JPH06501481A - 環状エステルの溶媒スクラブ回収法 - Google Patents

環状エステルの溶媒スクラブ回収法

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JPH06501481A
JPH06501481A JP4500661A JP50066192A JPH06501481A JP H06501481 A JPH06501481 A JP H06501481A JP 4500661 A JP4500661 A JP 4500661A JP 50066192 A JP50066192 A JP 50066192A JP H06501481 A JPH06501481 A JP H06501481A
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バーティア、カムレシュ・クマー
ドライスデイル、ネビル・エバートン
コザク、ジョン・リチャード
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イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 環状エステルの溶媒スクラブ回収法 発明の分野 本発明は、不純反応生成物流から二量体環状エステルを回収する溶媒スクラブ法 に関する。特に、本発明は、不純物として水をも含む気体生成物流から、非極性 水不混和性溶媒でのスクラッピング、特に向流によって、環状エステルが溶媒に 可溶であり、かつ気体流に存在する水が溶媒から蒸発する温度における環状エス テルの回収に関する。
発明の背景 アルファーヒドロキシカルボン酸の二量体環状エステル(dimeric cy clic esters)の製造は、古く、かつ、良く検討された方法である。
この製造は通常2段階で行われる。まずヒドロキシカルボン酸のオリゴマー(即 ち、そのかなり短鎖の縮合重合体)を製造し、次いでオリゴマーを加熱して所望 の環状エステルに解重合するのである。二量体環状エステルの製造は、文献[G rujer et al、、米国特許第1.095.205号明細書(1914 )、Love、米国特許第2.668.162号明細書(1954)、Bhaf ia、米国特許第4.835.293号明細書(1989)、Be1lis、米 国特許第4.727.163号明細書(198g)、Mu I I e r、ド イツ特許出願公開第3632103号及び第3708915号明細書コに記載さ れている。対応するアルファーヒドロキシカルボン酸からのオリゴマーの製造に おいて、縮合水を重合体から完全に除去することは困難である。水は解重合工程 でも形成されるので、環状エステル解重合生成物は通常水を不純物として含む。
環状エステルは1以上の開鎖ヒドロキシカルボン酸をも不純物として含む。これ らのヒドロキジ不純物は、生医学及び他の用途に必要な高分子量生成物への環状 エステルのその後の重合において鎖停止剤として作用するので望ましくない。従 って、二量体環状エステルの水及び開鎖ヒドロキシカルボン酸含有量をできるだ け低(保つことが望まれている。
パーチアの米国特許第4.835.293号明細書には、ラクチドのような二量 体環状エステル製造のための改良された解重合(depolyme+1xNio n)及び生成物回収法を開示している。この方法では、不活性気体流を用いて、 そこでも生成される水及び/又は揮発性ヒドロキシカルボン酸と共に、反応帯か ら環状エステルをストリップしている。生成する気体生成物流は極性有機溶媒で スクラブ(scrub) して環状エステルを回収する。溶媒には、アルコール 、エーテル、エステル及びケトンが含まれ、不純物からグリコリドの回収の例示 してイソプロピルアルコールを使用している。スクラブ溶媒としてイソプロピル アルコールはヒドロキシカルボン酸及び存在する水を可溶化することによって、 スクラブ媒体から実質的に不溶性濾過可能性結晶固体として直接にグリコリドを 回収することを可能にする。
