DE10113302A1 - Verfahren zur Herstellung von Homo-und Copolyestern der Milchsäure - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Homo- und Copolyestern der Milchsäure durch Ringöffnungspolymerisation cyclischer Ester bzw. Diester in Gegenwart eines Initiator-/Katalysatorsystems, das selektiv das Kettenwachstum beschleunigt. Eingesetzt wird ein Gemisch aus Initiatoren. Das Verfahren ist damit besonderes für die kontinuierliche oder diskontinuierliche Herstellung dieser biologisch abbaubaren Polyester in Anlagen hoher Kapazität und üblichem Verweilzeitverhalten geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Homo- und Copolyestern der Milchsäure durch Rin­ göffnungspolymerisation cyclischer Ester bzw. Diester in Gegenwart eines Initiator-/Katalysatorsystems, das selektiv das Kettenwachstum beschleunigt. Eingesetzt wird ein Gemisch aus Initiatoren. Das Verfahren ist damit besonders für die kontinuierliche oder diskon­ tinuierliche Herstellung dieser biologisch abbaubaren Polyester in Anlagen hoher Kapazität und üblichem Verweilzeitverhalten geeignet.

Homo- und Copolyester der L- bzw. D,L-Milchsäure sind als biologisch abbaubare Polymerwerkstoffe mit ther­ moplasttypischen Verarbeitungs- und Anwendungseigen­ schaften in vielfältiger Weise als Verpackungskunst­ stoff, in Hygieneprodukten, bei Einwegartikeln aber auch als chirurgisches Implantatmaterial oder galenischer Hilfsstoff für parenterale Arzneistoffabgabesy­ steme einsetzbar. Unabdingbare Voraussetzung für den Einsatz dieser Homo- bzw. Copolyester in allen ge­ nannten Applikationsfeldern sind konstante Produktei­ genschaften auf molekularer Ebene, wie Molmasse und Molmassenverteilung bei den Homo- und Copolyestern, Erhalt der Chiralität bei der Poly-L-milchsäure oder Comonomerverhältnis und Comonomerverteilung im Falle der Copolyester. Unter technischen Bedingungen ist diese Konstanz nur mit entsprechend sicher be­ herrschbaren Syntheseverfahren zu erreichen, die zu­ dem eine hohe Toleranz gegenüber unvermeidlichen sub­ stratspezifischen und prozesstechnischen Schwankungen aufweisen müssen.

Hochmolekulare Polyester der Milchsäure lassen sich infolge der Gleichgewichtskonstante des Ring-Ketten- Gleichgewichts nur durch Ringöffnungspolymerisation des cyclischen Diesters der Milchsäure (L,L- bzw. D,L-3,5-Dimethyl-1,4-dioxan-2,5-dion im folgenden L,L- bzw. D,L-Dilactid genannt) herstellen. Zur In­ itiierung bzw. Katalyse dieser Polymerisationsreakti­ on werden vorzugsweise metallorganische Verbindungen des Zinns eingesetzt (vgl. beispielweise J. Dahlmann, G. Rafler: Acta Polymerica 44 (1993) 103 und dort zit. Lit.). Technische Verfahrensvorschläge, durchge­ führt als Massepolymerisation in schmelzflüssiger Phase bei Temperaturen von 185-220°C, betreffen dabei nahezu ausschließlich Zinn-II-octonoat, das die Ringöffnungspolymerisation besonders effizient be­ schleunigen soll (US-PS 5 484 881). Neben dem Zinn- II-octonoat werden häufig weitere Verbindungen des zwei- und vierwertigen Zinns als Initiatoren bzw. Ka­ talysatoren beschrieben (vgl. US-PS 5 484 881). Aber auch weitere Metallverbindungen, wie Alkoxide des Zinks, Bleis, Magnesiums, Titans oder Zirkons werden prinzipiell als potenziell einsetzbare katalytisch aktive Substanzen genannt, ohne dass jedoch techni­ sche Verfahren auf Basis dieser Initiatoren bzw. Ka­ talysatoren beschrieben werden (S. Jacobson, Ph. De­ gee, H.-G. Fritz, Ph. Dubois, R. Jerome: Polymer Eng. Sci. 39 (1999) 1311; W. M. Stevels, P. J. Dijkstra, J. Feijen, TRIP 5 (1997) 300.

