วิธีการผลิตอัลคิลกลูโคไซด์

ไกลโคซิเดชันของฟิสเชอร์เป็นวิธีเดียวในการสังเคราะห์ทางเคมีที่ช่วยให้สามารถพัฒนาโซลูชั่นทางเศรษฐกิจและสมบูรณ์แบบทางเทคนิคในปัจจุบันสำหรับการผลิตอัลคิลโพลีกลูโคไซด์ในปริมาณมาก โรงงานผลิตที่มีกำลังการผลิตมากกว่า 20,000 ตัน/ปีได้รับการยอมรับแล้ว และขยายกลุ่มผลิตภัณฑ์ของอุตสาหกรรมสารลดแรงตึงผิวด้วยสารออกฤทธิ์ที่พื้นผิวโดยใช้วัตถุดิบหมุนเวียน D-กลูโคสและแฟตตี้แอลกอฮอล์ C8-C16 เชิงเส้นได้พิสูจน์แล้วว่าเป็นวัตถุดิบตั้งต้นที่ต้องการ ท่อนำเหล่านี้สามารถเปลี่ยนไปเป็นอัลคิลโพลีกลูโคไซด์ที่ออกฤทธิ์ที่พื้นผิวได้โดยใช้ฟิสเชอร์ไกลโคซิเดชันโดยตรงหรือทรานส์ไกลโคซิเดชันสองขั้นตอนผ่านบิวทิลโพลีกลูโคไซด์ต่อหน้าตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรด โดยมีน้ำเป็นผลพลอยได้ ต้องกลั่นน้ำจากส่วนผสมของปฏิกิริยาเพื่อเปลี่ยนสมดุลของปฏิกิริยาไปสู่ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ ในระหว่างกระบวนการไกลโคซิเดชัน ควรหลีกเลี่ยงความไม่เป็นเนื้อเดียวกันในส่วนผสมของปฏิกิริยา เนื่องจากจะนำไปสู่การก่อตัวของโพลีกลูโคไซด์ที่เรียกว่ามากเกินไป ซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์อย่างมาก กลยุทธ์ทางเทคนิคหลายอย่างจึงมุ่งเน้นไปที่การทำให้อีดักส์เอ็น-กลูโคสและแอลกอฮอล์เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งสามารถผสมกันได้ไม่ดีเนื่องจากความแตกต่างของขั้ว ในระหว่างปฏิกิริยา พันธะไกลโคซิดิกจะเกิดขึ้นทั้งระหว่างแฟตตี้แอลกอฮอล์และเอ็น-กลูโคส และระหว่างหน่วยของเอ็น-กลูโคสด้วย อัลคิลโพลีกลูโคไซด์จึงก่อตัวเป็นของผสมของเศษส่วนที่มีจำนวนหน่วยกลูโคสต่างกันที่เรซิดิวอัลคิลสายโซ่ยาว เศษส่วนแต่ละส่วนเหล่านี้ประกอบขึ้นด้วยองค์ประกอบไอโซเมอร์หลายชนิด เนื่องจากหน่วยเอ็น-กลูโคสจะมีรูปแบบอะโนเมอร์และรูปแบบวงแหวนที่แตกต่างกันในสมดุลทางเคมีระหว่างฟิสเชอร์ไกลโคซิเดชันและการเชื่อมโยงไกลโคซิดิกระหว่างหน่วยดี-กลูโคสเกิดขึ้นในตำแหน่งพันธะที่เป็นไปได้หลายตำแหน่ง . อัตราส่วนอะโนเมอร์ของหน่วย D-กลูโคสอยู่ที่ประมาณ α/β＝ 2: 1 และดูเหมือนจะควบคุมได้ยากภายใต้เงื่อนไขที่อธิบายไว้ของการสังเคราะห์ฟิสเชอร์ ภายใต้สภาวะที่ควบคุมด้วยอุณหพลศาสตร์ หน่วยเอ็น-กลูโคสที่มีอยู่ในส่วนผสมของผลิตภัณฑ์จะอยู่ในรูปของไพราโนไซด์เป็นส่วนใหญ่ จำนวนเฉลี่ยของหน่วยเอ็น-กลูโคสต่อสารตกค้างอัลคิล หรือที่เรียกว่าระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชัน โดยพื้นฐานแล้วเป็นฟังก์ชันของอัตราส่วนโมลาร์ของท่อนำในระหว่างการผลิต เนื่องจากความสัมพันธ์ระหว่างสารลดแรงตึงผิวที่เด่นชัด[1] จึงให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับอัลคิล พอลิกลูโคไซด์ที่มีระดับการเกิดพอลิเมอไรเซชันระหว่าง 1 ถึง 3 ซึ่งต้องใช้แฟตตี้แอลกอฮอล์ประมาณ 3-10 โมลต่อโมลของเอ็น-กลูโคสในกระบวนการ

ระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชันจะลดลงเมื่อไขมันแอลกอฮอล์ส่วนเกินเพิ่มขึ้น แฟตตี้แอลกอฮอล์ส่วนเกินจะถูกแยกและนำกลับมาใช้ใหม่โดยกระบวนการกลั่นสุญญากาศหลายขั้นตอนโดยใช้เครื่องระเหยแบบฟิล์มตก เพื่อลดความเครียดจากความร้อนให้เหลือน้อยที่สุด อุณหภูมิการระเหยควรสูงเพียงพอและเวลาสัมผัสในเขตร้อนเพียงนานเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่ามีการกลั่นแฟตตี้แอลกอฮอล์ส่วนเกินและการไหลของอัลคิลโพลีกลูโคไซด์ที่ละลายอย่างเพียงพอโดยไม่มีปฏิกิริยาการสลายตัวที่มีนัยสำคัญ ขั้นตอนการระเหยหลายขั้นตอนสามารถนำไปใช้อย่างได้เปรียบเพื่อแยกส่วนที่เดือดต่ำก่อน จากนั้นจึงแยกปริมาณแฟตตี้แอลกอฮอล์หลัก และสุดท้ายคือแฟตตี้แอลกอฮอล์ที่เหลือ จนกว่าอัลคิลโพลีไกลโคไซด์จะละลายเป็นสารตกค้างที่ละลายน้ำได้

แม้ภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรงที่สุดสำหรับการสังเคราะห์และการระเหยของแฟตตี้แอลกอฮอล์ ก็จะมีการเปลี่ยนสีสีน้ำตาลที่ไม่พึงประสงค์ และจำเป็นต้องมีกระบวนการฟอกขาวเพื่อปรับแต่งผลิตภัณฑ์ วิธีการฟอกขาววิธีหนึ่งที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมคือการเติมตัวออกซิไดซ์ เช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ลงในสูตรน้ำของอัลคิล พอลิไกลโคไซด์ในตัวกลางที่เป็นด่างโดยมีแมกนีเซียมไอออนอยู่ด้วย

การศึกษาและตัวแปรต่างๆ ที่ใช้ในการสังเคราะห์ กระบวนการหลังการประมวลผล และการกลั่นกรองรับประกันได้ว่าแม้ในปัจจุบันนี้ ยังไม่มีโซลูชัน "แบบครบวงจร" ที่ใช้งานได้อย่างกว้างขวางเพื่อให้ได้เกรดผลิตภัณฑ์ที่เฉพาะเจาะจง ในทางกลับกัน จำเป็นต้องกำหนดขั้นตอนกระบวนการทั้งหมด Dongfu ให้คำแนะนำสำหรับการออกแบบโซลูชันและโซลูชันทางเทคนิค และอธิบายสภาวะทางเคมีและกายภาพสำหรับกระบวนการทำปฏิกิริยา การแยก และการกลั่น

