روش‌های تولید آلکیل گلوکوزیدها
گلیکوزیداسیون فیشر تنها روش سنتز شیمیایی است که امکان توسعه راه‌حل‌های اقتصادی و فنی بی‌نقص امروزی را برای تولید انبوه پلی‌گلوکوزیدهای آلکیل فراهم کرده است. کارخانه‌های تولیدی با ظرفیت بیش از 20،000 تن در سال در حال حاضر راه‌اندازی شده‌اند و طیف محصولات صنعت سورفکتانت‌ها را با عوامل فعال سطحی مبتنی بر مواد اولیه تجدیدپذیر گسترش می‌دهند. D-گلوکز و الکل‌های چرب خطی C8-C16 به عنوان خوراک‌های ترجیحی ثابت شده‌اند. این ترکیبات را می‌توان از طریق گلیکوزیداسیون مستقیم فیشر یا ترانس‌گلیکوزیداسیون دو مرحله‌ای از طریق پلی‌گلوکوزید بوتیل در حضور کاتالیزورهای اسیدی، با آب به عنوان محصول جانبی، به پلی‌گلوکوزیدهای آلکیل فعال سطحی تبدیل کرد. برای تغییر تعادل واکنش به سمت محصولات مورد نظر، آب باید از مخلوط واکنش تقطیر شود. در طول فرآیند گلیکوزیداسیون، باید از ناهمگنی‌ها در مخلوط واکنش اجتناب شود، زیرا منجر به تشکیل بیش از حد به اصطلاح پلی‌گلوکوزیدها می‌شوند که بسیار نامطلوب هستند. بنابراین، بسیاری از راهکارهای فنی بر همگن‌سازی ترکیبات n-گلوکز و الکل‌ها تمرکز دارند که به دلیل تفاوت قطبیت، به سختی با هم مخلوط می‌شوند. در طول واکنش، پیوندهای گلیکوزیدی هم بین الکل چرب و n-گلوکز و هم بین خود واحدهای n-گلوکز تشکیل می‌شوند. در نتیجه، پلی‌گلوکوزیدهای آلکیل به صورت مخلوطی از بخش‌هایی با تعداد مختلف واحدهای گلوکز در باقیمانده آلکیل زنجیره بلند تشکیل می‌شوند. هر یک از این بخش‌ها، به نوبه خود، از چندین جزء ایزومری تشکیل شده‌اند، زیرا واحدهای n-گلوکز در طول گلیکوزیداسیون فیشر، در تعادل شیمیایی، اشکال آنومری و حلقه‌ای مختلفی به خود می‌گیرند و پیوندهای گلیکوزیدی بین واحدهای D-گلوکز در چندین موقعیت پیوندی ممکن رخ می‌دهد. نسبت آنومری واحدهای D-گلوکز تقریباً α/β=2:1 است و به نظر می‌رسد که تحت شرایط توصیف شده در سنتز فیشر، تحت تأثیر قرار دادن آنها دشوار است. در شرایط کنترل‌شده ترمودینامیکی، واحدهای n-گلوکز موجود در مخلوط محصول عمدتاً به شکل پیرانوزیدها وجود دارند. میانگین تعداد واحدهای n-گلوکز به ازای هر باقیمانده آلکیل، که به اصطلاح درجه پلیمریزاسیون نامیده می‌شود، اساساً تابعی از نسبت مولی ترکیبات در طول تولید است. به دلیل خواص سورفکتانتی بارز آنها، اولویت ویژه به پلی‌گلوکوزیدهای آلکیل با درجه پلیمریزاسیون بین 1 تا 3 داده می‌شود که برای آنها تقریباً 3 تا 10 مول الکل چرب باید به ازای هر مول n-گلوکز در فرآیند استفاده شود.
با افزایش الکل چرب اضافی، درجه پلیمریزاسیون کاهش می‌یابد. الکل‌های چرب اضافی توسط یک فرآیند تقطیر خلاء چند مرحله‌ای با تبخیرکننده‌های فیلم نزولی جدا و بازیابی می‌شوند، به طوری که تنش حرارتی به حداقل برسد. دمای تبخیر باید به اندازه کافی بالا و زمان تماس در منطقه گرم به اندازه کافی طولانی باشد تا تقطیر کافی الکل چرب اضافی و جریان مذاب آلکیل پلی‌گلوکوزید بدون هیچ واکنش تجزیه قابل توجهی تضمین شود. می‌توان از یک سری مراحل تبخیر به طور مطلوب برای جداسازی ابتدا بخش با نقطه جوش پایین، سپس مقدار اصلی الکل چرب و در نهایت الکل چرب باقی مانده استفاده کرد تا زمانی که آلکیل پلی‌گلیکوزید به عنوان یک باقیمانده محلول در آب ذوب شود.