然しなから、気体生成物流からのグリコリド、ラクチド又は他の環状エステルの 回収用スクラブ溶媒としてのアルコールの使用は完全に満足できるものではない 。これは水と同様にアルコール性溶液中で反応して開鎖生成物を形成し、収率損 失を生じるだけではなく、スクラブ溶液への環状エステルの溶解性を増大させ、 更に収率損失を悪化させる。
他方、二量体環状エステルに対して不反応性であり、エステルが高度に溶解性で ある、例えばアセトンのような非ヒドロキシル極性スクラブ溶媒の使用も、極性 溶媒が更に副産物のヒドロキシカルボン酸をも溶解するので、酸から環状エステ ルを分離するために次の処理が必要になって同様に困難性を示す。
スクラブ溶媒としての水も、熱移動が質量移動よりはるかに速いので、環状エス テルが特別の高価な装置がないと捕捉することが困難な粒子の霧として沈殿する 点で、満足できない。
従って、開鎖酸及び水をも含む気体流からラクチドのような環状エステルを実質 的に完全に回収するための手段に対する要望がある。更に、環状エステルとして 酸価の実質的に完全な回収を提供する方法に対する要望もある。
発明の概要 オリゴマー状(oligomsric)ポリ(ヒドロキシカルボン酸)を二量体 環状エステルに解重合する気体援助(gas−ass is fed)方法であ って、 (1)環状エステルが発生するに有効な時間と適当な温度及び圧力でオリゴマー を反応帯において加熱し、(2)不活性気体流は反応帯から環状エステル及び存 在する水を押流しくsweeplかつ環状エステル及びそれに随伴する水を含む 気体流を形成するに充分な量及び速度でオリゴマー物質中を通過し、及び (3)気体流を溶媒でスクラッピングして、そこから環状エステルを取出すこと を包含する方法において、(a)溶媒が非極性でかつ水不混和性であり、好まし くは少なくとも1の温度で環状エステルに対する溶媒であり、かつ該温度で水に 対する非溶媒であり、 fb)スクラッピング工程(3)を、 (a)の温度より低く、かつ溶媒が液体 である第1温度で実施し、環状エステルを気体流から取出し、温度は気体流から 取出される水が環状エステルを含む溶媒相から分離した水性相を形成するもので あり、かつ (c)環状エステルを含有する溶媒層を回収する改良方法。
1の実施態様においては、溶媒は、第1温度では環状エステルが可溶性で、水が 実質的に不溶であり、かつ環状エステルが第2の低い温度では不溶性の固体であ るように選択する。
溶媒−環状エステル相は第1温度で水性相から分離する。溶媒−環状エステル相 を第2の低い温度に冷却して環状エステルを沈殿させ、濾過又は遠心分離で沈殿 物を回収する。
他の実施態様においては、スクラブ温度は水が該温度で蒸発し、溶媒から除かれ る温度である。
更に他の態様では、スクラブ工程は向流的に実施する。
他のより特定の態様では、オリゴマーは、市販されている80〜90%酸のよう な水性乳酸を含む、グリコール酸及び/又は乳酸のかなり低分子量重合体であり 、スクラブ溶媒は、好ましくは沸点範囲が約90〜約200℃である、脂肪族、 脂環式、芳香族炭化水素又はハロカーボンである。
発明の詳細な説明 本発明は、水及び開鎖ヒドロキシカルボン酸のようなヒドロキシル不純物を含む 不純二量体環状エステルの処理に適用される。特に、不純環状エステルを含む蒸 気流、特に不純環状エステルがラクチド組成物である場合に適用される。本発明 方法は、広範囲に、前に定義した二量体環状エステル及び不純物として水を含む 気体流を、前に定義した非極性溶媒と、環状エステルが気体流から除かれ、水が 蒸発するような量及び温度において、接触することを包含し、それによって水不 純物からの環状エステルの効果的な分離を行うものである。
溶媒は、環状エステルが可溶性であるようなものであることが好ましい。環状エ ステルは、次いで、溶媒の蒸発又は濾過又は遠心分離を伴う環状エステルの結晶 化を含む、当該技術の既知方法によって溶媒から分離される。
