ALKÜÜLGLÜKOSIIDIDE TOOTMISE MEETODID

Fischeri glükosideerimine on ainus keemilise sünteesi meetod, mis on võimaldanud välja töötada tänapäevaseid ökonoomseid ja tehniliselt täiustatud lahendusi alküülpolüglükosiidide suuremahuliseks tootmiseks. Juba on loodud tootmisüksused võimsusega üle 20 000 t/aastas, mis laiendavad pindaktiivsete ainete tööstuse tootevalikut taastuvatel toorainetel põhinevate pindaktiivsete ainetega. Eelistatud tooraineteks on osutunud D-glükoos ja lineaarsed C8-C16 rasvalkoholid. Neid saadusi saab muuta pindaktiivseteks alküülpolüglükosiidideks otsese Fischeri glükosideerimise või kaheastmelise transglükosideerimise teel butüülpolüglükosiidi kaudu happekatalüsaatorite juuresolekul, kusjuures kõrvalproduktina on vesi. Reaktsioonisegust tuleb vesi destilleerida, et nihutada reaktsiooni tasakaalu soovitud produktide suunas. Glükosideerimisprotsessi käigus tuleks vältida reaktsioonisegu ebaühtlust, kuna see põhjustab nn polüglükosiidide liigset moodustumist, mis on väga ebasoovitav. Seetõttu keskenduvad paljud tehnilised strateegiad n-glükoosi ja alkoholide eduktide homogeniseerimisele, mis on oma erineva polaarsuse tõttu halvasti segunevad. Reaktsiooni käigus tekivad glükosiidsidemed nii rasvalkoholi ja n-glükoosi vahel kui ka n-glükoosi ühikute endi vahel. Alküülpolüglükosiidid moodustuvad seega fraktsioonide segudena, millel on pika ahelaga alküüljäägi juures erinev arv glükoosi ühikuid. Igaüks neist fraktsioonidest koosneb omakorda mitmest isomeersest koostisosast, kuna n-glükoosi ühikud omandavad Fischeri glükosideerimise ajal keemilises tasakaalus erinevaid anomeerseid vorme ja tsüklilisi vorme ning D-glükoosi ühikute vahelised glükosiidsidemed esinevad mitmes võimalikus sidemepositsioonis. D-glükoosi ühikute anomeeride suhe on ligikaudu α/β = 2:1 ja seda on Fischeri sünteesi kirjeldatud tingimustes raske mõjutada. Termodünaamiliselt kontrollitud tingimustes esinevad tootesegus sisalduvad n-glükoosi ühikud peamiselt püranosiidide kujul. Alküüljäägi kohta olevate n-glükoosi ühikute keskmine arv, nn polümerisatsiooniaste, on sisuliselt tootmise käigus eduktide molaarsuhte funktsioon. Tänu oma väljendunud pindaktiivsetele omadustele[1] eelistatakse eriti alküülpolüglükosiide polümerisatsiooniastmega 1 kuni 3, mille puhul tuleb protsessis kasutada umbes 3–10 mooli rasvalkoholi n-glükoosi mooli kohta.

Polümerisatsiooniaste väheneb liigse rasvalkoholi sisalduse suurenedes. Liigsed rasvalkoholid eraldatakse ja kogutakse mitmeastmelise vaakumdestillatsiooniprotsessi abil langeva kileaurustitega, et hoida termiline pinge minimaalsena. Aurustumistemperatuur peaks olema piisavalt kõrge ja kokkupuuteaeg kuumas tsoonis piisavalt pikk, et tagada liigse rasvalkoholi piisav destilleerimine ja alküülpolüglükosiidi sulami voolamine ilma olulise lagunemisreaktsioonita. Aurustamisetappide seeriat saab edukalt kasutada esmalt madala keemistemperatuuriga fraktsiooni, seejärel rasvalkoholi põhiosa ja lõpuks ülejäänud rasvalkoholi eraldamiseks, kuni alküülpolüglükosiid sulab vees lahustuva jäägina.

