DE3889722T2

DE3889722T2 - Verfahren zur Herstellung von Polyol-Fettsäure-Estern.

Info

Publication number: DE3889722T2
Application number: DE3889722T
Authority: DE
Inventors: Gerardus Wilhelmus Ma Willemse
Original assignee: Unilever NV
Current assignee: Unilever NV
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1988-12-21
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2008-12-22
Also published as: DE3889722D1; AU2759288A; US4973682A; JPH01233294A; ATE106084T1; AU604592B2; CA1304362C; EP0322971A2; GB8730266D0; ZA889721B; EP0322971B1; EP0322971A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyolfettsäurepolyestern, bei dem ein im wesentlichen lösungsmittelfreies, vollständiges Reaktionsgemisch eines Polyols, gegebenenfalls unter Zusatz von Fettsäureoligoestern davon, eines niederen Fettsäurealkylesters, eines Umesterungskatalysators und gegebenenfalls eines Emulgators unter Umesterungsbedingungen bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck zur Reaktion gebracht wird. Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Verfahren zur Herstellung von Zuckerfettsäurepolyestern.
Unter "Polyol" wird jede aliphatische oder aromatische Verbindung verstanden, die mindestens vier freie Hydroxylgruppen enthält. Insbesondere schließen derartige Polyole die Gruppe der Zuckerpolyole, die die Zucker, d.h. die Mono-, Di- und Polysaccharide, die entsprechenden Zuckeralkohole und die Derivate davon mit mindestens vier freien Hydroxylgruppen umfassen, ein. Beispiele von Zuckerpolyolen schließen Glucose, Mannose, Galactose, Xylose, Fructose, Sorbose, Tagatose, Ribulose, Xylulose, Lactose, Maltose, Raffinose, Cellobiose, Saccharose, Erythritol, Mannitol, Lactitol, Sorbitol, Xylitol und α-Methylglucosid ein. Ein üblicherweise verwendeter Zuckerpolyol ist Saccharose.
Mit der Verwendung des Begriffes "Polyolfettsäureester" ist beabsichtigt, jeden derartigen Polyester oder Gemische davon mit einem Umwandlungsgrad von mindestens 70% einzuschließen. Der Umwandlungsgrad wird als der prozentuale Anteil der Polyolhydroxylgruppen des Polyolfettsäurepolyesters, die durchschnittlich mit Fettsäuren verestert worden sind, definiert; ein Umwandlungsgrad von 100% entspricht dem vollständig veresterten Polyol.
In dieser Patentschrift werden unter "Fettsäure" C&sub8;-C&sub2;&sub4;-Fettsäuren verstanden, die gesättigt oder ungesättigt sein können und geradkettige oder verzweigte Alkylketten besitzen können.
Die Polyolfettsäurepolyester sind dafür bekannt, als Fettersatzstoffe mit niederem Kaloriengehalt in eßbaren Produkten geeignet zu sein. Im wesentlichen unverdaulich für den Mensch haben sie physikalische und organoleptische Eigenschaften, die denjenigen der Triglyceridöle und -fette, die üblicherweise in eßbaren Produkten verwendet werden, sehr ähnlich sind. Von Polyolfettäurepolyestern wird ferner berichtet, daß sie als Pharmamittel aufgrund ihrer Fähigkeit, im Gastrointestinaltrakt fettlösliche Substanzen, wie insbesondere Cholesterol, aufzunehmen und in der Folge diese Substanzen aus dem menschlichen Körper entfernen können, Verwendung finden.
Im allgemeinen werden Polyolfettsäurepolyester mittels eines Verfahrens hergestellt, bei dem ein Polyol, wie ein Mono- oder Disaccharid, mit einem niederen Fettsäurealkylester, oft dem Fettsäuremethylester, in Gegenwart eines Umesterungskatalysators, wie z.B. eines Alkalimetallhydroxids oder -carbonats, zur Reaktion gebracht werden. In einer ersten Stufe wird ein Polyolfettsäuremono- oder -oligoester gebildet, der in einer zweiten Stufe nach darauffolgender Zugabe weiterer niederer Fettsäurealkylester unter Bildung der Polyester des gewünschten Umwandlungsgrades zur Reaktion gebracht wird. Unter bestimmten Bedingungen können die zwei Reaktionsstufen zu einer einzigen Reaktion kombiniert werden.
