JP2002504939A - 生分解性ポリエステルウレタン、その製造方法ならびにその使用 - Google Patents
生分解性ポリエステルウレタン、その製造方法ならびにその使用Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、生分解性の直鎖状ポリエステルウレタン、ならびに直鎖状ポリエステルウレタンからジイソシアネート架橋により架橋させることにより生じる生分解性の架橋ポリエステルウレタンに関する。架橋度の変化により本発明による架橋ポリエステルウレタンの物理的、化学的および生物学的特性を適切に調整することができ、特にその生分解速度を変化させることができる。というのも架橋度の上昇と共に生分解がより緩慢に行われるからである。本発明の対象は、本発明によるポリエステルウレタンの製造方法ならびに、シート、ゴム成形体、容器、包装材料としての使用、製剤学における使用、接着剤、粘着テープなどとしての使用にも関する。本発明はまた本発明によるポリエステルウレタンを含有しているポリマーブレンドにも関する。
Description
【発明の詳細な説明】
生分解性ポリエステルウレタン、その製造方法ならびにその使用
プラスチックはようやくおよそ1930年から広い範囲で製造されているが、
今日では現代の生活にとって必要不可欠なものになっている。急速に拡大しつつ
あるプラスチック材料の製造および増加しつつある消費は、ますます問題を生じ
る。この場合、特にプラスチック廃棄物に基づいた環境負荷が強調される。公知
の統計によりプラスチック廃棄物の割合が驚くほど高いことが察知される。都市
のゴミのうち体積の約18%はプラスチック材料による負荷であり、その際その
約半分は包装廃棄物である。この場合、依然としてプラスチック材料の廃棄処理
は極めて問題がある。というのも例えばこのような材料を燃焼する際に、毒性の
高いダイオキシンが発生する可能性があるからである。この場合、アメリカで全
プラスチック廃棄物の約96%はゴミ集積所へ行き、3%は燃やされ、かつその
うちの1%がリサイクルされるのみである。
同等の代替物の探求がますます緊急になる。というのもプラスチックの需要が
常に増大するからである。従って、プラスチックの利点を有していながら同時に
生物学的に分解可能である生分解性材料への極めて高
い需要が存在する。
ここ数年でこの要求を正当に評価することがますます試みられたが、しかしそ
の実現は大きな困難性と結びついていることが判明した。というのも要求される
特性は多くの場合、相互に排除し合うからである。
EP0696605A1号は、1つの解決可能性を記載しており、これはジイ
ソシアネート、ハロゲン化二酸またはホスゲンを用いた2つのα,ω−ジヒドロ
キシポリエステル/−エーテルの線状のの重縮合により製造された生分解性のマ
ルチブロックポリマーに関する。α,ω−ジヒドロキシポリエステルは、ポリ−
(R)−(3)−ヒドロキシ酪酸のエステル交換によりBiopol(R)の形で得られ
、従ってエステル交換触媒を用いてエステル結合の分解下に分解される。Biopol(R)
は市販されており、かつ細菌性の生成物(bakterielles Produkt)として得ら
れる。その他のα,ω−ジヒドロキシポリエステルは、環式エステルまたはラク
トン、例えばε−カプロラクトンを脂肪族ジオールを用いて開環重合することに
より製造される。
この場合、製造されるマクロジオールのミクロ構造はモノマー分布に応じて生
じ、その際、専ら立体特異構造のみが製造される。
マクロジオールの製造の際、触媒を用いなくても、用いても作業することがで
き、その際、SnO(Bu)2またはジブチルスズジラウレートを100〜160
℃の温度で使用する。
この場合、ポリウレタンもまたマクロジオールとジイソシアネート、例えば1
,6−ヘキサメチレンジイソシアネートとの反応により製造され、その際、マク
ロジオールとジイソシアネートとからなるブロックポリマーは、本発明における
ものとは異なり、常に吉草酸エステル断片を最終生成物中に有している。
生体親和性もしくは生分解性ポリマーは、EP0696605A1号で医療用
インプラントとして使用されている。従って該材料に対して高い技術的要求が課
される。
ここでの欠点は特に、出発製品ならびに最終製品が立体特異的である、つまり
特定の立体配置のみが存在する(例えば細菌性生成物はR−立体配置のみを有し
ている)ことである。さらに細菌性ポリマー(bakterielle Polymere)は通例、そ
の極めて規則的な結晶構造に基づいて極めてもろく、ひいては容易に壊れやすい
。EP0696605A1号のポリマー生成物は確かに若干柔らかいが、しかし
部分的にいまだもろい挙動を示す。細菌性出発生成物は、さらに比較的高価であ
る。さらにこれらのブロックポリマーは、種々の変色を示す。つまりこれらは、
その細菌性出発生成物のように、通例乳色であり、このことは該ポリマーに光学
的に貧相な外観を付与しうる。これらの欠点によりEP0696605A1号の
場合、使用分野が少なくと
も限定される。
DE19508627A1号では、自体アルキレンオキシドと一酸化炭素とか
らなっているマクロジオールとジイソシアネートとから構成されているポリエス
テルウレタンの合成により、細菌により得られたPHA−材料のこれらの欠点を
回避することが試みられている。これらの方法は特に、毒性があり、かつ燃焼性
のガスを用いて高圧下で作業しなくてはならないという欠点を有する。
従って本発明の課題は、従来技術の欠点を回避し、かつ改善されたポリマー生
成物を提供することであり、これは例えばポリ−3−ヒドロキシ酪酸のように生
物学的に分解することができるか、もしくは生分解性である。該ポリマーは、光
学的に印象的な外観を有し、かつその特性により多方面で使用することができる
ものである。さらに従来技術に対して改善され、容易な方法で、細菌によらずに
製造された出発生成物を用いて大工業的な規模で安価にこのポリマーの製造を可
能にする方法を提供するものである。
前記課題は本発明により、生分解性の直鎖状ポリエステルウレタンの提供によ
り解決されるが、この場合、直鎖状のポリエステルウレタンは一般式(I)の単
位から構成されている:
[式中、
Rは、非置換または置換の、飽和または不飽和(C1〜C10)−炭化水素基、
有利にはメチル、エチルまたはプロピルであり、かつ
置換基は、OH、NH2、ハロゲン、ハロゲノイド(Pseudohalogen)、(C1〜
C10)−アルキル、(C1〜C10)−アルコキシ、アリル、ビニル、ベンジル、
非置換または置換アリール、例えばフェニルまたはナフチル、アルケニル、アル
キニル、アミド、(C1〜C6)−ジアルキルアミノ、非置換または置換(C3〜
C8)−シクロアルキルからなる群Aから選択されており、かつアリール置換基
またはシクロアルキル置換基は、OH、NH2、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1
〜C10)−アルキル、(C1〜C10)−アルコキシ、アミド、(C1〜C6)−ジ
アルキルアミノ、アルケニル、アルキニル、アリルおよび/またはビニルであり
、
RIは、以下のもの:
からなる群からのものであり、その際a=2〜12であり、かつb=1〜300
0であり、
RIIは、β−プロピオラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、
ε−カプロラクトンまたはN−保護されたD,L−セリンラクトンからなる群か
ら選択された化合物の開環生成物を表し、これは場合により群Aからの1つの置
換基で置換されていてもよく、
RIIIおよびRIVは、相互に無関係に同じかまたは異なっており、かつH、O
H、NH2、−OR(その際Rは上記のものを表す)、ハロゲン、ハロゲノイド
、ベンジル、アリル、ビニル、非置換または置換アリール、例えばフェニルまた
はナフチルなど、(C1〜C10)−アルキル、アルケニル、アルキニル、アミド
、(C1〜C6)−ジアルキルアミノ、場合により少なくとも1個のヘテロ原子を
有する非置換または置換(C3〜C8)−シクロアルキル、非置換または置換の5
員−
、6員−または7員の芳香族炭化水素または少なくとも1個のヘテロ原子を有す
るヘテロ芳香族炭化水素からなる群から選択されており、その際、該ヘテロ原子
は、O、SまたはNであり、かつ置換基は群Aから選択されており、
その際、0≦x+y≦60であり、かつ2≦l+m≦60であり、かつz=1
〜25である]。
本発明の対象はさらに、生分解性の架橋ポリエステルウレタンであり、これは
式(I)の単位を有する直鎖状のポリエステルウレタンから、該ポリエステルウ
