МЕТОДИТЕ ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА АЛКИЛНИ ГЛЮКОЗИДИ

Фишеровото гликозидиране е единственият метод за химичен синтез, който е позволил разработването на съвременните икономически и технически усъвършенствани решения за мащабно производство на алкилполиглюкозиди. Вече са реализирани производствени инсталации с капацитет над 20 000 т/годишно, които разширяват продуктовата гама на индустрията за повърхностноактивни вещества с повърхностноактивни вещества на базата на възобновяеми суровини. D-глюкозата и линейните C8-C16 мастни алкохоли са се доказали като предпочитани суровини. Тези едукти могат да бъдат превърнати в повърхностноактивни алкилполиглюкозиди чрез директно Фишерово гликозидиране или двуетапно трансгликозидиране чрез бутилполиглюкозид в присъствието на киселинни катализатори, с вода като страничен продукт. Водата трябва да се дестилира от реакционната смес, за да се измести реакционното равновесие към желаните продукти. По време на процеса на гликозидиране трябва да се избягват нееднородности в реакционната смес, тъй като те водят до прекомерно образуване на така наречените полиглюкозиди, които са силно нежелани. Много технически стратегии следователно се концентрират върху хомогенизирането на едуктите n-глюкоза и алкохоли, които са слабо смесими поради разликата в полярността им. По време на реакцията се образуват гликозидни връзки както между мастен алкохол и n-глюкоза, така и между самите n-глюкозни единици. Алкил полиглюкозидите следователно се образуват като смеси от фракции с различен брой глюкозни единици при дълговерижния алкилов остатък. Всяка от тези фракции, от своя страна, е съставена от няколко изомерни съставки, тъй като n-глюкозните единици приемат различни аномерни форми и пръстенни форми в химическо равновесие по време на Фишеровото гликозидиране, а гликозидните връзки между D-глюкозните единици се срещат в няколко възможни позиции на свързване. Аномерното съотношение на D-глюкозните единици е приблизително α/β = 2:1 и изглежда трудно да се повлияе при описаните условия на Фишеровия синтез. При термодинамично контролирани условия, n-глюкозните единици, съдържащи се в продуктовата смес, съществуват предимно под формата на пиранозиди. Средният брой n-глюкозни единици на алкилов остатък, така наречената степен на полимеризация, е по същество функция на моларното съотношение на едуктите по време на производството. Поради техните ясно изразени повърхностноактивни свойства[1], специално предпочитание се дава на алкилполиглюкозиди със степени на полимеризация между 1 и 3, за които в процеса трябва да се използват приблизително 3-10 mol мастен алкохол на мол n-глюкоза.

Степента на полимеризация намалява с увеличаване на излишния мастен алкохол. Излишните мастни алкохоли се отделят и възстановяват чрез многоетапен вакуумен дестилационен процес с изпарители с падащ филм, така че термичното напрежение да се сведе до минимум. Температурата на изпаряване трябва да бъде точно толкова висока, колкото е необходимо, а времето за контакт в горещата зона - точно толкова дълго, колкото е необходимо, за да се осигури достатъчна дестилация на излишния мастен алкохол и протичане на стопилката на алкилполиглюкозид без значителна реакция на разлагане. Серия от стъпки на изпаряване може да се използва за отделяне първо на нискокипящата фракция, след това на основното количество мастен алкохол и накрая на останалия мастен алкохол, докато алкилполигликозидът се разтопи като водоразтворим остатък.

Дори при най-меките условия за синтез и изпаряване на мастни алкохоли, ще се получи нежелано кафяво обезцветяване и са необходими процеси на избелване за рафиниране на продукта. Един метод за избелване, който се е доказал като подходящ, е добавянето на окислител, като водороден пероксид, към водна формулировка на алкилполигликозид в алкална среда в присъствието на магнезиеви йони.

Многобройните изследвания и варианти, използвани в процеса на синтез, последваща обработка и рафиниране, гарантират, че дори днес все още няма широко приложимо „готово за употреба“ решение за получаване на специфичен клас продукт. Напротив, всички стъпки на процеса трябва да бъдат формулирани. Dongfu предоставя някои предложения за дизайна на решението и техническите решения, и обяснява химичните и физичните условия за процеса на реакция, разделяне и рафиниране.

И трите основни процеса – хомогенна трансгликозидация, суспензионен процес и техника на подаване на глюкоза – могат да се използват в промишлени условия. По време на трансгликозидацията концентрацията на междинния бутилполиглюкозид, който действа като солюбилизатор за едуктите D-глюкоза и бутанол, трябва да се поддържа над около 15% в реакционната смес, за да се избегнат нехомогенности. За същата цел концентрацията на вода в реакционната смес, използвана за директен Фишеров синтез на алкилполиглюкозиди, трябва да се поддържа под около 1%. При по-високо съдържание на вода съществува риск от превръщане на суспендираната кристална D-глюкоза в лепкава маса, което впоследствие би довело до лоша обработка и прекомерна полимеризация. Ефективното разбъркване и хомогенизиране насърчават финото разпределение и реактивността на кристалната D-глюкоза в реакционната смес.

При избора на метода на синтез и неговите по-сложни варианти трябва да се вземат предвид както технически, така и икономически фактори. Хомогенните процеси на трансгликозидация, базирани на D-глюкозни сиропи, изглеждат особено благоприятни за непрекъснато производство в голям мащаб. Те позволяват трайни икономии при кристализация на суровината D-глюкоза във веригата за създаване на добавена стойност, което повече от компенсира по-високите еднократни инвестиции в етапа на трансгликозидация и възстановяването на бутанол. Използването на n-бутанол не представлява други недостатъци, тъй като той може да се рециклира почти напълно, така че остатъчните концентрации в регенерираните крайни продукти са само няколко части на милион, което може да се счита за некритично. Директната Фишерова гликозидация съгласно суспензионния процес или техниката на подаване на глюкоза премахва етапа на трансгликозидация и възстановяването на бутанол. Тя може да се извършва и непрекъснато и изисква малко по-ниски капиталови разходи.

В бъдеще, предлагането и цената на изкопаемите и възобновяемите суровини, както и по-нататъшният технологичен напредък в производството на алкилни полизахариди, ще окажат решаващо влияние върху пазарния капацитет и производствения капацитет за разработване и приложение. Базовите полизахариди вече имат свои собствени технически решения, които могат да осигурят важни конкурентни предимства на пазара на повърхностна обработка за компаниите, които разработват или са внедрили такива процеси. Това е особено вярно, когато цените са високи и ниски. Производствените разходи за производствения агент са се повишили до обичайното ниво, дори ако цената на местните суровини леко спадне, това може да определи заместителите на повърхностноактивните вещества и да насърчи инсталирането на нови инсталации за производство на алкилни полизахариди.