SABUN

2.1 Perkenalan

Sabun adalah salah satu produk kimiawi tertua dan pertama kali diproduksi lebih dari dua

ribu tahun yang lalu melalui reaksi antara lemak binatang dengan abu dari tumbuhan.

Awalnya sabun digunakan hanya untuk membersihkan baju dan untuk pengobatan.

Penggunaan sabun untuk kebersihan tubuh baru dimulai sejak abad kedua. Rincian

perkembangan selanjutnya tidak begitu diketahui tetapi pada abad pertengahan pembuatan

sabun meluas di Eropa. Pada masa itu pembuatan sabun telah beralih dari industri rumahan

ke industri proses. Dua tipe sabun tersedia tergantung lokasi. Produsen yang berada di daerah

pantai menggunakan abu dari rumput laut yang kaya akan natrium karbonat yang langsung

dapat dibuat menjadi sabun keras. Berbeda dengan produsen Eropa Tengah yang

menggunakan abu kayu yang kaya dengan kalium karbonat untuk memproduksi sabun lunak

lalu menggunakan garam untuk mengubahnya menjadi sabun keras. Situasi ini terjadi hingga

akhir abad 18 sampai Leblanc mengembangkan proses yang murah untuk memproduksi abu

soda yang dapat mengurangi tingginya biaya pembuatan sabun keras.

Pada akhir abad ke 19 dikenal pembuatan sabun dengan bahan kimia sederhana dan prinsip

pembuatan ketel sabun. Perkembangan besar selanjutnya terjadi pada awal abad 20 ketika

para kimiawan fisik mempelajari rincian sifat fasa sabun dan Wigner mengidentifikasinya

secara kuantitatif untuk pembuatan sabun. Kombinasi ini merupakan awal pengembangan

operasi pembuatan sabun secara kontinyu menggunakan minyak/lemak yang lebih bervariasi.

Kebanyakan produksi sabun saat ini adalah kontinyu dengan menggunakan proses

saponifikasi lemak atau netralisasi asam lemak, memakai bahan baku alami dan sintetis.

Produksi sabun biasanya diakhiri menggunakan proses berkecepatan tinggi meliputi unit

pemurnian, extruder, dan pelabelan. Proses batch lebih jarang digunakan dan dibatasi pada

produksi sabun khusus seperti sabun dengan tranparansi tinggi.

Definisi sabun adalah semua komponen yang terbentuk dari interaksi basa anorganik atau

organik dengan asam lemak organik. Deskripsi umum ini meliputi bahan-bahan kimia dengan

sifat fisik yang larut dan tidak larut dalam air. Sebagai contoh penggunaan logam berat atau

logam alkali tanah untuk memproduksi sabun tak larut dalam air, yang banyak digunakan

pada industri.

Bagaimanapun, golongan paling penting dari sabun adalah molekul yang dikenal sebagai

surfaktan. Golongan ini biasanya terbuat dari kombinasi natrium dan kalium dan rantai alkil

karboksilat. Logam alkil karboksilat sederhana ini merupakan surfaktan tertua yang dikenal.

Istilah surfaktan mendeskripsikan molekul yang mengandung dua kelompok terpisah, yang

satu menyukai air dan yang lain takut air. Kombinasi sifat ini mempengaruhi sifat dasar

surfaktan seperti adsorpsi antar-muka, penstabil busa dan emulsi, daya pembersihan dan

pembasahan permukaan. Seluruh fenomena ini sesuai dengan sifat hidrofilik/hidrofobik yang

bekerja dalam molekul surfaktan.

Pada abad 20, banyak surfaktan sintetik baru yang diproduksi dari minyak dan lemak

tradisional atau dari bahan petrokimia untuk pembuatan sabun. Surfaktan ini memiliki lebih

banyak kelebihan dibanding sabun, seperti lembut untuk kulit, lebih mudah larut dalam air

dan yang paling penting tidak dapat terendapkan oleh kalsium dan logam magnesium. Dua

kelebihan awal dari yang disebutkan tadi menyebabkan berkembangnya produk cair seperti

sampo, shower gel, dan sabun cair dimana sabun biasa lebih mudah mengendap pada suhu

rendah. Pengendapan sabun oleh kalsium dan logam magnesium adalah masalah utama pada

sabun sejak terdapatnya logam pada air (air sadah). Dengan demikian, dalam air sadah yang

mengandung banyak kalsium dan logam magnesium, sabun terendapkan sebagai buih. Hal ini

mengurangi efisiensi pembersihan dan juga menurunkan lapisan tak larut dari endapan di atas

permukaan padat yang disebut lime-scale. Masalah ini menyebabkan penggantian sebagian

maupun keseluruhan sabun dengan surfaktan sintetis baru yang diformulasikan untuk

digunakan pada air sadah untuk kebersihan pribadi, dan yang terutama pada laundry dimana

pengendapan sabun akan mengubah kualitas bahan pakaian. Berbeda dengan sabun batang,

penggunaan bahan sintetis diminimalkan karena pencampuran surfaktan sintetik dalam

jumlah besar dapat menyebabkan produk menjadi cair atau seperti pasta pada keadaan

anhidratnya.

2.2 Sifat dan Keadaan Fasa

2.2.1 Sifat Fisik

Surfaktan adalah molekul permukaan aktif bipolar yang terbentuk dari golongan hidrofilik

dan hidrofobik. Untuk molekul sabun, kelompok kepala karboksilat yang bermuatan negatif,

adalah hidrofilik dan berinteraksi dengan air. Rantai hidrokarbon panjang adalah hidrofobik

dan oleh sebab itu lebih menyukai udara atau minyak. Surfaktan polimer besar bisa memiliki

lebih dari dua bagian hidrofilik yang dipisahkan oleh satu bagian hidrofobik.

Umumnya ada 4 tipe surfaktan. Ada anionik, kationik, zwitterionik dan nonionik berdasarkan

tipe muatan yang molekul surfaktan miliki dalam pelarut. Anionik adalah muatan negatif,

kationik adalah muatan positif, nonionik tidak memiliki muatan, dan zwitterionik memiliki

muatan positif dan negatif pada bagian molekul yang berbeda, tetapi secara keseluruhan

bersifat netral. Dalam penerapannya surfaktan campuran sering digunakan dalam formulasi

komersial. Sebagai contoh, dalam sampo dan shower gel, anionik dan zwitterionik dicampur

untuk menambah stabilitas misel dan busa. Namun pencampuran surfaktan anionik dan

kationik tidak biasa dilakukan karena kedua pasangan molekul tersebut akan saling

berinteraksi dan mengendap.

Surfaktan dapat berbentuk kristal atau cairan dan terlarut dalam air maupun minyak

tergantung keseimbangan sifat hidrofobik dan hidrofilik pada surfaktan. Dalam larutan,

berbagai macam agregat dapat terbentuk bersama dengan pelarut tergantung konsentrasi

surfaktan dan suhu. Lapisan tunggal dari molekul surfaktan biasanya terbentuk diantara dua

fase dengan polaritas berbeda, sebagai contoh air dan minyak atau minyak dan udara. Bagian

hidrofilik lebih suka terlarut dalam fase polar atau polaritas tinggi sedangkan bagian

hidrofobik lebih suka terlarut dalam fase nonpolar atau polaritas rendah. Kehadiran surfaktan

pada antar-muka menstabilkan bagian antar-muka dengan menurunkan energi bebas total

dengan cara menjaga bagian ujung. Jadi, surfaktan memberikan stabilitas antar-campuran,

biasanya fasa imisibel, seperti minyak dalam air, dengan menurunkan energi bebas yang

diperlukan untuk menjaga besarnya daerah antar-muka agar campuran dapat bertemu.

Sebagai contoh, karena ketiadaan surfaktan, dispersi minyak dalam air terpisah dengan cepat

ke dalam dua lapisan berbeda karena mengecilnya permukaan atau area kontak di antara 2

fasa. Kemampuan surfaktan untuk menurunkan energi antar-muka ini di antara minyak dan

air membuat pembentukan dan stabilitas tetesan minyak yang lebih kecil terdispersi dalam

air, membentuk dispersi stabil yang disebut emulsi.

Sifat surfaktan lain adalah kemampuan mereka untuk terpecah dalam larutan untuk

membentuk berbagai struktur komposit atau keadaan fasa, seperti misel dan kristal cair,

sebagai fungsi konsentrasi dan suhu. Pada tingkat surfaktan yang sangat rendah, surfaktan

berada sebagai molekul tunggal dalam larutan dan bersatu terutama dengan molekul air.

Mereka juga terkonsentrasi dan terbagi untuk membentuk lapisan tunggal pada daerah antar-

muka seperti yang dideskripsikan di atas. Bagaimanapun, karena konsentrasi surfaktan

meningkat, molekul terpecah untuk membentuk misel. Konsentrasi ini dikenal sebagai

konsentrasi misel kritis (CMC). Struktur misel mengecilkan energi bebas sistem melalui

surfaktan yang bekerja sendiri; misel dalam air bercirikan ekor hidrofobik menunjuk ke pusat

dan kepala hidrofilik menunjuk keluar arah air dalam superstruktur sperikal. Karena

konsentrasi surfaktan dalam larutan selanjutnya meningkat, misel memanjang menjadi tabung

panjang yang lurus satu sama lain untuk membentuk susunan heksagonal tegak. Struktur ini

disebut kristal cair heksagonal. Karena konsentrasi surfaktan selanjutnya meningkat, misel

meluas menuju 2 arah membentuk lamellar yang disebut kristal cair lamellar. Kristal cair ini

sangat penting dalam pembuatan sabun dan untuk sifat pencucian dari sabun. Pada sabun

batang, konsentrasi sabun sangat tinggi dan kristal cair berada dalam sabun batang. Selama

pencucian, konsentrasi air meningkat dan konsentrasi kristal sabun menurun maka dari itu

molekul sabun membentuk misel atau molekul tunggal yang menstabilkan antar-muka air dan

udara dan membentuk busa atau buih. Pada saat pembilasan, konsentrasi sabun menurun

drastis yang menyebabkan hilangnya busa.

2.2.2 Sifat Fasa

Sabun sebagai surfaktan anionik dalam air dapat membentuk berbagai agregat dengan bentuk

dan ukuran yang berbeda tergantung konsentrasi dan temperaturnya. Interaksinya dengan air

juga dipengaruhi oleh panjang rantai hidrokarbon, kejenuhan rantai hidrokarbon dan sifat ion

berlawanan. Lebih lanjut, keberadaan surfaktan dan elektrolit lain bisa juga mengubah drastis

sifat fasanya.

Sistem Biner Sabun-Air Campuran sabun dalam air menunjukan banyak ragam dari struktur

fasa. Diagram fasa memetakan struktur fasa, atau fasa sederhana, sebagai fungsi suhu (pada

sumbu y) dan konsentrasi (pada sumbu x). Gambar 2.1 menunjukkan tipe diagram fasa biner

sabun-air untuk natrium palmitat-air. Natrium palmitat seluruhnya bersifat jenuh, dengan

panjang rantai karbon 16. Pada suhu rendah, kristal sabun berada bersama larutan sabun

isotropis encer. Selama pemanasan, kelarutan sabun meningkat dalam air. Saat suhu

meningkat, sabun menjadi cukup dapat larut untuk membentuk misel; pada titik ini disebut

“titik Krafft”. Suhu batas pada konsentrasi sabun dimana misel atau fase kristal cair terbentuk

disebut “batas Krafft”.

Pada suhu pembuatan sabun (80-950C), tiga tahapan sabun cair mungkin terjadi; isotropis

(nigre), menengah (heksagonal) dan sabun sederhana (lamellar). Misel ditemukan dalam

larutan sabun encer dan sangat mudah mengalir. Sabun menengah adalah fasa kristal cair

yang sangat kental dan sulit diolah. Dalam proses pembuatan sabun komersial, daerah fasa-

menengah harus dihindari karena sifat fisiknya. Sabun sederhana lebih encer dibanding fasa

menengah dan bisa dipompa maupun dicampur. Fasa ini yang paling diinginkan untuk

pembuatan sabun. Sabun sederhana biasanya ditemukan dalam jangkauan konsentrasi sabun

60-90% dengan proses komersial biasanya menargetkan ~70% sabun sebagai konsentrasi

optimum. Konsentrasi sabun lebih tinggi dapat menaikkan suhu yang membuat sifat kristal

sepenuhnya cair (lihat batas kurva pada Gambar 2.1) dan menyebabkan kenaikkan viskositas

yang sulit untuk diatur.

Dengan penurunan panjang rantai hidrokarbon, titik Krafft dan batas Krafft bergerak menuju

suhu yang lebih rendah karena kelarutan sabun meningkat dengan menurunnya panjang rantai

karbon saat sifat dasar fasa kurang lebih sama. Rantai hidrokarbon tak jenuh juga berdampak

dengan cara serupa yang disebabkan menurunnya panjang rantai karbon.

Dampak ion berlawanan pada sifat fasa sangat signifikan dan telah dipelajari berkelanjutan

untuk ion logam seperti natrium dan kalium. Umum dibicarakan, sabun kalium lebih mudah

larut dibanding sabun natrium. Beberapa studi yang dilakukan oleh Warnheim dan Jonsson

menunjukkan sabun amina tidak hanya lebih mudah larut dibanding sabun alkali dalam air

tetapi sifat fasanya juga lebih sederhana dibanding dengan sabun alkali. Sebagai contoh,

trietanolamina palmitat dalam air membentuk fase kristal cair lamellar pada 200C dan tidak

ada fasa kristal cair heksagonal. Penelitian yang dilakukan oleh ilmuwan dari Unilever

menemukan bahwa hidrolisis signifikan terjadi pada suhu ruang untuk trietanolamina stearat

dalam larutan air 20%. Kristal asam stearat terbetuk sebagai akibat dari hidrolisis. Diyakini

bahwa ukuran besar dari ion berlawanan melemahkan interaksi diantara lapisan hidrokarbon

dan menaikkan kelarutan.

Sistem Terner Variasi komponen seperti garam, asam lemak dan gliserol bisa dimanfaatkan

untuk mengubah sifat fasa umum dari sistem sabun-air. Diagram fasa terner dibuat untuk

menjelaskan keberadaan material ketiga. Diagram ini diperlihatkan sebagai segitiga dimana

setiap garis melambangkan satu dari 3 komponen dan setiap tiga sisi melambangkan

konsentrasi relatif dari dua komponen yang berisi dua garis berdampingan dengan sisi.

Meskipun suhu dapat menjadi varibel penting selanjutnya, diagram terner ini sering

digambarkan untuk menjelaskan suhu karena kesulitan dalam menggambarkan dimensi

tambahan. Kadang segitiga terner dimodifikasi dengan menambahkan sudut dari satu garis ke

900, menitikberatkan komponen paling penting.

