JPH07126358A - アルファ−ヒドロキシ酸のポリマーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 環状エステルの開環重合によるアルファ−ヒ
ドロキシ酸のポリマーの改良された製法の提供。 【構成】 この方法は反応媒質中の有機酸の量を酸：触
媒の比率として６：１より下に維持することにより高い
反応速度で触媒された開環ポリエステル重合を実現す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】本発明はアルファ−ヒドロキシ酸のポリ
マーの製造方法に関する。詳しくは、ある種のアルファ
−ヒドロキシ酸の環状エステルの開環を触媒することに
よるそのようなポリマーの製造方法に関する。

【０００２】

【発明の背景】産業及び家庭廃棄物の処理の問題が増大
していることから、現在多くの実用面において生分解性
ポリマーの使用に実質的な関心が集まっている。これら
の問題の内いっそう重要な事柄はポリエチレン、ポリプ
ロピレン、ポリスチレン、ポリウレタンなどのようなポ
リマーを含む種々のプラスチック廃棄物の処理である。
これらは概して生分解性でなく、特に埋立地などで被覆
された後においてそのようである。乳酸及びグリコール
酸及び数種の他の脂肪族ポリエステルのポリマーは加水
分解／生分解性である（すなわち、それらは水及び／又
は微生物の作用により容易に分解される）ことが知られ
ているが、それらの製造原価の高いことが広範な使用を
妨げて来た。アルファ−ヒドロキシ酸のポリマー及びコ
ポリマーの製造はこれまでそれらが困難な方法によって
いたため大部分の場合原価が高くついた。

【０００３】それぞれが環の形体である乳酸及びグリコ
ール酸の２つのユニットから構成されるラクチド（３,
６−ジメチル−１,４−ジオキサン−２,５−ジオン）及
びグリコリド（１,４−ジオキサン−２,５−ジオン）の
重合は、もちろんよく知られている。この重合方法にお
いては、環状モノマ−及び存在する何等かのコモノマー
を開環用触媒例えばオクタン酸第一スズ、又はイットリ
ウム又はランタン系希土類触媒の化合物又はチタネート
の存在下で一緒に加熱される。しかしながら、極端に遅
い重合速度及びその結果としての長い反応時間は連続法
によるこのポリマーの製造を工業的な観点から事実上非
実際的なものにしている。一方、バッチ法のこの目的へ
の使用は過度に高い溶融粘度と低い溶融安定性とを持つ
ポリマーを生成する。これは、次にはポリマーの着色と
低収率の結果に導く。このような問題はこれらの価値を
内在するポリマーを過度に高価な物とし、消費者向けに
広範囲に使用されるのを妨げる一因となった。

【０００４】

【先行技術】重合速度例えばラクチドのそれは反応温度
及び触媒の量に依存することが文献で論じられている。
Makromol. Chem., 188巻、1809〜1814ページ（1987年）
が参照され、ここには小量の水がラクチドの重合速度を
高め得るとも述べられている。そのような重合をバッチ
法及び連続法の両面で行うために多くの技術が用いられ
た。ドイツ特許ＤＥ３９３６１８８Ａ１は、例えばラク
チド、グリコリド及びそれらの混合物の重合にスクリュ
ー押出機の使用を記述している。

【０００５】Augurt等に交付された米国特許第４,０３
３,９３８号は哺乳動物組織に容易に吸収されるポリマ
ーを作る置換された１,４−ジオキサン−２,５−ジオン
の重合及び共重合に関する。そのようなジオンとグリコ
リド及びラクチドとのコポリマーは塩化第一スズ触媒を
使用することを開示している。ラクチドとの共重合は１
８０℃で２時間の最小時間を要することを明らかにして
いる。Lapka等、米国特許第４,６２２,２４４号はカプ
セル封入された薬物の制御された放出のためのマイクロ
カプセルの製造における生吸収可能なポリ乳酸及びポリ
グリコール酸ポリマーの使用に関する。重合条件は示さ
れていない。Protzman、米国特許第４,６４４,０３８号
は開環用触媒及び游離基開始剤の両者の存在下における
Ｃ２〜５アルファ−ヒドロキシ酸ジエステルとエチレン
性エポキシドとの共重合に関する。種々の開環用触媒例
えばオクタン酸第一スズ、塩化スズ、ジエチル亜鉛及び
塩化亜鉛が開示されている。共重合を果たすための時間
は１７５℃で１時間より長い。

