JPH07173264A - ポリヒドロキシカルボン酸の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 縮合反応により、ヒドロキシカルボン酸エス
テル類から、高分子量のポリヒドロキシカルボン酸を得
ることを目的とする。 【構成】 ヒドロキシカルボン酸エステル類またはその
混合物、またはそのオリゴマーを触媒の存在下縮合反応
し、重量平均分子量が約１５，０００以上であるポリヒ
ドロキシカルボン酸を製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、医療用材料や汎用樹脂
の代替物として有用なポリマーであるポリヒドロキシカ
ルボン酸をヒドロキシカルボン酸エステル類の直接縮合
により製造する方法に関する。脂肪族ポリヒドロキシカ
ルボン酸は、水の存在下で比較的容易に加水分解を受
け、微生物によっても分解される。又、生体内において
も加水分解され吸収されることから生分解性ポリマーと
して用い得るポリマーとして注目さてれいる。

【０００２】

【従来の技術】これまでに、ラクタイドやグリコライド
等の中間体を経由する方法によるポリヒドロキシカルボ
ン酸の製造方法について、ＵＳＰ１，９９５，９７０、
ＵＳＰ２，３６２，５１１、ＵＳＰ３，７９７，４９９
等に開示されているが、この方法では、高分子量のポリ
ヒドロキシカルボン酸を得るためにはラクタイド、ある
いはグリコライドの純度をかなり高める必要があるの
で、ここでかなりの手間と費用を必要とする。

【０００３】また、ヒドロキシカルボン酸から直接ポリ
エステルを得る方法については、特開昭５９−９６１２
３号公報に記されているが、この方法では高分子量のポ
リヒドロキシカルボン酸を得ることはできない。

【０００４】一方、ポリヒドロキシカルボン酸である乳
酸は、発酵法または合成法により製造されるが、その製
造過程において、一旦、乳酸エステル類として単離精製
する方法が知られており、安価に供給される。このよう
なヒドロキシカルボン酸エステル類を原料とする高分子
量のポリヒドロキシカルボン酸の製造方法が望まれてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これまでに
ないヒドロキシカルボン酸エステル類からの高分子量ポ
リヒドロキシカルボン酸の製造方法を提供することを課
題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は上記課題を
解決するために鋭意検討した結果、ヒドロキシカルボン
酸エステル類を触媒の存在下で加熱することにより高分
子量のポリヒドロキシカルボン酸が得られることを見い
出し本発明を完成した。

【０００７】本発明に使用するヒドロキシカルボン酸エ
ステル類としては、例えば、乳酸、グリコール酸、２−
ヒドロキシイソブチリックアシッド、３−ヒドロキシブ
チリックアシッド、４−ヒドロキシブチリックアシッ
ド、６−ヒドロキシカプロイックアシッド等とメタノー
ル、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブ
タノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノー
ル、オクタノール等の低級アルコールとのエステルがあ
げられる。

【０００８】該製造法ではヒドロキシカルボン酸エステ
ル類の脱アルコール縮合反応によりポリヒドロキシカル
ボン酸を得るが、この反応は平衡反応であるので高分子
量のポリヒドロキシカルボン酸を得るには生成したアル
コールを除きながら反応を行う必要がある。このアルコ
ールを除くのに反応系に窒素等の不活性ガスを通して除
いてもよいし、減圧下で反応させることにより除いても
よい。また、不活性ガス気流下、減圧にしてアルコール
をのぞいてもよい。

【０００９】反応は有機溶媒中で行なうのが好ましい。
有機溶剤中で反応させる場合には、ヒドロキシカルボン
酸類の脱アルコール縮合反応を有機溶媒中で行ない、生
成したアルコールを該有機溶媒と共に反応系外に留出さ
せるとともに、留出した有機溶媒に溶解するアルコール
の量以下のアルコールの量を有する有機溶媒を追加溶媒
として反応系に装入しながら反応する。

