NL9000959A - Katalysator voor de polymerisatie van cyclische esters. - Google Patents

Description

Uitvinders: Atze J. Nijenhuis te Groningen Albertus J. Pennings te Norg

Katalysator voor de polymerisatie van cyclische esters

De uitvinding betreft een katalysator voor de polymerisatie van cyclische esters, bestaande uit een metaalzout.

Een dergelijke katalysator is bekend uit EP-B-0.108.635. Hierin wordt een proces omschreven waarin een polylactide wordt gevormd met behulp van bij voorkeur tinoctoaat. Ook andere katalysatoren worden genoemd, onder andere zink poeder.

Het nadeel van de genoemde katalysatoren en met name van tin(II)ethylhexanoaat (tinoctoaat) is dat deze katalysator moeilijk in zuivere vorm te verkrijgen is en, eenmaal in redelijk zuivere vorm, moeilijk zuiver te houden. In Polym. Prepr., 28, (1987), p. 236-7, wordt beschreven dat tinoctoaat wordt gezuiverd door drievoudige destillatie onder vacuum en daarna wordt bewaard in een gesealde glasbuis onder vacuum bij -20°C. Tinoctoaat bevat een aantal verontreinigingen, waaronder het vrije zuur, die de kinetiek van de katalyse slechter beheersbaar maken. Deze vertontreinigingen zijn niet verwijderbaar door bijvoorbeeld omkristallisatie.

Cyclische esters worden gebruikt als grondstof voor polyesters wanneer hoge moleculair gewichten gewenst worden. De ringopeningspolymerisatie verschaft de mogelijkheid om tot hoge molecuulgewichten door te polymeriseren. Met een polycondensatiereactie is het slechts mogelijk polyesters met een betrekkelijk laag molecuulgewicht te verkrijgen.

Het is verder van voordeel als de katalysator fijn verdeeld in het reaktiemedium opgenomen kan worden. Hiertoe moet de katalysator bij voorkeur oplossen in het reactiemedium, of anderzins op moleculaire schaal mengen.

De katalysator kan ook in hele fijne deeltjes in het medium gesuspendeerd worden. In het laatste geval is de katalyse echter een zogenaamde heterogene katalyse, die, zoals de vakman bekend is, minder goede resultaten oplevert dan een homogene katalyse waarbij de katalysator moleculair is verdeeld. Tinoctoaat mengt met de monomeren in het medium, maar metallisch zink mengt niet met cyclische esters, ook niet boven het smeltpunt van zink (400°C). Metallisch zink resulteert daarom altijd in een heterogene katalyse.

Een bijkomend nadeel van tinverbindingen is dat er een resthoeveelheid in het gepolymeriseerde materiaal terechtkomt. Een aantal van de polyesters volgens de uitvinding kan toegepast worden in biomedische gebieden, waarbij het materiaal wordt geresorbeerd door het weefsel waarin het wordt ingebracht. Daarbij komt het tin vrij. Omdat tin voorkomt op lijsten van verdachte elementen, is dit minder wenselijk.

Een mogelijke oplossing voor dit probleem is het zuiveren van het geproduceerde polymeer om een katalysator-rest-gehalte in het product te verkrijgen dat onder de toelaatbare grens ligt. Dit kan bijvoorbeeld door het polymeer op te lossen in een organisch oplosmiddel, bijvoorbeeld CHClg, en het vervolgens uit te schudden met verdund zuur, bijvoorbeeld HCl. De katalysator zal met de waterige fase uitgeschud worden. Dit heeft als nadeel dat een additionele stap in het proces nodig is en dat de mechanische eigenschappen van het resulterende polymeer er door achteruit kunnen gaan.

De uitvinding stelt zich ten doel een katalysator te leveren, die genoemde nadelen en beperkingen niet heeft en toch goede resultaten levert.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt doordat de katalysator bestaat uit een verbinding volgens figuur I:

waarin M een metaalion is en n een getal is van 1 tot 4 en gelijk is aan de valentie van het metaalion en waarin de 1 2 groepen R en R onafhankelijk van elkaar een alkyl, aryl of

O

cycloalifatische groep zijn en R een alkyl, aryl, cycloalifatische groep of een waterstofatoom is. Het is verder mogelijk dat de alkyl, aryl of cycloalifatische 12 3 groepen die deel uitmaken van R , R of R gesubstitueerd zijn door halogenen.

M wordt bij voorkeur gekozen uit ionen van tin, zink, lood, bismuth, cobalt, ijzer, mangaan of koper. Met meer voorkeur wordt M gekozen uit ionen van tin, zink of ijzer en met de meeste voorkeur wordt M gekozen uit zink of ijzer. Indien n groter dan 1 is, kunnen de groepen R^ tot en 3 met R in de verschillende configuraties onderling verschillend zijn. Van de ionen van zink of tin wordt de voorkeur gegeven aan de tweewaardige ionen.

