NO309530B1

NO309530B1 - Kontinuerlig fremgangsmåte til fremstilling av laktidpolymerer med forbedrede rensemetoder

Info

Publication number: NO309530B1
Application number: NO942728A
Authority: NO
Inventors: Patrick Richard Gruber; Eric Stanley Hall; Jeffrey John Kolstad; Matthew Lee Iwen; Richard D Benson; Roald L Borchardt
Original assignee: Cargill Inc
Priority date: 1992-01-24
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 2001-02-12
Also published as: KR100261850B1; NO942728D0; AU677174B2; AU3482193A; WO1993015127A1; FI943487A; ATE466897T1; EP0893462A2; EP0893462B1; BR9305788A; EP0893462A3; JPH07503490A; MX9300333A; CA2128509A1; DE69334330D1; JP3258324B2; FI113661B; CA2128509C; NO942728L; EP0623153A1

Description

1. Oppfinnelsens fagområde

Den foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåter for kontinuerlig fremstilling av laktid og laktidpolymerer fra rå melkesyre og estere av melkesyre i fagområdet biodegraderbare polymerer.

2. Beskrivelse av kient teknikk

Den kontinuerlige reduksjon av områder til landfyllinger og problemer tilknyttet brenning av avfall har ført til behovet for å utvikle helt biodegraderbare polymerer som kan utnyttes som substitutter for ikke-biodegraderbare eller delvis biodegraderbare petrokjemisk baserte polymerer. Anvendelse av melkesyre og laktid til å fremstille et biodegraderbart polymer er vel kjent i den medisinske industri. Som beskrevet av Nieuwenhuis et al.

(US patent nr. 5053485) har slike polymerer blitt brukt til å lage biodegraderbare eller bionedbrytbare suturer, klemmer, benplater og anordninger for biologisk aktiv kontrollert frigjøring. Det er å foretrekke at fremgangsmåter utviklet for fremstilling av polymerer som skal benyttes i medisinsk industri har inkorporert teknikker som svarer til behovet for høy renhet og biokompatibilitet i det polymere sluttprodukt. Videre ble fremgangsmåtene konstruert for å fremstille små volumer av produkter med høy dollarverdi, med mindre vekt på fremstillingskostnader og utbytte. Det menes at før søkerens utvikling, var levedyktige, kostnadskonkurrerende fremgangsmåter for kontinuerlig fremstilling av renset laktid og laktidpolymerer fra melkesyre, som hadde fysiske egenskaper egnet til å erstatte foreliggende petrokjemisk baserte polymerer ved pakking, papirbelegging og andre ikke-medisinske industrianvendelser, ukjente.

Det er kjent at melkesyre gjennomgår en kondensasjonsreaksjon for å danne polymelkesyre når vann fjernes ved fordampning eller ved andre fremgangsmåter. Hele polymerisasjonsreaksjonen er representert av:

Mens trinn n i nevnte polymerisasjonsreaksjon er representert av:

Som Dorough (US patent nr. 1995970) erkjente og beskrev, er den resulterende polymelkesyre begrenset til et polymer med lav molekylvekt av begrenset verdi, basert på fysikalske prinsipper, pga. en konkurrerende depolymerisasjonsreaksjon i hvilken den cykliske dimer av melkesyre, laktid blir dannet. Idet polymelkesyrekjeden forlenges deselereres polymerisasjons-reaksjonshastigheten inntil den når hastigheten til depolymeirsasjons-reaksjonen, som effektivt begrenser molekylvekten av de resulterende polymerer. Et eksempel på denne likevektsreaksjon er beskrevet nedenfor. Gitt denne forståelse ble Dorough overbevist om at polymerer med høy molekylvekt ikke kunne genereres direkte fra melkesyre. Han var imidlertid heldig med generering av polymerer med høy molekylvekt fra laktid gjennom melkesyredimeren dannet fra melkesyrepolymerer med lav molekylvekt. Fordi disse polymerer blir dannet fra laktid er de kjent som polylaktider.

Det er velkjent at melkesyre eksisterer i to former som er optiske enantiomerer, betegnet som D-melkesyre og L-melkesyre. Enten D-melkesyre, L-melkesyre eller blandinger derav kan polymeriseres for å danne en polymelkesyre med intermediær molekylvekt som ved videre polymerisasjon danner laktid som beskrevet tidligere. Laktidet eller det cykliske dimer av melkesyre kan ha en av tre typer av optisk aktivitet avhengig av om den' består av to L-melkesyremolekyler, to D-melkesyremolekyler eller et L-melkesyremolekyl og et D-melkesyremolekyl kombinert for å danne dimeren. Disse tre dimerer blir betegnet henholdsvis L-laktid, D-laktid og meso-laktid. I tillegg blir en 50/50 blanding av L-laktid og D-laktid med et smeltepunkt på ca 126°C ofte referert til i litteraturen som D,L-laktid.

DeVries (US patent nr. 4797468) beskrev nylig en fremgangsmåte for fremstilling av laktidpolymerer ved å anvende en oppløsningsmiddelekstraksjons-fremgangsmåte for å rense laktidet før polymerisasj onen. Med DeVries beskrivelse erkjente oppfinneren at eksisterende litteratur anbefalte rensing av laktid ved flere rekrystallisasjonstrinn. Det menes at fremgangsmåtene før DeVries oppløsningsmiddelekstraksjonsfremgangsmåte har generelt benyttet et rekrystallisasjonstrinn til å rense det rå laktid for å oppnå en kilde til laktid som er egnet for polymerisasj on. Fremgangsmåter som benytter slike rekrystallisasjonstrinn er imidlertid kjent for å ha relativt dårlige utbytter pga. betydelig tap av laktid under rekrystallisasjonstrinnene. Det menes at fabrikanter av medisinsk relaterte biodegraderbare produkter ikke har bekymret seg som slike lave utbytter pga. den store margin generelt ventet for salg av slike produkter og mangel på konkurrerende alternativer. Det vil imidlertid være foretrukket at ved å utvikle en prosess for stor målestokk, kommersiell fremstilling av bionedbrytbare polymerer, såsom polylaktider, til anvendelse i ikke-medisinske produktorienterte applikasjoner, hvor slike polymerer nødvendigvis vil konkurrere med lavomkostningspolymerer laget av petrokjemikalier, vil det være viktig å maksimalisere utbyttet og minimalisere andre totale kostnadsfaktorer for å produsere en bionedbrytbar polymer som er konkurransedyktig med hensyn på omkostninger.

De bionedbrytbare polylaktidpolymerer må også ha fysikalske egenskaper som er egnet for anvendelse i ikke-medisinske produkter som for tiden benytter petrokjemisk baserte polymerer, såsom pakkematerialer, papirbelegg og alle andre engangsartikler. Nieuwenhuis et al. beskriver at laktidpolymerer, avledet fra polymerisasj on av blandinger av de tre laktider, resulterer i polymerer med et utvalg av nyttige fysikalske egenskaper, inkludert forbedret bionedbrytbarhet. Ingen kommersielt levedyktig fremgangsmåte for fremstilling av slike laktidpolymerer i stor målestokk er imidlertid ment å ha blitt

beskrevet opp til dags dato.

Melkesyre er kommersielt tilgjengelig og fremstilt ved hjelp av flere kjente prosesser. Representative eksempler på slike fremgangsmåter er beskrevet av Glassner et al. (europeisk patentsøknad, EP 393818, 24. oktober 1990), G. Machell, "Production and Applications of Lactid Acid", Industrial Chemist and Chemical Manufacturer. v. 35, pp. 283-90 (1959) og Kirk Othmer, Enc<y>clopedia of Chemical Technology. "Lactid Acid", v. 12, pp. 177-78 (annenutgave, 1963).

Optisk aktivitet hos melkesyre eller laktid er kjent for å forandres under visse betingelser, med en tendens mot likevekt ved optisk inaktivitet, hvor like mengder av D og L enantiomerer er til stede. Relative konsentrasjoner av D og L i utgangsmaterialene, nærvær av urenheter eller katalysatorer og tiden ved varierende temperaturer og trykk er kjent for å påvirke hastigheten til slik rasemisering.

Muller (US patent nr. 5053522) beskriver at fremstilling av optisk rent laktid fra en optisk ren melkesyretilførsel er mulig ved å benytte passende betingelser og katalysatorer. Det er imidlertid ingen læring av en prosess som kontrollerer ønsket grad av optisk renhet i det resulterende laktid eller minimaliserer totalomkostninger og maksimaliserer utbyttet av laktid-produktet. Videre er det ingen beskrivelse av et kommersielt levedyktig laktid rensesystem som tillater fremstilling av polymerkvalitetslaktid, fra rå melkesyre, som i det påfølgende kan polymeriseres for å fremstille et utvalg av ikke-medisinsk relaterte polylaktidpolymerer, som er omkostningseffektivt egnet til å erstatte eksisterende petrokjemisk baserte polymerer.

Bellis (US patent nr. 4727163) beskriver anvendelse av en ester av en alfahydroksysyre på en termisk stabil polyeterkjerne for å fremstille meget rene cykliske estere såsom laktid. Bhatia (US patent nr. 4835293) beskriver en fremgangsmåte til å fremstille meget rene cykliske estere såsom laktid ved oppvarming av et polymer av den tilsvarende alfahydroksysyre eller dens ester eller en kopolymer av alfahydroksysyren eller dens ester og en termisk stabil polyeterkjerne i nærvær av en inert gass hvor den cykliske ester blir bragt fra denne reaksjonen med inert gassen til et oppløsningsmiddelsystem. Bellis et al. (PCT søknad nr. WO 92/00292, publisert 9. januar 1992) beskriver en kontinuerlig katalysert dampfasefremgangsmåte for fremstilling av dimere cykliske estere, såsom laktid ved å omdanne den tilsvarende alfa-hydroksykarboksylsyre eller ester i dampfasen over en fast katalysator, såsom silika-alumina og fortrinnsvis silika-alumina som har et høyt silikainnhold, i nærvær av en bæregass. Det er imidlertid trodd at ingen av disse referansene beskriver en kommersielt levedyktig fullstendig fremgangsmåte for stor målestokk fremstilling av polylaktidpolymerer. Videre er det ingen beskrivelse av et laktid rensesystem som tillater produksjon av en polymerkvalitetlaktid for anvendelse i ikke-medisinsk relaterte polylaktidpolymerer omkostningseffektivt og egnet for å erstatte eksisterende petrokjemisk baserte polymerer.

Følgelig er det et behov for en kontinuerlig fremstillingsprosess som utnytter kommersielt tilgjengelig rå melkesyre eller estere av melkesyre til å fremstille polylaktidpolymerer som er egnet som en omkostningskonkurransedyktig erstatning for petrokjemisk baserte polymerer. Det er derfor hensikten med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en slik fremstillingsprosess. Denne hensikt er oppnådd ved foreliggende oppfinnelse, kjennetegnet ved det som fremgår av de vedlagte krav. Den foreliggende oppfinnelse angår dette behov såvel som andre problemer tilknyttet fremstilling av laktidpolymerer. Den foreliggende oppfinnelse gir også ytterligere fordeler over kjent teknikk og løser andre problemer som er assosiert dertil.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en kontinuerlig fremgangsmåte for fremstilling av laktidpolymeret fra en matekilde av rå melkesyre. Den rå melkesyrematingen kan være enhver tilgjengelig kombinasjon av de optiske enantiomerer D-melkesyre og L-melkesyre i oppløsning med et hydroksylisk medium, såsom vann eller andre oppløsningsmidler, såsom metanol, etanol, propanol, butanol, isopropanol, isobutanol eller lignende, eller blandinger derav. Den rå melkesyre eller kilden til melkesyre kan også være en ester av melkesyre, såsom metyllaktat, etyllaktat, propyllaktat, butyllaktat, isopropyllaktat, isobutyllaktat eller lignende eller blandinger derav. Den rå, melkesyre kan også være en blanding av melkesyre og melkesyreestere. En melkésyre-ester som er egnet for anvendelse i den foreliggende oppfinnelse kan generelt defineres ved formelen:

hvor R er et Cj - Cg lineær eller forgrenet alkyl.

Når en melkesyreester blir anvendt som kilden til den rå melkesyre for fremstilling av den foreliggende oppfinnelse blir polymerisasj onsreaksj onen sammen med depolymerisasjonsreaksjonen og likevekten mellom de to forbindelser forandret. Estergruppen, eller mer spesielt, den lineære eller forgrenede alkoksygruppe avspaltes under polymerisasj onsreaksj onen fra en ende av laktatmolekylet mens et hydrogen blir avspaltet fra hydroksygruppen på den motsatte side av et annet laktatmolekyl. Således dannes et kondensasjonsreaksjonbiprodukt med formelen ROH. Den fullstendige polymerisasj onsreaksj on er representert av:

Mens trinn n av nevnte polymerisasj onsreaksj on er representert av:

Etter hvert som polymelkesyrekjeden forlenges avtar polymerisasjons-reaksjonshastigheten og depolymerisasj onsreaksj onen som danner laktid akselereres inntil en likevekt er nådd. Denne likevekt er representert av:

Som angitt av de ovenstående reaksjoner kan polymerkjedene inneholde en

esterendegruppe hvori nevnte polymer ville defineres som en polymelkesyre-esterpolymer. For å klargjøre definerer søkerne heri polymelkesyre eller polymelkesyremolekyler som å inkludere polymerkj edene beskrevet ovenfor, med en esterendegruppe eller endestopper (cap) som dannet fra polymeriseringen av en ester av melkesyre. Videre inkluderer kondensasjonsreaksjonsbi-produkter både vann og kjemiske forbindelser med den generelle formel ROH, hvor R er et Q - C8 lineært eller forgrenet alkyl.

Det er imidlertid erkjent at sammensetningen av den rå melkesyrematekilden og konstruksjonen og driftsbetingelsene til fremgangsmåten beskrevet heri vil påvirke den optiske renhet til det endelige polylaktidpolymerprodukt. Fremgangsmåten beskrevet heri sørger for kontroll av rasemisering til vellykket å fremstille et polymerkvalitetslaktid av utvalgt optisk renhet og sammensetning. Fordi rasemisering kan kontrolleres er det mulig å planlegge den optiske renhet og sammensetning av det resulterende produkt basert på betingelsene til utgangsmaterialet og fremgangsmåte. Etter å være polymerisert kan det resulterende polylaktid ha ønskelige fysikalske egenskaper for en stor variasjon av ikke-medisinsk relaterte anvendelser. Videre kan urenheter, såsom fargede legemer, karbohydrater, proteiner, aminosyrer, salter, metallioner, aldehyder, ketoner, karboksylsyrer, estere av karboksylsyrer, estere av karboksylsyrer eller andre organiske syrer være til stede i den rå melkesyretilførsel. Søkerens fremgangsmåte beskrevet heri overvinner problemer assosiert med fremstilling av et polymerkvalitetslaktid når slike kontaminanter er til stede.

Idet det nå kort refereres til fig. 1, som tilveiebringer et foretrukket flytskjema av den fullstendige fremgangsmåte beskrevet heri, blir den rå melkesyre først kontinuerlig matet til en evaporator. I evaporatoren blir en porsjon av vannet eller oppløsningsmiddelet eller et hvilket som helst kondensasjons-reaksjonsbiprodukt fjernet fra den rå melkesyren. Vannet eller oppløsnings-middelet eller biproduktet fra enhver kondensasj onsreaksj on blir fjernet som en damp fra evaporatoren og kassert eller resirkulert. Evaporatoren konsentrerer således melkesyren i råtilførselen. Det menes at det vil være en viss kondensasj onsreaksj on som skjer og at melkesyren kan begynne å danne oligomerer og polymerer med lav molekylvekt under inndampingstrinnet, for derved å fremstille et biprodukt ved kondensasjonsreaksjon. En liten mengde av laktid kan også dannes. Denne konsentrerte melkesyre blir dernest matet inn i én prepolymerreaktor som i virkeligheten er en ytterligere evaporator.

Det er vel kjent på området at idet vann eller oppløsningsmiddel blir fjernet fra en oppløsning av melkesyre vil den gjenværende melkesyre begynne å polymerisere. I prepolymerreaktoren blir tilstrekkelig vann eller oppløsnings-middel og kondensasjonsbiprodukter såsom vann, etanol, metanol, propanol, butanol, isopropanol, isobutanol og lignende fjernet for å bringe melkesyre til å polymeriseres for å danne melkesyrepolymerer som har en gjennomsnittlig molekylvekt på ca 100 til ca 5000, fortrinnsvis ca 200 til ca 3000 og mer fortrinnsvis ca 400 til ca 2500. Det fjernede vann eller oppløsningsmiddel blir resirkulert eller kassert. I foretrukne utforminger blir vannet eller oppløs-ningsmiddelet resirkulert tilbake til evaporasjonsprosessen, fordi den kan være kontaminert med melkesyre. I denne foretrukne utforming blir tap av matemateriale forhindret og det totale utbytte blir økt.

Det er erkjent av søkerne at inndampings- og prepolymerisasjonstrinnene kan kombineres i et trinn. Søkerne har imidlertid oppdaget at det er gunstig å

bruke to trinn som tillates først å fjerne ukontaminert vann eller oppløsnings-middel i inndampingstrinnet, som blir lett kassert eller gjenbrukt uten behandling. Dampstrømmen fra prepolymerisasjonsreaktoren er i stor grad redusert i volum men inneholder likevel noe melkesyre. Resirkulering tilbake gjennom det initielle inndampingstrinn tillater gjenvinning av det som er bragt over av melkesyre, for således å hindre tap av verdifullt matingsmateriale.

