ALKÜÜLGLÜKOSIIDIDE VALMISTAMISE MEETODID

Fischeri glükosiidimine on ainus keemilise sünteesi meetod, mis on võimaldanud välja töötada tänapäeva majanduslikult ja tehniliselt täiustatud lahendused alküülpolüglükosiidide suuremahuliseks tootmiseks. Tootmistehased võimsusega üle 20 000 t/aastas on juba realiseeritud ja laiendavad pindaktiivsete ainete tööstuse tootevalikut taastuval toorainel põhinevate pindaktiivsete ainetega. Eelistatud lähteaineteks on osutunud D-glükoos ja lineaarsed C8-C16 rasvalkoholid. Neid aineid saab muundada pindaktiivseteks alküülpolüglükosiidideks otsese Fischeri glükosiidi või kaheetapilise transglükosiidiga butüülpolüglükosiidi kaudu happekatalüsaatorite juuresolekul, kusjuures kõrvalsaadusena kasutatakse vett. Vesi tuleb reaktsioonisegust destilleerida, et nihutada reaktsiooni tasakaalu soovitud produktide suunas. Glükosideerimisprotsessi käigus tuleks vältida reaktsioonisegu ebahomogeensust, kuna see põhjustab nn polüglükosiidide liigset moodustumist, mis on väga ebasoovitav. Seetõttu keskenduvad paljud tehnilised strateegiad n-glükoosi ja alkoholide homogeniseerimisele, mis on nende polaarsuse erinevuse tõttu halvasti segunevad. Reaktsiooni käigus tekivad glükosiidsidemed nii rasvalkoholi ja n-glükoosi vahel kui ka n-glükoosiühikute endi vahel. Alküülpolüglükosiidid moodustuvad seetõttu fraktsioonide segudena, mille pika ahela alküüljäägi juures on erinev arv glükoosiühikuid. Kõik need fraktsioonid koosnevad omakorda mitmest isomeersest koostisosast, kuna n-glükoosiühikud omandavad Fischeri glükosiidimise ajal keemilises tasakaalus erinevad anomeersed vormid ja tsüklivormid ning glükosiidsidemed D-glükoosiühikute vahel esinevad mitmes võimalikus sidumispositsioonis. . D-glükoosiühikute anomeeride suhe on ligikaudu α/β＝ 2:1 ja seda on kirjeldatud Fischeri sünteesi tingimustes raske mõjutada. Termodünaamiliselt kontrollitud tingimustes esinevad tootesegus sisalduvad n-glükoosiühikud valdavalt püranosiidide kujul. Keskmine n-glükoosiühikute arv alküüljäägi kohta, niinimetatud polümerisatsiooniaste, sõltub põhiliselt tootmise käigus tekkivate ainete molaarsuhtest. Pindaktiivse aine tugevate omaduste[1] tõttu eelistatakse alküülpolüglükosiide, mille polümerisatsiooniaste on vahemikus 1 kuni 3, mille puhul tuleb protsessis kasutada ligikaudu 3–10 mol rasvalkoholi n-glükoosi mooli kohta.

Polümerisatsiooniaste väheneb, kui rasvalkoholi liig suureneb. Üleliigsed rasvalkoholid eraldatakse ja taastatakse mitmeastmelise vaakumdestilleerimisprotsessiga langeva kile aurustitega, nii et termilist pinget saab minimeerida. Aurustumistemperatuur peaks olema täpselt piisavalt kõrge ja kokkupuuteaeg kuumas tsoonis piisavalt pikk, et tagada rasvalkoholi liia piisav destilleerimine ja alküülpolüglükosiidi sulatise voolamine ilma olulise lagunemisreaktsioonita. Eelistatavalt saab kasutada mitmeid aurustamisetappe, et eraldada kõigepealt madala keemistemperatuuriga fraktsioon, seejärel põhikogus rasvalkoholi ja lõpuks ülejäänud rasvalkohol, kuni alküülpolüglükosiid sulab vees lahustuva jäägina.

