JP2001503470A - ポリヒドロキシ酸の調製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、最大１８の炭素原子を有するカルボン酸の鉄塩もしくは鉄エステル、または何種かの鉄錯体を含有する有機鉄化合物を触媒として使用することによるヒドロキシ酸の環状ラクトンの重合または共重合方法に関する。この発明は、好ましくは、酢酸鉄触媒または開始剤を使用することによるラクチドの重合に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 ポリヒドロキシ酸の調製方法 本発明は、触媒または反応開始剤として有機金属鉄化合物を使用することによ って溶融状態でヒドロキシ酸を重合することに関する。 生分解性重合体、生重合体は、絶えず開発されている（subject to continued development）一群の材料を構成している。これらの重合体は、包材から衛生用 品に亘るあらゆる種類の用途に応用することができ、医療分野にも使用すること ができる。ポリヒドロキシ酸は、その単量体がカルボン酸基と水酸基との両方を 含んでいる重合体である。このような重合体の例としては、ポリ乳酸(ポリラク チド、PLA)、ポリ(ヒドロキシブチレート)、ポリグリコリド、およびポリ（ε− カプロラクトン）を挙げることができる。 乳酸の重合体および共重合体は、例えば、手術用縫合糸の製造、分解可能な骨 爪、および薬剤の管理放出などの医療目的に、既に長い間使用されてきている。 包材や嵩の張る製品への重合体の使用は、重合体の価格が高い上に技術的な加工 中に破損しやすいので、これまでのところ制限されてきた。嵩の張る製品向けの 重合体を医療用のものと同じように製造して処理するのは経済的に有益ではなか った。生分解性重合体、即ち、生重合体への関心は、近年、非常に高まっており 、多くの会社が包材、衛生用品、農業用の袋類およびフィルム類、並びに廃棄物 袋を市場に送り出す努力をしてきている。特に、様々なフィルムが重要性を増し ている。 ポリヒドロキシ酸は、ポリエステルの製造において一般的である重縮合反応、 または環状の二量体であるラクトンから開環重合によって製造することができる 。ポリヒドロキシ酸は従来からある多くの重合体に似た熱可塑性ポリエステルで ある。 ポリラクチド、即ち、乳酸を基材とする縮重合体は、多くの理由により、生重 合体の内でも、特に魅力的なものである。その主要な生分解性生成物である乳酸 は自然界に普通に見られる生成物であり、毒性はない。乳酸は食品および製薬産 業で広く使用されている。高分子量重合体はラクチドの開環重合によって最もよ く製造される。乳酸は光学活性であり、したがって、その二量体は４種の異なる 形態を有している。即ち、L,L-ラクチド、D,D-ラクチド、L,D-ラクチド（メソラ クチド）およびL,L-ラクチドとD,D-ラクチドとのラセミ体混合物である。これら を純粋な化合物として、または様々な配合比で重合することにより、そのレジリ エンスおよび結晶性、並びに、その結果として、機械的および熱的性質に影響を 与える様々な立体化学的構造を有する重合体が得られる。得られた重合体は、通 常、硬く、光学的に透明である。 ラクチド、グリコール、ε−カプロラクトンなど、ヒドロキシ酸の環状ラクト ンの開環重合はそれ自体公知の技術である。様々な重合方法が公知であり、例と しては、押し出し重合に関する特許US 5,378,801、二段階重合に関する出願公開 EP 0 664 309-A、混合反応器中での重合を記載している出願公開EP 0 499 747-A 等がある。他の大部分のものについてもそうであるが、これらの刊行物に共通す る特徴は、触媒が錫化合物であり、好ましくはオクタン酸錫であることである。 他の触媒についても実験がなされているが、錫化合物が最も優れていることが証 明されている。 しかしながら、包材のように重合体を食品と接触させて使用する場合、および 環境保護的な理由からも、錫化合物の使用は望ましくない。 驚くべきことに、触媒（開始剤）としてある種の鉄化合物を使用することによ って、錫化合物を使用して製造したものに匹敵する性質を有する重合体を製造す ることが可能であることが観察された。 グリコリドおよびラクチドの重合において、触媒として、鉄の酸化物錯体とプ ロピレン(JP 68002948)、または鉄もしくは他の金属のシアン化物錯体（Jp 0435 9014）を使用することは既に知られている。