JPH0827255A - Production of polylactic acid - Google Patents

Production of polylactic acid

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JPH0827255A
JPH0827255A JP16357294A JP16357294A JPH0827255A JP H0827255 A JPH0827255 A JP H0827255A JP 16357294 A JP16357294 A JP 16357294A JP 16357294 A JP16357294 A JP 16357294A JP H0827255 A JPH0827255 A JP H0827255A
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reaction
lactic acid
polycondensation
polylactic acid
alcohol
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里佳 三好
Tadaki Sakai
忠基 酒井
Noriaki Hashimoto
憲明 橋本
Kenjirou Chikara
健二郎 力
Kayoko Yokota
佳代子 横田
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Abstract

PURPOSE:To efficiently produce a high-molecular polylactic acid useful for a biodegradable plastic with industrial advantage in a high yield in a short time by using a lactic acid ester as the raw material and polycondensing it according to the dealcoholation reaction method. CONSTITUTION:Production of the objective polylactic acid is carried out by conducting polycondensation reaction of (A) a lactic acid ester (especially preferably a 1 to 4C alkyl ester) preferably in a batch type polymerization reaction tank while removing the liberated alcohol and preferably further polycondensing the obtained oligomer in a screw type extruder while removing the liberated alcohol. In addition, these polycondensation reactions are preferably conducted respectively under heating and a reduced pressure (preferably at 80 to 130 deg.C and 550 to 720mmHg) in the presence of a polycondensation catalyst (especially preferably tin octylate, tetrabutyl titanate, etc.).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、生分解性プラスチック
として有用な高分子量のポリ乳酸を工業的に有利に製造
する方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for industrially producing high molecular weight polylactic acid useful as a biodegradable plastic.

【0002】[0002]

【従来の技術】生分解性プラスチックは、使用目的を果
たした後には環境下で分解され、最終的に低分子化合物
の形で自然界へ還元されていく材料として、昨今注目を
集めている。中でも脂肪族のポリエステル類は、微生物
や水分などにより完全にモノマーまで分解され、最終的
には二酸化炭素や水として自然界へ還元される特性をも
つことから、医用材料を初め、最近では使用後に環境中
へ廃棄されることが予想される汎用資材への展開も検討
され始めている。
2. Description of the Related Art Biodegradable plastics have recently attracted attention as a material that is decomposed in the environment after fulfilling the purpose of use and is eventually reduced to the natural world in the form of a low molecular weight compound. Among them, aliphatic polyesters have the property of being completely decomposed into monomers by microorganisms and water, and finally being reduced to the natural world as carbon dioxide and water. The development of general-purpose materials that are expected to be disposed of inside is being considered.

【0003】脂肪族ポリエステルの一種であるポリ乳酸
は、その分解特性や他材料と良好な相溶性をもつことに
加えて、透明性や剛性が優れているなど成形加工材料と
しても注目すべき特性をもつことから、昨今では生分解
性という一つの機能をもつ新たな成形加工材料として、
その存在が見直され始めている。
Polylactic acid, which is a type of aliphatic polyester, has remarkable properties such as transparency and rigidity, in addition to its decomposing property and good compatibility with other materials, which should be noted as a molding material. Therefore, as a new molding material with one function of biodegradability,
Its existence is beginning to be reviewed.

【0004】ポリ乳酸の製造方法としては、従来、乳酸
を脱水・重縮合して生成した乳酸オリゴマーを触媒の作
用により分解させたラクチドを原料とし、これにスズ系
の触媒を添加して開環重合を行わせてポリマーを得る方
法が一般的に用いられてきた。しかしながら、このプロ
セスでは原料となるラクチドが非常に高価であるため、
結果的にポリ乳酸製品の価格を高騰化させることにつな
がり、同材料の汎用分野への応用を妨げる要因ともなっ
ていた。
Conventionally, as a method for producing polylactic acid, lactide obtained by decomposing a lactic acid oligomer produced by dehydration and polycondensation of lactic acid by the action of a catalyst is used as a raw material, and a tin-based catalyst is added to this to open a ring. The method of polymerizing to obtain a polymer has been generally used. However, since the raw material lactide is very expensive in this process,
As a result, the price of polylactic acid products has risen sharply, which has been a factor that impedes the application of the material to general-purpose fields.

【0005】こうした背景を受けて、近年乳酸の直接重
縮合法によるポリマーの合成プロセスの確立が検討され
始めているが、種々の解決を要する課題を有しており、
工業的なプロセスとして確立化されるまでには至ってい
ない。これらの技術上の問題点を以下に示す。
Under these circumstances, establishment of a process for synthesizing a polymer by the direct polycondensation method of lactic acid has started to be studied in recent years, but it has various problems to be solved,
It has not been established as an industrial process. These technical problems are shown below.