レタンが、ジイソシアネート架橋により架橋されており、かつ一般式(II)の
断片を有することにより生じる:
[式中、R、RI、RII、RIII、RIVおよびx、y、z、lおよびmは前記のも
のを表す]。
架橋度の変更により、該ポリエステルウレタンの物理的、化学的および生物学
的特性を適切に調節することができ、特にその生分解速度を変化させることがで
きる。というのも架橋度の上昇と共に生分解はより緩慢に行われるからである。
1分子あたりに存在する繰返単位の総数n、つまり一般式(I)により記載さ
れている単位の数は、一般に少なくとも約2であり、かつ約60までの範囲で存
在していてもよい。
有利な実施態様では、一般式(I)および(II)のパラメータは以下に記載
する範囲である:0≦x+y≦30、2≦l+m≦30およびz=6〜10。こ
の範囲で特に良好な生分解速度が存在し、かつポリマー生成物を比較的容易な方
法で加工することができる。
従来技術に対して、本発明によるポリエステルウレタンは透明であり、かつさ
らに弾性である。本発明によるポリエステルウレタンの変形性は、直鎖状から部
分架橋を経由して完全に架橋した生成物まで無段階に変化させることができる。
このことにより弾性が高く、容易に変形可能ポリマーから、ゴム状でほとんど変
形できないゴム状ポリマーを適切に製造することができる。
さらに直鎖状のポリエステルウレタンは熱可塑的に加工することができる。こ
れに対して架橋ポリエステルウレタンは熱可塑的に加工することができないが、
しかし例えば射出成形および場合によりその後の加工段階で、例えば切断などに
より、所望の形にすること
ができる。直鎖状ならびに架橋ポリマーが、水中ではなく、有機溶剤中で溶解性
であることもまた特に有利である。該ポリマーはさらに完全に透明である。
本発明の対象はまた以下の工程を用いた生分解性ポリエステルウレタンの製造
方法でもある:
(i)無水の有機溶剤中で亜鉛/銅触媒を使用しての、ブロモ酢酸アルキルエ
ステルと、一般式(A):
[式中、Rは、非置換または置換の、飽和または不飽和(C1〜C10)−炭化水
素基、有利にはメチル、エチルまたはプロピルであり、かつ
置換基は、OH、NH2、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル
、(C1〜C10)−アルコキシ、アリル、ビニル、ベンジル、非置換または置換
アリール、例えばフェニルまたはナフチル、アルケニル、アルキニル、アミド、
(C1〜C6)−ジアルキルアミノ、非置換または置換(C3〜C8)−シクロアル
キルからなる群Aから選択されており、かつアリール置換基またはシクロアルキ
ル置換基は、OH、NH2、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル
、C1〜C10)−アルコキシ、アミド、(C1〜C6)−ジアルキルアミノ、アル
ケニル、アルキニル、アリルおよび/またはビニルである]のアルデヒドとの反
応、
(ii)保護ガス下でスズ錯体触媒の存在下に約8
0〜130℃で約8〜15時間の、生じた3−ヒドロキシカルボン酸誘導体と、
一般式(B):
HO−RI−OH (B)
[式中、RIは、以下のもの:
からなる群から選択されており、その際、a=2〜12であり、かつb=1〜3
000であり、
その際、RIIIおよびRIVは上記のものを表す]のジオールまたは保護されたポ
リオールとの、一般式(C):
[式中、RおよびRIは、上記のものを表し、かつ
0<x+y≦60であり、かつx+y=0に関しては一般式(C)のオリゴジ
オールは出発生成物である]のオリゴジオールへの反応、
(iii)保護ガス下で場合によりスズ錯体触媒の
存在下に約80〜130℃で約4〜6時間の、一般式(C)のオリゴジオールと
、以下のもの:
[式中、Xは、任意の適切な保護基を表し、かつ該化合物は場合により上で定義
された群Aからの置換基で置換されていてもよい]からなる群から選択された化
合物との、一般式(D):
[式中、R、RIおよびRIIは上記のものを表し、かつ0≦x+y≦60であり
、かつ2≦l+m≦60である]のマクロジオールへの反応、および
(iv)保護ガス下で約110〜140℃で約6〜15時間の、一般式(D)
のマクロジオールと、少なくとも2つの遊離のイソシアネート基を有する少なく
とも1種の化合物との、ポリエステルウレタンへの反応。
従って本発明による方法によれば、まず工程(i)で、公知のレフォルマトス
キー合成の形でブロモ酢酸エステル、例えばブロモ酢酸エチルエステルとアルデ
ヒドとを反応させる。この場合、本発明による方法では、EP0696605A
1号におけるような細菌性
の分解により生じるのではない出発生成物を使用する。出発物質は安価に市販さ
れている。
次いで工程(ii)で、生じた生成物と、一般式HO−R’−OH(B)のジ
オールまたは相応して保護されたポリオールとを反応させて一般式(C)のオリ
ゴジオールが得られ、その際、該ジオールは例えば以下のものからなる化合物群
から選択されてもよい:1,4:3,6−ジアンヒドロ−D−マンニット、1,
4:3,6−ジアンヒドロ−D−グルシット、シス−またはトランス−ブテン−
1,4−ジオール、脂肪族ジオール、例えばエチレングリコール、1,4−ブタ
ンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,7−
ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,
10−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール、通常の従来技術で公知の
保護基で保護されたポリオールならびに場合により一置換または多置換されてい
てもよいポリエチレングリコール。
x+y=0に関して出発化合物として使用される一般式(C)のこのオリゴジ
オールから出発すると、工程(iii)により、4員−、5員−、6員−または
7員の環式エステルまたはラクトンとの反応により、一般式(D)のマクロジオ
ールが得られる。ラクトンの例として次のものが挙げられる:β−プロピオラク
トン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε
−カプロラクトンまたはN−保護されたD,L−セリン−ラクトン、この場合、
ここではそれぞれの任意の、当業者に公知の保護基Xを使用することができるこ
とは自明である。あるいはラクトンは非置換のもののみではなく、一置換または
多置換されたものを使用することもでき、その際、置換基は上記の群Aから選択
されている。
個々の反応工程の前記の温度−および時間間隔は、実施するべき反応の選択さ
れた圧力比および反応生成物に応じて適切なパラメータを選択することができる
範囲として解釈する。
使用するべきスズ触媒として、すべてのスズ錯体、例えばジブチルスズオキシ
ド、ジブチルスズジラウレートなどを使用することができる。有利には以下の化
学式(E)を有する化合物を使用する:
[式中、R1、R2およびR3は相互に無関係に同じかまたは異なっており、かつ
−(CH2)k−、非置換または置換アリールから選択されており、その際、置換
基は請求項1から7までのいずれか1項記載に記載されている群Aから選択され
ており、かつk=1〜6であ
る]。
もう1つの有利な実施態様によれば、工程(ii)および(iii)のスズ触
媒の錯体は、以下の化学式(F):を有する2,2−ジ−n−ブチル−1,3,2−ジオキサスタンノラン(2,2-Di-
n-butyl-1,3,2dloxastannolan)の二量体である。
このスズ触媒の錯体は、本発明による合成の際に有利である。これらは全く意
外なことに、触媒としてのその他のスズ錯体と比較して、わずかな反応時間で高
い収率を示す。このことを、2,2−ジ−n−ブチル−1,3,2−ジオキソス
タンノランの二量体の例で、以下の第1表に基づいて詳細に示す。
オリゴジオールの製造のための工程(ii)は、本
発明による方法で必然的にスズ触媒を用いて実施される。触媒なしではこの工程
でのエステル交換反応、つまりエタノールの分離は実質的に機能しない。これに
対してマクロジオールの製造のための工程(iii)は、スズ触媒を用いても用
いなくても実施することができる。工程(iii)の反応は、工程(ii)の反
応の後で直接、生じた生成物(オリゴジオール)を精製しないでさらに実施する
ことができる。その後、工程(ii)の生成物がまだ触媒を含有しているので、
工程(iii)は、自動的に触媒を用いて実施されることになる。しかし工程(
iii)の反応は触媒なしでも機能する。オリゴジオール(工程(ii)の生成
物)の精製後、例えばクロロホルム溶液からシクロヘキサンを用いて2回沈殿さ
