KR20110008063A

KR20110008063A - 안정한 폴리락티드의 제조 방법

Info

Publication number: KR20110008063A
Application number: KR1020107024301A
Authority: KR
Inventors: 포스 시버 코르넬리스 데
Original assignee: 푸락 바이오켐 비.브이.
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2011-01-25
Also published as: JP2011516636A; CN101981082A; ATE551376T1; BRPI0910037B1; EP2271696B1; ES2383493T3; CN101981082B; KR101589934B1; BRPI0910037A2; WO2009121830A1; EP2271696A1

Abstract

본 발명은 락티드를 중합 촉매와 배합하고, 상기 혼합물을 중합 조건에 적용시켜 폴리락티드를 액체 상태로 형성시키고, 유기 퍼옥사이드를 가한 다음, 상기 액체 폴리락티드를 탈휘발화 단계에 적용시키고, 상기 폴리락티드를 고형화시키는 단계들을 포함하는, 폴리락티드의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

안정한 폴리락티드의 제조 방법 {Method for manufacturing stable polylactide}

본 발명은 안정한 폴리락티드의 제조 방법에 관한 것이다.

폴리락트산으로서도 제시되는 폴리락티드는, 예를 들면, 팩키징 물질(packaging material)용 생체기반 중합체(biobased polymer) 분야에서 기대가 되는 물질이다. 이는 또한 이의 높은 생체적합성(biocompatibility) 및 재흡수성(resorbability)으로 인하여 생체의학 분야에서 관심이 가는 물질이다. 폴리락티드가 재생 가능한 공급원으로부터 유도될 수 있다는 사실은, 폴리락티드가 오일로부터 유도된 중합체에 대한 지속 가능한 대체물로서 특히 관심이 가도록 한다. 폴리락티드는 축합 반응을 통한 락트산의 중합에 의해 수득될 수 있다. 그러나, 도로우(Dorough)는, 필요한 고분자량 폴리에스테르가 중축합에 의해 수득되지 못하기 때문에, 생성된 폴리락티드가 제한된 가치를 갖는다고 인식하여 US 제1,995,970호를 기술하고 있다.

따라서, 폴리락티드의 제조 방법에 대한 대부분의 문헌은, 락트산을 중합시켜 예비중합체를 형성한 다음, 촉매에 의해 해중합시켜 조질의 락티드를 형성하는 제1 단계(즉, 폐환 반응)를 기술하고 있으며, 상기 조악한 락티드는 정제 후에 제2 단계, 즉 개환 중합에 의한 폴리락티드의 제조시 출발 물질로서 사용된다. 이 기술을 위해, 용어 폴리락티드 및 폴리락트산은 상호교환적으로 사용된다.

고온 중합체 공정에서 종종 직면하는 일반적인 문제점은 해중합에 대한 생성물의 불충분한 안정성이다. 적합한 조치가 없는 한, 폴리락티드는 온도 및 압력 조건에 따라, 락티드 형성으로 인하여 변색되기 쉽고 분자량이 저하되기 쉽다.

US 제5,338,822호는 바람직하게는 수평균 분자량이 약 10,000 내지 약 300,000g/mol인 다수의 폴리락티드 중합체 쇄, 약 2중량% 미만의 농도인 락티드, 약 1000ppm 미만의 농도인 물, 및 안정제를 포함하는 용융-안정한 락티드 중합체를 기술하고 있다. 상기 안정제는 항산화제 또는 물 스캐빈저(water scavenger)를 포함할 수 있다. 바람직한 항산화제는 포스파이트-함유 화합물, 장애 페놀성 화합물, 또는 다른 페놀성 화합물이다. 상기 문헌은 촉매 농도를 낮게 유지하여 생성물의 안정성을 증가시키는 것이 바람직하다고 제시하였다. 그러나, 이는 감소된 중합 속도를 유도한다. 상기 생성물의 안정성은 또한, 용매를 사용하여 중합체로부터 촉매를 제거함으로써(이는 첨가의 공정 단계를 필요로 한다) 또는 촉매 불활성화제를 가함으로써 증가시킬 수 있다. 적합한 촉매 불활성화제는, 장애 알킬, 아릴 및 페놀성 히드라지드, 지방족 및 방향족 모노 및 디카복실산의 아미드, 사이클릭 아미드, 지방족 및 방향족 알데히드의 히드라존 및 비스히드라존, 지방족 및 방향족 모노- 및 디카복실산의 히드라지드, 비스-아실화 히드라진 유도체, 헤테로사이클릭 화합물 및 이들의 혼합물인 것으로 언급된다. 그러나, 이들 화합물은 폴리락티드를 안정화시키는데 항상 효과적이지지는 않은 것으로 나타났다.