Verfahren dieser Art sind z.B. in den U.S. Patenten Nr. 3,963,699, 4,517,360 und 4,518,772 beschrieben.
Insbesondere bei einstufigen Veresterungsverfahren, d.h. wo der gesamte niedere Fettsäurealkylester gleichzeitig zugegeben wird, ist eines der Probleme, daß es sich als schwierig erweist, das gesamte Polyolausgangsmaterial an der Reaktion teilnehmen zu lassen. Wenn nicht spezielle Messungen durchgeführt werden, um die Umesterung in einer frühen Reaktionsstufe zu kontrollieren, wird ein beträchtlicher Teil des Polyols (der bis zu 80 Gew.-% oder mehr in Abhängigkeit von dem molaren Verhältnis zwischen Polyol und Katalysator sein kann) von der Umesterungreaktion ausgeschlossen und bleibt unumgesetzt. Dies führt zu schlechten Ausbeuten an Polyester und zu Karamelisierung des nicht umgesetzten Polyols während des Reaktionsverlaufes.
Ein weiteres Problem ist die übermäßige Schaumbildung insbesondere während der ersten Stufe der Reaktion, was dazu führt, daß das Reaktionssystem im technischen Maßstab schwierig zu kontrollieren ist.
Es wurde nun gefunden, daß obige Probleme im wesentlichen überwunden werden können, wenn der Partialdampfdruck des niederen Alkylalkohols, der aus dem niederen Fettsäurealkylester während der Umesterungsreaktion gebildet wird, derart kontrolliert wird, daß in einer Anfangsstufe die Umesterungsreaktion nicht über einen Umwandlungsgrad, der der Veresterung zu dem Polyolmonoester und/oder den -oligoestern entspricht, fortschreiten kann. Bei Anwendung einer derartigen Druckkontrolle nimmt im wesentlichen das gesamte Polyol an der anschließend fortgeführten Umesterungsreaktion teil, was zu einem Verfahren mit hoher Ausbeute führt. Eine derartige Druckkontrolle eliminiert oder vermindert auch im wesentlichen das Problem übermäßiger Schaumbildung, insbesondere während den Anfangsstufen der Reaktion.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Polyolfettsäurepolyestern bereit, bei dem ein im wesentlichen lösungsmittelfreies, vollständiges Reaktionsgemisch eines Polyols, gegebenenfalls unter Zusatz von Fettsäureoligoestern davon, eines niederen Fettsäurealkylesters, eines Umesterungskatalysators und gegebenenfalls eines Emulgators unter Umesterungsbedingungen bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck zur Reaktion gebracht wird, wobei der Druck derart kontrolliert wird, daß in einer Anfangsstufe (1) das Polyol bis zu einem Umwandlungsgrad innerhalb des Bereiches von 10 bis 50% verestert wird, im wesentlichen ohne daß nicht beteiligtes Polyol zurückbleibt, der Druck während des letzten Teils der Stufe (1) auf einen Wert von innerhalb 30 mbar des Gleichgewichtsdampfdruckes des niederen Alkylalkohols, entsprechend einem Umwandlungsgrad zwischen 10 und 30%, eingestellt wird, wobei der niedere Alkohol dem niederen Alkylester entspricht, und in einer nachfolgenden Endstufe (2) der Druck auf einen Wert von unter 25 mbar vermindert und die Reaktion bis zu einem Umwandlungsgrad von mindestens 70% fortgesetzt wird.
Unter "vollständigem Reaktionsgemisch" wird verstanden, daß in einem derartigen Gemisch alle Reaktanten in den Mengen vorliegen, so daß das gewünschte Endreaktionsprodukt ohne weitere Zugabe solcher Reaktanten während dem Reaktionsverlauf erhalten wird.
Unter "nicht beteiligtem Polyol" wird jedes Polyolmaterial verstanden, das während der Umesterungsreaktion nicht umgesetzt wird. Es schließt nicht Polyolmaterial ein, das, obwohl noch nicht verestert, in gelöster oder mikroemulgierter Form vorliegt und das bei zunehmendem Umwandlungsgrad noch verestert wird. Unter "ohne daß nicht beteiligtes Polyol zurückbleibt" wird verstanden, daß weniger als 10 Gew.-% des Ausgangspolyols nicht umgesetzt worden ist oder wird.