【0006】(1)原料の乳酸は、その基本組成として
水分を10〜20重量%(以下「wt%」という)の割合
で含有している。これは、乳酸の製造段階でそれ以上の
濃縮を行うと、二量体や三量体などのオリゴマーが生成
してしまうためである。従って、他のポリマー重縮合プ
ロセスと比較すると、こうした原料由来の遊離水分を除
去する手間が余計にかかることから、結果的に反応時間
が長くなり、工業的に不利なプロセスとなっているのが
現状である。
(1) Lactic acid as a raw material contains water as a basic composition in a proportion of 10 to 20% by weight (hereinafter referred to as "wt%"). This is because oligomers such as dimers and trimers are produced if the concentration is further increased in the production stage of lactic acid. Therefore, compared with other polymer polycondensation processes, it takes extra time to remove the free water derived from these raw materials, resulting in a longer reaction time and an industrially disadvantageous process. The current situation.

【0007】(2)該乳酸の直接重縮合法による合成プ
ロセスは乳酸から水分子を取り去ることによって進行す
る脱水・重縮合反応であるため、高温・高真空という過
酷な条件で反応の促進化を図る必要がある。しかしなが
ら、このような状況下では生成したポリマーの熱分解や
酸化劣化により、分子量の低下や着色など著しい物性低
下を引き起こしてしまう。
(2) Since the synthetic process of the direct polycondensation method of lactic acid is a dehydration / polycondensation reaction which proceeds by removing water molecules from lactic acid, the reaction is accelerated under severe conditions of high temperature and high vacuum. It is necessary to plan. However, under such circumstances, thermal decomposition or oxidative deterioration of the produced polymer causes a remarkable decrease in physical properties such as a decrease in molecular weight and coloring.

【0008】(3)反応工程中に副生するラクチドや乳
酸エーテルなどの低分子化合物が反応液中で生成したポ
リマーと平衡状態となるため、得られるポリマーの分子
量が重量平均分子量(Mw)で3,000〜4,000程
度に留まってしまい、実用に供する強度を持つポリマー
となり得ない。
(3) Since the low molecular weight compounds such as lactide and lactic acid ether, which are by-produced during the reaction step, are in equilibrium with the polymer produced in the reaction solution, the molecular weight of the obtained polymer is a weight average molecular weight (Mw). The polymer stays at about 3,000 to 4,000 and cannot be a polymer having the strength for practical use.

【0009】(4)反応の進行に伴ってポリマーが高粘
性を有するようになると、ポリマー内部に閉じ込められ
た水分子を除去することが困難となることから、通常の
回分式反応槽に比べて強力な攪拌機能を備え、かつ装置
内を高真空状態に保つことが可能な特殊構造を有する装
置を設計する必要がある。しかし、こうした要求を大容
量の回分式重合装置で実現化することは非常に難しい。
(4) When the polymer becomes highly viscous as the reaction progresses, it becomes difficult to remove the water molecules trapped inside the polymer. It is necessary to design a device having a strong stirring function and a special structure capable of maintaining a high vacuum state inside the device. However, it is very difficult to realize such a requirement with a large-capacity batch type polymerization apparatus.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は高分子量のポリ乳酸を上記の欠点がなく工業的に有利
に製造する方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a method for industrially producing high molecular weight polylactic acid without the above-mentioned drawbacks.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】斯かる実状に鑑み本発明
者らは鋭意研究を行った結果、乳酸そのものではなく乳
酸エステルを原料として、これを脱アルコール化反応に
て重縮合させれば、短時間でかつ効率的に高分子量のポ
リ乳酸が得られることを見出し本発明を完成した。
Means for Solving the Problems In view of such circumstances, the present inventors have conducted diligent research, and as a result, if lactic acid ester is used as a raw material instead of lactic acid itself and polycondensation is carried out in a dealcoholation reaction, The present invention has been completed by finding that high molecular weight polylactic acid can be obtained efficiently in a short time.

【0012】すなわち本発明は、乳酸エステルを、生成
するアルコールを除去しながら重縮合させることを特徴
とするポリ乳酸の製造方法を提供するものである。
That is, the present invention provides a method for producing polylactic acid, which comprises subjecting a lactic acid ester to polycondensation while removing the produced alcohol.

【0013】本発明においては、原料として乳酸でな
く、乳酸エステルを用いるが、かかる乳酸エステルとし
ては、乳酸低級アルキルエステル、特に乳酸C1−C4
ルキルエステルが好ましい。乳酸エステルの具体例とし
ては、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸プロピル、乳酸ブ
チル等が挙げられるが、このうち、価格面では工業的に
量産されている乳酸メチル又は乳酸エチルが比較的安価
であり好ましい。また、反応工程中にこれらエステルか
らアルコールが生成するが、このアルコールの留去し易
さを考慮しても沸点の低いアルコールを生ずる乳酸メチ
ル、乳酸エチルが好ましい。因に、アルコールの沸点は
乳酸メチルから生ずるメタノールが64℃、乳酸エチル
から生ずるエタノールは78℃、乳酸プロピルから生ず
るプロパノールは97℃、乳酸ブチルから生ずるブタノ
ールは117℃である。
In the present invention, lactic acid ester is used as a raw material instead of lactic acid, and as the lactic acid ester, lactic acid lower alkyl ester, particularly lactic acid C 1 -C 4 alkyl ester is preferable. Specific examples of the lactate ester include methyl lactate, ethyl lactate, propyl lactate, butyl lactate and the like. Among them, industrially mass-produced methyl lactate or ethyl lactate is relatively inexpensive and preferable. . Alcohol is produced from these esters during the reaction step, and methyl lactate and ethyl lactate are preferable, which give alcohols having a low boiling point even in consideration of the ease of distilling off the alcohol. The boiling points of alcohols are 64 ° C. for methanol produced from methyl lactate, 78 ° C. for ethanol produced from ethyl lactate, 97 ° C. for propanol produced from propyl lactate, and 117 ° C. for butanol produced from butyl lactate.

