AT506039A1 - Nichtstatistische copolyester von l-milchsäure mit kontrollierter comonomerverteilung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft nichtstatistische Copolyester von L-Milchsäure mit polymerisationsfähigen Comonomeren, insbesondere stereoisomeren zyklischen Estern von D-bzw. L,D-Milchsäure, mit gesteuerter Copolymerverteilung.

Stand der Technik

Polyestern auf Basis von L-Milchsäure, hergestellt in einem mehrstufigen Prozess mit biotechnologischen und chemischen Verfahrensstufen aus stärkehältigen Substraten, wird ein hohes Substitutionspotenzial für thermoplastisch verformbare Heterokettenpolymere bei Synthesefaserstoffen, Folien und geschäumten Materialien prognostiziert. Begründet wird dies insbesondere mit der biogenen Rohstoffbasis aus verfügbaren landwirtschaftlichen Produkten in Kombination mit einem Eigenschaftsund Verarbeitungsprofil analog zu eingeführten, petrochemisch basierten Kunststoffen.

Die Material- und Verarbeitungseigenschaften der Homo- und Copolyester von Milchsäure werden analog anderen Thermoplasten sowohl durch chemische Struktur und Molmasse des Polymers als auch die Morphologie des Materials bestimmt. Darüber hinaus wird das Eigenschaftsbild dieses Kunststoffe entscheidend durch die Chiralität des Monomers und deren Erhalt im Polymer geprägt (Schema 1). Poly-L-milchsäure weist im Gegensatz zu den meisten aliphatischen Thermoplasten, ausgenommen Polyamide, infolge der chiralen Monomerbausteine eine isotaktische Polymerstruktur auf, die Teilkristaflinität im polymeren Festkörper bedingt und damit auch die typischen Materialeigenschaften determiniert. Insbesondere die thermischen Eigenschaften, wie Schmelzpunkt, Schmelzverhalten und Wärmeformbeständigkeit, sowie die mechanischen Eigenschaften des Polymers sind in starkem Umfang eine Funktion des Anteils chiraler Fehlstrukturen. Isomerenfreie Poly-L-milchsäure ist teilkristallin, für einen aliphatischen Polyester relativ hochschmelzend, und auch die mechanischen Eigenschaften, wie Zug- und Biegefestigkeit oder Modul, sind auf einem ho- -1 - Μ ···· ·· hen Niveau. Im Gegensatz dazu ist Poly-D,L-milchsäure aus statistisch verteilten L-und D-Monomeren in äquimolarem Verhältnis aufgebaut. Die Polymerstruktur ist ataktisch mit daraus folgender amorpher Morphologie, signifikant niedrigerer Erweichungstemperatur sowie insbesondere geringerem Modul. In Tabelle 1 sind Ergebnisse zum Einfluss von D-Monomerstrukturen auf die Materiaieigenschaften von Poly-L-Iactid zusammengestellt, wobei die höheren D-Monomeranteile keine Folge synthesebedingter Razemisierungen, sondern durch Zusätze bei der Polymerisation erreicht wurden (D.W. Grijpma, A.J. Pennings: Makromol. Chemie 195, 1649 (1994)). Die Formkörper für die mechanischen Prüfungen wurden durch Pressen bei Temperaturen oberhalb des Polymerschmelzpunkts hergestellt. Μ ···· ·· COOHHaC^SoH H L-Milchsäure COOH HO^; CH3 H D-Milchsäure H-

H

O

H

H3C H3C q H^/ 0 0 0 0 f~ncH3 )^ch3 0 ή meso-Dilactid

O O Ο H L-Dilactid u ch3 D-Dilactid

Schema 1. Stereoisomere von Dilactid (3,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion)

Tabelle 1. Thermische und mechanische Eigenschaften von Poly-L-milchsäuren in Abhängigkeit vom D-Milchsäure-Anteil D-Lactid [Mol-%] TM [°C] Zugfestigkeit [MPa] Schlagzähigkeit [kJ/m2] 0 192,1 59,5 12,7...13,5 0,3 184,2 63,0 15,0...15,8 0,5 183,3 66,7 36,7 1,0 178,9 65,2 26,3 5,0 150,7 56,9 8,9...9,3 9,1 133,1 59,3 10,3...12,4 -2- • ·

Infolge der relativ schwachen Nebenvalenz-Wechselwirkungskräfte bei aliphatischen Polyestern ist die Molmasse ein weiterer Faktor, der insbesondere die mechanischen Eigenschaften des Materials beeinflusst. Zur Minimierung morphologischer Fehlstrukturen im Festkörper sind deshalb hohe Molmassen mit möglichst enger, herstellungsabhängig zumindest jedoch konstanter Molmassenverteilung anzustreben.

In Abhängigkeit von den Herstellungs- bzw. Formgebungsverfahren lassen sich aus der wissenschaftlichen und Patentliteratur für Poly-L-milchsäure die folgenden Bereiche für die molekularen Parameter bzw. Festkörpereigenschaften angeben (vgl. beispielsweise R. E. Drumright et al., Adv. Mater. 12, 1841 (2000); N. Kawashima et al.: Polylactic acid „LACEA“, S. 251, sowie P. Gruber et al., Polylactides „NatureWorks PLA“, S. 235, in Y. Doi und A. Steinbüchel, Biopolymers, Vol. 4. Weinheim: Wiley-VCH, 2002; R. Auras et al., Macromol. Biosci. 4, 835 (2004); G. Schmack et al., J. Appl. Polymer Sei. 73, 2785 (1999); G. Perego et al., J. Appl. Polymer Sei. 59, 37 (1996)). • Molmassen Mn: 50.000 ... 120.000 g/mol • Molmasse Mw: 90.000 ... 250.000 g/mol • L-Monomeranteil: > 95 % • Restmonomergehalt: < 2 %

• Schmelzpunkt Tm: 170 ... 185 °C • Zugfestigkeit (Formkörper): 55 ... 70 MPa • Zugfestigkeit (Faser): 200 ... 450 MPa • Biegefestigkeit: 60 ... 120 MPa • Modul: 3 ... 6 GPa

Die relativ weiten Bereiche für die molekularen und makroskopischen Parameter resultieren zum einen aus der hohen Sensitivität des Poly-L-Iactids gegenüber Verunreinigungen durch die Stereoisomere D,D-Dilactid bzw. meso-Dilactid und zum anderen aus den unterschiedlichen Synthese- bzw. Formgebungsbedingungen. -3-

Die Abhängigkeit wichtiger einsatzrelevanter Materialeigenschaften des Poly-L-Iac-tids vom Anteil der stereoisomeren D,D- und meso-Dilactide ist vergleichbar einer Polymermodifizierung durch Copolymerisation mit strukturdifferenten Comonomeren. Diese Copolymere von L,L- bzw. D,L-Dilactid mit Diglykolid (1,4-Dioxan-2,5-dion), Dioxanon (1,4-Dioxan-2-on), ε-Caprolacton (Oxepan-2-on) und Trimethylencarbonat (1,3-Dioxan-2-on) werden in vielfältiger Weise zur Eigenschaftsadaption von medizinisch genutzten, resorbierbaren Biomaterialien für chirurgische Nähfäden, Implantate für die Knochenfixation sowie parenterale Arzneistoffträger eingesetzt (A. Löfgren, A.-Ch. Albertsson, P. Dubois, R. Jerome: J. Macromol. Sei. Rev. Macromol. Chem. Phys. C 35, 379 (1995); M. Szycher: „High Performance Biomaterials“, Technomic Publishing Co., Inc., 1991) (vgl. Schema 2).

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Schema 2. Heterocycloaliphatische Monomere 1: 3,6-Dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion (Dilactid); 2: 1,4-Dioxan-2,5-dion (Diglykolid); 3: 1,4-Dioxan-2-on (Dioxanon); 4: Oxepan-2-on (ε-Caprolacton); 5: 1,3-Dioxan-2-on (T rimethylencarbonat)

Mit den in Schema 2 dargestellten zyklischen Estern, Diestern bzw. Carbonaten können bi- oder auch ternäre Copolymere mit statistischer Copolymerverteilung hergestellt werden, wobei die Monomere in beliebiger Kombination und in weiten Konzentrationsverhältnissen eingesetzt werden können. Beschrieben sind auch Copolyester -4- ·· I · ··· aus den strukturidentischen stereoisomeren Diestern von chiraler bzw. razemischer Milchsäure (L,L-, D,D- oder meso-Dilactid). So werden für die Herstellung von resorbierbaren Knochenimplantaten Copolyester von L,L-Dilactid mit D,L-Dilactid kommerziell angeboten (RESOMER-Typen, Firmenschrift Boehringer Pharma GmbH). Die D,L-Dilactidgehalte betragen in Abhängigkeit von der gewünschten Morphologie bis zu 30 Mol-%.

