JP4048764B2 - Method for producing lactide using fermented lactic acid as raw material and method for producing polylactic acid - Google Patents

Method for producing lactide using fermented lactic acid as raw material and method for producing polylactic acid Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発酵乳酸を原料とするラクチドの製造方法及びポリ乳酸の製造方法、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからラクチドを製造する方法及びポリ乳酸を製造する方法に関する。
【0002】
乳酸には、L−乳酸、D−乳酸、及びL−乳酸とD−乳酸の混合物が含まれる。ラクチドは乳酸の環状二量体であり、ポリ乳酸の製造原料として特に有用なものである。ポリ乳酸とは、乳酸を構成モノマーの主体とする重合体であり、単独重合体のみならず、他のモノマーとの共重合体も含む。ポリ乳酸は、バイオマスを原料とした生分解性プラスチックとして有用である。
【0003】
【従来の技術】
従来より、ポリ乳酸の製造は、乳酸からの直接脱水縮合、乳酸エステルからの脱アルコール縮合、あるいはラクチドの開環重合によって行われている。
【0004】
乳酸エステルからのポリ乳酸の製造に関するものとして、例えば、米国特許 USP 2,534,255 号明細書には、ヒドロキシカルボン酸エステルからエステル化触媒の存在下で、ヒドロキシポリエステルを生成する方法が開示されている。
【0005】
特開平7−173264号公報には、乳酸エステルを縮合し、重量平均分子量15,000以上のポリ乳酸を製造する方法が開示されている。当該重合物からラクチドを合成することは、記載されていない。重量平均分子量15,000以上のポリ乳酸とするのは多大な時間が必要である。
【0006】
日本国特許3024907号公報には、乳酸エステルから、回分式反応器内で生成するアルコールを除去しながら重縮合させ、得られたオリゴマーをスクリュー式押出機内で生成するアルコールを除去しながら更に重縮合させて、ポリ乳酸を製造する方法が開示されている。当該重合物からラクチドを合成することは、記載されていない。
【0007】
特開平10−36366号公報には、合成乳酸(DL−乳酸)から乳酸エステルを合成し、これを脱アルコールして乳酸オリゴマーを合成し、続いてラクチドを合成する方法が開示されている。
【0008】
特開平11−209370号公報には、乳酸エステルをモノブチル錫化合物の存在下で脱アルコールし、ポリ乳酸又はポリ乳酸とラクチドとを含む組成物とし、次に前記組成物をモノブチル錫化合物の存在下で加熱し、ラクチドを製造する方法が開示されている。
【0009】
また、乳酸アンモニウムがアルコールにより直接エステル化されることは以前から知られている (INDUSTRIAL AND ENGINEERING CHEMISTRY VOL. 44, NO.9, 2189-2191, Sept. 1957) 。
【0010】
特開平6−311886号公報には、発酵によって生成した乳酸アンモニウムに、ブタノール又はペンタノールを添加し、反応後期に鉱酸を加え反応をさらに進行させ、アンモニアを回収すると共に、乳酸エステルを回収する方法が開示されている。
【0011】
また、日本国特許2830896号公報には、乳酸を原料としてオリゴマー化し、該オリゴマーを還流させながら、重合度の高い乳酸オリゴマーを合成し、該重合度の高いオリゴマーからラクチドを製造する方法が開示されている。乳酸エステルを用いて、モノマー及びオリゴマーを還流させながら、重縮合させる方法の開示はない。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
このように、発酵乳酸からの乳酸エステルを原料として、乳酸オリゴマーを合成し、乳酸オリゴマーの解重合によりラクチドを製造する方法、及び発酵乳酸からの乳酸エステルを原料として、乳酸オリゴマーを合成し、乳酸オリゴマーの解重合によりラクチドを製造し、このラクチドからポリ乳酸を製造する方法は知られていない。
【0013】
また、乳酸発酵からの乳酸エステルの合成において、アンモニアで中和しながらヘテロ型乳酸発酵で乳酸とエタノールを生成し、この乳酸をエステル化することは知られていない。ヘテロ乳酸菌は、グルコースから乳酸とエタノールを生成し、キシロースから乳酸と酢酸を生成する。
【0014】
従来、乳酸の製造は、六単糖(グルコース)やシュークロース(グルコースとフルクトースより構成される)を乳酸発酵させ、炭酸カルシウムで中和し、濃縮し乳酸カルシウムを沈殿させ、これを硫酸で遊離させ粗乳酸として、さらにメタノール又はエタノールとのエステルに変換し、蒸留後エステルを加水分解し乳酸を得ていた。この方法では、大量の硫酸カルシウムが副産物として生成するという問題があった。
【0015】
そこで、乳酸発酵中アンモニア水又はアンモニアで中和し、乳酸アンモニウムを得て、アルコールとの乳酸エステルにして蒸留し、アンモニアを回収し、乳酸エステルを加水分解する方法が開発されている。
【0016】
従来、バイオマスからポリ乳酸を製造するための一貫したプロセスはなかった。一貫したプロセスを完成することにより、ポリ乳酸製造のコストダウンが図れる。すなわち、従来は乳酸の製造とポリ乳酸の製造とが別々に考えられていたため、無駄な工程が多かった。具体的に無駄な工程とは、乳酸エステルを乳酸に加水分解する工程である。また、乳酸エステルからポリ乳酸を合成することによって、反応器の耐食性が緩和され、設備投資の上でも大きく貢献できる。乳酸は腐食性があり、特に140℃を越えると濃縮やラクチドの合成などを行うには、チタンやタンタル、ガラスライニングの反応器や配管が必要であった。しかし、乳酸エステルを用いると反応器に耐食性の材料を使う必要がなく、大幅な設備のコストダウンが図れる。
【0017】
特に木質系のバイオマスの利用は現在世界的に問題となっている。日本では古紙、建築廃材、間伐材、稲わら等の廃棄物処理の問題がある。海外では直接人間の食料とならない木質を発酵原料として使用するという潮流がある。
【0018】
木質系バイオマスにはセルロース、ヘミセルロースが含まれており、これを糖化する方法としては、硫酸法、高圧熱水法、酵素法が実用段階にある。糖化により得られる糖は六単糖及び五単糖であり、六単糖はグルコース、五単糖はキシロースが主体である。
【0019】
1モルのグルコースはホモ型の乳酸発酵により2モルの乳酸になり、炭素の無駄がない。さらに、乳酸菌の中にはキシロース3モルから乳酸5モルを生成する菌株もある。また、1モルのグルコースはヘテロ型の乳酸発酵により1モルの乳酸と1モルのエタノールになる(この場合は1モルの炭酸ガスが発生する)。すなわち、グルコースは乳酸エステルを合成するのに非常に好適な原料である。
【0020】
一方、ヘテロ型の乳酸発酵によると1モルのキシロースから1モルの乳酸と1モルの酢酸が生成する。そこで、本発明では、ヘテロ乳酸発酵をアンモニアで中和しながら行い、生成した乳酸と酢酸のアルコール(エタノール)エステルを合成し、発酵液から酢酸エステル及び乳酸エステルとして取り出す。
【0021】
乳酸アンモニウムとエタノールとを反応させ乳酸エチルを製造する場合、収率が低く、エタノールの常圧での沸点が78℃と低いことから反応が遅いという問題があった。
【0022】
ブタノールなどの疎水性アルコールと乳酸アンモニウムとを反応させて乳酸エステルを製造する場合、分離器により水を除去しても、収率が50%程度と低いという問題があった。
【0023】
本発明の目的は、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからラクチドを一貫的に製造する方法、及び乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからポリ乳酸を一貫的に製造する方法を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明には、以下の発明が含まれる。
[1] (1) 六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでpHをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及びエタノールを生成させ、
乳酸アンモニウムとアルコールとを反応させ、乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収し、
(2) 前記乳酸エステルをモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量15,000未満のポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を合成し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【0025】
[2] (1) 六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでpHをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及びエタノールを生成させ、
乳酸アンモニウムと炭素数4又は5のアルコール以外のアルコールとを反応させ、乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収し、
(2) 前記乳酸エステルをモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量15,000未満のポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を合成し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【0028】
記工程(1) において、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウム水溶液と、水と二層に分離する炭素数4以上のアルコールとを還流させながら反応器中で反応させ、
凝縮した水及びアルコールの少なくとも一部を分離器に溜め、前記分離器に溜められた下層の水の少なくとも一部を排出し新たな水を分離器に加えると共に、上層のアルコールの少なくとも一部を反応器中に戻し、この一連の操作を繰り返し、
乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収してもよい。
【0029】
記工程(1) において、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウム水溶液と、水と二層に分離する炭素数4以上のアルコールとを還流させながら反応器中で反応させ、逐次アルコールの一部又は全部を留出させると共に、新しいアルコールを反応器中に加え、乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収してもよい。
【0030】
[3] 前記工程(2) において、乳酸エステルを重縮合して乳酸プレポリマーを得ると共に、生じるアルコールを回収する、上記[1]又は[2]に記載のラクチドの製造方法。
【0031】
[4] (1) 五単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでpHをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムを生成させ、
乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、乳酸エチル及び酢酸エチルを合成すると共に、アンモニアを回収し、さらに、
酢酸エチルを蒸留により除去し、
(2) 前記乳酸エステル(乳酸エチル)をモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量15,000未満のポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を得ると共に、生じるエタノールを回収し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【0032】
[5] (1) 五単糖及び六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでpHをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム、エタノール及び酢酸アンモニウムを生成させ、
乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、乳酸エチル及び酢酸エチルを合成すると共に、アンモニアを回収し、さらに、
酢酸エチルを蒸留により除去し、