กระบวนการหลักทั้งสามกระบวนการ ได้แก่ ทรานส์ไกลโคซิเดชันที่เป็นเนื้อเดียวกัน กระบวนการสเลอรี และเทคนิคการป้อนกลูโคส สามารถใช้ได้ภายใต้สภาวะทางอุตสาหกรรม ในระหว่างการเปลี่ยนไกลโคซิเดชัน ความเข้มข้นของบิวทิลโพลีกลูโคไซด์ระดับกลางซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวละลายสำหรับ educts D-กลูโคสและบิวทานอล จะต้องเก็บไว้มากกว่าประมาณ 15% ในส่วนผสมของปฏิกิริยา เพื่อหลีกเลี่ยงความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เพื่อจุดประสงค์เดียวกัน ความเข้มข้นของน้ำในส่วนผสมปฏิกิริยาที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์อัลคิลโพลีกลูโคไซด์โดยตรงของ Fischer จะต้องเก็บไว้ที่น้อยกว่าประมาณ 1 % ที่ปริมาณน้ำที่สูงขึ้น มีความเสี่ยงในการเปลี่ยน D-กลูโคสที่เป็นผลึกแขวนลอยให้เป็นมวลที่ไม่มีรสนิยม ซึ่งต่อมาจะส่งผลให้เกิดกระบวนการที่ไม่ดีและการเกิดปฏิกิริยาโพลีเมอร์มากเกินไป การกวนและการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันอย่างมีประสิทธิภาพส่งเสริมการกระจายตัวและการเกิดปฏิกิริยาที่ดีของผลึกดี-กลูโคสในส่วนผสมของปฏิกิริยา

ต้องพิจารณาทั้งปัจจัยทางเทคนิคและเศรษฐกิจเมื่อเลือกวิธีการสังเคราะห์และตัวแปรที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น กระบวนการทรานส์ไกลโคซิเดชันที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งมีพื้นฐานจากไซรัป D-กลูโคสปรากฏว่าเอื้ออำนวยเป็นพิเศษสำหรับการผลิตอย่างต่อเนื่องในขนาดใหญ่ ช่วยให้ประหยัดการตกผลึกของวัตถุดิบ D-กลูโคสในห่วงโซ่มูลค่าเพิ่มได้อย่างถาวร ซึ่งมากกว่าการชดเชยการลงทุนครั้งเดียวที่สูงกว่าในขั้นตอนทรานส์ไกลโคซิเดชันและการนำบิวทานอลกลับมาใช้ใหม่ การใช้เอ็น-บิวทานอลไม่มีข้อเสียอื่นใด เนื่องจากสามารถรีไซเคิลได้เกือบทั้งหมด ดังนั้นความเข้มข้นที่ตกค้างในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่นำกลับมาใช้ใหม่จึงมีเพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วน ซึ่งถือได้ว่าไม่สำคัญ ไกลโคซิเดชันของฟิสเชอร์โดยตรงตามกระบวนการของสารละลายหรือเทคนิคการป้อนกลูโคสจะจ่ายด้วยขั้นตอนทรานส์ไกลโคซิเดชันและการนำบิวทานอลกลับคืนมา นอกจากนี้ยังสามารถดำเนินการได้อย่างต่อเนื่องและเรียกร้องให้มีรายจ่ายฝ่ายทุนลดลงเล็กน้อย

ในอนาคต อุปทานและราคาของฟอสซิลและวัตถุดิบหมุนเวียน รวมถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเพิ่มเติมในการผลิตอัลคิลโพลีแซ็กคาไรด์ จะมีผลกระทบอย่างชัดเจนต่อกำลังการผลิตของตลาดและกำลังการผลิตของการพัฒนาและการใช้งาน เบสโพลีแซ็กคาไรด์มีโซลูชันทางเทคนิคของตัวเองอยู่แล้ว ซึ่งสามารถให้ความได้เปรียบทางการแข่งขันที่สำคัญในตลาดการบำบัดพื้นผิวสำหรับบริษัทที่พัฒนาหรือนำกระบวนการดังกล่าวไปใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อราคาสูงและต่ำ ต้นทุนการผลิตของตัวแทนการผลิตได้เพิ่มขึ้นสู่ระดับปกติ แม้ว่าราคาวัตถุดิบในท้องถิ่นจะลดลงเล็กน้อย แต่ก็อาจช่วยแก้ไขสารทดแทนสารลดแรงตึงผิว และอาจกระตุ้นให้มีการติดตั้งโรงงานผลิตอัลคิลโพลีแซ็กคาไรด์แห่งใหม่