Auch bei Poly-L-milchsäuren für technische Applikationen ist infolge von prozessbedingten Razemisierungen mit einem D-Anteil von < 5 Mol-% zu rechnen (Tabelle 2). Dieser drückt sich vor allem in den thermischen Eigenschaften der PLA-Kunststoffe aus. Wie bei anderen statistischen Copolyestern auch führen Anteile von Comono-meren zu morphologischen Änderungen im polymeren Festkörper (H.-G. Elias: Makromoleküle, 6. Aufl., Weinheim: Wiley-VCH, 2002). Bei geringen Comonomerantei-len erfolgt Schmelzpunktdepression, bei hohen Anteilen fehlen definierte Schmelzpunkte, und solche Copolyester erweichen bei signifikant niedrigeren Temperaturen infolge ihrer amorphen Struktur.

Tabelle 2. Razemisierung von L,L-Dilactid und PLA nach 4 h bei 200 °C (Daten aus US 5.616.657) D-Lactid [%] 4,0 4,6 11,7 0,3 2,8

Probe Ausgangs-PLA PLA ohne Katalysator nach Erhitzen PLA mit SnO nach Erhitzen Ausgangs-Lactid Lactid ohne Katalysator nach Erhitzen

Enantiomerenzusammensetzung L-Lactid [%] 96,0 95,4 88,3 99,7 97,2

Neben dieser prozessbedingten Bildung von D-stereoisomeren Strukturen in der Poly-L-milchsäure durch Razemisierung kann der Zusatz von meso-Dilactid bzw. D,L-Dilactid auch gezielt zur Adaption der Polymereigenschaften an verarbeitungs-oder anwendungsspezifische Materialanforderungen genutzt werden. So werden in -5- • 9 99 99 9999 99 9 9 99 9 99 99 9 9 • · · · · · M« · · • · · · ·«· · ··· • ♦ · · · · · Μ ··· 9999 99 999 99 der WO 95/09879 Polymilchsäuren beschrieben, die durch Polymerisation eines L,L-/D.L-Dilactidgemischs mit einem L,L-Dilactidanteil von 80 Mol-% erhalten werden. Auch bei PLA-Kunststoffen für die Folienherstellung soll der Zusatz von bis zu 7 Mol-% meso-Dilactid, entsprechend einem D-Anteil von 3,5 Mol-%, die Verarbeitungsund Folieneigenschaften durch Erhöhung der Kristallisationsgeschwindigkeit und Reduktion des Kristallinitätsgrades verbessern (R. Drumright, P. Gruber, D. Henton, Adv. Mater. 12, 1841 (2000)).

Unabhängig von der chemischen Struktur des Comonomers (Dilactiddiastomere oder aliphatische Heterozyklen) werden bei der diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführten Copolymerisation mit Dosierung von Monomergemischen Copolyester mit statistischer Copolymerverteilung erhalten, deren Copolymerzusammensetzung bei homogenphasiger Prozessführung in Schmelze und im Bereich der technisch relevanten Umsätze > 90 % selbst bei deutlich unterschiedlichen Copolymerisationsparametern voll dem Comonomerverhältnis der Ausgangsmischung entspricht (D. K. Gil-ding, A. M. Reed: Polymer 20, 1459 (1979)). Auch die Reaktionsprofile der Copolymerisation entsprechen denen der Homopolymerisation, wie kinetische und mechanistische Untersuchungen zur Copolymerisation von D,L-Dilactid/Diglykolid-Mischun-gen zeigten (G. Rafler. J. Dahlmann, Acta Polymerica 41, 611 (1990)). Infolge der höheren Reaktivität des Diglykolids gegenüber dem Dilactid verläuft zwar die Ringöffnungspolymerisation bei höheren Diglykolidgehalten rascher, aber signifikante Abweichungen von der statistischen Copolymerverteilung konnten auch bei Diglykolid-anteilen von 50 Mol-% nicht festgestellt werden. Bei der üblicherweise durchgeführten Copolymerisation in Rührreaktoren (diskontinuierlich) oder Rührreaktorkaskaden wird die Bildung von statistischen Copolyestern darüber hinaus durch die parallel ablaufenden inter- und intramolekularen Umesterungsreaktionen noch unterstützt.

Lediglich unter speziellen Polymerisationsbedingungen in Ampullen bei 110 °C bei weitgehend heterogenphasigem Verlauf und mit weitgehender Zurückdrängung der inter- und intramolekularen Umesterungsreaktionen der binnenständigen Estergruppen bzw. Esterendgruppen konnten in Abhängigkeit von der Monomerreaktivität nichtstatistische Verteilungen bei Copolymeren von L,L-Dilactid mit ε-Caprolacton -6- ·· · ·· ·· ···· ·· • · ·· · · · · · · · • · · ·· · ··· · · • · · · · · · ···· • · · · · ♦ · bzw. Trimethylencarbonat beobachtet werden (D. W. Grijpma, A. J. Pennings: Makromol. Chemie 195, 1633 (1994)). Copolyester der Glykolsäure mit 1,4-Dioxan-2-on (Dioxanon) und 1,3-Dioxan-2-on (Trimethylencarbonat) und nichtstatistischer Verteilung sollen nach DE 69408897 (vgl. auch EP 0.626.404) durch eine stufenweise Monomerdosierung erhalten werden, bei der zunächst ein statistisches Poly(1,4-di-oxan-2-on-co-1,3-dioxan-2-on) synthetisiert wird, das als Startmaterial für die Ringöffnungspolymerisation des Diglykolids fungiert. Ein Beweis für die nichtstatistische Verteilung der Monomerkomponenten wird in dieser Patentschrift nicht angetreten, wobei noch zu berücksichtigen ist, dass bei der angewandten, diskontinuierlichen Durchführung der Polymerisation im Rührreaktor zumindest inter- und intramolekulare Umesterungen zwischen den 1,4-Dioxan-2-on-co-1,3-dioxan-2-on- und 1,4-Di-oxan-2,5-dion-Segmenten bei den angewandten Verweilzeiten und in schmelzflüssiger Phase in erheblichem Umfang ablaufen, die letztendlich in der Startphase gebildete Blockstrukturen auflösen und zu statistischen Verteilungen führen. Die diskontinuierliche Verfahrensweise verhindert infolge der hohen Reaktivität der Zwischenkettenaustauschreaktion der Estergruppen die Bildung von nichtstatistischen Copoly-estern. Selbst eine stufenweise Monomerdosierung wird durch die diskontinuierliche Prozessführung nivelliert, und es werden Copolyester erhalten, die sich von analog zusammengesetzten, durch Einsatz von Monomergemischen hergestellten nicht unterscheiden.

