聚羟基-羧酸的制备方法
【专利摘要】本发明公开了制备聚乳酸的方法，其包括如下步骤：使用催化剂和催化剂灭活化合物或封端添加剂进行开环聚合以获得MW大于10,000g/mol的粗制聚乳酸，通过低沸点化合物以气相流形式脱挥而从粗制聚乳酸中除去和分离包含丙交酯和杂质的低沸点化合物以提纯粗制聚乳酸，通过使蒸发气相流冷凝产生冷凝流和该冷凝流的随后熔体结晶而提纯来自脱挥的丙交酯和从蒸发的低沸点化合物的气相流中除去杂质，其中将丙交酯提纯且脱除的杂质包括催化剂残留物和含有至少一个羟基的化合物，以通过将纯化的丙交酯进料回到开环聚合中而使其聚合。本发明还涉及用于实施该方法的装置，其包括：用于进行开环聚合以获得粗制聚乳酸的聚合反应器、用于从粗制聚乳酸中除去和分离包含丙交酯和杂质的低沸点化合物的脱挥装置和用于提纯丙交酯和从冷凝流中除去杂质的结晶装置，其中在脱挥装置与结晶装置之间设置用于冷凝气相流以产生冷凝流的冷凝器。
【专利说明】聚羟基-羧酸的制备方法
[0001]本发明涉及聚羟基-羧酸，特别是聚乳酸的制备方法，其中通过来自粗制聚乳酸提纯的侧流中的丙交酯的再循环和由这种提纯获得的丙交酯的再循环提高最终产物的收率。此外，本发明还涉及用于实施该方法以制备聚乳酸的装置。本发明还涉及蒸气态可生物降解的、α -羟基-羧酸的分子间环状二酯的熔体层结晶方法。
[0002]聚乳酸，在下文中也被称作PLA，是由乳酸合成的可生物降解的聚合物。这样的聚合物的一个特定优点是它们的生物相容性。关于术语生物相容性，其是指它们对环境中的任何生物只有非常有限的负面影响。另一优点在于，聚丙交酯聚合物衍生自完全可再生的原材料，如淀粉和来自例如甘蔗、甜菜等的其它糖类。
[0003]聚丙交酯聚合物自20世纪中期以来已经越来越商业化。但是，主要由于有限的单体可得性和高制备成本，它们的原始用途主要在医疗行业，如外科植入物或外科手术缝合线，例如用于骨折的钉子、螺钉、缝合材料或增强材料中。PLA的有用性质是聚丙交酯聚合物在体内分解，以免除用于除去任何植入物的二次外科手术处理。此外，PLA可用在受控分配药物用的缓释胶囊中。
[0004]近几十年中，由于显著增长的原油价格和环境意识以及生产方法的改进，聚丙交酯聚合物的制备对包装(特别是食品包装)更有意义，作为硬质包装以及挠性箔，如单轴向拉伸或双轴向拉伸膜。其它用途是纤维，例如用于服装、家具装饰或地毯中所用的织物。此外，挤出产品，如不回收型餐具或容器、办公用品或卫生制品。聚丙交酯聚合物也可以与其它材料组合以形成复合材料。
[0005]目前，两种制备方法已知用于制备PLA。这些制备方法中的第一种包括如JP733861或JP5996123中所述乳酸直接缩聚成聚乳酸。除乳酸外还使用溶剂实施该缩聚反应。此外，在整个缩聚过程中还必须连续排出水以便形成高分子量的聚丙交酯聚合物。出于所有这些原因，这种方法尚未商业化。
[0006]已经为商业PLA制备确立的方法使用中间产物丙交酯引发随后的开环聚合，其由丙交酯产生聚乳酸。已经例如在US5142023、US 4057537、US5521278、EP261572 JP564688B、JP2822906, EP0324245, W02009121830中公开了这种方法的许多变体。
