JPH06298913A - ポリヒドロキシカルボン酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 ヒドロキシカルボン酸、またはそれらのオリ
ゴマーを、触媒の存在下、または非存在下、有機溶媒
中、共沸脱水してポリヒドロキシカルボン酸を製造する
方法において、留出する溶媒を乾燥剤で処理するか、あ
るいは蒸留精製した後、再び系内に戻す際に、熱交換器
により加熱し、一部または全部を気化させて反応液中に
吹き込むことを特徴とするポリヒドロキシカルボン酸の
製造方法。 【効果】 生分解性ポリマーとして有用な高分子量のポ
リヒドロキシカルボン酸をヒドロキシカルボン酸からの
直接脱水重縮合において、より短時間で目標の高分子量
の目的物を得ることができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医療用材料や汎用樹脂
代替の生分解性ポリマーとして有用なポリヒドロキシカ
ルボン酸をヒドロキシカルボン酸からの直接脱水重縮合
により製造する方法に関する。例えば、乳酸は、自然界
に広く分布し動植物及び人畜に対して無害であり、その
重合物は、水の存在下で比較的容易に加水分解を受け、
また、生体内でも加水分解され吸収されることから、上
記用途として注目されている。

【０００２】

【従来の技術】高分子量のポリヒドロキシカルボン酸で
あるポリ乳酸、または、ポリグリコール酸は、一般に、
乳酸またはグリコール酸からラクチドまたはグリコリド
を製造し、これを開環重合することにより得られるが、
この方法は、ラクチドあるいはグリコリドの製造に際し
て、多大の労力と費用を必要とするため経済的でない。
また、ラクチドまたはグリコリドのような環状ラクトン
を形成しないヒドロキシカルボン酸を共重合する際に
は、この方法は使えない。一方、乳酸やグリコール酸か
ら直接ポリ乳酸やポリグリコール酸を合成する方法とし
ては、特開昭５９−９６１２３号公報等が知られている
が、この方法では、高分子量のポリ乳酸やポリグリコー
ル酸は得られない。

【０００３】

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】乳酸やグリコール酸等
のヒドロキシカルボン酸の直接重縮合反応は、二塩基酸
と多価アルコールによるエステル化反応と同様に逐次反
応であり、反応時間と共に分子量は増大する。ただし、
この反応は可逆的反応であり、生成する水が反応系内に
存在すると、加水分解作用により重縮合体の分子量の低
下をまねく。したがって、生成する水を系外へ除去する
ことが高分子量ポリ乳酸やポリグリコール酸等を得るた
めに必要となる。

【０００５】通常、水を除去する手段としては、溶媒を
留出させて、水を同伴または共沸させる方法が採られ、
溶媒の留出量を可能な限り多くすることにより、生成し
た水をより多く、且つより速やかに系外へ除去すること
ができる。

【０００６】溶媒を留出させるためには、反応機内部へ
の熱の供給が必要であるが、一般的な方法としては、反
応機ジャケットまたはコイルによる外部加熱が挙げられ
る。しかし、反応が進行するに従って反応液の熱伝導性
が悪くなり、熱供給が十分になされないため、溶媒の留
出量が減少してしまう。しかも、スケールアップをする
ことにより、反応機内部への熱伝導性がより低下するた
め、溶媒の留出量の減少も著しい。対策としては、撹拌
速度を高める機械的方法、外部加熱の温度を高める方法
がある。しかし、撹拌速度には限界があり、また、反応
機の外部加熱の温度を上げすぎるとポリマーおよび触媒
の熱劣化をまねく。

【０００７】本発明の目的は、ヒドロキシカルボン酸の
直接脱水重縮合反応により高分子量のポリヒドロキシカ
ルボン酸を製造する際に、効率的に反応系内に熱量を供
給し、溶媒の留出量を増加させることにより、生成する
水を効率よく除去し、高分子量のポリヒドロキシカルボ
ン酸を短時間で製造する方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、ポリヒド
ロキシカルボン酸を得るべく鋭意検討した結果、系内に
溶媒を導入する際に、熱交換器により気化させて反応液
中に吹き込み、溶媒の留出量を増加させることにより、
高分子量のポリヒドロキシカルボン酸をより短時間に得
ることができることを見いだし、本発明を完成したもの
である。

【０００９】即ち、本発明は、ヒドロキシカルボン酸、
またはそれらのオリゴマーを、触媒の存在下、または非
存在下、有機溶媒中、共沸脱水してポリヒドロキシカル
ボン酸を製造する方法において、留出する溶媒を乾燥剤
で処理するか、あるいは蒸留精製した後、再び系内に戻
す際に、熱交換器により加熱し、一部または全部を気化
させて反応液中に吹き込むことを特徴とするポリヒドロ
キシカルボン酸の製造方法である。

