D-글루코스를 원료로 사용하는 트랜스글리코사이드화 공정.

피셔 글리코사이드화는 알킬 폴리글루코사이드의 대규모 생산을 위한 오늘날의 경제적이고 기술적으로 완벽한 솔루션의 개발을 가능하게 한 유일한 화학 합성 방법입니다. 연간 20,000톤 이상의 생산 능력을 갖춘 생산 공장이 이미 실현되었으며 재생 가능한 원료를 기반으로 한 계면활성제를 사용하여 계면활성제 산업의 제품 범위를 확대했습니다. D-글루코스 및 선형 C8-C16 지방 알코올이 선호되는 공급원료임이 입증되었습니다. 이들 생성물은 직접적인 피셔 글리코실화 또는 산 촉매 존재 하에서 물을 부산물로 사용하는 부틸 폴리글리코사이드의 2단계 트랜스글리코사이드에 의해 표면 활성 알킬 폴리글리코사이드로 전환될 수 있습니다. 반응 평형을 원하는 생성물 쪽으로 이동시키려면 반응 혼합물에서 물을 증류해야 합니다. 글리코실화 과정에서 반응 혼합물의 불균일성은 매우 바람직하지 않은 소위 폴리덱스트로스의 과도한 형성으로 이어질 수 있으므로 피해야 합니다. 따라서 많은 기술 전략은 극성이 다르기 때문에 혼합하기 어려운 n-포도당과 알코올을 균일하게 추출하는 데 중점을 둡니다. 반응 중에 지방 알코올과 n-포도당 사이, 그리고 n-포도당 단위 자체 사이에 글리코시드 결합이 형성됩니다. 결과적으로 알킬 폴리글루코사이드는 장쇄 알킬 잔기에서 다양한 수의 글루코스 단위를 갖는 분획의 혼합물로 형성됩니다. n-글루코스 단위는 Fischer 글리코사이드화 동안 화학 평형에서 서로 다른 아노머 형태와 고리 형태를 가정하고 D-글루코스 단위 사이의 글리코시드 연결은 여러 가능한 결합 위치에서 발생하기 때문에 이러한 분획 각각은 차례로 여러 이성질체 구성요소로 구성됩니다. . D-글루코스 단위의 아노머 비율은 대략 α/β= 2:1이며 기술된 피셔 합성 조건 하에서는 영향을 주기 어려운 것으로 보입니다. 열역학적으로 제어되는 조건에서 생성물 혼합물에 포함된 n-글루코스 단위는 주로 피라노사이드 형태로 존재합니다. 소위 중합도라고 불리는 알킬 잔기당 정상적인 포도당 단위의 평균 수는 기본적으로 제조 공정 중 생성물의 몰비에 따라 달라집니다. 뛰어난 계면활성제 특성으로 인해 중합도가 1~3인 알킬 폴리글리코시드가 특히 바람직하며, 이러한 이유로 이 방법에서는 일반 포도당 1몰당 약 3~10몰의 지방 알코올을 사용해야 합니다.

과량의 지방 알코올이 증가하면 중합도가 감소합니다. 과잉 지방 알코올은 낙하막 증발기를 사용하는 다단계 진공 증류 공정을 통해 분리 및 회수되며, 이를 통해 열 응력을 최소한으로 유지할 수 있습니다. 증발 온도는 충분히 높아야 하며 뜨거운 영역에서의 접촉 시간은 상당한 분해 반응이 발생하지 않고 과잉 지방 알코올의 적절한 증류와 알킬 폴리글루코시드 용융물의 흐름을 보장할 만큼 충분히 길어야 합니다. 일련의 증발 단계를 유리하게 사용하여 처음에는 끓는점이 낮은 분획을 분리한 다음 주요 양의 지방 알코올, 최종적으로 알킬 폴리글루코시드가 녹을 때까지 남은 지방 알코올을 수용성 잔류물로 얻을 수 있습니다.