Prepolymerproduktet fra prepolymerreaktoren, polyeddiksyre eller PLA, blir matet til en laktidreaktor. En katalyasator blir samtidig og kontinuerlig matet til laktidreaktoren. Mange egnede katalysatorer er kjent, såsom metalloksider, metallhalogenider, metallstøv og organiske metallforbindelser avledet fra karboksylsyrer eller lignende. Det er oppfattet slik at enhver slik katalysator kan benyttes i fremgangsmåten som er beskrevet her. Polymeregenskapene vil imdlertid variere. I en foretrukket utforming blir prepolymeren og katalysatoren blandet sammen i en statisk blandeanordning for å fremme en jevn fordeling av katalysatoren i prepolymeren. Oppløsningen i laktidreaktoren ville raskt komme til en likevektsfordeling av laktid og polymelkesyre med temperaturen og katalysator anvendt. Varme tilsettes for å inndampe det rå laktid som blir kontinuerlig fjernet fra laktidreaktoren for således å drive depolymerisasjonsreaksjonen og resulterer i netto produksjon av laktid idet innholdet av laktidreaktoren søker mot likevekt. Det er oppfattet slik at konsentrasjoner av ikke-reaktiv polymelkesyre med høyt kokepunkt og andre ikke-flyktige urenheter vil konsentreres i oppløsningen i laktidreaktoren. Det er ment at det vil kreve en utrensingsstrøm for å fjerne slike urenheter.

I en foretrukket utforming av foreliggende oppfinnelse kan en del av utrensingsstrømmen av ureaktiv polymelkesyre med høyt kokepunkt eller andre ikke-flyktige urenheter i oppløsningen i laktidreaktoren resirkuleres til et punkt før laktidreaktorsystemet eller mates til polymerisasj on. Basert på eksperimentelle data som vil følge nedenfor er det ment at alle melkesyrepolymerer med lange kjeder vil gjennomgå transesterifikasjon for å danne polymelkesyrer med lavere molekylvekt, som kan utnyttes som en matekilde for laktidreaktoren. Dette tillater ytterligere maksimalisering av utbyttet pga. redusert tap av verdifullt matemateriale.

Den rå laktiddamp er sammensatt av en blanding av alle tre mulige laktider, L-laktid, D-laktid og meso-laktid, i forskjellige kombinasjoner. Sammen med laktidet er det restvann, melkesyre og biprodukter fra kondensasj onsreaksj onen. Dette rå laktid kan mates direkte til et destillasjonssystem som en damp for rensing. I en foretrukket utforming blir denne strømmen matet til en partiell kjøler i hvilke laktidet kondenseres og mesteparten av vannet og andre urenheter forblir som damper og blir resirkulert tilbake til laktidreaktoren eller andre oppstrømsprosessutstyr, såsom evaporatoren eller prepolymerreaktoren. Fortrinnsvis blir det kondenserte rålaktid matet direkte til et destillasjonssystem for rensing. I dette destillasjonssystemet blir restvann og melkesyre fortrinnsvis fjernet som destillatprodukt og resirkulert tilbake til laktidreaktoren eller andre oppstrømsprosessanordninger, såsom evaporatoren eller prepolymerreaktoren. I tillegg kan det gjøres tiltak for å fjerne oligomerer med lav molekylvekt som kan være til stede i det rå laktid eller dannet under destillasjonen. Det rensede laktid blir fortrinnsvis matet til en polymerisasjonsreaktor av konvensjonell konstruksjon.

Destillasjonssystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan være enhver konvensjonell destillasjonskolonne. I en foretrukket utforming av den foreliggende oppfinnelse er imidlertid destillasjonskolonnen benyttet for å separere rålaktidet i minst tre komponentstrømmer. Den øverste strøm med lavt kokepunkt eller destillatstrøm inneholder de komponenter som har et lavere kokepunkt enn laktid, såsom melkesyre, vann eller andre oppløsnings-midler og produkter av kondensasj onsreaksj onen som kan være til stede i systemet. Den andre strøm er en bunnstrøm med høyt kokepunkt som inneholder de komponenter som har høyere kokepunkt enn et laktid, såsom oligomerer av melkesyre som har minst to melkesyreenheter i polymerkj eden. Begge disse strømmer kan inneholde laktid i forskjellige konsentrasjoner avhengig av konstruksjon og drift av utstyret. Den tredje komponentstrøm vil være den hovedsakelige rensede laktid som vil fjernes fra kolonnen som en intermediert kokepunkt sidestrøm. Hovedsakelig renset laktid er alt laktid egnet for polymerisasjon til å danne nyttig polylaktid for anvendelse i ikke-medisinsk relaterte produkter. Hovedsakelig renset laktid er en blanding av laktid og andre bestanddeler med en laktidkonsentrasjon på ca 75%, regnet på vekten av laktid, mer fortrinnsvis ca 85% til 95% regnet på vekten av laktid og mest fortrinnsvis ca 99% eller høyere regnet på vekten av laktid. Søkerne erkjenner at sidestrømmen med mellomkokepunkt ikke behøver å være ren nok til å være hovedsakelig renset laktid når det fjernes fra destillasjonskolonnen. Således i en alternativ utforming kan sidestrømmen med mellomkokepunkt etter konsentrasjon i destillasjonssystemet, mates til et annet destillasjonssystem hvori laktidet blir konsentrert til å danne et hovedsakelig renset laktid.

Den øverste strømmen med lavt kokepunkt kan også inneholde den lineære dimer av melkesyre og den lineære dimer av laktatestere, kollektivt betegnet heri som DP2, eller alternativt en slik strøm kan ekstraheres fra destillasjonskolonnen som en andre sidestrøm med mellomkokepunkt på et punkt i destillasjonskolonnen hvori nevnte DP2-konsentrasjon er maksimal ved likevekt. Det er erkjent at DP2 har et høyere kokepunkt enn laktid og skulle konsentreres i bunnstrømmen med høyt kokepunkt. Søkerne erkjenner imidlertid at DP2 kan dannes ved ringåpningsdekomponering av laktid under destillasjon.

Et alternativ til en standard destillasjonskolonne kunne inkorporeres i en foretrukket utforming som ville inkludere en reaktorbeholder med en destillasjonskolonne montert direkte på toppen av en slik beholder for å skape et enkelt lukket område, innenfor hvilket reaksjoner og destillasjon for å rense laktidet finner sted. I et slikt system blir katalysator og prepolymer matet direkte til reaktoren hvori rålaktid blir dannet. Det rå laktid blir inndampet ettersom det dannes og strømmer direkte opp inn i destillasjonskolonnen montert på toppen av laktidreaktoren. Innenfor en slik kolonne blir laktidet renset. Som angitt ovenfor ville den toppmonterte destillasjonskolonne bli utnyttet på samme måte som et konvensjonelt destillasjonssystem hvor de fysiske strukturer til nevnte kolonne imidlertid varierer. Således dannes en øverste destillatstrøm med lavt kokepunkt og en sidestrøm med intermediært kokepunkt. Strømmen med høyt kokepunkt fra bunnen flyter imidlertid ned destillasjonskolonnen tilbake til laktidreaktoren for påfølgende depolymerisasjon og dannelse av mer laktid. I et konvensjonelt system kan den samme virkningen bli oppnådd ved resirkulering av bunnstrømmen med høyt kokepunkt fra det konvensjonelle destillasjonssystem til laktidreaktoren. Som angitt ovenfor kan den rå melkesyretilførsel til prosessen beskrevet heri inkludere en kilde, såsom melkesyre, men den rå melkesyren kan også være ester av melkesyre, såsom metyllaktat eller etyllaktat. Den rå melkesyre-tilførsel kan også være en blanding av en ester av melkesyre og melkesyre. Når en ester av melkesyre alene eller i blanding med melkesyre blir brukt som stofftilførselkilde for melkesyre for den foreliggende fremgangsmåte, blir flere modifikasjoner foretatt i den ovenfor beskrevne fremgangsmåte for å forbedre omdannelse av råmaterialer og gjenvinning av biprodukter. Den første slik modifikasjon inkluderer tilsetting av en katalysator, eller at ester av melkesyre reagerer i nærvær av en katalysator, for å danne kondensasj ons-produktet eller prepolymeren, polymelkesyre (som definert heri). Søkerne har funnet at katalysatorer som kan anvendes omfatter oppløselige homogene katalysatorer eller uoppløselige faste, bårede eller understøttede katalysatorer. Nøkkelen til seleksjon av slik katalysator er nødvendigheten av å ha syrefunksjonalitet for å tilveiebringe de nødvendige protoner i tilfelle av en syre, eller ren positiv ladningstetthet i tilfelle av en Lewis-syre, for å katalysere kondensasjonen av melkesyreester til å danne et prepolymerpolymelkesyre. Disse katalysatorer er referert heri som å ha syrefunksjonalitet.

Søkerne har også oppdaget at når en katalysator blir satt til for å fremme kondensasjon av ester av melkesyre for å danne en prepolymerpolymelkesyre fremmer den samme katalysator også depolymerisasjon av den dannede polymelkesyre til å danne rå laktid. Fordelene inkluderer mindre størrelse på utstyret med nødvendighet av mindre overflateareal og evnen til å utføre kondensasj onsreaktoren til å danne prepolymeren og depolymerisasjons-reaktoren til å danne laktid i samme reaksjon eller reaksjonsbeholder.

Søkerne har oppdaget at det imidlertid er ufordelaktig å ha den syrefunksjonelle katalysator til stede i destillasjonssystemet i fremgangsmåten beskrevet heri. Når den er til stede fremmer katalysatoren ringåpning av laktidet mens det blir renset for å danne lineær dimer og andre oligomerer med høyere grad av polymerisasj on. For å overvinne slikt ugunstig resultat har søkerne beskrevet heri to alternative fremgangsmåter for å fremstille og rense rå laktid når en ester av melkesyre blir benyttet som den rå melkesyrekilde og en katalysator med syrefunksjonalitet blir brukt. Når en oppløselig katalysator blir brukt blir det rå laktid først matet til et flashdestillasjonssystem hvori en porsjon av det genererte laktid blir flashet til en damp og tatt som en øverste strøm uten betydelige oppholdstid inne i flashdestillasjons-systemet. Den oppløselige katalysator forblir med materialet med høyere kokepunkt som inkluderer prepolymer og noe av laktidet som ble dannet. Denne bunnstrømmen blir resirkulert tilbake til laktidreaktoren. Alternativt i en foretrukket utforming benytter søkerne en uoppløselige båret katalysator som er inneholdt i en katalysatorsengreaktor eller katalystorsengreaktor-system. Ester av melkesyre blir matet til dette katalysatorsengreaktorsystemet hvori prepolymer og laktid begge blir dannet i nærvær av den faste bårede katalysator. Biprodukt fra kondensasj onsreaksj onen blir også dannet. Faktum at den bårede katalysator er uoppløselig eliminerer problemene med ringåpningsreaksjon i destillasjonssystemet som nevnt ovenfor fordi det blir tilbakeholdt i katalysatorsengreaktoren.

Som nevnt ovenfor er det flere konvensjonelle destillasjonssystmer sammen med spesialreaktordestillasjonskolonnearrangement såsom den toppmonterte destillasjonskolonnen som er i stand til å bli utnyttet til å rense en rå laktid-strøm. Alle disse systemene er ment å være like anvendbare til fremstilling av renset laktid når en ester av melkesyre blir brukt som råtilførselskilde av melkesyre. Det er erkjent at spesifikke detaljer med hensyn på utstyrets størrelse og driftsbetingelser vil variere.

Den foretrukne totale prosess beskrevet heri tillater kontinuerlig fremstilling av laktidpolymerer fra en rå melkesyre med lite eller intet tap av råmateriale, melkesyretilførsel eller estere av melkesyretilførsel. Dette blir utført ved å opprettholde det rå laktid som ble dannet i laktidreaktoren som en væske eller damp og unngå tap av utbytte assosiert med rekrystallisasjonstrinnet tradisjonelt anvendt for å rense laktidet. Det rensede laktid som forlater destillasjonssystemet blir videre holdt som en væske og matet inn i en polymerisasjonsprosess.

Andre monomerer kan settes til dette rensede væskeformede laktid før polymerisasj on for å oppnå produksjon av kopolymerer av polylaktid. Representative kopolymerer er beskrevet av P. Dave, N. Ashar, R. Gross, S. McCarthy, "Survey of Polymer Blends Containing Poly (3-hydroxybutyrate-co-16% hydroxyvalerte), Polymer Preparation, American Chemical Society, v. 31 (1), side 442-3 (1990); B. Riedl og R. Prud<*>homme, "Thermodynamic Study of Poly(vinyl chloride)-Polyester Blends av Inverse Gas Phase

Chromatography", J. Polymer Science, Part B, vol. 24(11), side 2565-82

(1986); H. Younes og D. Cohn, "Phase Separation in Poly(ethylene glycol)-/Poly(lactic acid) Blends, European Polymer J., v. 24(8), side 765-73 (1988); Smith et al. (European Patent Application, EP 209371, 21. januar 1987); Pines et al. (European Patent Application EP 109197, 23. mai 1984); J. Zhu, Y. Shao, W. Sui, S. Zhang, H. Xiao og X. Tao, "Homopolymers and Copolymers of Glycolide and Lactide", C-MRS Int. Symp. Proe. Meetin Date 1990, v. 3, side 387-90 (1990); Jarrett et al. (US patent 4788979); og T. Nakamura et al., "Surgical Application of Biodegradable Films Prepared from Lactide-Epsilon-Caprolactone Copolymers, Advanced Biomaterials, 7 (Biomater. Clin. Appl.) side 759-64 (1987).

Søkerne mener at ethvert monomer som er i stand til å kopolymeriseres med laktid kan anvendes med fremgangsmåten beskrevet heri.

Spesielt tillater dette systemet gjenvinning av ethvert meso-laktid som kan være til stede eller dannet i den beskrevne fremgangsmåte og som normalt er tapt i en rekrystalliseringsprosess. Videre blir problemene assosiert med behandling av faste stoffer eliminert. Disse problemene er godt dokumentert av D. D. Deane og E. G. Hammond i "Coagulation of Milk for Cheese-Making by Ester Hydrolysis", J. Dairy Science, v. 43, side 1421-1429 (1960) og Nieuwenhuis et al. (US patent 5053449) som er inkorporert heri ved referanse. Problemene med lagring av slike faststoffer i ethvert tidsrom er også beskrevet av Deprospero et al. (US patent 3597449) og F. E. Kohn et al.i Journal of Applied Polymer Science, vol. 29, 4265-4277 (1984) som er inkorporert heri ved referanse. Disse problemer inkluderer kontaminering med vanndamp som vil føre til ringåpningssidereaksjoner og forårsake at laktidet konverteres til melkesyre. Nærvær av melkesyre i matingen til det endelige polymerisasjonstrinn vil resultere i polymerer med begrenset molekylvekt.

Det er ment at kjent teknikk ikke lærer anvendelse av destillasjon til å rense rå laktidstrømmer. Søkerne mener at man ikke ville tenke på å anvende destillasjon pga. de små forskjellene mellom smeltepunkt og kokepunkt for laktidstrømmer, som potensielt kunne forårsake faststoffplugginproblemer i et destillasjonssystem. Videre kan sidereaksjoner, i hvilke laktidringen blir åpnet og polymerer av melkesyre blir dannet under destillasjonen. Det er ment at nærvær av slike sidereaksjonsprodukter ville føre til uønskede molekylvektbegrensninger i det polymere sluttprodukt. Søkerne har oppdaget at riktig konstruksjon og kontroll av destillasjonssystemet koblet med direkte mating av en rå laktid dampstrøm eller en rå laktid væskestrøm etter delvis kondensasjon for å fjerne vann og melkesyredamp tillater rensing av rålaktid i et konvensjonelt destillasjonssystem. Før denne beskrivelsen mener søkerne at ethvert polymer fremstilt fra ikke-optisk rent laktid var avhengig av å blande de forskjellige laktidkomponenter, hvorav hver var blitt renset separat, ved å bruke rekrystallisasjon av et rålaktid fremstilt med andre teknikker.

Det foreliggende system tillater også anvendelse av rå melkesyrestrømmer som inneholder urenheter. Som konstruert tillater det foreliggende system fjerning av både urenheter med lavt og høyt kokepunkt før destillasjonen av rålaktidstrømmen, som deretter blir polymerisert. Kjent teknikk beskriver ikke en fremgangsmåte med slike fordeler. Videre har søkerne funnet at urenheter kan hindre katalysatoraktivering. I en foretrukket utforming blir dette problemet overvunnet ved først å aktivere katalysatoren ved å oppvarme en blanding av katalysatoren og renset melkesyre eller laktid, for deretter å mate slik aktivert katalysator med den rå melkesyrematingen. Det er ment at kjent teknikk ikke inneholder noe slik læring.

Det foreliggende system tillater videre anvendelse av rå melkesyre som består av estere av melkesyre. Søkerne har konstruert en totalprosess som tillater bearbeiding av kommersielt tilgjengelige estere av melkesyre til polymerer av laktid som er kommersielt gjennomførbart som en kostnadskonkurrerende erstatning for petroleumbaserte polymerer. Søkerne har funnet at det er nødvendig å utnytte en katalysator med syrefunksjonalitet for å fremme kondensasjon av estere av melkesyre til å danne et prepolymer. Søkerne har også funnet at slike katalysatorer fremmer depolarisasjon av prepolymer til å danne laktid.

De ødeleggende virkninger av å anvende en katalysator med syrefunksjonalitet er også beskrevet av søkerne sammen med prosessmodifikasjoner som skal overvinne slike ødeleggelser. Den syrefunksjonelle katalysator danner ustabilitet i destillasjonssystemet på den måten at slik katalysator forårsaker ringåpningsreaksjoner av laktid for å danne lineære dimerer og andre oligomerer av høyere grad av polymerisasj on mens laktidet blir renset i destillasjonskolonnen i det foreliggende system. Søkerne har beskrevet anvendelse av et flashdestillasjonssystem med kort oppholdstid for å adskille laktidet fra en oppløselig syrefunksjonell katalysator. I det alternativet har søkerne beskrevet anvendelse av en fast, uoppløselig katalysator alene eller på en understøttelse som nevnte katalysator inneholdt i et katalysatorsengreaktorsystem. Uoppløseligheten til katalysatoren overvinner stabilitets-problemene i destillasjonssystemet. Det er ment at kjent teknikk ikke inneholder en slik lære.