【０００６】

【発明の概要】従って、本発明はラクチド及びグリコリ
ドの重合の速度を工業的規模の量において経済的に遂行
することができる程度に改良する問題に関する。詳しく
は、本発明はアルファ−ヒドロキシ酸の環状エステルの
開環を触媒することによるアルファ−ヒドロキシ酸のポ
リマーの製造の改良された方法に関し、この方法は （１）環状ジエステルの開環用触媒に対するモル比が５
００〜２０，０００：１であり、そして有機酸不純物の
触媒に対する比率が６：１より少なく、そして好ましく
は１：１より少ない環状ジエステル及び開環用触媒の液
相分散体を形成させ、そして （２）モノマーの重合を高速度で少なくとも９５％の変
換まで遂行するため、（ａ）５０〜２５０℃の分散体の
温度、（ｂ）５００〜２０，０００：１の環状エステル
の触媒に対するモル比、及び（ｃ）６：１より低い分散
体における有機酸の触媒に対するモル比を維持する連続
する段階からなる。

【０００７】

【発明の詳述】本発明はグリコリドに基づくポリマー、
ラクチドに基づくポリマー、それらのコポリマー又は両
ポリマーと、２０重量％までの下に定義するコモノマー
の１つとのコポリマーを生成させるための触媒された開
環重合における重合速度を増加させるための方法であ
る。本発明の必須の要素は反応媒質に存在する酸不純物
の触媒に対するモル比が６：１より下そして好ましくは
１：１より下に維持されることである。水がいくらかで
も存在する場合ラクチド又はグリコリドの環の分断を引
き起こすため、それは本発明の目的のための酸として考
えられる。重合反応は既知の方法と同様に５０〜２５０
℃そして好ましくは約１６０℃〜約２２０℃の温度及び
大気圧〜約２,０００ｐｓｉ(１.３７９×１０⁶Ｐａ）の
圧力下で遂行される。

【０００８】ラクチド又はグリコリドは別々に重合させ
ることができ、これが一般には好ましい状態であるが、
又は任意の比率で一緒にもしくは約２０重量％までの他
の共重合性モノマー、例えばエプシロン−カプロラクト
ン、デルタ−バレロラクトン、１,５−ジオキセパン−
２−オン、１,４−ジオキサン−２−オン、ベータ−ブ
チロラクトン、ベータ−プロピオラクトン、及びそれら
の混合物と組み合わせて重合させることができる。一般
にこれらのラクトンコモノマーは

【化２】 （式中、ｎは４又は５であり、ｈ、ｉ、ｋ及びｍは独立
して１又は２であり、そして各Ｒは独立して水素又は１
２までの炭素原子を含むヒドロカルビルから選ばれる）
からなる群より選ばれる構造式の１つを持つ。重合方法
は溶融体、溶液、又は懸濁液で行う方法を含む。

【０００９】通常、慣用的なスズ触媒が重合反応に使用
され、それはオクタン酸第一スズ（２−エチルヘキサン
酸第一スズ）である。重合反応に触媒効果を示す他のス
ズ化合物例えばテトラフェニルスズ、スズビス−アセチ
ルアセトネート、及び塩化スズ（II）も使用することが
できる。適当な触媒は原子番号５７〜７１のイットリウ
ム及びランタン希土類系金属、すなわちランタン、セリ
ウム、プラセオジミウム、ネオジミウム、プロメシウ
ム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビ
ウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリ
ウム、イッテルビウム、及びルテチウムも含む。好まし
い金属はイッテルビウム、ランタン、エルビウム、サマ
リウム及びジスプロシウムである。特に好ましいのはイ
ッテルビウム、ランタン並びにイッテルビウム及び希土
類金属鉱石の採鉱及び製錬から得られる希土類金属類の
混合物である。すべての触媒においてイッテルビウム及
び希土類金属は３価である。この触媒は好ましくは反応
媒質中で少なくともわずかに可溶性であるべきである。

