خطوات صناعة الصابون How to Make Soap

صناعة الصابون

– في هذا الموضوع سوف نشرح خطوات صناعة الصابون بالتفصيل.

– يحضر الصابون من خلال عملية التصـبن للأحماض الدهنيـة أو جلسريدات الأحماض الدهنية.

– فكما هو معلوم فإن الدهون والزيوت حيوانية كانت أو نباتية فهي عبارة عن خليط من ثلاثي وثنائي وأحــادي جلسـريدات الأحماض الدهنية المختلفة بجانب نسبة من الحمض الدهني. وبتصبن هـذه المركبات ينتج الصابون.

 

– والدهون الطبيعية كمصدر للصابون تعـرف علـى أنهـا اسـترات للأحماض الدهنية المختلفة مع الجليسرول.

– فالدهون الحيوانية عبـارة عـن جلسريدات حمض الاستيريك C₁₈H₃₆O₂ والبلمتيـك C₁₆H₃₂O₂ والاوليـك C₁₈H₃₄O₂  

– والزيوت والشحوم النباتية مثل زيت النخيل وزيت جوز الهنـد عبارة عن جلسـريدات حمـض الكبرليـك C₈H₁₆O₂ وحمـض اللوريـك C₁₂H₂₄O₂ وحمض الميرستيك C₁₄H₂₈O₂ مع حمض البلمتيك والاوليك.

– ويوجد العديد من الأحماض الدهنيـة الأخـرى. مـثـل الاراشيديك C₂₀H₄₀O₂ واللجنوسيريك C₁₄H₄₈O₂ وشائعة الوجود في الزيوت والدهون ولكن بنسب بسيطة.

– ونظراً لتنوع الأحماض الدهنية واحتمالات التباديـل والتوافيق في ترتيبها داخل جزئي الجلسريد فإنه يوجد عدد كبير من الزيوت والدهون.

اعتماد خواص الصابون على نوع الدهن

– تعتمد خواص الصابون إلى حد كبير على نوع الدهن المستخدم فـي صناعته.

– فالدهون التي تحتوي على نسبة مرتفعة مـن حمـض اللوريـك والميرستيك تعطى صابون سريع الذوبان في الماء البارد وفير الرغـوة ولا يترسب.

– كما أن الصابون المصنوع من زيت الزيتون وزيت القطن وزيت الصويا وزيت الذرة والتي تحتوي على نسبة مرتفعة من الأحماض الدهنيـة غيـر المشبعة يذوب في الماء البارد.

– الصابون المصنوع من زيت النخيل والشحوم الحيوانية الأخـرى والتي تحتوي على نسبة مرتفعة من الأحماض الدهنية ذات السلاسل الكربونية الطويلة والغير مشبعة يكون أكثر تنظيفاً عند درجات حرارة مرتفعة أكبر من ^°80م.

القواعد المستخدمة في صناعة الصابون

– من أكثر القواعد استخداماً لإنتاج الصابون هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). كما يمكن استخدام (البوتاس) هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) فـي إنتـاج أنواع من الصابون يستخدم في الماء العسر.

– لا تستخدم كربونات الصوديوم لتقوم بعملية تصبن الدهون. وقد تستخدم في عملية تصبن الأحماض الدهنية أو كمادة مائية عند تحضير صابون الغسيل.

– المادة القاعدية المستخدمة فـي صناعة الصابون يجب أن تكون خالية من أيونات الحديد والعناصر الثقيلـة الأخرى. والتي قد تحدث تغيراً في اللون وتقلل من مقاومة الصابون للتأكسـد والتفتت.

خطوات صناعة الصابون

تمر صناعة الصابون بخطوتين أساسيتين كما يلي:

أولا/ التحلل المائي للشحوم

– يقصد بالتحلل المائي للشحوم تفكك الجلسريدات إلى أحماض دهنيـة وجلسرول باستخدام الماء.

– ولكون الماء لا يختلط بالزيـت والـدهون عنـد درجات الحرارة العادية فلابد من رفع درجة الحـرارة إلـى حـوالي 200 °300م.

– ويفيد استخدام مادة حافزة في الإسراع من هذا التفاعل.

– ويمكن عمل التحلل المائي للشحوم  كما يلي:

(أ) طريقة الأتوكليف

– وفيها يتم تسخين خليط من الدهون والماء والعامل الحفاز فـي إنـاء مغلق عند درجة حرارة 140-180°م.

– تستمر عملية التسخين مـن 5-10 ساعات حيث يتحلل من 85-90% بعدها ينقل الخليط إلى تنكات حتى ينفصل إلى طبقتين كما يلي:

•  الطبقة العليا عبارة عن الحامض الدهني وبعض مـن الـدهون الغير متحللة.
• والطبقة السفلى عبارة عن الجيسرول ذائب في الماء.