【００１０】本発明方法に於て使用するモノマーは、ヒ
ドロキシカルボン酸であり、好ましくは、乳酸、グリコ
ール酸、３−ヒドロキシブタン酸、４−ヒドロキシブタ
ン酸等が挙げられ、各々、Ｄ体、Ｌ体、または、ラセミ
体が挙げられる。

【００１１】本発明方法に於て使用する有機溶媒として
は、トルエン、キシレン、メシチレン等の炭化水素系溶
媒、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼ
ン、ジクロロベンゼン、ジクロロエタン、１，１，２，
２−テトラクロロエタン、ｐ−クロロトルエン等のハロ
ゲン系溶媒、３−ヘキサノン等のケトン系溶媒、ジメチ
ルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒、ジブチルエ
ーテル、アニソール、ジフェニルエーテル、４，４’−
ジメチルジフェニルエーテル、３，３’−ジメチルジフ
ェニルエーテル、３−メチルジフェニルエーテル、４，
４’−ジブロモジフェニルエーテル、４、４’−ジクロ
ロジフェニルエーテル、４−ブロモジフェニルエーテ
ル、４−メチル−４’−ブロモジフェニルエーテル、４
−メトキシジフェニルエーテル、４，４’−ジメトキシ
ジフェニルエーテル、３，３’−ジメトキシジフェニル
エーテル、４−メチル−４’−メトキシジフェニルエー
テル、ジベンゾフラン、キサンテン等のエーテル系化合
物が挙げられ、これらは、単独で用いても、または混合
して用いてもよい。

【００１２】反応温度は、常圧下、使用する溶媒の還流
温度、または、減圧下、還流温度を５０〜２５０℃に下
げて行ってもよい。好ましくは、反応が速く、分解反応
が少ない条件である１００〜１７０℃がよい。

【００１３】使用する触媒としては、周期律表ＩＩ、Ｉ
ＩＩ、ＩＶ、Ｖの金属、あるいはその塩が挙げられる。
例えば、亜鉛末、錫末、アルミニウム、マグネシウム等
の金属、または酸化錫、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸
化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン等の金
属酸化物、または塩化第一錫、塩化第二錫、臭化第一
錫、臭化第二錫、フッ化アンチモン、塩化亜鉛、塩化マ
グネシウム、塩化アルミニウム等の金属ハロゲン化物、
または硫酸錫、硫酸亜鉛、硫酸アルミニウム等の硫酸
塩、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛等の炭酸塩、または酢
酸錫、オクタン酸錫、乳酸錫、酢酸亜鉛、酢酸アルミニ
ウム等の有機カルボン酸塩、トリフルオロメタンスルホ
ン酸錫（以下、ＴＦＳ錫と略す。）、トリフルオロメタ
ンスルホン酸亜鉛、トリフルオロメタンスルホン酸マグ
ネシウム、メタンスルホン酸錫、ｐ−トルエンスルホン
酸錫等の有機スルホン酸塩が挙げられる。その他、ジブ
チルチンオキサイド等の上記金属の有機金属酸化物、ま
たはチタニウムイソプロポキサイド等の上記金属の金属
アルコキサイド、またはジエチル亜鉛等の上記金属のア
ルキル金属、またはダウエックス、アンバーライト等の
イオン交換樹脂が挙げれる。その使用量は、使用するヒ
ドロキシカルボン酸、またはそれらのオリゴマーの０．
０００１〜１０重量％が良く、経済性を考えると、０．
００１〜２重量％が好ましい。

【００１４】また、反応は不活性ガス雰囲気下が好まし
く、不活性ガスをバブリングさせてもよい。

【００１５】本発明方法に於ける好ましい具体例を反応
装置図第１図（図１）により説明する。第１図中、１は
撹拌機、加熱ジャケットを装備した反応機であり、これ
に原料のヒドロキシカルボン酸、溶媒、触媒を仕込み、
撹拌しながら反応を行う。反応は、脱水、オリゴマー化
および重合の３つの行程から成る。まず、脱水およびオ
リゴマー化においては留出液の殆どは水であるから、コ
ンデンサー２で冷却して系外へ除去する。次の重合にお
いては、溶媒を留出させ、コンデンサー２で冷却し回収
する。回収した溶媒は含水しているので、乾燥剤に通し
て水を除去した後反応機へ戻す。乾燥剤としては、たと
えば、モレキュラーシーブ（３Ａ、４Ａ、５Ａ等）、五
酸化二リン、水素化カルシウム、水素化ナトリウム、水
素化リチウムアルミニウム等の金属水素化物、ナトリウ
ム、リチウム等のアルカリ金属等が挙げられる。第１図
の反応装置は、留出した溶媒が、乾燥剤を充填したカラ
ム５を通り、反応器に戻るようになっている。乾燥剤が
カラムに充填できないものであれば、留出した溶媒を別
の反応器で乾燥剤の存在下、還流脱水して一部を留出さ
せ、縮合反応を行っている反応器に戻す等の方法で行う
ことができる。また、乾燥剤を使用する代わりに、蒸留
によって水分を除去し、反応機へ戻してもよい。脱水処
理した溶媒を反応機へ導入する際には、熱交換器６を通
して加熱、気化させ、反応液中に吹き込む。熱交換器の
温度は、反応系内の圧力での溶媒の沸点か、またはそれ
以上が好ましい。