特許出願公開WO94/03522では、鉄化 合物は乳酸の縮重合の触媒として使用されている。しかしながら、鉄化合物でラ クチドや他の縮重合生成物を重合することは不可能であり、従来からの錫触媒が 使用されていた。ポリ乳酸の分子量は比較的小さく、収率も低い。 本発明による触媒はカルボン酸の鉄塩であり、最大１８の炭素原子を有する有 機化合物を使用して調製される。このようなカルボン酸の例としては、蟻酸、酢 酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カ プリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アクリル 酸、桂皮酸、および安息香酸などである。炭素原子の数が最大１０であると好ま しい。酢酸鉄（II）を使用すると特によい結果が得られる。単量体量の触媒量に 対する割台は約100〜10000であると適当である。単量体に応じて、重合温度は約 80〜240℃である。ラクチドの場合は160〜240℃であり、ε−カプロラクトンの 場合は80〜240℃である。アセチルアセトン酸第二鉄のような鉄錯体の何種かも 上記条件で好適に使用することができる。 本発明による重合体または共重合体は、L-ラクチド、D-ラクチドもしくはD,L- ラクチドまたはそれらの混合物、グリコール、ε−カプロラクトン、または類似 の環状化合物などの、あらゆるヒドロキシ酸の環状ラクトンから、回分式、半連 続式、または連続式のいかなる方法によっても調製することができる。連続式の 重合は、押し出しながらの重合によって都合よく行うことができる。単量体また は単量体のブレンド物を加熱することによって均質な溶融物を形成し、ラクチド を重合するために触媒を添加すると環が開き、これによって重合体が製造される 。重合は、窒素雰囲気下または真空下などの不活性雰囲気中で行われるのが好ま しい。重合体の分子量(Mw)は約20000〜500000であり、好ましくは40000〜300000 である。重合体がL-ラクチドから製造されると好ましい。 ポリラクチドのような重合体は、形成時において、ラクチドなどの単量体との 平衡状態にある。単量体とオリゴマーとは重合体の可塑剤として働くので、この ことは、時としては好都合であるとされてきた。しかしながら、このために急速 に加水分解したり、重合体の加工中に粘着の問題を発生させたりする。さらに、 単量体が存在すると、溶融加工中の熱安定性を低下させる。通常は、残った単量 体を重合体から除去しなくてはならない。許容可能な単量体の残留濃度は２％未 満であり、好ましくは１％未満である。蒸発などの様々な除去方法が既に開示さ れている。 加工中の重合体の崩れは、残った単量体を除去し、水分量を小さくし(200ppm 未満)、または市販の安定化剤（WO 94/07941）を添加することによって低減する ことができる。吹込成形などの加工に関しては、ある過酸化物を重合体と混合し て、重合体の溶融強度を溶融加工に対して十分であるようにすると都合がよい(F I945964、FI945264)。 本発明の方法によって調製された重合体は、適当な可塑剤および要すれば充填 材を選択することによって、用途に応じて効果的に設計することができる。好適 な可塑剤としては、グリセロールエステルおよびグリコールエステルと同様にモ ノ-およびポリカルボン酸エステル、重合性ポリエステル、ポリアルキルエーテ ルのような一般に入手することのできる市販の可塑剤を数多く挙げることができ る。様々な可塑剤のブレンド物も使用することができる。好適な可塑剤の量は、 例えば、フィルムを吹込成形するグレードでは10〜30重量％、好ましくは15〜20 重量％である。 使用される充填材は、炭酸カルシウム、カオリン、マイカ、タルク、シリカお よびゼオライトなどの従来の無機または有機充填材のいかなるものであってもよ い。充填材の好適な量は、製造物に応じて、0.1〜10重量％である。充填材を使 用する目的は、粘着を防止し、それによって、例えば、環状のフィルムを裂くの を容易にすることである。 要すれば、顔料などの他の従来からある添加剤を使用することができる。例え ば、買物袋は最も普通には白色であり、このような場合には、白色のフィルムを 製造するのに二酸化チタンを使用することができる。 可塑剤と、所望に応じて使用する充填材および他の添加剤とは、例えば、二軸 スクリュー押出機、一軸スクリュー押出機、または回分混合機中で従来の溶融混 合方法によって加工前に重合体と混合される。 安定化された重合体材料は、吹込法によるフィルム製造に使用することができ る。