POSTUPCI ZA PROIZVODNJU ALKIL GLUKOZIDA

Fischerova glikozidacija jedina je metoda kemijske sinteze koja je omogućila razvoj današnjih ekonomskih i tehnički usavršenih rješenja za proizvodnju alkil poliglukozida u velikim razmjerima. Proizvodni pogoni kapaciteta preko 20 000 t/godišnje već su realizirani i proširuju asortiman proizvoda industrije surfaktanata s površinski aktivnim sredstvima na bazi obnovljivih sirovina. D-glukoza i linearni C8-C16 masni alkoholi pokazali su se kao preferirane sirovine. Ovi edukti mogu se pretvoriti u površinski aktivne alkil poliglukozide izravnom Fischerovom glikozidacijom ili dvostupanjskom transglikozidacijom putem butil poliglukozida u prisutnosti kiselih katalizatora, s vodom kao nusproduktom. Voda se mora destilirati iz reakcijske smjese kako bi se ravnoteža reakcije pomaknula prema željenim proizvodima. Tijekom procesa glikozidacije treba izbjegavati nehomogenosti u reakcijskoj smjesi, jer dovode do prekomjernog stvaranja takozvanih poliglukozida, koji su vrlo nepoželjni. Mnoge tehničke strategije stoga se koncentriraju na homogenizaciju edukata n-glukoze i alkohola, koji se slabo miješaju zbog razlike u polarnosti. Tijekom reakcije, glikozidne veze nastaju i između masnog alkohola i n-glukoze i između samih n-glukoznih jedinica. Alkil poliglukozidi posljedično nastaju 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 kemijskoj ravnoteži tijekom Fischerove glikozidacije, a glikozidne veze između D-glukoznih jedinica javljaju se u nekoliko mogućih položaja vezanja. Omjer 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 produkta postoje pretežno u obliku piranozida. Prosječan broj n-glukoznih jedinica po alkilnom ostatku, takozvani stupanj polimerizacije, u biti je funkcija molarnog omjera edukata tijekom proizvodnje. Zbog njihovih izraženih surfaktantnih svojstava[1], posebna se prednost daje alkil poliglukozidima sa stupnjevima polimerizacije između 1 i 3, za koje se u procesu mora koristiti približno 3-10 mola masnog alkohola po molu n-glukoze.

Stupanj polimerizacije smanjuje se s povećanjem viška masnog alkohola. Višak masnih alkohola odvaja se i oporavlja višestupanjskim postupkom vakuumske destilacije s isparivačima s padajućim filmom, tako da se toplinsko naprezanje 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 povoljno koristiti za odvajanje prvo frakcije s niskim vrelištem, zatim glavne količine masnog alkohola i konačno preostalog masnog alkohola, 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 neželjene smeđe boje, te su potrebni procesi izbjeljivanja za rafiniranje produkta. Jedna metoda izbjeljivanja koja se pokazala prikladnom je dodavanje oksidacijskog sredstva, poput vodikovog peroksida, u vodenu formulaciju alkil poliglikozida u alkalnom mediju u prisutnosti magnezijevih iona.

Brojne 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 određene kvalitete proizvoda. Naprotiv, potrebno je formulirati sve korake procesa. Dongfu daje neke prijedloge za dizajn rješenja i tehnička rješenja te objašnjava kemijske i fizičke uvjete za proces reakcije, odvajanja i rafiniranja.

Sva tri glavna procesa - homogena transglikozidacija, proces u suspenziji i tehnika dodavanja glukoze - mogu se koristiti u industrijskim uvjetima. Tijekom 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. U istu svrhu, koncentracija vode u reakcijskoj smjesi koja se koristi za izravnu Fischerovu sintezu alkil poliglukozida mora se održavati na manje od oko 1%. Pri većem sadržaju vode postoji rizik pretvaranja suspendirane kristalne D-glukoze u ljepljivu masu, što bi potom rezultiralo lošom obradom i prekomjernom polimerizacijom. Učinkovito miješanje i homogenizacija potiču finu raspodjelu i reaktivnost kristalne D-glukoze u reakcijskoj smjesi.

Pri odabiru metode sinteze i njezinih sofisticiranijih varijanti potrebno je uzeti u obzir i tehničke i ekonomske čimbenike. Homogeni procesi transglikozidacije na bazi D-glukoznih sirupa čine se posebno povoljnima za kontinuiranu proizvodnju u velikim razmjerima. Omogućuju 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 oporabljenim krajnjim proizvodima samo nekoliko dijelova na milijun, što se može smatrati nekritičnim. Izravna Fischerova glikozidacija prema postupku suspenzije ili tehnici dodavanja glukoze uklanja korak transglikozidacije i oporavak butanola. Također se može provoditi kontinuirano i zahtijeva nešto niža kapitalna ulaganja.

U budućnosti će ponuda i cijena fosilnih i obnovljivih sirovina, kao i daljnji tehnološki napredak u proizvodnji alkilnih polisaharida, imati odlučujući utjecaj na tržišni kapacitet i proizvodni kapacitet razvoja i primjene. Osnovni polisaharid već ima vlastita tehnička rješenja koja mogu pružiti važne konkurentske prednosti na tržištu površinske obrade tvrtkama koje razvijaju ili su usvojile takve procese. To je posebno istinito kada su cijene visoke i niske. Troškovi proizvodnje proizvodnog sredstva porasli su na uobičajenu razinu, čak i ako cijena lokalnih sirovina malo padne, to može popraviti zamjene za surfaktante i potaknuti postavljanje novih pogona za proizvodnju alkilnih polisaharida.