BR112017023064B1

BR112017023064B1 - Método para fabricar lactídeo

Info

Publication number: BR112017023064B1
Application number: BR112017023064-0A
Authority: BR
Inventors: Johannes Jeichienus De Vries; Ana Isabel Cavaco Morao; Andre Banier De Haan
Original assignee: Purac Biochem B.V.
Priority date: 2015-04-30
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2022-05-24
Also published as: BR112017023064A2; CN107531663A; WO2016174161A1; EP3288930B1; US20180155313A1; US10023553B2; PL3288930T3; LT3288930T; CN107531663B; EP3288930A1; HUE054785T2; ES2881381T3

Abstract

MÉTODO E DISPOSITIVO PARA FABRICAR LACTÍDEO. A invenção refere-se a um método e um dispositivo para fabricar lactídeo, por meio do qual o lactídeo bruto, que é preparado por meio de despolimerização de oligômeros de ácido lático, é purificado por meio de uma etapa de destilação. De acordo com a invenção, o lactídeo bruto preparado é mantido por um período de pelo menos 5 horas em um recipiente de reação a uma temperatura entre 97 °C e 200 °C antes da etapa de destilação. Manter o lactídeo durante um período de tempo em um recipiente de reação leva a uma diminuição do teor de ácido lático e a um aumento da concentração de oligômero de ácido lático, de modo que o lactídeo bruto resultante possa ser mais eficientemente purificado durante a destilação subsequente. Uma etapa de prédestilação fornece vantagens adicionais.

Description

[001] A invenção refere-se a um método para fabricar lactídeo, em que o lactídeo bruto, que é preparado por meio de despolimerização de oligômeros de ácido lático, é purificado por meio de uma etapa de destilação. A invenção também se refere a um dispositivo para fabricar lactídeo que compreende um reator de lactídeo para despolimerização de oligômeros de ácido lático em lactídeo, a partir do reator no qual uma tubulação para transportar o lactídeo é guiada a uma coluna de destilação.

[002] O éster cíclico dimérico do lactídeo de ácido hidroxicarboxílico (1,4- dioxano-3,6-dimetil-2,5-diona), algumas vezes também denominado como dilactídeo, pode ser usado como um composto precursor ou intermediário na fabricação de ácido polilático de alto peso molecular (PLA) ou copolímeros semelhantes ao PLA. Esses polímeros podem ser úteis em aplicações biomédicas e em outras aplicações por conta de sua capacidade de serem degradados biológica e hidroliticamente enquanto formam produtos de degradação fisiológica e ambientalmente aceitável.

[003] Um método do tipo descrito no parágrafo de abertura é conhecido como tal, por exemplo, a partir do documento n° EP 0 893 462 A2. Por exemplo, a Figura 2 desse documento mostra esquematicamente um método de produção de lactídeo, no qual o lactídeo é preparado a partir de oligômeros de ácido lático na presença de um catalisador em um reator de lactídeo 60. O lactídeo bruto formado dessa maneira é subsequentemente guiado por meio de uma tubulação 58, um condensador 72, uma tubulação adicional 74, um sistema de transferência de fluido 76 e uma tubulação adicional nivelada 78 a uma coluna de destilação 80. Nessa coluna de destilação, o lactídeo bruto é purificado de impurezas como água, ácido lático, lactato de lactoíla e outros subprodutos de reação de condensação possíveis.

[004] O documento n° WO93/15127, que é o pedido original do documento n° EP 0 893 462 A2 discutido acima, descreve uma etapa de despolimerização contínua, em que o lactídeo é continuamente removido do processo na forma de um vapor. O lactídeo bruto pode ser alimentado diretamente a um sistema de destilação como um vapor para purificação, mas o mesmo também pode, primeiro, ser condensado. O lactídeo condensado é preferencialmente alimentado diretamente a um sistema de destilação para purificação. O lactídeo bruto condensado também pode ser transferido por meio de um mecanismo de transferência de fluido para um sistema de destilação.

[005] O documento n° US5288881 descreve um processo em que o lactídeo bruto é fabricado através de um processo de despolimerização, em que um vapor de lactídeo bruto é condensado, o condensado é solidificado resfriando-se a -10 °C e armazenado de pernoite, e o produto de condensação congelado é liquefeito e destilado.

[006] O documento n° US2012/0116100 descreve um processo em que o lactídeo bruto é formado através de despolimerização, e transferido na forma gasosa para uma coluna de destilação por meio de um pote de recolha. No pote de recolha, o lactídeo bruto parece se separar em lactídeo, que é removido do topo do pote de recolha, e fornecido à coluna de destilação, e um resíduo gerado no processo de despolimerização que é retirado do fundo do pote de recolha.

[007] Os presentes inventores verificaram que o sistema conhecido, embora, em geral, funcionando satisfatoriamente, ainda sofre de certas desvantagens. Na prática, foi mostrado que a separação de certos componentes voláteis do lactídeo desejado durante a etapa de destilação é bastante inconveniente. Isso se aplica especialmente à separação de ácido lático do lactídeo. A remoção do ácido lático de impureza do lactídeo recentemente preparado é altamente desejada; essa impureza pode influenciar negativamente os processos de polimerização executados com lactídeo. O lactídeo purificado para polimerização preferencialmente tem um teor de ácido de menos do que 10 miliequivalentes por kg (meq/kg), preferencialmente menos do que 5 meq/kg e mais preferencialmente menos do que 2 meq/kg. Adicionalmente, a separação de substâncias que colorem o lactídeo do lactídeo bruto, por meio de destilação, também se mostrou difícil na prática. Foi mostrado que tais substâncias podem estar presentes no lactídeo bruto recentemente preparado. Sua presença é sentida como uma desvantagem.