حتی در ملایم‌ترین شرایط برای سنتز و تبخیر الکل‌های چرب، تغییر رنگ قهوه‌ای نامطلوب رخ خواهد داد و فرآیندهای سفیدسازی برای تصفیه محصول مورد نیاز است. یکی از روش‌های سفیدسازی که مناسب بودن آن ثابت شده است، افزودن یک عامل اکسیدکننده مانند پراکسید هیدروژن به فرمولاسیون آبی آلکیل پلی‌گلیکوزید در یک محیط قلیایی در حضور یون‌های منیزیم است.
مطالعات و انواع مختلف مورد استفاده در فرآیند سنتز، پس‌پردازش و پالایش تضمین می‌کند که حتی امروزه، هنوز هیچ راه‌حل «کلید در دست» قابل اجرا برای دستیابی به یک گرید خاص محصول وجود ندارد. برعکس، تمام مراحل فرآیند باید فرموله شوند. دونگفو پیشنهاداتی برای طراحی محلول و راه‌حل‌های فنی ارائه می‌دهد و شرایط شیمیایی و فیزیکی برای فرآیند واکنش، جداسازی و پالایش را توضیح می‌دهد.
هر سه فرآیند اصلی - ترانس گلیکوزیداسیون همگن، فرآیند دوغابی و تکنیک تغذیه گلوکز - را می‌توان در شرایط صنعتی استفاده کرد. در طول ترانس گلیکوزیداسیون، غلظت پلی‌گلوکوزید بوتیل واسطه، که به عنوان حل‌کننده برای ترکیبات D-گلوکز و بوتانول عمل می‌کند، باید در مخلوط واکنش بیش از حدود ۱۵٪ نگه داشته شود تا از ناهمگنی جلوگیری شود. به همین منظور، غلظت آب در مخلوط واکنش مورد استفاده برای سنتز فیشر مستقیم آلکیل پلی‌گلوکوزیدها باید کمتر از حدود ۱٪ نگه داشته شود. در مقادیر آب بالاتر، خطر تبدیل D-گلوکز کریستالی معلق به یک توده چسبناک وجود دارد که متعاقباً منجر به پردازش بد و پلیمریزاسیون بیش از حد می‌شود. هم زدن و همگن‌سازی مؤثر، توزیع خوب و واکنش‌پذیری D-گلوکز کریستالی را در مخلوط واکنش افزایش می‌دهد.
هنگام انتخاب روش سنتز و انواع پیچیده‌تر آن، باید عوامل فنی و اقتصادی در نظر گرفته شوند. فرآیندهای ترانس گلیکوزیداسیون همگن مبتنی بر شربت‌های D-گلوکز به ویژه برای تولید مداوم در مقیاس بزرگ مطلوب به نظر می‌رسند. آنها امکان صرفه‌جویی دائمی در تبلور ماده اولیه D-گلوکز در زنجیره ارزش افزوده را فراهم می‌کنند، که بیش از جبران سرمایه‌گذاری‌های یکباره بالاتر در مرحله ترانس گلیکوزیداسیون و بازیابی بوتانول است. استفاده از n-بوتانول هیچ عیب دیگری ندارد، زیرا می‌توان آن را تقریباً به طور کامل بازیافت کرد به طوری که غلظت‌های باقیمانده در محصولات نهایی بازیابی شده تنها چند قسمت در میلیون است که می‌توان آن را غیربحرانی در نظر گرفت. گلیکوزیداسیون فیشر مستقیم طبق فرآیند دوغابی یا تکنیک تغذیه گلوکز، مرحله ترانس گلیکوزیداسیون و بازیابی بوتانول را حذف می‌کند. همچنین می‌تواند به طور مداوم انجام شود و هزینه سرمایه کمی کمتری را می‌طلبد.
در آینده، عرضه و قیمت مواد اولیه فسیلی و تجدیدپذیر، و همچنین پیشرفت‌های بیشتر تکنولوژیکی در تولید پلی‌ساکاریدهای آلکیل، تأثیر تعیین‌کننده‌ای بر ظرفیت بازار و ظرفیت تولید توسعه و کاربرد خواهد داشت. پلی‌ساکارید پایه در حال حاضر راه‌حل‌های فنی خاص خود را دارد که می‌تواند مزایای رقابتی مهمی را در بازار عملیات سطحی برای شرکت‌هایی که چنین فرآیندهایی را توسعه می‌دهند یا اتخاذ کرده‌اند، فراهم کند. این امر به ویژه زمانی صادق است که قیمت‌ها بالا و پایین باشند. هزینه تولید عامل تولید به سطح معمول افزایش یافته است، حتی اگر قیمت مواد اولیه محلی کمی کاهش یابد، ممکن است جایگزین‌های سورفکتانت‌ها را تثبیت کند و ممکن است نصب کارخانه‌های جدید تولید پلی‌ساکارید آلکیل را تشویق کند.
زمان ارسال: ۲۳ ژوئیه ۲۰۲۱