ΟΙ ΜΕΘΟΔΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΑΛΚΥΛΟΓΛΥΚΟΣΙΔΩΝ

Η γλυκοζίωση Fischer είναι η μόνη μέθοδος χημικής σύνθεσης που επέτρεψε την ανάπτυξη των σημερινών οικονομικών και τεχνικά τελειοποιημένων λύσεων για μεγάλης κλίμακας παραγωγή αλκυλο πολυγλυκοζιδίων. Εγκαταστάσεις παραγωγής με δυναμικότητες άνω των 20.000 t/έτος έχουν ήδη υλοποιηθεί και διευρύνουν τη γκάμα προϊόντων της βιομηχανίας τασιενεργών με επιφανειοδραστικούς παράγοντες που βασίζονται σε ανανεώσιμες πρώτες ύλες. Η D-γλυκόζη και οι γραμμικές λιπαρές αλκοόλες C8-C16 έχουν αποδειχθεί ότι είναι οι προτιμώμενες πρώτες ύλες. Αυτά τα προϊόντα μπορούν να μετατραπούν σε επιφανειοδραστικούς αλκυλ πολυγλυκοζίτες μέσω άμεσης γλυκοσιδίωσης Fischer ή διαγλυκοσιδίωσης δύο σταδίων μέσω βουτυλο πολυγλυκοσίδης παρουσία όξινων καταλυτών, με νερό ως παραπροϊόν. Το νερό πρέπει να αποστάζεται από το μίγμα της αντίδρασης για να μετατοπιστεί η ισορροπία της αντίδρασης προς τα επιθυμητά προϊόντα. Κατά τη διαδικασία γλυκοζίωσης, οι ανομοιογένειες στο μείγμα της αντίδρασης θα πρέπει να αποφεύγονται, καθώς οδηγούν σε υπερβολικό σχηματισμό των λεγόμενων πολυγλυκοσιδών, οι οποίοι είναι εξαιρετικά ανεπιθύμητοι. Πολλά τεχνικά στρατηγικά επομένως επικεντρώνονται στην ομογενοποίηση των εκπομπών n-γλυκόζης και αλκοολών, οι οποίες είναι ελάχιστα αναμίξιμες λόγω της διαφοράς πολικότητας τους. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, σχηματίζονται γλυκοσιδικοί δεσμοί τόσο μεταξύ της λιπαρής αλκοόλης και της n-γλυκόζης όσο και μεταξύ των ίδιων των μονάδων n-γλυκόζης. Οι αλκυλοπολυγλυκοζίτες κατά συνέπεια σχηματίζονται ως μίγματα κλασμάτων με διαφορετικούς αριθμούς μονάδων γλυκόζης στο μακράς αλυσίδας αλκυλικό υπόλειμμα. Κάθε ένα από αυτά τα κλάσματα, με τη σειρά του, αποτελείται από πολλά ισομερή συστατικά, καθώς οι μονάδες n-γλυκόζης λαμβάνουν διαφορετικές ανωμερικές μορφές και μορφές δακτυλίου σε χημική ισορροπία κατά τη γλυκοζίωση Fischer και οι γλυκοσιδικοί δεσμοί μεταξύ των μονάδων D-γλυκόζης εμφανίζονται σε διάφορες πιθανές θέσεις σύνδεσης . Η αναλογία ανωμερών των μονάδων D-γλυκόζης είναι περίπου α/β＝ 2:1 και φαίνεται δύσκολο να επηρεαστεί υπό τις περιγραφόμενες συνθήκες της σύνθεσης Fischer. Υπό θερμοδυναμικά ελεγχόμενες συνθήκες, οι μονάδες n-γλυκόζης που περιέχονται στο μείγμα προϊόντος υπάρχουν κυρίως με τη μορφή πυρανοσίδων. Ο μέσος αριθμός μονάδων η-γλυκόζης ανά υπόλειμμα αλκυλίου, ο αποκαλούμενος βαθμός πολυμερισμού, είναι ουσιαστικά συνάρτηση της μοριακής αναλογίας των εκχυλισμάτων κατά την κατασκευή. Λόγω των έντονων τασιενεργών τους ιδιοτήτων[1], δίνεται ιδιαίτερη προτίμηση στους αλκυλο πολυγλυκοσίτες με βαθμούς πολυμερισμού μεταξύ 1 και 3, για τους οποίους πρέπει να χρησιμοποιούνται περίπου 3-10 mol λιπαρής αλκοόλης ανά mole n-γλυκόζης στη διαδικασία.

