专利名称：以发酵乳酸为原料的交酯的制造方法及聚乳酸的制造方法
技术领域：
本发明涉及以发酵乳酸为原料的交酯的制造方法及聚乳酸的制造方法、由乳酸发酵得到的乳酸铵制造交酯的方法及制造聚乳酸的方法。进而，本发明还涉及由乳酸发醇得到的乳酸铵制造乳酸酯的方法。
乳酸中包括L-乳酸、D-乳酸以及L-乳酸与D乳酸的混合物。交酯为乳酸的环形二聚物，作为聚乳酸的制造原料是特别有用的。所谓聚乳酸，是以构成乳酸的单体为主体的聚合物，不仅是单独的聚合物，也包括与其他单体的共聚物。聚乳酸可用作以生物物质(biomass)为原料的生物降解塑料。
有关由乳酸酯制造聚乳酸的技术，例如在美国专利USP 2,534,255号说明书中公开了在酯化催化剂存在下由羟基羧酸酯生成聚羟基酯的方法。
在日本特开平7-173264号公报中，公开了将乳酸酯缩合，制造重均分子量15,000以上的聚乳酸的方法。但没有报导，由该聚合物合成交酯的技术。而且，制造重均分子量15,000以上的聚乳酸需要很长的时间。
在日本专利3024907号公报中，公开了这样一种聚乳酸的制造方法，即，从乳酸酯除去在分批式反应器所生成的醇，同时进行缩聚，除去螺杆挤压机内所生成的醇，同时对所得的低聚物进一步进行缩聚。但没有报导，由该聚合物合成交酯的技术。
在日本特开平10-36366号公报中，公开了由合成乳酸(DL-乳酸)合成乳酸酯，并将脱醇，合成乳酸低聚物，接着合成交酯的方法。
在日本特开平11-209370号公报中，公开了在一丁基锡化合物存在下，将乳酸酯脱醇，制成聚乳酸或含有聚乳酸与交酯的组合物，然后在一丁基锡化合物存在下加热所述组合物，制造交酯的方法。
此外，还已知有乳酸铵通过醇直接被酯化的报导(INDUSTRIALAND ENGINEERING CHEMISTRY VOL.44.N09，2189-2191，Sept.1957)。
在日本特开平6-311886号公报中，公开了在由发酵所生成的乳酸铵中添加丁醇或戊醇，在反应后期加无机酸进一步反应，回收氨，同时回收乳酸酯的方法。
此外，在日本专利2830896号公报中，公开了以乳酸为原料制成低聚物，使该低聚物回流，同时合成聚合度高的乳酸低聚物并由该聚合度高的低聚物制造交酯的方法。但没有公开利用乳酸酯，回流单体及低聚物，同时缩聚的方法。
这样，以由发酵乳酸的乳酸酯为原料合成乳酸低聚物、通过乳酸低聚物的解聚制造交酯的方法，以及由发酵乳酸的乳酸酯为原料合成乳酸低聚物，通过乳酸低聚物的解聚制造交酯并由该交酯制造聚乳酸的方法还没有。
并且，在由乳酸发酵合成乳酸酯中，边由氨中和，边由异型乳酸发酵生成乳酸和乙醇，并使该乳酸酯化的方法也没有。异型乳酸菌由葡萄糖生成乳酸与乙醇，由木糖生成乳酸与乙酸。
迄今，乳酸的制法为使己糖(葡萄糖)或蔗糖(由葡萄糖与果糖构成)进行乳酸发酵，由碳酸钙中和、浓缩，使乳酸钙沉淀，由硫酸将其游离制成粗乳酸，进而变换为与甲醇或乙醇的酯，经蒸馏后水解酯，得到乳酸。在这种方法中存在着所谓大量硫酸钙成为付产物生成的问题。
因此，便开发了在乳酸发酵中用氨水或氨中和，得到乳酸铵，制成与醇的乳酸酯，经蒸馏，回收氨，水解乳酸酯的方法。
迄今，还没有由生物物质制造聚乳酸的一贯的制造工序。通过完成这种一贯的制造工序，可谋求聚乳酸制造成本的下降。即是说，迄今，由于分别考虑乳酸制造与聚乳酸制造，因而有许多无用的工序。具体说来，所谓无用的工序，为乳酸中水解乳酸酯的工序。另外，通过由乳酸酯合成聚乳酸，能缓解反应器的耐腐蚀性，在设备投资上也可有很大贡献。乳酸有腐蚀性，尤其若超过140℃，为了进行浓缩或合成交酯等，则需要有钛、钽、玻璃衬里的反应器和配管。然而，若使用乳酸酯，则反应器不需要使用耐腐蚀材料，可谋求设备成本大幅度降低。
现在，特别是使用木质类的生物物质已成为世界性问题。在日本，有旧废纸、建筑废料、疏阀木料和稻草等废物处理的问题。在国外，有将不能直接作为人类食物的木质作为发酵原料使用的潮流。
木质类生物物质包括有纤维素和半纤维素，作为将其糖化的方法，硫酸法、高压热水法和酶法正处在实用阶段。通过糖化所得到的糖为已糖及戊糖，己糖以葡萄糖为主体，戊糖以木糖为主体。
