novice

METODE ZA PROIZVODNJO ALKIL GLUKOZIDOV

Fischerjeva glikozidacija je edina metoda kemijske sinteze, ki je omogočila razvoj današnjih ekonomskih in tehnično dovršenih rešitev za obsežno proizvodnjo alkil poliglukozidov. Proizvodni obrati z zmogljivostjo več kot 20.000 t/leto so že bili realizirani in širijo paleto izdelkov industrije površinsko aktivnih snovi s površinsko aktivnimi snovmi na osnovi obnovljivih surovin. D-glukoza in linearni maščobni alkoholi C8-C16 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 kislinskih katalizatorjev, pri čemer je voda stranski produkt. Vodo je treba destilirati iz reakcijske zmesi, da se reakcijsko ravnovesje premakne proti želenim produktom. Med postopkom glikozidacije se je treba izogibati nehomogenostim v reakcijski zmesi, saj vodijo do prekomernega nastajanja tako imenovanih poliglukozidov, ki so zelo nezaželeni. Številne tehnične strategije se zato osredotočajo na homogenizacijo eduktov n-glukoze in alkoholov, ki se zaradi različne polarnosti slabo mešajo. Med reakcijo se tvorijo glikozidne vezi tako med maščobnim alkoholom in n-glukozo kot tudi med samimi n-glukoznimi enotami. Alkil poliglukozidi posledično tvorijo zmesi frakcij z različnim številom glukoznih enot na dolgoverižnem alkilnem ostanku. Vsaka od teh frakcij je sestavljena iz več izomernih sestavin, saj n-glukozne enote med Fischerjevo glikozidacijo v kemijskem ravnovesju prevzamejo različne anomerne oblike in obročne oblike, glikozidne povezave med D-glukoznimi enotami pa se pojavljajo na več možnih veznih mestih. Anomerno razmerje D-glukoznih enot je približno α/β = 2:1 in se zdi, da ga je v opisanih pogojih Fischerjeve sinteze težko vplivati. V termodinamično nadzorovanih pogojih n-glukozne enote, ki jih vsebuje zmes produktov, obstajajo pretežno v obliki piranozidov. Povprečno število n-glukoznih enot na alkilni ostanek, tako imenovana stopnja polimerizacije, je v bistvu funkcija molskega razmerja eduktov med proizvodnjo. Zaradi njihovih izrazitih površinsko aktivnih lastnosti[1] imajo posebno prednost alkil poliglukozidi s stopnjami polimerizacije med 1 in 3, za katere je treba v postopku uporabiti približno 3–10 mol maščobnega alkohola na mol n-glukoze.

Stopnja polimerizacije se zmanjšuje z naraščanjem presežka maščobnega alkohola. Presežek maščobnih alkoholov se loči in regenerira z večstopenjskim postopkom vakuumske destilacije s padajočim filmom uparjalnikov, tako da se toplotna obremenitev zmanjša na minimum. Temperatura izhlapevanja mora biti ravno prav visoka, čas stika v vroči coni pa ravno prav dolg, da se zagotovi zadostna destilacija presežnega maščobnega alkohola in pretok taline alkil poliglukozida brez kakršne koli 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 ostanek, topen v vodi, se lahko s prednostjo uporabi vrsta korakov izhlapevanja.

Tudi v najblažjih pogojih za sintezo in izhlapevanje maščobnih alkoholov pride do neželene rjave obarvanosti, zato so za rafiniranje produkta potrebni postopki beljenja. Ena od metod beljenja, ki se je izkazala za primerno, je dodajanje oksidanta, kot je vodikov peroksid, vodni formulaciji 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 procesa je treba oblikovati. Dongfu ponuja nekaj predlogov za načrtovanje rešitev in tehnične rešitve ter pojasnjuje kemijske in fizikalne pogoje za proces reakcije, ločevanja in rafiniranja.

Vsi trije glavni postopki – homogena transglikozidacija, postopek z gnojevko in tehnika dovajanja glukoze – se lahko uporabljajo v industrijskih pogojih. Med transglikozidacijo je treba koncentracijo vmesnega butil poliglukozida, ki deluje kot solubilizator za edukta D-glukozo in butanol, v reakcijski zmesi vzdrževati nad približno 15 %, da se preprečijo nehomogenosti. Iz istega razloga je treba koncentracijo vode v reakcijski zmesi, ki se uporablja za neposredno Fischerjevo sintezo alkil poliglukozidov, vzdrževati na manj kot približno 1 %. Pri višjih vsebnostih vode obstaja nevarnost, 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 zmesi.

Pri izbiri metode sinteze in njenih bolj sofisticiranih različic je treba upoštevati tako tehnične kot ekonomske dejavnike. Homogeni postopki transglikozidacije na osnovi D-glukoznih sirupov se zdijo še posebej ugodni za neprekinjeno proizvodnjo v velikem obsegu. Omogočajo trajne prihranke pri kristalizaciji surovine D-glukoze v verigi dodane vrednosti, kar več kot nadomesti višje enkratne naložbe v korak transglikozidacije in pridobivanje butanola. Uporaba n-butanola nima drugih pomanjkljivosti, saj ga je mogoče skoraj v celoti reciklirati, tako da so preostale koncentracije v pridobljenih končnih produktih le nekaj delcev na milijon, kar se lahko šteje za nekritično. Neposredna Fischerjeva glikozidacija po postopku z gnojevko ali tehniko dovajanja glukoze odpravlja korak transglikozidacije in pridobivanje butanola. Izvaja se lahko tudi neprekinjeno in zahteva nekoliko nižje kapitalske izdatke.

V prihodnosti bodo ponudba in cena fosilnih in obnovljivih surovin ter nadaljnji tehnološki napredek pri proizvodnji alkilnih polisaharidov odločilno vplivali na tržno zmogljivost in proizvodno zmogljivost razvoja in uporabe. Osnovni polisaharid že ima svoje tehnične rešitve, ki lahko zagotovijo pomembne konkurenčne prednosti na trgu površinske obdelave za podjetja, ki razvijajo ali so sprejela takšne postopke. 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 to določi nadomestke za površinsko aktivne snovi in spodbudi postavitev novih obratov za proizvodnjo alkilnih polisaharidov.

 


Čas objave: 23. julij 2021