AÐFERÐIR TIL AÐ FRAMLEIÐSLA ALKÝLGLÚKÓSÍÐA

Fischer glýkósíðmyndun er eina aðferðin við efnasmíði sem hefur gert kleift að þróa núverandi hagkvæmar og tæknilega fullkomnar lausnir fyrir stórfellda framleiðslu á alkýlpólýglúkósíðum. Framleiðslustöðvar með afkastagetu yfir 20.000 tonn/ári hafa þegar verið reistar og auka vöruúrval yfirborðsvirkra efnaiðnaðarins með yfirborðsvirkum efnum byggð á endurnýjanlegum hráefnum. D-glúkósi og línulegir C8-C16 fitualkóhólar hafa reynst vera ákjósanleg hráefni. Þessum afurðum er hægt að breyta í yfirborðsvirk alkýlpólýglúkósíð með beinni Fischer glýkósíðmyndun eða tveggja þrepa transglýkósíðmyndun með bútýlpólýglúkósíði í viðurvist sýruhvata, með vatni sem aukaafurð. Vatnið þarf að eima úr hvarfblöndunni til að færa hvarfjafnvægið í átt að æskilegum afurðum. Meðan á glýkósíðmyndunarferlinu stendur ætti að forðast óeðlileika í hvarfblöndunni, þar sem það leiðir til óhóflegrar myndunar svokallaðra pólýglúkósíða, sem eru mjög óæskileg. Margar tæknilegar aðferðir beinast því að því að einsleita afurðirnar n-glúkósa og alkóhól, sem blandast illa saman vegna mismunandi pólunar. Við efnahvarf myndast glýkósíðtengi bæði milli fitualkóhóls og n-glúkósa og milli n-glúkósaeininganna sjálfra. Alkýlpólýglúkósíð myndast þar af leiðandi sem blöndur af brotum með mismunandi fjölda glúkósaeininga við langkeðju alkýlleifina. Hver þessara brota er aftur á móti gerður úr nokkrum ísómerískum þáttum, þar sem n-glúkósaeiningarnar taka á sig mismunandi anómera form og hringmyndun í efnajafnvægi við Fischer glýkósíðmyndun og glýkósíðtengin milli D-glúkósaeininga eiga sér stað í nokkrum mögulegum tengistöðum. Anómerahlutfall D-glúkósaeininganna er um það bil α/β = 2:1 og virðist erfitt að hafa áhrif á það við lýstar aðstæður Fischer-myndunar. Við varmafræðilega stýrðar aðstæður eru n-glúkósaeiningarnar sem eru í afurðablöndunni aðallega til staðar í formi pýranósíða. Meðalfjöldi n-glúkósaeininga á hverja alkýlleif, svokölluð fjölliðunargráða, er í meginatriðum háð mólhlutfalli útgangsefnanna við framleiðslu. Vegna áberandi yfirborðsvirkra eiginleika þeirra[1] er sérstaklega forgangsraðað alkýlpólýglúkósíðum með fjölliðunargráða á milli 1 og 3, þar sem nota þarf um það bil 3-10 mól af fitualkóhóli á hvert mól af n-glúkósa í ferlinu.

Fjölliðunarstigið minnkar eftir því sem umframfitualkóhól eykst. Umframfitualkóhólar eru aðskildir og endurheimtir með fjölþrepa lofttæmis-eimingarferli með fallandi filmuuppgufunartækjum, þannig að hitaspenna geti verið í lágmarki. Uppgufunarhitastigið ætti að vera nógu hátt og snertitíminn í heita svæðinu nógu langur til að tryggja nægilega eimingu umframfitualkóhólsins og flæði alkýlpólýglúkósíðbræðingarinnar án nokkurra verulegra niðurbrotsviðbragða. Hægt er að nota röð uppgufunarskrefa til að aðskilja fyrst lágsuðuhlutann, síðan meginhluta fitualkóhólsins og að lokum eftirstandandi fitualkóhólinn, þar til alkýlpólýglýkósíðið bráðnar sem vatnsleysanleg leif.