Die Initiatorauswahl bei der Ringöffnungspolymerisa­ tion wird darüber hinaus in hohem Maße von dem zu po­ lymerisierenden Substrat bestimmt. Cyclisthe Mo­ noester, wie Caprolacton, oder cyclische Carbonate, wie, 3-Dioxan-2-on (Trimethylencarbonat), sind hin­ sichtlich des Initiators weit weniger sensitiv als beispielsweise Dilactid oder 1,4-Dioxan-2,5-dion (Diglycolid) (G, Rafler, G, Dahlmann: Acta Polymerica 43 (1992) 91; G. Rafler: Acta Polymerica 44 (1993) 168), und sie können deshalb problemlos in Gegenwart der in US-PS 5 484 881 oder an weiteren Stellen ge­ nannten Initiatoren polymerisiert werden (vgl. bei­ spielsweise auch A, Löfgren, A.-C. Alberson, P. Du­ bois, R. Jerome: Rev. Macromol. Chem. Phys. C 35 (1995) 379), wenn die wesentlichen weiteren Randbe­ dingungen für diese Polymerbildungsreaktion, wie Reinheit der Monomeren, Ausschluss von Wasser und Mi­ nimierung thermischer Belastungen, bei der Durchfüh­ rung des Prozesses beachtet werden.

Zinnhaltige Initiatoren, vorzugsweise das dem Stand der Technik gemäß zumeist eingesetzte Zinn-II- octonoat, verursachen hinsichtlich Molmasse des Poly­ meren ein technisch schwer beherrschbares Polymerisa­ tionsprofil mit extrem steilen Anstieg zu Reaktions­ beginn, einem in seiner absoluten Höhe undefiniertem Molmassenmaximum und einem ausgeprägten Abbau des Po­ lymeren nach Durchlaufen des Maximums (vgl. E. Dahlmann, G. Rafler: Acta Polymerica 44 (1993) 107). Die­ ses für einen technischen Prozess ungeeignete Polyme­ risationsprofil ist stark konzentrationsabhängig, wo­ bei Im Gegensatz zu ionischen und radikalisch initi­ ierten Polymerisationsprozessen zumindest für die Mehrzahl der zinninitiierten Polymerisationen Umsatz und Molmasse synchron verlaufen, d. h. Polymerisati­ onsgeschwindigkeit und hoher Umsatz führen auch zu hohen Molmassen.

Neben den reaktionstechnischen Problemen der Ringöff­ nungspolymerisation, die vorzugsweise aus den Reakti­ onsprofilen resultieren, sollte auch unter ökotoxiko­ logischen Aspekten auf möglichst niedrige Zinnkonzen­ trationen in den Polymeren orientiert werden, da die­ se aliphatischen Polyester vorzugsweise für bioabbau­ bare Werkstoffe mit Entsorgung durch Kompostierung vorgesehen sind. Schwermetallverbindungen werden da­ mit bei der Entsorgung über Kompostierung der Bio­ sphäre direkt zugeführt.

Trotz der vielfältigen Probleme, die zinnhaltige In­ itiatoren bereiten, werden diese Verbindungen wegen ihrer hohen Aktivität im Polymerisationsprozess unab­ hängig vom zu polymerisierenden Substrat für techni­ sche Verfahrensvorschläge favorisiert.

Unabhängig von Initiatortyp und Initiatorkonzentrati­ on sowie den speziell zu polymerisierenden cyclischen Estern oder Diestern ist die Ringöffnungspolymerisa­ tion durch eine hohe Sensitivität gegenüber Verunrei­ nigungen bei den Ausgangssubstanzen und Polymerisati­ onsadditiven (Initiatoren, Coinitiatoren) charakteri­ siert. Geringste Verunreinigungen der Monomeren oder Feuchtigkeits- oder Luftzutritt in die Polymerisati­ onsreaktoren sowie Schwankungen der Prozessparameter bereiten erhebliche Problem für den technischen Pro­ zess zur Herstellung dieser aliphatischen Polyester.

Für die technische Beherrschung des für Laborbedin­ gungen gut ausgearbeiteten und problemlos ausführba­ ren Polymerisationsverfahrens werden deshalb eine Reihe von Maßnahmen vorgeschlagen, die zur Beherr­ schung des technischen Prozesses und der reproduzier­ baren Einstellung der Produkteigenschaften beitragen slollen. Diese Maßnahmen betreffen alle verfahrenser­ schwerend genannten Aspekte.

