Semua orang pasti tidak luput dari benda yang satu ini, namun hanya sebagian kecil orang tau, kalau sabun itu dibuat dari lemak atau minyak, dan sebagian kecil juga yang tau bagaimana sih proses pembuatan sabun sebenarnya. Saya coba merangkup beberapa sumber dan pengalaman saya dalam bekerja disini. Semoga bermanfaat.

Proses pembuatan sabun terdiri dari proses panjang mulai dari pengolahan sampai pembungkusan (packaging). Produk pembersih ini biasanya terdiri 3 bentuk/wujud utama: batangan [bar], serbuk/bubuk [powder] dan cairan [liquid] (beberapa produk cairan bahkan ada yang pekat/kental seperti jelly).

Berdasarkan penggunaannya, sabun dapat diklasifikasi menjadi 3 jenis, yaitu:1. Laundry Soap; untuk sabun cuci.2. Toilet soap; yang digunakan untuk mandi dan perawatan kulit, termasuk juga disini medicine soap.3. Textile soap, yang digunakan untuk pada proses scouring textile, proses degumming sutera dll.

Bahan baku yang digunakan didasarkan pada beberapa kriteria, antara lain faktor manusia dan keamanan lingkungan, biaya, kecocokan dengan bahan-bahan additive yang lain, serta wujud dan spesifikasi khusus dari produk jadinya. Sedangkan proses produksi aktual dilapangan bisa saja bervariasi dari satu pabrik dengan pabrik yang lain, namun tahap-tahap utama pembuatan semua produk tersebut adalah tetap sama.

Sabun dibuat dari lemak [hewan], minyak[nabati] atau asam lemak (fatty acid) yang direaksikan dengan basa anorganik yang bersifat water soluble, biasanya digunakan caustic soda/soda api (NaOH) atau KOH (kalium hidroksida) juga alternative yang sering juga dipakai, tergantung spesifik sabun yang diinginkan.Sabun hasil reaksi dengan sodium hidroksida (NaOH) biasanya lebih keras dibandingkan dengan penggunaan Potasium Hidroksida (KOH).

Reaksi ini biasa disebut reaksi penyabunan (saponifikasi) [saponification reaction].

Oil + 3 NaOH  —> 3 Soap + Glycerol

Selain dari reaksi diatas sabun juga bisa dihasilkan dari reaksi netralisasi Fatty Acid [FA], namun disini hanya didapat sabun tanpa adanya Gliserin [Glycerol], karena saat proses pembuatan Fatty Acid, glycerol sudah dipisahkan tersendiri.

FA + NaOH —> Soap + Water

Pada awalnya, proses saponifikasi ini masih dilakukan dengan metoda pemasakan/pendidihan per batch ketel [tidak berkesinambungan], namun setelah perang dunia II pengembangan proses secara kontinyu terus dilakukan. Dan proses kontinyu ini sekarang lebih banyak digunakan, karena selain lebih fleksibel, dan cepat juga lebih ekonomis

Kedua proses diatas masih menghasilkan sabun masih mentah berbentuk cair [panas], biasa disebut neat soap, disamping menghasilkan produk samping lain berupa glycerol dalam bentuk spent lye yang kemudian diolah lebih lanjut di unit glycerol. [glycerol adalah material utama dalam industri makanan, kosmetik, obat-obatan dll]. Nah neat soap ini kemudian dikeringkan di drier unit sampai mencapai bentuk pellet (butiran padat), dimana besarnya kandungan air dalam bentuk pellet ini diatur sesuai kebutuhan spesifikasi sabun yang diinginkan.Butiran ini kemudian di campur di mixer [amalgamator] dengan bahan tambahan lainnya seperti pewarna, perfume, softener, dll. Campuran kemudian di extrude (ditekan) melalui plodder menghasilkan batangan sabun yang kemudian di potong di mesin pemotong [cutter] dan menuju proses pencetakan di mesin stamping/press menjadi bentuk-bentuk tertentu, baru kemudian di bungkus di unit packaging.

Proses tersebut biasanya untuk jenis sabun toilet soap, namun untuk laundry soap tahapnya lebih singkat, hanya sampai mesin pemotong, dimana di cutter unit ini biasanya dilengkapi dengan cetakan untuk membuat brand sabun dan kemudian di pack.

REAKSI SAPONIFIKASI PADA PROSES PEMBUATAN SABUN

Kata saponifikasi atau saponify berarti membuat sabun (Latin sapon, = sabun dan –fy adalah akhiran yang berarti membuat). Bangsa Romawi kuno mulai membuat sabun sejak 2300 tahun yang lalu dengan memanaskan campuran lemak hewan dengan abu kayu. Pada abad 16 dan 17 di Eropa sabun hanya digunakan dalam bidang pengobatan. Barulah menjelang abad 19 penggunaan sabun meluas.

