JP4338732B2

JP4338732B2 - 高純度ポリアルキレングリコール及び製造方法

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Publication number: JP4338732B2
Application number: JP2006508249A
Authority: JP
Inventors: クルンペマルクス; バルデニウスカイ−ウーヴェ; ハックマンクラウス; ラウターバッハアーヌルフ; ゼールマン−エッゲベルトハンス−ペーター; ツィップリースマティアス
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2004-06-02
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: DE502004002562D1; EP1633798B1; AU2004202462B2; AU2004202462A1; JP2007535580A; WO2004106407A1; US20050009695A1; EP1633798A1; ATE350413T1; MXPA05012928A; US7164048B2; MY136178A; ES2279374T3

Description

本発明は、高純度のポリアルキレングリコール、特にポリエチレングリコールの製造方法に関する。本発明によれば、高い純度は漂白剤での処理、好ましくはＨ_２Ｏ_２−処理により達成され、かつ工業用純度の出発物質から出発されることができる。最も好ましい実施態様において、ポリエチレングリコールは１９０〜２１０ｇ／molのモル質量を有し、かつ薬局方の要件を満たす（以下にＰＥＧ２００と呼ぶ）。本発明によるポリアルキレングリコール、特にポリエチレングリコールは医薬及び栄養における使用に適している。

ポリオキシアルキレングリコールは多種多様な適用分野を有する。少なからぬ場合に、例えばヒトにより摂取されるような製品、例えば食品及び薬剤学的製品において、純度及び色数への高い要件が課される。この分野において最も頻繁に使用されるポリオキシアルキレングリコールはポリエチレングリコールＰＥＧである。

ポリオキシアルキレングリコールの例は、エチレンオキシドＥＯ、プロピレンオキシドＰＯもしくはブチレンオキシドＢＯから製造される、ポリエチレングリコールＰＥＧ、ポリプロピレングリコールＰＰＧ及びポリブチレングリコールＰＢＧを含む。ＥＯ、ＰＯ及び／又はＢｕＯの、例えばＥＯとＰＯとの、混合ポリマーも公知である。混合ポリマーはランダムポリマー又はブロックポリマーであってよい。

薬剤学的製品において使用されるＰＥＧへの要件は、多種多様な薬局方、例えばドイツ薬局方ＤＡＢ、アメリカ薬局方ＵＳＰ及びヨーロッパ薬局方ＥＵＰに定義されている。例えば、ＵＳＰによればＰＥＧの１０％水溶液が澄明かつ無色でなければならず、ＥＵＰによれば色数は水中２５％溶液として最大２０ＡＰＨＡである必要がある。さらなる要件は、最大０．１％の硫酸塩灰含量、合わせて最大０．２５％のモノエチレングリコール及びジエチレングリコール含量、それぞれ最大１０ppmのＥＯ及び１，４−ジオキサン含量である。

今まで、工業用品質のアルキレングリコールから高純度のポリオキシアルキレングリコールを製造することを可能にする、大工業的に使用可能な方法は僅かに存在するに過ぎない。

ＰＥＧの製造のための一つの経路は、塩基性触媒、例えばアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物又はアルコラートによるエチレンオキシドの重合である。さらに、その際にアルコール、一般に特定の（ポリ）エチレングリコールがいわゆるスターターとして添加され、その際にスターターへのエチレンオキシドの付加反応が行われる。他のポリアルキレングリコール、例えばプロピレンオキシドは、他の方法で相応する（ポリ）アルキレングリコールへの相応するアルキレンオキシドの付加により製造されうる。

食品分野もしくは医薬分野における高い要件に従うポリエチレングリコールの大工業的な製造のためには、一般的に、高純度の出発製品、それらの中でもポリエチレングリコールから出発される。このことは出発物質の費用のかかる予備精製を必要とし、それゆえ費用集約的である。