Am häufigsten werden langkettige Alkohole als Co­ initiatoren der metallorganischen Polymerisationska­ talysatoren zur Initiierung des Kettenwachstums ein­ gesetzt, um den nichtdefinierten Einfluss hydroxyl­ gruppenhaltiger Verunreinigungen der Monomeren oder des Systems auf Umsatz und Molmasse bei der Ringöff­ nungspolymerisation zu überdecken bzw. zu vergleich­ mäßigen (vgl. beispielsweise EP-PS 0 778 304; US-PS 6 005 068). Dabei dient der Zusatz von bei­ spielsweise Dodecylalkohol oder Stearylalkohol vor allem der Reproduzierbarkeit der Molmasse. Daneben können diese hydroxylgruppenhaltigen Zusätze bei hö­ heren Anteilen auch zur chemischen Modifizierung der Polyester genutzt werden. So lassen sich beispiels­ weise mit Stearylalkohol hydrophobe Eigenschaften ge­ nerieren (EP-PS 0 778 304). Durch Coinitiierung mit Polyethylenglykolen werden die Polyester hydrophiler (G. Rafler, M. Jobmann: Pharm. Ind. 58 (1996) 1147).

In der DE-PS 43 18 204 wird die Sensitivität der Ringöffnungspolymerisation durch Verunreinigungen oder Beiprodukte der Monomeren auf anderem Wege über­ wunden. Neben neuen, zirkoniumbasierten Initiatoren werden in dieser Patentschrift siliziumorganische Additive beschrieben, die durch Reaktion mit den hy­ droxylgruppenhaltigen Beiprodukten der Monomeren bzw. Wasser aus der Luft oder dem Inertgas diese aus dem Reaktionssystem entfernen und damit die Prozesssi­ cherheit erhöhen.

Außer durch Fremdsubstanzen, wie Beiprodukte der Mo­ nomeren oder anderweitige Verunreinigungen des Reak­ tionssystems, werden Reproduzierbarkeit des Synthese­ prozesses und Konstanz der molekularen Produkteigen­ schaften in hohem Maße von Art und Konzentration der eingesetzten Initiatoren sowie der Prozesstemperatur bestimmt. Infolge des Gleichgewichtscharakters der Ringöffnungspolymerisation (Ring-Ketten-Gleichgewicht von monomeren Estern bzw. Diestern und linearen Poly­ mermolekülen) wird durch den Initiator auch die Rück­ bildung des Monomeren aus dem Polymeren katalysiert (zyklisierende Depolymerisation). Dieser Gleichge­ wichtscharakter der Ringöffnungspolymerisation ist nicht nur bei der technologischen und apparativen Ge­ staltung des Verfahrens zu berücksichtigen, sondern die zyklisierende Depolymerisation des Polyesters be­ reitet vor allem auch bei der thermoplastischen Ver­ formung dieser Polymeren Probleme. Auch die mehrfach beschriebene "back-biting"-Reaktion, die zu linearen oder zyklischen Produkten niedrigerer Molmasse führt, wird durch die eingesetzten Initiatoren katalysiert (vgl. beispielweise H. R. Kricheldorf, M. Berl, N. Scharnagl: Macromolecules 21 (1988) 268). Neben den reaktionsmechanistisch bedingten, reversiblen Depoly­ merisations- bzw. Abbauprozessen dieser Polyester sind auch irreversible Kettenspaltungen durch thermi­ sche Abbaureaktionen nicht auszuschließen. Diese Thermolyseprozesse führen zu unspezifischen Abbaupro­ dukten, die am Polymeren verbleiben und in Abhängig­ keit vom Grad dieser Thermolyse zu Verfärbungen des Polymeren bis hin zur Bildung von Gelpartikeln füh­ ren. Während die reversible Depolymerisation mit Rückbildung des Monomeren bzw. der Comonomeren eine Funktion von Initiatortyp, Initiatorkonzentration und Prozesstemperatur ist, wird der thermische Abbau na­ hezu ausschließlich durch die Temperatur determi­ niert.

