D-포도당을 원료로 사용하는 트랜스글리코시드화 공정.

피셔 글리코사이드화는 오늘날 알킬 폴리글루코사이드의 대량 생산을 위한 경제적이고 기술적으로 완벽한 솔루션 개발을 가능하게 한 유일한 화학 합성법입니다. 연간 20,000톤 이상의 생산 시설을 이미 구축하여 재생 가능한 원료를 기반으로 한 계면활성제를 통해 계면활성제 산업의 제품 범위를 확대하고 있습니다. D-포도당과 선형 C8-C16 지방 알코올이 선호되는 공급 원료로 입증되었습니다. 이러한 유도체는 직접 피셔 글리코실화 또는 산 촉매 존재 하에 부틸 폴리글리코사이드의 2단계 트랜스글리코사이드화를 통해 계면활성 알킬 폴리글리코사이드로 전환될 수 있으며, 부산물로 물이 생성됩니다. 반응 평형을 원하는 생성물 쪽으로 이동시키기 위해 반응 혼합물에서 물을 증류해야 합니다. 글리코실화 공정에서 반응 혼합물의 불균일성은 피해야 합니다. 불균일성은 소위 폴리덱스트로스의 과도한 형성으로 이어질 수 있으며, 이는 매우 바람직하지 않기 때문입니다. 따라서 많은 기술적 전략은 서로 다른 극성으로 인해 혼합하기 어려운 균질한 n-포도당과 알코올의 유도체에 초점을 맞춥니다. 반응 과정에서 지방 알코올과 n-포도당 사이, 그리고 n-포도당 단위 사이에 글리코시드 결합이 형성됩니다. 결과적으로 알킬 폴리글루코시드는 장쇄 알킬 잔기에 서로 다른 개수의 글루코오스 단위를 갖는 분획의 혼합물로 형성됩니다. 이러한 각 분획은 여러 이성질체 성분으로 구성됩니다. n-포도당 단위는 피셔 당화 반응 동안 화학 평형에서 서로 다른 아노머 형태와 고리 형태를 띠고, D-포도당 단위 간의 글리코시드 결합은 여러 가능한 결합 위치에서 발생하기 때문입니다. D-포도당 단위의 아노머 비율은 약 α/β＝ 2:1이며, 설명된 피셔 합성 조건 하에서는 영향을 받기 어려운 것으로 보입니다. 열역학적으로 제어되는 조건 하에서, 생성물 혼합물에 함유된 n-포도당 단위는 주로 피라노사이드 형태로 존재합니다. 알킬 잔기당 정상 포도당 단위의 평균 개수, 즉 중합도는 기본적으로 제조 공정 중 유리체의 몰비에 따라 결정됩니다. 뛰어난 계면활성제 특성으로 인해 중합도가 1~3인 알킬 폴리글리코사이드가 특히 선호되며, 이러한 이유로 이 방법에서는 정상 포도당 1몰당 약 3~10몰의 지방 알코올을 사용해야 합니다.

중합도는 지방 알코올의 과량이 증가함에 따라 감소합니다. 과량의 지방 알코올은 강하막 증발기를 사용한 다단계 진공 증류 공정을 통해 분리 및 회수되며, 이를 통해 열응력을 최소화할 수 있습니다. 증발 온도는 과량의 지방 알코올이 충분히 증류되고 알킬 폴리글루코사이드 용융물이 흐르도록 충분히 높고 고온 영역에서의 접촉 시간은 상당한 분해 반응이 발생하지 않도록 충분히 길어야 합니다. 일련의 증발 단계를 통해 먼저 저비점 분획을 분리하고, 이어서 주요량의 지방 알코올을 분리한 후, 마지막으로 나머지 지방 알코올을 분리하여 알킬 폴리글루코사이드 용융물이 수용성 잔류물로 얻어질 때까지 진행할 수 있습니다.