【0014】乳酸エステルは、通常0.5wt%以下の水
分を含有しているが、本発明方法の原料としてこれを用
いる場合は、予め水分を取り除いておくことが反応工程
の短縮化の面から好ましい。このような水分の除去には
乾燥剤を用いるのが好ましい。乾燥剤としては、モレキ
ュラーシーブ(合成ゼオライト)、酸化アルミニウム、
硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、
シリカゲルなどが挙げられるが、乾燥(脱水)能力や乳
酸エステルとの相性、使用後の除去の容易さ、再生使用
の可否などを考慮に入れるとモレキュラーシーブが最適
である。このうち、分子の細孔直径が3Å以下の水の吸
着能が大きいモレキュラーシーブが望ましい。モレキュ
ラーシーブの乾燥能力は最大20%であるため、処理を
必要とする乳酸エステルの量に応じて必要量を算出す
る。使用方法としては、乳酸エステルに直接添加して時
々攪拌しながら約24時間放置する静置法と、モレキュ
ラーシーブを適量カラム(直径25mm、長さ300mm)
に充填し、乳酸エステルを2〜3リットル/hの流速で
流すカラム法のいずれを用いても良い。
Lactic acid ester usually contains water in an amount of 0.5 wt% or less. When this is used as a raw material for the method of the present invention, it is necessary to remove the water beforehand in order to shorten the reaction process. preferable. It is preferable to use a desiccant for removing such water. As a desiccant, molecular sieve (synthetic zeolite), aluminum oxide,
Calcium sulfate, magnesium sulfate, sodium sulfate,
Silica gel and the like can be mentioned, but the molecular sieve is most suitable in consideration of drying (dehydration) ability, compatibility with lactate ester, ease of removal after use, propriety of reuse and the like. Of these, molecular sieves having a molecule pore diameter of 3Å or less and having a large water adsorption capacity are desirable. Since the molecular sieve has a maximum drying capacity of 20%, the required amount is calculated according to the amount of lactate ester that needs to be treated. The method of use is to add it directly to lactate and leave it for about 24 hours with occasional stirring, and a proper amount of molecular sieves (diameter 25 mm, length 300 mm).
Column method in which the lactate ester is flown at a flow rate of 2 to 3 l / h.

【0015】重縮合反応は、重縮合用触媒の存在下、減
圧状態で加熱し、生成するアルコールを除去しながら行
うのが好ましい。
The polycondensation reaction is preferably carried out in the presence of a polycondensation catalyst while heating under reduced pressure while removing the produced alcohol.

【0016】重縮合用触媒としては、オクチル酸スズ、
塩化第一スズ、テトラブチルチタネート、ジブチルスズ
オキサイド、テトライソプロピルチタネート、酢酸亜
鉛、オクチル酸亜鉛、テトラブトキシゲルマニウム、酸
化ゲルマニウムなどが好ましいが、触媒活性や取扱い易
さを考慮に入れると、オクチル酸スズ、テトラブチルチ
タネート、ジブチルスズオキサイドなどがより好まし
い。また、触媒を添加すると反応途中に褐色化しやすく
なるため、必要に応じて熱安定化剤を添加するのが好ま
しい。熱安定化剤としては、ヒンダードフェノール系、
リン酸エステル系のものが適当である。触媒の添加量は
原料に対して好ましくは0.01〜1wt%、より好まし
くは0.05〜0.5wt%の範囲である。
As the polycondensation catalyst, tin octylate,
Stannous chloride, tetrabutyl titanate, dibutyltin oxide, tetraisopropyl titanate, zinc acetate, zinc octylate, tetrabutoxygermanium, germanium oxide and the like are preferable, but in consideration of catalytic activity and ease of handling, tin octylate, Tetrabutyl titanate and dibutyltin oxide are more preferable. Further, if a catalyst is added, it tends to turn brown during the reaction, so it is preferable to add a heat stabilizer if necessary. As a heat stabilizer, a hindered phenol type,
A phosphoric acid ester type is suitable. The amount of the catalyst added is preferably 0.01 to 1 wt%, and more preferably 0.05 to 0.5 wt% with respect to the raw material.