Die Rückdrängung der zyklisierenden Depolymerisation bei Aufarbeitung und Verarbeitung erfolgt bei Poly­ estern, die in Gegenwart von Zinn-, Titan- oder Zir­ koniuminitiatoren hergestellt werden, effizient durch chemische Maskierung des Initiators mittels Komplex­ bildnern. Für Zinnverbindungen besonders geeignet sind Tropolon und seine Derivate (DE-PS 195 37 365; US-PS 5 760 119). Die technische Realisierung dieser Verfahren bereitet jedoch Schwierigkeiten, da diese Komplexbildner erst nach Beendigung des Polymerisati­ onsprozesses der hochviskosen Polymerschmelze zuge­ setzt werden können. Dies erfordert nicht nur eine zusätzliche Compoundierstufe mit Zweischneckenextru­ dern oder entsprechenden statischen Mischern, sondern es ist auch selbst mit komplexbildnerhaltigen Master­ batches auf Polylactidbasis infolge der hohen Schmelzviskositäten äußerst schwierig, eine homogene Verteilung des Komplexbildners in der Schmelze zu er­ zielen. Diese homogene Verteilung des Komplexbildners ist jedoch unabdingbare Voraussetzung für seine Ini­ tiatorinaktivierung.

Unspezifische thermooxidative und hydrolytische Ab­ baureaktionen, vorzugsweise bei der Verformung dieser aliphatischen Polyester, werden durch organische Phosphorverbindungen (Thermooxidation) bzw. wasser­ bindende Additive (Hydrolyse), wie Carbodiimide, ak­ tivierte Säurederivate oder Isocyanate, inhibiert (vgl. beispielsweise US-PS 6 005 068).

Ausgehend von den initiatorbedingten Schwierigkeiten der technischen Beherrschbarkeit der Ringöffnungspo­ lymerisation sowie der unbefriedigenden Konstanz der Produkteigenschaften von auf diesem Weg synthetisier­ ten Polyestern, ist es die Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, das es erlaubt, schmel­ zestabile Polyester mit konstanten molekularen Para­ metern durch Ringöffnungspolymerisation diskontinu­ ierlich bzw. kontinuierlich mit in weiten Grenzen va­ riabler Verweilzeit und variablen Anlagenequipment herzustellen.

Die Erfindung wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 9 ge­ ben vorteilhafte Ausführungen des Anspruchs 1 an.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, dass die Ringöffnungspolymerisation in Gegenwart eines Initia­ torsystems aus Zinn und mindestens einer weiteren Verbindung der Metalle der IV Nebengruppe durchge­ führt wird.

Bevorzugt ist hierbei eine Kombination von Zinn- und Titan- bzw. Zirkoninitiatoren, wobei die Komponenten in Form eines Gemischs beider Initiatoren (gleiche oder verschiedenartige Zinn- und Titanverbindungen) oder in einer chemischen Verbindung von Zinn und Ti­ tan bzw. Zirkon (mehrkernige Komplexe) vorliegen kön­ nen.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise erlaubt eine si­ chere Beherrschung der Ringöffnungspolymerisation, und sie führt zu einem Polymeren hoher thermischer Stabilität unter Herstellungs- und Verarbeitungsbe­ dingungen und mit definierter molekularer Uneinheitlichkeit (ausgedrückt durch M_W/M_n). Insbesondere die unter technischen Bedingungen schwer reproduzierba­ ren, für Zinn-II-octonoat typischen Reaktionsprofile mit ausgeprägtem Extremalcharakter bei der Molmasse (vgl. Fig. 1 und E. Dahlmann, G. Rafler. Acta Polyme­ rica 44 (1993) 107) werden bei Anwendung des erfin­ dungsgemäßen Initiatorsystems vermieden (vgl. Fig. 2).

Titanhaltige Initiatoren allein, wie Titan-tetra- alkoxide oder auch Aryltitanverbindungen, sind für die technische Anwendung nicht geeignet, da sie bei langsamem Polymerisationsverlauf zumeist nur zu ver­ gleichsweise niedrigen Molmassen führen (vgl. Fig. 3).

