PL229904B1 - Sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego w reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego - Google Patents

Sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego w reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego

Info

Publication number
PL229904B1
PL229904B1 PL410898A PL41089815A PL229904B1 PL 229904 B1 PL229904 B1 PL 229904B1 PL 410898 A PL410898 A PL 410898A PL 41089815 A PL41089815 A PL 41089815A PL 229904 B1 PL229904 B1 PL 229904B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
lactate
lactic acid
reaction
poly
acid esters
Prior art date
Application number
PL410898A
Other languages
English (en)
Other versions
PL410898A1 (pl
Inventor
Piotr Sobota
Rafał PETRUS
Rafał Petrus
Dominik Jerzy Bykowski
Original Assignee
Wroclawskie Centrum Badan Eit Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wroclawskie Centrum Badan Eit Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia filed Critical Wroclawskie Centrum Badan Eit Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority to PL410898A priority Critical patent/PL229904B1/pl
Priority to EP15830900.5A priority patent/EP3242865B1/en
Priority to PCT/PL2015/000201 priority patent/WO2016111635A1/en
Priority to ES15830900T priority patent/ES2857562T3/es
Publication of PL410898A1 publication Critical patent/PL410898A1/pl
Publication of PL229904B1 publication Critical patent/PL229904B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/03Preparation of carboxylic acid esters by reacting an ester group with a hydroxy group
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J11/00Recovery or working-up of waste materials
    • C08J11/04Recovery or working-up of waste materials of polymers
    • C08J11/10Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation
    • C08J11/18Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by treatment with organic material
    • C08J11/22Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by treatment with organic material by treatment with organic oxygen-containing compounds
    • C08J11/24Recovery or working-up of waste materials of polymers by chemically breaking down the molecular chains of polymers or breaking of crosslinks, e.g. devulcanisation by treatment with organic material by treatment with organic oxygen-containing compounds containing hydroxyl groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2367/00Characterised by the use of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Derivatives of such polymers
    • C08J2367/04Polyesters derived from hydroxy carboxylic acids, e.g. lactones
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62Plastics recycling; Rubber recycling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego w reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego. Rozwiązanie dotyczy w szczególności metody otrzymywania mleczanu etylu z jednoczesnym wytworzeniem mleczanomleczanu. Opracowana technologia wykorzystywana będzie w procesie syntezy mleczanu etylu oraz innych estrów kwasu mlekowego w wielu sektorach przemysłu.

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego (z ang. esters of lactic and lactylatic acid) w reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego. Wynalazek dotyczy w szczególności metody otrzymywania mleczanu etylu z jednoczesnym wytworzeniem mleczanomleczanu.
Estry alkilowe kwasu mlekowego stanowią grupę związków chemicznych, które ze względu na wyjątkowe właściwości fizykochemiczne: wysokie temperatury wrzenia (144-246°C), niskie prężności par (0,002-0,34 kPa, 20°C), wysoką mieszalność z innymi rozpuszczalnikami (wodą, alkoholami, estrami i olejami) i niską toksyczność wykorzystywane są w wielu sektorach przemysłu.
Estry alkilowe kwasu mlekowego należą do grupy przyjaznych środowisku naturalnemu rozpuszczalników wytwarzanych ze źródeł odnawialnych (biomasa), określanych mianem „zielonych rozpuszczalników”. Stanowią alternatywę dla rozpuszczalników pochodzenia petrochemicznego. Są łatwe w recyklingu i ulegają całkowitej biodegradacji.
W skali wielkotonażowej produkowanych jest tylko kilka estrów kwasu mlekowego takich jak: mleczan metylu, mleczan etylu, mleczan n-propylu, mleczan izopropylu, mleczan n-butylu i mleczan 2-etyloheksylu (firmy: GALACTIC, PURAC). Związki te wykorzystywane są głównie jako: rozpuszczalniki dla celulozy i jej pochodnych, żywic naturalnych, syntetycznych polimerów, barwników, olejów, farb, lakierów i klejów, lub składniki kompozycji powierzchniowo czynnych. Szczególne miejsce wśród nich zajmuje mleczanu etylu.
Mleczan etylu (elacH) jest bezbarwną wysokowrzącą cieczą (154°C) o charakterystycznym maślano-owocowym zapachu. W niewielkich ilościach występuje naturalnie w produktach żywnościowych, szczególnie w kurczaku, winie i owocach. Występuję w formie dwóch enancjomerów: L-elacH i D-elacH. Posiada wszechstronne zastosowanie w przemyśle, gdzie wykorzystywany jest m.in. w produkcji: środków czyszczących i zabezpieczających, wyrobów perfumowanych, smarów przemysłowych, płynów do obróbki metali, środków przeciwzamarzających i odladzających, płynnych nośników ciepła, zmywaczy do farb, lakierów, graffiti i klejów lub bio-rozpuszczalnik. Mleczan etylu o wysokiej czystości wykorzystywany jest m.in. w branży elektronicznej jako rozpuszczalnik, środek do oczyszczania i odtłuszczania podzespołów elektronicznych oraz medycznej np. do produkcji stentów. Nie wywiera wpływu na zmianę aktywności biologicznej substancji farmakologicznie czynnych dlatego też z powodzeniem jest stosowany jako rozpuszczalnik lub dyspergator w kompozycjach farmaceutycznych. W chemii przemysłowej może być stosowany jako zamiennik toluenu, ksylenu, acetonu lub N-metylopirolidonu.