Diagram sabun-air-garam biasanya ditunjukkan dengan garis 900 (Gambar 2.2). Pada garam

0%, fasa sepanjang sumbu memberikan potongan dari diagram fasa biner sabun-air pada

900C (sebagai contoh natrium palmitat). Penambahan garam pada sistem sangat mengurangi

jangkauan konsentrasi untuk fasa kristal cair dan menambah jangkauan untuk fasa isotropis;

nigre dan lye (fasa kaustik kaya air). Selanjutnya peningkatan pada konsentrasi garam

membuat sistem memasuki daerah bifasa dimana terdapat sabun terkonsentrasi dan fasa niger

(atau lye). Kemampuan garam untuk mengendalikan sistem menjadi bifasa, struktur fasa

sabun sederhana-nigre/lye adalah dasar untuk saponifikasi langsung untuk pembuatan sabun.

Sabun bisa dipisahkan pada konsentrasi terkendali dari fasa aqueous lye atau garam. Fasa

aqueous bisa digunakan untuk membersihkan sisa lye, pengotor dan yang paling penting

gliserol, produk samping yang komersil dari pembuatan sabun.

Penambahan elektrolit terlarut pada sabun batang sering digunakan untuk meningkatkan

kekerasan batang dengan jumlah yang sama dengan konsentrasi sabun karena elektrolit

mempengaruhi perubahan fasa sabun dan air.

Pada pembuatan sabun batang, asam lemak bebas biasanya ditambahkan dalam formulasi

untuk membuat sabun menjadi super-fatted. Sabun asam kompleks dengan perbandingan

stoikiometri tetap diantara sabun alkali dan asam lemak terbentuk. Sebagai contoh,

perbandingan sabun asam kalium adalah 1:1 saat sabun natrium membentuk sabun asam

dengan beragam perbandingan. Perbandingan kompleks tetap keluar tidak hanya dalam fasa

kristal anhidrat tapi juga dalam fasa kristal cair hidrat. Asam oleat dan sabun kaliumnya

membentuk sabun asam kompleks 1:1 ketika asam molar setara dan sabun dicampur. Di atas

batas Krafft, sabun asam dalam air membentuk fasa kristal cair lamellar pada konsentrasi

surfaktan rendah, dari persentasi kecil, dan fasa kristal cair lamellar mencapai hampir 60%

konsentrasi surfaktan. Fasa kristal cair heksagonal terbentuk setelah fasa kristal cair lamellar

dengan penambahan berkelanjutan konsentrasi surfaktan. Sifat fasa ini berbeda dari sifat fasa

sabun dan air, dimana fasa kristal cair heksagonal terbentuk dahulu disusul dengan fasa

kristalin cair lamellar. Di bawah batas Krafft sabun asam kompleks membentuk kristal padat

dan terpisah dari air.

Sabun asam dengan perbandingan kompleks 2:1 ditemukan di antara trietanolamina stearat

dan asam stearat. Dalam air sabun asam membentuk fasa kristal cair lamellar pada

temperatur tinggi, di atas 600C, dan berubah menjadi fasa gel lamellar saat mendingin. Fasa

gel, bagaimanapun, tidak stabil pada temperatur ambient saat terjadi reaksi hidrolisis yang

mengubah sabun kembali menjadi asam stearat yang mengendap dalam larutan

trietanolamina cair. Polimorfis C, E dan mungkin A membentuk kristal asam stearat yang

diperoleh sebagai hasil reaksi hidrolisis.

2.2.3 Fasa Padat dan Sifat Pemakaian

Sabun Anhidrat Sifat fisik sabun anhidrat bervariasi. Rantai hidrokarbon mengkristal dan

membentuk padatan pada temperatur ambient. Struktur dua lapisan biasanya terbentuk dari

sabun alkali dengan rantai hidrokarbon tegak lurus atau miring ke permukaan datar. Dalam

struktur dua lapisan, molekul mengatur format kepala ke kepala dan ekor ke ekor. Pada saat

pemanasan, sabun alkali melewati berbagai fasa seperti mengental, subwaxy, waxy,

superwaxy, sub-sederhana, sederhana dan membentuk cairan isotropis pada temperatur antara

200-3000C. Sifat pasti termotropis bergantung dari panjang rantai, ketidakjenuhan rantai dan

terlibatnya pertentangan ion.

Sabun alkali dari berbagai panjang rantai, C12 sampai C18 telah lama dipelajari lebih dari

ratusan tahun. Untuk sabun kalium anhidrat setidaknya ada 3 bentuk anhidrat A, B dan C.

Bentuk A diperoleh dari sabun berisi 4-12 atom karbon; bentuk B diperoleh dari 12-18 atom

karbon. A dan B bergabung membentuk C pada suhu yang lebih tinggi.

Struktur sabun baru ditemukan ketika trietanolamina digunakan untuk menetralisasi asam

stearat. Molekul sabun menyusun format ekor ke kepala dan rantai tegak lurus ke dasar

permukaan. Sifat leleh dari sabun juga lebih sederhana dibanding sabun alkali. Hanya satu

fasa transit, kristal cair lamellar, yang terlihat dan sabun meleleh tepat pada suhu 930C.

Sabun dengan Kandungan Air Rendah Untuk sabun dengan kandungan air sedikit, lebih

dari 30%, 5 fasa kristalin seperti kappa, delta, zeta, eta dan gamma telah teridentifikasi

dengan difraksi X-ray. Harus dicatat bahwa deskripsi ini berdasarkan definisi Burger dan fasa

padat ekuivalen juga memiliki nomenklatur berbeda pada literatur. Empat fasa yang

disebutkan di awal dihasilkan dengan mendinginkan sabun tertentu dalam larutan air

sedangkan gamma hanya diperoleh dari pendinginan dari larutan etanol air. Tepatnya, fasa

sabun natrium kristal ini tidak polimorfis, kristal yang berbeda tersusun dari komposisi yang

sama; namun karena mereka memiliki komponen fasa berbeda maka secara komposisi juga

berbeda.

Perbedaan ini tidak hanya disebabkan perbedaan pada susunan kristal tapi juga karena

perbedaan level dari keberadaan hidrasi dalam berbagai keadaan kristal seperti struktur rantai

hidrokarbon, contohnya panjang rantai dan ketidakjenuhan rantai hidrokarbon.

Dimungkinkan untuk menambahkan gambaran molekular pada fasa sabun dalam formulasi

komersial. Oleh sebab itu, unsur-unsur sabun dibagi menjadi komponen tipe rantai karbon

jenuh dan tak jenuh (oleat), dan baru-baru ini dibagi lagi menjadi komponen tipe rantai

pendek (rantai laurat dan miristat) dan komponen untuk tipe rantai panjang (rantai palmitat

dan stearat).

Kristal Sabun Campuran dalam Formulasi Nonsuper-Fatted Sabun batangan

mengandung campuran sabun dengan panjang rantai dan kejenuhan rantai yang berbeda.

Mereka diklasifikan menjadi sabun terlarut dan tak larut. Sabun terlarut biasanya membentuk

fasa kristal cair heksagonal dengan air, seperti terlihat pada Gambar 2.1, yang terlarut dalam

air selama pencucian dan menimbulkan busa. Sabun tak larut tetap berbentuk kristal di dalam

batangan dan memberikan kekuatan mekanis. Kristal padat yang tersedia dalam sabun

batangan bisa berupa fasa kappa, zeta, eta dan delta.

Jumlah fasa terlarut dan tak larut dalam sabun batang sangat tergantung pada kandungan air

dan perlakuan pada sabun yang terjadi saat suhu berada di atas atau di bawah titik Krafft dari

molekul sabun. Penambahan kandungan air mengakibatkan peningkatan kelarutan sabun dan

mengakibatkan berkurangnya kekerasan sabun. Pemrosesan dengan temperatur di bawah titik

Krafft mengakibatkan pemisahan sabun terlarut dan tak larut. Pemisahan diperoleh dari

ketidak-larutan sabun dapat larut dalam fasa cair dan oleh pembentukan metastable, padatan

eta dapat larut. Pemrosesan pada temperatur di atas titik Krafft mengakibatkan

pengkombinasian ulang sabun terlarut dan tak larut menjadi fasa kappa metastable baru dan

tidak normal memadat selama pendinginan.

Penambahan sejumlah kecil elektrolit dan parfum juga bisa memengaruhi perbandingan fasa

cair dan padat. Elektrolit mengurangi kelarutan sabun dan oleh karena itu menambah jumlah

fasa padat saat parfum meningkatkan kelarutan sabun.

Kristal Sabun Campuran dalam Formulasi Super-Fatted Sejumlah kecil asam lemak,

biasanya kurang dari 10%, ditambahkan ke sabun biasa untuk memproduksi sabun super-

fatted. Asam lemak ditambahkan ke fasa sabun pada temperatur di atas titik leleh asam lemak

dan fasa kristal padat dan cair baru terbentuk pada saat pendinginan.

Perbandingan stoikiometri tetap dari asam lemak dan sabun bisa terbentuk ketika asam lemak

dan molekul sabun dicampur. Dalam sistem super-fatted, fasa kristal cair merupakan tipe

lamellar dan bukan heksagonal, yang terjadi dalam sistem nonsuper-fatted. Fasa lamellar ini

secara signifikan menambah volum fasa terlarut dan menyebabkan berkurangnya kekerasan

material batang. Fasa padat juga secara signifikan berbeda dari fasa padat nonsuper-fatted.

Dalam penambahan fasa padat dari campuran sabun nonsuper-fatted, beragam fasa sabun

asam dan asam lemak juga mungkin terjadi. Fasa padat akhir sangat bergantung dari

temperatur dimana pencampuran dilakukan pada sistem selama proses.

Sifat Pemakaian Sabun dan Rekristalisasi Sifat pemakaian sabun batangan seperti

kekerasan, hidrasi dan laju penggunaan, lapisan mush dan volum sabun, dll, sangat

dipengaruhi tidak hanya dari struktur fasa kristal (termasuk fasa kristal cair) tapi juga oleh

bentuk dan ukuran fasa kristal. Pengaruh ini sangat bergantung dari formulasi, metode

pemrosesan, seperti high atau low shear dan temperatur proses.

Hidrasi dari bahan sabun batangan terjadi ketika sabun berkontak dengan air selama

pencucian dan juga setelah pencucian saat air meninggalkan permukaan batangan. Hidrasi

biasanya terjadi lewat dua mekanisme, seperti aliran kapiler dan aliran difusi. Pada proses

pertama air mengalir ke dalam struktur berongga, yang terbentuk oleh evaporasi air dari

permukaan batangan selama periode penyimpanan, disebabkan oleh gaya kapiler, dan

permukaan batangan berongga secara cepat terrehidrasi oleh aliran difusi molekular yang

secara prinsip melibatkan sabun dan air. Proses yang lebih lambat ini menimbulkan lapisan

mush yang mengembang ketika batang tenggelam dalam air untuk waktu lama.

Perubahan fasa selama proses hidrasi melibatkan ketidaklarutan fasa eta tipe padat untuk

membentuk kristal cair demi membentuk fasa kristal cair dan larutan tambahan. Fasa kappa

kurang terlarut yang mengandung sabun berantai lebih panjang juga terlarut dan sabun

berantai panjang selanjutnya terendap lagi sebagai padatan tak larut. Padatan ini bersama fasa

kristal cair menyebabkan lapisan mush yang terbentuk di permukaan batangan.

Volum busa bergantung jumlah dan tipe sabun terlarut dalam liquor sabun selama

pembusaan. Pergerakan molekul sabun, sebagai tambahan sifat permukaannya, menyebabkan

pembusaan. Hal ini memungkinkan sabun berantai sangat pendek (natrium kaprilat dan

natrium kaprat) memiliki keuntungan yaitu busa tambahan. Bagaimanapun, keuntungan

tersebut bisa diperoleh dengan temperatur pencucian yang rendah. Sumber dari sabun

berantai pendek adalah komponen minyak kelapa atau inti sawit dari ion lemak. Jumlah

sabun dalam larutan pada wash liquor bertambah sesuai dengan pertambahan tingkat

kelarutan sabun dalam batang. Bagaimanapun, karena busa bergantung dari periode hidrasi

yang sangat singkat, jumlah sabun yang menjadi larutan sangatlah penting. Jumlah ini juga

bertambah sesuai dengan pertambahan laju ketidaklarutan dari fasa padat terlarut dalam

struktur batang.

Jumlah mutlak dari sabun terlarut dalam batangan tergantung dari campuran minyak yang

digunakan (muatan lemak) dan total bahan berlemak dalam formulasi. Laju larutan dari sabun

terlarut bertambah jika (1) Ukuran fisik dari partikel sabun terabrasi menurun; (2)

pencampuran dari partikel terlarut menjadi lebih dekat dengan level koloid; dan (3)

konsentrasi sabun dalam kristal cair dan fasa larutan bertambah; konsentrasi maksimum

sabun dalam fasa cair ini dipengaruhi laju abrasi sabun dari batang dan laju ketidaklarutan

wash liquor.

Partikel kecil (beberapa mikro) dari campuran kristal cair dan padatan eta akan terlarut

dengan kecepatan cukup untuk bisa dipakai selama waktu pembusaan pendek.

Bagaimanapun, beberapa batas sabun terlarut dalam partikel tipe kappa kecil atau gabungan

zat terlarut yang lebih besar tidak dilepaskan pada saat ini. Fasa kappa sabun asam lebih

tersia-siakan. Jadi, terpisah dari peningkatan yang terjadi akibat variasi dalam muatan lemak

dan total unsur berlemak, busa bertambah oleh campuran semua sabun dalam tingkatan

struktur koloid dan pemisahan sabun tak terlarut dari terlarut pada tingkat molekular.

Produksi dari struktur batang optimal memiliki keseimbangan melawan efek deleterious oleh

penurunan total unsur berlemak.

Bisa dinyatakan bahwa segala kelebihan dari sifat pembusaan seperti dari perubahan

formulasi akan mudah terlihat dalam formulasi superfatted yang diproses dengan baik.

Berbagai peningkatan temperatur proses bisa menyebabkan pengaruh deleterious pada busa

untuk segala formulasi jika terjadi peningkatan ukuran partikel. Bagaimanapun, temperatur

pemrosesan penting untuk formulasi superfatted yang sensitif dengan suhu. Sensitivitas ini

adalah hasil dari perubahan ekstrim tambahan dari temperatur proses.

Saat penambahan konsentrasi elektrolit dalam liquor sabun akan selalu menyebabkan

beberapa pengurangan busa, diyakini bahwa pengurangan busa yang sering terlihat dalam

batang tinggi elektrolit berasal dari pengaruh tipe elektrolit yang terkandung dalam tipe fasa

sabun padat dari struktur sabun dibanding pengaruh lain dimana elektrolit mungkin

memengaruhi sifat liquor sabun.