1摩尔葡萄糖通过同型的乳酸发酵成为2摩尔乳酸，碳是有作用的。还有，在乳酸菌中也有由3摩尔木糖生成5摩尔乳酸的菌珠。此外，1摩尔葡萄糖通过异型乳酸发酵成为1摩尔乳酸1和2摩尔乙醇(此时产生1摩尔CO2气)。即，葡萄糖是合成乳酸酯非常合适的原料。
另一方面，若通过异型乳酸发酵，则由1摩尔木糖生成1摩尔乳酸与1摩尔乙酸。因此，在本发明中，通过氨中和，进行异型乳酸发酵，合成所生成的乳酸与乙酸的醇(乙醇)酯，由发酵液取出乙酸酯与乳酸酯。
在使乳酸铵与乙醇反应制造乳酸乙酯的场合下，存在收率低的问题，另外乙醇常压下的沸点低，为78℃来看，存在着反应慢的问题。
在使丁醇等疏水性醇与乳酸铵反应制造乳酸酯的场合下，即使用分离器除去水，也还有收率低，为50％左右的问题。
本发明的交酯制造方法包括(1)由乳酸发酵得到的乳酸铵合成乳酸酯；(2)在一丁基锡以外的催化剂存在下对所述乳酸酯进行缩聚，合成重均分子量不足15,000的聚乳酸(乳酸预聚物)；(3)使所述聚乳酸解聚，生成交酯。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵与醇反应，合成乳酸酯，同时回收氨。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵与碳数4或5的醇以外的醇反应，合成乳酸酯，同时回收氨。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵与乙醇在加压条件下反应，合成乳酸乙酯，同时回收氨。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵水溶液和与水分离为两层的碳数4以上的醇回流，同时在反应器中反应，将冷凝水及醇的至少一部分储存在分离器中，将储存在所述分离器中的下层水的至少一部分排出，向分离器中加入新的水，同时使上层的醇至少一部分返回反应器中，反复地进行该一系列操作，合成乳酸酯，同时回收氨。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵水溶液和与水分离为两层的碳数4以上的醇回流，并在反应器中反应，逐次地蒸馏出醇的一部分或全部，同时向反应器中加入新的醇，合成乳酸酯，同时回收氨。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵与乙醇反应，反应结束后，分别蒸馏出乙醇与乳酸乙酯，向剩余的乳酸铵溶液中新加入乙醇，或者向剩余的乳酸铵溶液中新加入乙醇和由乳酸发酵得到的乳酸铵，再次使乳酸铵与乙醇反应，反复进行该反应操作，合成乳酸乙酯，同时回收氨。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(2)中，使乳酸酯和/或其缩聚物聚乳酸(乳酸预聚物)回流，同时进行缩聚。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(2)中，将乳酸酯缩聚，得到乳酸预聚物，同时回收所生成的醇。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(2)中，在将乳酸酯缩聚的工序中使反应器的温度逐次上升。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，在含有己糖的培养基中通过氨控制pH对进行异型乳酸发酵的微生物进行培养，生成乳酸铵及乙醇，使乳酸铵与醇反应，合成乳酸酯，同时回收按。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，在含有己糖的培养基中通过氨控制pH对进行异型乳酸发醇的微生物进行培养，生成乳酸铵及乙醇，使乳酸铵与碳数4或5的醇以外的醇反应，合成乳酸酯，同时回收氨。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，在含有戊糖的培养基中通过氨控制pH对进行异型乳酸发酵的微生物进行培养，生成乳酸铵及乙酸铵，使乳酸铵及乙酸铵与乙醇反应，合成乳酸乙酯及乙酸乙酯，同时回收氨，然后通过蒸馏除去乙酸乙酯；在所述工序(2)中，将乳酸乙酯缩聚，得到乳酸预聚物，同时回收所生成的乙醇。