Een verbinding volgens figuur I heeft als voordeel 1 3 dat de groepen R tot en met R gekozen kunnen worden op een zodanige wijze dat de verbinding bij een gewenste temperatuur oplost in de monomeren waarvan hij de polymerisatie dient te katalyseren.

Het is eveneens mogelijk een verbinding volgens figuur I in een bijzonder zuivere vorm te verkrijgen.

indien M bestaat uit zink of ijzer heeft een verbinding volgens figuur I als bijkomend voordeel dat eventuele metabole resten ervan een lage toxiciteit hebben.

Een katalysator volgens de uitvinding blijkt goede resultaten te leveren. Bijvoorbeeld indien een polymeer wordt gemaakt van zuiver L-lactide of van zuiver D-lactide is het mogelijk een polymeer met een hoge kristalliniteit te verkrijgen. Bij de hoog moleculaire polyesters is het voor een aantal toepassingen gewenst een bepaalde kristalliniteit te bereiken. Het zou van voordeel zijn om een syntheseroute te hebben waarbij de resulterende kristalliniteit instelbaar is. Met kristalliniteit wordt hier bedoeld het percentage kristallijne stof ten opzichte van het totaal polymeer, dat wil zeggen, ten opzichte van het kristallijne en amorfe deel.

De hoge kristalliniteit heeft tot gevolg dat de mechanische eigenschappen van het materiaal tot bij een relatief hoge temperatuur ten opzichte van de smelt-temperatuur behouden blijven.

In het algemeen geldt dat met de katalysatoren volgens de uitvinding de mechanische eigenschappen van de materialen beïnvloedt kunnen worden. Dit geldt vooral voor de 'as polymerised' materialen. Met 'as-polymerised' wordt volgens de uitvinding bedoeld het materiaal zoals zich dat na polymerisatie als product in het reactievat bevindt, dus zonder dat er een verdere opwerkingsstap op is toegepast, zoals opsmelten, herkristalliseren en dergelijke. Het kan indien nodig wel op mechanische wijze verwerkt worden tot een produkt van de gewenste vorm.

Bij een zuiver homo-polymeer wordt, zoals gezegd, de kristalliniteit beïnvloed, terwijl bij copolymeren de volgorde van de monomeren en hiermee in een aantal gevallen ook de kristalliniteit beïnvloed kan worden door de katalysator. De uitvinding betreft dus een nieuwe klasse van katalysatoren die het mogelijk maakt van hoog moleculaire polyesters op basis van cyclische esters de eigenschappen te variëren.

1 3

De groepen R tot en met R kunnen onafhankelijk van elkaar gekozen worden uit alkylgroepen met 1 tot 20 koolstofatomen, met of zonder onverzadigingen, arylgroepen of cycloalifatische groepen of verschillende van de groepen 1 3 R tot en met R vormen tesamen cycloalifatische ring-1 2 structuren. R -R zijn bij voorkeur lineaire of vertakte alifatische ketens met 2-6 C-atomen.

1 3

De groepen R tot en met R worden bij voorkeur zo gekozen dat de verbinding een smeltpunt heeft lager dan de smelttemperatuur of in ieder geval lager dan de polymerisa-tietemperatuur van de cyclische esters waarvan de reactie gekatalyseerd moet worden. Indien dit niet zo is, is het mogelijk dat bij het smelten van de katalysator in de vloeistof van cyclische esters de monomeren rond het nog niet opgeloste katalysatorzout al gaan polymeriseren en daarmee een polymeerkapsel vormen, dat verder oplossen verhindert. Hierdoor wordt met name bij lage polymerisatietemperaturen de polymerisatiesnelheid erg vertraagd.

Met een katalysator die een smeltpunt heeft dat lager is dan de smelt- of polymerisatie temperatuur van de monomeren waarvan de katalysator de reaktie moet polymeriseren, wordt volgens de uitvinding gelijk gesteld een katalysator die oplost in de monomeren. Het voordeel wordt namelijk bereikt indien de katalysator nagenoeg moleculair is verdeeld tussen de monomeren waarvan deze katalysator de reaktie moet polymeriseren.

Indien de groep M bestaat uit Zn^+ bestaan de 1 2 groepen R en R bij voorkeur samen in totaal uit 2 tot 6 koolstofatomen en met meer voorkeur bestaat de groep R als het de polymerisatie van lactonen betreft uit tertiair butyl 2 3 en de groep R uit ethyl. R is dan bij voorkeur H. De verbinding heeft in dat geval de naam zink-bis(2,2-dimethyl-3,5-heptanedionato-o,o'). Het voordeel van een dergelijke verbinding is dat deze een smeltpunt heeft dat lager ligt dan de polymerisatietemperatuur van de meeste lactonen, waaronder lactide en glycolide.

