JP3127770B2 - ポリ乳酸の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固形の高分子量ポリ乳酸
の製造法に関する。更に詳しくは、分子量のコントロー
ルが容易なポリ乳酸の製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ポリ乳酸は生体安全性が高く、しかも分
解物である乳酸は生体内で吸収される。このようにポリ
乳酸は生体安全性の高い高分子化合物であり、手術用縫
合糸、ドラッグデリバリー（徐放性カプセル）、骨折時
の補強材など医療用にも用いられ、自然環境下で分解す
るため分解性プラスチックとしても注目されている。ま
た、一軸、二軸延伸フィルムや繊維、放出成形品などと
して種々の用途にも用いられている。

【０００３】このようなポリ乳酸の製造法には、乳酸を
直接脱水縮合して目的物を得る直接法と、乳酸から一旦
環状ラクチド（二量体）を合成し、晶析法などにより精
製を行い、ついで開環重合を行う方法がある。ラクチド
の合成、精製及び重合操作は、例えば米国特許第４，０
５７，５３７号明細書：公開欧州特許出願第２６１，５
７２号明細書：Polymer Bulletin,14,491-495(1985);及
びMakromol.Chem.,187,1611-1628(1986)のような化学文
献で様々に記載されている。また、特公昭５６−１４６
８８号公報には２分子の環状ジエステルを中間体とし、
これをオクチル酸錫、ラウリルアルコールを触媒として
重合し、ポリ乳酸を製造することが開示されている。こ
のようにして得られたポリ乳酸は、成形加工の工程にお
ける取り扱い性を容易にするため、あらかじめ米粒大か
ら豆粒程度の大きさの球状、立方体、円柱状、破砕状等
のペレット状の製品とされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、分子量
１０万〜５０万の高分子量のポリ乳酸の融点は１７５〜
２００℃と高く、従来このようなポリ乳酸の最終重合物
を溶融状態で反応器から取り出し、これを融点以上に加
熱すると、ポリ乳酸の分解や着色を生じた。さらにこの
様な温度においては、多量のラクチドがポリマー中に発
生した。また、ラクチドや分解物はポリマーのガラス転
移点温度および、溶融粘度を低下させ、成形加工性、熱
安定性をいちぢるしく劣下させていた。これらはこの様
な温度においてはポリマーとラクチドの平衡がラクチド
側に傾くためと思われる。

【０００５】そこで、本件出願人は、かかる課題を解決
するため、ポリ乳酸の重合において、最終生成物を得る
前に融点より低い温度で第１段の溶融重合を行い、ポリ
乳酸をペレット状に成型し、それをさらに第２段の固相
重合で最終重合物とする方法を提案している（特願平６
−２２１６５号）。

【０００６】本発明は、更に改良を加え、最終重合物の
ポリ乳酸の分子量をコントロールする方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究を
行った結果、第１段の溶融重合を終えたプレポリマーは
高分子と未反応のラクチドよりなっていることが判明
し、このプレポリマーが結晶化するとポリマーとラクチ
ドの相が分離し、ポリマーが成長するのではなく、ラク
チド同士が反応する事が判明した。そこで、この原理を
応用し、高分子量ポリ乳酸を得たい場合は、溶融重合で
作成したペレット（固形のポリ乳酸）を結晶化させずに
第２段の固相重合を行う。すなわち、本発明は、ラクチ
ドを主原料とし、溶融重合により固形のポリ乳酸を得る
工程と、該工程で重合し成形した固形のポリ乳酸をその
融点より低い温度で固相重合を行う工程とからなるポリ
乳酸の製造法において、分子量１８万以上のポリ乳酸を
溶融重合で得た固形のポリ乳酸を結晶化させずに固相重
合を行うことにより得ることを特徴とする。

【０００８】結晶化させない方法としては、溶融重合か
ら固相重合終了時まで融点より低い温度にしないかまた
は／かつ、結晶化を阻害する物質を添加することにより
行う。結晶化を阻害する物質としては、例えばラクチド
原料としてＬ−ラクチドを使用した場合はＤ−または／
かつＤＬ−ラクチドを１〜５０重量％添加し、Ｄ−ラク
チドを使用した場合はＬ−または／かつＤＬ−ラクチド
を１〜５０重量％添加する。その他にも結晶化を阻害す
る物としては、グリコリド、ε−カプロラクトン、トリ
メチレンカーボナイトなどラクチドと共重合できる物が
挙げられる。また、溶融重合により得たポリマー（プレ
ポリマー）の結晶化温度は１００〜１３０℃であり、融
点は１６０〜１７０℃であるから、成型時に結晶化温度
より温度が下がらないようにする。

