METODERNE TIL FREMSTILLING AF ALKYLGLUCOSIDER

Fischer-glykosidering er den eneste metode til kemisk syntese, der har muliggjort udviklingen af ​​nutidens økonomiske og teknisk perfektionerede løsninger til storskalaproduktion af alkylpolyglukosider. Produktionsanlæg med kapaciteter på over 20.000 t/år er allerede blevet realiseret og udvider produktsortimentet for overfladeaktive stoffer industrien med overfladeaktive midler baseret på vedvarende råmaterialer. D-Glucose og lineære C8-C16 fedtalkoholer har vist sig at være de foretrukne råmaterialer. Disse edukter kan omdannes til overfladeaktive alkylpolyglukosider ved hjælp af direkte Fischer-glycosidering eller to-trins transglycosidering via butylpolyglucosid i nærværelse af sure katalysatorer med vand som biprodukt. Vandet skal destilleres fra reaktionsblandingen for at flytte reaktionsligevægten mod de ønskede produkter. Under glykosideringsprocessen bør inhomogeniteter i reaktionsblandingen undgås, da de fører til overdreven dannelse af såkaldte polyglukosider, som er meget uønskede. Mange tekniske strategier koncentrerer sig derfor om at homogenisere edukterne n-glucose og alkoholer, som er dårligt blandbare på grund af deres forskel i polaritet. Under reaktionen dannes glykosidbindinger både mellem fedtalkohol og n-glucose og mellem n-glucoseenhederne selv. Alkylpolyglukosider dannes følgelig som blandinger af fraktioner med forskellige antal glucoseenheder ved den langkædede alkylrest. Hver af disse fraktioner består igen af ​​flere isomere bestanddele, da n-glucoseenhederne antager forskellige anomere former og ringformer i kemisk ligevægt under Fischer-glykosidering, og de glykosidiske bindinger mellem D-glucoseenheder forekommer i flere mulige bindingspositioner . Anomerforholdet mellem D-glucoseenhederne er ca. α/β＝ 2:1 og synes vanskeligt at påvirke under de beskrevne betingelser for Fischer-syntese. Under termodynamisk kontrollerede forhold eksisterer n-glucoseenhederne i produktblandingen overvejende i form af pyranosider. Det gennemsnitlige antal n-glucoseenheder pr. alkylrest, den såkaldte polymerisationsgrad, er i det væsentlige en funktion af molforholdet mellem edukterne under fremstillingen. På grund af deres udtalte overfladeaktive egenskaber[1] gives der særlig fortrinsret til alkylpolyglukosider med polymerisationsgrader mellem 1 og 3, hvortil der skal bruges ca. 3-10 mol fedtalkohol pr. mol n-glucose i processen.

Graden af ​​polymerisation falder, efterhånden som det overskydende fedtalkohol stiger. Overskydende fedtalkoholer separeres og genvindes ved en flertrins vakuumdestillationsproces med faldende filmfordampere, så termisk stress kan holdes på et minimum. Fordampningstemperaturen skal være lige høj nok, og kontakttiden i den varme zone lige lang nok til at sikre tilstrækkelig destillation af den overskydende fedtalkohol og strømning af alkylpolyglucosidsmelten uden nogen væsentlig nedbrydningsreaktion. En række af fordampningstrin kan med fordel anvendes til at adskille først den lavtkogende fraktion, derefter hovedmængden af ​​fedtalkohol og til sidst den resterende fedtalkohol, indtil alkylpolyglycosidet smelter som en vandopløselig rest.

Selv under de mildeste betingelser for syntese og fordampning af fedtalkoholer vil der forekomme uønsket brun misfarvning, og blegeprocesser er nødvendige for at forfine produktet. En metode til blegning, som har vist sig egnet, er at tilsætte et oxidationsmiddel, såsom hydrogenperoxid, til en vandig formulering af alkylpolyglycosid i et alkalisk medium i nærvær af magnesiumioner.

De mange undersøgelser og varianter, der anvendes i syntese-, efterbehandlings- og raffineringsprocessen, garanterer, at selv i dag er der stadig ingen bredt anvendelig "nøglefærdig" løsning til at opnå en specifik produktkvalitet. Tværtimod skal alle procestrin formuleres. Dongfu giver nogle forslag til løsningsdesign og tekniske løsninger og forklarer de kemiske og fysiske forhold for reaktionen, adskillelsen og raffineringsprocessen.

Alle tre hovedprocesser – homogen transglykosidering, opslæmningsproces og glucosetilførselsteknik – kan bruges under industrielle forhold. Under transglykosidering skal koncentrationen af ​​mellemproduktet butylpolyglucosid, der virker som solubiliseringsmiddel for edukterne D-glucose og butanol, holdes over ca. 15 % i reaktionsblandingen for at undgå inhomogeniteter. Til samme formål skal vandkoncentrationen i reaktionsblandingen, der anvendes til direkte Fischer-syntese af alkylpolyglucosider, holdes på mindre end ca. 1 %. Ved højere vandindhold er der risiko for at omdanne den suspenderede krystallinske D-glucose til en klæbrig masse, hvilket efterfølgende ville resultere i dårlig forarbejdning og overdreven polymerisation. Effektiv omrøring og homogenisering fremmer den fine fordeling og reaktivitet af den krystallinske D-glucose i reaktionsblandingen.

Både tekniske og økonomiske faktorer skal tages i betragtning, når man vælger syntesemetoden og dens mere sofistikerede varianter. Homogene transglykosideringsprocesser baseret på D-glukosesirupper fremstår særligt gunstige til kontinuerlig produktion i stor skala. De muliggør permanente besparelser på krystallisation af råvaren D-glukose i værdikæden, hvilket mere end kompenserer for de højere engangsinvesteringer i transglykosideringstrinnet og genvinding af butanol. Anvendelsen af ​​n-butanol har ingen andre ulemper, da den kan genanvendes næsten fuldstændigt, således at restkoncentrationerne i de genvundne slutprodukter kun er nogle få ppm, hvilket kan betragtes som ikke-kritisk. Direkte Fischer-glykosidering i henhold til gylleprocessen eller glucosetilførselsteknikken undlader transglykosideringstrinnet og genvindingen af ​​butanol. Det kan også udføres kontinuerligt og kræver lidt lavere anlægsudgifter.

Fremover vil udbuddet af og prisen på fossile og vedvarende råvarer samt de videre teknologiske fremskridt i produktionen af ​​alkylpolysaccharider have en afgørende indflydelse på markedskapaciteten og produktionskapaciteten ved udvikling og anvendelse. Base polysaccharid har allerede sine egne tekniske løsninger, der kan give vigtige konkurrencefordele på overfladebehandlingsmarkedet for virksomheder, der udvikler eller har taget sådanne processer i brug. Dette gælder især, når priserne er høje og lave. Fremstillingsomkostningerne for fremstillingsmidlet er steget til det sædvanlige niveau, selv om prisen på lokale råvarer falder en smule, kan det fastsætte erstatningerne for overfladeaktive stoffer og kan tilskynde til installation af nye alkylpolysaccharidproduktionsanlæg.