Disse og forskjellige andre fordeler og nyhetstrekk som karakteriserer den foreliggende oppfinnelse blir spesielt pekt ut i kravene vedlagt her og som danner en part herav. For en bedre forståelse av oppfinnelsen, dens fordeler og hensikter knyttet til dens anvendelse skal det imidlertid refereres til tegningene som danner en ytterligere part herav og til det følgende beskriv-ende stoff, i hvilke det er illustrert og beskrevet foretrukne utforminger av den foreliggende oppfinnelse.

I tegningene, angir like refererte nummer tilsvarende deler eller elementer i foretrukne utforminger av den foreliggende oppfinnelse gjennom flere riss;

Fig. 1 er et flytdiagram av de foretrukne totale fremgangsmåtetrinn i foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 er en detaljert skjematisk representasjon av et foretrukket polylaktidpolymerproduksjonssystem i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 3 er en kurve som viser virkningen av natrium på laktidproduksjonshastighet og optisk renhet; Fig. 4 er en kurve som representerer sammenhengen mellom den optiske renhet av det dannede laktid i relasjon til molekylvekten av matingen til laktidreaktoren; Fig. 5 er en kurve som viser sammenhengen mellom katalysatorkonsentrasjon og optisk tetthet i det resulterende laktid; Fig. 6 er en kurve som viser virkningen av hydroksylurenheter på polymermolekylvekt ved forskjellige temperaturer; Fig. 7 er en kurve som viser virkningen av hydroksylurenheter på polymermolekylvekt ved forskjellige katalysatorkonsentrasjoner; Fig. 8 er en kurve som viser likevektslaktidkonsentrasjon som en funksjon av temperatur; Fig. 9 er en skjematisk representasjon av en foretrukket laktidreaktor/- destillasj onskolonnekonfigurasj on; Fig. 10 er et skjematisk diagram av et alternativt polylaktidpolymerproduksjonssystem; Fig. 11 er en skjematisk representasjon av et foretrukket alternativ polylaktidpolymerproduksjonssystem som inkorporerer katalysatorfjerning; og Fig. 12 er en skjematisk representasjon av et foretrukket alternativt polylaktidpolymerproduksjonssystem som innbefatter et

katalysatorsengreaktorsystem.

Som krevd ér detaljerte utforminger av foreliggende oppfinnelse beskrevet heri.

Idet det nå refereres til figurene, viser fig. 2 et totalt skjematisk flytskjema som omfatter den foretrukne prosessen beskrevet heri. En rå melkesyre-tilførsel 2 er tilveiebragt. Den rå melkesyretilførsel kan være av forskjellige kvaliteter. Dette kunne inkludere USP, matkvalitet eller enhver annen oppløsning i et hydroksylisk medium. Et hydrosylisk medium er et medium som inneholder molekyler som har en hydroksylgruppe, medium såsom vann, metanol, etanol, propanol, butanol, isopropanol, isobutanol og lignende, fortrinnsvis som har et antall karbonatomer i området fra 0-4, mer fortrinnsvis i et område fra 0-2. Den rå melkesyre kan omfatte fra ca 1% til ca 99% regnet på vekt, av melkesyre, fortrinnsvis fra ca 1% til ca 85%, og mer fortrinnsvis fra ca 5% til ca 50%. I en foretrukket utforming er den rå melkesyretilførselen en oppløsning på ca 15% melkesyre og ca 85% vann som er kommersielt fremstilt. Mange fabrikasjonsprosesser for fremstilling av rå melkesyre er kjent på fagområdet, såsom Glassner et al. (European Patent Application, EP 393818, 24. oktober 1990); G. Machell, "Production and Applications of Lactic Acid", Industrial Chemist and Chemical Manufacturer. v. 35, side 283-90 (1959) og Kirk Othmer, Enc<y>clopedia of Chemical Technology. "Lactic Acid", v. 12, side 177-78 (annen utgave 1963), som er inkorporert heri ved referanse. I en alternativ utforming kunne kilden til rå melkesyre 2 være i form av ester av melkesyre med den generelle formel:

hvori R er et CrC8 lineært eller forgrenet alkyl. Foretrukne estere er metyllaktat, etyllaktat, propyllaktat, butyllaktat, isopropyllaktat eller isobutyllaktat eller blandinger derav. Disse estere er kjente mellomprodukter i melkesyre-fremgangsmåte beskrevet ovenfor og inkorporert heri ved referanse. Den rå melkesyre kan være blanding av disse estere av melkesyre eller en blanding av en eller flere estere av melkesyre med melkesyre.

Det er vel kjent på området at melkesyre omfatter to optiske isomerer, L og D enantiomerene. Hver optiske isomer eller enhver kombinasjon derav kan utnyttes som en rå melkesyretilførsel til det foreliggende reaktorsystemet. Videre erkjenner søkerne at den rå melkesyrematingen 2 kan inneholde andre urenheter, såsom fargede legemer, karbohydrater, proteiner, aminosyrer, salter, metallioner, aldehyder, ketoner, andre karboksylsyrer og estere av karboksylsyrer. Som det vil forklares i større detalj nedenfor og i eksempel 1 inkluderer totalsystemet inkorporert i den foreliggende oppfinnelse utløp for slik urenheter slik at deres virkning på de endelige polymerprodukter er begrenset. Disse utløp er designert som 10, 28, 99, 71 og 66 på figur 2. Her vil bli diskutert i større detalj nedenfor. Således er i foretrukne utforminger behovet for en mer kostbar renset, rå melkesyremating eliminert.

En fluidoverføringsmekanisme 4 er tilveiebragt for å transportere den rå melkesyretilførsel 2 gjennom en eventuelt lednings-(in-line)blandeanordning 6 i en rørledning 8 til et inndampingssystem 22. Inndampings- eller evaporatorsystemet 22 er anvendt for å konsentrere råmelkesyretilførselen 2 ved å fjerne vann eller ethvert annet oppløsningsmiddel eller hydroksylisk medium som blir anvendt som en bærer for melkesyren, såsom metanol, etanol eller lignende og ethvert kondensasj onsreaksj onsbiprodukt. Evaporatorsystemet 22 kan være av en hvilken som helst konvensjonell type kjent i fagområdet, såsom en flervirkningsfordamper, en Luwa-inndamper, en fallende filminndamper (falling film evaporator) eller ethvert annet konvensjonelt system. Det er foretrukket at slike systemer kan drives ved trykk under atmosfæretrykk, på atomosfæretrykk eller over atmosfæretrykk med tilsvarende forandringer i varmebelastning og driftstemperaturer. I en foretrukket utforming blir vakuuminndamping benyttet til å redusere rasemisering. Vanndamp eller oppløsningsmiddeldamp, under referanse til det hydroksyliske medium eller biprodukt ved kondensasj onsreaksj on, blir fjernet fra inndamperen via en overføringsledning 18 og kondensert i en kjøler 16. Den kondenserte væske blir overført i en rørledning 14 til en fluidover-føringsmekanisme 12, såsom en pumpe eller lignende. Fluidoverførings-mekanismen 12 transporterer det kondenserte vann eller oppløsningsmiddel via rørlinje 10 som en avfallsstrøm og blir kastet.

Melkesyren kan konsentreres til en vekt% melkesyre på ca 50% til 99%, fortrinnsvis fra ca 75% til ca 99% og mer fortrinnsvis fra ca 85% til 99%. I en foretrukket utforming blir inndampingssystemet 22 benyttet til å konsentrere den rå melkesyretilførsel fra ca 15% melkesyre opp til ca 85% melkesyre.

Den konsentrerte melkesyre blir overført via en fluidoverføringsmekanisme 24 gjennom en rørledning 26 til en prepolymerreaktor 38. Prepolymerreaktoren 38 er i hovedsak et andre inndampingssystem av en hvilken som helst konvensjonell type som er benyttet til ytterligere å fjerne vann eller oppløsningsmiddel fra den rå melkesyretilførselen. En del av vann- eller oppløsningsmiddeldampen inkluderer nå også slikt vann eller oppløsnings-middel fremstilt fra melkesyrepolymerisasjonsreaksjonen tidligere beskrevet, biprodukt av kondensasj onsreaksj onen. Vann- eller oppløsningsmiddeldamp forlater prepolymerreaktoren 38 via ledning 32 og blir kondensert i en kjøler 30. Den kondenserte væske blir overført via rørledning 36 til en overførings-mekanisme 34, hvor den overførte væske består av vann eller oppløsnings-middel med små mengder av melkesyre og andre urenheter tilstede. Denne væske kan fjernes som avfall gjennom ledning 28 eller kan resirkuleres gjennom ledning 29 tilbake til en statisk blandeanordning eller en annen blandemekanisme og mates en gang til gjennom ledning 8 til evaporatoren 22. Den gjenværende væske i prepolymerreaktoren blir kontinuerlig overført via overføringsmekanisme 40 gjennom linje 42 til en holdetank 44. Som beskrevet tidligere er det vel erkjent på området at melkesyre gjennomgår en kondensasjonsreaksjon for å danne polymelkesyre, polymer av melkesyre når vann blir fjernet. I en foretrukket utforming av det foreliggende system blir prepolymerreaktoren 38 benyttet til å fjerne adekvat vann eller oppløsnings-middel og biprodukt ved kondensasj onsreaksj onen fra melkesyren, for å forårsake polymerisasj on opp til en molekylvekt på ca 100 til ca 5000, fortrinnsvis ca 200 til ca 3000, og mer fortrinnsvis ca 400 til ca 2500. Som det vil sees i detalj i eksempel 2, som følger, i foretrukne utforminger vil molekylvekten av polymelkesyren som forlater prepolymerreaktoren påvirke den kjemiske renhet såvel som den optiske renhet av rålaktidet. Dette vil i sin tur påvirke destillasjonen og egenskapene til det polymere sluttprodukt.

Søkerne erkjenner at inndampingssystemet 22 og prepolymerreaktoren 38 kunne kombineres i enkelt system som tilveiebringer fjerning av vann eller oppløsningsmiddel tilstrekkelig til å konsentrere melkesyretilførselen og også til å polymerisere slik melkesyre. I den foretrukne utforming, som diskutert ovenfor, er systemene adskilt for å trekke fordel av erkjente forskjeller i sammensetning av dampen som forlater evaporatoren 22 i ledning 18 og dampen som forlater prepolymerreaktoren 38 i linje 32. Det første konsentrasjonstrinn for den rå melkesyren i evaporatoren 22 fra 15% melkesyre til 85% melkesyre resulterer i hovedsakelig rent vann eller oppløsningsmiddel som forlater inndamperen i ledning 18, som kan enkelt kasseres uten behandling. Dampen i ledning 32 som forlater prepolymerreaktoren 38 vil nødvendigvis inneholde melkesyre og andre urenheter som blir bragt over i inndampings-prosessen. Disse urenheter vil fortrinnsvis ha behov for å bli resirkulert eller behandlet før kassering. Således i den foretrukne utforming trekker søkerne fordel av de øknomiske fordelene ved å fjerne nesten rent vann (eller oppløsningsmiddel) i evaporatoren 22 og redusert resirkulering eller avfallsbehandling av dampen som forlater prepolymerreaktoren 38.

Søkerne erkjenner også at evaporatorsystemet 22 og prepolymerreaktoren 38 kan erstattes av en serie av porsjonsinndampere som konsentrerer melkesyren og produserer prepolymer. Seriene av porsjonssystemer kan opereres slik at de tilveiebringer et netto kontinuerlig tilførsel av prepolymer.

Holdetanken 44 blir opprettholdt på en temperatur som er tilstrekkelig til å holde polymelkesyren i en flytende væsketilstand. Holdetanken 44 er imidlertid bare et trekk ved den foretrukne utforming, som erkjenner kontrollproblemene som kan resultere fra direkte mating til laktidreaktoren 60. Denne væske blir overførd via overføringsmekanisme 46 gjennom en rørledning 48 til en statisk ledningsblandeanordning eller en annen blandemekanisme 50.1 blandemekanismen 50 blir en katalysator tilsatt til polymelkesyren. Søkerne erkjenner at enhver anordning til å tilsette katalysator til polymelkesyren ville være egnet, imidlertid tillater den statiske blandeanordning 50 benyttet i foretrukne utforming mer jevn fordeling av katalysatoren i væsken. Den katalyserte polymelkesyre blir overført via overføringslinje 54 til laktidreaktor 60. Det er vel anerkjent i området at polymelkesyre opprettholder en dynamisk likevekt med sitt depolymerisasjonsprodukt, laktid, som representert av reaksjonen nedenfor:

Det er videre anerkjent at denne reaksjon blir katalysert av slike forbindelser som tinnstøv, tinnhalogenid, tinnoksid og organiske tinnforbindelser avledet fra CrC20 karboksylsyrer, som beskrevet av Muller i US patent nr. 5053522 som er inkorporert heri ved referanse. Andre metaller, såsom zink og deres halogenider, oksider og organiske forbindelser derav har blitt anerkjent av fagområdet som mulige katalysatorer for laktidreaksjonen. Det er ment at ethvert metall i gruppene IV, V eller VIII i den periodiske tabellen og forbindelser derav er mulige katalysatorer for dannelse av laktid. I en foretrukket utforming blir tinnoksid brukt som katalysator. Mest foretrukket utforming blir katalysatoren aktivert før matingen.

Idet laktid blir dannet i laktidreaktoren 60 blir den kontinuerlig fjernet som en damp gjennom ledning 58. Fjerning av laktid driver videre depolymerisasj onsreaksj onen. Det er ment at noen kontaminanter med høyt kokepunkt eller som ikke er flyktige og som er til stede i matingen til hele systemet vil konsentreres i laktidreaktoren og nødvendiggjøre inklusjon av en rensestrøm 62. Eksempel 1 nedenfor viser i detalj virkningen av kationiske urenheter og eksempel 11 de ødeleggende virkninger av å konsentrere metallioner i laktidreaktoren 60. Det er ment at andre urenheter ville ha en lignende effekt og nødvendiggjøre rensestrømmen 62. En porsjon av denne rensestrømmen 56 kan bli resirkulert tilbake til den statiske blandeanordning 50 og rekatalysert og matet til laktidreaktoren 60. Alternativt kan rensestrømmen bli matet til polymerisasjonsreaktoren 110 via linje 68 dersom slik polymer er ønsket. En overføringsmekanisme 64 er tilveiebragt for å transportere rensestrømmen eventuelt til et punkt før evaporatoren 22 slik som den statiske blandeanordning 6 eller til mateledning 26 til prepolymerreaktoren 38 eller til avfall gjennom ledning 66 eller til en statisk blandeanordning 104 for polymerisasj on i en polymerisasj onsreaktor 110.

Laktiddampen som forlater laktidreaktoren 60 i ledning 58 er delvis kondensert i en kjøler 72. Den ukondenserte damp består av restmelkesyre og vann eller oppløsningsmiddel, sammen med noe laktid som forblir ukondensert. Denne dampstrøm forlater systemet gjennom ledning 90 og blir kondensert i en kjøler 92, hvor væsken således blir overført ved overføringsmekanisme 96 gjennom ledning 94. Denne væske kan eventuelt bli fjernet gjennom ledning 99 eller resirkulert gjennom linje 98 tilbake til den statiske blandanordning 6 for rå melkesyre. I den foretrukne utforming blir denne strøm resirkulert for å gjenvinne og utnytte enhver melkesyre eller laktid som ikke er kondensert i delkjøleren 72.

Det kondenserte rå laktid som forlater kjøleren 72 via ledning 74 blir overført via fluidoverføringsmekanisme 76 gjennom ledning 78 til et destillasjonssystem 80 for rensing av laktidet. Søkerne anerkjenner at delvis kondensasjon ikke behøver å være nødvendig og at den rå laktiddamp kan mates direkte til destillasjonssystemet 80. Destillatet som forlater destillasjonssystemet 80 i ledning 82 er sammensatt av vann eller oppløsningsmiddel, noe restmelkesyre og noe laktidoverføring. Denne strøm blir kondensert i kjøler 84 og overført via fluidoverføringsmekanisme 88, i ledning 86 og kan bli fjernet eller resirkulert tilbake til et punkt før evaporatoren 22, slik at den statiske blandeanordning 6 eller matelinje 26 til prepolymerreaktoren 38 gjennom ledning 71 eller mer fordelaktig resirkulert i ledning 70 tilbake til den statiske blandeanordning 50 for å bli rekatalysert og rematet til laktidreaktoren 60. Denne foretrukne utforming tillater minimalisering av avfall ved å hindre tap av melkesyre eller konvertert melkesyre til laktid fra matelageret.

Det raffinerte laktid blir fjernet fra destillasjonssystemet 80 via overførings-mekanisme 100 i ledning 102 og matet til en polymerisasjonsreaktor 110. Søkerne anerkjenner at destillasjonssystemet 80 kan inkludere mer enn en destillasjonskolonne eller en flammebeholder.