せた後で、引き続きマクロジオールへの反応を行い、その際、この場合の反応は
より緩慢に進行する。
その後の工程(iv)として、少なくとも2つのイソシアネート基を有する少
なくとも1種の化合物との反応により本発明によるポリエステルウレタンが得ら
れる。
本発明の範囲で使用することができるジイソシアネートは、当業者に公知であ
る。例えば次のものが挙げられる:ペンタメチレン−1,5−ジイソシアネート
、ヘキサメチレン−1,6−ジイソシアネート、ヘプタメチレン−1,7−ジイ
ソシアネート、2,2,4
−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネートまたは前記の前提条件を満足する
それぞれのポリジイソシアネート。ジイソシアネートは相応して置換して使用す
ることもでき、その際、置換基は、H、OH、NH2、−OR(その際、Rは上
記のものを表す)、ハロゲン、ハロゲノイド、ベンジル、アリル、ビニル、非置
換または置換アリール、例えばフェニルまたはナフチル、(C1〜C10)−アル
キル、アルケニル、アルキニル、アミド、(C1〜C6)−ジアルキルアミノ、場
合により少なくとも1つのヘテロ原子を有する非置換または置換(C3〜C8)−
シクロアルキル、非置換または置換された5員、6員または7員の芳香族炭化水
素または少なくとも1つのヘテロ原子を有するヘテロ芳香族炭化水素(その際、
ヘテロ原子はO、SまたはNである)の群から選択されており、かつ置換基は群
Aからのものである。シクロアルキル置換基の例は、シクロプロピル、シクロブ
チル、シクロペンチル、シクロヘキシルなどである。本発明により問題となる複
素環式化合物は、例えばフリル、チエニル、ピロリル、ピリジル、モルホリノ、
ピラゾリル、イミダゾリル、ピリミジニル、ピラジニル、テトラヒドロフリル、
テトラヒドロチエニルおよび類似の化合物である。
本発明の範囲で、本発明による反応が損なわれない限り、置換基の数は特に制
限されていない。このために注意するべき基準は当業者に公知であるので、これ
以上の記載は不要である。
本発明による方法で、少なくとも2つのイソシアネート基を有する化合物を等
モル量使用することにより、直鎖状のポリエステルウレタンが形成され、かつ少
なくとも2つのイソシアネート基を有する化合物を過剰量で使用することにより
ジイソシアネート架橋で架橋ポリエステルウレタンが形成され、これらは調整さ
れた架橋の程度に応じて別の特性を示す。
本発明のポリエステルウレタンは、一般に、EP0696605A1号からの
細菌学的な出発生成物を用いて製造され、極めて迅速に分解するブロックポリマ
ーほど迅速に分解されない。このことは長期間の使用の際に特に有利である。さ
らに製造された本発明による生成物は立体特異的ではない。
本発明の対象はまた生分解性の直鎖状もしくは架橋ポリエステルウレタンであ
る。本発明によるポリエステルウレタンは、その高い弾性および透明性に基づい
て特にあらゆる種類の成形体の形成にとって、例えばシート、フィルム、積層品
、容器などにとって適切である。この場合、直鎖状のポリエステルウレタンは、
従来のプラスチックと同様にあらゆる可能な方法で熱可塑性的に加工することが
できる。これに対して架橋ポリエステルウレタンは、射出成形か、または類似の
方法により直接所望の形にすることができるか、あるいは物品の被覆のために使
用することができ、その後
に別の加工工程、例えばシートへの切断などを行うことができる。
ポリマーは薄くて柔軟性があり、かつ巻き取り可能なシートとして製造するこ
とができる。紙との結合シートまたは特に紙の被覆もまた可能である。前記のよ
うに紙をポリエステルウレタンで被覆し、かつこのことにより抵抗性に、つまり
防水性および防汚性にすることができるが、しかし引き続き柔軟性を保持する。
その他の材料、例えばデンプンを、同様に本発明による生分解性のポリエステル
ウレタンで被覆することができ、このことにより該デンプンは抵抗性になる。本
発明によるポリエステルウレタンを用いた被覆により、吸湿性が改善され、デン
プンベースのポリマー材料のもろさは明らかに低下する。
もう1つの使用分野は、例えば食料品の包装材料であり、その際、通常避ける
ことのできない毒物学的に懸念のある添加剤、例えば可塑剤を完全に回避するこ
とができる。飲料分野では、プラスチックビンから含有物質または助剤が、その
中に含有されている飲料中に抽出されることが公知であり、これは特に室温が高
い場合に観察される。スーパーマーケットで通例の肉の包装シートの場合もまた
、プラスチックからの異物の望ましくない摂取ならびに特に脂肪を含有する食料
品中での富化につながる。本発明によるポリエステルウレタンの場合、その他の
プラスチック、特にその添
加剤が部分的に該当するように、有害物質が食料品中に浸入することがない。こ
の場合、該ポリエステルウレタンが水−および水蒸気透過性であり、ならびに芳
香−および脂肪を透過させないということが特に有利である。
本発明によるポリエステルウレタンを使用することができる特に重要な分野は
製剤学である。医薬の投与形は、薬剤の種類、時間、作用の方向と強度に影響を
与える。従ってその生分解性を例えば架橋した生成物中で適切に延長または短縮
することができるポリエステルウレタンは、経口投与または直腸投与のために使
用することができる。ここで問題となるのは、粉末、顆粒、錠剤、丸薬、香錠、
糖衣錠、カプセルまたは座薬であり、その際、特定の時間内に含有されている薬
物が遅延して放出される。医学の分野で本発明による化合物は特に、時間の経過
と共に溶解するべきあらゆる種類のインプラントおよび縫合にとって特に重要で
ある。もちろん通例の実用品、例えばバッグ、袋、缶、ビン、ブックケースなど
の製造も可能である。
生分解性の架橋ポリエステルウレタンの場合、すでに記載した使用目的以外に
、さらに架橋度の調整により所望の特性を適切に達成することができることが加
わる。架橋に応じて、例えば補助剤または増粘剤として多種多様に使用可能であ
るが、しかし常に生分解性である硬質から軟質ゴム状のポリマーが得られる。架
橋ポリエステルウレタンは、これを例えば自動車のためのタイヤなどとして使用
できるように構成させることが可能であり、これらはそれどころか本発明による
その他のすべてのポリマーのように完全に透明である。
適切な架橋度により、本発明による架橋ポリエステルウレタンは接着剤として
も使用することもできる。この種の万能接着剤は、溶剤不含であり、毒物学的に
全く問題なく、かつ完全に生分解性である。ここでは容易な方法で本発明による
ポリエステルウレタンを用いて粘着テープを製造することができる。該テープは
さらに、光学的に良好な外観を有している。というのも接着層と被覆された層と
の両方が、本発明による材料から製造することができ、透明だからである。
本発明によるポリエステルウレタンは、任意の材料に任意の混合比で添加する
ことができ、例えば疎水性を付与する、および/または有利な特性を有する生分
解性のポリマーブレンドが得られる。この種のポリマーブレンドは、生分解性の
直鎖状および/または架橋ポリエステルウレタンを、適用分野に応じて相応する
量で含有しており、その際、付加的に別の生分解性ポリマーを混入することがで
きる。
生分解性ポリマーとして例えば細菌により製造されたポリ−3−ヒドロキシア
ルカノエートが該当する。デンプン粉末および/またはセルロース粉末および/
または生分解性のコンパウンド材料と混合していわゆる複合材料が得られ、これ
はすでに記載した本発明による化合物の利点を有している。
本発明によるポリマーブレンドは、すでに直鎖状または架橋ポリエステルウレ
タンに関して記載されているものと同じ分野および適用に使用することができ、
従って詳細な説明は繰り返しを避けるためにここでは省略する。
本発明によるポリエステルウレタンは、もちろんその都度の目的のために相応
する着色剤で着色することができ、その際、特に食品用着色料が挙げられる。
有利な実施態様は、請求項2以降に記載されている。
本発明によるポリエステルウレタンのその他の利点、特性および特殊性を、添
付の図に基づいて詳細に説明する。その際、図は以下のものを示す:
図1:本発明による方法におけるエステル交換の際の分子量の変化、
図2:本発明による方法におけるオリゴマーとジイソシアネートとの重合の際
の分子量の変化、
図3A〜3C:本発明によるオリゴジオールの1H−NMRスペクトル、
図4:本発明によるマクロジオールの1H−NMRスペクトル、
図5:本発明により架橋したポリエステルウレタン
のIR−スペクトル、
図6:プラスチックのための一般的な破断点伸びの曲線、
図7:本発明による直鎖状のポリエステルウレタンの引き裂き曲線、