[0007]这些文献中描述的方法具有共同的下列主要步骤:在第一步骤中，加工原材料，例如淀粉或例如从甘蔗或甜菜、玉米、小麦中提取的其它糖类，在第二步骤中，使用合适的细菌进行发酵以获得乳酸，在第三步骤中，从该混合物中除去溶剂(通常为水)，以便能在后继步骤中在无溶剂的情况下操作。在第四步骤中，将乳酸催化二聚以形成粗制丙交酯。通常进行任选的中间步骤，其包括乳酸预聚成低分子量聚乳酸并随后解聚形成粗制丙交酯。第五步骤包括丙交酯的提纯以除去可能以负面方式影响聚合并造成最终产物的着色以及臭味的外来物质。可以通过蒸馏或通过结晶进行分离。在第六步骤中，进行用于获得高分子量粗制聚乳酸的开环聚合。根据US 6 187 901，摩尔质量为约20000至500000 g/mol。任选地，可以在开环聚合过程中添加共聚化合物。在第七步骤中，将粗制聚乳酸提纯以获得纯化聚乳酸。在此阶段中，除去会降低聚合物稳定性并以负面方式影响后继塑料制备的参数，如熔融聚合物的粘度或流变性质的低沸点化合物，其造成最终产物的着色和讨厌的臭味。根据US 5 880 254，可以将粗制聚乳酸固化形成颗粒，其与例如流化床中的温和的(tempered)惰性气流接触。该惰性气体带走粗制聚乳酸的最低沸点化合物。在US 6 187 901中描述了另一方法。根据这种方法，通过多个喷嘴喷洒液体粗制聚乳酸以形成多条液体线。惰性气体围绕液体线经过，丙交酯蒸发到该热的惰性气流中。低沸点化合物流通常含有最多5重量％的丙交酯(dilactide)。
[0008]该乳酸具有两种对映异构体——L-乳酸和D-乳酸。化学合成的乳酸以50%各对映异构体的外消旋混合物形式含有L-丙交酯和D-丙交酯。但是，通过使用适当的微生物培养物使该发酵法更具选择性，以选择性获得L-或D-乳酸。
[0009]通过乳酸二聚制成的丙交酯分子呈现三种不同形式:L_ L丙交酯(其也被称作L-丙交酯)、D-D丙交酯(其也被称作D-丙交酯)和L, D丙交酯或D, L丙交酯(其也被称作内消旋丙交酯)。L和D-丙交酯是旋光的，而内消旋丙交酯不是。用于提纯粗制丙交酯的提纯步骤通常包括分离富含L-丙交酯的料流和富含D-丙交酯的料流和富含内消旋丙交酯的另一料流，各自可以分别提纯。通过掺合这三种丙交酯形式中的至少两种，可影响由聚乳酸形成的聚合物的机械性质和熔点。例如，通过将适当量的一种对映异构体混入另一种中，降低该聚合物的结晶速率，这又允许制成的胶质体发泡而不受太快固化妨碍。[0010]已尝试提高聚乳酸加工的收率和降低聚乳酸的制备成本。
[0011]US 5 142 023教导了将粗制丙交酯提纯步骤的低沸点化合物的气流至少部分进料回到丙交酯反应器中。在丙交酯反应器中形成重质残渣，其可部分绕流回到反应器本身中或进料回到分离装置中以从发酵后的乳酸中分离溶剂。
[0012]US 7 488 783教导了使粗制丙交酯结晶形成纯化丙交酯。对第一结晶步骤的残留物进行第二结晶步骤以从中分离丙交酯。将这种丙交酯进料回到第一结晶步骤或进料回到根据该方法的在先方法步骤之一。
[0013]US 5 521 278教导了使粗制丙交酯结晶。将残渣流蒸发，选择性冷凝并再循环回根据该方法的在先工艺步骤之一。
[0014]JP2822906公开了气态粗制丙交酯流固化成纯丙交酯。没有固化的残留物再循环回到丙交酯反应器中。
[0015]JP10101777公开了通过冷却惰性气流部分固化气态粗制丙交酯流以形成纯丙交酯。将残留物进料回到丙交酯反应器中。这种粗制丙交酯流来自直接缩聚反应。这种粗制丙交酯流是气态的。在具有自洁功能的结晶回流设备中将所述缩聚反应生成的粗制丙交酯流冷却至丙交酯的结晶温度。这种结晶回流设备具有用于使安装在圆筒中的两个螺杆旋转的旋转驱动装置，由此该旋转螺杆与相互啮合的齿轮安装在一起。通过在布置在筒壁中的冷却夹套中循环的冷却介质将该圆筒冷却至丙交酯和乳酸的一部分低分子量化合物结晶的温度并借助两个螺杆向排出口传送和从这种排出口流回至分批过程缩聚反应器。使用溶剂进行结晶。使用这种溶剂，例如水降低熔体的粘度，这据信改进质量传递。因此低熔点化合物更容易与高熔点化合物分离，这在结晶装置的结晶表面上形成晶体部分。因此如果降低熔体的粘度，据信降低该晶体的污染。如JP10101777中公开的发明的目的是除去溶剂。
