I METODI PER LA PRODUZIONE DI GLUCOSIDI ALCHILICI

La glicosidazione di Fischer è l'unico metodo di sintesi chimica che ha permesso lo sviluppo di soluzioni economiche e tecnicamente perfezionate per la produzione su larga scala di alchilpoliglucosidi. Impianti di produzione con capacità di oltre 20.000 tonnellate/anno sono già stati realizzati e ampliano la gamma di prodotti dell'industria dei tensioattivi con agenti tensioattivi basati su materie prime rinnovabili. Il D-glucosio e gli alcoli grassi lineari C8-C16 si sono dimostrati le materie prime preferite. Questi prodotti possono essere convertiti in alchilpoliglucosidi tensioattivi mediante glicosidazione di Fischer diretta o transglicosidazione a due stadi tramite butilpoliglucosidi in presenza di catalizzatori acidi, con acqua come sottoprodotto. L'acqua deve essere distillata dalla miscela di reazione per spostare l'equilibrio di reazione verso i prodotti desiderati. Durante il processo di glicosidazione, è necessario evitare disomogeneità nella miscela di reazione, poiché portano a un'eccessiva formazione di cosiddetti poliglucosidi, altamente indesiderabili. Molti accorgimenti tecnici si concentrano quindi sull'omogeneizzazione dei prodotti n-glucosio e alcoli, che sono scarsamente miscibili a causa della loro diversa polarità. Durante la reazione, si formano legami glicosidici sia tra alcol grasso e n-glucosio sia tra le unità di n-glucosio stesse. Di conseguenza, gli alchilpoliglucosidi si formano come miscele di frazioni con un diverso numero di unità di glucosio sul residuo alchilico a catena lunga. Ciascuna di queste frazioni, a sua volta, è composta da diversi costituenti isomerici, poiché le unità di n-glucosio assumono diverse forme anomeriche e forme ad anello in equilibrio chimico durante la glicosidazione di Fischer e i legami glicosidici tra le unità di D-glucosio si verificano in diverse possibili posizioni di legame. Il rapporto anomerico delle unità di D-glucosio è di circa α/β = 2:1 e sembra difficile da influenzare nelle condizioni descritte per la sintesi di Fischer. In condizioni termodinamicamente controllate, le unità di n-glucosio contenute nella miscela di prodotti esistono prevalentemente sotto forma di piranosidi. Il numero medio di unità di n-glucosio per residuo alchilico, il cosiddetto grado di polimerizzazione, è essenzialmente funzione del rapporto molare dei prodotti durante la produzione. A causa delle loro spiccate proprietà tensioattive[1], viene data particolare preferenza agli alchilpoliglucosidi con gradi di polimerizzazione compresi tra 1 e 3, per i quali devono essere utilizzate circa 3-10 moli di alcol grasso per mole di n-glucosio nel processo.

Il grado di polimerizzazione diminuisce all'aumentare dell'alcol grasso in eccesso. Gli alcoli grassi in eccesso vengono separati e recuperati mediante un processo di distillazione sotto vuoto a più fasi con evaporatori a film cadente, in modo da ridurre al minimo lo stress termico. La temperatura di evaporazione dovrebbe essere sufficientemente elevata e il tempo di contatto nella zona calda sufficientemente lungo da garantire una distillazione sufficiente dell'alcol grasso in eccesso e un flusso della massa fusa di alchil poliglucoside senza significative reazioni di decomposizione. Una serie di fasi di evaporazione può essere vantaggiosamente utilizzata per separare prima la frazione bassobollente, poi la quantità principale di alcol grasso e infine l'alcol grasso rimanente, fino a quando l'alchil poliglucoside non si fonde come residuo idrosolubile.

Anche nelle condizioni più miti per la sintesi e l'evaporazione degli alcoli grassi, si verificherà un'indesiderata colorazione marrone, e saranno necessari processi di sbiancamento per raffinare il prodotto. Un metodo di sbiancamento che si è dimostrato idoneo consiste nell'aggiungere un agente ossidante, come il perossido di idrogeno, a una formulazione acquosa di alchil poliglicoside in un mezzo alcalino in presenza di ioni magnesio.

I molteplici studi e varianti utilizzati nei processi di sintesi, post-processing e raffinazione fanno sì che ancora oggi non esista una soluzione "chiavi in mano" ampiamente applicabile per ottenere una specifica qualità di prodotto. Al contrario, tutte le fasi del processo devono essere formulate. Dongfu fornisce alcuni suggerimenti per la progettazione della soluzione e soluzioni tecniche, e spiega le condizioni chimiche e fisiche per il processo di reazione, separazione e raffinazione.

Tutti e tre i processi principali – transglicosidazione omogenea, processo in sospensione e tecnica di alimentazione con glucosio – possono essere utilizzati in condizioni industriali. Durante la transglicosidazione, la concentrazione del butil poliglucoside intermedio, che funge da solubilizzante per i prodotti D-glucosio e butanolo, deve essere mantenuta al di sopra del 15% circa nella miscela di reazione per evitare disomogeneità. Allo stesso scopo, la concentrazione di acqua nella miscela di reazione utilizzata per la sintesi Fischer diretta di alchil poliglucosidi deve essere mantenuta al di sotto dell'1% circa. Contenuti d'acqua più elevati rischiano di trasformare il D-glucosio cristallino sospeso in una massa appiccicosa, che di conseguenza causerebbe una cattiva lavorazione e un'eccessiva polimerizzazione. Un'efficace agitazione e omogeneizzazione promuovono la distribuzione fine e la reattività del D-glucosio cristallino nella miscela di reazione.

Nella scelta del metodo di sintesi e delle sue varianti più sofisticate, è necessario considerare sia i fattori tecnici che quelli economici. I processi di transglicosidazione omogenea basati su sciroppi di D-glucosio appaiono particolarmente favorevoli per la produzione continua su larga scala. Consentono risparmi permanenti sulla cristallizzazione della materia prima D-glucosio nella catena del valore aggiunto, che compensano ampiamente i maggiori investimenti una tantum nella fase di transglicosidazione e nel recupero del butanolo. L'uso di n-butanolo non presenta altri svantaggi, poiché può essere riciclato quasi completamente, con concentrazioni residue nei prodotti finali recuperati di sole poche parti per milione, il che può essere considerato non critico. La glicosidazione diretta di Fischer secondo il processo slurry o la tecnica di alimentazione con glucosio elimina la fase di transglicosidazione e il recupero del butanolo. Può anche essere eseguita in continuo e richiede una spesa di capitale leggermente inferiore.

In futuro, l'offerta e il prezzo delle materie prime fossili e rinnovabili, nonché l'ulteriore progresso tecnologico nella produzione di alchil polisaccaridi, avranno un impatto decisivo sulla capacità di mercato e sulla capacità produttiva di sviluppo e applicazione. Il polisaccaride di base dispone già di soluzioni tecniche specifiche che possono offrire importanti vantaggi competitivi nel mercato del trattamento superficiale alle aziende che sviluppano o hanno adottato tali processi. Ciò è particolarmente vero in presenza di prezzi elevati e bassi. Il costo di produzione dell'agente di fabbricazione è tornato al livello consueto; anche se il prezzo delle materie prime locali dovesse scendere leggermente, ciò potrebbe determinare la sostituzione dei tensioattivi e incoraggiare l'installazione di nuovi impianti di produzione di alchil polisaccaridi.