CN113980251A - 用于制造聚(2-羟基链烷酸)的方法，及由此可获得的聚(2-羟基链烷酸) - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造聚(2‑羟基链烷酸)的方法，及由此可获得的聚(2‑羟基链烷酸)。本发明公开了一种用于制造聚(2‑羟基链烷酸)，优选聚(乳酸)的方法。该方法包括以下步骤：混合2‑羟基链烷酸的环状二酯和聚合催化剂，使环状二酯聚合以形成液相的聚(2‑羟基链烷酸)，向该液相中添加过氧化物基化合物作为催化剂去活化剂，对该液相施以脱挥发分步骤，并使聚(2‑羟基链烷酸)固化，其特征在于将封端剂添加到液相的聚(2‑羟基链烷酸)中。本发明还涉及使用所述方法可获得的聚(2‑羟基链烷酸)，优选聚(乳酸)，其特征在于该聚合物具有范围为10000至250000 g/mol，优选20000至85000 g/mol的绝对Mn。

Description

用于制造聚(2-羟基链烷酸)的方法，及由此可获得的聚(2-羟 基链烷酸)

本申请为一项发明专利申请的分案申请，其母案的申请日为2014年02月11日，申请号为201480043352 .3，发明名称为“用于制造聚(2-羟基链烷酸)的方法，及由此可获得的聚(2-羟基链烷酸)”。

发明背景

本发明涉及一种用于制造聚(2-羟基链烷酸)，优选聚(乳酸)的方法。本发明还涉及通过所述方法可获得的聚(2-羟基链烷酸)，优选聚(乳酸)。

聚(2-羟基链烷酸)构成了一类目前受到大量关注的聚合物化合物。此类聚合物化合物的实例是聚乙交酯、聚（ε-己内酯）和聚（羟基丁酸酯）以及它们的共聚物。然而现今，最受重视的是聚丙交酯，其也称为聚乳酸且缩写为PLA。该聚合物是一种脂族聚酯，其可以由可再生资源制造。这种制造包括使淀粉或糖发酵成为乳酸。PLA通常通过乳酸（乳酸酯单体）的直接缩聚合成，或者通过丙交酯（环状乳酸酯二聚体）的开环聚合（ROP）合成。高分子量聚合物通常使用丙交酯借助于第二种方法制备。这些丙交酯最常可在合适的催化剂的存在下通过作为闭环反应结果的PLA低聚物解聚获得。在纯化后，丙交酯可以通过开环聚合反应的方式聚合成为可控分子量的PLA。

正如开始段落所提及的那样，通过丙交酯的ROP制造PLA的数种方法同样也是已知的。在一个实例，WO2010/012770 (A1)中，通过L-丙交酯在连续中试规模的聚合反应器中的熔融聚合来制备聚乳酸（PLA）。该方法在100-240℃之间的温度下进行，其包括以下步骤：a）连续地向连续混合反应器提供环状酯单体和聚合催化剂，该反应器在对于聚合以形成预聚反应混合物有效的条件下操作，b）从连续混合反应器中连续移出预聚的反应混合物并且向活塞流反应器中连续地提供预聚的反应混合物，该活塞流反应器在聚合条件下操作，其中使反应混合物聚合到至少90％的聚合程度以形成聚合物，c）从活塞流反应器中连续地移出聚合物。如果活塞流反应器在大约190℃的温度下操作，则PLLA中残留的丙交酯含量报道为4-5％。然而对于商业目的，还是期望制备具有低得多的水平的残留丙交酯含量的PLA，例如低于至少0.5％的残留丙交酯含量。

US 5,770,682公开了制备PLA的方法，其包括以下步骤：进行丙交酯的开环聚合以获得聚乳酸，在反应完成时添加能够使用于丙交酯的开环聚合的催化剂失活的化合物，并且通过减压和/或允许惰性气体通过来从聚乳酸产物中移除未变化的丙交酯。US '682公开了基于磷的酸或其酯、铝化合物或氧化剂作为能够使催化剂失活的化合物的用途。然而，由于设备腐蚀以及随后金属物类渗入到聚合物中的风险，通常不期望使用游离的酸性化合物或者可以在高温聚合制备过程中分解产生酸性物类的化合物。一般还期望限制金属物类并入到热塑性塑料中，因为它们可能会限制熔体稳定性或者在随后熔体制造成最终制品时导致降解和/或变色。此外，US '682没有报道对于通过这种方法制备的实例，PLA聚合物中残留丙交酯的水平。

作为另一个实例，专利文献EP 2 271 696 B1公开了一种用于制造PLA的方法，其包括以下步骤：将丙交酯与聚合催化剂组合，对混合物施以聚合条件以形成液态的聚丙交酯，添加有机过氧化物，对液态聚丙交酯施以脱挥发分步骤，并且使聚丙交酯固化。EP '696B1公开了在使通过在类似的连续中试规模的聚合反应器中L-丙交酯的熔融聚合制备的聚乳酸（PLA）稳定化中使用过氧化物、氢过氧化物的实例。在所述实例中，通过聚合后添加氢过氧化物改进了具有7％残留丙交酯的PLA的熔体稳定性。然而，对于商业目的还是期望制备具有低得多的水平的残留丙交酯含量的PLA，例如低于至少0.5％的残留丙交酯含量。

