Tyler N. Smith

由糖制備葡糖二酸
——生產可再生化學品的甜蜜途徑

Tyler N. Smith

過去兩年中，各種新型的自動洗碗機用洗滌劑開始進入美國市場。從Method這樣的新貴公司到寶潔這樣的主流公司，幾乎每個日化廠商都推出了新的無磷產品。同時，歐盟委員會表示，鑒于含磷洗滌劑會將盤子洗得更干凈，因此與美國幾個州一樣，不會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，以恢復并獲得市場份額。然而，洗滌劑市場仍然是非常開放的，并沒有出現(xiàn)一個占主導地位的代磷助劑。

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

葡糖二酸來源于可再生資源，對環(huán)境友好，具有在多重市場廣泛應用的潛力。然而，過去由于反應得率較低，浪費較大，使得葡糖二酸生產成本很高，從而阻礙了其在配方產品中的應用。

位于美國蒙大拿州米蘇拉市的Rivertop Renewables公司突破了生產可再生化學品如葡糖二酸的關鍵技術。在蒙大拿大學退休教授Donald E.Kiely十多年研究的基礎上，Rivertop公司自有的氧化技術可以以更經濟的價格商業(yè)化生產葡糖二酸鹽及其他基礎化學品。

Rivertop公司將其氧化技術應用于催化工藝中，可減少化學品投入和消耗量，最大限度地減少廢棄物的產生，并且可以提高有價值的終端產品的產量。除了葡萄糖，該氧化技術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。

一種用于洗滌劑的高性能原料

利用其自有的氧化技術，Rivertop公司已經開始生產葡萄糖基洗滌劑助劑產品。起初，該公司的目標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，但對水體具有負面影響，因此許多國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洗碗機用洗滌劑和衣用洗滌劑，但其對水中鈣離子的螯合能力較差，不能滿足消費者的需求，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，但其應用受到成本和用量的雙重制約。

研究表明，在典型的自動洗碗機用洗滌劑的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，可以更好地保護銀制品和洗碗機表面。

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

洗滌劑之外的應用

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

工業(yè)水化學領域的很多創(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設備、橋梁、高速公路在內的臨界水系統(tǒng)中水垢的生成和腐蝕的發(fā)生。該公司第三方檢測報告顯示，葡糖二酸鹽可以有效抑制道路除冰器的腐蝕。該公司的葡萄糖產品具有良好的生物降解性，也迎合了水資源保護方面需求的增長。

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用前景。作為混凝土摻合料，葡糖二酸符合ASTM標準C494中關于緩凝和減水、增加強度、增加流動性和調整凝固時間等的規(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公司的綠色化學技術提供了原料，但作為一個平臺工藝，該公司的氧化工藝為利用各種不同的可再生農業(yè)原料生產高附加值產品提供了可能。該工藝可以利用各種糖作為原料，包括單聚糖和多聚糖，來生產一系列可再生化學品。目前，Rivertop公司主要從玉米這一美國最便宜、產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，如藻類和生物質等。

僅僅是開始

清潔用品行業(yè)未來依然是追求更好的產品性能和更有競爭力的價格。然而，在消費者的購買決策中，產品的可持續(xù)性和對環(huán)境的影響將扮演越來越重要的角色。清潔用品生產商已經注意到這一趨勢，他們正在尋找性價比高、可信賴的解決方案。當然，消費者的喜好只是推動這一進程的一個方面，政府出臺的越來越嚴格的法規(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格優(yōu)勢的洗滌劑代磷助劑。同時，該產品還可以用于其他許多行業(yè)。葡糖二酸或許僅僅是個開始，各種來源于其他可再生原料如纖維素和藻類的糖類物質也可以用來生產出具有多種性能的產品。

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