[0016]任何所述方法都涉及来自粗制丙交酯提纯的部分料流的再循环。任何这些方法都用于提高该方法的收率，但没有公开仍以最多5%的百分比存在于粗制聚乳酸中的丙交酯是否可以再循环。[0017]文献US 6187901涉及从聚丙交酯中除去丙交酯和从含丙交酯的气体中回收丙交酯的方法。借助喷嘴将粗制聚乳酸喷到含有热惰性气体的空间中。由此形成细线。这些线在重力下和在层流条件下下落。由此该聚合物熔体更快流入该线的内部而非表面部分中。由此在足够细的线的内部流动的聚合物熔体在其向下路径中构成用于丙交酯蒸发的新的材料传递表面。丙交酯部分蒸发并收集在惰性气体中，由此其在结晶室中通过快速冷却结晶。所得晶体在旋风分离器或过滤装置中分离并再循环到聚合反应器中。通过这种工艺步骤可以将聚乳酸中的丙交酯的量降至最多1%。但是，该丙交酯再循环需要惰性气流，其在作为废气流排放前必须净化。
[0018]文献US 5 880 254公开了制备聚乳酸的方法。粗制聚乳酸以颗粒形式结晶。对颗粒施以经过形成流体床的颗粒的热惰性气流。颗粒中所含的丙交酯蒸发并随惰性气流带走和进料回到聚合反应器中。纯化的聚乳酸仍含有大约1%的丙交酯。
[0019]US 6 187 901或US 5 880 254的各方法都需要惰性气体，其必须经过处理以再循环，这又需要额外设备，因此具有提高聚乳酸提纯的成本的结果。
[0020]发明概述
本发明的一个目的是提供没有之前论述的方法的缺点的用于制备聚乳酸的改进的方法，另一目的是与根据US 6 187 901或US 5 880 254的方法相比减少惰性气体处理所需的设备和提闻收率。[0021]根据本发明，通过包含下列步骤的制备聚乳酸的方法实现第一目的:使用催化剂和催化剂灭活化合物或封端添加剂进行开环聚合以获得MW大于10，000 g/mol的粗制聚乳酸，通过低沸点化合物以气相流形式脱挥而从粗制聚乳酸中除去和分离包含丙交酯和杂质的低沸点化合物以提纯粗制聚乳酸，通过使蒸发气相流冷凝产生冷凝流和该冷凝流的随后熔体结晶而提纯来自脱挥的丙交酯和从蒸发的低沸点化合物的气相流中除去杂质，其中将丙交酯提纯且脱除的杂质包括催化剂残留物和含有至少一个羟基的化合物，以通过将其进料回到开环聚合而使纯化的丙交酯聚合。
[0022]通过用于实施该方法的装置实现另一目的，其包括用于进行开环聚合以获得粗制聚乳酸的聚合反应器、用于从粗制聚乳酸中除去和分离包含丙交酯和杂质的低沸点化合物的脱挥装置和用于提纯丙交酯和从冷凝流中除去杂质的结晶装置，其中在脱挥装置与结晶装置之间设置用于冷凝气相流以产生冷凝流的冷凝器。
[0023]在该方法的一个优选实施方案中，借助层结晶或悬浮结晶进行熔体结晶。在该方法的另一优选实施方案中，来自脱挥的蒸发气相流含有至少30%，优选至少60%，最优选至少90%的丙交酯。在再一优选实施方案中，由冷凝流的熔体结晶产生的晶体在进一步结晶阶段中结晶。在又一优选实施方案中，层结晶包含发汗步骤，接着是以晶体形式存在于结晶表面上的固化部分的熔融步骤。在又一优选实施方案中，脱除的杂质包括有机金属化合物或羧酸。
