صابون در سراسر جهان به کار گرفته شده است. در روش کتل هر سری ساخت (بچ) مربوط به یک پروسه پخت می شود در حالیکه در فرایند مداوم همان طور که از نامش برمی آید به جای این که یک سری صابون تولید شود به طور پیوسته , صابون تولید می شود. در روند مداوم، تکنسین ها کنترل بیشتری بر تولید دارند و مراحل بسیارسریع تر از روش کتری پیش می رود. در این روش تنها حدود شش ساعت طول می کشد تا روند ساخت صابون کامل شود.

فرآیند کتری

۱-مواد چربی و قلیایی در یک پاتیل که مخزنی فولادی است و می تواند چند هزار کیلوگرم از مواد را نگه دارد ذوب می شود. سیم پیچ مولد بخار در داخل کتری دسته ای از مواد را گرم می کند و آنها را به جوش می آورد. بعد از به جوش آمدن، چربی با ماده قلیایی واکنش نشان می دهد و صابون و گلیسیرین تولید می شود.
۲-حالا صابون و گلیسیرین باید از یکدیگر جدا شوند. برای این کار مخلوط با نمک برخورد داده می شود که باعث می شود صابون به بالا صعود کند و گلیسیرین در کف به جا بماند. سپس گلیسیرین از کف کتری خارج می شود.
۳-برای حذف مقادیر اندک چربی ای که تبدیل به صابون نشده اند، یک محلول تند و قوی به کتری اضافه می شود. این مرحله در فرآیند «تغییر قوی» نامیده می شود. این جرم دوباره به جوش آورده می شود و آخرین چربی ها به صابون تبدیل می شود.
۴- در گام بعدی صابون دوباره در کتری با آب جوشانده می شود. جرم در نهایت به دو لایه جدا می شود. لایه بالایی حدود ۷۰٪ صابون و ۳۰٪ آب دارد. لایه های پایین تر حاوی بیشتر ناخالصی های موجود در صابون مانند خاک و نمک و همچنین بیشتر آب است. سپس به صابون ۷۲ ساعت استراحت داده می شود تا مواد فرصت کافی برای صابونی شدن را پیدا کنند.

۵- صابون در این مرحله به تانک ذخیره منتقل شده و پس از آن موادی مانند لانولین و پارافین به آن اضافه می شود. سپس مراحل کاهش رطوب صابون انجام می شود بطوریکه در این مرحله صابون با گذر از مبدل های حرارتی رطوبت خود را از دست داده و رطوبت از حدود ۳۰% به ۱۵% کاهش می یابد و در آخر خمیر صابون سرد شده و با گذر از صفحات طوری به شکل چیپس صابون مبدل می شود.

۶- چیپس صابون با افزودنی های لازم مانند رنگ و اسانس ترکیب شده و برای مراحل قالب زنی و بسته بنده آماده می شود.

Image result for soAP PRODUCTION process

 

فرآیند مداوم

۱-اولین مرحله فرایند مداوم، تجزیه چربی طبیعی به اسیدهای چرب و گلیسیرین است. تجهیزات مورد استفاده یک ستون فولادی عمودی است که می تواند ۲۴ متر ارتفاع داشته باشد. پمپ به طور مداوم چربی و آب وارد این ستون می کند و اسیدهای چرب و گلیسیرین ایجاد می شوند. سپس اسیدهای چرب تصفیه می شوند.
۲-اسیدهای چرب خالص شده با مقدار دقیق مواد قلیایی مخلوط می شوند تا صابون تشکیل شود. سایر موادی مانند مواد ساینده و عطر نیز با این ها مخلوط می شود.
۳-صابون ممکن است به داخل قالب ریخته شود و به صورت یک قطعه بزرگ سخت درآید. همچنین ممکن است در یک فریزر ویژه خنک شود. تخته بزرگ صابون به صورت قطعات نواری کوچک تر بریده می شود. کل فرآیند مداوم، از تقسیم تا پایان می تواند در مدت چند ساعت انجام شود.
۴-صابون های آرایشی بیشتر پردازش می شوند. در نتیجه نوار صابون به دست آمده بهتر می شود و قوام بهتری پیدا می کند. صابون سرد شده از چند مرحله غلطک سنگین عبور می کند که آن را له و خمیری می کند. این زمان بهترین زمان برای اضافه کردن عطر است چرا که روغن های فرار در مخلوط سرد بخار نمی شوند.
پس از این که صابون از این مرحله عبور می کند در یک استوانه فشرده می شود. صابون فشرده شده به صورت بریده و بسته بندی می شود.

 

Image result for continuous process of soap manufacturing

 

مواد اصلی و فرمول کلی برای ساخت صابون عبارتست از :

ماده عملکرد درصد مصرفی
چیپس صابون سورفکتانت
BHT آنتی اکسیدان ۰٫۳ – ۰٫۲
سولفات منیزیوم پایدار کننده اسانس ۰٫۴
بی اکسید تیتان سفید کننده ۰٫۴
سیلیکات سدیم براق کننده ۰٫۴
EDTA چلات کننده ۰٫۲ – ۰٫۱
اسانس خوشبو کننده ۱٫۲ – ۱
رنگ ۰٫۲ – ۰٫۰۲

مواد زیر نیز در برخی از صابون هایی که خواص طبی دارند یافت می شوند.