Idet det nå refereres til fig. 9 hvor en foretrukket kombinasjon reaktor/toppmontert destillasjonskolonne er vist skjematisk. I denne foretrukne utforming blir prepolymeren matet til en statisk ledningsblandeanordning eller en annen blandemekanisme 50 gjennom en rørledning 48.1 denne blandemekanisme 50 blir en katalysator tilsatt til polymelkesyren eller prepolymeren gjennom en rørledning 52. Den katalyserte prepolymer blir deretter matet til den kombinerte reaktor/toppmonterte destillasjonskolonne 200 gjennom en rør-ledning 54. Som beskrevet ovenfor resulterer den vel anerkjente dynamiske likevekt mellom polymelkesyre og dens depolymerisasjonsprodukt, laktid, i en tilnærmet konsentrasjon på 5 vekt% laktid i reaktordelen av reaktoren med toppmontert destillasjonskolonne 200.1 nærvær av varme blir laktidet inndampet i laktidreaktoren med toppmontert destillasjonskolonne 200 og overføres direkte som en damp inn i den toppmonterte destillasjonskolonne angitt av 202.1 en slik destillasjonskolonne 202 blir det rå laktid raffinert og renset. En øverste strøm med lavt kokepunkt forlater destillasjonskolonnen i en rørledning 203 til en kjøler 204. En del av den kondenserte øverste strøm med lavt kokepunkt blir fjernet fra systemet via en rørledning 205 mens en andre del av nevnte strøm blir underkastet tilbakeløp tilbake til destillasjonskolonnen gjennom en rørledning 206. Den øverste strøm med lavt kokepunkt er sammensatt av vann eller oppløsningsmiddel, noe restmelkesyre og noe laktidoverføring.

Komponenter i destillasjonskolonnen som koker ved en temperatur høyere enn laktidet danner en bunnstrøm med høyt kokepunkt som i den foreliggende konfigurasjon beveges ned destillasjonskolonnen 202 direkte inn i reaktoren med toppmontert destillasjonskolonne 200 som generelt angitt ved 208 hvor den blir videre omsatt til å danne tileggslaktid. Et igjenkokingskar kan eventuelt lokaliseres i bunndelen av den toppmonterte destillasjonskolonne 202 for å fremme rensing. Den hovedsakelig rensede laktidstrøm blir fjernet som en sidestrøm med intermediert kokepunkt fra destillasjonskolonnen 202 gjennom en ledning 201. Det hovedsakelig rensede laktid kan avkjøles og/ eller mates til en polymerisasj onsprosess som beskrevet ovenfor. Som tidligere beskrevet kan det være nødvendig å utsette det hovedsakelig rensede laktid til videre rensing i et annet destillasjonssystem før polymerisasj on. En med kunnskap på området ville ta denne beslutning basert på konstruksjon og driftsbetingelser i det første destillasjonssystem, i lys av ønskede sluttegen-skaper hos polymeren. Søkerne anerkjenner at det kan være nødvendig å trekke ut en rensestrøm fra bunnen av reaktoren med toppmontert destillasjonskolonne 200. Dette kan utføres via en rørledning 209 som ble angitt ovenfor ved beskrivelsen av fremgangsmåten i fig. 2. Den øverste strømmen med lavt kokepunkt som forlater systemet i rørledning 205 kan gå til avfall eller resirkuleres tilbake til et tidligere punkt i fremgangsmåten for å gjenvinne melkesyren, laktidet eller andre verdifulle komponenter som er til stede i nevnte strøm. Alternativt kan en sidestrøm trekkes ut fra kolonnen i rør-ledning 207 på et punkt hvor melkesyre og lineær dimer har høy konsentrasjon. Denne strøm kan resirkuleres tilbake til reaktoren med toppmontert destillasjonskolonne 200 eller, alternativt, mates tilbake til katalysatorblande-mekanismen 50 gjennom en rørledning 48. Nærværet av dimer på et punkt over punktet, på hvilket laktid blir trukket ut som en sidestrøm skyldes ring-åpningsdekomponeringsreaksjoner.

Polymerisasjonsprosessen kan være av ethvert konvensjonelt konstruksjon kjent på området, slik som den beskrevet av J. Leenslag and A. Pennings, "Synthesis of High Molecular Weight Poly (L-lactide) Initiated with Tin 2-Ethylhexanoate", Makromol. Chem., v. 188, side 1809-14 (1987) og F. Kohn et al., "The Ring-Opening Polymerization of D,L-Lactide in the Melt Initiated with Tetraphenyltin, J. Applied Polymer Science, v. 29, side 4265-77 (1984), som er inkorporert heri ved referanse.

En alternativ kilde til rå melkesyre for fremgangsmåten beskrevet ovenfor er en ester av melkesyre. Søkerne har oppdaget at å prosessere en ester av melkesyre til å danne polylaktidpolymer krever forandringer i den ovenfor beskrevne generelle prosess. Disse modifikasjoner eller alternative prosess-trinn er beskrevet nedenfor i detalj. Det er imidlertid anerkjent at den generelle beskrivelse som utnytter melkesyre som den rå tilførsel til den generelle totale fremgangsmåte som beskrevet i fig. 2 og fig. 9 og beskrevet i detalj ovenfor er like anvendbar til fremgangsmåtene beskrevet nedenfor med modifikasjonene inkorporert deri. Modifikasjoner til den totale generelle fremgangsmåte og foretrukne utforminger av en total fremgangsmåte for å mate en ester av melkesyre til nevnte prosess for å produsere et renset laktid som i det påfølgende kan mates til et polymerisasjonssystem, som angitt ovenfor er generelt vist i figurene 10, 11 og 12 og beskrevet i detalj nedenfor.

En ester av melkesyre egnet for anvendelse i fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse kan generelt beskrives ved formelen:

hvor R er en CrC8 lineær eller forgrenet alkyl. Foretrukne estere av melkesyre inkluderer metyllaktat, etyllaktat, propyllaktat, butyllaktat, isopropyllaktat, isobutyllaktat og blandinger derav. Kondensasjonen av en ester av melkesyre resulterer i dannelsen av en prepolymer med lav molekylvekt. Polymerisasj onsreaksj onen er generelt angitt ved formelen nedenfor:

0 Of ol o

II II II II

ri HO-CH-C-OR — HO-CH-C- -O-CH-C- -O-CH-C-OR + n-1 ROH

I l||

CH3 CH3 CH3 J n_2 CH3

Ester av melkesyre

Mens trinn n av nevnte polymerisasj onsreaksj on er representert av: Mens polymelkesyrekjeden forlenges deselererer polymerisasj onsreaksj ons-hastigheten og depolymerisasj onsreaksj onen som danner laktid akselereres inntil likevekt er oppnådd. Denne likevekt er representert av: Som angitt ved ovenstående reaksjoner kan polymerkjeder inneholde en esterendegruppe hvori nevnte polymer kan defineres som en polymelkesyreester-polymer. For klarhets skyld er polymelkesyre eller polymelkesyremolekyl definert heri som å inkludere polymelkesyremolekyler dannet fra polymerisasj on av melkesyre som beskrevet tidligere og polymelkesyreesterpolymerer som beskrevet ovenfor, fremstilt fra en ester av melkesyretilførsel.

Søkerne mener at de ovenstående reaksjoner representerer det totale reaksjonssystem. Det er imidlertid også anerkjent at på molekylbasis vil mange andre sidereaksjoner eller transesterifikasj onsreaksj oner foregå. F.eks. to estere av melkesyremolekyler vil kobles til å danne et laktidmolekyl og biproduktmolekyler fra kondensasjonsreaksjonen uten i virkeligheten å gå gjennom, eller å beholde strukturen til et polymelkesyremolekyl som definert ovenfor. Således når søkerne beskriver dannelsen av polymelkesyremolekyler eller molekyler av polymelkesyre som har en gjennomsnittlig molekylvekt på mellom ca 100 og ca 5000 og polymelkesyremolekylene er minst delvis

depolymeriserte i nærvær av en katalysatoranordning for å katalysere

depolymerisasjon av polymelkesyremolekylene, er det anerkjent at dette er den totale reaksjon i systemet for å danne laktid fra en ester av melkesyre eller fra melkesyre i seg selv. Det er anerkjent at på molekylær basis kan en del av melkesyreestermolekylene reagere direkte og danne laktid uten noen gang virkelig å danne polymelkesyremolekyler.

Som beskrevet i detalj i eksempel 15 nedenfor har søkerne også funnet at kondensasj onsreaksj onen for å danne polymelkesyre eller laktid fra en ester av melkesyre krever en katalysator. Det er ment at ved kondensasjon av melkesyre for å danne et prepolymer med lav molekylvekt tilføres syre-gruppen protoner som virker som en katalysator. Når det benyttes en ester av melkesyre er det ingen slike syregrupper til å forsyne protoner. Således krever en fremgangsmåte som benytter en ester av melkesyre som et tilførsels-materiale en katalysator i starten for å katalysere kondensasj onsreaksj onen. Katalysatorer som er ment å være nyttige i foretrukne utforminger av fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse inkluderer enhver katalysator som inneholder noe syrefunksjonalitet (tilveiebringer en protonkilde) eller Lewis-syrefunksjonalitet (tilveiebringer positiv ladningstetthet). Katalysatorer slik som de anvendt i andre reaksjoner vedrørende polyester-kondensasjon og esterifikasjon er også nyttige. F.eks. zinkacetat, mangan-acetat, kalsiumacetat, natriumacetat, antimontriacetat og mange andre som beskrevet av K. Ravindranath et al. i Chem. Eng. Science, c. 41, side 2197-2214 (1986), som er inkorporert heri ved referanse. Spesifikke katalysatorer ville omfatte tinn(II) etylheksanoat, p-toluensulfonsyre, Fascat® 9100 og Fascat® 9102 (Fascat® katalysatorer er kommersielt tilgjengelig fra Atochem North America Inc, Philadelphia, PA). Understøttede katalysatorer eller faste katalysatorer med noe syrefunksjonalitet eller Lewis-syrefunksjonalitet ville også være nyttig. Disse ville inkludere de faste katalysatorer beskrevet av Bellis et al. i PCT-søknad nr. WO 92/00292, som er inkorporert heri ved referanse. En foretrukket katalysator er imidlertid den understøttede polymere harpikskatalysator tilgjengelig fra Rohm og Haas kommersielt under handelsnavnet Amberlyst® som en serie av katalysatorer. Spesifikke eksempler som benytter slike Amberlyst® katalysatorer er oppført nedenfor. De faste katalysatorer av typen beskrevet av Sir John Meurig Thomas i Scientific American, april 1992, side 112-118 er også nyttige. Mineralsyrekatalysatorer er også kjent for å katalysere de ovennevnte esterifikasj onsreaksj oner og ville være nyttig i disse anvendelser.

Idet det nå refereres til fig. 10 som representerer den første forandring i den totale fremgangsmåte beskrevet i fig. 2 for å forbedre fremgangsmåten til anvendelse med en ester av melkesyre som matingskilde, blir en ester av melkesyre matet til en evaporator 260 i en rørledning 250. En oppløselig homogen katalysator, såsom de oppført ovenfor blir matet til evaporatoren gjennom en rørledning 251. Alternativt kunne katalysatoren og ester av melkesyre mates sammen inn i en statisk blandeanordning før mating til evaporatoren 260.1 evaporatoren 260 blir ester av melkesyre oppvarmet og det hydroksyliske medium, i hvilket ester av melkesyre kan være i oppløsning, blir inndampet. Eventuelt kan esterne av melkesyre være uten et hydroksylisk medium. Det er anerkjent at i evaporatoren vil noe kondensasjon av estere av melkesyre skje for å danne polymelkesyre og noe laktid. Det resulterende biprodukt fra kondensasjonsreaksjonen som ville inkludere forbindelser med formelen ROH, avhengig av den anvendte ester av melkesyre, ville inndampes og tas fra systemet gjennom en rørledning 252. Til hvilken grad kondensasjonen skjer vil avhenge av drftsbetingelser og oppholdstid i evaporatoren 260. Evaporatoren 260 kan bli drevet på atmosfæretrykk eller mer fortrinnsvis under redusert trykk for å tillate lavere driftstemperaturer og inndamping. Den konsentrerte ester av melkesyre i evaporatoren 260, sammen med ethvert dannet polymelkesyre eller laktid blir overført gjennom en rørledning 253 ved en fluidoverføringsmekanisme 254 inn i en rørledning 255 som mater en laktidreaktor 270.

I laktidreaktoren 270 fortsetter reaksjonene for å danne laktid fortrinnsvis under betingelser med hevet temperatur og redusert trykk. Blandingen av laktid og polymelkesyre i laktidreaktoren 270 blir fjernet gjennom en rør-ledning 271 og matet til et destillasjonssystem 280. Blandingen av laktid og polymelkesyre er et rålaktid. Det rå laktid vil også inneholde oligomerer av melkesyre med lav molekylvekt eller esteren av melkesyre, inkludert DP2 og DP3.1 destillasjonssystemet 280 blir det rå laktid renset. Det rensede laktid blir fjernet som en sidestrøm med intermediært kokepunkt fra destillasjonssystemet 280 gjennom en rørledning 282. Som beskrevet i fig. 2 kan dette rensede laktid mates til en polymerisasjonsprosess.

I destillasjonssystemet 280 dannes det minst to andre fraksjonerte strømmer. En øverste strøm med lavt kokepunkt forlater destillasjonssystemet 280 gjennom en rørledning 281 hvor den blir kondensert i en kjøler 288, hvor en del av den kondenserte øverste strøm med lavt kokepunkt blir fjernet fra systemet gjennom en rørledning 289 og det igjenværende utnyttet som en tilbakeløpsstrøm tilbake til destillasjonssystemet 280 gjennom en rørledning 290. Den øverste strøm med lavt kokepunkt vil inneholde komponenter som har lavere kokepunkt enn laktid. De kan inkludere vann, dimer av melkesyre og andre oligomerer og en konsentrasjon av laktid. Konsentrasjonen av laktid i den øverste strøm vil variere avhengig av hvordan destillasjonssystemet 280 drives. Det er ment at konsentrasjonen av materiale med lavt kokepunkt, som ville være i den øverste strøm utover laktid, vil være liten, derfor kan det være nødvendig å utsette en stor mengde av laktid i den øverste strøm med lavt kokepunkt for tilbakeløp for å rense laktidet.

En bunnstrøm med høyt kokepunkt blir fjernet fra destillasjonssystemet 280 gjennom en rørledning 283. Denne bunnstrømmen med høyt kokepunkt vil generelt inkludere de materialer som har høyere kokepunkt enn laktid sammen med en konsentrasjon av laktid som vil variere avhengig av operative betingelser i destillasjonssystemet 280. Bunnstrømmen med høyt kokepunkt kan blir resirkulert tilbake til laktidreaktoren 270 gjennom en rørledning 286 eller alternativt til en evaporator 260 gjennom en rørledning 287.1 en alternativ utforming kan andre sidestrømmer fjernes fra destillasjonssystemet 280. Disse er generelt angitt ved en rørledning 284 og rørledning 285. Med riktig konstruksjon kan disse sidestrømmer lokaliseres på et punkt i destillasjonskolonnen hvor en komponent, såsom DP2 eller dimeren av melkesyre er i høy konsentrasjon og kan trekkes ut fra destillasjonssystemet 280 og resirkuleres tilbake til laktidreaktoren 270 eller evaporatoren 260.

Figurene 11 og 12 er rettet på prosessmodifikasjoner for å fjerne katalysatorer fra den rå laktidstrøm før rensing.

I fig. 11 utnytter et foretrukket totalsystem en ester av melkesyretilførsel og en oppløselig homogen katalysator med det rå laktid som blir utsatt for en flashdestillasjon for å fjerne nevnte homogene katalysator før destillasjon av laktidet. En ester av melkesyre blir matet til en kombinert evaporator/reaktor 300 gjennom en rørledning 302. Esteren av melkesyre kan være enhver blanding av estere av melkesyre og kan også være i et hydroksylisk medium som en oppløsning. En katalysator blir matet til den kombinerte evaporator/ reaktor 300 gjennom en rørledning 301. Denne katalysator kan være enhver syrefunksjonell eller Lewis-syrefunksjonell oppløselig katalysator som beskrevet i detalj ovenfor. Alternativ kan esteren av melkesyre og oppløselig katalysator bli kombinert i en blandemekanisme eller statisk blander før den blir matet til den kombinerte evaporator/reaktor 300.1 den kombinerte evaporator/reaktor 300 blir tilstrekkelig oppholdstid tillatt til både å kondensere esteren av melkesyre for å danne en polymelkesyre og for å depolymerisere polymelkesyre til å danne laktid. De relative konsentrasjoner av polymelkesyren og laktidet vil avhenge av temperatur og oppholdstid idet systemet nærmer seg likevekt som vist ovenfor. Biprodukt ved kondensasj onsreaksj onen med den generelle formel ROH blir fjernet fra den kombinerte evaporator/reaktor 300 gjennom en rørledning 303 som en danip og kondensert i en kjøler 304 med påfølgende fjerning fra systemet i en rørledning 305. Laktidet og polylaktidreaksjonsproduktet eller rålaktid som ble dannet i den kombinerte evaporator/reaktor 300 blir fjernet fra nevnte reaktor 300 i en rørledning 306 og matet til et flash-destillasjonssystem 310. Flash-destillasjonssystemet 310 er konstruert med minimal oppholdstid og fortrinnsvis lavtrykksoperasjon for raskt å flashe en mengde av melkesyren fra blandingen. Den oppløselige katalysator forblir med væskestrømmen som fjernes fra bunnen av flash-destillasjonssystemet gjennom en rørledning 328 og resirkulert tilbake til den kombinerte evaporator/reaktor 300. Laktidet som blir flashet som en damp i flash-destillasjonssystemet 310 blir fjernet gjennom en rørledning 311 og matet til et destillasjonssystem 320. Denne strøm inneholder laktid og noe polymelkesyre av lav grad av polymerisasjon og urenheter med lavt kokepunkt. Destillasjonssystemet 320 kan være ethvert destillasjonssystem som beskrevet ovenfor, som f.eks. i fig. 10.

Blandingen av laktid og polymelkesyre er et rålaktid. Det rå laktid vil også inneholde oligomerer av melkesyre med lav molekylvekt eller ester av melkesyre inkludert DP2 og DP3.1 destillasjonssystemet 320 blir rålaktidet renset. Det rensede laktid blir fjernet som en sidestrøm med intermediært kokepunkt fra destillasjonssystemet 320 gjennom en rørledning 326. Som beskrevet i fig.

