DE19631633A1

DE19631633A1 - Verfahren zur Herstellung von Lactid und dafür verwendete Vorrichtung

Info

Publication number: DE19631633A1
Application number: DE19631633A
Authority: DE
Inventors: Hitomi Ohara; Makoto Ogaito
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-08-01
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1998-02-12
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: DE19631633B4; US5801255A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lactid und eine dafür verwendete Vorrich tung. Im besonderen betrifft sie ein Verfahren zur Herstel lung von Lactid unter gleichzeitiger Durchführung seines Reinigungsverfahrens und eine dafür verwendete Vorrichtung. Das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Lactid kann als Ausgangsstoff für die Herstellung von Polymilch säuren verwendet werden.

Polymilchsäure ist ein biologisch sehr sicheres Poly mer, und ihr Abbauprodukt, die Milchsäure, wird in vivo absorbiert. Mit den obigen Eigenschaften ist die Polymilch säure für medizinische Zwecke, wie chirurgisches Nahtmateri al, Freigabekapseln in Arzneimittelzuführungssystemen und verstärkende Materialien für Knochenfrakturen, verwendbar. Außerdem ist sie als abbaubares Plastik bekannt, da sie unter natürlichen Umweltbedingungen abgebaut wird. Weiter ist ihre Verwendung für monoaxial und biaxial gestreckte Filme, Fasern, Extrusionsprodukte und verschiedene andere Zwecke weit verbreitet.

Zu den Verfahren zur Herstellung einer Polymilchsäure gehört ein Verfahren, in dem zunächst ein zyklisches Lactid der Milchsäure (Dimer) aus Milchsäure synthetisiert, dann durch Verfahren wie Kristallisation gereinigt und anschlie ßend einer Ringöffnungspolymerisation unterzogen wird. Gemäß dieses Verfahrens kann das Lactid durch die Stufen der Poly merisation ausreichender Mengen Milchsäure zu Polymilchsäu ren mit relativ niedrigem Molekulargewicht (Oligomere) und anschließendes Erhitzen der polymerisierten Mischung in Gegenwart eines bekannten Katalysators, wie Antimontrioxid, zu einem Lactid als Komponente vaporisierter Produkte her gestellt werden.

Jedoch befinden sich in den vaporisierten Produkten außer dem Lactid Verunreinigungen, wie Wasser, Monomere, Dimere und Trimere der Milchsäure. Da diese Verunreinigungen als Inhibitoren der Lactidpolymerisation wirken, kann keine Polymilchsäure mit hohem Molekulargewicht erhalten werden, wenn nicht hochreines Lactid verwendet wird. Deshalb ist es notwendig, das Verunreinigungen enthaltende Lactid zu rei nigen, wobei zu konventionellen Lactidreinigungsverfahren solche zählen, bei denen Lösungsmittel verwendet werden. Zum Beispiel offenbart die japanische Patentoffenlegung Nr. 63-101378 Rekristallisation unter Verwendung eines Alkohols mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, bevorzugt Isopropylalkohol, oder Ausfällung aus einem Lösungsmittel, in dem Lactid nicht löslich ist.

In den obigen konventionellen Reinigungsverfahren nei gen jedoch Wasser, Milchsäure und Milchsäureoligomere dazu, Ringöffnung des Lactids zu verursachen, was zu geringer Ausbeute an Lactid führt. Außerdem erfordert die Verwendung eines Lösungsmittels Ausrüstungen für Lagerung und Sammlung, was ziemlich hohe Investitionskosten für die Ausstattungen erforderlich macht.

Zur Lösung dieser Probleme wurden Aufreinigungsverfah ren vorgeschlagen, die kein Lösungsmittel verwenden (japani sche Patentoffenlegung Nr. 6-256340). Dieses Verfahren ist eine sogenannte "Schmelzkristallisation", in der wiederholte Phasenumwandlungen von einer Flüssig- zu einer Festphase selektiv durchgeführt werden. Da in diesem Verfahren jedoch Hydroxyverunreinigungen, wie Oligomere, Milchsäure und Was ser, in geschmolzenem Zustand zugegeben werden müssen, ist das Lactid für Ringöffnungsreaktion empfänglich, wie in dem Fall, in dem Lösungsmittel verwendet werden, was zu einer geringen Ausbeute an Lactid führt. Da außerdem die Ausbeute bei Aufreinigung durch Schmelzkristallisation erhöht ist, erschwert das Rückführen von Oligomeren und Milchsäure, die als Verunreinigungen gesammelt werden, in den Reaktor das Verfahren und verursacht zudem einen großen Wärmeverlust.