Indien de groep M bestaat uit Sn^+, bestaan de 12 3

groepen R en R bij voorkeur uit methyl en de groep R

bestaat uit H. De verbinding heeft dan de naam tin(II)-bis(2,4-pentaandionato-0,0')· Ook deze verbinding heeft dan als voordeel dat deze een smeltpunt heeft dat lager ligt dan de polymerisatietemperatuur van de meeste lactonen, waaronder lactide en glycolide. Een tweede Sn- katalysator met goede eigenschappen is een verbinding 1 2 volgens formule I, waarbij de groepen R en R bestaan uit 3 t-butyl, en R uit H. Deze verbinding heeft een smeltpunt van ongeveer 84°C. De tinverbinding volgens de uitvinding heeft verder als voordeel dat hij beter stabiel is tijdens opslag dan het reeds bekende tinoctoaat.

De verbinding volgens figuur I bestaat uit een intermediair complex tussen twee resonantie structuren waarbij de β-zuurstofatomen afwisselend negatief geladen zijn en de dubbele binding zich bevindt op de 1-plaats ten opzichte van de negatief geladen zuurstof. In werkelijkheid betekent dit dat de zuurstofatomen equivalent zijn.

Een verbinding volgens figuur I kan verkregen worden via de gebruikelijke syntheseroutes, zoals die bijvoorbeeld omschreven zijn door Kopeckey et al, J. Org. Chem. 27 1036 (1962) en door Finn et al., J. Chem. Soc., (1938), p. 1254-1263.

De cyclische esters waarvan de polymerisatie door een katalysator volgens de uitvinding gekatalyseerd kan worden, kunnen bijvoorbeeld gekozen worden uit lactonen, zoals lactide, glycolide, ε-caprolacton, dioxanon, l,4-dioxane-2,3-dion, beta-propiolacton, tetramethyl-glycolide, beta-butyrolacton, gamma-butyrolacton of pivalolacton, of cyclische carbonaten zoals trimethyleen-carbonaat, 2,2-dimethyl-trimethyleencarbonaat en dergelijke.

De lactonen kunnen bestaan uit de optisch zuivere isomeren of uit twee of meer optisch verschillende isomeren.

Verder kunnen comonomeren op basis van de volgende hydroxycarbonzuren ingebouwd worden. Dit kan bijvoorbeeld tot een gewichtspercentage van 50%, doch bij voorkeur niet hoger dan ongeveer 10%. zij kunnen bijvoorbeeld gekozen worden uit de groep bestaande uit alpha-hydroxybutylzuur, alphahydroxyisobutylzuur, alpha-hydroxyvalerine zuur, alpha-hydroxyisovalerine zuur, alpha-hydroxycaproyl zuur, alpha-hydroxyisocaproyl zuur, alpha-hydroxy-alpha-ethylbutylzuur, alpha-hydroxy-beta-methylvalerine zuur, alpha-hydroxyheptanoinezuur, alpha-hydroxyoctanoinezuur, alpha-hydroxydecanoinezuur, alpha-hydroxymyristine zuur, alpha-hydroxystearinezuur of combinaties hiervan.

De reactieomstandigheden van de polymerisatie van de lactonen zijn bijvoorbeeld beschreven in EP-B-0.108.635.

De monomeer/katalysator ratio kan over het algemeen gekozen worden tussen 1000 en 300.000 en wordt bij voorkeur gekozen tussen 5.000 en 30.000.

De reactietemperatuur ligt tussen de 80 en de 180°C en bij voorkeur tussen 105 en 130 °C. Bij een juiste 12 3 keuze van de groepen R R en R zal de katalysator een smelttemperatuur hebben die lager ligt dan deze polymerisatietemperaturen. Dit is van voordeel omdat de katalysator anders in een aantal gevallen zal worden ingekapseld zoals hiervoor omschreven.

De reactie kan plaatsvinden onder hoog vacuum of ook onder een inerte atmosfeer, zoals bijvoorbeeld stikstof. Het reactievat kan een glazen houder zijn, doch metalen of kunststoffen vaten kunnen eveneens worden toegepast.

Desgewenst kan op de binnenwand van het vat nog een anti-hechtingslaag worden aangebracht, zoals door silaneren.

De reactie kan plaatsvinden in oplossing, suspensie of emulsie of smelt. Dit laatste geniet de voorkeur volgens de uitvinding en wordt ook wel een bulk-polymerisatie genoemd.