【0017】重縮合反応の温度及び減圧条件は、生成す
るアルコールを除去でき、かつ原料である乳酸エステル
の減圧沸点以下となるように制御し、原料の留去による
損失を防ぐのが望ましい。このような条件は反応の進行
度、反応装置等によっても異なるが通常70〜140
℃、より好ましくは80〜130℃で760mmHg以下、
好ましくは550〜720mmHgで行うのが望ましい。ま
た生成するアルコールは、反応装置に備えたベント口な
どから気化した状態で除去し、冷却して回収するのが望
ましい。
It is desirable that the temperature and reduced pressure conditions of the polycondensation reaction are controlled so that the produced alcohol can be removed and the boiling point of the raw material lactate ester is not higher than the reduced pressure boiling point to prevent loss due to distillation of the raw material. Such conditions vary depending on the progress of the reaction, the reaction apparatus, etc., but are usually 70 to 140.
℃, more preferably 760 mmHg or less at 80 ~ 130 ℃,
It is desirable to carry out at 550 to 720 mmHg. Further, it is desirable that the produced alcohol is removed in a vaporized state from a vent port or the like provided in the reaction apparatus, cooled, and recovered.

【0018】本発明においては、重縮合反応の進行に伴
い、反応混合物の粘度が上昇し、攪拌効率が低下し、重
縮合反応が充分に進行しないおそれがあるため、反応が
進行しても攪拌効率が低下しない装置を用いて反応を行
うのが好ましい。かかる観点から、反応はスクリュ式押
出機内で行うのが好ましく、更に乳酸オリゴマーの生成
までを回分式重合反応槽で行い、高分子量化をスクリュ
式押出機内で行うのが特に好ましい。
In the present invention, as the polycondensation reaction progresses, the viscosity of the reaction mixture increases, the stirring efficiency may decrease, and the polycondensation reaction may not proceed sufficiently. It is preferable to carry out the reaction using an apparatus that does not reduce the efficiency. From this point of view, the reaction is preferably carried out in a screw type extruder, and it is particularly preferable that the production of the lactic acid oligomer is carried out in a batch type polymerization reaction tank and the polymerization is carried out in the screw type extruder.

【0019】従って、本発明のより好ましい実施態様と
しては、乳酸エステルを回分式重合反応槽内で生成する
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、更に重縮合させることによりポリ乳酸を製造
する方法が挙げられる。以下、この実施態様について詳
細に説明する。
Therefore, in a more preferred embodiment of the present invention, the lactic acid ester is subjected to polycondensation while removing the alcohol produced in the batch type polymerization reaction tank, and the resulting oligomer is mixed with the alcohol produced in the screw type extruder. A method for producing polylactic acid by further polycondensing while removing the polylactic acid is exemplified. Hereinafter, this embodiment will be described in detail.

【0020】まず、オリゴマー生成に用いられる回分式
重合反応槽は、アルコール除去装置を備えていれば特に
限定されない。この反応は、通常80〜130℃で、7
60mmHg以下、より好ましくは550〜720mmHgで行
われる。
First, the batchwise polymerization reaction tank used for oligomer production is not particularly limited as long as it is equipped with an alcohol removing device. This reaction is usually carried out at 80 to 130 ° C. for 7
It is performed at 60 mmHg or less, more preferably 550 to 720 mmHg.

【0021】このような回分操作で約8〜12時間経過
後、アルコールの蒸発回収量が少なくなった時点で生成
した乳酸オリゴマーをスクリュ式押出機に供給する。
After about 8 to 12 hours have passed in such a batch operation, the lactic acid oligomer produced when the amount of evaporated and recovered alcohol is reduced is fed to the screw type extruder.

【0022】本発明で用いるスクリュ式押出機として
は、通常プラスチックの製造、成形に用いられる、スク
リュ、シリンダ、加熱ユニット、駆動装置、脱揮のため
のベント口を備えた単軸又は二軸スクリュ式押出機が挙
げられる。また、この二軸スクリュ式押出機としては、
スクリュの回転方向が同方向又は異方向回転のもの、ス
クリュのフライトが相互に噛み合っているもの又は噛み
合っていないもののいずれを用いることもできる。本発
明においては、箇別に温度制御可能なように分割されて
シリンダの周囲に設けられた複数個の加熱ユニットとそ
れらのユニット部分のシリンダ内部から脱揮可能なよう
に設置された複数のベント口とを有し、スクリュ長さ
(L)とスクリュ径(D)の比(L/D比)が10〜7
0の噛み合い型の二軸スクリュ式押出機が好ましい。
As the screw type extruder used in the present invention, a screw, a cylinder, a heating unit, a driving device, and a single screw or twin screw screw having a vent for devolatization, which are usually used for the production and molding of plastics. Type extruder. Also, for this twin-screw extruder,
It is possible to use one in which the screws rotate in the same direction or in different directions, and one in which the flights of the screws mesh with each other or do not mesh with each other. In the present invention, a plurality of heating units are separately provided around the cylinder so that the temperature can be controlled individually, and a plurality of vent ports installed so as to be devolatilized from the inside of the cylinder of those unit parts. And the ratio (L / D ratio) of the screw length (L) to the screw diameter (D) is 10 to 7
A zero mesh twin screw extruder is preferred.