[008] É um objetivo da presente invenção fornecer um método para a fabricação de lactídeo, no qual pelo menos uma das desvantagens mencionadas ou outra foi eliminada, mitigada ou pelo menos diminuída. A invenção também pretende fornecer um dispositivo para fabricar lactídeo adequado para implantação do método, de acordo com a invenção.

[009] Esse e/ou possíveis outros objetivos da presente invenção foram alcançados por meio de um método para fabricar lactídeo, em que o lactídeo bruto, que é preparado por meio de despolimerização de oligômeros de ácido lático, é purificado por meio de uma etapa de destilação, em que o método é adicionalmente caracterizado de acordo com a invenção em que, antes da etapa de destilação, o lactídeo bruto preparado é mantido por um período de pelo menos 5 horas em um recipiente de reação a uma temperatura entre 97 °C e 200 °C.

[010] A presente invenção é baseada na percepção adquirida pelos inventores de que o armazenamento de lactídeo bruto recentemente produzido em um recipiente de reação por um certo período de tempo resulta em um aumento da quantidade de oligômeros de ácido lático às custas da quantidade de ácido lático livre. Durante a destilação do lactídeo bruto, os oligômeros de ácido lático podem ser mais facilmente separados do lactídeo do que o ácido lático. Ao manter o lactídeo bruto na forma líquida por um período de pelo menos 5 horas em um recipiente de reação, a quantidade de ácido lático pode ser reduzida por mais do que 20%, ao passo que a quantidade de oligômeros de ácido lático irá aumentar. A quantidade de lactídeo também pode se reduzir nesse período. Em geral, o processo de fabricação de lactídeo, de acordo com a presente invenção, pode ser mais eficiente do que o que foi mencionado no processo da técnica anterior. Durante a operação do método inventado, a reação de ácido lático essencialmente causa a formação de oligômeros de ácido lático. O recipiente no qual o lactídeo bruto na forma líquida é armazenado por um certo período de tempo é, por essa razão, indicado como um recipiente de reação. É enfatizado que, em princípio, os recipientes de todo formato, projeto ou tipo conhecido, conforme revelado na técnica anterior, podem ser usados dentro do curso da presente invenção. Os recipientes de reação preferenciais para uso na presente invenção são discutidos abaixo.

[011] O lactídeo bruto líquido recentemente produzido é, com máxima conveniência, obtido a partir de oligômeros de ácido lático (também denominados como oligômeros de PLA). Esses oligômeros são preparados polimerizando-se monômeros de ácido lático por meio de um processo de policondensação sob condições de temperatura e de pressão apropriadas, de modo que os oligômeros de ácido lático de peso molecular relativamente baixo (grau de polimerização usualmente entre 6 e 50) sejam formados. Os oligômeros de ácido lático preparados desse modo são subsequentemente aquecidos em um denominado reator de lactídeo, usualmente na presença de um catalisador adequado, também conhecido na técnica. Sob condições de reação apropriadas, os oligômeros de ácido lático são despolimerizados por meio de um processo conhecido como transesterificação intramolecular (back-biting), por meio do qual o lactídeo de éster cíclico é formado. O lactídeo bruto preparado desse modo pode ser removido do reator de lactídeo, na forma líquida ou na forma de vapor. No caso em que a forma de lactídeo bruto é removida como um vapor, tal corrente de vapor é usualmente convertida em uma corrente de líquido condensando-se a mesma em um condensador. É enfatizado que nenhum solvente além do ácido lático e do lactídeo em si precisa ser usado durante a produção e a purificação de lactídeo (processo "puro" ou "sem solvente”).

[012] Em uma modalidade, o lactídeo fornecido ao recipiente de reação no qual o mesmo será mantido por um período de pelo menos 5 horas tem um teor de lactídeo em excesso de 80% em peso, preferencialmente em excesso de 90% em peso, mais preferencialmente em excesso de 95% em peso. O mesmo pode, opcionalmente, compreender quantidades menores de ácido lático, lactato de lactoíla, água, oligômeros de ácido lático e/ou outras possíveis impurezas.

[013] Os oligômeros de ácido lático formados no recipiente de reação podem ser reciclados no método, de acordo com a invenção. Preferencialmente, a fração de resíduo de oligômero de ácido lático de alta ebulição é removida do fundo do aparelho de destilação e guiada de volta para o reator de lactídeo. O dito resíduo também pode, primeiro, ser concentrado antes de ser guiado para o reator de lactídeo. Um reator de oligomerização para conversão em um oligômero de ácido lático despolimerizável (também denominado: oligômero de PLA) é alimentado com a corrente superior, que pode ser rica em água e/ou ácido lático e que pode adicionalmente conter algum lactato de lactoíla, conforme é conhecido na técnica. O dito oligômero de ácido lático pode ser alimentado no reator de lactídeo para a produção de lactídeo. A implementação de tais reciclos no método da invenção aumenta a eficiência geral do processo de produção de lactídeo.