2.3 Bahan Mentah dan Pemrosesannya

2.3.1 Bahan Mentah Utama

Sabun karboksilat biasanya dibentuk melalui reaksi langsung maupun tidak langsung dari

soda kaustik cair seperti NaOH, dengan minyak dan lemak dari sumber alam seperti

trigliserida. Minyak dan lemak biasanya terbentuk dari asam lemak jenuh maupun tak jenuh

yang mengandung 8-20 atom karbon yang terhubung melalui ikatan ester untuk

menghasilkan gliserol. Reaksi soda kaustik dengan trigliserida menghasilkan gliserol dan

sabun dalam reaksi yang disebut saponifikasi. Reaksi ditunjukkan dalam persamaan 2.1.

Saponifikasi bisa diproses secara langsung sebagai proses satu tahap seperti yang ditunjukkan

di atas, atau bisa secara tidak langsung melalui reaksi dua tahap dimana tahap pertama

menghasilkan asam lemak melalui hidrolisis sederhana minyak dan lemak dan tahap kedua

membentuk sabun melalui netralisasi asam lemak dengan kaustik soda. Hal yang harus

dipertimbangkan ketika melakukan reaksi ini adalah aspek komersial. Perbedaan komposisi

pada minyak dan lemak menghasilkan perbedaan signifikan pada sifat fisika dan berpengaruh

pada hasil asam lemak dan sabun. Perbedaan komposisi utama adalah distribusi panjang

rantai dari asam lemak yang dicampur dengan minyak atau lemak.

2.3.2 Lemak dan Minyak yang Digunakan dalam Pembuatan Sabun

Minyak dan lemak yang digunakan dalam pembuatan sabun diklasifikasikan sebagai

minyak/lemak laurat atau nonlaurat. Sabun mandi biasanya mengandung campuran kedua

tipe tersebut. Klasifikasi ini didasarkan pada fakta bahwa minyak dan lemak mengandung

bahan rantai alkil C12 yang sangat rendah ataupun sangat tinggi. Minyak laurat relatif tidak

terlalu komersil dengan hanya 2 (kelapa dan minyak inti sawit) sumber penghasil minyak

tersebut yang biasanya digunakan. Minyak nonlaurat berjumlah banyak namun lagi-lagi

hanya ada 2 sumber yang biasa digunakan yaitu dari tallow dan minyak sawit. Banyak sabun

juga mengandung campuran nonlaurat dengan tallow atau minyak sawit yang dicampur

dengan bahan lebih keras seperti palm stearin atau minyak yang lebih lunak seperti kedelai.

Contoh distribusi panjang rantai dari minyak dan lemak yang biasa digunakan untuk sabun

mandi ditunjukkan dalam Tabel 2.1 bersama bilangan iodin terukurnya (IV). Kemudian ada

ukuran derajat ketidakjenuhan minyak dan lemak. Meskipun hanya bilangan tunggal, tetapi

bisa digunakan untuk memprediksi efek individu maupun campuran minyak dan lemak pada

kekerasan dari campuran sabun.

Minyak laurat yang ditunjukkan pada Tabel 2.1 seluruhnya memiliki level serupa dengan C12

dengan hanya sedikit perbedaan pada panjang rantai yang lain. Tidak ada yang mengandung

level tinggi C16 atau C18 dalam bentuk bahan jenuh atau tak jenuh. Berbeda dengan dua tipe

utama nonlaurat (tallow dan sawit) yang berisi hanya 2 level panjang rantai pendek (≤ C12)

dan memiliki level tinggi C16 atau C18 dalam bentuk jenuh maupun tak jenuh. Titik kunci yang

harus diingat bahwa nama minyak menunjukkan panjang rantainya, tapi ada beberapa variasi

kuantitas dari panjang rantai tunggal; sebagai contoh ditunjukkan pada Tabel 2.1 untuk

sumber tallow dari Amerika Selatan dan Inggris. Sumber lain dari minyak nonlaurat ada 2

tipe; minyak keras dan lunak. Minyak keras diklasifikasikan sebagai stearin dan diproduksi

dari fraksinasi tallow atau sawit atau dari pengerasan minyak atau lemak. Pengerasan ini

ditentukan dari bilangan iodinnya; semakin rendah IV, semakin keras materialnya. Sebagai

pertimbangan tambahan untuk minyak dan lemak yang telah dikeraskan secara katalitik

adalah terjadinya transesterifikasi dari ikatan ganda. Hasil trans-isomer menghasilkan sabun

dengan kelarutan berbeda dari cis-isomernya, yang harus diperhatikan selama pencampuran

untuk memperoleh proses dan sifat pemakaiannya yang dapat diterima.

Sabun mandi yang diproduksi dari ekstrusi mensyaratkan kekerasan produk maksimum dan

minimum dan memiliki batasan pada konsentrasi minyak/lemak keras dan lunak yang bisa

digunakan dalam campuran. Bagaimanapun, pencampuran minyak lunak dan keras bisa

memenuhi target kekerasan dan jelas bahwa banyak kombinasi minyak dan lemak yang bisa

diproduksi untuk memenuhi syarat ini. Sebagai tambahan untuk persyaratan proses dari

kekerasan produk, ada beberapa sifat pemakaian sabun yang mempengaruhi pemilihan

campuran minyak dan lemak. Variabel ini cukup banyak, tapi yang utama bisa dirangkum

sebagai (1) Kandungan minyak laurat yang mengendalikan busa dan (2) jumlah panjang

rantai tak jenuh, yang sesuai dengan kelarutan airnya yang tinggi bisa menambah kecepatan

pengeluaran busa tapi juga bisa berdampak negatif pada aspek ekonomi jika konsentrasinya

terlalu tinggi. Stearin dengan konsentrasi yang terlalu tinggi relatif tidak larut dalam air

sehingga tidak merugikan dalam aspek ekonomi, tapi bisa mengurangi busa jika

konsentrasinya terlalu tinggi. Faktor utama yang membatasi penggunaan minyak lunak

adalah ketidakstabilan kimiawi pada panjang rantai tak jenuh, khususnya untuk material di-,

tri- dan polyunsaturated. Campuran minyak dan lemak untuk mencapai target kekerasan

dalam pemrosesan dan sifat pemakaian yang dapat diterima, memerlukan operasi

penyeimbangan yang kompleks. Yang biasa dilakukan adalah pencampuran bilangan iodin,

dikombinasikan dengan minyak laurat berkonsentrasi konstan untuk mengidentifikasi

pengaturan campuran yang akan memiliki proses dan sifat pemakaian yang serupa.

Pertimbangan akhir adalah keadaan kimiawi minyak dan lemak.

Efek dari kondisi penyimpanan, pengotor dan pemrosesan yang bisa menimbulkan perbedaan

signifikan di antara minyak atau lemak yang identik dan biasanya direfleksikan dalam

spesifikasi standardisasi industri yang dikenal sebagai grading value yang berasosiasi dengan

minyak atau lemak tunggal. Semakin tinggi grade minyak dan lemak maka harganya semakin

mahal, tapi lebih beresiko kecil terhadap sifat produk seperti warna dan bau. Hal ini membuat

pabrik dapat memilih campuran minyak dan lemak yang biaya bahan mentahnya minimum

sambil menjaga pemrosesan dan sifat penggunaan produk.

Dalam 10 tahun terakhir perkembangan perlakuan pemisahan kimiawi minyak dan lemak

telah memperluas jangkauan ketersediaan bahan baku untuk pembuatan sabun termasuk

campuran panjang rantai yang “tidak alami”. Pembuat sabun jadi memiliki kesempatan

tambahan untuk mengoptimalkan campuran mereka. Konsekuensi selanjutnya dari hal ini

adalah sabun yang dibuat dari asam lemak yang didistilasi mengandung pengotor yang lebih

sedikit dimana minyak dan lemak alami bisa memiliki efek deleterious pada warna dan bau.

Hal ini bisa mengurangi pengeluaran biaya karena tidak perlu menggunakan banyak bahan

tambahan seperti pemutih dan antioksidan.

Sumber Lainnya Minyak dan lemak yang paling banyak digunakan untuk pembuatan sabun

adalah tallow, minyak kelapa sawit, dan stearin dan dua minyak laurat, kelapa dan minyak

inti sawit. Bagaimanapun, kekurangan minyak dan lemak ini telah mengakibatkan

berkembangnya minyak/lemak alternatif sebagai pengganti minyak nonlaurat dan laurat.

Sebagai contoh pada 1990an, India mencampurkan minyak lokal seperti biji rami, sekam padi

dan biji jarak yang dapat memberikan kekerasan, dehidroksilasi, dll dan bisa memproduksi

campuran nonlaurat menyerupai sifat proses dan pemakaian dari minyak sawit. Di Amerika

Selatan digunakan minyak kedelai yang dikeraskan sebagai pengganti tallow. Minyak/lemak

lainnya yang digunakan sebagai pengganti nonlaurat diantaranya lard (lemak babi) dan

sejumlah minyak lunak seperti bunga matahari dan minyak kacang tanah. Alternatif

pengganti minyak laurat sangat terbatas, seperi rosin dan surfaktan sintetik.

2.3.3. Pretreatment Bahan Mentah

Kualitas, seperti tingkat pengotor dari minyak mentah dan lemak yang digunakan untuk

pembuatan sabun merupakan hal penting dalam produksi komersial. Minyak dan lemak

diisolasi dari berbagai sumber tumbuhan dan hewan yang mengandung pengotor yang

berbeda meskipun keduanya mengandung asam lemak bebas dan mono juga digliserida.

Minyak mentah dan lemak ini biasanya mengandung kontaminan tak tersaponifikasi yang

mempengaruhi warna dan bau dari minyak atau lemak yang juga mempengaruhi produk akhir

sabun. Lemak binatang mengandung darah, mucilage, material berprotein lainnya, fosfatida

dan tulang.

Untuk minyak dari tumbuhan, biasanya mengandung sterol, karotenoid, fosfatida, tokoferol,

dll. Sebagai tambahan, keduanya juga mengandung kotoran fisik, air, karat, dan material lain

yang terambil saat ekstraksi dan penyimpanan.

Untuk sabun komersial, diharuskan untuk menjaga jumlah pengotor seminimalnya untuk

stabilitas penyimpanan dan kualitas produk akhir.

Ada beberapa tahapan proses yang bisa dilakukan untuk meningkatkan kualitas dan stabilitas

dari bahan mentah minyak dan lemak. Tahapan tersebut adalah pencucian dengan air,

pemurnian alkali, pemurnian fisik (steam), penghilangan bau, pemutihan dan hidrogenasi.

Pencucian dengan air, yang juga disebut degumming, jika dilakukan pada minyak tumbuhan,

efektif untuk meningkatkan warna minyak dan lemak melalui penghilangan padatan

berprotein, fosfatida dan pengotor terlarut air lainnya. Air panas, yang mengandung asam

fosfor atau natrium fosfat, dicampur dengan minyak atau lemak. Lapisan air memisahkan

keduanya secara statis maupun dengan gaya sentrifugal. Banyak padatan dan pengotor

lainnya jadi terlarut atau tersuspensi dalam air dan terbuang. Pemurnian alkali dan fisik

(steam) bisa dilakukan untuk mengurangi jumlah asam lemak bebas dan warna dalam minyak

dan lemak. Pada pemurnian alkali, minyak dan lemak dicuci dengan air yang mengandung

alkali dan mengubah asam lemak menjadi sabun. Hasil sabun diangkat dengan fasa cair alkali

secara statis atau sentrifugasi. Pada pemurnian fisik, pengotor yang volatil termasuk asam

lemak yang titik didihnya rendah teruapkan dan terangkat dari minyak dan lemak melalui

pemanasan dengan uap. Penghilangan bau, juga disebut steam stripping, adalah proses

distilasi uap lainnya. Untuk penghilangan bau, distilasi dilakukan dalam vakum yang

membuat penghilangan bau lebih efisien. Pemutihan biasanya dilakukan dengan cara adsorpsi

fisika dimana tanah liat aktif bercampur dengan minyak kering berada dalam vakum pada

temperatur sekitar 900C. Warna diadsorbsi oleh tanah liat, yang dibuang melalui proses

filtrasi pada temperatur lebih rendah untuk menghindari kerusakan oksidasi. Hidrogenasi juga

biasa dilakukan pada pemrosesan minyak dan lemak untuk meningkatkan stabilitas

penyimpanannya melalui pengurangan kandungan tak jenuh. Proses ini dilakukan dengan

mengkontakkan minyak dan lemak dalam reaktor berisi katalis seperti Ni atau Pt, dengan gas

hidrogen di bawah tekanan sehingga hidrogen membentuk ikatan ganda.

Industri menggunakan sejumlah metode analitis untuk mengkarakterisasi minyak dan lemak

dengan parameter diantaranya kelembaban, titer (titik pemadatan), asam lemak bebas,

material tak tersaponifikasi, bilangan iodin, bilangan peroksida, dan warna. Kandungan air

pada minyak dan lemak merupakan ukuran penting untuk stabilitas penyimpanan pada

temperatur yang meningkat karena dapat menyebabkan hidrolisis yang berdampak pada

kualitas bau dan warna. Titer adalah ukuran temperatur dimana material mulai memadat, atau

dengan kata lain temperatur minimum dimana material dapat disimpan atau dipompa sebagai

fluida. Asam lemak bebas adalah ukuran terjadinya hidrolisis pada minyak dan lemak.

Kenaikan asam lemak bebas biasanya berdampak negatif pada stabilitas warna produk karena

asam lemak lebih peka terhadap oksidasi. Material tak tersaponifikasi adalah ukuran

keberadaan material lemak nontrigliserida, yang berdampak pada hasil sabun. Bilangan iodin

adalah ukuran jumlah material tak jenuh dalam minyak dan lemak. Bilangan peroksida

adalah ukuran jumlah terjadinya oksidasi pada minyak dan lemak dan mengindikasikan

kemungkinan terjadinya degradasi.

2.4 PABRIK SABUN DASAR

2.4.1 Saponifikasi Langsung Minyak dan Lemak

Saponifikasi langsung minyak dan lemak adalah proses tradisional yang dilakukan untuk

memproduksi sabun dasar. Secara komersial proses ini dilakukan di dalam ketel perebus baik

secara batch maupun kontinyu. Ada tiga tahapan yang harus dilakukan untuk memproduksi

sabun sederhana (kristal cair lamellar yang mengandung sekitar 70% sabun) yang sesuai agar

dapat diproses lagi menjadi produk sabun batang. Tahapan tersebut adalah saponifikasi,

pencucian dan fitting.