Ze stanu techniki znany jest sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego w skali przemysłowej, a w szczególności mleczanu etylu, obejmujący estryfikację kwasu mlekowego alkoholem w obecności katalizatorów kwasowych (US2434300, US7297809, US20060041165, CN 1102180,
US20110160480, US2610206). W celu zwiększenia wydajności estryfikacji używa się nadmiaru alkoholu. Główną wadą stosowanego procesu jest rozdział produktów, którego skomplikowanie technologiczne wynika z obecności wody oraz alkoholu w mieszanie reakcyjnej (US2465772). Na przykład w procesie syntezy mleczanu etylu powstaje trójskładnikowa mieszanina azeotropowa H2O//EtOH/EtLac, której poszczególne składniki są rozdzielane w wyniku sączenia przez membrany lub reaktywnej destylacji.
Inne rozwiązanie obejmuję dehydratację mieszaniny reakcyjnej za pomocą absolutnego etanolu. W tej metodzie woda usuwana jest poprzez oddestylowanie azeotropu H2O/EtOH/EtLac (CN1102180). Trudności związane z izolacją mleczanu etylu ogranicza się wykorzystując jako substrat w procesie estryfikacji niskocząsteczkowe oligomery polilaktydu (PLA) - biodegradowalnego polimeru z biomasy, otrzymane w wyniku polikondensacji kwasu mlekowego lub mieszaniny oligomerów i kwasu mlekowego o różnej kompozycji (US20030008927). Jeszcze inne rozwiązanie zakłada syntezę alkilowych mleczanów w procesie estryfikacji wysokiej czystości kwasu mlekowego otrzymanego w wyniku hydrolizy polilaktydu (WO02060852).
Proces estryfikacji można również przeprowadzać wykorzystując jako źródło kwasu mlekowego mleczany amonu, sodu, potasu, wapnia (US2406648, US5071754; US5210296; US5723639; EP614983; Ind. Eng. Chem., 1952, 44(9), 2189-2191; J. Am. Chem. Soc., 1953, 75(5), 1242-1244; US8674131; US2406648, US8674131) lub produkty fermentacji mlekowej węglowodanów (US20130274505, US20140024853, EP0614983, US20130231497; Chem. Rev. 2014, 114, 1909-1971).
Estry kwasu mlekowego można również otrzymywać, wykorzystując mniej popularne metody syntezy np. w reakcjach: alkoholizy laktydów (US2410740, Tetrahedron Lett., 2006, 47, 6517-6520; Dalton
PL 229 904 B1
Trans., 2008, 3048-3050; 2011, 40, 4042-4044; US20090200511; WO2012036693; US2371281, US20090173917), glicerolu z alkoholami (US20130079547), chloroalkanów lub chloroalkenów z mleczanem sodu (US2315168, US2367798), cyjanohydryny aldehydu octowego z wodą i alkoholami (US1650950), amidu kwasu mlekowego z alkoholami (US5824818).
Jedną z najmniej przebadanych metod syntezy estrów kwasu mlekowego jest alkoholiza polilaktydu. Powyższa metoda zakłada, że w obecności alkoholu polimer jest degradowany do oligo- i monoestrów kwasu mlekowego. Rozwiązanie to pozwala na chemiczny recykling alifatycznych poliestrów i polihydroksykwasów, a wykorzystanie jako substratu opakowań i folii spożywczych powoduje rozwiązanie problemu surowcowego. Główne założenia metody można również wykorzystać do produkcji wysokiej czystości kwasu mlekowego lub laktydu w wyniku depolimeryzacji PLA w obecności wody (US20120142958, US20120165554).
Z publikacji Fliedel C. et al. (Chem. Cat. Chem. 2014, 6, 1357-1367) znany jest sposób wytwarzania mleczanu metylu, który obejmuje polimeryzację rac-LA w obecności kompleksów alkoksylowych cynku [(S,CNHC)ZnCl(OBn)]2 i [(O,CNHC)ZnCl(OBn)]2 stabilizowanych N-heterocyklicznymi karbenami, prowadzącą do powstania ataktycznego PDLLA, który wykorzystano jako substrat do otrzymywania mleczanu metylu. W reakcji PDLLA (8 kDa) z MeOH w obecności [(S,CNHC)ZnCl(OBn)]2 przy stechiometrii reagentów lac/Zn/MeOH = 100/1/1000 konwersja polimeru do rac-mleczanu metylu wyniosła 90% w ciągu 1 h, pod ciśnieniem atmosferycznym, w rozpuszczalniku CH2Cl2. Natomiast wykorzystując jako substrat handlowy PLLA (18 kDa) otrzymano 25% konwersję polimeru do L-mleczanu metylu przy stechiometrii reagentów lac/Zn/MeOH = 200/1/100. Niedogodności tej metody to długie czasy reakcji używając jako substratu handlowego polimeru (PLLA, 24 h), użycie CH2Cl2 jako rozpuszczalnika, stosowanie katalizatora otrzymywanego w trójetapowej syntezie z bardzo drogich substratów, brak opracowania metod neutralizacji katalizatora, izolacji i oczyszczania produktu finalnego.
