由糖制備葡糖二酸——生產(chǎn)可再生化學(xué)品的甜蜜途徑

Tyler N. Smith

由糖制備葡糖二酸
——生產(chǎn)可再生化學(xué)品的甜蜜途徑

Tyler N. Smith

過去兩年中，各種新型的自動(dòng)洗碗機(jī)用洗滌劑開始進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)。從Method這樣的新貴公司到寶潔這樣的主流公司，幾乎每個(gè)日化廠商都推出了新的無磷產(chǎn)品。同時(shí)，歐盟委員會(huì)表示，鑒于含磷洗滌劑會(huì)將盤子洗得更干凈，因此與美國(guó)幾個(gè)州一樣，不會(huì)禁止含磷助劑的使用。在歐洲和北美，那些洗滌劑品牌不斷創(chuàng)新，以恢復(fù)并獲得市場(chǎng)份額。然而，洗滌劑市場(chǎng)仍然是非常開放的，并沒有出現(xiàn)一個(gè)占主導(dǎo)地位的代磷助劑。

開發(fā)合適的代磷助劑是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，配方工作者必須平衡原料成本、產(chǎn)品性能以及對(duì)綠色化學(xué)品的需求三者之間的關(guān)系。其中一個(gè)較為理想的解決方案便是葡糖二酸——它曾于2004年被美國(guó)能源部在題為“來源于生物質(zhì)的高附加值產(chǎn)品”報(bào)告中評(píng)為12種重要可再生化學(xué)品之一，在降低成本、產(chǎn)品多功能性和可持續(xù)方面具有巨大的應(yīng)用前景。

葡糖二酸來源于可再生資源，對(duì)環(huán)境友好，具有在多重市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的潛力。然而，過去由于反應(yīng)得率較低，浪費(fèi)較大，使得葡糖二酸生產(chǎn)成本很高，從而阻礙了其在配方產(chǎn)品中的應(yīng)用。

位于美國(guó)蒙大拿州米蘇拉市的Rivertop Renewables公司突破了生產(chǎn)可再生化學(xué)品如葡糖二酸的關(guān)鍵技術(shù)。在蒙大拿大學(xué)退休教授Donald E.Kiely十多年研究的基礎(chǔ)上，Rivertop公司自有的氧化技術(shù)可以以更經(jīng)濟(jì)的價(jià)格商業(yè)化生產(chǎn)葡糖二酸鹽及其他基礎(chǔ)化學(xué)品。

Rivertop公司將其氧化技術(shù)應(yīng)用于催化工藝中，可減少化學(xué)品投入和消耗量，最大限度地減少廢棄物的產(chǎn)生，并且可以提高有價(jià)值的終端產(chǎn)品的產(chǎn)量。除了葡萄糖，該氧化技術(shù)還適用于其他原料如木糖、阿拉伯糖、半乳糖以及其他單聚糖和多聚糖。隨著這些原料成本的下降或特殊應(yīng)用所帶來的需求，Rivertop公司將開發(fā)其他糖酸如木糖酸、阿拉伯糖酸、半乳糖酸等的商業(yè)化生產(chǎn)。

一種用于洗滌劑的高性能原料

利用其自有的氧化技術(shù)，Rivertop公司已經(jīng)開始生產(chǎn)葡萄糖基洗滌劑助劑產(chǎn)品。起初，該公司的目標(biāo)是替代三聚磷酸鈉以及那些成本高或性能低的代磷助劑。雖然磷酸鹽具有高效、低成本等特點(diǎn)，但對(duì)水體具有負(fù)面影響，因此許多國(guó)家逐漸禁止其再洗滌劑中使用。

其他替代品（如檸檬酸鹽）雖然也可以作為洗滌助劑用于自動(dòng)洗碗機(jī)用洗滌劑和衣用洗滌劑，但其對(duì)水中鈣離子的螯合能力較差，不能滿足消費(fèi)者的需求，因此迫使洗滌劑行業(yè)不得不尋找更好的替代品。聚合物分散劑也可以部分替代含磷助劑，但其應(yīng)用受到成本和用量的雙重制約。