Isegi kõige leebemates rasvalkoholide sünteesi ja aurustamise tingimustes ilmnevad soovimatud pruunid värvimuutused ja toote viimistlemiseks on vaja pleegitamisprotsesse. Üks sobivaks osutunud pleegitamismeetod on oksüdeeriva aine, näiteks vesinikperoksiidi, lisamine alküülpolüglükosiidi vesilahusele leeliselises keskkonnas magneesiumiioonide juuresolekul.

Sünteesi-, järeltöötlus- ja rafineerimisprotsessis kasutatud mitmed uuringud ja variandid tagavad, et isegi tänapäeval ei ole laialdaselt rakendatavat „võtmed kätte” lahendust konkreetse tooteklassi saamiseks. Vastupidi, kõik protsessi etapid tuleb sõnastada. Dongfu annab mõned soovitused lahenduse kavandamiseks ja tehnilisteks lahendusteks ning selgitab reaktsiooni-, eraldamis- ja rafineerimisprotsessi keemilisi ja füüsikalisi tingimusi.

Tööstuslikes tingimustes saab kasutada kõiki kolme peamist protsessi – homogeenset transglükosideerimist, lobriprotsessi ja glükoosi etteande tehnikat. Transglükosideerimise ajal tuleb vaheühendi butüülpolüglükosiidi, mis toimib D-glükoosi ja butanooli lahustajana, kontsentratsioon reaktsioonisegus hoida üle 15%, et vältida ebahomogeensust. Samal eesmärgil tuleb alküülpolüglükosiidide otseseks Fischeri sünteesiks kasutatavas reaktsioonisegus vee kontsentratsioon hoida alla umbes 1%. Suurema veesisalduse korral on oht, et suspendeeritud kristalliline D-glükoos muutub kleepuvaks massiks, mille tulemuseks on halb töötlemine ja liigne polümerisatsioon. Tõhus segamine ja homogeniseerimine soodustavad kristalse D-glükoosi peenjaotumist ja reaktsioonivõimet reaktsioonisegus.

Sünteesimeetodi ja selle keerukamate variantide valikul tuleb arvestada nii tehnilisi kui ka majanduslikke tegureid. D-glükoosisiirupitel põhinevad homogeensed transglükosideerimisprotsessid tunduvad eriti soodsad pidevaks suuremahuliseks tootmiseks. Need võimaldavad püsivalt säästa tooraine D-glükoosi kristalliseerumist lisandväärtusahelas, mis enam kui kompenseerib suuremad ühekordsed investeeringud transglükosideerimisetappi ja butanooli taaskasutamist. N-butanooli kasutamisel ei ole muid puudusi, kuna seda saab peaaegu täielikult ringlusse võtta, nii et jääkkontsentratsioonid regenereeritud lõpptoodetes on vaid mõned miljondikosa, mida võib pidada mittekriitiliseks. Fischeri otsene glükosiidimine vastavalt lobriprotsessile või glükoosi etteande tehnikale jätab ära transglükosideerimise etapi ja butanooli regenereerimise. Seda saab teha ka pidevalt ja see nõuab veidi väiksemaid kapitalikulutusi.

Tulevikus avaldab turu- ja arendus- ja rakendusvõimele määravat mõju fossiilsete ja taastuvate toorainete pakkumine ja hind ning edasine tehnoloogiline areng alküülpolüsahhariidide tootmisel. Aluspolüsahhariidil on juba oma tehnilised lahendused, mis võivad selliseid protsesse arendavatele või kasutusele võtnud ettevõtetele pakkuda olulisi konkurentsieelisi pinnatöötluse turul. See kehtib eriti siis, kui hinnad on kõrged ja madalad. Tootmisaine tootmiskulu on tõusnud tavapärasele tasemele, isegi kui kohaliku tooraine hind veidi langeb, võib see fikseerida pindaktiivsete ainete asendused ja soodustada uute alküülpolüsahhariidide tootmistehaste paigaldamist.