De benodigde polymerisatieduur hangt onder meer af van het gewenste molecuulgewicht en van het gewenste rest-monomeer gehalte. Bij bijvoorbeeld polylactide kan een laag restmonomeergehalte voordelen hebben als een lage afbraaksnelheid van het polymere implantaat gewenst is. In het algemeen zal een polymerisatieduur van meer dan 30 uur en bij voorkeur meer dan 70 uur goede resultaten leveren.

Bij voorkeur zijn de omzettingen boven de 95% en met meer voorkeur boven de 98%. De resulterende intrinsieke viscositeit is bij voorkeur boven de 8 en met meer voorkeur boven de 11.

Het is mogelijk de katalysator volgens de uitvinding toe te passen in combinatie met andere katalysatoren. Dit is vooral van voordeel indien deze andere katalysatoren eveneens voldoen aan de eisen zoals ze hierboven zijn geformuleerd voor de katalysator volgens de , uitvinding, met name oplosbaarheid in het te polymeriseren materiaal en lage toxiciteit.

Met de katalysator volgens de uitvinding is het mogelijke polymeren te verkrijgen met viscositeitsgemiddelde molecuulgewichten tot tenminste 1.10^. Het is bijvoorbeeld mogelijk poly-L-lactide, poly-D-lactide of poly-D,L-lactide te synthetiseren.

Met de katalysator volgens de uitvinding is het mogelijk om een nieuwe polyestersamenstelling te verkrijgen, waarin de polyester een molecuulgewicht van 100.000 tot 10.000.000 en een intrinsieke viscositeit van boven de 4 bezit, verkregen door polymerisatie van cyclische esters in aanwezigheid van een katalysator, terwijl de polyestersamenstelling 20 tot 500 ppm zink bevat en tevens minder dan 1000 ppm andere metalen afkomstig van een katalysator bevat.

Polymeren geproduceerd onder toepassing van een katalysator volgens de uitvinding kunnen worden toegepast op tal van gebieden, maar zijn met name van voordeel in biomedische toepassingen als bio-resorbeerbaar materiaal, zoals omschreven in de literatuur. De polymeren kunnen geproduceerd worden met hoge molecuulgewichten en hebben dan goede mechanische eigenschappen, waardoor zij zijn te gebruiken als bijvoorbeeld bot fixatie hulpmiddelen, zoals platen en schroeven. Verder zijn de polymeren te gebruiken voor o.a zenuwgeleiders, kunstaderen, kunsthuid, hechtdraad, chirurgische membranen, drug-release middelen of voor landbouwdoeleinden, waarbij opgemerkt kan worden dat bijvoorbeeld metalen gekozen kunnen worden die essentiële elementen voor planten zijn, en op die manier een slow release kunstmest kunnen vormen.

Het is eveneens mogelijk de polymeren te smelten en in bepaalde vormen te gieten. Dit zal echter als nadeel hebben dat de specifieke 'as-polymerised' structuur, verbroken wordt, waardoor de specifieke voordelen van 'as-polymerised' verloren gaan. Dit geldt met name voor de kristalliniteit. Door de relatief slechte thermische stabiliteit van de polymeren en door mechanische invloeden zal bij smeltverwerken de polymeerketen op een aantal plaatsen verbroken worden waardoor de resulterende mechanische eigenschappen ook minder goed zullen zijn.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden, zonder dat hij daardoor beperkt wordt.

Met DSC werden de metingen van de Tm en de ΔΗ verricht met een gecalibreerde Perkin Elmer DSC-7 met een —1 scan-snelheid van 10 °C min aan proefstukjes van ca. 10 mg.

Small angle X-ray scattering (SAXS) metingen zijn gedaan met een Kratky camera met een spleetbreedte van 40 //m, uitgerust met een proportionele teller en een electronenscanner. Er werd Ni-gefilterde CuKa straling gebruikt.

Wide angle X-ray scattering (WAXS) werd uitgevoerd met CuKa-straling met een Statton camera met pinhole collimation.

De intrinsieke viscositeit werd bepaald met een Ubbelohde viscosimeter, type Oa, in chloroform bij 25 °C.

Het viscositeitsgemiddelde molecuulgewicht werd bepaald met de formule [ïl] - 5,45 * 10"4 * mv0,73 volgens A. Schindler en D. Harper, J. Polym. Sci., 17, 2593-2599 (1979) waarin h de gemeten intrinsieke viscositeit is en My het viscositeitsgemiddelde molecuulgewicht.

Met de 'dynamic mechanical thermal analysis' (DMTA) werd de glasovergangstemperatuur gemeten met een

Rheomatrics RSA II, bij 1 Hz en een opwarmsnelheid van 1 °C.min"~^ over een temperatuurgebied van -150 °C tot +200 °C in de 'dual cantilever mode' met 0,05 % strain.