不純二量体環状エステルを含む気体流は、パーチアの米国特許第4.835.2 93号明細書に記載された気体援助解重合法によって発生させたものであること ができる。この方法は引用によってここに導入する。一般に、この気体援助解重 合方法は、アルファーヒドロキシカルボン酸(例えば、グリコール酸、乳酸、又 はグリコール酸と乳酸の混合物)のオリゴマーを、オリゴマーが融解状態であり 、対応二量体環状エステルに解重合する温度で、通常そして好ましくは解重合触 媒の存在下で、加熱し、その間不活性気体を融解オリゴマーの中に反応塊から環 状エステルを随伴するに充分な量及び速度で、好ましくは環状エステルが形成さ れるように速く、通過させる。生成気体流は、水及び開鎖カルボン酸のような他 の揮発性物質をも含むのが通常である。
本発明によると、前述の引用した解重合方法で発生した気体流は、気体流から環 状エステルを除くことによって波流に存在する水から環状エステルを分離するた めに、前に定義した非極性有機溶媒でスクラッピングする。スクラッピング溶媒 は、非極性であり、操業温度で水に対する非溶媒であり、通常は少なくとも約9 0’C1それから少なくとも約130℃、通常は約150°Cであるが実際上は 約230℃よりは高いとはいわないが、最良の結果は約200℃より高い沸点を 有する、通常は液体の物質であり得る。操業温度で水に対する「非溶媒」とは、 水がフラッシュオフしてスクラブ帯から蒸気流として出ていく溶媒である。溶媒 は、環状エステルが操業温度で可溶性であり、操業温度より実質的に低い温度で 例えば環状エステルの回収を容易にする室温で、実質的に不溶性であるように選 定するのが通常である。
この目的に適したものは、脂肪族、脂環式、芳香族炭化水素及びハロカーボン溶 媒であって、例えば、ヘプタン、デカン、デセン、メチルシクロヘキサン、トル エン、o−lm−及びp−キシレン、キュメン、(イソプロピルベンゼン)、エ チルベンゼン、o−lm−及びp−ジエチルベンゼン、n−1see−及びイソ ブチルベンゼン、m−プロピルトルエン、p−プロピルトルエン、1,2.4− トリメチルベンゼン(プソイドキュメン)、クロロベンゼン、〇−及びm−ジク ロロベンゼン、1,2.4−トリクロロベンゼン、及びその1又はそれ以上の混 合物である。芳香族のものは、環状エステルに対する溶解能が大きいために好適 である。
操業温度、即ち環状エステルをストリッピング操作する間スクラブ媒体を維持す る温度は、関与する特定の環状エステル及び溶媒に応じて広範囲に変更できる。
液状スクラブ媒体の温度は、スフラッパーが固体で妨害される(clogged )可能性を減少するために回収される環状エステルの融点程度には少なくともな ければならない。温度は、水を頂部に追い出し、環状エステルを実質的に完全に 溶解するのに充分高いことも必要である。同時に温度は頂部の水性相のエステル の損失をさけるために環状エステル及びスクラブ溶媒の沸点より低いことが必要 である。温度は、溶媒の沸点より15℃低いが、最良の結果のためには沸点より 少なくとも25℃低いのが通常である。温度は、通常は少なくとも70℃で約1 80℃より高くなく、特に約90℃〜150℃であるのが通常である。
スクラブ工程を通しての圧力は、大気圧以下から大気圧、及び超大気圧で変わり 得る。圧力はほぼ大気圧であるのが便利である。
本発明の方法は、次の式を有する二量体環状エステルの回収に適用できる。
式中、それぞれのR基は、独立して、H又はC1C6ヒドロカルビル又は置換ヒ ドロカルビル基である。それぞれのR基はH又はC1−C3アルキル基であるこ とが好ましく、H又はメチルであることが特に好ましい。典型的な二量体環状エ ステルには、グリコリド(R1=R2=H) 、ラクチド(R=HSR=CH3 )、テトラメチルグリコリド、iym−ジエチルグリコリド、アルファーヒドロ キシ吉草酸の二量体環状エステル等がある。好ましい環状エステルは、グリコリ ド、ラクチド(L−1D−及びmeso−ラクチドを含む)及びグリコリドと1 以上の異性体ラクチドとの混合物である。
アルファーヒドロキシカルボン酸をオリゴマーに重合する工程及びτリボマーを 環状エステルに解重合する工程は、普通には触媒の存在下で行うのか好ましい。
