I METODI PER LA PRODUZIONE DI GLUCOSIDI ALCHILICI

La glicosidazione Fischer è l'unico metodo di sintesi chimica che ha consentito lo sviluppo delle attuali soluzioni economiche e tecnicamente perfezionate per la produzione su larga scala di alchilpoliglucosidi. Sono già stati realizzati impianti di produzione con capacità di oltre 20.000 t/anno che ampliano la gamma di prodotti dell'industria dei tensioattivi con tensioattivi basati su materie prime rinnovabili. Il D-glucosio e gli alcoli grassi lineari C8-C16 si sono rivelati le materie prime preferite. Questi prodotti possono essere convertiti in alchilpoliglucosidi tensioattivi mediante glicosidazione Fischer diretta o transglicosidazione in due fasi tramite butilpoliglucoside in presenza di catalizzatori acidi, con acqua come sottoprodotto. L'acqua deve essere distillata dalla miscela di reazione per spostare l'equilibrio della reazione verso i prodotti desiderati. Durante il processo di glicosidazione si dovrebbero evitare disomogeneità nella miscela di reazione, poiché porterebbero ad un'eccessiva formazione dei cosiddetti poliglucosidi, che sono altamente indesiderabili. Molti stratagemmi tecnici si concentrano quindi sull'omogeneizzazione dei prodotti n-glucosio e degli alcoli, che sono scarsamente miscibili a causa della loro differenza di polarità. Durante la reazione si formano legami glicosidici sia tra l'alcol grasso e l'n-glucosio che tra le unità di n-glucosio stesse. Di conseguenza, i poliglucosidi alchilici si formano come miscele di frazioni con diversi numeri di unità di glucosio nel residuo alchilico a catena lunga. Ciascuna di queste frazioni, a sua volta, è costituita 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 anomero delle unità D-glucosio è approssimativamente α/β＝ 2: 1 e sembra difficile da influenzare nelle condizioni descritte della sintesi Fischer. In condizioni termodinamicamente controllate le unità di n-glucosio contenute nella miscela del prodotto 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 degli edotti durante la fabbricazione. A causa delle loro spiccate proprietà tensioattive[1], vengono preferiti in particolare gli alchilpoliglucosidi con gradi di polimerizzazione da 1 a 3, per i quali devono essere utilizzate circa 3-10 moli di alcol grasso per mole di n-glucosio.

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 appena sufficientemente lungo da garantire una distillazione sufficiente dell'alcol grasso in eccesso e un flusso dell'alchil poliglucoside fuso senza alcuna reazione di decomposizione significativa. Può essere vantaggiosamente utilizzata una serie di fasi di evaporazione per separare prima la frazione bassobollente, poi la quantità principale di alcol grasso ed infine l'alcol grasso rimanente, fino a quando l'alchil poliglicoside si scioglie come residuo idrosolubile.

Anche nelle condizioni più blande per la sintesi e l'evaporazione degli alcoli grassi, si verificherà uno scolorimento marrone indesiderato e saranno necessari processi di sbiancamento per affinare il prodotto. Un metodo di sbiancamento che si è dimostrato adatto 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 nel processo di sintesi, post-elaborazione e raffinazione garantiscono che ancora oggi non esiste ancora una soluzione “chiavi in ​​mano” ampiamente applicabile per ottenere uno specifico grado di prodotto. Al contrario, tutte le fasi del processo devono essere formulate. Dongfu fornisce alcuni suggerimenti per la progettazione della soluzione e le 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 con impasto liquido e tecnica di alimentazione del glucosio – possono essere utilizzati in condizioni industriali. Durante la transglicosidazione la concentrazione dell'intermedio butilpoliglucoside, che funge da solubilizzante per gli edotti D-glucosio e butanolo, deve essere mantenuta superiore a circa il 15% nella miscela di reazione per evitare disomogeneità. Allo stesso scopo, la concentrazione di acqua nella miscela di reazione impiegata per la sintesi diretta Fischer di alchilpoliglucosidi deve essere mantenuta inferiore a circa l'1%. Con contenuti di acqua più elevati esiste il rischio di trasformare il D-glucosio cristallino sospeso in una massa appiccicosa, il che comporterebbe successivamente una cattiva lavorazione e un'eccessiva polimerizzazione. L'agitazione e l'omogeneizzazione efficaci promuovono la distribuzione fine e la reattività del D-glucosio cristallino nella miscela di reazione.

Quando si seleziona il metodo di sintesi e le sue varianti più sofisticate devono essere considerati sia fattori tecnici che economici. I processi di transglicosidazione omogenei basati sugli 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, che più che compensano i maggiori investimenti una tantum nella fase di transglicosidazione e nel recupero del butanolo. L'utilizzo dell'n-butanolo non presenta altri svantaggi, poiché può essere riciclato quasi completamente, per cui le concentrazioni residue nei prodotti finali recuperati sono solo di poche parti per milione, il che può essere considerato non critico. La glicosidazione Fischer diretta secondo il processo dell'impasto liquido o la tecnica di alimentazione del glucosio elimina la fase di transglicosidazione e il recupero del butanolo. Può anche essere eseguito in modo continuativo e richiede una spesa in conto capitale leggermente inferiore.

In futuro, l’offerta e il prezzo delle materie prime fossili e rinnovabili, nonché l’ulteriore progresso tecnologico nella produzione di polisaccaridi alchilici, avranno un impatto decisivo sulla capacità del mercato e sulla capacità produttiva di sviluppo e applicazione. Il polisaccaride di base dispone già di soluzioni tecniche proprie che possono fornire importanti vantaggi competitivi nel mercato dei trattamenti superficiali per le aziende che sviluppano o hanno adottato tali processi. Ciò è particolarmente vero quando i prezzi sono alti e bassi. Il costo di produzione dell'agente di produzione è salito al livello abituale, anche se il prezzo delle materie prime locali scende leggermente, ciò potrebbe fissare i sostituti dei tensioattivi e incoraggiare l'installazione di nuovi impianti di produzione di polisaccaridi alchilici.