[0024]在又一优选实施方案中，没有惰性气流的装置用于该熔体结晶。在又一优选实施方案中，来自结晶的至少一部分清除流再循环至纯化丙交酯制备中的粗制丙交酯提纯步骤、预聚和二聚步骤或溶剂脱除步骤。在又一优选实施方案中，收集来自结晶的母液和/或来自发汗步骤的液体并再结晶以回收丙交酯。
[0025]在本发明的装置的一个优选实施方案中，该结晶装置是层结晶装置或悬浮结晶装置。在另一优选实施方案中，该层结晶装置是静态或降膜结晶装置。在再一优选实施方案中，该悬浮结晶装置含有洗涤塔。
[0026]发明详述
本发明的一个目的是包括通过结晶提纯可聚合单体或低聚物，如丙交酯的方法，其中在第一步骤中，进行用于获得具有大于10 000 g/mol的高分子量的粗制聚乳酸的开环聚合；在第二步骤中，提纯粗制聚乳酸以获得纯化聚乳酸，由此在第二步骤过程中，除去低沸点化合物和通过脱挥从粗制聚乳酸中分离低沸点化合物，在第三步骤中，使丙交酯再循环和通过由气相结晶或固化从第二步骤的蒸发气相流中除去杂质。在第三步骤过程中，除去杂质以使纯化丙交酯可以再添加到第二步骤的开环聚合中。这样的杂质可包含着色的和产生气味的化合物或任何添加剂副产物，如水、催化剂残留物，例如有机金属化合物、反应副产物、含有至少一个羟基(-0H)的化合物、酸性化合物，如羧酸、催化剂灭活化合物或封端添加剂。
[0027]有利地，该粗制聚乳酸的分子量为至少10 000 g/mol，优选至少15 000 g/mol,特别优选至少20 000 g/mol。任选可包括其它可聚合单体或低聚物，如乙二醇丙交酯(glycolactide)共聚物、聚乙醇酸或聚乙交酯酸(PGA)、苯乙烯-丁二烯-甲基丙烯酸酯的嵌段共聚物(SBM)、聚苯乙烯、1，4-聚丁二烯的共聚物、间同立构聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、具有被两个聚甲基丙烯酸甲酯嵌段包围的聚丙烯酸丁酯中心嵌段的三嵌段共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚醚醚酮(PEEK)、聚环氧乙烷(ΡΕ0)、聚乙二醇(PEG)、聚己内酰胺、聚己内酯、聚羟基丁酸酯中的至少一种。
[0028]用于乳酸或丙交酯共聚的典型共聚单体是乙醇酸或乙交酯(GA)、乙二醇(EG)、环氧乙烷(E0)、环氧丙烷(PO)、(R)-P-丁内酯(BL)、δ-戊内酯(VL)、￡-己内酯、1，5-二氧杂环庚烷-2-酮(DX0)、碳酸三亚甲酯(110、^异丙基丙烯酰胺^1?4么111)。
[0029]该粗制聚乳酸还可含 有其它杂质。
[0030]在聚合结束时，达到单体与聚合物之间的温度依赖性平衡，由此粗制聚乳酸含有大约5重量％未反应的丙交酯。单体含量必须降至小于0.5重量％以获得该聚合物的进一步加工所需的机械、化学、流变和热性质。
[0031]离开脱挥的蒸发气相流可以冷凝，由此获得冷凝流。蒸发气相流含有至少30重量％丙交酯。杂质应该只少量存在，因此水应该最多10 ppm，优选5 ppm，特别优选少于0.5ppm ο蒸发气相流中的任何乳酸应低于100 mmol/kg,优选少于50 mmol/kg,特别优选少于10 mmol/kg。该冷凝流由其液态结晶并有利地无溶剂地进行结晶。其特定优点在于，不需要用于除去任何溶剂的进一步步骤。有利地，在熔体层结晶装置或去升华装置之一，如降膜结晶装置或静态结晶装置的至少一个中进行结晶步骤，或在至少一个悬浮结晶装置中进行悬浮结晶。如果使用悬浮结晶装置，将冷凝流冷却以形成自由漂浮在悬浮结晶装置的液相中的丙交酯晶体，由此形成部分结晶的液流，随后将其进料至洗涤装置中。