触媒は、アルファーヒドロキシカルボン酸のオリゴマーへの縮合の促進及び環状 エステルの形成の促進のために当該技術で既知のものであり得る。触媒は、一般 には周期率表のIV、 V及びVll+族の金属の化合物又は金属である。好ま しい触媒は、IV族の金属、特に金属(粉末)、酸化物、ハロゲン化物又はカル ボン酸塩としてのSn、又はV族、特にSbS通常は酸化物5b203としてで ある。特に好ましい触媒は、S n fil)カルボン酸塩、例えば5n(2− エチルヘキサノエイト)であり、一般にはオクタン酸第1錫といわれるものであ る。
触媒は触媒的な有効量で用いる。これは反応条件で広範囲に変わり得る。特定の 系についての最適触媒的な有効量は、試行実験で容易に決定できる。
環状エステル及び不純物を反応混合物から及び解重合反応器から随伴し/移送し /抑流す(+weep)気体剤(gaseous agenj)は、操業温度及 び圧力下で気体状で、安定でかつ非反応性であり、出発原料、反応塊成分及び反 応生成物に不活性である任意の物質であることができる。気体剤は通常は気体の もので、例えば窒素、アルゴン、−酸化炭素、二酸化炭素又は低分子量炭化水素 である。気体剤は、通常は気体ではなくても、反応温度及び圧力下で気体であっ てもよい。窒素は、不活性性及び入手の容易性の点から好ましい。不活性気体は 、操業温度に予熱し、反応帯の反応塊の表面の下から注入する。
例えば、撹拌タンク反応器の撹拌機の下又は垂直配置反応器の底からである。
気体の流速は、環状エステルストリッピング速度を制限しないように充分に高い ことが必要である。流速が低すぎると、気体が反応器から蒸気として環状エステ ルを運び出す重要な作用をするので、環状エステルへの変換が悪影響を受けて生 産速度が制限される。
解重合反応器のデザインは、反応器がオリゴマー供給流の導入手段、ストリッピ ング剤が直接にオリゴマー組成物に緊密に接触して高い気体−液体面間接触をす るような気体状環状エステルストリッピング剤を導入する手段、及び環状エステ ルを含む気体流の回収手段を備えている限り、臨界的ではない。従って、反応器 は、気体を直接撹拌機の下にいれるもののような気体散布手段を備えた撹拌タン クであってもよい。
また、反応器は、詰め込まれた又はシーブプレート(sieve−plate) カラムであってもよく、又は緊密な気体−液体接触を達成する当該技術で既知の 他のデザインのものでもよい。
最適の結果を得るには、解重合工程は、反応器内の重合体状物質の保留を最小に するような制御された速度で反応器に連続的に供給されるオリゴマーで連続法と して実施する。オリゴマーの連続解重合は、オリゴマーの望ましくない副産物へ の解重合を最小にし、所望の環状エステルへのオリゴマーの変換を最大にする。
従って、本発明方法によるこのような連続解重合法からの気体流の処理は一層高 品質の環状エステル生成物を生じる。
実施例 次にあげる例は、向流スクラブユニットと共に気体援助解重合ユニットを包含す る装置で実施した。
解重合ユニットは、撹拌機ブレードの下の点で終わる気体人口を有する撹拌10 100Oタンク、及び1″X 16″のスクラブカラムに導きその中間点の直下 でカラムに入る気体出口ラインから本質的になるものであった。カラムは101 00O第1受は器容器の上にあり、排気第2受は器内に移す下方に配置された水 冷コンデンサーに導く4″ヘツドに上端で連結していた。第1受は器はカラムの 頂部にポンプを介して導く外部管状手段を備え、第1受は器からの液体がカラム の頂部まで循環でき、上昇する蒸気流と接触してカラム内を下方に流れることが できた。カラムは、気体入口点の下にガラス細管の短片、その上にガラスピーズ を詰めた。撹拌タンク、ガス入口及び出口、カラム、第1受は器及び液体循環ラ インは、システム全体で温度を維持するための熱電対加熱手段(マントル及びテ ープ)を全て備えていた。カラムの頂部のヘッドは加熱しなかった。温度は摂氏 で記載した。