Proses Perebusan (Ketel) Proses ini memproduksi sabun di dalam tangki baja terbuka yang

disebut ketel, yang dapat menampung sampai 130.000 kg material. Ketel merupakan tangki

silinder dengan dasar kerucut, yang berisi koil steam terbuka untuk pemanasan dan

pengadukan. Dalam proses batch tradisional, tiga tahapan utama pembuatan sabun yaitu

saponifikasi, pencucian dan fitting dilakukan dalam wadah yang sama. Untuk memulai

saponifikasi, minyak/lemak, soda kaustik, garam dan air secara bersamaan dimasukkan ke

dalam ketel. Pencampuran secara efektif penting dalam proses ini karena misibilitas

minyak/lemak dan kaustik lye yang rendah. Penambahan steam pada sistem membantu

pencampuran dan reaksi saponifikasi. Dalam beberapa sistem, reaksi dilakukan dalam mesin

saponifikasi yang didesain secara khusus, untuk pencampuran yang lebih intens dari dua

komponen selama pengisian ketel. Pencampuran minyak/lemak dengan soda kaustik, garam,

dan air harus diperhatikan untuk memastikan laju reaksi yang konsisten untuk membentuk

sabun sederhana yang diinginkan.

Hal yang biasa dilakukan adalah membiarkan sisa sabun yang telah terbentuk tertinggal

dalam ketel sebelum dilakukan saponifikasi yang baru dalam ketel. Sabun ini, karena sifat

surfaktannya, membantu dispersi minyak/lemak dan air mengalami emulsifikasi yang lebih

baik sehingga meningkatkan laju reaksi. Untuk menyelesaikan proses saponifikasi, sabun

direbus untuk beberapa waktu menggunakan steam sparging (lewat koil steam terbuka).

Selama penyelesaian saponifikasi, garam tambahan dimasukkan ke dalam ketel saat

perebusan dengan steam untuk memulai tahap pencucian dengan cara mengubah fasa tunggal

sabun sederhana (kristal cair lamellar) menjadi fasa ganda komposisi kristal cair lamellar-

aqueous lye. Proses ini disebut juga dengan pembukaan butiran sabun. Lapisan lye (berada di

bagian dasar ketel) adalah fasa cair yang mengandung garam berkadar tinggi, gliserol, dan

hanya sedikit sabun karena kelarutannya yang rendah dalam larutan garam jenuh. Campuran

dua fasa ini dapat terpisah setelah beberapa jam, saat larutan lye dibuang dari dasar ketel. Lye

ini mengandung banyak gliserol yang diperoleh selama proses saponifikasi dan bisa diproses

melalui sistem recovery gliserol, dimana gliserol direcovery, dimurnikan dan digunakan

untuk tujuan lain. Biasanya dilakukan beberapa tahapan pencucian untuk mengoptimalkan

pengangkatan gliserol.

Sisa sabun yang tersisa dalam ketel sekarang berisi kandungan garam tinggi dan tahap fitting

dimulai. Tahap ini melibatkan pencampuran larutan soda kaustik encer pada sabun.

Campuran ini kemudian terpisah menjadi dua lapisan, dengan sabun sederhana murni

(konsentrasi 70%) pada lapisan atas mengandung hanya sedikit garam, gliserol dan pengotor

lainnya. Lapisan bawah (nigre), mengandung banyak garam dan pengotor berwarna yang

larut dalam air. Setelah dipisahkan dari lapisan nigre, sabun sederhana siap untuk proses

selanjutnya yaitu pengeringan dan penyelesaian. Seluruh tahapan proses ketel ini

membutuhkan keahlian dan waktu beberapa hari agar dapat selesai.

2.4.2 Proses Kontinyu Saponifikasi

Ada banyak sistem komersial untuk pembuatan sabun secara kontinyu; rinciannya diberikan

dalam referensi (3). Tetapi semuanya mengandalkan saponifikasi berkecepatan tinggi

menggunakan pencampuran intens yang dilakukan dalam unit terpisah untuk pencucian dan

fitting sabun secara kontinyu untuk memproduksi sabun sederhana yang sesuai untuk proses

pengeringan/penyelesaian selanjutnya. Seluruh tahap proses ini membutuhkan sedikit pekerja

dan waktu yang lebih cepat dibanding proses batch sebelumnya sehingga meningkatkan

efisiensi pabrik. Sebagai contoh proses saponifikasi kontinyu ditunjukkan pada Gambar 2.3.

Walaupun berbagai sistem komersial bisa berbeda-beda dalam aspek desain dan operasi

secara spesifik, namun semuanya menggunakan proses utama yang sama dalam saponifikasi

minyak/lemak hingga penyelesaian sabun.

Dalam sistem yang ditunjukkan pada Gambar 2.3, pencampuran bahan baku minyak/lemak

dilakukan secara kontinyu dan terukur secara akurat di dalam tangki pemanas bertekanan,

biasanya dalam autoclave, dengan sejumlah kaustik, air dan garam. Konsentrasi bahan-bahan

ini diatur untuk menghasilkan campuran sabun sederhana dan fasa lye. Pada temperatur

(~1200C) dan tekanan (~200 kPa), reaksi saponifikasi berjalan dengan cepat (<30 menit).

Sistem resirkulasi menentukan tingkat sisa sabun dalam autoclave untuk meningkatkan

kontak antara fasa minyak dan air dan menyiapkan pencampuran tambahan. Setelah waktu

tinggal yang cukup singkat dalam autoclave, campuran reaksi sabun sederhana dan fasa lye

dipompa ke dalam mixer pendingin dimana reaksi saponifikasi selesai dan produk reaksi

didinginkan pada suhu di bawah 1000C. Produk reaksi selanjutnya dipompa ke dalam

pemisah statis, dimana fasa lye yang mengandung banyak gliserol (25-30%) dipisahkan dari

sabun sederhana dengan gaya gravitasi atau statis. Sabun sederhana kemudian dicuci

menggunakan larutan lye dan garam menggunakan proses aliran berlawanan. Proses ini

sering dilakukan dalam kolom vertikal, yang merupakan tube terbuka atau berisi stage

mixer /pemisah. Sabun sederhana dipompa masuk melalui bagian bawah kolom dan larutan

lye/garam (pencucian) dipompa ke atas.

Sabun sederhana yang densitasnya rendah naik ke atas kolom saat larutan lye/garam turun ke

bawah. Larutan pencuci mengangkat pengotor dan mengumpulkan gliserol. Seperti pada

proses ketel, penting untuk memiliki konsentrasi elektrolit (garam dan lye) yang tepat untuk

pengangkatan gliserol secara efektif. Pemisahan akhir lapisan lye dari sabun sederhana

biasanya dilakukan dengan sentrifugasi. Setelah sentrifugasi, sisa kaustik atau alkali dalam

sabun sederhana yang telah terpisah dinetralisasi dengan penambahan secara akurat asam

lemak dalam tangki steam-jacketed pencampur (crutcher). Sabun sekarang siap untuk

digunakan dalam produksi sabun batang.

2.4.3 Proses Netralisasi Asam Lemak

Proses ini memproduksi sabun lewat dua tahap. Pada tahap pertama (hidrolisis)

minyak/lemak diubah menjadi asam lemak menggunakan steam/air dan dipisahkan dari

gliserol dan pengotor lainnya. Asam lemak ini dapat dicampur jika diperlukan dan kemudian

dinetralisasi pada tahap kedua dengan alkali. Proses ini biasanya dilakukan untuk

memproduksi sabun sederhana, yang kemudian tahap pengeringan dan penyelesaian

menggunakan proses yang identik dengan proses pembuatan sabun konvensional yang telah

dijelaskan sebelumnya. Detail pengoperasian kedua tahapan proses ini adalah sebagai berikut.

Tahap Hidrolisis Hidrolisis minyak/lemak oleh air memerlukan pencampuran yang intens

antara dua fasa imisibel. Reaksi ini dilakukan dengan kondisi dimana air memiliki kelarutan

(10-25%) dalam minyak/lemak. Proses ini dilakukan dengan tekanan tinggi 4-5,5 MPa (580-

800 psi) dan temperatur tinggi (~240-2700C) dalam kolom stainless steel dengan tinggi 24-31

m dan diameter 50-130 cm (Gambar 2.4). ZnO kadang ditambahkan sebagai katalis pada

bahan baku minyak/lemak untuk membantu reaksi. Minyak/lemak diinjeksi pada bagian

bawah kolom dan air diinjeksi dari bagian atas. Kolom bisa didesain terbuka, atau berisi

baffle agar terjadi pencampuran yang lebih baik pada aliran turbulen.

Keran steam bertekanan tinggi ditempatkan pada beda ketinggian tiga atau empat dalam

kolom untuk pemanasan. Desain ini menimbulkan pola aliran berlawanan dengan air

mengalir dalam kolom dari atas ke bawah dan minyak/lemak dengan arah sebaliknya. Saat

material-material ini bercampur pada temperatur dan tekanan tinggi yang bekerja, ikatan ester

dalam minyak/lemak terhidrolisis untuk membebaskan asam lemak dan gliserol. Asam lemak

yang baru terbentuk naik ke bagian atas kolom, dan gliserol menuju ke bawah bersama air.

Karena ini adalah reaksi reversible, maka gliserol harus diangkat dari campuran melalui

proses pencucian berlawanan. Konsentrasi gliserol dan gliserida (mono, di, dan tri) adalah

yang terendah dan konsentrasi asam lemak adalah yang tertinggi pada bagian atas kolom.

Tahap dengan laju terbatas dalam proses adalah saat pengangkatan gliserol dari asam lemak.

Pengangkatan ini bergantung pada interaksi dengan air pencuci yang jatuh di kolom. Sabun

Zn terbentuk dari reaksi ZnO dan asam lemak yang bekerja sebagai katalis transfer fasa,

meningkatkan perpindahan gliserol dari minyak ke fasa air. Pemisahan gliserol dan asam

lemak dalam kolom mencegah terjadinya reaksi balik. Proses hidrolisa memberikan efisiensi

99% untuk konversi minyak/lemak menjadi asam lemak dan gliserol, dan membutuhkan

waktu tinggal 90 menit.

Asam lemak yang berada di bagian atas kolom mengandung air, lemak yang terhidrolisa

sebagian, dan katalis sabun Zn. Produk ini kemudian melalui tahap pengering vakum dimana

air dihilangkan melalui vaporisasi dan asam lemak didinginkan sebagai hasil proses

vaporisasi. Produk kering ini kemudian memasuki sistem distilasi.

Sistem distilasi dilakukan untuk meningkatkan kualitas asam lemak, seperti bau dan warna,

melalui pemisahan asam lemak dari minyak/lemak yang tersaponifikasi sebagian, katalis Zn

dan partikel yang berbau dan berwarna. Produk dipanaskan dalam penukar panas dengan

suhu sekitar 205-2320C dan dibawa memasuki vacuum chamber pada 0,13-0,8 kPa (1-6

mmHg) tekanan absolut. Asam lemak teruapkan di bawah kondisi ini dan terangkat dari

material yang tidak diinginkan seperti trigliserida yang terhidrolisa sebagian. Asam lemak

teruapkan kemudian melalui rangkaian kondensor air dingin untuk fraksinasi dan

pengumpulan. Jumlah kondensor bervariasi tetapi sistem dengan 3 kondensor lebih umum

digunakan. Asam lemak biasanya terpisah menjadi potongan berat, potongan menengah, dan

potongan sangat ringan.

Tergantung dari penggunaan akhir asam lemak, fraksi-fraksi ini biasa digunakan terpisah

untuk lemak khusus seperti asam stearat atau pencampuran ulang untuk lemak dengan

perbandingan yang diinginkan seperti 80:20% tallow:sabun kelapa. Potongan ringan sering

dibuang dari kondensat lain karena mengandung banyak partikel bau di dalamnya.

Asam lemak yang diperoleh dari proses bisa langsung digunakan atau dimodifikasi dahulu

untuk meningkatkan penampilan dan stabilitas.

Tahap Netralisasi Sabun dari asam lemak diperoleh melalui reaksi asam lemak dengan

kaustik yang sesuai. Reaksi ini sangat cepat untuk kaustik kebanyakan, seperti NaOH atau

KOH dan membutuhkan stoikiometri yang tepat dan pencampuran intens untuk memastikan

efektivitas proses. Walaupun terlihat relatif mudah, pada praktiknya, ada sejumlah

pertimbangan proses yang harus diperhatikan. Pertama, perbandingan tetap dari asam lemak,

kaustik, air dan garam harus dipertahankan agar memperoleh bentuk sabun sederhana yang

diinginkan.

Proses ini dikontrol untuk menghindari pembentukan sabun menengah, yang viskositasnya

tinggi dan tidak terdispersi dengan cepat, atau bentuk campuran dua fasa nigre-sabun

sederhana, yang akan terpisah selama penyimpanan. Kedua, pencampuran yang intens antara

minyak dan reaktan cair diperlukan untuk memperoleh komposisi fasa sabun sederhana yang

seragam. Ketiga, karena panas dilepaskan selama reaksi, kontrol temperatur harus dijaga

tetap pada batasnya untuk menghindari pemanasan berlebih dan pendidihan/pembusaan.

Ada berbagai sistem komersial untuk melakukan netralisasi. Umumnya, campuran asam

lemak panas (~50-700C) dan kaustik-garam-air (~25-300C) diukur di dalam sistem

pencampuran high shear, atau disebut netraliser. Campuran dipanaskan pada suhu 88-950C

pada panas laten reaksi dan dipompa ke dalam tangki penerima yang secara efektif

mencampur sabun melalui sistem resirkulasi dan pengadukan. Setelah waktu tinggal yang

singkat di dalam tangki penerima untuk memastikan keseragaman komposisi, sabun

sederhana yang dihasilkan dipompa ke tangki penyimpanan atau ke operasi penyelesaian.

Perbandingan Proses Produksi Sabun Dasar Saponifikasi langsung minyak dan lemak

seperti diketahui, berkarakter, dan mudah; membutuhkan peralatan konvensional; dan relatif

efisien energi. Namun, proses ini sensitif terhadap perubahan perbandingan minyak/lemak

untuk formulasi sabun batang akhir. Lebih lanjut, saponifikasi langsung memiliki kekurangan

yaitu kurangnya hasil gliserol, fleksibilitas terbatas terhadap pembentukan sabun campuran

ion berlawanan, dan membutuhkan bahan baku dengan kualitas tinggi untuk menghasilkan

sabun berkualitas bagus. Berbeda dengan sistem hidrolisa/netraliser yang lebih fleksibel

terhadap pembentukan sabun ion berlawanan dan perubahan formulasi dan menghasilkan

recovery gliserol yang lebih baik. Sebagai tambahan, kemampuan distilasi maupun pasca-

pengerasan memberikan fleksibilitas yang lebih tinggi dalam pemilihan bahan baku

minyak/lemak; kualitas bahan yang lebih rendah dapat digunakan untuk menghasilkan sabun

yang berkualitas. Namun, proses ini membutuhkan energi yang besar dan lebih banyak

peralatan proses yang khusus, seperti kolom hidrolisa, penyuling, sistem hidrogenasi, dan

netraliser, dan harus menggunakan stainless steel karena sifat korosif alami dari asam lemak.