Copolymere von L-Milchsäure mit nichtstatistischer Verteilung bei Dosierung von Monomergemischen werden zwangsläufig bei der Copolymerisation von L,L-Dilactid mit Polyalkylenoxiden, vorzugsweise Polyethylen- oder Polytetramethylenglykolen, gebildet. Diese Blockcopolymere enthalten mit der anteiligen Etherstruktur jedoch strukturdifferente Kettenverknüpfungen, die nicht mit den Estergruppen der Polyesterkomponente reagieren können. In Abhängigkeit von der Funktionalität des Polyethers und den Polymerisationsbedingungen können Zwei-, Drei- oder auch Multi-blockcopolyetherester gebildet werden (Schema 3) (vgl. EP 0.684.961 und DE 69530363). Dabei können die Polyestersegmente auch aus Copolyestern von L,L-bzw. D,L-Dilactid mit den in Schema 2 dargestellten Comonomeren gebildet werden. -7- ·· ·· • · · · • · · ··· ·· ··· ·«·· ·· ·β· ·· h3c [OCHCO]-[OCH2CH2] m η [OOCCH1-

< m = n o ^ m,n

Schema 3. Blockcopolyetherester von Milchsäure mit Polyethylenglykol

Neben diesen in Schema 3 dargestellten Blockcopolyetherestern, bei denen die Segmentverknüpfung von Polyester- und Polyetherkomponente durch Estergruppen erfolgt, sind auch Blockcopolymere von Poly-L-milchsäure bekannt, die durch Kettenverknüpfung von Diisocyanaten, Diacylhalogeniden oder Bisoxazolinen erhalten werden (WO 94/19384, DE 19943774). Mit solchen „aktivierten“ Kettenverlängerem ("chain extending agents") können auch Polyestersegmente unterschiedlicher Estergruppenreaktivität, beispielsweise Poly-L- oder Poly-D,L-lactid-Segmente, mit Kettensegmenten anderer Polyester mit AB- (Polyester von Hydroxycarbonsäuren) oder mit AA/BB-Struktur (Polyester von Dicarbonsäuren mit Diolen) zu biologisch abbaubaren Blockcopolymeren verknüpft werden.

Eine vollkommen andere Vorgehensweise zur Synthese nichtstatistischer Copoly-ester von L- und D,L-Milchsäure wird in der DE 4218510 beschrieben, bei der die nichtstatistische Verteilung der Comonomere durch intramolekulare Umesterung (Zwischenkettenaustauschreaktion) von Polyestem unterschiedlicher oder gleicher Primärstruktur erzeugt wird (Schema 4). Die Blockcopolyester unterscheiden sich von den strukturanalogen statistischen Copolyestem vor allem durch ihre thermischen Eigenschaften sowie ihr Abbauverhalten. Hergestellt werden diese Blockcopolyester in einem kontinuierlichen Prozess, vorzugsweise in Apparaten hoher Durchmischungsintensität (Zweischneckenextruder, kontinuierlich arbeitende Knetmaschinen), um bei möglichst geringer Verweilzeit intensiven Kontakt zwischen den Makromolekülen herzustellen. Das Verfahren erlaubt die Herstellung bi- und ternärer -8- Μ · ♦· ·· ·♦·· # + ###*····# · · • · · · * · ··· · · • · · · · ♦ ··· • ♦ ♦ · · · · ·# ··· ···# «f ··· »·

Blockcopolyester mit durch die Prozessbedingungen und die apparativen Parameter kontrollierbarer Sequenzlänge und Sequenzlängenverteilung.

R1.R2 = H, CH3l ^n^2n+1 RiXFfe

Schema 4. Synthese nichtstatistischer Copolyester durch intermolekulare Umesterung von aliphatischen Homo- oder Copolyestern

Das Zahlenmittel der Molmasse entspricht bei dieser Verfahrensweise den Molmasseanteilen der zugrunde liegenden Komponenten, da die mittlere Anzahl der Monomereinheiten pro Makromolekül bei schonenden Zwischenkettenaustauschbedingungen praktisch nicht geändert wird, sondern lediglich ihre Anordnung in den Ketten.

Statistische und nichtstatistische Copolyester von L- bzw. D,L-Milchsäure mit den in Schema 2 dargestellten Comonomeren oder Polyalkylenoxiden werden vorzugsweise als Biomaterialien für resorbierbare chirurgische Nahfäden und Knochenimplantate sowie als partikuläre Träger für parenterale Arzneistoffformulierungen mit durch den Polymerabbau kontrollierter Wirkstofffreisetzung eingesetzt. Bei diesen Anwendungen stehen Fragen der Biokompatibilität und der Resorptionseigenschaften im Vordergrund. Raum/Zeit-Ausbeute und wirtschaftliche Effizienz der Verfahren spielen bei den benötigten Mengen praktisch keine Rolle.

Aufgabe der Erfindung

Vor dem Hintergrund des dargestellten Standes der Technik bei Homo- und Copolyestern von L-Milchsäure für Verpackungskunststoffe, hochwertige Synthesefasern -9-

und als Werkstoff für Medizin- und Hygieneprodukte mit Einwegcharakter sowie ihrer Herstellung und applikationsspezifischen Modifizierung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Copolyester von L-Milchsäure herzustellen, deren Verarbeitungs- und Materialeigenschaften vor allem durch die Zusammensetzung der eingesetzten Monomere sowie ihrer Comonomer- und Blocklängenverteilung im Polymer gesteuert werden. Somit ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung dieser Polymere vorzuschlagen, mit dem sie wirtschaftlich sowie technologisch sicher in hoher Ausbeute aus L,L-Dilactid und den eingesetzten polymerisationsfähigen, struktur-identischen und/oder strukturdifferenten Comonomeren hergestellt werden können.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird dies erreicht, indem ein Verfahren zur Herstellung von Block-copolyestern von L-Milchsäure, die Polyesterblöcke der nachstehenden Struktur enthalten:

Block A Block B worin R: H, -CH3, -C2H5; x: molarer Anteil der Blöcke A; y: molarer Anteil der Blöcke B; x + y = 1; m: Anzahl der L-Milchsäure-Einheiten in Block A; n: Anzahl der Monomer-Einheiten in Block B; o: Anzahl an Methylengruppen; 0£o£4; p: Anzahl der Blockwiederholungen; bedeuten -10- • · • ·* ·· ···· ·· ·· • · · · • • • • • · » • M • • • « ·· ·· • • • · • bereitgestellt wird, wobei die Blockcopolyester durch kontinuierliche, zweistufige Ringöffnungscopolymerisation von L.L-Dilactid mit einem oder mehreren damit co-polymerisierbaren aliphatischen Heterozyklen hergestellt werden.

Die so erhaltenen nichtstatistischen Copolyester der L-Milchsäure mit polymerisationsfähigen Comonomeren weisen eine gesteuerte Copolymerverteilung auf und können durch thermoplastische Verformung zu Fasern, Folien, Containern oder geschäumten Materialien verarbeitet werden. Die Material- und Verarbeitungseigenschaften dieser nichtstatistischen Copolyester sind bei gegebenen, technisch relevanten Molmassen allein eine Funktion von Copolymerzusammensetzung, Copolymerverteilung und Blocklängenverteilung. Während die Copolymerzusammensetzung durch das Verhältnis der eingesetzten Comonomere eingestellt wird, sind Copolymer- und Blocklängenverteilung über den Herstellungsprozess steuerbar. Zudem wird durch die kontinuierliche Verfahrensführung ein Verfahren hoher Produktivität bereitgestellt.

Vorzugsweise wird im erfindungsgemäßen Verfahren in einer ersten Stufe L,L-Dilac-tid zu ersten Blöcken A aus Poly-L-Iactid polymerisiert, die als weiterhin monomerhäl-tige Polymerschmelze vorliegen, zu der in einer zweiten Stufe ein oder mehrere aliphatische Heterozyklen zudosiert und als Blöcke B an die ersten Blöcke A anpolymerisiert werden. Nichtumgesetztes L.L-Dilactid, noch vorhandenes Comonomer sowie in geringem Umfang ablaufende inter- und intramolekulare Umesterungen führen zur Bildung weiterer Blockstrukturen. Somit werden in der ersten Stufe Blöcke A aus reiner Poly-L-milchsäure erzeugt, die als Basis für das Anpolymerisieren von Blöcken B durch die Ringöffnungsreaktionen der in Stufe 2 zudosierten Comonomere dienen, wodurch die gewünschte nichtstatistische Verteilung der Monomereinheiten auf einfache Weise gewährleistet wird.

Vorzugsweise werden die beiden Stufen des zweistufigen Prozesses in getrennten Apparaten durchgeführt, wobei in besonders bevorzugten Ausführungsformen die erste Stufe in einem Reaktor mit hoher Durchmischungsintensität und die zweite Stufe in einem Doppelschneckenextruder durchgeführt werden. Auf diese Weise wird in -11 - ·· • ·· ·· ···· *· • ·· • 4» · · • • • • • · · ··· • • • • ·· % ·· • • • · • der ersten Stufe aufgrund der guten Durchmischung der L.L-Dilactid-Monomere, auch mit gegebenenfalls zugesetzten Katalysatoren, eine relativ einheitliche Blocklänge der ersten A-Blöcke erzeugt und damit sichergestellt, dass weiterhin ausreichend L.L-Dilactid-Monomere in der Schmelze vorhanden sind, um weitere A-Blöcke ausbilden zu können. In dem für die zweite Stufe vorgesehenen Doppelschneckenextruder können ein oder mehrere Comonomere gut steuerbar zur Schmelze der Poly-L-milchsäure-Blöcke zudosiert werden, um wiederum für eine gleichmäßige Verteilung der Polymerkettenlängen zu sorgen.