US 제6,353,086호는 포스파이트 항산화제 및 다관능성 카복실산으로부터 선택된 불활성화제를 사용하여 중합체 조성물을 함유하는 락트산 잔기를 안정화시키는 방법을 기술하고 있다. 또한, 이들 화합물이 폴리락티드를 안정화시키는데 항상 효과적이지는 않은 것으로 밝혀져 있다.

제WO 99/50345호는 분자당 평균 2개 이상의 카복실산 그룹을 포함하는 촉매 불활성화제를 0.01 내지 2중량%로 함유하는 저함량의 락트산 잔기를 갖는 PLA의 제조 방법을 기술하고 있다. 예를 들면, 상기 불활성화제는 폴리아크릴산이다.

US 제6,153,306호는 폴리락티드-피복된 종이 또는 판지 제품을 기술하고 있다.

US 제5,998,552호는 특정한 특성을 갖는 PLA의 제조 방법을 기술하고 있다. 다양한 안정제의 사용이 기술되어 있다.

US 제6,559,244호는 용융 공정 과정에서 퍼옥사이드를 PLA에 첨가하는 것을 기술하고 있다.

EP 제882751호는 글리세롤 또는 부티롤락톤을 조촉매로서 사용하여 생분해성 폴리에스테르(예: PLA)를 제조하는 방법을 기술하고 있다.

US 제5,844,066호는 에스테르화 촉매를 불활성화시키기 위해 유기 킬레이트화제를 락트산계 폴리에스테르에 첨가하는 것을 기술하고 있다.

폴리락티드의 제조 분야에서, 상이하고 종종 모순되는 수 많은 요구들 사이에 밸런스를 발견하는 새로운 공정에 대한 계속적인 요구가 존재한다. 몇 개만 예를 들면, 높은 중합 속도가 바람직한 특성이다. 또 다른 바람직한 특성은 생성된 생성물의 높은 안정성, 특히 용융물 상태에서의 높은 안정성이다. 추가로, 예를 들면, 조촉매의 첨가를 그만두어 반응 속도를 증가시킴으로써, 또는 첨가 안정제의 첨가를 중단함으로써 가능한 한 간단히 조성물을 유지하는 것이 종종 바람직할 수 있다. 추가의 바람직한 특성은 양호한 색상으로, 더욱 맑고 투명한 제품이 더욱 황색인 빛의 제품보다 매력적이다. 또한, 공정 장치에 침착될 수 있는 락티드 증기의 형성을 감소시키거나 방지하는 것이 바람직하다. 중합체 중의 실제량의 락티드의 존재는 또한 중합체의 기계적 특성 및 가공성에 치명적으로 영향을 줄 수 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 필요성은, 락티드를 중합 촉매와 배합하고, 상기 혼합물을 중합 조건에 적용시켜 폴리락티드를 액체 상태로 형성시키고, 유기 퍼옥사이드를 가한 다음, 상기 액체 폴리락티드를 탈휘발화(devolatilisation) 단계에 적용시키고, 상기 폴리락티드를 고형화시키는 단계들을 포함하는 폴리락티드의 제조 방법의 제공에 의해 설명된다.

제WO 95/18169호는 가공 가능한 폴리(하이드록시산), 예를 들면, 용융-공정 과정에서 0.05 내지 3중량%의 퍼옥시 화합물(이의 분해는 1개 이상의 산 라디칼을 생성한다)을 중합체에 첨가함으로써 안정화된 폴리락티드를 기술하고 있음을 주목한다. 상기 생성물은 양호한 용융 강도 및 탄성을 갖는다. 이 문헌에서, 퍼옥시 화합물은, 본 발명에서 요구되는 바와 같이, 중합과 탈휘발화 사이가 아닌, 중합체의 용융 공정 도중 첨가한다. 제조 공정시 이러한 특정 시점에서 본 발명에 따라 유기 퍼옥사이드를 첨가하는 것은, 중합체 수율의 증가 및 중합체 해중합의 감소를 유도하는 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따르는 공정에서, 높은 중합 속도는 생성물의 높은 안정성, 특히 용융물 중 높은 안정성과 조합될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한, 하나의 양태에서, 조촉매의 첨가가 생략될 수 있다. 또한, 생성된 생성물은 양호한 색상, 양호한 안정성 및 낮은 락티드 함량을 갖는다.