Ein wesentliches Element des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß der Druck über dem Reaktionsgemisch während dem ersten Teil der Veresterungsreaktion derart kontrolliert wird, daß auf der einen Seite die Veresterung nicht über die Umwandlungsstufe zu Mono- oder Oligoestern fortgeführt wird und daß auf der anderen Seite das gesamte Polyol an der Reaktion teilnimmt, bevor die Reaktion zu hoher oder vollständiger Veresterung fortgesetzt wird.
Dies wird erreicht, wenn während des letzten Teils der Anfangsstufe (1) der Reaktion der Druck über dem Reaktionsgemisch auf einen Wert von innerhalb 30 mbar und insbesondere von innerhalb 15 mbar des Gleichgewichtsdampfdrucks des niederen Alkylalkohols, entsprechend einem Umwandlungsgrad innerhalb des Bereichs von 10 bis 30%, eingestellt wird. Die Kontrolle des Druckes über dem Reaktionsgemisch führt zur Kontrolle des Partialdampfdruckes des niederen Alkylalkohols und dadurch zur Kontrolle der Alkoholkonzentration in dem Reaktionsgemisch.
Demgemäß liegt der Umwandlungsgrad nach der Anfangsstufe (1) innerhalb des Bereiches von 10 bis 50% und vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 10 bis 30%.
Der Gleichgewichtsdampfdruck des niederen Alkylalkohols ist eine Funktion der Temperatur und des Umwandlungsgrades und kann leicht mittels herkömmlichen Verfahren bestimmt werden. In Fig. 1 wird eine graphische Darstellung gezeigt, die die Beziehung zwischen dem Gleichgewichtsdampfdruck über dem Reaktionsgemisch und dem Umwandlungsgrad bei 125 ºC für eine Reaktion von Saccharose und Fettsäure-(Sojabohnen) methylester verdeutlicht.
Unter den bevorzugten Umesterungsbedingungen, die nachstehend genauer beschrieben werden sollen, wird der Druck über dem Reaktionsgemisch geeigneterweise auf einen Wert innerhalb des Bereiches von 60 zu 180 mbar und insbesondere von 90 bis 150 mbar während des letzten Teils der Anfangsstufe (1) eingestellt.
Während des ersten Teils der Stufe (1) muß die Umesterungsreaktion in Gang gebracht werden. Während dieses ersten Teils ist es von Vorteil, einen verminderten Druck, und zwar so niedrig wie möglich oder wirtschaftlich möglich, anzuwenden. Bei dieser Stufe sind Drucke unter z.B. 25 mbar oder sogar unter 10 mbar geeignet.
Bevor die Veresterung nach der Anfangsstufe (1) fortgesetzt wird, sollte im wesentlichen kein nicht beteiligtes Polyol in dem Reaktionsgemisch vorhanden sein. Insbesondere sollte nach der Anfangsstufe (1) die Konzentration an nicht beteiligtem Polyol kleiner als 10 Gew.-% des Ausgangsmaterials, vorzugsweise weniger als 5 Gew.-% oder sogar weniger als 1 Gew.-% der Ausgangsmenge an Polyol, sein.
Im Anschluß an die Anfangsstufe (1), d.h. wenn das Polyol einmal zu einem Umwandlungsgrad innerhalb des Bereiches von 10 zu 50% verestert worden ist und im wesentlichen kein nicht beteiligtes Polyol mehr vorliegt, wird der Druck weiter auf einen Wert von weniger als 25 mbar während der Endstufe (2) vermindert. Vorzugsweise werden während der Endstufe (2) sogar niedere Drucke angewendet, insbesondere von weniger als 10 mbar und am meisten bevorzugt von weniger als 5 mbar. Während dieser Stufe wird das die Polyolfettsäureoligoester enthaltende Reaktionsgemisch, das nach der Anfangsstufe (1) erhalten wurde, weiter zu dem gewünschten Polyolfettsäurepolyesterprodukt umgesetzt. Vorzugsweise wird die Veresterung bis zu einem Umwandlungsgrad von mindestens 90% und am meisten bevorzugt bis zu einem Veresterungsgrad von mindestens 95% fortgesetzt.
