10. Deney Sentetik Deterjan ve Sabunun Üretilmesi ve Özellikleri Genel Prensipler: Temizleme yeteneğine sahip olan maddelerin tümü deterjan olarak adlandırılırlar. Kullandığımız temizlik maddeleri sabun ve sentetik deterjanlar olmak üzere iki ana sınıfa ayrılır. Sabunun ham maddesi, bitkisel ve hayvansal yağlar ile yağ asitleridir. Sanayileşmiş ülkelerde, sabun üretiminde sentetik yağ asitleri de kullanılmaktadır.sentetik deterjanlar petrol türevlerinden elde edilen, temizleme, arıtma özelliği bulunan, toz, sıvı veya krem durumunda olabilen kimyasal maddelerdir. Sabun,yüzyıllardır en çok kullanılan temizlik maddesidir. Fakat son yıllarda sentetik deterjan imalatında şaşılacak yükselmeler görüldü. Deterjan satışında büyük bir artış oldu ve yıllık satış rakamları tabi sabun satışını geçti. Sabun ve deterjanların kimyasal yapısı çok farklı olduğundan temizleme işlevindeki etkileri de farklıdır. Mesela, sabun zayıf asitlerinin sodyum veya potasyum tuzlarıdır. Kuvvetli mineral asitlerle muamele edildiğinde serbest yağ asidine dönüşürler. Asidik sularda sabun kullanımı çözünmeyen yağ asidinden oluşan kir tabakası oluşmasına sebep olur. Bu yüzden asidik çözeltilerde sabun kullanılmamalıdır. Bunun yanısıra magnezyum, kalsiyum ve demir (III) iyonu tuzları yönünden zengin olan sert sularla yapılan yıkanmalarda sabunun asit kökü bu iyonlarla suda çözünmeyen tuzlar meydana getirerek çöker. Sudaki sertliğe sebep olan iyonların bu şekilde çöktürülmesinden dolayı oluşan çökeltiler kumaşın üzerine yapışır. Buna karşılık deterjanlar bu tip sularda etkilidir.
Uzun zincirli karboksilik asitlerin sodyum tuzları en çok kullanılan sabun türlerindendir. Potasyum tuzlarını içeren sabunların diğerlerine göre daha yumuşak ve çözünürlüğü yüksek olur. Çok pahalı olması nedeniyle sınırlı miktarlarda sıvı sabunlarda ve traş sabunlarında kullanılmaktadır. Yağ asitlerinin alüminyum tuzları jel halindedir ve gres yağlarında koyulaştırıcı olarak kullanılırlar. Genel olarak suda çözünebilen ve çözünmeyen olmak üzere iki sabun cinsi vardır. Suda çözünebilenler, yağ asitlerinin sodyum veya potasyum tuzudurlar. Suda çözünmeyen sabunlara sert sabun denir ki, bunlar alüminyum, kalsiyum, magnezyum, baryum, lityum, çinko, kurşun, kobalt ve bakır gibi katyonları ihtiva eden yağ asidi tuzlarıdır. Suda çözünmediği halde, organik sıvıların içinde çözünebilirler. Sabun, yağlama, organik jelleştirici, organik reaksiyon katalizörü ve vinil plastiklerinin dengeye getirilmesinde kullanılır. Sabun imalatında kullanılan farklı yöntemler vardır. Bunlardan en yaygını,bitkisel veya hayvansal yağların kuvvetli alkalilerle (NaH vb) suda ısıtılarak sabunlaştırılmasıdır. eaksiyon sonlandığında ortama sodyum klorür ekleyerek sabun kalın kaymağa benzer bir şekilde çöktürülür. Đçinde tuz, gliserin ve artan alkaliler bulunan su uzaklaştırılır. Vakumlu damıtma yöntemi uygulanarak gliserin geri kazanılır. Çöktürülmüş olan kaymak görünümündeki saf olmayan sabun, tuz,alkali ve gliserin safsızlıklarını içerir. Bu safsızlıklar, karışımın defalarca suyla kaynatılıp tuzla çöktürülmesi işlemi uygulanılarak uzakalaştırılır. Kaynatılarak akıcı hale gelen karışım dinlenmeye bırakılır ve sabun bir süre sonra homojen bir üst tabaka olarak elde edilir. Bu sabunun kalitesi zincir uzunluğu ve yağ asitlerinin doymamışlık derecesine bağlıdır. Sabuna kullanılma amacına göre çeşitli katkı maddeleri ilave edilir (ovarak temizlemede etkiliolması için kum gibi çeşitli dolgu maddeleri, parfüm, boya ve sodyum karbonat vb katılır). Elde edilen ham sabuna yapılan uygulamalarla tuvalet sabunları, toz veya flak sabunlar, antiseptik sabunlar, sıvı sabınlar ve yüzen sabunlar(havayla doldurulmuş) imal edilir.