가장 온화한 조건에서 지방알코올의 합성 및 증발이 이루어지더라도 원하지 않는 갈색 변색이 발생하므로 제품을 정제하기 위한 표백 공정이 필요합니다. 적합한 것으로 입증된 한 가지 표백 방법은 마그네슘 이온이 존재하는 알칼리성 매질에서 알킬 폴리글루코사이드의 수성 제제에 과산화수소와 같은 산화제를 첨가하는 것입니다.

합성, 워크업 및 정제 중에 사용되는 다양한 조사 및 변형을 보면 오늘날에도 특정 제품 등급을 얻기 위해 일반적으로 적용할 수 있는 "턴키" 솔루션이 아직 없음을 알 수 있습니다. 반대로 모든 프로세스 단계를 해결하고, 상호 조정하고, 최적화해야 합니다. 이 장에서는 반응, 분리, 정제 공정을 수행하기 위한 표준 화학적 및 물리적 조건을 명시할 뿐만 아니라 기술적 솔루션을 고안하기 위한 제안을 제공하고 몇 가지 실행 가능한 방법을 설명했습니다.

세 가지 주요 공정(균질 트랜스글리코사이드화, 슬러리 공정, 포도당 공급 기술) 모두 산업 조건에서 사용할 수 있습니다. 글리코사이드 교환 동안, D-글루코스 및 부탄올 추출물에 대한 가용화제 역할을 하는 중간체 부틸 폴리글루코사이드의 농도는 불균일성을 피하기 위해 반응 혼합물에서 약 15% 이상으로 유지되어야 합니다. 동일한 목적을 위해, 알킬 폴리글루코사이드의 직접 피셔 합성에 사용되는 반응 혼합물의 물 농도는 약 1% 미만으로 유지되어야 합니다. 수분 함량이 높으면 현탁된 결정성 D-글루코스가 끈적한 덩어리로 변할 위험이 있으며, 이로 인해 결과적으로 가공 불량과 과도한 중합이 발생할 수 있습니다. 효과적인 교반 및 균질화는 반응 혼합물에서 결정질 D-글루코스의 미세한 분포와 반응성을 촉진합니다.

합성 방법과 보다 정교한 변형 방법을 선택할 때는 기술적, 경제적 요인을 모두 고려해야 합니다. D-글루코스 시럽을 기반으로 한 균질한 글리코사이드화 공정은 대규모 연속 생산에 특히 유리한 것으로 보입니다. 이는 부가가치 사슬에서 원료 D-글루코스의 결정화에 대한 영구적인 절감을 가능하게 하며, 이는 트랜스글리코사이드화 단계 및 부탄올 회수에 대한 높은 일회성 투자를 보상하는 것 이상입니다. n-부탄올의 사용은 거의 완전히 재활용될 수 있어 회수된 최종 생성물의 잔류 농도가 중요하지 않은 것으로 간주될 수 있는 단지 몇ppm에 불과하므로 다른 단점이 없습니다. 슬러리 공정 또는 포도당 공급 기술에 따른 직접 피셔 글리코사이드화는 글리코사이드 교환 단계 및 부탄올 회수를 생략합니다. 또한 지속적으로 수행할 수 있으며 약간 더 낮은 자본 지출이 필요합니다.

화석 및 재생 가능한 원료의 향후 가용성과 가격, 그리고 알킬 폴리글루코사이드의 생산 및 적용에 대한 추가 기술 발전은 후자의 시장 규모 및 생산 능력 개발에 결정적인 영향을 미칠 것으로 예상됩니다. 알킬 폴리글루코사이드의 생산 및 사용을 위해 이미 존재하는 실행 가능한 기술 솔루션은 그러한 공정을 개발했거나 이미 사용하고 있는 회사에 계면활성제 시장에서 중요한 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다. 특히 원유 가격이 높고 곡물 가격이 낮은 경우에는 더욱 그렇습니다. 고정된 제조 비용은 확실히 대량 산업용 계면활성제의 관례적인 수준이기 때문에, 천연 원료 가격의 약간의 인하라도 계면활성제 상품의 대체를 촉진할 수 있으며 알킬 폴리글루코사이드에 대한 새로운 생산 공장 설치를 분명히 장려할 수 있습니다.