在申请人看来，这些已知的方法可以进行改进，特别是因为已经发现在已知方法中形成的PLA的残留丙交酯水平并不是最佳的。更确切地说，已表明在脱挥发分步骤之后经由称为“回咬（back-biting）”的过程，由液相的PLA再次形成了显著量的丙交酯。这一过程对于PLA最终产品来说是不利的。首先，在脱挥发分步骤之后其降低了所制造的PLA的MW。其次，其还增加了最终PLA产品中丙交酯的浓度，因为丙交酯的增塑效果以及丙交酯在加工设备中可能的沉积，这种增加是不期望的。

总而言之，期望具有一种通过ROP制造聚(2-羟基链烷酸)，特别是PLA的方法，其中所得的PLA产品含有降低量的丙交酯且具有抵抗“回咬”的改进的熔体稳定性。

发明概述

从这样的现有技术水平出发，本发明的一个目的在于提供一种制造聚(2-羟基链烷酸)的方法，其不会受制于前文中提到的缺陷，特别是高量的丙交酯和对聚合物产品中“回咬”的敏感性。本发明的其它目的包括提供通过所述方法可获得的聚(2-羟基链烷酸)，其具有降低的丙交酯含量和改进的抵抗“回咬”的稳定性。

根据本发明，这些目的通过制造聚(2-羟基链烷酸)，优选聚(乳酸)的方法实现，其包括以下步骤：

- 混合2-羟基链烷酸的环状二酯和聚合催化剂，

- 使所述环状二酯聚合以形成液相的聚(2-羟基链烷酸)，

- 向所述液相中添加过氧化物基化合物作为催化剂去活化剂，

- 对所述液相施以脱挥发分步骤，

- 并且使聚(2-羟基链烷酸)固化，其中将封端剂添加到液相的聚(2-羟基链烷酸)中。

其它进一步的目的在于提供具有降低的丙交酯含量和改进的抵抗“回咬”的稳定性的聚(2-羟基链烷酸)，其通过使用上述方法可获得的聚(2-羟基链烷酸)、优选聚(乳酸)来实现，其中该聚合物具有范围为10000至250000 g/mol，优选20000至85000 g/mol的绝对Mn。

本发明借助于添加到液相的聚(2-羟基链烷酸)中的封端剂来实现这些目的并且提供这一问题的解决方案。

这些结果令人惊奇地使得降低聚合物产物中环状二酯、丙交酯的量成为可能。不希望受到特定机理的束缚，发明人相信在聚合物产品中封端剂降低了对“回咬”的敏感性，于是这降低了解聚和释放环状二酯的倾向。

发明人已发现向液相的聚(2-羟基链烷酸)中添加封端剂改进了已知的聚合方法（WO2010/012770）。已经观察到聚合的最终产品中环状二酯的量低于用已知的其中未添加封端剂的方法获得的环状二酯的量。此外，脱挥发分步骤之后所制备的聚合物分子量的降低在本发明的方法中显著减少。值得注意的是如果环状二酯及其相应聚合物的浓度恰好在脱挥发分步骤之前在液相中处于热力学平衡，则根据本发明的方法最优化地运行。还注意到在使所述相的聚合物固化之前将去活化剂添加至液相并且与之混合。

在本发明方法的一个实施方案中，所述封端剂是酸酐，优选不含溶剂。正如后面将要通过实例的方式显示的那样，已经发现当与过氧化物一起使用时酸酐是有效的封端剂。优选添加纯净无溶剂的液体酸酐，例如乙酸酐以便不需要移除溶剂并且由此无需再循环/回收溶剂，这使得整体过程都“更绿色”并且更加环境友好。此外，有利的是聚合物产品或上层物流等不会受到溶剂和它们的副产物的污染。值得注意的是固体酸酐（例如琥珀酸酐或邻苯二甲酸酐）因此优选作为熔体添加以便避免需要溶剂及其随后的移除。

根据本发明方法的另一个更具体的实施方案，酸酐是选自邻苯二甲酸酐、乙酸酐、琥珀酸酐及其混合物中的一种，优选琥珀酸酐。正如后面将通过实例的方式显示的那样，已表明这些酸酐在本发明的方法中特别有效，并且它们还易于商购获得以用于化学过程中。值得注意的是乙酸酐可能不那么优选，因为它会产生作为挥发性副产物的乙酸，其之后会污染上层物流。邻苯二甲酸酐可能不如琥珀酸酐那么优选，因为它具有更高的熔点并因此需要更高的温度/更多的能量以用于它在方法中的使用和添加。此外，邻苯二甲酸酐可能不如琥珀酸酐那么EHS-友好，因为它在危险材料鉴定系统中具有更高的健康危害等级。

根据本发明方法的另一个实施方案，所述过氧化物基化合物是有机过氧化物，有机氢过氧化物或者过酸酯。已经发现这些过氧化物基化合物在本发明的方法中是有效的。

根据本发明方法的一个更特别的实施方案，过氧化物基化合物选自1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物、过氧化苯甲酰、过氧化二月桂酰、过氧化二乙基乙酸叔丁酯、过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯、过氧化异丁酸叔丁酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、及其混合物，优选1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物。这些化合物通常易于以商业规模获得，其经核准用于工业过程并且在聚合装置和工艺中方便处理。