【００１０】本発明の製造方法に使用できる有機溶媒
は、例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、等の炭
化水素系溶媒、クロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨ−
ドベンゼン、ジクロロベンゼン、１，１，２，２−テト
ラクロロエタン、p-クロロトルエン等のハロゲン系溶
媒、３−ヘキサノン、アセトフェノン、ベンゾフェノン
等のケトン系溶媒、ジブチルエ−テル、アニソ−ル、フ
ェネトール、ｏ−ジメトキシベンゼン、ｐ−ジメトキシ
ベンゼン、３−メトキシトルエン、ジベンジルエーテ
ル、ベンジルフェニルエーテル、メトキシナフタレン等
のエーテル系溶媒、フェニルスルフィド、チオアニソー
ル等のチオエーテル溶媒、安息香酸メチル、フタル酸メ
チル、フタル酸エチル等のエステル系溶媒、ジフェニル
エーテル、または４−メチルフェニルエーテル、３−メ
チルフェニルエーテル、３−フェノキシトルエン等のア
ルキル置換ジフェニルエーテル、または、４−ブロモフ
ェニルエーテル、４−クロロフェニルエーテル、４ーブ
ロモジフェニルエーテル、４−メチル−４’−ブロモジ
フェニルエーテル等のハロゲン置換ジフェニルエーテ
ル、または、４−メトキシジフェニルエーテル、４−メ
トキシフェニルエーテル、３−メトキシフェニルエーテ
ル、４−メチル−４’−メトキシジフェニルエーテル等
のアルコキシ置換ジフェニルエーテル、または、ジベン
ゾフラン、キサンテン等の環状ジフェニルエーテル等の
ジフェニルエーテル系溶媒があげられ、これらは、混合
して用いてもよい。特に平均分子量の高い脂肪族ポリエ
ステルを得るためにはエーテル系溶媒、アルキル−アリ
ールエーテル系溶媒およびジフェニルエーテル系溶媒が
より好ましいが、アルキル−アリールエーテル系溶媒お
よびジフェニルエーテル系溶媒が特に好ましい。

【００１１】これらの溶媒の使用量は得られるポリマー
の濃度で１０〜８０％であることが好ましい。

【００１２】本発明の製造方法において、生成したアル
コールを反応系外に有機溶媒を用いて留出させるには、
用いた有機溶媒とアルコールとの共沸によることが好ま
しい。有機溶媒に溶解したアルコールを除くために共沸
により留出した有機溶媒を吸着剤で処理したり、蒸留等
によりアルコール量を低下させた後、反応系に戻しても
良い。また共沸により留出した有機溶媒の代わりに、新
たなアルコール量の低い有機溶媒を装入しても良い。ま
た反応の始めの部分でアルコールを減圧により除去し、
その後に有機溶媒を含む反応混合物より有機溶媒の一部
を除去することにより、反応混合物のアルコール量を所
定の値とすることもできる。

【００１３】本発明は要はアルコールを除去しつつ縮合
反応を進めるものであり、この実施態様としては溶媒は
あってもなくてもよいが、溶媒を用いる方が好ましい。
溶媒はアルコールと共沸するものでもしないものでもよ
く、アルコールと分液するものでもしないものでもよ
い。また、他の実施態様としては、過剰の溶媒を予め装
入しておき、単に溶媒を抜き出すのみでアルコールを除
く方法、反応溶媒を他の溶媒を用いて乾燥する方法等も
含まれる。またさらに変形として、反応溶媒自体は液状
のままアルコールを除去してもよい。また、本発明の反
応温度については、溶媒がアルコールと共沸するため
に、沸点が低下したとしても所定の温度で行われればよ
い。

【００１４】本発明の製造方法において、平均分子量の
高いポリヒドロキシカルボン酸を得るために用いる吸着
剤としては、モレキュラーシーブ３Ａ、モレキュラーシ
ーブ４Ａ、モレキュラーシーブ５Ａ、モレキュラーシー
ブ１３Ｘ等のモレキュラーシーブ類があげられる。

