JP3745612B2 - ポリヒドロキシカルボン酸の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はヒドロキシカルボン酸の単独重合体または共重合体であるポリヒドロキシカルボン酸、とくに生分解性樹脂の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、種々の樹脂成形物が農業・園芸用資材（例えばポリ塩化ビニルフィルム）及び漁業用資材（例えばポリエチレン繊維の漁網）として用いられているが、これらの資材はいずれは廃棄されるものである。したがって、廃棄されても環境を汚染することなく、時間の経過とともに加水分解されるか又は土中の微生物により生分解される樹脂が要望されている。本発明者らは先に、このような農業・園芸用資材、漁業用資材などに利用でき、使用後に廃棄されても土中の微生物などにより二酸化炭素と水に分解されるポリヒドロキシカルボン酸を容易に製造する方法を発明した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ポリ乳酸に代表されるポリヒドロキシカルボン酸は将来的に大きな需要が見込まれる生分解性樹脂であるが、従来の製造方法において使用される重合触媒は１，３−置換−１，１，３，３−テトラオルガノジスタノキサン等の有機金属化合物であり、使用後回収されずに自然環境中に廃棄された場合、環境に及ぼす影響が大きいという問題点があった。
【０００４】
また、これまで知られているリン酸アルミニウム、リン酸鉄、リン酸カルシウム等のリン酸金属塩を触媒として用いたヒドロキシカルボン酸の重合は、金属原子部分がヒドロキシカルボン酸に配位し、ヒドロキシカルボン酸の反応部位を活性化することにより進行するものである。
【０００５】
したがってリン酸金属塩を触媒として合成されるポリヒドロキシカルボン酸を医療用途、たとえば薬のコーティング材料として使用する場合、樹脂内に金属イオンが残留していると薬と金属イオンが錯体を形成し、薬の効力を阻害してしまう可能性がある。このためリン酸金属塩を触媒として合成されたポリヒドロキシカルボン酸を未精製のままで医療用途に用いるのは好ましくない。
【０００６】
さらに、ヒドロキシカルボン酸の重合においてリン酸エステルを使用することも報告されている。しかしリン酸エステルは、触媒としてではなく、あくまで熱安定剤および反応停止剤として使用されるものである。
熱安定剤としてのリン酸エステルは、ポリヒドロキシカルボン酸の成形加工時における熱分解反応を防止するために用いるものである。
一方、反応停止剤としてのリン酸エステルは、重合反応をそれ以上進行させないために用いるものである。ここで、リン酸エステルは触媒（有機金属化合物、金属塩、金属酸化物など）と錯体を形成し、触媒サイクルを停止する作用を有する。
【０００７】
さらにまた、Ｋ．Ｈｉｌｔｕｎｅｎらはポリヒドロキシカルボン酸を合成するのに用いる酸触媒として、硫酸が適していると報告している（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，Ｖｏｌ．３０，Ｎｏ．３，ｐｐ．３７３−３７９，１９９７）。しかしながら硫酸は、有機化合物とはニトロ化、スルホン化等の反応を生じさせる。そしてこれらの反応が生体内で生じると生体に悪影響を及ぼす可能性があるため、硫酸を触媒として合成されたポリヒドロキシカルボン酸を医療用途において使用するには硫酸を取り除かなければならない。
【０００８】
本発明は、ヒドロキシカルボン酸と多糖類との混合物に重合触媒として、使用後回収されずに自然環境中に廃棄された場合においても環境にほとんど影響を及ぼすことがなく、かつ生成物中に残留したとしても薬との反応や生体内での有害な反応を生じることのない重合触媒を使用するポリヒドロキシカルボン酸の製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋭意検討した結果、重合触媒としてリン酸誘導体を使用することにより上記の目的を達成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明のポリヒドロキシカルボン酸の製造方法は、１種類以上のヒドロキシカルボン酸と多糖類との混合物中に、重合触媒としてリン酸誘導体を添加し、減圧下に加熱攪拌することを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明においてヒドロキシカルボン酸またはその混合物の重合反応に用いられる重合触媒としてはリン酸誘導体が使用される。
【００１２】
リン酸誘導体としては、ブレンステッド酸（すなわち水素イオンを放出しうる化学種）であって無毒なものであればいずれを使用しても差し支えはなく、たとえばリン酸、ピロリン酸、ポリリン酸、酢酸リン等が挙げられるが、入手のしやすさと安価であることから、リン酸を用いることが好ましい。
