METODEN FOR FREMSTILLING AV ALKYLGLUKOSIDER

Fischer-glykosidering er den eneste metoden for kjemisk syntese som har muliggjort utviklingen av dagens økonomiske og teknisk perfeksjonerte løsninger for storskala produksjon av alkylpolyglukosider. Produksjonsanlegg med kapasitet på over 20 000 t/år er allerede realisert og utvider produktspekteret til overflateaktive industrien med overflateaktive midler basert på fornybare råvarer. D-glukose og lineære C8-C16 fettalkoholer har vist seg å være de foretrukne råmaterialene. Disse eduktene kan omdannes til overflateaktive alkylpolyglukosider ved hjelp av direkte Fischer-glykosidering eller to-trinns transglykosidering via butylpolyglukosid i nærvær av sure katalysatorer, med vann som biprodukt. Vannet må destilleres fra reaksjonsblandingen for å flytte reaksjonslikevekten mot de ønskede produktene. Under glykosideringsprosessen bør inhomogeniteter i reaksjonsblandingen unngås, da de fører til overdreven dannelse av såkalte polyglukosider, som er svært uønsket. Mange tekniske strategier konsentrerer seg derfor om å homogenisere eduktene n-glukose og alkoholer, som er dårlig blandbare på grunn av deres forskjell i polaritet. Under reaksjonen dannes glykosidbindinger både mellom fettalkohol og n-glukose og mellom n-glukoseenhetene selv. Alkylpolyglukosider dannes følgelig som blandinger av fraksjoner med forskjellig antall glukoseenheter ved den langkjedede alkylresten. Hver av disse fraksjonene består i sin tur av flere isomere bestanddeler, siden n-glukoseenhetene antar forskjellige anomere former og ringformer i kjemisk likevekt under Fischer-glykosidering og glykosidbindingene mellom D-glukoseenheter forekommer i flere mulige bindingsposisjoner . Anomerforholdet til D-glukoseenhetene er omtrent α/β＝ 2:1 og synes vanskelig å påvirke under de beskrevne betingelsene for Fischer-syntese. Under termodynamisk kontrollerte forhold eksisterer n-glukoseenhetene i produktblandingen hovedsakelig i form av pyranosider. Gjennomsnittlig antall n-glukoseenheter pr. alkylrest, den såkalte polymerisasjonsgraden, er i hovedsak en funksjon av molforholdet mellom eduktene under fremstillingen. På grunn av deres utpregede overflateaktive egenskaper[1] er det spesielt foretrukket alkylpolyglukosider med polymerisasjonsgrader mellom 1 og 3, for hvilke ca. 3-10 mol fettalkohol må brukes per mol n-glukose i prosessen.

Graden av polymerisasjon avtar når overskuddet av fettalkohol øker. Overskudd av fettalkoholer separeres og gjenvinnes ved en flertrinns vakuumdestillasjonsprosess med fallende filmfordampere, slik at termisk stress kan holdes på et minimum. Fordampningstemperaturen bør være akkurat høy nok og kontakttiden i den varme sonen akkurat lang nok til å sikre tilstrekkelig destillasjon av overskuddet av fettalkohol og flyt av alkylpolyglukosidsmelten uten noen vesentlig nedbrytningsreaksjon. En rekke fordampningstrinn kan med fordel brukes til å separere først den lavtkokende fraksjonen, deretter hovedmengden av fettalkohol, og til slutt den gjenværende fettalkoholen, inntil alkylpolyglykosidet smelter som en vannløselig rest.

Selv under de mildeste forholdene for syntese og fordampning av fettalkoholer vil det oppstå uønsket brun misfarging, og blekeprosesser kreves for å foredle produktet. En metode for bleking som har vist seg egnet er å tilsette et oksidasjonsmiddel, slik som hydrogenperoksid, til en vandig formulering av alkylpolyglykosid i et alkalisk medium i nærvær av magnesiumioner.

De mange studiene og variantene som brukes i syntese-, etterbehandlings- og raffineringsprosessen garanterer at selv i dag er det fortsatt ingen allment anvendelig "nøkkelferdig" løsning for å oppnå en spesifikk produktkvalitet. Tvert imot, alle prosesstrinn må formuleres. Dongfu gir noen forslag til løsningsdesign og tekniske løsninger, og forklarer de kjemiske og fysiske forholdene for reaksjons-, separasjons- og raffineringsprosessen.

Alle tre hovedprosessene – homogen transglykosidering, slurryprosess og glukosefôringsteknikk – kan brukes under industrielle forhold. Under transglykosidering må konsentrasjonen av mellomproduktet butylpolyglukosid, som virker som solubiliseringsmiddel for eduktene D-glukose og butanol, holdes over ca. 15 % i reaksjonsblandingen for å unngå inhomogeniteter. For samme formål må vannkonsentrasjonen i reaksjonsblandingen som benyttes for direkte Fischer-syntese av alkylpolyglukosider holdes på mindre enn ca. 1 %. Ved høyere vanninnhold er det en risiko for å gjøre den suspenderte krystallinske D-glukosen til en klebrig masse, noe som senere vil resultere i dårlig bearbeiding og overdreven polymerisasjon. Effektiv omrøring og homogenisering fremmer den fine fordelingen og reaktiviteten til den krystallinske D-glukosen i reaksjonsblandingen.

Både tekniske og økonomiske faktorer må tas i betraktning når man velger syntesemetoden og dens mer sofistikerte varianter. Homogene transglykosideringsprosesser basert på D-glukosesiruper fremstår som spesielt gunstige for kontinuerlig produksjon i stor skala. De tillater permanente besparelser på krystallisering av råstoffet D-glukose i verdikjeden, som mer enn kompenserer for de høyere engangsinvesteringene i transglykosideringstrinnet og utvinningen av butanol. Bruken av n-butanol gir ingen andre ulemper, siden den kan resirkuleres nesten fullstendig slik at restkonsentrasjonene i de gjenvunnede sluttproduktene kun er noen få deler per million, noe som kan anses som ikke-kritisk. Direkte Fischer-glykosidering i henhold til slurry-prosessen eller glukosefôringsteknikken eliminerer transglykosideringstrinnet og gjenvinning av butanol. Det kan også utføres kontinuerlig og krever litt lavere kapitalutgifter.

I fremtiden vil tilbudet og prisen på fossile og fornybare råvarer, samt den videre teknologiske fremskritt i produksjonen av alkylpolysakkarider, ha en avgjørende innvirkning på markedskapasiteten og produksjonskapasiteten for utvikling og anvendelse. Basepolysakkarid har allerede egne tekniske løsninger som kan gi viktige konkurransefortrinn i overflatebehandlingsmarkedet for selskaper som utvikler eller har tatt i bruk slike prosesser. Dette gjelder spesielt når prisene er høye og lave. Produksjonskostnaden for produksjonsmidlet har steget til det vanlige nivået, selv om prisen på lokale råvarer faller litt, kan det fikse erstatningene for overflateaktive stoffer og kan oppmuntre til installasjon av nye alkylpolysakkaridproduksjonsanlegg.