[0032]或者，可以将蒸发气相流去升华，由此在去升华步骤中从气相直接冷却成固相。
[0033]通过根据上述任何备选方案的结晶获得的结晶部分含有纯化的丙交酯。有利地，脱挥在小于20毫巴，优选小于10毫巴，特别优选小于5毫巴的丙交酯分压下进行。含有纯化的丙交酯的固化部分可以在后继加热步骤中熔融以进料回到开环聚合中。可以在加热步骤之前对以结晶形式存在于结晶表面上的固化部分实施发汗步骤。母液可以留在晶体之间并由此形成含有杂质的内容物。在发汗步骤过程中，除去这些杂质。
[0034]来自脱挥的蒸发气相流含有至少30%丙交酯，有利地至少60%丙交酯，最优选至少90%丙交酯。为了提高来自该蒸发气相流的丙交酯收率，可以将母液和/或来自发汗阶段的液体进料至再结晶阶段。
[0035]根据本发明的一个优选实施方案，结晶装置借助气体管线或任选布置在脱挥与结晶之间的热交换器直接连接至脱挥装置。该热交换器特别构造成气体冷却器。这种热交换器特别有利于减少结晶装置的去升华表面，因为在进入结晶装置之前已能够从该蒸气流中除去一部分显热。
[0036]结晶装置与脱挥装置之间直接连接的后果是这两个装置基本在相同真空条件下运行。这意味着在结晶装置与脱挥装置之间不设置节流装置或真空泵。
[0037]本发明人已经发现，冷凝的丙交酯部分在熔体结晶步骤中的粘度令人惊讶地实现充分质量传递，又实现结晶部分的充分提纯。熔体结晶被理解为是无溶剂的结晶。熔体粘度可最高达100 mPas,由此该粘度优选低于10 mPas,特别优选低于5 mPas。
[0038]根据一个优选实施方案，该方法包括第一步骤，其中加工原材料以提取可发酵的多糖。该原材料可来自玉米、糖科植物、甘蔗、马铃薯或可发酵多糖的其它来源。在第二步骤中，使用合适的细菌进行发酵以获得粗制乳酸。在第三步骤中，从该混合物中除去溶剂。根据一种优选方法，可以通过蒸发除去溶剂。该溶剂特别可以是水。在第四步骤中，使乳酸催化二聚以形成粗制丙交酯。可以进行任选中间步骤，其包括乳酸预聚成低分子量聚乳酸和随后解聚形成粗制丙交酯。尚未反应成粗制丙交酯的乳酸可以排出并再循环至用于实施第三步骤的装置。来自丙交酯反应器的重质残渣可以再循环至第二或第三步骤的反应器。也可以将一部分重质残渣添加到随后的第六步骤中，其包括纯化的丙交酯聚合成聚乳酸或可以再循环至用于实施第三步骤的装置。
[0039]在第五步骤中，进行丙交酯的提纯以除去可能以负面方式影响聚合并造成最终产物的着色以及臭味的外来物质。可以`通过蒸馏或通过结晶法进行该分离。在使用蒸发时，不想要的化合物，如未反应的乳酸、其它羧酸包含在气相中。这些不想要的化合物存在于未结晶残留物中。不想要的化合物流可以再循环至第三或第四步骤的装置。
[0040]在第六步骤中，进行用于获得具有高分子量的粗制聚乳酸的开环聚合。在聚合过程中，达到单体与聚合物之间的温度依赖性平衡。该粗制聚乳酸含有大约4至6重量％未反应的丙交酯。单体含量必须降至小于0.5%以获得该聚合物的进一步加工所需的机械性质。因此该粗制聚乳酸必须提纯。
[0041]在第七步骤中，将粗制聚乳酸提纯以获得纯化聚乳酸。在这一阶段中，除去低沸点化合物，其惯常造成最终产物的着色和讨厌的气味或可能含有如果再循环会不合意地影响开环聚合过程的添加剂。例如通过在真空条件下闪蒸来脱挥，由此从粗制聚乳酸中分离低沸点化合物。蒸发的料流含有至少30%在根据第六步骤的开环聚合过程中尚未聚合成聚乳酸的丙交酯。此外，蒸发气相流可能含有造成最终产物的着色或气味(两者都是通常讨厌的性质)的其它低沸点化合物、反应副产物或如果再循环会不合意地影响开环聚合的添加剂。