EP-A 1 245 608には、ポリエチレングリコールの製造のためのトリエチレングリコールＴＥＧの使用が記載されている。低いモノエチレングリコール−（ＭＥＧ）及びジエチレングリコール（ＤＥＧ）−含量を有するＰＥＧが得られ、別の要件に関して記載されていない。特に得られる生成物の色数及びＥＯ−含量について検討されていない。さらに、実施例からは、低いＭＥＧ−及びＤＥＧ−含量を達成するために脱水が几帳面に実施されなければならないことが明らかになる。例えば原則的に最も高い品質のＴＥＧは固体ＫＯＨと混合され、かつ残留水の除去のために脱水は真空中で窒素の付加的な導通下に実施される。

RO-B 114 124には、強酸性イオン交換体の存在での過酸化水素での処理によるＰＥＧの精製が記載されている。この方法は、残りの酸性度を除去するために、引き続いて塩基性イオン交換体上での付加的な処理が実施されなければならないという欠点を有する。

CN-A 1 132 194には、ポリオキシエチレングリコールの製造及び蒸留によるその精製が記載されている。

RO-A 62 314には、塩基触媒反応下でのＴＥＧ及びＥＯからのテトラエチレングリコールの製造が記載される。精製のために生成物は蒸留されなければならない。

JP-A 53 046 907には、生成物における色数を減少させるためのポリアルキレンオキシドの接触水素化が記載されている。

RD-A 372 014には、その後の付加的な活性炭精製を伴うニッケル−触媒上での水素化によるテトラエチレングリコール中の着色成分の除去が記載されている。

US-A 4,946,939には、ポリオキシアルキレングリコールの製造及び膜ろ過によるその精製が記載されている。この方法にとって不利であるのは、モル質量４００からのＰＥＧへの制限及び費用のかかる膜ろ過そのものである。

本発明の課題は、工業用品質のアルキレングリコール及び相応するアルキレンオキシドの付加から出発して、色及び純度への高い要件を満たす品質において所望の生成物を供給する、ポリオキシアルキレングリコール、好ましくはＰＥＧ及び特に好ましくはＰＥＧ２００の製造方法を提供することにある。前記方法は普遍的に使用可能であるべきである。好ましくは、ポリオキシアルキレングリコールもしくはＰＥＧは食品工業及び医薬工業における要件を満たすべきである。特に、多様な薬局方において規定された要件が、例えばＰＥＧ２００についてはアメリカ薬局方ＵＳＰ２５による仕様書に従って満たされるべきであり、これは以下に説明される。

この課題は、アルキレングリコールへのアルキレンオキシドの付加により得られるポリアルキレングリコールの精製方法によって解決され、前記方法は、付加が行われた後に、得られたポリアルキレングリコールが、７を上回る（＞７）ｐＨ−値で過酸化物、過酸、過炭酸塩、過ホウ酸塩、ペルオキソ二硫酸塩又は酸素の群からの漂白剤を用いて、その都度場合により漂白活性剤の添加下に、処理されることにより特徴付けられる。

本発明によれば、付加反応の際にいわゆるスターターとして多種多様なアルキレングリコール及びポリアルキレングリコールが使用されることができ、その際にそれらの使用は得るべきポリオキシアルキレングリコールに従う。適しているスターターの例は、モノエチレングリコールＭＥＧ、ジエチレングリコールＤＥＧ、トリエチレングリコールＴＥＧ、モノプロピレングリコールＭＰＧ、ジプロピレングリコールＤＰＧ、トリプロピレングリコールＴＰＧ、モノブチレングリコール及びジブチレングリコールを含む。

付加反応は一般に塩基性触媒の存在で実施される。適している塩基性触媒は当業者に公知であり、かつ一般にアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物及びアルコラートから選択されている。前記触媒は０．００１〜５質量％、好ましくは０．０１〜１質量％及び特に好ましくは０．０１〜０．０２質量％の量で添加される。好ましい触媒はＫＯＨ及び／又はＮａＯＨである。