상기 제시된 바와 같이, 본 발명에 따르는 공정에서 제1 단계는 락티드의 중합 촉매와의 혼합이다.

본 발명에서 출발 물질로서 사용되는 락티드는 L-락티드(두 개의 L-락트산 분자로부터 유도됨), D-락티드(두 개의 D-락트산 분자로부터 유도됨), 메소락티드(L-락트산 분자 및 D-락트산 분자로부터 유도됨) 또는 상기 물질들 중 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 융점이 약 126℃인 L-락티드 및 D-락티드의 50/50 혼합물은 종종 문헌에서 D,L-락티드로서 언급된다. 본 발명에 따르는 공정은 융점이 높은 락티드가 사용되는 경우에 특히 관심이 간다. 따라서, 본 발명의 하나의 양태에서, 출발 물질로서 사용되는 락티드는 다른 락티드를 50% 이하로 갖는 L-락티드이다. 예를 들면, 출발 물질로서 사용되는 락티드는 50 내지 10%의 D-락티드를 함유하는 L-락티드일 수 있다. 또 다른 양태에서, 락티드는 실질적으로 순수한 L-락티드이며, 이때 용어 실질적으로 순수함은 이것이 다른 락티드를 10중량% 이하, 예를 들면, 5중량% 이하 또는 2중량% 이하로 함유할 수 있음을 의미한다. 추가의 양태에서, 락티는 실질적으로 순수한 D-락티드이며, 이때 용어 실질적으로 순수함은 이것이 다른 락티드를 10중량% 이하, 예를 들면, 5중량% 이하 또는 2중량% 이하로 함유할 수 있음을 의미한다.

본 발명에 사용하기에 적합한 촉매는 락티드 중합을 위해 당해 분야에 공지된 것이다. 하나의 양태에서, 본 발명에 사용되는 촉매는 화학식 1의 촉매이다.

위의 화학식 1에서,

M은 원소 주기율표의 2, 4, 8, 9, 10, 12, 13, 14 및 15족의 금속으로부터 선택되고,

(X1, X2 ... Xm)은 알킬, 아릴, 옥사이드, 카복실레이트, 할라이드, 알콕시드 및 알킬에스테르로부터 독립적으로 선택되며,

m은 1 내지 6의 정수이고,

n은 0 내지 6의 정수이며,

이때 m 및 n의 값은 상기 금속 이온의 산화 상태에 따라 좌우된다.

2족에서, Mg를 사용하는 것이 바람직하다. 4족에서, Ti 및 Zr을 사용하는 것이 바람직하다. 8족에서 Fe를 사용하는 것이 바람직하다. 12족에서, Zn을 사용하는 것이 바람직하다. 13족에서, Al, Ga, In 및 Tl을 사용하는 것이 언급될 수 있다. 14족에서, Sn 및 Pb를 사용하는 것이 바람직하다. 15족에서, Sb 및 Bi를 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 4족, 14족 및 15족의 금속을 사용하는 것이 바람직하다. M은 Sn, Pb, Sb, Bi 및 Ti로부터 선택되는 것이 바람직하다. Sn-계 촉매의 사용이 특히 바람직할 수 있다.

할라이드의 경우 SnCl2, SnBr2, SnCl4 및 SnBr4와 같은 할로겐화주석이 언급될 수 있다. 옥사이드의 경우 SnO 및 PbO가 언급될 수 있다. 알킬 카복실레이트 그룹에서, 옥토에이트(= 2-에틸 헥사노에이트), 스테아레이트 및 아세테이트는, 예를 들면, Sn-옥토에이트(Sn(II) 비스 2-에틸 헥사노에이트로서 또한 공지됨), Sn-스테아레이트, 디부틸틴 디아세테이트, 부틸틴 트리스(2-에틸 헥사노에이트), Sb (2-에틸 헥사노에이트), Bi (2-에틸 헥사노에이트), Sb 트리아세테이트, Na (2-에틸 헥사노에이트), Ca 스테아레이트, Mg 스테아레이트 및 Zn 스테아레이트의 형태로 언급될 수 있다. 다른 적합한 화합물은 테트라페닐틴, Sb 트리스(에틸렌 글리콕시드), 알루미늄 알콕시드 및 아연 알콕시드를 포함한다.