Beide Stufen der Umesterungsreaktion können geeigneterweise bei einer ähnlichen Temperatur durchgeführt werden; diese liegt normalerweise im Bereich von 100 bis 180ºC. Es ist vorteilhaft, die Temperatur während der Stufe (2) der Reaktion leicht zu erhöhen. Bevorzugt angewendete Temperaturen liegen im Bereich von 110 bis 160ºC, wobei der Bereich von 120 bis 150ºC am meisten bevorzugt ist.
Es ist bevorzugt, das Reaktionsgemisch zu bewegen, insbesondere während der Anfangsstufe der Reaktion, z.B. mittels Rührmitteln im Reaktionsgefäß.
Aufgrund des Unterschiedes im Drucksystem während der Anfangs- und Endstufe der Reaktion kann es von Vorteil sein, ein Reaktionssystem zu verwenden, das zwei verschiedene Reaktionsgefäße, jedes mit Druckkontrollmitteln ausgestattet und auf das benötigte speziell verminderte Drucksystem optimiert, enthält. Auf diese Weise können sehr teure Druckkontrollmittel, die fähig sind, einem weiten Bereich von Drücken und Mengen von zu enffernenden niederen Alkylalkoholen gewachsen zu sein, vermieden werden.
Geeigneterweise wird der während der Veresterungsreaktion aus dem niederen Alkylester gebildete niedere Alkylalkohol in geeigneten Kondensationsmitteln nach Entfernung von dem Reaktionsgemisch kondensiert und zur nachfolgenden Verwendung oder Wiederverwendung gesammelt.
Im allgemeinen umfassen die in dem Umesterungsverfahren gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Reaktanten Polyol, gegebenenfalls unter Zusatz eines Fettsäureoligoesters davon, einen niederen Fettsäurealkylester, einen Umesterungskatalysator und gegebenenfalls einen Emulgator. Bei der Herstellung des Reaktantengemisches können auch Lösungsmittel, wie Wasser und/oder niedere Alkylalkohole, getrennt oder zusammen mit einem oder mehreren dieser Reaktanten zugegeben werden.
Das Polyol kann eines der oben definierten oder ein Gemisch davon sein. Bevorzugte Polyolausgangsmaterialien sind die Zuckerpolyole und insbesondere Saccharose. Das Polyolausgangsmaterial besteht nicht notwendigerweise ausschließlich aus nichtveresterten Polyolen. Es kann zusätzlich Polyolester von Fettsäuren, wie Mono-, Di- und/oder Triester umfassen, die Zwischenverbindungen bei der Umwandlung von Polyolen in Polyolfettsäurepolyester sind.
Geeignete niedere Fettsäurealkylester sind Fettsäureester der Gruppe von niederen Alkoholen, einschließlich Mono-, Di- und Triolen. Insbesondere ist der Ester von C&sub1;- C&sub5; Monoalkoholen abgeleitet, vorzugsweise Methanol. Die Fettsäurereste können alle der vorstehend genannten sein, wobei deren Auswahl von den speziell gewünschten Polyolfettsäureestern abhängt.
Die Menge des niederen Fettsäurealkylesters hängt vom gewünschten Umwandlungsgrad ab. Bei der Herstellung von Polyolpolyestern mit hohen Umwandlungsgraden werden im allgemeinen überschüssige Mengen niederer Fettsäurealkylester verwendet. Insbesondere werden - wenn vollständig umgewandelte Saccharosepolyester angestrebt sind - gute Ergebnisse erhalten, wenn ein molares Verhältnis von niederem Fettsäurealkylester zu Saccharose innerhalb des Bereiches von 10:1 bis 20:1, insbesondere von 10:1 bis 15:1 oder sogar von 10:1 bis 14:1, verwendet wird.
Geeignete Umesterungskatalysatoren schließen die Gruppe ein, die aus Alkalimetallen, Erdalkalimetallen und Legierungen davon sowie aus den Alkoholaten, Bicarbonaten, Carbonaten, Hydriden und Hydroxiden derartiger Metalle besteht. Es wurde gefunden, daß KOH besonders geeignet ist, aber auch NaOH und die entsprechenden Carbonate und Bicarbonate von Kalium oder Natrium können vorteilhafterweise verwendet werden. Obwohl man argumentieren könnte, daß obige Reagenzien nicht die Katalysatoren selbst sind, sondern die den Katalysator bildenden Reagenzien, wird in dieser Patentschrift, wie dies auch bei ähnlichen Verfahren in der Literatur erfolgt ist, diese Gruppe als Katalysatoren bezeichnet.