図8:本発明によるポリエステルウレタンの分子量に対する加水分解の影響、
図9:本発明によるポリエステルウレタンの酵素的な生分解、
図10A〜10E:本発明によるポリエステルウレタン、Biopol(R)ならびに
ポリエステルウレタン−Bioplo(R)−混合物の生分解、および
図11:生分解による本発明によるポリエステルウレタンの質量損失のグラフ
図。
ラセミ体3−ヒドロキシ酪酸を用いて、および用いずに製造することができ、
かつジイソシアネートと反応させて種々のジオールから誘導され、ならびにその
ブロックコポリマーが脂肪族オリゴエステル断片を有する、マクロジオールから
合成された熱可塑性ポリエステルウレタンは、良好な加工性、柔軟性、靭性およ
び生分解性を有している。これらの特性を図面に基づいて詳細に記載する。
図1は、触媒を使用しないで実施した、1質量%のBu2Sn=Oを用いて反
応させたエチル−3−ヒドロキシブチレート(3HB)およびジアンヒドロ−D
−グルシットのオリゴマーのエステル交換反応中の分子量の変化を示す。図2は
、次の構成要素:エチル−3−ヒドロキシブチレート/ε−カプロラクトン/1
,6−ヘキサメチレンジイソシアネートを有するジアンヒドロ−D−グルシット
から構成されているマクロジオールの、本発明によるポリエステルウレタンにつ
ながる重合反応の間の分子量の変化を示す。両方の曲線から、ほぼ同一のレベル
にとどまるまで分子量が常に増加することが確認され、このことにより反応が完
了することが明らかになる。
合成されたポリエステルウレタンは、図2から明らかなように、平均分子量M
n=1.08×105 GPCまでの分子量ならびにMw/Mn=1.57〜2.36GPC
の相対的に高い多分散性を有する。該化合物はさらに310K〜440KDSC
の幅広い融点範囲を有し、かつTg=259.37〜約288.85KDSCを有す
る。分解点は約600KTGである。
図3A〜3C、4および5に記載されている1H−NMR−スペクトルおよび
IR−スペクトルは、個々の化合物の製造例の際に処理される。
図6にはプラスチックに関する通例の破断点伸びが記載されており、ここから
従来のプラスチックの破断までの伸びが明らかになる。
図7は、構成要素ε−カプロラクトン/ジアンヒドロ−D−グルシット/ヘキ
サメチレンジイソシアネー
トからなり、その際、x+y=0および2≦l+m≦60である本発明による直
鎖状のポリエステルウレタンの引き裂き曲線を示す。引き裂き試験は、Zwick試
験装置中、25℃で、試験速度10mm/分において実施され、その際、データ
処理はZwickPC−ソフトウェア「Z703b」を用いて実施した。試験のため
に以下のパラメータを有する試験シートを使用した:
厚さa(mm) 0.0850
幅b(mm) 4.2000
断面積(mm2) 0.3570
測定長さ(mm) 13.79
以下の試験結果が判明した:
F−max(N) 5.731
Fmaxの際の経路(%) 895.36
シグマー真(Sigma-wahr)(Mpa)
159.79
シグマ100(Mpa) 0.00
従って図7は、本発明によるポリエステルウレタンが高い伸び率を有している
ことを示しており、その際、高い伸びは同時に、ここには存在していないもろさ
を有する材料とは対照的に、材料の靭性を意味している。例えばBiopol(R)は、
約3%の伸びを有するのみであり、つまり本発明による材料は、市販の細菌性製
品よりもはるかに優れている。
数多くの引き裂き試験を実施し、かつ確認されたデ
ータは第2表にまとめられている:
第2表は、本発明によるポリエステルウレタンの引っ張り応力および破断点伸
びがδ=26.72Mpaおよびその都度の初期長さの763.60%で移動す
ることを示している。細菌により製造されたポリエステルが有しているようなも
ろさは、本発明によるポリエステルウレタンにより排除することができた。特に
本発明によるポリエステルウレタンの破断点伸びは意外なほど良好であり、かつ
細菌により製造されたBiopol(R)よりもはるかに優れている。さらにBiopol(R)と
本発明によるポリエステルウレタンとの混合物もまた極めて良好な特性を示す。
本発明による合成ポリエステルウレタンは、酵素、微生物および加水分解によ
ってもまた分解することができ、このことを例えば以下の図面で詳細に説明する
:
緩衝液(pH=7.0)中で36℃における、3−ヒドロキシ酪酸、1,4:
3,6−ジアンヒドロ−D−マンニットおよび1,6−ヘキサメチレンジイソシ
アネートからなる本発明によるポリエステルウレタンの分子量に対する加水分解
の作用を、図8に記載する。フィルム試験体は9週間後に本来の値(Mn=13
.07×103)の分子量の64%(Mn=8.42×103)のみを示しており
、しかし質量はこれにより損なわれていない。
図9は、緩衝液(pH=7)中でリゾープス・デレマのリパーゼ(200μg
/ml)を用いて25℃での、図8からの本発明によるポリエステルウレタンの
酵素的な生分解を、EP0696605A1からのプロックポリマーに類似した
3−ヒドロキシ酪酸構成要素と3−ヒドロキシ吉草酸構成要素とから構成されて
いる細菌性のポリマーと比較して示している。
例えば本発明によるポリエステルウレタンからなるシートが生分解により分解
するプロセスを明らかにするために以下の試験を実施した:
1cm2の大きさおよび約0.1〜0.2mmの厚さを有する本発明による直
鎖状のポリエステルウレタン
、Biopol(R)およびポリエステルウレタンとBiopol(R)との混合物のシート試験体
をそれぞれ4週間、17℃で植木鉢中に保存し、かつ引き続き該シートを検査し
、かつ写真撮影した。図面は、以下の製品の4週間後の生分解を詳細に示してい
る:
図10A:構成要素3−ヒドロキシ酪酸/ε−カプロラクトン/ジアンヒドロ
−D−グルシット/ヘキサメチレンジイソシアネートから構成されている直鎖状
のポリエステルウレタン、
図10B:構成要素ε−カプロラクトン/ジアンヒドロ−D−グルシット/ヘ
キサメチレンジイソシアネートから構成されている直鎖状のポリエステルウレタ
ン、
図10C:Biopol(R)、つまり構成要素3−ヒドロキシ酪酸および3−ヒドロ
キシ吉草酸を有するコポリエステル、
図10D:ポリエステルウレタン−Biopol(R)の混合物(50/50)、つま
り図10Bと10Cとからの組成物を混合したもの。
図10Eは、同様に構成要素3−ヒドロキシ酪酸/ε−カプロラクトン/ジア
ンヒドロ−D−グルシット/ヘキサメチレンジイソシアネート(過剰量)から構
成されている架橋ポリエステルウレタンの生分解を示しており、これは厚さ約0
.1〜0.2mmで大きさ1cm2のフィルムの形で17℃において4週間、植
木
鉢中に保存し、かつ引き続き写真撮影した。ここから、一方ではこの例における
架橋ポリエステルウレタンの生分解性は、直鎖状のポリエステルウレタンよりも
はるかに小さく、他方では、Bioplo(R)の生分解がより迅速に行われることが容
易に明らかになる。
図11は、生分解による本発明によるポリエステルウレタンの質量損失を、そ
の他のポリマーと比較してグラフで示している。ここでは、x+y=10および
l+m=6を有し、図11に対する説明文に記載されている構成要素から構成さ
れている複数の本発明によるポリエステルウレタンを、その生分解性に関して調
査した。さらにポリエステルウレタン/Biopol(R)混合物(50/50)中に含
有されている本発明によるポリエステルウレタンは、構成要素ε−カプロラクト
ン/ジアンヒドロ−D−グルシット/ヘキサメチレンジイソシアネートから構成
されている。
さらに調査したバイオバッグ(BioBag)−材料は、ヘンフェンフェルト(Henfenf
eld)のFolien-und Handel sprodukt GmbH社からの商品名PACLAN(R)の製品であり
、これは専ら植物デンプンからなり、かつ目下のところ唯一市販されている、コ
ンポスト化可能な生分解性の袋であり、これは外見上はプラスチックに匹敵する
。この環境にやさしい材料の欠点は、該材料が極めて高価に製造され、かつさら
に35℃以上で安定していないことである。この透明な袋はまた水および太陽光
線に対して敏感である。
総じて本発明によるすべてのポリマーは比較可能な分解速度を有していること
が明らかである。これらはデンプンポリマー、細菌性のポリ−3−ヒドロキシオ
クタン酸(PHO)および合成ポリアミドよりも迅速に、しかし実質的にBiopol(R)
よりも遅く分解する。
以下では個々の本発明によるポリエステルウレタンの製造を例中で詳細に説明
するが、その際、これらの例は本発明の保護範囲を制限することなく、具体的な
