DE3879320T2

DE3879320T2 - Copolyester und verfahren zu dessen herstellung.

Info

Publication number: DE3879320T2
Application number: DE8888307635T
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Doi
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Institute Of Physical & Chemical Research Wak
Priority date: 1987-08-18
Filing date: 1988-08-17
Publication date: 1993-06-24
Anticipated expiration: 2008-08-18
Also published as: DE3879320D1; EP0304293B1; EP0304293A3; US4876331A; EP0304293A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Copolyester, der 3- Hydroxybutyrat-Einheiten enthält sowie ein Verfahren zur Herstellung davon.
Poly-3-hydroxybutyrat (nachfolgend als PHB bezeichnet) ist ein thermoplastisches Hochpolymeres, das sich als Energiespeichernde Substanz in den Zellen einer großen Anzahl von Mikroorganismen ansammelt. Es hat eine ausgezeichnete Bio-Abbaubarkeit und eine ausgezeichnete Anpassungsfähigkeit an lebende Körper. Es hat Aufmerksamkeit erlangt als ein reiner" Plastikwerkstoff, der die Umwelt nicht verschmutzt. Seine Anwendung auf verschiedenen Gebieten, zum Beispiel als biomedizinisches Material sowie als Nahtmaterial oder als Fixierungsmaterial für Knochenfrakturen oder in einem langsam freisetzenden System, das langsam ein Medikament oder eine landwirtschaftliche Chemikalie freisetzt, wurde seit vielen Jahren erwartet. Insbesondere in den letzten Jahren, da die vorhandenen synthetischen Plastikwerkstoffe soziale Probleme infolge Umweltverschmutzung sowie Probleme wegen nicht-erneuerbarer natürlicher Rohstoffe mit sich bringen, hat PHB Aufmerksamkeit als ein Biopolymeres erregt, das nicht von Erdöl abhängig ist.
Da allerdings PHB eine geringe Schlagfestigkeit infolge seiner Steifigkeit hat, ist es für die praktische Verwendung nicht geeignet. Die Kosten zur Herstellung von PHB sind hoch. Es ist daher bisher industriell nicht hergestellt worden. Um die Schlagfestigkeit von PHB zu verbessern, wurde vorgeschlagen, ein Copolymeres von 3-Hydroxybutyrat zu produzieren.
So offenbaren zum Beispiel die JP-A-57-150393 (1982) und die JP-A-59-220192 (1984) ein Copolymeres, bestehend aus 3- Hydroxybutyrat- und 3-Hydroxyvalerat-Einheiten sowie ein Verfahren zur Herstellung des Copolymeren, bestehend aus dem Vermehren eines Mikroorganismus wie in dem konventionellen Verfahren zur Herstellung von PHB und nachfolgendes Kultivieren des Mikroorganismus in einer für Stickstoff und/oder Phosphor beschränkten Nahrungsquelle.
Die JP-A-57-150393 (1982) zeigt, daß ein Copolyester, bestehend aus 99,5 bis 50 Mol-% von 3-Hydroxybutyrat- Einheiten und von 0,1 bis 50 Mol-% anderer Ester-Einheiten, wie 3-Hydroxyvalerat-Einheiten, hergestellt werden kann unter Verwendung von Propionsäure und Isobutyrsäure als Kultursubstrat. Allerdings wird nur ein Copolyester, der höchstens 33 Mol-% 3-Hydroxyvalerat-Einheiten enthält, offenbart
Die JP-A-59-220192 (1984) zeigt, daß ein Copolyester, bestehend aus wenigstens 40 Mol-% 3-Hydroxybutyrat-Einheiten und anderen Ester-Einheiten hergestellt werden kann unter Verwendung von Kohlenstoff aus der Zellsubstanz von Abfallmikroorganismen nach der Extraktion von PHB im Schlußstadium der Kultur. Das genaue Verhältnis von 3- Hydroxyvalerat- und 3-Hydroxybutyrat-Einheiten wird nicht beschrieben. Das offenbarte Verfahren ist kompliziert und die Zusammensetzung der Zellsubstanz verändert sich nach Art und Menge entsprechend den Kulturbedingungen. Somit ist das Verfahren nicht praktikabel.