Der Katalysator wird in einer Menge verwendet, die einem molaren Verhältnis von Katalysator zu Polyol von mindestens 0,01:1 und bevorzugt von 0,05:1 bis 1:1 entspricht.
Im allgemeinen ist es günstig, einen Emulgator zu verwenden, um den Kontakt zwischen dem Polyol, dem Katalysator und dem niederen Fettsäurealkylester zu verbessern, insbesondere während der Anfangsstufen der Veresterungsreaktion. Viele Arten alkalibeständiger Emulgatoren können geeigneterweise verwendet werden, wie eßbare Emulgatoren, einschließlich Phosphatiden, wie Lezithin, Mono- und Diglyceride und Zuckeroligoester von Fettsäuren, insbesondere die Mono- und Diester, und Detergenzien, wie Seifen und Alkalimetallalkylsulphate.
Bevorzugte Emulgatoren sind Alkalimetallseifen, die von jeder der vorstehend bezeichneten Fettsäuren abgeleitet werden können. Es wurde gefunden, daß die Umwandlungsgeschwindigkeiten von Polyol in Polyolfettsäureester verbessert werden können, wenn Fettsäureseifenemulgatoren verwendet werden, die mindestens 15%, aber bevorzugt sogar mindestens 75%, kurzkettige Fettsäureseife enthalten. Eine derartige kurzkettige Fettsäureseife ist durch eine Fettsäurekettenlänge von weniger als 15 Kohlenstoffatomen und insbesondere innerhalb des Bereiches von 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, wie Kokosnußseife, gekennzeichnet.
Insbesondere, wenn der Emulgator aus der aus Alkalimetallseifen bestehenden Gruppen ausgewählt ist, kann es geeignet sein, den Emulgator in das Reaktionsgemisch in Form seines Vorläufers, wie den entsprechenden freien Fett- Säuren, einzuführen. In einem derartigen Fall sollte die Zusammensetzung des Reaktantengemisches derart sein, daß der Vorläufer in den entsprechenden Emulgator nach Zugabe zu und Vermischen mit dem Reaktionsgemisch umgewandelt wird.
Wenn freie Fettsäuren als Emulgatorvorläufer verwendet werden, sollte ein alkalisches Material in dem Reaktionsgemisch anwesend sein, das geeignet ist, den Fettsäurevorläufer in den entsprechenden Seifenemulgator umzuwandeln. Geeigneterweise kann der Umesterungskatalysator verwendet werden, um eine derartige Umwandlung zu bewirken. Demgemäß sollte die Katalysatormenge ausreichend sein, um, wie oben diskutiert, sowohl angemessene katalytische Wirkung während der Veresterung als auch vollständige Neutralisation eines derartigen Seifenvorläufers in die entsprechende Seife zu gewährleisten.
Geeignete Emulgatormengen liegen innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise von 0,1 bis 12 Gew.-% und am meisten bevorzugt von 0,2 bis 6 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Reaktionsgemisch.
Gegebenenfalls können ein oder mehrere Lösungsmittel getrennt oder zusammen mit den verschiedenen Reaktanten zugeführt werden, um die Zugabe und das Mischen dieser zu verbessern. Geeignete Lösungsmittel schließen Wasser und/oder niedere Alkohole, wie C&sub1;-C&sub5;-Alkohole, insbesondere Methanol, ein. Das Lösungsmittel wird ansschließend vor oder nach dem Beginn der Umesterungsreaktion entfernt.
Vorteilhafterweise wird das Reaktionsgemisch vor dem Beginn der Umesterungsreaktion sprühgetrocknet, um homogenisiertes und im wesentlichen lösungsmittelfreies Reaktionsgemisch zu erreichen, das insbesondere geeignet ist, um als Ausgangsmaterial für weitere erfindungsgemäße Veresterungen zu dienen.
In dieser Patentschrift bedeutet der Begriff "homogenisiert" innig vermischt und ist nicht auf homogenisiert in engem mikroskopischen Sinne beschränkt.