[014] É bem conhecido que o lactídeo pode existir em três estruturas geométricas diferentes, que têm uma relação estereoisomérica. Essas estruturas diferentes são distinguidas como R,R-lactídeo (ou D-lactídeo), S,S-lactídeo (ou L-lactídeo) e R,S-lactídeo (ou meso-lactídeo). A presente invenção pode ser usada na fabricação de todos os três tipos de lactídeos. Na prática, as correntes de líquido bruto de lactídeo bruto irão conter um dentre os dois lactídeos selecionados a partir de D-lactídeo e L-lactídeo como um componente principal. Em tal corrente, o meso-lactídeo estará presente como um componente menor e o terceiro lactídeo restante em uma quantidade ainda menor.

[015] Isso é um recurso do método atualmente inventado para fabricar lactídeo, em que o lactídeo é mantido por um período de pelo menos 5 horas, mais preferencialmente de pelo menos 10 horas no recipiente de reação. Os experimentos mostraram que, sob essas condições, a quantidade de ácido lático na corrente de lactídeo bruto líquido pode ser reduzida a menos do que 65% (depois de 5 horas) e, ainda, a menos do que 50% (depois de 10 horas) da concentração de ácido lático original presente no lactídeo bruto recentemente preparado no momento de entrar no recipiente de reação. O tempo máximo para manter o lactídeo no recipiente de reação não é crítico. Um valor de 120 horas pode ser mencionado como máximo.

[016] Em uma modalidade da presente invenção, o lactídeo é agitado, por exemplo, por agitação, durante pelo menos parte do tempo no qual o mesmo é mantido no recipiente de reação. A agitação tem a vantagem de que a separação dos vários compostos na mistura, em particular lactídeo e oligômeros de ácido lático, é reduzida. É preferencial que o lactídeo seja agitado por pelo menos 50% do tempo de manutenção, em particular, por pelo menos 70%. Em uma modalidade, o lactídeo é agitado durante o período de manutenção inteiro.

[017] Outra modalidade interessante do método, de acordo com a presente invenção, tem o recurso de que o recipiente de reação é projetado como um reator de tanque com agitação contínua. Tal reator de tanque, também conhecido como reator de retromistura, permite uma mistura ideal da corrente de lactídeo bruto, enquanto alguns de seus constituintes, especialmente ácido lático, são permitidos reagir durante um certo período de tempo sob condições de pressão e temperatura fornecidas.

[018] Uma modalidade adicional de interesse no método inventado de fabricação de lactídeo tem o recurso de que o recipiente de reação é projetado como uma série de pelo menos dois reatores de tanque com agitação contínua, e que o lactídeo bruto é transportado através dessa série de reatores. Os experimentos mostraram que, ao usar as mesmas condições de tempo, pressão e temperatura de residência, uma conversão mais alta do ácido lático monomérico e água pode ser alcançada com essa modalidade do método inventado. Desse modo, o uso dessa modalidade especial do método inventado pode resultar na necessidade de um volume de reator menor, conforme comparado com uma modalidade na qual um único reator de tanque com agitação é usado. O máximo para a quantidade de reatores de tanque com agitação é não crítico. Um valor de 15 reatores pode ser mencionado como máximo adequado.

[019] De interesse, também, é a modalidade do método inventado no qual o recipiente de reação é projetado como um reator de escoamento pistonado. Tal reator poderia ser projetado como um recipiente de tubo amplo através do qual o lactídeo líquido é guiado, preferencialmente a partir de uma extremidade do recipiente de tubo que tem uma entrada para o lactídeo líquido bruto para a outra extremidade do recipiente de tubo que tem uma saída para o dito lactídeo líquido bruto. O reator de escoamento pistonado pode ser fornecido com meios de aquecimento para manter o lactídeo fluindo através do mesmo a uma temperatura desejada na qual o lactídeo é líquido. O tubo pode ter um corte atravessante circular, mas também pode ter um formato diferente. Em princípio, qualquer projeto de recipiente de reação descrito na técnica que possa abordar o escoamento pistonado pode ser usado nessa modalidade do método inventado. Se um reator de escoamento pistonado for usado, os elementos de mistura estáticos podem estar presentes no mesmo para obter a agitação do lactídeo.

[020] Interessante, também, é a modalidade do método, de acordo com a presente invenção, que tem a característica de que o lactídeo líquido bruto é conservado ou mantido no recipiente de reação sob pressão ambiente. É enfatizado que o método da invenção em princípio também funciona bem com uso de condições nas quais o lactídeo é mantido em pressões mais altas e/ou mais baixas, mais particularmente na faixa entre 0,1 kPa (1 mbar) e 1 MPa (10 bar). Foi mostrado, entretanto, que a diminuição ou o aumento da pressão aplicada não resulta em melhoramentos significativos do método, de acordo com a presente invenção. Por essa razão, o uso do método em pressão ambiente é fortemente preferencial por razões de simplicidade e custos.