説明のために役立つものであるということは自明である。
製造例 例1:
直鎖状のポリエステルウレタンの製造
構成要素3−ヒドロキシ酪酸/ε−カプロラクトン/ジアンヒドロ−D−グル
シット/ヘキサメチレンジイソシアネートを有する生分解性の直鎖状ポリエステ
ルウレタンを、以下の一般的な反応図式により記載する:
この場合、製造を以下のように実施した:
1.1 (R,S)−3−ヒドロキシカルボン酸エステルの製造のための一般的
な作業方法
0.5モルのバッチに対して、酢酸銅(II)を用いて活性化した亜鉛−銅−
錯体44gを必要とした。これに対して濃酢酸50ml中、粉末化した亜鉛40
gおよび酢酸銅(II)4gを室温で約1/2時間撹
拌した。引き続き酢酸をデカンテーションにより分離し、かつZn−Cu−錯体
を水および無水エーテルで洗浄した。オイルポンプでのその後の乾燥により反応
性が向上した。
還流冷却器および撹拌機を有する1000mlの三口フラスコ中に、無水ベン
ゼン200ml中の粉末化Zn−Cu−錯体を装入した。徐々に加熱して沸騰さ
せ、かつ相応するアルデヒド0.5モルおよびブロモ酢酸エチルエステル88g
(0.53モル)からなる混合物を、それ以上加熱しなくても沸騰が保持される
ように滴加した。反応の開始は強い気泡と発熱を示した。滴加後(約1時間)に
、反応混合物が室温まで冷却されるまでさらに1時間撹拌した。
次いで寒剤(氷/家畜用食塩)を用いて反応混合物を約−10℃に冷却した。
半分濃縮した硫酸約100mlを、内部温度が35℃を越えないように滴加した
。有機相を分離し、かつ2回、水約300mlを用いて中性に洗浄した。引き続
き硫酸マグネシウムにより乾燥させた。溶剤を遠心分離し、かつ3−ヒドロキシ
カルボン酸エチルエステルを真空蒸留により精製した。
1.1.1 3−ヒドロキシ酪酸エチルエステルの製造
バッチ:亜鉛粉末 40g
酢酸銅(II) 4g
酢酸(濃縮) 50ml
ベンゼン(無水)100ml
アセトアルデヒド
29ml(0.5モル)
ブロモ酢酸エチルエステル
54ml(0.5モル)
亜鉛粉末40g、酢酸銅(II)4gおよび酢酸(濃縮)50mlを、乾燥管
を有するフラスコに一緒に添加し、かつ室温で1時間撹拌し、ジエチルエーテル
で洗浄し、かつ乾燥させた。無水ベンゼン100mlと一緒に還流下で煮沸した
。その後、アセトアルデヒド29ml(0.5モル)およびブロモ酢酸エチルエ
ステル54ml(0.5モル)を撹拌下で徐々に滴加し、かつ室温でさらに1時
間撹拌した。冷却し、かつ半分濃縮した硫酸を冷却浴中で徐々に滴加した。有機
相を水で中性に洗浄し、かつ硫酸マグネシウムにより乾燥させた。その後溶剤を
留去し、生成物を真空下で蒸留した。
収率:50ml(0.38ミリモル)=理論値の76%1
H−NMR測定:TMS標準液1%を有する溶剤CDCl3、
δ:0.9〜1.7ppm(t)、
2.3〜2.7ppm(d)、
3.6〜3.9ppm(s)、
3.9〜4.5ppm(m)。
1.1.2 3−ヒドロキシオクタン酸エチルエステルの製造
バッチ:亜鉛粉末 150g
酢酸銅(II) 15g
酢酸(濃縮) 100ml
1−ヘキサナール 100g(1モル)
ブロモ酢酸エチルエステル
120ml
トルエン(無水) 200ml
亜鉛粉末150g、酢酸銅(II)15gおよび酢酸(濃縮)100mlを、
乾燥管を有するフラスコ中に一緒に添加し、かつ室温で40分間撹拌した。水で
中性に洗浄した後でアセトンおよびエーテルを用いて洗浄し、かつ乾燥させた。
Zn−Cu−錯体に無水トルエン200mlを添加し、かつブロモ酢酸エチルエ
ステル120mlと1−ヘキサナールとの混合物を100℃で徐々に滴加した(
約1時間)。氷で冷却し、かつ5モルの硫酸を滴加した。濾過し、かつ水相を分
離した。有機相を水で中性に洗浄し、かつ硫酸マグネ
シウムにより乾燥させた。溶剤を留去した後で生成物を真空下で蒸留した。
収率:95.9g=理論値の51%1
H−NMR測定:1%TMS−標準液を有する溶剤CDCl3、
δ:0.6〜2.0ppm(m)、
2.3〜2.7ppm(d)、
3.0〜3.5ppm(s)、
3.8〜4.9ppm(m)。
1.2 オリゴジオールの製造
1.2.1 スズ錯体触媒を用いた3−ヒドロキシ酪酸エチルエステルと1,8
−オクタンジオールとからの二官能性オリゴマーの製造
バッチ:3−ヒドロキシ酪酸エチルエステル
6.6g(0.05モル)
1,8−オクタンジオール
0.73g(5ミリモル)
スズ錯体触媒 0.073g(1質量%)
3−ヒドロキシ酪酸エチルエステル6.6g、1,8−オクタンジオール0.
73gおよび触媒としてのスズ錯体0.073g(全質量の1質量%)を、蒸留
装置を有する二口フラスコ中に一緒に添加した。Ar
流下に120℃で3時間撹拌し、かつ生じるエチルアルコールを冷却器により留
去した。真空下に130℃でさらに2時間撹拌し、かつ未反応部分を留去した。
粗生成物をDC測定し、かつカラムクロマトグラフィーにより精製した。
生成物:粘性で淡黄色の液体
収率:3.80g=理論値の85.78%
1.2.2 n−ジブチルスズオキシドを用いた、3−ヒドロキシ酪酸エチルエ
ステルとシス−2−ブテン−1,4−ジオールとからの二官能性オリゴマーの製
造
バッチ:3−ヒドロキシ酪酸エチルエステル
6.608g(0.05モル)
シス−2−ブテン−1,4−ジオール
0.13g(1.46ミリモル)
n−ジブチルスズオキシド
0.068g(1質量%)
新たに蒸留した3−ヒドロキシ酪酸エチルエステル6.608gおよび触媒の
n−ジブチルスズオキシド0.068g(全質量の1質量%)を、蒸留装置を有
する二口フラスコ中に一緒に添加した。Ar流下に110℃で11時間撹拌し、
かつ生じるエチルアルコー
ルを留去した。さらに真空下に110℃で短時間撹拌した。その後、シス−2−
ブテン−1,4−ジオール0.13gを注射器で添加し、かつAr流下に110
℃でさらに5時間撹拌し、かつエチルアルコールを留去した。真空下に110℃
でさらに2時間撹拌し、かつ未反応部分を留去した。粗生成物を約10mlのク
ロロホルム中に溶解させ、かつ冷n−ヘキサン200ml中で2回沈殿させた。
溶剤を遠心分離した後で、オリゴマーを高真空下で10時間乾燥させた。
生成物:粘性で淡黄色の液体
収率:3.75g=理論値の84.56%1
H−NMR測定:1%TMS標準液を有する溶剤CDCl3(図3Aを参照)
δ:0.7〜1.5ppm(m)、
2.0〜2.8ppm(m)、
3.4〜3.8ppm(s)、
3.9〜4.4ppm(m)、
4.5〜4.9ppm(d)、
5.0〜5.6ppm(m)、
5.6〜5.9ppm(t)。
1.2.3 スズ錯体触媒を用いた3−ヒドロキシ酪酸エチルエステルとエチレ
ングリコール−400とからの二官能性オリゴマーの製造
バッチ:3−ヒドロキシ酪酸エチルエステル
13.22g(0.1モル)
エチレングリコール400(「EG400」)
2.0g(5ミリモル)
スズ錯体触媒 0.132g(3HB−エチルエステルの1質量%)
新たに蒸留した3−ヒドロキシ酪酸エチルエステル13.22g、エチレング
リコール400 2.0gおよびスズ錯体触媒0.068g(3−ヒドロキシ酪
酸エチルエステルの1%)を、蒸留装置を有する二口フラスコ中に一緒に添加し
た。窒素流下に110℃で7時間撹拌し、かつ生じるエチルアルコールを冷却器
により留去した。その後、真空下に110℃で2時間撹拌した。未反応部分を高
真空下で留去した。次いで粗生成物をクロロホルム溶液から冷n−ヘキサン中で
2回沈殿させた。溶剤を遠心分離した後で、オリゴマーを真空下に室温で10時
間乾燥させた。
生成物:粘性で淡黄色の液体
収率:6.37g=理論値の41.86%1
H−NMR測定:1%TMS標準液を有する溶剤CDCl3(図3Bを参照)
δ:0.7〜1.7ppm(m)、
2.1〜2.8ppm(m)、
3.2〜3.5ppm(s)、
3.5〜3.8ppm(s)、
3.8〜4.5ppm(m)、
4.8〜5.7ppm(m)。
1.3 マクロジオールの製造
1.3.1 スズ錯体触媒を用いた3−ヒドロキシ酪酸エチルエステル、ε−カ
プロラクトンおよびジアンヒドロ−D−グルシットからの二官能性オリゴマーの
製造
バッチ:3−ヒドロキシ酪酸エチルエステル
154.34g(1.17モル)
ジアンヒドロ−D−グルシット
8.55g(0.58モル)
ε−カプロラクトン
133.56g(1.17モル)
ジブチルスズオキシド(触媒)
1.54g(エチルエステル
の1質量%)
新たに蒸留した3−ヒドロキシ酪酸エチルエステル154.34g、ジアンヒ
ドロ−D−グルシット8.55gおよびジブチルスズオキシド触媒1.54gを
、室温で窒素保護ガス雰囲気下で蒸留装置を備えた二口フラスコ中に添加した。