Het viscositeitsgemiddelde molecuulgewicht Mv werd op een tweede wijze bepaald met gel permeatie chromatografie (GPC), waarbij de callibratie is uitgevoerd met polystyreen standaards met een Mv van 1000 tot 4.000.000. NMR-spectra werden opgenomen op een 300 MHz-NMR apparaat.

Voorbeeld I

De synthese van een zink- en een tinkatalysator 2,2-dimethyl-3,5-heptanedion (HDMH) werd gesynthetiseerd volgens de methode van Kopecky et al. J. Org. Chem., 27, 1036, (1962), uitgaande van ethyl-propionaat en 3,3-dimethylbutanon. De opbrengst was 60 %, met een kookpunt van 114-116 °C bij 50 mm Hg.

Zn(DMH)2 werd gesynthetiseerd volgens een methode van Finn et al J. Chem. Soc., (1938), p. 1254-1263. In het reactievat werd 100 ml tolueen, 10 g zinkoxide en 20 g HDMH samengebracht. De reactie werd 10 uur gerefluxed waarbij het water azeotropisch werd afgedestilleerd. Het produkt werd na filtratie opgelost in pentaan en hergekristalliseerd. De opbrengst was 70 %.

f

Tin(Il)-bis(2,4-pentaandionato-0,0 ), afgekort Sn(PD)2, werd gesynthetiseerd volgens de methode van Wakeshima et al., zoals omschreven in "Facile synthesis of tin(II)chelate compounds", Chem. Lett. (1981), 93-94, waarbij p-xyleen werd gebruikt als oplosmiddel. De opbrengst was 80%, het kookpunt van Sn(PD)2 werd vastgesteld op 85-92°C bij 0,05 mbar.

Voorbeeld II, a, b en c en d

In gesilaneerde glazen ampullen werd 30-40 g L-lactide (C.C.A., Gorinchem, Nederland, hergekristalliseerd uit tolueen onder stikstof) en een hoeveelheid ZnfDMH^ opgelost in pentaan uit voorbeeld I gebracht. De monomeer/katalysator ratio's in mol/mol staan in tabel 1. De _3 ampullen werden vacuum gezogen tot 10 mbar, gesealed en op 110 °C gebracht en daar gedurende enige tijd gehouden. De polymerisatietijden staan vermeld in tabel 1.

De monomerenconversie was in alle gevallen hoger dan 99 %, gemeten met 300 MHz H NMR. T^, en ΔΗ^ werden bepaald zoals boven omschreven. Μγ werd bepaald met de viscosimeter.

Voorbeeld III a en b

De synthese van voorbeeld II werd nagewerkt met Sn(PD)2 in plaats van Zn(DMH)2» in een monomeer/kat ratio van 11.000 resp. 2.000, gedurende 120 resp. 100 uur. De resultaten staan in tabel 1.

Vergelijkende experimenten A en B

De synthese van voorbeeld II werd nagewerkt met tinoctoaat (Sigma Chem. Corp., St. Louis, USA) in plaats van Zn(DMH)2, in een mon/kat ration van 15.000 resp. 11.250. De resultaten staan in tabel 1.

Tabel 1

Resultaten van voorbeeld II, III en vergelijkend experiment A en B Voorbeeld Mon/kat Polym. tijd M^ ΔΗ^ ratio (uren) (*10“5) (°C) (°C) (Jg_1)

Ha 11.250 84 8 202 99

Ilb 13.500 120 7 121 207

Ilc 9.000 140 7 lid 1.000 190 8 lila 11.000 120 10 83 200 90

Illb 2.000 100 9

Verg. exp.

A 15.000 100 9 54 194 B 11.250 84 8 191 77

Uit tabel 1 valt te concluderen dat met de katalysatoren volgens de uitvinding goede resultaten te behalen zijn. De ΔΗ en daarmee de en Tm zijn hoger dan bij tinoctoaat in Vergelijkend experiment B. Dit is een aanwijzing voor een hogere kristalliniteit.

Dit wordt bevestigd door de aanwezige hoge-orde reflexies in het SAXS-spectrum. Uit de WAXS-metingen blijkt dat de kristalstructuur van al de L-lactide polymeren in de experimenten II en III en in de vergelijkende experimenten A en B identiek is. Als de kristalstructuur van de L-lactide polymeren van de voorbeelden II en ill identiek is aan de kristalstructuur van de'L-lactide polymeren in vergelijkende experiment A en B, terwijl de ΔΗ hoger is, is de kristalliniteit hoger.