Unter "im wesentlichen lösungsmittelfrei" wird verstanden, daß weniger als 0,5% des Lösungsmittels enthalten sind. Lösungsmittelkonzentrationen am Beginn der Umesterungsreaktion von weniger als 0,1 oder sogar weniger als 0,05 sind bevorzugt.
Die Sprühtrocknung wird geeigneterweise dadurch bewirkt, daß das Anfangsgemisch der Reaktanten durch eine Sprühdüse in eine Trockenkammer geführt wird. Inniges Mischen erfolgt aufgrund der Energiedissipation beim Führen durch die Sprühdüse. Die Verdampfung des Lösungsmittels erfolgt in der Trockenkammer, der entstehende Dampf wird mittels in geeigneter Weise vermindertem Druck oder mittels Gasströmungsbedingungen kontinuierlich aus der Trockenkammer entfernt. Angemessene Lösungsmittelverdampfung kann mittels einer Vielzahl per se üblicher Verfahren durchgeführt werden, einschließlich der Anwendung von vermindertem Druck- und/oder erhöhten Temperaturbedingungen oder mittels der Verwendung von, gegebenenfalls erwärmtem, Gleichstrom, Gegenstrom oder inerten Gasströmungen mit Mischstrom.
Bei einer chargenartigen Vorgehensweise wird die Trockenkammer geeigneterweise auch als Reaktionsgefäß für die Umesterungsreaktion verwendet. Bei einer kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Verfahrensweise sind die Trockenkammer und das Reaktionsgefäß vorzugsweise getrennt.
Es kann von weiterem Vorteil sein, die Reaktanten vor dem Durchleiten durch die Sprühdüse mittels eines alternativen Bewegungsschrittes, z.B. unter Anwendung eines dynamischen oder statischen Mischers oder Beschränkung der Strömung in der Zulaufleitung zur Sprühdüse, vorzumischen.
Es ist bevorzugt, das Reaktantengemisch mittels des folgenden Verfahrens herzustellen.
In einer Anfangsstufe wird das Polyol oder der Fettsäureoligoester davon mit dem Katalysator in einem flüssigen System gemischt, um so das entsprechende Polyolanion zu bilden. Die Bildung des eigentlichen Polyolanions kann unmittelbar oder nur unter im wesentlichen lösungsmittelfreien Bedingungen erfolgen. Vorzugsweise werden das Polyol oder der Oligoester davon und der Katalysator in Gegenwart eines Lösungsmittels, das später in dem Sprühtrocknungsschritt gemäß der vorliegenden Erfindung entfernt wird, gemischt. Am meisten bevozugt ist es, das Polyol oder den Oligoester davon und den Katalysator zuerst partiell oder vollständig in einem Lösungsmittel zu lösen und dann zu vermischen. Geeignete derartige Lösungmittel schließen Wasser, niedere Alkhole und Mischungen davon ein. Insbesondere ist Wasser ein geeinetes Lösungsmittel, falls Kalium- oder Natriumhydroxid als Umesterungskatalysator verwendet wird.
In einem späteren Schritt wird der niedere Fettsäurealkylester, gegebenenfalls in Kombination mit dem Emulgator, dem flüssigen System zugegeben. Nach Zugabe des niederen Fettsäurealkylesters wird das Reaktionsgemisch geeigneterweise sprühgetrocknet.
Wie vorher gezeigt, sind Alkalimetallseifen oder geeignete Vorläufer davon, wie die entsprechenden freien Fettsäuren, bevorzugte Emulgatoren, insbesondere, um in der Stufe des Ingangsetzens und in den anfänglichen Stufen der Umesterungsreaktion Hilfe zu leisten. Obwohl hinsichtich der Umesterungsreaktion sehr geeignet, ist die Tatsache, daß deren Sprühtrocknung relativ häufiges Saubermachen der Sprühtrockunungseinrichtung erforderlich macht, ein Nachteil, der der Verwendung von Seifen anhaftet. Insbesondere im technischen Maßstab ist dies nicht wünschenswert.
Demgemäß ist es vorteilhaft, dem Reaktionsgemisch nur nach dem Sprühtrocknungsschritt Emulgatorverbindungen, insbesondere Seifenemulgatoren oder Vorläufer davon, zuzugeben. Bei Verwendung dieses Weges kann die relativ häufige Säuberung der Sprühtrockungseinrichtung vermieden werden.