In Hinblick auf die obigen Probleme ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Lactid zur Verfügung zu stellen, welches kein Lösungs mittel verwendet und gleichzeitig die Probleme des konven tionellen Schmelzkristallisationsverfahrens vermeidet.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Verwendung in einem solchen Verfahren zur Verfügung zu stellen.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird ein Ver fahren zur Herstellung von Lactid gemäß Ansprüchen 1 bis 5 zur Verfügung gestellt, welches folgende Stufen umfaßt:

(a) Synthetisieren von Lactid unter Verwendung von Milchsäure als einen Ausgangsstoff;
(b) Entnahme des in Stufe (a) synthetisierten Lactids und der bei der Synthese gebildeten Verunreinigun gen in gasförmigem Zustand;
(c) Verflüssigen der gasförmigen Komponenten aus Stufe
(b) und Verfestigen nur des Lactids, zur Trennung der Verunreinigungen von dem so erhaltenen verfe stigten Lactid; und
(d) Rückführen der abgetrennten Verunreinigungen aus Stufe (c) in die Synthesestufe (a).

Außerdem wird eine Vorrichtung zur Herstellung von Lac tid gemäß Ansprüchen 6 und 7 zur Verfügung gestellt, enthal tend:

(a) einen Reaktor zur Durchführung der Lactidsynthese;
(b) Mittel zum Vergasen des in dem Reaktor (a) synthe tisierten Lactids und der bei der Synthese gebil deten Verunreinigungen und Entnahme der resultie renden gasförmigen Komponenten;
(c) Mittel zum Kühlen zur Verflüssigung der durch Mit tel (b) erhaltenen gasförmigen Komponenten und Verfestigen nur des Lactids; und
(d) eine Rohrleitung zum Rückführen der nicht durch Mittel (c) verfestigten Komponenten zu dem Reaktor (a).

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden durch die nähere Beschreibung und die angefügte Zeichnung besser ver ständlich, die nur der Veranschaulichung dienen und nicht die vorliegenden Erfindung einschränken sollen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Bezugsziffern in Fig. 1 bezeichnen folgende Elemen te: R-1 ist ein Reaktor, 11 ein Auslaßrohr, 12 ein Rückfüh rungsrohr, 12′ und 12′′ sind Verbindungsrohre, 13 ist ein Vakuumrohr, 14 ein Turbinenrührflügel, 15 ein Verbindungs rohr, 16 und 16′ sind Auslaßrohre, 17 ist ein Verbindungs rohr, 18 ein Auslaßrohr, 19 ein Zuführungsrohr, 20 ein Ver bindungsrohr, 21 ein Zuführungsrohr, 22 ein Auslaßrohr, C₁-C_n sind Wärmeaustauscher und V₁-V₁₆ Ventile (ausschließlich Ein- Aus-Schaltung).

In der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der als Ausgangsstoff verwendeten Milchsäure um eine L-Milchsäure oder D-Milchsäure handeln. Die obige Milchsäure kann durch ein konventionell bekanntes Verfahren hergestellt worden sein, wobei solche, die durch ein Fermentationsverfahren mit einer Reinheit von 80% oder mehr und einer optischen Rein heit von 99% oder mehr hergestellt wurden, bevorzugt sind. Die obige Milchsäure wird dehydratisiert und konzentriert, um ein Milchsäureoligomer als ein Zwischenprodukt zu erhal ten. Die Dehydratisierung wird im allgemeinen unter redu ziertem Druck von 10 bis 100 Torr und einer Temperatur von 130 bis 170°C durchgeführt. Die resultierenden Milchsäureo ligomere besitzen ein mittleres Molekulargewicht (Gewichts mittel) von bevorzugt etwa 400 bis 2000, bevorzugter von etwa 1000 bis 2000. Die resultierenden Milchsäureoligomere werden dann in zyklische Dimere umgebildet. Mit anderen Worten wird der Katalysator zur Bildung von zyklischen Dime ren (Umesterungsreaktion) zugegeben und die resultierende Mischung unter reduziertem Druck erhitzt, um das Lactid abzudestillieren. Der hier verwendete Katalysator kann ein konventionell bekannter sein, wie Zinnoctylat, Antimontrio xid, Zinkoxid und Bleistearat. Die Hitzebehandlung zur Ver gasung wird bei einer Temperatur von bevorzugt 190 bis 210°C und bevorzugter unter reduziertem Druck von 10 bis 50 Torr durchgeführt.