De molecuulgewichten in voorbeeld II zijn nauwelijks lager dan het resultaat van het tinoctoaat in vergelijkend experiment A, terwijl zink een lagere toxiciteit dan tin heeft. De molecuulgewichten bereikt met Sn(PD)2 zijn gelijk aan of hoger dan de molecuulgewichten bereikt met tinoctoaat. De thermische eigenschappen van het materiaal verkregen met de katalysator volgens de uitvinding zijn beter dan die van het materiaal verkregen met behulp van tinoctoaat.

Het restmonomeergehalte is even laag.

Uit voorbeeld Ia t/m d blijkt verder dat er geen lineair verband bestaat tussen mon/kat ratio en Mv, waaruit geconcludeerd kan worden dat de katalysator inderdaad als katalysator werkt, en niet als initiator.

De polymerisatiesnelheid bij gebruik van de katalysator volgens de uitvinding is lager dan die bij gebruik van tinoctanoaat, wat wellicht verband houdt met de hogere kristalliniteit. Deze lagere katalyse snelheid kan gecompenseerd worden door meer katalysator toe te passen.

Voorbeeld IV

De werkwijze van voorbeeld II werd gevolgd met 30 g glycolide verkregen van CCA gedurende 48 uur bij 150°C.

De mon/kat ratio was 11.250. De omzetting, bepaald door extractie met kokende 1,2-dimethoxy ethaan van het gepoederde polymeer, was 99%. De van het polymeer was 34°C, de T was 217°C en de ΔΗ„ was 118 Jg-^. m m 3

Vergelijkend experiment 0

De werkwijze van voorbeeld IV werd herhaald met tinoctoaat als katalysator in een mono/kat ratio van 11.250.

Het polymeer had een τ van 31°C, een T van 215°C en een r g m AHm van 127 Jg . De opbrengst was 99%. Geconcludeerd kan worden dat voor dit systeem de zink katalysator een zelfde effectiviteit bezit als de tin katalysator. Zowel de opbrengst als de thermische eigenschappen van het product komen sterk overeen.

Voorbeeld V

De werkwijze van voorbeeld II werd gevolgd met 35 g van een racemisch lactide mengsel verkregen uit een equimolair mengsel van L-lactide en D-lactide, beide afkomstig van CCA, gedurende 96 uur bij 150°C. De mon/kat ratio was 11.250. De omzetting, bepaald met NMR, was 97%.

Het resulterende polymeer was volledig amorf en had een van 47°C en een Mv van 267.000, bepaald met GPC.

Vergelijkend experiment D

De werkwijze van voorbeeld V werd gevolgd met tinoctoaat als katalysator in een mon/kat ratio van 11.250. De omzetting was 98%. Het resulterende polymeer was volledig amorf en had een Tg van 47°C en een van 254.000, bepaald met GPC.

Uit voorbeeld V en vergelijkend experiment D kan geconcludeerd worden dat bij polymerisatie waarbij geen kristallisatie van het gevormde polymeer optreedt en waarbij de verschillende monomeren een gelijke reactiviteit hebben een katalysator volgens de uitvinding producten levert die nagenoeg niet te onderscheiden zijn van producten verkregen via andere hier geteste katalysatorsystemen.

Voorbeeld VI

De werkwijze van voorbeeld II werd gevolgd met een mengsel van L-lactide en D-lactide in een verhouding 91:9 gedurende 96 uur bij 110°C. De mon/kat ratio was 11.250. De omzetting, bepaald met NMR, was 95%. De polymeer had een van 48°C. Het My verkregen met GPC was 885.000.

Vergelijkend experiment E

De werkwijze van voorbeeld VI werd gevolgd met tinoctoaat als katalysator in een mon/kat ratio van 11.250. De omzetting van 98%, de was 54°C en het polymeer vertoonde een kleine smeltpiek bij 134°C. Het Mv verkregen met GPC was 839.000. Ook hierin kan geconcludeerd worden dat een katalysator volgens de uitvinding onder deze omstandigheden producten oplevert die nagenoeg niet onderscheidbaar zijn van de producten verkregen met tinoctoaat.

Voorbeeld Vil

De werkwijze van voorbeeld II werd gevolgd met 39 g van een mengsel van L-lactide en ε-caprolacton in een monoraeer verhouding van 49/51 mol/mol gedurende 192 uur bij 120°C. De mon/kat ratio was 11.250. De omzetting, bepaald met NMR, was 81 %. Het resterende monomeer bestond uit nagenoeg zuiver ε-caprolacton. De gemiddelde sequentie-lengte, bepaald met NMR volgens de methode omschreven door Kricheldorf in "Macromolecules", (1984), 17, p. 2173, van de ε-caprolacton sequenties was 2,9. Het bulkpolymeer was volledig amorf.