Ο βαθμός πολυμερισμού μειώνεται καθώς αυξάνεται η περίσσεια λιπαρής αλκοόλης. Η περίσσεια λιπαρών αλκοολών διαχωρίζεται και ανακτάται με μια διαδικασία απόσταξης κενού πολλαπλών σταδίων με εξατμιστήρες που πέφτουν, έτσι ώστε η θερμική καταπόνηση να μπορεί να περιοριστεί στο ελάχιστο. Η θερμοκρασία εξάτμισης θα πρέπει να είναι αρκετά υψηλή και ο χρόνος επαφής στην καυτή ζώνη ακριβώς αρκετά μεγάλος ώστε να εξασφαλίζεται επαρκής απόσταξη της περίσσειας λιπαρής αλκοόλης και ροή του τήγματος αλκυλο πολυγλυκοζίτη χωρίς καμία σημαντική αντίδραση αποσύνθεσης. Μια σειρά από στάδια εξάτμισης μπορεί να χρησιμοποιηθεί επωφελώς για να διαχωριστεί πρώτα το κλάσμα χαμηλού σημείου βρασμού, μετά την κύρια ποσότητα λιπαρής αλκοόλης και τέλος την υπόλοιπη λιπαρή αλκοόλη, μέχρις ότου ο αλκυλοπολυγλυκοσίδης λιώσει ως υδατοδιαλυτό υπόλειμμα.

Ακόμη και κάτω από τις πιο ήπιες συνθήκες για τη σύνθεση και την εξάτμιση των λιπαρών αλκοολών, θα εμφανιστεί ανεπιθύμητος καφέ αποχρωματισμός και απαιτούνται διαδικασίες λεύκανσης για τον καθαρισμό του προϊόντος. Μία μέθοδος λεύκανσης που έχει αποδειχθεί κατάλληλη είναι η προσθήκη ενός οξειδωτικού παράγοντα, όπως υπεροξειδίου του υδρογόνου, σε ένα υδατικό σκεύασμα αλκυλοπολυγλυκοσίδης σε ένα αλκαλικό μέσο παρουσία ιόντων μαγνησίου.

Οι πολλαπλές μελέτες και οι παραλλαγές που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία σύνθεσης, μετα-επεξεργασίας και εξευγενισμού εγγυώνται ότι ακόμη και σήμερα, δεν υπάρχει ακόμη ευρέως εφαρμόσιμη λύση «με το κλειδί στο χέρι» για την απόκτηση μιας συγκεκριμένης ποιότητας προϊόντος. Αντίθετα, όλα τα στάδια της διαδικασίας πρέπει να διατυπωθούν. Η Dongfu παρέχει ορισμένες προτάσεις για το σχεδιασμό της λύσης και τις τεχνικές λύσεις και εξηγεί τις χημικές και φυσικές συνθήκες για τη διαδικασία αντίδρασης, διαχωρισμού και εξευγενισμού.