Wenn der Gehalt an 3-Hydroxyvalerat-Einheiten in dem Copolyester von 0 auf 33 Mol-% ansteigt, verringert sich der Schmelzpunkt (Tm) des Copolyesters rapide von 180 ºC auf 85 ºC [T.L. Bluhm et al., Maromolecules, 19, 2871-2876 (1986)]. Diese Abhängigkeit des Schinelzpunktes vom Gehalt an 3- Hydroxyvalerat-Einheiten bedeutet, daß es schwierig ist, industriell ein Produkt mit gleichmäßiger Qualität zu erhalten.
Es wurde eine industriell vorteilhafte und leichte Methode zur Herstellung eines Copolyesters gefunden, bei dem der molare Gehalt der anderen Einheiten relativ groß ist im Vergleich mit dem molaren Gehalt von 3-Hydroxybutyrat- Einheiten.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Copolyester, umfassend 3-Hydroxybutyrat (3HB)-Einheiten sowie Einheiten ausgewählt unter:
(1) 3-Hydroxyvalerat (3HV)-Einheiten und 5-Hydroxyvalerat (5HV)-Einheiten;
(2) 4-Hydroxybutyrat (4HB)-Einheiten; und
(3) 4-Hydroxybutyrat (4HB)-Einheiten und 3-Hydroxyvalerat (3HV) -Einheiten;
wobei die Grundviskosität des Copolyesters im Bereich von 0,4 bis 10,0 dl/g liegt, wenn sie in Chloroform bei 30 ºC gemessen wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines wie oben definierten Copolyesters, wobei das Verfahren besteht aus:
Kultivieren von Alcaligenes eutrophus in einer für Stickstoff und/oder Phosphor beschränkten Quelle und in Gegenwart einer Kohlenstoffquelle, um dem Copolyester in Alcaligenes eutrophus zu bilden und anzusammeln, wobei die Kohlenstoffquelle ausgewählt ist aus:
(i) einer Verbindung der Formel (I):
(CH&sub2;X¹CH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;COO)n¹Y¹ (I)
worin X¹ eine Hydroxygruppe oder ein Halogenatom ist, das gleich oder verschieden zu einer anderen X¹-Gruppe ist, wenn n- größer als 1 ist, wobei n¹ eine ganze Zahl von 1 bis 4 darstellt und Y¹ ist ein Wasserstoffatom oder ein ein- bis vierwertiges Metallatom;
(ii) eine Verbindung der Formel (II):
(CH&sub2;X²CH&sub2;CH&sub2;COO)n²Y&sub2;² (II)
worin X² eine Hydroxygruppe oder ein Halogenatom ist, die gleich oder verschieden sein können zu einer anderen X²- Gruppe, wenn n² größer als 1 ist, wobei n² eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und Y² ist ein Wasserstoffatom oder ein einbis vierwertiges Metallatom;
(iii) eine Verbindung der Formel (II) wie oben definiert und eine Verbindung der Formel (III):
(CH&sub2;X³CHX&sup4;CH&sub2;CH&sub2;COO)n³Y³ (III)
worin X³ ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom oder eine Hydroxygruppe ist, die gleich oder verschieden sein können zu einer beliebigen anderen X³-Gruppe, wenn n³ größer als 1 ist, X&sup4; ist ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, eine Hydroxygruppe oder eine Alkylgruppe, n³ ist eine ganze Zahl von 1 bis 4 und Y³ ist ein Wasserstoffatom oder ein ein- bis vierwertiges Metallatom;
(iv) 1,4-Butandiol; und
(v) γ-Butyrolacton.
In der dazugehörigen Zeichnung zeichen die Fig. 1, 3, 5 und 7 entsprechend das ¹H-NMR-Spektrum bei 500 MHz der Copolyester, die in den Beispielen 2, 7, 16 und 21 erhalten werden, und die Fig. 2, 4, 6 und 8 zeigen entsprechend das ¹³C-NMR-Spektrum bei 125 MHz der Copolyester, die in den Beispielen 2, 7, 16 und 21 erhalten werden. Fig. 9 ist ein vergrößertes Spektrum eines Teiles des Spektrums von Fig. 8. Die numerischen Bezeichnungen bei den Peaks von Fig. 1 bis 4 entsprechend den numerischen Bezeichnungen der folgenden Formeln: Fig. 1: Fig. 2: Fig. 3. Fig. 4:
Die 3HB-, 4HB-, 3HV- und 5HV-Einheiten, die in dem Copolyester der vorliegenden Erfindung enthalten sind, sind die der folgenden Formeln: 3HB-Einheit: 4HB-Einheit: 3HV-Einheit: 5HV-Einheit:
Beispiele von geeigneten Stämmen von Alcaligenes eutrophus sind: Alcaligenes eutrophus H-16ATCC 17699, Alcaligenes eutrophus NCIB 11597, der eine Mutante des H-16-Stammes ist, Alcaligenes eutrophus NCIB 11598, Alcaligenes eutrophus NCIB 11599 und Alcaligenes eutrophus NCIB 11600. Von diesen Stämmen sind Alcaligenes eutrophus H-16ATCC 17699 und Alcaligenes eutrophus NCIB 11599 beim praktischen Einsatz besonders bevorzugt.