Die rührerabhängigen Differenzierungen der Molmassen- Zeit-Profile in den Beispielen 1 und 2 resultieren aus den unterschiedlichen Effektivitäten der Rührer im Hinblick auf die Mikrovermischung hochviskoser Schmelzen. Bei den Rührern 1 und 2 handelt es sich um Kreuzbalkenrührer mit unterschiedlicher Balkenanzahl, bei Rührer 3 um einen geschraubten Blattrührer (Schneckenrührer). Diese Sensitivität im Bereich Mi­ kro- ("chemische" Reaktionsgeschwindigkeit) und Ma­ krokinetik (makroskopisch beobachtbare Reaktionsge­ schwindigkeit) ist typisch für chemische Prozesse, bei denen neben der chemischen Reaktivität des Sub­ strats (Wachstumsgeschwindigkeit des Polymeren) Stofftransportprozesse der Reaktanten (Diffusionsbe­ hinderung, Stoffübergänge bei Reaktionen mit Pha­ senänderung, Accessibilitäten von reaktiven Gruppen, hohe Viskositäten des Reaktionsmediums, etc.) eine wesentliche Rolle spielen. Die gleichmäßigeren Reak­ tionsprofile bei der erfindungsgemäßen Verfahrenswei­ se für verschiedenartige Rührbedingungen sind neben der höheren Molmassenstabilität und der zeitunabhän­ gigen Molmassenverteilung der höheren Prozesssicher­ heit, die mit der vorgeschlagenen Initiatorkombinati­ on erreicht wird.

Die mittleren Molmassen der Polymeren in den aufge­ führten Beipielen 1 - werden gelchromatografisch in Tetrahydrofuran an extrahierten und getrockneten Po­ lymerproben ermittelt. Die gelchromatographische Trennung erfolgt an Styragel mit simultaner Bestim­ mung von Konzentration (Brechungsindex) und Molmasse (Streulichtfotometrie) der einzelnen Polymerfraktio­ nen. Damit ist eine sehr exakte direkte Molmassenbe­ stimmung möglich, die den häufig noch angewandten Me­ thoden mit Eichsubstanzen bekannter Molmasse zur Ka­ librierung der Methodik bzw. Relativmethoden, wie der Lösungsviskosimetrie, deutlich überlegen ist. Die gleichzeitige Bestimmung beider Mittelwerte der Mol­ masse erlaubt auch eine sehr exakte Ermittlung der molekularen Uneinheitlichkeit anhand des Quotienten beider Mittelwerte der Molmasse (M_W/M_n in Tabelle 1). Die molekulare Uneinheitlichkeit ist ein wesentlicher Produktparameter für einen Polymerwerkstoff, da er auf molekularer Ebene neben der Molmasse, die appli­ kationsrelevanten Polymereigenschaften entscheidend mit determiniert. Aus der Kombination dieser Poly­ mereigenschaften und den morphologischen Eigenschaf­ ten des polymeren Festkörpers resultieren dann die Verformungs- und Werkstoffeigenschaften eines Kunst­ stoffs. Auch hier zeigt sich die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise gegenüber dem be­ kannten Stand der Technik. Nicht nur die technologi­ sche Beherrschbarkeit der Ringöffnungspolymerisation wird signifikant verbessert, sondern es werden auch gleichwertige Produkte unabhängig von der Prozessdau­ er erhalten.

Tabelle 1

M_W/M_n in Abhängigkeit von der Polymeri­ sationszeit

In der Initiatorkombination stellt bevorzugt Titan bzw. Zirkonium den höheren Anteil dar, wobei das Ver­ hältnis der Elemente zueinander von Zinn: Titan bzw. Zirkon = 1 : 10 bis 2 : 3 variiert werden kann. Das Ver­ hältnis der Initiatoren zueinander wird durch die an­ gestrebten molekularen Polymerparameter, das techno­ logische Verfahrensregime und das Anlagenequipment determiniert. Je höher der Zinnanteil im Initiatorsy­ stem bei gleichen Molverhältnis von Initiatorsystem zu Monomerem, desto reaktiver verhält sich der Reak­ tionsansatz. Bei diskontinuierlichen Verfahrensweisen wird man deshalb hohe Titangehalte im Initiator an­ wenden; im Falle kontinuierlicher Verfahren können auch reaktivere Systeme mit geringeren Titan- und hö­ heren Zinnanteilen sicher beherrscht werden.