Vergelijkend experiment F

De werkwijze van voorbeeld VII werd gevolgd met tinoctoaat als katalysator in een mon/kat ratio van 11.250. De omzetting was 95%. De gemiddelde sequentie-lengte van de ε-caprolacton sequenties was 2,5. Het bulkpolymeer was volledig amorf.

Omdat het resterende monomeer in Voorbeeld VII nagenoeg uit zuiver ε-caprolacton bestond, valt te concluderen dat het verschil in reactiviteit tussen L-lactide en ε-caprolacton bij gebruik van een katalysator volgens de uitvinding groter is dan bij gebruik van de tinoctoaat katalysator. Dit wordt bevestigd door de sequentielengte die bij Voorbeeld VII 2,9 is en bij Vergelijkend experiment F 2,5. De eigenschappen van een co-polymeer worden beïnvloed door de sequentie-lengte van de monomeren eenheden die deel uitmaken van het copolymeer. Als de sequentie-lengte gelijk aan 1 is, zal het polymeer rubberachtige eigenschappen bezitten. Als de sequentie-lengte gelijk is aan 2, zal het polymeer een zuiver random polymeer zijn.

Voorbeeld VIII

De werkwijze van voorbeeld II werd gevolgd met 32 g van een mengsel van L-lactide en glycolide in een monomeerverhouding van 50:50 mol/mol gedurende 192 uur bij 120°C. De mon/kat ratio was 11.250. Het polymeer bevatte een kleine smeltendotherm Tm bij 172°C. Bij extractie met kokende 1,2-dimethoxy-methaan bleek 34% van het polymeer hierin onoplosbaar.

Vergelijkend experiment G

De werkwijze van voorbeeld VIII werd gevolgd met tinoctoaat als katalysator in een mol/ratio van 11.250. De Tm lag bij 182°C. Slechts 24 gewichts % van het polymeer loste niet op in 1,2-dimethoxy-ethaan.

Glycolide en lactide hebben verschillende reactiviteiten ten opzichte van de polymerisatie. De gevormde copolymeren van deze twee monomeren zijn daarom geen zuivere random copolymeren. Het reactievere glycolide zal in eerste instantie sneller polymeriseren dan het lactide/ waardoor er relatief lange glycolide blokken in de groeiende polymeerketen ontstaan. Aan het einde van de polymerisatie, wanneer het meeste glycolide al heeft gereageerd, zal aan de groeiende polymeer-keten het minder reactieve lactide gekoppeld worden.

In het algemeen geldt, dat bij een toenemend reactiviteitsverschil tussen de monomeren van het monomeer-mengsel, de gemiddelde bloklengtes van de samenstellende monomeren in het polymeer zullen toenemen.

Door extractie van de verkregen copolymeren met 1,2-dimethoxy-ethaan wordt een idee gekregen van de grootte van de glycolide rijke blokken in het copolymeer. Polymeerketens met grote glycolide sequenties zullen niet geextraheerd worden. Uit voorbeeld VIII en vergelijkend experiment G blijkt dat het gevormde lactide/glycolide copolymeer verkregen met de katalysator volgens de uitvinding meer lange glycolide sequenties heeft dan polymeer verkregen met tinoctoaat als katalysator. Blijkbaar bewerkstelligt de katalysator volgens de uitvinding een groter verschil in reactiviteit tussen de monomeren.

Voorbeeld IX

De werkwijze van voorbeeld II werd gevolgd met 36 g van een mengsel van glycolide en ε-caprolacton in een monomeerverhouding van 54:46 mol/mol en een mon/kat ratio van 11.250, gedurende 40 uur bij 150°C. Het polymeer vertoonde smeltendothermen met een Tm bij 33 en bij 203°C.

De smeltwarmte AHm van deze endothermen was 1,2 resp. 30,3 Jg-^. Bij extractie met kokend 1,2-dimethoxy-methaan bleek 42% hierin oplosbaar.

Vergelijkend experiment H

De werkwijze van voorbeeld IX werd gevolgd met tinoctoaat als katalysator in een mon/kat ratio van 11.250. Het polymeer vertoonde 2 smeltendothermen T bij 34 en 210°C en had smeltwarmtes AHm van 8,4 resp. 44,6 Jg . Bij extractie met kokend 1,2-dimethoxy-methaan bleek 54% hierin oplosbaar. Hieruit valt de conclusie te trekken dat het verschil in reactiviteit tussen glycolide en ε-caprolacton vergroot wordt door de katalysator volgens de uitvinding, aangezien de slechtere oplosbaarheid veroorzaakt wordt door grotere blokken glycolide in het polymeer.