2.5 FORMULASI

Formulasi sabun batang semakin kompleks dikarenakan perubahan kebiasaan mandi dan

keinginan konsumen. Dahulu, kebiasaan mandi (seperti mandi seminggu sekali), begitu

sederhana sehingga sabun lye pun dapat diterima. Sedangkan saat ini mandi dilakukan setiap

hari, sehingga dibutuhkan kinerja sabun yang lebih baik, sebagai contoh kelembutan untuk

kulit dan pencegahan bathtub ring. Pabrik sabun telah mengembangkan berbagai formulasi

untuk memenuhi kebutuhan konsumen. Hal ini dilakukan dengan cara mengatur dengan tepat

komponen sabun, termasuk berbagai bahan tambahan, atau mencampurkan surfaktan sintetik

ke dalam formula. Sebagai tambahan, bentuk baru produk pembersih telah diperkenalkan

sehingga mengubah kebiasaan dan kebutuhan konsumen, seperti sabun pencuci tangan cair

dan gel mandi. Untuk produk kebersihan pribadi, termasuk sabun batang, kinerja diukur

dengan beberapa uji seperti jumlah dan creaminess dari busa, wet cracking, ke-ekonomisan,

water uptake (mush), kemampuan bilas (jumlah residu yang tertinggal di permukaan setelah

pembilasan dengan air sadah), dan kelembutan untuk kulit. Diperlukan penelitian terhadap

ukuran-ukuran ini agar pembuat sabun modern dapat mengembangkan produk yang lebih

baik untuk kebutuhan konsumen.

2.5.1 Sabun Batang

Pada sabun batang, surfaktan utama yang paling menonjol adalah garam natrium dari asam

lemak. Produk ini biasanya mengandung 70-85% sabun. Kadang-kadang, sabun kalium (~5-

30%) dimasukkan ke dalam formulasi untuk meningkatkan kelarutan sabun dan sifat

pembusaan batang. Temperatur Krafft yang rendah pada sabun kalium adalah dasar untuk

menambah busa, tapi juga membatasi isi dalam sabun batang, sehinga membuatnya lebih

lunak dan tidak ekonomis. Kinerja sabun dapat dikendalikan melalui pencampuran

minyak/lemak dengan perbandingan yang spesifik, dan pembentukan fasa dan struktur

koloid. Biasanya produksi sabun menggunakan campuran tallow atau minyak sawit dan

minyak kelapa atau minyak inti sawit dengan perbandingan 85:15 dan 50:50. Saat jumlah

minyak kelapa bertambah di dalam sabun batang, kemampuan pembusaan dari produk juga

bertambah karena kelarutan yang tinggi pada sabun yang dibentuk dari kelapa (sabun berantai

pendek). Namun, busa yang lebih banyak menyebabkan produk tidak ekonomis dan

menambah water uptake yang menyebabkan suatu lapisan luar yang lunak yang disebut

mush, yang bertambah karena alasan kelarutan yang sama. Lebih lanjut, kandungan tinggi

natrium laurat dalam sabun kelapa dapat berdampak negatif terhadap kelembutan produk,

karena sabun laurat pada dasarnya lebih mengiritasi kulit dibanding sabun dengan panjang

rantai yang lain.

2.5.2 Zat Aditif Sabun Batang

Ada berbagai bahan aditif yang diformulasikan ke dalam sabun untuk memberikan kelebihan

tambahan bagi konsumen atau untuk memodifikasi kinerja produk. Yang menjadi

pertimbangan utama adalah cara kerja penambahan dari bahan aditif tersebut. Jika bahan

aditif dicampur dengan sistem low shear maka bahan tersebut akan menjadi partikel

makroskopis dan tidak akan berdampak pada keseluruhan fasa sabun batang secara kimiawi.

Keberadaan partikel besar dapat mengganggu struktur makro sabun batang dan berefek

seperti retaknya sabun batang, bongkahan yang tidak larut, sabun yang tidak licin dan tidak

ekonomis. Hal itu tergantung dari sifat fisik dan kimia alami dari bahan aditif dan ukuran

partikelnya dalam sabun batang. Berbeda jika bahan aditif dicampur dengan pencampuran

high shear, maka akan berpotensi mengganggu sifat kimia fasa sabun dan berdampak pada

sifat sabun batang yang telah disebutkan di atas. Namun efeknya akan berbeda-beda

tergantung bahan aditif yang digunakan.

Asam Lemak Bebas Sabun batang adalah alkali alam yang dikarenakan sifat fisik sabun

dalam air dan proses yang digunakan dalam pabrik, menghasilkan sabun dasar dengan sangat

sedikit sisa kaustik bebas. Sedikit asam lemak bebas sering ditambahkan pada sabun

sederhana sebelum proses pengeringan untuk menetralisasi sedikit sisa kaustik. Sedikit

penambahan ini tidak berefek pada kinerja proses dan sifat pemakaian. Namun penambahan

lebih banyak asam lemak bebas sehingga secara molekular tercampur ke dalam sabun,

biasanya 2-10%, bisa berdampak signifikan pada kinerja proses dan sifat pemakaian.

Peristiwa ini disebut sebagai super-fatting dan istilah ini pernah digunakan dalam iklan sabun

Lux pada 1950an dengan slogan “Super-fatted Luxury”. Hal ini dikarenakan adanya

penambahan asam lemak (biasanya asam lemak kelapa atau inti sawit) yang menambah

jumlah busa dan creaminess. Namun, kekurangannya adalah jika temperatur proses tidak

dijaga dengan benar, ke-ekonomisan batang dan water uptake (mush) bisa meningkat, dan

menghasilkan sabun yang sangat lunak. Perubahan ini tergantung jumlah perubahan fasa

kimiawi dalam sabun termasuk kandungan fasa cair dan perubahan dalam distribusi panjang

rantai sabun pada padatan kristal. Untuk memperoleh sifat pemakaian yang optimal,

pencampuran sabun/asam lemak harus be sheared selama proses dengan temperatur

terkontrol. Masalah utama untuk proses penyelesaian sabun konvensional dimana high shear

biasanya menyebabkan kenaikan temperatur signifikan jika banyaknya keluaran tidak

dikurangi. Solusi baru untuk masalah ini dipelopori oleh Unilever dengan menggunakan

mixer penukar berlubang pada proses akhir yang tidak hanya memberikan high shear tapi

juga pertukaran panas yang sempurna, sehingga diperoleh struktur mikro sabun yang

diinginkan sambil menjaga banyaknya keluaran.

Jika asam lemak bebas ditambahkan dalam sabun namun secara molekular tidak tercampur,

sabun batang yang dihasilkan akan terasa seperti pasir, tidak terasa licin dan tidak banyak

berbusa. Namun, di luar derajat pencampuran, keberadaan banyak asam lemak bebas juga

bisa mengurangi stabilitas bau dan warna produk karena degradasi oksidatif dari asam lemak

lebih cepat dibanding sabun lainnya.

Gliserol Walaupun normalnya gliserol sudah berada dalam jumlah kecil pada sabun

dikarenakan pengangkatan yang tidak sempurna selama proses pembuatan sabun, gliserol

sering ditambahkan lagi dalam jumlah banyak ke dalam sabun sebagai pelembut kulit

dikarenakan sifat humektansinya atau untuk menambah kejernihan batang. Sebagai contoh,

pada tingkat gliserol 10%, terjadi perubahan signifikan pada kelembutan kulit konsumen. 5-

10% gliserol sering digunakan pada sabun bening. Namun harus diperhatikan bahwa

penambahan gliserol pada level tersebut dapat mempengaruhi kinerja proses, penampilan

batang dan sifat pemakaian. Sebagai contoh, jika gliserol tidak tercampur secara molekular

dengan sabun (proses pencampuran low shear) sabun akan jadi lunak dan lengket, dan

menjadi permasalahan saat proses ekstrusi dan stamping. Sabun yang dihasilkan akan

cenderung mengalami keretakan dan tidak licin saat digunakan. Berbeda jika gliserol

tercampur secara molekular dengan sabun, sabun akan keras dan cukup jernih. Jika

kejernihan tidak diperlukan, maka opacifier bisa digunakan. Sifat pemakaian pada sabun

yaitu akan meningkatnya water uptake (mush), sesuai dengan aktivitas air yang lebih rendah

dimana pada kelembaban tinggi bisa menyebabkan sabun batang mengembang. Efek ini juga

terjadi ketika gula alkohol lain ditambahkan seperti sorbitol dan gula.

Parfum Kunci estetika bagi konsumen untuk memilih produk kebersihan pribadi adalah

aroma produk tersebut. Parfum digunakan oleh produsen sabun sebagai hal penting dalam

produk untuk memperoleh kelompok konsumen yang diinginkan dan membedakan produk

sabun yang satu dengan yang lain. Alasan kedua adalah untuk menutupi bau dasar lemak

pada sabun. Ketidakstabilan bau produk disebabkan hilangnya parfum selama penyimpanan

dan kecenderungan terjadinya oksidasi parfum dan komponen sabun. Sehingga, bau produk

bisa berubah dari layak menjadi tidak layak jika tidak diformulasikan dengan tepat.

Biasanya, pengembangan parfum dilakukan oleh pembuat parfum yang fokus pada kebutuhan

produk. Sebagai contoh, parfum untuk deodoran cenderung untuk menempel pada kulit

sehingga menjadi parfum yang tahan lama. Sejumlah produk yang didesain khusus untuk

kulit sensitif beredar di pasaran. Konsentrasi parfum yang digunakan untuk produk bagi kulit

sensitif ini biasanya lebih sedikit dibanding untuk produk lain dan dipilih untuk menutupi bau

dasar sabun, menambah kelembutan atau kecocokan dengan kulit. Tanpa melihat posisi pasar,

konsentrasi parfum dalam sabun biasanya berada pada jangkauan 0,2-1,5%.

Parfum biasanya ditambahkan selama proses penyelesaian menggunakan peralatan low shear

meskipun pada beberapa produk, digunakan pencampuran high shear pada penyelesaian.

Efek penambahan parfum pada proses yaitu membuat sabun sedikit lebih lunak. Sedangkan

efek pada sifat pemakaian dapat diabaikan.

Bahan Pembantu Hal yang biasa dilakukan untuk memodifikasi penampilan atau sifat

estetik sabun batang adalah melalui penggabungan berbagai opacifier, fluorescer dan

pewarna. Bahan yang umum digunakan adalah titanium oksida, dengan konsentrasi rendah

(<0,8%) yang adalah pemutih dan opacifier efektif. Sabun batang yang beredar di pasaran

mengandung sedikit konsentrasi TiO2 sebagai opacifier untuk merekatkan pewarna lain atau

fluorescer sebagai penyebar pemutih. Berbagai pewarna juga menambahkan TiO2 untuk

menghasilkan warna produk yang diinginkan. Pewarna yang digunakan biasanya telah

melalui uji mutu Obat dan Kosmetik atau Makanan, Obat dan Kosmetik. Beberapa produsen

juga menggunakan pigmen anorganik inert untuk pewarnaan produk. Pigmen memiliki

kelebihan dibanding pewarna karena menghasilkan warna yang lebih stabil dan tidak larut

dalam air. Sifat yang disebutkan terakhir penting untuk produk yang memiliki 2 warna,

karena pewarna yang larut dalam air bisa bergerak dalam produk dan mengurangi kontras

antara 2 warna. Biasanya bahan-bahan ini ditambahkan dalam sabun selama proses

penyelesaian.

Sabun, asam lemak, dan parfum mudah teroksidasi jika disimpan dalam waktu lama. Proses

oksidasi cukup rumit namun biasanya merupakan hasil reaksi ikatan tak jenuh dalam

komponen dengan oksigen di udara, menghasilkan asam berantai pendek, aldehid, dan keton

yang sangat berbau. Dalam komponen parfum, oksidasi bisa mengubah karakter bau produk

dan merusak warna sabun batang. Untuk meminimalisir oksidasi pada sabun dasar dan bahan

pembantu lainnya pada sabun batang, chelant dan antioksidan biasa digunakan.

Konsentrasi chelant 0,1-0,2% meningkatkan stabilitas oksidasi melalui kompleksasi ion

logam, seperti besi, yang membantu proses oksidasi. Sebagai contoh chelant yang biasa

digunakan adalah pentasodium diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), tetrasodium

ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), sodium etidronate (EHDP), dan asam sitrat.

Magnesium silika, yang terbentuk dalam sabun basah melalui reaksi magnesium dan besi

silika, adalah chelant lain yang biasanya digunakan dalam sabun batang biasa. Seluruh

chelant ini biasanya ditambahkan dalam sabun sederhana sebelum proses pengeringan.

Antioksidan juga biasa ditambahkan bersama chelant untuk meningkatkan stabilitas bau

produk dan warna. Antioksidan bekerja secara kimia memerangkap radikal bebas yang

terbentuk selama proses oksidasi, dan secara signifikan mengurangi laju reaksi degradasi.

Bahan ini penting untuk komponen parfum. Butylated hydroxytoluene (BHT), satu dari

antioksidan yang umum digunakan, biasanya ditambahkan pada level 100-200 ppm dalam

formulasi. BHT ditambahkan langsung ke dalam parfum untuk meningkatkan stabilitas

penyimpanan dari material sabun sederhana. Konsentrasi bahan-bahan ini sangat sedikit

sehingga tidak mempengaruhi kinerja proses dan sifat pemakaian.

Pelembut dan Zat Aditif Kulit Meningkatnya frekuensi mandi dan perubahan kebutuhan

konsumen memerlukan pengembangan produk yang memberikan kelebihan pada perawatan

kulit. Sebagai tambahan, selain 2 bahan aditif yang paling banyak digunakan, yaitu asam

lemak dan gliserol, ada banyak zat aditif lain yang sering digunakan. Contohnya lanolin,

vitamin E, gel lidah buaya, minyak mineral dan baking soda.

Bahan inert kadang digunakan dalam sabun batang sebagai pelembut kulit pada produk

dengan cara mengurangi konsentrasi sabun dan surfaktan dalam batang. Agen pembersih

dalam konsentrasi tinggi kadang bisa membuat kulit kering dan iritasi. Berbagai bahan inert,

anorganik maupun organik, telah dilaporkan dalam literatur, seperti oatmeal, dekstrin, pati,

wax dan talc. Bahan-bahan ini terdeposisi dalam kulit selama pembersihan, selanjutnya

memodifikasi sifat pembilasan dalam sabun batang dan berdampak pada persepsi konsumen

terhadap produk dan sifat estetiknya.