在本发明的又一个实施方案中，所述环状二酯是丙交酯，聚合催化剂是锡基催化剂，优选2-乙基己酸锡（II），优选与醇类共催化剂联用，优选所述醇类共催化剂为己醇或2-乙基-1-己醇。这些化合物也通常易于以商业规模获得，其经核准用于工业过程并且在聚合装置和工艺中方便处理。正如将在后面通过实例的方式显示的那样，已经发现当用于本发明的方法中时这些原料是有效的。

根据本发明方法的其它进一步实施方案，与液相的聚(2-羟基链烷酸)的端基的量相比，向液相的聚(2-羟基链烷酸)中添加的封端剂的量在0.1至4、优选0.5至2摩尔过量的范围内。已经发现使用这些量提供了具有低环状二酯残留量的聚合物产品，并且它是成本有效的且对于最终的聚合物产品的性质是有利的，其避免了添加比所必需的更多的试剂。在本申请中，端基的量限定为等于所用的醇类共催化剂的量。对于其中不添加醇类催化剂的方法的实施方案，端基的量限定为通过SEC测量使用三重检测方法测定的液相的聚合物的绝对Mn的倒数（inverse Mn abs）。这种使用三重检测方法以测量绝对Mn的SEC测量描述在手册中，例如，2009年由John Wiley and Sons, Hoboken, New Jersey (ISBN-13: 978-0470442838)出版的A. Striegel, W.W. Yau, J.J. Kirkland和D. D. BIy的ModernSize-exclusion Liquid Chromatography: Practice of Gel Permeation and GelFiltration Chromatography中。

在本发明的又一个实施方案中，在聚合工艺的不同阶段将封端剂和催化剂去活化剂添加到液相的聚(2-羟基链烷酸)中。在本发明中，不同阶段指的是该方法过程中的不同点，例如连续制备方法中不同的加料点。在不同阶段添加试剂使试剂一起反应的风险最小化，例如，在定量给料系统（dosing system）中，试剂一起反应会降低它们的有效性。此外，独立添加试剂使它们的水平能够独立地控制并且允许每种试剂都实施其靶向活性，例如催化剂去活化和封端，而不存在被其它试剂或其靶向活性干扰的风险。

根据本发明方法再进一步的其它实施方案，封端剂在去活化剂之前添加，优选在脱挥发分步骤之前添加，并且去活化剂优选在脱挥发分步骤之后添加。正如后面将通过实例的方式显示的那样，已表明这种加料次序在本发明的方法中是有效的。不希望受到任何特定机理的束缚，发明人认为在封端步骤期间存在活性催化剂可能是潜在有利的。此外在脱挥发分步骤之前进行封端步骤可以有利地防止回咬的发生，或者防止在脱挥发分步骤（其中使单体脱挥发分）期间和/或之后单体和聚合物之间的再平衡。在脱挥发分之后添加去活化剂可避免在其可以使催化剂失活之前去活化剂的脱挥发分。

根据本发明方法的再另一个实施方案，在添加去活化剂之后对所形成的液相的聚(2-羟基链烷酸)施加额外的脱挥发分步骤。已经发现这种额外的脱挥发分步骤在使得能够获得特别低水平的残留环状二酯方面是有用的。

根据本发明的聚(2-羟基链烷酸)的一个实施方案，相应聚合物中环状二酯的浓度低于0.5重量%，并且优选低于0.3%。正如后面将通过实例的方式显示的那样，已表明这样有利的低水平残留环状二酯的获得在本发明的方法中是易于得到的。由B. Braun, J. R.Dorgan和S. F. Dec在Macromolecules，2006, 39 (26), 第9302-9310页中已公开了借助于NMR或红外光谱测量PLA基体中的残留丙交酯浓度。在本申请中，相应聚合物中环状二酯的浓度定义为通过GC测量的浓度，优选使用实施例中描述的方法。

根据本发明的聚(2-羟基链烷酸)的另一个实施方案，一部分端基衍生自酸酐，优选琥珀酸酐或邻苯二甲酸酐，最优选琥珀酸酐。使用这些酸酐作为封端剂的优点已经在前文进行了描述，并且有利地使用它们导致它们随后作为端基并入到聚合物产品中。

根据本发明的聚(2-羟基链烷酸)的又一个实施方案，一部分端基是羧酸端基，优选包含-O-(C=O)R(C=O)-OH的羧酸端基，其中R是C₁至C₈烷基。这些羧酸端基将来源于优选的酸酐封端剂的使用。