하나의 양태에서, 상기 화학식에서 M은 이의 최저 산화 상태인 금속 이온이며, 이때 상기 금속 이온은 또한 더 높은 산화 상태를 갖는다. 이 그룹에서 바람직한 금속 이온은 Sn(II), Pb(II), Sb(III), Bi(III) 및 Ti(II)를 포함한다. 이러한 특별한 형태의 촉매 및 퍼옥사이드의 배합물은 상당히 안정한 폴리락티드 조성물을 유도하는 것으로 사료된다. 이 양태에서, Sn(II) 촉매의 사용이 특히 바람직할 수 있다. 이러한 양태에 속하는 적합한 촉매의 추가 설명을 위해, 상기 언급한 것을 참조한다.

틴 옥토에이트로서 또한 제시되는, Sn(II)-비스(2-에틸헥사노에이트)의 사용이 바람직할 수 있는데, 이는 이 물질이 시판중이며, 액체 락티드에 가용성이기 때문이다. 또한, 화합물은 FDA 승인을 받았다.

사용되는 촉매의 양은 중합 속도 및 최종 생성물의 안정성에 영향을 준다. 더 많은 촉매가 사용되면, 중합 속도는 증가된다. 한편, 선행 기술 분야의 공정에서, 보다 많은 촉매의 존재는 생성물의 용융 안정성에 유해한 영향을 주는 것으로 공지되어 있다. 본 발명에 있어서, 퍼옥사이드의 후-중합 첨가는 안정성의 목적에 역반응을 일으키므로, 당해 분야에서 통상 사용된 것보다 높은 농도의 촉매를 사용할 수 있다.

촉매 농도는 일반적으로 금속 중량으로서 계산된, 5ppm 이상, 더욱 특히는 10ppm 이상이다. 통상적인 것보다 다량이 사용되는 경우에, 촉매 농도는 30ppm 이상, 더욱 특히는 50ppm 이상이다. 촉매 농도는 일반적으로 1300ppm 이하, 특히 500ppm 이하이다.

원하는 경우, 상기 중합 단계는 조촉매, 즉 중합 속도를 더욱 증가시키는 화합물의 존재하에 수행할 수 있다. 적합한 조촉매는 당해 분야에 공지되어 있다. 예를 들면, US 제6,166,169호를 참조한다. 이 문헌은 화학식 2의 조촉매를 기술하고 있다. 상기 조촉매는 일반적으로 촉매의 양과 동일한 규칙의 양으로, 예를 들면, 50:1 내지 1:50의 촉매 대 조촉매의 몰 비로 사용된다. US 제6,166,169호는 조촉매가 바람직하게는 인 화합물, 특히 P(R1, R2, R3)3을 포함하며, 여기서, R1, R2, R3은 아릴 및 알킬 그룹으로부터 독립적으로 선택된다고 제시하고 있다. P(Ph)3이 특히 바람직한 것으로 제시되고 있다. 적합한 조촉매의 선택은 당해 분야의 숙련가의 범위내에 속한다.

위의 화학식 2에서,

Y는 주기율표의 15 또는 16족으로부터 선택되는 원소이며,

(R1, R2 ... Rq)는 알킬, 아릴, 옥사이드, 할로게나이드, 옥시알킬, 아미노알킬, 티오알킬, 펜옥사이드, 아미노아릴 및 티오아릴의 화합물 그룹 중의 하나로부터 선택되는 치환체이고,

q는 1 내지 6의 범위의 정수이며,

p는 0 내지 6의 범위의 정수이다.

그러나, 본 발명에 따르는 한 양태에서, 상기 공정은 첨가되는 인-함유 화합물의 실질적인 부재하에 수행하는데, 그 이유는, 상기 화합물이 퍼옥사이드의 안정화된 활성을 방해할 수 있다고 여겨지기 때문이다. 용어 "첨가되는 인-함유 화합물의 실질적인 부재하"는, 인-함유 화합물이 상기 중합체의 중합 속도에 상당히 영향을 주는 양으로 시스템에 첨가되지 않음을 의미한다.

