МЕТОДИ ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА АЛКИЛГЛЮКОЗИДИ

Гликозидирането по Фишер е единственият метод на химичен синтез, който е позволил разработването на днешните икономически и технически съвършени решения за широкомащабно производство на алкилполиглюкозиди. Вече са реализирани производствени инсталации с капацитет над 20 000 т/година, които разширяват продуктовата гама на индустрията на ПАВ с повърхностно активни вещества на базата на възобновяеми суровини. D-глюкозата и линейните C8-C16 мастни алкохоли се оказаха предпочитаните суровини. Тези едукти могат да бъдат превърнати в повърхностно активни алкилполиглюкозиди чрез директно гликозидиране на Fischer или двуетапно трансгликозидиране чрез бутил полиглюкозид 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 нехомогенности в реакционната смес, тъй като те водят до прекомерно образуване на така наречените полиглюкозиди, които са силно нежелателни. Следователно много технически стратегии 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, на свой ред, е съставена от няколко изомерни съставки, тъй като n-глюкозните единици приемат различни аномерни форми и пръстенови форми в химично равновесие по време на гликозидирането на Фишер и гликозидните връзки между D-глюкозните единици се появяват 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 синтеза на Фишер. 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 изразени повърхностноактивни свойства[1], специално предпочитание се дава на алкилполиглюкозиди със степени на полимеризация между 1 и 3, за които трябва да се използват приблизително 3-10 mol мастен алкохол на мол n-глюкоза в процеса.

Степента на полимеризация намалява с увеличаване на излишния мастен алкохол. Излишните мастни алкохоли се отделят и възстановяват чрез многоетапен процес на вакуумна дестилация с изпарители с падащ филм, така че топлинният стрес може да бъде сведен до минимум. Температурата на изпарение трябва да бъде достатъчно висока и времето за контакт в горещата зона достатъчно дълго, за да се осигури достатъчна дестилация на излишния мастен алкохол и поток на стопилката на алкилполиглюкозид без някаква значителна реакция на разлагане. Поредица от етапи на изпаряване могат да бъдат изгодно използвани за отделяне първо на нискокипящата фракция, след това на основното количество мастен алкохол и накрая на останалия мастен алкохол, докато алкил полигликозидът се стопи като водоразтворим остатък.

Дори при най-меките условия за синтез и изпаряване на мастни алкохоли, ще настъпи нежелано кафяво обезцветяване и са необходими процеси на избелване за рафиниране на продукта. Един метод за избелване, който се е оказал подходящ, е добавянето на окислител, като водороден пероксид, към воден състав на алкил полигликозид в алкална среда в присъствието на магнезиеви йони.

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

И трите основни процеса – хомогенно трансгликозидиране, суспензионен процес и техника за захранване с глюкоза – могат да се използват в индустриални условия. По време на трансгликозидирането, концентрацията на междинния бутил полиглюкозид, 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 синтез на Fischer на алкил полиглюкозиди, трябва да се поддържа на по-малко от 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 имат предвид както техническите, така и икономическите фактори. Процесите на хомогенно трансгликозидиране, базирани на D-глюкозни сиропи, изглеждат особено благоприятни за непрекъснато производство в голям мащаб. Те позволяват трайни спестявания при кристализация на суровината D-глюкоза във веригата за добавена стойност, което повече от компенсира по-високите еднократни инвестиции в етапа на трансгликозидиране и възстановяването на бутанол. Използването на n-бутанол не представлява други недостатъци, тъй като той може да бъде рециклиран почти напълно, така че остатъчните концентрации в възстановените крайни продукти да са само няколко части на милион, което може да се счита за некритично. Директното гликозидиране по Fischer съгласно суспензионния процес или техниката на подаване на глюкоза отпада от етапа на трансгликозидиране и възстановяването на бутанол. Може също така да се извършва непрекъснато и изисква малко по-ниски капиталови разходи.

В бъдеще предлагането и цената на изкопаеми и възобновяеми суровини, както и по-нататъшният технологичен напредък в производството на алкилови полизахариди, ще имат решаващо влияние върху капацитета на пазара и производствения капацитет за развитие и приложение. Основният полизахарид вече има свои собствени технически решения, които могат да осигурят важни конкурентни предимства на пазара за повърхностна обработка за компании, които разработват или са възприели такива процеси. Това е особено вярно, когато цените са високи и ниски. Производствените разходи на производствения агент са се повишили до обичайното ниво, дори ако цената на местните суровини спадне леко, това може да коригира заместителите на повърхностноактивните вещества и може да насърчи инсталирането на нови заводи за производство на алкил полизахариди.