METODE PROIZVODNJE ALKIL GLUKOZIDA

Fischerova glikozidacija je jedina metoda kemijske sinteze koja je omogućila razvoj današnjih ekonomskih i tehnički usavršenih rješenja za proizvodnju alkil poliglukozida u velikim serijama. Već su realizirani proizvodni pogoni kapaciteta preko 20.000 t/god. koji proširuju proizvodni asortiman industrije površinski aktivnih tvari na bazi obnovljivih sirovina. D-glukoza i linearni C8-C16 masni alkoholi su se pokazali kao poželjne sirovine. Ti se edukti mogu pretvoriti u površinski aktivne alkil poliglukozide pomoću izravne Fischerove glikozidacije ili transglikozidacije u dva koraka preko butil poliglukozida u prisutnosti kiselih katalizatora, s vodom kao nusproduktom. Voda se mora destilirati iz reakcijske smjese kako bi se pomaknula reakcijska ravnoteža prema željenim produktima. Tijekom procesa glikozidacije treba izbjegavati nehomogenosti u reakcijskoj smjesi, jer dovode do prekomjernog stvaranja tzv. poliglukozida, koji su krajnje nepoželjni. Mnoge tehničke strategije se stoga koncentriraju na homogeniziranje edukta n-glukoze i alkohola, koji se teško miješaju zbog razlike u polarnosti. Tijekom reakcije stvaraju se glikozidne veze između masnog alkohola i n-glukoze i između samih jedinica n-glukoze. Alkilni poliglukozidi posljedično nastaju kao smjese frakcija s različitim brojem jedinica glukoze na dugolančanom alkilnom ostatku. Svaka od ovih frakcija, pak, sastoji se od nekoliko izomernih sastojaka, budući da jedinice n-glukoze poprimaju različite anomerne oblike i oblike prstena u kemijskoj ravnoteži tijekom Fischerove glikozidacije, a glikozidne veze između jedinica D-glukoze pojavljuju se na nekoliko mogućih veznih položaja . Omjer anomera jedinica D-glukoze je približno α/β＝ 2:1 i čini se da je na njega teško utjecati pod opisanim uvjetima Fischerove sinteze. Pod termodinamički kontroliranim uvjetima, jedinice n-glukoze sadržane u smjesi proizvoda postoje uglavnom u obliku piranozida. Srednji broj jedinica n-glukoze po alkilnom ostatku, takozvani stupanj polimerizacije, u biti je funkcija molarnog omjera edukta tijekom proizvodnje. Zbog izraženih tenzidskih [1] svojstava, posebna prednost se daje alkil poliglukozidima sa stupnjevima polimerizacije između 1 i 3, za koje se u procesu mora koristiti približno 3-10 mol masnog alkohola po molu n-glukoze.

Stupanj polimerizacije se smanjuje kako se povećava višak masnog alkohola. Višak masnih alkohola se odvaja i obnavlja postupkom vakuumske destilacije u više koraka s isparivačima s padajućim filmom, tako da se toplinski stres može svesti na minimum. Temperatura isparavanja trebala bi biti taman dovoljno visoka, a vrijeme kontakta u vrućoj zoni dovoljno dugo da osigura dovoljnu destilaciju viška masnog alkohola i protok taline alkil poliglukozida bez značajne reakcije razgradnje. Niz koraka isparavanja može se korisno koristiti za odvajanje najprije frakcije s niskim vrelištem, zatim glavne količine masnog alkohola i na kraju preostalog masnog alkohola, sve dok se alkil poliglikozid ne otopi kao ostatak topljiv u vodi.

Čak i pod najblažim uvjetima za sintezu i isparavanje masnih alkohola, doći će do nepoželjne smeđe boje, a procesi izbjeljivanja su potrebni za rafiniranje proizvoda. Jedna metoda izbjeljivanja koja se pokazala prikladnom je dodavanje oksidirajućeg sredstva, kao što je vodikov peroksid, u vodenu formulaciju alkil poliglikozida u alkalnom mediju u prisutnosti magnezijevih iona.

Višestruke studije i varijante korištene u procesu sinteze, naknadne obrade i rafiniranja jamče da čak ni danas ne postoji široko primjenjivo rješenje "ključ u ruke" za dobivanje specifične kvalitete proizvoda. Naprotiv, potrebno je formulirati sve korake procesa. Dongfu daje neke prijedloge za dizajn rješenja i tehnička rješenja, te objašnjava kemijske i fizikalne uvjete za reakciju, odvajanje i proces rafiniranja.

Sva tri glavna procesa – homogena transglikozidacija, postupak kaše i tehnika dodavanja glukoze – mogu se koristiti u industrijskim uvjetima. Tijekom transglikozidacije, koncentracija intermedijarnog 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. U istu svrhu, koncentracija vode u reakcijskoj smjesi koja se koristi za izravnu Fischerovu sintezu alkil poliglukozida mora se održavati na nižoj od oko 1 %. Pri većem sadržaju vode postoji rizik od pretvaranja suspendirane kristalne D-glukoze u ljepljivu masu, što bi kasnije rezultiralo lošom preradom i pretjeranom polimerizacijom. Učinkovito miješanje i homogenizacija potiču finu distribuciju i reaktivnost kristalne D-glukoze u reakcijskoj smjesi.

Pri odabiru metode sinteze i njezinih sofisticiranijih varijanti moraju se uzeti u obzir i tehnički i ekonomski čimbenici. Homogeni procesi transglikozidacije koji se temelje na D-glukoznim sirupima čine se posebno povoljnim za kontinuiranu proizvodnju u velikim razmjerima. Omogućuju trajne uštede na kristalizaciji sirovine D-glukoze u lancu dodane vrijednosti, što više nego nadoknađuje veća jednokratna ulaganja u korak transglikozidacije i oporabu butanola. Korištenje n-butanola nema drugih nedostataka, budući da se može reciklirati gotovo u potpunosti, tako da su rezidualne koncentracije u dobivenim krajnjim proizvodima samo nekoliko dijelova na milijun, što se može smatrati nekritičnim. Izravna Fischerova glikozidacija u skladu s postupkom kaše ili tehnikom dodavanja glukoze izostavlja korak transglikozidacije i obnavljanje butanola. Također se može izvoditi kontinuirano i zahtijeva nešto niže kapitalne izdatke.

Ponuda i cijena fosilnih i obnovljivih sirovina, kao i daljnji tehnološki napredak u proizvodnji alkil polisaharida, u budućnosti će presudno utjecati na kapacitet tržišta i proizvodne kapacitete razvoja i primjene. Osnovni polisaharid već ima vlastita tehnička rješenja koja mogu pružiti važne konkurentske prednosti na tržištu površinske obrade za tvrtke koje razvijaju ili su usvojile takve procese. To je osobito istinito kada su cijene visoke i niske. Trošak proizvodnje proizvodnog agensa porastao je na uobičajenu razinu, čak i ako cijena lokalnih sirovina malo padne, to može popraviti zamjene za površinski aktivne tvari i može potaknuti postavljanje novih pogona za proizvodnju alkil polisaharida.