본 발명의 한 양태에서, 상기 중합은 첨가되는 조촉매의 실질적인 부재하에 수행한다. 상기 양태는, 상기 중합체 시스템 내에서 상이한 성분의 수를 제한하는 것이 바람직한 경우에 관심이 될 수 있다. 용어 "첨가되는 조촉매의 실질적인 부재하"는, 조촉매가 중합체의 중합 속도에 상당히 영향을 주는 양으로 시스템에 첨가되지 않음을 의미한다. 이 양태 내에서, 상기 논의된 바와 같이, 증가된 촉매 농도를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 혼합물을 중합 조건에 적용시켜 폴리락티드를 형성한다. 상기 중합은 배치식 공정, 반-연속 공정 또는 연속 공정으로 수행할 수 있다. 연속 공정으로 중합의 수행이 바람직한 것으로 사료된다.

상기 중합은 바람직하게는 불활성 조건하에 수행한다. 최종 생성물의 수 평균 몰 질량(Mn)(g/mol)은 일반적으로 10,000 이상, 더욱 특히는 30,000 이상, 더욱 더 특히는 50,000 이상이다. 몰 질량의 상한선은 본 발명에 따르는 공정에 대해 엄격하지 않으며 좌우된다. 일반적으로, 이는 500,000 미만, 더욱 특히 300,000 미만이다.

상기 중합은 일반적으로 100℃ 이상, 특히 160℃ 이상의 온도에서 수행한다. 중합 온도는 일반적으로 240℃ 이하, 더욱 특히 220℃이다.

상기 중합 반응은 출발 락티드를 기준으로 계산하여, 80% 이상의 전환이 수득될 때 까지 수행한다. 더욱 특히, 상기 중합은 87% 이상, 더욱 특히는 95% 이상의 전환이 수득될 때 까지 수행할 수 있다. 전환율의 최대 이론치는 물론 100%이지만, 열역학적 이유로 이는 수득되지 않을 것이다. 수득된 전환율은 일반적으로 99% 이하이다. 전환율은 중합 후 직접 측정할 수 있다.

본 발명에 따르는 공정에서 다음 단계는 중합체에 유기 퍼옥사이드를 첨가하는 것이다. 이는 일반적으로 폴리락티드가 용융 상태로 존재하는 온도에서 일어난다. 더욱 특히, 이는 상기 중합 온도에 대해 제시된 범위 내의 온도에서 일어난다.

퍼옥사이드의 첨가는 중합 반응이 완결될 때, 즉 최종 전환율이 수득될 때 개시할 수 있다.

그러나, 고분자량 중합체의 제조시에는, 상기 중합이 실질적인 정도로 완결된 후에, 예를 들면, 전환율이 50%보다 높게, 더욱 특히는 60%보다 높게, 더욱 더 특히는 70%보다 높은 경우에, 그러나, 최종 전환율이 수득되기 전에, 상기 조성물에 퍼옥사이드를 첨가하는 것이 관심이 갈 수 있다. 원하는 경우, 상기 퍼옥사이드는 상이한 정도의 전환시 둘 이상의 부분으로 첨가될 수 있다. 하나의 양태에서, 퍼옥사이드는 2개 부분 이상으로 첨가되며, 퍼옥사이드의 1개 부분은 전환율이 50%보다 높지만 최종 전환율에 도달되기 전에 첨가되고, 다른 부분은 최종 전환율에 이른 후에 첨가된다. 또한, 이 양태에서, 상기 퍼옥사이드는 상이한 전환도에서 2개 이상의 부분으로 첨가될 수 있다.

적합한 퍼옥사이드는, 퍼옥사이드의 적어도 하나의 부분이 개시 온도에서 중합체와 배합되는 경우에 분해되도록 하는 반감기를 나타내는 것이다. 상기 퍼옥사이드를 용융물에 가하는 경우에, 상기 퍼옥사이드의 안정성은, 상기 퍼옥사이드가 용융물을 통해 균질화되기 전에 허용될 수 없는 정도로 분해되지 않도록 해야 함을 고려해야 한다. 이는 매우 점성인 물질을 제조하는 경우에 특히 중요할 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 퍼옥사이드는 퍼옥사이드의 80% 이상이 150 내지 220℃의 온도에서 1 내지 60초에 분해되도록 해야한다. 더욱 특히, 상기 퍼옥사이드의 90% 이상이 150 내지 220℃의 온도에서 10 내지 30초에 분해된다.

