LES PROCÉDÉS DE FABRICATION DES ALKYL GLUCOSIDES

La glycosidation Fischer est la seule méthode de synthèse chimique qui a permis le développement de solutions économiques et techniquement perfectionnées aujourd'hui 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 réalisées et élargissent la gamme de produits de l'industrie des tensioactifs avec des agents tensioactifs à base de matières premières renouvelables. Le D-glucose et les alcools gras linéaires en C8-C16 se sont révélés être les matières premières préférées. Ces produits peuvent être convertis en alkylpolyglucosides tensioactifs au moyen d'une glycosidation directe de Fischer ou d'une transglycosidation en deux étapes via un polyglucoside de butyle 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. Au cours du processus de glycosidation, il convient d'éviter les inhomogénéités dans le mélange réactionnel, car elles conduisent à une formation excessive de ce que l'on appelle les polyglucosides, qui sont hautement indésirables. De nombreux stratagèmes techniques se concentrent donc sur l'homogénéisation des produits n-glucose et alcools, peu miscibles en raison de leur différence de polarité. Au cours de la réaction, des liaisons glycosidiques se forment à la fois entre l'alcool gras et le n-glucose et entre les unités n-glucose elles-mêmes. Les alkylpolyglucosides se forment par conséquent sous forme de mélanges de fractions avec différents nombres d'unités glucose au niveau du résidu alkyle à longue chaîne. Chacune de ces fractions, à son tour, est composée de plusieurs constituants isomères, puisque les unités n-glucose prennent différentes formes anomériques et formes d'anneaux en équilibre chimique pendant la glycosidation de Fischer et les liaisons glycosidiques entre les unités D-glucose se produisent dans plusieurs positions de liaison possibles. . Le rapport d'anomère des unités D-glucose est d'environ α/β＝ 2 : 1 et semble difficile à influencer dans les conditions décrites de la synthèse 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, est essentiellement fonction du rapport molaire des éduits lors de la fabrication. En raison de leurs propriétés tensioactives prononcées, une préférence particulière est accordée aux alkylpolyglucosides avec 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 processus.

Le degré de polymérisation diminue à mesure que l'excès d'alcool gras augmente. Les alcools gras en excès sont séparés et récupérés par un processus de distillation sous vide en plusieurs étapes avec des évaporateurs à film tombant, afin de minimiser le stress thermique. La température d'évaporation doit être juste assez élevée et le temps de contact dans la zone chaude juste assez long pour assurer une distillation suffisante de l'alcool gras en excès et un écoulement de l'alkyl polyglucoside fondu 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 quantité principale d'alcool gras et enfin l'alcool gras restant, jusqu'à ce que l'alkylpolyglycoside fonde sous forme de résidu soluble dans l'eau.

Même dans les conditions les plus douces de synthèse et d’évaporation des alcools gras, une décoloration brune indésirable se produira et des processus de blanchiment seront nécessaires pour affiner le produit. Une méthode de blanchiment qui s'est avérée appropriée consiste à ajouter un agent oxydant, tel que du peroxyde d'hydrogène, à une formulation aqueuse d'alkyl polyglycoside dans un milieu alcalin en présence d'ions magnésium.

Les multiples études et variantes utilisées dans le processus de synthèse, de post-traitement et de raffinage garantissent qu'aujourd'hui encore, il n'existe pas de solution « clé en main » largement applicable pour obtenir une qualité de produit spécifique. Au contraire, toutes les étapes du processus doivent être formulées. Dongfu fournit quelques suggestions pour la conception de la solution et les solutions techniques, et explique les conditions chimiques et physiques du processus de réaction, de séparation et de raffinage.

Les trois procédés principaux – transglycosidation homogène, procédé en suspension et technique d’alimentation en glucose – peuvent être utilisés dans des conditions industrielles. Lors de la transglycosidation, la concentration du butyl polyglucoside intermédiaire, qui agit comme solubilisant pour les éduits D-glucose et butanol, doit être maintenue au-dessus d'environ 15 % dans le mélange réactionnel afin d'éviter des inhomogénéités. Dans le même but, la concentration en eau dans le mélange réactionnel utilisé pour la synthèse directe par Fischer d'alkylpolyglucosides doit être maintenue à moins d'environ 1 %. À des teneurs en eau plus élevées, il existe un risque de transformation du D-glucose cristallin en suspension en une masse collante, ce qui entraînerait ensuite un mauvais traitement et une polymérisation excessive. Une agitation et une homogénéisation efficaces favorisent la distribution fine et la réactivité du D-glucose cristallin dans le mélange réactionnel.

Des facteurs à la fois techniques et économiques doivent être pris en compte lors du choix de la méthode de synthèse et de ses variantes plus sophistiquées. Les procédés homogènes de transglycosidation à base de sirops de D-glucose semblent particulièrement favorables à une production continue à grande échelle. Ils permettent des économies permanentes sur la cristallisation de la matière première D-glucose dans la chaîne de valeur ajoutée, qui font plus que compenser les investissements ponctuels plus élevés dans l'étape de transglycosidation et la récupération du butanol. L'utilisation du n-butanol ne présente pas d'autres inconvénients, car il peut être recyclé presque entièrement, de sorte que les concentrations résiduelles dans les produits finaux récupérés ne sont que de quelques parties par million, ce qui peut être considéré comme non critique. La glycosidation directe Fischer selon le procédé slurry ou la technique d'alimentation en glucose dispense de l'étape de transglycosidation et de récupération du butanol. Elle peut également être réalisée en continu et nécessite des investissements légèrement inférieurs.

À l'avenir, l'offre et le prix des matières premières fossiles et renouvelables, ainsi que les progrès technologiques ultérieurs dans la production d'alkylpolysaccharides, auront un impact décisif sur la capacité du marché et la capacité de production de développement et d'application. Le polysaccharide de base dispose déjà de ses propres solutions techniques qui peuvent offrir des avantages compétitifs importants sur le marché du traitement de surface aux entreprises qui développent ou ont adopté de tels procédés. Cela est particulièrement vrai lorsque les prix sont hauts et bas. Le coût de fabrication de l'agent de fabrication a augmenté au niveau habituel, même si le prix des matières premières locales baisse légèrement, cela pourrait fixer les substituts aux tensioactifs et encourager l'installation de nouvelles usines de production de polysaccharides alkylés.