[021] No método da invenção, a temperatura do lactídeo no recipiente (ou recipientes) de reação varia entre 97 °C e 200 °C. Em temperaturas abaixo 97 °C, o D-lactídeo e/ou L-lactídeo presente na corrente de lactídeo bruto líquido pode, sob certas condições, tornar-se sólido, de modo que seu transporte de fluxo através das várias tubulações do dispositivo usadas na fabricação de lactídeo pode se tornar problemático. Adicionalmente, as reações de conversão descritas acima irão ocorrer em uma extensão menor, se ocorrerem, quando o lactídeo estiver no estado sólido. Em temperaturas acima de 200 °C, reações de polimerização indesejadas, processos de degradação e/ou racemização do lactídeo recentemente preparado podem ser observadas sob certas condições. A faixa de temperatura entre 100 °C e 150 °C é preferencial, visto que, nessa faixa nenhum problema de transporte de fluxo do lactídeo líquido bruto é esperado. Ademais, nenhuma racemização indesejada dos lactídeos pode ser esperada quando os mesmos são mantidos abaixo de 150 °C. Na prática, a faixa de temperatura entre 110°C e 130 °C mostrou-se ideal para produzir condições de produção de lactídeo contínua.

[022] Muito interesse também foi dedicado à modalidade do método inventado de produção de lactídeo que é caracterizado pelo fato de que uma etapa de pré-destilação é realizada no lactídeo bruto entre a preparação do lactídeo bruto e a manutenção do lactídeo no recipiente de reação. Nessa modalidade, a etapa de reação - durante a qual o ácido lático indesejado no lactídeo líquido bruto pode formar oligômeros de ácido lático - é posicionada entre duas etapas de destilação. A aplicação de uma etapa de pré-destilação no lactídeo bruto antes de guiar esse lactídeo bruto para o dito recipiente de reação parece ter um efeito positivo sobre a descoloração do lactídeo bruto durante sua purificação na segunda etapa de destilação subsequente. Nessa etapa de pré- destilação, água, ácido lático e contaminantes voláteis são destilados, enquanto o lactídeo e os oligômeros de ácido lático superiores permanecem.

[023] Uma modalidade interessante do método, de acordo com a invenção, conforme descrito no parágrafo anterior tem os recursos de que a temperatura do lactídeo no recipiente de reação se encontra na faixa entre 140 °C e 170 °C. Em vista das considerações de energia, a etapa de processo no recipiente de reação é preferencialmente operada em temperaturas ligeiramente mais altas, conforme comparado com o processo que não tem a etapa de pré-destilação adicional.

[024] É de interesse, também, um método, de acordo com a presente invenção, que é definido pelo recurso que aditivos de aprimoramento de lactídeo são adicionados ao recipiente de reação. Os aditivos atrativos, no que diz respeito a isso, são compostos ou misturas de compostos que têm propriedades antioxidantes, descolorantes ou outra propriedade estabilizante. Uma variedade de estabilizadores de processo pode ser usada, sozinhos ou em combinação. Preferencialmente, compostos fenólicos inibidos, ou outros compostos fenólicos, podem ser usados como antioxidantes estabilizantes de processo. Com máxima preferência, compostos que contêm fosfito são usados com esse propósito. A quantidade dos aditivos usados pode variar. Preferencialmente, quantidades de pelo menos cerca de 0,01% em peso e menos do que cerca de 1% em peso são usadas. Mais preferencialmente, quantidades de pelo menos cerca de 0,025% em peso e menos do que cerca de 0,3% em peso são usadas.

[025] A invenção também se refere a um dispositivo para fabricar lactídeo que compreende um reator de lactídeo para despolimerização de oligômeros de ácido lático em lactídeo, a partir do qual uma tubulação para transportar lactídeo bruto é guiada para uma coluna de destilação. Tal dispositivo é caracterizado de acordo com a invenção pelo fato de que um recipiente de reação é fornecido na tubulação entre o reator de lactídeo e a coluna de destilação. Por razões descritas ao longo de todo este documento, é preferencial projetar o recipiente de reação como reator de tanque com agitação contínua, ao passo que é mais preferencial que o recipiente de reação seja projetado como uma série de pelo menos dois reatores de tanque com agitação contínua. Como uma alternativa atrativa, o recipiente de reação também pode ser projetado como um reator de escoamento pistonado.

[026] É de grande interesse uma modalidade do dispositivo, de acordo com a invenção, que é caracterizada pelo fato de que uma segunda coluna de destilação é fornecida na tubulação entre o reator de lactídeo e o recipiente de reação. Com esse dispositivo, a qualidade do lactídeo produzido, que inclui sua acidez e especialmente sua cor, pode ser significativamente melhorada.

[027] A presente invenção é descrita em mais detalhes e elucidada por exemplos diferentes e por meio de desenhos, sem que se limite aos mesmos ou pelos mesmos.

[028] A Figura 1 mostra uma primeira modalidade de um dispositivo e método relacionado, de acordo com a presente invenção, em que uma única coluna de destilação é usada.

[029] A Figura 2 mostra um gráfico no qual a concentração de ácido lático e oligômero de ácido lático no lactídeo bruto é mostrada como uma função do tempo de residência.

[030] A Figura 3 mostra um gráfico que demonstra o efeito de projetos de recipiente de reação diferentes na redução da concentração de ácido lático, e

[031] A Figura 4 mostra uma segunda modalidade de dispositivo e um método relacionado, de acordo com a presente invenção, em que duas colunas de destilação são usadas.

[032] A título de clareza, é enfatizado que as Figuras são apresentadas esquematicamente e não em escala. Os elementos idênticos nas Figuras diferentes são, tanto quanto possível, referidos com os mesmos números de referência.