スターターとアルキレンオキシドとの反応は通例、スターター及び触媒がアルキレンオキシドの添加前に混合され、場合により脱水され、かつ８０℃を上回る反応温度にされるようにして実施される。ついでアルキレンオキシドが添加される。

反応が終わった後に混合物は漂白剤と混合される。好ましくは、これは５０〜１２０℃、特に好ましくは７０〜１００℃の温度範囲内で実施される。次に冷却され、かつ反応混合物は反応器から排出される。

適している漂白剤は当業者に公知である。例は、有機及び無機の過酸化物、例えばＨ_２Ｏ_２、過酸、例えば過酢酸、過炭酸塩、過ホウ酸塩、ペルオキソ二硫酸塩、さらに酸素を含む。好ましい漂白剤は酸素又はＨ_２Ｏ_２である。特に、Ｈ_２Ｏ_２は一般に市販の水溶液、例えば３０％の形で使用される。

挙げられた漂白剤は、アルキレングリコールに対して、０．０５〜１質量％、好ましくは０．１〜０．５質量％、特に０．１〜０．２５質量％の量で使用される。その際に漂白剤は特にＨ_２Ｏ_２であり、アルキレングリコールは特にトリエチレングリコールである。

付加的に漂白活性剤が使用される場合には、これらは当業者に公知である常用の漂白活性剤から選択される。個々の漂白活性剤又は２もしくはそれ以上からなる混合物が使用されることができる。好ましい漂白活性剤は、テトラアセチルエチレンジアミン（ＴＡＥＤ）、ペンタアセチルグルコース（ＰＡＧ）、Ｎａ−ｐ−イソノナノイル−ベンゼン−スルホネート（ｉ−ＮＯＢＳ）、１，５−ジアセチル−２，４−ジオキソヘキサヒドロ−１，３，５−トリアジン（ＤＡＤＨＴ）、テトラアセチルグリコウリル（ＴＡＧＵ）、Ｎ−ノナノイルスクシンイミド（ＮＯＳＩ）、無水フタル酸、クエン酸及び酢酸からなる混合無水物、特にクエン酸の３倍の無水酢酸及びＭｎ−塩を含む。

場合により、アルキレンオキシドとスターターとの記載された反応の前に、スターター及び／又は触媒の脱水が実施される。低いモノアルキレングリコール及びジアルキレングリコール残留含量を有する生成物が得られるべきである場合には、この工程の実施が推奨される。特にＴＥＧへのエチレンオキシドの付加によるＰＥＧの製造の際に、脱水により極めて僅かなＭＥＧ及びＤＥＧ残留含量が達成されることができる。

脱水は、当業者に公知の措置により、例えば真空排気、窒素の導通、共沸脱水(azeotropes Entwaessern)又は２もしくは全ての挙げられた措置からなる組合せにより行われることができる。好ましくは脱水は真空排気及び／又は窒素の導通により実施される。特にＰＥＧの製造の際に本発明によればスターター及び／又は触媒の脱水は単純な真空排気により完全に十分であることが示されている。

漂白剤でのポリアルキレングリコールの処理の間に、溶液のｐＨ−値は７を上回る値、好ましくは７．５〜１０．０、特に８．０〜９．０であるべきである。多くの場合に、ｐＨ−値は挙げられた値にひとりでに調節されるようになる、それというのも、付加反応の過程でｐＨ−値を低下させるカルボン酸が形成されるからである。場合により、ｐＨ−値を低下させる薬剤、好ましくは酸又は酸性イオン交換体の添加が必要である。好ましくは、酸、より好ましくは酢酸、乳酸及び／又はリン酸、特に酢酸及び／又は乳酸が使用される。