– العامـل الحفاز المستخدمة في هذه الطريقة هو أكسيد الزنك أو أكسيد الماغنسيوم أو الكالسيوم.

(ب) الطريقة المستمرة

– وفيها يتم دفع الدهون من أسفل مفاعل مصنوع من الفولاذ الغير قابل للصدأ. ويدفع الماء من أعلى المفاعل. وترفـع درجـة الحـرارة بالتبادل الحراري. فيحدث التحلل المائي للدهون ويجمع الجليسرين من أسفل المفاعـل بطريقة مستمرة.

(جـ) طريقة توتشل

– وفيها يتم تفاعل الدهن مع 1-5% حمض الكبريتيك عند درجة 100°م وضغط 1 جو ولمدة 10-40 ساعة في وجود سلفونات البنزين أو النفثالين مع حمض الاوليك أو الاستيريك كعامل حفاز.

فصل الجليسرين

يتم فصل الجليسرين من المحلول المائي المتخلف من صناعة الصابون بإتباع الخطوات كما يلي:

(1) ترسيب أي صابون ذائب بتحويله إلى ملح الومنيوم غير ذائب يتفاعل مع الزيادة مع هيدروكسيد الصوديوم مكوناً راسب من هيدروكســيد الألومنيوم.

(2) التخلص من هيدروكسيد الصوديوم الزائدة بإضافة حمض مناسب.

(3) ترشيح الناتج تحت ضغط للتخلص من الشوائب الصلبة.

(4) تبخير الرشيح لحوالي 80% جليسرين من أجل التركيـز وترسـيب الأملاح الذائبة.

(5) إزالة اللون والتنقية بالتبادل الأيوني.

ثانياً/ معادلة الأحماض الدهنية

– لتحضير الصابون تضاف المادة القاعدية في محلولها المـائي إلـى المادة الدهنية أو الحامض الدهني الناتج من (أولاً). وترفع درجة الحـرارة مـع التقليب حتى الحصول على عجينة متماسكة. ويكون المحلول المائي لا يتعكـر بالتبريد بعدها يوقف التفاعل.

– ويبرد المزيج وتضاف كمية معلومة مـن ملـح الطعام في محلول مائي. ويستمر التسخين لفترة صغيرة.

– وبإضافة ملح الطعام ينفصل المزيج كما يلي:

•  طبقة عليا عبارة عن كتلة الصابون وهي الأقـل كثافـة
• وطبقة سفلى عبارة عن محلول مائي للجليسرين مع بعض الشوائب والأملاح.

– يقشط الصابون ويغسل بإمرار تيار من بخار الماء للتخلص من الجليسـرين والشوائب الأخرى ثم يعامل الناتج حسب نوعية الصابون المطلوب.

فكرة التنظيف للصابون

– تعتمد فكرة التنظيف للصابون على خفض التوتر السطحي للماء من خلال جزئيه الذي يحتوي على رأس مستقطبة محبة للماء وذيل من سلسـلة هيدروكربونية غير مستقطبة كارهة للماء.

– فعند إذابة الصابون فـي المـاء تنتشر جزيئاته. ومع زيادة التركيز تكون جزيئات الصابون ما يشبه الـدوائر الصغيرة بأن تصف الجزيئات بحيث تكون أطرافها الغير محبة للماء الـداخل ورؤوسها المحبة للماء للخارج.

– عند وجود الأوساخ لا تـذوب فـي المـاء مثـل المـواد الدهنيـة والهيدروكربونية فإنها تدخل في هذه الدوائر وتصبح ذائبة في الماء، ويسهل خفض الصابون للتوتر السطحي للماء عملية اختراق وتخلل أليـاف النسيج المغسول وتعمل الحركة الميكانيكية والتقليب على سرعة وتسهيل تجزئيـه الأوساخ وفصلها عن النسيج.

– وعند استخدام ماء عسر يحتوي على أيونـات الكالسيوم والماغنسيوم يكون الصابون أملاح غير ذائبة معهم ترنو إلى السطح وتلتصق بجدار إناء الغسيل ونحتاج عندئذ إلى كميات إضافية من الصـابون لمعادلة هذه الأملاح المسببة لعسر الماء.

طرق صناعة الصابون

– من طرق تصنيع الصابون الطرق الآتية كما يلي:

(1) الطريقة الباردة

– تستخدم هذه الطريقة للدهون النقية حيث لا تتضمن غسيل للصـابون للتخلص من الشوائب.

– وفيها يبقى كل الجلسرين المتحـرر داخـل عجينـه الصابون.

– تستخدم هذه الطريقة مع الصابون المحضر من زيت جوز الهنـد وزيت النخيل حيث تخلط الدهون مع محلـول مركـز مـن هيدروكسيد الصوديوم عند درجة حرارة أعلى من درجة انصهار الدهون.

