METODE ZA PROIZVODNJU ALKIL GLUKOZIDA

Fischer glikozidacija je jedina metoda hemijske sinteze koja je omogućila razvoj današnjih ekonomskih i tehnički usavršenih rješenja za proizvodnju alkil poliglukozida velikih razmjera. Već su realizovani proizvodni pogoni kapaciteta preko 20.000 t/godišnje koji proširuju proizvodni asortiman industrije surfaktanata površinski aktivnim agensima na bazi obnovljivih sirovina. D-glukoza i linearni C8-C16 masni alkoholi su se pokazali kao poželjne sirovine. Ovi se produkti mogu pretvoriti u površinski aktivne alkil poliglukozide pomoću direktne Fischer glikozidacije ili dvostepene transglikozidacije preko butil poliglukozida u prisustvu kiselih katalizatora, s vodom kao nusproizvodom. Voda se mora destilirati iz reakcione smjese kako bi se pomaknula reakcijska ravnoteža prema željenim produktima. Tokom procesa glikozidacije treba izbjegavati nehomogenosti u reakcionoj smjesi, jer one dovode do prekomjernog stvaranja takozvanih poliglukozida, koji su vrlo nepoželjni. Mnoge tehničke strategije se stoga koncentrišu na homogenizaciju edukta n-glukoze i alkohola, koji se slabo miješaju zbog njihove razlike u polarnosti. Tokom reakcije formiraju se glikozidne veze između masnog alkohola i n-glukoze i između samih jedinica n-glukoze. Alkil poliglukozidi se posljedično formiraju kao mješavine frakcija s različitim brojem jedinica glukoze na dugolančanom alkilnom ostatku. Svaka od ovih frakcija se, zauzvrat, sastoji od nekoliko izomernih konstituenata, budući da jedinice n-glukoze poprimaju različite anomerne oblike i oblike prstena u hemijskoj ravnoteži tokom Fischerove glikozidacije, a glikozidne veze između jedinica D-glukoze se javljaju u nekoliko mogućih položaja vezivanja. . Odnos anomera jedinica D-glukoze je približno α/β＝ 2:1 i čini se da je teško uticati pod opisanim uslovima Fischerove sinteze. U termodinamički kontrolisanim uslovima, jedinice n-glukoze sadržane u mešavini proizvoda pretežno postoje u obliku piranozida. Srednji broj jedinica n-glukoze po alkilnom ostatku, takozvani stepen polimerizacije, u suštini je funkcija molarnog omjera edukta tokom proizvodnje. Zbog izraženih svojstava tenzida[1]posebna prednost imaju alkil poliglukozidi sa stepenom polimerizacije između 1 i 3, za koje se u procesu mora koristiti približno 3-10 mola masnog alkohola po molu n-glukoze.

Stepen polimerizacije opada kako se povećava višak masnog alkohola. Višak masnih alkohola se odvaja i izvlači postupkom vakuumske destilacije u više koraka sa isparivačima padajućeg filma, tako da se termički stres može svesti na minimum. Temperatura isparavanja treba biti dovoljno visoka, a vrijeme kontakta u vrućoj zoni dovoljno dugo da se osigura dovoljna destilacija viška masnog alkohola i protok taline alkil poliglukozida bez značajne reakcije raspadanja. Niz koraka isparavanja može se koristiti za odvajanje najprije frakcije niskog ključanja, zatim glavne količine masnog alkohola i na kraju preostalog masnog alkohola, sve dok se alkil poliglikozid ne otopi kao ostatak rastvorljiv u vodi.

Čak i pod najblažim uvjetima za sintezu i isparavanje masnih alkohola, pojavit će se neželjena smeđa boja, a procesi izbjeljivanja su potrebni za rafiniranje proizvoda. Jedna metoda izbjeljivanja koja se pokazala prikladnom je dodavanje oksidacijskog sredstva, kao što je vodikov peroksid, u vodenu formulaciju alkil poliglikozida u alkalnom mediju u prisustvu jona magnezija.

Višestruke studije i varijante koje se koriste u procesu sinteze, naknadne obrade i rafiniranja jamče da čak i danas još uvijek ne postoji široko primjenjivo rješenje „ključ u ruke“ za dobivanje određene kvalitete proizvoda. Naprotiv, svi koraci procesa moraju biti formulisani. Dongfu daje neke prijedloge za dizajn rješenja i tehnička rješenja, te objašnjava kemijske i fizičke uslove za proces reakcije, razdvajanja i rafiniranja.

Sva tri glavna procesa – homogena transglikozidacija, proces suspenzije i tehnika hranjenja glukozom – mogu se koristiti u industrijskim uslovima. Tokom transglikozidacije, koncentracija međuprodukta butil poliglukozida, koji djeluje kao solubilizator za edukte D-glukozu i butanol, mora se održavati preko oko 15% u reakcijskoj smjesi kako bi se izbjegle nehomogenosti. U istu svrhu, koncentracija vode u reakcionoj smjesi koja se koristi za direktnu Fischerovu sintezu alkil poliglukozida mora se održavati na manje od oko 1 %. Pri većem sadržaju vode postoji opasnost od pretvaranja suspendirane kristalne D-glukoze u ljepljivu masu, što bi kasnije rezultiralo lošom preradom i pretjeranom polimerizacijom. Efikasno miješanje i homogenizacija pospješuju finu distribuciju i reaktivnost kristalne D-glukoze u reakcionoj smjesi.

Prilikom odabira metode sinteze i njenih sofisticiranijih varijanti moraju se uzeti u obzir i tehnički i ekonomski faktori. Homogeni procesi transglikozidacije na bazi D-glukoznih sirupa su posebno povoljni za kontinuiranu proizvodnju u velikim razmjerima. Oni omogućavaju trajne uštede na kristalizaciji sirovine D-glukoze u lancu dodane vrijednosti, što više nego kompenzira veća jednokratna ulaganja u korak transglikozidacije i oporavak butanola. Upotreba n-butanola ne predstavlja druge nedostatke, budući da se može gotovo u potpunosti reciklirati tako da su preostale koncentracije u obnovljenim krajnjim proizvodima samo nekoliko dijelova na milijun, što se može smatrati nekritičnim. Direktna Fischerova glikozidacija u skladu sa postupkom suspenzije ili tehnikom hranjenja glukozom ne uključuje korak transglikozidacije i obnavljanje butanola. Također se može izvoditi kontinuirano i zahtijeva nešto niže kapitalne izdatke.

U budućnosti će ponuda i cijena fosilnih i obnovljivih sirovina, kao i dalji tehnološki napredak u proizvodnji alkil polisaharida, imati odlučujući uticaj na kapacitet tržišta i proizvodne kapacitete razvoja i primjene. Bazni polisaharid već ima vlastita tehnička rješenja koja mogu pružiti važne konkurentske prednosti na tržištu površinske obrade za kompanije koje razvijaju ili su usvojile takve procese. Ovo je posebno tačno kada su cene visoke i niske. Troškovi proizvodnje proizvodnog agensa porasli su na uobičajeni nivo, čak i ako cijena lokalnih sirovina blago padne, to može popraviti zamjene za surfaktante i može potaknuti instalaciju novih pogona za proizvodnju alkil polisaharida.