Isegi kõige leebemates rasvalkoholide sünteesi ja aurustamise tingimustes tekib soovimatu pruun värvimuutus ning toote viimistlemiseks on vaja pleegitusprotsesse. Üks sobivaks osutunud pleegitusmeetod on oksüdeeriva aine, näiteks vesinikperoksiidi, lisamine alküülpolüglükosiidi vesilahusele aluselises keskkonnas magneesiumioonide juuresolekul.

Sünteesis, järeltöötluses ja rafineerimisprotsessis kasutatud arvukad uuringud ja variandid tagavad, et isegi tänapäeval puudub laialdaselt rakendatav „võtmed kätte“ lahendus konkreetse tootekvaliteedi saamiseks. Vastupidi, kõik protsessi etapid tuleb välja töötada. Dongfu annab mõned soovitused lahenduse kavandamiseks ja tehnilisteks lahendusteks ning selgitab reaktsiooni, eraldamise ja rafineerimise keemilisi ja füüsikalisi tingimusi.

Kõiki kolme peamist protsessi – homogeenset transglükosideerimist, suspensiooniprotsessi ja glükoosi söötmise tehnikat – saab kasutada tööstuslikes tingimustes. Transglükosideerimise ajal tuleb reaktsioonisegus hoida vaheühendi butüülpolüglükosiidi, mis toimib D-glükoosi ja butanooli lahustajana, kontsentratsiooni üle umbes 15%, et vältida ebahomogeensust. Samal eesmärgil tuleb alküülpolüglükosiidide otseseks Fischeri sünteesiks kasutatava reaktsioonisegu veekontsentratsiooni hoida alla umbes 1%. Suurema veesisalduse korral on oht, et suspendeeritud kristalliline D-glükoos muutub kleepuvaks massiks, mis omakorda põhjustab halba töötlemist ja liigset polümerisatsiooni. Tõhus segamine ja homogeniseerimine soodustavad kristallilise D-glükoosi peenjaotust ja reaktsioonivõimet reaktsioonisegus.

Sünteesimeetodi ja selle keerukamate variantide valimisel tuleb arvestada nii tehniliste kui ka majanduslike teguritega. D-glükoosisiirupitel põhinevad homogeensed transglükosiidimisprotsessid tunduvad eriti soodsad pidevaks tootmiseks suuremahulises mahus. Need võimaldavad tooraine D-glükoosi kristalliseerimisel püsivat kokkuhoidu lisandväärtusahelas, mis kompenseerib enam kui transglükosiidimisetapi ja butanooli eraldamise suuremad ühekordsed investeeringud. N-butanooli kasutamisel ei ole muid puudusi, kuna seda saab peaaegu täielikult taaskasutada, nii et jääkkontsentratsioonid eraldatud lõpptoodetes on vaid mõned miljondikosad, mida võib pidada mittekriitiliseks. Otsene Fischeri glükosideerimine suspensiooniprotsessi või glükoosi etteandetehnika abil välistab transglükosiidimisetapi ja butanooli eraldamise. Seda saab teostada ka pidevalt ja see nõuab veidi väiksemaid kapitalikulusid.

Tulevikus avaldavad fossiilsete ja taastuvate toorainete pakkumine ja hind, samuti alküülpolüsahhariidide tootmise edasine tehnoloogiline areng otsustavat mõju turu ja arendus- ja rakendusvõimsusele. Baaspolüsahhariidil on juba olemas oma tehnilised lahendused, mis võivad pakkuda pinnatöötlusturul olulisi konkurentsieeliseid ettevõtetele, kes selliseid protsesse arendavad või on kasutusele võtnud. See kehtib eriti kõrgete ja madalate hindade korral. Tootmisagendi tootmiskulud on tõusnud tavapärasele tasemele, isegi kui kohaliku tooraine hind veidi langeb, võib see fikseerida pindaktiivsete ainete asendajad ja soodustada uute alküülpolüsahhariidide tootmistehaste rajamist.