研究表明，在典型的自動(dòng)洗碗機(jī)用洗滌劑的pH值條件下，葡萄糖與鋁酸鹽或硼酸鹽配伍后便成為一種高效的鈣離子螯合劑。另外，葡糖糖還是一種高效的腐蝕抑制劑，可以更好地保護(hù)銀制品和洗碗機(jī)表面。

Rivertop公司的技術(shù)人員于2011年第三季度開始在指定條件下在消費(fèi)者的洗碗機(jī)中測(cè)試其葡萄糖助劑，并且與行業(yè)伙伴合作研究更好的配方，來滿足生產(chǎn)商和消費(fèi)者的特殊需求。最后，Rivertop公司希望提供一系列的清潔產(chǎn)品解決方案，來滿足全球日益增長(zhǎng)的對(duì)磷酸鹽替代品的需求。

洗滌劑之外的應(yīng)用

雖然Rivertop公司的葡萄糖產(chǎn)品主要應(yīng)用于洗滌劑，但這一綠色化學(xué)品還可以使該公司的業(yè)務(wù)進(jìn)入那些需要具有成本優(yōu)勢(shì)的螯合劑、腐蝕抑制劑、混凝土摻合料以及生物基聚合物和化學(xué)品原料的市場(chǎng)。

工業(yè)水化學(xué)領(lǐng)域的很多創(chuàng)新均來源于洗滌劑行業(yè)。Rivertop公司及其他公司的研究表明，葡糖二酸鹽可以抑制包括生產(chǎn)設(shè)備、橋梁、高速公路在內(nèi)的臨界水系統(tǒng)中水垢的生成和腐蝕的發(fā)生。該公司第三方檢測(cè)報(bào)告顯示，葡糖二酸鹽可以有效抑制道路除冰器的腐蝕。該公司的葡萄糖產(chǎn)品具有良好的生物降解性，也迎合了水資源保護(hù)方面需求的增長(zhǎng)。

葡糖二酸也顯示出了其作為功能性原料如混凝土摻合料和墻板分散劑的廣闊應(yīng)用前景。作為混凝土摻合料，葡糖二酸符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)C494中關(guān)于緩凝和減水、增加強(qiáng)度、增加流動(dòng)性和調(diào)整凝固時(shí)間等的規(guī)定。

此外，初步研究表明，葡糖二酸基聚合物也適用于粘合劑、薄膜、啫喱等，不僅使上述物質(zhì)具有良好的性能，而且可以提高其生物降解度。

原料

葡萄糖為Rivertop公司的綠色化學(xué)技術(shù)提供了原料，但作為一個(gè)平臺(tái)工藝，該公司的氧化工藝為利用各種不同的可再生農(nóng)業(yè)原料生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品提供了可能。該工藝可以利用各種糖作為原料，包括單聚糖和多聚糖，來生產(chǎn)一系列可再生化學(xué)品。目前，Rivertop公司主要從玉米這一美國(guó)最便宜、產(chǎn)量最大的糖來源中提取葡萄糖。然而，該公司還在繼續(xù)探索其他更加低廉的糖來源，如藻類和生物質(zhì)等。

僅僅是開始

清潔用品行業(yè)未來依然是追求更好的產(chǎn)品性能和更有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。然而，在消費(fèi)者的購買決策中，產(chǎn)品的可持續(xù)性和對(duì)環(huán)境的影響將扮演越來越重要的角色。清潔用品生產(chǎn)商已經(jīng)注意到這一趨勢(shì)，他們正在尋找性價(jià)比高、可信賴的解決方案。當(dāng)然，消費(fèi)者的喜好只是推動(dòng)這一進(jìn)程的一個(gè)方面，政府出臺(tái)的越來越嚴(yán)格的法規(guī)也促使業(yè)界尋求更具可持續(xù)性的原料。

成本低、生物降解性好的葡糖二酸可以成為一種具有性能和價(jià)格優(yōu)勢(shì)的洗滌劑代磷助劑。同時(shí)，該產(chǎn)品還可以用于其他許多行業(yè)。葡糖二酸或許僅僅是個(gè)開始，各種來源于其他可再生原料如纖維素和藻類的糖類物質(zhì)也可以用來生產(chǎn)出具有多種性能的產(chǎn)品。

張華濤 編譯自Inform，作者是Rivertop Renewable公司的研發(fā)總監(jiān)