Teknologi terbaru telah digunakan dalam pabrik sabun batang, yang benar-benar

meningkatkan kelembutan kulit secara klinis pada produk ini. Salah satunya dengan

mengurangi seluruh konsentrasi bahan yang mengiritasi seperti laurat dan bahan tak jenuh

melalui pengaturan bahan baku. Hal lain adalah dengan menggabungkan komponen amina ke

dalam formula, yang secara efektif mengkompleksasi sabun selama proses cuci-bilas,

mengurangi potensi untuk menghilangkan minyak dari atau berinteraksi dengan kulit. Amina

biasanya berada dalam bentuk kationik polimer dari material alami seperti selulosa, guar

gums dan protein.

Kebanyakan pengembangan teknologi baru sabun batang difokuskan pada produk yang

mengandung surfaktan sintetik. Kelebihan utama surfaktan sintetik dibanding sabun adalah

sensitivitasnya yang rendah terhadap kesadahan air, yang meningkatkan kemampuan

pembilasan, kemampuan pembusaan, dan efeknya terhadap kelembutan kulit. Surfaktan

anionik, nonionik, dan zwitterionik telah diformulasikan ke dalam sabun batang. Pada

kebanyakan sabun batang, surfaktan sintetik sebagai surfaktan sekunder membantu kinerja

pembusaan, pembilasan atau efek pada kulit. Tantangan utama adalah bagaimana

menggabungkan level tinggi surfaktan sintetik (>10%) yang dapat larut ini ke dalam sabun

batang tanpa mempengaruhi secara signifikan kinerja proses dan sifat pemakaian dan

masalah ini telah menghasilkan sejumlah patent filings covering specific approaches.

Surfaktan anionik adalah surfaktan yang paling umum dipakai. Yang termasuk surfaktan

anionik diantaranya sulfat seperti natrium alkilsulfat dan homologous ethoxylated version,

natrium monogliserol sulfat, dan juga sulfonat, seperti natrium alkilgliserol eter sulfonat dan

sodium cocoyl isethionate.

Yang termasuk surfaktan nonionik adalah alkohol ethoxylates seperti

HOCH2CH2O(CH2CH2O)nR dan juga surfaktan berbasis gula seperti alkyl polyglycosides.

Surfaktan zwitterionik, seperti cocoamidopropyl betaine dan cocoamphoacetate, adalah

surfaktan yang baru-baru saja digunakan pada sabun batang dan digunakan dengan

konsentrasi sedikit (<2%) sebagai surfaktan sekunder. Bahan ini sangat berdampak terhadap

pembusaan dan kelembutan produk.

Surfaktan ini, jika digabungkan dengan sabun, menghasilkan sabun batang yang memiliki

kemampuan pembusaan dan pembilasan yang istimewa dalam air sadah, stabilitas busa yang

baik, dan meningkatkan efek yang bermanfaat pada kulit. Sabun batang untuk kecantikan dan

perawatan kulit memiliki formulasi yang sangat kompleks. Peninjauan terhadap literatur

menunjukkan dengan jelas kerumitan formulasi yang sangat lembut ini, dimana tidak umum

ditemukan campuran surfaktan sintetik, yang secara spesifik ditambahkan untuk

memodifikasi beragam sifat produk.

Saat ini telah dikembangkan produksi sabun batang ultra-mild yang mengandung hanya

sedikit sabun, dengan anionik sintetik sebagai surfaktan utama. Produk pertama dengan tipe

ini adalah Dove, yang mengandung sodium cocoyl isethionate sebagai surfaktan utama. Versi

terbaru dari formula ini telah mengandung bahan aktif yang lebih lembut (seperti

cocoamidopropyl betaine) dan emollient seperti asam stearat. Keuntungan dari segi biaya

pada konsumen bertambah karena bahan-bahan ini lebih mahal dibanding sabun biasa.

Percobaan untuk melanjutkan penggunaan alternatif surfaktan anionik sintetik kurang

berhasil. Hal ini dikarenakan pengkristalan yang buruk dari surfaktan anionik sintetik

sehingga pada tahap anhidrat membentuk pasta lembut dan bukannya padatan kristal, dan

membuatnya tidak cocok untuk ditambahkan dalam jumlah banyak pada produk sabun

batang.

Surfaktan sintetik selalu tercampur secara molekular dengan komponen produk yang lain.

Kesalahan pembentukan pada produk homogen menyebabkan masalah utama pada proses

dan penampilan serta sifat pemakaian yang buruk pada produk.

Agen Antimikroba Agen antimikroba telah digunakan selama bertahun-tahun dalam sabun

batang sebagai tambahan perlindungan deodoran karena efektivitas residunya dalam menekan

pertumbuhan bakteri penyebab bau. Material ini terdeposisi dalam kulit selama proses mandi

dan mengandung bahan aktif yang efektif menekan pertumbuhan bakteri selama mandi.

Diyakini bahwa sabun ini memberikan kelebihan tambahan dikarenakan kemampuannya

untuk mengendalikan microflora di permukaan kulit. Salah satu kelebihannya adalah

mengurangi tingkat infeksi kulit dengan cara mengendalikan keberadaan Staphylococcus

aureus di permukaan kulit. Hanya ada dua bahan aktif yang umum digunakan dalam sabun

batang : trichlorocarbanalide atau TCC (Triclocarban) dan trichlorohydroxydiphenyl ether

atau TCS (Triclosan). Komponen ini biasanya digunakan pada konsentrasi 0,25-1,5% pada

produk akhir dan bekerja melawan mikroorganisme. Bahan ini biasanya ditambahkan dengan

pencampuran low shear dan tidak berefek terhadap kinerja proses atau sifat pemakaian

produk.

2.5.3 Sabun Khusus

Ada beragam sabun khusus yang membutuhkan bahan aditif tertentu untuk memenuhi

kebutuhan khusus konsumen. Contohnya sabun gosok yang mengandung agen abrasi yang

secara homogen tersebar dalam sabun untuk membantu kinerja pembersihan dari produk.

Agen abrasi biasanya adalah partikel yang sangat kecil dan tidak terlarut seperti batu apung.

Serupa dengan minyak terkapsulasi dan parfum yang juga bisa digabungkan dalam sabun

batang konvensional. Sabun batang dengan efek visual termasuk sabun batang bercorak strip,

bisa diproduksi menggunakan dua aliran sabun dengan warna berbeda yang dengan sengaja

sedikit dicampurkan selama ekstrusi dengan perlahan-lahan. Cara alternatifnya adalah dengan

menggunakan hanya satu aliran sabun dan pewarna diinjeksi selama proses ekstrusi. Jika

diperlukan sabun batang yang bergaris-garis, dapat digunakan aliran sabun berwarna yang

terpisah dan extruder khusus. Efek visual lainnya yang umum adalah semi-transparansi dan

transparansi. Masing-masing memerlukan formulasi khusus dan persyaratan proses tersendiri,

dengan terlebih dahulu melalui rute penggilingan atau proses cetakan dan kemudian melalui

proses pencetakan tersendiri.

Sabun Semi-transparan Giling Proses semikonvensional bisa dilakukan untuk membuat

sabun mandi semi-transparan. Formulasi dan proses sabun ini berbeda dari sabun tidak

tembus cahaya konvensional dimana kandungan air harus tinggi (14-20%) dan gliserol atau

gula alkohol (seperti sorbitol, sukrosa) harus berada pada konsentrasi 4-10%. Tipe formulasi

ini bisa menambahkan bahan aditif lain seperti sabun kalium. Berbeda dari formulasi lain,

untuk memperoleh semi-transparansi diperlukan pencampuran high shear. Hal ini bisa

diperoleh dengan cara mencampurkan lebih dahulu semua bahan sebelum pengeringan atau

menggunakan peralatan high shear (seperti mixer batch Z-blade) selama operasi

penyelesaian. Jika jumlah keluaran menjadi masalah, mixer high shear kontinyu seperti CTM

bisa digunakan. Jika proses penyelesaian menggunakan low shear maka akan dihasilkan

sabun yang kurang tercampur dan lunak sehingga sulit untuk diproses untuk menjadi sabun

batang, dan sifat pemakaiannya pun akan buruk. Berbeda dengan pemrosesan high shear

yang menghasilkan sabun batang dengan semi-transparansi yang baik, yang akan meningkat

selama penyimpanan (karena hilangnya kandungan air). Sabun batang ini juga layak dari segi

sifat pemakaian walaupun cenderung akan membentuk lapisan mush tebal jika terpapar

kondisi lembab.

Sabun Transparan Sabun batang transparan komersial dahulu berbahan dasar lemak dari

tallow atau kelapa dan juga mengandung penambah kelarutan seperti sabun kalium dan rosin,

sebagai tambahan gliserol dan etanol. Produk ini dituang ke dalam cetakan dan disimpan

selama beberapa waktu sampai etanol menguap. Setelah etanol menguap, transparansi pun

diperoleh. Seluruh proses ini membutuhkan waktu beberapa minggu karena penguapan

alkohol terjadi dengan lambat dan membutuhkan biaya mahal. Produk yang paling dikenal

dari tipe ini masih ada hingga sekarang dan dijual oleh Unilever di bawah nama “Sabun

Pears”.

Pada saat ini perhatian pada produk tipe ini meningkat dikarenakan tingginya ketertarikan

konsumen pada sabun batang sejernih kaca. Banyak usaha telah dilakukan untuk

menghapuskan tahap evaporasi alkohol dari proses untuk memproduksi sabun batang

berkualitas tinggi pada throughput tinggi. Tujuan ini telah dicapai beberapa produsen dengan

cara mengurangi kandungan sabun pada formulasi dan menggantinya dengan konsentrasi

tinggi gula alkohol dan pelarut lain. Pelarut yang umum digunakan adalah etanol, propylene

glycol, dipropylene glycol dan triethanolamine. Bahan-bahan ini dikombinasikan dengan

campuran gula alkohol seperti gliserol, sorbitol dan sukrosa. Komponen ini bersama dengan

air merupakan 50% komposisi produk. Proses ini melibatkan pencampuran bahan-bahan

terlebih dahulu dengan temperatur yang meningkat dan kemudian dituangkan ke dalam

cetakan.

Sabun batang kemudian dilepaskan dan dikemas atau dijual di dalam cetakan. Formulasi

yang sukses adalah yang membentuk larutan isotropis pada temperatur meningkat dan tidak

membentuk fasa kristal cair selama tahap pendinginan. Hal ini meminimalisir pembentukan

padatan kristal besar yang dapat mengurangi transparansi produk akhir. Pelarut dan gula

alkohol juga membantu pembentukan produk jernih dengan menghambat pembentukan

kristal.

Ada banyak contoh produk tipe ini yang beredar di pasaran terutama di Jepang dimana

produk lembut berbahan dasar surfaktan sintetik juga berkembang dengan proses yang sama.

Produk dari Eropa yang paling dikenal adalah Neutragena yang berbahan dasar sabun

triethanolamine.

2.5.4 Sabun Cair dan Body Wash

Pada akhir 1970an dan awal 1980an bentuk baru produk sabun diperkenalkan, yaitu sabun

tangan cair. Sabun cair ini ditawarkan sebagai pengganti sabun batang untuk digunakan di

wastafel kamar mandi dan dapur. Pabrik menggunakan dua formulasi dasar untuk produk ini:

formulasi berbahan dasar sabun dan berbahan dasar sintetik. Formulasi berbahan dasar sabun

biasanya menggunakan sabun kalium yang karena kelarutannya yang tinggi tidak mengendap

pada temperatur rendah. Sabun ini biasanya memiliki panjang rantai pendek, seperti sabun

kelapa atau campuran rantai pendek dengan sabun tak jenuh seperti oleat. Baru-baru ini,

formulasi ini digantikan oleh formulasi berbahan dasar surfaktan sintetik. Formulasi

surfaktan sintetik memiliki kelebihan diantaranya lebih lembut untuk kulit, pembilasan yang

lebih bersih, busa yang lebih banyak dan kurang sensitif terhadap kesadahan air. Formulasi

surfaktan sintetik adalah sekitar 80% air dan mengandung sodium alkylethoxy sulphate

sebagai surfaktan utama, surfaktan nonionik seperti lauramide DEA, dan surfaktan amfoterik

pembuat busa seperti cocoamidopropylbetaine. Pasar global telah berkembang secara

signifikan sejak awal diperkenalkannya sabun tangan cair, dan kebanyakan produk sekarang

sering mengandung agen menguntungkan seperti agen antibakteri (seperti TCS) dan/atau

moisturizer (biasanya gliserol atau gula alkohol).

Body wash diperkenalkan selanjutnya ke pasaran. Produk ini telah menjadi salah satu produk

utama pasar global. Body wash memiliki formulasi sederhana seperti sabun tangan cair atau

emulsi kompleks 2-dalam-1 minyak-dalam-air dan formulasi pelembab. Produk ini

mengandung surfaktan sintetik yang tidak biasanya ditemukan dalam sabun batang atau

sabun tangan cair, seperti sodium monoalkyl phosphate dan alkyl aminocarboxylates. Bukan

hal yang aneh jika ditemukan lebih dari 20 komponen berbeda dalam formulasi ini dengan

tidak kurang 6 atau 7 surfaktan yang berbeda. Produk ini juga dapat mengandung agen yang

menguntungkan kulit seperti kolesterol, alkohol lemak, asam lemak, polimer kationik dan

minyak emollient untuk memberikan pembersihan yang lebih lembut pada kulit dan

kelembaban saat dipakai.

2.6 PABRIK SABUN BATANG

Konversi sabun dasar basah menjadi sabun batang yang diterima konsumen bisa diperoleh

menggunakan satu dari dua rute proses pabrik yang umum digunakan: pembentukan casting-

molding dan milling-extrusion, keduanya menggunakan beragam unit operasi proses atau

tahap penyelesaian. Tahap-tahap tersebut adalah pencampuran basah atau crutching,

pengeringan, pencampuran kering atau compounding, dan pembentukan sabun batang yang

disebut penyelesaian. Sejumlah inovasi baru pada 2 rute dasar tersebut diantaranya proses

ekstrusi panas dan proses pencetakan kontinyu, yang menggantikan proses cetak-matang

yang lama.

2.6.1 Pencetakan dalam Bingkai

Proses pencetakan yang paling umum digunakan adalah yang disebut “proses cetakan

batang.” Proses ini adalah yang tertua dan paling mudah dilakukan pada produksi sabun

batang. Sabun dasar basah dipompa ke dalam tangki pemanas dan pengaduk yang disebut

crutcher. Bahan tambahan yang digunakan dalam sabun batang seperti pewangi atau

pengawet ditambahkan pada sabun basah dalam crutcher atau diinjeksi setelah temperatur

aliran produk dikurangi. Campuran panas kemudian dipompa ke dalam cetakan dan dibiarkan

dingin.

Mold ini bisa diselesaikan menjadi mold bentuk batang atau bongkahan besar. Mold bentuk

batang akhir bisa berada dalam desain dua potong atau segi lima, dan desain terbuka di atas.