Bei der Synthese des obigen Lactids können vertikale oder horizontale Reaktoren verwendet werden. Bei Verwendung von vertikalen Reaktoren können die Reaktoren mit Rührflü geln, wie ein Schaufelrührflügel, ein Turbinenrührflügel, ein Ankerrührflügel, ein Doppelbewegungsrührflügel und ein Spiralbandrührflügel, ausgestattet sein. Darunter ist ein Reaktor mit einem Spiralbandrührflügel zum Rühren in Fällen, wo die Viskosität hoch ist, bevorzugt. Bei Verwendung von horizontalen Reaktoren können diese mit Rührflügeln, wie Einzelschraubenextruder und Doppelschraubenextruder, ausge stattet sein.

Das in der Synthese gebildete Lactid und die Verunrein igungen, wie Wasser, Monomere der Milchsäure und Milchsäu reoligomere, haben einen Dampfdruck von 6 bis 20 mmHg, so daß das Lactid und die Verunreinigungskomponenten aus dem Reaktor durch Vergasen der Komponenten unter den obigen Herstellungsbedingungen des Lactids abgeführt werden können. Hier kann der Reaktor außerdem als ein Vergasungsmittel zum Vergasen des Lactids und der Verunreinigungskomponenten und Entlassen dieser gasförmigen Komponenten dienen. Das Erhit zen auf die obige Temperatur kann durch ein bekanntes Heiz mittel, wie ein Heizgerät, erreicht werden; ein reduzierter Druck wird durch eine Vakuumpumpe geliefert.

Das gasförmige Lactid und die Verunreinigungen werden dann auf eine Temperatur gleich oder unter dem Schmelzpunkt des Lactids abgekühlt, zum Beispiel auf 80 bis 95°C, wobei nach Verflüssigen der gasförmigen Komponenten nur das Lactid verfestigt wird. Dieses Abkühlen kann beispielsweise durch Durchleiten eines Kühlmittels durch einen Wärmeaustauscher durchgeführt werden. Es können bekannte Kühlmittel, wie Ethylenglycol oder Kühlwasser oder Warmwasser verwendet werden. Die Anzahl der Kühlmittel ist nicht besonders einge schränkt, es können zum Beispiel mehrere Kühlmittel mit verschiedenen Erstarrungstemperaturen hintereinander ver wendet werden, durch die das Lactid und die Verunreinigungen nacheinander durchgeleitet werden.

Außerdem muß die Temperatur eines Kühlmittels nicht auf eine bestimmte Temperatur eingestellt werden; es ist vor zuziehen, den Verunreinigungen, die an der Oberfläche des verfestigten Lactids anhaften, durch allmähliche Erhöhung der Temperatur die Gelegenheit zu geben, auszufließen, ohne dabei das verfestigte Lactid zu schmelzen. Dieses Ausfließen der Verunreinigungen ist das sogenannte "Schwitzen", durch das die kleine Menge an Oligomeren, die hauptsächlich an der Oberfläche des Lactids anhaften, entfernt werden kann. Die Temperaturregelung, bei der das Schwitzen stattfinden kann, kann beispielsweise durch Verwendung eines Heizgerätes in einem Kühlmittel, wodurch der elektrische Stromfluß variabel gemacht wird, erreicht werden. Alternativ kann bei Verwen dung von Kühlwasser zur Kühlung die Temperaturregelung durch Variieren der Kühlwassertemperatur erreicht werden. Die Temperaturregelung ist hier nicht auf diese Methoden be schränkt.