Die mikrobiologischen Charakteristika der Mikroorganismen der Gattung Alkaligenes sind beschrieben beispielsweise in Bergey's Manual of Determinative Bacteriology, 8. Aufl., The Williams & Wilkins Company, Baltimore, und die mikrobiologischen Eigenschaften von Alcaligenes eutrophus H- 16 sind zum Beispiel beschrieben in J. Gen. Microbiol., 115, 185-192 (1979).
Diese Mikroorganismen werden in zwei Stufen wie in den üblichen Verfahren kultiviert; einer früheren Stufe, bei dem der Mikroorganismus hauptsächlich vermehrt wird und einer späteren Stufe, bei dem der Copolyester gebildet und angesammelt wird in diesem Mikroorganismus unter Einschränkung von Stickstoff und/oder Phosphor.
In dem früheren Stadium kann ein übliches Kultivierungsverfahren für die Vermehrung verwendet werden. Daher können übliches Kulturmedium und übliche Kulturbedingungen angewandt werden.
Die Bestandteile des Kulturmediums sind nicht besonders beschränkt, wenn sie Substanzen sind, die als Substrat durch den Mikroorganismus verwendet werden können. Beim praktischen Einsatz wird die Kohlenstoffquelle ausgewählt unter beispielsweise synthetischen Kohlenstoffquellen, wie Methanol, Ethanol und Essigsäure; anorganischen Kohlenstoffquellen, wie Kohlendioxyd; natürlichen Substanzen wie Hefeextrakt, Melasse, Pepton und Fleischextrakt; Zucker wie Arabinose, Glucose, Mannose, Fructose und Galactose; und Zuckeralkohole, wie Sorbitol, Mannitol und Inositol. Die Stickstoffquelle wird ausgewählt unter beispielsweise anorganischen Stickstoffverbindungen wie Ammoniak, Ammoniumsalze und Nitrate; und/oder organischen Stickstoffverbindungen wie Harnstoff, Maisquellwasser, Casein, Pepton, Hefeextrakt und Fleischextrakt. Die anorganische Komponente wird ausgewählt unter zum Beispiel Calciumsalzen, Magnesiumsalzen, Kaliumsalzen, Natriumsalzen, Phosphaten, Mangansalzen, Zinksalzen, Eisensalzen, Kupfersalzen, Molybdänsalzen, Cobaltsalzen, Nickelsalzen, Chromiumsalzen, Borverbindungen und Iodverbindungen.
Weiterhin können falls erforderlich Vitamine eingesetzt werden.
Die Kulturtemperatur liegt beispielsweise bei 20 bis 40 ºC, vorzugsweise bei 25 bis 35 ºC, und der pH des Kulturmediums liegt beispielsweise bei 6 bis 10, vorzugsweise von 6,5 bis 9,5. Die Kultur wird unter diesen Bedingungen aerob durchgeführt.
Die Kultur kann unter Bedingungen durchgeführt werden, die von den obigen unterschiedlich sind, obgleich die Vermehrung des Mikroorganismus dadurch relativ uneffektiv wird, wenn der Mikroorganismus praktisch vermehrt w1rd.
Die Art der Kultur kann entweder eine diskontinuierliche oder eine kontinuierliche Kultur sein.
Der im ersteren Stadium der Kultur vermehrte Mikroorganismus wird weiter unter den Bedingungen von beschränktem Stickstoff und/oder Phosphor kultiviert.
Somit wird der Mikroorganismus von der Kulturflüssigkeit des früheren Stadiums der Kultur mittels einer üblichen Flüssig-Fest-Abtrenntechnik, wie Filtration und Zentrifugierung abgetrennt und gesammelt, und der gesammelte Mikroorganismus wird dem späteren Stadium der Kultur zugeführt. Anstelle der obigen Methode kann auch ein Verfahren angewandt werden, bei dem Stickstoff, Phosphor oder beide im wesentlichen nach dem höheren Kulturstadium abgezogen werden und die Kulturflüssigkeit dem späteren Kulturstadium ohne Abtrennung und Sammlung der Mikroorganismen zugeführt werden kann.
