由糖制备葡糖二酸——生产可再生化学品的甜蜜途径

Tyler N. Smith

由糖制备葡糖二酸
——生产可再生化学品的甜蜜途径

Tyler N. Smith

过去两年中，各种新型的自动洗碗机用洗涤剂开始进入美国市场。从Method这样的新贵公司到宝洁这样的主流公司，几乎每个日化厂商都推出了新的无磷产品。同时，欧盟委员会表示，鉴于含磷洗涤剂会将盘子洗得更干净，因此与美国几个州一样，不会禁止含磷助剂的使用。在欧洲和北美，那些洗涤剂品牌不断创新，以恢复并获得市场份额。然而，洗涤剂市场仍然是非常开放的，并没有出现一个占主导地位的代磷助剂。

开发合适的代磷助剂是一项非常复杂的工作，配方工作者必须平衡原料成本、产品性能以及对绿色化学品的需求三者之间的关系。其中一个较为理想的解决方案便是葡糖二酸——它曾于2004年被美国能源部在题为“来源于生物质的高附加值产品”报告中评为12种重要可再生化学品之一，在降低成本、产品多功能性和可持续方面具有巨大的应用前景。

葡糖二酸来源于可再生资源，对环境友好，具有在多重市场广泛应用的潜力。然而，过去由于反应得率较低，浪费较大，使得葡糖二酸生产成本很高，从而阻碍了其在配方产品中的应用。

位于美国蒙大拿州米苏拉市的Rivertop Renewables公司突破了生产可再生化学品如葡糖二酸的关键技术。在蒙大拿大学退休教授Donald E.Kiely十多年研究的基础上，Rivertop公司自有的氧化技术可以以更经济的价格商业化生产葡糖二酸盐及其他基础化学品。

Rivertop公司将其氧化技术应用于催化工艺中，可减少化学品投入和消耗量，最大限度地减少废弃物的产生，并且可以提高有价值的终端产品的产量。除了葡萄糖，该氧化技术还适用于其他原料如木糖、阿拉伯糖、半乳糖以及其他单聚糖和多聚糖。随着这些原料成本的下降或特殊应用所带来的需求，Rivertop公司将开发其他糖酸如木糖酸、阿拉伯糖酸、半乳糖酸等的商业化生产。

一种用于洗涤剂的高性能原料

利用其自有的氧化技术，Rivertop公司已经开始生产葡萄糖基洗涤剂助剂产品。起初，该公司的目标是替代三聚磷酸钠以及那些成本高或性能低的代磷助剂。虽然磷酸盐具有高效、低成本等特点，但对水体具有负面影响，因此许多国家逐渐禁止其再洗涤剂中使用。

其他替代品（如柠檬酸盐）虽然也可以作为洗涤助剂用于自动洗碗机用洗涤剂和衣用洗涤剂，但其对水中钙离子的螯合能力较差，不能满足消费者的需求，因此迫使洗涤剂行业不得不寻找更好的替代品。聚合物分散剂也可以部分替代含磷助剂，但其应用受到成本和用量的双重制约。

研究表明，在典型的自动洗碗机用洗涤剂的pH值条件下，葡萄糖与铝酸盐或硼酸盐配伍后便成为一种高效的钙离子螯合剂。另外，葡糖糖还是一种高效的腐蚀抑制剂，可以更好地保护银制品和洗碗机表面。

Rivertop公司的技术人员于2011年第三季度开始在指定条件下在消费者的洗碗机中测试其葡萄糖助剂，并且与行业伙伴合作研究更好的配方，来满足生产商和消费者的特殊需求。最后，Rivertop公司希望提供一系列的清洁产品解决方案，来满足全球日益增长的对磷酸盐替代品的需求。

洗涤剂之外的应用

虽然Rivertop公司的葡萄糖产品主要应用于洗涤剂，但这一绿色化学品还可以使该公司的业务进入那些需要具有成本优势的螯合剂、腐蚀抑制剂、混凝土掺合料以及生物基聚合物和化学品原料的市场。

工业水化学领域的很多创新均来源于洗涤剂行业。Rivertop公司及其他公司的研究表明，葡糖二酸盐可以抑制包括生产设备、桥梁、高速公路在内的临界水系统中水垢的生成和腐蚀的发生。该公司第三方检测报告显示，葡糖二酸盐可以有效抑制道路除冰器的腐蚀。该公司的葡萄糖产品具有良好的生物降解性，也迎合了水资源保护方面需求的增长。

葡糖二酸也显示出了其作为功能性原料如混凝土掺合料和墙板分散剂的广阔应用前景。作为混凝土掺合料，葡糖二酸符合ASTM标准C494中关于缓凝和减水、增加强度、增加流动性和调整凝固时间等的规定。

此外，初步研究表明，葡糖二酸基聚合物也适用于粘合剂、薄膜、啫喱等，不仅使上述物质具有良好的性能，而且可以提高其生物降解度。

原料

葡萄糖为Rivertop公司的绿色化学技术提供了原料，但作为一个平台工艺，该公司的氧化工艺为利用各种不同的可再生农业原料生产高附加值产品提供了可能。该工艺可以利用各种糖作为原料，包括单聚糖和多聚糖，来生产一系列可再生化学品。目前，Rivertop公司主要从玉米这一美国最便宜、产量最大的糖来源中提取葡萄糖。然而，该公司还在继续探索其他更加低廉的糖来源，如藻类和生物质等。

仅仅是开始

清洁用品行业未来依然是追求更好的产品性能和更有竞争力的价格。然而，在消费者的购买决策中，产品的可持续性和对环境的影响将扮演越来越重要的角色。清洁用品生产商已经注意到这一趋势，他们正在寻找性价比高、可信赖的解决方案。当然，消费者的喜好只是推动这一进程的一个方面，政府出台的越来越严格的法规也促使业界寻求更具可持续性的原料。

成本低、生物降解性好的葡糖二酸可以成为一种具有性能和价格优势的洗涤剂代磷助剂。同时，该产品还可以用于其他许多行业。葡糖二酸或许仅仅是个开始，各种来源于其他可再生原料如纤维素和藻类的糖类物质也可以用来生产出具有多种性能的产品。

张华涛 编译自Inform，作者是Rivertop Renewable公司的研发总监