[033] O método para a fabricação de lactídeo, de acordo com a presente invenção, é explicado por meio de um dispositivo para fabricar lactídeo, conforme representado na Figura 1. Mais particularmente, essa Figura mostra um reator de lactídeo 1 que é alimentado por meio de tubulação 2 com oligômeros de ácido lático que têm um grau de polimerização aproximadamente entre 6 e 50. A partir desses oligômeros, o lactídeo bruto é fabricado por meio de um processo de despolimerização por fechamento de anel, que, em uma modalidade, é catalisado por meio, por exemplo, de octoato de estanho em temperatura e pressão apropriadas, tudo conforme conhecido no estado da técnica. Uma corrente de lactídeo bruto é diretamente guiada do reator de lactídeo 1 por meio de tubulação 3 para um recipiente de reação 4. Nessa modalidade, o reator recipiente 4 é composto de três reatores de tanque com agitação contínua 5. A dita corrente é principalmente composta de lactídeo (em excesso de 80% em peso, preferencialmente em excesso de 90% em peso, mais preferencialmente em excesso de 95% em peso), e quantidades menores de ácido lático, lactato de lactoíla, água, oligômeros de ácido lático e outras possíveis impurezas.

[034] A corrente de lactídeo bruto derivada de reator de lactídeo 1 pode ser na forma líquida ou na forma de vapor, o que depende das condições de temperatura e pressão mantidas no reator de lactídeo 1 e na tubulação 3. No caso em que a corrente de lactídeo está na forma de vapor, um condensador (não mostrado na Figura 1) é posicionado na tubulação 3 entre o reator de lactídeo 1 e o recipiente de reação 4. No condensador, o lactídeo e outros possíveis componentes presentes na corrente de vapor são parcial ou totalmente condensados em uma superfície fria. No caso em que a corrente de lactídeo está na forma líquida, nenhum condensador precisa estar presente na tubulação 3. Em vista das situações descritas, o lactídeo bruto que entra no primeiro reator de tanque com agitação 5 está na forma líquida. Com uso de meios de aquecimento apropriados, os três reatores de tanque com agitação 5 são mantidos a uma temperatura de aproximadamente 126 °C e em pressão ambiente.

[035] Depois de ser mantido por um período de tempo em cada um dos reatores de tanque com agitação 5 de recipiente de reação 4, o lactídeo bruto é guiado do último reator de tanque com agitação por meio de tubulação 6 para a coluna de destilação 7. Na presente invenção, o lactídeo bruto que foi mantido no recipiente de reação por um período de pelo menos 5 horas é fornecido em sua totalidade para a coluna de destilação. O recipiente de reação não é uma etapa de separação. Nessa coluna 7, componentes diferentes da corrente de lactídeo bruto líquido são separados por meio de uma etapa de destilação. Essa coluna 7 tem uma temperatura inferior não mais alta do que 170 °C e uma pressão de aproximadamente 5 kPa (50 mbar). Sob essas condições, componentes voláteis, como ácido lático, água, lactato de lactoíla e uma pequena porção de lactídeo, são removidos como fração de topo de baixa ebulição por meio da tubulação 8. Parte dessa fração de topo flui novamente por meio de tubulação 9 para a coluna de destilação 7, ao passo que a outra parte da fração de topo que é removida por meio de tubulação 8 é reciclada (se desejado, depois da desidratação) para um reator de pré-polimerização (não mostrado na Figura 1), que pode estar presente no dispositivo de fabricação de lactídeo.

[036] Uma fração de fundo de alta ebulição é removida da coluna de destilação 7 por meio da tubulação 10. Essa fração compreende compostos como oligômeros de ácido lático, que têm um ponto de ebulição muito mais alto do que o ponto de ebulição de lactídeo. Uma maior parte dessa fração retorna para a coluna 7 por meio de tubulação 11, ao passo que uma parte menor da fração é reciclada para o reator de lactídeo 1, se necessário, depois de uma etapa de hidrólise e, opcionalmente, depois da concentração. Uma fração de ebulição intermediária é removida da coluna de destilação 7 por meio de tubulação 12. A última fração compreende lactídeo na forma substancialmente pura (em excesso de 95% em peso). É enfatizado que o lactídeo presente na fração de lactídeo pura pode ser composto dos três estereoisômeros L-lactídeo, meso-lactídeo e D-lactídeo. A concentração desses estereoisômeros na fração de lactídeo pura difere, e é essencialmente baseada no tipo e na pureza óptica dos oligômeros de ácido lático e em várias condições de processo aplicadas no processo de fabricação de lactídeo.

[037] Foi mostrado que a concentração de ácido lático, lactídeo e oligômero de ácido lático no lactídeo bruto muda com o tempo. Mais particularmente, foi mostrado que a manutenção ou armazenamento da corrente de lactídeo bruto recentemente produzida por um período de tempo resulta no aumento de sua fração de alta ebulição e em uma diminuição de sua fração de baixa ebulição. Desse modo, especialmente, a concentração de ácido lático a montante do recipiente de reação 4 é mais alta do que a concentração de ácido lático a jusante do recipiente de reação. De maneira contrária, a concentração de oligômero de ácido lático na corrente de lactídeo bruto a montante do recipiente de reação 4 é mais baixa do que a concentração de oligômero de ácido lático a jusante do recipiente de reação.

