ALKYYLIGLUKOSIDEN VALMISTUSMENETELMÄT

Fischer-glykosidaatio on ainoa kemiallinen synteesimenetelmä, joka on mahdollistanut nykypäivän taloudellisten ja teknisesti täydellisten ratkaisujen kehittämisen alkyylipolyglukosidien laajamittaiseen tuotantoon. Tuotantolaitokset, joiden kapasiteetti on yli 20 000 t/vuosi, on jo toteutettu ja ne laajentavat pinta-aktiivisten aineiden tuotevalikoimaa uusiutuviin raaka-aineisiin perustuvilla pinta-aktiivisilla aineilla. D-glukoosi ja lineaariset C8-C16-rasvaalkoholit ovat osoittautuneet edullisiksi raaka-aineiksi. Nämä eduktit voidaan muuttaa pinta-aktiivisiksi alkyylipolyglukosideiksi suoralla Fischer-glykosidaatiolla tai kaksivaiheisella transglykosidaatiolla butyylipolyglukosidin kautta happokatalyyttien läsnä ollessa, jolloin vesi on sivutuotteena. Vesi on tislattava reaktioseoksesta reaktiotasapainon siirtämiseksi kohti haluttuja tuotteita. Glykosidaatioprosessin aikana tulee välttää reaktioseoksen epähomogeenisuuksia, koska ne johtavat liialliseen niin kutsuttujen polyglukosidien muodostumiseen, jotka ovat erittäin epätoivottuja. Monet tekniset juonit keskittyvät siksi n-glukoosin ja alkoholien homogenointiin, jotka ovat huonosti sekoittuvia polariteettieron vuoksi. Reaktion aikana muodostuu glykosidisia sidoksia sekä rasva-alkoholin ja n-glukoosin välille että itse n-glukoosiyksiköiden välille. Alkyylipolyglukosidit muodostuvat näin ollen fraktioiden seoksina, joissa on eri määrä glukoosiyksiköitä pitkäketjuisessa alkyylitähteessä. Jokainen näistä fraktioista puolestaan ​​koostuu useista isomeerisista aineosista, koska n-glukoosiyksiköt ottavat erilaisia ​​anomeerisia muotoja ja rengasmuotoja kemiallisessa tasapainossa Fischer-glykosidoinnin aikana ja D-glukoosiyksiköiden väliset glykosidiset sidokset esiintyvät useissa mahdollisissa sidoskohdissa. . D-glukoosiyksiköiden anomeerisuhde on noin α/β＝ 2:1 ja näyttää vaikealta vaikuttaa kuvatuissa Fischer-synteesin olosuhteissa. Termodynaamisesti kontrolloiduissa olosuhteissa tuoteseoksen sisältämät n-glukoosiyksiköt esiintyvät pääasiassa pyranosidien muodossa. Keskimääräinen n-glukoosiyksiköiden lukumäärä alkyylitähdettä kohden, ns. polymerointiaste, on olennaisesti funktio edukttien moolisuhteesta valmistuksen aikana. Selkeiden pinta-aktiivisten ominaisuuksiensa[1] vuoksi erityisen edullisia ovat alkyylipolyglukosidit, joiden polymerisaatioaste on välillä 1-3 ja joita varten prosessissa on käytettävä noin 3-10 mol rasva-alkoholia per mooli n-glukoosia.

Polymeroitumisaste laskee ylimääräisen rasva-alkoholin kasvaessa. Ylimääräiset rasva-alkoholit erotetaan ja otetaan talteen monivaiheisella tyhjötislausprosessilla putoavilla kalvohaihduttajilla, jotta lämpörasitus voidaan pitää mahdollisimman pienenä. Haihdutuslämpötilan tulee olla juuri tarpeeksi korkea ja kosketusajan kuumalla vyöhykkeellä juuri tarpeeksi pitkä, jotta varmistetaan ylimääräisen rasva-alkoholin riittävä tislaus ja alkyylipolyglukosidisulan virtaus ilman merkittävää hajoamisreaktiota. Haihdutusvaiheiden sarjaa voidaan edullisesti käyttää erottamaan ensin alhaalla kiehuva fraktio, sitten päämäärä rasva-alkoholia ja lopuksi jäljellä oleva rasva-alkoholi, kunnes alkyylipolyglykosidi sulaa vesiliukoisena jäännöksenä.