【００１５】本発明の製造方法における反応温度は、ポ
リマーの生成速度および生成したポリマーの熱分解速度
を考慮して、好ましくは８０〜２２０℃であり、より好
ましくは、１１０〜２００℃である。縮合反応は、通
常、常圧下に使用する有機溶媒の留出温度で行われる。
反応温度を好ましい範囲にするために高沸点の有機溶媒
を用いる場合には、減圧下で行っても良いし、低沸点の
有機溶媒を用いる場合には、加圧下で行っても良い。分
子内に不斉炭素を有する場合はＤ体、Ｌ体、それぞれ単
独であっても良いし、Ｄ体とＬ体の混合物すなわちラセ
ミ体であってもよい。

【００１６】本発明の反応においては、触媒を使用して
も使用しなくても良いが、触媒を用いるばあいには、反
応速度を上げることができる。使用する触媒としては、
周期表ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ族の金属、その酸化物あ
るいはその塩等があげられる。具体的には、錫末、チタ
ン、亜鉛末、アルミニウム、マグネシウム、ゲルマニウ
ム等の金属、チタニウムイソプロポキサイド、チタニウ
ムテトラブトキサイド等の上記金属の金属アルコキサイ
ド、酸化錫、酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化アルミニ
ウム、酸化マグネシウム、酸化チタン等の金属酸化物、
塩化第一錫、塩化第二錫、臭化第一錫、臭化第二錫、フ
ッ化アンチモン、塩化亜鉛、塩化マグネシウム、塩化ア
ルミニウム等の金属ハロゲン化物、硫酸錫、硫酸亜鉛、
硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸マグネシウム、炭酸
亜鉛等の炭酸塩、酢酸錫、オクタン酸錫、乳酸錫、酢酸
亜鉛、酢酸アルミニウム等の有機カルボン酸塩、トリフ
ルオロメタンスルホン酸錫、トリフルオロメタンスルホ
ン酸亜鉛、トリフルオロメタンスルホン酸マグネシウ
ム、メタンスルホン酸錫、ｐ−トルエンスルホン酸錫等
の有機スルホン酸塩があげられる。その他、ジブチルチ
ンオキサイド等の上記金属の有機金属酸化物、または、
または、ジエチル亜鉛等の上記金属のアルキル金属、ま
たは、ダウエックス、アンバーライト等のイオン交換樹
脂等が挙げられる。特に好ましくは、錫化合物、あるい
はチタン化合物である。その使用量は、使用するヒドロ
キシカルボン酸、または、それらのオリゴマーの０．０
００１〜１０重量％が良く、経済性を考えると、０．０
０１〜２重量％が好ましい。

【００１７】本発明の製造方法では、系外から水分が入
らないように、不活性ガス雰囲気下で行うことが好まし
く、不活性ガスで置換しながら又は不活性ガスでバブリ
ングしながら行っても良い。本発明の縮合反応は、連続
操作でも回分操作でも行うことができる。また溶媒の脱
アルコール、溶媒の装入も連続操作でも回分操作でも行
うことができる。

【００１８】本発明の製造方法では、反応で生成したア
ルコールを有機溶媒と共に反応系外に留出させながら反
応することができるが、好ましくは生成したアルコール
を有機溶媒と共に反応系外に留出させるとともに、留出
した有機溶媒に溶解するアルコール量と同じか、又は低
いアルコール量を有する有機溶媒を反応系に装入しなが
ら反応することができる。その実施態様の好ましい一例
を原料モノマーとして乳酸メチルを用いて以下に記載す
る。