Im späteren Stadium der Kultur unterscheiden sich die Verfahrensschritte nicht wesentlich von den Verfahrensschritten in dem früheren Kulturstadium mit Ausnahme dessen, daß das Kulturmedium oder die Flüssigkeit im wesentlichen kein Stickstoff und/oder Phosphor enthält, und eine Kohlenstoffquelle enthält, die ausgewählt ist unter (1) einer Verbindung der Formel (I), (2) einer Verbindung der Formel (II), (3) einer Verbindung der Formel (II) und einer Verbindung der Formel (III), (4) 1,4-Butandiol und (5) γ-Butyrolacton.
In der Formel (I) stellt X eine Hydroxygruppe oder ein Halogenatom dar. Als Halogenatom ist ein Chloratom oder ein Bromatom bevorzugt. Y¹ stellt ein Wasserstoffatom, ein einwertiges Metallatom wie Natrium und Kalium, ein zweiwertiges Metallatom wie Calcium und Magnesium, ein dreiwertiges Metallatom wie Aluminium oder ein vierwertiges Metallatom dar. Unter diesen Metallen sind ein- bis dreiwertige Metalle bevorzugt. Weiterhin stellt n¹ eine ganze Zahl von 1 bis 4 dar. Beispiele von Verbindungen der Formel (I) sind 5-Chlorvaleriansäure, 5-Hydroxyvaleriansäure, ein Natriumsalz davon, ein Kaliumsalz davon und ein Calclumsalz davon.
In der Formel (II) stellt X² eine Hydroxygruppe oder ein Halogenatom dar. Als Halogenatom ist ein Chloratom oder ein Bromatom bevorzugt. Y² ist ein Wasserstoffatom, ein einwertiges Metallatom wie Natrium und Kalium, ein zweiwertiges Metallatom wie Calcium und Magnesium, ein dreiwertiges Metallatom wie Aluminium oder ein vierwertiges Metallatom. Unter diesen Metallen sind ein- bis dreiwertige Metalle bevorzugt. Weiterhin stellt n² eine ganze Zahl von 1 bis 4 dar.
Beispiele von Verbindungen der Formel (II) sind Derivate von Butyrsäure, wie 4-Hydroxybutyrsäure, 4-Chlorbutyrsäure und 4-Brombutyrsäure, ein Natriumsalz davon, ein Kaliumsalz davon, ein Magnesiumsalz davon, ein Calciumsalz davon und ein Aluminiumsalz davon.
In der Formel (III) stellt X³ ein Wasserstoffatom, eine Hydroxygruppe oder ein Halogenatom dar. Als Halogenatom sind ein Chloratom und ein Bromatom bevorzugt. X&sup4; stellt ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, vorzugsweise ein Chloratom oder ein Bromatom, eine Hydroxygruppe oder eine Alkylgruppe, vorzugsweise eine Alkylgruppe mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen dar. Y³ stellt ein Wasserstoffatom, ein einwertiges Metallatom wie Natrium oder Kalium, ein zweiwertiges Metallatom wie Calcium und Magnesium, ein dreiwertiges Metallatom wie Aluminium oder ein vierwertiges Metallatom dar. Weiterhin stellt n³ eine ganze Zahl von 1 bis 4 dar.
Beispiele von Verbindungen der Formel (III) sind Valeriansäure, 4-Chlorvaleriansäure, 4-Hydroxyvaleriansäure, 4-Methylvaleriansäure, 4-Ethylvaleriansaure, 5- Hydroxyvaleriansäure, 5-Chlorvaleriansäure, Natriumsalze davon und Kaliumsalze.
Die Verbindung der Formel (I), die Verbindung der Formel (II), ein Gemisch der Verbindungen der Formel (II) und (III), 1,4-Butandiol oder γ-Butyrolacton ist im Kulturmedium vorhanden oder in der Kulturflüssigkeit im späteren Stadium der Kultur. Die obigen Substanzen können zu einer beliebigen Zeit während des späteren Kulturstadiums vom Beginn bis zum Ende der Kultur vorhanden sein. Allerdings sind die Substanzen vorzugsweise zum Beginn des späteren Kulturstadiums vorhanden.
Die Verbindung der Formel (I) oder (II) oder 1,4-Butandiol können in einer Menge eingesetzt werden, die den gewünschten Polyester bilden kann und die nicht das Wachstum der Mikroorganismen behindert. Obgleich die Menge von dem eingesetzten Mikroorganismenstamm abhängt und dem molaren Verhältnis der Bestandseinheiten des gewünschten Polyesters, sind die obigen Verbindungen im allgemeinen in einer Menge von 3 bis 40 g, vorzugsweise von 5 bis 30 g pro Liter des Kulturmediums oder der Kulturflüssigkeit vorhanden.