Z publikacji Whitelaw E.L. et al. (Chem. Commun., 2011, 47, 10004-10006) znany jest sposób, w którym wykorzystuje się związki kompleksowe tytanu, cyrkonu i hafnu jako inicjatory procesu polimeryzacji rac-LA i katalizatory alkoholizy polilaktydu. W reakcji otrzymano 74% konwersję PLLA (211 kDa) do L-mleczanu metylu w obecności [Hf(L1)(OiPr)2] gdzie L1, = (2-O-C6H3Me-3)CH=NCH2CH2N(Me)CH2(2-O-C6H2-But2-3,5) przy stechiometrii reagentów lac/Hf/MeOH = 100/1/500, w temperaturze pokojowej pod ciśnieniem atmosferycznym, w rozpuszczalniku CH2CI2 w ciągu 24 h. W identycznych warunkach konwersja PDLLA (10-45 kDa) do rac-mleczanu metylu przy stechiometrii reagentów lac/Hf/MeOH = 100/1/100 wyniosła 11-18%.
Niedogodności tej metody to długie czasy reakcji (24 h), użycie CH2Cl2 jako rozpuszczalnika, stosowanie katalizatora otrzymywanego w złożonej syntezie z drogich substratów, brak opracowania metod neutralizacji katalizatora, izolacji i oczyszczania produktu finalnego.
Z publikacji Carne Sanchez A. et al. (Eur. Polym. J., 2011,47, 1970-1976) znana jest synteza, w której otrzymano 70% konwersję PLLA do mleczanu metylu w obecności (Zn(CH3COO)2]-2H2O przy stechiometrii reagentów lac/Zn/MeOH = 70/1/371, w temperaturze 64,7°C pod ciśnieniem atmosferycznym w ciągu 15 h. Uzyskano również 21% konwersję PLLA (200 kDa) do mleczanu etylu w obecności [Zn(CH3COO)2]-2H2O przy stechiometrii reagentów lac/Zn/EtOH = 70/1/257 w tych samych warunkach reakcji.
Niedogodności metody to długie czasy reakcji (15 h), stosowanie katalizatora w postaci dwuhydratu, co powoduje powstawanie kwasu mlekowego, prowadzenie reakcji w rozpuszczalnikach o niskich temperaturach wrzenia (MeOH, EtOH), brak opracowania metod neutralizacji katalizatora, izolacji i oczyszczania produktu finalnego.
Z publikacji US5264617 znany jest proces, w którym otrzymano 87% konwersję PLLA (200 kDa) do L-mleczanu etylu w obecności H2SO4 przy stechiometrii reagentów lac/H2SO4/EtOH = 267/1/513, w temperaturze 150°C w reaktorze ciśnieniowym pod ciśnieniem własnym reagentów, w ciągu 2 h.
Z publikacji US2012029228 znany jest proces, w którym otrzymano 61% konwersję PLLA do L-mleczanu etylu w obecności TBD przy stechiometrii reagentów lac/TBD/EtOH = 200/1/400, w temperaturze 138°C, w reaktorze ciśnieniowym pod ciśnieniem 2,6-2,8 bar, w ciągu 20 h.
Publikacja Filachione E.M. (Ind. Eng. Chem., 1945, 37, 388-390) ujawnia sposób, w którym otrzymano 57% konwersję oligomerów PLLA do L-mleczanu etylu w obecności H2SO4 przy stechiometrii reagentów lac/H2SO4/EtOH = 40/1/100, w temperaturze 100°C, w zamkniętym naczyniu reakcyjnym (butelce) w ciągu 4 h. Natomiast 77% konwersję oligomerów PLLA do mleczanu etylu osiągnięto przepuszczając pary EtOH przez kolumnę wypełnioną PLA w obecności H2SO4 w czasie 2,9 godziny w zakresie temperatur 120-126°C.
PL 229 904 B1
Celem wynalazku jest dostarczenie udoskonalonego procesu otrzymywania estrów kwasu mlekowego, zwłaszcza mleczanu etylu, w którym stopień konwersji poliestru alifatycznego do estrów kwasu mlekowego wynosi 100% natomiast wydajność syntezy estru kwasu mlekowego jest większa niż 95%, korzystnie 99%. Celem wynalazku jest również dostarczenie technologii otrzymywania estrów kwasu mlekowego z jednoczesnym wytworzeniem pożądanego produktu jakim są estry kwasu mleczanomlekowego, zwłaszcza mleczanomleczanu etylu. Celem wynalazku jest jednocześnie dostarczenie metody produkcji estrów kwasu mlekowego, która pozwoli na prowadzenie reakcji bez straty substratu, z wysoką wydajnością, w krótkim czasie i w sposób zasadniczo uproszczony z pominięciem żmudnych etapów oczyszczania mieszaniny reagentów z niepożądanych składników tj. katalizatora, rozpuszczalnika czy nieprzereagowanego substratu. Celem wynalazku jest zatem dostarczenie sposobu otrzymywania powyższych produktów charakteryzującego się 100% konwersją substratów i wysoką wydajnością produktów bez udziału katalizatora.