2 kan dette rensede laktid mates til en polymerisasjonsprosess.

I destillasjonssystemet 320 blir minst to andre fraksjonerte strømmer dannet. En øverste strøm med lavt kokepunkt forlater destillasjonssystemet 320 gjennom en rørledning 320 hvor den blir kondensert i en kjøler 322, hvor en del av den kondenserte øverste strøm med lavt kokepunkt blir fjernet fra systemet gjennom en rørledning 323 og den igjenværende utnyttet som en tilbakeløpsstrøm tilbake til destillasjonssystemet 320 gjennom en rørledning 324. Den øverste strøm med lavt kokepunkt vil inneholde komponenter som har lavere kokepunkt enn laktid. De kan omfatte vann, dimer av melkesyre og andre oligomerer og en konsentrasjon av laktid. Konsentrasjonen av laktid i den øverste strøm vil være variert avhengig av operasjonsbetingelser i destillasjonssystemet 280. Det er ment at konsentrasjonen av materiale med lavt kokepunkt som ville være i den øverste strøm ved siden av laktid vil være liten, derfor kan det være nødvendig å underkaste en stor mengde av laktid i den øverst strøm med lavt kokepunkt for tilbakeløp for å rense laktidet.

En bunnstrøm med høyt kokepunkt blir fjernet fra destillasjonssystemet 320 gjennom en rørledning 327. Denne bunnstrøm med høyt kokepunkt vil generelt inkludere de materialer som har høyere kokepunkt enn laktid sammen med en konsentrasjon av laktid som vil variere avhengig av destillasjonssystemets operasjonelle betingelser 320. Bunnstrømmen med høyt kokepunkt kan resirkuleres tilbake til den kombinerte evaporator/reaktor 300 via en rørledning 327.1 en alternativ utforming kan andre sidestrømmer fjernes fra destillasjonssystem 320. Disse er generelt angitt ved en rørledning 329. Med riktig konstruksjon kan disse sidestrømmene lokaliseres på punkter i destillasjonskolonnen hvor en komponent såsom DP2 eller dimeren av melkesyre er i høy konsentrasjon og kan trekkes ut fra destillasjonssystemet 320 og resirkuleres tilbake til den kombinerte evaporator/reaktor 320.

I fig. 12 vises en foretrukket utforming for utnytting av en ester av melkesyre som matemateriale til å danne polylaktid uten den ustabililtet som dannes ved nærvær av en katalysator i destillasjonssystemet. I dette system blir en fast understøttet katalysator eller fast katalysator utnyttet i et katalysatorsengreaktorsystem 350. Katalysatorsengreaktorsystemet kan fylles med enhver fast understøttet katalysator eller fast uoppløselig katalysator som beskrevet ovenfor som har en syrefunksjonalitet eller Lewis-syrefunksjonalitet. Det er mange måter hvorpå et katalysatorsengreaktorsystem kan opereres som er generelt kjent på området og inkluderer en fiksert seng, en ebbulert (ebbulated) seng, eller et fluidisert sengsystem. Nøkkel til operasjonen er å hindre katalysatoren fra å forlate katalysatorsengreaktoren 350 og gå inn i destillasjonssystem 360 som angitt i fig. 12. Dette er generelt kjent på området og kan utføres ved å utnytte gitteret og filteret på utløpet fra nevnte katalysatorsengreaktor 350.1 denne alternative utforming blir esteren av melkesyre eller estere av melkesyre i hydroksyllisk medium matet til katalysatorsengreaktorsystem 350 gjennom en rørledning 352. Dette materialet kan mates enten som en væske eller en damp. I katalysatorsengreaktorsystemet 350 blir de ovenfor angitte reaksjoner tillatt å skje i nærvær av en fast understøttet eller fast katalysator. Konsentrasjonen av laktid og polylaktid vil variere avhengig av oppholdstid i katalysatorsengsystemet, fjerning av biprodukter fra kondensasjonsreaksjonen utvalgt katalysator sammen med temperatur og trykk. Biproduktet fra kondensasjonsreaksjonen kan flashes og fjernes gjennom en rørledning 368 fra katalysatorsengreaktorsystemet eller, alternativt kan forbli en væske og mates til destillasjonssystemet 360 gjennom en rørledning 351.

Blandingen av laktid og polymelkesyre som forlater katalysatorsengreaktoren 350 er et rålaktid. Det rå laktid vil også inneholde oligomerer av melkesyre med lav molekylvekt eller esteren av melkesyre inkludert DP2 og DP3, som kollektivt blir referert til som og inkludert i definisjonen av polymelkesyre. Den kan også inneholde biprodukt av kondensasjonsreaksjonen. Dette materialet blir matet til destillasjonssystem 360.1 destillasjonssystem 360 blir rålaktidet renset. Det rensede laktid blir fjernet som en sidestrøm med intermediert kokepunkt fra destillasjonssystemet 360 gjennom en rørledning 365. Som vist i fig. 2 kan dette rensede laktid mates til en polymerisasjonsprosess.

I destillasjonssystemet 360 blir det dannet minst to andre fraksjonerte strømmer. En øverste strøm med lavt kokepunkt forlater destillasjonssystemet 360 gjennom en rørledning 361 hvor det blir kondensert i en kjøler 362 mens en del av den kondenserte øverste strøm med lavt kokepunkt blir fjernet fra systemet gjennom en rørledning 367 og den igjenværende benyttet som en tilbakeløpsstrøm tilbake til destillasjonssystemet 360 gjennom en rørledning 363. Den øverste strøm med lavt kokepunkt vil inneholde komponenter som har lavere kokepunkt enn laktid. De kan inkludere vann, en dimer av melkesyre og andre oligomerer og en konsentrasjon av laktid. Konsentrasjonen av laktid i den øverste strøm vil variere avhengig av de operative betingelser i destillasjonssystemet 360. Det er trodd at konsentrasjonen av materialer med lavt kokepunkt som ville være i den øverste strøm utover laktidet vil være liten, derfor kan det være nødvendig å underkaste en stor mengde av laktid for tilbakeløp i den øverste strøm med lavt kokepunkt for å rense laktidet.

En bunnstrøm med høyt kokepunkt blir fjernet fra destillasjonssystemet 360 gjennom en rørledning 366. Denne bunnstrømmen med høyt kokepunkt vil gjenerelt omfatte de materialer som har høyere kokpunkt enn laktid, sammen med en konsentrasjon av laktid som vil variere avhengig av operative betingelser i destillasjonssystemet 360. Bunnstrømmen med høyt kokepunkt kan resirkuleres tilbake til katalysatorsengreaktbren 350 via en rørledning 366.1 en alternativ utforming kan andre sidestrømmer fjernes fra destillasjonssystemet 360. Disse er generelt angitt av en rørledning 369. Med riktig konstruksjon kan disse sidestrømmer lokaliseres på et punkt i destillasjonskolonnen hvor en komponent såsom DP2 eller dimeren av melkesyre er i høy konsentrasjon og kan trekkes ut av destillasjonssystemet 360 og resirkuleres tilbake til katalysatorsengreaktoren 350.

Søkerne anerkjenner at i en foretrukket utforming kan man velge å tilsette en ikke-laktid monomer til den rensede laktid som forlater destillasjonssystemet 80. Denne komonomer kan tilsettes via ledning 101. Komonomerene blir matet til polymerisasj onsreaktoren 110 og polymerisert for å danne en kopolymer. Mange kopolymerer av polylaktid er kjent på området. Disse inkluderer P. Dave, N. Ashar, R. Gross, S. McCarthy, "Survey of Polymer Blends Containing Poly (3-hydroxybutyrate-co-16% hydroxyvalerate), Polymer Preparation, American Chemical Society, v. 31 (1), side 442-3

(1990); B. Riedl og R. Prud'homme, "Thermodynamic Study of Poly(vinyl chloride)-Polyester Blends by Inverse Gas Phase Chromatography", J. Polymer Science, Part B, vol. 24 (11), side 2565-82 (1986); H. Younes og D. Cohn, "Phase Separtion in Poly(ethylene glycol)/Poly(lactic acid) Blends, European Polymer J., v. 24 (8), side 765-73 (1988); Smith et al. (European

Patent Application, EP 209371, 21. januar 1987); Pines et al. (European

Patent Application, EP 109197, 23. mai 1984); J. Zhu, Y. Shao, W. Sui, S. Zhang, H. Xiao og X. Tao, "Homopolymers and Copolymers of Glycolide and Lactide", C-MRS Int. Symp. Proe. Meeting Date 1990, v. 3, side 387-90

(1990); Jarrett et al. (US Pat. 4788979); og T. Nakamura et al, "Surgical Application of Biodegradable Films Prepared from Lactide-Epsilon-Caprolactone Copolymers", Advanced Biomaterials, 7 (Biomater. Clin. Appl.) side759-64 (1987). Disse beskrivelser er inkorporert heri ved referanse. Søkerne er av den oppfatning at ethvert kopolymer av polylaktid kan bli fremstilt ved fremgangsmåten beskrevet heri. Fluidoverføringsmekanismer beskrevet gjennom denne detaljerte beskrivelse ville normalt være en pumpe. Søkerne anerkjenner imidlertid at ved konstruksjonsvalg kan andre overføringsmekanismer, såsom gravitasjons-strøm også utnyttes.

Søkerne anerkjenner videre at foretrukne fullstendige system beskrevet heri er en komplett kombinasjon av mange kjente kjemiske ingeniørenhets-operasjoner. Slik at fordelene med den fullstendige kombinasjonen kan erkjennes beskriver søkerne heri i ytterligere detalj seleksjon, operative betingelser og fordeler ved å velge ut slike enhetsoperative betingelser, sammen med virkelige laboratorieeksperimentene resultater som eksemplifiserer de beskrevne fordeler.

Som tidligere stadfestet kan de rå melkesyrer som mates til denne fremgangsmåte 2 utgjøres av L-melkesyre eller D-melkesyre eller kombinasjoner derav. Sammensetningen av tilførselen translateres imidlertid ikke direkte gjennom hele fremgangsmåten til å definere sammensetningen av polymerproduktet som forlater polymerisasjonsreaktoren 110 gjennom ledning 108. Søkerne anerkjenner at rasemisering eller konversjon av en optisk enantiomer til en annen kan skje. Det er oppfattet slik at slik rasemisering er drevet av slike faktorer som temperatur, trykk, tid på en gitt temperatur eller trykk, nærvær av katalysatorer eller urenheter og relative konsentrasjoner av de to enantiomerer på ethvert gitt tidspunkt. Graden av rasemisering er definert heri ved den prosent konversjon av den optiske enantiomer som er til stede i overskudd av 50%. Som en ligning kan denne beregning defineres som:

Således ville initiell sammensetning på 75% L og 25 D som resulterer etter rasemisering til en 50% L-, 50% D-blanding være lik en grad av rasemisering på 100%. I alle tilfeller, uten hensyn til initiell sammensetning, sammenfaller en 100%-gradig rasemisering med en sammensetning på 50% av hver enantiomer, eller optisk inaktivitet. Dette viser tendensen mot likevekt ved en 50% konsentrasjon av hver enantiomer som tilsvarer optisk inaktivitet. I den mest foretrukne utforming av systemet blir hver rasjonell enhet kontrollert til en grad som tillater produksjon av en renset laktidblanding med valgt kjemisk og optisk sammensetning. Den optiske sammensetning av laktidblandingen er bestemt av den relative forekomst av D- og L-melkesyre underenheter i polymelkesyren i laktidreaktoren. Som anerkjent av Nieuwenhuis et al. i US patent nr. 5053485, hvis beskrivelse er inkorporert heri ved referanse, påvirker blandingen av laktidisomerer anvendt til å fremstille polymeren de fysiske egenskapene til polymeren, inkludert biodegraderbarhet.

I en foretrukket utforming blir evaporatoren 22 brukt til å minimalisere oppholdstid slik at det er liten eller ingen virkning på optisk renhet. Prepolymerreaktoren 38 blir også operert slik at rasemisering minimaliseres. Dette inkluderer å redusere oppholdstiden i reaktoren.

Det rå laktid produsert i laktidreaktoren 60 vil være en blanding av de tre mulige laktider som kan genereres fra L- og D-melkesyre. Disse omfatter L-laktid, D-laktid og meso-laktid.

Som beskrevet i detalj i eksempel 3 nedenfor påvirker konsentrasjonen av katalysatoren tilsatt den statiske blandeanordning 50 også graden av rasemisering og sammensetning av det rå laktidprodukt. I en foretrukket utforming blir katalysatorens konsentrasjonsnivå justert, basert på ønskede egenskaper i det polymere sluttprodukt.

Søkerne har oppdaget, beskrevet i detalj i eksempel 12, at kvaliteten av det rå laktid lastet inn i destillasjonssystemet har en signifikant effekt på driften av nevnte system. Særlig kan syreurenheter, såsom melkesyre og oligomerer med lav molekylvekt som dannes ved ringåpningsreaksjoner av melkesyre eller vann med laktid, forårsake prematurpolymerisasjon i destillasjonssystemet. I en foretrukket utforming oppfatter søkerne det slik at slike sidereaksjoner kan kontrolleres ved delvis kondensering av rådampen før den mates til destillasjon for å fjerne urenheter.

Destillasjonssystemet 80 kan også betjenes slik at det kontrollerer rasemisering av laktidet og andre sidereaksjoner. I en foretrukket utforming er dette systemet konstruert til å minimalisere rasemisering ved å utnytte et destillasjonssystem med pakket kolonne som minimaliserer væskeforsinkelser sammen med en termisk hevert igjenkoker som begrenser oppholdstiden til bunnvæskene og benytter et minimum tilbakeløpsforhold for ytterligere å redusere forsinkelsestid i kolonnen. Det er imidlertid anerkjent at andre destillasjonssystemer kan utnyttes med forskjellig virkning på den optiske renhet av det rensede laktid og resulterende polymerprodukt.

I en foretrukket utforming blir destillasjonssystemet 80 benyttet som et rensetrinn for laktider slik at krystallisering av rålaktidet ikke er nødvendig for å produsere et laktidprodukt av egnet renhet for polymerisasj on. Laktidreaktoren 60 er også konstruert i en foretrukket utforming, som maksimaliserer overflatearealet mellom væske og damp slik at væskelaktid kan lettere fordampe. Dette tillater hurtig fjerning av det dannede laktid som i sin tur videre driver reaksjonen. Videre som anerkjent av DeVries i US patent nr. 4797468 som blir inkorporert heri ved referanse, øker et system som benytter rensetrinn andre enn krystallisasjon, utbyttet. Anvendelse av destillasjon som et rensetrinn hindrer også behovet for å behandle faststoffer med de problemer med utstyr og kontaminering som ligger i slik funksjoner.

Søkerne har funnet at ved å benytte en ester av melkesyre, enten alene eller i et hydroksylisk medium, krever modifikasjoner av den fullstendige fremgangsmåte for å tillate slike tilførsler. Således i en foretrukket utforming, når det benyttes en ester av melkesyre som tilførsesmateriale, blir en katalysator med syrefunksjonalitet, enten som en virkelig syre som er en protonkilde, eller en Lewis-syre som er en kilde for positiv ladet tetthet, brukt til å fasilitere kondensasjonsreaksjonen. Nærvær av katalysatoren med syrefunksjonalitet gjør rålaktidet relativt ustabilt under rensingen ved destillasjonen. I en foretrukke utforming blir dekomponering av laktidet under rensing unngått ved å benytte en uoppløselig, fast understøttet katalysator. Alternativt kan en oppløselig homogen katalysator bli anvendt til å danne rålaktidet hvor imidlertid rålaktidet da blir utsatt for en flash-destillasjon med fjerning av katalysatoren i bunnstrømmen med høyt kokepunkt.

I alle utforminger av den foretrukne oppfinnelse benytter søkerne destillasjon som ved avsluttende renseanordning for å fremstille et polymergradig laktid. Flere mulige destillasjonsprosesser er beskrevet ovenfor. Søkerne er av den oppfatning at hver av disse systemer kunne utnyttes i en fullstendig prosess som benytter melkesyre i et vandig eller hydroksylisk medium, en ester av melkesyre, en ester av melkesyre i et hydroksylisk medium, blanding av estere av melkesyre, en ester av melkesyre i en blanding med melkesyre eller en blanding av estere av melkesyre med melkesyre som matemateriale for fremstilling av rålaktid som skal destilleres. En fagperson på området som benytter prinsipper for systemkonstruksjon og betjening ville således justere slike variabler basert på matesammensetning og den nødvendige resulterende renhet.

De følgende eksempler beskriver videre i detalj fordeler ved systemet beskrevet heri:

EKSEMPEL 1

Virkning av kationiske urenheter på optisk renhet

Na2S ble tilsatt i nivåer på 20, 200 og 1000 ppm til renset melkesyre (Purac varmestabil kvalitet) med en sammensetning på 85% L-melkesyre og 15% vann. Melkesyren ble deretter polymerisert for å danne PLA med en tallmidlere molekylvekt på ca 650 g/mol. H2S ble fjernet under vakuum mens PLA ble dannet og etterlot Na<+> ioner i oppløsning. PLA ble deretter benyttet til å danne laktid ved 10 mm Hg med 0,05 vekt% SnO-katalysator (Aldrich eat. nr. 24,464-3, Tinn(II)oksid, 99 + %) og en konstant varmetilførsel, som tillater reaktortemperaturen å flyte. Resultatene er vist i den følgende tabell og fig. 3:

Tabellen viser at skjønt tilsetting av natrium ikke hadde noen effekt på laktidproduksjonshastigheten eller på reaksjonstemperaturen hadde den en uttalt effekt på mengden av meso-laktid til stede i råproduktet.

Søkeren er av den oppfatning at andre kationiske prøver vil oppføre seg på en lignende måte.