Wenn die Verbindung der Formel (II) zusammen mit der Verbindung der Formel (III) eingesetzt wird, beträgt die Menge der Verbindungen vorzugsweise 3 bis 40 g, bevorzugter 5 bis 30 g pro Liter Kulturmedium oder Kulturflüssigkeit. Der Gewichtsanteil der Verbindung der rormel (II) beträgt vorzugsweise von 30 bis 95 %, bevorzugter von 35 bis 90 %, und der Gewichtsanteil der Verbindung der Formel (III) beträgt vorzugsweise von 5 bis 70 %, bevorzugter von 10 bis 65 %.
Wenn γ-Butyrolacton eingesetzt wird, beträgt die Menge an γ- Butyrolacton vorzugsweise von 3 bis 100 g, bevorzugter von 5 bis 90 g pro Liter des Kulturmediums oder der Kulturflüssigkeit.
Im späteren Stadium der Kultur müssen die Verbindung der Formel (I), die Verbindung der Formel (II), ein Gemisch der Verbindungen der Formel (II) und (III), 1,4-Butandiol oder γ-Butyrolacton als Kohlenstoffquelle verwendet werden. Es kann jedoch auch eine andere Kohlenstoffquelle als Substrat durch die Mikroorganismen verwendet werden, zum Beispiel Glucose, Fructose, Methanol, Ethanol, Essigsäure, Propionsäure, n-Butyrsäure, Milchsäure, Valeriansäure und Salze dieser Säuren. Sie können zusammen eingesetzt werden. Zum Beispiel im Fall des Einsatzes von Glucose beträgt die Menge der Glucose höchstens 1,5 g/Liter.
Bei Verwendung von γ-Butyrolacton, 4-Hydroxybutyrsäure, eines Salzes davon und eines Diols wie 1,4-Butandiol können diese zusammen mit dem γ-Butyrolacton verwendet werden.
Die Mikroorganismen werden abgetrennt und gesammelt aus der Kulturflüssigkeit oder dem Kulturmedium, erhalten durch obige Kultur, durch ein übliches Flüssig-Fest- Trennverfahren, wie Filtration und Zentrifugierung. Die gesammelten Mikroorganismen werden gewaschen und getrocknet, um die getrockneten Fungi zu erhalten. Von den getrockneten Fungi wird der darin gebildete Polyester durch ein bekanntes Verfahren extrahiert, zum Beispiel durch Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel wie Chloroform. Der Copolyester wird ausgefällt durch die Zugabe einer geringen Menge Lösungsmittel, zum Beispiel Hexan, zu dem so erhaltenen Extrakt. Der Copolyester der vorliegenden Erfindung kann durch ein gewöhnliches Abtrennverfahren erhalten werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann, wenn eine Verbindung der Formel (I) im späteren Stadium der Kultur verwendet wird, ein Copolyester erhalten werden, enthaltend von 2 bis 50 Mol-%, vorzugsweise von 10 bis 40 Mol-% der 3HB-Einheit, von 3 bis 95 Mol-%; vorzugsweise von 10 bis 90 Mol-% der 3 HV-Einheit und von 3 bis 90 Mol-%, vorzugsweise von 5 bis 80 Mol-% der 5 HV-Einheit.
Wenn die Verbindung der Formel (II), 1,4-Butandiol oder γ- Butyrolacton verwendet wird, kann ein Copolyester erhalten werden, der 40 bis 97 Mol-%, vorzugsweise von 50 bis 95 Mol- % der 3HB-Einheit und von 3 bis 60 Mol-%, vorzugsweise von 5 bis 50 Mol-% der 4 HB-Einheit enthält.
Wenn die Verbindung der Formel (II) zusammen mit der Verbindung der Formel (III) verwendet wird, kann ein Copolyester erhalten werden, der von 10 bis 90 Mol-%, vorzugsweise von 10 bis 80 Mol-% der 3 HB-Einheit, von 3 bis 60 Mol-%, vorzugsweise von 3 bis 50 Mol-% der 4 HB-Einheit und von 5 bis 87 Mol-%, vorzugsweise von 10 bis 70 Mol-% der 3HV-Einheit enthält.
Wenn der Anteil der 3HB-Einheit in dem Copolyester der vorliegenden Erfindung nicht mehr als 50 Mol-% beträgt, ist die Stabilität der Schmelztemperatur größer und der Kristallisationsgrad ist geringer. Dementsprechend haben die Copolyester eine ausgezeichnete Festigkeit und das Formen daraus, wie durch Spinnen und Walzen, ist leichter und stabllisierter. Die geformten Produkte wie Fasern und Filme sind flexibel und zäh.
Die vorliegende Erfindung wird nun weiter in den folgenden Beispielen erläutert.

Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiel 1

Copolyester wurden hergestellt unter Verwendung von Alcaligenes eutrophusNCIB11599 wie folgt.

Früheres Stadium der Kultur

Die Mikroorganismen wurden in einem Kulturmedium kultiviert, das die folgende Zusammensetzung hatte für 24 Stunden und 30 ºC, und die Mikroorganismen wurden aus der Kulturflüssigkeit nach Beendigung der logarithmischen Vermehrungsphase durch Zentrifugieren abgetrennt.
Zusammensetzung des Kulturmediums
Hefeextrakt 10 g
Polypepton 10 g
Fleischextrakt 5 g
(NH&sub4;)&sub2;SO&sub4; 5 g
Die obigen Substanzen wurden in einem Liter deionisierten Wasser gelöst, und der pH der Lösung wurde auf 7,0 eingestellt.

Späteres Stadium der Kultur

Die im früheren Stadium der Kultur erhaltenen Mikroorganismen wurden in einem Kulturmedium suspendiert, das die folgende Zusammensetzung hatte, in einer Menge von 5 g/Liter, und sie wurden für 48 Stunden bei 30 ºC kultiviert.
Die Mikroorganismen wurden durch Zentrifugieren aus der so erhaltenen Kulturflüssigkeit abgetrennt.
Zusammensetzung des Kulturmediums
0,5 M wäßrige Lösung von Kaliumdihydrogenphosphat 39,0 ml
0,5 M wäßrige Lösung von Dikaliumdihydrogenphosphat 53,6 ml
20 Gew/V-% wäßrige Lösung von Magnesiumsulfat 1,0 ml
Kohlenstoffquelle*
eine mineralische Lösung **
* als Kohlenstoffquelle wurden 5-Chlorvaleriansäure und Valeriansäure verwendet (Einheit: g/Liter Medium) wie in Tabelle 1 gezeigt.
Im Vergleichsbeispiel 1 wurden 20 g Butyrsäure verwendet.
** eine mineralische Lösung
CoCl&sub2; 119,0 mg
FeCl&sub3; 9,7 g
CaCl&sub2; 7,8 g
NiCl&sub2; 118,0 mg
CrCl&sub2; 62,2 mg
CaSO&sub4; 156,4 mg
Diese Salze wurden in einem Liter 0,1 M Salzsäure gelöst.

Behandlung des Mikroorganismus

Der im späteren Stadium der Kultur erhaltene Mikroorganismus wurde mit destilliertem Wasser und Aceton gewaschen und anschließend unter vermindertem Druck (0,1 mm Hg bei 20 ºC) getrocknet, um die getrockneten Fungi zu erhalten.

Abtrennung und Sammlung des Copolyesters

Der Copolyester wurde aus den getrockneten Fungi mit heißem Chloroform extrahiert, und Hexan wurde dem Extrakt zur Ausfällung des Copolyesters hinzugesetzt. Der Niederschlag wurde durch Filtration gesammelt und getrocknet, um den Copolyester zu erhalten.

Eigenschaften des Copolyesters

Die Zusammensetzung, die Grundviskosität, die Schmelztemperatur und die Schmelzwärme des Copolyesters wurden wie folgt gemessen:
Zusammensetzung: durch ¹H-NMR bei 500 MHz
Grundviskosität [η]: in Chloroform bei 30 ºC
Schmelztemperatur Tm: durch DSC-Bestimmung bei einer Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung von 10 ºC/Min
Schmelzwärme ΔH: durch DSC-Bestimmung.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Das ¹H-NMR-Spektrum bei 500 MHz des erhaltenen Copolyesters im Beispiel 2 ist in Fig. 1 wiedergegeben und das ¹³C-NMR- Spektrum bei 125 MHz ist das gleiche wie in Fig. 2. Tabelle 1 Kohlenstoffquelle (g) Zusammens.d.Copolyesters (Mol%) 5-Chlorvaleriansäure Valeriansäure Gewicht getrockneter Fungus (g) Gehalt an Copolyester (%) Schmelztempe- (ºC) Schmelzwärme (cal/g) (J/g) Beispiel Vergleichsbeispiel

Beispiele 4 bis 12 und Vergleichsbeispiel 2:

Es wurden Copolyester erhalten wie in Beispiel 1, mit Ausnahme dessen, daß Alcaligenes eutrophus H-16ATCC 17699 verwendet wurde und auch die Verbindungen, die in Tabelle 2 aufgeführt sind als Kohlenstoffquelle im späteren Stadium der Kultur eingesetzt wurden. Die Zusammensetzung und die Grundviskosität der erhaltenen Copolyester wurden gemessen wie in Beispiel 1, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Das ¹H-NMR-Spektrum bei 500 MHz des erhaltenen Copolyesters in Beispiel 7 ist in Fig. 3 wiedergegeben, und das ¹³C-NMR- Spektrum bei 125 MHz ist das gleiche wie in Fig. 4 gezeigt. Tabelle 2 Kohlenstoffquelle (g) 4-Hydroxybutyrsäure Butyrsäure Gewicht getrockneter Fungus (g) Gehalt an Copolyester (%) Zusammens. d.Copolyesters (Mol%) Beispiel Vergleichsbeispiel