Gemäß vorliegender Erfindung können in der zweiten Stufe somit auch mehrere unterschiedliche Monomereinheiten zu den Blöcken B copolymerisiert werden, um gewünschte Eigenschaften der Copolyester insgesamt zu erzielen. Diese können auch in mehreren Unterblöcken Bn copolymerisiert werden, die zusammen die Blöcke B bilden, worin n die Anzahl der unterschiedlichen Monomereinheiten angibt. Dazu werden die unterschiedlichen Monomereinheiten der Unterblöcke Bn vorzugsweise nacheinander zur Schmelze der wachsenden Polymerketten zudosiert.

Die in Stufe 2 als Comonomere zudosierten aliphatischen Heterozyklen können sowohl stukturdifferente zyklische Diester, Ester oder Carbonate oder strukturgleiche Stereoisomere von L,L-Dilactid, Gemische davon oder Gemische eines oder mehrerer davon mit weiterem L,L-Dilactid sein, die zu den Blöcken B polymerisiert werden. Als zu L.L-Dilactid strukturdifferente Comonomere werden vorzugsweise 1,4-Dioxan-2,5-dion (Diglykolid), 1,4-Dioxan-2-on (Dioxanon), Oxepan-2-on (ε-Caprolacton) und/ oder 1,3-Dioxan-2-on (Trimethylencarbonat) eingesetzt, wie sie im obigen Schema 2 dargestellt sind. Diese ergeben mit Dilactiden Copolyester mit bevorzugten Eigenschaften und bilden aufgrund unterschiedlicher Reaktivitäten bei der Polymerisationsreaktion bevorzugt homogene Blöcke mit Monomeren derselben Art.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass Milchsäure-Blockcopolyester der nachfolgenden Struktur -12-

Block A Block B worin x, y, m, n und p wie zuvor definiert sind, durch Copolymerisation von L,L-Dilac-tid mit zumindest einem strukturgleichen Stereoisomer von L,L-Dilactid, d.h. D,D-Di-lactid, meso-Oilactid oder einem razemischen Dilactid-Gemisch, hergestellt werden. Diese ausschließlich aus Milchsäure-Monomeren bestehenden nichtstatistischen Co-polyester stellen bevorzugte Materialien für zahlreiche Anwendungen dar.

Der molare Anteil x der Blöcke A kann gemäß vorliegender Erfindung im Bereich von 0,01 £ x £ 0,99 variieren, vorzugsweise im Bereich von 0,50 £ x £ 0,99, noch bevorzugter im Bereich von 0,75 < x :£ 0,99, und für reine Milchsäure-Blockcopolyester noch bevorzugter im Bereich von 0,85 £ x £ 0,99. Das heißt, dass Blockcopolyester mit hohem Anteil an Poly-L-milchsäure hergestellt werden können, die wiederum materialwirtschaftlich und materialwissenschaftlich bevorzugte und damit industriell wertvolle Materialien darsteilen. Bei Einsatz von meso-Dilactid sind infolge der äqui-molaren Zusammensetzung aus L- und D-Lactid die D-Lactidanteile summarisch zu halbieren. Unabhängig von dieser summarischen Erhöhung des L-Lactidanteils im gesamten Copolyester unterscheiden sich jedoch der L-Lactidblock und der durch Polymerisation von meso-Dilactid hergestellte Polyesterblock signifikant durch die sterische Anordnung der Methylgruppen. Bei den L- und D-Lactidblöcken sind die Methylgruppen isotaktisch angeordnet. Im Polyesterblock aus meso-Dilactid dominieren ataktische neben syndiotaktischen Strukturen.

Die Anzahl der Monomereinheiten m in den Blöcken A liegt vorzugsweise ebenso im Bereich von 5 < m < 1000, wie auch die Anzahl der Monomereinheiten n in den Blöcken B im Bereich von 5 < n < 1000 liegt, wobei vorzugsweise m Φ n ist. Dadurch werden Blockcopolyester mit unterschiedlich langen Blöcken hergestellt, wobei durch das Verhältnis m:n die Eigenschaften des Produkts wunschgemäß eingestellt werden -13- können. Zudem liegt die Anzahl der Blockwiederholungen p vorzugsweise im Bereich von 1 s p < 100. Dadurch kann das Molekulargewicht des Blockcopolyester eingestellt werden und können die Produkteigenschaften modelliert werden. Für einen Zweiblockpolyester von L-Milchsäure beträgt demnach p = 1. Für die zahlenmittlere Molmasse eines Zweiblockpolyesters ergibt sich dementsprechend

Mn = X (n*MMon) + y (m*MMon)

Ein Zweiblockcopolyester ist ein Sonderfall. Vorzugsweise hergestellt werden unter materialwissenschaftlichen Aspekten vor allem Multiblockcopolyester mit p > 3, bei denen die anwendungsrelevanten Materialeigenschaften signifikant über denen von statistischen Copolyestem gleicher Zusammensetzung liegen. So werden beispielsweise Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit infolge innerer Weichmachung erhöht, die thermischen Eigenschaften wie Schmelzpunkt und Wärmeformbeständigkeit ändern sich aber im Gegensatz zu den statistischen Copolyestem der L-Milchsäure nur geringfügig. Alle Parameter x, y, m, n und p sind durch die Verfahrensführung und die Polymerisationsbedingungen steuerbar und führen zu wertvollen Polyesterprodukten.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird für die Polymerisation vorzugsweise zumindest ein gelöster oder nanopartikulärer zinnbasierter Katalysator eingesetzt, um ausreichende Polymerisationsgeschwindigkeit und damit hohe Molmassen zu erzielen. Weiters wird zur Schmelzestabilisierung der Blockcopolyester vorzugsweise zumindest ein gelöster oder nanopartikulärer phosphorbasierter Stabilisator und/oder zumindest ein Stabilisator mit Tropolonstruktur eingesetzt, was hohe Schmelzestabilität garantiert und das Auftreten von Kettenabbau während Aufarbeitung und thermoplastischer Verformung der Blockcopolyester unterdrückt. Als Stabilisator wird dabei bevorzugt ein bekanntermaßen wirksames zyklisches Phosphinat oder Phosphinamid eingesetzt. Darauf wird später noch detaillierter eingegangen.

In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung auch die unmittelbaren Produkte der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens, das heißt nichtstatistische -14-

Blockcopolyester von L-Milchsäure, die Polyesterblöcke der nachstehenden Struktur enthalten:

Block A Block B worin: R: H, -CH3, -C2H5; x: molarer Anteil der Blöcke A; y: molarer Anteil der Blöcke B; x + y = 1; m: Anzahl der L-Milchsäure-Einheiten in Block A; n: Anzahl der Monomer-Einheiten in Block B; o: Anzahl an Methylengruppen; 0 £ o £ 4; und p: Anzahl der Blockwiederholungen; bedeuten.

Vorzugsweise sind in den Blöcken B ringgeöffnete Monomereinheiten aliphatischer Heterozyklen, ausgewählt aus stukturdifferenten zyklischen Diestern, Estern und Carbonaten, strukturgleichen Stereoisomeren von L,L-Dilactid, Gemischen davon und Gemischen eines oder mehrerer davon mit L,L-Dilactid, enthalten, noch bevorzugter ringgeöffnete Monomereinheiten von 1,4-Dioxan-2,5-dion (Diglykolid), 1,4-Di-oxan-2-on (Dioxanon), Oxepan-2-on (ε-Caprolacton) und/oder 1,3-Dioxan-2-on (Tri-methylencarbonat).