Sabun dibuat dari proses saponifikasi lemak hewan (tallow) dan dari minyak. Gugus induk lemak disebut fatty acids yang terdiri dari rantai hidrokarbon panjang (C-12 sampai C18) yang berikatan membentuk gugus karboksil. Asam lemak rantai pendek jarang digunakan karena menghasilkan sedikit busa. Reaksi saponifikasi tidak lain adalah hidrolisis basa suatu ester dengan alkali (NaOH, KOH), reaksi umumnya adalah:

O O

∕∕ ∕∕

R – C Na+OH– R – C + R`OH

\ \

OR` O– Na+

ester alkali garam dari asam alkohol

Mekanisme ini melibatkan serangan nukleofil ion hidroksida pada karbon karbonil

: ::

║ │

H:– + R – C – OR` R – C – OR`

│

OH

O O

║ ║

R – C – OH + –:R` R – C – O– + R`OH

Basa kuat basa lemah

Misalnya reaksi saponifikasi dari Gliseril Tripalmitat dengan alkali NaOH:

O

║

CH2OC(CH2)14CH3

CH2OH

│

CHOH

│

CH2OH

O

║

–OC(CH2)14CH3

O

║

C

Sodium palmitate

H2OC(CH2)14CH3 + 3Na+ OH– + 3Na+

Glycerol

O

║

CH2OC(CH2)14CH3

Glyceryl tripalmitate

Contoh lainnya adalah reaksi saponifikasi dari Gliseril Tripalmitat dengan alkali KOH:

O

║

CH2OC(CH2)14CH3

CH2OH

│

CHOH

│

CH2OH

O

║

–OC(CH2)14CH3

O

║

C

H2OC(CH2)14CH3 + 3K+ OH– + 3K+

Glycerol

O

║

CH2OC(CH2)14CH3

Glyceryl tripalmitate

Sabun dapat dibuat melalui proses batch atau kontinu Pada proses batch, lemak atau minyak dipanaskan dengan alkali (NaOH atau KOH) berlebih dalam sebuah ketel. Jika penyabunan telah selesai, garam garam ditambahkan untuk mengendapkan sabun. Lapisan air yang mengaundung garam, gliserol dan kelebihan alkali dikeluarkan dan gliserol diperoleh lagi dari proses penyulingan. Endapan sabun gubal yang bercampur dengan garam, alkali dan gliserol kemudian dimurnikan dengan air dan diendapkan dengan garam berkali-kali. Akhirnya endapan direbus dengan air secukupnya untuk mendapatkan campuran halus yang lama-kelamaan membentuk lapisan yang homogen dan mengapung. Sabun ini dapat dijual langsung tanpa pengolahan lebih lanjut, yaitu sebagai sabun industri yang murah. Beberapa bahan pengisi ditambahkan, seperti pasir atau batu apung dalam pembuatan sabun gosok. Beberapa perlakuan diperlukan untuk mengubah sabun gubal menjadi sabun mandi, sabun bubuk, sabun obat, sabun wangi, sabun cuci, sabun cair dan sabun apung (dengan melarutkan udara di dalamnya).

Pada proses kontinu, yaitu yang biasa dilakukan sekarang, lemak atau minyak hidrolisis dengan air pada suhu dan tekanan tinggi, dibantu dengan katalis seperti sabun seng. Lemak atau minyak dimasukkan secara kontinu dari salah satu ujung reaktor besar. Asam lemak dan gliserol yang terbentuk dikeluarkan dari ujung yang berlawanan dengan cara penyulingan. Asam-asam ini kemudian dinetralkan dengan alkali untuk menjadi sabun.

Pada umumnya, alkali yang digunakan dalam pembuatan sabun pada umumnya hanya NaOH dan KOH, namun kadang juga menggunakan NH4OH. Sabun yang dibuat dengan NaOH lebih lambat larut dalam air dibandingkan dengan sabun yang dibuat dengan KOH. Sabun yang terbuat dari alkali kuat (NaOH, KOH) mempunyai nilai pH antara 9,0 sampai 10,8 sedangkan sabun yang terbuat dari alkali lemah (NH4OH) akan mempunyai nilai pH yang lebih rendah yaitu 8,0 sampai 9,5.

Sabun merupakan garam dari asam lemah, larutannya agak basa karena adanya hidrolisis parsial.

O O

║ ║

R – C – O–Na+ + H – OH R – C – OH + Na+OH–

sabun alkali

Alkali dapat mambahayakan beberapa jenis tekstil, sabun juga tidak dapat berfungsi jika pH larutan terlalu rendah. Karena rantai karbon yang panjang akan mengendap seperti buih. Misalnya sabun dari natrium stearat, akan berubah menjadi asam stearat dalam suasana asam.

