DE METHODEN VOOR DE VERVAARDIGING VAN ALKYLGLUCOSIDEN

Fischer-glycosidatie is de enige methode voor chemische synthese die de ontwikkeling mogelijk heeft gemaakt van de hedendaagse economische en technisch geperfectioneerde oplossingen voor de grootschalige productie van alkylpolyglucosiden. Er zijn al productie-installaties met een capaciteit van meer dan 20.000 ton/jaar gerealiseerd en deze vergroten het productassortiment van de oppervlakteactieve stoffenindustrie met oppervlakteactieve stoffen op basis van hernieuwbare grondstoffen. D-glucose en lineaire C8-C16-vetalcoholen zijn de voorkeursgrondstoffen gebleken. Deze educten kunnen worden omgezet in oppervlakteactieve alkylpolyglucosiden door middel van directe Fischer-glycosidatie of tweestaps-transglycosidatie via butylpolyglucoside in aanwezigheid van zure katalysatoren, met water als bijproduct. Het water moet uit het reactiemengsel worden gedestilleerd om het reactie-evenwicht in de richting van de gewenste producten te verschuiven. Tijdens het glycosideringsproces moeten inhomogeniteiten in het reactiemengsel worden vermeden, aangezien deze leiden tot overmatige vorming van zogenaamde polyglucosiden, die zeer ongewenst zijn. Veel technische strategieën concentreren zich daarom op het homogeniseren van de educten n-glucose en alcoholen, die vanwege hun verschil in polariteit slecht mengbaar zijn. Tijdens de reactie worden glycosidische bindingen gevormd zowel tussen vetalcohol en n-glucose als tussen de n-glucose-eenheden zelf. Alkylpolyglucosiden vormen zich bijgevolg als mengsels van fracties met verschillende aantallen glucose-eenheden aan de alkylrest met lange keten. Elk van deze fracties bestaat op zijn beurt uit verschillende isomere bestanddelen, omdat de n-glucose-eenheden verschillende anomere vormen en ringvormen aannemen in chemisch evenwicht tijdens Fischer-glycosidatie en de glycosidische bindingen tussen D-glucose-eenheden in verschillende mogelijke bindingsposities voorkomen. . De anomeerverhouding van de D-glucose-eenheden is ongeveer α/β = 2: 1 en lijkt moeilijk te beïnvloeden onder de beschreven omstandigheden van Fischer-synthese. Onder thermodynamisch gecontroleerde omstandigheden bestaan ​​de n-glucose-eenheden in het productmengsel voornamelijk in de vorm van pyranosiden. Het gemiddelde aantal n-glucose-eenheden per alkylrest, de zogenaamde polymerisatiegraad, is in wezen een functie van de molaire verhouding van de educten tijdens de vervaardiging. Op grond van hun uitgesproken oppervlakte-actieve eigenschappen wordt bijzondere voorkeur gegeven aan alkylpolyglucosiden met een polymerisatiegraad tussen 1 en 3, waarvoor per mol n-glucose ongeveer 3-10 mol vetalcohol moet worden gebruikt.

De polymerisatiegraad neemt af naarmate de overmaat vetalcohol toeneemt. Overtollige vetalcoholen worden afgescheiden en teruggewonnen door een meerstaps vacuümdestillatieproces met vallende filmverdampers, zodat thermische stress tot een minimum kan worden beperkt. De verdampingstemperatuur moet net hoog genoeg zijn en de contacttijd in de hete zone net lang genoeg om voldoende destillatie van de overmaat vetalcohol en stroming van de alkylpolyglucosidesmelt te garanderen zonder enige significante ontledingsreactie. Met voordeel kan een reeks verdampingsstappen worden toegepast om eerst de laagkokende fractie, vervolgens de hoofdhoeveelheid vetalcohol en tenslotte de resterende vetalcohol af te scheiden, totdat het alkylpolyglycoside smelt als een in water oplosbaar residu.