In bevorzugten Ausführungsformen sind die erfindungsgemäßen Blockcopolyester reine Milchsäure-Blockcopolyester der nachfolgenden Struktur 0 ch3 , ch3 o

Block A Block B worin x, y, m, n und p wie zuvor definiert sind, ist, und in deren Blöcken B ringgeöffnete Monomereinheiten strukturgleicher Stereoisomere von L,L-Dilactid, d.h. D,D-Di-lactid und/oder meso-Dilactid, enthalten sind.

Der molare Anteil x der Blöcke A liegt vorzugsweise im Bereich von 0,01 £ x £ 0,99, noch bevorzugter im Bereich von 0,50 < x £ 0,99, noch bevorzugter im Bereich von 0,75 £ x £ 0,99, und speziell für ausschließlich aus Milchsäuremonomeren bestehende Blockcopolyester noch bevorzugter im Bereich von 0,85 £ x £ 0,99. Die Anzahl der Monomereinheiten m in den Blöcken A liegt vorzugsweise im Bereich von 5 < m < 1000, und die Anzahl der Monomereinheiten n in den Blöcken B liegt vorzugsweise ebenfalls im Bereich von 5 < n < 1000, wobei besonders bevorzugt m Φ n ist. Die Anzahl der Blockwiederholungen p liegt außerdem besonders bevorzugt im Bereich von 1 £ p < 100. All diese Blockcopolyester weisen hervorragende Eigenschaften für zahlreiche Anwendungen auf, wie oben bereits ausgeführt wurde und auch nachstehend beschrieben wird.

Die Zusammensetzung der erhaltenen Polyesterblöcke ist wie zuvor erwähnt durch die chemische Struktur der Comonomere sowie die Technologie der Ringöffnungspolymerisation und die eingesetzte Apparatetechnik steuerbar. Die Produkte können beispielsweise als biologisch abbaubare Kunststoffe für Fasern, Folien, Schäume und Spritzgussartikel verwendet werden. Die Komponentenauswahl und die Komponentenzusammensetzung für die Blockcopolyester wird unter materialwirtschaftlichen Aspekten von Preis und Verfügbarkeit der Comonomere bestimmt. Materialwissenschaftliche Aspekte bei Auswahl und Zusammensetzung ergeben sich aus den bekannten Zusammenhängen zwischen Struktur und Morphologie sowie physikalischen Eigenschaften der nichtstatistischen Copolyester. Diese Unterschiede zwischen sta- -16-

tistischen und nichtstatistischen Copolyestem gleicher Comonomerzusammenset-zung betreffen im polymeren Festkörper vor allem morphologische und daraus folgende thermische und mechanische Eigenschaften. Ausführlich dargestellt sind solche Zusammenhänge zwischen Materialeigenschaften und Blocklänge und Blocklängenverteilung für Heterokettenpolymere beispielsweise in H.-G. Elias: Makromoleküle, 6. Aufl., Weinheim: Wiley-VCH, 2002 und der dort zitierten Literatur.

Die erfindungsgemäßen Blockcopolyester betreffen unter materialwirtschaftlichen Aspekten vor allem die Blöcke der in Schema 1 dargestellten stereoisomeren Dilactide von L- und D-Milchsäure. Wie bei den, beispielsweise in Schema 2 dargestellten, strukturdifferenten Comonomeren für das L.L-Dilactid können die erfindungsgemäßen Polyester sowohl aus zwei der drei bekannten Dilactid-Stereoisomere als auch aus allen drei Stereoisomeren hergestellt werden.

Diese nichtstatistischen Copolyester der L-Milchsäure mit polymerisationsfähigen Comonomeren mit gesteuerter Copolymerverteilung können ebenfalls durch thermoplastische Verformung zu Fasern, Folien, Containern oder geschäumten Materialien verarbeitet werden. Diese statistischen Copolyester können wegen ihrer exzellenten Biokompatibilität vorzugsweise für resorbierbare Biomaterialien in den Bereichen chirurgischer Naht- und Implantatmaterialien sowie parenteraler Arzneistoffträger verwendet werden. Durch die Copolymerisation sollen insbesondere die physikalischen Eigenschaften der Polyester optimiert sowie ihr Abbau- und Resorptionsverhalten an die spezifischen medizinischen Anforderungen adaptiert werden.

Die erfindungsgemäßen Blockcopolyester werden m erfindungsgemäßen Verfahren in einem kontinuierlichen Prozess mit geringer bzw. ausgeschlossener Rückvermischung sowie zeitlich und örtlich versetzter Dosierung der Monomere hergestellt, wobei die Ringöffnungspolymerisation wie erwähnt mit L.L-Dilactid gestartet wird und die strukturdifferenten bzw. strukturidentischen Comonomere der Poly-L-Iactid-Schmelze später zudosiert werden. Diese Verfahrensweise gilt selbstverständlich auch für die Synthese der bevorzugten Poly-b-(L-lactid-co-D-lactid)e bzw. Poly-b-(L- -17-

·· · ·· lactid-co-D,L-lactid)e mit L-Lactidanteilen > 50 Mol-% und den besonders bevorzugten mit L-Lactidanteilen > 85 Mol-%.

Die Ringöffnungspolymerisation der Dilactide gemäß Schema 5 wird unter technisch relevanten Bedingungen kontinuierlich vorzugsweise in einem dicht kämmenden, gleichsinnig drehenden Doppelschneckenextruder mit einem speziell auf diese Blockcopolymerisation abgestimmten Schneckendesign und einem dem Extruder vorgeschalteten Rührreaktor mit einem axial durchmischenden Rührer durchgeführt. Anstelle des Rührreaktors kann dem Doppelschneckenextruder ein weiterer Extruder oder ein Kneter mit Austragschnecke vorgeschaltet sein.

H3C O

[ “O —CH —CO -] -i n ChL n/2

Schema 5. Ringöffnungspolymerisation von Dilactiden

Wie erwähnt werden in bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Polymerisation gelöste oder nanopartikuläre zinnbasierte Katalysatoren bzw. Katalysatorgemische und/oder zur Stabilisierung der Blockcopolyester gelöste oder nanopartikuläre phosphorbasierte Stabilisatoren und/oder Stabilisatoren mit Tropolonstruktur eingesetzt. Die erfindungsgemäßen Blockcopolyester werden bevorzugt durch Ringöffnungspolymerisation der zyklischen Diester von L- und D-Milchsäure in Gegenwart von Zinncarboxylaten, die in Lösung oder auf AEROSIL-bzw. AEROXID-Nanopartikeln fixiert vorliegen, gegebenenfalls gemeinsam mit einem Cokatalysator (Dodecanol), hergestellt, die vorzugsweise in der ersten Polymerisationsstufe, d.h. zu L,L-Dilactid, zudosiert werden. Zur Reduktion des Schwermetallgehalts sowie zur Erhöhung der Prozesssicherheit und zur Optimierung der Eigenschaften des Endprodukts kann die Blockcopolymerisation auch in Gegenwart des in der DE 10113302 (vgl. auch US 6.657.042) beschriebenen, auf Zinn/Titan basierenden Katalysatorsystems durchgeführt werden. -18-

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können gelöste oder nanoparti-kuläre phosphorbasierte Stabilisatoren in Form zyklischer Phosphinate oder Phosphinamiden zugesetzt werden. Diese Stabilisatoren liefern eine ausgezeichnete Stabilisierung und somit eine bessere Ausbeute an hochmolekularem Endprodukt, da sie die nichtstatistischen Copolyester der Poly-L-milchsäure gegen Abbau der Molmasse durch Depolymerisation, Thermolyse oder Hydrolyse stabilisieren. Besonders geeignet sind die in der WO 2003/87191 (vgl. auch DE 19537365) beschriebenen zyklischen Phosphinsäureester und Phophinsäureamide (Schema 6) bzw. die in der DE 19537365 aufgeführten Tropolone (Schema 7).

R): H, Alkyl, Aryl, Heteroaryl

Schema 6. Phosphinate bzw. Phosphazene als Stabilisatoren für erfindungsgemäße Blockcopolyester

Schema 7. Cyclohepta-3,5,7-trien-1-ol-2-on und seine Derivate als Stabilisatoren für erfindungsgemäße Blockcopolyester

Die Copolymerzusammensetzung wird durch das Molverhältnis der Ausgangsmonomere eingestellt und die Anzahl der Monomere m und n in den Polyesterblöcken durch die Reaktivität der Comonomere sowie die Technologie der Ringöffnungspoly- • · • ·· ·« ···· ·· • · • · • · • · • • • · • • • · • · ··· • ··· • • · • · ·· · • · • • • • • merisation und die bei der Reaktivextrusion eingesetzten Extrusionstechnik gesteuert.