例I A乳酸オリゴマーの調製 2.5gのオクタン酸第1錫を含む750gの88%L−乳酸を、100℃に予 熱したN2気体流を1500標準立方セン千メートル/分(sccm)の速度で 通過させながら、撹拌下に徐々に加熱した。温度は約30分で92℃に達し、水 が出始めた。92℃で120分後に温度を120℃にあげ、そこに160分間以 上保持して、140℃に上げた。140℃で75分後ラクチドが放出され始めた とき、温度を迅速に170℃にあげ、約5分間保持した。この加熱期間の間に全 部で190.1gの水が回収された。
B気体援助解重合及び気体生成物流からのし一ラクチドの向流スクラブ除去 (A)からのポリ乳酸(オリゴマー)を、140℃に予熱したN2気体流を15 00secmの速度で通過させながら、215℃に加熱した。キュメンを0.4 cc/分の速度で3時間に亙ってN2流に供給した。この間に、カラムへの気体 供給ラインを104〜110℃、第1受は器を110〜120℃、循環ラインを 99〜100°C1気体供給ラインの下のカラム部を103〜105°C1及び 気体供給ラインの上の部分を114〜130℃に(カラムの水が蒸気状態である のに充分に高いがキュメンを完全に蒸発させる程には高くない)保持した。加熱 しないカラムヘッドの温度は92〜96°Cであった。
操業の第1及び第2時間に約200ccのキュメンを毎回第1受は器に添加して カラムを流下する向流のために充分のキュメンを確保した。
キュメン溶液として第1受は器に集まったラクチドを、溶液を室温に冷却して回 収した。生成した灰色がかった白色の沈殿を濾過し、イソプロピルアルコールで 2回洗浄し、減圧下で乾燥して、報告された一297対−300の旋光性を有す る高純度白色の結晶し一ラクチド(52g)が得られた。
キュメン濾過物は、水分を含まず、黄色で、解重合工程で生成した不飽和分解生 成物の存在を示した。クラッキングポットの残留物は、こはく色で、366gで あった。第2受器は水及びキュメンの2相混合物を含んでいた。
例2 この例は1工程法を説明するもので、水性乳酸を脱水し、オリゴマーに変換し、 オリゴマーをキャリヤー気体流中でラクチドに解重合し、解重合生成物を気体生 成物流から向流ストリッピングし、オーバーヘッドとして水を除きながらストリ ッピング溶媒中のボトム溶液として回収する。
乳酸脱水工程及びオリゴマー化工程を本質的に上述したAのように行い、解重合 工程を本質的に上述したBのように行うように、上述の解重合ユニットでL−乳 酸−オクタン酸第1錫組成物を加熱したほかは、例1の方法を繰返した。L−ラ クチド生成物の旋光性は−294であった。
上に例示したように気体状随伴剤中へのスクラブ溶媒の供給はオリゴマー物質か らの環状エステルのストリッピングを助けると共に、気体生成物流からの環状エ ステルの向流ストリッピングのための再循環液体を提供するのを援助することを 注記する。然し、環状エステル及びそのヒドロキシル化不純物を含む上昇気体流 と向流接触するためにカラムを上下に再循環する充分なスクラブ溶媒が第1受器 に含まれるときには、これを気体供給流から除外することができる。
例3 L−乳酸オリゴマーを本質的に例1のA部に記載したようにして752.4gの 88%L−乳酸から調製し、195gの水を回収した。オリゴマーを、0.35 標準立方フィート/分の速度で通過させるN2流で約2.5時間、216〜23 0℃に撹拌下で加熱し、その間に、スクラブ媒体としてトルエンを充満して含み 、水冷コンデンサーがのった10100O受は型中に気体流を通した。追加の3 00mLのトルエンを1時間後にスフラッパーに添加した後、0.75時間後に 5000ILのトルエンを受器からの溶媒の蒸発を補償するために加えた。気体 流の温度は、当初の短時間(0,25時間)の低い95℃から、長時間(はぼ2 時間)の128〜156℃、はとんどは140℃以上、短時間(約0.25時間 )の最後の低い121℃まで変化した。この間のトルエンスクラッピング媒体の 温度は、当初の83℃から高い127℃を経て最後の93℃に亙った。
トルエン溶液を室温以下に冷却して濾過した。フィルターケーキ(199,5g )をトルエンで洗浄し、減圧下で乾燥した(183.7g乾燥重量)。乾燥生成 物は示差走査熱量測定(DSC)で測定して97.8の純度を有した。