根据本发明的聚(2-羟基链烷酸)的再一个实施方案，聚(2-羟基链烷酸)聚合物包含锡基催化剂的残基和1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物的残基。正如后面将通过实例的方式显示的那样，已经发现在本发明的方法中与作为催化剂去活化剂的1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物一起使用锡基催化剂例如辛酸锡是特别有效的。有利地使用这些催化剂和试剂通常将会产生它们存在于聚合物产物中的可检测的残基。例如Biomacromolecules 201112 (3), 523-532中公开了PLA中残留的锡含量可以通过能量色散X-射线能谱法、ICP或原子吸收火焰发射光谱法来测量。根据2004年由Springer, Berlin, Germany (ISBN 978-3-540-40220-6)出版的Kitayama, Tatsuki和Hatada, Koichi, 2004, XII的NMRSpectroscopy of Polymers, Series: Springer Laboratory，叔丁基端基对于观察是最有利的端基，因为它由随后在NMR能谱中显示尖锐单峰的三个等价的端基组成。

本领域技术人员将理解不同权利要求的主题和本发明实施方案的组合是可能的，而且只要这样的组合在技术上可行，其在本发明中不受限制。在这种组合中，任何一个权利要求的主题都可以与一个或多个其它权利要求的主题组合。在这种主题的组合中，任何一个方法权利要求的主题都可以与一个或多个其它方法权利要求的主题或一个或多个聚合物权利要求的主题或一个或多个方法权利要求与聚合物权利要求的混合的主题组合。以此类推，任何一个聚合物权利要求的主题都可以与一个或多个其它聚合物权利要求的主题或一个或多个方法权利要求的主题或一个或多个聚合物权利要求与方法权利要求的混合的主题组合。通过实例的方式，任何一个权利要求的主题都可以与任意数量的其它权利要求的主题组合而不受限制，只要这样的组合在技术上可行。

本领域技术人员将理解的是，本发明不同实施方案的主题的组合是可能的，在本发明中不受限制。例如，上述方法实施方案之一的主题可以与一个或多个其它上述聚合物实施方案的主题组合，或者反之亦然，只要技术上可行，则其不受限制。

附图概述

下文将参考本发明的不同实施方案以及附图更详细地解释本发明。这些示意图表示：

图1显示了用于进行根据本发明用于由相应的环状二酯制造聚(2-羟基链烷酸)的方法的设备的示意图（未按比例）。

图2显示了用于进行根据本发明的方法的可选择的设备的示意图（未按比例）。

图3显示了在本发明的过程中通过气相色谱法进行的用于测量PLA聚合物中的残留丙交酯的仪器设置的表格（表1）。

图4显示了描述在本发明的过程中在中试试验中进行的一系列实验的数据的第二个表格（表2）。

图5显示了描述在本发明的过程中在模型实验室试验中进行的第二系列实验的数据的第三个表格（表3）。

发明详述

定义

正如在本申请的说明书和权利要求书中使用的，应当应用以下定义：

“一”、“一个”和“该”作为先行词指的是单数或复数。例如，“一种过氧化物基化合物”指的是单个物类的化合物或这些物类的混合物，除非上下文另行指明。

“丙交酯”可以指三种不同异构体结构中的任意一个，例如R,R-丙交酯（或D-丙交酯）、S,S-丙交酯（或L-丙交酯）以及R,S-丙交酯（或内消旋丙交酯）或其混合物。

观察到在间歇式聚合工艺中，表述“聚合工艺的不同阶段”指的是时间上的不同时刻。然而，在连续工艺中，表述“聚合工艺的不同阶段”指的是沿着其引导反应混合物的液相流动的聚合设备的不同位置。

本申请中的数值涉及平均值。此外，除非有相反的指示，数值应当理解为包括当减少至有效数字和数值（其与所述的值相差小于本申请中所述类型的常规测量技术的实验误差）的相同数目以便测定值时是相同的数值。

已经注意到PLA聚合物的分析方法，例如它们的分子量性质、光谱性质、端基和残留物类的分析方法是现有技术中公知的，例如，如2011年由John Wiley and Sons, WestSussex, UK (ISBN: 9780470683415)出版的D. Plackett的Biopolymers: New Materialsfor Sustainable Films and Coatings；2010年由John Wiley & Sons, Hoboken, NewJersey, (ISBN: 978-1-118-08813-5)出版的R.A. Auras, L.-T. Lim, S.E.M. Selke和H. Tsuji 的Poly(lactic acid): Synthesis, Structures, Properties, Processing,and Applications，以及在Biomacromolecules 2011 12 (3), 523-532中S. Inkinen, M.Hakkarainen, A.-C. Albertsson和 A. Södergård的From Lactic Acid to Poly(lacticacid) (PLA): Characterization and Analysis of PLA and Its Precursors中公开的那样。

图1中描绘了聚合设备1，其包括环路反应器2、活塞流反应器3和两级真空脱挥发分单元，其包含脱挥发分罐4和5。这种类型的聚合设备在以本申请的名称提交的公开号为WO2010/012770-A1的国际专利申请中已进行了更详细的描述。

将需要制造其聚合物的2-羟基链烷酸的环状二酯和聚合催化剂以熔融形式混合并且在聚合设备中的位置6处添加。选择混合物的温度以使得混合物保持液体形式。如果需要添加醇类官能试剂（functionalities），可以在相同的位置处将它们（例如作为醇）引入体系。以连续方式将混合物输送至环路反应器2并且在环路反应器2中循环。将部分聚合的混合物的一部分从环路反应器2中分离出来并且以连续方式输送通过活塞流反应器3。选择反应条件（温度、流速、催化剂浓度等）使得反应混合物中环状二酯转化（几乎）完全并且在活塞流反应器3的末端与相应的聚合物处于平衡。

