МЕТОДЕ ЗА ПРОИЗВОДЊУ АЛКИЛ ГЛУКОЗИДА

Фишерова гликозидација је једина метода хемијске синтезе која је омогућила развој данашњих економских и технички усавршених решења за производњу алкил полиглукозида великих размера. Производни погони капацитета преко 20.000 т/годишње су већ реализовани и проширују асортиман производа индустрије сурфактаната површински активним средствима на бази обновљивих сировина. Д-глукоза и линеарни C8-C16 масни алкохоли показали су се као префериране сировине. Ови едукти се могу претворити у површински активне алкил полиглукозиде помоћу директне Фишерове гликозидације или двостепене трансгликозидације преко бутил полиглукозида у присуству киселих катализатора, са водом као нуспроизводом. Вода се мора дестиловати из реакционе смеше како би се равнотежа реакције померила ка жељеним производима. Током процеса гликозидације, треба избегавати нехомогености у реакционој смеши, јер оне доводе до прекомерног стварања такозваних полиглукозида, који су веома непожељни. Многе техничке стратегије се стога концентришу на хомогенизацију едукта н-глукозе и алкохола, који се слабо мешају због разлике у поларности. Током реакције, гликозидне везе се формирају и између масног алкохола и н-глукозе и између самих н-глукозних јединица. Алкил полиглукозиди се сходно томе формирају као смеше фракција са различитим бројем глукозних јединица на дуголанчаном алкил остатку. Свака од ових фракција, заузврат, састоји се од неколико изомерних састојака, пошто н-глукозне јединице попримају различите аномерне облике и облике прстена у хемијској равнотежи током Фишерове гликозидације, а гликозидне везе између Д-глукозних јединица се јављају у неколико могућих положаја везивања. Однос аномера Д-глукозних јединица је приближно α/β = 2:1 и чини се да је тешко утицати на њега под описаним условима Фишерове синтезе. Под термодинамички контролисаним условима, н-глукозне јединице садржане у смеши производа постоје претежно у облику пиранозида. Просечан број n-глукозних јединица по алкил остатку, такозвани степен полимеризације, у суштини је функција моларног односа едукта током производње. Због њихових изражених сурфактантних својстава[1], посебна предност се даје алкил полиглукозидима са степеном полимеризације између 1 и 3, за које се у процесу мора користити приближно 3-10 мол масног алкохола по молу n-глукозе.

Степен полимеризације се смањује како се вишак масног алкохола повећава. Вишак масних алкохола се одваја и регенерише вишестепеним поступком вакуумске дестилације са испаривачима са падајућим филмом, тако да се термички стрес може свести на минимум. Температура испаравања треба да буде довољно висока, а време контакта у врућој зони довољно дуго да се обезбеди довољна дестилација вишка масног алкохола и проток растопа алкил полиглукозида без икакве значајне реакције разлагања. Низ корака испаравања може се повољно користити за одвајање прво фракције са ниском тачком кључања, затим главне количине масног алкохола и коначно преосталог масног алкохола, док се алкил полигликозид не истопи као остатак растворљив у води.

Чак и под најблажим условима за синтезу и испаравање масних алкохола, доћи ће до нежељене смеђе промене боје, а за рафинирање производа потребни су процеси бељења. Једна метода бељења која се показала погодном је додавање оксидационог средства, као што је водоник-пероксид, воденој формулацији алкил полигликозида у алкалној средини у присуству магнезијумових јона.

Вишеструке студије и варијанте коришћене у процесу синтезе, постпродукције и рафинирања гарантују да чак ни данас не постоји широко применљиво решење „кључ у руке“ за добијање одређеног квалитета производа. Напротив, сви кораци процеса морају бити формулисани. Донгфу даје неке предлоге за дизајн решења и техничка решења, и објашњава хемијске и физичке услове за процес реакције, раздвајања и рафинирања.

Сва три главна процеса – хомогена трансгликозидација, процес суспензије и техника додавања глукозе – могу се користити у индустријским условима. Током трансгликозидације, концентрација међупроизвода бутил полиглукозида, који делује као солубилизатор за едукте Д-глукозу и бутанол, мора се одржавати изнад око 15% у реакционој смеши како би се избегле нехомогености. У исту сврху, концентрација воде у реакционој смеши која се користи за директну Фишерову синтезу алкил полиглукозида мора се одржавати на мање од око 1%. При већем садржају воде постоји ризик од претварања суспендоване кристалне Д-глукозе у лепљиву масу, што би потом довело до лоше обраде и прекомерне полимеризације. Ефикасно мешање и хомогенизација подстичу фину расподелу и реактивност кристалне Д-глукозе у реакционој смеши.

Приликом избора методе синтезе и њених софистициранијих варијанти, морају се узети у обзир и технички и економски фактори. Хомогени процеси трансгликозидације засновани на Д-глукозним сирупима изгледају посебно повољни за континуирану производњу у великим размерама. Они омогућавају трајне уштеде на кристализацији сировине Д-глукозе у ланцу додате вредности, што више него надокнађује већа једнократна улагања у корак трансгликозидације и опоравак бутанола. Употреба н-бутанола не представља друге недостатке, јер се може скоро потпуно рециклирати тако да су резидуалне концентрације у регенерисаним крајњим производима само неколико делова на милион, што се може сматрати некритичним. Директна Фишерова гликозидација према поступку суспензије или техници додавања глукозе ослобађа корака трансгликозидације и опоравка бутанола. Такође се може изводити континуирано и захтева нешто мања капитална улагања.

У будућности, понуда и цена фосилних и обновљивих сировина, као и даљи технолошки напредак у производњи алкил полисахарида, имаће одлучујући утицај на тржишни капацитет и производни капацитет развоја и примене. Базни полисахарид већ има своја техничка решења која могу пружити важне конкурентске предности на тржишту површинске обраде за компаније које развијају или су усвојиле такве процесе. Ово је посебно тачно када су цене високе и ниске. Трошкови производње производног средства су порасли на уобичајени ниво, чак и ако цена локалних сировина благо падне, то може поправити замене за сурфактанте и може подстаћи инсталацију нових постројења за производњу алкил полисахарида.