本発明におけるヒドロキシカルボン酸の重合反応は、リン酸誘導体から放出される水素イオン（Ｈ⁺）の働きによりヒドロキシカルボン酸同士で脱水し、エステル化が進行するものであり、リン酸金属塩を用いる従来技術とは反応機構が異なっている。
【００１３】
またリン酸は無機の酸化物であり毒性が小さいため、使用後回収されずに自然環境中に廃棄された場合においても環境にほとんど影響を及ぼさない。
さらにリン酸は硫酸よりも弱酸であり、有機化合物とはニトロ化、スルホン化等の反応を起こさないから、生体内で悪影響を及ぼす可能性はなく、しかもリン酸は食品添加物として認可されており、使用後生体内に残されても生体に及ぼす影響はきわめて小さい。
【００１４】
なお亜リン酸について検討したところ、リン酸が空気中で安定であるのに対し、亜リン酸は空気中で不安定であるため重合反応を窒素ガス雰囲気下で行う必要があり、また得られるポリヒドロキシカルボン酸の重量平均分子量（Ｍｗ）は最大で１１，０００程度である。
【００１５】
さらにリン酸誘導体は触媒活性が高い重合触媒であるから、乳酸等のヒドロキシカルボン酸以外の共重合成分として少なくとも一種以上の多糖類や金属酸化物を用いることで、より高分子量のポリヒドロキシカルボン酸が得られる。
【００１６】
リン酸誘導体の置換基は水素または水酸基が好ましい。またリン原子に脂肪族カルボン酸や芳香族カルボン酸が直接結合していてもよい。またピロリン酸やポリリン酸のように、いくつかのリン原子が酸素原子を介してオリゴマーを形成していてもよい。
【００１７】
リン酸誘導体の添加量は、ヒドロキシカルボン酸１００重量部に対し０．００１〜１重量部が好ましい。０．００１重量部未満であると顕著な触媒活性が得られず、１重量部を超えると得られるポリヒドロキシカルボン酸の重量平均分子量が減少する。
【００１８】
本発明に使用するヒドロキシカルボン酸は、分子内に水酸基を有する脂肪族カルボン酸が好ましく、不整炭素を有する場合はＤ体、Ｌ体、ラセミ体のいずれでもよい。また２種以上のヒドロキシカルボン酸を併用してもよい。このようなヒドロキシカルボン酸の具体例として、乳酸、グリコール酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸などを挙げることができ、これらを単独でまたは混合物として用いることが好ましい。
【００１９】
本発明の共重合成分として使用する糖類としては天然物のものが好ましく、Ｄ−グルコース、Ｄ−フルクトース、Ｄ−マンノース、Ｄ−ガラクトースなどの単糖類、麦芽糖、砂糖（ショ糖）などの少糖（オリゴ糖）類、澱粉、特にコーンスターチ、サツマイモ澱粉、小麦澱粉などの多糖類、あるいはこれらの混合物を挙げることができる。
【００２０】
本発明に使用する有機溶媒は、水より沸点が高くかつ水と相溶化しないものであればいずれでもよいが、天然物であって樹脂中に残存しても環境や人体に悪影響の少ないＤ−リモネンが好ましい。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例および比較例により、本発明をさらに詳しく説明する。
【００２５】
（実施例１）
９０％Ｌ−乳酸１ｍｏｌ（１００ｇ）とコーンスターチ１００ｍｇと８５％リン酸水溶液０．１ｗ％（１００ｍｇ）を５００ｍｌの反応器に入れ、１９０℃で３０時間減圧下に加熱攪拌した。得られた乳酸−糖共重合体の重量平均分子量は５１，０００であった。
【００２６】
（実施例２）
９０％Ｌ−乳酸１ｍｏｌ（１００ｇ）とコーンスターチ２００ｍｇと８５％リン酸水溶液０．１ｗ％（１００ｍｇ）を５００ｍｌの反応器に入れ、１９０℃で３０時間減圧下に加熱攪拌した。得られた乳酸−糖共重合体の重量平均分子量は５８，０００であった。
【００２７】
（比較例）
９０％Ｌ−乳酸１ｍｏｌ（１００ｇ）を５００ｍｌの反応器に入れ、１９０℃で３０時間減圧下に加熱攪拌した。
得られたポリ乳酸の重量平均分子量は１１，０００であった。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ヒドロキシカルボン酸と多糖類との混合物に重合触媒としてリン酸誘導体を用いることにより、使用後回収されずに自然環境中に廃棄された場合においても環境にほとんど影響を及ぼさない。
【００２９】
また得られた樹脂は、通常の触媒を用いて合成された樹脂と同様の用途に使用されるほか、生体内や生体に直接接触する医療用樹脂成形品などに好適に使用することができる。

Claims (1)

1. ヒドロキシカルボン酸と多糖類の混合物中に、重合触媒としてリン酸誘導体を添加し、減圧下に加熱攪拌することを特徴とするポリヒドロキシカルボン酸の製造方法。