En praktisk implikasjon av dette eksempel er at det vil være nødvendig i enhver kontinuerlig prosess hvor kontroll av optisk sammensetning er ønsket og tilveiebringe en mekanisme for å fjerne ioniske urenheter fra reaktoren. De ioniske urenheter vil være til stede i alle melkesyrekilder i noen grad og vil konsentrere væsken i laktidreaktoren (reaktorbunn) over tid. I en foretrukket utforming av den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en rensestrøm for å gjennomføre denne hensikt. Et alternativ ville være å slå systemet av periodisk og kaste eller resirkulere reaktorbunnene.

EKSEMPEL 2

Virkning av PLA- molekylvekt på optisk renhet

Laktid ble dannet fra flere prøver av PLA (også kjent som polymelkesyre eller prepolymer) hvor hver prøve hadde en forskjellig gjennomsnittlig molekylvekt. Betingelsene under hvilke laktid ble dannet i hvert eksperiment inkluderer: 10 mm Hg-trykk, 0,05 vekt% SnO som katalysator (samme katalysator som i eksempel 1), kjørt til tilnærmet 73% konversjon av PLA til laktid, konstant varmetilførsel og omrøringshastighet. Reaksjonstemperaturen ble tillatt å flyte idet den nådde verdien som var nødvendig for å verne varme-tilførselen. Denne operasjonsfremgangsmåte har en tendens til å gi en konstant laktidproduksjonshastighet, innenfor grenser. Fem prøver av PLA ble brukt, en referanseprøve med molekylvekt på 640 g/mol (bestemt ved endegruppetitrering) og fire tilleggsprøver oppnådd ved ytterligere oppvarming av PLA under vakuum ved 200-220°C. Resultatene fra eksperimentene er tabulert nedenfor og vist i fig. 4.

Økning av molekylvekten i matingen resulterer i en meget klar nedgang i konsentrasjon av melkesyre i rålaktidet. Dette er en fremgangsmåtefordel fordi det vil være lettere å oppnå polymerisasjonsgradig laktid fra et renere utgangsmateriale. Imidlertid som tabellen og figuren viser øker konsentrasjonen av meso-laktid i rålaktidet betydelig. Den optimale funksjon vil kreve omhyggelig balansering av disse to faktorer basert på det ønskede polymere sluttprodukt. Spesielt hvis det er ønsket laktid med høy optisk renhet bør fremgangsmåten kjøres med tilførsel med lav molekylvekt.

EKSEMPEL 3

Virkningen av katalvsatorkonsentrasjon på optisk renhet

Laktid ble fremstilt ved å benytte SnO-katalysator (katalysator i eksempel 1) fra PLA med en molekylvekt på 650 g/mol ved flere katalysatornivåer og to trykk. Krafttilførselen ble holdt konstant (Variac-innstilling på 75) og reaksjonstemperaturen ble tillatt å søke et likevektsnivå. Prosentvis meso i rålaktidet for hvert eksperiment er vist i tabellen nedenfor og grafisk i fig. 5. Det er klart fra disse data at katalysatornivåer over 0,1 vekt% fører til en økning i innholdet av meso-laktid for begge undersøkte trykk. Økningen skjer til og med når den totale laktiddannelseshastighet øker og reaksjonstemperaturen minker. Innholdet av meso-laktid øker også ved meget lave konsentrasjoner av katalysator, og resulterer i et minimum for 0,02-0,10 vekt% SnO. I en foretrukket utforming kan katalysatorkonsentrasjoner varieres avhengig av ønsket avsluttende polymere fysikalske egenskaper.

EKSEMPEL 4

Virkningen av resirkulasion av laktidreaktorbunner

Eksempel 1 viste at en eller annen form av rensing av væsken i reaktoren (reaktorbunninnholdene) ville sannsynligvis være nødvendig for en kontinuerlig funksjon. Dette eksempelet viser en overraskende fordel dersom en slik rensestrøm blir resirkulert tilbake til katalysatortilsettingstrinnet.

PLA ble fremstilt fra den samme melkesyre anvendt i eksempel 1 ved å benytte samme fremgangsmåte. Dette ble brukt til å danne laktid ved 1 mm Hg med 0,05 vekt% SnO som katalysator (katalysatoren i eksempel 1).

Reaksjonen ble kjørt til 72% konversjon, på hvilket punkt laktidproduksjonshastighet hadde begynt å falle signifikant. Varmen ble skrudd av og

beholderen ble avkjølt til 150°C under en nitrogenatmosfære. 390 g av 88% L-melkesyre ble tilsatt til 80 g av resten. Beholderen ble tilpasset til å danne en ny porsjon av PLA, for å simulere resirkulasjon av reaktorbunninnhold til evaporatorseksjonen. Det nye PLA ble oppvarmet under vakuum inntil molekylvekten var ca 650 g/mol (ved endegruppetitrering). En GPC (gelgjennomtrengningskromatografi) analyse viste at reaktorbunninnholdene

hadde blitt fullstendig brutt ned og blitt reabsorbert inn i PLA uten noen tegn på reaktorbunninnhold med høy molekylvekt. Laktiddannelsen ble kjørt igjen ved å anvende de samme betingelser som før, og det ble overraskende funnet at laktidproduksjonshastigheten øket: fra 0,86 h"<1> for første kjøring (før

resirkulering) til 1,03 h"<1> for den andre kjøring (resirkulasjon, ingen ekstra katalysator). Reaksjonstemperaturen var 213°C for den første kjøring og 215°C for den andre kjøring. Sammensetningen av rålaktidet og reaktorbunninnholdet var lik i de to tilfeller. Således i en foretrukket utforming gir reaktorbunninnholdene resirkulert til et punkt før laktidreaktoren for å øke totalt utbytte fra melkesyretilførselen.

EKSEMPEL 5

Polymerisasj onsteknikk

Laktidet er en blanding av 80% L- og 20% D,L-laktid, rekrystallisert til høy renhet. 40 g av laktid blir påfyllt en beholder med magnetisk omrører. En THF (tetrahydrofuran, Burdick and Jackson, høy renhet, ikke-spektro) oppløsning som inneholder L-melkesyre, vann eller begge deler blir tilsatt laktidet. Kolben blir senket ned i et oljebad ved 140-160°C for å smelte og blande monomeren. Dette blir holdt i fem minutter etter fullstendig smelting (ca 15 minutter totalt). En startprøve blir trukket ut for GC og/eller vann-analyse. En katalysatoroppløsning på 10 vekt% tinn(II)-2-etylheksanoat (Johnson Matthey Electronics, teknisk kvalitet) i toluen blir tilsatt og tillatt å reagere i 1 minutt. Fem grams prøver blir deretter pipettert i 20 ml ampuller som er silaniserte og skylt med nitrogen. Disse blir hurtig plassert i et temperaturkontrollert oljebad. Ampullene blir trukket ut og frosset ved forskjellige tidsintervaller opptil 4 timer.

Prøvene blir preparert for analyse ved å bryte polymeren ut av ampullene og oppløse den i THF ved værelsestemperatur på en omløpsristeanordning (orbital shaker) ca 1-6 timer for 5 gram polymer i 125 ml THF). Blandingen blir deretter fortynnet til 1 % i THF og analysert ved å utnytte GPC-analyse for å bestemme molekylvekten og prosent konversjon eller omdanning.

EKSEMPEL 6

Polymermolekylvekt blir kontrollert ved urenhetsnivåer og er uavhengig av temperatur

Eksperimentene ble utført ved tre forskjellige temperaturer med to nivåer av urenheter, ved å bruke polymerisasjonsteknikken i eksempel 5.1 hvert tilfelle ble en prosjektert molekylvekt som polymeren ville oppnå ved 100% omdanning bestemt ved GPC-analyse av den høyeste omdanningsprøve og korrigert for uomdannet monomer. Denne fremgangsmåte er blitt vist å gi reproduserbare verdier og korrigerer nøyaktig for enhver virkning av prøvetaking ved forskjellige omdanningsnivåer. Resultatene av eksperimentene er tabulert nedenfor og vist grafisk i fig. 6.

En statistisk varianseanalyse viste at molekylvekten til polymeren ble kontrollert bare av nivå av urenheter hvor temperaturen ikke hadde noen effekt. Således i en foretrukket utforming blir hydroksylurenheter kontrollert til ønskede nivåer for å kontrollere de fysiske egenskapene til det resulterende polymerprodukt.

EKSEMPEL 7

Polymermolek<y>lvekt blir kontrollert ved urenhetsnivå og er nesten uavhengig av katalysatorkonsentrasjon

Polymeren ble fremstilt ved 160°C ved å bruke polymerisasj onsteknikken i eksempel 5. To nivåer av vann (H = 5,9 - 8,8 mékv/mol, L = 1,8 - 3,7 mekv/mol) og to nivåer av melkesyre (H = 0,9 - 1,3 mekv/mol, L = 0,1 - 0,2 mekv/mol) ble brukt i et duplisert faktorielt kontrolleksperiment på hver av de to forskjellige nivåer av katalysator (0,0002 mol/mol; og 0,0004 mol/mol)

(åtte eksperimenter totalt). Prosjekterte molekyl vekter ble beregnet som i eksempel 6. Resultatene vist i tabellform nedenfor og grafisk i fig. 7.

En varianseanalyse klargjorde at forandringen i hydroksylinnhold utgjorde 91% av variansen i molekylvekten mens forandring i katalysatorkonsentra-sjonen utgjorde bare 4% av variansen. Begge virkninger ble funnet å være statistisk signifikante.

Disse data viser i en foretrukke utforming den kritiske nødvendighet av å kontrollere nivået av hydroksylholdige urenheter i laktidet for å kontrollere molekylvekten til den endelige polymer.

EKSEMPEL 8

Likevektskonsentrasjon av laktid i pol<y>melkesyre

PLA på 650 MW ble oppvarmet ved at atmosfæretrykk med enten 0,00, 0,05 eller 0,15 vekt% SnO som katalysator (katalysator i eksempel 1). Blandingene ble holdt ved tre forskjellige ønskede temperaturer i 20 minutter på hvilket tidspunkt 10 vekt% renset L-laktid ble tilsatt blandingen under omrøring. Beholderen ble tilpasset med en kjøler for å hindre tap av vann eller andre flyktige komponenter. Prøver ble fjernet fra reaksjonsbeholderen på tider som varierte fra 5 minutter til 450 minutter og ble analysert ved å bruke Ultrastyragel® 100A GPC-kolonne (Waters Chromatography, en avdeling av Millipore Corp.) med THF som den mobile fase for å bestemme konsentrasjonen av laktid. Konsentrasjonsdata ble tilpasset en enkel førsteorden nedbrytningsmodell ved å benytte en ikke-lineær regresjonssoftwarepakke (SAS Intstitute, Inc.) for å bestemme likevektsverdiene. De resulterende prosjekterte verdier for likevektskonsentrasjonene av laktid er vist i tabellen nedenfor og tegnet grafisk i fig. 8. Resultatene viser den gunstige effekt av hurtig fjerning av laktid fra laktidreaktoren i foretrukne utforminger for ytterligere å drive laktiddannelsesreaksjonen.

EKSEMPEL 9

Relative hastigheter av rasemisering

Prøver av PLA (med og uten SnO (katalysator fra eksempel 1) som katalysator) og laktid ble oppvarmet og omrørt i fire timer ved 200°C ved atmosfæretrykk i en rundbunnet kolbe tilpasset med en kjøler for å hindre tap av flyktige komponenter. Prøvene ble deretter tilatt å avkjøles og den optiske renheten til PLA ble bestemt ved saponifisering etterfulgt av måling av den optiske rotasjon. Laktidprøven ble analysert ved GC for å bestemme meso-laktidinnholdet som deretter ble omdannet til en måling av optisk renhet.

Resultatene av dette eksperimentet viser at rasemisering skjer hurtigst i PLA som blir eksponert til katalysator. Således blir i den mest foretrukne utforming rasemisering kontrollert i laktiddannende reaktor. Det er imidlertid anerkjent at et annet område av rasemiseringskontroll vil være fordamperne som blir brukt til å preparere PLA, pga. de lange oppholdstider og den mulige inklusjon av katalysator og katalyserende urenheter. I en foretrukket utforming vil oppholdstiden av laktid i destillasjonskolonnen bli holdt lav, for å minimalisere rasemiseringspotensialet.

EKSEMPEL 10

Virkning av masseoverføringseffektivitetsgrad på laktidsammensetning

Laktid ble fremstilt fra PLA på flere katalysatornivåer og ved to trykk for å bestemme virkningen av masseoverføring. Katalysatoren var SnO (katalysator fra eksempel 1) med konstant varmetilførsel på en kraftinnstilling på Variac på 75%.

Tabellen nedenfor viser virkningen av å forandre masseoverføringsvirknings-graden ved å justere trykket (dampfaselaktidkonsentrasjon). Bemerk at reaksjonstemperaturene var like for hvert par av tilfeller.

Den økede masseoverføringsvirkningsgraden ved 1 mm Hg versus 10 mm Hg resulterer i signifikant høyere nettolaktidproduksjdnshastigheter og en lavere konsentrasjon av meso-laktid. I en foretrukke utforming blir laktidreaktoren betjent under vakuum for å fremme masseoverføring.

EKSEMPEL 11

Virkningene av metallkontaminantkonsentrasjon i laktidreaktoren

Melkesyre ble konsentrert og polymerisert til å danne polymelkesyre med lav molekylvekt (MW-område på ca 600-2200) og matet til en kontinuerlig forsøksskalareaksjon for fremstilling av laktid. Ved avslutningen av en ukes funksjon ble en prøve av reaktorvæsken tatt og analysert for metaller. Resultatene er vist nedenfor.

Metallprofilen viser klart korrosjon av det rustfrie stålreaksjonssystemet, enten i dannelsen av prepolymer eller i laktiddannelsesreaktoren.

Det høye metallinnholdet som representerer oppbyggingen over en uke hvor det ikke var noen rensing av reaktorbunninnholdet er ødeleggende for laktid-dannelsesprosessen. Dataene nedenfor viser denne virkningen.

Tre laktidkjøringer ble gjort ved å følge den vanlige laboratoriefremgangs-måten. En kontroll som benytter 650 MW PLA, kontroll med tilsatt jern og krom (1000 ppm jern fra FeCl3<*>6H20, 1000 ppm jern fra FeS04*7H20, og 1000 ppm krom fra CrCl3<*>6H20) og reaktorbunninnholdsprøven (initiell MW 2000). Fersk katalysator, 0,05 vekt% SnO (katalysator fra eksempel 1) ble satt til hver prøve og laktid ble dannet ved 10 mm Hg med en reaktortemperatur på 230-240°C.

Kjøringene med forhøyet metallinnhold hadde lavere utbytte og mye høyere vektmidlere molekylvekt på slutten av reaksjonen og viser de ødeleggende effekter av høyt metallinnhold.

Det er oppfattet at i en foretrukket utforming vil en rensing av reaktorbunnene avhjelpe dette problem.

EKSEMPEL 12

Virkning av syreurenheter på destillasjon

Laktid ble fremstilt i et kontinuerlig forsøksanlegg med hastigheter på 2-5 kg/time. Startmaterialene var Purac melkesyre på ca 85% konsentrasjon. En PLA prepolymer som har et molekylvektområde fra ca 400 til 2000 MW ble laget porsjonsvis ved å oppvarme først ved atmosfæretrykk og deretter under vakuum. Prepolymeren ble brukt til å tilføre den kontinuerlige tilførsel til laktidreaktoren. Reaktoren ble kjørt ved en temperatur på 220-240°C og trykk på ca 35 mm Hg.

To prøver av laktid ble destillert i en 2000 ml trehalset kolbe med mekanisk omrøring. Laktidet ble tatt øverst gjennom en 2 cm i diameter x 30 cm glass-kolonne med rustfritt stålfyllmateriale (packing). Tilbakeløp ble ikke kontrollert men kolonnen var isolert. Hastigheten av destillasjonen varierte fra ca 150-370 g/time. Etter å ha tatt ca 80% øverst ble bunninnholdet analysert av GC for å bestemme konsentrasjonen av oligomerer og for å beregne mengden av polymerisasj on (basert på tilførsel) som hadde skjedd. Tabellen nedenfor viser sammenhengen mellom konsentrasjon av syreurenheter i rålaktidet og utstrekningen av polymerisasj on under destillasjon. Dataene viser virkningen av syreurenheter på endelig polymermolekylvekt som skyldes økt oligomerinnhold i det rensede laktid.

EKSEMPEL 13

De gunstige effekter av katalysatoraktivering på laktiddannelseshastieheter

Tre finheter av PLA ble evaluert for fremstilling av laktid ved å bruke forskjellige katalysatorer. Kildene for PLA var: A) Purac varmestabilgradert melkesyre, B) en testprøve av melkesyre fra Lactech, Inc. som ble produsert ved fermentering, og A/B) en 50/50 blanding av PLA fremstilt fra hver av de tidligere to kilder.

Laktid ble dannet i et laboratorieapparat (trehalset kolbe med mekanisk om-røring, primær kjøleroperert ved 85-100°C og mottaker kolber og feller) ved konstant temperatur på 230°C og konstant trykk på 10 mm Hg. Initiell PLA-ladning var 360 g materiale som har en molekylvekt på ca 650. Katalysator-ladningen var 0,045 vekt% som Sn for hver type katalysator.

Tabellen nedenfor viser resultatene til flere eksperimenter for forskjellige kombinasjoner.

Fra tabellen ovenfor kan det lett sees at PLA B ikke er så reaktivt mot laktid-fremstilling som PLA A er. Virkningen er spesielt uttalt ved SnO-katalysator. Analyse av de initielle melkesyrer ga ingen signifikante urenheter i B relativt til A. Det er ment at en eller annen uidentifiserbar kontaminant i PLA B blokkerer katalysatoraktiviteten.

