Transglykosideringsprocesser med D-glukos som råmaterial.

Fischer-glykosidering är den enda kemiska syntesmetoden som har möjliggjort utvecklingen av dagens ekonomiska och tekniskt fulländade lösningar för storskalig produktion av alkylpolyglukosider. Produktionsanläggningar med kapacitet på över 20 000 ton/år har redan realiserats och utökar produktsortimentet för tensidindustrin med ytaktiva ämnen baserade på förnybara råvaror. D-glukos och linjära C8-C16-fettalkoholer har visat sig vara de föredragna råvarorna. Dessa produkter kan omvandlas till ytaktiva alkylpolyglykosider genom direkt Fischer-glykosylering eller genom tvåstegs-transglykosider av butylpolyglykosid i närvaro av en syrakatalysator, med vatten som biprodukt. Vatten måste destilleras från reaktionsblandningen för att förskjuta reaktionsjämvikten mot den önskade produkten. I glykosyleringsprocessen bör inhomogeniteter i reaktionsblandningen undvikas eftersom de kan leda till överdriven bildning av så kallad polydextros, vilket är mycket oönskat. Därför fokuserar många tekniska strategier på de homogena edukterna n-glukos och alkohol, vilka är svåra att blanda på grund av deras olika polariteter. Under reaktionen bildas glykosidbindningar både mellan fettalkohol och n-glukos och mellan n-glukosenheterna själva. Alkylpolyglukosider bildas följaktligen som blandningar av fraktioner med olika antal glukosenheter vid den långkedjiga alkylresten. Var och en av dessa fraktioner består i sin tur av flera isomera beståndsdelar, eftersom n-glukosenheterna antar olika anomera former och ringformer i kemisk jämvikt under Fischer-glykosidering och glykosidbindningarna mellan D-glukosenheterna förekommer i flera möjliga bindningspositioner. Anomerförhållandet för D-glukosenheterna är ungefär α/β = 2:1 och verkar svårt att påverka under de beskrivna förhållandena för Fischer-syntes. Under termodynamiskt kontrollerade förhållanden existerar n-glukosenheterna som ingår i produktblandningen huvudsakligen i form av pyranosider. Det genomsnittliga antalet normala glukosenheter per alkylrest, den så kallade polymerisationsgraden, är i grunden en funktion av molförhållandet mellan edukter under tillverkningsprocessen. På grund av deras anmärkningsvärda tensidegenskaper är alkylpolyglykosider med en polymerisationsgrad mellan 1 och 3 särskilt föredragna, varför cirka 3-10 mol fettalkoholer måste användas per mol normal glukos i denna metod.

Polymerisationsgraden minskar vid ökande överskott av fettalkohol. Överskottet av fettalkohol separeras och utvinns med hjälp av flerstegs vakuumdestillationsprocesser med fallfilmsindunstare, vilket gör det möjligt att hålla den termiska stressen på ett minimum. Indunstningstemperaturen bör vara precis tillräckligt hög och kontakttiden i den heta zonen precis tillräckligt lång för att säkerställa tillräcklig destillation av överskottet av fettalkohol och flöde av alkylpolyglukosidsmältan, utan att några betydande nedbrytningsreaktioner inträffar. En serie indunstningssteg kan med fördel användas för att först separera lågkokande fraktioner, sedan huvudmängden fettalkohol och slutligen den återstående fettalkoholen tills alkylpolyglukosidsmältorna erhålls som vattenlösliga rester.

Även när syntes och avdunstning av fettalkoholen utförs under de mest skonsamma förhållanden uppstår oönskad brun missfärgning, vilket kräver blekningsprocesser för att förfina produkterna. En blekningsmetod som har visat sig lämplig är tillsats av oxidanter såsom väteperoxid till vattenhaltiga preparat av alkylpolyglukosider i alkaliskt medium i närvaro av magnesiumjoner.

De många undersökningar och varianter som använts under syntes, upparbetning och raffinering visar att det även idag inte finns några generellt tillämpliga "nyckelfärdiga" lösningar för att erhålla specifika produktkvaliteter. Tvärtom måste alla processteg utarbetas, ömsesidigt anpassas och optimeras. Detta kapitel har gett förslag och beskrivit några praktiska sätt att utforma tekniska lösningar, samt angett standardmässiga kemiska och fysikaliska förhållanden för att genomföra reaktioner, separation och raffineringsprocesser.

Alla tre huvudprocesserna – homogen transglykosidering, uppslamningsprocess och glukosmatningsteknik – kan användas under industriella förhållanden. Under transglykosidering måste koncentrationen av den mellanliggande butylpolyglukosiden, som fungerar som ett solubiliseringsmedel för edukterna D-glukos och butanol, hållas över cirka 15 % i reaktionsblandningen för att undvika inhomogeniteter. Av samma skäl måste vattenkoncentrationen i reaktionsblandningen som används för direkt Fischer-syntes av alkylpolyglukosider hållas på mindre än cirka 1 %. Vid högre vattenhalter finns det en risk att den suspenderade kristallina D-glukosen omvandlas till en klibbig massa, vilket i sin tur skulle resultera i dålig bearbetning och överdriven polymerisation. Effektiv omrörning och homogenisering främjar den fina fördelningen och reaktiviteten hos den kristallina D-glukosen i reaktionsblandningen.

Både tekniska och ekonomiska faktorer måste beaktas vid val av syntesmetod och dess mer sofistikerade varianter. Homogena transglykosideringsprocesser baserade på D-glukossirap verkar vara särskilt gynnsamma för kontinuerlig produktion i stor skala. De möjliggör permanenta besparingar vid kristallisering av råmaterialet D-glukos i förädlingskedjan, vilket mer än väl kompenserar för de högre engångsinvesteringarna i transglykosideringssteget och återvinningen av butanol. Användningen av n-butanol har inga andra nackdelar, eftersom den kan återvinnas nästan helt så att restkoncentrationerna i de återvunna slutprodukterna endast är några få miljondelar, vilket kan anses vara icke-kritiskt. Direkt Fischer-glykosidering enligt uppslamningsprocessen eller glukosmatningstekniken eliminerar transglykosideringssteget och återvinningen av butanol. Den kan också utföras kontinuerligt och kräver något lägre kapitalutgifter.

Den framtida tillgången till och priserna på fossila och förnybara råvaror, liksom ytterligare tekniska framsteg inom produktion och tillämpning av alkylpolyglukosider, kan förväntas ha ett avgörande inflytande på utvecklingen av de senares marknadsvolym och produktionskapacitet. De genomförbara tekniska lösningar som redan finns för produktion och användning av alkylpolyglukosider kan ge en viktig konkurrensfördel på marknaden för tensider till företag som har utvecklat eller redan använder sådana processer. Detta gäller särskilt vid höga råoljepriser och låga spannmålspriser. Eftersom de fasta tillverkningskostnaderna säkerligen ligger på en sedvanlig nivå för industriella tensider i bulk, kan även små prissänkningar på inhemska råvaror uppmuntra till substitution av tensider och tydligt uppmuntra installationen av nya produktionsanläggningar för alkylpolyglukosider.