勿論、重合体を平らなフィルムまたはシートを製造するのに使用することも 可能であり、この場合は重合体にさして高い要求がなされることはない。このフ ィルムの使用には、フィルムの従来からの使用が含まれ、特に、廃棄物の最小化 と、例えば、肥料化によって廃棄物の処理を行うこととを目的とする場合におけ るフィルムの使用が含まれる。袋、フィルム、買物袋などの様々な包材、おむつ などの衛生用品、および様々な農業用フィルムも用途に含まれる。 重合体から作られるシートは、様々な包装用トレイまたはカバーとして、また 、例えば、栽培用トレイまたは栽培用鉢として農業用に使用することもできる。 本発明を以下の実施例によってより詳細に記載する。 L-ラクチド（製造業者：ピュラック(Purac)）は酢酸エチルから晶出した。鉄 化合物は別に精製することなくそのまま使用し、適当な溶媒に溶解した。鉄化合 物が溶解しない場合は、粉末の状態で単量体に添加した。 鉄化合物とL-ラクチドとを６mlのガラス製のアンプルに入れて密封した。実験 は窒素雰囲気中で行われた。開始剤に対する単量体の割合は100〜10000であり、 重合温度は170〜210℃であった。アンプルをオーブン中で重合温度に維持し、ア ンプルをオーブンから取り出すことによって所望の時点で重合を停止した。 分子量を測定するのにSEC（サイズイクスクルージョンクロマトグラフィー：S ize Exclusion Chromatography）装置を使用した。単量体の転化率はNMR技術に よって測定された。DSC(差動走査熱量計)測定はパーキンエルマー(Perkin Elmer )の装置を用いて行った。 例１ 開始剤として様々な酸化鉄を使用してL-ラクチド重合実験を行った。全ての実 験において、重合温度は210℃であった。使用された化合物は、鉄、酸化鉄(II) 、酸化鉄(II,III)、酸化鉄（III）および水素化鉄（II）酸化物であった。 酸化鉄は非常に好ましくない開始剤であることが証明された。水素化鉄（II） 酸化物の場合にのみ、ある種の重合体が生成された。重合時間が22時間を超えた ときに、分子量が約26000g/molとなった。 例２ 酢酸鉄がラクチドの非常に優れた開始剤であることが証明された。約一時間後 に粘度が増加し始め、固体生成物が形成されるまで重合が続けられた。重合は、 使用された温度と単量体／開始剤比（M/I）の両方の影響を受けた。最適なM/Iモ ル比は約1000であった。結果を表１に示す。 表１ 分子量への単量体／開始剤比の影響 重合時間１時間重合温度の分子量への影響は結果に出ており、表２にまとめた。 表２ 分子量への重合時間の影響 M/I比1000 温度は分子量および重合度にも影響した。210℃では、分子量は重合時間を通 して増加した。しかしながら、190℃では1.5時間経過後は反応時間は分子量に影 響しなかった。170℃という温度は重合には低すぎたようであった。特に大きな 分子量（Mw＝350000）は温度210℃、19時間の重合で得られた。 酢酸鉄が使用された場合には、分子量分散が広い。 例３ 酢酸鉄の有効性を酢酸錫と比較した。酢酸錫はラクチドの重合には非常に効果 的な触媒であるとされている。重合は例２におけるのと同じ手順で行われた。図 １は、酢酸錫が使用された場合と酢酸鉄が使用された場合との両方についての、 重合時間の関数としての分子量を示している。酢酸錫が使用されると分子量が急 速に増加する。しかしながら、酢酸鉄が使用されても、通常の重合時間内で同じ レベルの分子量が得られる。図２は重合時間の関数としての単量体転化を示して いる。酢酸鉄を使用すると、ほぼ完全な単量体転化が達成される。 例４ 他の鉄化合物を触媒として使用して、実験を行った。 クエン酸鉄（III）を使用すると、20時間反応を行っても重合がなされなかっ た。単量体／触媒比は1000であった。 D-グルコン酸の鉄（II）塩について、重合温度を210℃として、様々な単量体 ／触媒比と様々な重合時間を用いて実験した。結果を表３に示す。 表３ 触媒としてのD-グルコン酸の鉄（II）塩の使用 一当量の酸化鉄（II）を2-エチルヘキサン酸と反応させ、濾過して蒸発させた 化合物を触媒として使用した。触媒はよく機能したが、大量に必要であった。触 媒中の金属部分はかなり少なかった。結果を表４に示す。 表４ 鉄錯体の触媒としての使用 重合温度190℃ 例５ 酸化鉄（II）と酢酸とを115℃で反応させた。得られた鉄化合物とε−カプロ ラクトンとを６mlのガラス製アンプルに入れ、窒素雰囲気中で密封した。