METODE IZDELAVE ALKIL GLUKOZIDOV

Fischerjeva glikozidacija je edina metoda kemijske sinteze, ki je omogočila razvoj danes ekonomsko in tehnično dovršenih rešitev za velikoserijsko proizvodnjo alkil poliglukozidov. Zgrajeni so že proizvodni obrati s kapaciteto nad 20.000 t/leto, ki širijo proizvodni program industrije površinsko aktivnih snovi s površinsko aktivnimi sredstvi na osnovi obnovljivih surovin. D-glukoza in linearni C8-C16 maščobni alkoholi so se izkazali za prednostne surovine. Te edukte je mogoče pretvoriti v površinsko aktivne alkil poliglukozide s pomočjo neposredne Fischerjeve glikozidacije ali dvostopenjske transglikozidacije preko butil poliglukozida v prisotnosti kislih katalizatorjev, z vodo kot stranskim produktom. Vodo je treba destilirati iz reakcijske mešanice, da se reakcijsko ravnovesje premakne proti želenim produktom. Med procesom glikozidacije se je treba izogibati nehomogenostim v reakcijski zmesi, saj vodijo do prekomerne tvorbe tako imenovanih poliglukozidov, ki so zelo nezaželeni. Številne tehnične zvijače se zato osredotočajo na homogeniziranje eduktov n-glukoze in alkoholov, ki se zaradi razlike v polarnosti slabo mešajo. Med reakcijo nastanejo glikozidne vezi med maščobnim alkoholom in n-glukozo ter med samimi enotami n-glukoze. Alkilni poliglukozidi posledično nastanejo kot mešanice frakcij z različnim številom glukoznih enot na dolgoverižnem alkilnem ostanku. Vsaka od teh frakcij je sestavljena iz več izomernih sestavin, ker enote n-glukoze prevzamejo različne anomerne oblike in oblike obročev v kemijskem ravnovesju med Fischerjevo glikozidacijo in se glikozidne povezave med enotami D-glukoze pojavljajo v več možnih veznih položajih . Anomerno razmerje enot D-glukoze je približno α/β＝ 2:1 in zdi se, da je težko vplivati ​​nanj pod opisanimi pogoji Fischerjeve sinteze. Pod termodinamično nadzorovanimi pogoji obstajajo enote n-glukoze v mešanici izdelkov pretežno v obliki piranozidov. Povprečno število enot n-glukoze na alkilni ostanek, tako imenovana stopnja polimerizacije, je v bistvu funkcija molarnega razmerja eduktov med proizvodnjo. Zaradi izrazitih površinsko aktivnih lastnosti [1] imajo posebno prednost alkil poliglukozidi s stopnjami polimerizacije med 1 in 3, za katere je treba v procesu uporabiti približno 3-10 mol maščobnega alkohola na mol n-glukoze.

Stopnja polimerizacije se zmanjša, ko se poveča presežek maščobnega alkohola. Odvečni maščobni alkoholi so ločeni in rekuperirani z večstopenjskim procesom vakuumske destilacije z uparjalniki s padajočim filmom, tako da je toplotna obremenitev čim manjša. Temperatura izhlapevanja mora biti ravno dovolj visoka in kontaktni čas v vroči coni ravno dovolj dolg, da zagotovi zadostno destilacijo presežka maščobnega alkohola in pretok taline alkilnega poliglukozida brez pomembne reakcije razgradnje. Za ločevanje najprej frakcije z nizkim vreliščem, nato glavne količine maščobnega alkohola in na koncu preostalega maščobnega alkohola, dokler se alkil poliglikozid ne stopi kot vodotopen ostanek, se lahko s pridom uporabi niz korakov izparevanja.

Tudi pri najblažjih pogojih za sintezo in izhlapevanje maščobnih alkoholov bo prišlo do nezaželenega rjavega obarvanja, zato so potrebni postopki beljenja za rafiniranje izdelka. Ena metoda beljenja, ki se je izkazala za primerno, je dodajanje oksidacijskega sredstva, kot je vodikov peroksid, v vodno formulacijo alkil poliglikozida v alkalnem mediju v prisotnosti magnezijevih ionov.

Številne študije in različice, uporabljene v procesu sinteze, naknadne obdelave in rafiniranja, zagotavljajo, da tudi danes še vedno ni široko uporabne rešitve »na ključ« za pridobitev določene kakovosti izdelka. Nasprotno, vse korake postopka je treba oblikovati. Dongfu ponuja nekaj predlogov za zasnovo rešitve in tehnične rešitve ter pojasnjuje kemijske in fizikalne pogoje za reakcijo, ločevanje in postopek rafiniranja.

Vse tri glavne postopke – homogeno transglikozidacijo, postopek gnojevke in tehniko dovajanja glukoze – je mogoče uporabiti v industrijskih pogojih. Med transglikozidacijo mora biti koncentracija vmesnega butil poliglukozida, ki deluje kot solubilizator za edukta D-glukozo in butanol, v reakcijski zmesi nad približno 15 %, da se izognemo nehomogenostim. Za isti namen mora biti koncentracija vode v reakcijski mešanici, ki se uporablja za neposredno Fischerjevo sintezo alkil poliglukozidov, vzdrževana pri manj kot približno 1 %. Pri večjih vsebnostih vode obstaja tveganje, da se suspendirana kristalna D-glukoza spremeni v lepljivo maso, kar bi posledično povzročilo slabo obdelavo in prekomerno polimerizacijo. Učinkovito mešanje in homogenizacija spodbujata fino porazdelitev in reaktivnost kristalne D-glukoze v reakcijski mešanici.

Pri izbiri metode sinteze in njenih zahtevnejših različic je treba upoštevati tako tehnične kot ekonomske dejavnike. Homogeni transglikozidacijski procesi na osnovi D-glukoznih sirupov se zdijo posebej ugodni za neprekinjeno proizvodnjo v velikem obsegu. Omogočajo trajne prihranke pri kristalizaciji surovine D-glukoze v verigi dodane vrednosti, ki več kot nadomestijo višje enkratne investicije v korak transglikozidacije in pridobivanje butanola. Uporaba n-butanola ne predstavlja nobenih drugih pomanjkljivosti, saj ga je mogoče skoraj v celoti reciklirati, tako da so preostale koncentracije v predelanih končnih produktih le nekaj delcev na milijon, kar se lahko šteje za nekritično. Neposredna Fischerjeva glikozidacija v skladu s postopkom gnojevke ali tehniko dovajanja glukoze opusti korak transglikozidacije in pridobivanje butanola. Lahko se izvaja tudi neprekinjeno in zahteva nekoliko nižje kapitalske izdatke.

Ponudba in cene fosilnih in obnovljivih surovin ter nadaljnji tehnološki napredek v proizvodnji alkilnih polisaharidov bodo v prihodnosti odločilno vplivali na zmogljivost trga ter proizvodne zmogljivosti razvoja in uporabe. Osnovni polisaharid že ima lastne tehnične rešitve, ki lahko zagotovijo pomembne konkurenčne prednosti na trgu površinske obdelave za podjetja, ki razvijajo ali so sprejela takšne procese. To še posebej velja, ko so cene visoke in nizke. Proizvodni stroški proizvodnega sredstva so se dvignili na običajno raven, tudi če se cena lokalnih surovin nekoliko zniža, lahko popravi nadomestke za površinsko aktivne snovi in ​​lahko spodbudi namestitev novih proizvodnih obratov za alkil polisaharide.