例4 756.1gの88%L−乳酸及び2.6gのオクタン酸第1錫からし一乳酸オ リゴマーを本質的に上述したようにして調製した。スクラッピング溶媒は101 00Oのデセン−1(沸点は172℃)で、はぼ2,5時間の実施の間追加の添 加はしなかったほかは、例3の方法を繰返した。解重合温度は215〜227℃ 、気体流の温度は121〜161℃で主に134℃以上、スフラッパー溶液の温 度は103℃の低い温度から沸点より充分に低い133℃の高い温度までの範囲 であった。
スフラッパー含有物を濾過して457.5gの粗ラクチドを得た。これはイソプ ロピルアルコールでスラリー化し、再濾過し、イソプロピルアルコール次いでト ルエンで洗浄して320.6g (湿潤重量)の生成物を得た。溶媒蒸発で乾燥 した重量は304.6gで54%収率に対応した。生成物の純度はDSCで98 .78であった。
手続補正書 平成5年8月1?日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ポリ(ヒドロキシカルボン酸)オリゴマーを二量体環状エステルに解重合す る気体援助方法であって、(a)オリゴマーを環状エステルが発生するのに有効 な時間と適当な温度及び圧力で反応帯において加熱し、(b)反応帯から環状エ ステル及び存在する水を押流しかつ環状エステル及びそれに随伴する水を含む気 体流を形成するに充分な量及び速度で、不活性気体流がオリゴマー物質中を通過 し、及び (c)気体流を溶媒でスクラツピングして環状エステルを取出すことを包含する 方法において、 (i)溶媒が非極性でかつ水不混和性であり、(ii)スクラツピング工程(c )を工程(a)の適当な温度より低くかつ溶媒が液体である第1温度で実施し、 環状エステルを気体流から取出して環状エステルと溶媒とを包含する相を形成さ せ、かつ気体流から取出される水が溶媒及び環状エステルから分離した水性相を 形成するものであり、及び(iii)環状エステル及び溶媒を含有する相を回収 する改良方法。 2 第1温度が環状エステルの融点と少なくともほぼ同じ高さであり、かつ、環 状エステルを含む相から少なくとも一部の水を蒸発させるに充分高いものである 請求項1に記載の方法。 3 環状エステルを工程c(iii)の溶媒相から分離する請求項1に記載の方 法。 4 スクラツピング溶媒が気体流と向流接触する請求項1に記載の方法。 5 スクラツピング溶媒が約90℃から約230℃の範囲で沸騰し、スクラッピ ング温度が約70℃から約180℃の範囲にある請求項2に記載の方法。 6 二量体環状エステルが次の式を有する請求項1に記載の方法。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 式中、R基は、それぞれ、独立して、H又はC1−C6ヒドロカルビル基又は置 換ヒドロカルビル基である。 7 環状エステルが少なくとも1のグリコリド又はラクチドを包含する請求項6 に記載の方法。 8 工程(a)のオリゴマーを、アルファーヒドロキシカルボン酸を反応帯に直 接供給し、該酸を該オリゴマーに変換するのに有効な温度及び圧力及び時間で該 酸を加熱することによって反応帯において「その場で」形成する請求項1に記載 の方法。 9 分離を環状エステルの結晶化で行う請求項3に記載の方法。 10 溶媒が、脂肪族、脂環式、芳香族炭化水素及びハロカーボン溶媒からなる 群から選ばれた少なくとも1の溶媒を包含する請求項1に記載の方法。 11 アルファーヒドロキシカルボン酸からオリゴマーを形成し、 該オリゴマーを、触媒の存在下で、該オリゴマーが環状エステルに解重合する温 度に加熱し、 環状エステルの少なくとも一部を随伴する流を提供するために該オリゴマーに不 活性気体を通過させ、該流を非極性溶媒でスクラツピングして該流から随伴環状 エステルの少なくとも一部を除き、 溶媒からエステルを分離する ことを包含する環状エステルの製造方法。
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