本发明的交酯制造方法，在所述工序(1)中，在含有戊糖及己糖的培养基中通过氨控制pH对进行异型乳酸发酵的微生物进行培养，生成乳酸铵、乙醇及乙酸铵，使乳酸铵及乙酸铵与乙醇反应，合成乳酸乙酯及乙酸乙酯，同时回收氨，然后通过蒸馏除去乙酸乙酯；在所述工序(2)中，将乳酸乙酯缩聚，得到乳酸预聚物，同时回收乙醇。
还有，本发明的聚乳酸的制造方法，使由上述任一交酯制造方法得到的交酯开环聚合，得到聚乳酸。
再有，本发明的乳酸乙酯的制造方法，使由乳酸发酵得到的乳酸铵、乙醇在加压条件下反应，合成乳酸乙酯。
本发明的乳酸酯的制造方法，使由乳酸发酵得到的乳酸铵水溶液和与水分离成两层的碳数4以上的醇回流，同时在反应器中反应，将冷凝的水及醇的至少一部分储存在分离器中，将储存在所述分离器中的下层的水至少一部分排出，向分离器中加入新的水，同时将上层的醇至少一部分返回反应器中，反复进行该一系列的操作，合成乳酸酯。
本发明的乳酸酯的制造方法，使由乳酸发酵得到的乳酸铵水溶液和与水分离成两层的碳数4以上的醇回流，同时在反应器中反应，逐次地蒸馏出醇的一部分或全部，同时向反应器中加入新的醇，合成乳酸酯。
还有，本发明乳酸预聚物的制造方法，包括(1)由乳酸发酵得到的乳酸铵合成乳酸酯，(2)在一丁基锡以外的催化剂存在下将所述乳酸酯缩聚，边回流乳酸酯和/或其缩聚物聚乳酸(乳酸预聚物)边进行该缩聚，合成重均分子量不足15,000的聚乳酸(乳酸预聚物)。
在使乳酸铵与乙醇反应生成酯的场合下，可考虑例如对乳酸铵加入5-20倍摩尔的乙醇，以便使平衡向酯的一方倾斜的方法。
还有，在蒸馏除去乙醇和所生成的乳酸乙酯之后，通过向反应器中所剩余的未反应的乳酸铵中加入新的乳酸发酵液与乙醇使之反应，可提高乳酸乙酯的回收率。
由于乙醇的沸点低，为78℃，所以通过对该反应加压，使乙醇蒸气压上升，提高反应温度，可提高反应速度。即使在这种情况下，脱离的氨由压力控制阀向体系外取出。作为加压的方法，可为由乙醇本身的蒸气压提高的方法、和用氮等不活泼气体加压的方法。
在边使乳酸铵与丁醇回流边反应的方法中，若在由反应器蒸气化后冷凝并在分离器中被分离的水中氨饱和，则在上层的丁醇中发生氨蓄积，反应变慢。即是说，可认为分离器中的下层水起到如下作用，即，将存在于上层丁醇中的氨到水一侧，减少返回到反应器中的丁醇中所存在的氨量。因此，由于将分离器中所储存的下层水换成新水，将上层丁醇中的氨到该新水中，使降低了氨含量的丁醇返回反应器中，再进行反应。
根据本发明，提供了由乳酸发酵得到的乳酸铵一贯地制造交酯的方法，以及由乳酸发酵得到的乳酸铵一贯地制造聚乳酸的方法。还有，根据本发明，提供了由乳酸发酵得到的乳酸铵制造乳酸酯的方法。
本方法是将由发酵乳酸制的乳酸铵直接制成乳酸酯，因而不需要像已有方法那样将乳酸盐转换为乳酸游离体的操作。因此，可减少交酯制造或聚乳酸制造中的工序，更廉价地制造交酯及聚乳酸。
此外，本方法使用中性乳酸铵为原料，所以，反应容器和各种配管不需要钛制或玻璃制等的耐酸性材料。因此，与为了将乳酸游离单体作成原料而需要耐腐蚀性的反应容器和各种配管的已有方法相比较，制造设备的投资少且经济。
图2为表示进行己糖异型乳酸发酵时本发明交酯的制造方法或聚乳酸制造方法工序的略图。
图3为表示进行戊糖异型乳酸发酵时本发明交酯的制造方法或聚乳酸制造方法工序的略图。
(1)发酵乳酸的酯化和脱铵工序在本发明的交酯制造方法或聚乳酸制造方法中，使用发酵乳酸。乳酸中有L-乳酸与D-乳酸的光学异构体，但在本发明中，可使用任一异构体的铵盐或混合物。按照所使用的铵盐的L/D比，决定所得到的交酯L-交酯/内消旋交酯/D-交酯的比率，并且决定所得到的聚乳酸中的L-乳酸单位/D-乳酸单位的比率。只含有L-乳酸单位或D-乳酸单位的聚乳酸结晶化并可得到高熔点。