【0023】スクリュ式押出機のスクリュ回転数は特に
制限されないが100rpm以上、特に150〜250rpm
が好ましい。なお、押出機内のシリンダ温度は好ましく
は130〜180℃、より好ましくは140〜170℃
の範囲に設定する。また、押出機内の圧力は、好ましく
は300mmHg以下、より好ましくは100〜200mmHg
の範囲に設定する。このように、重縮合反応の最終段階
で押出機のスクリュによる表面更新力を利用することに
より、ポリマーの分子量増大に伴う粘性の増加によって
ポリマー内部に閉じ込められたアルコールを強制的に反
応系外へ留去し、反応速度を高めることが可能となる。
The screw rotation speed of the screw type extruder is not particularly limited, but 100 rpm or more, particularly 150 to 250 rpm.
Is preferred. The cylinder temperature in the extruder is preferably 130 to 180 ° C, more preferably 140 to 170 ° C.
Set to the range of. The pressure in the extruder is preferably 300 mmHg or less, more preferably 100 to 200 mmHg.
Set to the range of. In this way, by utilizing the surface renewal force of the screw of the extruder in the final stage of the polycondensation reaction, the alcohol trapped inside the polymer is forced out of the reaction system due to the increase in the viscosity with the increase in the molecular weight of the polymer. It is possible to distill off and increase the reaction rate.

【0024】次に、明細書に添付した図1を参照しなが
ら本発明の前記実施態様を詳述する。
Next, the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 attached to the specification.

【0025】まず、乳酸エステル、触媒及び必要に応じ
て熱安定化剤を反応槽1内で均一に混合し、反応液温度
を所定の温度に設定して不活性ガスをボンベ4より供給
しながら、脱アルコールによる重縮合反応を行わせる。
また、このとき反応槽1内部は真空ポンプ12を用いて
減圧状態とする。
First, a lactate ester, a catalyst and, if necessary, a heat stabilizer are uniformly mixed in the reaction tank 1, the temperature of the reaction solution is set to a predetermined temperature, and an inert gas is supplied from the cylinder 4. , Polycondensation reaction by dealcoholization is performed.
At this time, the inside of the reaction tank 1 is depressurized by using the vacuum pump 12.

【0026】反応槽1には冷却トラップ13を接続し、
反応の進行に伴い生成してくるアルコールを順次トラッ
プできるように工夫する。このようにして回収されたア
ルコールは、蒸留装置15に送られて精製され、貯蔵タ
ンク16に回収される。
A cooling trap 13 is connected to the reaction tank 1,
Design so that the alcohol generated as the reaction progresses can be trapped sequentially. The alcohol recovered in this way is sent to the distillation apparatus 15 to be refined and then recovered in the storage tank 16.

【0027】次に、このような回分操作で約8〜12時
間経過後、アルコールの蒸発回収量が少なくなってきた
時点で、生成した乳酸オリゴマーを二軸スクリュ式押出
機5のホッパー6に投入し、装置内を真空ポンプ12に
より減圧して重縮合反応を進め、生成、気化してくるア
ルコールをベント口8より回収する。
Next, after about 8 to 12 hours have passed in such a batch operation, when the amount of evaporated and recovered alcohol decreases, the produced lactic acid oligomer is put into the hopper 6 of the twin-screw extruder 5. Then, the inside of the apparatus is depressurized by the vacuum pump 12 to advance the polycondensation reaction, and the alcohol produced and vaporized is recovered from the vent port 8.

【0028】押出機5内で重縮合反応の進行に伴い生成
するアルコールは、副反応生成物であるラクチドと共に
ベント口8より適宜回収され、冷却トラップ13内でラ
クチドのみ結晶化する。その後、アルコールとラクチド
はフィルター14により濾過分離され、濾液であるアル
コールは、蒸留装置15を経て精製され、貯蔵タンク1
6に回収される。
The alcohol produced along with the progress of the polycondensation reaction in the extruder 5 is properly recovered from the vent port 8 together with lactide which is a side reaction product, and only lactide is crystallized in the cooling trap 13. After that, alcohol and lactide are filtered and separated by a filter 14, and alcohol as a filtrate is refined through a distillation apparatus 15 and stored in a storage tank 1.
Recovered in 6.

【0029】押出機5における原料の連続重縮合操作は
装置の滞留時間範囲内(7〜12分間)で行われる。
The continuous polycondensation operation of the raw materials in the extruder 5 is carried out within the residence time range of the apparatus (7 to 12 minutes).

【0030】反応終了後に生成した溶融状態のポリ乳酸
はスクリュにより押し出され、スクリーン9を経て、更
にダイ10を通って押し出される。これらは貯蔵タンク
11に貯蔵され、その後、所望の形状に成形加工され
る。
The molten polylactic acid produced after the completion of the reaction is extruded by the screw, passed through the screen 9 and then through the die 10. These are stored in the storage tank 11 and then molded into a desired shape.