[038] Em um experimento inicial, uma fração de lactídeo bruto foi mantida em um recipiente de reação por um período de 6 horas a uma temperatura de aproximadamente 125 °C em pressão ambiente. A composição da corrente de lactídeo bruto que entra no recipiente foi determinada para que seja 92,8% em peso de L-lactídeo, 5,5% em peso de meso-lactídeo, 1,2% em peso de ácido lático e 0,5% em peso oligômero de ácido lático. A composição da fração de lactídeo bruto que deixa o recipiente foi determinada para que seja 90,8% em peso de L-lactídeo, 5,4% em peso de meso-lactídeo, 0,4% em peso de ácido lático e 3,4% em peso de oligômero de ácido lático. Desse modo, a fração de massa de ácido lático na corrente de lactídeo bruto líquido foi diminuída para aproximadamente 34% de sua quantidade original durante o tempo de residência no recipiente de reação. A corrente de lactídeo bruto obtida desse modo continha uma fração de ácido lático significativamente mais baixa, o que resulta em um processo de destilação muito mais simples na coluna 7, o que resultou em lactídeo com uma pureza mais alta.

[039] A Figura 2 mostra um gráfico no qual a concentração do ácido lático (F.A., em % em peso) e a concentração da fração de fundo de baixa ebulição (O.F., em % em peso) na fração de lactídeo bruto a jusante são mostradas como uma função do tempo de residência em um recipiente de reação. Nesse experimento, um único tanque de mistura contínua foi usado para o recipiente de reação. A temperatura no tanque foi 126 °C e o lactídeo bruto foi mantido sob pressão ambiente. O tempo de residência de 0 h fornece uma indicação da concentração das impurezas mencionadas em uma corrente de lactídeo bruto a montante, especificamente 0,0120% em peso para a concentração livre de ácido e 4,2% para a concentração de oligômero de ácido lático.

[040] Essa Figura 2 (fundo) mostra a clara tendência de que o aumento do tempo de residência da fração de lactídeo bruto no recipiente de reação resulta em um aumento da fração de fundo de baixa ebulição (O.F.), que é substancialmente composta de material de oligômero de ácido lático. O armazenamento do lactídeo bruto por 6 h (segundo ponto de dados da esquerda) no recipiente de reação resulta em um aumento da concentração da fração de fundo de baixa ebulição de mais do que 100%. O armazenamento do lactídeo bruto por 40 h no recipiente de reação resulta em um aumento da concentração da fração de fundo de baixa ebulição de quase 200%.

[041] Essa Figura 2 (topo) mostra adicionalmente que o aumento do tempo de residência da fração de lactídeo bruto no recipiente de reação resulta em uma diminuição significativa da quantidade de ácido lático (F.A.), que é substancialmente idêntica à concentração livre de ácido na fração de lactídeo bruto. O armazenamento do lactídeo bruto por 6 h (segundo ponto de dados da esquerda) no recipiente de reação resulta em uma diminuição da concentração do ácido lático de cerca de 30%. O armazenamento do lactídeo bruto por 40 h no recipiente de reação resulta em uma diminuição da concentração do ácido lático de cerca de 70%. Esses valores se encontram alinhados com a ideia de que o ácido lático é convertido em oligômeros de ácido lático, por meio dos quais a conversão aumenta com o crescente tempo de residência.

[042] Na Figura 3, a redução da concentração de ácido lático na fração de lactídeo bruto (barra alta) bem como o aumento da concentração de oligômero de ácido lático (adjacente à barra curta) é medida como uma função de vários projetos de tanque. O lactídeo bruto recentemente produzido continha uma acidez livre de 150 meq/kg, principalmente causada pelo ácido lático. A temperatura do lactídeo bruto nas tubulações e no recipiente de reação, onde aplicável, foi mantida a 126 °C. As barras 1 mostram a situação na qual nenhum tanque estava disponível. Nesse experimento de referência, a acidez do lactídeo bruto transportado foi levemente diminuída para aproximadamente 135 meq/kg (barra 1).

[043] As barras 2 a 5 na Figura 3 mostram o efeito do uso de um único tanque com agitação contínua (barras 2), três tanques com agitação contínua (barras 3) ou dez tanques com agitação contínua (barra 4; imitando o transporte de escoamento pistonado) no método, de acordo com a presente invenção. Nesses experimentos, a fração de lactídeo bruto foi mantida por 6 horas em cada um dos projetos de recipiente de reação indicados a 126 °C sob pressão atmosférica. A partir desses experimentos, pode-se concluir que o uso de um recipiente de reação certamente causa a redução do ácido lático ou a concentração livre de ácido - comparando-se as barras altas 1 e 2 - bem como um aumento na concentração de oligômero de ácido lático visto comparando-se as barras curtas 1 e 2. Também pode ser concluído que o uso de vários tanques com agitação contínua fornece uma redução mais alta do que o uso de um único recipiente de com agitação, e é por essa razão, preferencialmente, que as barras altas 2, 3 e 4 devem ser comparadas em relação a isso. Melhores resultados podem ser esperados com um recipiente de reação projetado como um reator de escoamento pistonado, conforme imidato pelo projeto com uso de dez tanques com agitação (barra 4). A quantidade de concentração de oligômero de ácido lático nos vários experimentos que subjaz os resultados das barras 2 a 4 parece estar aproximadamente no mesmo nível.