葡萄糖等己糖通过异型乳酸发酵，由1摩尔葡萄糖变为1摩尔乳酸与1摩尔乙醇，产生1摩尔CO2气。边用氨中和边进行异型乳酸发酵，将所生成的乳酸铵用醇(乙醇)酯化，制成乳酸酯(乙酯)。回收酯化时所生成的氨。蒸馏除去未反应的醇(乙醇)，进行乳酸酯(乙酯)的精制。
木糖等戊糖通过异型乳酸发酵，由1摩尔木糖生成1摩尔乳酸与1摩尔乙酸。边用氨中和边进行异型乳酸发酵，生成乳酸铵与乙酸铵。将乳酸铵与乙酸铵用乙醇酯化，制成乳酸乙酯、乙酸乙酯。回收酯化时所生成的氨。蒸馏除去未反应的乙醇，通过蒸馏进行乳酸乙酯的精制，同时除去并回收乙酸乙酯。乙酸乙酯作为溶剂是有用的。
木质类生物物质中包括有纤维素、半纤维素，通过糖化可得到已糖及戊糖。这样，通常，在将木质糖化的物质中混有葡萄糖等己糖和木糖等戊糖。也可以通过色层分离等将其进行精制，将己糖或戊糖作为引发物如上所述进行异型乳酸发酵。或者，也可以作为己糖及戊糖的混合物将其直接利用。
因此，也可以将含有己糖及戊糖的混合物进行异型乳酸发酵。边由氨中和边进行异型乳酸发醇，由己糖生成乳酸铵与乙醇，由己糖生成乳酸铵与己醇，由戊糖生成乳酸铵和乙醇铵。将乳酸铵与乙酸铵用乙醇(若由发酵得到的乙醇量不充分要进一步添加)酯化，则制成乳酸乙酯、乙酸乙酯。回收酯化时所生成的氨。蒸馏除去未反应的乙醇，通过蒸馏来精制乳酸乙酯，同时除去并回收乙酸乙酯。
在上述的任一场合下进行乳酸氨的酯化时，优选对乳酸铵添加1-3倍摩尔的醇。并且，特别是在用乙醇来酯化时，优选是通过加压，提高反应温度。通过提高反应温度，可提高反应速度。此外，对乳酸铵也可以加0.1-3倍摩尔的水与催化剂量的硫酸等强酸。
作为进行同型乳酸发酵的微生物，可举出乳酸杆菌属(Lactobacillus)的一部分、链球菌属(Streptococcus)、根菌属、杆菌属等。作为进行异型乳酸发酵的微生物，可举出明串株菌属、乳酸杆菌属的一部分。通过所用的微生物菌株，可得到L-乳酸、D-乳酸、外消旋体DL-乳酸，所以可根据聚乳酸的使用目的，选择菌株。
在本方法中，也可以将由氨水中和的乳酸发酵液直接作为原料使用，也可以通过已知的方法，如用离心分离除去微生物、活性碳处理、溶剂萃取、电泳透析和用膜过滤等，进行预处理。
(2)乳酸酯的缩聚和脱醇工序将所得到的乳酸酯加热至130-220℃，将压力由常压减压至5mmHg左右，进行缩聚，制成重均分子量不足15,000，优选是重均分子量约1000-3500的乳酸低聚物(乳酸预聚物)。使单体及由缩聚产生的乳酸低聚物回流，将醇(乙醇)除去、回收于反应体系之外。
其次，在缩聚中，优选分阶段慢慢地升温。例如，以第1段135±3℃、第2段150±3℃、第3段160±3℃为优选(实施例2)。缩聚工序既可以进一步分段进行，或者也可以连续地慢慢进行升温进行。例如，以第1段135±3℃、第2段150±3℃、第3段160±3℃、第4段180±3℃、第5段200±3℃这样的多段升温为优选(实施例3)。此外，通过加压来提高反应温度也是理想的。还有，也可以加聚合催化剂。通过这样的条件，得到重均分子量约1000-3500的乳酸低聚物，与交酯的沸点差异变大，变为容易分离。
(3)乳酸低聚物的解聚和分子内酯化工序将所得到的乳酸低聚物解聚，使分子内酯化(环形二聚化)生成交酯。解聚在于，在一丁基锡以外的解聚催化剂存在下，将应处理的乳酸低聚物加热至乳酸低聚物的熔融温度以上的温度，同时减压至所述温度中交酯蒸气压以下的压力，蒸馏除去所生成的交酯。通常，在5-50mmHg的减压下，以190-200℃为优选。通过使用高真空度的装置来提高交酯的收率。
作为聚合催化剂或解聚催化剂，可利用由周期表IA族、IIA族、IIB族、IVA族、IVB族、VA族及VIIA族组成的一组中所选择的至少一种由金属或金属化合物组成的催化剂。
作为属于1A族的催化剂，可举出例如碱金属的氢氧化物(例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等)、碱金属与弱酸的盐(例如乳酸钠、乙酸钠、碳酸钠、辛酸钠、硬脂酸钠、乳酸钾、乙酸钾、碳酸钾、辛酸钾等)、碱金属的烷氧基化物(例如甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾等)等。
