МЕТОДИ ВИРОБНИЦТВА АЛКІЛГЛЮКОЗИДІВ

Глікозидування Фішера – єдиний метод хімічного синтезу, який дозволив розробити сучасні економічні та технічно досконалі рішення для великомасштабного виробництва алкілполіглюкозидів. Виробничі установки потужністю понад 20 000 т/рік вже реалізовані та розширюють асортимент продукції промисловості поверхнево-активних речовин з поверхнево-активними речовинами на основі відновлюваної сировини. D-глюкоза та лінійні жирні спирти C8-C16 виявилися кращою сировиною. Ці продукти можна перетворити на поверхнево-активні алкілполіглюкозиди за допомогою прямого глікозидування Фішера або двостадійного трансглікозидування через бутилполіглюкозид у присутності кислотних каталізаторів, з водою як побічним продуктом. Воду необхідно дистилювати з реакційної суміші, щоб змістити рівновагу реакції в бік бажаних продуктів. Під час процесу глікозидування слід уникати неоднорідностей у реакційній суміші, оскільки вони призводять до надмірного утворення так званих поліглюкозидів, які є вкрай небажаними. Тому багато технічних стратегій зосереджені на гомогенізації вихідних речовин – н-глюкози та спиртів, які погано змішуються через різну полярність. Під час реакції глікозидні зв'язки утворюються як між жирним спиртом та н-глюкозою, так і між самими н-глюкозними одиницями. Алкілполіглюкозиди, в результаті, утворюють суміші фракцій з різною кількістю глюкозних одиниць у довголанцюговому алкільному залишку. Кожна з цих фракцій, у свою чергу, складається з кількох ізомерних складових, оскільки н-глюкозні одиниці набувають різних аномерних форм та кільцевих форм у хімічній рівновазі під час глікозидування Фішера, а глікозидні зв'язки між D-глюкозними одиницями відбуваються в кількох можливих положеннях зв'язку. Аномерне співвідношення D-глюкозних одиниць приблизно становить α/β = 2:1 і на нього важко впливати за описаних умов синтезу Фішера. За термодинамічно контрольованих умов н-глюкозні одиниці, що містяться в суміші продуктів, існують переважно у формі піранозидів. Середня кількість ланок n-глюкози на один алкільний залишок, так званий ступінь полімеризації, по суті є функцією молярного співвідношення вихідних речовин під час виробництва. Завдяки їхнім вираженим поверхнево-активним властивостям[1], особлива перевага надається алкілполіглюкозидам зі ступенями полімеризації від 1 до 3, для яких у процесі необхідно використовувати приблизно 3-10 моль жирного спирту на моль n-глюкози.

Ступінь полімеризації зменшується зі збільшенням надлишку жирного спирту. Надлишки жирних спиртів відокремлюються та рекуперуються за допомогою багатоступеневого процесу вакуумної дистиляції з використанням випарників з падаючою плівкою, щоб мінімізувати термічне напруження. Температура випаровування повинна бути достатньо високою, а час контакту в гарячій зоні – достатньо довгим, щоб забезпечити достатню дистиляцію надлишку жирного спирту та потік розплаву алкілполіглюкозиду без будь-якої значної реакції розкладання. Для відділення спочатку низькокиплячої фракції, потім основної кількості жирного спирту і, нарешті, решти жирного спирту, доки алкілполіглікозид не розплавиться у вигляді водорозчинного залишку, можна вигідно використовувати серію етапів випаровування.

Навіть за найм'якших умов синтезу та випаровування жирних спиртів відбуватиметься небажане коричневе знебарвлення, і для рафінування продукту потрібні процеси відбілювання. Одним із методів відбілювання, який зарекомендував себе як придатний, є додавання окислювача, такого як перекис водню, до водної композиції алкілполіглікозиду в лужному середовищі в присутності іонів магнію.

Численні дослідження та варіанти, що використовуються в процесі синтезу, постобробки та рафінування, гарантують, що навіть сьогодні не існує широко застосовного «під ключ» рішення для отримання певного сорту продукту. Навпаки, всі етапи процесу необхідно сформулювати. Дунфу пропонує деякі пропозиції щодо розробки рішень та технічних рішень, а також пояснює хімічні та фізичні умови для процесу реакції, розділення та рафінування.

Усі три основні процеси – гомогенне трансглікозидування, суспензійний процес та метод подачі глюкози – можна використовувати в промислових умовах. Під час трансглікозидування концентрацію проміжного бутилполіглюкозиду, який діє як солюбілізатор для вихідних речовин D-глюкози та бутанолу, необхідно підтримувати на рівні понад приблизно 15% у реакційній суміші, щоб уникнути неоднорідностей. З цією ж метою концентрацію води в реакційній суміші, що використовується для прямого синтезу Фішера алкілполіглюкозидів, необхідно підтримувати на рівні менше приблизно 1%. При вищому вмісті води існує ризик перетворення суспендованої кристалічної D-глюкози на липку масу, що згодом призведе до поганої обробки та надмірної полімеризації. Ефективне перемішування та гомогенізація сприяють тонкому розподілу та реакційній здатності кристалічної D-глюкози в реакційній суміші.

При виборі методу синтезу та його більш складних варіантів необхідно враховувати як технічні, так і економічні фактори. Гомогенні процеси трансглікозидування на основі D-глюкозних сиропів видаються особливо сприятливими для безперервного виробництва у великих масштабах. Вони дозволяють постійно заощаджувати кошти на кристалізації сировини D-глюкози в ланцюжку створення доданої вартості, що більш ніж компенсує вищі одноразові інвестиції в етап трансглікозидування та відновлення бутанолу. Використання н-бутанолу не має інших недоліків, оскільки його можна майже повністю переробляти, так що залишкові концентрації у відновлених кінцевих продуктах становлять лише кілька частин на мільйон, що можна вважати некритичним. Пряме глікозидування Фішера за методом суспензії або методом подачі глюкози обходиться без етапу трансглікозидування та відновлення бутанолу. Його також можна проводити безперервно та вимагає дещо менших капітальних витрат.

У майбутньому постачання та ціна на викопну та відновлювану сировину, а також подальший технологічний прогрес у виробництві алкілполісахаридів матимуть вирішальний вплив на ринкову ємність та виробничі потужності розробки та застосування. Базовий полісахарид вже має власні технічні рішення, які можуть забезпечити важливі конкурентні переваги на ринку обробки поверхонь для компаній, які розробляють або впроваджують такі процеси. Це особливо актуально, коли ціни високі та низькі. Виробнича вартість виробничого агента зросла до звичайного рівня, і навіть якщо ціна на місцеву сировину дещо знизиться, це може закріпити замінники поверхнево-активних речовин і може стимулювати встановлення нових заводів з виробництва алкілполісахаридів.