Der Grad, bis zu dem Desolvatisierung im Sprütrockungsschritt erreicht wird, ist das Ergebnis von wirtschaftlichen und verfahrenstechnischen Faktoren, so wie insbesondere dem zu entfernenden Lösungmittel und der entsprechenden Energiezufuhr oder der in der Trockenkammer erforderlichen Temperatur.
Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, anstelle der Anwendung von Sprühtrocknungsbedingungen, die zur vollständigen Entfernung des Lösungsmittels führen, nach dem Sprühtrockungsschritt eine weitere Nachtrockungsbehandlung durchzuführen, die zur Entfernung von restlichem Lösungsmittel bis zur im wesentlichen vollständigen Entfernung führt. Alle derartigen Bedingungen, die zur Verdampfung von restlichem Lösungsmittel führen, das noch nach der Sprühtrockung vorliegt oder das mit der Zugabe der Emulgatorkomponente nach der Sprühtrocknung eingeführt wurde, können geeignet sein und schließen Temperatur und verminderte Druckbedingungen, Abziehen mit geeigneten Abziehmitteln, wie bevorzugt Methanol, oder inerten Gasen, wie Stickstoff, oder Unterwerfen des Reaktionsgemisches einem weiteren Sprühtrockungsschritt, ein.
Vorzugsweise wird das Reaktionsgemisch erhöhten Temperatur- und verminderten Druckbedingungen, die zur Trockung geeignet sind, ausgesetzt. Trockungstemperaturen liegen unter etwa 110ºC und bevorzugt innerhalb des Bereiches von 60 bis 100ºC. Geeigneterweise werden diese Nachtrockungsbedingungen für Zeitdauern von bis zu mehreren Stunden, wobei 0,5 bis 3 Stunden bevorzugt sind, aufrechterhalten.
Geeigneterweise wird die Lösungsmittelkonzentration in dem Reaktionsgemisch auf unter 0,5% in dem Sprühtrockungsschritt und weiter auf unter 0,1% in dem nachfolgenden Nachtrockungsschritt vermindert. Vorzugsweise wird die Lösungsmittelkonzentration in dem Sprütrockungsschritt auf unter 0,1% und in dem Nachtrocknungsschritt auf unter 0,05% vermindert.
Falls erwünscht, kann eine zusätzliche Menge Polyol dem Ausgangsgemisch der Reaktanten vor Beginn der Umesterungsreaktion zugegeben werden.

Beispiel 1

Ein Gemisch von 89 Gew.-% von Sojabohnen abgeleiteten Fettsäuremethylestern und 3 Gew.-% Kaliumkokosnußseife wurde mittels Sprühtrockung hergestellt. Weitere 6 Gew.-% Saccharosepulver wurden in dieses Gemisch dispergiert. Nachfolgend wurde das Reaktantengemisch auf 125ºC erhitzt und der Druck im Reaktionsgefäß auf 3 mbar vermindert. Bei der ersten Bildung von Methanoldampfblasen wurde das Reaktionsgefäß geschlossen, und man erhöhte den Druck innerhalb des Gefäßes wegen der Methanolbildung auf etwa 120 mbar. Dieser Druck wurde beibehalten und mittels eines automatischen Regulierventils kontrolliert. Nach zweistündiger Reaktionszeit hatte sich ein homogenes Gemisch gebildet, wobei der Umwandlungsgrad etwa 20% betrug. Dann wurde der Druck auf 3 mbar vermindert, begleitet von starkem Kochen und schneller Entfernung des Methanols aus dem Reaktionsgemisch. Nach 6 h Reaktionszeit hatte der Umwandlungsgrad etwa 70% erreicht, und keine nicht umgesetzte Saccharose blieb übrig.
Zu Vergleichszwecken wurde dasselbe Verfahren wiederholt, wobei jedoch der Druck nicht auf 120 mbar bei der ersten Bildung der Methanolblasen erhöht wurde. Statt dessen wurde der Druck während der gesamten Reaktionszeit bei 3 mbar gehalten. Nach sechsstündiger Reaktionszeit hatte der Umwandlungsgrad einen Wert von nur 20% erreicht, wobei das endgültige Reaktionsgemisch noch etwa 5,5 Gew.-% nicht umgesetzte Saccharose enthielt.