在位置7（在活塞流反应器3的末端并且在脱挥发分罐4之前）处，取样和/或进样口允许将封端剂或催化剂去活化剂进样。在位置8（在脱挥发分罐4之后）处，存在用于相同目的的第二取样点。在该设备中位置9（在脱挥发分罐4和5之间的连接管线中间）处、位置10（恰好在第二脱挥发分罐5之前）处和位置11（恰好在第二脱挥发分罐5之后）处已设计其它的取样和/或进样口。在所有的取样和/或进样口以及聚合设备的末端处，可以从流动的聚合混合物中收集少量用于分析目的。可以使这些样品淬灭并测量它们的含量以便将环状二酯含量、封端剂含量、催化剂含量和催化剂去活化剂含量定量。

为了验证催化剂去活化对反应混合物的熔体稳定性的有效性，已采用以下标准。如果在工艺末端（位置12）处聚合物产品的残留单体含量低于0.5重量%（w/w），则认为实验结果是正面的。否则，认为结果是负面的。对于所有正面的结果，催化剂去活化过程被认为更有效，通过连接脱挥发分罐4和5的管线（运输管线）的残留单体的增加就越少。这种通过运输管线的残留单体的增加可以根据在位置10和位置9处取得的样品之间或者在位置10和8处取得的样品之间残留单体的差测量。

图2显示了适合进行本发明的聚合设备的另一个实施方案。单体罐100包含在惰性气氛下的2-羟基链烷酸的环状二酯。可以在位置3000处添加聚合催化剂和任选的醇类官能试剂。

接下来，环状二酯单体和其它组分进入环路反应器，其包括静态混合器单元300和400以及换热器单元500。注意到组分可以通过任选的静态混合器单元200进入环路反应器。本领域技术人员将理解单元200至500中的每一个都可以包括一个或多个子单元。

具有25至85重量%，更优选40至75%的单体转化率的聚合混合物离开环路反应器并进入单元600，其可以包括一个或多个静态混合器或换热器子单元或其组合。随后聚合混合物进入单元700，其可以包括一个或多个静态混合器或换热器子单元或其组合。具有高于75重量%的单体转化率的聚合混合物随后进入第一脱挥发分单元800，其中借助于真空和/或惰性气体物流移除未反应的单体。本领域技术人员将理解的是单元800可以包括一个或多个子单元。第一脱挥发分聚合混合物之后进入任选的单元900，其可以包括一个或多个静态混合器或换热器子单元或其组合。第一脱挥发分聚合混合物随后进入任选的第二脱挥发分单元1000，其可以包括一个或多个子单元。最终聚合物产物进入最后的装置1100，其可以为造粒机、挤出机或其它产品修整装置，并且作为产品3300离开体系，其可以是丸粒、颗粒或制成品的形式。

在这一实施方案中注意到脱挥发分的环状二酯单体作为物流2000和2100的一部分从聚合混合物中移除。典型地，在单元200至700以及900和1100中可以存在略微升高的压力。典型地，在单元800和1000中可以存在低压，这样的压力将通常低于50，优选低于20mbar，更优选低于10 mbar。单元100至200的典型温度范围为80至200℃，并且单元300至1100的典型温度范围为150至250℃。

在本实施方案中催化剂去活化剂和/或封端剂可以在位置3100和/或3200处添加。

如之先前注意到的，2-羟基链烷酸的环状二酯、聚合催化剂、过氧化物基化合物以及封端剂可以各自是单独的化学物类或者是一种或多种化学物类的混合物。例如，等量的D-和L-丙交酯的混合物通常称为外消旋丙交酯或rac-丙交酯。在本发明的范围内，三种纯净的丙交酯（仅由一种非对映异构体组成）以及两种或更多种纯净的丙交酯的混合物均可以使用。可以在其由例如解聚的乳酸预聚物制备并纯化后以液体形式直接添加丙交酯。该丙交酯还可以由在其中丙交酯以固体形式（例如粉末或薄片）保存的储存库添加。

注意到原则上聚合可以在溶液中或在熔体中进行，其中熔融聚合是优选的，因为其不需要溶剂和溶剂回收。

在本发明的实施过程中，可以使用能够将环状二酯聚合成为其相应的聚合形式的任何催化剂，只要过氧化物基化合物可以使其失活即可。用于本发明的合适的催化剂是现有技术中公知的用于环状二酯聚合的那些，例如包含具有多于一个稳定氧化态的金属离子的金属配位化合物。在这类催化剂中，含锡的化合物是优选的，其中辛酸锡是最优选的催化剂。根据金属重量来计算，催化剂浓度通常为至少5 ppm，更特别为至少10 ppm。其中使用比常规量更大的量时，催化剂浓度为至少30 ppm，更特别为至少50 ppm。催化剂浓度通常为最多200 ppm，特别为最多150 ppm。在一些实施方案中，使用醇类共催化剂，其还有利地允许对Mn进行控制。共催化剂通常以与催化剂的量相同数量级的量使用，例如催化剂与共催化剂的摩尔比为50:1至1:50。当将环状二酯与催化剂混合时其可以是固相。然而，使环状二酯成为熔融相并且在此后添加催化剂是优选的。