本発明による方法は、一般に塩基による触媒反応下にスターターへの１又は複数の相応するアルキレンオキシドの付加により製造されるポリアルキレングリコールの製造及び精製に適している。使用されるスターターはその際に既に十分な純度で存在していてよい。しかしながら本発明による利点は、工業用品質のスターターが使用される場合により多くもたらされる。この場合に、多かれ少なかれ費用のかかるスターターの精製が不必要であり、かつ予備精製が行われないにもかかわらず高い純度及び低い色数の生成物が得られる。

好ましくは、工業用品質のスターターから高い純度及び低い色数を有するＰＥＧを製造するための本発明による方法が使用される。スターターがＴＥＧである場合がより好ましい。付加の前に脱水が実施される場合には、僅かな色数に加えて単に僅かなＭＥＧ及びＤＥＧ量を有するＰＥＧが得られる。

本発明により得られるＰＥＧ−品質は食品及び薬剤学的製品における使用に適している。

好ましい実施態様において、本発明による方法を用いて、エチレンオキシドからスターターとしてＴＥＧを用いて、１５０〜５００ｇ／mol、好ましくは１９０〜３００ｇ／mol、より好ましくは１９０〜２１０ｇ／mol及び特に１９６〜２０３ｇ／molのモル質量を有するＰＥＧが製造される。この実施態様の中で、ＰＥＧが合わせて＜０．２５質量％、特に合わせて≦０．０５質量％のＭＥＧ及びＤＥＧ残留含量を有する場合がより好ましい。前記で規定されたＰＥＧが＜１０ppmのエチレンオキシド残留含量及び＜１０ppmの１，４−ジオキサン含量、特に好ましくは＜０．５ppmのエチレンオキシド残留含量及び＜２ppmの１，４−ジオキサン残留含量を有する場合がさらにより好ましい。

最も好ましい実施態様において、本発明による方法は、ＰＥＧをエチレンオキシドからスターターとしてＴＥＧを用いて製造するために使用され、その際にＰＥＧは１９６〜２０３ｇ／molのモル質量（ＵＳＰ２５からの無水フタル酸法によるＯＨＺにより決定）、合わせて≦０．０５質量％のＭＥＧ及びＤＥＧ残留含量、＜０．５ppmのエチレンオキシド残留含量及び＜２ppmの１，４−ジオキサン含量、３．９〜４．８ｍｍ^２／ｓの９８．９±０．３℃での動粘度を有し、並びにＰＥＧ２００の２５質量％水溶液は澄明かつ無色であり、かつ色数＜２０ＡＰＨＡを有する。

本発明による方法は、ＰＥＧの製造の際に＞２５ppmから１００ppmまでのカルボニル含量を有するスターターの使用を可能にする。

本発明によれば問題なく色数＜２０ＡＰＨＡが達成されることができ、それにより相応するＰＥＧはＵＳＰ及び／又はヨーロッパ薬局方による要件を達成する。

本発明によるポリアルキレングリコール、特にポリエチレングリコールは、ヒト及び動物の場合の、医薬、栄養及び栄養補助食品(Nahrungmittelergaenzung)の分野への使用に適している。

実施例
得られた生成物のモル質量を、ＵＳＰ２５からの無水フタル酸法によるＯＨＺにより決定した。

例１
トリエチレングリコール６００ｇ（４mol）を４０％カセイカリ液０．３０ｇ（生成物に対して０．０１５質量％）と混合し、８０℃／＜１０mbarで３０分間脱水させる。ついで１５０℃でエチレンオキシド２００．６ｇ（４．５６mol）と反応させる。排出物８０４ｇ、色数：１５ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）。

排出物５００ｇを酢酸０．０６４ｇでｐＨ７．４に調節し、５０質量％過酸化水素０．９４ｍｌと混合し、８０℃で１時間加熱する。引き続いて水３５ｇを用いて１００℃／１５mbarでストリッピングし、生成物を詰め替える。
外観：無色
色数：１ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）
ＯＨＺ：５６４ｍｇ／ｇ
粘度：９８．９℃で４．１０６ｍｍ^２／ｓ
ｐＨ−値：４．５
ＥＯ−含量：＜０．５ppm
１，４−ジオキサン−含量：＜２ppm
ＭＥＧ／ＤＥＧの総和：０．０５質量％
水：０．１５質量％。