Celem przedsięwziętych badań było również opracowanie technologii chemicznego przetwarzania PLLA do wysokiej czystości mleczanu i mleczanomleczanu etylu w warunkach solwotermalnych.
Powyższe cele zrealizowano w niniejszym wynalazku.
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego, w którym stopień konwersji substratów wynosi 100%, obejmujący:
a) wprowadzenie do reaktora ciśnieniowego poliestru alifatycznego, jego oligomerów lub kopolimerów lub ich mieszaniny oraz alkoholu ROH lub mieszaniny alkoholi, przy stosunku reagentów od 2 do 10, zwłaszcza 4 do 10, równoważników molowych alkoholu na jednostkę strukturalną polimeru ROH/mer;
b) opcjonalne wprowadzenie do mieszaniny reakcyjnej in situ prekatalizatora;
c) prowadzenie reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego w obecności alkoholu lub mieszaniny alkoholi, pod ciśnieniem autogenicznym składników mieszaniny reakcyjnej w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 107 bar, w odpowiednio dobranej temperaturze, przy czym:
i. w reakcji bez udziału katalizatora temperatura reakcji wynosi 220-260°C, zwłaszcza 240-260°C;
ii. natomiast w reakcji z udziałem katalizatora temperatura reakcji wynosi 150-220°C, zwłaszcza 180-220°C;
d) wydzielenie i oczyszczanie produktu końcowego na drodze sączenia, odparowania i destylacji.
Korzystnie, poliester alifatyczny wybrany jest z grupy obejmującej polilaktyd (PLA), poliglikolid (PGA), polikaprolakton (PCL), poli(3-hydroksymaślan) (PHB), poli(4-hydroksymaślan) (PBL).
Korzystnie, poliestrem alifatycznym jest polilaktyd (PLA), który wybrany jest z grupy obejmującej polilaktyd wysokocząsteczkowy, taki jak izotaktyczny poli(L-laktyd) lub poli(D-laktyd) oraz ataktyczny poli(D, L-laktyd), jak również niskocząsteczkowe oligomery polilaktydu.
Korzystnie, R w alkoholu ROH obejmuje alkil, alkenyl, alkinyl, cykloalkil, cykloalkenyl, cykloalkinyl i aryl.
Korzystnie, R w alkoholu ROH wybrany jest z grupy obejmującej C1-C10 alkil, C3-C10 cykloalkil, C3-C10 alkenyl, C3-C10 cykloalkenyl, C3-C10 alkinyl, C3-C10 cykloalkinyl, C6-C10 aryl.
Bardziej korzystnie, alkohol ROH wybrany jest z grupy obejmującej alkohol metylowy, etylowy, n-propylowy, izopropylowy, n-butylowy, izobutylowy, sec-butylowy, tert- butylowy, n-pentylowy, izopentylowy, n-heksylowy, 2-etyloheksylowy, n-oktylowy, allilowy, propargilowy, benzylowy lub ich mieszaniny.
Korzystnie, estrem kwasu mlekowego jest mleczan etylu.
Korzystnie, estrem kwasu mleczanomlekowego jest mleczanomleczan etylu.
Korzystnie, poliester alifatyczny wprowadzany jest do reaktora w postaci granulatu lub odpadów estrów cyklicznych pozyskanych w celu recyklingu.
Korzystnie, alkoholiza poliestru alifatycznego przeprowadzana jest w atmosferze gazu obojętnego, takiego jak N2, gazów szlachetnych, w warunkach solwotermalnych. Reakcje można również przeprowadzić w atmosferze powietrza.
Korzystnie, czas trwania reakcji wynosi 1 h.
Korzystnie, w reakcji stosuje się prekatalizator metaliczny lub metaloorganiczny, korzystnie w postaci metalicznej, wybrany z grupy obejmującej metale grup głównych, cynku, jak i stopy dwóch i więcej metali w kompozycji złożonej z mieszaniny wymienionych pierwiastków lub ich związków metaloorganicznych.
PL 229 904 B1
Korzystnie, w reakcji stosuje się prekatalizator metaliczny lub metaloorganiczny.
Korzystnie, katalizator stosuje się w ilości 0,1 do 5% mol w przeliczeniu na jednostkę estrową, korzystnie 0,5 do 1% mol.