当进行脱挥发分步骤时，对熔体施加降低的分压。这可以通过施加真空和/或吹扫气流，例如氮气的方式实现。

相对于工艺物流的总重量，所添加的催化剂去活化剂的量通常为0.002至0.4重量%。如果所添加的量低于0.002重量%，则去活化反应不能进行完全。如果所添加的量多于0.4重量%，则不会注意到额外的去活化效果。因此，添加多于0.4重量%导致催化剂去活化剂的浪费以及对所得的聚合物产物不必要的污染。因此，为了尽可能地避免这些缺点，优选使用在0.02至0.4重量%范围内的催化剂去活化剂的量。最优选的是相对于工艺物流的总重量添加大约0.1重量%的催化剂去活化剂的量。

更多的关注已投入到本发明其中将封端剂添加到液相的聚(2-羟基链烷酸)中的方面。发明人已发现添加封端剂显著改进了所制造的聚(2-羟基链烷酸)的残留环状二酯（丙交酯）含量的降低。在聚合物是聚丙交酯的情况中特别保持了这一点。不受任何理论的限制，发明人相信所述封端剂与所形成的聚合物的羟基端基反应。这些反应过的封端剂的存在看起来降低了由形成的聚丙交酯经由所谓的“回咬”机理解聚导致的丙交酯形成的速率。当对聚合物施以高温处理时，特别是当在减压下进行该处理时，在液相的聚合物中经由这一机理形成的丙交酯的量可能变大到不可接受的程度。因为封端剂同时终止聚合和解聚，该试剂优选在丙交酯聚合为聚丙交酯的末期添加，即通常为当至少90%，优选至少95%且最优选至少97%的丙交酯已经转化为聚丙交酯时。实际上，这一百分数由在给定的液相温度下的热力学平衡指示。

看起来当向液相的聚合物中添加封端剂和催化剂去活化剂二者时可以特别地获得聚合物的低残留丙交酯含量的目标改进。与其中添加两种试剂的情况相比，仅添加封端剂或仅添加催化剂去活化剂不能导致在所制备的聚丙交酯聚合物中同样低水平的残留丙交酯。

原则上，可以使用不同类别的羟基结合（hydroxyl-binding）封端剂。第一类令人感兴趣的封端剂是异氰酸酯和二异氰酸酯类。另一类令人感兴趣的封端剂是环氧化物和双环氧化物类。这些类别的化合物在原则上适合用作本发明方法中的封端剂。第三类令人感兴趣的封端剂是之前详细讨论过的酸酐。使用选自酸酐类的封端剂是有利的，因为它们在与聚合物材料的反应中显示出最少的副产物。进一步观察到在本发明所要求保护的方法中酸酐的反应性比(二)异氰酸酯和(双)环氧化物的反应性更好。异氰酸酯化学通常受制于在所用的高温聚合条件下发生的大量副反应，而环氧化物与羧酸端基反应比与羟基端基反应更快。要强调的是酸酐类化合物还包括二酸酐和多酸酐化合物。

本发明方法的其它令人感兴趣的实施方案的特征在于酸酐是邻苯二甲酸酐。当这种化合物用作本发明方法中的封端剂时可获得良好的结果。当将这种化合物添加到液相的聚（羟基链烷酸）中时，所形成的聚合物链的羟基端基转化为芳族羧酸端基。

根据本发明方法的另一个令人感兴趣的实施方案具有酸酐是乙酸酐的特征。当将这种化合物添加到PLA中或者添加到另一种液相的聚（羟基链烷酸）中时，所形成的聚合物链的羟基端基转化为甲基端基。使用乙酸酐作为封端剂比使用邻苯二甲酸酐更优选。后一种化合物与乙酸酐相比具有相当高的分子量。因此，当使用乙酸酐时需要添加并与液相的聚合物混合的材料更少。

非常特别的兴趣存在于本发明具有酸酐是琥珀酸酐的特征的方法的实施方案中。当将这种化合物添加到PLA或另一种液相的聚(2-羟基链烷酸)中时，所形成的聚合物链的羟基端基转化为脂族羧酸端基。使用琥珀酸酐作为封端剂比使用邻苯二甲酸酐更优选，因为后一种酸酐具有相当高的分子量。使用琥珀酸酐比乙酸酐更优选，因为所形成的化合物不产生挥发性低分子量物类并且琥珀酸酐本身的挥发性也相对较低。当对包含这种酸酐的液相聚合物施以脱挥发分步骤时，封端剂的挥发性可能会造成问题。实际上当使用琥珀酸酐作为封端剂时不会发生这种问题。

令人感兴趣的本发明方法的实施方案的特征在于在聚合的不同阶段将封端剂和去活化剂添加到液相的聚(2-羟基链烷酸)中。发明人相信这种措施很大程度上排除了一部分封端剂和去活化剂互相作用并且甚至可能反应的可能性。这种相互作用和/或反应会使一种或两种试剂的作用都失活，这被认为是不利的。因此在聚合工艺的不同阶段将两种试剂添加到所形成的液相聚(2-羟基链烷酸)中看起来是克服这种缺点的有效措施。发明人能够展示优选地本发明方法比在去活化剂之前添加封端剂时更好地起作用。在本发明的过程中，优选在施以脱挥发分步骤之前将封端剂添加到反应混合物中，而在脱挥发分步骤之后添加催化剂去活化剂。