지방 알코올의 합성 및 증발이 가장 온화한 조건에서 수행되더라도 원치 않는 갈색 변색이 발생하여 제품을 정제하기 위한 표백 공정이 필요합니다. 적합한 것으로 입증된 한 가지 표백 방법은 마그네슘 이온이 존재하는 알칼리성 매질에서 알킬 폴리글루코사이드 수용액에 과산화수소와 같은 산화제를 첨가하는 것입니다.

합성, 후처리, 정제 과정에서 다양한 연구와 변형을 통해 특정 제품 등급을 얻기 위한 일반적으로 적용 가능한 "턴키" 솔루션은 오늘날에도 아직 존재하지 않음을 보여줍니다. 오히려 모든 공정 단계를 파악하고, 상호 조정하고, 최적화해야 합니다. 이 장에서는 기술적 솔루션을 고안하기 위한 몇 가지 제안과 실행 가능한 방법을 설명했으며, 반응 수행, 분리, 정제 공정에 대한 표준 화학적 및 물리적 조건을 제시했습니다.

세 가지 주요 공정(균질 트랜스글리코시드화, 슬러리 공정, 포도당 공급 기술)은 모두 산업적 조건에서 사용할 수 있습니다. 트랜스글리코시드화 동안, D-포도당과 부탄올 부산물의 가용화제 역할을 하는 중간체 부틸 폴리글루코사이드의 농도는 불균일성을 방지하기 위해 반응 혼합물에서 약 15% 이상으로 유지해야 합니다. 같은 목적으로, 알킬 폴리글루코사이드의 직접 피셔 합성에 사용되는 반응 혼합물의 물 농도는 약 1% 미만으로 유지해야 합니다. 물 함량이 높으면 현탁된 결정질 D-포도당이 끈적끈적한 덩어리로 변할 위험이 있으며, 이는 결과적으로 불량한 가공 및 과도한 중합을 초래할 수 있습니다. 효과적인 교반 및 균질화는 반응 혼합물에서 결정질 D-포도당의 미세한 분포와 반응성을 촉진합니다.

합성법과 그보다 더 정교한 변형법을 선택할 때는 기술적 요인과 경제적 요인을 모두 고려해야 합니다. D-포도당 시럽을 기반으로 하는 균질 트랜스글리코시드화 공정은 특히 대규모 연속 생산에 유리한 것으로 보입니다. 이 공정은 부가가치 사슬에서 원료 D-포도당의 결정화 비용을 영구적으로 절감할 수 있어 트랜스글리코시드화 단계와 부탄올 회수에 드는 높은 일회성 투자를 충분히 상쇄합니다. n-부탄올을 사용하면 다른 단점이 없습니다. 거의 완전히 재활용할 수 있기 때문에 회수된 최종 제품의 잔류 농도가 백만분의 몇 분의 몇에 불과하며, 이는 중요하지 않은 것으로 간주될 수 있습니다. 슬러리 공정 또는 포도당 공급 기술에 따른 직접 피셔 당화는 트랜스글리코시드화 단계와 부탄올 회수가 필요하지 않습니다. 또한 연속적으로 수행할 수 있으며 자본 지출이 약간 더 적습니다.

화석 및 재생 가능 원료의 향후 가용성 및 가격, 그리고 알킬 폴리글루코사이드 생산 및 응용 분야의 기술 발전은 알킬 폴리글루코사이드 시장 규모 및 생산 능력 개발에 결정적인 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 알킬 폴리글루코사이드 생산 및 사용을 위한 기존 기술 솔루션은 이러한 공정을 개발했거나 이미 사용하고 있는 기업들에게 계면활성제 시장에서 중요한 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다. 특히 원유 가격이 높고 곡물 가격이 낮은 경우 더욱 그렇습니다. 고정 제조 비용이 벌크 산업용 계면활성제의 일반적인 수준이기 때문에, 천연 원료 가격이 조금이라도 하락하더라도 계면활성제 대체를 촉진하고 알킬 폴리글루코사이드 신규 생산 공장 설립을 촉진할 수 있습니다.