【0031】本発明の方法によれば、重量平均分子量Mw
が10,000〜20,000のポリ乳酸を得ることが
可能である。これらのポリ乳酸は簡易包装材、コーティ
ング剤や徐放性担体として有用である。
According to the method of the present invention, the weight average molecular weight Mw
It is possible to obtain a polylactic acid having a value of 10,000 to 20,000. These polylactic acids are useful as simple packaging materials, coating agents and sustained release carriers.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明方法において、原料として使用す
る乳酸エステルは、工業的に量産されているため乳酸と
比べると非常に安価な材料であり、本発明方法によれ
ば、ラクチドを原料とする従来プロセスよりも、製造コ
ストが安いという利点を有する。また、本発明では原料
を脱アルコール化しながら重縮合させることから、乳酸
脱水しながら重縮合化する直接重縮合プロセスと比較し
て、反応副生物を留去しやすく、反応時間も約半分で目
標とする分子量をもったポリマーを合成することができ
る。これらの結果、成形加工材料としてのポリ乳酸やそ
の成形加工品を安価に市場へ提供することが可能とな
り、機械的強度をあまり必要とせず、かつ生分解性の付
与が要求される用途については、将来有望な汎用性材料
として、その伸長が期待される。
In the method of the present invention, the lactic acid ester used as a raw material is an industrially mass-produced material, which is a very inexpensive material compared to lactic acid. According to the method of the present invention, lactide is used as a raw material. It has the advantage of lower manufacturing costs than conventional processes. Further, in the present invention, since the raw material is polycondensed while being dealcoholized, the reaction by-product is easily distilled off and the reaction time is about half as compared with the direct polycondensation process in which polycondensation is carried out while lactic acid is dehydrated. It is possible to synthesize a polymer having a molecular weight of As a result, polylactic acid as a molding material and its molded products can be provided to the market at low cost, and it is not necessary to have much mechanical strength and is required to have biodegradability. The growth is expected as a versatile material with promising future.

【0033】[0033]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳しく説明
するが、本発明はこれらの実施例により限定されるもの
ではない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0034】実施例1 攪拌装置、熱電対、N2導入管を取り付けた10リット
ル容量の重合反応槽に、モレキュラーシーブ(細孔直径
3Å)を用いて水分を除去した乳酸メチル(b.p.1
43℃)を7.8kg仕込み、これに触媒としてオクチル
酸スズを原料に対して0.05wt%の割合で添加した。
次に、700〜720mmHgの減圧下で、反応温度を原料
の減圧沸点以下、好ましくは85〜110℃となるよう
に設定して約8時間、生成するメタノールを系外に留去
させる脱アルコール操作を行いながら乳酸メチルを重縮
合させた。
Example 1 Methyl lactate (b.p.p.) from which water was removed using a molecular sieve (pore diameter 3Å) was placed in a polymerization reaction tank of 10 liter capacity equipped with a stirrer, thermocouple, and N 2 introduction tube. 1
(43 ° C.) was charged to 7.8 kg, and tin octylate as a catalyst was added thereto at a ratio of 0.05 wt% with respect to the raw material.
Next, under a reduced pressure of 700 to 720 mmHg, the reaction temperature is set to be equal to or lower than the reduced pressure boiling point of the raw material, preferably 85 to 110 ° C., and the produced alcohol is distilled out of the system for about 8 hours. The methyl lactate was polycondensed while carrying out.

【0035】その後、生成した乳酸オリゴマーを二軸ス
クリュ式押出機に3.4kg/hの割合で供給し、シリン
ダ温度を140〜160℃に、またスクリュ回転数を2
00rpmに設定して、押出機内を180〜200mmHgに
減圧しながら原料中に残存するメタノールをベント口よ
り効率的に脱揮すると同時に重縮合反応を完結化させ
た。なお、そのときの反応時間は、押出機内の滞留時間
より約9分であった。
After that, the produced lactic acid oligomer was fed to a twin-screw extruder at a rate of 3.4 kg / h, the cylinder temperature was 140 to 160 ° C., and the screw rotation speed was 2.
While setting the speed to 00 rpm, while decompressing the inside of the extruder to 180 to 200 mmHg, the methanol remaining in the raw material was efficiently devolatilized from the vent port and, at the same time, the polycondensation reaction was completed. In addition, the reaction time at that time was about 9 minutes from the residence time in the extruder.

【0036】反応終了後に押出機より吐出されたポリマ
ーの基本特性を調べたところ、重量平均分子量Mwは1
4,500となり、機械的な強度をあまり必要としない
コーティング剤や徐放性担体への成形加工が可能とされ
るMw≧10,000の値を達成することができた。な
お、そのときのポリマー収率は対理論量として59%で
あった。
When the basic characteristics of the polymer discharged from the extruder were examined after the reaction was completed, the weight average molecular weight Mw was 1
It was 4,500, and it was possible to achieve a value of Mw ≧ 10,000 which enables molding into a coating agent or a sustained-release carrier that does not require much mechanical strength. The polymer yield at that time was 59% as a theoretical amount.