일반적으로, 하기 그룹의 유기 퍼옥사이드가 사용될 수 있지만, 단 이들은 상기 요건에 부합되어야 한다: 화학식 R-O-O-R'의 디알킬 퍼옥사이드, 화학식 R-O-O-H의 하이드로퍼옥사이드, 화학식 R-(CO)-O-O-R'의 퍼옥시에스테르, 화학식 R-(CO)-O-O-(CO)-R'의 디아실퍼옥사이드, 화학식 R-O-(CO)-O-O-R'의 퍼옥시카보네이트, 화학식 R-O-(CO)-O-O-(CO)-O-R'의 퍼옥시디카보네이트 및 화학식 C(O-O-R)2R'R"의 퍼옥시케탈. 상기 모두에 있어서, R, R' 및 R"는 직쇄 또는 분지형의, 치환되거나 치환되지 않은, 포화 또는 불포화의, 헤테로 원자가 제공되거나 제공되지 않은, 탄소수 1 내지 20의 유기 알킬 또는 아릴 그룹이다. 적합한 퍼옥사이드는 당해 분야에 공지되어 있으며, 상기 제시된 가이드라인에 따라, 적합한 물질을 선택하는 것은 숙련가의 범위에 속한다.

적합한 퍼옥사이드는 벤조일 퍼옥사이드, 디라우로일 퍼옥사이드, 3급-부틸퍼옥시-디에틸아세테이트, 3급-부틸퍼옥시-2-에틸 헥사노에이트, 3급-부틸퍼옥시-이소부티레이트, 3급-부틸퍼옥시-아세테이트, 3급-부틸퍼옥시-벤조에이트 및 디벤조일 퍼옥사이드를 포함한다.

퍼옥사이드는 일반적으로 0.01중량% 이상, 특히 0.05중량% 이상의 양으로 가한다. 퍼옥사이드의 첨가량은 일반적으로 3중량% 이하, 특히 2중량% 이하이다.

특정 이론으로 제한하고자 하는 것은 아니지만, 폴리락티드를 안정화시키는 퍼옥사이드의 효과를 전체적으로 또는 부분적으로 설명할 수 있는 이론들 중 하나는 촉매에 대한 불활성화 작용인 것으로 사료된다.

본 발명의 일부 양태에서, 촉매는, 촉매 중 금속의 더 높은 산화 상태로의 전환에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 불활성화되는 것으로 사료되며, 이때 (해)중합 촉매로서 활성이 더 길어지거나 더 작아지지 않는다.

퍼옥사이드는 통상적인 방법으로 중합 생성물을 통해 혼합된다.

퍼옥사이드의 첨가 후, 액체 폴리락티드는 탈휘발화 단계에 적용시킨다. 상기 탈휘발화 단계는 휘발성 물질, 특히 미반응 단량체를 제거하기 위해 수행한다. 탈휘발화 단계로부터 생성된 생성물에서, 락티드 단량체는 일반적으로 2중량% 미만의 양으로, 더욱 특히는 1중량% 미만의 양으로, 더욱 더 특히는 0.5중량% 미만의 양으로 존재한다. 탈휘발화 공정은 폴리락티드 제조 분야에 잘 공지되어 있으며, 추가의 설명을 요하지 않는다.

탈휘발화 단계 후, 폴리락티드는 고형화시킨다. 이는, 당해 분야에 공지된 방법에 의해 입자로 전환시킬 수 있다.

본 발명은 이에 대한 제한없이, 하기 실시예에 의해 설명될 것이다.