単量体 ／触媒比は1000であり、重合温度は100〜200℃であった。アンプルを所望の温度 に維持し、アンプルをオーブンから出すことによって所望の時間で重合試験を停 止した。重合の結果を表５に示す。 表５ａ 分子量への重合温度と時間との影響表５ｂ 分子量への重合温度と時間との影響 表５ｃ 分子量への重合温度と時間との影響 例６ 鉄錯体の例として、アセチルアセトン酸第二鉄を触媒として使用した。アセチ ルアセトン酸第二鉄とラクチドとを５mlのガラス製アンプルに入れ、窒素雰囲気 下で密封した。単量体／触媒比は1000であり、重合温度は210℃であった。アン プルを所望の温度に維持し、アンプルをオーブンから出すことによって所望の時 間で重合試験を停止した。重合の結果を表６に示す。 表６ アセチルアセトン酸第二鉄を触媒として使用したときの重合時間の分子量 への影響

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年１月１５日（１９９９．１．１５） 【補正内容】 １．鉄と最大１８の炭素原子を有する有機カルボン酸との鉄塩を含有する化合物 を触媒または開始剤として使用することを特徴とするヒドロキシ酸の環状ラクト ンの重合または共重合方法。 ２．最大１０の炭素原子を有するカルボン酸を前記化合物の調製に使用すること を特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．単量体がラクチドであることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ４．単量体がε−カプロラクトンであることを特徴とする請求項１または２に記 載の方法。 ５．前記触媒が酢酸鉄（II）であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記 載の方法。 ６．単量体／触媒比が100〜10000であることを特徴とする前記請求項のいずれか に記載の方法。 ７．重合温度が80〜240℃であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載 の方法。 ８．重合温度が160〜240℃であることを特徴とする請求項３に記載の方法。 ９．重合温度が80〜200℃であることを特徴とする請求項４に記載の方法。 １０．前記鉄化合物が他の触媒と共に使用されることを特徴とする前記請求項の いずれかに記載の方法。 １１．前記請求項のいずれかに記載の方法で生成された重合体から製造される製 造物。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，Ａ Ｕ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ， ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．最大１８の炭素原子を有するカルボン酸の鉄塩、または何種かの鉄錯体を含 有する有機鉄化合物を触媒または開始剤として使用することを特徴とするヒドロ キシ酸の環状ラクトンの重合または共重合方法。 ２．最大１０の炭素原子を有するカルボン酸を前記化合物の調製に使用すること を特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．単量体がラクチドであることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。 ４．単量体がε−カプロラクトンであることを特徴とする請求項１または２に記 載の方法。 ５．前記触媒が酢酸鉄（II）であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記 載の方法。 ６．前記触媒がアセチルアセトン酸第二鉄であることを特徴とする前記請求項の いずれかに記載の方法。 ７．単量体／触媒比が100〜10000であることを特徴とする前記請求項のいずれか に記載の方法。 ８．重合温度が80〜240℃であることを特徴とする前記請求項のいずれかに記載 の方法。 ９．重合温度が160〜240℃であることを特徴とする請求項３に記載の方法。 １０．重合温度が80〜200℃であることを特徴とする請求項４に記載の方法。 １１．前記鉄化合物が他の触媒と共に使用されることを特徴とする前記請求項の いずれかに記載の方法。 １２．前記請求項のいずれかに記載の方法で生成された重合体から製造される製 造物。