تعیین محتوای قلیائیت و مقدار کل چربی در صابون­ها

چکیده: محصولات پاک کننده نقش ضروری را در زندگی ما ایفا می­کنند. آنها با از بین بردن موثر و ایمن آلودگی­ها، میکروبها، گردو غبار و غیره به ما کمک می­کنند تا زندگی سالمتر و بهتری داشته باشیم. صابون مخلوطی از نمک سدیم اسیدهای چرب گوناگون است. قلیائیت کل و مقدار کل چربی دو پارامتر بسیار مهم در تعیین کیفیت یک صابون می­باشند.

لغات کلیدی: صابون، محتوای قلیای آزاد، مقدار چربی کل، صابونی شدن، صابون شستشو

1-     مقدمه

صابون درواقع نمک سدیم یا پتاسیم انواع اسیدهای چرب است که حاصل فرایند صابونی شدن یا واکنش هیدرولیز روغنها و چربیهاست. اصولا برای خنثی کردن اسیدهای چرب و تبدیل آنها به به نمک­های مربوطه از سدیم کربنات یا سدیم هیدروکساید استفاده می­شود. عمده ترین اسیدهای چرب مورد استفاده در صنایع شوینده و صابون سازی عبارتند از: همانند استئاریک، پالمیتیک، میریستیک، لوریک و اولئیک اسیدها. ویژگیهای شیمیایی صابون به چندین عامل وابسته است: قدرت و خلوص قلیا، نوع روغن مورد استفاده، تکمیل واکنش صابونی شدن و عمر صابون. این خواص شیمیایی عبارتند از: میزان رطوبت، مقدار اسید چرب کلچربی+سود               گلیسرول+نمک سدیم اسید چرب

صابون یک سورفکتانت آنیونی است که بدلیل اثر پاک کنندگی که دارد مورد استفاده قرار می­گیرد. اگرچه واکنش فوق بصورت یک مرحله­ای نمایش داده شده است، اما در واقع یک واکنش دو مرحله­ای است. ابتدا و در مرحله اول، پیوند استری شکسته می­شود و گلیسرول تبدیل به الکل می­شود. درمرحله دوم اسید حاصله در حضور سود به نمک اسیدی تبدیل می­شود. در گروه کربونیل یکی از اکسیژنها بواسطه بار منفی که دارد، سدیم با بار مثبت را به سمت خود جذب می­کند.   

واکنش مربوط به هیدرولیز تریگلیسرید (چربی)

چربیها و روغن­های استفاده شده در صابون عموما منشا حیوانی یا گیاهی دارند. هر چربی یا روغنی مخلوطی از چندین تریگلیسرید است. در مولکول تری گلیسیرید، سه مولکول اسید چرب وجود دارد که به یک مولکول گلیسیرین متصل می­باشند. انواع گوناگونی از تری گلیسیریدها وجود دارد. اسیدهای چرب اجزای روغن ها و چربی ها هستند که در ساخت صابون مورد استفاده قرار می­گیرند.

محتوای قلیائیت

قلیای مورد استفاده در ساخت صابون را می­توان از خاکتر گیاهان تهیه نمود ولی امروزه می­توان قلیای مورد نیاز بصورت یک محصول تجاری تهیه نمود. قلیاهایی که عموما برای نمکهای محلول مورد استفاده قرار میگیرند قلیاهای فلزاتی چون سدیم و پتاسیم هستند. مهمترین این قلیاها سدسم هیدروکساید و پتاسیم هیدروکساید می­باشند. صابونهای پتاسیمی در مقایسه با صابونهای سدیمی به مراتب نرم تر می­باشند. در حالیکه صابونهای سدیمی جامد می­باشند، صابونهای پتاسیمی بدلیل نرمتر بودن بعنوان صابونهای مایع، خمیر ریش مورد استفاده قرار می­گیرند. ترکیب کربوکسیلاتهای سدیم یا پتاسیم موجود در صابون مستقیما به درصد اسید چرب متصل به تری گلیسیرید مربوط می­شود. صابونهای حاصل از روغنهای جامد عموما سخت بوده و محتوای نمک سدیمی یا پتاسیمی بالاتری دارند. روغن­های گیاهی بدلیل داشتن اسیدهای چرب غیر اشباع صابونهای نرمی ایجاد می­کنند. مطابق استاندارد Bureau از هند (BIS)، یک صابون با کیفیت باید محتوای قلیایی کمتر از 5% داشته باشد در حالیکه طبق ایزو این میزان باید زیر 2% باشد.