Die Trennung von Lactid und Verunreinigungen kann ohne Verwendung eines speziellen Trennungsmittels durchgeführt werden, da das Lactid verfestigt und die Verunreinigungen verflüssigt werden, wodurch eine Fest-Flüssig-Phase in der Kühlvorrichtung gebildet wird. Beispielsweise findet die Trennung durch Gravitationswirkung durch Anordnung des Kühl mittels in Gravitationsrichtung statt. Das in dem Kühlmittel verfestigte Lactid kann durch Erhitzen und Schmelzen des Lactids entnommen und das entnommene Lactid in dem Kühlmit tel wieder verfestigt werden. Hier wird das Erhitzen und Schmelzen des Lactids in einem Temperaturbereich durchge führt, der nicht beträchtlich seinen Schmelzpunkt über steigt, um den Abbau des resultierenden Produkts zu verhin dern.

Die abgetrennten Verunreinigungen können beispielsweise durch Anordnung des Reaktors unterhalb des Kühlmittels und Rückführen der Verunreinigungen durch Gravitationswirkung zu dem Reaktor rückgeführt werden. Alternativ können die Verun reinigungen dem Reaktor unter Verwendung einer Flüssigför derpumpe wieder zugeführt werden. Da die Verunreinigungen hauptsächlich aus Milchsäureoligomeren bestehen, können sie wieder als Ausgangsstoff zur Bildung von Lactid verwendet werden.

Erfindungsgemäß wird von dem aus dem Reaktor abgeführ ten, gasförmigen Lactid und den Verunreinigungen nur das Lactid verfestigt und die Verunreinigungen wieder dem Reak tor zugeführt, um wiederum als Ausgangsstoff für die Lactid polymerisation verwendet zu werden, so daß die Ausbeute bemerkenswert verbessert wird.

Da außerdem das Lactid und die Verunreinigungen nicht wie bei der Schmelzkristallisation in einem geschmolzenem Zustand zugeführt werden, findet keine Ringöffnungsreaktion des Lactids statt.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Fig. 1 ist R-1 ein hohler, zylindrischer Reaktor mit zwei Öffnungen an seinem oberen Teil, einer Einlaßöffnung zur Zufuhr von Ausgangsstoffen zur Herstellung von Lactid, wie Milchsäureo ligomere und Katalysatoren, und einer Auslaßöffnung dafür. Die Auslaßöffnung ist mit einem Auslaßrohr 11 verbunden. In dem Reaktor R-1 ist ein Turbinenrührflügel 14 installiert, dessen Motor M an der Seite der anderen Öffnung (Einlaßöff nung) des Reaktors R-1 angeordnet ist. Außerdem ist eine Verbindungsöffnung des Reaktors R-1 mit einem Vakuumrohr 13 zur Erzeugung eines reduzierten Druckes innerhalb des Reak tors R-1 und eine Verbindungsöffnung mit einem Rückführungs rohr 12 verbunden. An der Oberfläche des Reaktors R-1 ist ein Heizmittel (Heizgerät) zum Erhitzen des Reaktors R-1 angeordnet (in der Figur nicht gezeigt); die Temperatur innerhalb des Reaktors R-1 wird durch einen Temperaturfühler (in der Figur nicht gezeigt) angezeigt.

C₁, C₂, C₃, C₄, C₅, . . ., C_n sind Wärmeaustauscher mit jeweils einer doppelzylindrischen Struktur aus einem inneren Zylinder, durch den das hergestellte Lactid usw. fließt, und einem äußeren Zylinder, durch den Kühlmittel, wie Ethylen glycol, fließen. Zwischen den inneren und den äußeren Zylin der wird ein Wärmeaustauscher geleitet, so daß der Wärmeaus tauscher als ein Kühlmittel wirkt. Außerdem wird in diesen Wärmeaustauschern C₁ bis C_n die Temperatur des Kühlmittels erhöht, wenn das verfestigte Produkt, nämlich das Lactid, geschmolzen werden soll. Ebenso können die Einlaßöffnungen der Wärmeaustauscher C₁ bis C_n entweder am oberen oder unte ren Teil lokalisiert sein, wobei vorzugsweise die Einlaßöff nung an dem oberen Teil und die Auslaßöffnung an dem unteren Teil angeordnet sind (in dieser Ausführungsform der vorlie genden Erfindung befindet sich die Einlaßöffnung in jedem Fall an dem oberen Teil und die Auslaßöffnung an dem unteren Teil der Figur).