Jafnvel við vægustu aðstæður fyrir myndun og uppgufun fitualkóhóla mun óæskileg brún mislitun eiga sér stað og bleikingarferli eru nauðsynleg til að hreinsa vöruna. Ein bleikingaraðferð sem hefur reynst hentug er að bæta oxunarefni, svo sem vetnisperoxíði, við vatnskennda blöndu af alkýlpólýglýkósíði í basískum miðli í viðurvist magnesíumjóna.

Fjölmargar rannsóknir og afbrigði sem notuð hafa verið í myndun, eftirvinnslu og hreinsunarferlinu tryggja að jafnvel í dag er engin almennt nothæf „tilbúin“ lausn til að fá tiltekna vörugæði. Þvert á móti þarf að móta öll ferlisskrefin. Dongfu veitir nokkrar tillögur að lausnarhönnun og tæknilegum lausnum og útskýrir efna- og eðlisfræðileg skilyrði fyrir viðbrögð, aðskilnað og hreinsunarferlið.

Öll þrjú meginferlin – einsleit transglýkósíðmyndun, upplausnarferli og glúkósafóðrunartækni – er hægt að nota við iðnaðaraðstæður. Við transglýkósíðmyndun verður að halda styrk milliefnisins bútýlpólýglúkósíðs, sem virkar sem leysanlegur efni fyrir útrennslisefnin D-glúkósa og bútanól, yfir um 15% í hvarfblöndunni til að forðast óeinsleitni. Í sama tilgangi verður að halda vatnsþéttni í hvarfblöndunni sem notuð er við beina Fischer-myndun alkýlpólýglúkósíða undir um 1%. Við hærra vatnsinnihald er hætta á að breyta sviflausnum kristallaða D-glúkósanum í klístraðan massa, sem síðar myndi leiða til slæmrar vinnslu og óhóflegrar fjölliðunar. Árangursrík hrærsla og einsleitni stuðlar að fínni dreifingu og hvarfgirni kristallaða D-glúkósans í hvarfblöndunni.

Bæði tæknilegir og efnahagslegir þættir verða að vera teknir til greina þegar aðferð til myndunar og flóknari afbrigði hennar eru valin. Einsleitar transglýkósíðunaraðferðir byggðar á D-glúkósasírópi virðast sérstaklega hagstæðar fyrir samfellda framleiðslu í stórum stíl. Þær leyfa varanlegan sparnað á kristöllun hráefnisins D-glúkósa í virðiskeðjunni, sem bætir meira en upp fyrir hærri einskiptisfjárfestingar í transglýkósíðunarskrefinu og endurheimt bútanóls. Notkun n-bútanóls hefur engin önnur ókosti í för með sér, þar sem hægt er að endurvinna það næstum að fullu þannig að leifarþéttni í endurheimtum lokaafurðum er aðeins nokkrir hlutar á milljón, sem má telja ómarktækt. Bein Fischer-glýkósíðun samkvæmt slurry-ferli eða glúkósafóðrunartækni útilokar transglýkósíðunarskrefið og endurheimt bútanóls. Það er einnig hægt að framkvæma það samfellt og kallar á aðeins minni fjárfestingarkostnað.

Í framtíðinni mun framboð og verð á jarðefnaeldsneyti og endurnýjanlegum hráefnum, sem og frekari tækniframfarir í framleiðslu alkýlfjölsykra, hafa afgerandi áhrif á markaðsgetu og framleiðslugetu þróunar og notkunar. Grunnfjölsykra hefur þegar sínar eigin tæknilegu lausnir sem geta veitt mikilvæga samkeppnisforskot á yfirborðsmeðferðarmarkaði fyrir fyrirtæki sem þróa eða hafa tekið upp slíkar aðferðir. Þetta á sérstaklega við þegar verð er hátt og lágt. Framleiðslukostnaður framleiðsluefnisins hefur hækkað í venjulegt stig, jafnvel þótt verð á staðbundnum hráefnum lækki lítillega, gæti það fest í sessi staðgönguefni fyrir yfirborðsefni og gæti hvatt til uppsetningar nýrra verksmiðja fyrir alkýlfjölsykruframleiðslu.