H 2 H HH H ' H 2 H '' Gliserin Trigliseritin genel formülü Sabun yapımında en çok kullanılan yağ cinsleri hayvanlardan elde edilen iç yağlar, pamuk yağı, hidrojenlenmiş bitki yağları, balık yağı vs.'dir. Sabun yapımında bunun yanı sıra sodyum hidroksit, su ve alkol kullanılmaktadır. Ticari sabun imalatında alkol kullanılmaz. Alkol reaksiyona giren maddeler arasında daha yakın bir ilişki kurulmasını ve reaksiyonun hızlanmasını sağlar. H + NaH H H H H + Na Na Na Hayvansal veya bitkisel yağ Gliserin Sabun Kimyasallar ve Ekipmanlar Karbon tetraklorür, hidroklorik asit, kalsiyum klorür, dodekanol (lauril alkol), %30 luk sodyum hidroksit çözeltisi, hayvansal ve bitkisel yağlar, etanol, doygun sodyum klorür çözeltisi, fenolfitalein çözeltisi(indikatör), erlenmeyer, soğutucu (condenser), kroze, mezür, bunzen beki, karıştırıcı balık, beher, test tüpleri, ph kağıdı, filtre kağıdı, ayırma hunisi, su trompu. Prosedür: 1. 5 g yağı 100 ml lik erlenmayere koyun ve içine birkaç tane kaynama taşı atın. Soğutucu düzeneği yerleştirin.
2. 20 ml 1:1 etanol ve su karışımı içinde çözülmüş 5 g NaH i reaksiyon kabına koyun. Karışımı hafifçe ısıtıp ve karıştırın. 3. Karışımdan alınacak birkaç damla sıvı soğuk suya damlatıldığında artık yağ parçacıkları görülmeyene kadar ısıtma işlemine devam edin. Bu işlem yaklaşık 20-30 dakika sürecektir. 4. Karışımı soğuk su banyosunda bir süre bekletin ve doygun Nal çözeltisinden 20 ml ekleyin. 5. Sabun kaymak şeklinde görülür hale gelir. Gliserinin bulunduğu çözeltiyi uzaklaştırın ve bir kenara ayırın. 6. Saflaştırma işlemi, bu karışım suda kaynatılarak ve doygun sodyum klorür çözeltisiyle muamele edilip birkaç kez çökertmek suretiyle tamamlanır. Kaynama sonucunda kaymak görünümündeki sabun homojen bir tabaka haline dönüşür. 7. Birkaç damla parfüm veya uygun dolgu maddesini ekleyip kalıplara boşaltın ve kuruması için kağıt havluların üzerine yerleştirin. Deterjan ve Sabunun Özellikleri için Testler: Elde ettiğiniz sabun ve sentetik deterjan (ticari deterjan) için bu testleri uygulayın ve bir tabloya gözlemlerinizi not edin. Sert Suların Sabuna Etkileri: H 3 -Na + + a ++ - 2 a++ + 2Na+ 1. Yarıya kadar saf suyla doldurulmuş olan test tüpe elde ettiğiniz sabundan yaklaşık 0,1 g koyun. Kuvvetlice 20 saniye çalkalayın. luşan köpük tabakasının yüksekliği ölçün ve not edin. Sabunun çözünüp çözünmediğini belirtin.