例２
トリエチレングリコール６００ｇ（４mol）を４０％カセイカリ液０．３０ｇ（生成物に対して０．０１５質量％）と混合し、８０℃／＜１０mbarで４０分間脱水させる。ついで１５０℃でエチレンオキシド２００．６ｇ（４．５６mol）と反応させる。排出物７９８ｇ。色数：１７ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）。

排出物５００ｇを酢酸０．０６ｇでｐＨ８．１に調節し、５０質量％過酸化水素０．９４ｍｌと混合し、８０℃で１時間加熱する。引き続いて水３５ｇを用いて１００℃／１５mbarでストリッピングし、生成物を詰め替える。
外観：無色
色数：５ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）
ＯＨＺ：５６４ｍｇ／ｇ
粘度：９８．９℃で４．１２６ｍｍ^２／ｓ
ｐＨ−値：５．４
ＥＯ−含量：＜０．５ppm
１，４−ジオキサン−含量：＜２ppm
ＭＥＧ／ＤＥＧの総和：＜０．０５質量％
水：０．１５質量％。

例３
トリエチレングリコール６００ｇ（４mol）を、４０％カセイカリ液０．３０ｇ（生成物に対して０．０１５質量％）と混合し、８０℃／＜１０mbarで３０分間脱水させる。ついで１５０℃でエチレンオキシド２００．６ｇ（４．５６mol）と反応させる。排出物８０３ｇ。色数：１３ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）。

排出物５００ｇを酢酸０．０６５ｇでｐＨ８．４に調節し、５０質量％過酸化水素０．９４ｍｌと混合し、８０℃で１時間加熱する。引き続いて水３５ｇを用いて１００℃／１５mbarでストリッピングし、生成物を詰め替える。
外観：無色
色数：３ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）
ＯＨＺ：５６４ｍｇ／ｇ
粘度：９８．９℃で４．１０７ｍｍ^２／ｓ
ｐＨ−値：４．７
ＥＯ−含量：＜０．５ppm
１，４−ジオキサン−含量：＜２ppm
ＭＥＧ／ＤＥＧの総和：０．０５質量％
水：０．１５質量％。

例４
トリエチレングリコール６００ｇ（４mol）を４０％カセイカリ液０．３０ｇ（生成物に対して０．０１５質量％）と混合し、８０℃／＜１０mbarで４５分間脱水させる。ついで１５０℃でエチレンオキシド２００．６ｇ（４．５６mol）と反応させる。排出物７９７ｇ。色数：６５ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）。

排出物３００ｇを酢酸０．０２ｇ及び５０質量％過酸化水素０．５６ｍｌと混合し、８０℃で１時間加熱する。引き続いて水２１ｇを用いて１００℃／１５mbarでストリッピングし、生成物を詰め替える。
外観：無色
色数：１７ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）
ｐＨ−値：５．４。

例５
トリエチレングリコール６００ｇ（４mol）を４０％カセイカリ液０．３０ｇ（生成物に対して０．０１５質量％）と混合し、８０℃／＜１０mbarで４５分間脱水させる。ついで１５０℃でエチレンオキシド２００．６ｇ（４．５６mol）と反応させる。排出物７９９ｇ、色数：２１ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）。

排出物６００ｇを酢酸０．０４ｇでｐＨ９．５に調節する。その３００ｇを５０質量％過酸化水素０．５６４ｍｌと混合し、８０℃で１時間加熱する。引き続いて水２１ｇを用いて１００℃／１５mbarでストリッピングし、生成物を詰め替える。
外観：無色
色数：１０ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）
ｐＨ−値：５．２。

別の３００ｇを５０質量％過酸化水素０．２８ｍｌと混合し、８０℃で１時間加熱する。引き続いて水２１ｇを用いて１００℃／１５mbarでストリッピングし、生成物を詰め替える。
外観：無色
色数：１５ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）
ｐＨ−値：６．１。