Das obige Auslaßrohr 11 ist mit der Einlaßöffnungsstel le des Wärmeaustauschers C₁ und ein Verbindungsrohr 15, wel ches mit einem Paar Wärmeaustauschern C₂ und C₃ verbunden ist, mit der Auslaßöffnungsstelle des Wärmeaustauschers C₁ verbunden. Das Verbindungsrohr 15 ist mit einem Verbindungs rohr 17 und das Verbindungsrohr 17 mit einem Auslaßrohr 18 eines Wärmeaustauschers C₄ verbunden, wodurch es möglich wird, das erhaltene Produkt von dem Wärmeaustauscher C₄ zu dem Paar Wärmeaustauschern C₂ und C₃ rückzuführen. Außerdem sind die beiden Auslaßrohre 16 und 16′, die an den Auslaß öffnungen der beiden Wärmeaustauscher C₂ und C₃ angeordnet sind, mit dem Rückführungsrohr 12 zu dem Reaktor R-1 auf halbem Weg verbunden; ein Fusionspunkt der Auslaßrohre 16 und 16′ steht mit einem Zuführungsrohr 19 in Verbindung, das wiederum mit dem Wärmeaustauscher C₄ in Verbindung steht. Gleichermaßen ist das Zuführungsrohr 19 mit dem Rückfüh rungsrohr 12 über ein Verbindungsrohr 12′ verbunden. Glei chermaßen ist das obige Auslaßrohr 18 des Wärmeaustauschers C₄ mit dem Rückführungsrohr 12 über ein Verbindungsrohr 12′′ verbunden.

Außerdem ist 20 ein Verbindungsrohr zum Rückführen der erhaltenen Produkte von einem Wärmeaustauscher C₅ zu dem Wärmeaustauscher C₄, wobei das Verbindungsrohr 20 mit einem Auslaßrohr 22, welches an einer Auslaßöffnungsstelle des Wärmeaustauschers C₅ angeordnet ist, in Verbindung steht. 21 ist ein Zuführungsrohr, welches mit dem Auslaßrohr 18 des Wärmeaustauschers C₄ und ebenso mit der Einlaßöffnungsstelle des Wärmeaustauschers C₅ verbunden ist. Für die Wärmeaustau scher C₅ bis C_n sind entsprechende Verbindungen wie oben be schrieben angeordnet.

Gleichermaßen sind V₁ bis V₁₆ Ventile (ausschließlich An- Aus-Schaltung).

Unter Verwendung der obigen Konstruktion wird das Lac tid in der vorliegenden Erfindung durch folgendes Verfahren hergestellt.

Zunächst wird die als Ausgangsstoff verwendete Milch säure in einen Reaktor R-1 gegeben. Nach Zugabe eines Kata lysators wird der Reaktor unter Verwendung eines Vakuumrohrs 13 einem reduzierten Druck ausgesetzt, während mit einem Heizmittel, das in der Figur nicht dargestellt ist, erhitzt wird, um Lactid zu synthetisieren. Eine Mischung aus dem hergestellten Lactid und den Verunreinigungen, die Oligomere beinhalten, welche im folgenden als "Rohlactid" bezeichnet wird, liegt in gasförmiger Form vor. Das gasförmige Rohlac tid fließt durch ein Auslaßrohr 11, um in einen Wärmeaustau scher C₁ eingeleitet zu werden.