(2) 前記乳酸エステル(乳酸エチル)をモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量15,000未満のポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を得ると共に、生じるエタノールを回収し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
【0033】
[6] 前記工程 (2) において、乳酸エステル及び/又はその重縮合物であるポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を還流させながら重縮合を行う、上記[1]〜[5]のうちのいずれかに記載のラクチドの製造方法。
【0034】
[7] 前記工程 (2) において、乳酸エステルを重縮合する工程において、反応器の温度を逐次上昇させる、上記[1]〜[6]のうちのいずれかに記載のラクチドの製造方法。
【0038】
[8] 上記[1]〜[7]のうちのいずれかに記載のラクチドの製造方法で得られたラクチドを開環重合させてポリ乳酸を得る、ポリ乳酸の製造方法。
【0039】
前記工程 (1) において、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムと、エタノールとを加圧条件下で反応させてもよい。
【0040】
前記工程 (1) において、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムと、エタノールとを反応させ、反応終了後、エタノールと乳酸エチルとをそれぞれ留出させ、
残った乳酸アンモニウム溶液に新たにエタノールを加えるか、又は、残った乳酸アンモニウム溶液に新たにエタノールと乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムとを加え、再度乳酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、この反応操作を繰り返し、乳酸エチルを合成する共に、アンモニアを回収してもよい。
【0043】
乳酸アンモニウムとエタノールとを反応させてエステルを生成させる場合、例えば乳酸アンモニウムに対して5倍モルから20倍モルのエタノールを加え、平衡をエステル側に傾ける方法が考えられる。
【0044】
さらに、エタノールと生成した乳酸エチルを留去した後、反応器に残った未反応の乳酸アンモニウムに、新たな乳酸発酵液とエタノールとを加え反応させることにより、乳酸エチルの回収率を上げることができる。
【0045】
この反応は、エタノールの沸点が78℃と低いことから、加圧してエタノールの蒸気圧を上昇させ、反応温度を上げることによって、反応速度を上げることができる。この場合においても、脱離したアンモニアは圧力コントロールバルブから系外に取り出す。加圧の方法としては、エタノール自体の蒸気圧で上げる方法、窒素など不活性ガスで加圧する方法が良い。
【0046】
乳酸アンモニウムとブタノールとを還流させながら反応させる方法では、反応器から蒸気化後に凝縮して分離器中に分離された水にアンモニアが飽和すると、上層のブタノール中にアンモニアが蓄積し反応が遅くなる。すなわち、分離器中の下層の水は、上層のブタノール中に存在するアンモニアを水側に抽出し、反応器中に戻るブタノール中に存在するアンモニア量を減らせる役目を果たしていると考えられる。従って、分離器中に溜まった下層の水を新たな水に置き換えることによって、この新たな水に上層のブタノール中のアンモニアを抽出し、アンモニア含量の低減されたブタノールを反応器中に戻すことにより、反応がさらに進行する。
【0047】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を参照し説明する。図1は、本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。図2は、六単糖ヘテロ乳酸発酵を行う場合の本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。図3は、五単糖ヘテロ乳酸発酵を行う場合の本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。
【0048】
(1)発酵乳酸のエステル化・脱アンモニア工程
本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法においては、発酵乳酸を用いる。乳酸には、L−乳酸とD−乳酸の光学異性体があるが、本発明においては、どちらの異性体のアンモニウム塩又は混合物を用いても良い。用いたアンモニウム塩のL/D比に応じて、得られるラクチドのL−ラクチド/メソ−ラクチド/D−ラクチドの比率が決定され、また、得られるポリ乳酸中のL−乳酸単位/D−乳酸単位の比率が決定される。L−乳酸単位又はD−乳酸単位のみを含むポリ乳酸は、結晶化し高融点が得られる。
【0049】
グルコースなどの六単糖はヘテロ乳酸発酵により、1モルのグルコースから1モルの乳酸と1モルのエタノールになり、1モルの炭酸ガスが発生する。ヘテロ乳酸発酵をアンモニアで中和しながら行い、生成した乳酸アンモニウムをアルコール(エタノール)でエステル化し、乳酸エステル(エチル)とする。エステル化の際に生じるアンモニアを回収する。未反応アルコール(エタノール)を留去し、乳酸エステル(エチル)の精製を行う。
【0050】
キシロースなどの五単糖はヘテロ乳酸発酵により、1モルのキシロースから1モルの乳酸と1モルの酢酸が生成する。ヘテロ乳酸発酵をアンモニアで中和しながら行い、乳酸アンモニウムと酢酸アンモニウムを生成させる。乳酸アンモニウムと酢酸アンモニウムをエタノールでエステル化し、乳酸エチル、酢酸エチルとする。エステル化の際に生じるアンモニアを回収する。未反応エタノールを留去し、蒸留により乳酸エチルの精製を行うと共に、酢酸エチルを除去・回収する。酢酸エチルは溶剤として有用である。
【0051】
木質系バイオマスにはセルロース、ヘミセルロースが含まれており、糖化により六単糖及び五単糖が得られる。このように通常、木質を糖化した物にはグルコースなどの六単糖とキシロースなどの五単糖が混じっている。これをクロマト分離などによって精製し、六単糖又は五単糖を出発物として上述のようにヘテロ乳酸発酵を行ってもよい。あるいは、六単糖及び五単糖の混合物として、そのまま利用できればさらによい。
【0052】
そこで、六単糖及び五単糖を含む混合物をヘテロ乳酸発酵を行ってもよい。ヘテロ乳酸発酵をアンモニアで中和しながら行い、六単糖からは乳酸アンモニウムとエタノールを生成させ、五単糖から乳酸アンモニウムと酢酸アンモニウムを生成させる。乳酸アンモニウムと酢酸アンモニウムをエタノール(発酵で得られるエタノールが十分な量でなければさらに加える)でエステル化し、乳酸エチル、酢酸エチルとする。エステル化の際に生じるアンモニアを回収する。未反応エタノールを留去し、蒸留により乳酸エチルの精製を行うと共に、酢酸エチルを除去・回収する。
【0053】
上記のいずれの場合にも、乳酸アンモニウムのエステル化に際しては、乳酸アンモニウムに対して1〜3倍モルのアルコールを添加することが好ましい。また、特にエタノールを用いたエステル化の場合、加圧することにより、反応温度を上げることも好ましい。反応温度を上げることによって、反応速度を上げることができる。さらに、乳酸アンモニウムに対して0.1〜3倍モルの水と触媒量の硫酸などの強酸を加えてもよい。
【0054】
ホモ型乳酸発酵を行う微生物としては、ラクトバチルス属( Lactobacillus ) の一部、ストレプトコッカス属( Streptococcus ) 、リゾプス属、バチルス属等が挙げられる。ヘテロ型乳酸発酵を行う微生物としては、ロイコノストック属、ラクトバチルス属( Lactobacillus ) の一部が挙げられる。用いる微生物の菌株によって、L−乳酸、D−乳酸、ラセミ体DL−乳酸が得られるので、ポリ乳酸の使用目的によって菌株を選べば良い。
【0055】
本方法においては、アンモニア水で中和された乳酸発酵液をそのまま原料として用いても良いし、遠心分離による微生物除去、活性炭処理、溶媒抽出、電気透析、膜濾過など従来公知の方法により前処理を行っても良い。
【0056】
(2)乳酸エステルの重縮合・脱アルコール工程
得られた乳酸エステルを、130〜220℃に加熱し、圧力を常圧から5mmHg程度の減圧として、重縮合させ、重量平均分子量15,000未満、好ましくは重量平均分子量約1000〜3500の乳酸オリゴマー(乳酸プレポリマー)とする。モノマー及び重縮合により生じた乳酸オリゴマーを還流させ、アルコール(エタノール)を反応系外に除去・回収する。
【0057】
また、重縮合では段階に別けて徐々に昇温することも好ましい。例えば、第1段135±3℃、第2段150±3℃、第3段160±3℃とすることが好ましい(実施例2)。重縮合工程はさらに多段階に行ってもよく、あるいは連続的に徐々に昇温を行ってもよい。例えば、第1段135±3℃、第2段150±3℃、第3段160±3℃、第4段180±3℃、第5段200±3℃というような多段階の昇温も好ましい(実施例3)。また、加圧することにより、反応温度を上げることも好ましい。また、重合触媒を加えても良い。このような条件により、重量平均分子量約1000〜3500の乳酸オリゴマーが得られ、ラクチドとの沸点の差異が大きくなり、分離が容易となる。
【0058】
(3)乳酸オリゴマーの解重合・分子内エステル化工程
得られた乳酸オリゴマーを解重合して分子内エステル化(環状二量化)させラクチドを生成させる。解重合は、乳酸オリゴマーをモノブチル錫以外の解重合触媒の存在下、処理すべき乳酸オリゴマーの溶融温度以上の温度に加熱すると共に、前記温度におけるラクチドの蒸気圧以下の圧力に減圧して、生成したラクチドを留去することによる。通常、5〜50mmHgの減圧下、190〜200℃とすることが好ましい。高真空度の装置を用いることによりラクチドの収率が向上する。
【0059】
重合触媒又は解重合触媒としては、周期律表IA族、IIA族、IIB族、IVA族、IVB族、VA族及びVIIA族からなる群から選ばれる少なくとも一種の金属または金属化合物からなる触媒を用いることができる。
【0060】
IA族に属するものとしては、例えば、アルカリ金属の水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等)、アルカリ金属と弱酸の塩(例えば、乳酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、オクチル酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カリウム、炭酸カリウム、オクチル酸カリウム等)、アルカリ金属のアルコキシド(例えば、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド等)等が挙げられる。
【0061】
IIA族に属するものとしては、例えば、有機酸のカルシウム塩(例えば、酢酸カルシウム等)が挙げられる。
【0062】
IIB族に属するものとしては、例えば、有機酸の亜鉛塩(例えば、酢酸亜鉛等)が挙げられる。
【0063】
IVA族に属するものとしては、例えば、モノブチル錫以外の有機スズ系の触媒(例えば、乳酸スズ、酒石酸スズ、ジカプリル酸スズ、ジラウリル酸スズ、ジパルミチン酸スズ、ジステアリン酸スズ、ジオレイン酸スズ、α−ナフエト酸スズ、β−ナフエト酸スズ、オクチル酸スズ等)の他、粉末スズ等が挙げられる。
【0064】
IVB族に属するものとしては、例えば、テトラプロピルチタネート等のチタン系化合物、ジルコニウムイソプロポキシド等のジルコニウム系化合物等が挙げられる。
【0065】
VA族に属するものとしては、例えば、三酸化アンチモン等のアンチモン系化合物等が挙げられる。
【0066】
VIIA族に属するものとしては、例えば、有機酸のマンガン塩(例えば、酢酸マンガン等)が挙げられる。
【0067】
これらはいずれも従来公知のポリ乳酸の重合用触媒であるが、これらの中でも、スズまたはスズ化合物からなる触媒が活性の点から特に好ましい。
【0068】
本発明において、上記触媒は、処理すべき乳酸オリゴマーの10-4〜1.0重量%の量で用いることが好ましい。より好ましい量は、0.001〜0.01重量%の量である。
【0069】
(4)ラクチドの開環重合工程
得られたラクチドを公知の方法により開環重合させ、ポリ乳酸又はポリ乳酸共重合体を製造することができる。例えば、ラクチドをオクチル酸スズ触媒存在下、160〜180℃で重合させる。重量平均分子量が10万〜100万(GPC、ポリスチレン換算)程度の高分子量ポリ乳酸が得られる。
【0070】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
▲1▼エステル化・脱アンモニア工程
撹拌機、冷却管、温度計を備えた容積1000mlのフラスコに発酵法により製造したL−乳酸アンモニウム水溶液(68%)472gとエタノール500gを仕込み、反応液の温度を90〜100℃に保ちエタノールを3時間還流させ、エステル化した。このとき発生して冷却管で捕集されないアンモニウムを冷却管の先に設けた氷水を入れた洗気瓶にて回収した。アンモニアの回収率は98%であった。
【0071】
▲2▼未反応エタノール除去工程
▲1▼で得られた反応液温度を80℃に保ち、未反応のエタノール360gを留去(回収)した。続いて、反応液温度を120℃に上昇させ、反応液中の水分150gを留去した。
【0072】
▲3▼乳酸エチル精製工程