실시예 1

폴리(L-락티드)는 BEP 280 마그넷 커플링, 앵커 교반기, 온도계 및 가열용 외부 오일조가 장착된 1-ℓ Buchi 실험실용 오토클레이브 중에서 중합체-등급 L-락티드 ((3S-시스)-3,6-디메틸-1,4-디옥산-2,5-디온)인 Pu-ralact L(예: PURAC)의 용융-중합에 의해 제조하였다. 먼저, 재킷 스테인리스 스틸 반응기를 오일 온도가 160℃가 될 때 까지 가열하였다. 이어서, 상기 반응기는 질소로 플러싱하고, 고체 L-락티드 495g(3.44mol)으로 충전하였다. 상기 반응기를 닫기 전에, 질소로 다시 플러싱하였다. 상기 반응기의 폐쇄 후, 오일-온도를 상승시키고, 상기 락티드는 교반하에 용융시켰다. 상기 용융물의 온도가 130℃에 이르면, 헥산올 개시제(예: Acros) 800ppm 및 스태노스 옥토에이트 중합 촉매(SnOct₂, Sigma Aldrich로부터 입수한대로 사용함) 200ppm을 첨가하였다. 다시, 상기 반응기를 질소로 퍼징시키고, 용융물의 온도를 180℃로 상승시켰다. 그 순간부터, 상기 개시제 및 촉매를 가하고, 용융 점도의 증가로부터 관찰할 수 있는 바와 같이, 중합 반응을 개시하였다. 90분 후, 락티드 전환은 96%이며, 용융 중합체는 반응기로부터 배출시키고, 얼음으로 급냉시켜, 작은 조각으로 절단한 다음, 레치 초원심력 밀 앤드 시브 쉐이커(Retch Ultra Centrifugal Mill and Sieve Shaker)에 의해 200μ 미만의 입자들로 분쇄하였다. 상기 입자들은, 이들을 130℃에서 96시간 동안 유지시킴으로써 이들의 평형 락티드 농도로 만들었다. PS 보정, 용출물로서의 클로로포름 및 광산란 검출기를 사용하여 PLLA 단독중합체의 GPC 분석으로 중량평균 분자량 Mw이 114㎏/mol임을 밝혔다.

이렇게 수득된 PLLA는 용융-안정하지 않으며, 가열시 열촉매적 해중합으로 문제가 된다.

상기 수득된 PLLA는 시판중인 액체 하이드로퍼옥사이드로 처리하여 용융 안정성을 개선하였다.

PLLA 입자 20g, 및 메탄올 5g 중의 하이드로퍼옥사이드 0.4g의 용액을 환저 플라스크에 첨가하였다. 상기 플라스크를 Buchi RotaVap R-200에 연결시키고, 온도가 70℃인 오일조로 하향시켰다. 계속적인 회전하에, 상기 하이드로퍼옥사이드를 상기 PLLA 입자 위에 균질하게 피복시키고, 동시에 메탄올을 70℃의 온도에서 증발시켰다.

퍼옥사이드-피복된 PLLA 과립의 용융 점도는 플레이트-플레이트 기하(D=25㎜, 갭 너비 1㎜)를 갖는 Anton-Paar Physica MCR 301 레오미터에 의해 측정하였다. 레오미터의 플레이트 및 후드는 190℃로 가열하였다. 조절 온도에 도달된 후, 상기 샘플을 플레이트들 사이에서 15분 동안 가열하였다. 많은 물질을 플레이트로부터 제거하며, 상기 물질의 복합 점도는 10s^-1의 각주파수 및 10% 변형시 190℃에서 650Pa·s인 것으로 밝혀졌다.

비교 실시예 1

PLLA 입자 20g 및 메탄올 5g을 환저 플라스크에 첨가하였다. 실시예 1의 증발 공정을 반복하되, 단 퍼옥사이드는 존재하지 않았다.

Anton-Paar 플레이트-플레이트 레오미터 중에서 190℃에서 용융 후 열가소성 물질의 복합 점도는 115Pa·s이다.

이 결과는 실시예 1에 보고된 바와 같이 하이드로퍼옥사이드의 존재가 레오미터에서 물질의 용융 도중 효과적으로 분해를 저지함을 나타낸다.

비교 실시예 2

락티드를 실시예 1에 기술된 것과 동일한 중합 조건에 적용시키되, 하이드로퍼옥사이드 0.10중량%를 중합 촉매와 함께 중합의 개시시 첨가하였다. 90분 후 전환은 96% 대신에 88%이고, Mw는 단지 64㎏/mol인 것으로 밝혀졌다.

실시예 2

PLLA는 연속 파일럿트-스케일 중합 반응기에서 L-락티드(Pu-ralact L ex Purac)의 용융 중합에 의해 제조하였다. 상기 반응기는 정지 혼합기의 배열로 이루어지고, 용융 락티드 25㎏/hr, SnOct₂ 촉매 200ppm 및 분자량 조절을 위한 헥산올을 연속해서 공급하였다. 상기 반응기는 160 내지 200℃의 온도 범위에서 작동시켰다. 한 실험에서, 하이드로퍼옥사이드는 최종 중합도에 이르면 용융 중합체에 첨가하였다.