In dem Wärmeaustauscher C₁, durch den ein bei einer Temperatur zur Verflüssigung des Rohlactids gehaltenes Kühl mittel fließt, wird das rohe, feste Lactid verflüssigt. Hier ist nur das Ventil V₁ geöffnet, und die anderen Ventile V₂, V₃, V₄, . . ., V₁₆ geschlossen. Das verflüssigte Rohlactid wird durch das Ventil V₁ in einen Wärmeaustauscher C₂ eingeleitet. In dem Wärmeaustauscher C₂, der zuvor auf eine Temperatur von etwa dem Schmelzpunkt des Lactids durch ein Kühlmittel abge kühlt worden ist, wird nur das darin eingeleitete verflüs sigte Rohlactid verfestigt, während die Verunreinigungskom ponenten, wie Oligomere, in flüssigem Zustand verbleiben, ohne Verfestigung zu unterliegen. Die Verunreinigungen wer den dem Reaktor R-1 über ein Rückführungsrohr 12 durch Öff nen des Ventils V₃ wieder zugeführt. Danach wird die Tempera tur im Inneren des Wärmeaustauschers C₂ auf eine Temperatur leicht unter dem Schmelzpunkt des Lactids, beispielsweise auf eine Temperatur 2 bis 3°C unter dem Schmelzpunkt des Lactids, durch ein in der Figur nicht dargestelltes Heiz mittel erhöht, um das "Schwitzen" durchzuführen. Die ausge schwitzten Verunreinigungen werden dann von dem verfestigen Lactid entfernt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die ausgeschwitzten Verunreinigungen auf die gleiche Weise wie oben zu dem Reaktor R-1 rückgeführt. Bei Einsetzen des Schwitzens wird das Ventil V₁ geschlossen und das Ventil V₂ geöffnet, so daß das Flüssigkeitsprodukt von dem Wärmeaus tauscher C₁ in den Wärmeaustauscher C₃ geleitet wird.

Nach Entfernen der ausgeschwitzten Komponenten wird die Temperatur des Wärmeaustauschers C₂ auf eine Temperatur er höht, bei der das L-Lactid geschmolzen wird, und das Ventil V₃ geschlossen, und die Ventile V₅ und V₈ geöffnet, um das ge schmolzene Lactid dem Wärmeaustauscher C₄ über ein Auslaßrohr 16 und ein Zuführungsrohr 19 zuzuführen. Der Wärmeaustau scher C₄ wird zuvor gekühlt, um wiederum die darin eingelei tete Flüssigkeit zu verfestigen. In dem Wärmeaustauscher C₄ werden die Verfahren des Schwitzens und Auflösens nochmals durchgeführt. In dem Fall, daß große Mengen an Lactid in den ausgeschwitzten Komponenten enthalten sind, werden die aus geschwitzten Komponenten durch Öffnen des Ventils V₁₆ und Durchleiten durch das Auslaßrohr 18 und das Verbindungsrohr 17 wieder dem Wärmeaustauscher C₂ (oder dem Wärmeaustauscher C₃) dem Wärmeaustauscher C₂ zugeführt, in dem die Verfahren von Verfestigen, Schwitzen und Auflösen durchgeführt werden. Die obigen Verfahren werden solange wiederholt, bis ein gewünschter Reinheitsgrad von 99,9% oder mehr (oder eine optische Reinheit von 99,9% oder mehr für diejenigen, die unter Verwendung von Milchsäuren mit optischer Aktivität erhalten werden können) erreicht ist. Die ausgeschwitzten Komponenten werden, in Abhängigkeit des Lactidgehalts in den ausgeschwitzten Komponenten, zu mindestens der Stufe vor der Stufe, in der das Schwitzen durchgeführt wird, zum Beispiel C₂ → R-1 und C₅ → C₄, rückgeführt. Mit anderen Worten werden bei Durchführung des Schwitzens in einem Wärmeaustauscher C_n, wenn die Menge an Lactid gering ist, die ausgeschwitzten Komponenten zu dem Reaktor R-1 und zu einem Wärmeaustauscher C_n-1 transportiert, in dem die Komponenten Verfestigung und Schwitzen zum Entfernen der Verunreinigungen unterzogen werden; dann wird das verfestigte Lactid erhitzt und aufge löst, um die gereinigten Komponenten zu dem Wärmeaustauscher C_n zu transportieren.

Übrigens beträgt der Schmelzpunkt von L- oder D-Lactid 98°C, während der Schmelzpunkt von DL-Lactid 127°C be trägt. Aus diesem Grund löst sich bei Durchführung des Schwitzens das L- oder D-Lactid vor dem DL-Lactid auf.