Infolge des homogenkinetischen Charakters der Ring­ öffnungspolymerisation der zyklischen Ester und Die­ ster wird die Auswahl der Initiatoren vor allem durch ihre Löslichkeit in der Monomer- bzw. Polymerschmelze bestimmt. Geeignete Zinnverbindungen für die Initia­ torkombination mit Zinn- und Titanverbindungen sind Zinn-II-carboxylate, Zinn-IV-alkoxide, Dialkoxy- Zinnoxide, Trialkoxi-Zinnhydroxide sowie Zinn-IV- aryle. Von den bekannten organolöslichen Titanverbin­ dungen sind vor allem Titan-IV-alkoxide sowie Titan- IV-acetylacetonat, bei Zirkoniumverbindungen sind Zirkonium-IV-ethylat, Zirkonium-octonoat und Zirkoni­ um-acetylacetonat als Komponenten für die erfindungs­ gemäße Initiatorkombination einsetzbar.

Die Konzentration der erfindungsgemäßen Initiatorkom­ bination ist in weiten Grenzen frei wählbar. Sie richtet sich vor allem nach den technologischen Er­ fordernissen der Anlage (im Falle der Synthese von Polymilchsäuren: Kapazität der einzelnen Verfahrens­ stufen: Fermentation Milchsäure; Polykondensation, Depolymerisation, Reinigung L,L-Dilactid bzw. D,L- Dilactid; Ringöffnungspolymerisation Poly-L-lactid bzw. Poly-D,L-lactid; Entmonomerisierung Poly-L- lactid bzw. Poly-D,L-lactid) sowie der angestrebten Molmasse des Endprodukts. Der bevorzugte Konzentrati­ onsbereich für das Initiatorsystem liegt bei 10^-5-­ 10^-3 mol/mol Monomereneinheit; aber auch höhere Kon­ zentrationen bis 10^-2 mol/mol können problemlos ange­ wandt werden, wenn dies aus technologischen, anlagen­ technischen oder materialspezifischen Gründen erfor­ derlich ist.

Oberhalb der Schmelztemperatur des Polymeren ist die Polymerisationstemperatur ebenfalls in einem relativ breiten Bereich variierbar. Ohne störende Abbaureak­ toren können für die Polymerisation des L,L-Dilactids Temperaturen von 180°C-235°C gewählt werden. Für die Polymerisation des D,L-Dilactids können infolge der niedrigeren Erweichungstemperatur auch niedrigere Polymerisationstemperaturen, beginnend bei 125°C an­ gewandt werden.

Erfindungsgemäß wird das Initiatorsystem auch für die Synthese von statistischen und nichtstatistischen bi­ nären oder ternären Copolymeren durch Ringöffnungspo­ lymerisation eingesetzt. Die statistischen Copoly­ ester werden dabei durch gleichzeitige Zugabe (dis­ kontinuierlich) bzw. Dosierung (kontinuierlich) der monomeren Ester bzw. Diester hergestellt. Nichtstati­ stische Copolyester erhält man bei stufenweisem Como­ nomerzusatz bzw. vorzugsweise reaktive Compoundierung der Homopolyester in Reaktoren hoher Durchmischungs­ intensität, wie Knetern oder Zweischneckenextrudern.

Die Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele und Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt dabei die Batch-Polymerisation von L,L-Dilactid bei 195°C in Gegenwart eines Zinnkatalysators.

Fig. 2 zeigt die Batch-Polymerisation in Gegenwart eines erfindungsgemäßen Initiatorsystems.

Fig. 3 zeigt die Ergebnisse der Batch- Polymerisation von L,L-Dilactid in Gegen­ wart eines Titankatalysators.

Beispiel 1 Vergleichsbeispiele mit verschieden­ artigen Rührern

72 g durch Umkristallisation gereinigtes und sorgfäl­ tig getrocknetes L,L-Dilactid (0,5 mol) werden in ei­ nem zylindrischen Glasreaktor mit Kreuzbalkenrührer (Rührer 1 und 2 in Fig. 1) bzw. Schneckenrührer (Rüh­ rer 3) unter Inertgas aufgeschmolzen. Der gerührten Monomerschmelze wird bei Erreichen der Solltemperatur der Initiator in Form einer 0,1%igen Lösung in Toluol zugesetzt. Zur Ermittlung des Polymerisations­ verlaufs werden der polymerisierenden Schmelze Proben entnommen, von denen nach entsprechender Probenvorbe­ reitung durch Extraktion oder Umfällen Masse (für den Monomerumsatz) und Molmasse bestimmt werden. Die Ex­ traktion erfolgt mit Methanol in einer Soxhlet- Apparatur; zur Umfällung wird die Probe in Dimethyl­ formamid gelöst und in Methanol das Polymere ausge­ fällt. Von den getrockneten Polymerproben werden Um­ satz (gravimetrisch) und Molmasse (gelchromatogra­ fisch) bestimmt. In Abhängigkeit von der Durch­ mischung werden die in Fig. 1 dargestellten Molma­ ssen-Zeit-Verläufe für die Polymerisation des L,L- Dilactids erhalten.