【００１６】反応機内の温度を一定に保つためには、少
なくとも、供給する溶媒の温度を沸点まで上昇させるの
に必要な熱量と液体状態の溶媒を蒸発させるのに必要な
熱量（蒸発潜熱）の総和に等しい熱量を供給しなければ
ならない。すなわち、溶媒の留出量は反応機に供給され
る熱量によって必然的に決まってしまう。反応機ジャケ
ットによる加熱だけでは、ジャケットの温度に限界があ
り、また、伝熱面積が決まっているために、供給できる
熱量にも限界がある。熱交換器による溶媒の蒸気吹き込
みを行うと、それだけで溶媒が留出する際に反応機から
奪う熱量にほぼ等しい熱量を供給できるので、ジャケッ
トの加熱と併せて行えば留出量は著しく増加する。

【００１７】このようにして溶媒の留出量を多くし、反
応機内に生成する水を効率よく除去することにより、ポ
リヒドロキシカルボン酸の重縮合を短時間で行うことが
できた。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。なお、ポリマーの分子量は、ゲルパーミエイシ
ョンクロマトグラフィー（カラム温度４０℃）により、
ポリスチレン標準サンプルとの比較で行った。（以下、
ポリスチレン換算と略す。）

【００１９】実施例１ 撹拌機、ジャケット、温度計及び留出管を備え付けた５
００ｌグラスライニング製反応器に、９０％Ｌ−乳酸
（水分１０％含有）１１２．５ｋｇ（１１２５ｍｏ
ｌ）、錫粉末０．４０５ｋｇ（３．４ｍｏｌ）及びジフ
ェニルエーテル２３６ｋｇを装入し、撹拌しながら１３
０℃／１６０〜１３０ｍｍＨｇで６時間かけて水分を留
去した。その後、更に１４０℃／１１０〜１００ｍｍＨ
ｇで２５時間かけて乳酸のオリゴマー化を行った。得ら
れたオリゴマーを引き続き、１３０℃／２０〜１５ｍｍ
Ｈｇで３０時間重縮合させ、平均分子量１２６，０００
のポリ乳酸−ジフェニルエーテル溶液（約２５重量％）
を得た。その際、留出液はコンデンサーで冷却して溶媒
貯槽に回収し、４０ｋｇの４Ａ−モレキュラーシーブを
充填した塔を通して乾燥した後、熱交換器で気化させ、
反応液中に吹き込んだ。熱交換器の熱媒の温度を２００
〜２１０℃に設定したところ、溶媒蒸気の温度は１９０
〜２００℃になった。また、反応機ジャケットの温度は
１５０℃に設定した。反応液のラップサンプルの分析を
行い、分子量を測定した。溶媒留出量および分子量の経
時変化を第１表（表１）に示す。

【００２０】比較例１ 溶媒を循環させる際に、熱交換器を使用せずに反応機ジ
ャケットのみで加熱すること以外は、実施例と同様の仕
込み及び方法で行った。反応機ジャケットの温度は１５
０℃に設定した。反応液のラップサンプルの分析を行
い、分子量を測定した。溶媒留出量および分子量の経時
変化を第１表（表１）に示す。５０時間重縮合させ、平
均分子量１２６，０００のポリ乳酸−ジフェニルエーテ
ル溶液（約２５重量％）を得た。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】本発明により、生分解性ポリマーとして
有用な高分子量のポリヒドロキシカルボン酸をヒドロキ
シカルボン酸からの直接脱水重縮合において、より短時
間で目標の高分子量の目的物を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の好ましい模式図の一例である。

【符号の説明】

１．反応機 ２．コンデンサー ３．溶媒貯槽 ４．ポンプ ５．乾燥剤充填塔 ６．熱交換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒドロキシカルボン酸、またはそれらの
   オリゴマーを、触媒の存在下、または非存在下、有機溶
   媒中、共沸脱水してポリヒドロキシカルボン酸を製造す
   る方法において、留出する溶媒を乾燥剤で処理するか、
   あるいは蒸留精製した後、再び系内に戻す際に、熱交換
   器により加熱し、一部または全部を気化させて反応液中
   に吹き込むことを特徴とするポリヒドロキシカルボン酸
   の製造方法。