LES MÉTHODES DE FABRICATION DES ALKYL GLUCOSIDES

La glycosidation de Fischer est la seule méthode de synthèse chimique ayant permis le développement de solutions économiques et techniquement performantes pour la production à grande échelle d'alkylpolyglucosides. Des installations de production d'une capacité de plus de 20 000 t/an ont déjà été construites et élargissent la gamme de produits de l'industrie des tensioactifs avec des agents tensioactifs issus de matières premières renouvelables. Le D-glucose et les alcools gras linéaires en C8-C16 se sont avérés être les matières premières privilégiées. Ces produits peuvent être convertis en alkylpolyglucosides tensioactifs par glycosidation de Fischer directe ou par transglycosidation en deux étapes via le butylpolyglucoside en présence de catalyseurs acides, avec de l'eau comme sous-produit. L'eau doit être distillée du mélange réactionnel afin de déplacer l'équilibre réactionnel vers les produits souhaités. Lors de la glycosidation, il convient d'éviter les inhomogénéités du mélange réactionnel, car elles conduisent à la formation excessive de polyglucosides, hautement indésirables. De nombreuses stratégies techniques visent donc à homogénéiser les éduits de n-glucose et d'alcools, peu miscibles en raison de leur différence de polarité. Au cours de la réaction, des liaisons glycosidiques se forment entre l'alcool gras et le n-glucose, ainsi qu'entre les unités n-glucose elles-mêmes. Les alkylpolyglucosides se forment alors sous forme de mélanges de fractions contenant un nombre différent d'unités glucose au niveau du résidu alkyle à longue chaîne. Chacune de ces fractions est composée de plusieurs constituants isomères, car les unités n-glucose adoptent différentes formes anomériques et cycliques à l'équilibre chimique lors de la glycosidation de Fischer, et les liaisons glycosidiques entre les unités D-glucose se trouvent dans plusieurs positions de liaison possibles. Le rapport anomérique des unités D-glucose est d'environ α/β＝ 2:1 et semble difficile à influencer dans les conditions décrites de la synthèse de Fischer. Dans des conditions thermodynamiquement contrôlées, les unités n-glucose contenues dans le mélange de produits existent principalement sous forme de pyranosides. Le nombre moyen d'unités n-glucose par résidu alkyle, appelé degré de polymérisation, dépend essentiellement du rapport molaire des éduits lors de la fabrication. En raison de leurs propriétés tensioactives prononcées[1], une préférence particulière est accordée aux alkylpolyglucosides ayant des degrés de polymérisation compris entre 1 et 3, pour lesquels il faut utiliser environ 3 à 10 moles d'alcool gras par mole de n-glucose dans le procédé.

Le degré de polymérisation diminue à mesure que l'excès d'alcool gras augmente. Les alcools gras excédentaires sont séparés et récupérés par un procédé de distillation sous vide en plusieurs étapes avec évaporateurs à film tombant, afin de minimiser la contrainte thermique. La température d'évaporation doit être suffisamment élevée et le temps de contact dans la zone chaude suffisamment long pour assurer une distillation suffisante de l'alcool gras excédentaire et un écoulement de la masse fondue d'alkylpolyglucoside sans réaction de décomposition significative. Une série d'étapes d'évaporation peut être avantageusement utilisée pour séparer d'abord la fraction à bas point d'ébullition, puis la majeure partie de l'alcool gras, et enfin l'alcool gras restant, jusqu'à ce que l'alkylpolyglucoside fonde sous forme de résidu hydrosoluble.

Même dans les conditions les plus douces de synthèse et d'évaporation des alcools gras, une coloration brune indésirable peut se produire, nécessitant des procédés de blanchiment pour affiner le produit. Une méthode de blanchiment qui s'est avérée efficace consiste à ajouter un agent oxydant, tel que le peroxyde d'hydrogène, à une formulation aqueuse d'alkylpolyglycoside en milieu alcalin, en présence d'ions magnésium.

Les multiples études et variantes utilisées dans les processus de synthèse, de post-traitement et de raffinage garantissent qu'à ce jour, il n'existe toujours pas de solution clé en main largement applicable pour obtenir un produit de qualité spécifique. Au contraire, toutes les étapes du procédé doivent être formulées. Dongfu propose des suggestions pour la conception de solutions et des solutions techniques, et explique les conditions chimiques et physiques des processus de réaction, de séparation et de raffinage.

Les trois principaux procédés – transglycosidation homogène, procédé en suspension et technique d'alimentation en glucose – sont utilisables en conditions industrielles. Lors de la transglycosidation, la concentration du butylpolyglucoside intermédiaire, qui agit comme solubilisant pour les éduits D-glucose et butanol, doit être maintenue à environ 15 % dans le mélange réactionnel afin d'éviter les inhomogénéités. Dans le même but, la concentration en eau du mélange réactionnel utilisé pour la synthèse directe de Fischer des alkylpolyglucosides doit être maintenue à moins de 1 % environ. Des teneurs en eau plus élevées risquent de transformer le D-glucose cristallin en suspension en une masse collante, ce qui entraînerait un mauvais traitement et une polymérisation excessive. Une agitation et une homogénéisation efficaces favorisent la bonne répartition et la réactivité du D-glucose cristallin dans le mélange réactionnel.

Des facteurs techniques et économiques doivent être pris en compte lors du choix de la méthode de synthèse et de ses variantes plus sophistiquées. Les procédés de transglycosidation homogène à base de sirops de D-glucose semblent particulièrement avantageux pour une production continue à grande échelle. Ils permettent des économies durables sur la cristallisation du D-glucose, matière première, dans la chaîne de valeur ajoutée, ce qui compense largement les investissements ponctuels plus importants liés à l'étape de transglycosidation et à la récupération du butanol. L'utilisation du n-butanol ne présente aucun autre inconvénient, car il est recyclable presque entièrement, de sorte que les concentrations résiduelles dans les produits finis récupérés ne sont que de quelques parties par million, ce qui peut être considéré comme non critique. La glycosidation directe Fischer, selon le procédé en suspension ou la technique d'alimentation en glucose, permet de se passer de l'étape de transglycosidation et de la récupération du butanol. Elle peut également être réalisée en continu et nécessite un investissement légèrement inférieur.

À l'avenir, l'offre et le prix des matières premières fossiles et renouvelables, ainsi que les progrès technologiques dans la production d'alkylpolysaccharides, auront un impact décisif sur la capacité du marché et la capacité de production, tant pour le développement que pour les applications. Les polysaccharides de base disposent déjà de solutions techniques qui peuvent offrir d'importants avantages concurrentiels sur le marché du traitement de surface aux entreprises qui développent ou adoptent de tels procédés. Cela est particulièrement vrai lorsque les prix fluctuent. Le coût de fabrication de l'agent de fabrication a atteint son niveau habituel. Même si le prix des matières premières locales baisse légèrement, cela pourrait fixer les substituts aux tensioactifs et encourager l'implantation de nouvelles usines de production d'alkylpolysaccharides.