作为属于IIA族的催化剂，可举出例如有机酸的钙盐(例如乙酸钙等)。
作为属于IIB族的催化剂，可举出例如有机酸的锌盐(例如乙酸锌等)。
作为属于IVA族的催化剂，可举出例如除一丁基锡以外的有机锡类催化剂(例如乳酸锡、酒石酸锡、二辛酸锡、二月桂酸锡、二软脂酸锡、二硬脂酸锡、二油酸锡、α-萘乙酸锡、β-萘乙酸锡、辛酸锡等)之外，还有粉末锡等。
作为属于IVB族的催化剂，可举出例如四丙基钛酸酯等的钛类化合物、异丙醇锆等的锆类化合物等。
作为属于VA族的催化剂，可举出例如三氧化锑等的锑类化合物等。
作为属于VIIA族的催化剂，可举出例如有机酸的锰盐(例如乙酸锰等)。
这些催化剂均为已知的聚乳酸的聚合用催化剂，但从催化剂活性来看，其中特别优选以由锡或锡化合物组成的催化剂。
在本发明中，上述催化剂以应处理的乳酸低聚物的10-4-1.0wt％的量使用为优选。以0.001-0.01wt％的量更为优选。
(4)交酯的开环聚合工序用已知的方法使所得的交酯开环聚合，可制造聚乳酸或聚乳酸共聚物。例如，在辛酸锡催化剂存在下在160-180℃下使交酯聚合。得到重均分子量10万-100万(GPC、聚苯乙烯换算)左右的高分子量聚乳酸。
实施例根据实施例更加具体地说明本发明，但本发明并不局限于这些实施例。
实施例1(1)酯化和脱氨工序在具有搅拌机、冷却管和温度计的容积为1000ml的烧瓶中装入由发酵法制造的L-乳酸铵水溶液(68％)472g与乙醇500g，使反应液温度保持在90-100℃，使乙醇回流3小时，进行了酯化。将此时所发生的并未由冷却管收集的氨通过装在冷却管前部并盛有冰水的洗气瓶回收。氨的回收率为98％。
(2)未反应乙醇的除去工序将(1)中得到的反应液温度保持在80℃，蒸馏除去(回收)未反应的乙醇360g。接着，使反应液温度上升至120℃，蒸馏除去反应液中的水分150g。
(3)乳酸乙酯的精制工序将由(2)所得到的反应液减压至50mmHg，将液温保持在70-100℃，进行单元蒸馏，得到精制L-乳酸乙酯351g(收率99.2％)。
(4)乳酸乙酯的缩聚工序在具有搅拌机、冷却管、温度计和氮导入管的容积为500ml的烧瓶中装入由(3)得到的精制L-乳酸乙酯236g与辛酸锡1.18g，将液温保持在160℃，在氮气流下将压力由常压慢慢地减压5小时，成为200mmHg，蒸馏出由L-乳酸乙酯缩聚所产生的乙醇91g。经过GPC测定所得到的缩聚物重均分子量为3000。
(5)交酯生成工序将由(4)所得到的反应液保持在压力5mmHg、液温200℃，进行蒸馏，作为本馏分得到LL-交酯142.95g(收率99.3％、纯度99.8％)。
(6)聚合工序在螺口试管内装入由(5)所得到的交酯10g与辛酸锡0.25g，经过氮置换之后，密封塞好，在180℃下进行聚合20分钟。得到的聚乳酸重均分子量为250,000(GPC、聚苯乙烯换算)。
实施例2与实施例1完全相同地进行了(1)酯化和脱氨工序、(2)未反应乙醇除去工序、(3)乳酸乙酯精制工序。
(4)乳酸乙酯缩聚工序在具有搅拌机、回流管和温度计的容积为500ml的烧瓶内装入由(3)所得到的精制L-乳酸乙酯236g，分阶段地使液温由135℃上升到160℃，使压力由常压慢慢地减压3小时达到5mmHg。此间使L-乳酸乙酯及由L-乳酸乙酯缩聚所生成的L-乳酸低聚物回流于烧瓶内，并且，为了将所生成的乙醇取出体系之外，将回流管的冷却水温度分阶段地从10℃上升到60℃。此时所生成的乙醇91g收集于在回流管前部所设置的冷槽。经GPC测定得到的缩聚物重均分子量为2800。
(5)交酯生成工序向由(4)得到的反应液(L-乳酸低聚物)中添加辛酸锡1.2g，保持在压力5mmHg、液温200℃，进行蒸馏，作为本馏分得到LL-交酯142.95g(收率99.3％，纯度99.8％)。