O O

∕∕ ∕∕

C17H35C + H+Cl– C17H35C + Na+Cl–

\ \

O– Na+ OH

Natrium stearat asam stearat

Selain itu sabun biasanya membentuk garam dengan ion-ion kalsium, magnesium, atau besi dalam air sadah (hard water). Garam-garam tesebut tidak larut dalam air.

O

∕∕

2C17H35C + Ca++ (C17H35COO)2–Ca++ + 2Na+

\

O– Na+

Natrium stearat kalsium stearat

(larut) (mengendap)

Garam yang tidak larut dalam air itu membuat warna coklat pada dinding kamar mandi, kerah baju, atau warna kusam pada pakaian dan rambut.

Masalah tersebut dipecahkan dengan beberapa cara. Misalnya dengan mengurangi ion-ion kalsium dan magnesium dan menggantinya dengan ion-ion natrium, atau yang dikenal dengan air lunak. (soft water). Selain itu bisa juga dengan menambahkan fosfat pada sabun, karena fosfat membentuk komplek dengan ion-ion logam, larut dalam air, sehingga mencegah ion-ion tersebut membentuk garam taklarut dengan sabun. Namun penggunaan fosfet harus dibatasi, karena jika ikut mengalir dalam danau atau sungai fosfat yang juga berfungsi sebagai pupuk akan merangsang tumbuhnya tanaman sedemikian besar sehingga tanaman menghabiskan oksigen terlarut dalam air dan menyebabkan ikan-ikan mati. Cara lain misalnya dengan mengganti gugus ionik karboksilat pada sabun dengan gugus sulfat atau sulfonat. Cara inilah yang mendasari terbentuknya detergen.

Pada perkembangan selanjutnya bentuk sabun menjadi bermacam-macam, yaitu:

1. Sabun cair

o Dibuat dari minyak kelapa

o Alkali yang digunakan KOH

o Bentuk cair dan tidak mengental dalam suhu kamar

2. Sabun lunak

o Dibuat dari minyak kelapa, minyak kelapa sawit atau minyak tumbuhan yang tidak jernih

o Alkali yang dipakai KOH

o Bentuk pasta dan mudah larut dalam air

3. Sabun keras

o Dibuat dari lemak netral yang padat atau dari minyak yang dikeraskan dengan proses hidrogenasi

o Alkali yang dipakai NaOH

o Sukar larut dalam air

Deterjen berhubungan dengan pembersihan benda padat. Pembersihan benda padat adalah penyingkiran benda yang tak diinginkan dari permukaannya. Pembersihan ini dapat dilakukan dengan berbagai metode, antara lain pemisahan mekanik sederhana (misalnya mengucek dan mencelupkan kain ke air), pemisahan dengan pelarut (misalnya penambahan pelarut organik), dan pemisahan dengan menambahkan air dan bahan kimia seperti surfaktan.

Sistem pencucian dengan deterjen terdiri dari benda padat yang akan dibersihkan, yang disebut substrat, pengotor yang akan dibersihkan melalui proses pencucian, dan liquid bath (cairan yang mengandung air dan surfaktan untuk membersihkan). Hasil pencucian akan bergantung pada interaksi elemen-elemen tersebut dan kondisi pencucian yang digunakan, seperti temperatur, waktu, energi mekanik yang diberikan, dan kesadahan air yang digunakan. 

Deterjen memiliki formula untuk membersihkan substrat yang kotor di bawah kondisi pencucian yang bervariasi. Beberapa deterjen, seperti sabun toilet, hanya terdiri dari satu komponen. Beberapa deterjen lainnya, memiliki lebih dari satu komponen. Secara umum, formula deterjen yang mengandung lebih dari satu komponen terdiri dari surfaktan, builder, dan aditif.

Surfaktan dalam deterjen berguna untuk mempengaruhi sudut kontak sistem pencucian, sedangkan builder memiliki fungsi untuk membantu efisiensi surfaktan dalam proses pembersihan kotoran. Salah satu kemampuan buider yang penting dan banyak digunakan adalah untuk menyingkirkan ion penyebab kesadahan dari cairan pencuci dan mencegah ion tersebut berinteraksi dengan surfaktan. Hal ini dilakukan karena interaksi tersebut akan menyebabkan penurunan efektivitas pencucian. Secara umum, builder memberikan alkalinitas ke cairan pencuci sehingga berfungsi juga sebagai alkali. Selain itu, builder juga memberikan efek anti-redeposisi. Beberapa contoh builder yang banyak digunakan antara lain:

1. Zeolit (Na2Ox.Al2O3y.SiO2z.pH2O). Zeolit berfungsi sebagai builder penukar ion. Zeolit yang banyak digunakan adalah zeolit tipe A. Ion natrium akan dilepaskan oleh kristal zeolit dan digantikan dengan ion kalsium dari air sadah. Hal ini akan menyebabkan penurunan kesadahan dari air pencuci.