Ytterligere eksperimenter ble utført ved å bruke væskeinnholdene i laktidreaktoren (reaktorbunninnhold eller bunninnholdene) fra tidligere kjøringer med SnO-katalysator som katalysatoren. Den totale Sn-innholdet ble opprettholdt på 0,045 vekt%.

Tabellen ovenfor viser klart at laktid kan fremstilles fra PLA B så hurtig som fra PLA A hvis SnO-katalysatoren blir forbehandlet ved først å fremstille en porsjon av laktid fra PLA A. Tabellen viser også at hvis katalysatoren blir forbehandlet ved å produsere en porsjon av laktid fra blandingen A/B PLA kan den gjøres virkningsløs og fremmer ikke laktidproduksjon ved høye hastigheter, til og med fra PLA A. Således har søkerne overraskende funnet at tilsynelatende deffekter i melkesyrekilden kan overvinnes ved riktig behandling av katalysatoren.

Sammenligning av hastighetene for PLA A med SnO (0,70 h"<1>, tabell 1) og SnO/A (1,20 h"<1>, tabell 2) viser at behandlingen også øker den totale hastighet til reaksjonen for den mest produktive melkesyre, og tilveiebringer en ekstra fordel.

Søkerne er av den oppfatning at oppvarming av katalysatoren ved ca 200-230°C i ca 10-30 minutter i nærvær av enten 1) PLA laget av en renset melkesyre, 2) PLA laget fra den partielle hydrolyse av renset laktid, 3) renset melkesyre eller 4) laktid, ville tilveiebringe lignende fordeler som metoden beskrevet ovenfor.

EKSEMPEL 14

Destillasjon av rålaktid

Den øverste fraksjon fra eksempel 12 ble oppsamlet i tre mottagerbeholdere som inneholder henholdsvis 14%, 36% og 28% av rålaktidladningen. Den første fraksjon inneholdt over 5 vekt% melkesyre og ble kastet. Fraksjoner 2 og 3 ble kombinert og redestillert, ga et utbytte av laktidfraksjon med total syreurenheter på 4,4 mekv/mol av laktid. Denne fraksjon ble polymerisert ved å bruke polymerisasjonsteknikken i eksempel 5 (temperatur 180°C, katalysator/monomerforhold 1:5000), ga et polymer med tallgjennomsnittlig molekylvekt på 42100 ved 100% omdannelse og vektgjennomsnittlig molekylvekt på 76300. Virkelig omdannelse var 84,6% ved 2 timer.

Søkerne har også fullstendiggjort eksperimenter og eksperimentell utvikling for å vise den fullstendige gjennomførbarhet og fordelene av den beskrevne fremgangsmåte for produksjon av polylaktid som begynner med en ester av melkesyre som tilførselsmateriale. Skjønt, som trukket frem ovenfor, det er mange likheter mellom en polymelkesyreprosess som utnytter melkesyre som matemateriale og en slik prosess som utnytter en ester av melkesyre som matemateriale, har variasjoner i funksjonsbetingelser og utstyrsarrangement sammen med katalysatorbruk blitt oppdaget. De følgende eksempler, eksempel 15-27 dokumenterer eksperimentelt arbeid gjort av søkerne i området med produksjon av polylaktid fra en ester av melkesyre. Eksempel 15-18 viser at forskjellige katalysatorer er effektive til å fullstendiggjøre kondensasjonsreaksjonen fra en ester av melkesyre til et polylaktidpre-polymer. Eksempel 19-21 viser noe rensing av reaksjonsproduktene med polymerisasj on av laktidet. Eksempel 22 og 23 gir tilleggsdata på reaksjons-forløpet og angir at de observerte fordelinger sannsynligvis tilsvarer likevekt. Eksempel 24 viser mulig kontroll av polymermolekylvekt når det benyttes en laktatester ved å kontrollere urenheter som tidligere ble vist ovenfor ved å benytte melkesyre og medfølgende urenheter. Eksempler 24-27 viser anvendelse av hetrogen eller fast, understøttet katalysatorer for fremstilling av laktid fra en ester av melkesyre.

Med mindre noe annet er angitt blir de følgende eksperimentelle materialer og testfremgangsmåter benyttet i eksempel 15-27: Metyllaktat, etyllaktat og butyllaktat ble levert av PURAC America, Inc. under handelsnavnet PURASOLV og anvendt uten ytterligere rensing.

Gasskromatografianalyse (GC) for laktatesteroligomerer ble utført ved å benytte en Hewlett Packard model 5890 med en DB-17 (J & W Scientific)-kolonne. Injektorporttemperaturen var 200°C. Kolonnetemperaturen startet på 40°C og ble ført opp til 250°C på 10°C/min, deretter holdt i 10 minutter. Flammeionisasjonsdeteksjon (FID) ble brukt. Med mindre noe annet er bemerket er resultatene fra GC-analyse for å bestemme sammensetning basert på arealprosent, ukorrigert for prosentgjenvinning eller relative responsfaktorer.

Gelgjennomtrengningskromatografi ble utført ved å bruke et Waters Chromatography system med Ultrastyragel®-kolonner. Kloroform (B & J høy renhet) ble brukt som et oppløsningsmiddel. Kalibreringen benyttet polystyrenstandarder levert av TSK.

EKSEMPEL 15

Katalysert og ikke- katalvsert kondensaj onsreaksj oner med melkesyre

og etyllaktat

2,65 kg melkesyre (varmestabil kvalitet), levert av PURAC, ble oppvarmet ved atmosfæretrykk under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 180°C. Ingen katalysator ble tilsatt. 600 g av overskytende, større enn 99% vann, ble fjernet under denne fase. Materialet ble tillatt å avkjøles. Oppvarming ble gjenopptatt med kolben ved et trykk på 50 mm Hg. En lett koking ble opprettholdt idet materialet ble oppvarmet til 180°C, som fjerner ytterligere 135 g av materialet. Melkesyreinnholdet i det andre overskudd ble beregnet til å være ca 2%, hvor det gjenværende materiale er vann. Total opphetingstid for den atmosfæriske fase var 5,5 timer, og for vakuumfasen 3,5 timer. Materialet hadde en lys gyllenbrun farge. Titrering av syregruppeinnholdet viste at materialet hadde en tallgjennomsnittlig molekylvekt på 650 g/mol, som tilsvarer 9 gjentagende enheter. Flere prøver gjort ved å følge samme fremgangsmåte ble testet og vist å ha en laktidkonsentrasjon på mindre enn 5 vekt%.

250 g metyllaktat ble oppvarmet ved atmosfæretrykk under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 145°C. Materialet kokte ved 145°C. Ingen katalysator ble tilsatt. Intet kondensat ble dannet under 3 timers oppvarming og beholdermaterialet opprettholdt koking ved 145°C. Beholdermaterialet var fargeløst og inneholdt 99% metyllaktat og 1% DP2. Ingen reaksjon var synlig.

225 g etyllaktat ble oppvarmet med 3,5% tinn(II)etylheksanoatkatalysator ved atmosfæretrykk under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 145°C, i 3

timer. Materialet kokte initiellt ved 140°C pga. en tilstedeværende etanol. Overskuddet bestod primært av etyllaktat og det ventede kondensasjonsbiprodukt etanol. Beholdermaterialet var lett grønt og inneholdt 46,2% etyllaktat, 32,3% DP2, 13,3% DP3, 4,1% DP4 og en 1,0% D- og/eller L-laktid.

EKSEMPEL 16

Kondensasjon av etyllaktat med P- toluen sulfonsvrekatalysator

250 g etyllaktat ble oppvarmet med 0,5% p-toluensulfonsyrekatalysator ved atmosfæretrykk under en nitrogenatmosfære, til en temperatur på 145°C i 3 timer. Overløpet bestod primært av etyllaktat og det ventede kondensasj ons-biproduktet etanol. Beholdermaterialet var fargeløst og inneholdt 45% etyllaktat, ubestemmte oligomerer og 2,0% D- og/eller L-laktid.

EKSEMPEL 17

Kondensasjon av etyllaktat med Fascat® 9102 katalysator

220 g etyllaktat ble oppvarmet med 5,0% Fascat® 9102 (Atochem North. America Inc.) katalysator ved atmosfæretrykk under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 145°C i 3 timer. Materialet kokte initielt ved 140°C. Overløpet bestod primært av etyllaktat og det ventede kondensasj onsbiprodukt etanol. Total vekt av destillatet var 24 g, og bestod av 98% etanol. Beholdermaterialet var lyst gult av farge og inneholdt 45% etyllaktat, 29% DP2, 12% DP3, 3% DP4, 0,4% meso-laktid og 2,6% D- og/eller L-laktid, basert på responsfaktorer for rent laktid og ester. Responsfaktorer for oligomerene ble antatt å være lik responsfaktorene for esteren. Denne antagelse ble brukt i alle påfølgende eksempler hvori korreksjoner for responsfaktorer er foretatt.

EKSEMPEL 18

Kondensasjon av butyllaktat med Fascat® 9102 katalysator

260 g butyllaktat ble oppvarmet med 5,0% Fascat® 9102 (Atochem North America Inc.) katalysator ved atmosfæretrykk under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 190°C i 2,5 timer. Materialet kokte initielt ved 165°C. Overløpet bestod primært av butyllaktat og det ventede kondensasjonsbiprodukt butanol. Total vekt av destillatet var 43,5 g, og bestod av 94% butanol. Beholdematerialet dyp orange farget og inneholdt 45% butyllaktat, ubestemte oligomerer og 2,0% D'- og/eller LMaktid, basert på responsfaktorer for rent laktid og ester. Et hvitt bunnfall ble observert.

EKSEMPEL 19

Kondensasjon av metyllaktat med Fascat® 9100 katalysator

277 g metyllaktat ble oppvarmet med 0,8% Fascat® 9100 (Atochem North America Inc, Philadelphia, PA) katalysator ved atmosfæretrykk under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 165°C i 4,0 timer. Materialet kokte initielt ved 125°C. Overløpet bestod primært av metyllaktat og det ventede kondensasjonsbiprodukt metanol. Total vekt av destillatet var 44 g og det bestod av 72% metanol. Materialet var lett grønt og inneholdt 30,8% metyllaktat, 36,5% DP2, 18,9% DP3, 2,6% DP4 og 8,6% D- og/eller L-laktid. Korrigert for responsfaktorer som beskrevet i detalj ovenfor tilsvarer dette 25% metyllaktat, 30% DP2, 15% DP3, 2% DP4 og 6% meso- og D- og/eller L-laktid.

EKSEMPEL 20

Laktid dannet fra metyllaktat i nærvær av Fascat® 9102 katalvstor

240 g etyllaktat ble oppvarmet med 5,0% Fascat® 9102 (Atochem North America Inc.) katalysator ved atmosfæretrykk under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 190°C i 3,6 timer. Materialet kokte initielt ved 140°C. Topproduktet bestod primært av etyllaktat og det ventede kondensasjonsbiprodukt etanol. Total vekt av destillatet var 44 g og bestod av 98% etanol. Materialet ble tillatt å avkjøles. Oppvarming ble gjenopptatt med kolben ved et trykk på 50 mm Hg. En lett koking ble opprettholdt idet materialet ble

oppvarmet til 170°C som fjernet ytterligere 22 g av materialet. Etyllaktat-innholdet i det andre topprodukt blir estimert til å være ca 52%, og det gjenværende materialet var etanol. Total oppvarmingstid for vakuumfasen var 7,0 timer. Materialet hadde en mørk organge farge.

EKSEMPEL 21

Destillasjon av laktid dannet fra metyllaktat i nærvær av Fascat® 9100 katalysator

2,2 kg metyllaktat ble oppvarmet med 0,6% Fascat® 9100 (Atochem North America Inc.) katalysator ved atmosfærisk trykk under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 165°C i 5,0 timer. Materialet kokte initielt på 135°C. Topproduktet bestod primært av metyllaktat og det ventede kondensasj onsbiprodukt metanol. Total vekt av destillatet var 350 g, som bestod av 91% metanol. Materialet ble tillatt å avkjøles. Oppvarming ble gjenopptatt med kolben ved et trykk på 50 mm Hg. En lett koking ble opprettholdt idet materialet ble oppvarmet til 145°C, som fjernet ytterligere 165 g materiale. Metyllaktatinnholdet i det andre topprodukt er estimert til å være ca 83%, hvor det gjenværende materiale er metanol. Total oppvarmingstid for vakuumfasen var 6,8 timer.

Materialet ble oppvarmet til 200°C og trykket redusert til 10 mm Hg. Destillatet ble delvis kondensert til å danne en produktfraksjon og de gjenværende damper ble videre kondensert til å danne en toppfraksjon.

To pp: 67,3% metyllaktat, 16,2% DP2, 1,0% DP3 og 11,7% D- og/eller L-laktid. Responsfaktorkorrigerte konsentrasjoner var 64% metyllaktat, 15% DP2, 1% DP3 og 10% D- og/eller L-laktid.

Produkt: 3,1% metyllaktat, 6,9% DP2, 1,8% DP3, 0,2% DP4 og 77,6% D- og/eller L-laktid og 9,3% meso-laktid. Responsverdikorrigerte konsentrasjoner var 3% metyllaktat, 7% DP2, 2% DP3, 76% D- og/eller L-laktid og 9% meso-laktid.

Rensing av produktmaterialet ved destillasjon i en pakket kolonne ved 10 mm Hg og 150°C resulterte i en fraksjon som inneholdt 0,2% DP2, 8,8% meso og 90,3% D- og/eller L-laktid. Det rensede laktid var polymerisert med tinn(II)etylheksanoat (Aldrich Chemicals) ved 3000:1 molart forhold og 185°C i 1,5 timer. Polymerisert laktid resulterte i en vekt og tallmidlere molekylvekt (Mw og Mn) på henholdsvis 121500 og 55000 og en 97,5% laktidomdannelse.

EKSEMPEL 22

Forløp av reaksjon og likevektsdata

Prøver fra reaksjonsblandingen i eksempel 20 ble tatt på forskjellige trinn av reaksjonen og analysert ved GC. Resultatene er vist i tabellen nedenfor. En jevn økning i laktidkonsentrasjonen etterhvert som reaksjonen skrider frem ble notert. Reaksjonsblandingen synes å opprettholdes på likevektsfordeling som klargjort ved konstantheten av forholdene: som representerer likevektskonstanter for reaksjonen:

I tabell 1 nedenfor er et sammendrag av de analyttiske resultatene oppnådd fra de ovenfor angitte eksempler tilveiebragt.

EKSEMPEL 23

Metyllaktat/ laktidringåpningseksperimenter

En serie av ringåpningseksperimenter ble foretatt for å bestemme om de observerte fordelinger under kondensasjon var likevektsfordelinger. Blandinger av metyllaktat og laktid ble fremstilt i vektforhold på 70/30, 51/49 og 36/64. Katalysator (1 vekt%, Fascat® 9102) ble tilsatt og forseglede ampuller ble plassert i et oljebad på 143°C. Prøver ble trukket på tider fra 1/2 time til 24 timer. Tabell 2 nedenfor sammenligner disse resultatene til inter-mediere reaksjonsprøver tatt under reaksjonen i eksempel 21. Bemerk at kondensaj onsreaksj onsprøvene fra eksempel gir relativt konstante likevektsforhold for de senere prøver. Bemerk også at ringåpningseksperimentene ga likevektsforhold (tid 4 timer eller 24 timer) som stemmer overens med hverandre (uavhengig av initiell blandingssammensetning) og med kondensasjonsreakjsonene.

EKSEMPEL 24

Molekylvektkontroll av polylaktid produsert fra en ester av melkesvre-tilførselskilde

Renset laktid (100% L-laktid levert av Boehringer Ingelheim KG) ble polymerisert i en glassampulle ved 185°C i 2 timer og 3000:1 monomer: katalysator molart forhold av tinn(II)etylheksanoatkatalysator (Aldrich Chemicals) oppnådde over 90% omdannelse til polymer med en tallmidlere molekylvekt på 116000. Eksperimentet ble gjentatt med tilsetting av enten melkesyre eller etyllaktat som et molekylvektkontrollmiddel. Resultatene er tabulert nedenfor.

Polymerene dannet med etyllaktat som kontrollmiddel hadde en molekylvekt som i gjennomsnitt var 37% høyere enn polymerene dannet med melkesyre som kontrollmiddel. Dette antyder at rensekravene for å tilfredsstille en spesifisert molekylvekt kan bli noe lavere for en fremgangsmåte basert på laktatestere i forhold til på melkesyretilførsel, dersom autogene urenheter blir brukt som molekylvektkontrollmiddel.

EKSEMPEL 25

Fast, understøttet katalytiske reaksjoner

325 g metyllaktat ble oppvarmet med 3,0 vekt% Amberlyst® 15 harpiks (Rohm og Haas) katalysator ved 80 mm Hg under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 104°C i 6 timer. Materialet kokte ved 78°C. Overløpet bestod hovedsakelig av metanol med noe metyllaktat. Totalt destillatvolum var 43 ml ved 87% metanol. Materialet ble tillatt å avkjøles. Oppvarming ble

gjenopptatt med kolben ved et trykk på 45 ml Hg. En lett koking ble opprettholdt ettersom materialet ble oppvarmet til 120°C, og ytterligere 63,5 ml materiale ble fjernet. Metyllaktatinnholdet i det andre overløpet er estimert til å være ca 62%, hvor det gjenværende materialet er metanol. Total oppvarmingstid i denne fase var 5,5 time. Materialet hadde en mørk orange farge.