Selama pendinginan, sabun batang padat diangkat dari cetakan dan dikemas sesuai keinginan.

Untuk bongkahan besar, mold ditarik dan bongkahan dari sabun padat diangkat. Pisau cutter

digunakan untuk memotong bongkahan menjadi potongan tebal, lalu menjadi potongan garis-

garis panjang dan akhirnya menjadi potongan bata persegi sebagai bentuk akhir dari sabun

batang. Bata persegi akhir kemudian distempel dengan logo timbul dan beberapa modifikasi

kecil lainnya. Bongkahan besar ini hanya sesuai untuk dibentuk menjadi seperti bata,

sedangkan mold bentuk batang bisa diolah menjadi bentuk lain yang lebih rumit.

Dahulu, proses ini digunakan terutama untuk sabun batang yang murah karena hanya

memproduksi sabun batang dengan pilihan bentuk terbatas. Turunan dari proses ini telah

digunakan bertahun-tahun untuk membuat sabun batang transparan yang disebut proses

cetak-matang.

2.6.2 Cetak-Matang

Proses cetak-matang dilakukan untuk membuat sabun transparan berkualitas tinggi, dengan

produk yang paling dikenal yaitu “Sabun Pears.” Proses ini mirip dengan proses

pembingkaian kecuali adanya penambahan alkohol berlevel tinggi dan membutuhkan waktu

yang lama.

Lelehan awal berbahan dasar tallow semikonvensional: Campuran CNO dengan tambahan

pelarut dituangkan ke dalam mold bentuk batang yang membujur dan dibiarkan dingin.

Setelah pendinginan, produk tidak tembus cahaya dipotong menjadi bentuk batang dan

distempel timbul dengan logo dan ditempatkan dalam oven untuk menguapkan alkohol.

Setelah beberapa minggu sabun batang diangkat dari oven dimana sabun telah menjadi

transparan. Sabun kemudian dibersihkan permukaannya untuk mengoptimalkan penampilan

transparan dan dikemas seperti sabun batang biasa.

2.6.3 Pencetakan Kontinyu

Perbaikan proses cetak-matang sederhana pertama kali hadir di Eropa dan Jepang dimana

sabun batang transparansi tinggi berkualitas premium menggeser penggunaan sabun mandi

konvensional. Dua kemajuan utama adalah teridentifikasinya formulasi baru yang tidak

memerlukan waktu pematangan yang lama dan yang kedua dilakukannya proses secara

otomatis. Menggunakan dua kombinasi kemajuan ini, target keluaran yang hampir dicapai

pada proses pembuatan sabun konvensional sekarang bisa diperoleh. Sejumlah desain mesin

berbeda muncul tapi pada dasarnya proses yang digunakan sama: lelehan panas diinjeksi ke

dalam cetakan, dan kemudian melalui terowongan pendingin setelah batang diangkat dari

cetakan dan dikemas atau cetakan menjadi kemasan utama karena mudah ditutup dan bisa

didinginkan setelah proses. Pada proses yang disebutkan terakhir, cetakan biasanya terbuat

dari plastik transparan sehingga konsumen dapat melihat transparansi sabun yang sempurna.

2.6.4 Pembentukan dengan Penggilingan/Ekstrusi

Proses yang paling umum untuk produksi sabun batang adalah proses penggilingan. Proses

ini memiliki 2 tahap yang berbeda, yaitu tahap pengeringan diikuti tahap penyelesaian. Laju

produksi pada proses berkecepatan tinggi mencapai 400 batang/menit. Batasan tahap dari

proses ini adalah laju penstempelan batang, yang telah menjadi subjek banyak kemajuan

teknologi saat ini.

Selama tahap pengeringan, sabun dasar basah yang mengandung kurang lebih 30% air

dipompa ke dalam tangki pencampur (crutcher) dimana penambahan dan pencampuran bahan

aditif lain bisa dilakukan. Termasuk bahan pembantu seperti kelebihan asam lemak dan

pengawet. Bahan aditif dalam jumlah besar juga bisa ditambahkan pada tahap ini seperti

asam lemak untuk sabun super-fatting, dan surfaktan sintetik. Cara alternatif bagi beberapa

bahan-bahan ini dan terutama bagi yang sensitif terhadap panas atau cenderung untuk

mengalami pemisahan fasa dalam crutcher, yaitu dapat diinjeksi ke dalam aliran sabun

sebelum masuk ke pengering sabun utama. Tipe pengering sabun yang paling umum adalah

yang berupa vakum.

Sabun sederhana dari crutcher dengan suhu sekitar 900C, dipanaskan dahulu pada suhu 1300C

di dalam satu atau lebih penukar panas bertekanan rendah, dan kemudian disemprotkan ke

dinding menara kosong menggunakan nozzle. Nozzle bisa berupa unidirectional, terpasang

pada tongkat yang berputar, atau terpasang statis dan multidirectional. Pendinginan dan

pemanasan dilakukan melalui pelepasan air sebagai uap secara cepat, yang terjadi selama

dimasukkannya sabun superheated bertekanan ke dalam vacuum chamber. Sabun yang

kering dan dingin dikerik dari dinding menara menggunakan pisau pengerik yang terpasang

pada tongkat berputar. Kandungan air pada sabun kering tergantung dari laju reaksi,

temperatur sabun dan tekanan dalam vacuum chamber; tekanan juga mempengaruhi

temperatur akhir dari sabun. Sabun kering berada pada bagian bawah menara dalam bentuk

kepingan kecil dan through an airlock created by screw extrusion of the soap melalui plat

berlubang-lubang.

Proses pengeringan sabun alternatif menggunakan pengeringan cepat atmosferik dan

pengeringan permukaan dingin. Pada pengeringan cepat atmosferik, sabun superheated

(~190-2200C) disemprotkan pada tekanan sekitar 2,8 MPa (400 psi) (dengan nozzle yang

didesain khusus) sebagai partikel kecil ke bagian atas menara (pada tekanan atmosferik).

Proses penyemprotan menyebabkan hilangnya kandungan air secara cepat dari sabun

superheated menjadi uap. Pendinginan partikel sabun kering dan panas dilakukan dengan

cara menghembuskan udara dingin dari bagian bawah menara. Udara mendinginkan sabun

yang jatuh ke bawah menara. Udara pendingin juga berfungsi untuk melembabkan agar sabun

tidak menjadi terlalu kering. Sabun diangkat dari permukaan menara. Proses pengeringan

permukaan dingin mirip dengan pengeringan atmosferik, dengan proses pendinginan yang

dikendalikan oleh permukaan dingin dan bukan aliran udara pada menara. Sabun basah

dibuat sangat panas pada penukar panas bertekanan tinggi tanpa pendidihan. Pengeringan

dilakukan dengan cara melepaskan uap saat sabun superheated dimasukkan ke dalam

chamber dengan tekanan yang sedikit turun, yang disebut flash chamber. Lelehan sabun

kering dan panas didinginkan melalui lapisan tipis permukaan dingin, yang biasanya

berbentuk gulungan (silinder berputar). Sabun kering panas jatuh ke dalam celah kecil (~10-

50 µm) yang terbentuk di antara gulungan pendingin besar dan gulungan aplikator pengendali

temperatur berukuran kecil yang membantu penyeragaman bentuk lapisan. Saat gulungan

pendingin berputar, sabun yang dingin dan kering diangkat dengan cara mengeriknya

menggunakan pisau dan muncul dalam bentuk serpihan datar. Kinerja pengeringan sabun

dikendalikan oleh temperatur saat sabun dimasukkan dan aliran udara dalam flash chamber.

Proses ini luar biasa bagus untuk formulasi yang mengandung surfaktan sintetik modern

karena dapat merekatkannya dengan bahan lain yang digunakan. Pengeringan ini juga bisa

dilakukan menggunakan belt pendingin yang ditempatkan dalam gulungan pendingin.

Setiap rute ini ditujukan untuk memproduksi kepingan sabun dengan kandungan air 8-14%.

Kepingan sabun kering ini kemudian masuk ke tahap pertama proses penyelesaian dimana

biasanya digunakan mixer tipe-pita low shear. Alat ini bisa digunakan untuk mencampur

bahan pembantu seperti pigmen, parfum, pewarna, pengawet dan aktif antibakteri. Tahap ini

juga bisa digunakan untuk secara kasar mencampurkan sejumlah besar agen bermanfaat

seperti gula alkohol, minyak emollient, dll. walaupun harus diperhatikan bahwa jika bahan

cair ditambahkan dalam jumlah besar, diperlukan pencampuran high shear untuk benar-benar

menghomogenkan bahan-bahan ini ke dalam sabun. Bahan aditif ini bisa ditambahkan secara

manual atau otomatis menggunakan weighbelts.

Tahap selanjutnya dari proses penyelesaian biasanya menggunakan sistem high shear. Untuk

pencampuran sabun yang membutuhkan pencampuran intensif (seperti sabun semi-

transparan) biasanya menggunakan mixer Z-blade atau sigma-blade yang bisa dikontrol

secara termostatis dan tertutup untuk menghindari hilangnya air. Gumpalan sabun dari mixer

ini kemudian diumpankan ke dalam penggiling untuk diproses lebih lanjut. Untuk

kebanyakan sabun konvensional, digunakan proses high shear tahap tunggal, menggunakan

penggiling 3 gulungan. Pada proses ini sabun melalui rangkaian gulungan baja yang rapat dan

temperaturnya terkontrol, yang menentukan temperatur produk, kinerja masukan di dalam

campuran sabun dan memberikan pencampuran mikro yang efisien. Penggiling didesain

dengan gulungan-gulungan yang berputar berlawanan arah dan lajunya meningkat dibanding

gulungan sebelumnya. Oleh sebab itu, pada kontak antara dua gulungan penggiling, dua

permukaan bergerak pada arah yang sama tapi dengan kecepatan berbeda. Zona, yang disebut

bead, terbentuk pada kontak ini dimana bahan tercampur secara mikro melalui pencampuran

high shear alami dari zona. Jarak antar gulungan diatur agar secara efektif menumbuk

partikel butiran di dalam produk. Pada puncak gulungan, sabun dikerik menggunakan pisau

dalam pita yang lebarnya kurang dari 5 cm.

Penggilingan tidak hanya memberikan pencampuran yang intens, tapi juga mengurangi

keragaman pada ketebalan pita dan bongkahan bahan, seperti sabun yang terlalu kering, yang

akan berdampak pada tekstur sabun batang akhir. Penggilingan juga digunakan pada

pembentukan fasa kristal sabun batang, yang memainkan peran penting dalam kinerja sabun

batang dan karakteristik penanganan dari sabun yang masih diproses. Sebagai contoh,

temperatur penggilingan yang terlalu panas dapat membuat sabun menjadi lengket sehingga

sulit untuk diproses lebih lanjut, as well as a bar that is mushy in use.

Setelah tahap high shear sabun dipindahkan secara langsung ke dalam extruder. Tahap

ekstrusi yang biasa disebut sebagai plodding ini menggunakan dua tahap extruder twin-

worm-screw yang berputar berlawanan atau searah. Tujuan dari plodding adalah untuk

memadatkan noodle sabun menjadi gumpalan sabun padat yang bentuknya dapat diatur dan

hampa udara. Tahap pertama plodder yaitu menekan sabun melalui plat berlubang-lubang

yang berfungsi sebagai airlock untuk tahap kedua. Tahap kedua dilakukan dalam vakum

untuk membuang udara yang akan mempengaruhi penampilan sabun batang. Untuk formulasi

yang sulit untuk diplod dan sensitif terhadap temperatur, bisa digunakan intermeshed screw

extruder untuk tahap kedua ini. Pada tahap kedua juga sabun ditekan melalui silinder yang

temperaturnya terkontrol dan berakhir dalam kerucut berupa plat berlubang-lubang. Plat

berlubang menghasilkan sabun dengan dimensi yang sama untuk dipotong dan distempel

sesuai keinginan. Selama tahap plodding, panas bisa ditambah atau dikeluarkan. Worm screw

dan conical termination dari silinder mengubah sabun menjadi gumpalan plastik (pada

temperatur yang sesuai), yang merekat bersama dan terlihat sebagai sabun kontinyu yang

permukaannya halus.

Sabun pada bagian keluaran plodder dipotong dengan panjang yang sesuai dan diarahkan

menuju proses stamping dan pengemasan. Produk dapat distamping sesuai bentuk yang

diinginkan (karena sifat plastisitas) menggunakan cetakan kapasitas tetap atau cetakan kotak.

Cetakan kapasitas adalah sepasang cetakan yang ditekan bersama untuk membentuk batangan

sesuai dengan keinginan. Cetakan memiliki bentuk yang tetap dan kelebihan material akan

tertekan keluar dari cetakan. Kelebihan, biasanya 20% dari jumlah awal sabun, didaur ulang

ke dalam plodder.

Cetakan kotak adalah susunan dua cetakan, yang memiliki rongga yang disebut kotak, yang

membentuk sabun batang. Sabun ditempatkan dalam rongga dan dua cetakan menekan sabun

untuk mengisi bentuk diantara 2 cetakan dan kotak. Hanya ada sedikit kelebihan sabun yang

keluar karena alat ini dirancang sesuai dengan jumlah gumpalan material total untuk mengisi

bentuk. Sabun batang yang dihasilkan memiliki garis disekelilingnya dikarenakan kotak pada

cetakan. Cetakan kapasitas memberikan fleksibilitas yang lebih baik pada desain sabun

batang, sedangkan cetakan kotak memiliki kelebihan yaitu menghasilkan lebih sedikit bahan

yang didaur ulang. Cetakan biasanya dibuat dari kuningan yang dikilapkan untuk

menghasilkan produk yang mengkilap, permukaannya halus dan juga dingin (~0-150C) untuk

menghindari lengketnya produk saat stamping. Hal selanjutnya untuk menghindari

kelengketan sabun batang pada cetakan, liquor dari larutan garam terkonsentrasi atau gliserol

bisa dioleskan pada permukaan cetakan. Biasanya dilakukan pada sabun batang yang

mengandung banyak fraksi cair seperti formulasi surfaktan sintetik-sabun. Alternatif lainnya

adalah dengan menggunakan cetakan yang sangat dingin atau cetakan dengan lapisan

elastomer. Unfortunately the former can suffer from ice-buildup particularly on start-stop

operation whereas the latter have no such problems and can be easily tailored to specific

formulations.

Sabun batang yang telah distempel kemudian dibungkus atau ditempatkan dalam karton

untuk dijual. Proses penyelesaian sabun mulai dari plodder sampai pengemasan beroperasi

dengan laju 150 sampai 400 batang/menit, tergantung desain stempel dan alat pengemas.