Claims (18)

1. Katalysator voor de polymerisatie van cyclische esters, bestaande uit een metaalzout, met het kenmerk dat de katalysator bestaat uit een verbinding met de formule

I waarin M een metaalion is en n een getal is van 1 tot 4 en gelijk is aan de valentie van het metaalion en waarin 1 2 de groepen R en R onafhankelijk van elkaar een alkyl, 3 aryl of cycloalifatische groep zijn en R een alkyl, aryl, cycloalifatische groep of een waterstofatoom is.

2. Katalysator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de groepen R^-R^ zodanig gekozen zijn, dat de katalysator een smeltpunt heeft dat lager is dan de gewenste polymerisatietemperatuur van de te polymeriseren cyclische esters.

3. Katalysator volgens een der conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de groepen R^-R^ zodanig gekozen zijn, dat de katalysator een smeltpunt heeft dat lager is dan de smelttemperatuur van de te polymeriseren cyclische esters.

4. Katalysator volgens een der conclusies 1-3, met het 3 kenmerk dat de groep R bestaat uit waterstof en de 1 2 groepen R en R bestaan uit tertiair butyl of ethyl.

5. Katalysator volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de katalysator bestaat uit zink-bis(2,2-dimethyl-3,5 f heptanedionato-0,0 ).

6. Katalysator volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de katalysator bestaat uit r tin(II)—bis(2,4-pentaandionato-0,0 ).

7. Werkwijze voor de polymerisatie van cyclische esters, waarbij een metaalzout wordt toegepast als katalysator, met het kenmerk, dat een metaalzout wordt toegepast zoals omschreven in een der conclusies 1-6.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de katalysator wordt toegepast in een monomeer/katalysator ratio van 1000-300.000.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de katalysator wordt toegepast in een monomeer/katalysator ratio van 5.000 tot 30.000.

10. Werkwijze volgens een der conclusies 7-9, met het kenmerk, dat de katalysator wordt toegepast bij een polymerisatietemperatuur van 80 tot 180°C.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de katalysator wordt toegepast bij een polymerisatietemperatuur van 105-120°C.

12. Werkwijze volgens een der conclusies 7-11, met het kenmerk, dat de cyclische esters gekozen worden uit de groep bestaande uit lactonen en carbonaten.

13. Werkwijze volgens een der conclusies 7-12, met het kenmerk, dat de polymerisatie plaatsvindt onder een inerte atmosfeer, gedurende 30 tot meer dan 100 uren, waarbij een polymeer gevormd wordt met een restmonomeer gehalte lager dan 5% en in intrinsieke viscositeit boven de 8.

14. Polyestersamenstelling, waarin de polyester een molecuulgewicht van 100.000-10.000.000 en een intrinsieke viscositeit hoger dan 4 bezit, verkregen door polymerisatie van cyclische esters, in aanwezigheid van een katalysator, met het kenmerk, dat deze polyestersamenstelling 20 tot 500 ppm zink bevat en minder dan 1000 ppm andere metalen afkomstig van een katalysator bevat.

15. Polyestersamenstelling, bestaande uit poly-L-lactide of poly-D-lactide, met het kenmerk, dat de samenstelling een smeltwarmte ΔΗ heeft groter dan 80 J/g en een viscositeitsgemiddeld molecuulgewicht van 100.000 tot 10.000.000.

16 Polyestersamenstelling volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de smeltwarmte ΔΗ groter is dan 90 J/g.

17. Voorwerp, verkregen uit een polyestersamenstelling volgens een der conclusies 14-16.

18. Voorwerp hoofdzakelijk zoals beschreven in de beschrijvingsinleiding en de voorbeelden. UITTREKSEL De uitvinding betreft een katalysator voor de polymerisatie van cyclische esters, bestaande uit een metaalzout, met het kenmerk dat de katalysator bestaat uit een verbinding met de formule

I waarin M een metaalion is en n een getal is van 1 tot 4 en gelijk is aan de valentie van het metaalion en waarin de 1 2 groepen R en R onafhankelijk van elkaar een alkyl, aryl of 3 cycloalifatische groep zijn en R een alkyl, aryl, cycloalifatische groep of een waterstofatoom is. Polymeren geproduceerd onder toepassing van een katalysator volgens de uitvinding kunnen worden toegepast op tal van gebieden, maar zijn met name van voordeel in biomedische toepassingen als bio-resorbeerbaar materiaal, zoals omschreven in de literatuur. De polymeren kunnen geproduceerd worden met hoge molecuulgewichten en hebben dan goede mechanische eigenschappen, waardoor zij zijn te gebruiken als bijvoorbeeld bot fixatie hulpmiddelen, zoals platen en schroeven.