【００１０】これらの触媒のより詳細な論議はStephan
J. McLain等に１９９１年７月２日に交付された米国特
許第５,０２８,６６７号、及びThomas M. Ford等が１９
９１年１２月３０日に出願した同時係属出願第０７／８
１４,１３５号に記述されており、その開示は参照によ
り本明細書に組み入れる。本発明の使用に適する別の開
環用触媒はチタネート、ジルコネート、ジエチル亜鉛、
並びに酸化及びハロゲン化アンチモンを含む。

【００１１】本明細書で使用する用語「ポリマー」はホ
モポリマー並びにコポリマーを含み、用語「コポリマ
ー」はビポリマー、トリポリマー及びより高次のマルチ
ポリマーを含み、そして用語「モノマー／触媒比」は環
状エステル及びもし存在する場合コモノマーを含む反応
媒質に存在するすべての重合性及び共重合性モノマー種
を含む。

【００１２】モノマーの触媒に対する比率は一般にモル
比で２０,０００：１より低く、そして通常は５００：
１以上に維持する。良好な結果はモノマー／触媒比がモ
ル比で１５,０００〜１,０００：１の範囲内にある場合
認められ、そして好ましい比率はモル比で１０,０００
〜４,０００：１の範囲内である。１,０００：１のモノ
マー／触媒比を使用し、そして少なくとも６：１より低
くそして好ましくは１：１より低い酸／触媒比に減らし
及び／又は維持する（そして他の条件は理想的である）
ことにより、完全な変換（すなわち約９５％）を２分と
いう短時間で達成することができる。５００：１より少
ないモノマー／触媒比を使用する場合、生成物の着色、
汚染及び不安定性が生じることがある。

【００１３】水及び／又はそれと関心のあるモノマー
（例えば乳酸及び／又はその線状オリゴマー）との反応
生成物は、十分に高い分子量のポリマーを得るためには
ある水準より下に保つべきであることが先行技術におい
て認められている。British Polymer Journal（１９９
０年）、２３巻（３号）、２３５〜２４０ページはＤ,
Ｌ−ラクチドの開環重合を論じており、その教示すると
ころは参照により本明細書に組み入れるが、２３６ペー
ジにおいて「高度の重合を達成するための基本的な必要
条件は極めて純粋なモノマーを使用することであり、遊
離カルボキシル基の含量は０.８meq／ｇを超えてはなら
ない」と述べている。（これは本発明の絶対的限界であ
る６／１の酸／触媒比及び５００／１のモノマー／触媒
比と同等である。好ましい実施の様式を保つためには酸
性不純物のはるかに低い水準を維持しなければならな
い。）。

【００１４】本発明を実行する場合、重合は一般的な装
置のいずれによっても遂行することができる。連続式重
合はスクリュー押出機、又は高度に均質な生成物を得る
ための適当な混合が可能な任意のその他の反応装置で実
行することができる。攪拌式槽はバッチ式重合に使用す
ることができ、そして連続的なモノマーのフィード及び
ポリマー（又は中間生成物）の除去にも使用することが
できる。この重合は溶媒が存在しても又はしなくても行
うことができる。好ましい方法は塊状で（すなわち、溶
剤なしで）実施しそして攪拌式槽で中間体を作ること、
そして最終の重合をスクリュー押出機で遂行することで
ある。触媒は当初反応装置の前に又はその中でモノマー
に添加することができる。