(6)聚合工序在螺口试管内装入由(5)得到的交酯10g与辛酸锡0.25g，在氮置换之后，经密封塞好，在180℃下聚合20分钟。得到的聚乳酸重均分子量为250,000(GPC、聚苯乙烯换算)。
实施例3与实施例1完全相同地进行了(1)酯化和脱氨工序、(2)未反应乙醇除去工序、(3)乳酸乙酯精制工序。
(4)乳酸乙酯缩聚工序在具有搅拌机、回流管和温度计的容积为500ml的烧瓶内装入由(3)所得到的精制L-乳酸乙酯(光学纯度99.7％)236g，在常压下使液温分阶段地从135℃上升到220℃，此间使L-乳酸乙酯及由L-乳酸乙酯缩聚所生成的L-乳酸低聚物回流于烧瓶内，并且，为了将所生成的乙醇取出体系之外，将回流管的冷却水温度定为85℃。
其次，将压力由常压慢慢地减压3小时，达到5mmHg。此间，使通过L-乳酸乙酯缩聚生成的L-乳酸低聚物回流于烧瓶内，并且为了将所生成的乙醇取出于体系之外，将回流管冷却水的温度分阶段地从10℃上升到60℃。此时所生成的乙醇91g被收集于在回流管前部设置的冷槽内。经GPC测定得到的缩聚物重均分子量为2800。
将该缩聚物的一部分制成样品，由氢氧化钠水解。由水解得到的乳酸的L-乳酸光学纯度为99.5％，在缩聚工序中，未见到光学纯度的下降。
(5)交酯生成工序向由(4)得到的反应液(L-乳酸低聚物)中添加辛酸锡1.2g，保持在压力5mmHg、液温200℃，进行蒸馏，作为本馏分得到LL-交酯142.95g(收率99.3％，纯度99.8％)。
(6)聚合工序在螺口试管内装入由(5)得到的交酯10g与辛酸锡0.25g，在由氮置换后，密封塞好，在180℃下聚合20分钟。所得到的聚乳酸重均分子量为250,000(GPC、聚苯乙烯换算)。
实施例4对含有葡萄糖500g、酵母提取物100g、细菌培养基用的胨100g的培养基5L用高压灭菌器灭菌，进行了异类链球菌的菌培植。在37℃下进行培养，用6N的氨水控制为pH7.0。约15小时结束培养，浓缩培养液，添加1000g的乙醇，将温度保持在90-100℃，将乙醇环流3小时。此时所发生的未由冷却管收集的氨由设置在冷却管前部并盛有冰水的洗气瓶回收。氨的回收率为98％。将所得到的反应液保持在80℃，蒸馏除去(回收)未反应的乙醇750g。接着，使反应液上升到120℃，蒸馏除去反应液中的水分120g。
将所得到的反应液减压至50mmHg，将液温保持在70-100℃，进行单元蒸馏，得到精制L-乳酸乙酯650g。
在具有搅拌机、冷却管、温度计和氮导入管的容积为1000ml的烧瓶内装入所得到的精制L-乳酸乙酯650g与辛酸锡3.3g，将液温保持在160℃，在氮气流下将压力由常压慢慢地减压5小时，达到200mmHg，蒸馏出由L-乳酸乙酯缩聚产生的乙醇250g。由GPC测定所得到的缩聚物重均分子量为3200。
将所得到的反应液保持在压力5mmHg，液温200℃，进行蒸馏，作为本馏分得到LL-交酯393g。
在螺口试管中装入得到的LL-交酯10g与辛酸锡0.25g，经氮置换之后，密封塞好，在180℃下聚合20分钟。所得到的聚乳酸重均分子量为200,000(GPC、聚苯乙烯换算)。
实施例5对含有来源于木质的木糖400g、酵母提取物80g、细菌培养基用胨80g的培养基4L用高压灭菌器灭菌，进行了明串株菌属的菌培植。在37℃下培养，由6N的氨水控制为pH7.0。约25小时结束培养，浓缩培养液，添加500g的乙醇，将温度保持在90-100℃，使乙醇回流3小时。将此时所发生的未经冷却管收集的氨由装在冷却管前部的盛有冰水的洗气瓶回收。氨的回收率为98％。将得到的反应液保持在80℃，蒸馏除去了未反应的乙醇250g。接着，使反应液上升到120℃，蒸馏除去反应液中的水分75g。
将所得到的反应液减压至50mmHg，将液温保持在70-100℃，进行单元蒸馏，得到精制L-乳酸乙酯310g与乙酸乙酯230g。
在具有搅拌机、冷却管、温度计和氮导入管的容积为1000ml的烧瓶中装入所得到的精制L-乳酸乙酯310g与辛酸锡1.5g，将液温保持在160℃，在氮气流下将压力从常压慢慢地减压5小时，达到200mmHg，蒸馏出由L-乳酸乙酯的缩聚所产生的乙醇120g(得到120g新的乙醇)。经过GPC测定所得到的缩聚物重均分子量为2900。