مقدار چربی کل

مقدار چربی کل (TFM) یکی از مهمترین ویژگیهای کیفی صابون است و بصورت مقدار چربی کل که عموما بصورت اسید چرب است و می­توان آن را توسط اسید معدنی همانند HCl از نمونه جداسازی کرد، تعریف می­شود. اصولا از پارامتر TFM برای بیان سختی و میزان کیفیت صابون استفاده می­شود. اسید چرب در صابونهای مخصوص شستشوی بدن عموما نباد TFM کمتر از 78% داشته باشند اما در مورد صابونهای مورد استفاده در صنایع بدلیل صرفه جویی در هزینه تولید از پرکنندهایی استفاده می­شود که باعث می­شود این عدد حتی کمتر از 50% هم باشد. امروزه در اکثر کشورها صابون با حداقل TFM از نوع صابون درجه یک و با حداقل TFM 65 درجه 2 طبقه بندی می­شود و پایین ترین کیفیت صابون مربوط صابون درجه 3 با TFM 50 می­شود. هرچه TFM یک صابون بالاتر باشد قدرت کف کنندگی آن بیشتر و پاک کنندگی بهتری برای پوست دارد. 

بخش تجربی:

مواد: نمونه صابون، کلروفرم، سدیم هیدروکساید، متیل اورانژ، سدیم کربنات، نیتریک اسید

نکته: سود را با استفاده از محلول استاندارد اگزالیک اسید استاندارد می­کنیم و سپس با استفاده از این سود استاندارد شده نیتریک اسید را نیز استاندارد می­کنیم.

تعیین قلیاییت کل در نمونه صابون:

برای تعیین قلیائیت کل حدود 5 گرم از صابون (m) را در 100 میلی لیتر آب داغ حل کرده و چند قطره متیل اورانژ به آن اضافه میکنیم. سپس با کمک بورت قطره قطره اسید سولفوریک یا اسید هیدروکلریک 1 نرمال اضافه میکنیم تا تغییر رنگ محلول از نارنجی به قرمز و از لحظه تغییر رنگ محلول حدود 5 سی سی اسید مازاد نیز به محلول اضافه میکنیم و حجم اسید را یادداشت می نماییم (V₀). این محلول را حرارت می­دهیم به شدت هم میزنیم تا لایه روغنی روی سطح آب تشکیل شود. مخلوط را به یک قیف دکانتور منتقل کرده  و سرد می­کنیم. با اضافه کردن 50 سی سی پترولیوم اتر فاز روغنی و آبی را کامل از هم جدا میکنیم. با باز کردن شیر دکانتور فاز آبی را خارج میکنیم و مجددا فاز آبی را با پترولیوم اتر شستشو می­دهیم. و این فرایند را سه بار تکرار میکنیم. یک روش دیگر هم این است که مخلوط را بعد از تشکیل شدن فاز روغنی بر روی سطح  اب داغ کاملا سرد کرده به نحوی که روغن کاملا منجمد شود. به این ترتیب با باز کردن شیر دکانتور فاز ابی خارج می­شود و برای اطمینان از باقی نماندن هیچگونه روغنی در فاز آبی آن را با 50 سی سی کلروفرم شستشو می­دهیم. سپس فاز آبی را توسط سود 1 نرمال در حضور معرف متیل اورانژ تیتر میکنیم و حجم مصرفی سود را یادداشت می­کنیم (V₁).  

محاسبات:

0.040 * (V0T0-V1T1) * 100/M

در این رابطه:

m= جرم نمونه صابون بر حسب گرم

V₀= حجم اسید مصرفی برحسب میلی لیتر

V₁= حجم سود مصرفی برحسب میلی لیتر

T₀= نرمالیه دقیق اسید

T₁= نرمالیته دقیق سود

تعیین محتوای چربی کل

پترولیوم اتر را که در مرحله تعیین قلیائیت جمع آوری کرده بودیم با دقت به یک ظرف با وزن معلوم منتقل می­کنیم. در صورت نیاز می­توان محلول را با کاغذ صافی فیلتر هم کرد. سپس تمام پترولیوم اتر را در نهایت احتیاط و با استفاده از یک حمام آب تبخیر می­کنیم. باقی مانده را در 20 سی سی اتانول حل کرده، چند قطره معرف فنول فتالئین اضافه می­کنیم و با استفاده از محلول هیدروکسید پتاسیوم اتانولی (محلول پتاسیوم هیدروکسید در اتانول) 1 نرمال تا ظهور رنگ صورتی تیتر می­کنیم. حجم مصرفی در این مرحله یادداشت شود. سپس محلول اتاولی با کمک حمام آب گرم تبخیر کرده تا کاملا خشک شود برای خشک شدن بهتر کمی استون به آن اضافه کرده وتوسط حمام اب گرم آن را خشک می­کنیم. نهایتا باقی مانده را درون آون 103 درجه سانتی گراد گذاشته و تا زمانیکه تغییر وزنی مشاهده نشود خشک شدن ادامه می­یابد. سپس برای جلوگیری از جذب رطوبت ظرف را در یک دسیکاتور خنک می­کنیم.

[m1 - (V * T * 0038) ] * 100/ m0

در این رابطه:

m₀= جرم نمونه صابون بر حسب گرم

m₁= جرم صابون پتاسیومی خشک شده بر حسب گرم

V= پتاسیم هیدروکسید اتانولی مصرفی برحسب میلی لیتر

T= نرمالیه دقیق پتاسیم هیدروکسید اتانولی