Rozwiązanie według wynalazku dostarcza nowej, prostej i nieuciążliwej dla środowiska naturalnego metody chemicznego recyklingu poliestrów alifatycznych, zwłaszcza polilaktydu, do estrów kwasu mlekowego z wytworzeniem estrów kwasu mleczanomlekowego. Proces przeprowadzany jest w warunkach solwotermalnych, nie wymaga konieczności użycia dodatkowych rozpuszczalników, nie powoduje tym samym zanieczyszczenia środowiska naturalnego i atmosfery. Rozwiązanie według wynalazku pozwala na prowadzenie reakcji bez katalizatora przy zachowaniu wysokiego stopnia konwersji substratów do produktów, co umożliwia pominięcie etapów neutralizacji i usuwania katalizatora, w przeciwieństwie do metod z użyciem katalizatorów organicznych lub kwasowych, nie wymaga również oczyszczania mieszaniny poreakcyjnej z wody i nieprzereagowanego kwasu mlekowego. Proces przebiega bez straty surowców (wydajność atomowa 100%). Odzyskane z mieszany reakcyjnej w etapie oczyszczania substraty, produkty i katalizator mogą ponownie zostać wykorzystane w procesie technologicznym. Ciekłe składniki mieszaniny reakcyjnej mogą zostać oddestylowane bezpośrednio z reaktora - w pierwszej kolejności alkohol (który można wykorzystać ponownie w syntezie), następnie estry kwasu mlekowego i na koniec mleczanomlekowego, a stanowiący fazę stałą katalizator można wykorzystać w kolejnym cyklu katalitycznym. Opracowany wynalazek można wykorzystać do syntezy estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego w sposób ciągły pod warunkiem zachowania ciągłości wprowadzania reagentów do reaktora i ciągłości usuwania mieszaniny estru i alkoholu.
Do reakcji wg wynalazku może być wykorzystana jako substrat mieszanina PLA i innych polimerów takich jak: PET, PP, PE, PVC i PC, które są niereaktywne i nierozpuszczalne w warunkach procesu według wynalazku.
Preferowane jest użycie bezwodnych alkoholi, ale dopuszczalne jest również użycie alkoholi zawierających niewielkie ilości wody, lub mieszaniny alkoholi z innymi rozpuszczalnikami.
Rozwiązanie według wynalazku pozwala również na przeprowadzenie reakcji otrzymywania estrów kwasu mlekowego w obecności katalizatora.
Szczególnie preferowane jest otrzymywanie stosowanych katalizatorów in situ w bezpośredniej syntezie jednoetapowej ze związków metaloorganicznych, alkoholanów, aryloksanów i kompozycji katalitycznych złożonych z mieszanin wymienionych prekursorów w reakcji z ROH w solwotermalnych warunkach prowadzenia procesu.
Jako katalizatory procesu alkoholizy PLA wykorzystano związki metali grup głównych i przejściowych typu [M(OR)n], związki kompleksowe [M(OR)n(L)m] lub [M(L)n(ROH)x], gdzie M = metal, OR = grupa alkoholanowa, L = ligand funkcyjny (acac, O2-, RCOO-, Cl-), n, m - współczynniki zależne od wartościowości metalu z przedziału 1-4, ROH - alkohol, x - współczynnik liczbowy określający liczbę ligandów ROH skoordynowanych do atomu centralnego, jego wartość zależna jest od metalu oraz efektu donorowego i sferycznego ligandów L.
Do syntezy katalizatorów wykorzystano następujące grupy związków:
• metale: Na, K, Mg, Sn, Zn, Ca, Sr, Ba, Li, • związki metaloorganiczne: MgBu2 (Bu = butyl), ZnEt2 (Et = etyl), LiMe (Me = metyl), SnEt2Cl2, Cp2TiCl2, Cp2ZrCI2 (Cp = cyklopentadienyl), • amidki: K(N(SiMe3)2, • wodorotlenki KOH, NaOH, • alkoholany metali: Ca(OMe)2, Ba(O'Pr)2 ('Pr = izopropyl), NaOEt, KOEt, Ti(OMe)4, Zr(OEt)4, Al(OEt)3, Cu(OMe)2, VO(OEt)3, • tlenki metali: MgO, CaO, ALO3, • halogenki metali: SnCl2, ZnCl2, CaCl2, • karboksylany metali: Sn(Okt)2 (Okt = oktanian), Ag(OAc).
Preferowane jest użycie katalizatorów wysoce reaktywnych, nieszkodliwych dla człowieka i środowiska naturalnego, bezpiecznych w przechowywaniu i magazynowaniu takich jak np. alkoholany Mg2+, Ca2+, Zn2+, K+, Na+.
Katalizatory wykorzystane w reakcji wg wynalazku otrzymywane są in situ, wykazują bardzo wysoką aktywność ponieważ nie ulegają agregacji oraz nie powodują ubocznych reakcji polikondensacji lub epimeryzacji estrów kwasu mlekowego.
Obecność w mieszaninie reakcyjnej tak dobranego katalizatora na etapie izolacji produktu końcowego nie powoduje reakcji polikondensacji otrzymanych estrów.
PL 229 904 B1
Opracowaną metodę syntezy można wykorzystać do otrzymywania estrów kwasu mlekowego o różnej czystości optycznej, którą determinuje rodzaj mikrostruktury użytego polilaktydu. Na przykład używając izotaktycznego poli(L-laktydu) (skrót PLLA) można otrzymać L-mleczany; poli(D-laktydu) (PDLA) D-mleczany. Podczas gdy L, D-mleczany (mieszaninę racemiczną) można otrzymać używając jako substratu ataktycznego, syndiotaktycznego, heterotaktycznego, izotaktycznego stereoblokowego poli(L, D-laktydu) (PDLLA) lub równomolowej mieszaniny PLLA i PDLA. Stosowane w procesie alkoholizy PLA katalizatory, w szczególności magnezowe i wapniowe nie powodują zmiany czystości optycznej syntezowanych estrów (racemizacji).