Beispiel 2

Analog Beispiel 1 werden 72 g durch Umkristallisation gereinigtes und sorgfältig getrocknetes L,L-Dilactid (0,5 mol) in einem zylindrischen Glasreaktor mit Kreuzbalkenrührer (Rührer 1 in Fig. 2) bzw. Schnec­ kenrührer (Rührer 3) unter Inertgas aufgeschmolzen. Der gerührten Monomerschmelze wird bei Erreichen der Solltemperatur das Initiatorgemisch, bestehend aus 2,5.10^-5 mol/mol Zinn-II-octonoat und 10^-4 mol/mol Titan-IV-isopropylat, in Form einer 0,1%igen Lösung in Toluol zugesetzt. Nach Aufarbeitung der Proben entsprechend Beispiel 1 wurden in Abhängigkeit von der Durchmischung die in Fig. 2 dargestellten Molma­ ssen-Zeit-Verläufe für die Polymerisation des L,L- Dilactids erhalten.

Beispiel 3

Analog Beispiel 1 werden 72 g durch Umkristallisation gereinigtes und sorgfältig getrocknetes L,L-Dilactid (0,5 mol) in einem zylindrischen Glasreaktor mit Schneckenrührer unter Inertgas aufgeschmolzen. Der gerührten Monomerschmelze werden bei Erreichen der Solltemperatur 2,5.10^-4 mol/mol Titan-tetra-isopro­ pylat, in Form einer 0,1%igen Lösung in Toluol zuge­ setzt. Nach Aufarbeitung der Proben entsprechend Bei­ spiel 1 werden in Abhängigkeit von der Reaktionstem­ peratur die in Fig. 3 dargestellten Molmassen-Zeit- Verläufe für die Polymerisation des L,L-Dilactids er­ halten.

Beispiel 4

Analog Beispiel 1 werden 72 g durch Umkristallisation gereinigtes und sorgfältig getrocknetes L,L-Dilactid (0,5 mol) in einem zylindrischen Glasreaktor mit Schneckenrührer unter Inertgas aufgeschmolzen. Der gerührten Monomerschmelze werden bei Erreichen der Solltemperatur von 200°C 0,08 g (10^-4 mol/mol) eines Reaktionsproduktes aus Dibutyl-zinn-oxid (0,1 mol), - Titan-tetrabutylat (0,2 mol) und n-Butanol (0,2 mol) zugesetzt. Nach 20 min wird die Polymerisation durch Abkühlen abgebrochen und das Polymermaterial durch Extraktion mit Methanol zur Monomerentfernung und Va­ kuumtrocknung nachbehandelt. Es werden 60 g Poly-L- lactid mit einer mittleren Molmasse von 95 000 g/mol erhalten.

Beispiel 5

3600 g durch Umkristallisation gereinigtes und sorg­ fältig getrocknetes L,L-Dilactid (50 mol) werden in einem Horizontalkneter mit Austragschnecke unter Inertgas aufgeschmolzen. Der durchmischten Monomer­ schmelze wird bei Erreichen der Solltemperatur von 195°C das Initiatorgemisch, bestehend aus 2,5.10^-5 mol/mol Zinn-II-octonoat und 10^-4 mol/mol Titan-tetra- isopropylat, in Form einer 0,1%igen Lösung in Toluol zugesetzt. Die Schmelze wird im geschlossenen System bei 195°C in dem Kneter 75 min intensiv durchmischt. Nach Aufarbeitung der Proben entsprechend Beispiel 1 werden 3250 g Poly-L-lactid mit einer mittleren Mol­ masse von 65 000 g/mol, einem Schmelzpunkt von 174°C und einem optischen Drehwert von [α]²⁰ = -156,2° er­ halten.