Jopa miedoimmissa rasva-alkoholien synteesin ja haihdutuksen olosuhteissa tapahtuu ei-toivottua ruskeaa värjäytymistä, ja tuotteen jalostaminen vaatii valkaisuprosesseja. Eräs sopivaksi osoittautunut valkaisumenetelmä on lisätä hapettavaa ainetta, kuten vetyperoksidia, alkyylipolyglykosidin vesipitoiseen formulaatioon alkalisessa väliaineessa magnesiumionien läsnä ollessa.

Synteesi-, jälkikäsittely- ja jalostusprosessissa käytetyt useat tutkimukset ja muunnelmat takaavat, että vielä tänä päivänäkään ei ole olemassa laajalti soveltuvaa "avaimet käteen" -ratkaisua tietyn tuotelaadun saamiseksi. Päinvastoin, kaikki prosessin vaiheet on muotoiltava. Dongfu tarjoaa joitain ehdotuksia ratkaisun suunnitteluun ja teknisiin ratkaisuihin sekä selittää kemialliset ja fysikaaliset olosuhteet reaktio-, erotus- ja jalostusprosessille.

Kaikkia kolmea pääprosessia – homogeenista transglykosidaatiota, lieteprosessia ja glukoosinsyöttötekniikkaa – voidaan käyttää teollisissa olosuhteissa. Transglykosidoinnin aikana välituotebutyylipolyglukosidin, joka toimii liuottimena D-glukoosille ja butanolille, pitoisuus on pidettävä reaktioseoksessa yli noin 15 % epähomogeenisuuksien välttämiseksi. Samaa tarkoitusta varten reaktioseoksen vesipitoisuus, jota käytetään alkyylipolyglukosidien suoraan Fischer-synteesiin, on pidettävä alle noin 1 %:ssa. Suuremmilla vesipitoisuuksilla on vaara, että suspendoitunut kiteinen D-glukoosi muuttuu tahmeaksi massaksi, mikä johtaisi myöhemmin huonoon prosessointiin ja liialliseen polymeroitumiseen. Tehokas sekoitus ja homogenointi edistävät kiteisen D-glukoosin hienojakoisuutta ja reaktiivisuutta reaktioseoksessa.

Synteesimenetelmää ja sen kehittyneempiä muunnelmia valittaessa on otettava huomioon sekä tekniset että taloudelliset tekijät. Homogeeniset transglykosidaatioprosessit, jotka perustuvat D-glukoosisiirappiin, vaikuttavat erityisen edullisilta jatkuvassa suuressa mittakaavassa. Ne mahdollistavat pysyviä säästöjä raaka-aineen D-glukoosin kiteytyksessä lisäarvoketjussa, mikä enemmän kuin kompensoi suuremmat kertainvestoinnit transglykosidaatiovaiheeseen ja butanolin talteenottoon. N-butanolin käytössä ei ole muita haittoja, koska se voidaan kierrättää lähes kokonaan niin, että talteenotetuissa lopputuotteissa jäännöspitoisuudet ovat vain muutamia miljoonasosia, joita voidaan pitää ei-kriittisinä. Suora Fischer-glykosidointi lieteprosessin tai glukoosin syöttötekniikan mukaisesti jättää pois transglykosidaatiovaiheen ja butanolin talteenoton. Se voidaan suorittaa myös jatkuvasti ja vaatii hieman pienempiä investointeja.

Tulevaisuudessa fossiilisten ja uusiutuvien raaka-aineiden tarjonnalla ja hinnalla sekä alkyylipolysakkaridien tuotannon teknologisella edistymisellä on ratkaiseva vaikutus markkinoiden kapasiteettiin ja kehittämisen ja sovellusten tuotantokapasiteettiin. Peruspolysakkaridilla on jo omat tekniset ratkaisunsa, jotka voivat tarjota merkittäviä kilpailuetuja pintakäsittelymarkkinoilla sellaisia ​​prosesseja kehittäville tai ottaneille yrityksille. Tämä pätee erityisesti silloin, kun hinnat ovat korkeat ja alhaiset. Valmistusaineen valmistuskustannukset ovat nousseet tavanomaiselle tasolle, vaikka paikallisten raaka-aineiden hinta hieman laskeekin, se voi korjata pinta-aktiivisten aineiden korvikkeita ja kannustaa uusien alkyylipolysakkaridien tuotantolaitosten asentamiseen.