DE1595085C3

DE1595085C3 - Verfahren zur Herstellung von Polylactiden mit einer inhärenten Viscosität von mindestens 0,4

Info

Publication number: DE1595085C3
Application number: DE19641595085
Authority: DE
Inventors: Roger Allen Wilmington Del. Fouty (V.St.A.)
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 1963-11-08
Filing date: 1964-11-06
Publication date: 1974-09-26
Also published as: GB1040168A; DE1595085B2; IT998002B; DE1595085A1

Description

in der R₁ und R₂ Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis und können entweder das l(—)-Lactid, das D(+)-Lac-

12 Kohlenstoffatomen bedeuten, als Katalysator 15 tid oder Mischungen davon oder optisch inaktive

verwendet. Lactide und Mischungen davon darstellen. Um zu

Polymeren mit hohem Molekulargewicht zu führen, müssen die angewandten Lactide im wesentlichen

wasserfrei sein und sollen eine Reinheit von mindestens

20 90%, vorzugsweise 99%, bezogen auf organische, Hydroxylgruppen enthaltende Verbindungen, besitzen. Die Reinigung der Lactid-Monomeren erreicht man

Polylactide mit hohem Molekulargewicht sind aus durch Lösung und Umkristallisation oder direkt bei den USA.-Patentschriften 2 703 316 und 2 758 987 der Synthese. Die Enantiomorphen können getrennt bekannt. Die dort als Katalysatoren verwendeten 35 oder in Mischung miteinander polymerisiert werden, mehrwertigen Metalloxide bedingen verhältnismäßig Die Lactide können ferner im Gemisch mit bis zu 50% lange Polymerisationszeiten, um Polymerisate mit mit anderen polymerisierbaren cyclischen Estern mit hohen Molekulargewichten zu erhalten. Außerdem einem 6- bis 8gliedrigen Ring, z. B. mit Glykolid oder sind die dort verwendeten Metalloxide häufig giftig Tetramethyl-Glykolid, mischpolymerisiert werden,
und müssen darum aus den Polylactiden entfernt 30 Die Polymerisation des Lactids wird vorzugsweise werden, wenn diese für die Herstellung von Materialien in Masse unter Verwendung von Temperaturen oberverwendet werden, die mit lebendem Gewebe zu- halb des Schmelzpunktes des Lactids ausgeführt, kann sammenkommen, beispielsweise zur Herstellung von aber auch in Gegenwart eines inerten Verdünnungschirurgischen Nahtmaterialien. mittels ausgeführt werden. Das verwendete Verdün-

Aus der deutschen Patentschrift 975191 ist es 35 nungsmittels kann ein Lösungsmittel für das Lactid

bekannt, mit Metallen aus der II. oder IV. Gruppe des und/oder das Polymere sein, obwohl dies nicht

Periodischen Systems Lactide oder 6gliedrige Lactone kritisch ist, da auch die Dispersion des Monomeren

zu polymerisieren. Man erhält dabei polymerisierte im Verdünnungsmittel zur Polymerisation führt. Die

Lactide mit verhältnismäßig niedrigen Erweichungs- Polymerisation wird im allgemeinen bei Temperaturen

punkten, die zwischen 80 und 90⁰C liegen, und 40 im Bereich von 20 bis 200°C ausgeführt. Temperaturen

darüber hinaus sind verhältnismäßig lange Polymeri- von 90 bis 160⁰C sind bevorzugt. Die Polymerisation

sationszeiten erforderlich. führt man im allgemeinen in einer inerten Atmosphäre,

Die Verwendung von metallorganischen Kataly- wie Stickstoff oder Helium, oder im Vakuum durch,

satoren, z. B. von Dialkylzink, zum Polymerisieren Geeignete Verdünnungsmittel sind Kohlenwasserstoff-

von monomeren, cyclischen Estern ist aus der USA.- 45 Lösungsmittel, wie Benzol, Toluol oder Dekahydro-

Patentschrift 3 021310 bekannt. naphthalin. Um Polylactide mit hohem Molekular-

Aufgabe der Erfindung ist es, Polylactide durch gewicht zu erreichen, ist es wichtig, die Polymerisation

Polymerisation von Lactid mit hohen Molekular- in einem im wesentlichen wasserfreien System auszu-

gewichten herzustellen, wobei die verwendeten Kataly- führen, da Wasser als Kettenübertragungsmittel wirkt,

satoren beim späteren Einsatz der Polymeren nicht 50 Als Katalysator wird eine Zinkverbindung der

stören. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, allgemeinen Formel

die Polymerisation von Lactid zu Polylactiden mit ZnR r
hohen Molekulargewichten in kürzeren Zeiten zu

ermöglichen, als es dies nach den bekannten Verfahren in der R₁ und R₂ Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis

möglich war. 55 12 Kohlenstoffatomen bedeuten, verwendet AlsKoh-

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur lenwasserstoffrest kommt beispielsweise Methyl, Äthyl,