▲2▼で得られた反応液を50mmHgに減圧し、液温度を70〜100℃に保ち、単蒸留して精製L−乳酸エチル351g(収率99.2%)を得た。
【0073】
▲4▼乳酸エチル重縮合工程
▲3▼で得られた精製L−乳酸エチル236gとオクチル酸スズ1.18gを撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた容積500mlのフラスコに仕込み、液温を160℃に保ち、窒素気流下圧力を常圧から徐々に減圧し5時間かけて200mmHgにし、L−乳酸エチルの重縮合によって生じたエタノール91gを留出させた。GPCで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量3000であった。
【0074】
▲5▼ラクチド生成工程
▲4▼で得られた反応液を圧力5mmHg、液温200℃に保ち、蒸留を行い本留分としてLL−ラクチド142.95g(収率99.3%、純度99.8%)を得た。
【0075】
▲6▼重合工程
▲5▼で得られたラクチド10gとオクチル酸スズ0.25gをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、180℃で20分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が250,000(GPC、ポリスチレン換算)であった。
【0076】
[実施例2]
▲1▼エステル化・脱アンモニア工程、▲2▼未反応エタノール除去工程、▲3▼乳酸エチル精製工程を、実施例1と全く同様に行った。
【0077】
▲4▼乳酸エチル重縮合工程
▲3▼で得られた精製L−乳酸エチル236gを撹拌機、還流管、温度計を備えた容積500mlのフラスコに仕込み、液温を135℃から160℃に段階的に上昇させ、圧力を常圧から徐々に減圧し3時間かけて5mmHgにした。この間にL−乳酸エチル及びL−乳酸エチルの重縮合により生成したL−乳酸オリゴマーをフラスコ内に還流させ、また生じたエタノールを系外に取り出すために還流管の冷却水温度を段階的に10℃から60℃に上昇させた。このとき生じたエタノール91gは還流管の先に設けたコールドトラップに捕集した。GPCで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量2800であった。
【0078】
▲5▼ラクチド生成工程
▲4▼で得られた反応液(L−乳酸オリゴマー)にオクチル酸スズ1.2gを添加し、圧力5mmHg、液温200℃に保ち、蒸留を行い本留分としてLL−ラクチド142.95g(収率99.3%、純度99.8%)を得た。
【0079】
▲6▼重合工程
▲5▼で得られたラクチド10gとオクチル酸スズ0.25gをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、180℃で20分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が250,000(GPC、ポリスチレン換算)であった。
【0080】
[実施例3]
▲1▼エステル化・脱アンモニア工程、▲2▼未反応エタノール除去工程、▲3▼乳酸エチル精製工程を、実施例1と全く同様に行った。
【0081】
▲4▼乳酸エチル重縮合工程
▲3▼で得られた精製L−乳酸エチル(光学純度99.7%)236gを撹拌機、還流管、温度計を備えた容積500mlのフラスコに仕込み、常圧で液温を135℃から220℃に段階的に上昇させ、この間にL−乳酸エチル及びL−乳酸エチルの重縮合により生成したL−乳酸オリゴマーをフラスコ内に還流させ、また生じたエタノールを系外に取り出すために還流管の冷却水温度を85℃に設定した。
次いで、圧力を常圧から徐々に減圧し3時間かけて5mmHgにした。この間にL−乳酸エチルの重縮合により生成したL−乳酸オリゴマーをフラスコ内に還流させ、また生じたエタノールを系外に取り出すために還流管の冷却水温度を段階的に10℃から60℃に上昇させた。このとき生じたエタノール91gは還流管の先に設けたコールドトラップに捕集した。GPCで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量2800であった。
この重縮合物の一部をサンプリングし、水酸化ナトリウムで加水分解した。加水分解により得られた乳酸のL−乳酸の光学純度は99.5%であり、重縮合工程において光学純度の低下は見られなかった。
【0082】
▲5▼ラクチド生成工程
▲4▼で得られた反応液(L−乳酸オリゴマー)にオクチル酸スズ1.2gを添加し、圧力5mmHg、液温200℃に保ち、蒸留を行い本留分としてLL−ラクチド142.95g(収率99.3%、純度99.8%)を得た。
【0083】
▲6▼重合工程
▲5▼で得られたラクチド10gとオクチル酸スズ0.25gをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、180℃で20分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が250,000(GPC、ポリスチレン換算)であった。
【0084】
[実施例4]
グルコース500g、酵母エキス100g、ポリペプトン100gを含む培地5Lをオートクレーブで滅菌し、ストレプトコッカス・フェーカリスを植菌した。37℃で培養を行い、6Nのアンモニア水でpH7.0にコントロールした。約15時間で培養を終え、培養液を濃縮し、1000gのエタノールを添加し、温度を90〜100℃に保ちエタノールを3時間還流させた。このとき発生して冷却管で捕集されないアンモニウムを冷却管の先に設けた氷水を入れた洗気瓶にて回収した。アンモニアの回収率は98%であった。得られた反応液を80℃に保ち、未反応のエタノール750gを留去(回収)した。続いて、反応液を120℃に上昇させ反応液中の水分120gを留去した。
【0085】
得られた反応液を50mmHgに減圧し、液温度を70〜100℃に保ち、単蒸留して精製L−乳酸エチル650gを得た。
【0086】
得られた精製L−乳酸エチル650gとオクチル酸スズ3.3gを撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた容積1000mlのフラスコに仕込み、液温を160℃に保ち、窒素気流下圧力を常圧から徐々に減圧し5時間かけて200mmHgにし、L−乳酸エチルの重縮合によって生じたエタノール250gを留出させた。GPCで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量3200であった。
【0087】
得られた反応液を圧力5mmHg、液温200℃に保ち、蒸留を行い本留分としてLL−ラクチド393gを得た。
【0088】
得られたLL−ラクチド10gとオクチル酸スズ0.25gをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、180℃で20分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が200,000(GPC、ポリスチレン換算)であった。
【0089】
[実施例5]
木質由来のキシロース400g、酵母エキス80g、ポリペプトン80gを含む培地4Lをオートクレーブで滅菌し、ロイコノストック属を植菌した。37℃で培養を行い、6Nのアンモニア水でpH7.0にコントロールした。約25時間で培養を終え、培養液を濃縮し、500gのエタノールを添加し、温度を90〜100℃に保ちエタノールを3時間還流させた。このとき発生して冷却管で捕集されないアンモニウムを冷却管の先に設けた氷水を入れた洗気瓶にて回収した。アンモニアの回収率は98%であった。得られた反応液を80℃に保ち、未反応のエタノール250gを留去した。続いて、反応液を120℃に上昇させ反応液中の水分75gを留去した。
【0090】
得られた反応液を50mmHgに減圧し、液温度を70〜100℃に保ち、単蒸留して精製L−乳酸エチル310gと酢酸エチル230gを得た。
【0091】
得られた精製L−乳酸エチル310gとオクチル酸スズ1.5gを撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた容積1000mlのフラスコに仕込み、液温を160℃に保ち、窒素気流下圧力を常圧から徐々に減圧し5時間かけて200mmHgにし、L−乳酸エチルの重縮合によって生じたエタノール120gを留出させた。(120gの新たなエタノールが得られた。)GPCで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量2900であった。
【0092】
得られた反応液を圧力4mmHg、液温210℃に保ち、蒸留を行い本留分としてLL−ラクチド283gを得た。
【0093】
得られたLL−ラクチド10gとオクチル酸スズ0.25gをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、180℃で20分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が190,000(GPC、ポリスチレン換算)であった。
【0094】
[実施例6]
木質由来のキシロース50g、グルコース350g,酵母エキス80g、ポリペプトン80gを含む培地4Lをオートクレーブで滅菌し、ロイコノストック属を植菌した。37℃で培養を行い、6Nのアンモニア水でpH7.0にコントロールした。約30時間で培養を終え、培養液を濃縮し、400gのエタノールを添加し温度を90〜100℃に保ちエタノールを3時間還流させた。このとき発生して冷却管で捕集されないアンモニウムを冷却管の先に設けた氷水を入れた洗気瓶にて回収した。アンモニアの回収率は97%であった。得られた反応液を80℃に保ち、未反応のエタノール426gを留去した。続いて、反応液を120℃に上昇させ反応液中の水分60gを留去した。
【0095】
得られた反応液を50mmHgに減圧し、液温度を70〜100℃に保ち、単蒸留して精製L−乳酸エチル260g、酢酸エチル20g、エタノール426gを得た。
【0096】
得られた精製L−乳酸エチル260gとオクチル酸スズ1.3gを撹拌機、冷却管、温度計、窒素導入管を備えた容積1000mlのフラスコに仕込み、液温を160℃に保ち、窒素気流下圧力を常圧から徐々に減圧し5時間かけて200mmHgにし、L−乳酸エチルの重縮合によって生じたエタノール100gを留出させた。GPCで測定したところ得られた重縮合物は重量平均分子量2500であった。
【0097】
得られた反応液を圧力5mmHg、液温200℃に保ち、蒸留を行い本留分としてLL−ラクチド314gを得た。
【0098】
得られたLL−ラクチド10gとオクチル酸スズ0.25gをねじ口試験管に仕込み、窒素置換した後、密栓し、180℃で20分間重合を行った。得られたポリ乳酸は重量平均分子量が220,000(GPC、ポリスチレン換算)であった。
【0099】
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施することができる。そのため、前述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変更は、すべて本発明の範囲内のものである。
なお、[実施例1]、[実施例2]、[実施例3]、及び[実施例4]は参考例である。
【0100】
【発明の効果】
本発明によれば、乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからラクチドを一貫的に製造する方法、及び乳酸発酵で得られた乳酸アンモニウムからポリ乳酸を一貫的に製造する方法が提供される。
【0101】
本方法では、発酵乳酸からの乳酸アンモニウムをそのままエステル化するので、従来法のように乳酸塩を乳酸のフリー体に変換する操作が不要である。そのため、ラクチド製造やポリ乳酸製造における工程が削減され、より安価にラクチド及びポリ乳酸を製造することができる。
【0102】
また、本方法では中性の乳酸アンモニウムを原料として用いるので、反応容器や各種配管にチタン製やガラス製等の耐酸性のものが必要ではなくなった。従って、乳酸フリー体を原料としていたために耐食性の反応容器や各種配管を必要としていた従来法に比べ、製造設備の投資が少なくて済み経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。
【図2】 六単糖ヘテロ乳酸発酵を行う場合の本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。
【図3】 五単糖ヘテロ乳酸発酵を行う場合の本発明のラクチド製造方法又はポリ乳酸製造方法の工程の概略を示す図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a method for producing lactide using fermented lactic acid as a raw material, a method for producing polylactic acid, a method for producing lactide from ammonium lactate obtained by lactic acid fermentation, and a method for producing polylactic acid.The
[0002]
Lactic acid includes L-lactic acid, D-lactic acid, and a mixture of L-lactic acid and D-lactic acid. Lactide is a cyclic dimer of lactic acid and is particularly useful as a raw material for producing polylactic acid. Polylactic acid is a polymer mainly composed of lactic acid, and includes not only homopolymers but also copolymers with other monomers. Polylactic acid is useful as a biodegradable plastic made from biomass.
[0003]
[Prior art]
Conventionally, polylactic acid has been produced by direct dehydration condensation from lactic acid, dealcoholization condensation from lactic acid ester, or ring-opening polymerization of lactide.
[0004]
As for the production of polylactic acid from lactic acid esters, for example, US Pat. No. 2,534,255 discloses a process for producing hydroxypolyesters from hydroxycarboxylic acid esters in the presence of an esterification catalyst.
[0005]
JP-A-7-173264 discloses a method for producing polylactic acid having a weight average molecular weight of 15,000 or more by condensing lactic acid esters. Synthesis of lactide from the polymer is not described. It takes a lot of time to make polylactic acid having a weight average molecular weight of 15,000 or more.
[0006]
Japanese Patent No. 3024907 discloses polycondensation of lactic acid ester while removing alcohol produced in a batch reactor, and further polycondensation of the resulting oligomer while removing alcohol produced in a screw type extruder. And a method for producing polylactic acid is disclosed. Synthesis of lactide from the polymer is not described.
[0007]
JP-A-10-36366 discloses a method of synthesizing a lactic acid ester from synthetic lactic acid (DL-lactic acid), de-alcoholizing it to synthesize a lactic acid oligomer, and then synthesizing lactide.
[0008]
In JP-A-11-209370, a lactic acid ester is dealcoholized in the presence of a monobutyltin compound to obtain a composition containing polylactic acid or polylactic acid and lactide, and then the composition is added in the presence of a monobutyltin compound. A method for producing lactide by heating at a temperature is disclosed.
[0009]
In addition, it has been known for a long time that ammonium lactate is directly esterified with alcohol (INDUSTRIAL AND ENGINEERING CHEMISTRY VOL. 44, NO.9, 2189-2191, Sept. 1957).
[0010]
In JP-A-6-31886, butanol or pentanol is added to ammonium lactate produced by fermentation, a mineral acid is added in the later stage of the reaction to further advance the reaction, and ammonia is recovered and lactate is recovered. A method is disclosed.
[0011]
Japanese Patent No. 2830896 discloses a method of producing lactic acid from an oligomer having a high degree of polymerization by synthesizing lactic acid oligomer having a high degree of polymerization while oligomerizing lactic acid as a raw material and refluxing the oligomer. ing. There is no disclosure of a method of polycondensation using lactic acid ester while refluxing monomers and oligomers.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, lactic acid oligomers from fermented lactic acid are used as raw materials to synthesize lactic acid oligomers, and lactide is produced by depolymerization of lactic acid oligomers, and lactic acid oligomers from fermented lactic acid are used as raw materials to synthesize lactic acid oligomers. There is no known method for producing lactide by depolymerization of an oligomer and producing polylactic acid from this lactide.
[0013]
In addition, in the synthesis of lactic acid esters from lactic acid fermentation, it is not known that lactic acid and ethanol are produced by hetero type lactic acid fermentation while neutralizing with ammonia, and this lactic acid is esterified. Heterolactic acid bacteria produce lactic acid and ethanol from glucose, and produce lactic acid and acetic acid from xylose.
[0014]
Conventionally, lactic acid is produced by fermenting hexose (glucose) and sucrose (composed of glucose and fructose) with lactic acid, neutralizing with calcium carbonate, concentrating, precipitating calcium lactate, and releasing it with sulfuric acid. The crude lactic acid was further converted into an ester with methanol or ethanol, and after distillation, the ester was hydrolyzed to obtain lactic acid. This method has a problem that a large amount of calcium sulfate is produced as a by-product.
[0015]
Therefore, a method of neutralizing with ammonia water or ammonia during lactic acid fermentation to obtain ammonium lactate, distilling it into a lactate ester with alcohol, recovering ammonia, and hydrolyzing the lactate ester has been developed.
[0016]
Traditionally, there has been no consistent process for producing polylactic acid from biomass. By completing a consistent process, the cost of producing polylactic acid can be reduced. That is, conventionally, since the production of lactic acid and the production of polylactic acid were considered separately, there were many useless processes. Specifically, the useless process is a process of hydrolyzing a lactic acid ester into lactic acid. Moreover, by synthesizing polylactic acid from lactic acid ester, the corrosion resistance of the reactor is relaxed, which can greatly contribute to capital investment. Lactic acid is corrosive, and in particular when it exceeds 140 ° C., a reactor or piping made of titanium, tantalum, or glass lining is required for concentration or synthesis of lactide. However, when lactate is used, it is not necessary to use a corrosion-resistant material for the reactor, and the cost of the equipment can be greatly reduced.
[0017]
In particular, the use of woody biomass is currently a global problem. In Japan, there are problems with waste disposal such as waste paper, building waste, thinned wood, and rice straw. Overseas, there is a trend of using wood as a raw material for fermentation, which is not directly human food.
[0018]
Woody biomass contains cellulose and hemicellulose, and methods for saccharifying this biomass include the sulfuric acid method, the high-pressure hydrothermal method, and the enzymatic method. Saccharides obtained by saccharification are hexose and pentose. The hexose is mainly glucose, and the pentose is mainly xylose.
[0019]
One mole of glucose becomes 2 moles of lactic acid by homo-type lactic acid fermentation, and there is no waste of carbon. In addition, some lactic acid bacteria produce 5 mol of lactic acid from 3 mol of xylose. Also, 1 mol of glucose becomes 1 mol of lactic acid and 1 mol of ethanol by hetero-type lactic acid fermentation (in this case, 1 mol of carbon dioxide gas is generated). That is, glucose is a very suitable raw material for synthesizing lactic acid esters.
[0020]
On the other hand, according to hetero-type lactic acid fermentation, 1 mol of lactic acid and 1 mol of acetic acid are produced from 1 mol of xylose. Therefore, in the present invention, heterolactic fermentation is carried out while neutralizing with ammonia, and the produced alcohol (ethanol) ester of lactic acid and acetic acid is synthesized and taken out from the fermentation broth as acetate ester and lactate ester.
[0021]
When ethyl lactate is produced by reacting ammonium lactate and ethanol, there is a problem that the yield is low and the reaction is slow because the boiling point of ethanol at normal pressure is as low as 78 ° C.
[0022]
When a lactate ester is produced by reacting a hydrophobic alcohol such as butanol with ammonium lactate, the yield is as low as about 50% even if water is removed by a separator.
[0023]
  An object of the present invention is to provide a method for consistently producing lactide from ammonium lactate obtained by lactic acid fermentation and a method for consistently producing polylactic acid from ammonium lactate obtained by lactic acid fermentation.The
[0024]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionIncludes the following inventions.
[1] (1) Culturing a microorganism that conducts heterolactic fermentation in a medium containing hexasaccharides while controlling the pH with ammonia to produce ammonium lactate and ethanol,
  Ammonium lactate and alcohol are reacted to synthesize lactate ester and to recover ammonia,
  (2) The above lactic acid ester is polycondensed in the presence of a catalyst other than monobutyltin to synthesize polylactic acid (lactic acid prepolymer) having a weight average molecular weight of less than 15,000,
  (3) A method for producing lactide, wherein the polylactic acid is depolymerized to produce lactideLaw.
[0025]
[2] (1) Culturing a microorganism that conducts heterolactic fermentation in a medium containing hexasaccharides while controlling the pH with ammonia to produce ammonium lactate and ethanol,
  Ammonium lactate is reacted with an alcohol other than a C 4 or 5 alcohol to synthesize a lactate ester and recover ammonia.
  (2) The lactic acid ester is polycondensed in the presence of a catalyst other than monobutyltin to synthesize polylactic acid (lactic acid prepolymer) having a weight average molecular weight of less than 15,000,
  (3) A method for producing lactide, wherein the polylactic acid is depolymerized to produce lactide.
[0028]
in frontIn step (1), the aqueous ammonium lactate solution obtained by lactic acid fermentation and water and alcohol having 4 or more carbon atoms separated into two layers are reacted in a reactor while refluxing,
  At least a part of the condensed water and alcohol is stored in a separator, at least a part of the lower layer water stored in the separator is discharged, fresh water is added to the separator, and at least a part of the upper layer alcohol is added. Return to the reactor and repeat this series of operations.
  Synthesize lactic acid ester and recover ammoniaMay be.
[0029]
in frontIn the step (1), an aqueous solution of ammonium lactate obtained by lactic acid fermentation and water and an alcohol having 4 or more carbon atoms separated into two layers are reacted in a reactor while being refluxed, and a part or all of the alcohol is successively added. Is distilled, and new alcohol is added to the reactor to synthesize lactate and recover ammonia.May be.
[0030]
[3]  In the step (2), the lactic acid ester is polycondensed to obtain a lactic acid prepolymer, and the resulting alcohol is recovered.[1] or [2]A method for producing lactide according to claim 1.
[0031]
[4] (1) Culturing a microorganism that performs heterolactic fermentation in a medium containing pentose while controlling the pH with ammonia to produce ammonium lactate and ammonium acetate,
  Ammonium lactate and ammonium acetate are reacted with ethanol to synthesize ethyl lactate and ethyl acetate, and ammonia is recovered.
  Ethyl acetate is removed by distillation,
  (2) The polylactic acid (ethyl lactate) is polycondensed in the presence of a catalyst other than monobutyltin to obtain polylactic acid (lactic acid prepolymer) having a weight average molecular weight of less than 15,000, and the resulting ethanol is recovered,
  (3) A method for producing lactide, wherein the polylactic acid is depolymerized to produce lactide.
[0032]
[5] (1) Culturing a microorganism that performs heterolactic fermentation in a medium containing pentose and hexose while controlling the pH with ammonia to produce ammonium lactate, ethanol, and ammonium acetate,
  Ammonium lactate and ammonium acetate are reacted with ethanol to synthesize ethyl lactate and ethyl acetate, and ammonia is recovered.
  Ethyl acetate is removed by distillation,
  (2) The polylactic acid (ethyl lactate) is polycondensed in the presence of a catalyst other than monobutyltin to obtain polylactic acid (lactic acid prepolymer) having a weight average molecular weight of less than 15,000, and the resulting ethanol is recovered,
  (3) A method for producing lactide, wherein the polylactic acid is depolymerized to produce lactide.
[0033]
[6] The process (2) The method for producing lactide according to any one of [1] to [5], wherein polycondensation is performed while refluxing polylactic acid (lactic acid prepolymer) which is a lactic acid ester and / or a polycondensate thereof.
[0034]
[7] Step (2) The method for producing lactide according to any one of the above [1] to [6], wherein in the step of polycondensing the lactic acid ester, the temperature of the reactor is successively increased.
[0038]
[8] The method according to any one of [1] to [7]A method for producing polylactic acid, in which lactide obtained by the lactide production method is subjected to ring-opening polymerization to obtain polylactic acidLaw.
[0039]
  Said process (1) In this case, ammonium lactate obtained by lactic acid fermentation and ethanol may be reacted under pressure.
[0040]
  Said process (1) In the reaction, ammonium lactate obtained by lactic acid fermentation and ethanol are reacted, and after completion of the reaction, ethanol and ethyl lactate are distilled off,
  Add ethanol to the remaining ammonium lactate solution, or add ethanol and ammonium lactate obtained by lactic acid fermentation to the remaining ammonium lactate solution, and react again with ammonium lactate and ethanol. May be repeated to synthesize ethyl lactate and recover ammonia.
[0043]
In the case of producing an ester by reacting ammonium lactate with ethanol, for example, a method in which 5 to 20 times mole of ethanol is added to ammonium lactate and the equilibrium is inclined toward the ester side can be considered.
[0044]
Furthermore, after distilling off ethanol and the produced ethyl lactate, the recovery rate of ethyl lactate can be increased by reacting the unreacted ammonium lactate remaining in the reactor with a new lactic acid fermentation broth and ethanol. it can.
[0045]
In this reaction, since the boiling point of ethanol is as low as 78 ° C., the reaction rate can be increased by increasing the vapor pressure of ethanol by applying pressure to increase the reaction temperature. Also in this case, the desorbed ammonia is taken out from the system through the pressure control valve. As a method of pressurization, a method of increasing by the vapor pressure of ethanol itself or a method of pressurizing with an inert gas such as nitrogen is preferable.
[0046]
In the method of reacting ammonium lactate and butanol while refluxing, when water is saturated in water separated from the reactor after being vaporized from the reactor, the ammonia accumulates in the upper butanol and the reaction slows down. . That is, the lower layer water in the separator is considered to play a role of extracting ammonia present in the upper butanol to the water side and reducing the amount of ammonia present in the butanol returning to the reactor. Therefore, by replacing the lower layer water accumulated in the separator with new water, the ammonia in the upper butanol is extracted into this new water, and the butanol having a reduced ammonia content is returned to the reactor. The reaction proceeds further.
[0047]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of the steps of the lactide production method or polylactic acid production method of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing an outline of the steps of the method for producing lactide or the method for producing polylactic acid according to the present invention in the case of performing hexa-monosaccharide heterolactic fermentation. FIG. 3 is a diagram schematically showing the steps of the lactide production method or polylactic acid production method of the present invention when pentose heterolactic fermentation is performed.
[0048]
(1) Esterification / deammonia process of fermented lactic acid
In the lactide production method or polylactic acid production method of the present invention, fermented lactic acid is used. Lactic acid has optical isomers of L-lactic acid and D-lactic acid, but in the present invention, an ammonium salt or a mixture of either isomer may be used. The ratio of L-lactide / meso-lactide / D-lactide in the obtained lactide is determined according to the L / D ratio of the ammonium salt used, and the L-lactic acid unit / D-lactic acid in the polylactic acid obtained is also determined. Unit ratios are determined. Polylactic acid containing only L-lactic acid units or D-lactic acid units is crystallized to obtain a high melting point.
[0049]
Hexasaccharides such as glucose are converted from 1 mol of glucose to 1 mol of lactic acid and 1 mol of ethanol by heterolactic fermentation, and 1 mol of carbon dioxide gas is generated. Heterolactic fermentation is carried out while neutralizing with ammonia, and the produced ammonium lactate is esterified with alcohol (ethanol) to give lactate ester (ethyl). Ammonia generated during esterification is recovered. Unreacted alcohol (ethanol) is distilled off, and lactic acid ester (ethyl) is purified.
[0050]
Pentasaccharides such as xylose produce 1 mol of lactic acid and 1 mol of acetic acid from 1 mol of xylose by heterolactic fermentation. Heterolactic fermentation is carried out while neutralizing with ammonia to produce ammonium lactate and ammonium acetate. Ammonium lactate and ammonium acetate are esterified with ethanol to give ethyl lactate and ethyl acetate. Ammonia generated during esterification is recovered. Unreacted ethanol is distilled off, and ethyl lactate is purified by distillation, and ethyl acetate is removed and recovered. Ethyl acetate is useful as a solvent.
[0051]
Woody biomass contains cellulose and hemicellulose, and hexasaccharide and pentose can be obtained by saccharification. As described above, normally, saccharified wood is mixed with hexose such as glucose and pentose such as xylose. This may be purified by chromatographic separation or the like, and heterolactic fermentation may be performed as described above using hexose or pentose as a starting material. Alternatively, it is even better if it can be used as it is as a mixture of hexose and pentose.
[0052]
Therefore, heterolactic fermentation may be performed on a mixture containing hexa- and pentoses. Heterolactic fermentation is carried out while neutralizing with ammonia, ammonium lactate and ethanol are produced from hexose, and ammonium lactate and ammonium acetate are produced from pentose. Ammonium lactate and ammonium acetate are esterified with ethanol (additionally if ethanol obtained by fermentation is not enough) to obtain ethyl lactate and ethyl acetate. Ammonia generated during esterification is recovered. Unreacted ethanol is distilled off, and ethyl lactate is purified by distillation, and ethyl acetate is removed and recovered.
[0053]
In any of the above cases, when esterifying ammonium lactate, it is preferable to add 1 to 3 moles of alcohol to ammonium lactate. In particular, in the case of esterification using ethanol, it is also preferable to raise the reaction temperature by applying pressure. The reaction rate can be increased by increasing the reaction temperature. Furthermore, you may add strong acid, such as 0.1-3 times mole water and a catalytic amount of sulfuric acid with respect to ammonium lactate.
[0054]
Examples of microorganisms performing homo-type lactic acid fermentation include a part of Lactobacillus, Streptococcus, Rhizopus, Bacillus and the like. Examples of microorganisms that perform hetero-type lactic acid fermentation include a part of the genus Leuconostoc and Lactobacillus. L-lactic acid, D-lactic acid, and racemic DL-lactic acid can be obtained depending on the microorganism strain to be used. Therefore, the strain may be selected according to the intended use of polylactic acid.
[0055]
In this method, a lactic acid fermentation broth neutralized with aqueous ammonia may be used as a raw material as it is, or pretreated by a conventionally known method such as microorganism removal by centrifugation, activated carbon treatment, solvent extraction, electrodialysis, membrane filtration, etc. May be performed.
[0056]
(2) Polycondensation / dealcoholation process of lactic acid ester
The obtained lactic acid ester is heated to 130 to 220 ° C. and subjected to polycondensation under a reduced pressure of from normal pressure to about 5 mmHg, and a lactic acid oligomer having a weight average molecular weight of less than 15,000, preferably a weight average molecular weight of about 1000 to 3500. (Lactic acid prepolymer). The monomer and the lactic acid oligomer produced by the polycondensation are refluxed, and the alcohol (ethanol) is removed and recovered from the reaction system.
[0057]
In polycondensation, it is also preferable to gradually raise the temperature in stages. For example, the first stage is preferably 135 ± 3 ° C., the second stage is 150 ± 3 ° C., and the third stage is 160 ± 3 ° C. (Example 2). The polycondensation step may be further performed in multiple stages, or the temperature may be gradually gradually increased. For example, the first stage 135 ± 3 ° C., the second stage 150 ± 3 ° C., the third stage 160 ± 3 ° C., the fourth stage 180 ± 3 ° C., and the fifth stage 200 ± 3 ° C. Preferred (Example 3). It is also preferable to increase the reaction temperature by applying pressure. Further, a polymerization catalyst may be added. Under such conditions, a lactic acid oligomer having a weight average molecular weight of about 1000 to 3500 is obtained, the difference in boiling point from lactide is increased, and separation is facilitated.
[0058]
(3) Depolymerization and intramolecular esterification process of lactic acid oligomer
The obtained lactic acid oligomer is depolymerized and intramolecular esterified (cyclic dimerization) to produce lactide. Depolymerization is generated by heating the lactic acid oligomer to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the lactic acid oligomer to be treated in the presence of a depolymerization catalyst other than monobutyltin, and reducing the pressure to a pressure equal to or lower than the vapor pressure of lactide at the above temperature. By distilling off the lactide. Usually, it is preferable to set it as 190-200 degreeC under the reduced pressure of 5-50 mmHg. By using a high vacuum apparatus, the yield of lactide is improved.
[0059]
As the polymerization catalyst or depolymerization catalyst, a catalyst comprising at least one metal or metal compound selected from the group consisting of groups IA, IIA, IIB, IVA, IVB, VA, and VIIA is used. be able to.
[0060]
Examples of those belonging to Group IA include alkali metal hydroxides (for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide), alkali metal and weak acid salts (for example, sodium lactate, sodium acetate, sodium carbonate). Sodium octylate, sodium stearate, potassium lactate, potassium acetate, potassium carbonate, potassium octylate, etc.), alkali metal alkoxides (eg sodium methoxide, potassium methoxide, sodium ethoxide, potassium ethoxide, etc.) Can be mentioned.
[0061]
Examples of those belonging to Group IIA include calcium salts of organic acids (for example, calcium acetate).
[0062]
Examples of those belonging to Group IIB include zinc salts of organic acids (for example, zinc acetate).
[0063]
Examples of those belonging to the group IVA include organotin-based catalysts other than monobutyltin (for example, tin lactate, tin tartrate, tin dicaprylate, tin dilaurate, tin dipalmitate, tin distearate, tin dioleate, α -Tin naphthoate, tin β-naphthoate, tin octylate, etc.), and powdered tin.
[0064]
Examples of those belonging to Group IVB include titanium compounds such as tetrapropyl titanate and zirconium compounds such as zirconium isopropoxide.
[0065]
Examples of those belonging to Group VA include antimony compounds such as antimony trioxide.
[0066]
Examples of those belonging to the VIIA group include manganese salts of organic acids (such as manganese acetate).
[0067]
All of these are conventionally known polylactic acid polymerization catalysts, and among these, a catalyst comprising tin or a tin compound is particularly preferred from the viewpoint of activity.
[0068]
In the present invention, the catalyst is 10 of the lactic acid oligomer to be treated.-FourIt is preferably used in an amount of -1.0% by weight. A more preferred amount is 0.001 to 0.01% by weight.
[0069]
(4) Ring opening polymerization process of lactide
The obtained lactide can be subjected to ring-opening polymerization by a known method to produce polylactic acid or a polylactic acid copolymer. For example, lactide is polymerized at 160 to 180 ° C. in the presence of a tin octylate catalyst. A high molecular weight polylactic acid having a weight average molecular weight of about 100,000 to 1,000,000 (GPC, converted to polystyrene) is obtained.
[0070]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples.
[Example 1]
(1) Esterification / deammonia process
A flask with a volume of 1000 ml equipped with a stirrer, a condenser, and a thermometer was charged with 472 g of an aqueous L-ammonium lactate solution (68%) and 500 g of ethanol, and the temperature of the reaction solution was kept at 90 to 100 ° C. Reflux for 3 hours and esterify. Ammonium generated at this time and not collected by the cooling pipe was collected in a washing bottle containing ice water provided at the tip of the cooling pipe. The recovery rate of ammonia was 98%.
[0071]
(2) Unreacted ethanol removal process
The temperature of the reaction solution obtained in (1) was kept at 80 ° C., and 360 g of unreacted ethanol was distilled off (collected). Subsequently, the reaction liquid temperature was raised to 120 ° C., and 150 g of water in the reaction liquid was distilled off.
[0072]
(3) Ethyl lactate purification process
The reaction solution obtained in (2) was decompressed to 50 mmHg, kept at a liquid temperature of 70 to 100 ° C., and simply distilled to obtain 351 g of purified L-ethyl lactate (yield 99.2%).
[0073]
(4) Ethyl lactate polycondensation process
Charge 236 g of purified L-ethyl lactate obtained in (3) and 1.18 g of tin octylate into a 500 ml flask equipped with a stirrer, cooling tube, thermometer and nitrogen introduction tube, keeping the liquid temperature at 160 ° C. The pressure under a nitrogen stream was gradually reduced from normal pressure to 200 mmHg over 5 hours, and 91 g of ethanol produced by polycondensation of L-ethyl lactate was distilled off. The polycondensate obtained by GPC had a weight average molecular weight of 3000.
[0074]
(5) Lactide production process
The reaction liquid obtained in (4) was maintained at a pressure of 5 mmHg and a liquid temperature of 200 ° C., and distilled to obtain 142.95 g of LL-lactide as the main fraction (yield 99.3%, purity 99.8%). .
[0075]
(6) Polymerization process
10 g of lactide obtained in (5) and 0.25 g of tin octylate were charged into a screw test tube, purged with nitrogen, sealed, and polymerized at 180 ° C. for 20 minutes. The obtained polylactic acid had a weight average molecular weight of 250,000 (GPC, polystyrene conversion).
[0076]
[Example 2]
(1) The esterification / deammonification step, (2) the unreacted ethanol removal step, and (3) the ethyl lactate purification step were carried out in the same manner as in Example 1.
[0077]
(4) Ethyl lactate polycondensation process
236 g of the purified L-ethyl lactate obtained in (3) was charged into a 500 ml flask equipped with a stirrer, a reflux tube and a thermometer, and the liquid temperature was raised stepwise from 135 ° C to 160 ° C. The pressure was gradually reduced from the pressure to 5 mmHg over 3 hours. During this period, the L-lactic acid oligomer produced by the polycondensation of L-ethyl lactate and L-ethyl lactate is refluxed into the flask, and the cooling water temperature of the reflux pipe is set to 10 in steps to take out the generated ethanol out of the system. The temperature was raised from 0 ° C to 60 ° C. 91 g of ethanol generated at this time was collected in a cold trap provided at the tip of the reflux tube. The polycondensate obtained by GPC had a weight average molecular weight of 2800.
[0078]
(5) Lactide production process
To the reaction solution (L-lactic acid oligomer) obtained in (4), 1.2 g of tin octylate was added, maintained at a pressure of 5 mmHg and a liquid temperature of 200 ° C., distilled, and 142.95 g of LL-lactide as the main fraction ( Yield 99.3%, purity 99.8%).
[0079]
(6) Polymerization process
10 g of lactide obtained in (5) and 0.25 g of tin octylate were charged into a screw test tube, purged with nitrogen, sealed, and polymerized at 180 ° C. for 20 minutes. The obtained polylactic acid had a weight average molecular weight of 250,000 (GPC, polystyrene conversion).
[0080]
[Example 3]
(1) The esterification / deammonification step, (2) the unreacted ethanol removal step, and (3) the ethyl lactate purification step were carried out in the same manner as in Example 1.
[0081]
(4) Ethyl lactate polycondensation process
236 g of the purified L-ethyl lactate (optical purity 99.7%) obtained in (3) was charged into a 500 ml flask equipped with a stirrer, a reflux tube and a thermometer, and the liquid temperature was changed from 135 ° C. to 220 ° C. at normal pressure. The L-lactic acid oligomer produced by the polycondensation of L-ethyl lactate and L-ethyl lactate was refluxed into the flask during this period, and a reflux tube was used to take out the generated ethanol out of the system. The cooling water temperature was set to 85 ° C.
Next, the pressure was gradually reduced from normal pressure to 5 mmHg over 3 hours. During this period, the L-lactic acid oligomer produced by the polycondensation of L-ethyl lactate is refluxed into the flask, and the temperature of the cooling water in the reflux tube is gradually increased from 10 ° C. to 60 ° C. in order to take out the generated ethanol out of the system. Raised. 91 g of ethanol generated at this time was collected in a cold trap provided at the tip of the reflux tube. The polycondensate obtained by GPC had a weight average molecular weight of 2800.
A part of this polycondensate was sampled and hydrolyzed with sodium hydroxide. The optical purity of L-lactic acid of lactic acid obtained by hydrolysis was 99.5%, and no decrease in optical purity was observed in the polycondensation step.
[0082]
(5) Lactide production process
To the reaction solution (L-lactic acid oligomer) obtained in (4), 1.2 g of tin octylate was added, maintained at a pressure of 5 mmHg and a liquid temperature of 200 ° C., distilled, and 142.95 g of LL-lactide as the main fraction ( Yield 99.3%, purity 99.8%).
[0083]
(6) Polymerization process
10 g of lactide obtained in (5) and 0.25 g of tin octylate were charged into a screw test tube, purged with nitrogen, sealed, and polymerized at 180 ° C. for 20 minutes. The obtained polylactic acid had a weight average molecular weight of 250,000 (GPC, polystyrene conversion).
[0084]
[Example 4]
5 L of a medium containing 500 g of glucose, 100 g of yeast extract and 100 g of polypeptone was sterilized by an autoclave, and Streptococcus faecalis was inoculated. The culture was performed at 37 ° C., and the pH was controlled to 7.0 with 6N ammonia water. The culture was completed in about 15 hours, the culture solution was concentrated, 1000 g of ethanol was added, and the temperature was maintained at 90 to 100 ° C. to reflux ethanol for 3 hours. Ammonium generated at this time and not collected by the cooling pipe was collected in a washing bottle containing ice water provided at the tip of the cooling pipe. The recovery rate of ammonia was 98%. The obtained reaction liquid was kept at 80 ° C., and 750 g of unreacted ethanol was distilled off (collected). Subsequently, the reaction solution was raised to 120 ° C., and 120 g of water in the reaction solution was distilled off.
[0085]
The obtained reaction liquid was decompressed to 50 mmHg, the liquid temperature was kept at 70 to 100 ° C., and simple distillation was performed to obtain 650 g of purified L-ethyl lactate.
[0086]
650 g of the obtained purified L-ethyl lactate and 3.3 g of tin octylate were charged into a 1000 ml flask equipped with a stirrer, a cooling tube, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, and the liquid temperature was kept at 160 ° C. The pressure was gradually reduced from normal pressure to 200 mmHg over 5 hours, and 250 g of ethanol produced by polycondensation of L-ethyl lactate was distilled off. The polycondensate obtained by GPC had a weight average molecular weight of 3200.
[0087]
The obtained reaction liquid was maintained at a pressure of 5 mmHg and a liquid temperature of 200 ° C., and distilled to obtain 393 g of LL-lactide as a main fraction.
[0088]
10 g of the obtained LL-lactide and 0.25 g of tin octylate were charged into a screw test tube, purged with nitrogen, sealed, and polymerized at 180 ° C. for 20 minutes. The obtained polylactic acid had a weight average molecular weight of 200,000 (GPC, polystyrene conversion).
[0089]
[Example 5]
4 L of a medium containing 400 g of xylose derived from wood, 80 g of yeast extract, and 80 g of polypeptone was sterilized by an autoclave, and the genus Leuconostoc was inoculated. The culture was performed at 37 ° C., and the pH was controlled to 7.0 with 6N ammonia water. The culture was completed in about 25 hours, the culture solution was concentrated, 500 g of ethanol was added, and the temperature was maintained at 90 to 100 ° C. to reflux ethanol for 3 hours. Ammonium generated at this time and not collected by the cooling pipe was collected in a washing bottle containing ice water provided at the tip of the cooling pipe. The recovery rate of ammonia was 98%. The obtained reaction liquid was kept at 80 ° C., and 250 g of unreacted ethanol was distilled off. Subsequently, the reaction solution was raised to 120 ° C., and 75 g of water in the reaction solution was distilled off.
[0090]
The obtained reaction liquid was depressurized to 50 mmHg, kept at a liquid temperature of 70 to 100 ° C., and simply distilled to obtain 310 g of purified L-ethyl lactate and 230 g of ethyl acetate.
[0091]
The obtained purified L-ethyl lactate 310 g and tin octylate 1.5 g were charged into a 1000 ml flask equipped with a stirrer, a condenser, a thermometer, and a nitrogen inlet, and the liquid temperature was kept at 160 ° C. under a nitrogen stream. The pressure was gradually reduced from normal pressure to 200 mmHg over 5 hours, and 120 g of ethanol produced by polycondensation of L-ethyl lactate was distilled off. (120 g of new ethanol was obtained.) When measured by GPC, the polycondensate obtained had a weight average molecular weight of 2900.
[0092]
The obtained reaction liquid was distilled at a pressure of 4 mmHg and a liquid temperature of 210 ° C. to obtain 283 g of LL-lactide as a main fraction.
[0093]
10 g of the obtained LL-lactide and 0.25 g of tin octylate were charged into a screw test tube, purged with nitrogen, sealed, and polymerized at 180 ° C. for 20 minutes. The obtained polylactic acid had a weight average molecular weight of 190,000 (GPC, polystyrene conversion).
[0094]
[Example 6]
4 L of a medium containing 50 g of xylose derived from wood, 350 g of glucose, 80 g of yeast extract and 80 g of polypeptone was sterilized by an autoclave, and the genus Leuconostoc was inoculated. The culture was performed at 37 ° C., and the pH was controlled to 7.0 with 6N ammonia water. The culture was completed in about 30 hours, the culture solution was concentrated, 400 g of ethanol was added, the temperature was maintained at 90 to 100 ° C., and ethanol was refluxed for 3 hours. Ammonium generated at this time and not collected by the cooling pipe was collected in a washing bottle containing ice water provided at the tip of the cooling pipe. The recovery rate of ammonia was 97%. The obtained reaction liquid was kept at 80 ° C., and 426 g of unreacted ethanol was distilled off. Subsequently, the reaction solution was raised to 120 ° C., and 60 g of water in the reaction solution was distilled off.
[0095]
The obtained reaction liquid was decompressed to 50 mmHg, kept at a liquid temperature of 70 to 100 ° C., and simply distilled to obtain 260 g of purified L-ethyl lactate, 20 g of ethyl acetate, and 426 g of ethanol.
[0096]
260 g of the obtained purified L-ethyl lactate and 1.3 g of tin octylate were charged into a 1000 ml flask equipped with a stirrer, a condenser, a thermometer, and a nitrogen inlet, and the liquid temperature was kept at 160 ° C. under a nitrogen stream. The pressure was gradually reduced from normal pressure to 200 mmHg over 5 hours, and 100 g of ethanol produced by polycondensation of L-ethyl lactate was distilled off. The polycondensate obtained by GPC had a weight average molecular weight of 2500.
[0097]
The obtained reaction liquid was kept at a pressure of 5 mmHg and a liquid temperature of 200 ° C., and distilled to obtain 314 g of LL-lactide as a main fraction.
[0098]
10 g of the obtained LL-lactide and 0.25 g of tin octylate were charged into a screw test tube, purged with nitrogen, sealed, and polymerized at 180 ° C. for 20 minutes. The obtained polylactic acid had a weight average molecular weight of 220,000 (GPC, polystyrene conversion).
[0099]
  The present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. Further, all modifications belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
  [Example 1], [Example 2], [Example 3], and [Example 4] are reference examples.
[0100]
【The invention's effect】
  According to the present invention, a method for consistently producing lactide from ammonium lactate obtained by lactic acid fermentation and a method for consistently producing polylactic acid from ammonium lactate obtained by lactic acid fermentation are provided.The
[0101]
In this method, since ammonium lactate from fermented lactic acid is esterified as it is, an operation for converting lactate into a free form of lactic acid as in the conventional method is unnecessary. Therefore, the steps in lactide production and polylactic acid production are reduced, and lactide and polylactic acid can be produced at a lower cost.
[0102]
Further, since neutral ammonium lactate is used as a raw material in this method, acid-resistant ones such as titanium and glass are no longer required for the reaction vessel and various pipes. Therefore, since the lactic acid-free body is used as a raw material, investment in manufacturing equipment is small and economical compared to the conventional method which requires a corrosion-resistant reaction vessel and various pipes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of the steps of a lactide production method or a polylactic acid production method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the steps of the method for producing lactide or the method for producing polylactic acid according to the present invention in the case of performing a hexasaccharide heterolactic fermentation.
FIG. 3 is a diagram showing an outline of the steps of the lactide production method or polylactic acid production method of the present invention when pentose heterolactic fermentation is performed.

Claims (8)

(1) 六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでpHをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及びエタノールを生成させ、
乳酸アンモニウムとアルコールとを反応させ、乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収し、
(2) 前記乳酸エステルをモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量15,000未満のポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を合成し、
(3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。
(1) A microorganism that performs heterolactic fermentation in a medium containing hexamonosaccharide is cultured while controlling the pH with ammonia to produce ammonium lactate and ethanol,
Ammonium lactate and alcohol are reacted to synthesize lactate ester and to recover ammonia,
(2) The above lactic acid ester is polycondensed in the presence of a catalyst other than monobutyltin to synthesize polylactic acid (lactic acid prepolymer) having a weight average molecular weight of less than 15,000,
(3) A method for producing lactide, wherein the polylactic acid is depolymerized to produce lactide.
(1) (1) 六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでpHをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及びエタノールを生成させ、Culturing a microorganism that conducts heterolactic fermentation in a medium containing hexasaccharides while controlling the pH with ammonia to produce ammonium lactate and ethanol,
乳酸アンモニウムと炭素数4又は5のアルコール以外のアルコールとを反応させ、乳酸エステルを合成すると共に、アンモニアを回収し、Ammonium lactate is reacted with an alcohol other than a C 4 or 5 alcohol to synthesize a lactate ester and recover ammonia.
(2) (2) 前記乳酸エステルをモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量15,000未満のポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を合成し、The lactic acid ester is polycondensed in the presence of a catalyst other than monobutyltin to synthesize polylactic acid (lactic acid prepolymer) having a weight average molecular weight of less than 15,000,
(3) (3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。A method for producing lactide, wherein the polylactic acid is depolymerized to produce lactide.
前記工程(2) において、乳酸エステルを重縮合して乳酸プレポリマーを得ると共に、生じるアルコールを回収する、請求項1又は2に記載のラクチドの製造方法。The method for producing lactide according to claim 1 or 2 , wherein, in the step (2), a lactic acid ester is polycondensed to obtain a lactic acid prepolymer, and the resulting alcohol is recovered. (1) (1) 五単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでpHをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムを生成させ、Culturing a microorganism that performs heterolactic fermentation in a medium containing pentose while controlling the pH with ammonia to produce ammonium lactate and ammonium acetate,
乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、乳酸エチル及び酢酸エチルを合成すると共に、アンモニアを回収し、さらに、Ammonium lactate and ammonium acetate are reacted with ethanol to synthesize ethyl lactate and ethyl acetate, and ammonia is recovered.
酢酸エチルを蒸留により除去し、Ethyl acetate is removed by distillation,
(2) (2) 前記乳酸エステル(乳酸エチル)をモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量15,000未満のポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を得ると共に、生じるエタノールを回収し、The polylactic acid (ethyl lactate) is polycondensed in the presence of a catalyst other than monobutyltin to obtain polylactic acid (lactic acid prepolymer) having a weight average molecular weight of less than 15,000, and the resulting ethanol is recovered,
(3) (3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。A method for producing lactide, wherein the polylactic acid is depolymerized to produce lactide.
(1) (1) 五単糖及び六単糖を含む培地でヘテロ乳酸発酵を行う微生物をアンモニアでpHをコントロールしながら培養し、乳酸アンモニウム、エタノール及び酢酸アンモニウムを生成させ、Culturing a microorganism that performs heterolactic fermentation in a medium containing pentose and hexose while controlling the pH with ammonia to produce ammonium lactate, ethanol, and ammonium acetate,
乳酸アンモニウム及び酢酸アンモニウムとエタノールとを反応させ、乳酸エチル及び酢酸エチルを合成すると共に、アンモニアを回収し、さらに、Ammonium lactate and ammonium acetate are reacted with ethanol to synthesize ethyl lactate and ethyl acetate, and ammonia is recovered.
酢酸エチルを蒸留により除去し、Ethyl acetate is removed by distillation,
(2) (2) 前記乳酸エステル(乳酸エチル)をモノブチル錫以外の触媒の存在下重縮合し、重量平均分子量15,000未満のポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を得ると共に、生じるエタノールを回収し、The polylactic acid (ethyl lactate) is polycondensed in the presence of a catalyst other than monobutyltin to obtain polylactic acid (lactic acid prepolymer) having a weight average molecular weight of less than 15,000, and the resulting ethanol is recovered,
(3) (3) 前記ポリ乳酸を解重合してラクチドを生成させる、ラクチドの製造方法。A method for producing lactide, wherein the polylactic acid is depolymerized to produce lactide.
前記工程(2) において、乳酸エステル及び/又はその重縮合物であるポリ乳酸(乳酸プレポリマー)を還流させながら重縮合を行う、請求項1〜5のうちのいずれか1項に記載のラクチドの製造方法。The lactide according to any one of claims 1 to 5 , wherein in the step (2), polycondensation is carried out while refluxing a lactic acid ester and / or polylactic acid (lactic acid prepolymer) which is a polycondensate thereof. Manufacturing method. 前記工程(2) において、乳酸エステルを重縮合する工程において、反応器の温度を逐次上昇させる、請求項1〜6のうちのいずれか1項に記載のラクチドの製造方法。The method for producing lactide according to any one of claims 1 to 6 , wherein in the step (2), in the step of polycondensing the lactic acid ester, the temperature of the reactor is sequentially increased. 請求項1〜7のうちのいずれか1項に記載のラクチドの製造方法で得られたラクチドを開環重合させてポリ乳酸を得る、ポリ乳酸の製造方法。The manufacturing method of polylactic acid which ring-opening-polymerizes the lactide obtained by the manufacturing method of the lactide of any one of Claims 1-7 , and obtains polylactic acid.
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JP5149619B2 (en) * 2005-05-25 2013-02-20 サントリーホールディングス株式会社 Processing method of green coffee beans by pH control
JP4929639B2 (en) 2005-07-27 2012-05-09 トヨタ自動車株式会社 Method for producing lactate ester
KR101322196B1 (en) 2006-03-29 2013-10-28 바이오-에너지가부시키가이샤 Method for separation of lactic acid component from lactic acid fermentation liquor, and separation apparatus
KR101012483B1 (en) * 2008-07-08 2011-02-09 김용환 Method for Synthesis of Chirally Pure Lactide and Separation of Chirally Pure Lactic Acid or Alkyl Lactate through Enzymatic Transformation
CN101665566B (en) 2008-09-01 2012-01-04 南京工业大学 Method for preparing polylactic acid and products thereof by utilizing double-screw extruder
CN101665565B (en) 2008-09-01 2012-01-04 南京工业大学 Method for preparing polylactic acid through catalysis of carbine derivatives
CN101665567B (en) 2008-09-01 2011-11-23 南京工业大学 Method for controlled ring-opening polymerization for ring compound by catalysis of carbine derivatives
SG2013095930A (en) 2008-12-26 2015-07-30 Toray Industries Method for producing lactic acid and method for producing polylactic acid
BRPI1004962A2 (en) * 2010-08-20 2012-05-29 Companhia Refinadora Da Amazonia poly (lactic acid) production process and reactors for use in said process
KR101198866B1 (en) * 2010-12-02 2012-11-07 한국화학연구원 Recovery method of highly pure lactic acid and alkyl lactate
US20120245321A1 (en) 2011-03-25 2012-09-27 Hyundai Motor Company Manufacturing lactide from lactic acid
KR101327892B1 (en) * 2011-04-27 2013-11-11 한국화학연구원 Method for preparing lactide from alkyl lactate
KR101459819B1 (en) 2012-04-04 2014-11-07 현대자동차주식회사 A method for lactide synthesis from lactic acid salt
EP3056490A1 (en) * 2015-02-13 2016-08-17 PURAC Biochem BV Method for manufacturing lactide
CN117126383A (en) * 2022-05-18 2023-11-28 中国石油大学(华东) Method for preparing high molecular weight polylactic acid

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