【0037】該反応に要した時間はトータルで約8.2
時間となり、乳酸を原料として回分式重合反応槽を用
い、脱水・重縮合反応により本実施例と同等の分子量を
もつポリマーを合成した場合に比べて、反応時間は約1
/2に短縮化された。
The time required for the reaction is about 8.2 in total.
The reaction time is about 1 compared to the case where a polymer having a molecular weight equivalent to that of this example is synthesized by dehydration / polycondensation reaction using a batch-type polymerization reaction tank using lactic acid as a raw material.
It was shortened to / 2.

【0038】実施例2 実施例1と同様の重合反応槽に乾燥済みの乳酸エチル
(b.p.154℃)を7.2kg仕込み、これに触媒と
してジブチルスズオキサイドを原料に対して0.1wt%
の割合で添加した。次に、700〜720mmHgの減圧下
で反応液の温度を乳酸エチルの減圧沸点以下である10
0〜125℃に設定して約8.5時間、生成するエタノ
ールを系外へ留去させながら脱アルコールによる重縮合
反応を行った。
Example 2 7.2 kg of dried ethyl lactate (bp 154 ° C.) was charged in the same polymerization reaction tank as in Example 1 and 0.1 wt% of dibutyltin oxide as a catalyst was used as a catalyst.
Was added. Next, the temperature of the reaction liquid is reduced to the boiling point of the reduced pressure of ethyl lactate or less under a reduced pressure of 700 to 720 mmHg.
The polycondensation reaction by dealcoholization was performed while setting the temperature to 0 to 125 ° C. and distilling the produced ethanol out of the system for about 8.5 hours.

【0039】その後、生成した乳酸オリゴマーを実施例
1と同様の押出機に3.2kg/hの割合で供給し、シリ
ンダ温度を150〜170℃に、またスクリュ回転数を
220rpmに設定して、押出機内を170〜200mmHg
に減圧しながら、反応液中に残存するエタノールをベン
ト口より効率的に脱揮すると同時に重縮合反応を完結化
させた。なお、そのときの反応時間は、押出機内の滞留
時間より約10分であった。
Then, the produced lactic acid oligomer was fed to the same extruder as in Example 1 at a rate of 3.2 kg / h, the cylinder temperature was set to 150 to 170 ° C., and the screw rotation speed was set to 220 rpm, 170 ~ 200mmHg in the extruder
While reducing the pressure to 2, the ethanol remaining in the reaction solution was efficiently removed from the vent port, and at the same time, the polycondensation reaction was completed. The reaction time was about 10 minutes from the residence time in the extruder.

【0040】得られたポリマーの基本的な特性を調べた
ところ、重量平均分子量Mwは18,100となり、機械
的な強度をあまり必要としないコーティング剤や徐放性
担体への成形加工が可能なMw≧10,000の値を達成
することができた。なお、反応終了後に押出機より吐出
されたポリマーの収率は、対理論量として63%であっ
た。
When the basic properties of the obtained polymer were examined, the weight average molecular weight Mw was 18,100, and molding into a coating agent or sustained-release carrier that does not require much mechanical strength is possible. A value of Mw ≧ 10,000 could be achieved. The yield of the polymer discharged from the extruder after the reaction was 63% based on the theoretical amount.

【0041】該反応に要した時間はトータルで約8.6
時間となり、本発明と同様な回分式の重合反応槽を用い
て、乳酸を直接脱水・重縮合することにより本実施例と
同等の分子量をもつポリマーを合成した場合に比べて、
反応時間は約1/2に短縮化された。
The total time required for the reaction was about 8.6.
Time, compared with the case of synthesizing a polymer having a molecular weight equivalent to that of this example by directly dehydrating and polycondensing lactic acid using a batch-type polymerization reaction tank similar to the present invention,
The reaction time was shortened to about 1/2.

【0042】実施例3 実施例1と同様の装置に乾燥済みの乳酸ブチル(b.
p.185℃)を7.5kg仕込み、これに触媒としてテ
トラブチルチタネートを原料に対して0.05wt%の割
合で添加した。次に、700〜720mmHgの減圧下で反
応液の温度を乳酸ブチルの減圧沸点以下である110〜
130℃に設定して約10時間、生成するブタノールを
系外へ留去させながら脱アルコールによる重縮合反応を
行った。
Example 3 Dry butyl lactate (b.
p. (185 ° C.), 7.5 kg was charged, and tetrabutyl titanate as a catalyst was added thereto at a ratio of 0.05 wt% with respect to the raw material. Next, the temperature of the reaction solution under a reduced pressure of 700 to 720 mmHg is set to 110 ° C. or lower, which is the reduced pressure boiling point of butyl lactate or less
The polycondensation reaction by dealcoholization was performed while setting the temperature to 130 ° C. and distilling the produced butanol out of the system for about 10 hours.

