METODE DE FABRICARE A ALCHIL GLUCOZIDELOR

Glicozidarea Fischer este singura metodă de sinteză chimică care a permis dezvoltarea soluțiilor economice și perfecționate din punct de vedere tehnic actuale pentru producția la scară largă de alchil poliglucozide. Instalații de producție cu capacități de peste 20.000 t/an au fost deja realizate și extind gama de produse din industria surfactanților cu agenți tensioactivi pe bază de materii prime regenerabile. D-glucoza și alcoolii grași liniari C8-C16 s-au dovedit a fi materiile prime preferate. Acești educți pot fi convertiți în alchil poliglucozide tensioactive prin glicozidare Fischer directă sau transglicozidare în două etape prin intermediul butil poliglucozidei în prezența catalizatorilor acizi, cu apă ca produs secundar. Apa trebuie distilată din amestecul de reacție pentru a deplasa echilibrul reacției către produsele dorite. În timpul procesului de glicozidare, trebuie evitate neomogenitățile din amestecul de reacție, deoarece acestea duc la formarea excesivă a așa-numitelor poliglucozide, care sunt extrem de nedorite. Prin urmare, multe stratageme tehnice se concentrează pe omogenizarea eductelor de n-glucoză și alcooli, care sunt puțin miscibili din cauza diferenței lor de polaritate. În timpul reacției, se formează legături glicozidice atât între alcoolul gras și n-glucoză, cât și între unitățile de n-glucoză în sine. În consecință, poliglucozidele alchilice se formează ca amestecuri de fracțiuni cu un număr diferit de unități de glucoză la reziduul alchil cu lanț lung. Fiecare dintre aceste fracțiuni, la rândul său, este alcătuită din mai mulți constituenți izomerici, deoarece unitățile de n-glucoză adoptă diferite forme anomerice și forme de inel în echilibru chimic în timpul glicozidării Fischer, iar legăturile glicozidice dintre unitățile de D-glucoză apar în mai multe poziții de legare posibile. Raportul anomer al unităților de D-glucoză este de aproximativ α/β= 2:1 și pare dificil de influențat în condițiile descrise ale sintezei Fischer. În condiții controlate termodinamic, unitățile de n-glucoză conținute în amestecul de produs există predominant sub formă de piranozide. Numărul mediu de unități de n-glucoză per reziduu alchilic, așa-numitul grad de polimerizare, este în esență o funcție a raportului molar al eductelor în timpul fabricației. Datorită proprietăților lor surfactante pronunțate[1], se acordă o preferință specială alchilpoliglucozidelor cu grade de polimerizare între 1 și 3, pentru care trebuie utilizați aproximativ 3-10 moli de alcool gras per mol de n-glucoză în proces.

Gradul de polimerizare scade pe măsură ce excesul de alcool gras crește. Alcoolii grași în exces sunt separați și recuperați printr-un proces de distilare în vid în mai multe etape, cu evaporatoare cu peliculă descendentă, astfel încât stresul termic să poată fi menținut la minimum. Temperatura de evaporare trebuie să fie suficient de ridicată, iar timpul de contact în zona fierbinte suficient de lung pentru a asigura o distilare suficientă a excesului de alcool gras și curgerea topiturii de alchil poliglucozidă fără nicio reacție de descompunere semnificativă. O serie de etape de evaporare pot fi utilizate în mod avantajos pentru a separa mai întâi fracția cu punct de fierbere scăzut, apoi cantitatea principală de alcool gras și, în final, alcoolul gras rămas, până când alchil poliglucozida se topește ca un reziduu solubil în apă.

Chiar și în cele mai blânde condiții de sinteză și evaporare a alcoolilor grași, va apărea o decolorare maro nedorită, fiind necesare procese de albire pentru rafinarea produsului. O metodă de albire care s-a dovedit adecvată este adăugarea unui agent oxidant, cum ar fi peroxidul de hidrogen, la o formulare apoasă de alchil poliglicozidă într-un mediu alcalin în prezența ionilor de magneziu.

Multiplele studii și variante utilizate în procesul de sinteză, post-procesare și rafinare garantează că, chiar și astăzi, nu există încă o soluție „la cheie” aplicabilă pe scară largă pentru obținerea unui anumit grad de produs. Dimpotrivă, toate etapele procesului trebuie formulate. Dongfu oferă câteva sugestii pentru proiectarea soluției și soluțiile tehnice și explică condițiile chimice și fizice pentru procesul de reacție, separare și rafinare.

Toate cele trei procese principale - transglicozidarea omogenă, procesul în suspensie și tehnica de alimentare cu glucoză - pot fi utilizate în condiții industriale. În timpul transglicozidării, concentrația intermediarului butil poliglucozid, care acționează ca solubilizant pentru eductele D-glucoză și butanol, trebuie menținută peste aproximativ 15% în amestecul de reacție pentru a evita neomogenitățile. În același scop, concentrația de apă din amestecul de reacție utilizat pentru sinteza Fischer directă a alchil poliglucozidelor trebuie menținută la mai puțin de aproximativ 1%. La conținuturi de apă mai mari, există riscul de a transforma D-glucoza cristalină suspendată într-o masă lipicioasă, ceea ce ar duce ulterior la o procesare defectuoasă și o polimerizare excesivă. Agitarea și omogenizarea eficiente promovează distribuția fină și reactivitatea D-glucozei cristaline în amestecul de reacție.

Atât factorii tehnici, cât și cei economici trebuie luați în considerare la selectarea metodei de sinteză și a variantelor sale mai sofisticate. Procesele omogene de transglicozidare bazate pe siropuri de D-glucoză par deosebit de favorabile pentru producția continuă la scară largă. Acestea permit economii permanente la cristalizarea materiei prime D-glucoză în lanțul valoric adăugat, ceea ce compensează cu prisosință investițiile unice mai mari în etapa de transglicozidare și recuperarea butanolului. Utilizarea n-butanolului nu prezintă alte dezavantaje, deoarece acesta poate fi reciclat aproape complet, astfel încât concentrațiile reziduale din produsele finite recuperate sunt de doar câteva părți per milion, ceea ce poate fi considerat necritic. Glicozidarea Fischer directă conform procesului de suspensie sau tehnicii de alimentare cu glucoză elimină etapa de transglicozidare și recuperarea butanolului. De asemenea, poate fi efectuată continuu și necesită cheltuieli de capital ușor mai mici.

În viitor, oferta și prețul materiilor prime fosile și regenerabile, precum și progresul tehnologic ulterioar în producția de polizaharide alchilice, vor avea un impact decisiv asupra capacității pieței și a capacității de producție pentru dezvoltare și aplicare. Polizaharida de bază are deja propriile soluții tehnice care pot oferi avantaje competitive importante pe piața tratamentelor de suprafață pentru companiile care dezvoltă sau au adoptat astfel de procese. Acest lucru este valabil mai ales atunci când prețurile sunt mari și mici. Costul de fabricație al agentului de fabricație a crescut la nivelul obișnuit, chiar dacă prețul materiilor prime locale scade ușor, poate fixa înlocuitorii pentru agenții tensioactivi și poate încuraja instalarea de noi instalații de producție de polizaharide alchilice.