– يراعي فيها استخدام كمية أقل من الكمية المحسوبة بواسطة قيمة التصبن لضـمـان عـدم وجود زيادة من هيدروكسيد الصوديوم.

– بمجرد الخلـط والتقليـب تتكـون عجينة متجانسة تصب فوراً في قوالب مبردة وعادة مـا يصــاحب عمليـة التصبن ارتفاع في درجة الحرارة وتحفظ القوالب عند درجة 30°م.

– علـى الرغم من أن عملية التصبن تستغرق ساعات قليلة ألا أن القوالب لابد أن تبقى عدة أيام لتجف وتتجمد وتنزع بعد ذلك جوانب القالب ثم يقطع الصابون باستخدام سلك معدني.

– من أسباب استخدام هذه الطريقة المميزات التالية كما يلي: رخص كلفة التجهيزات – وسـرعة عمليـة التصـنيع – وتوفير الطاقة.

– ولكون الجلسرين لا ينفصل من هذه الطريقة وهو ذو قيمـة اقتصادية فإن كميات قليلة فقط من الصابون تحضر بهذه الطريقة ويمكن تتبع هذا التفاعل بتعيين كمية هيدروكسيد الصوديوم المتبقي من التفاعل. ويكـون التفاعل أسرع في حالة استخدام (البوتاس) هيدروكسيد البوتاسيوم.

– الجدير بالذكر أن حوالي 15% من الدهون غير المتصبنه تبقى ذائبـة في الصابون وتكون عبارة عن أحادي وثنائي الجليسريد لأحمـاض دهنيـة صغيرة السلسلة الكربونية تقبل الذوبان في الماء.

(2) طريقة شبه الغليان

– وفيها يتم تحضير الصابون بنفس الطريقة البـاردة غيـر أن درجـة تسخين الدهون ترتفع لتصل إلى 70-80°م وفي وجود كمية من القلفونيـة.

– بمجرد إضافة هيدروكسيد الصوديوم يتم التقليب عند درجة لا تقل عن 70°م ويمكن معادلة الزيادة من هيدروكسيد الصوديوم بإضافة كمية محسوبة مـن أحماض دهنية.

– يضاف حوالي 0.05% كلوريد صوديوم أو بوتاسيوم لتقليل لزوجـة الصابون قبل صبه في القوالب.

– يمكن أيضاً إضافة المـواد المالئـة إلـى الصابون مثل كربونات الصوديوم وسليكات الصوديوم لتقليـل الرغـوة.

– بمجرد الحصول على عجينة متجانسة تترك العجينة لمدة ساعة عنـد نفس درجة الحرارة بعدها تقلب العجينة مرة أخرى وتصب في القوالب.

(3) طريقة الغليان

– تختلف هذه الطريقة عن الطريقتين السابقتين في أن الجليسرين يـتم فصله كمنتج ثانوي لذا أصبحت هذه الطريقة يحضر بها معظم أنواع الصابون.

– وفي هذه الطريقة يتم إدخال الدهون إلى المفاعل مـع مـحلـول مخفـف مـن هيدروكسيد الصوديوم 7% بعدها يمرر تيار من البخار.

– ثم يضـاف محلـول مركز من هيدروكسيد الصوديوم بالتدريج وحتى انتهاء عملية التصبن ثـم يضاف محول ملح الطعام ليساعد على فصل الصابون وطفوه على السطح.

(4) الطريقة المستمرة

– وفيها يتم إدخال الدهون ومحلول 50% هيدروكسيد الصوديوم و20% كلوريد الصوديوم والماء إلى مفاعل سخن. ويسحب بمضـخة إلـى مفاعـل مجاورة يعمل تحت ضغط وحتى تمام 98% من عملية التصبن.

– هذا التفاعل باعث للحرارة. ودورة الحرارة هنا أنها تعمل على ذوبان الصابون في محلول التصبن. وبعدها يسحب إلى مقلب بارد ويخفض الضغط لتفصل العجينة إلى الصابون والماء المحتوى على الجليسرين.

– يتم فصل الصابون وسحب الماء المحتوى على الجليسرين إلى وحدة فصل الجليسرين. ويضخ الصابون ليغسل بغرض فصل الشوائب منه.

– يميـز هذه الطريقة أنها تعمل بطريقة مستمرة أوتوماتيكياً. وينتج عنها صابون ذات مواصفات موحدة بعيداً عن الاختلافات التي قد تنشأ في الطـرق الأخـرى.

– يمكن فيها فصل الجليسرين من الصابون فضلاً عن أنها تصلح لجميع أنواع المواد الدهنية.

المراجع: كتاب أسس الكيمياء الصناعية – الطبعة الأولى 2005 – أ.د. محمد مجدي واصل أستاذ الكيمياء الفيزيائية – كلية العلوم – جامعة الأزهر – مصر