Der Polymerisationsverlauf wird dabei vorzugsweise über den Monomerumsatz und die Molmassen von abgenommenen Proben verfolgt. Der Monomerumsatz kann gra-vimetrisch durch Umfällen aus Methylenchlorid/Methanol bestimmt werden, die Molmassen können beispielsweise gelchromatographisch in Methylenchlorid ermittelt werden. Die Charakterisierung der Struktur der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Blockcopolyester kann auf Basis thermoanalytischer (DSC) sowie röntgenographischer und NMR-spektroskopischer Untersuchungen erfolgen. Allerdings können mittels NMR-Spektroskopie nur die Blockcopolyester mit struktur-differenten Comonomeren untersucht werden. Diese vergleichenden Untersuchungen zur Blocklänge und ihrer Verteilung wurden an den analog hergestellten Poly-b-(L-lactid-co-glykolid)en und Poly-b-(L-lactid-co-caprolacton)en mittels 1H-NMR- und 13C-NMR-Spektroskopie durchgeführt. 1H-NMR-Spektroskopie liefert genaue Angaben zur Zusammensetzung dieser Polyester. Detaillierte Aussagen zur Blocklänge sind mittels 13C-NMR-Spektroskopie zu erhalten.

In den Tabellen 3 und 4 ist der Polymerisationsverlauf von jeweils einer L,L-(90)/D,D(10)- bzw. L,L(90)/meso-Dilactid-Mischung mit stufenweiser Monomerdosierung, beginnend mit L,L-Dilactid und anschließender Zugabe des Stereoisomers, bei diskontinuierlicher Verfahrensweise in einem Modellsystem unter Laborbedingungen aufgeführt. -20- > <« ί > I '» » » ’TÄ ·-» <» <» » »# '»<*<*<» <* ·» ► ·» Φ » -» Ί * Λ <* » Ί f* * '»«ΜΙ» »« ΊΙ*'» »» ·» * I * « « *

Tabelle 3. Monomerumsatz und zahlenmittlere Molmasse der Copolymerisation von L,L-Dilactid (90 Mol-%) mit D,D-Dilactid (10 Mol-%) in einer Glasapparatur mit geschraubtem Blattrührer

Polymerisationstemperatur: 195 °C Katalysator: Sn(oct)2, gelöst in Toluen Katalysatorkonzentration: 1*1 θ'4 mol/mol

Zeit [min] Dilactid Umsatz [%] Mn [g/mol] 2,5 L,L-Dilactid (Homo) 40,0 88.000 5,0 II 80,0 99.500 7,5 D,D-Dilactid (Co) 94.000 10 II 86,0 83.500 15 II 89,0 97.000 20 II 91,5 86.000 25 II 92,0 30 II 95,5 73.000 40 II 96,0 73.000

Der erfindungsgemäße Copolyester Poly(L-lactid(90)-co-D-lactid(10)) ist teilkristallin und schmilzt bei 152 °C. -21 - ·· · ·· «t ···· • ···· · · · · • · · · * · ··· • · · · ··· · • · · · · · ·· ·♦· ···· »· ···

Tabelle 4. Monomerumsatz und zahlenmittlere Molmasse der Copolymerisation von L,L-Dilactid (90 Mol-%) mit meso-Dilactid (10 Mol-%) in einer Glasapparatur mit geschraubtem Blattrührer

Polymerisationstemperatur: 195 °C Katalysator: Sn(oct)2, gelöst in Toluen Katalysatorkonzentration: ΙΊΟ*4 mol/mol

Zeit [min] Dilactid Umsatz [%] Mn [g/mol] 2,5 L,L-Dilactid (Homo) 40,0 85.000 5,0 II 80,0 95.500 7,5 meso-Dilactid (Co) 82,5 97.000 10 II 86,0 83.500 15 II 89,0 87.000 20 II 92,5 89.000 25 II 93,0 80.000 30 II 95,5 73.000 40 II 95,0 70.000

Der erfindungsgemäße Copolyester Poly(L-lactid(90)-co-D,L-lactid(10)) ist ebenfalls teilkristallin und schmilzt bei 149 °C.

Hinweise auf eine nichtstatistische Comonomerverteilung ergeben sich trotz der stufenweisen Monomerdosierung bei diskontinuierlicher Verfahrensweise unter Laborbedingungen nicht.

Als Modell für die technisch relevante Synthese der erfindungsgemäßen Blockco-polyester ist die Copolymerisation von nicht aufgearbeitetem, monomer- und kataly-satorhältigem, niedermolekularem Poly-L-Iactids mit meso-Dilactid in einem Doppelschneckenextruder anzusehen (Tabelle 5). Der Doppelschneckenextruder weist 7 Heizzonen bei einem L/D-Verhältnis von 35 auf, und er ist mit einem prozessadap- -22- ·· • ·« ·· ···· ·· • #· • · · · • • · • • • · · ··· • # • • • ··· • ··♦ • • • · • • tierten Schneckenmodell mit hohem Anteil an Knet- und Stauelementen ausgerüstet. Die Mischung wird gravimetrisch unter N2-Beschleierung zudosiert.

Tabelle 5. Zahlen- und gewichtsmittlere Molmassen eines Poly-b-(L-lactid(75)-co-D,L-Iactid(25))s, hergestellt durch Reaktivextrusion eines Poly-L-Iactid (75 Mol-%) / meso-Dilactid- (25 Mol-%) Gemischs in einem Doppelschneckenextruder Durchsatz: 200 g/h

Katalysator: 3*10"4 mol/mol Sn(oct)2 auf AEROSIL R106 (nanopartikulär)

Laufzeit [min] Mn [g/mol] Mw [g/mol] 30 105.500 222.000 60 106.000 236.000 90 116.500 240.000 120 110.000 234610 150 110.000 228.000 180 115.000 245.000 210 115.000 246.000 240 116.000 250.000 270 124.000 256.000 300 122.000 258.000 360 118.000 252.000

Die Schmelze wird nach dem Austrag auf einem Kühlband abgekühlt und der Schmelzestrang granuliert. Die abgenommenen Proben werden mit Methanol bzw. einem Methanol/Ether-Gemisch extrahiert und dann analysiert. Formal über die gesamte Laufzeit des Modellversuchs ergibt sich eine Molmasse von Mn = 114.000 g/mol und eine Polydispersität von Mw/Mn = 2,12. Der erfindungsgemäße Blockco-polyester Poly-b-(L-lactid(75)-co-D,L-lactid(25)) ist trotz des hohen D,L-Anteils teilkristallin und schmilzt bei 152 °C. -23- ·· ·♦ ·· ···· »· • ·· • · ♦ · • • · • • · · ·«· •..i • • · « · • • • · • •

Vergleichsuntersuchungen mit den zu L,L-Dilactid strukturdifferenten Monomeren (L,L-Dilactid / Diglykolid und L,L-Dilactid / ε-Caprolacton) unter identischen Bedingungen mit 13C-NMR-Auswertung der Proben ergaben L-Lactidblöcke von m > 30 und für Diglykolid bzw. ε-Caprolacton n > 15 bei Einsatz von 25 Mol-% des Comonomers. Die Ergebnisse sind auf die Polymilchsäuren übertragbar, da Polymerisations- und Umesterungsgeschwindigkeit bei den in Schema 2 dargestellten zyklischen Estern und Carbonaten vergleichbar sind.