将所得到的反应液保持在压力4mmHg，液温210℃，进行蒸馏，作为本镏分得到LL-交酯283g。
在螺口试管中装入得到的LL-交酯10g与辛酸锡0.25g，经氮置换之后，密封塞好，在180℃下聚合20分钟。所得到的聚乳酸重均分子量为190,000(GPC、聚苯乙烯换算)。
实施例6对含有来源于木质的木糖50g、葡萄糖350g、酵母提取物80g、细菌培养基用的胨80g的培养基4L用高压灭菌器灭菌，进行了明串株菌属的菌培植。在37℃下培养，由6N的氨水控制为pH7.0。约30小时结束培养，浓缩培养液，添加400g的乙醇，将温度保持在90-100℃，使乙醇回流3小时。将此时发生的未经冷却管收集的氨由设在冷却管前部并盛有冰水的洗气瓶回收。氨的回收率为97％。将所得到的反应液保持在80℃，蒸馏除去未反应的乙醇426g。接着，使反应液上升到120℃，蒸馏除去反应液中的水份60g。
将所得到的反应液减压至50mmHg，将液温保持在70-100℃，进行单元蒸馏，得到精制L-乳酸乙酯260g、乙酸乙酯20g和乙醇426g。
在具有搅拌机、冷却管、温度计和氮导入管的容积为1000ml的烧瓶中装入得到的精制L-乳酸乙酯260g与辛酸锡1.3g，将液温保持在160℃，在氮气流下将压力由常压慢慢地减压5小时，达到200mmHg，蒸馏出由L-乳酸乙酯缩聚产生的乙醇100g。经GPC测定所得到的缩聚物重均分子量为2500。
将所得到的反应液保持在压力5mmHg、液温200℃，进行蒸馏，作为本镏分得到LL-交酯314g。
在螺口试管中装入得到的LL-交酯10g与辛酸锡0.25g，经氮置换之后，密封塞好，在180℃下聚合20分钟。所得到的聚乳酸重均分子量为220,000(GPC、聚苯乙烯换算)。
本发明不脱离其主要宗旨及主要特征，可以其他各种方式实施。因此，上述实施例只不过是在所有点上作简单的示出，不能成为限定的解释。此外，凡属本发明保护范围的均等范围的变更，均属本发明的保护范围之列。
权利要求
1.一种交酯的制造方法，其特征是，(1)由乳酸发酵得到的乳酸铵合成乳酸酯；(2)在一丁基锡以外的催化剂存在下对所述乳酸酯进行缩聚，合成重均分子量不足15,000的聚乳酸(乳酸预聚物)；(3)使所述聚乳酸解聚，生成交酯。
2.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵与醇反应，合成乳酸酯，同时回收氨。
3.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵与碳数4或5的醇以外的醇反应，合成乳酸酯，同时回收氨。
4.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵与乙醇在加压条件下反应，合成乳酸乙酯，同时回收氨。
5.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵水溶液和与水分离为两层的碳数4以上的醇回流，同时在反应器中反应，将冷凝水及醇的至少一部分储存在分离器中，将储存在所述分离器中的下层水的至少一部分排出并向分离器中加入新的水，同时使上层的醇至少一部分返回反应器中，并反复地进行该一系列的操作，合成乳酸酯，同时回收氨。
6.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵水溶液和与水分离为两层的碳数4以上的醇回流，同时在反应器中反应，逐次地蒸馏出醇的一部分或全部，同时向反应器中加入新的醇，合成乳酸酯，同时回收氨。
7.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，使由乳酸发酵得到的乳酸铵与乙醇反应，反应结束后，分别蒸馏出乙醇与乳酸乙酯，向剩余的乳酸铵溶液中新加入乙醇，或者向剩余的乳酸铵溶液中新加入乙醇和由乳酸发酵得到的乳酸铵，再次使乳酸铵与乙醇反应，反复进行该反应操作，合成乳酸乙酯，同时回收氨。