W celu uzyskania mleczanu etylu i innych estrów kwasu mlekowego o wysokiej czystości należy przeprowadzić proces destylacji pod ciśnieniem atmosferycznym, lub pod zmniejszonym ciśnieniem w celu usunięcia nadmiaru alkoholu, który można wykorzystać do ponownej syntezy. Preferowane jest oddestylowanie alkoholu w temperaturze 35-65°C pod ciśnieniem w zakresie od 2-50 mBar. Ester oczyszczany jest przez destylacje pod ciśnieniem atmosferycznym lub zmniejszonym. Preferowane jest przeprowadzanie destylacji estru pod zmniejszonym ciśnieniem w temperaturze 55-70°C pod ciśnieniem w zakresie od 2-50 mBar.
Opracowaną technologię można wykorzystać do syntezy estrów alkilowych, alkenylowych, alkinylowych, cykloalkilowych, cykloalkenylowych, cykloalkinylowych i arylowych hydroksykwasów (C2-C9), a w szczególności: kwasu glikolowego, 6-hydroksykapronowego, (2-hydroksyetoksy)octowego, 3-hydroksypropionowego, 3-hydroksymasłowego, 4-hydroksymasłowego, 3-hydroksywalerianowego, 5-hydroksywalerianowego, 3-hydroksykapronowego, 3-hydroksykaprylowego, 3-hydroksydekanowego i wielu innych hydroksyalkanianów, wykorzystując jako substraty alifatyczne poliestry, a w szczególności: poliglikolid (PGA), polikaprolakton (PCL), poli(3-hydroksypropionian) (PHP), poli(3-hydroksymaślan) (PHB), poli(4-hydroksymaślan) (PBL), oraz ich kopolimery i mieszaniny.
Wynalazek ilustrują następujące przykłady wykonania.
P r z y k ł a d 1
Reakcje otrzymywania mleczanu etylu i mleczanomleczanu etylu bez udziału katalizatora
1.1 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D oraz 88,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (1000 eq.) firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 240-260°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 107 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[EtOH] = 1/10. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 99%, a mleczanomleczanu etylu 1%.
1.2 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D oraz 32,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (400 eq.) firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 240-260°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 42 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[EtOH] = 1/4. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 96%, a mleczanomleczanu etylu 4%. Skręcalność optyczna L-mleczanu etylu wynosi -14,4.
1.3 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D oraz 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 240-260°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 28 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[EtOH] = 1/2. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 90%, a mleczanomleczanu etylu 10%.
1.4 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze umieszczono 5,0 g ataktycznego poli-(D, L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy Biomatpol (140 kDa) oraz 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (400 eq.) firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 220°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 28 bar) przy stosunku [lac(PDLLA)]/[EtOH] = 1/4. Konwersja PDLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 98%, a mleczanomleczanu etylu 2%. Skręcalność optyczna rac-mleczanu etylu wynosi -0,2.
1.5 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(D-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy Purac PURASORB ® PD24 oraz 32,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (400 eq.) firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 220°C przez 2 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego
PL 229 904 B1 do 28 bar) przy stosunku [lac(PDLA)]/[EtOH] = 1/4. Konwersja PDLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 97%, a mleczanomleczanu etylu 3%. Skręcalność optyczna D-mleczanu etylu wynosi +14,0.
P r z y k ł a d 2
Reakcje otrzymywania mleczanu etylu i mleczanomleczanu etylu w obecności katalizatora
2.1 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 88,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (1000 eq.) z firmy Chempur i 1,39 ml 1,0 M roztworu MgBu2 (Bu = butyl) w heksanie z firmy Sigma-Aldrich (1 eq.). Reakcje prowadzono w temperaturze od 180 do 220°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 40 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[EtOH] = 100/1/1000. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 99%, a mleczanomleczanu etylu 1%.
2.2 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 88,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (1000 eq.) z firmy Chempur i 1,39 ml 1,0 M roztworu MgBu2 heksanie z firmy Sigma-Aldrich (1 eq.). Reakcje prowadzono w temperaturze 160°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 14 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[EtOH] = 100/1 /1000. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 91%, a mleczanomleczanu etylu 9%.
2.3 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N 2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 32,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (400 eq.) z firmy Chempur i 1,39 ml 1,0 M roztworu MgBu2 w heksanie z firmy Sigma-Aldrich (1 eq.). Reakcje prowadzono w temperaturze od 150 do 220° C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 25 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[EtOH] = 100/1/400. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 99%, a mleczanomleczanu etylu 1%.
2.4 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N 2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 1,39 ml 1,0 M roztworu MgBu2 w heksanie (1 eq.) z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze od 180 do 220°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 16 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 95%, a mleczanomleczanu etylu 5%.
2.5 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 5 l w atmosferze N2 umieszczono 1,5 kg poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 2,4 l bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) i 5,4 g metalicznego magnezu (1 eq.) z firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 17 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 94%, a mleczanomleczanu etylu 6%. Z mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 40°C pod ciśnieniem 45 mbar oddestylowano 1,26 l EtOH. W temperaturze 45°C pod ciśnieniem 2 mbar poprzez destylację wydzielono 2,2 l mleczanu etylu z wydajnością 92%.