Eine technisch relevante Ausrüstung zur Herstellung dieser Polyester durch Reaktivextrusion umfasst • Vorreaktor (Rührreaktor, Doppelschneckenextruder L/D > 28, Kneter mit Austragsschnecke) zur Synthese des niedermolekularen Poly-L-Iactids • Dosierpumpe für Katalysatordosierung • Schmelzepumpe zur Dosierung des Poly-L-Iactids • dichtkämmender Doppelschneckenextruder L/D > 48 • gravimetrische Dosierung für D,D-, D,L- bzw. meso-Dilactid • gravimetrische Dosierung für Stabilisator • Vakuumentmonomerisierung mit Abtrennung für Dilactide (Vakuumpumpe, Kühler, Behälter) • Transportband zur Abkühlung des Schmelzestrangs • Granulator

Dem an einen speziellen Reaktivextrusionsprozess adaptierten Doppelschneckenextruder wird die Poly-L-Iactidschmelze mittels Schmelzepumpe zugeführt. Die Dosierung der strukturdifferenten Comonomere Diglykolid, ε-Caprolacton, Trimethylen-carbonat oder Dioxanon (vgl. Schema 2) bzw. der strukturidentischen Comonomere D,D-, meso-Dilactid oder eines razemischen Gemischs erfolgt gravimetrisch. Nach Stabilisierung und Entmonomerisierung wird die Blockcopolyesterschmelze ausgetragen, der Schmelzestrang über ein Kühlband geführt und anschließend granuliert. In Fig. 1 ist das Reaktivextrusionssystem für die Synthese der erfindungsgemäßen Blockcopolyester der Milchsäure dargestellt. -24- ·· · ·♦ 99 9999 »t • · ·· · ·· · · · · • · * · · · ··· · · • · · · *·· ···* ·· 9 9 9 9 9 99 999 9999 99 999 ··

In Fig. 1 bedeuten: 1 Vorreaktor zur Synthese des Poly-L-Iactids 2 Doppelschneckenextruder 3 Transportband 4 Dosierung Katalysator 5 Dosierung L,L-Dilactid 6 Dosierung Poly-L-Iactidschmelze 7 Dosierung Comonomere 8 Dosierung Stabilisator 9 Vakuumpumpe 10 Kondensator Monomerbrüden

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher beschrieben, die nur den Gegenstand der Erfindung anschaulich erläutern sollen. Sie stellen keine über die formulierten Ansprüche hinausgehende Einschränkung dar.

Beispiel 1: Poly-b-(L-lactid(75)-co-glykolid(25)) Für die kontinuierliche Copolymerisation von L.L-Dilactid mit Diglykolid nach dem in Fig. 1 dargestellten Verfahrensprinzip wurde ein 2,5-l-Rührreaktor mit einem Doppelschneckenextruder Leistritz ZSE (gleichsinnig drehend, L/D = 50, Heizzonen: 9) über eine Zahnradpumpe zur Förderung der Poly-L-Iactidschmelze kombiniert. Der Reaktor wird mittels Wärmeträger über einen separaten Thermostat temperiert. Die Regelung erfolgt über die Innentemperatur. Der Rührreaktor wird zum Reaktionsstart mit 1,5 kg gut getrocknetem L.L-Dilactid gefüllt und auf 195 °C aufgeheizt. Dann wird die Katalysatorlösung über eine Mikrodosierpumpe zudosiert. Als Katalysator wird Zinn(ll)-octonoat (Sn(oct)2) in einer Konzentration von 10"4 mol/mol Monomereinheit eingesetzt. Nach einer Polymerisationszeit von ca. 5 min wird mit dem Austrag der monomerhältigen Poly-L-Iactidschmelze aus dem Rührreaktor (7) über die Zahnradpumpe (6) in den Doppelschneckenextruder (2) begonnen. Zur Aufrechterhaltung -25- ·· • · W ^ g··· ·· • · • · • ♦ <w · *·· • « • · • · • *·♦ • · • · · • • ·· M· ···· »· ··· ·· des Schmelzeniveaus im Rührreaktor werden L,L-Dilactid und Katalysator nachdosiert. Die Menge der dem Doppelschneckenextruder zugeführten Schmelze beträgt 250 g/h.

In dem Doppelschneckenextruder werden dann der polymerisierenden Poly-L-Iactid-Schmelze Diglykolid (46 g/h) und der Stabilisator UKANOL DOP (3*10'4mol/mol) zudosiert. Die Dosierung des Stabilisators erfolgt über eine Mikrodosierpumpe. Das über die 9 Heizzonen eingestellte Temperaturprofil im Extruder lag im Bereich von 180 bis 205 °C. Die entmonomerisierte Polymerschmelze wird über ein Transportband mit Luftkühlung einem Granulator zugeführt.

Das Poly-b-(L-lactid(75)-co-glykolid(25)) und seine Herstellung wurden wie folgt charakterisiert:

Umsatz: 94,0 %

Mn: 76.000 g/mol

Mw: 160.000 g/mol

Tm: 155 °C

Kristallinität: teilkristallin Blocklängen: mL-Lactid· 55 OGIykolid· 20

Beispiel 2: Poly-b-(L-lactid(90)-co-D,L-lactid(10))

Analog Beispiel 1 werden in dem beschriebenen apparativen System L.L-Dilactid und meso-Dilactid im Molverhältnis 9:1 in Gegenwart von 10*4 mol/mol Sn(oct)2 copoly-merisiert, mit UKANOL DOP stabilisiert, vakuumentmonomerisiert und aufgearbeitet. Die Menge der dem Doppelschneckenextruder zugeführten Poly-L-Iactidschmelze beträgt 250 g/h. Meso-Dilactid wird mit 28 g/h der polymerisierenden Poly-L-Iactid-Schmelze zudosiert. -26- ·· • · · • ·

Das Poly-b-(L-lactid(90)-co-D,L-lactid(10)) und seine Herstellung wurden wie folgt charakterisiert:

Umsatz: 95,5 % M„: Mw: Tm: 69.000 g/mol

152.000 g/mol 165 °C

Kristallinität: teilkristallin

Beispiel 3: Poly-b-(L-lactid(90)-co-D-lactid(10))

Analog Beispiel 1 werden in dem beschriebenen apparativen System L,L-Dilactid und D,D-Dilactid im Molverhältnis 9:1 in Gegenwart eines nanopartikulären Katalysator/ Stabilisator-Systems copolymerisiert. Das nanopartikuläre Katalysator/Stabilisator-System besteht aus Sn(oct)2/AEROSIL 106 und UKANOL DOP/AEROSIL 106, die jeweils getrennt in Toluen dispergiert mittels Mikrodosierpumpen dem Doppelschneckenextruder zugeführt werden (Katalysator: 7,5*10'5 mol/mol und Stabilisator: 3*1 θ'4 mol/mol). Das über die 9 Heizzonen eingestellte Temperaturprofil im Extruder lag bei diesem Versuchslauf im Bereich von 195 bis 215 °C.

Das Poly-b-(L-lactid(90)-co-D,L-lactid(10)) und seine Herstellung wurden wie folgt charakterisiert:

Umsatz: 92,5 %

Mn: 108.000 g/mol

Mw: 220.000 g/mol

172 °C

Kristallinität: teilkristallin

Beispiel 4: Poly-b-(L-lactid(85)-co-D,L-lactid(15))

Analog Beispiel 3 werden in dem beschriebenen apparativen System L,L-Dilactid und meso-Dilactid im Molverhältnis 85:15 in Gegenwart des nanopartikulären Katalysator/ Stabilisator-Systems copolymerisiert. Der Katalysatorgehalt beträgt 3*10“4 mol/mol. -27- • ft • ft· •ft • ftftft • ft • ft • • ft • • • · · · • e « # »«· ft ··· • • · • ft • ft · ft • • • • •

Der Stabilisatorgehalt wurde dementsprechend auf 10'3 mol/mol erhöht. Das über die 9 Heizzonen eingestellte Temperaturprofil im Extruder lag bei diesem Versuchslauf im Bereich von 175 bis 195 °C.

Das Poly-b-(L-lactid(85)-co-D,L-lactid(15)) und seine Herstellung wurden wie folgt charakterisiert:

Umsatz: 95,5 %

Mn: 136.000 g/mol

Mw: 275.000 g/mol

Tm: 158 °C

Kristallinität: teilkristallin

Beispiel 5: Poly-b-(L-lactid(95)-co-D-lactid(5))

Analog Beispiel 1 werden in dem beschriebenen apparativen System L,L-Dilactid und D,D-Dilactid im Molverhältnis 95:5 in Gegenwart eines zinn/titanbasierten Katalysator-Systems (2*10'5 mol/mol Sn(oct)2/1 θ'4 mol/mol Ti-tetraisopropylat) entsprechend DE 10113302 oder US 6.657.042 copolymerisiert. Das über die 9 Heizzonen eingestellte Temperaturprofil im Extruder lag bei diesem Versuchslauf im Bereich von 185 bis 205 °C.