【０００９】一方、最終重合物の分子量を中領域（１８
万以下）でコントロールする場合は、溶融重合の進行に
伴い所望する分子量のところで取り出しペレットに成型
する。そして、このペレットを結晶化温度以下にするこ
とにより結晶化させる。結晶化したペレット中では高分
子鎖は結晶化し、未反応ラクチドとは別の相になる。こ
のような状態で溶融重合を行うと、ラクチド同士が反応
し、全体の分子量は上がらずにラクチドのみが反応し低
分子量になる。

【００１０】なお、本発明のポリ乳酸の製造法では、ま
ず分解や着色の伴わない比較的低温で１段目の重合反応
（溶融重合）を行い、目的の重合度の５０〜９５％のプ
レポリマーを重合する。１段目の反応温度は１００〜１
９０℃、好ましくは１４０〜１７０℃であり、平均分子
量５万〜２０万、ラクチド含量２〜２０重量％、好まし
くは３〜７％のポリ乳酸を得る。第１工程で得られるポ
リ乳酸は粘度が１０００〜２０，０００pois、好ましく
は３０００〜７０００poisである。ここで、ラクチド含
量の％は１０／１０のＤＳＣ測定で得られるクロマトグ
ラムの面積比をいう（以下同様）。

【００１１】重合に用いる触媒としては、オクチル酸ス
ズなどのスズ系化合物、テトライソプロピルチタネート
などのチタン系化合物、ジルコニウムイソプロポキシド
などのジルコニウム系化合物、三酸化アンチモンなどの
アンチモン系化合物等、いずれも乳酸の重合に従来公知
の触媒が挙げられる。触媒の量としては１〜５００ppm.
好ましくは１０〜１００ppm.である。また、核剤（タル
ク、クレー、酸化チタン等）を添加してもよい。更にラ
クチドの開環重合を早めるために、プロピレンオキシ
ド、エピクロルヒドリン、β−プロピオラクトン等の開
環しやすいプリモーターを０．１〜２０モル％添加して
もよい。

【００１２】本方法に使用するラクチドはＤ−、Ｌ−、
ＤＬ−またはＤ−、Ｌ−の混合物でよく、ラクトン類、
例えばβ−プロピオラクトン、δ−バレルラクトン、ε
−カプロラクトングリコリド、δ−ブチルラクトンとの
共重合も可能である。またグリセリンなど多価アルコー
ルにより物性をコントロールすることもできる。

【００１３】重合反応は触媒の種類によって異なるがオ
クチル酸スズを用いる場合、ラクチド重量に対して０．
０００１〜０．１重量％、好ましくは０．０５〜０．０
０１重量％の触媒を用い、通常５〜２００時間加熱重合
する。反応は窒素など不活性ガス雰囲気中にて行うのが
好ましい。

【００１４】また、溶融重合を行う反応器は、原料のラ
クチドからプレポリマーまで幅広い粘度で重合を行うた
め、それぞれの粘度に応じ１個以上設ける。例えば全面
翼を持った縦型反応器で、パドル翼を持った縦型反応
器、ヘリカルリボン翼を持った縦型反応器、エクスクル
ーダーのような横型反応器と順次流していくようにする
ことができるが、これに限定されない。反応器からの重
合物（ポリ乳酸）の取り出しは、低粘度の場合は窒素な
どの不活性ガスによる押し出しにより行い、高粘度の場
合はギヤポンプによる抜き出しにより行う。

【００１５】なお、溶融重合時に反応が進行し、粘度が
上がりすぎるのを防ぐためラクチドを新たに加えても良
い。また、連続的にラクチドを加え、同時に重合物の取
り出しを行ってもよい。