窒素流下に110℃で2時間撹拌し、かつ遊離したエタノールを留去した。その
後110℃で6時間、圧力25ミリバールおよび最終的に高圧下で3時間撹拌し
た。粘性で淡黄色の生成物は、平均分子量Mn=1.725×103g/モル(
GPC)を有していた。
ε−カプロラクトン133.56gを添加し、かつ窒素下に100℃で6時間
撹拌した。次いで生成物をクロロホルム中に溶解させ、かつシクロヘキサン中で
沈殿させ、分離し、かつ真空下に室温で乾燥させた。生成物の平均分子量はMn
=3.702×103g/モルであった(GCP)。以下の式の二官能性オリゴ
マーが得られ、その際、x+y=18であり、かつ1+m=14である:
この例で製造したオリゴジオールおよびマクロジオールの、1%TMS標準を
有するCDCl3中で記録された1H−NMRスペクトルは、図3Cおよび図4に
記載されており、かつ構造式に基づいたそのスペクトルはここに詳細に図示され
ている。
1.4 本発明による直鎖状のポリエステルウレタンの製造のための一般的な作
業方法−二官能性オリゴマーと1,6−ヘキサメチレンジイソシアネートとの重
合
バッチ:二官能性オリゴマー
100.00g(0.027モル)
1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート
5.05g(0.03モル)
二官能性オリゴマー100gを乾燥管を備えた二口フラスコ中に装入し、かつ
窒素保護ガス雰囲気下に110℃で撹拌下に1,6−ヘキサメチレンジイソシア
ネート5.05gを滴加した。6時間後に反応は完了し、かつ生成物をクロロホ
ルム中に溶解させ、シクロヘキサンを用いて沈殿させ、濾別し、かつ乾燥させた
。これにより、例えば構成要素3−ヒドロキシ酪酸/ε−カプロラクトン/ジア
ンヒドロ−D−グルシット/ヘキサメチレンジイソシアネートを有する以下の式
の直鎖状のポルエステルウレタンが得られた:
その際、nは、1分子あたりの単位の数を表す。例2:
本発明による架橋ポリエステルウレタンの製造
本発明によるその他の架橋ポリエステルウレタンのすべてを代表するものとし
て、例えば構成要素3−ヒドロキシ酪酸/ε−カプロラクトン/ジアンヒドロ−
D−グルシット/ヘキサメチレンジイソシアネートを有する生分解性の架橋ポリ
エステルウレタンを以下の一般的な反応図式により記載する:
その際、nは、1分子あたりの単位の数を意味する。
この場合、製造は以下のようにして実施した:
2.1 本発明による架橋ポリエステルウレタンの製造のための一般的な方法
バッチ:二官能性オリゴマー
10g(2.7ミリモル)
1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート
1.2g(7.1ミリモル)
クロロホルム3ml中(アミレン−安定剤を含有)
二官能性オリゴマー10gおよび1,6−ヘキサメ
チレンジイソシアネート1.2gを、少量のクロロホルム(3ml)中に溶解さ
せ、かつ保護ガス(窒素)下および乾燥管を有する還流冷却器中で8時間、還流
下に煮沸した。引き続きクロロホルムを留去し、かつ残留物をさらに5時間、1
20℃で撹拌しないで加熱した。生成物は透明で、ゴム状のエラストマーである
。
前記の例における一般的な作業方法は、請求の範囲に記載のすべての本発明に
よる化合物の製造のために普遍的に適用可能であると解釈する。詳細に記載され
ていない化合物は、開示の範囲で当業者に公知である。
2.2 分光分析によるデータ
図5に本発明による架橋ポリエステルウレタンのIR−フィルム−スペクトル
を例示する。これは構成要素3−ヒドロキシ酪酸/ε−カプロラクトン/ジアン
ヒドロ−D−グルシットからなる架橋ポリエステルウレタンであり、これは1,
6−ヘキサメチレンジイソシアネートを用いて架橋したものである。
以下の振動が測定された:
IR−測定(フィルム)(振動A〜Hの記号はIR−スペクトルを示す図5から
明らかである):
A 3300cm-1 N−H−伸縮振動
B 3000cm-1 C−H−伸縮振動
C 1730cm-1 C=O−伸縮振動
D 1540cm-1 N−H−はさみ−変角振動
E 1450cm-1 CH2−変角振動
F 1380cm-1 CH−変角振動
G 1250cm-1 N−CO=O−伸縮振動
H 1050cm-1 C−O−C−伸縮振動例3:
本発明による直鎖状のポリエステルウレタンの精製
重合反応後に、反応生成物をクロロホルム中に溶解させ、かつ5〜10倍量の
沈殿剤(シクロヘキサン、ジエチルエーテル)中で沈殿させた。沈殿の繰り返し
により比較的小さな分子と触媒をほぼ完全に排除することができた。該材料に対
するより高い要求のためにはポリエステルウレタンを付加的にクロマトグラフィ
ーによるカラム分離により精製することができる。例4:
シートの製造
直鎖状のポリエステルウレタンをクロロホルム中に溶解させ(約15mlのク
ロロホルム中にポリエステルウレタン1g)、濾別し、かつガラスプレート上に
室温で気化させた。生じたシートは弾性に変形可能であり、かつ完全に透明であ
った。例5:
粘着テープの製造
低い架橋度を有する粘着性の架橋ポリマーを、少量のアセトンまたはクロロホ
ルム中で膨潤させ、かつ例4によるポリエステルウレタンシートまたは紙上に薄
く塗布した。溶剤の気化後に該接着剤は、公知の粘着
テープと全く同様に良好にシートまたは紙の上に付着する。例6:
ポリマーブレンドの製造
クロロホルム150ml中、例1により製造した直鎖状ポリエステルウレタン
1gおよび細菌により製造したポリ−3−ヒドロキシブチレート9gの溶液を製
造した。濾過した溶液をガラスプレート上に塗布した。溶剤を室温で気化させた
。わずかにベージュ色の、十分に透明な弾性の変形可能なシートが得られた。例7:
複合材料の製造
クロロホルム150ml中、例1により製造した直鎖状ポリエステルウレタン
10gの溶液を、セルロール粉末100gと十分に混合した。懸濁液を型に注入
し、かつ溶剤を室温で気化させた。わずかにベージュ色に着色した硬質で靭性の
成形部材が得られた。
【手続補正書】
【提出日】平成12年1月21日(2000.1.21)
【補正内容】
(1) 特許請求の範囲を別紙のとおり補正する。
(2) 明細書中第4頁最終行の「構成されている:」を「構成されている、つまり
このような単位からなる:」と補正する。
(3) 同第5頁第5行目の「OH、NH2、」を削除する。
(4) 同第5頁第13行目の「OH、NH2、」を削除する。
(5) 同第6頁第10行目の「OH、NH2、」を削除する。
(6) 同第7頁の「
」と補正する。
(7) 同第9頁第11行目の「OH、NH2、」を削除する。
(8) 同第9頁第18行目の「OH、NH2、」を削除する。
(9) 同第13頁下から5行目から最終行の「式中、R1、R2およびR3は相互に
無関係に同じかまたは異なっており、かつ−(CH2)k−、非置換または
置換アリールから選択されており、その際、置換基は請求項1から7までのい
ずれか1項に記載されている群Aから選択されており、かつk=1〜6であ」
を「式中、R3は、k=1〜6の−(CH2)k−であり、かつR1、R2は相互
に無関係に同じかまたは異なっており、かつ非置換または置換アリールから選
択されており、その際、置換基は請求項1および7で定義された群Aから選択
されてい」と補正する。
(10) 同第16頁第4行目の「OH、NH2」を削除する。
(11) 同第23頁第11〜12行目の「図2から明らかなように、」を削除する
。
請求の範囲
1.生分解性の直鎖状ポリエステルウレタンにおいて、直鎖状ポリエステルウレ
タンが、一般式(I):
[式中、
Rは、非置換または置換の、飽和または不飽和(C1〜C10)−炭化水素基
、有利にはメチル、エチルまたはプロピルであり、かつ
置換基は、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル、(C1〜C
10)−アルコキシ、アリル、ビニル、ベンジル、非置換、置換アリール、例え
ばフェニルまたはナフチル、アルケニル、アルキニル、アミド、(C1〜C6)
−ジアルキルアミノ、非置換または置換(C3〜C8)シクロアルキルからなる
群Aから選択されており、かつアリール置換基またはシクロアルキル置換基は
、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル、(C1〜C10)−アル
コキシ、アミド、(C1〜C6)−ジアルキルアミノ、アルケニル、アルキニル
、アリルおよび/またはビニルであり、
RIは、
からなる群からのものであり、その際a=2〜12であり、かつb=1〜30
00であり、
RIIは、場合により群Aからの置換基で置換されていてもよいβ−プロピオ
ラクトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンま
たはN−保護されたD,L−セリン−ラクトンからなる群から選択された化合
物の開環生成物を表し、
RIIIおよびRIVは、相互に無関係に同じか、または異なっており、かつH
、−OR(その際Rは前記のものを表す)、ハロゲン、ハロゲノイド、ベンジ
ル、アリル、ビニル、非置換または置換アリール、例えばフェニルまたはナフ
チル、(C1〜C10)−アルキル、アルケニル、アルキニル、アミド、(C1〜
C6)−ジアルキルアミノ、場合により少なくとも1つのヘテロ原子を有する
非置換または置換(C3〜C8)−シクロアルキル、非置換または置換の5員、
6貢または7員の芳香族炭化水素または少なくとも1つのヘテロ原子を有する
ヘテロ芳香族炭化水素(その際、ヘテロ原子はO、SまたはNである)からな
る群から選択されており、かつ置換基は群Aから選択されており、
その際、0≦x+y≦60であり、かつ2≦l+m≦60であり、かつz=
1〜25である]の単位からなることを特徴とする、生分解性の直鎖状ポリエ
ステルポリウレタン。
2.生分解性の架橋ポリエステルウレタンにおいて、該ポリエステルウレタンが
、式(I)の単位を有する直鎖状ポリエステルウレタンから、該ポリエステル
ウレタンがジイソシアネート架橋により架橋しており、かつ一般式(II):
[式中、R、RI、RII、RIII、RIVおよびx、y、z、lおよびmは請求項
1で定義したものを表す]の断片を有していることにより得られるものである
ことを特徴とする、生分解性の架橋ポリエステルウレタン。
3.架橋度がポリエステルウレタンの特性、特にその生分解速度を決定する、請
求項2記載の生分解性ポリエステルウレタン。
4.有利に0≦x+y≦30であり、2≦l+m≦30であり、かつz=6〜1
0である、請求項1から3までのいずれか1項記載の生分解性ポリエステルウ
レタン。
5.ポリエステルウレタンが透明かつ柔軟性に変形可能である、請求項1から4
までのいずれか1項記載の生分解性ポリエステルウレタン。
6.直鎖状ポリエステルウレタンが熱可塑性の特性を有する、請求項1、4また
は5のいずれか1項記載の生分解性ポリエステルウレタン。
7.請求項1から6までのいずれか1項記載の生分解性ポリエステルウレタンの
製造方法において、以下の工程:
(i)無水の有機溶剤中で亜鉛/銅触媒を用いての、ブロモ酢酸アルキルエ
ステルと、一般式(A):
[式中、Rは、非置換または置換の、飽和または不飽和(C1〜C10)−炭化
水素基、有利にはメチル、エチルまたはプロピルであり、かつ
置換基は、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル、(C1〜C
10)−アルコキシ、アリル、ビニル、ベンジル、非置換または置換アリール、
例えばフェニルまたはナフチル、アルケニル、アルキニル、アミド、(C1〜
C6)−ジアルキルアミノ、非置換または置換(C3〜C8)−シクロアルキル
からなる群Aから選択されており、かつアリール置換基またはシクロアルキル
置換基は、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル、C1〜C10)
−アルコキシ、アミド、(C1〜C6)−ジアルキルアミノ、アルケニル、アル
キニル、アリルおよび/またはビニルである]のアルデヒドとの反応、
(ii)保護ガス下でスズ錯体触媒の存在下に約80〜130℃で約8〜1
5時間の、生じた3−ヒドロキシカルボン酸誘導体と、一般式(B):
HO−RI−OH (B)
[式中、RIは、以下のもの:
からなる群から選択されており、
その際、a=2〜12であり、かつb=1〜3000であり、
その際RIIIおよびRIVは上記のものを表す]のジオールまたは保護された
ポリオールとの、一般式(C): [式中、RおよびRIは、上記のものを表し、かつ
0≦x+y≦60であり、かつx+y=0に関しては一般式(C)のオリゴ
ジオールは出発生成物である]のオリゴジオールへの反応、
(iii)保護ガス下で場合によりスズ錯体触媒の存在下に約80〜130
℃で約4〜6時間の、一般式(C)のオリゴジオールと、以下のもの:
[式中、Xは、任意の適切な保護基を表し、かつ該化合物は場合により上記の
群Aからの置換基で置換されていてもよい]からなる群から選択された化合物
との、一般式(D):
[式中、R、RIおよびRIIは請求項1で定義されたものを表し、かつ0≦x
+y≦60であり、かつ2≦l+m≦60である]のマクロジオールへの反応
、および
(iv)保護ガス下で約110〜140℃で約6〜15時間の、一般式(D
)のマクロジオールと、少なくとも2つの遊離のイソシアネート基を有する少
なくとも1種の化合物との、ポリエステルウレタンへの反応
を特徴とする、生分解性ポリエステルウレタンの製造方法。
8.工程(iv)で、それぞれ2つの遊離のイソシアネート基を有する化合物1
種以上を等モル量で使用し、こうして直鎖状ポリエステルウレタンを形成する
、請求項7記載の方法。
9.工程(iv)で、それぞれ少なくとも2つの遊離のイソシアネート基を有す
る化合物1種以上を過剰量で使用し、こうして架橋ポリエステルウレタンを形
成する、請求項7記載の方法。
10.工程(ii)および(iii)のスズ触媒の錯体が、ジブチルスズオキシ
ド、ジブチルスズジラウレートまたは以下の化学式(E):
[式中、
R3は、k=1〜6を有する−(CH2)k−であり、かつR1、R2は、相互
に無関係に同じか、または異なっており、かつ非置換または置換アリール(そ
の際、置換基は請求項1および7で定義された群Aから選択される)から選択
されている]を有する化合物から選択されている、請求項1から9までのいず
れか1項記載の方法。
11.工程(ii)および(iii)のスズ触媒の錯体が、以下の化学式(F)
:
を有する2,2−ジ−n−ブチル−1,3,2−ジオキサスタンノランの二量
体である、請求項10記載の方法。
12.被覆材料、シート、フィルム、積層品、成形体、容器、包装材料、コーテ
ィング材料、医薬投与形としての、請求項1から6までのいずれか1項記載の
生分解性の直鎖状または架橋ポリエステルウレタンの使用。
13.紙の被覆材料としての請求項12記載の使用。
14.あらゆる種類の食料品のための包装材料としての、請求項12記載の使用
。
15.バッグ、紙袋、ケースの形での請求項12記載の使用。
16.医療用インプラントのため、または製剤学において錠剤、カプセル、座薬 の形での請求項12記載の使用。
17.接着剤、粘着テープとしての請求項2または3から6までのいずれか1項
記載の生分解性の架橋ポリエステルウレタンの使用。
18.請求項1から6までのいずれか1項記載の生分解性の直鎖状および/また
は架橋ポリエステルウレタンを含有するポリマーブレンド。
19.少なくとももう1種類の生分解性ポリマーを含有している、請求項18記
載のポリマーブレンド。
20.生分解性ポリマーが細菌により製造された1種以上のポリ−3−ヒドロキ
シアルカノエートである、請求項19記載のポリマーブレンド。
21.ポリマーブレンドが、複合材料として、有利にはデンプン粉末、セルロー
ス粉末および/またはその他の生分解性コンパウンド材料との混合物で存在す
る、請求項18から20までのいずれか1項記載のポリマーブレンド。
22.紙、デンプンのための被覆材料として、シート、フィルム、積層品、成形
体、容器、特にあらゆる種類の食料品のための包装材料、バッグ、紙/プラス チックの袋、ケース、コーティング材料として、製剤学において医薬投与形、
例えば錠剤、カプセル、座薬の形で、医療用インプラントとして、ならびに接
着剤、粘着テープとしての請求項18から21までのいずれか1項記載のポリ
マーブレンドの使用。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
C09D 175/06 C09D 175/06
C09J 175/06 C09J 175/06
// A61K 9/20 A61K 9/20
9/32 9/32
9/48 9/48