[0042]根据第七步骤的提纯可以在一个或多个后继脱挥阶段中进行。粗制聚乳酸流中包含的丙交酯的主要部分留在第一脱挥阶段中，其总共占主要部分的5%。
[0043]在第八步骤中，借助结晶(其可包含去升华，由此由该气相固化)从第七步骤的蒸发气相流中提纯和再循环丙交酯。在这一步骤的过程中，除去着色的和产生气味的化合物或不合意的添加剂以使纯化的丙交酯可以再添加到第六步骤的开环聚合中，由此防止这样的着色的和产生气味的化合物的任何积聚或以有害方式作用于第六方法步骤中的过程。
[0044]作为产物流离开脱挥的纯化PLA的丙交酯含量小于1%。纯化的PLA的丙交酯含量优选小于0.5重量％。
[0045]蒸发气相流的丙交酯含量为至少30重量％，优选至少60%，最优选至少90%。
[0046]根据本发明的方法的一个变体，将离开脱挥的蒸发流冷凝并由其液态结晶。可以作为在降膜结晶装置或静态结晶装置中的层结晶来无溶剂地进行这种结晶。或者，可以在悬浮结晶装置中进行结晶，其中将冷凝的混合物冷却至形成自由漂浮在液体中的丙交酯晶体，由此形成部分结晶的液流。将这种部分结晶的液流进料至洗涤装置中，在此将固体与液体残留物分离。
[0047]通过上述任何结晶装置获得的晶体部分含有纯化的丙交酯并在最终结晶阶段中熔融以进料回到根据第六步骤的开环聚合中。未结晶的母液必须作为废物流从该工艺中排出或其可以至少部分再循环至如图2中所示的任何上述上游工艺步骤，例如3、4、5。
[0048]根据本发明的方法的一个变体，结晶装置(在其中形成丙交酯晶体)直接连接至脱挥装置。脱挥在小于20毫巴，优选小于10毫巴，特别优选小于5毫巴的丙交酯分压下运行。来自蒸发气相流的丙交酯固化到由结晶设备提供的冷却结晶表面上以形成结晶层。含有纯化丙交酯的固化部分在后 继加热步骤中熔融以进料回到根据第六步骤的开环聚合中。尚未作为晶体沉积在结晶表面上的液体部分必须作为废物流从该工艺中排出。
[0049]在用于熔融结晶表面上的晶体的加热步骤之前可以进行发汗步骤。在发汗步骤的过程中，进行晶体的部分熔融。存在于多晶层的晶体之间或其表面上的任何剩余的不想要的化合物可以从丙交酯晶体中分离和除去。在多晶层下，层被理解为含有许多晶体。杂质可能积聚在这种多晶层的晶体之间。可以通过发汗步骤除去这些杂质。在发汗步骤中生成的液体部分必须作为废物流从该工艺中排出。
[0050]在层结晶中，在由结晶装置提供的热交换表面上形成多晶层。根据一个优选实施方案，热交换表面是冷却介质循环所经过的板或管。具有板作为热交换表面的结晶装置也被称作静态结晶装置。具有管作为热交换表面的结晶装置也被称作降膜结晶装置。
[0051]为了提高由脱挥的蒸发气相流生成的丙交酯的纯度，可以在多个阶段中进行层结晶。由液化的蒸发气相流的结晶产生的熔融晶体可以在进一步结晶阶段中结晶，由此重新结晶来自第二结晶步骤的晶体部分的纯度，由此提高第二阶段的晶体的纯度。来自第二结晶阶段的液体残留物可以与来自发汗步骤的任何液体部分一起进料回到第一结晶阶段的进料中。
[0052]可以预见多于两个结晶阶段，由此可以将来自最后结晶阶段的液体残留物与来自发汗步骤的任何液体部分一起进料回到任一在先结晶阶段的进料中。结晶阶段的最佳数量取决于所需的丙交酯纯度。
