ELS MÈTODES PER A LA FABRICACIÓ DE GLUCOSIDS ALQUIL

La glicosidació de Fischer és l'únic mètode de síntesi química que ha permès el desenvolupament de les solucions econòmiques i tècnicament perfeccionades actuals per a la producció a gran escala d'alquilpoliglucòsids. Ja s'han realitzat plantes de producció amb capacitats superiors a 20.000 t/any i amplien la gamma de productes de la indústria dels tensioactius amb agents tensioactius basats en matèries primeres renovables. La D-glucosa i els alcohols grassos lineals C8-C16 han demostrat ser les matèries primeres preferides. Aquests eductes es poden convertir en alquil poliglucòsids tensioactius mitjançant la glicosidació directa de Fischer o la transglicosidació en dos passos mitjançant butilpoliglucòsid en presència de catalitzadors àcids, amb aigua com a subproducte. L'aigua s'ha de destil·lar de la mescla de reacció per tal de desplaçar l'equilibri de la reacció cap als productes desitjats. Durant el procés de glicosidació, s'han d'evitar les inhomogeneïtats en la mescla de reacció, ja que condueixen a la formació excessiva dels anomenats poliglucòsids, que són altament indesitjables. Per tant, moltes estratagemes tècniques es concentren a homogeneïtzar els eductes n-glucosa i alcohols, poc miscibles per la seva diferència de polaritat. Durant la reacció, es formen enllaços glicosídics tant entre l'alcohol gras i la n-glucosa com entre les unitats de n-glucosa. En conseqüència, els alquil poliglucòsids es formen com a mescles de fraccions amb diferents nombres d'unitats de glucosa al residu d'alquil de cadena llarga. Cadascuna d'aquestes fraccions, al seu torn, està formada per diversos constituents isomèrics, ja que les unitats de n-glucosa assumeixen diferents formes anomèriques i formes d'anell en equilibri químic durant la glicosidació de Fischer i els enllaços glicosídics entre les unitats de D-glucosa es produeixen en diverses posicions d'enllaç possibles. . La proporció d'anòmers de les unitats de D-glucosa és aproximadament α/β＝ 2: 1 i sembla difícil d'influir en les condicions descrites de la síntesi de Fischer. En condicions de control termodinàmic, les unitats de n-glucosa contingudes en la barreja de producte existeixen predominantment en forma de piranòsids. El nombre mitjà d'unitats de n-glucosa per residu d'alquil, l'anomenat grau de polimerització, és essencialment una funció de la relació molar dels eductes durant la fabricació. A causa de les seves pronunciades propietats tensioactius[1], es donen especial preferència als alquilpoliglucòsids amb graus de polimerització entre 1 i 3, per als quals s'han d'utilitzar aproximadament 3-10 mol d'alcohol gras per mol de n-glucosa en el procés.

El grau de polimerització disminueix a mesura que augmenta l'excés d'alcohol gras. L'excés d'alcohols grassos es separen i es recuperen mitjançant un procés de destil·lació al buit de diverses etapes amb evaporadors de pel·lícula caiguda, de manera que l'estrès tèrmic es pot mantenir al mínim. La temperatura d'evaporació ha de ser prou alta i el temps de contacte a la zona calenta ha de ser prou llarg per garantir una destil·lació suficient de l'excés d'alcohol gras i el flux de l'alquil poliglucòsid fos sense cap reacció de descomposició significativa. Es poden utilitzar avantatjosament una sèrie d'etapes d'evaporació per separar primer la fracció de baix punt d'ebullició, després la quantitat principal d'alcohol gras i, finalment, l'alcohol gras restant, fins que l'alquil poliglicòsid es fongui com a residu soluble en aigua.

Fins i tot en les condicions més suaus per a la síntesi i l'evaporació d'alcohols grassos, es produirà una decoloració marró indesitjable i es requereixen processos de blanqueig per refinar el producte. Un mètode de blanqueig que s'ha demostrat adequat és afegir un agent oxidant, com ara peròxid d'hidrogen, a una formulació aquosa d'alquil poliglicòsid en un medi alcalí en presència d'ions magnesi.

Els múltiples estudis i variants utilitzats en el procés de síntesi, postprocessament i refinat garanteixen que encara avui no hi ha una solució "clau en mà" àmpliament aplicable per obtenir una qualitat de producte específica. Al contrari, cal formular tots els passos del procés. Dongfu ofereix alguns suggeriments per al disseny de la solució i solucions tècniques, i explica les condicions químiques i físiques per al procés de reacció, separació i refinat.

Els tres processos principals (transglicosidació homogènia, procés de purins i tècnica d'alimentació de glucosa) es poden utilitzar en condicions industrials. Durant la transglicosidació, la concentració del butilpoliglucòsid intermedi, que actua com a solubilitzant dels eductes D-glucosa i butanol, s'ha de mantenir al voltant del 15% a la mescla de reacció per evitar deshomogeneïtats. Amb el mateix propòsit, la concentració d'aigua a la mescla de reacció emprada per a la síntesi directa de Fischer d'alquilpoliglucòsids s'ha de mantenir a menys de l'1 % aproximadament. A continguts d'aigua més elevats hi ha el risc de convertir la D-glucosa cristal·lina en suspensió en una massa pegajosa, que posteriorment donaria lloc a un mal processament i una polimerització excessiva. L'agitació i l'homogeneïtzació eficaços afavoreixen la distribució fina i la reactivitat de la D-glucosa cristal·lina a la barreja de reacció.

S'han de tenir en compte tant els factors tècnics com els econòmics a l'hora de seleccionar el mètode de síntesi i les seves variants més sofisticades. Els processos de transglicosidació homogenis basats en xarops de D-glucosa semblen especialment favorables per a la producció contínua a gran escala. Permeten estalvis permanents en la cristal·lització de la matèria primera D-glucosa a la cadena de valor afegit, que compensen amb escreix les inversions puntuals més elevades en l'etapa de transglicosidació i la recuperació del butanol. L'ús de n-butanol no presenta altres inconvenients, ja que es pot reciclar gairebé completament de manera que les concentracions residuals en els productes finals recuperats són només d'unes poques parts per milió, que es poden considerar no crítiques. La glicosidació directa de Fischer segons el procés de purins o la tècnica d'alimentació de glucosa prescindeix de l'etapa de transglicosidació i la recuperació de butanol. També es pot realitzar de manera contínua i requereix una inversió de capital lleugerament inferior.

En el futur, el subministrament i el preu de les matèries primeres fòssils i renovables, així com el progrés tecnològic posterior en la producció d'alquil polisacàrids, tindran un impacte decisiu en la capacitat del mercat i la capacitat de producció de desenvolupament i aplicació. El polisacàrid base ja disposa de solucions tècniques pròpies que poden aportar importants avantatges competitius en el mercat del tractament de superfícies per a les empreses que desenvolupin o hagin adoptat aquests processos. Això és especialment cert quan els preus són alts i baixos. El cost de fabricació de l'agent de fabricació ha pujat al nivell habitual, encara que el preu de les matèries primeres locals baixi lleugerament, pot arreglar els substituts dels tensioactius i pot afavorir la instal·lació de noves plantes de producció de polisacàrids d'alquil.