2. Clay. Clay, seperti kaolin, montmorilonit, dan bentonit juga dapat digunakan sebagai builder. Natrium bentonit, misalnya dapat melunakkan air akibat kemampuannya menyerap ion kalsium. Namun, clay dipertimbangkan sebagai bahan yang memiliki efektivitas pelunakkan air yang lebih rendah dibandingkan zeolit tipe A. Penggunaan clay sebagai builder juga memiliki nilai tambah lain. Clay

montmorilonit, misalnya, dapat berfungsi sebagai komponen pelembut. Komponen ini akan diserap dan difilter ke dalam pakaian selama proses pencucian dan pembilasan.

3. Nitrilotriacetic acid. Senyawa N(CH2COOH)3 atau biasa disebut NTA ini, merupakan salah satu builder yang kuat. Senyawa ini merupakan tipe builder organik. Namun, penggunaaannya memiliki efek samping pada kesehatan dan lingkungan.

4. Garam netral. Natrium sulfat dan natrium klorida merupakan garam-garam netral yang dapat digunakan sebagai builder. Selain itu, senyawa-senyawa ini juga dipertimbangkan sebagai filler yang dapat mengatur berat jenis deterjen. Natrium sulfat juga dapat menurunkan Critical Micelle Concentration (CMC) dari surfaktan organik sehingga konsentrasi pencucian efektif dapat tercapai.

Aditif organik dalam deterjen juga dapat ditambahkan untuk meningkatkan daya cuci. Peningkatan daya cuci yang dimaksud dapat meliputi beberapa hal, yaitu:

1. Menurunkan pengendapan kembali kotoran 2. Meningkatkan efek whiteness dan brightness 3. Meningkatkan kemudahan terlepasnya kotoran 4.  Menurunkan atau menigkatkan pembusaan seperti yang diinginkan 5. Menaikkan tingkat kelarutan deterjen (Jika deterjen semakin larut, maka fungsi pencucian juga

meningkat) 6. Menaikkan daya dorong terhadap logam-logam 7. Menurunkan injury (misalnya iritasi pada kulit manusia, barang atau kain, dan mesin)

Beberapa aditif organik yang dapat digunakan dalam deterjen adalah:

1. Na-CMC. Natrium Carboxyl Methyl Cellulose sebagai aditif berfungsi sebagai agen anti-redeposisi yang paling umum digunakan pada kain katun. Namun, senyawa ini tidak berfungsi baik pada serat sintetis.

2. Blueing Agent. Blueing agent memiliki fungsi untuk memberi kesan biru pada kain putih sehingga kain akan terlihat semakin putih. Selain itu, blueing agent juga dapat memberi kesan warna yang lembut.

3. Fluorescent. Fluorescent merupakan agen pemutih yang pertama kali dikombinasikan dengan deterjen pada tahun 1940. Agen ini akan menyerap radiasi ultraviolet dan mengemisi sebagian energi radiasi tersebut sebagai sinar-sinar biru yang tampak. Konsentrasi aditif harus diperhatikan dalam penggunaannya karena jika konsentrasi aditif yang digunakan salah, fluoroecent tidak akan memberikan efek absorbsi sinar ultraviolet.

4. Proteolytic enzyme. Proteolytic enzyme banyak digunakan pada formula deterjen. Tujuan penggunaannya adalah untuk mendegradasi bercak-bercak pada substrat yang dapat didegradasi oleh enzim. Penggunaan aditif ini membutuhkan waktu lebih lama daripada aditif lainnya karena merupakan bioteknologi. Enzim-enzim yang dapat digunakan sebagai aditif antara lain enzim amilase, trigliserida, dan lipase.

5. Bleaching agent. Bleaching agent anorganik yang banyak digunakan dalam formula deterjen adalah natrium perborat. Pada temperatur pencucian yang tinggi, sekitar 70-80 derajat Celcius, senyawa ini akan memucatkan (efek bleaching) bercak-bercak seperti bercak wine dan buah-buahan secara efektif. Namun, untuk memenuhi syarat lingkungan, sebbelum dibuang, air sisa cucian harus didinginkan hingga temperatur di bawah 50 derajat Celsius. Bleaching agent organik yang juga dapat digunakan adalah TAED (Tetra Acetyl Ethylene Diamine). Senyawa ini efektif digunakan pada temperatur pencucian 50-60 derajat Celcius.

6. Foam Regulator. Foam regulator seperti amin oksida, alkanolamida, dan betain terdapat dalam produk deterjen jika jumlah busa yang banyak diinginkan sehingga aditif ini umumnya ditemui pada cairan pencuci tangan dan sampo.

7. Organic sequestering. Aditif ini berfungsi untuk memisahkan ion logam dari bath deterjen. Beberapa aditif yang berfungsi sebagai organic sequestering adalah EDTA dan nitrilotriacetic acid