Nach Auflösen des L-Lactids kann die Temperatur zum Auflösen des DL-Lactids weiter erhöht werden, und diese Lactid-Komponenten können dem Reaktor R-1 wieder zugeführt oder in einen separaten Tank (nicht in Fig. 1 dargestellt) eingeleitet werden. Bei Rückführung der Komponente in den Reaktor R-1 findet ebenfalls die Racemisierung der D-Isome ren mit L-Isomeren statt, wodurch eine Erhöhung der Aus beute an L-Isomeren verursacht wird. Außerdem wird der Wär meaustauscher C₁ nicht unbedingt benötigt.

Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens findet die Ring öffnungsreaktion des Lactids während der Synthese, im Gegen satz zu der Schmelzkristallisation, kaum statt, da das Lac tid und die Verunreinigungen aus dem Reaktor in gasförmigem Zustand abgeführt werden. Außerdem kann das resultierende Lactid mit bemerkenswert hoher Ausbeute erhalten werden, da die Ausgangsstoffe für die Lactidsynthese, wie Milchsäureo ligomere, zu dem Reaktor rückgeführt werden.

Beispiele

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben.

Das durch GPC bestimmte Molekulargewicht und die durch HPLC bestimmte optische Reinheit in dem folgenden Versuchs beispiel wurden unter folgenden Bedingungen analysiert:

< Messung des Molekulargewichts: GPC-Messung <

Detektor: RID-6A
Pumpe: LC-9A
Säulenofen: CTO-6A
Säulen: in Reihen verbunden: SHIM PACK GPC-801C, GPC-804C, GPC-806C und GPC-8025C.
Detektor, Pumpe, Säulenofen und Säulen wurden alle von Shimadzu Corporation hergestellt.
Analysebedingungen:
Lösungsmittel: Chloroform
Fließgeschwindigkeit: 1 ml/min.
Probenmenge: 200 µl (Lösungskonzentration von 0,5 Gew.-% in Chloroform)
Säulentemperatur: 40°C

< Messung der optischen Reinheit: HPLC-Messung <

Pumpe: LC-6A
Säule: CRS10W (von Mitsubishi Chemical Corpora tion)
Detektor: Spektrophotometer (SPD-6AV)
Säulentemperatur: 30°C
Fließgeschwindigkeit: 0,5 ml/min.
Elutionsmittel: 2 mM Kupfersulfatlösung

Versuchsbeispiel

Unter Verwendung der oben beschriebenen Vorrichtung wurde das folgende Experiment durchgeführt.

1000 kg einer 90gew.-%igen Milchsäurelösung (die übri gen 10 Gew.% sind Wasser) mit einem L-Lactid : D-Lactid-Ver hältnis von 99 : 1, wurden als Ausgangsstoff verwendet; die Lösung wurde konzentriert und Dehydratisierungskondensation durchgeführt, um 280 kg Wasser zu entfernen. Das durch GPC bestimmte mittlere Molekulargewicht (Gewichtsmittel) des re sultierenden Oligomeren betrug 1000 bis 2000. Außerdem wur den 25 mg dieses Oligomeren in ein Teströhrchen gegeben, zu dem 2 cc einer 1 N NaOH-Lösung gegeben wurden. Nachdem das Teströhrchen verschlossen worden war, wurde es für 10 Minu ten auf 100°C erhitzt. Die Reaktionsmischung wurde mit 2 cc einer 1 N Schwefelsäurelösung neutralisiert und die resul tierende Lösung mit dem 10fachen Volumen destillierten Wassers verdünnt.

Bei Bestimmung der optischen Reinheit der obigen Probe durch HPLC-Messung fiel der L-Lactidgehalt aufgrund der Hitzebehandlung auf 90 Gew.-% ab. Zu der obigen Reaktions mischung, die nach Entfernen des Wassers durch Dehydratisie rung und Kondensation erhalten worden war, wurden drei Kilo gramm Zinnoctylat gegeben, um das vergaste Rohlactid bei 200°C und 15 mmHg abzuführen. Das erzeugte Gas wurde auf eine Gastemperatur von 95°C in einem Wärmeaustauscher (C₁) aus Carbid mit einem Wärmeleitungsbereich von 3 m² abgekühlt, um das Rohlactid zu verflüssigen. Das verflüssigte Lactid und die Verunreinigungen, wie Oligomere, wurden zu einem Wärmeaustauscher (C₂) aus Carbid mit einem Wärmeleitungsbe reich von 10 m² und einer inneren Temperatur von 93°C trans portiert, wobei sich Kristalle bildeten, die an den Innen wänden des Wärmeaustauschers anhafteten. Hier wurden die Oligomere nicht verfestigt und zu dem Reaktor R-1 rückge führt.