[0053]此外，由气相固化生成的晶体可以熔融，然后再结晶以提高丙交酯的纯度。
[0054]根据用于提高来自气体蒸发流的丙交酯的收率的另一变体，可以收集母液和/或来自发汗阶段的液体并再结晶以回收仍包含在这两个部分中的丙交酯。
[0055]来自第一结晶步骤的母液(因此液化的蒸发气流)结晶以获得作为结晶部分的丙交酯，以使母液和/或来自这一再结晶阶段的发汗阶段的液体中的丙交酯含量低于液化的蒸发气流的结晶的相应部分中的。也可以对这种再结晶阶段的结晶物施以发汗步骤并随后熔融以添加到液化的脱挥部分中。可以使用进一步再结晶阶段，由此与各先前的再结晶阶段相比降低来自后一再结晶阶段的发汗步骤的液体残留物和/或液体中的丙交酯含量。由此将母液和/或来自后继再结晶阶段的发汗步骤的液体进料至在先再结晶阶段并将熔融的结晶物进料至后继再结晶阶段中。再结晶阶段数取决于对整个过程的成本优化。
[0056]熔体结晶实施方案中的层结晶或由气相的固化(即去升华)是间歇法。这些步骤有利地在一个或多个结晶装置，如熔体结晶装置或去升华装置中进行。这些装置的工作次序有利地分级以在装置之一中进行结晶或去升华，同时在任一其它装置中进行发汗或熔融。由此确保连续排出用于结晶的蒸发气相流而不需要中间缓冲。
[0057]丙交酯从来自脱挥装置的蒸发气相流中再循环的一个显著优点是与现有技术，如US 6 187 901或US 5 880 254中公开的方法相比使用更不复杂的设备和更简单的方法。该结晶装置具有简单的机械构造。此外，不需要惰性气流，因此不需要对这种附加惰性气流的任何处理步骤，这带来有利于本发明的丙交酯再生法的显著成本优点。
[0058]本发明的另一目的是改进蒸气态可生物降解的、α -羟基-羧酸的分子间环状二酯的提纯和使废物保持尽可能少和减少用于实施提纯的设备。
[0059]通过式I的蒸气态可生物降解的、α -羟基-羧酸的分子间环状二酯的熔体层结晶法实现这一目的
丫 R
R人。人。
其中R选自氢或含有式I的二酯的 熔体流的具有I至6个碳原子的直链或支链脂族基 团之一。
[0060]特别地，将进入用于实施熔体层结晶的熔体层结晶装置时熔体流的温度调节到(TC至130°C，优选10°C至110°c以在该蒸发气相流中的二酯的分压不大于20毫巴，优选不大于10毫巴，特别优选不大于5毫巴时使式I的二酯结晶。有利地将式I的二酯在该熔体流中的浓度调节至最低30重量％，优选最低40重量％，特别优选最低60重量％，特别是最低70重量％。根据一个优选实施方案，该熔体流具有小于10%，特别小于5 %，最优选小于1%的水含量。该方法特别适合提纯式I的二酯，即3，6- 二甲基-1，4- 二氧杂环己烷-2，5- 二酮(丙交酯)，特别是L，L-丙交酯。
[0061]根据一个有利的实施方案，至少一部分式I的二酯来自上游提纯装置，其可特别来自聚丙交酯制备、乳酸缩聚、平均分子量为500 g/mol至5，000 g/mol的乳酸低聚物的热解聚、丙交酯的精馏、含丙交酯的反应混合物的开环聚合、聚丙交酯或其共聚物的真空脱单体的至少一个工艺阶段。上游提纯可同时涉及上述工艺的两个或更多个工艺阶段和/或数个上述工艺。
[0062]特别地，来自式II的α-羟基-羧酸的式I的α -羟基-羧酸
可用于制备可生物降解的分子间环状二酯，其中R选自氢或具有I至6个碳原子的直链或支链脂族基团之一。根据一个特别优选的实施方案，式II的α-羟基-羧酸是乳酸。