【００１５】実施例で証明されたような本発明で得られ
たすぐれた結果と対比するため、次の表１にラクチドの
重合に慣用的に使用されている条件下で必要な反応時間
を示す。すべての記録において、オクト酸スズ（ビス２
−エチルヘキサン酸第一スズ）が触媒、そしてラクチド
が出発モノマーであった。

【００１６】

【表１】

【００１７】実施例１−ラクチドの連続塊状重合 Ｌ−及びＤ／Ｌ−ラクチド（ＧＣ分析で水及び乳酸が検
出されない）の９：１混合物を１８０℃で１５ポンド／
時間の速度に維持された二軸スクリュー押出機(バレル
直径３０mm）に固体で供給した。オクト酸スズの０.５
モル共沸乾燥トルエン溶液を溶融する前６０００／１の
モノマーの対触媒モル比にする割合でモノマーの流れに
添加した。滞留時間を着色ペレット注入により推定して
約５分であった。押出機を出るポリマーストランドを室
温に冷却しそしてペレット化した。得られたペレットの
ＴＧＡ分析は９８％の変換を示した。生成物は無色であ
り、分子量（ｐ−スチレンを標準とするＧＰＣ）はＭｗ
＝３８９０００、Ｍｎ＝１４８０００であった。この生
成物はこの技術分野で既知の方法により延伸フィルム、
複雑な形状の射出成形部品、モノフィラメント及び微孔
質フォームに加工することができた。

【００１８】実施例２−触媒水準の影響 実施例１におけると同様であるが、モノマーの対触媒モ
ル比を１３０００／１とした重合における変換は８５％
であった。

【００１９】実施例３−酸不純物の影響 小量の添加有機カルボン酸なしでの及び存在下における
Ｌ−ラクチド重合のカイネティックスを測定するため一
連の研究室規模の重合を行った。すべて１７９℃で行う
急速冷却重合のＴＧＡ分析により変換を測定した。図１
に添加有機酸の重合速度に対する負の影響を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラクチド重合の速度に対する有機酸の影響のグ
ラフ相関を示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ラクチド、グリコリド、それらの混合
   物、モノマ−及び２０重量％までの 【化１】 （式中、ｎは４又は５であり、ｈ、ｉ、ｋ及びｍは独立
   して１又は２であり、各Ｒは独立して水素又は１２まで
   の炭素原子を含むヒドロカルビルから選ばれる）からな
   る群より選ばれるモノマ−の開環を触媒することによる
   アルファ−ヒドロキシ酸のポリマーの製造方法におい
   て、 ａ．環状ジエステルモノマ−の触媒に対する比率が５０
   ０〜２０,０００であり、そして有機酸の触媒に対する
   モル比が６より少ない環状ジエステルモノマ−及び触媒
   の液相分散体を形成させ、そして ｂ．モノマ−の重合を高速度で少なくとも９５％の変換
   まで遂行するため、（１）５０〜２５０℃の分散体の温
   度、（２）５００〜２０,０００：１の環状エステルの
   触媒に対するモル比、及び（３）分散体における有機酸
   の触媒に対する６より低いモル比を維持する段階からな
   る上記のポリマーの製造方法。
2. 【請求項２】 環状エステルがラクチド、グリコリド及
   びそれらの混合物から選ばれる請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 温度が約１６０℃〜２２０℃に維持され
   る請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 方法が押出機で遂行される請求項３記載
   の方法。
5. 【請求項５】 酸の触媒に対するモル比が２：１より低
   い請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 環状エステルの触媒に対するモル比が
   １,５００〜１０,０００である請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 分散体が環状エステルのランダムコポリ
   マーを生成する環状エステル及び重合性コモノマ−の混
   合物を含む請求項１記載の方法。
8. 【請求項８】コモノマ−がエプシロンカプロラクトン、
   デルタバレロラクトン、１,５−ジオキセパン−２−オ
   ン、１,４−ジオキサン−２−オン、ベータブチロラク
   トン、ベータプロピオラクトン、６−メチル−２，５−
   モルホリンジオン及びそれらの混合物からなる群より選
   ばれる請求項７記載の方法。