实验已显示向液相的聚(2-羟基链烷酸)中添加的封端剂的量优选在比羟基端基的量过量0.1至4摩尔的范围内。如果封端剂的量小于0.1摩尔过量，则聚合物熔体稳定性的提高不充分。如果在另一方面，所添加的封端剂的量高于4摩尔过量，则预期聚合物熔体的稳定性不会进一步提高。因此这样高的量仅会污染所形成的聚(2-羟基链烷酸)并且增加树脂的总成本。当封端剂的量选择为0.5至2摩尔过量、优选0.8至1.5摩尔过量，则获得在两种消极效果之间的最佳折中。

本发明方法的优选实施方案具有的特征在于在添加去活化剂之后对所形成的液相聚(2-羟基链烷酸)施以额外的脱挥发分步骤。液相的聚合物中剩余的二酯可以借助于这一脱挥发分步骤移除。通过降低液相聚合物中的压力（优选低于10 mbar）的方式进行脱挥发分步骤。此外，还可以通过引导惰性气体穿过液相的聚合物来吹扫。

本发明还涉及可使用上述方法获得的聚(2-羟基链烷酸)。所述聚合物的特征在于其具有通过凝胶渗透色谱法（GPC，还称为尺寸排阻色谱法）测定的10000至500000、优选10000至250000、更优选20000至85000 g/mol的绝对Mn。这样的聚合物可以解决本申请提出的大部分需求。

优选的是使用根据本发明的方法可获得的聚(2-羟基链烷酸)，其特征在于在相应的聚合物中环状二酯的浓度低于0.5重量%，并且优选低于0.3%。聚酯聚合物中这些丙交酯的量通常可以使用类似于NMR、FT-IR和基于色谱法的技术的方法来测量。

实施例

列出以下实施例以便为本领域普通技术人员提供如何对制造聚(2-羟基链烷酸)的方法以及由本发明所要求保护的所述方法可获得的聚(2-羟基链烷酸)进行评价的详细说明，并且它们并不意在限制发明人认为是其发明的范围。

为了测定PLA聚合物中的残留丙交酯含量，通常将PLA样品溶解于溶剂中，优选其是含氯的，PLA聚合物使用非溶剂沉淀，并且将所得的澄清溶液进样到GC中用于分析。样品、溶剂和非溶剂的量可以适合于所需的GC灵敏度。此外，用于GC标定的内标可以添加到进样至GC的溶液中。在这些具体的实施例中，PLA样品和内标首先溶解在含氯溶剂中并且进一步在PLA的反溶剂（己烷）中沉淀。残留的丙交酯以及内标随后从聚合物萃取到己烷中并且将所得的溶液直接进样到GC系统中。丙交酯残留物的萃取量可以通过使用相同的GC设置采用合适的丙交酯标定物相对于内标进行计算。使用购自Perkin Elmer的GC Clarus 580气相色谱进行GC测量。该仪器由自动进样器（用于直接进样），进样器通道，柱温箱和火焰离子化检测器（FID）组成。色谱柱为来自Agilent的J&W DB-17MS GC。图3中的表1提供了所使用的仪器设置。

在所有以下描述的实验中，将Puralact丙交酯（Purac，D或L型）用作2-羟基链烷酸的环状二酯。将辛酸锡用作催化剂。添加少量的醇以加速反应。当使用时，将可商购的化合物1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物（TMBH）用作催化剂去活化剂。当使用时，将乙酸酐（AA）或琥珀酸酐（SA）或邻苯二甲酸酐（PA）用作聚合反应中的封端剂。

在第一系列的实验（试验1）中，在不存在封端剂的条件下研究催化剂去活化剂对聚合过程的影响。在这些实验中，将Puralact丙交酯（L或D型）用作2-羟基链烷酸的环状二酯。将辛酸锡用作催化剂。添加少量的醇以加速反应。将可商购的化合物TMBH用作催化剂去活化剂。在这一系列的实验中不使用封端剂。

在实验的实施过程中，将丙交酯加热到100-130℃并且与大约50至150 ppm的Sn(oct)2混合。并且还添加少量的每千克丙交酯大约15-20 mmol的醇（己醇）。这种混合物在位置6处进入如图1所示的聚合设备1中。优化环路反应器和活塞流反应器的条件以使得在位置7处的聚合程度为大约95%。在第一实验（试验1）中，在位置7处将0.15 [wt/wt%]的量的1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物（TMBH）添加到聚合反应混合物中并且还在位置8处添加额外的0.15% [wt/wt%]的1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物（TMBH）。在第二系列的实验（试验2）中，在位置7和8处不添加TMBH到聚合反应混合物，并且改为仅添加0.19至0.60 [wt/wt%]不等的受控量的琥珀酸酐（SA）。在第三系列的实验中，在位置7处将表2中所示的类型和用量的酸酐添加到聚合反应混合物中，并且在位置8处添加TMBH。