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.生分解性の直鎖状ポリエステルウレタンにおいて、直鎖状ポリエステルウ レタンが、一般式(I): [式中、 Rは、非置換または置換の、飽和または不飽和(C1〜C10)−炭化水素基、 有利にはメチル、エチルまたはプロピルであり、かつ 置換基は、OH、NH2、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル 、(C1〜C10)−アルコキシ、アリル、ビニル、ベンジル、非置換、置換アリ ール、例えばフェニルまたはナフチル、アルケニル、アルキニル、アミド、(C1 〜C6)−ジアルキルアミノ、非置換または置換(C3〜C8)シクロアルキルか らなる群Aから選択されており、かつアリール置換基またはシクロアルキル置換 基は、OH、NH2、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル、(C1 〜C10)−アルコキシ、アミド、(C1〜C6)−ジアルキルアミノ、アルケニ ル、アルキニル、アリルおよび/またはビニルであり、 RIは、 からなる群からのものであり、その際a=2〜12であり、かつb=1〜300 0であり、 RIIは、場合により群Aからの置換基で置換されていてもよいβ−プロピオラ クトン、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンまたは N−保護されたD,L−セリン−ラクトンからなる群から選択された化合物の開 環生成物を表し、 RIIIおよびRIVは、相互に無関係に同じか、または異なっており、かつH、 OH、NH2、−OR(その際Rは前記のものを表す)、ハロゲン、ハロゲノイ ド、ベンジル、アリル、ビニル、非置換または置換アリール、例えばフェニルま たはナフチル、(C1〜C10)−アルキル、アルケニル、アルキニル、アミド、 (C1〜C6)−ジアルキルアミノ、場合により少なくとも1つのヘテロ原子を有 する非置換または置換(C3〜C8)−シクロアルキル、非置換または置換の5員 、6員または7員の芳香族炭化水素または少なくとも1つの ヘテロ原子を有するヘテロ芳香族炭化水素(その際、ヘテロ原子はO、Sまたは Nである)からなる群から選択されており、かつ置換基は群Aから選択されてお り、 その際、0≦x+y≦60であり、かつ2≦l+m≦60であり、かつz=1 〜25である]の単位から構成されていることを特徴とする、生分解性の直鎖状 ポリエステルポリウレタン。 2.生分解性の架橋ポリエステルウレタンにおいて、該ポリエステルウレタン が、式(I)の単位を有する直鎖状ポリエステルウレタンから、該ポリエステル ウレタンがジイソシアネート架橋により架橋しており、かつ一般式(II): [式中、R、RI、RII、RIII、RIVおよびx、y、z、lおよびmは請求項1 で定義したものを表す]の断片を有していることにより得られるものであること を特徴とする、生分解性の架橋ポリエステルウレタン 。 3.架橋度がポリエステルウレタンの特性、特にその生分解速度を決定する、 請求項2記載の生分解性ポリエステルウレタン。 4.有利に0≦x+y≦30であり、2≦l+m≦30であり、かつz=6〜 10である、請求項1から3までのいずれか1項記載の生分解性ポリエステルウ レタン。 5.ポリエステルウレタンが透明かつ柔軟性に変形可能である、請求項1から 4までのいずれか1項記載の生分解性ポリエステルウレタン。 6.直鎖状ポリエステルウレタンが熱可塑性の特性を有する、請求項1、4ま たは5のいずれか1項記載の生分解性ポリエステルウレタン。 7.生分解性ポリエステルウレタンの製造方法において、以下の工程: (i)無水の有機溶剤中で亜鉛/銅触媒を用いての、ブロモ酢酸アルキルエス テルと、一般式(A): [式中、Rは、非置換または置換の、飽和または不飽和(C1〜C10)−炭化水 素基、有利にはメチル、エチルまたはプロピルであり、かつ 置換基は、OH、NH2、ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル 、(C1〜C10)−アルコキ シ、アリル、ビニル、ベンジル、非置換または置換アリール、例えばフェニルま たはナフチル、アルケニル、アルキニル、アミド、(C1〜C6)−ジアルキルア ミノ、非置換または置換(C3〜C8)−シクロアルキルからなる群Aから選択さ れており、かつアリール置換基またはシクロアルキル置換基は、OH、NH2、 ハロゲン、ハロゲノイド、(C1〜C10)−アルキル、C1〜C10)−アルコキシ 、アミド、(C1〜C6)−ジアルキルアミノ、アルケニル、アルキニル、アリル および/またはビニルである]のアルデヒドとの反応、 (ii)保護ガス下でスズ錯体触媒の存在下に約80〜130℃で約8〜15 時間の、生じた3−ヒドロキシカルボン酸誘導体と、一般式(B): HO−RI−OH (B) [式中、RIは、以下のもの: からなる群から選択されており、 その際、a=2〜12であり、かつb=1〜300 0であり、 その際RIIIおよびRIVは上記のものを表す]のジオールまたは保護されたポ リオールとの、一般式(C): [式中、RおよびRIは、上記のものを表し、かつ 0<x+y≦60であり、かつx+y=0に関しては一般式(C)のオリゴジ オールは出発生成物である]のオリゴジオールへの反応、 (iii)保護ガス下で場合によりスズ錯体触媒の存在下に約80〜130℃ で約4〜6時間の、一般式(C)のオリゴジオールと、以下のもの:[式中、Xは、任意の適切な保護基を表し、かつ該化合物は場合により上記の群 Aからの置換基で置換されていてもよい]からなる群から選択された化合物との 、一般式(D): [式中、R、RIおよびRIIは請求項1で定義されたものを表し、かつ0≦x+ y≦60であり、かつ2≦1+m≦60である]のマクロジオールへの反応、お よび (iv)保護ガス下で約110〜140℃で約6〜15時間の、一般式(D) のマクロジオールと、少なくとも2つの遊離のイソシアネート基を有する少なく とも1種の化合物との、ポリエステルウレタンへの反応 を特徴とする、生分解性ポリエステルウレタンの製造方法。 8.工程(iv)で、それぞれ少なくとも2つの遊離のイソシアネート基を有 する化合物1種以上を等モル量で使用し、こうして直鎖状ポリエステルウレタン を形成する、請求項7記載の方法。 9.工程(iv)で、それぞれ少なくとも2つの遊離のイソシアネート基を有 する化合物1種以上を過剰量で使用し、こうして架橋ポリエステルウレタンを形 成する、請求項7記載の方法。 10.工程(ii)および(iii)のスズ触媒の錯体が、ジブチルスズオキ シド、ジブチルスズジラウレートまたは以下の化学式(E):[式中、 R1、R2およびR3は、相互に無関係に同じか、または異なっており、かつ− (CH2)k−、非置換または置換アリール(その際、置換基は請求項1および7 で定義された群Aから選択され、かつk=1〜6である)から選択されている] を有する化合物から選択されている、請求項1から9までのいずれか1項記載の 方法。 11.工程(ii)および(iii)のスズ触媒の錯体が、以下の化学式(F ): を有する2,2−ジ−n−ブチル−1,3,2−ジオキサスタンノランの二量体 である、請求項10記載の方法。 12.被覆材料、シート、フィルム、積層品、成形体、容器、包装材料、コー ティング材料、医薬投与形などとしての、請求項1から6までのいずれか1項記 載の生分解性の直鎖状または架橋ポリエステルウレタンの使用。 13.紙、デンプンなどの被覆材料としての請求項12記載の使用。 14.あらゆる種類の食料品のための包装材料としての、請求項12記載の使 用。 15.バッグ、袋、ケースなどの形での請求項12記載の使用。 16.医療用インプラントのため、または製剤学において錠剤、カプセル、座 薬などの形での請求項12記載の使用。 17.接着剤、粘着テープなどとしての請求項2または3から6までのいずれ か1項記載の生分解性の架橋ポリエステルウレタンの使用。 18.請求項1から6までのいずれか1項記載の生分解性の直鎖状および/ま たは架橋ポリエステルウレタンを含有するポリマーブレンド。 19.少なくとももう1種類の生分解性ポリマーを含有している、請求項18 記載のポリマーブレンド。 20.生分解性ポリマーが細菌により製造された1種以上のポリ−3−ヒドロ キシアルカノエートである、請求項19記載のポリマーブレンド。 21.ポリマーブレンドが、複合材料として、有利にはデンプン粉末、セルロ ース粉末および/またはその他の生分解性コンパウンド材料との混合物で存在す る、請求項18から20までのいずれか1項記載のポリマーブレンド。 22.紙、デンプンなどのための被覆材料として、シート、フィルム、積層品 、成形体、容器、特にあらゆる種類の食料品のための包装材料、バッグ、袋、ケ ースなど、コーティング材料として、製剤学において医薬投与形、例えば錠剤、 カプセル、座薬などの形で、医療用インプラントとして、ならびに接着剤、粘着 テープなどとしての請求項18から21までのいずれか1項記載のポリマーブレ ンドの使用。
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