D-グルコースを原料として用いるトランスグリコシド化プロセス。

フィッシャーグリコシド化は、アルキルポリグリコシドの大規模生産のための今日の経済的かつ技術的に完成したソリューションの開発を可能にした唯一の化学合成法です。年間20,000 tを超える生産能力を持つ生産プラントがすでに実現されており、再生可能な原料をベースとした界面活性剤により、界面活性剤業界の製品範囲が拡大しています。D-グルコースと直鎖C8-C16脂肪族アルコールが好ましい原料であることが証明されています。これらの抽出物は、直接フィッシャーグリコシル化、または酸触媒の存在下でのブチルポリグリコシドの2段階トランスグリコシド化によって、水が副産物として生じる界面活性アルキルポリグリコシドに変換できます。反応平衡を目的の生成物の方向にシフトさせるには、反応混合物から水を蒸留する必要があります。グリコシル化プロセスでは、反応混合物の不均一性は、いわゆるポリデキストロースの過剰形成につながる可能性があり、非常に望ましくないため、避けるべきです。したがって、多くの技術的戦略は、極性が異なるために混和が難しい均一な遊離体であるn-グルコースとアルコールに焦点を当てています。反応中、脂肪族アルコールとn-グルコースの間、およびn-グルコース単位自体の間でグリコシド結合が形成されます。その結果、アルキルポリグルコシドは、長鎖アルキル残基のグルコース単位の数が異なる画分の混合物として形成されます。これらの画分はそれぞれ、複数の異性体成分で構成されています。これは、n-グルコース単位がフィッシャーグリコシド化中に化学平衡で異なるアノマー型と環型を取り、D-グルコース単位間のグリコシド結合がいくつかの可能な結合位置で発生するためです。 D-グルコース単位のアノマー比はおよそα/β＝2:1であり、記載されているフィッシャー合成条件下では変化させることは困難であると考えられる。熱力学的に制御された条件下では、生成物混合物に含まれるn-グルコース単位は主にピラノシドの形で存在する。アルキル残基あたりのn-グルコース単位の平均数、いわゆる重合度は、基本的に製造プロセス中の遊離体のモル比の関数である。優れた界面活性特性を有するため、重合度1～3のアルキルポリグリコシドが特に好ましい。そのため、この方法ではn-グルコース1モルあたり約3～10モルの脂肪族アルコールを使用する必要がある。

重合度は、脂肪アルコールの過剰量が増加すると低下します。過剰の脂肪アルコールは、流下膜式蒸発器を用いた多段階真空蒸留プロセスによって分離・回収されます。これにより、熱ストレスを最小限に抑えることができます。蒸発温度は、過剰な脂肪アルコールを十分に蒸留し、アルキルポリグルコシド溶融物を流出させるのに十分な高さ、および高温域での接触時間は、著しい分解反応を起こさずに行う必要があります。一連の蒸発工程は、まず低沸点留分を分離し、次に主要量の脂肪アルコールを分離し、最後に残りの脂肪アルコールを分離し、アルキルポリグルコシド溶融物を水溶性残渣として得るために、有利に採用できます。

脂肪アルコールの合成と蒸発を最も穏やかな条件下で行ったとしても、望ましくない褐色の変色が生じるため、製品を精製するために漂白工程が必要になります。適切な漂白方法の一つとして、マグネシウムイオン存在下でアルカリ性媒体中のアルキルポリグルコシドの水性調製物に過酸化水素などの酸化剤を添加する方法が挙げられます。

合成、後処理、精製の過程で用いられる多様な調査と様々な手法は、今日においても、特定の製品グレードを得るための汎用的な「ターンキー」ソリューションが存在しないことを示しています。むしろ、すべてのプロセスステップを綿密に検討し、相互に調整し、最適化する必要があります。本章では、技術的ソリューションを考案するための提案と実用的な方法をいくつか示し、反応、分離、精製プロセスを実施するための標準的な化学的および物理的条件を示しました。

均一なトランスグリコシド化、スラリー法、およびグルコース供給法の 3 つの主なプロセスはすべて、工業条件下で使用できます。トランスグリコシド化中、遊離体 D-グルコースとブタノールの可溶化剤として作用する中間体ブチルポリグルコシドの濃度は、不均一性を避けるために反応混合物中で約 15% 以上に維持する必要があります。同じ目的で、アルキルポリグルコシドの直接フィッシャー合成に使用する反応混合物中の水濃度は約 1 % 未満に維持する必要があります。水分含有量が多いと、懸濁した結晶性 D-グルコースが粘着性の塊に変わるリスクがあり、その結果、処理が不良になり、過剰に重合することになります。効果的な撹拌と均質化により、反応混合物中の結晶性 D-グルコースの微細な分散と反応性が促進されます。

合成法およびそのより高度な変法を選択する際には、技術的要因と経済的要因の両方を考慮する必要があります。D-グルコースシロップをベースとする均一なトランスグリコシド化プロセスは、特に大規模な連続生産に適しています。このプロセスは、付加価値チェーンにおける原料D-グルコースの結晶化にかかるコストを永続的に削減できるため、トランスグリコシド化工程とブタノール回収にかかる高額な一時投資を補って余りある効果をもたらします。n-ブタノールの使用には、ほぼ完全にリサイクルできるため、回収された最終製品中の残留濃度はわずか数ppmであり、問題とはならないため、その他のデメリットはありません。スラリー法またはグルコース供給法による直接フィッシャーグリコシド化は、トランスグリコシド化工程とブタノール回収を不要にします。また、連続的に実施できるため、資本支出も若干低くなります。

化石燃料および再生可能原料の将来的な入手可能性と価格、そしてアルキルポリグルコシドの製造と応用におけるさらなる技術進歩は、アルキルポリグルコシドの市場規模と生産能力の発展に決定的な影響を及ぼすことが予想される。アルキルポリグルコシドの製造と使用に関して既に存在する実行可能な技術的ソリューションは、そのようなプロセスを開発または既に採用している企業に、界面活性剤市場における決定的な競争優位性を与える可能性がある。これは、原油価格が高騰し、穀物価格が低迷している場合に特に当てはまる。固定製造コストはバルク工業用界面活性剤の通常の水準にあるため、天然原料価格がわずかに低下しただけでも、界面活性剤商品の代替が促進され、アルキルポリグルコシドの新規製造プラントの設置が明らかに促進される可能性がある。