عصاره بسته به نوع عصاره  ۲ – ۱
پروتئین بسته به نوع پروتئین ۰٫۵ – ۰٫۱
ویتامین بسته به نوع ویتامین ۰٫۵ – ۰٫۱
روغن های گیاهی نرم کننده ۵ – ۱
اسید استئاریک سوپر فت ۳ – ۱
خمیر سولفونات افزایش دهنده کف ۰٫۵
TCC آنتی باکتریال ۰٫۵ – ۰٫۲

 

مواردی که باید در هنگام تهیه روغن های مصرفی در تولید صابون مورد توجه قرار گیرد عبارتند از :

اندیس یدی :

درجه غیر اشباعیت روغن ها و چربی را نشان می دهد به عبارت دیگر اندیس یدی تعداد پیوند های دوگانه موجود در روغن است. روغن هایی که حالت نرم و مایع دارند، اندیس یدی آن ها بالاست. چنین روغن هایی مستعد فساد اکسیداسیونی می باشند. اندیس یدی قابل قبول برای روغن نارگیل ۱۰-۷ , برای روغن هسته پالم ۱۴-۱۲ و در تالو و روغن پالم ۵۰-۴۰ است.

اندیس صابونی :

مقیاسی است برای بازگو کردن میانگین وزن ملکولی اسیدهای چرب که در ساختمان چربی و یا روغن به کار رفته اند. اندیس صابونی قابل قبول برای روغن نارگیل ۲۷۵-۲۵۵ , برای روغن هسته پالم ۲۶۰-۲۴۵ و در تالو و روغن پالم ۲۰۰-۱۹۵ است.

اندیس اسیدی :

عدد اسیدی یا همان اندیس اسیدی برای اندازه‌گیری اسید چرب آزاد موجود در روغن بکار می رود. هدف از این کار بررسی کهنه گی روغن است.  روغن هایی که در آن ها واکنش هیدرولیز صورت گرفته است عدد اسیدی بالا می باشد. عدد اسیدی روغن معمولا به تدریج افزایش می یابد و علت آن تاثیر عوامل مختلفی از جمله گرما و آلودگی می باشد که موجب هیدرولیز روغن شده و افزایش عدد اسیدی روغن می شود.

رنگ :

سیستم استاندارد برای رنگ آزمایی روغن ها روش FAC است که در این روش رنگ روغن ها از ۱ – ۴۵ شماره گذاری شده است و رنگ روغن مصرفی در صنعت صابون سازی باید ۱-۵ باشد.

تیتر :

تیتر یا تایتر به نقطه انجماد اسید های چرب اطلاق می شود. برای اندازه گیری تیتر روغن یا چربی باید ابتدا آنها را صابونی و خشک کرد سپس تیتر آنها محاسبه شود. به عنوان مثال تیتر روغن نارگیل ۲۰-۲۴ درجه سانتیگراد و تیتر روغن هسته پالم ۲۲-۲۶ و تیتر پیه و روغن پالم ۴۰-۴۵ درجه سانتیگراد می باشد.

M.I.U :

این آیتم که دلالت بر M علامت رطوبت, I علامت عدم محلولیت و U علامت صابونی نشدن است. این آیتم در آنالیز روغن های مصرفی در تولید صابون نباید از ۰٫۲ % بیشتر باشد.

برای مشاهده مراحل صابون سازی میتوانید به صفحه طرز تهیه صابون در آزمایشگاه مراجعه نموده و فیلم مربوطه را تماشا فرمایید

برای اطلاع از نحوه محاسبه میزان سود مصرفی در فرآیند صابون سازی لطفا به صفحه ” محاسبه نسبت سود کاستیک به روغن در فرایند صابون سازی ” مراجعه فرمایید

13 دیدگاه‌ها

  1. سلام ادمین جان .من تازه استخدام شرکت صابون سازی شدن و ارشد شینی تجزیه دارم .میخواستم ازمون وروش کار یا یه دفرنس خوب دراختیارم بذارید و کمکم کنید خاهشا.ممنونم

  2. سلام و ممنون از مطلب مفیدتون. من می خوام صابون درست کنم ولی مقدار هیدروکسید سدیم رو نمیدونم چقدر باید باشه نسبت به روغن مصرفی چند جا هم گشتم ولی درصدی ازش پیدا نکردم بیشتر درصد آب و روغن و اسانسهارو نوشته بودن ولی در مورد هیدروکسید سدیم چیزی نبود. ممنون.

    • سلام. روز بخیر
      ممنون از انرژی مثبتتون
      بیزحمت روی واتساپ (پایین سایت) پیام بذارید تا در اولین فرصت خدمتتون تماس بگیریم.
      مرسی

  3. سلام. فرمول اینکه چقدر از مواد روغنی و رنگ و سود در صابون استفاده بشه چیه؟؟؟ مثلا مینویسن 246 گرم آب؛ 47 گرم سود و … اینکه اینقدر دقیق عدد میدن توی سایتها… از کجا نشات میگیره؟؟؟

  4. سلام من میخوام به طور حرفه ای ساخت صابون یاد بگیرم آیا شما آموزش میدین یا جایی برای آموزش میشناسید؟

  5. سلام وقتتون بخیر،ممنون بابت اطلاعات خوبی که در این صفحه قرار دادین
    من جهت موضوع پایان نامه م به راهنماییتون نیاز دارم،میشه لطفا راهنماییم کنین ممنون

  6. سلام وقتتون بخیر،ممنون بابت اطلاعات خوبی که در این صفحه قرار دادین
    من جهت موضوع پایان نامه م به راهنماییتون نیاز دارم،میشه لطفا راهنماییم کنین ممنون

  7. سلام من و یه نفر دیگه می خوایم کار تولید صابون انجام بدیم ولی هیچ کدوم رشتمون شیمی نیست البته خیلی در این زمینه مطالعه کردیم به نظرتون می تونیم موفق بشیم

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید