JP4080126B2 - Method for producing polylactic acid - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乳酸モノマーを直接脱水重縮合反応によって高分子量のポリ乳酸を製造する装置及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
生分解プラスチックとして広く用いられるポリ乳酸は、乳酸を原料として加水分解及び熱分解で容易にオリゴマーになる性質を有し、且つ透明性と剛性に富み、他の生分解性物質と共重合して、フィルム、繊維、一般成形品等に適している。
上述したポリ乳酸を直接脱水重縮合反応によって製造するために特開平10−130376号公報に開示された従来の代表的な装置の要部は、図3に示したように構成されていた。
【0003】
即ち、従来のポリ乳酸の直接脱水重縮合反応製造装置1の要部は、重縮合反応部2と、攪拌機付還流部7を具備して成り、前記重縮合反応部2は、外周面が加熱用ジャケット(図示せず)で覆われた重縮合反応槽3の内部に、後述する一方のスクリュ10の回転軸の延伸部にリボン状の攪拌翼を巻回して成る攪拌機4を旋回自在に装着すると共に、該重縮合反応槽3の逆円錐状底面部から外部にポリ乳酸を排出させる開閉弁5とギアポンプ6を有する排出流路を配設して成っていた。なお、導入口3aから前記加熱用ジャケット内に供給された加熱媒体が放出口3bから放出される。
【0004】
一方、前記攪拌機付還流部7は、中空状内部に各フライトを絡み合うように二本のスクリュ10,11を軸着した晶析還流シリンダ9の下方開口部を前記重縮合反応槽3の上方蓋中心部に気密に貫入させると共に、該晶析還流シリンダ9の上方端部に連結部を介してスクリュ駆動モータ8を配設して成っていた。
なお、前記晶析還流シリンダ9の外周面は冷却用ジャケット(図示せず)で覆われ、導入口9aから該冷却用ジャケット内に供給された冷却媒体が放出口9bから放出される。
【0005】
更に、前記晶析還流シリンダ9の上方側面に吸引口12が配設され、該吸引口12はノックアウトドラム13、冷却トラップ15及び真空ポンプ17に順次気密に接続されていた。前記ノックアウトドラム13及び前記冷却トラップ15の底部に各開閉弁14,16が夫々配設されていた。
【0006】
以上のように要部が構成された従来のポリ乳酸の直接脱水重縮合反応製造装置1は、前記真空ポンプ17を起動して前記冷却トラップ15、前記ノックアウトドラム13、前記晶析還流シリンダ9及び前記重縮合反応槽3の系内を減圧して、乳酸モノマー、溶媒、触媒等を前記重縮合反応槽3内に投入し、前記加熱用ジャケットの導入口3aから前記加熱媒体を循環供給することによって、前記重縮合反応槽3の内部温度を所定の温度に維持しながら、前記攪拌機4により反応溶液を攪拌し、前記乳酸モノマーを直接脱水重縮合反応させることによって、所望するポリ乳酸を生成させる一方、副生されたラクチド、乳酸低分子化合物、副生水等を含む各蒸気を前記晶析還流シリンダ9の中空状内部に吸引させていた。
【0007】
前記冷却用ジャケットの導入口9aから前記冷却媒体を循環供給することによって、前記晶析還流シリンダ9の内部温度を前記ラクチド及び一部の前記乳酸低分子化合物が晶析する温度に維持しながら、前記二本のスクリュ10,11を所望する方向に回転させて、晶析した前記ラクチド及び一部の前記乳酸低分子化合物と液化した残りの前記乳酸低分子化合物が前記重縮合反応槽3内に強制的に還流させることによって、前記乳酸モノマーを直接脱水重縮合反応速度を高めると共に重縮合反応を高分子側に移行させて、高分子量のポリ乳酸を効率良く製造することを可能にするものであった。なお、前記副生水の蒸気は、前記ノックアウトドラム13を経て前記冷却トラップ15で液化された後、系外に排出されていた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来のポリ乳酸の直接脱水重縮合反応製造装置及び方法は、反応溶液に対する溶媒の使用が避けられず、その残留分によってポリ乳酸の分離精製や循環コストの大幅な低減が困難であった。一方、前記溶媒を含まないでヒドロキシカルボン酸を直接脱水重縮合反応させてポリヒドロキシカルボン酸を生成させると、前記ヒドロキシカルボン酸中に大量に含まれる水によって重縮合触媒、例えば、オクチル酸スズが加水分解して重縮合反応速度が著しく低下してしまった。
【0009】
更に、従来のポリ乳酸の直接脱水重縮合反応製造装置及び方法は、重縮合反応が進行して樹脂の溶融粘度が増加すると、重縮合反応速度が低下して通常の加工に耐える機械強度を有する樹脂ペレットが得難く、その対策として重縮合反応時間を長くすると、樹脂ペレットのラセミ化が進行してその融点が低下し易い欠点があった。
樹脂ペレットの融点の低下を防ぐためには、反応溶液の気液接触面や表面更新性を良くして脱水重縮合反応を促進させることが望まれるが、従来の単なるリボン状攪拌翼を有する攪拌機では、前記気液接触面や表面更新性を良くし、且つ攪拌翼によるポリマー鎖の物理的な切断を抑制して高分子量のポリ乳酸を効率良く製造することが困難であった。
【0010】
本発明は、前述した従来技術の問題点を解消し、無溶媒直接脱水重縮合反応を比較的簡略化された構造で効率良く、且つ高分子量のポリ乳酸を生成する装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のかかる目的は、重縮合反応部に乳酸モノマーを主成分とする反応溶液を投入して減圧下で無溶媒直接脱水重縮合反応によりポリ乳酸を生成する一方、前記無溶媒直接脱水重縮合反応により副生されたラクチド、乳酸低分子化合物、副生水等を含む各蒸気をラクチド還流部に吸引し、液化したラクチド及び乳酸低分子化合物を前記重縮合反応部に還流させ、前記副生水を大気圧系に排出させるポリ乳酸の製造装置において;前記重縮合反応部が、外周面を温度調節用ジャケットで覆い、逆円錐状に形成された内部底面を有する重縮合反応槽と、前記重縮合反応槽の逆円錐状の内部底面から直胴内面に沿って複式螺旋状に旋回可能なリボン翼を有する逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機とを具備して成り;前記ラクチド還流部が、外周面を温度調節用ジャケットで覆い、中空状内部の下方を前記重縮合反応槽の内部に気密に連通する一方、中空状内部の上方を減圧源に気密に連通する還流シリンダを具備して成ることを特徴とするポリ乳酸の製造装置によって達成される。
【0012】
更に、本発明のかかる目的は、重縮合反応部における重縮合反応槽内に、主成分として乳酸モノマーと副成分としてコーンスターチと触媒としてモノブチルスズオキサイドとを含有する反応溶液を投入し、9kPa〜0.01kPaの減圧下で反応温度を160 ℃〜220 ℃の範囲に維持して前記反応溶液を、逆円錐状の内部底面から直胴内面に沿って複式螺旋状に旋回可能なリボン翼を有する逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機で攪拌しながら無溶媒直接脱水重縮合反応によりポリ乳酸を生成する一方、前記無溶媒直接脱水重縮合反応により副生されたラクチド、乳酸低分子化合物、副生水等を含む各蒸気を、ラクチド還流部において9kPa〜0.01kPaの減圧下にある還流シリンダ内に吸引し、30℃〜80℃の範囲で冷却されて液化したラクチド及び乳酸低分子化合物を前記重縮合反応槽内に還流させると共に、前記副生水を大気圧系に排出させることを特徴とするポリ乳酸の製造方法によって達成される。
【0013】
更に、本発明のかかる目的は、前記重縮合反応槽内における前記反応溶液の反応時間を16〜30時間の範囲内に設定することを特徴とするポリ乳酸の製造方法によって達成される。
【0014】
【作用】
本発明のポリ乳酸の製造装置は、前記重縮合反応部における前記重縮合反応槽が逆円錐状の内部底面から直胴内面に沿って複式螺旋状に旋回可能なリボン翼を有する前記逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機を具備して成るので、前記逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機が乳酸モノマーを主成分とする前記反応溶液を広い気液接触面と高い表面更新性でポリマー鎖の物理的な切断を招くことなく攪拌し、無溶媒直接脱水重縮合反応により高分子量のポリ乳酸を効率良く製造する。
【0015】
更に、本発明のポリ乳酸の製造方法は、前記重縮合反応槽内に、主成分として乳酸モノマーと副成分としてコーンスターチと触媒としてモノブチルスズオキサイドとを含有する前記反応溶液を投入し、9kPa〜0.01kPaの減圧下で反応温度を160 ℃〜220 ℃の範囲に維持して前記反応溶液を、逆円錐状の内部底面から直胴内面に沿って複式螺旋状に旋回可能なリボン翼を有する前記逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機で攪拌しながら無溶媒直接脱水重縮合反応によりポリ乳酸を生成する一方、前記無溶媒直接脱水重縮合反応により副生されたラクチド、乳酸低分子化合物、副生水等を含む各蒸気を、9kPa〜0.01kPaの減圧下にある前記還流シリンダ内に吸引し、30℃〜80℃の範囲で冷却されて液化したラクチド及び乳酸低分子化合物を前記重縮合反応槽内に還流させると共に、前記副生水を大気圧系に排出させるので、溶媒を全く含まない前記反応溶液であっても前記触媒としてのモノブチルスズオキサイドが乳酸モノマーによって加水分解して重縮合反応速度が著しく低下させることがなく、溶媒の残留分によるポリ乳酸の分離精製や循環コストの上昇を抑制する。
【0016】
更に、本発明のポリ乳酸の製造方法は、前記重縮合反応槽内の無溶媒直接脱水重縮合反応を9kPa〜0.01kPaの減圧下で反応温度を160 ℃〜220 ℃の範囲に維持して行うことによって、ポリ乳酸の高分子量化する時間を短縮できる一方、高温による乳酸ポリマーの解重合反応でラクチドに分解することが避けられる。
また、前記重縮合反応槽内における前記反応溶液の反応時間を16〜30時間の範囲内に設定することによって、高分子量化及び高耐熱性を有するポリ乳酸樹脂ペレットが生成される。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明のポリ乳酸の製造装置及び製造方法の一実施態様について、添付した図面に基づき以下に詳述する。図1は本発明のポリ乳酸の製造装置の要部を示すフローシート図であり、図2は本発明のポリ乳酸の製造装置における重縮合反応槽を一部破断して示した斜視図である。図1に示した本発明のポリ乳酸の製造装置20の要部は、重縮合反応部22、ラクチド還流部29及び減圧源40に大別される。
【0018】
先ず、前記重縮合反応部22は、図2からより明らかなように、外周面を温度調節用ジャケット24で覆い、逆円錐状に形成された内部底面を有する重縮合反応槽23と、前記重縮合反応槽23の逆円錐状の内部底面から直胴内面に沿って複式螺旋状に旋回可能なリボン翼27を有し、槽外の駆動モータ25によって回転駆動される逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機26とを具備して成る。
更に、前記重縮合反応槽23の前記温度調節用ジャケット24は、加熱媒体及び冷却媒体が循環供給可能なように各導入口24aと放出口24bが適宜配設される。前記加熱媒体及び冷却媒体は、図示していない加熱媒体ヒータ及び冷却媒体クーラから循環供給される。
【0019】
次に、前記ラクチド還流部29は、外周面を温度調節用ジャケット31で覆い、中空状内部の下方を前記重縮合反応槽23の内部に吸引路32と還流路33を介して気密に連通する一方、中空状内部の上方を吸引口34を介して例えば真空ポンプから成る減圧源40に気密に連通する還流シリンダ30を具備して成る。前記吸引路32,34及び前記還流路33の各外周面は、前記還流シリンダ30の温度調節用ジャケット31の延長部分で覆われ、該温度調節用ジャケット31に加熱媒体及び冷却媒体が循環供給可能なように各導入口31aと放出口31bが適宜配設される。前記加熱媒体及び冷却媒体は、図示していない加熱媒体ヒータ及び冷却媒体クーラから循環供給される。
【0020】
また、前記還流シリンダ30の上方に配設した前記吸引口34から、凝縮水コンデンサ35、凝縮水ポット37及びコールドトラップ38の順で前記減圧源40まで気密に接続され、前記重縮合反応槽23から前記減圧源40までの減圧系が形成される。
前記凝縮水コンデンサ35は外周面を冷却用ジャケット36で覆い、該冷却用ジャケット36に図示していない冷却媒体クーラから冷却媒体が循環供給される。前記コールドトラップ38も外周面を冷却用ジャケット39で覆い、該冷却用ジャケット39に図示していない冷却媒体クーラから冷却媒体が循環供給される。なお、前記加熱媒体の各循環経路は、その分岐配管を加熱媒体膨張タンク21に接続されて、昇温に伴う前記加熱媒体の体積膨張分の吸収を図る。
【0021】
以上、記述したように構成される本発明のポリ乳酸の製造装置20の要部は、次に記すようにポリ乳酸を生成する。先ず、前記重縮合反応部22における前記重縮合反応槽23内に、主成分として乳酸モノマー(例えば、10%の水分を含むL−乳酸)と副成分としてコーンスターチと触媒としてモノブチルスズオキサイドとを含有する反応溶液を投入し、9kPa〜0.01kPaの減圧下で反応温度を160 ℃〜220 ℃の範囲に維持して前記反応溶液を、逆円錐状の内部底面から直胴内面に沿って複式螺旋状に旋回可能な前記リボン翼27を有する前記逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機26で攪拌しながら16〜30時間にわたる無溶媒直接脱水重縮合反応によりポリ乳酸を生成し、前記重縮合反応槽23の逆円錐状の内部底面から排出流路28を経て大気系に該ポリ乳酸を排出する。
【0022】
一方、前記無溶媒直接脱水重縮合反応により副生されたラクチド、乳酸低分子化合物、副生水等を含む各蒸気を、前記ラクチド還流部29において9kPa〜0.01kPaの減圧下にある前記還流シリンダ30内に吸引し、30℃〜80℃の範囲で冷却されて液化したラクチド及び乳酸低分子化合物を前記重縮合反応槽23内に還流させると共に、前記副生水を前記吸引口34から、前記凝縮水コンデンサ35に送り、約5℃程度に冷却、凝縮させて、前記凝縮水ポット37から大気圧系に排出させ、更に未凝縮分の微量な前記副生水を前記コールドトラップ38で約−65℃程度に冷却、凝縮させて大気圧系に排出させる。
【0023】
【発明の効果】
以上、記述した本発明のポリ乳酸の製造装置及び製造方法は、次に記すような新規な効果を奏するものである。即ち、本発明のポリ乳酸の製造装置は、前記重縮合反応部における前記重縮合反応槽が逆円錐状の内部底面から直胴内面に沿って複式螺旋状に旋回可能なリボン翼を有する前記逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機を具備して成るので、前記逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機が乳酸モノマーを主成分とする前記反応溶液を広い気液接触面と高い表面更新性でポリマー鎖の物理的な切断を招くことなく攪拌し、その結果、無溶媒直接脱水重縮合反応により高分子量のポリ乳酸を効率良く製造することが可能になった。
【0024】
更に、本発明のポリ乳酸の製造方法は、前記重縮合反応槽内に、主成分として乳酸モノマーと副成分としてコーンスターチと触媒としてモノブチルスズオキサイドとを含有する前記反応溶液を投入し、9kPa〜0.01kPaの減圧下で反応温度を160 ℃〜220 ℃の範囲に維持して前記反応溶液を、逆円錐状の内部底面から直胴内面に沿って複式螺旋状に旋回可能なリボン翼を有する前記逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機で攪拌しながら無溶媒直接脱水重縮合反応によりポリ乳酸を生成する一方、前記無溶媒直接脱水重縮合反応により副生されたラクチド、乳酸低分子化合物、副生水等を含む各蒸気を、9kPa〜0.01kPaの減圧下にある前記還流シリンダ内に吸引し、30℃〜80℃の範囲で冷却されて液化したラクチド及び乳酸低分子化合物を前記重縮合反応槽内に還流させると共に、前記副生水を大気圧系に排出させるので、溶媒を全く含まない前記反応溶液であっても前記触媒としてのモノブチルスズオキサイドが乳酸モノマーによって加水分解して重縮合反応速度が著しく低下させることがなく、溶媒の残留分によるポリ乳酸の分離精製や循環コストの上昇を抑制することが可能になった。
【0025】
更に、本発明のポリ乳酸の製造方法は、前記重縮合反応槽内の無溶媒直接脱水重縮合反応を9kPa〜0.01kPaの減圧下で反応温度を160 ℃〜220 ℃の範囲に維持して行うことによって、ポリ乳酸の高分子量化する時間を短縮できる一方、高温による乳酸ポリマーの解重合反応でラクチドに分解することが避けられ、また、前記重縮合反応槽内における前記反応溶液の反応時間を16〜30時間の範囲内に設定することによって、高分子量化及び高耐熱性を有するポリ乳酸樹脂ペレットを生成することが可能になった。
【0026】
前述した本発明のポリ乳酸の製造装置及び製造方法による新規な効果を、実施例及び比較例によって一層明確にする。
[実施例及び比較例の諸条件];
−1.製造装置 …… 実施例及び比較例ともに重縮合反応槽の攪拌機を除く他の装置は、図1に示した装置を使用した。重縮合反応槽の攪拌機の仕様は、表1の通りである。
−2.製造方法 …… 表1の通りである。
【0027】
【表1】
【0028】
[実施例及び比較例の結果];
−1.ポリ乳酸の重量平均分子量 …… 実施例のポリ乳酸は480,000 、比較例1のポリ乳酸は60,000、比較例2のポリ乳酸は40,000であった。
−2.生分解性 …… 比較例1及び比較例2のポリ乳酸は、機械的強度が劣り、JIS K7113 で規定される1号試験片の形状に射出成形し、土中埋没試験ができなかった。
実施例のポリ乳酸から成る1号試験片を、真砂土を主成分とする畑土中に4ヶ月埋没させた後、重量測定した結果、8%の減少が認められ、且つ樹脂表面の白濁も認められた。
以上の結果から、実施例は22時間と言う比較的短時間の無溶媒直接脱水重縮合反応により、高分子量で生分解性に富むポリ乳酸を効率良く生成できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポリ乳酸の製造装置の要部を示すフローシート図である。
【図2】本発明のポリ乳酸の製造装置における重縮合反応槽を一部破断して示した斜視図である。
【図3】従来のポリ乳酸の製造装置の要部を示すフローシート図である。
【符号の説明】
1 従来のポリ乳酸の直接脱水重縮合反応製造装置
2 重縮合反応部
3 重縮合反応槽
4 攪拌機
5 開閉弁
6 ギアポンプ
7 攪拌機付還流部
8 スクリュ駆動モータ
9 晶析還流シリンダ
10 スクリュ
11 スクリュ
20 本発明のポリ乳酸の製造装置
21 加熱媒体膨張タンク
22 重縮合反応部
23 重縮合反応槽
24 温度調節用ジャケット
25 駆動モータ
26 逆円錐状ダブルヘリカル攪拌機
27 リボン翼
28 排出流路
29 ラクチド還流部
30 還流シリンダ
31 温度調節用ジャケット
32 吸引路
33 還流路
34 吸引口
35 凝縮水コンデンサ
36 冷却用ジャケット
37 凝縮水ポット
38 コールドトラップ
39 冷却用ジャケット
40 減圧源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus for producing high molecular weight polylactic acid by direct dehydration polycondensation reaction of a lactic acid monomer and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Polylactic acid widely used as a biodegradable plastic has the property of easily becoming an oligomer by hydrolysis and thermal decomposition using lactic acid as a raw material, and has high transparency and rigidity, and is copolymerized with other biodegradable substances. Suitable for films, fibers, general molded products, etc.
In order to produce the above-mentioned polylactic acid by direct dehydration polycondensation reaction, the main part of a conventional representative apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-130376 has been configured as shown in FIG.
[0003]
That is, the main part of the conventional polylactic acid direct dehydration polycondensation
[0004]
On the other hand, the
The outer peripheral surface of the
[0005]
Further, a
[0006]
In the conventional polylactic acid direct dehydration polycondensation
[0007]
By circulating and supplying the cooling medium from the inlet 9a of the cooling jacket, while maintaining the internal temperature of the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional polylactic acid direct dehydration polycondensation reaction production apparatus and method described above, the use of a solvent for the reaction solution is inevitable, and it is difficult to significantly reduce polylactic acid separation and purification and the circulation cost due to the residue. there were. On the other hand, when polyhydroxycarboxylic acid is produced by directly dehydrating polycondensation reaction of hydroxycarboxylic acid without containing the solvent, a polycondensation catalyst such as tin octylate is formed by water contained in a large amount in the hydroxycarboxylic acid. Hydrolysis resulted in a significant decrease in the polycondensation reaction rate.
[0009]
Furthermore, the conventional polylactic acid direct dehydration polycondensation reaction production apparatus and method have a mechanical strength that can withstand normal processing by reducing the polycondensation reaction rate when the polycondensation reaction proceeds and the melt viscosity of the resin increases. When resin pellets are difficult to obtain and the polycondensation reaction time is increased as a countermeasure, there is a drawback that racemization of the resin pellets proceeds and the melting point tends to decrease.
In order to prevent the melting point of the resin pellets from decreasing, it is desirable to improve the gas-liquid contact surface and surface renewability of the reaction solution to promote the dehydration polycondensation reaction. However, in a conventional stirrer having a simple ribbon-shaped stirring blade, It has been difficult to efficiently produce high molecular weight polylactic acid by improving the gas-liquid contact surface and surface renewability and suppressing physical breakage of the polymer chain by the stirring blade.
[0010]
The present invention provides an apparatus and method for solving the above-mentioned problems of the prior art and efficiently producing a high molecular weight polylactic acid with a relatively simplified structure in a solvent-free direct dehydration polycondensation reaction. It is intended.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is to add a reaction solution containing a lactic acid monomer as a main component to the polycondensation reaction part to produce polylactic acid by a solventless direct dehydration polycondensation reaction under reduced pressure, while the solventless direct dehydration polycondensation is performed. Each vapor containing lactide, lactic acid low molecular compound, by-product water, etc. produced as a by-product in the reaction is sucked into the lactide reflux part, and the liquefied lactide and lactic acid low molecular compound are refluxed to the polycondensation reaction part, In the polylactic acid production apparatus for discharging water to an atmospheric pressure system; the polycondensation reaction section has a polycondensation reaction tank having an inner bottom surface formed in an inverted conical shape with an outer peripheral surface covered with a temperature control jacket; A reverse conical double-helical stirrer having a ribbon blade that can be spirally swiveled from the reverse conical inner bottom surface of the polycondensation reaction tank along the inner surface of the straight cylinder; The warm It is covered with an adjustment jacket, and comprises a reflux cylinder that communicates the lower part of the hollow interior in an airtight manner with the interior of the polycondensation reaction tank, while the upper part of the hollow interior communicates in an airtight manner with a reduced pressure source. This is achieved by an apparatus for producing polylactic acid.
[0012]
Further, the object of the present invention is to charge a reaction solution containing lactic acid monomer as a main component, corn starch as a subcomponent and monobutyltin oxide as a catalyst into a polycondensation reaction tank in the polycondensation reaction section, An inverted cone having ribbon blades capable of swirling the reaction solution in a double spiral form along the inner surface of the straight cylinder from the inverted conical inner bottom surface while maintaining the reaction temperature in the range of 160 ° C. to 220 ° C. under a reduced pressure of kPa Each containing polylactic acid by solventless direct dehydration polycondensation reaction while stirring with a cylindrical double helical stirrer, while containing lactide, lactic acid low molecular weight compound, byproduct water, etc. produced by the solventless direct dehydration polycondensation reaction Vapor is sucked into a reflux cylinder under reduced pressure of 9 kPa to 0.01 kPa in the lactide reflux section, and cooled and liquefied in the range of 30 ° C. to 80 ° C., lactide and milk This is achieved by a method for producing polylactic acid, characterized in that an acid low molecular weight compound is refluxed into the polycondensation reaction tank and the by-product water is discharged to an atmospheric pressure system.
[0013]
Furthermore, this object of the present invention is achieved by a method for producing polylactic acid, characterized in that the reaction time of the reaction solution in the polycondensation reaction tank is set within a range of 16 to 30 hours.
[0014]
[Action]
In the polylactic acid production apparatus of the present invention, the polycondensation reaction tank in the polycondensation reaction section has the inverted conical shape having a ribbon blade that can swivel in a double spiral shape from the inner bottom surface of the inverted conical shape along the inner surface of the straight cylinder. Since the double helical stirrer is provided, the inverted conical double helical stirrer causes the reaction solution mainly composed of lactic acid monomer to physically break the polymer chain with a wide gas-liquid contact surface and high surface renewability. Without stirring, high molecular weight polylactic acid is efficiently produced by solvent-free direct dehydration polycondensation reaction.
[0015]
Furthermore, in the polylactic acid production method of the present invention, the reaction solution containing lactic acid monomer as a main component, corn starch as a subcomponent and monobutyltin oxide as a catalyst is charged into the polycondensation reaction tank, and 9 kPa to 0.01 Maintaining the reaction temperature in the range of 160 ° C. to 220 ° C. under a reduced pressure of kPa, the reaction solution has a ribbon blade capable of swirling in a double spiral form along the inner surface of the straight cylinder from the inner bottom surface of the inverted cone. Polylactic acid is produced by solvent-free direct dehydration polycondensation reaction while stirring with a conical double helical stirrer, and contains lactide, lactic acid low molecular weight compound, by-product water, etc. produced as a by-product by the solvent-free direct dehydration polycondensation reaction. Each vapor is sucked into the reflux cylinder under a reduced pressure of 9 kPa to 0.01 kPa, and cooled and liquefied in a range of 30 ° C. to 80 ° C., the lactide and the lactic acid low molecular weight compound are preliminarily obtained. While refluxing the polycondensation reaction tank and discharging the by-product water to the atmospheric pressure system, monobutyltin oxide as the catalyst is hydrolyzed by the lactic acid monomer even in the reaction solution containing no solvent. Thus, the polycondensation reaction rate is not significantly reduced, and the separation and purification of polylactic acid and the increase in the circulation cost due to the residual solvent are suppressed.
[0016]
Furthermore, in the method for producing polylactic acid according to the present invention, the solvent-free direct dehydration polycondensation reaction in the polycondensation reaction tank is performed under a reduced pressure of 9 kPa to 0.01 kPa while maintaining the reaction temperature in the range of 160 ° C to 220 ° C. As a result, the time for increasing the molecular weight of the polylactic acid can be shortened, while the decomposition of the lactic acid polymer at a high temperature by the depolymerization reaction can be avoided.
Moreover, the polylactic acid resin pellet which has high molecular weight and high heat resistance is produced | generated by setting the reaction time of the said reaction solution in the said polycondensation reaction tank in the range of 16-30 hours.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One embodiment of the polylactic acid production apparatus and production method of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a flow sheet showing the main part of the polylactic acid production apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing a partially broken polycondensation reaction tank in the polylactic acid production apparatus of the present invention. . 1 is roughly divided into a
[0018]
First, as is clear from FIG. 2, the
Further, the
[0019]
Next, the
[0020]
Further, from the
The
[0021]
The main part of the polylactic
[0022]
Meanwhile, the reflux cylinder in which each vapor containing lactide, lactic acid low molecular weight compound, by-product water and the like by-produced by the solventless direct dehydration polycondensation reaction is reduced in pressure in the
[0023]
【The invention's effect】
As described above, the polylactic acid production apparatus and production method of the present invention have the following novel effects. That is, in the polylactic acid production apparatus of the present invention, the polycondensation reaction tank in the polycondensation reaction section has a ribbon blade that can swivel in a double spiral shape from the inner bottom surface of the inverted cone to the inner surface of the straight cylinder. Since it has a conical double helical stirrer, the reverse conical double helical stirrer can physically break the polymer chain with a wide gas-liquid contact surface and high surface renewability of the reaction solution mainly composed of lactic acid monomer. As a result, it was possible to efficiently produce high molecular weight polylactic acid by solvent-free direct dehydration polycondensation reaction.
[0024]
Furthermore, in the polylactic acid production method of the present invention, the reaction solution containing lactic acid monomer as a main component, corn starch as a subcomponent and monobutyltin oxide as a catalyst is charged into the polycondensation reaction tank, and 9 kPa to 0.01 Maintaining the reaction temperature in the range of 160 ° C. to 220 ° C. under a reduced pressure of kPa, the reaction solution has a ribbon blade capable of swirling in a double spiral form along the inner surface of the straight cylinder from the inner bottom surface of the inverted cone. Polylactic acid is produced by solvent-free direct dehydration polycondensation reaction while stirring with a conical double helical stirrer, and contains lactide, lactic acid low molecular weight compound, by-product water, etc. produced as a by-product by the solvent-free direct dehydration polycondensation reaction. Each vapor is sucked into the reflux cylinder under a reduced pressure of 9 kPa to 0.01 kPa, and cooled and liquefied in a range of 30 ° C. to 80 ° C., the lactide and the lactic acid low molecular weight compound are preliminarily obtained. While refluxing the polycondensation reaction tank and discharging the by-product water to the atmospheric pressure system, monobutyltin oxide as the catalyst is hydrolyzed by the lactic acid monomer even in the reaction solution containing no solvent. Thus, the polycondensation reaction rate is not significantly reduced, and it is possible to suppress the separation and purification of polylactic acid and the increase in the circulation cost due to the residual solvent.
[0025]
Furthermore, in the method for producing polylactic acid according to the present invention, the solvent-free direct dehydration polycondensation reaction in the polycondensation reaction tank is performed under a reduced pressure of 9 kPa to 0.01 kPa while maintaining the reaction temperature in the range of 160 ° C to 220 ° C. This can shorten the time to increase the molecular weight of polylactic acid, while avoiding decomposition to lactide in the depolymerization reaction of the lactic acid polymer at a high temperature, and reducing the reaction time of the reaction solution in the polycondensation reaction tank. By setting within the range of 16 to 30 hours, it became possible to produce polylactic acid resin pellets having high molecular weight and high heat resistance.
[0026]
The novel effect of the polylactic acid production apparatus and production method of the present invention described above will be further clarified by Examples and Comparative Examples.
[Conditions of Examples and Comparative Examples];
-1. Production apparatus: The apparatus shown in FIG. 1 was used as an apparatus other than the stirrer in the polycondensation reaction tank in both Examples and Comparative Examples. The specifications of the stirrer of the polycondensation reaction tank are as shown in Table 1.
-2. Manufacturing method: as shown in Table 1.
[0027]
[Table 1]
[0028]
[Results of Examples and Comparative Examples];
-1. Weight average molecular weight of polylactic acid: The polylactic acid in the example was 480,000, the polylactic acid in Comparative Example 1 was 60,000, and the polylactic acid in Comparative Example 2 was 40,000.
-2. Biodegradability: The polylactic acid of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 was inferior in mechanical strength, injection-molded into the shape of No. 1 test piece defined in JIS K7113, and could not be subjected to the soil burying test.
As a result of weight measurement of No. 1 test piece made of polylactic acid of the example in a field soil mainly composed of pure sand soil for 4 months, an 8% reduction was observed, and the cloudiness of the resin surface was also observed. Admitted.
From the above results, it was confirmed that polylactic acid having a high molecular weight and high biodegradability can be efficiently produced by a relatively short solvent-free direct dehydration polycondensation reaction of 22 hours in Examples.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flow sheet diagram showing a main part of a polylactic acid production apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a partially broken polycondensation reaction tank in the polylactic acid production apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a flow sheet diagram showing a main part of a conventional polylactic acid production apparatus.
[Explanation of symbols]
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