例６
トリエチレングリコール７９ｋｇ（５３mol）を４５％カセイカリ液３５ｇと混合し、１２０℃／＜２０mbarで２５分間に亘って脱水させる。ついで１５０℃でエチレンオキシド２６．５ｋｇ（６０mol）と反応させる。バッチを酢酸７ｇでｐＨ９．２に調節し、５０質量％過酸化水素１９９ｇと混合し、８０℃で１時間撹拌する。引き続いて水７．３５ｋｇを用いて１００℃／＜２０mbarでストリッピングし、生成物を詰め替える。
外観：無色
色数：５ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）
ＯＨＺ：５５７．６ｍｇ／ｇ
粘度：９８．９℃で４．４５５ｍｍ^２／ｓ
ｐＨ−値：５．３
ＥＯ−含量：＜０．５ppm
１，４−ジオキサン−含量：＜２ppm
ＭＥＧ／ＤＥＧの総和：０．１質量％
水：０．１３質量％。

例７
トリエチレングリコール７９ｋｇ（５３mol）を４５％カセイカリ液３５ｇと混合し、１２０℃／＜２０mbarで２５分間に亘って脱水させる。ついで１５０℃でエチレンオキシド２６．５ｋｇ（６０mol）と反応させる。バッチを酢酸１３ｇでｐＨ７．２に調節する（試料の色数：５３ＡＰＨＡ；水中２５質量％濃度）。次に水酸化カリウム９ｇでｐＨ８．６に調節し、５０質量％過酸化水素９９ｇと混合し、８０℃で１時間撹拌する。引き続いて水７．３５ｋｇを用いて１００℃／＜２０mbarでストリッピングし、生成物を詰め替える。
外観：無色
色数：５ＡＰＨＡ（水中２５質量％濃度）
ＯＨＺ：５６０ｍｇ／ｇ
粘度：９８．９℃で４．４８６ｍｍ^２／ｓ
ｐＨ−値：６．３
ＥＯ−含量：＜０．５ppm
１，４−ジオキサン−含量：＜２ppm
ＭＥＧ／ＤＥＧの総和：０．０５質量％
水：０．２０質量％

Claims

アルキレングリコールへのアルキレンオキシドの付加により得られるポリアルキレングリコールの精製方法において、
付加が行われた後に、得られたポリアルキレングリコールを、７を上回るｐＨ−値で有機及び無機の過酸化物、有機過酸、過炭酸塩、過ホウ酸塩、ペルオキソ二硫酸塩又は酸素の群からの漂白剤を用いて処理することを特徴とする、アルキレングリコールへのアルキレンオキシドの付加により得られるポリアルキレングリコールの精製方法。
漂白活性剤を漂白剤に添加する、請求項１記載の方法。
漂白剤での処理を５０〜１２０℃の温度で実施する、請求項１又は２記載の方法。
漂白剤としてＨ_２Ｏ_２を使用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
漂白剤での処理を７．５〜１０．０のｐＨ−値で実施する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
ｐＨ−値−調節を酸又はイオン交換体の添加により行う、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
アルキレングリコールへのアルキレンオキシドの付加をアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物及びアルコラートの群からの塩基性触媒の存在で実施する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
得られたポリアルキレングリコールがポリエチレングリコールである、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
付加の際に使用されるアルキレングリコールがトリエチレングリコールである、請求項８記載の方法。
トリエチレングリコールを付加反応の前に脱水させる、請求項９記載の方法。
こうして得られたポリエチレングリコールが、１９０〜５００ｇ／molのモル質量を有する、請求項８から１０までのいずれか記載の方法。
漂白剤をアルキレングリコールに対して０．０５〜１質量％の量で使用する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
アメリカ薬局方又はヨーロッパ薬局方の仕様書に従うポリエチレングリコールを得る、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。