【００１６】固相重合では、成形されたポリ乳酸ペレッ
トを固相のまま加熱し重合反応を進行させる。温度はラ
クチドの融点以上で、かつ１段目の重合温度より５℃以
上、好ましくは１０℃以上低く設定するのがよい。した
がって、固相重合の反応温度は８０〜１７５℃、好まし
くは１２０〜１４０℃である。反応時間は６〜１００時
間、好ましくは２０〜４０時間である。また、反応時間
を短縮するため、重合の進行に伴い、反応温度を上昇さ
せてもよい。最終的なポリマーの融点は１７０〜１８０
℃であるから、１７５℃付近まで昇温できる。なお、こ
の工程は真空または不活性ガス、乾燥空気中などで行っ
てもよいが、ラクチドは昇華しやすいため未反応ラクチ
ドを少しでも反応させようとするときは、０．１〜１０
ｋｇｆ／ｃｍ² で行うのがより好ましい。

【００１７】固相重合の反応器は、縦型又は横型反応器
のいずれでも良い。反応器内では、静置または流動させ
て加熱する。流動させる場合はコニカルドライヤーや窒
素などの不活性ガス雰囲気の吹き上げで行うのが好まし
い。

【００１８】

【作用】本発明では、最終重合物として高分子（１８万
以上）のポリ乳酸を得たいときは、溶融重合後結晶化さ
せずに固相重合を行う。結晶化していないのでポリマー
と未反応ラクチドは混合された状態にあり、分子鎖はさ
らに成長し高い分子量のポリ乳酸を得られる。

【００１９】

【実施例】

［実施例１］ （結晶化温度以下にならないようにする方法）Ｌ−ラク
チド５００ｇにオクチル酸スズ１０ｐｐｍ．を加え、１
５０℃にて１段目の重合（溶融重合）を行った。分子量
１５万、未反応ラクチド１０％になった時点で１段目の
反応を終了した。この時の融点は１６６℃、結晶化温度
１１０℃、ガラス転移温度は５１℃であった。

【００２０】１２０℃に加熱したホットプレートの上に
滴下しドロップ状のペレットとし、結晶化温度より温度
が下がらないようにすみやかに、これをロータリーエバ
ポレーターに移し、０．２ｋｇｆ／ｃｍ² 加圧下、１２
０℃で６０時間反応させた。ＧＰＣ測定の結果、分子量
２２万に伸長し、融点１７５℃、ガラス転移点温度６０
℃のポリ乳酸ペレットが得られた。なお、結晶化したポ
リ乳酸は白濁化するので、それが結晶化の目安になる。

【００２１】［実施例２］ （結晶化阻害物質を添加する方法）Ｌ−ラクチド５００
ｇに結晶化阻害物質であるＤＬ−ラクチド５０ｇとオク
チル酸スズ１０ｐｐｍ．を加え、１５０℃にて１段目の
重合（溶融重合）を行った。分子量１３万、未反応ラク
チド１２％になった時点で１段目の反応を終了した。こ
の時の融点は１５３℃であった。これを、ステンレス製
の板の上に滴下し室温まで冷却、ドロップ状のペレット
とした。これをロータリーエバポレーターに移し、０．
２ｋｇｆ／ｃｍ² 加圧下、１００℃で１００時間反応さ
せた。ＧＰＣ測定の結果、分子量１８万に伸長し、融点
１７０℃、ガラス転移点温度５９℃のポリ乳酸ペレット
が得られた。

【００２２】なお、実施例１〜２の分析条件は下記の通
りである。

【００２３】＜ＧＰＣ測定＞ （株）島津製作所製 検出器；RID-6A ポンプ；LC-９Ａ カラムオーブン；CTO-6A カラム；Shim-pack GPC-801C,-804C,-806C,-8025Cを直
列

【００２４】分析条件 溶媒；クロロフォルム 流速；１ml/min サンプル量；200μl（サンプル0.5w/w%をクロロフォル
ムに溶かした。） カラム温度；40℃

【００２５】

【発明の効果】本発明の製造法によれば、所望の分子量
のポリ乳酸成形品（ペレット）を製造することができ
る。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−193124（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08G 63/06 - 63/08 C08G 63/78 - 63/87

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ラクチドを主原料とし、溶融重合により固
   形のポリ乳酸を得る工程と、該工程で重合し成形した固
   形のポリ乳酸をその融点より低い温度で固相重合を行う
   工程とからなるポリ乳酸の製造法において、分子量１８
   万以上のポリ乳酸を溶融重合で得た固形のポリ乳酸を結
   晶化させずに固相重合を行うことにより得ることを特徴
   とするポリ乳酸の製造法。