Και οι τρεις κύριες διεργασίες - ομοιογενής διαγλυκοζίωση, διαδικασία ιλύος και τεχνική τροφοδοσίας γλυκόζης - μπορούν να χρησιμοποιηθούν υπό βιομηχανικές συνθήκες. Κατά τη διάρκεια της διαγλυκοζίδωσης, η συγκέντρωση του ενδιάμεσου βουτυλικού πολυγλυκοσιδίου, ο οποίος δρα ως διαλυτοποιητής για τα προϊόντα D-γλυκόζης και βουτανόλης, πρέπει να διατηρείται πάνω από περίπου 15% στο μίγμα της αντίδρασης έτσι ώστε να αποφεύγονται ανομοιογένειες. Για τον ίδιο σκοπό, η συγκέντρωση νερού στο μείγμα αντίδρασης που χρησιμοποιείται για την άμεση σύνθεση Fischer αλκυλο πολυγλυκοζιδίων πρέπει να διατηρείται σε λιγότερο από περίπου 1 % . Σε υψηλότερη περιεκτικότητα σε νερό υπάρχει ο κίνδυνος μετατροπής της αιωρούμενης κρυσταλλικής D-γλυκόζης σε κολλώδη μάζα, η οποία στη συνέχεια θα είχε ως αποτέλεσμα κακή επεξεργασία και υπερβολικό πολυμερισμό. Η αποτελεσματική ανάδευση και ομογενοποίηση προάγουν τη λεπτή κατανομή και την αντιδραστικότητα της κρυσταλλικής D-γλυκόζης στο μίγμα της αντίδρασης.

Τόσο οι τεχνικοί όσο και οι οικονομικοί παράγοντες πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την επιλογή της μεθόδου σύνθεσης και των πιο εξελιγμένων παραλλαγών της. Οι διαδικασίες ομοιογενούς διαγλυκοζίωσης που βασίζονται σε σιρόπια D-γλυκόζης εμφανίζονται ιδιαίτερα ευνοϊκές για συνεχή παραγωγή σε μεγάλη κλίμακα. Επιτρέπουν μόνιμη εξοικονόμηση πόρων στην κρυστάλλωση της πρώτης ύλης D-γλυκόζη στην αλυσίδα προστιθέμενης αξίας, η οποία υπεραντιστάθμιση των υψηλότερων εφάπαξ επενδύσεων στο στάδιο της διαγλυκοζίδωσης και στην ανάκτηση της βουτανόλης. Η χρήση της n-βουτανόλης δεν παρουσιάζει άλλα μειονεκτήματα, καθώς μπορεί να ανακυκλωθεί σχεδόν πλήρως, έτσι ώστε οι υπολειμματικές συγκεντρώσεις στα ανακτημένα τελικά προϊόντα να είναι μόνο μερικά μέρη ανά εκατομμύριο, τα οποία μπορούν να θεωρηθούν μη κρίσιμα. Η απευθείας γλυκοζίωση Fischer σύμφωνα με τη διαδικασία ιλύος ή την τεχνική τροφοδοσίας γλυκόζης αποκλείει το στάδιο της διαγλυκοζίωσης και την ανάκτηση της βουτανόλης. Μπορεί επίσης να εκτελείται συνεχώς και απαιτεί ελαφρώς χαμηλότερες κεφαλαιουχικές δαπάνες.

Στο μέλλον, η προσφορά και η τιμή των ορυκτών και ανανεώσιμων πρώτων υλών, καθώς και η περαιτέρω τεχνολογική πρόοδος στην παραγωγή αλκυλοπολυσακχαριτών, θα έχουν αποφασιστικό αντίκτυπο στην ικανότητα της αγοράς και στην παραγωγική ικανότητα ανάπτυξης και εφαρμογής. Ο βασικός πολυσακχαρίτης έχει ήδη τις δικές του τεχνικές λύσεις που μπορούν να προσφέρουν σημαντικά ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα στην αγορά επεξεργασίας επιφανειών για εταιρείες που αναπτύσσουν ή έχουν υιοθετήσει τέτοιες διαδικασίες. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα όταν οι τιμές είναι υψηλές και χαμηλές. Το κόστος κατασκευής του παράγοντα κατασκευής έχει αυξηθεί στο συνηθισμένο επίπεδο, ακόμη και αν η τιμή των τοπικών πρώτων υλών μειωθεί ελαφρά, μπορεί να διορθώσει τα υποκατάστατα των επιφανειοδραστικών ουσιών και μπορεί να ενθαρρύνει την εγκατάσταση νέων μονάδων παραγωγής αλκυλοπολυσακχαριτών.