제조된 모든 PLLA 샘플들은 이들이 퍼옥사이드를 함유하든 아니든 간에, 반응기로부터 배출시 약 7%의 잔류 락티드를 함유하며, GPC 대 PS 보정 표준에 의해 측정된 바와 같이 100㎏/mol의 Mn을 통상적으로 나타냈다.

용융 안정성은 Anton-Paar 플레이트-플레이트 레오미터를 사용하여 레올로지에 의해 다시 평가하였다. 표 1은 11s^-1의 각주파수 및 180 또는 190℃의 온도에서의 복합 점도 데이터를 나타냈다. 세 번째 칼럼은 용융 직후 측정된 PLLA의 용융 점도의 절대값을 제공한다. 아래 칼럼은 5분의 시간 간격으로 수행된 연속 측정시 점도의 감소를 보고하고 있으며, 매 시간은 앞의 측정시 수득된 값과 비교된다. 중합 반응기의 최종 부분에서 하이드로퍼옥사이드로 처리된 PLLA 샘플은 레오미터에서 열처리시 해중합에 의해 더 높은 복합 점도 및 상당히 적은 분해를 나타낸다.

샘플	하이드로 퍼옥사이드	용융 직후의 용융 점도	5분 후 용융 점도의 감소	10분 후 용융 점도의 감소	5분 후 용융 점도의 감소
	중량%	PAㆍs	%	%	%
1 (180℃에서)	0.08	4970	2.3	1.0	N.D.
1 (190℃에서)	0.08	2840	4.4	3.0	3.1
2 (180℃에서)	0	1280	7.6	5.3	3.7
2 (190℃에서)	0	1020	8.3	4.9	3.6

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 퍼옥사이드의 첨가는 시간이 경과함에 따라 점도의 감소를 상당히 감소시킨다. 퍼옥사이드를 함유하는 샘플의 결과는 더욱 더 두드러진데, 그 이유는, 초기 점도가 더 높은 이들 샘플이, 초기 점도가 더 낮은 샘플보다 점도가 더 크게 감소하는 것을 나타내는 것으로 예상되기 때문이다.

이들 실시예는 반응기-등급 폴리락티드의 용융-안정성이, 락티드 중합 직후 및 탈휘발화 전에 용융 물질을 하이드로퍼옥사이드로 처리하면 상당히 개선됨을 설명하고 있다.

Claims

락티드를 중합 촉매와 배합하고, 상기 혼합물을 중합 조건에 적용시켜 폴리락티드를 액체 상태로 형성시키고, 유기 퍼옥사이드를 가한 다음, 상기 액체 폴리락티드를 탈휘발화(devolatilisation) 단계에 적용시키고, 상기 폴리락티드를 고형화시키는 단계들을 포함하는, 폴리락티드의 제조 방법.
제1항에 있어서, 촉매가 하기 화학식 1의 촉매인, 폴리락티드의 제조 방법.
화학식 1

위의 화학식 1에서,
M은 원소 주기율표의 2, 4, 8, 9, 10, 12, 13, 14 및 15족의 금속으로부터 선택되고,
(X1, X2 ... Xm)은 알킬, 아릴, 옥사이드, 카복실레이트, 할라이드, 알콕시드 및 알킬에스테르로부터 독립적으로 선택되며,
m은 1 내지 6의 범위의 정수이고,
n은 0 내지 6의 범위의 정수이며,
이때 m 및 n의 값은 상기 금속 이온의 산화 상태에 따라 좌우된다.
제2항에 있어서, M이 자신의 최저 산화 상태인 금속 이온이며, 이때 상기 금속 이온은 또한 더 높은 산화 상태도 갖는, 폴리락티드의 제조 방법.
제3항에 있어서, M이 Sn(II), Pb(II), Sb(III), Bi(III) 및 Ti(II)로부터 선택되는, 폴리락티드의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 촉매가 금속으로서 계산된 5ppm 이상 및 금속으로서 계산된 1300ppm 이하의 양으로 사용되는, 폴리락티드의 제조 방법.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 첨가되는 인-함유 화합물의 실질적인 부재하에 수행되는, 폴리락티드의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 중합이 첨가되는 조촉매의 실질적인 부재하에 수행되는, 폴리락티드의 제조 방법.
제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 퍼옥사이드가, 상기 퍼옥사이드의 80% 이상이 150 내지 220℃의 온도에서 1 내지 60초 사이에 분해되도록 존재하는, 폴리락티드의 제조 방법.