EKSEMPEL 26

2,5 kg metyllaktat ble oppvarmet med 3,5 vekt% Amberlyst® 36 harpiks (Rohm og Haas) katalysator ved 80 mm Hg under en nitrogenatmosfære til en temperatur på 104°C i 10,75 timer. Materialet kokte initielt ved 70°C. Topproduktet bestod hovedsakelig av metanol med noe metyllaktat, totalt destillatvolum var 505 ml ved 81% metanol. Materialet ble tillatt å avkjøles og katalysatoren utvekslet med fersk Amberlyst® 36 harpiks ved 4,5 vekt%. Oppvarming ble gjenopptatt med kolben på et trykk på 40 ml Hg. En lett koking ble opprettholdt idet materialet ble oppvarmet til 115°C, noe som fjernet ytterligere 275 ml materiale. Metyllaktatinnholdet av det andre topprodukt er estimert til å være ca 40% hvor det gjenværende materiale er

metanol. Total oppvarmingstid for denne fase var 11,25 timer. Materialet ble tillatt å avkjøles og katalysatoren utvekslet med fersk Amberlyst® 36 harpiks ved 5,5 vekt%. Oppvarming ble gjenopptatt med kolben på et trykk på 25 ml Hg. En lett koking ble opprettholdt ettersom materialet ble oppvarmet til 115°C, noe som fjernet ytterliger 120 ml materiale. Metyllaktatinnholdet i det tredje topproduktet er estimert til å være ca 50% hvor det gjenværende av materialet er metanol. Total oppvarmingstid for denne fase var 6 timer. Materialet hadde en mørk orange farge.

Sammensetningen i beholderen ble overvåket som en funksjon av tid med resultatene vist nedenfor. Disse konsentrasjoner er beregnet ved å foreta korreksjon for responsfaktorer som beskrevet i detalj ovenfor.

Resultatene er meget like de oppnådd ved å bruke homogene katalysatorer.

EKSEMPEL 27

Ringåpningreaksjoner i nærvær av en fast understøttet katalysator

En ringåpningsreaksjon ble utført ved å bruke den heterogene katalysator, Amberlyst® 36. Betingelsene er lik de i eksempel 23 som brukte en homogen katalysator.

Temperaturen var 140°C, katalysatorladning var 2,33 vekt%, korkede ampuller med prøve tatt ved 40, 70 og 190 minutter.

Gass ble utviklet og en trykkoppbygging ble bemerket slik at ingen prøver ble oppvarmet lenger enn 3 timer.

Søkerne bemerker at reaksjonshastigheten er noe langsommere enn de i eksempel 23, men de avsluttende sammensetninger er like. Disse data under-støtter hypotesen at likevektsfordelinger er dannet.

Søkerne er av den oppfatning at det avsluttende eksempel koblet med tidligere eksempler viser den totale gjennomførbarhet og fordeler av den beskrevne fremgangsmåte.

Det skal imidlertid forstås at selv om disse tallrike egenskaper og fordeler av foreliggende oppfinnelse er blitt fremsatt i den foregående beskrivelse sammen med detaljer i struktur og funksjon av oppfinnelsen er beskrivelsen bare illustrerende og forandringer kan foretas angående detaljer, særlig når det gjelder fasong, størrelse og anordning av delene i sekvensene eller tidsfastsettelsen av trinnene, innenfor det brede prinsipp av foreliggende oppfinnelse som i full utstrekning angitt ved den brede generelle betydning av betegnelsene i hvilke de vedheftede krav er uttrykt.

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av et polylaktid hvor prosessen omfatter å tilveiebringe rålaktidblanding som inkluderer meso-laktid og minst en av L-laktid og D-laktid, karakterisert ved at prosessen omfatter trinnene a) rensing av rålaktidblandingen i minst en renset laktidfraksjon ved destillasjon, uten et trinn med oppløsningsmiddelekstraksjon eller rekrystallisasjon; og b) omsetting av den rensede laktidfraksjon for å danne polylaktider.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at a) trinnene for rensing av rålaktidblandingen omfatter destillasjon av blandingen for å danne; (i) en første laktidfraksjon som inkluderer meso-laktid i en renere form enn i nevnte rålaktidblanding; og (ii) en andre laktidfraksjon som inkluderer L-laktid, D-laktid eller en blanding derav i en renere form enn nevnte rå laktidblanding.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at rensetrinnet til rålaktidblandingen omfatter fraksjonering av rålaktidet i minst tre komponentstrømmer, en toppstrøm med lavt kokepunkt, en bunnstrøm med høyt kokepunkt og en sidestrøm med intermediært kokepunkt.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at bunnstrømmen med høyt kokepunkt omfatter oligomerer av melkesyre som har minst to melkesyremolekyler per polymerkjede og konsentrasjonen av laktid er mindre enn 20 vekt% av nevnte bunnstrøm med høyt kokepunkt.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at sidestrømmen med intermediært kokepunkt omfatter hovedsakelig renset laktid med renhet større enn eller lik 99 vekt% av nevnte sidestrøm med intermediært kokepunkt.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at a) nevnte trinn som tilveiebringer en rå laktidblanding omfatter trinnene (i) å danne laktid fra en polymelkesyreblanding ved depolymerisasjon av polymelkesyreblandingen; og (ii) inndampe laktidet fra polymelkesyreblandingen for å adskille laktidet som rålaktidblanding.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at a) trinnet for å danne et rålaktid fra en polymelkesyreblanding omfatter dannelse fra en polymelkesyreblanding som består av polymelkesyre som har en gjennomsnittlig molekylvekt på ikke større enn 5000.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at a) nevnte trinn for å danne et rålaktid_fra polymelkesyreblanding omfatter dannelse fra en polymelkesyreblanding som omfatter polymelkesyre som har en gjennomsnittlig molekylvekt på minst 100.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at den ytterligere inneholder trinnet for polymerisering av melkesyre i en blanding av hydroksylisk medium og melkesyre, og inndampe det hydroksyliske mediet for å danne melkesyre-blandingen.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at a) trinnet for å tilveiebringe en rålaktidblanding omfatter et trinn for; (i) å danne laktid fra en blanding av polymelkesyreestere ved depolymerisasjon av blandingen og; (ii) inndamping av laktidet fra blandingen av polymelkesyreestere for å adskille laktidet som rålaktidblanding.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at kilden for estere av melkesyren er en enkel ester eller en blanding av estere med generell formel: hvor R er et Q-Cg-lineært eller forgrenet alkyl.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at esteren av melkesyren er i oppløsning i et hydroksylisk medium, nevnte estere av melkesyre omfatter 20 vekt% til 100 vekt% av oppløsningen.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at dannelsen av rålaktid omfatter følgende trinn: a) å tilveiebringe et katalysatorsengreaktorsystem som inneholder en fast understøttet katalysatoranordning for å katalysere kondensasjon av molekyler av estere av melkesyre for å danne polymelkesyremolekyler; og b) mate esteren av melkesyre gjennom nevnte faste understøttede katalysatoranordning for å danne polymelkesyremolekyler.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at a) trinnet for å tilveiebringe en rålaktidblanding omfatter trinnene; (i) depolymerisering av en polymelkesyreblanding i nærvær av en katalysator valgt fra gruppen som består hovedsakelig av grupper' IV, V, VIII katalysatorer eller blandinger derav for å danne laktid og (ii) isolering av rålaktidet dannet ved depolymerisering av polymelkesyren fra en rest av depolymeriseirngstrinnet.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at a) nevnte trinn for å tilveiebringe en rålaktidblanding og rensing av rålaktidblandingen til minst en renset laktidfraksjon ved destillasjon, uten et trinn for rekrystallisasjon, inkluderer trinnene ; (i) depolymerisering av polymelkesyren for å danne et avløp som inneholder vann, mindre mengder av melkesyre, laktid og oligomer av melkesyre; (ii) mating av minst en del av avløpet gjennom et matingsinntak til et intermediert punkt i destillasjonskolonnen for å fremkalle fordamping av minst melkesyren som er inneholdt deri; (iii) fjerning fra toppen destillasjonskolonnen en første strøm som inneholder melkesyre; og (iv) fra et punkt under kondensatmateinnløpet fjerning av en andre strøm som inneholder renset laktid.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 15, karakterisert ved at avløpet blir matet gjennom matingsinnløpet som et dampformig avløp direkte fra depolymerisasjonen.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 15, karakterisert ved at den andre strøm som inneholder renset laktid blir fjernet fra destillasjonskolonnen som et kondensat.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 15, karakterisert ved at det inkluderer trinnet; a) delvis kondensering av avløpet fra depolymeirsasjonen for å danne en delvis kondensert avløpsstrøm adskilt fra en dampstrøm av avløp som har minst ukondensert vann og melkesyre deri; og b) hvori trinnet for mating av minst en del av avløpet gjennom matingsinnløpet omfatter å mate den delvis kondenserte avløpsstrømmen inn i avløpsinntaket.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at a) trinnet for å tilveiebringe en rålaktidblanding omfatter trinnene: (i) å tilveiebringe en melkesyrekilde i et vandig medium; (ii) konsentrasjon av melkesyren i det vandige medium ved inndamping av en hovedsakelig del av det vandige medium for å danne en konsentrert melkesyreoppløsning; (iii) polymerisering av melkesyren i den konsentrerte melkesyreoppløsningen ved videre inndamping av det vandige medium for å danne polymelkesyremolekyler som har en gjennomsnittlig molekylvekt på mellom 100 og 500; (iv) dannelse av en rålaktiddamp ved å tilsette katalysator til polymelkesyren og å depolymerisere polymelkesyren og (v) fjerning av rålaktiddampen fra polymelkesyren.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den inkluderer trinnene: a) å utføre en kontinuerlig konversjon av rålaktidmaterialet, i et hydroksylisk medium, til renset laktid med minst 99 vektprosent; hvor trinnene for kontinuerlig konversjon omfatter trinnene (i) å tilveiebringe en melkesyrekilde i et hydroksylisk medium; (A) nevnte melkesyrekilde inneholder minst 1 vektprosent hydroksylisk medium; (B) nevnte melkesyrekilde inkluderer metallionurenheter; (ii) å konsentrere melkesyren i det hydroksyliske medium ved å inndampe en hovedsakelig del av det hydroksyliske medium for å danne en konsentrert melkesyreoppløsning; (iii) å polymerisere melkesyren i den konsentrerte melkesyreoppløsning fra trinn (ii) ved ytterligere inndamping av det hydroksyliske syremedium for å danne en sammensetning av polymelkesyremolekyler som har en gjennomsnittlig molekylvekt på mellom 100 og 5000; (iv) å danne rålaktid i en laktidreaktor, fra sammensetningen av polymelkesyremolekyler fra trinn (iii), i nærvær av tilsatt katalysator for å katalysere depolymeriseringen av melkesyre-molekylene, for å danne laktidmolekyler; hvor nevnte trinn for dannelse av rålaktid inkluderer; (A) å rense minst en del av metallionurenhetene fra laktidreaktoren; og (B) å fordampe minst vann, melkesyre og laktid i laktidreaktoren for å danne en rålaktiddampstrøm og fjerne rålaktiddampstrømmen fra laktidreaktoren; og (v) å rense rålaktiddampstrømmen dannet i trinn (iv) til minst 99 vektprosent ren laktid ved destillasjon for å adskille vann og melkesyre fra laktid; (A) nevnte destillasjonstrinn inkluderer å mate rålaktidet som en dampstrøm, eller delvis kondensere dampen og mate det resulterende kondensat inn i et destillasjonssystem og fjerne fra destillasjonssystemet minst; (1) en toppstrøm som inkluderer melkesyre; og (2) en renset laktidstrøm; (vi) nevnte trinn til å danne rålaktid og rense rålaktidet blir utført i fravær av ethvert trinn som (1) laktidkrystallisering; og (2) oppløsningsmiddelekstraksjon for å rense laktidet ved ekstraksjon av det rensede laktid fra rålaktidbladningen; og b) å polymerisere den rensede laktidstrømmen for å danne polylaktid.

21. Fremgangsmåte som angitt i krav 20, karakterisert ved at a) nevnte polymerisasjonstrinn for det rensede laktid blir utført for å danne polylaktid som har en molekylvekt på minst 42100.

22. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte konsentrasjonstrinn for melkesyre i det hydroksyliske medium ikke blir utført i en prepolymerreaktor; og b) nevnte polymeriseirngsstrinn for melkesyre blir utført i en prepolymerreaktor.

23. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisertvedat a) nevnte konsentrasjonstrinn og polymerisering blir utført i en prepolymerreaktor.

24. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte trinn for polymerisering av melkesyre til å danne polymelkesyremolekyler som har en gjennomsnittlig molekylvekt mellom 100 og 5000 blir utført slik at det dannes polymelkesyresammensetning før forsyning av polymelkesyre i en laktidreaktor.

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte kilde for melkesyre inkluderer minst 15 vektprosent av nevnte hydroksyliske medium.

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte melkesyrekilde inkluderer minst 50 vektprosent av nevnte hydroksyliske medium.

27. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) mellom nevnte trinn for polymerisering av melkesyre og nevnte trinn for danning av rålaktid i en laktidreaktor blir sammensetningen av polymelkesyremolekyler, som har en gjennomsnittlig molekylvekt mellom 100 og 5000, dirigert inn i en holdetank.

28. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte katalysator for katalysering av depolymeriseringen av polymelkesyremolekyler i trinn (d) blir tilsatt sammensetningen av polymelkesyremolekyler før innføringen av sammensetningen av polymelkesyremolekyler i laktidreaktoren.

29. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte destillasjonssystem inkluderer mer enn en destillasjonskolonne.

30. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert vedat a) nevnte destillasjonssystem anvender en destillasjonskolonne.

31. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte destillasjon omfatter fraksjonering av råmelkesyre inn i minst tre komponentstrømmer, nemlig; (i) en toppstrøm som er lavtkokende; (ii) en bunnstrøm som er høytkokende; og (iii) en renset laktidstrøm.

32. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte katalysator er en katalysator valgt fra gruppen som består av metaller eller metallforbindelser fra Gruppe IV, V, VIII eller blandinger derav.

33. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisertvedat a) nevnte destillasjonstrinn innekluderer å mate rålaktidet som en dampstrøm direkte fra laktidreaktoren inn i destillasjonssystemet.

34. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisertvedat a) nevnte destillasjonstrinn inkluderer å mate en delvis kondensert utslippsstrøm fra laktidreaktoren inn i destillajonssystemet.

35. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at den inkluderer trinnene a) å fjerne en rensestrøm av polymelkesyre fra laktidreaktoren; b) å tilsette minst en porsjon av rensestrømmen av polymelkesyre til sammensetningen av polymelkesyre som har gjennomsnittlig molekylvekt på mellom 100 og 5000, for å danne en laktidreaktormatestrøm; og c) å danne rålaktid, i laktidreaktoren, fra laktidreaktormate-strømmen.

36. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisertvedat a) nevnte trinn for mating av rålaktid inn i et destillasjonssystem inkluderer å mate rålaktid i en mellomlokalisering i destillasj onssy stemet.

37. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte sammensetning av polymelkesyremolekyler som har en gjennomsnittlig molekylvekt på mellom 100 og 5000 er modifisert for å danne en matestrøm til laktidreaktoren.

38. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte hydroksyliske medium er valgt fra vann, metanol, etanol, propanol, butanol, isopropanol, isobutanol og blandinger derav.

39. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte rensetrinn inkluderer rensing av minst en del av katalysatoren fra laktidreaktoren.

40. Fremgangsmåte som angitt i krav 20 til 21, karakterisert ved at a) nevnte trinn for å fjerne en toppstrøm omfatter å fjerne en toppstrøm som minst inkluderer melkesyre og vann.

41. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter trinnene: a) å tilveiebringe en kilde for melkesyreester; b) å danne et kondensj onsreaksj onsbiprodukt og polymelkesyre i nærvær av et første katalysatormiddel til å katalysere kondenseringen av molekyler av melkesyreestere for å danne polymelkesyre, hvori polymelkesyremolekylene har en gjennomsnittlig molekylvekt på mellom 100 og 5000; c) å danne et rålaktid fra polymelkesyremolekylene i nærvær av et andre katalysatormiddel for å katalysere depolymeriseringen av polymelkesyre for å danne rålaktidet; d) å rense rålaktidet dannet i trinn (c) for å danne et hovedsakelig renset laktid ved å destillere rålaktidet; og e) å reagere det hovedsakelig rensede laktid fra trinn (d) for å danne et polylaktid.

42. Fremgangsmåte som angitt i krav 41, karakterisert ved at kilden for melkesyreester i trinn (a) er en enkel ester eller en blanding av estere med generell formel: hvori R er et Cx - C8 lineært eller forgrenet alkyl.

43. Fremgangsmåte som angitt i krav 41, . _ karakterisert ved at kilden for melkesyreester i trinn (a) inkluderer en enkel ester, eller en blanding av estere pluss melkesyre.

44. Fremgangsmåte som angitt i krav 41, karakterisert ved at melkesyreestrene er valgt fra gruppen som består av metyllaktat, etyllaktat, propyllaktat, butyllaktat, isopropyllaktat, isobutyllaktat og blandinger derav.

45. Fremgangsmåte som angitt i krav 41, karakterisert ved at estrene av melkesyre er i oppløsning i et hydroksylisk medium, hvor nevnte melkesyreester omfatter fra 20 vektprosent til 100 vektprosent av oppløsningen, og hvor nevnte hydroksyliske medium blir fordampet før dannelsen av nevnte polymelkesyre.

46. Fremgangsmåte som angitt i krav 41, karakterisert ved at trinnene for dannelsen av polymelkesyre i trinn (b) omfatter: a) tilveiebringe et katalysatorsengreaktorsystem som inneholder faste bårede katalysatormidler for å katalysere kondenseringen av molekyler av melkesyreesteren til å danne polymelkesyremolekyler; og b) mate melkesyreesteren gjennom nevnte faste bårede katalysatormiddel til å danne polymelkesyremolekyler.

47. Fremgangsmåte som angitt i krav 41, karakterisert ved at en enkelt katalysator blir tilveiebrakt for å tilveiebringe både et nevnte første og andre katalysatormiddel.