Herstellung von Polylactiden mit einer inhärenten Propyl, Phenyl oder Benzyl in Frage. Der Katalysator

Viskosität von mindestens 0,4 durch Polymerisation wird vorzugsweise in einer Konzentration von 0,01

von Lactid, gegebenenfalls im Gemisch mit bis zu bis 1 Gewichtsprozent, bezogen auf das Monomere,

50% eines anderen cyclischen Esters mit einem 6- bis 60 angewendet. Die inhärente Viskosität wird wie folgt

8gliedrigen Ring, in Gegenwart einer Zinkverbindung definiert:

als Katalysator, das dadurch gekennzeichnet ist, daß In η rel

man eine Zinkverbindung der allgemeinen Formel ??inh = — ,

^{n 1 2} 6₅ worin In der natürliche Logarithmus,
in der R₁ und R₂ Kohlenwasserstoffreste mit 1 bis

12 Kohlenstoffatomen bedeuten, als Katalysator ver- „_rel _ ⁷I ^Losung

wendet. η Lösungsmittel'

C die Konzentration des Polymeren in Gramm pro 100 cm³ der Lösung ist und η in allen Fällen die Viskosität darstellt.

Es ist nach dem Vorhergesagten offenkundig, daß die inhärente Viskosität vom eingesetzten Lösungsmittel oder von der Konzentration des gelösten Polymeren unabhängig ist. Die Polylactide, welche für die Verwendung als Folien oder Fäden geeignet sind, besitzen inhärente Viskositäten von mindestens 0,4 und vorzugsweise mindestens 0,7. Das Zink aus dem Katalysator wird in den Polymeren als Lactat gebunden. Das fertige Polymere ist weitgehend ungiftig.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren, weil hohe Polymerisatausbeuten in verhältnismäßig kurzen Polymerisationszeiten erzielt werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die Katalysatoren nur in sehr geringen Mengen eingesetzt zu werden brauchen.

Beispiel 1

Ein gründlich getrockneter 50-ml-Zweihalskolben, welcher mit einem Rührer, Stickstoffeinlaß und einem mit einem Trockenmittel gefüllten Trockenrohr ausgestattet ist, wird unter einer Atmosphäre von vollständig trockenem Stickstoff mit 15 g l(—)-Lactid vom Schmelzpunkt 95 bis 96° C beschickt. Mittels eines auf 110° C vorerhitzten Ölbades erhitzt man das Lactid zur Schmelze. Man ersetzt den Stickstoffeinlaß durch ein Thermometer, und sobald die Temperatur der Schmelze 100° C erreicht hat, spritzt man 30 Mikroliter einer l,4molaren Diäthylzinklösung durch den Thermometerstutzen ein. Innerhalb 2 Minuten bildet sich ein festes Polymerisat, und die Reaktionstemperatur steigt während 7 Minuten auf einen Maximalwert von 12O⁰C. Der erhaltene Polymerisat-Pfropfen wird in schmale Stücke geschnitten, in siedendem Benzol gelöst und unter Rühren in Hexan gegossen. Das ausgefällte Polylactid wird durch Filtration abgetrennt, an der Luft getrocknet und dann im Vakuum bei 100° C getrocknet. Das weiße Polylactid besitzt eine Erweichungstemperatur von 185⁰C, welche durch Ziehen einer Probe des Polymerisats über eine geheizte Metallblock-Oberfiäche bestimmt wird, und eine inhärente Viskosität von 3,11, welche an einer Lösung von 0,1 g pro 100 ml Benzollösung gemessen wird. Die spezielle Drehung des Polymerisats [oc]? beträgt —197°, bezogen auf eine l,2%ige Lösung in Benzol. Das Polymerisat kann zu zähen, durchscheinenden Folien gepreßt werden. Das Polymerisat kann auch zu kaltziehbaren Fäden schmelzgesponnen werden.