2. Hassas ph kağıdı kullanarak yukarıda hazırladığınız sabunlu suyun ph ını ölçün. 3. Çalkalamadan yarıya kadar saf suyla doldurulmuş test tüpünde bir miktar sabunu çözün. Bir miktar konsantre (12 M) hidroklorik asit çözeltisi ekleyin ve gözlemlerinizi not edin. Daha sonra bu karışımı çalkalayın ve oluşan köpük tabakasının yüksekliğini ölçün ve not edin. 4. Temiz bir tüpe birkaç damla gazyağı veya yağ ekleyin ve tüpün ¼ ünü suyla doldurun. Çalkalayın ve yağın çözünüp çözünmediğini not edin. Eğer çözünmüyorsa aynı tüpe bir miktar daha sabun koyup çalkalayın, gözlemlerinizi not edin. (Tüm yağ çözünene kadar azar azar sabun eklemeye devam edin). 5. Birinci basamağı bir de sert su kullanarak tekrarlayın ve oluşan köpük tabakasının yüksekliğini not edin. Sentetik Deterjanın Yapımı ve Özellikleri: Deneyin bu kısmını uygulamak için, görevli asistanınızdan ticari deterjan alabilirsiniz. S 3 Na S 3 Na Sodyum alkil sülfat (=12-16 Karbonlu Alkil ) Sodyum aril sülfonat ( = 8-12 Karbonlu Alkil) H 2 H H 3 H 2 H N + H 3 l- H 2 H Noniyonik sentetik Deterjan ( = 11-17 Karbonlu Alkil) H 3 Katyonik (invert) deterjan ( = 12-18 Karbonlu Alkil)
Prosedür: 1. 100 ml lik behere 6 g dodekanol ekleyin. 2,5 ml konsantre sülfirik asit çözeltisini yavaşca ekleyin. 2. 100 ml lik behere 12 ml 2 M lık NaH çözeltisini koyun ve 3-4 damla fenolftalein çözeltisi ekleyin. enksiz bir çözelti görüceksiniz. 3. Sodyum hidroksit çözeltisine yavaşça hazırlamış olduğunuz asit çözeltisini ekleyin. enksiz olan çözelti önce kırmızıya daha sonrada tekrar renksiz hale geçer.bu değişim gözlenemezse bir miktar daha konsantre sülfirik asit çözeltisi ekleyin. Bu kısımda yoğun beyaz sodyum dodesil sülfat çökeltisini görülür. 4. Buhner hunisini kullanarak süzme işlemini yapın ve deterjanı kurumaya bırakın. Ürünün Özelliklerinin Tespiti için Testler: Sabun için uygulanan testleri elde ettiğiniz veya asistanınızdan aldığınız sentetik deterjan için uygulayın ve tabloyu doldurun. Deterjanı, sabun testinde kullanılan miktarlarda kullanmaya dikkat edin. Tablo 10.1 Özellik Sabun Sentetik Deterjan Sudaki görünen çözünürlük Distile suda köpük yüksekliği Sert suda köpük yüksekliği ph Hl Etkisi
Yağlara Etkisi Sorular: 1. Sabun ve sentetik deterjanın ph ları arasındaki farkın sebebini nasıl açıklarsınız? Kumaşların yıkamasında ençok hangisi tercih edilir? 2. Sert sulardaki sabun ve sentetik deterjanın oluşturduğu köpük miktarındaki farklılığın sebebini nasıl açıklarsınız? Sert sularda yıkama işleminde hangisi kullanılması tercih edilir? 3. Sabun ve sentetik deterjan arasındaki en önemli farklar nelerdir? 4. Sabun niçin asidik sularda ve sert sularda kullanılamaz.