[0063]有利地将式II的α -羟基-羧酸在熔体流中的浓度调节至最多20重量％，优选最多5重量％，特别优选最多I重量％。如果将α-羟基-羧酸在熔体流中的浓度限于小于10重量％，由熔体结晶装置获得的丙交酯可具有较高纯度，并且可以将这种丙交酯进料回到在先提纯步骤以提高最终产物(因此聚乳酸)的纯度。通过这种措施，可以制备高纯度和高分子量的聚乳酸。
[0064]如果该可生物降解的分子间环状二酯中的α -羟基-羧酸浓度能够保持低，也可以控制聚合和调节根据式I的可生物降解的分子间环状二酯的物理和化学性质。
[0065]特别可获得具有至少10 000的分子量的聚乳酸(PLA)，特别是L-或D-聚乳酸(PLLA或TOLA)。有利地，PLA的分子量为至少20 000，分子量特别有利地为至少50 000。
[0066]根据本发明的方法回收和再循环的丙交酯具有足以再用于聚合过程的纯度，以产生具有上述所需参数的PLA。
[0067]根据本发明的层结晶装置包括接收含有根据式I的可生物降解的α -羟基-羧酸的分子间环状二酯的熔体流的容器，
【权利要求】
1.制备聚乳酸的方法，其包括如下步骤: (i)使用催化剂和催化剂灭活化合物或封端添加剂进行开环聚合以获得丽大于10, 000 g/mol的粗制聚乳酸， (ii)通过低沸点化合物以气相流形式脱挥而从粗制聚乳酸中除去和分离包含丙交酯和杂质的低沸点化合物以提纯粗制聚乳酸， (iii)通过使蒸发气相流冷凝产生冷凝流和所述冷凝流的随后熔体结晶而提纯来自脱挥的丙交酯和从蒸发的低沸点化合物的气相流中除去杂质， 其中将丙交酯提纯且脱除的杂质包括催化剂残留物和含有至少一个羟基的化合物，以通过将纯化的丙交酯进料回到开环聚合中而使其聚合。
2.权利要求1的方法，其中借助层结晶或悬浮结晶进行熔体结晶。
3.权利要求1或2的方法，其中来自脱挥的蒸发气相流含有至少30%，优选至少60%，最优选至少90%的丙交酯。
4.权利要求1至3任一项的方法，其中由冷凝流的熔体结晶产生的晶体在进一步结晶阶段中结晶。
5.权利要求2至4任一项的方法，其中层结晶包括发汗步骤，接着是以晶体形式存在于结晶表面上的固化部分的熔融步骤。
6.权利要求1至5任一项的方法，其中脱除的杂质包括有机金属化合物或羧酸。
7.权利要求1至6任一项的方法，其中没有惰性气流的装置用于所述熔体结晶。`
8.权利要求1至7任一项的方法，其中来自结晶的至少一部分清除流再循环至制备纯化的丙交酯中的粗制丙交酯提纯步骤、预聚和二聚步骤或溶剂脱除步骤。
9.权利要求1至8任一项的方法，其中收集来自结晶的母液和/或来自发汗步骤的液体并再结晶以回收丙交酯。
10.用于实施权利要求1的方法的装置，其包括: 用于进行开环聚合以获得粗制聚乳酸的聚合反应器， 用于从粗制聚乳酸中除去和分离包含丙交酯和杂质的低沸点化合物的脱挥装置， 和用于提纯丙交酯和从冷凝流中除去杂质的结晶装置， 其中在脱挥装置与结晶装置之间设置用于冷凝气相流以产生冷凝流的冷凝器。
11.权利要求10的装置，其中所述结晶装置是层结晶装置或悬浮结晶装置。
12.权利要求11的装置，其中所述层结晶装置是静态或降膜结晶装置。
13.权利要求11的装置，其中所述悬浮结晶装置含有洗涤塔。
【文档编号】C07D319/12GK103502235SQ201180067630
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2011年11月15日 优先权日:2011年2月18日
【发明者】M.施特潘斯基, F.洛维亚特, A.库茨利克 申请人:苏舍化学技术有限公司