Beispiel 2

Man wiederholt Beispiel 1 unter Verwendung eines Lactidgemisches von 90% l(—)-Lactid und 10% eines meso-Lactids und einer Polymerisationstemperatur von 130⁰C an Stelle des l(—)-Lactids und einer Temperatur von 110⁰C. Man erhält in 85%iger Ausbeute ein schneeweißes Polylactid. Das Polylactid besitzt eine inhärente Viskosität von 1,1, einen Erweichungspunkt von 121° C und eine spezifische Drehung [*]? von —180.°

Beispiel 3

Unter Verwendung der Verfahrensweise nach Beispiel 1 polymerisiert man l(—)-Lactid bei Anwendung von 0,025 Gewichtsprozent, bezogen· auf das Monomere von Di-n-butylzink an Stelle des Diäthylzinks. Die Polymerisation führt zu einer 95°/_oigen Ausbeute an Polymerisat, welches eine inhärente Viskosität von 2,15 aufweist, eine spezifische Drehung [α]? von —196° und einen Erweichungspunkt von 183° C zeigt.

Beispiel 4

Man beschickt einen gründlich getrockneten 50-ml-Kolben mit 25 ml sorgfältig getrocknetem o-Xylol und 15 g l(—)-Lactid unter einer Atmosphäre von trockenem Stickstoff. Zu der Mischung fügt man 100 Mikroliter einer l,4molaren Diäthylzink-Lösung in Heptan hinzu und taucht den Kolben in ein auf 150⁰C vorerhitztes Ölbad. Innerhalb 2 Minuten wird die Auflösung bewirkt, und nach 3 Minuten hört das Rühren infolge der hohen Viskosität der Polymerisatlösung auf. Die Reaktionstemperatur steigt während 8 Minuten auf ein Maximum von 140⁰C, bevor sie abfällt. Um einer vollständigen Umsetzung sicherzugehen, setzt man das Erhitzen auf eine Badtemperatur von 150⁰C für eine Gesamtzeit von IVa Stunden fort.

Beim Abkühlen fällt das Polymerisat aus der Lösung in Form körniger, perlenähnlicher Teilchen aus. Das Polylactid wird in 150 ml o-Xylol neuerlich gelöst und nochmals gefällt und dann an der Luft und im Vakuum getrocknet. Man erhält 13,9 g eines Polylactide (Ausbeute 93%), welches einen Erweichungspunkt von 178° C und eine inhärente Viskosität von 1,53 aufweist.

Beispiel 5

In einen 100-ml-Zweihalskolben, welcher mit einem Rührer und einem Auslaß, der zu einer Vakuumpumpe führt, ausgestattet ist, füllt man 15 g l(—)-Lactid und 30 ml sorgfältig getrocknetes n-Decan. Der Kolben wird mehrmals evakuiert und trockener Stickstoff in das evakuierte System eingelassen. Unter kräftigem Rühren des Inhalts wird der Kolben in ein auf ein 115° C vorerhitztes Ölbad eingetaucht. Nachdem das Lactid geschmolzen ist, fügt man 100 Mikroliter einer l,4molaren Diäthylzink-Lösung zu. Innerhalb 5 Minuten nach der Einspritzung des Katalysators fällt das weiße Polylactid aus, wenn man auch, um eine vollständige Reaktion sicherzustellen, das Heizen und Rühren 1 Stunde lang fortsetzt. Das Polylactid wird abgefiltert, mit Hexan gerührt, neuerlich gefiltert und bei 100⁰C im Vakuum getrocknet. Man erhält 14,9 g eines Polylactide (Ausbeute 99 %), welches bei 163° C scharf schmilzt und eine inhärente Viskosität von 0,80 besitzt.

Unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren werden Mischpolymerisate aus l(—)-Lactid, meso-Lactid und D(+)-Lactid mit den anderen polymerisierbaren cyclischen Estern gebildet. Man erhält Polyester mit hohem Molekulargewicht, worin das Lactid mindestens 50% des Monomer-Gemisches darstellt. Spezielle Beispiele anderer cyclischer Ester mit einem 6- bis 8gliedrigen Ring sind sym-Diäthylglykolid, Diphenylglykolid, das Lactid der 2-Hydroxy-4,6,6-trimethylheptansäure, delta-Valerolacton, Tri-

methylencarbonat, Äthylenoxalat, Propylenoxalat und Disalicylid.

Claims

1 2

Die Lactide, welche erfindungsgemäß polymerisiert

Patentanspruch: werden, haben die allgemeine chemische Formel

Verfahren zur Herstellung von Polylactiden mit O

einer inhärenten Viskosität von mindestens 0,4 5 ||

durch Polymerisation von Lactid, gegebenenfalls O C

im Gemisch mit bis zu 50 % eines anderen cyclischen / \

Esters mit einem 6- bis 8gliedrigen Ring, in Gegen- CH₃C — H H — C — CH₃

wart einer Zinkverbindung als Katalysator, da- \ /

durch gekennzeichnet, daß man eine io C O

Zinkverbindung der allgemeinen Formel i!

ZnR₁R₂ °