【００１９】反応容器に、所定量の乳酸メチルと所定量
の触媒および溶媒を装入し、不活性ガス気流下、反応器
を加熱し、溶媒とアルコールを留出させ水分離器に導
く。この段階でヒドロキシカルボン酸エスエルはオリゴ
マー化する。この段階での重量平均分子量は、５００〜
１，０００であり、重量平均分子量が５，０００程度ま
でになっていても良い。この間の反応時間はおよそ０．
５時間から数時間である。このオリゴマー化の反応は、
あらかじめ別の反応器で、無溶媒、無触媒、減圧下で行
っていても良いし、無触媒で溶媒を用いて行っても良
い。このまま溶媒の留出温度で、反応が進むにつれて生
成するアルコールを除去し続けても良い。さらに高分子
量のポリマーを得るには、オリゴマー化した後水分離器
をはずし、モレキュラーシーブ等の吸着剤を充填した管
をとりつけ、留出する溶媒がこの管を通って還流するよ
うにするか、留出した溶媒を、吸着剤を入れた別の反応
器で処理して反応器に戻すようにするか、または新たな
アルコール含量の低い溶媒を反応器に装入する。これら
の方法により溶媒に溶解するアルコールの量を５０ｐｐ
ｍ以下にし、このまま数十時間反応つづけることによ
り、溶媒の種類にもよるが、重量平均分子量１５，００
０〜１００，０００のポリ乳酸を得ることができる。反
応終了後、所望のポリ乳酸を得る処理方法はどのような
方法でも良いが、例えば、反応液に溶媒を加え攪拌しな
がら除冷し、晶析し、その結晶を酸で洗うなどして触媒
量を１０ｐｐｍ以下にした後、中和し、濾過、乾燥すれ
ば、所望のポリ乳酸が得られる。本発明の方法により得
られる脂肪族ポリエステルの重量平均分子量は、溶媒の
有無、溶媒の種類、触媒の種類および量、反応温度、反
応時間、留出した溶媒の処理方法等を変えることによ
り、種々のものが得られるが、約１５，０００〜１０
０，０００である。

【００２０】

【実施例】以下に実施例を示すが、本発明はこれに限定
されるものではない。なお、本明細書記載の脂肪族ポリ
エステルの重量平均分子量（Ｍｗ）は、ゲルパーミエー
ションクロマトグラフィー（カラム温度４０℃、クロロ
ホルム溶媒）により、ポリスチレン標準サンプルとの比
較でもとめた。

【００２１】実施例１ 乳酸メチル３７．４ｇに金属錫０．１２５ｇを加え、１
４０〜１６０℃／ａｔｍで１２時間、１，０００ｍｌ／
ｍｉｎの割合で窒素を流しながら生成したメタノールを
溶媒と共に系外に留出し、加熱撹拌し反応させた。これ
にＤｅａｎ Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐを取り付け、ジフェ
ニルエーテル５３．９ｇを加え、１６５℃で３時間反応
を行い、その後、Ｄｅａｎ Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐをは
ずし、モレキュラーシーブ４Ａ、１０ｇが充填された管
を取り付け、窒素を流すのを止めて、減圧下、留出する
溶媒がモレキュラーシーブを通って再び系内に戻るよう
にした。１６０℃／２０ｍｍＨｇで３６時間反応を行っ
た。得られたポリ乳酸の重量平均分子量は６１，０００
であった。

【００２２】実施例２ Ｄｅａｎ Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐを装着した反応器に、
乳酸メチル３７．４ｇとジフェニルエーテル７６．１ｇ
に金属錫０．１２５ｇを加え、１５５℃／ａｔｍで５８
時間、１，０００ｍｌ／ｍｉｎの割合で窒素を流しなが
ら生成したメタノールを溶媒と共に系外に留出し、加熱
撹拌し反応させた。得られたポリ乳酸の重量平均分子量
は７２，０００であった。

【００２３】実施例３ Ｄｅａｎ Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐを装着した反応器に、
乳酸ブチル３７．４ｇとジフェニルエーテル７６．０ｇ
と金属錫０．１２５ｇを加え、１５５℃／ａｔｍで１５
時間、１，０００ｍｌ／ｍｉｎの割合で窒素を流しなが
ら生成したブタノールを溶媒と共に系外に留出し、加熱
撹拌し反応させた。その後、ＤｅａｎＳｔａｒｋ ｔｒ
ａｐをはずし、モレキュラーシーブ４Ａ、１０ｇが充填
された管を取り付け、窒素を流すのを止めて、減圧下、
留出する溶媒がモレキュラーシーブを通って再び系内に
戻るようにした。１６０℃／２０ｍｍＨｇで３７時間反
応を行った。得られたポリ乳酸の重量平均分子量は７
４，０００であった。