2.6 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 0,45 ml 98% Sn(Okt)2 z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 10 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Sn]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 90%, a mleczanomleczanu etylu 10%.
2.7 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 1,39 1,0 ml M roztworu ZnEt2 w heksanie (1 eq.) z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 13 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Zn]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 93%, a mleczanomleczanu etylu 7%.
PL 229 904 B1
2.8 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) i 0,055 g metalicznego wapnia z firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 10 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Ca]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 94%, a mleczanomleczanu etylu 6%.
2.9 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 0,012 g metalicznego litu z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 9 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Li]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 91%, a mleczanomleczanu etylu 9%.
2.10 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 0,09 g cynku z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 20 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Zn]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 91%, a mleczanomleczanu etylu 9%.
2.11 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 0,343 g Cp2TiCl2 z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 10 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Ti]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 93%, mleczanomleczanu etylu 7%.
2.12 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 0,34 g SnEt2Cl2 z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 15 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[kat.]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 93%, mleczanomleczanu etylu 7%.
2.13 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 0,237 g Ti(OMe)4 z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 9 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Ti]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 91%, mleczanomleczanu etylu 9%.
2.14 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 0,11 g K(OEt) z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 13 bar) przy stosunku [Iac(PLLA)]/[K]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 93%, mleczanomleczanu etylu 7%.
2.15 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 0,095 g Na(OEt) z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 13 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Na]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 92%, mleczanomleczanu etylu 8%.
PL 229 904 B1
2.16 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 10,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 16,5 ml bezwodnego alkoholu etylowego (200 eq.) z firmy Chempur i 0,18 g ZnCL2 z firmy Sigma-Aldrich. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 17 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Zn]/[EtOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu etylu wyniosła 91%, mleczanomleczanu etylu 9%.
P r z y k ł a d 3
Reakcje otrzymywania innych estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego w obecności katalizatora
3.1 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 30,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 62 ml bezwodnego n-propanolu (200 eq.) z firmy Sigma-Aldrich i 0,11 g metalicznego magnezu (1 eq.) z firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1,5 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 8 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[nPrOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu n-propylu wyniosła 94%, a mleczanomleczanu n-propylu 6%. Z mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 40°C pod ciśnieniem 40 mbar oddestylowano 30,5 ml nPrOH. Poprzez destylację w temperaturze 45°C pod ciśnieniem 2 mbar wydzielono 46 ml mleczanu n-propylu z wydajnością 83%.
3.2 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 30,0 g poli-(L-Iaktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 76,5 ml bezwodnego sec-butanolu (200 eq.) z firmy Sigma-Aldrich i 0,11 g metalicznego magnezu (1 eq.) z firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1,5 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 6 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[secBuOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu sec-butylu wyniosła 90%, a mleczanomleczanu sec-butylu 10%. Z mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 45°C pod ciśnieniem 30 mbar oddestylowano 42 ml secBuOH. Poprzez destylację w temperaturze 55°C pod ciśnieniem 2 mbar wydzielono 51 ml mleczanu sec-butylu z wydajnością 84%.
3.3 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 30,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 77 ml bezwodnego izobutanolu (200 eq.) z firmy Sigma-Aldrich i 0,11 g metalicznego magnezu (1 eq.) z firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 2 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 7 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[izoBuOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu izobutylu wyniosła 95%, a mleczanomleczanu izobutylu 5%. Z mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 45°C pod ciśnieniem 30 mbar oddestylowano 39,4 ml izoBuOH. Poprzez destylację w temperaturze 55°C pod ciśnieniem 2 mbar wydzielono 55,8 ml mleczanu izobutylu z wydajnością 89%.
3.4 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 30,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 90,8 ml bezwodnego izopentanolu (200 eq.) z firmy Sigma-Aldrich i 0,11 g metalicznego magnezu (1 eq.) z firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 2 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 4 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[izoPnOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu izopentylu wyniosła 90%, a mleczanomleczanu izopentylu 10%. Z mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 55°C pod ciśnieniem 20 mbar oddestylowano 47,7 ml izoPnOH. Poprzez destylację w temperaturze 70°C pod ciśnieniem 2 mbar wydzielono 60,5 ml mleczanu izopentylu z wydajnością 87%.
3.5 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N 2 umieszczono 30,0 g poli-(L-laktydu) (100 eq.) w postaci granulatu firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 104,6 ml bezwodnego n-heksanolu (200 eq.) z firmy Sigma-Aldrich i 0,11 g metalicznego magnezu (1 eq.) z firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 2 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów (w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 3 bar) przy stosunku [lac(PLLA)]/[Mg]/[nHexOH] = 100/1/200. Konwersja PLLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu n-heksylu wyniosła 95%, a mleczanomleczanu n-heksylu 5%. Z mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 65°C pod ciśnieniem 2 mbar oddestylowano 55 ml nHexOH. Poprzez destylację w temperaturze 70°C pod ciśnieniem 2 mbar wydzielono 66 ml mleczanu n-heksylu z wydajnością 87%.