Das Poly-b-(L-lactid(95)-co-D-lactid(5)) und seine Herstellung wurden wie folgt charakterisiert:

Umsatz: 95,5 %

Mn: 85.000 g/mol

Mw: 175.000 g/mol

Tm: 178 °C

Kristallinität: teilkristallin -28-

Claims (4)

1. • ft« ♦ · • ft·· ·· • ·· • · • · • • • • • • ♦ ··· • • • * - * · • ·· • • • • • *4t ··«· • ft ··« ·· Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Blockcopolyestern von L-Milchsäure, die Polyesterblöcke der nachstehenden Struktur enthalten:

   Block A Block B worin: R: H, -CH3) -C2H5; x: molarer Anteil der Blöcke A; y: molarer Anteil der Blöcke B; x + y = 1; m: Anzahl der L-Milchsäure-Einheiten in Block A; n: Anzahl der Monomer-Einheiten in Block B; o: Anzahl an Methylengruppen; 0 £ o £ 4; und p: Anzahl der Blockwiederholungen; bedeuten, wobei die Blockcopolyester durch kontinuierliche, zweistufige Ringöffnungscopolymerisation von L,L-Dilactid mit einem oder mehreren damit copolymerisierbaren aliphatischen Heterozyklen hergestellt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Stufe L,L-Dilactid zu ersten Blöcken A aus Poly-L-Iactid polymerisiert wird, die als weiterhin monomerhältige Schmelze vorliegen, wozu in einer zweiten Stufe ein oder mehrere aliphatische Heterozyklen zudosiert und als Blöcke B an die ersten Blöcke A anpolymerisiert werden, wonach weitere Blöcke A und B anpolymerisiert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stufen des zweistufigen Prozesses in getrennten Apparaten durchgeführt werden. -30- ·· • ·· ·· ·♦*# ·· • · ·· • · · · • • · • · • * · · ··· • » • » • * **· w ·· · • · • • ·

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stufe in einem Reaktor mit hoher Durchmischungsintensität und die zweite Stufe in einem Doppelschneckenextruder durchgeführt werden.

   5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe mehrere unterschiedliche Monomereinheiten zu den Blöcken B copolymerisiert werden.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe mehrere unterschiedliche Monomereinheiten zu mehreren Unterblöcken Bn copolymerisiert werden, die zusammen die Blöcke B bilden, worin n die Anzahl der unterschiedlichen Monomereinheiten angibt.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen Monomereinheiten der Unterblöcke Bn nacheinander zudosiert werden.

   8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als aliphatische Heterozyklen stukturdifferente zyklische Diester, Ester oder Carbonate, strukturgleiche Stereoisomere von L,L-Dilactid, Gemische davon oder Gemische eines oder mehrerer davon mit weiterem L,L-Dilactid zu den Blöcken B polymerisiert werden.

   9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als zu L,L-Dilactid strukturdifferente Comonomere 1,4-Dioxan-2,5-dion (Diglykolid), 1,4-Dioxan-2-on (Di-oxanon), Oxepan-2-on (ε-Caprolacton) und/oder 1,3-Dioxan-2-on (Trimethylencarbo-nat) eingesetzt werden.

   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Milchsäure-Blockcopolyester der nachfolgenden Struktur -31 - 0 ·♦ • ·· ·· ···· • • ·· • · • • • • · • • • ♦ • • ··· • * • * • φ » * # «· « • • • • • • • ·· M« ···· »· ··« ··

   Block A Block B worin x, y, m, n und p wie zuvor definiert sind, durch Copolymerisation von L,L-Dilac-tid mit zumindest einem strukturgleichen Stereoisomer von L,L-Dilactid, d.h. D,D-Di-lactid, meso-Dilactid oder einem razemischen Dilactid-Gemisch, hergestellt werden.

   11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Anteil x der Blöcke A im Bereich von 0,01 s x < 0,99 liegt.

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Anteil x der Blöcke A im Bereich von 0,50 £ x £ 0,99 liegt.

   13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Anteil x der Blöcke A im Bereich von 0,75 £ x £ 0,99 liegt.

   14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Monomereinheiten m in den Blöcken A im Bereich von 5 < m < 1000 liegt.

   15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Monomereinheiten n in den Blöcken B im Bereich von 5 < n < 1000 liegt.

   16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass m Φ n ist. -32- 9 ·· • ·· ♦· ···· ♦ · • ·· • · · · • • · • • • · · • ·· • % • • * * w • •I • • • · • •

   17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Blockwiederholungen p im Bereich von 1 £ p < 100 liegt.

   18. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Polymerisation zumindest ein gelöster oder nanopartikulärer zinnbasierter Katalysator eingesetzt wird.

   19. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stabilisierung der Blockcopolyester zumindest ein gelöster oder nanopartikulärer phosphorbasierter Stabilisator und/oder zumindest ein Stabilisator mit Tropolonstruktur eingesetzt wird.

   20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass als Stabilisator ein zyklisches Phosphinat oder Phosphinamid eingesetzt wird. 2V. Nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 hergestellter nicht-'statistischer Blockcopolyester von L-Milchsäure, der Polyesterblöcke der nachstehenden Struktur enthält:

   OCH-C4 ch3 m

   Block A Block B worin: R: H, -CH3, -C2H5; x: molarer Anteil der Blöcke A; y: molarer Anteil der Blöcke B; x + y = 1; m: Anzahl der L-Milchsäure-Einheiten in Block A; n: Anzahl der Monomer-Einheiten in Block B; o: Anzahl an Methylengruppen; -33- m • t 0 00 00 0900 90 • 00 0 0 0 0 0 0 9 • 0 * 0 0 900 0 9 • 0 • ·· 0 00· 0 0 • · 0 • 0 s ο £ 4; und p: Anzahl der Blockwiederholungen; bedeuten.

   22. Blockcopolyester nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in den Blöcken B ringgeöffnete Monomereinheiten aliphatischer Heterozyklen, ausgewählt aus stukturdifferenten zyklischen Diestern, Estern und Carbonaten, strukturgleichen Stereoisomeren von L,L-Dilactid, Gemischen davon und Gemischen eines oder mehrerer davon mit L,L-Dilactid, enthalten sind.

   23. Blockcopolyester nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass in den Blöcken B ringgeöffnete Monomereinheiten von 1,4-Dioxan-2,5-dion (Diglykolid), 1,4-Dioxan-2-on (Dioxanon), Oxepan-2-on (ε-Caprolacton) und/oder 1,3-Dioxan-2-on (Trimethylencarbonat) enthalten sind.

   24. Blockcopolyester nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Milchsäure-Blockcopolyester der nachfolgenden Struktur r 0 9h3 (EtOC^C^ytoiH-C^^ Block A Block B worin x, y, m, n und p wie zuvor definiert sind, ist, in dessen Blöcken B ringgeöffnete Monomereinheiten strukturgleicher Stereoisomere von L,L-Dilactid, d.h. D.D-Dilactid und/oder meso-Dilactid, enthalten sind.

   25. Blockcopolyester nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Anteil x der Blöcke A im Bereich von 0,01 £ x < 0,99 liegt. -34- ·· • *1 ·# ···· ·· • ·· • · · · • • • • w · · ··· • • • *· .' · · • ·· • • • · •

   26. Blockcopolyester nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Anteil x der Blöcke A im Bereich von 0,50 ^ x £ 0,99 liegt.

   27. Blockcopolyester nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Anteil x der Blöcke A im Bereich von 0,75 £ x ύ 0,99 liegt.

   28. Blockcopolyester nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Monomereinheiten m in den Blöcken A im Bereich von 5 < m < 1000 liegt.

   29. Blockcopolyester nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Monomereinheiten n in den Blöcken B im Bereich von 5 < n < 1000 liegt.

   30. Blockcopolyester nach einem der Ansprüche 21 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass m Φ n ist

   31. Blockcopolyester nach einem der Ansprüche 21 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Blockwiederholungen p im Bereich von 1 £ p < 100 liegt. JUNGBUNZLAUER AUSTRIA AG durch:
4. 4. Nov. 2007 Wien, am -35-