Beispiel 13

Die Eigenschaften des durch das gleiche Verfahren wie im Beispiel 4 erhaltenen Copolyesters, mit Ausnahme dessen, daß 4-Chlorbutyrsäure (18 g/Liter) als Kohlenstoffquelle im späteren Stadium der Kultur verwendet wurde, sind wie in Tabelle 3 gezeigt.
Von den Daten in Tabelle 3 wurden die Kettenverteilung, die Schmelzternperatur und die Schmelzwärme des Copolyesters wie folgt gemessen:
Kettenverteilung; beurteilt aus der Multiplett- Resonanzstruktur des Carbonylkohlenstoffs nach dem Verfahren des Erfinders und anderer (Y. Doi et al., Macromolecules, 19, 2860-2864 (1986).
Schmelztemperatur; durch DSC-Bestimmung (bei einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 10 ºC/Min).
Schmelzwärme; durch DSC-Bestimmung.
Die berechneten Werte von C&sub4;H&sub6;O&sub2; in der Elementaranalyse lagen wie folgt:
C 55,81 % H 7,02 %

Beispiel 14

Das gleiche Verfahren wie im Beispiel 13 wurde wiederholt, mit Ausnahme dessen, daß Natrium-4-hydroxybutyrat (20 g/Liter) als Kohlenstoffquelle im späteren Stadium der Kultur verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.

Beispiel 15

Das gleiche Verfahren wie im Beispiel 10 wurde wiederholt mit Ausnahme dessen, daß Alcaligenes eutrophusNCIB 11599 verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3 Gewicht getrockneter Fungus (g) Gehalt an Copolyester (%) Zus.-setzung d. Copolyesters (Mol%) Kettenverteilung (Mol%) Schmelztemperatur Schmelzwärme (cal/g) (J/g) Elementaranalyse (%)

Beispiele 16 bis 19 und Vergleichsbeispiele 3 bis 4

Durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1, mit Ausnahme dessen, daß die in Tabelle 4 aufgeführten Verbindungen als Kohlenstoffquelle im späteren Stadium der Kultur verwendet wurden, wurden die folgenden Copolyester hergestellt, und deren Eigenschaften wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 wiedergegeben. Das ¹H-NMR-Spektrum bei 500 MHz des im Beispiel 16 erhaltenen Copolyesters ist in Fig. 5 wiedergegeben, und das ¹³C-NMR-Spektrum bei 125 MHz des gleichen ist in Fig. 6 gezeigt. Tabelle 4 Kohlenstoffquelle (g) Zusammens.d.Copolyesters (Mol%) 5-Chlorvaleriansäure Valeriansäure Gewicht getrockneter Fungus (g) Gehalt an Copolyester (%) Schmelztempe.- (ºC) Schmelzwärme (cal/g) (J/g) Beispiel Vergleichsbeispiel

Beispiele 20 bis 25 und Verqleichsbeispiele 5 bis 7

Durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 4, mit Ausnahme dessen, daß die in Tabelle 5 aufgeführten Verbindungen als Kohlenstoffquelle im späteren Stadium der Kultur verwendet wurden, wurden Copolyester hergestellt und deren Eigenschaften gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 aufgeführt.
Das ¹H-NMR-Spektrum bei 500 MHz des in Beispiel 21 erhaltenen Copolyesters ist in Fig. 7 wiedergegeben, und das ¹³C-NMR- Spektrum bei 125 MHz des gleichen und ein vergrößertes Spektrum davon sind in den Fig. 8 und 9 entsprechend aufgeführt. Tabelle 5 Kohlenstoffquelle (g) Gewicht des getrockneten Fungus (g) Gehalt an Copolyester (Gew.-%) Zusammensetzungen des Copolyesters (Mol%) Beispiel Vergleichsbeispiel 1,4-Butandiol Butyrsäure 1,3-Propandiol 1,5-Pentadienol

Beispiele 25 bis 29 und Vergleichsbeispiele 8 bis 9

Durch das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1, mit Ausnahme dessen, daß Alcaligenes eutrophus H-16ATCC 17699 verwendet wurde und daß die in Tabelle 6 gezeigten Verbindungen als Kohlenstoffquelle im späteren Stadium der Kultur verwendet wurden, wurden Copolyester hergestellt und deren Eigenschaften gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgeführt. Tabelle 6 Kohlenstoffquelle g-Butyrolacton Butyrsüre 4-Hydroxybutylsäure Gewicht des getrockneter Fungus (g) Gehalt an Copolyester (%) Zusammensetzg. d. Copolyesters (Mol%) Schmelztemperatur (ºC) Schmelzwärme (cal/g) (J/g) Beisp. Verg.bsp.