2.7 ASPEK EKONOMI

Pasar dunia untuk sabun dan deterjen bernilai US$ 88 x 109 pada tahun 2000 berdasarkan

penelitian pasar yang dilaporkan oleh London School of Hygiene and Tropic Medicine. Asia,

Eropa Barat dan Amerika Utara mencatatkan hampir 87% total konsumsi sabun di dunia.

Konsumsi sabun dan deterjen secara global bertumbuh 29% dalam waktu 5 tahun hingga

2000. Pertumbuhan penjualan sabun terutama terjadi di Eropa Barat (+31%), Asia (+59%),

dan Amerika Latin dan Karibia (+41%). Pada saat yang sama, penjualan di pasar Amerika

Utara hanya bertambah 14% sebagai dampak resesi ekonomi sehingga mengurangi penjualan

di Australasia dan Rim Pasifik selama beberapa tahun. Pada wilayah Timur Tengah dan

Afrika diyakini penjualan bertambah 72% dan 65%, dari yang sebelumnya bernilai sangat

rendah.

Pasar sabun global didominasi sejumlah kecil perusahaan multinasional. Sabun hanyalah

salah satu sektor dari produk-produk mereka. Pada perusahaan multinasional seperti Unilever

dan Procter and Gamble, industri sabun dan detergen hanya merupakan <20% dari

keseluruhan badan usaha mereka.

Tabel 2.2 dan 2.3 di bawah adalah daftar 20 perusahaan top yang mendominasi industri

toiletries dan kosmetik global. Harga penjualan telah sedikit berubah dikarenakan akuisisi

yang baru-baru ini terjadi.

2.8 METODE ANALISA

2.8.1 Sabun dan Bahan yang Berhubungan

Dua sumber referensi paling penting untuk metode analisa sabun dan bahan baku sabun

adalah Official Methods and Recommended Practices of the American Oil Chemists’ Society

dan Annual Book of ASTM Standards of the American Society for Testing and Materials

Volume 15.04.

Karakter utama sabun adalah sebagai berikut:

1. Kandungan Anhidrat Sabun: Sampel sabun dilarutkan dalam campuran pelarut etanol

dan air dibantu dengan asam mineral. Asam lemak yang dibebaskan bereaksi dengan

larutan NaOH untuk membentuk sabun. Hasil sabun dikeringkan dan ditimbang untuk

mengetahui kandungan anhidrat sabun dari sampel asli.

2. Total Asam Lemak dan Kandungan Sabun Asli: asam lemak yang dibebaskan dari

sampel dengan asam mineral berikutnya direcovery oleh serangkaian ekstraksi eter

petroleum, dikeringkan dan ditimbang. Kandungan total asam lemak adalah fraksi

berat asam lemak dalam sampel. Kandungan sabun asli bisa diperoleh dengan

mengalikan persentase asam lemak total dengan faktor gravimetri jenis sabun.

3. Kandungan Air dalam Sabun: Metode utama yang digunakan untuk mengukur

kandungan air adalah titrasi Karl Fischer. Metode ini cepat dan bermanfaat khususnya

ketika air berada dalam persentase kecil. Metode lain adalah pengeringan dengan

oven pada suhu 1050C seperti dijelaskan dalam AOCS Method Da 2a-48 dan ASTM

Method D460 Section 14.

4. Kandungan Gliserol Bebas dalam Sabun: Metode ini menentukan kandungan gliserol

bebas dalam sabun dengan cara mengoksidasi gliserol dengan asam periodat.

5. Asam Lemak Bebas dan Alkali Bebas dalam Sabun: Ditentukan menggunakan titrasi,

dengan alkali atau standar, sampai titik akhir fenolftalen.

Kromatografi gas dan kromatografi cair kinerja tinggi adalah dua instrumen analisis yang

banyak digunakan untuk menentukan komposisi asam lemak bebas, kandungan gliserol

dan bahan pembantu.

2.8.2 Metode Evaluasi untuk Sabun Batang Akhir

Warna sabun batang dievaluasi melalui perbandingan antara produk segar dengan

berbagai standar seperti kertas atau kepingan warna plastik dan sampel produk standar.

Metode lain adalah mengukur refleksi warna sampel produk menggunakan sebuah

instrumen. Sifat sabun batang lainnya dievaluasi diantaranya melalui kinerja pencucian,

atau dengan metode instrumental. Meliputi volum busa, mush batang, keretakan kering,

rasa sabun selama pencucian, kekerasan batang dan partikel asing dalam sabun. Rincian

pengukuran ini diilustrasikan dalam Referensi (44).

2.9 FAKTOR KESEHATAN DAN KEAMANAN

Pabrik sabun memerlukan perhatian khusus pada beberapa penanganan bahan karena

reaksi dari kaustik kuat dengan minyak dan lemak netral atau asam lemak berada pada

temperatur tinggi. Kaustik, seperti NaOH dan KOH, adalah sumber bahaya utama. Pada

konsentrasi sekitar 50%, kaustik ini amat korosif dan dapat menyebabkan luka bakar

serius dan kerusakan mata jika tidak segera dibersihkan dengan pembilasan menggunakan

banyak air. Pakaian pelindung yang sesuai sangat diperlukan ketika menangani bahan ini.

Sabun sebagai produk kebersihan pribadi memiliki sejarah panjang pemakaian. Sabun

modern telah diformulasi secara khusus agar cocok dengan kulit dan dapat digunakan

setiap hari dengan efek samping seminimal mungkin. Namun, penggunaan sabun yang

terlalu banyak dapat merusak fungsi pelindung alami pada kulit melalui pengangkatan

minyak kulit dan merusak lapisan ganda lemak dalam kulit. Hal ini bisa berakibat

desquamation yang tidak sempurna atau kulit yang tampak kering dan menyebabkan

iritasi atau eritema, seperti kemerahan pada kulit. Tidak satupun yang bersifat permanen;

dan reaksi pada kulit tergantung dari jenis kulit setiap individu, formulasi produk dan

frekuensi penggunaan.

Ada sejumlah penelitian tentang kecocokan produk pembersih dengan kulit. Pabrik sabun

modern meningkatkan kecocokan produk mereka dengan kulit melalui berbagai metode

uji kimia. Metode ini sering digunakan untuk mengevaluasi kelembutan (potensi iritasi)

dari formulasi uji yang dibandingkan dengan formulasi lain dengan basis kulit kering dan

munculnya iritasi pada kulit (kemerahan). Ada banyak laporan mengenai studi

perbandingan berbagai formulasi dan kelembutannya untuk kulit; bagaimanapun, hasil

dari metode uji yang dibesar-besarkan tersebut tidak bisa merefleksikan pengalaman

konsumen dengan produk. Jika terjadi kontak langsung dengan membran sensitif seperti

mata, sabun dapat menyebabkan iritasi yang terasa nyeri. Lagi-lagi, ini hanyalah respons

sementara yang bisa diatasi dengan pembilasan. Terhirup sabun hanya berisiko kecil.

Iritasi kecil sementara pada membran mukos dan gangguan pencernaan seperti mual,

muntah dan diare bisa terjadi.

2.9.1 Manfaat Kesehatan dan Sosial

Sanitasi yang buruk, kebersihan pribadi yang buruk dan penyakit menular telah

menyebabkan lebih banyak penderitaan dan kematian dalam sejarah, dibanding perang

atau konflik. Jauh sebelum ditemukannya peran mikroorganisme yang menyebabkan

penyakit, Dr. John Snow (1813-1858) melalui pendalaman yang brilian namun berhati-

hati, membuktikan dengan jelas adanya hubungan antara epidemic kolera yang

mematikan di London pada abad 19 dengan kondisi sanitasi yang buruk. Usahanya

tersebut juga menunjukkan pentingnya berfokus pada “cara penularan” untuk

mengendalikan penyebaran penyakit. Pada saat yang sama, Sir Edwin Chadwick (1800-

1890) juga memperkenalkan pemikiran radikal pada kontrol sosial proaktif terhadap

penyakit, dengan menanggulangi penyebabnya dan mencegah penyebarannya. Dia

dengan keras menekankan pentingnya penggunaan air dan sabun untuk kebersihan dalam

arti mengendalikan penyakit.

Kesadaran terhadap penggunaan air dan sabun untuk kebersihan, kesehatan pribadi dan

pentingnya peran sabun di dalamnya, menyebabkan dihapusnya bea masuk sabun pada

1852 di Britania Raya, sehingga menyebabkan menurunnya pendapatan pajak tahunan

sebesar GBP 1.126.000. Konsumsi sabun di Britania Raya meningkat tajam selama 30

tahun berturut-turut, hingga mencapai 7 kg per tahun untuk setiap orang.

Kemajuan pada higienitas pribadi, mencuci pakaian lebih sering dan lebih efektif, dan

pengembangan produk yang sesuai untuk menjaga dapur, rumah, tempat kerja, dll tetap

bersih, memberikan kontribusi yang signifikan terhadap pengendalian penyakit menular

pada era ini.

Saat ini, lebih dari 2 juta anak meninggal setiap tahun karena penyakit diare yang

disebabkan kebiasaan dan lingkungan yang tidak higienis. Daftar penyakit menular tidak

terkendali yang umum meliputi hepatitis viral, salmonellosis, tifus, trakoma, kurap, dll.

Tangan yang terkontaminasi, pakaian, peralatan makan, dll menjadi alat penyebaran

patogen yang menyebabkan berbagai penyakit. Penggunaan sabun dan surfaktan yang

sesuai untuk meningkatkan kebersihan akan menjadi usaha yang efektif untuk mencegah,

dan melawan infeksi penyakit. Sabun tidak membunuh bakteri, tetapi menyingkirkan

dengan cara membasahi, mengurangi jumlah mereka hingga di bawah jumlah yang

berbahaya. Beberapa penelitian baru-baru ini, sebagai contoh, telah menunjukkan bahwa

mencuci tangan dengan sabun mengurangi risiko pneumonia dan diare pada lebih dari

40% orang yang tinggal di lingkungan miskin. Jumlah ini bisa mencegah lebih dari 1 juta

kematian anak karena diare setiap tahun, di negara berkembang. Banyak badan

internasional seperti UNICEF/Bank Dunia, pemerintah, dan perusahaan sektor pribadi

telah bergabung mempromosikan kampanye ini. Sebagai contoh, Unilever Afrika Selatan

dan Department of Water Affairs and Forestry (DWAF) Afrika Selatan pada 2003 telah

meluncurkan, kampanye besar-besaran untuk mengajar anak-anak sekolah bahwa

melakukan hal sederhana seperti mencuci tangan dengan sabun dan air dapat

menyelamatkan banyak kehidupan. Inisiatif ini menjadi program utama hingga beberapa

tahun mendatang, di beberapa negara berkembang.

2.10 Penggunaan Utama

Penggunaan sabun untuk tubuh maupun pakaian atau untuk membersihkan peralatan

maupun sebagai agen deterjen, masih menjadi penggunaan utama pada semua sabun.

Untuk produksi sabun pada 1987 (5,4 x 105 MT), kurang lebih 80% digunakan untuk

sabun batang. Sabun yang digunakan dalam sabun batang biasanya merupakan campuran

panjang rantai berbeda, garam asam lemak jenuh dan tak jenuh dari natrium, kalium, dan

trietanolamina. Sabun berantai pendek, <C12, dan sabun berantai panjang tak jenuh, larut

dalam air pada temperatur kamar/hangat sehingga mampu menghasilkan busa saat

pencucian.

Sabun asam lemak dengan rantai yang lebih panjang kurang larut dalam air dan

memainkan peran dalam pembentukan struktur sabun dan memberikan kekuatan mekanis

pada sabun batang. Formulasi sabun batang di pasaran mengandung ± 85% sabun, ± 12%

air dan bahan pembantu seperti gliserol, pengawet, garam, pewarna dan parfum.

Pada produk perawatan kulit asam lemak biasanya dinetralisasi sebagian dengan basa

alkali atau amina untuk menghasilkan campuran sabun dan asam lemak yang

membangun jaringan surfaktan untuk menebalkan fasa cair dan juga mengemulsifikasi

tetesan minyak. Asam lemak berantai panjang yang dimanfaatkan untuk tujuan ini

biasanya yang merupakan campuran asam palmitat dan stearat. Formulasi sederhana

untuk krim kulit mengandung sekitar 20% asam lemak dan campuran sabun kalium dan

80% air. Cetyl alkohol, glikol monostearat adalah surfaktan yang umum digunakan dalam

jaringan.

Selama berabad-abad, telah ditemukan berbagai macam aplikasi sabun karena

karakteristik kimia fisiknya yang menarik. Sabun logam amina dan alkali cukup larut

dalam air, dan sebagai agen aktif permukaan, merupakan bahan penting bagi banyak

kebersihan industri atau pemecahan lemak yang digunakan dalam proses tekstil, wol dan

kulit, electroplating logam, dll.

Sifat aktif permukaannya juga banyak digunakan untuk meramu dan menstabilkan emulsi

seperti pada cat berbahan dasar air, semprotan insektisida, lateks polimer dan karet,

suspensi obat, kosmetik dan krim perawatan pribadi, dll. Mereka juga digunakan sebagai

agen pembusaan dalam krim cukur, ramuan pemadam kebakaran, pasta gigi, beton

ringan, dll. Tegangan permukaan yang menurunkan sifat sabun juga dimanfaatkan untuk

pengendalian anti serangga, karena serangga atau larva tidak dapat mengapung di air jika

tegangan permukaannya diturunkan. Owing to the amphiphilicity of their molecules many

soaps self-assemble in interesting planar or fibrous liquid crystalline or crystalline forms,

both in aqueous and nonaqueous media. They have an ability to entrap and immobilize a

large proportion of the solvent media, within three-dimensional frame-work structures.

This property is used, e.g., in the preparation of antiperspirant or deodorant sticks using

sodium stearate (55); or in the preparation of lubricating greases using

lithium/sodium/calcium/aluminum stearates, or hydroxyl stearates (56)

Karena sabun adalah agen pembasah yang baik, maka sabun memberikan perekatan yang

baik untuk struktur komposit multi-fasa. Sebagai contoh, semen aspal tidak dapat

berikatan dengan kuat dengan agregat batu dikarenakan adanya air. Sabun memperbesar

ikatan ini, membuat aspal lebih tahan air. Sabun logam kering seperti magnesium atau

kalsium stearat adalah pelumas fasa padat yang sempurna untuk pemrosesan padatan.

Mereka digunakan untuk membuat cetakan dan alat pelubang yang bagus, untuk

pembuatan tablet dalam industri farmasi atau untuk membantu proses pembentukan

logam seperti kawat, lembar gulungan, dll. Kalsium stearat telah direkomendasikan

sebagai penambah kekuatan bread-dough dan pelembut serpihan. Beberapa sabun, seperti

zinc-undecylenate, juga digunakan untuk menghambat pertumbuhan bakteri atau anti

jamur.