[044] A barra 5 na Figura 3 mostra o efeito de manutenção do lactídeo bruto por 6 h em um único tanque de reator com agitação a 126 °C sob pressão reduzida (aqui, a 0,8 kPa (7,75 mbar)). A partir de uma comparação da altura das barras 2 e 5, pode-se concluir que a redução da pressão não tem um efeito notável, seja na redução da quantidade de ácido lático ou no aumento da concentração de oligômero de ácido lático.

[045] A Figura 4 representa um processo alternativo para a produção de lactídeo, de acordo com a presente invenção, em que duas colunas de destilação são usadas e o recipiente de reação é posicionado entre essas duas colunas de destilação. Em mais detalhes, essa Figura mostra um reator de lactídeo 1 que é alimentado por meio de tubulação 2 com oligômeros de ácido lático que tem um grau de polimerização aproximadamente entre 10 e 25. A partir desses oligômeros, o lactídeo bruto é fabricado por meio de um processo de despolimerização por fechamento de anel. Uma corrente líquida ou de vapor de lactídeo bruto é diretamente guiada a partir do reator de lactídeo 1 por meio de tubulação 3 para a segunda coluna de destilação 13, na qual os componentes diferentes da corrente de lactídeo bruto líquido são separados por meio de uma etapa de destilação. Essa coluna 13 tem uma temperatura inferior não mais alta do que 170 °C e uma pressão de aproximadamente 5 kPa (50 mbar). Sob essas condições, componentes voláteis, como ácido lático, água, lactato de lactoíla e uma pequena porção de lactídeo são removidos como fração de topo de baixa ebulição por meio da linha de tubulação 15. Parte dessa fração de topo flui novamente por meio de tubulação 16 para a coluna de destilação 13, ao passo que a outra parte da fração de topo que é removida por meio de tubulação 15 pode ser reciclada para um reator de pré-polimerização (não mostrado na Figura 4), que pode ser incluído no dispositivo de fabricação de lactídeo.

[046] Uma fração de fundo de alta ebulição também é removida da coluna de destilação 13 por meio da tubulação 17. Essa fração compreende compostos como oligômeros de ácido lático, que têm um ponto de ebulição muito mais alto do que o ponto de ebulição de lactídeo. Uma maior parte dessa fração retorna para coluna 13 por meio de tubulação 18, ao passo que uma parte menor pode ser reciclada para o reator de lactídeo 1, se necessário, depois de uma etapa de hidrólise e, opcionalmente, depois de concentração.

[047] Uma fração de ebulição intermediária é removida da coluna de destilação 13 por meio de tubulação 14. A última fração compreende lactídeo na forma relativamente pura (em excesso de 96% em peso). A dita fração é diretamente guiada para o recipiente de reação 4. Na presente modalidade, o recipiente de reator 4 é composto de três reatores de tanque com agitação contínua 5. A dita corrente é principalmente composta de lactídeo (em excesso de 97% em peso, preferencialmente em excesso de 98% em peso, mais preferencialmente em excesso de 99% em peso), e de quantidades menores de ácido lático, lactato de lactoíla, água, oligômeros de ácido lático e possivelmente outras impurezas.

[048] A corrente de lactídeo bruto derivada de coluna de destilação 13 pode ser na forma líquida ou na forma de vapor, o que depende das condições de temperatura e pressão mantidas na coluna de destilação 13 e na tubulação 14. No caso em que a corrente de lactídeo é na forma de vapor, um condensador (não mostrado na Figura 4) é posicionado na tubulação 14 entre a coluna de destilação 13 e o recipiente de reação 4. No condensador, o lactídeo e outros possíveis componentes presentes na corrente de vapor são parcial ou totalmente condensados em uma superfície fria. No caso em que a corrente de lactídeo é na forma líquida, nenhum condensador precisa estar presente na tubulação 14. Em vista das situações descritas, o lactídeo pré-purificado que entra no primeiro reator de tanque com agitação 5 é na forma líquida. Com uso de meios de aquecimento apropriados, os três reatores de tanque com agitação 5 são mantidos a uma temperatura de aproximadamente 150 °C e em pressão ambiente.

[049] Depois de ser mantido por um período de tempo em cada um dos reatores de tanque com agitação 5 de recipiente de reação 4, o lactídeo bruto é guiado do último reator de tanque com agitação por meio de tubulação 6 para a coluna de destilação 7. Nessa coluna 7, componentes diferentes da corrente de lactídeo bruto líquido são separados por meio de uma etapa de destilação. Essa coluna 7 tem uma temperatura inferior não mais alta do que 170 °C e uma pressão de aproximadamente 5 kPa (50 mbar). Sob essas condições, os componentes voláteis, como ácido lático, água, lactato de lactoíla e uma pequena porção de lactídeo, são removidos como uma fração de topo de baixa ebulição por meio de tubulação 8. Parte dessa fração de topo flui novamente por meio de tubulação 9 para a coluna de destilação 7, ao passo que a outra parte da fração de topo que é removida por meio de tubulação 8 é reciclada - depois da desidratação, se desejado, - para um reator de pré-polimerização (não mostrado na Figura 1), que pode estar presente no dispositivo de fabricação de lactídeo. A fração removida por meio de tubulação 8 pode ser combinada com a fração removida da tubulação 15 para melhorar a eficiência do processo em geral.