8.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(2)中，使乳酸酯和/或其缩聚物聚乳酸(乳酸预聚物)回流，同时进行缩聚。
9.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(2)中，使乳酸酯缩聚，得到乳酸预聚物，同时回收所生成的醇。
10.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(2)中，在乳酸酯缩聚的工序中使反应器的温度逐次地上升。
11.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，在含有己糖的培养基中通过氨控制pH对进行异型乳酸发酵的微生物进行培养，生成乳酸铵及乙醇，使乳酸铵与醇反应，合成乳酸酯，同时回收氨。
12.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，在含有己糖的培养基中通过氨控制pH对进行异型乳酸发酵的微生物进行培养，生成乳酸铵及乙醇，使乳酸铵与碳数4或5的醇以外的醇反应，合成乳酸酯，同时回收氨。
13.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，在含有戊糖的培养基中通过氨控制pH对进行异型乳酸发酵的微生物进行培养，生成乳酸铵及乙酸铵，使乳酸铵及乙酸铵与乙醇反应，合成乳酸乙酯及乙酸乙酯，同时回收氨，然后通过蒸馏除去乙酸乙酯；在所述工序(2)中，将乳酸乙酯缩聚，得到乳酸预聚物，同时回收所生成的乙醇。
14.根据权利要求1所述的交酯制造方法，其特征是，在所述工序(1)中，在含有戊糖及己糖的培养基中通过氨控制pH对进行异型乳酸发酵的微生物进行培养，生成乳酸铵、乙醇及乙酸铵，使乳酸铵及乙酸铵与乙醇反应，合成乳酸乙酯及乙酸乙酯，同时回收氨，然后通过蒸馏除去乙酸乙酯；在所述工序(2)中，将乳酸乙酯缩聚，得到乳酸预聚物，同时回收乙醇。
15.一种聚乳酸的制造方法，其特征是，使由权利要求1所述的交酯制造方法得到的交酯开环聚合，得到聚乳酸。
16.一种乳酸乙酯的制造方法，其特征是，使由乳酸发酵得到的乳酸铵与乙醇在加压条件下反应，合成乳酸乙酯。
17.一种乳酸酯的制造方法，其特征是，使由乳酸发酵得到的乳酸铵水溶液和与水分离成两层的碳数4以上的醇回流，同时在反应器中反应，将冷凝的水及醇的至少一部分储存在分离器中，将储存在所述分离器中的下层的水至少一部分排出，向分离器中加入新的水，同时将上层的醇至少一部分返回反应器中，反复进行该一系列的操作，合成乳酸酯。
18.一种乳酸酯的制造方法，其特征是，使由乳酸发酵得到的乳酸铵水溶液和与水分离成两层的碳数4以上的醇回流，同时在反应器中反应，逐次地蒸馏出醇的一部分或全部，同时向反应器中加入新的醇，合成乳酸酯。
19.一种乳酸预聚物的制造方法，其特征是，(1)由乳酸发酵得到的乳酸铵合成乳酸酯，(2)在一丁基锡以外的催化剂存在下将所述乳酸酯缩聚，该缩聚边回流乳酸酯和/或其缩聚物聚乳酸(乳酸预聚物)边进行，合成重均分子量不足15,000的聚乳酸(乳酸预聚物)。
全文摘要
本发明提供由乳酸发酵得到的乳酸铵一贯地制造交酯的方法,以及由乳酸发酵得到的乳酸铵一贯地制造聚乳酸的方法。交酯的制造方法为:(1)由乳酸发酵得到的乳酸铵合成乳酸酯;(2)在一丁基锡以外的催化剂存在下对所述乳酸酯进行缩聚,合成重均分子量不足15,000的聚乳酸(乳酸预聚物);(3)使所述聚乳酸解聚,生成交酯。还有,(4)使所述交酯开环聚合,得到聚乳酸的聚乳酸制造方法。以及由乳酸发酵得到的乳酸铵制造乳酸酯的方法。
文档编号C07D319/12GK1369490SQ02103318
公开日2002年9月18日 申请日期2002年1月30日 优先权日2001年1月31日
发明者小原仁实, 伊藤正博, 泽诚治 申请人:株式会社岛津制作所