【００２４】実施例４ Ｄｅａｎ Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐを装着した反応器に、
乳酸メチル３７．４ｇとジフェニルエーテル７６．０ｇ
とチタニウムテトラブトキサイド０．５００ｇを加え、
１６０℃／ａｔｍで１５時間、１，０００ｍｌ／ｍｉｎ
の割合で窒素を流しながら生成したメタノールを溶媒と
共に系外に留出し、加熱撹拌し反応させた。その後、Ｄ
ｅａｎ Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐをはずし、モレキュラー
シーブ４Ａ、１０ｇが充填された管を取り付け、窒素を
流すのを止めて、減圧下、留出する溶媒がモレキュラー
シーブを通って再び系内に戻るようにした。１６０℃／
２０ｍｍＨｇで４０時間反応を行った。得られたポリ乳
酸の重量平均分子量は８０，０００であった。

【００２５】比較例１ Ｄｅａｎ Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐを装着した反応器に、
乳酸メチル３７．４ｇとジフェニルエーテル７６．０ｇ
を加え、１６０℃／ａｔｍで６０時間、１，０００ｍｌ
／ｍｉｎの割合で窒素を流しながら生成したメタノール
を溶媒と共に系外に留出し、加熱撹拌し反応させた。得
られた反応生成物は重量平均分子量で２００程度のもの
であった。

【００２６】比較例２ Ｄｅａｎ Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐを装着した反応器に、
乳酸メチル３７．４ｇとジフェニルエーテル７６．０ｇ
とマグネシウムジエトキサイドを３．５３ｇを加え、１
６０℃／ａｔｍで１５時間、１，０００ｍｌ／ｍｉｎの
割合で窒素を流しながら生成したメタノールを溶媒と共
に系外に留出し、加熱撹拌し反応させた。その後、Ｄｅ
ａｎ Ｓｔａｒｋ ｔｒａｐをはずし、モレキュラーシ
ーブ４Ａ、１０ｇが充填された管を取り付け、窒素を流
すのを止めて、減圧下、留出する溶媒がモレキュラーシ
ーブを通って再び系内に戻るようにした。１６０℃／２
０ｍｍＨｇで２９時間反応を行った。得られたポリ乳酸
の重量平均分子量は４５，０００であった。

【００２７】

【発明の効果】本発明の製造方法によって、高分子量の
ポリヒドロキシカルボン酸をヒドロキシカルボン酸エス
テル類から直接縮合反応により得ることができる。ま
た、本発明の方法により得られたポリヒドロキシカルボ
ン酸から、充分な強度を持ったフィルムや糸等の成形物
を容易に得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 彰宏 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三井 東圧化学株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒドロキシカルボン酸エステル類または
   その混合物、またはそのオリゴマーを触媒の存在下縮合
   反応し、重量平均分子量が約１５，０００以上であるポ
   リヒドロキシカルボン酸を製造する方法。
2. 【請求項２】 有機溶媒の存在下で縮合反応を行うこと
   を特徴とする請求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】 有機溶媒がジフェニルエーテルであるこ
   とを特徴とする請求項２記載の製造方法。
4. 【請求項４】 触媒が錫化合物、あるいは、チタン化合
   物であることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
5. 【請求項５】 留出した有機溶媒中のアルコール量より
   少ないアルコールを含む有機溶媒を追加挿入することを
   特徴とする請求項１記載の製造方法。
6. 【請求項６】 追加挿入する有機溶媒中のアルコール量
   が５０ｐｐｍ以下である請求項５記載の製造方法。
7. 【請求項７】 ヒドロキシカルボン酸エステル類がヒド
   ロキシカルボン酸のＣ₁〜Ｃ₈の低級アルコールのエステ
   ルであることを特徴とする請求項１記載の製造方法。