[050] Uma fração de fundo de alta ebulição é removida da coluna de destilação 7 por meio da tubulação 10. Essa fração compreende compostos como oligômeros de ácido lático, que têm um ponto de ebulição muito mais alto do que o ponto de ebulição de lactídeo. Uma maior parte dessa fração retorna para coluna 7 por meio de tubulação 11, ao passo que uma parte menor é reciclada para o reator de lactídeo 1, se necessário depois de uma etapa de hidrólise e, opcionalmente, depois de concentração. A fração removida por meio de tubulação 10 pode ser combinada com a fração removida da tubulação 17 a fim de melhorar a eficiência do processo em geral.

[051] Uma fração de ebulição intermediária é removida da coluna de destilação 7 por meio de tubulação 12. A última fração compreende lactídeo na forma substancialmente pura (em excesso de 99% em peso). É enfatizado que o lactídeo presente na fração de lactídeo pura pode ser composto dos três estereoisômeros L-lactídeo, meso-lactídeo e D-lactídeo. A concentração desses estereoisômeros na fração de lactídeo pura difere, e é essencialmente baseada no tipo e na pureza óptica dos oligômeros de ácido lático e em várias condições de processo aplicadas no processo de fabricação de lactídeo.

[052] Foi mostrado que a presença do recipiente de reação no dispositivo, de acordo com a presente invenção, conforme mostrado na Figura 4, tem um efeito vantajoso. Mais particularmente, foi mostrado que a concentração de ácido lático, lactídeo e oligômero de ácido lático no lactídeo bruto mantido nesse recipiente muda no tempo. Adicionalmente, foi demonstrado que a manutenção ou armazenamento da corrente de lactídeo bruto recentemente produzida por um período de tempo resulta no aumento de sua fração de alta ebulição e em uma diminuição de sua fração de baixa ebulição. Desse modo, especialmente, a concentração de ácido lático a montante do recipiente de reação 4 é mais alta do que a concentração de ácido lático a jusante do recipiente de reação. De maneira contrária, a concentração de oligômero de ácido lático na corrente de lactídeo bruto a montante do recipiente de reação 4 é mais baixa do que a concentração de oligômero de ácido lático a jusante do recipiente de reação.

[053] Independentemente de se produzido por meio do dispositivo mostrado na Figura 1 ou do dispositivo mostrado na Figura 4, o lactídeo purificado obtido, removido da coluna de destilação 7 por meio de tubulação 12, pode se encontrar na forma líquida ou vaporosa. O lactídeo removido em estado de vapor pode convenientemente se encontrar liquefeito em uma superfície fria de um condensador (não mostrado na Figura 1 ou 4). O lactídeo na forma líquida pode ser colocado em um recipiente e armazenado ou transportado no dito recipiente em estado (parcialmente) líquido. Alternativamente, o lactídeo líquido também pode ser convertido em estado sólido, por exemplo, por meio de flocagem em um tambor ou correia de resfriamento. As partículas resultantes podem ser armazenadas ou transportadas em embalagens adequadas, como grandes sacolas, etc.

[054] Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhes na descrição mencionada acima, tal descrição deve ser considerada ilustrativa ou exemplificativa, e não restritiva; a invenção não se limita às modalidades e aos experimentos revelados. As variações para as modalidades reveladas podem ser compreendidas e efetuadas por aqueles versados na técnica na prática da invenção reivindicada, a partir de um estudo da revelação e das reivindicações anexas.

[055] Nas reivindicações, a expressão "que compreende" não exclui outros elementos ou etapas, e o artigo indefinido “um” ou “uma não exclui uma pluralidade. O mero fato de que certas medidas não são citadas em reivindicações dependentes mutuamente diferentes não indica que uma combinação dessas medidas não possa ser usada para vantagem.

Claims

1. Método para fabricar lactídeo, por meio do qual o lactídeo bruto, que é preparado por meio de despolimerização de oligômeros de ácido lático, é purificado por meio de uma etapa de destilação, caracterizado por, antes da etapa de destilação, o lactídeo bruto preparado ser mantido por um período de pelo menos 5 horas em um recipiente de reação a uma temperatura entre 97 °C e 200 °C.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o lactídeo bruto ser mantido por pelo menos 10 horas no recipiente de reação.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o recipiente de reação ser projetado como um reator de tanque com agitação contínua.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o recipiente de reação ser projetado como uma série de pelo menos dois reatores de tanque com agitação contínua, e que o lactídeo bruto é transportado através dessa série de reatores.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o recipiente de reação ser projetado como um reator de escoamento pistonado.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o lactídeo bruto ser mantido no recipiente de reação sob pressão ambiente.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a temperatura do lactídeo no recipiente (ou recipientes) de reação variar entre 100 °C e 150 °C.

8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a temperatura do lactídeo no recipiente (ou recipientes) de reação variar entre 110 °C e 130 °C.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por uma etapa de pré-destilação ser realizada no lactídeo bruto, entre a preparação do lactídeo bruto e a manutenção do lactídeo no recipiente de reação.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a temperatura do lactídeo no recipiente de reação variar entre 90 °C e 200 °C.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a temperatura do lactídeo no recipiente de reação variar entre 140 °C e 170 °C.

12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por os aditivos de aprimoramento de lactídeo, que são compostos ou misturas de compostos que têm propriedades antioxidantes, descolorantes ou outra propriedade estabilizante, serem adicionados ao recipiente de reação.