Zelfs onder de mildste omstandigheden voor de synthese en verdamping van vetalcoholen zal ongewenste bruine verkleuring optreden en zijn bleekprocessen vereist om het product te verfijnen. Eén bleekmethode die geschikt is gebleken, is het toevoegen van een oxidatiemiddel, zoals waterstofperoxide, aan een waterige formulering van alkylpolyglycoside in een alkalisch medium in aanwezigheid van magnesiumionen.

De vele onderzoeken en varianten die worden gebruikt in het synthese-, nabewerkings- en raffinageproces garanderen dat er zelfs vandaag de dag nog steeds geen breed toepasbare ‘turnkey’-oplossing bestaat om een ​​specifieke productkwaliteit te verkrijgen. Integendeel, alle processtappen moeten worden geformuleerd. Dongfu geeft enkele suggesties voor het ontwerp van de oplossing en technische oplossingen, en legt de chemische en fysische omstandigheden voor het reactie-, scheidings- en raffinageproces uit.

Alle drie de hoofdprocessen – homogene transglycosidatie, slurryproces en glucosetoevoertechniek – kunnen onder industriële omstandigheden worden gebruikt. Tijdens transglycosidatie moet de concentratie van het tussenproduct butylpolyglucoside, dat werkt als een solubilisator voor de educten D-glucose en butanol, in het reactiemengsel op ongeveer 15% worden gehouden om inhomogeniteiten te vermijden. Voor hetzelfde doel moet de waterconcentratie in het reactiemengsel dat wordt gebruikt voor de directe Fischer-synthese van alkylpolyglucosiden op minder dan ongeveer 1% worden gehouden. Bij hogere watergehalten bestaat het risico dat de gesuspendeerde kristallijne D-glucose in een kleverige massa verandert, wat vervolgens zou resulteren in een slechte verwerking en overmatige polymerisatie. Effectief roeren en homogeniseren bevorderen de fijne verdeling en reactiviteit van de kristallijne D-glucose in het reactiemengsel.

Bij het selecteren van de synthesemethode en de meer geavanceerde varianten ervan moet rekening worden gehouden met zowel technische als economische factoren. Homogene transglycosidatieprocessen op basis van D-glucosestropen blijken bijzonder gunstig voor continue productie op grote schaal. Ze maken permanente besparingen mogelijk op de kristallisatie van de grondstof D-glucose in de waardeketen, wat de hogere eenmalige investeringen in de transglycosidatiestap en de terugwinning van butanol ruimschoots compenseert. Het gebruik van n-butanol brengt verder geen nadelen met zich mee, aangezien het vrijwel volledig kan worden gerecycled, zodat de restconcentraties in de teruggewonnen eindproducten slechts enkele delen per miljoen bedragen, wat als niet-kritisch kan worden beschouwd. Directe Fischer-glycosidatie volgens het slurryproces of de glucosetoevoertechniek maakt de transglycosidatiestap en de terugwinning van butanol overbodig. Het kan ook continu worden uitgevoerd en vereist iets lagere kapitaaluitgaven.

In de toekomst zullen het aanbod en de prijs van fossiele en hernieuwbare grondstoffen, evenals de verdere technologische vooruitgang in de productie van alkylpolysachariden, een beslissende impact hebben op de marktcapaciteit en productiecapaciteit van ontwikkeling en toepassing. Basispolysacharide beschikt al over zijn eigen technische oplossingen die belangrijke concurrentievoordelen kunnen bieden op de markt voor oppervlaktebehandeling voor bedrijven die dergelijke processen ontwikkelen of hebben ingevoerd. Dit geldt vooral als de prijzen hoog en laag zijn. De productiekosten van het productiemiddel zijn gestegen naar het gebruikelijke niveau, zelfs als de prijs van lokale grondstoffen lichtjes daalt, kan dit de vervangers voor oppervlakteactieve stoffen fixeren en de installatie van nieuwe productie-installaties voor alkylpolysacchariden aanmoedigen.