Beispiel 6

1800 g durch Destillation gereinigtes und sorgfältig getrocknetes L,L-Dilactid werden mit dem Initiatorge­ misch, bestehend aus 0,25 g Zinn-II-octonoat und 0,66 g Titan-tetra-isopropylat, vorgemischt und unter Ausschluss von Feuchtigkeit und Luftzutritt einem Zweischneckenextruder mit sog. "harter" Schneckenkon­ figuration (hoher Anteil an Knetelementen bei den va­ riabel zusammensetzbaren Schnecken; Transportelemen­ te/Knetelemente = 4/1; LD = 35; 7 Heizzonen) zuge­ führt. Bei einem über den Extruder eingestellten Tem­ peraturprofil, beginnend mit 100°C am Extruderein­ zug, 190°C in den mittleren Zonen und 180°C am Aus­ gang, und einer Drehzahl von 100 min^-1 betrug die mittlere Verweilzeit der polymerisierenden Lactid­ schmelze im Extruder ca. 15 min. Die Polymerschmelze wurde auf einem Transportband durch Anblasen mit Kaltluft abgekühlt und mittels eines Stranggranula­ tors granuliert. Das Polymergranulat wird mit Metha­ nol extrahiert und anschließend im Vakuum getrocknet. Das auf kontinuierliche Weise erhaltene Poly-L-lactid wies eine mittlere Molmasse von M_n = 53 000 g/mol auf. Die Ausbeute beträgt 93,5%.

Beispiel 7

2700 g durch Umkristallisation gereinigtes und sorg­ fältig getrocknetes L,L-Dilactid werden gemeinsam mit 1425 g (Gesamtmenge: 50 mol) Caprolactam in einem Ho­ rizontalkneter mit Austragschnecke unter Inertgas aufgeschmolzen. Der durchmischten Monomerschmeize wird bei Erreichen der Solltemperatur von 175°C das Initiatorgemisch, bestehend aus 2,5.10^-5 mol/mol Zinn-II-octonoat und 2.10^-4 mol/mol Titan-tetra- butylat, in Form einer 0,1%igen Lösung in Toluol zu­ gesetzt. Die Schmelze wird im geschlossenen System bei 175°C in dem Kneter 75 min intensiv durchmischt.

Das Poly(L-lactid(75)-co-caprolacton(25)) wird durch Umfällen aus Dimethylformamid/Wasser entmonomeri­ siert. Nach Trocknung bei 80°C im Vakuum werden 3700 g Copolymeres mit einer mittleren Molmasse von 112 000 g/mol erhalten.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Homo- und Copoly­ estern der Milchsäure durch Ringöffnungspolyme­ risation ihrer cyclischen Monomeren in Gegenwart eines Initiators dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation in schmelzflüssiger Phase in Gegenwart eines Initiatorsystems enthaltend eine Verbindung des Zinn sowie mindestens eines weiteren Initiators ausgewählt aus den Verbin­ dungen der Metalle der vierten Nebengruppe, durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Initiatorsystem eine Verbindung des Zinn sowie mindestens eine weitere Verbindung der Metalle von Titan und/oder Zirkon enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Verhältnis von Zinn zum weiteren Initiatorbestandteil, in bezug auf das Verhältnis der Elemente zueinander, im Bereich von 1 : 10 bis 2 : 3 liegt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzen­ trationsbereich für das Initiatorsystem bei 10^-5 bis 10^-2 mol/mol Monomereinheit der eingesetzten Milchsäure liegt.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Initia­ torsystem in Form eines physikalischen Gemisches und/oder in Form einer Verbindung enthaltend ei­ nem mehrlagigen Metallkomplex, vorliegt.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinnver­ bindung ausgewählt ist aus Zinn-II-carboxylaten, Zinn-IV-alkoxiden, Dialkoxy-Zinnoxiden, Trial­ koxi-Zinnhydroxide und/oder Zinn-IV-aryle.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Titanver­ bindung ausgewählt ist aus Titan-IV-alkoxiden und/oder Titan-IV-acetylacetonat.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkon­ verbindung ausgewählt ist aus Zirkon-IV-ethylat, Zirkonium-octonat und/oder Zirkonium-acetylaceto­ nat.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymeri­ sationstemperatur im Bereich von 125-240°C liegt.