在位置8、9、10和12处收集聚合反应混合物的样品。由这些样品测定最终的聚合物产物中的丙交酯浓度，以及丙交酯在位置8和10之间的变化。

在仅添加催化剂去活化剂的第一试验中，丙交酯浓度在位置8和10之间增加，但是随后在第二次脱挥发分之后其在最终产物中在取样点12处平均降低至1.5 wt/wt。值得注意的是仅基于单独添加过氧化物基化合物的其它试验得到关于稳定性的甚至更差的结果并且在最终的聚合物产物中获得了低水平的丙交酯（未显示）。在第二试验中，在位置8至10之间的整个流动距离上丙交酯浓度增加了大约2-3重量%，随后在位置12处第二次脱挥发分之后，降低至大约1.3重量%的最终值。从这些观察中可以总结出，当独自使用催化剂去活化剂或单独的封端剂时，对形成残留丙交酯的熔体稳定性是不足的。然而，在其中添加了催化剂去活化剂和封端剂二者的第三试验中，残留丙交酯的含量并没有在位置8至10之间增加，并且在位置12处第二次脱挥发分步骤之后它还可以进一步降低至大约0.2重量%的最终值。于是这一结果证实了本发明的方法相对于现有技术的方法在制备具有低水平的残留环状二酯的聚(2-羟基链烷酸)聚合物方面的优越性。

添加过氧化物基化合物（TMBH）和封端剂（乙酸酐）在抑制反应方面的积极效果进一步通过进行模型实验室实验的第四试验进行证明。在这些模型实验中，在大约130-150ppm作为催化剂的Sn(oct)2和120-160 mmol/kg作为引发剂的己醇的存在下在160℃、惰性气氛下使丙交酯平衡17小时。在一个实验中，单独添加过氧化物TMBH，并且在另一个实验中其与乙酸酐一起添加，且在第三个实验中不添加过氧化物或酸酐。正如可以从图5的表3中看出的那样，当不添加过氧化物或酸酐时获得了大约96%的非常高的转化率。当仅添加过氧化物时，转化率略有降低；然而，当添加过氧化物和酸酐二者时，转化率显著低于不添加添加剂或仅单独添加过氧化物时的情况。这些结果证实了在制备聚(2-羟基链烷酸)聚合物的方法中使用过氧化物化合物和封端剂二者在抑制反应性方面的有效性。不希望受到任何特定机理的束缚，发明人相信这种反应性的抑制对尽量减少回咬和随之形成的残留丙交酯来说是重要的，于是这使得能够制造具有改进的低水平的残留丙交酯的PLA聚合物。

虽然出于解释说明的目的已陈述了不同的实施方案，但是前文的说明不应被视为对本发明范围的限制。因此，本领域技术人员可以想到多种修改、调整和替代方案而不背离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种用于制造聚(2-羟基链烷酸)的方法，其包括以下步骤：

- 混合2-羟基链烷酸的环状二酯和聚合催化剂，

- 使所述环状二酯聚合以形成液相的聚(2-羟基链烷酸)，

- 向所述液相中添加过氧化物基化合物作为催化剂去活化剂，

- 对所述液相施以脱挥发分步骤，

- 并且使聚(2-羟基链烷酸)固化，

其特征在于将封端剂添加到液相的聚(2-羟基链烷酸)中，

其中在添加去活化剂之前且在脱挥发分步骤之前添加封端剂，并且在脱挥发分步骤之后添加去活化剂，

其中所述过氧化物基化合物是有机过氧化物、有机氢过氧化物或过酸酯。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述封端剂是酸酐。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述酸酐是选自邻苯二甲酸酐、乙酸酐、琥珀酸酐及其混合物中的一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述过氧化物基化合物选自1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物、过氧化苯甲酰、过氧化二月桂酰、过氧化二乙基乙酸叔丁酯、过氧化(2-乙基己酸)叔丁酯、过氧化异丁酸叔丁酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、及其混合物。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述环状二酯是丙交酯，所述聚合催化剂是锡基催化剂。

6.根据权利要求1所述的方法，其中与液相的聚(2-羟基链烷酸)的端基的量相比，向液相的聚(2-羟基链烷酸)中添加的封端剂的量在0.1至4摩尔过量的范围内。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在添加去活化剂之后对所形成的液相的聚(2-羟基链烷酸)施以额外的脱挥发分步骤。

8.使用根据前述权利要求中任一项所述的方法可获得的聚(2-羟基链烷酸)，其特征在于所述聚合物具有范围为10000至250000 g/mol的绝对Mn。

9.根据权利要求8所述的聚(2-羟基链烷酸)，其中相应聚合物中环状二酯的浓度低于0.5重量％。

10.根据权利要求8所述的聚(2-羟基链烷酸)，其中一部分端基衍生自酸酐。

11.根据权利要求8所述的聚(2-羟基链烷酸)，其中一部分端基为羧酸端基。

12.根据权利要求8所述的聚(2-羟基链烷酸)，其含有锡基催化剂的残基和1,1,3,3-四甲基丁基氢过氧化物的残基。

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