METODE ZA PROIZVODNJU ALKIL GLUKOZIDA

Fischerova glikozidacija je jedina metoda hemijske sinteze koja je omogućila razvoj današnjih ekonomskih i tehnički usavršenih rješenja za proizvodnju alkil poliglukozida velikih razmjera. Proizvodni pogoni kapaciteta preko 20.000 t/godišnje već su realizovani i proširuju asortiman proizvoda industrije surfaktanata sa površinski aktivnim sredstvima na bazi obnovljivih sirovina. D-glukoza i linearni C8-C16 masni alkoholi pokazali su se kao preferirane sirovine. Ovi edukti se mogu pretvoriti u površinski aktivne alkil poliglukozide putem direktne Fischerove glikozidacije ili dvostepene transglikozidacije putem butil poliglukozida u prisustvu kiselih katalizatora, sa vodom kao nusproizvodom. Voda se mora destilovati iz reakcione smjese kako bi se ravnoteža reakcije pomjerila prema željenim proizvodima. Tokom procesa glikozidacije treba izbjegavati nehomogenosti u reakcionoj smjesi, jer dovode do prekomjernog stvaranja takozvanih poliglukozida, koji su vrlo nepoželjni. Stoga se mnoge tehničke strategije koncentriraju na homogenizaciju edukata n-glukoze i alkohola, koji se slabo miješaju zbog razlike u polarnosti. Tokom reakcije, glikozidne veze se formiraju i između masnog alkohola i n-glukoze i između samih n-glukoznih jedinica. Alkil poliglukozidi se posljedično formiraju kao smjese frakcija s različitim brojem glukoznih jedinica na dugolančanom alkilnom ostatku. Svaka od ovih frakcija, pak, sastoji se od nekoliko izomernih sastojaka, budući da n-glukozne jedinice poprimaju različite anomerne oblike i oblike prstena u hemijskoj ravnoteži tokom Fischerove glikozidacije, a glikozidne veze između D-glukoznih jedinica javljaju se u nekoliko mogućih položaja vezivanja. Odnos anomera D-glukoznih jedinica je približno α/β = 2:1 i čini se da ga je teško utjecati pod opisanim uvjetima Fischerove sinteze. Pod termodinamički kontroliranim uvjetima, n-glukozne jedinice sadržane u smjesi proizvoda postoje pretežno u obliku piranozida. Prosječan broj n-glukoznih jedinica po alkil ostatku, takozvani stepen polimerizacije, u suštini je funkcija molarnog odnosa edukata tokom proizvodnje. Zbog njihovih izraženih surfaktantnih svojstava[1], posebna prednost se daje alkil poliglukozidima 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 se smanjuje kako se povećava višak masnog alkohola. Višak masnih alkohola se odvaja i regenerira višestepenim postupkom vakuumske destilacije sa isparivačima sa padajućim filmom, 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 ikakve značajne reakcije razgradnje. Niz koraka isparavanja može se s prednošću koristiti za odvajanje prvo frakcije sa niskom tačkom 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 uslovima za sintezu i isparavanje masnih alkohola, doći će do neželjene smeđe boje, te su potrebni procesi izbjeljivanja za rafiniranje proizvoda. Jedna metoda izbjeljivanja koja se pokazala pogodnom je dodavanje oksidirajućeg sredstva, kao što je vodikov peroksid, u vodenu formulaciju alkil poliglikozida u alkalnom mediju u prisustvu magnezijumovih iona.

Brojne studije i varijante korištene u procesu sinteze, naknadne obrade i rafiniranja garantuju da čak ni danas ne postoji široko primjenjivo rješenje "ključ u ruke" za dobijanje određene vrste proizvoda. Naprotiv, potrebno je formulirati sve korake procesa. Dongfu daje neke prijedloge za dizajn rješenja i tehnička rješenja, te objašnjava hemijske i fizičke uslove za proces reakcije, odvajanja i rafiniranja.

Sva tri glavna procesa - homogena transglikozidacija, proces suspenzije i tehnika dodavanja glukoze - 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 iznad oko 15% u reakcijskoj smjesi kako bi se izbjegle nehomogenosti. Iz istog razloga, koncentracija vode u reakcijskoj smjesi koja se koristi za direktnu Fischerovu sintezu alkil poliglukozida mora se održavati na manje od oko 1%. Pri većem sadržaju vode postoji rizik od pretvaranja suspendovane kristalne D-glukoze u ljepljivu masu, što bi posljedično rezultiralo lošom obradom i prekomjernom polimerizacijom. Efikasno miješanje i homogenizacija potiču finu distribuciju i reaktivnost kristalne D-glukoze u reakcijskoj smjesi.

Prilikom odabira metode sinteze i njenih sofisticiranijih varijanti, moraju se uzeti u obzir i tehnički i ekonomski faktori. Homogeni procesi transglikozidacije zasnovani na D-glukoznim sirupima čine se posebno povoljnim 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, jer se može gotovo u potpunosti reciklirati tako da su rezidualne koncentracije u oporavljenim krajnjim proizvodima samo nekoliko dijelova na milion, što se može smatrati nekritičnim. Direktna Fischerova glikozidacija prema procesu suspenzije ili tehnici dodavanja glukoze eliminira korak transglikozidacije i oporavak butanola. Također se može izvoditi kontinuirano i zahtijeva nešto niža kapitalna ulaganja.

U budućnosti će ponuda i cijena fosilnih i obnovljivih sirovina, kao i daljnji tehnološki napredak u proizvodnji alkil polisaharida, imati odlučujući utjecaj na tržišni kapacitet i proizvodni kapacitet razvoja i primjene. Osnovni polisaharid već ima svoja tehnička rješenja koja mogu pružiti važne konkurentske prednosti na tržištu površinske obrade za kompanije koje razvijaju ili su usvojile takve procese. Ovo posebno važi kada su cijene visoke i niske. Troškovi proizvodnje proizvodnog sredstva porasli su na uobičajeni nivo, čak i ako cijena lokalnih sirovina neznatno padne, to može popraviti zamjene za surfaktante i može potaknuti instalaciju novih pogona za proizvodnju alkil polisaharida.