【0043】その後、生成した乳酸オリゴマーを押出機
に3.0kg/hの割合で供給し、シリンダ温度を155
〜170℃に、またスクリュ回転数を250rpmに設定
して、押出機内を170〜190mmHgに減圧しながら、
反応液中に残存するブタノールをベント口より効率的に
脱揮すると同時に重縮合反応を完結化させた。なお、そ
のときの反応時間は、押出機内の滞留時間より約9.5
分であった。
Then, the produced lactic acid oligomer was fed to the extruder at a rate of 3.0 kg / h, and the cylinder temperature was adjusted to 155.
~ 170 ° C and the screw rotation speed is set to 250 rpm, while the pressure inside the extruder is reduced to 170 to 190 mmHg,
Butanol remaining in the reaction solution was efficiently removed from the vent port, and at the same time, the polycondensation reaction was completed. The reaction time at that time was about 9.5 from the residence time in the extruder.
It was a minute.

【0044】得られたポリマーの基本的な特性を調べた
ところ、重量平均分子量Mwは14,500となり、機械
的な強度をあまり必要としないコーティング剤や徐放性
担体への成形加工が可能とされるMw≧10,000の値
を達成することができた。なお、そのときのポリマーの
収率は、対理論量として65%であった。
When the basic properties of the obtained polymer were investigated, the weight average molecular weight Mw was 14,500, and it was possible to mold into a coating agent or sustained release carrier that does not require much mechanical strength. It was possible to achieve values of Mw ≧ 10,000. The yield of the polymer at that time was 65% based on the theoretical amount.

【0045】該反応に要した時間はトータルで約11.
2時間となり、本発明と同様な重合反応槽を用いて、乳
酸を直接脱水・重縮合しながら本実施例と同等の分子量
をもつポリマーを合成した場合に比べて、反応時間は約
5/8に短縮化された。
The total time required for the reaction was about 11.
It takes 2 hours, and the reaction time is about 5/8 as compared with the case where a polymer having the same molecular weight as in this example is synthesized by directly dehydrating and polycondensing lactic acid using the same polymerization reaction tank as in the present invention. Was shortened to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の方法の工程を説明する概略図である。1 is a schematic diagram illustrating the steps of the method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.回分式重合反応槽 2.攪拌機 3.攪拌翼 4.窒素ボンベ 5.スクリュ式押出機 6.ホッパー 7.ギアポンプ 8.ベント口 9.スクリーン 10.ダイ 11.貯蔵タンク 12.真空ポンプ 13.冷却トラップ 14.フィルター 15.蒸留装置 16.貯蔵タンク 17.乳酸エステル 18.乳酸オリゴマー(プレポリマー) 19.アルコール・ラクチド 20.アルコール 21.アルコール(精製品) 22.ポリ乳酸 23. ラクチド 1. Batch type polymerization reactor 2. Stirrer 3. Stirrer 4. Nitrogen cylinder 5. Screw type extruder 6. Hopper 7. Gear pump 8. Vent port 9. Screen 10. Die 11. Storage tank 12. Vacuum pump 13. Cooling trap 14. Filter 15. Distillation device 16. Storage tank 17. Lactate ester 18. Lactic acid oligomer (prepolymer) 19. Alcohol / lactide 20. Alcohol 21. Alcohol (purified product) 22. Polylactic acid 23. Lactide

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 力 健二郎 広島県広島市安芸区船越南1丁目6−1 株式会社日本製鋼所内 (72)発明者 横田 佳代子 広島県広島市安芸区船越南1丁目6−1 株式会社日本製鋼所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Kenjiro Riki, Inventor Kenjiro Funaboshi Minami 1-chome, Aki-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture, Japan 6-1 (72) Inventor Kayoko Yokota 1-6 Funakoshi-minami, Aki-ku, Hiroshima City, Hiroshima Prefecture -1 Inside Japan Steel Works, Ltd.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 乳酸エステルを、生成するアルコールを
除去しながら重縮合させることを特徴とするポリ乳酸の
製造方法。
1. A method for producing polylactic acid, which comprises subjecting a lactic acid ester to polycondensation while removing the produced alcohol.
【請求項2】 乳酸エステルを回分式の重合反応槽内
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ることを特徴と
するポリ乳酸の製造方法。
2. A lactic acid ester is polycondensed in a batch-type polymerization reaction tank while removing generated alcohol, and the obtained oligomer is further polycondensed in a screw type extruder while removing generated alcohol. A method for producing polylactic acid, which comprises:
【請求項3】 重縮合反応が、減圧下加熱することによ
り行うものである請求項1又は2記載の製造方法。
3. The production method according to claim 1, wherein the polycondensation reaction is carried out by heating under reduced pressure.
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WO2002060891A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Process for producing lactide and process for producing polylactic acid starting with fermented lactic acid
WO2004057008A1 (en) * 2002-12-23 2004-07-08 Tiago Botelho Polylactic acid production from sugar molasses

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WO2002060891A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Process for producing lactide and process for producing polylactic acid starting with fermented lactic acid
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