Danach wurde die Temperatur im Inneren des Wärmeaustau schers C₂ auf 96°C erhöht, damit das Schwitzen stattfinden konnte. Die ausgeschwitzten Komponenten wurden zu dem Reak tor R-1 rückgeführt. Weiter wurde die Temperatur im Inneren des Wärmeaustauschers C₂ auf 100°C erhöht, um die Kristalle zu lösen. Die erhitzte Flüssigmischung wurde dann zu dem Wärmeaustauscher C₄ mit einer Multirohrstruktur und einem Leitungsbereich von 10 m² transportiert. Die Temperatur im Inneren des Wärmeaustauschers C₄ wurde vorher auf 93°C ein gestellt und die obigen Verfahren von Schwitzen und Auflösen wiederholt. Die resultierenden ausgeschwitzten Komponenten wurden ebenso zu dem Reaktor R-1 rückgeführt.

Durch Durchführung der obigen Operationen wurde das Lactid mit einer hohen Ausbeute von 95% erhalten, was be merkenswert höher ist als in dem Fall, in dem die ausge schwitzten Komponenten nicht rückgeführt werden, was eine niedrige Ausbeute an Lactid von 70% ergibt. Der Gehalt an DL-Lactid war mit 1% oder weniger ebenso bemerkenswert gering.

10 g des resultierenden Lactids wurden in ein Teströhr chen gegeben und das Lactid bei 140°C in Gegenwart von 100 ppm Zinnoctylat polymerisiert. Im Ergebnis wurde ein Poly milchsäurepolymer mit einem durch GPC bestimmten mittleren Molekulargewicht (Gewichtsmittel) von 270 000 erhalten.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Lactid mit den folgen den Stufen:

(a) Synthetisieren von Lactid unter Verwendung von Milchsäure als einem Ausgangsstoff;
(b) Entnahme des in Stufe (a) synthetisierten Lactids und der bei der Synthese gebildeten Verunreinigun gen in gasförmigem Zustand;
(c) Verflüssigen der gasförmigen Komponenten aus Stufe (b) und Verfestigen nur des Lactids zur Trennung der Verunreinigungen von dem so erhaltenen, ver festigten Lactid; und
(d) Rückführen der abgetrennten Verunreinigungen aus Stufe (c) in die Synthesestufe (a).

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das synthetisierte Lactid und die bei der Synthese gebildeten Verunreinigungen durch Erhitzen der Reaktionsmischung auf eine Temperatur von 190 bis 210°C vergast werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das synthetisierte Lactid und die bei der Synthese gebildeten Verunreinigungen in einem für die Lactidsynthese der Stufe (a) verwendeten Reaktor vergast werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die gasförmigen Komponenten auf 80 bis 95°C abgekühlt werden, wodurch das Lactid nach Verflüssigung der gasförmigen Komponenten ver festigt wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, mit den folgenden Stufen nach Stufe (c) und vor Stufe (d):

(i) Durchführen von Schwitzen des verfestigten Lac tids; und
(ii) Entfernen der ausgeschwitzten Komponenten aus dem verfestigten Lactid.

6. Vorrichtung zur Herstellung von Lactid, enthaltend:

(a) einen Reaktor zur Durchführung der Lactidsynthese;
(b) Mittel zum Vergasen des in Reaktor (a) syntheti sierten Lactids und der bei der Synthese gebilde ten Verunreinigungen und Entnahme der resultieren den gasförmigen Komponenten;
(c) Mittel zum Kühlen zur Verflüssigung der durch Mit tel (b) erhaltenen gasförmigen Komponenten und Verfestigen nur des Lactids; und
(d) eine Rohrleitung zum Rückführen der nicht durch Mittel (c) verfestigten Komponenten zu dem Reaktor (a).

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das Mittel zum Vergasen oder Kühlen ein Wärmeaustauscher ist.