Beispiel 2

Ein innig vermischtes Gemisch aus 89,5 Gewichtsteilen Fettsäure-(Sojabohne)mehtylester, 3,0 Gewichtsteilen Kaliumseife (Kokosnuß) und 2,0 Gewichtsteilen Kaliumsaccharat wurde mittels Sprühtrockung hergestellt. Weitere 5,5 Gewichteile Saccharose wurden in dieses Gemisch dispergiert.
Anschließend wurde das Reaktantengemisch auf 125-135ºC erhitzt und der Druck auf einen Wert auf etwa 5 mbar vermindert. Nach etwa 15 min begann die Saccharose unter Bildung und Verdampfung von Methanol zu reagieren, was zu einer leichten Schaumbildung führte. An diesem Zeitpunkt ließ man den Druck allmählich (in etwa 15 min) auf etwa 100 mbar ansteigen. Der Druck wurde 3 h bei diesem Wert gehalten, nach dieser Zeit war das Reaktionsgemisch homogen (keine nicht umgesetzte Saccharose), und der Umwandlungsgrad hatte einen Wert von etwa 18% erreicht, wie aus der gebildeteten und während dieser Zeitdauer gesammelten Methanolmenge berechnet.
Anschließend wurde der Druck wiederum auf einen Wert von etwa 1 mbar vermindert und die Temperatur langsam auf etwa 150ºC erhöht. Nach etwa 4 h lieferte die Reaktion Saccharosepolyester mit einem Umwandlungsgrad von etwa 90%.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Polyolfettsäurepolyestern, bei dem ein im wesentlichen lösungsmittelfreies, vollständiges Reaktionsgemisch eines Polyols, gegebenenfalls unter Zusatz von Fettsäureoligoestern davon, eines niederen Fettsäurealkylesters, eines Umesterungskatalysators und gegebenenfalls eines Emulgators unter Umesterungsbedingungen bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck zur Reaktion gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck derart kontrolliert wird, daß

in einer Anfangsstufe (1) das Polyol bis zu einem Umwandlungsgrad innerhalb des Bereiches von 10 bis 50% verestert wird, im wesentlichen ohne daß nicht beteiligtes Polyol zurückbleibt, wobei der Druck während des letzten Teiles der Stufe (1) auf einen Wert von innerhalb 30 mbar des Gleichgewichtsdampfdruckes des niederen Alkylalkohols, entsprechend einem Umwandlungsgrad zwischen 10 und 30%, eingestellt wird, wobei der niedere Alkylalkohol dem niederen Alkylester 20 entspricht, und anschließend

in einer Endstufe (2) der Druck auf einen Wert von unter 25 mbar vermindert und die Reaktion bis zu einem Umwandlungsgrad von mindestens 70% fortgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin während des letzten Teils der Anfangsstufe (1) der Druck auf einen Wert von innerhalb 15 mbar des Gleichgewichtsdampfdruckes des niederen Alkylalkohols eingestellt wird, was einem Umwandlungsgrad innerhalb des Bereiches von 10 bis 30% entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin während des letzten Teils der Anfangsstufe (1) der Druck auf einen Wert innerhalb des Bereiches von 60 bis 180 mbar eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, worin während des letzten Teils der Anfangsstufe (1) der Druck auf einen Wert innerhalb des Bereiches von 90 bis 150 mbar eingestellt wird.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, worin während des ersten Teils der Anfangsstufe (1) der Druck auf einen Wert von unter 25 mbar eingestellt wird.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin während der Endstufe (2) der Druck auf einen Wert unter 5 mbar vermindert wird.

7. Verfahren nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Umesterungsreaktion bei einer Temperatur im Bereich von 110 bis 160 ºC durchgeführt wird.

8. Verfahren nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, worin in der Anfangsstufe (1) das Polyol bis zu einem Umwandlungsgrad innerhalb des Bereiches von 10 bis 30% verestert wird.

9. Verfahren nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, worin in der Enstufe (2) die Umesterung bis zu einem Umwandlungsgrad von mindestens 90% fortgesetzt wird.

10. Verfahren nach irgendeinem der vorangegangenen Ansprüche, das zur Herstellung von Saccharosefettsäurepolyestern angewendet wird.