ELS MÈTODES DE FABRICACIÓ D'ALQUIL GLUCÒSIDS

La glicosilació 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 de poliglucòsids d'alquil. Ja s'han realitzat plantes de producció amb capacitats de més de 20.000 t/any que 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 poliglucòsids d'alquil tensioactius mitjançant glicosilació de Fischer directa o transglicosilació en dos passos mitjançant butil poliglucòsid 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 reacció cap als productes desitjats. Durant el procés de glicosilació, s'han d'evitar les inhomogeneïtats a la mescla de reacció, ja que condueixen a la formació excessiva dels anomenats poliglucòsids, que són altament indesitjables. Moltes estratagemes tècniques, per tant, es concentren en homogeneïtzar els eductes n-glucosa i alcohols, que són poc miscibles a causa de la seva diferència de polaritat. Durant la reacció, es formen enllaços glicosídics tant entre l'alcohol gras i la n-glucosa com entre les pròpies unitats de n-glucosa. Els poliglucòsids alquils es formen, en conseqüència, com a mescles de fraccions amb diferents nombres d'unitats de glucosa al residu 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 anòmèriques i formes d'anell en equilibri químic durant la glicosilació de Fischer i els enllaços glicosídics entre les unitats de D-glucosa es produeixen en diverses posicions d'enllaç possibles. La relació anòmera 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 controlades termodinàmicament, les unitats de n-glucosa contingudes a la mescla de productes existeixen predominantment en forma de piranòsids. El nombre mitjà d'unitats de n-glucosa per residu 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 tensioactives[1], es dóna especial preferència als poliglucòsids d'alquil amb graus de polimerització entre 1 i 3, per als quals s'han d'utilitzar aproximadament de 3 a 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. Els alcohols grassos en excés es separen i es recuperen mitjançant un procés de destil·lació al buit de diverses etapes amb evaporadors de pel·lícula caient, de manera que la tensió tèrmica es pugui mantenir al mínim. La temperatura d'evaporació ha de ser prou alta i el temps de contacte a la zona calenta prou llarg per garantir una destil·lació suficient de l'excés d'alcohol gras i el flux de la massa fosa d'alquil poliglucòsid sense cap reacció de descomposició significativa. Es pot utilitzar avantatjosament una sèrie de passos 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 poliglucòsid es fon com un residu soluble en aigua.

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

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

Els tres processos principals (la transglicosilació homogènia, el procés en suspensió i la tècnica d'alimentació de glucosa) es poden utilitzar en condicions industrials. Durant la transglicosilació, la concentració del butil poliglucòsid intermedi, que actua com a solubilitzant per als eductes D-glucosa i butanol, s'ha de mantenir per sobre del 15% a la mescla de reacció per evitar inhomogeneïtats. Amb el mateix propòsit, la concentració d'aigua a la mescla de reacció emprada per a la síntesi directa de Fischer de poliglucòsids d'alquil s'ha de mantenir inferior a l'1%. A continguts d'aigua més elevats hi ha el risc de convertir la D-glucosa cristal·lina suspesa en una massa enganxosa, que posteriorment provocaria un mal processament i una polimerització excessiva. Una agitació i homogeneïtzació efectives promouen la distribució fina i la reactivitat de la D-glucosa cristal·lina a la mescla de reacció.

A l'hora de seleccionar el mètode de síntesi i les seves variants més sofisticades, cal tenir en compte tant els factors tècnics com els econòmics. Els processos de transglicosilació 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, cosa que compensa amb escreix les majors inversions puntuals en l'etapa de transglicosilació i la recuperació de butanol. L'ús de n-butanol no presenta altres desavantatges, ja que es pot reciclar gairebé completament, de manera que les concentracions residuals en els productes finals recuperats són només unes poques parts per milió, cosa que es pot considerar no crítica. La glicosilació directa de Fischer segons el procés de suspensió o la tècnica d'alimentació de glucosa prescindeix de l'etapa de transglicosilació i la recuperació de butanol. També es pot realitzar de forma contínua i requereix una despesa 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 de polisacàrids d'alquil, tindran un impacte decisiu en la capacitat del mercat i la capacitat de producció de desenvolupament i aplicació. El polisacàrid base ja té les seves pròpies solucions tècniques que poden proporcionar importants avantatges competitius en el mercat del tractament de superfícies per a les empreses que desenvolupen o han adoptat aquests processos. Això és especialment cert quan els preus són alts i baixos. El cost de fabricació de l'agent de fabricació ha augmentat al nivell habitual, fins i tot si el preu de les matèries primeres locals baixa lleugerament, pot fixar els substituts dels tensioactius i pot fomentar la instal·lació de noves plantes de producció de polisacàrids d'alquil.