Claims

1. Copolyester, enthaltend 3-Hydroxybutyrat-Einheiten und Einheiten, ausgewählt unter:

(1) 3-Hydroxyvalerat-Einheiten und 5-Hydroxyvalerat- Einheiten;

(2) 4-Hydroxybutyrat-Einheiten; und

(3) 4-Hydroxybutyrat-Einheiten und 3-Hydroxyvalerat- Einheiten;

wobei die Grundviskosität des Copolyesters, gemessen in Chloroform bei 30 ºC, im Bereich von 0,4 bis 10,0 dl/g liegt.

2. Copolyester nach Anspruch 1, der von 2 bis 50 Mol-% 3- Hydroxybutyrat-Einheiten, von 3 bis 95 Mol-% 3- Hydroxyvalerat-Einheiten und von 3 bis 90 Mol-% 5- Hydroxyvalerat-Einheiten umfaßt.

3. Copolyester nach Anspruch 1, der von 40 bis 97 Mol-% 3- Hydroxybutyrat-Einheiten und von 3 bis 60 Mol-% 4- Hydroxybutyrat-Einheiten umfaßt.

4. Copolyester nach Anspruch 1, der von 10 bis 90 Mol-% 3- Hydroxybutyrat-Einheiten, von 3 bis 60 Mol-% 4- Hydroxybutyrat-Einheiten und von 5 bis 87 Mol-% 3- Hydroxyvalerat-Einheiten umfaßt.

5. Verfahren zur Herstellung eines Copolyesters wie in Anspruch 1 definiert, wobei das Verfahren umfaßt:

Kultivieren von Alcaligenes eutrophus in einer begrenzten Quelle für Stickstoff und/Phosphor und in Gegenwart einer Kohlenstoffquelle, um den Copolyester in Alcaligenes eutrophus zu bilden und anzusammeln, wobei die Kohlenstoffquelle ausgewählt ist unter:

(i) einer Verbindung der Formel (I):

(CH&sub2;X¹CH&sub2;CH&sub2;CH&sub2;COO)n¹Y¹ (I)

worin X¹ eine Hydroxygruppe oder ein Halogenatom ist, das gleich oder verschieden zu einer anderen X¹-Gruppe ist, wenn n¹ größer als 1 ist, wobei n¹ eine ganze Zahl von 1 bis 4 darstellt und Y ist ein Wasserstoffatom oder ein ein- bis vierwertiges Metallatom;

(ii) eine Verbindung der Formel (II):

(CH&sub2;X²CH&sub2;CH&sub2;COO)n²Y² (II)

worin X² eine Hydroxygruppe oder ein Halogenatom ist, die gleich oder verschieden sein können zu einer anderen X²- Gruppe, wenn n² größer als 1 ist, wobei n² eine ganze Zahl von 1 bis 4 ist und Y² ist ein Wasserstoffatom oder ein einbis vierwertiges Metallatom;

(iii) eine Verbindung der Formel (II) wie oben definiert und eine Verbindung der Formel (III):

(CH&sub2;X³CHX&sup4;CH&sub2;CH&sub2;COO)n³Y³ (III)

worin X³ ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom oder eine Hydroxygruppe ist, die gleich oder verschieden sein können zu einer beliebigen anderen X³-Gruppe, wenn n³ größer als 1 ist, X&sup4; ist ein Wasserstoffatom, ein Halogenatom, eine Hydroxygruppe oder eine Alkylgruppe, n³ ist eine ganze Zahl von 1 bis 4 und Y³ ist ein Wasserstoffatom oder ein ein- bis vierwertiges Metallatom;

(iv) 1,4-Butandiol; und

(v) γ-Butyrolacton.

6. Verfahren nach Anspruch 5, worin der Copolyester wie in Anspruch 2 definiert ist und die Kohlenstoffquelle eine Verbindung der Formel (I) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, worin der Copolyester wie in Anspruch 3 definiert ist, und die Kohlenstoffquelle eine Verbindung der Formel (II), 1,4-Butandiol oder γ- Butyrolacton.

8. Verfahren nach Anspruch 5, worin der Copolyester wie in Anspruch 4 definiert ist, und die Kohlenstoffquelle eine Verbindung der Formel (II) und eine Verbindung der Formel (III) ist.