PL 229 904 B1
3.6 W reaktorze ciśnieniowym o pojemności 150 ml w atmosferze N2 umieszczono 30,0 g granulatu PLA (100 eq.) firmy NatureWorks Ingeo™ Biopolymer 2003D, 33,7 ml bezwodnego alkoholu metylowego (200 eq.) i 0,11 g metalicznego magnezu (1 eq.) z firmy Chempur. Reakcje prowadzono w temperaturze 200°C przez 1,5 h, pod autogenicznym ciśnieniem reagentów przy stosunku [lac(PLA)]/[Mg]/[MeOH] = 100/1/200. Konwersja PLA do estrów kwasu mlekowego wyniosła 100%. Wydajność syntezy mleczanu metylu wyniosła 94%, a mleczanomleczanu metylu 6%. Z mieszaniny reakcyjnej w temperaturze 30°C pod ciśnieniem 40 mBar oddestylowano 16 ml MeOH. Poprzez destylację w temperaturze 45°C pod ciśnieniem 2 mBar wydzielono 32 ml mleczanu metylu z wydajnością 85%.
Opracowana technologia wykorzystywana będzie w procesie syntezy mleczanu etylu oraz innych estrów kwasu mlekowego o wszechstronnym zastosowaniu w wielu sektorach przemysłu.
Surową mieszaninę poreakcyjną, przesącz po usunięciu katalizatora lub mieszaninę kilku różnych estrów można wykorzystać jako gotową kompozycję do zastosowań w wielu dziedzinach przemysłu. Natomiast produkty reakcji alkoholizy poliestrów alifatycznych w obecności wodorotlenków sodu lub potasu można wykorzystać jako gotowe, zasadowe kompozycje powierzchniowo czynne.
Metoda wg wynalazku wpisuje się w nurt badań z dziedziny zielonej chemii, umożliwia otrzymanie szerokiej gamy produktów chemicznych bez ich negatywnego wpływu na środowisko naturalne.

Claims (14)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego, w którym stopień konwersji substratów wynosi 100% obejmujący:
    e) wprowadzenie do reaktora ciśnieniowego poliestru alifatycznego, jego oligomerów lub kopolimerów lub mieszaniny oraz alkoholu ROH lub mieszaniny alkoholi, przy stosunku reagentów od 2 do 10, zwłaszcza 4 do 10, równoważników molowych alkoholu na jednostkę strukturalną polimeru ROH/mer;
    f) opcjonalne wprowadzenie do mieszaniny reakcyjnej in situ prekatalizatora;
    g) prowadzenie reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego w obecności alkoholu lub mieszaniny alkoholi, pod ciśnieniem autogenicznym składników mieszaniny reakcyjnej w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 107 bar, w odpowiednio dobranej temperaturze, przy czym iii. w reakcji bez udziału katalizatora temperatura reakcji wynosi 220-260°C, zwłaszcza 240-260°C;
    iv. natomiast w reakcji z udziałem katalizatora temperatura reakcji wynosi 150-220°C, zwłaszcza 180-220°C;
    h) wydzielenie i oczyszczanie produktu końcowego na drodze sączenia, odparowania i destylacji.
  2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poliester alifatyczny wybrany jest z grupy obejmującej polilaktyd (PLA), poliglikolid (PGA), polikaprolakton (PCL), polidioksanon (PDO), poli(3-hydroksypropionian) (PHP), poli(3-hydroksymaślan) (PHB), poli(4-hydroksymaślan) (PBL).
  3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poliestrem alifatycznym jest polilaktyd (PLA), który wybrany jest z grupy obejmującej polilaktyd wysokocząsteczkowy, taki jak izotaktyczny poIi(L-laktyd) lub poli(D-laktyd) oraz ataktyczny poli(D, L-laktyd), jak również niskocząsteczkowe oligomery polilaktydu.
  4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że R w alkoholu ROH obejmuje alkil, alkenyl, alkinyl, cykloalkil, cykloalkenyl, cykloalkinyl i aryl.
  5. 5. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że R w alkoholu ROH wybrany jest z grupy obejmującej C1-C10 alkil, C3-C10 cykloalkil, C3-C10 alkenyl, C3-C10 cykloalkenyl, C3-C10 alkinyl, C3-C10 cykloalkinyl, C6-C10 aryl.
  6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że alkohol ROH wybrany jest z grupy obejmującej alkohol metylowy, etylowy, n-propylowy, izopropylowy, n-butylowy, izobutylowy, sec-butylowy, tert-butylowy, n-pentylowy, izopentylowy, n-heksylowy, 2-etyloheksylowy, n-oktylowy, allilowy, propargilowy, benzylowy lub ich mieszaniny.
  7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że estrem kwasu mlekowego jest mleczan etylu.
    PL 229 904 B1
  8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że estrem kwasu mleczanomlekowego jest mleczanomleczan etylu.
  9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że poliester alifatyczny wprowadzany jest do reaktora w postaci granulatu lub odpadów estrów cyklicznych pozyskanych w celu recyklingu.
  10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że alkoholiza poliestru alifatycznego przeprowadzana jest w atmosferze gazu obojętnego, takiego jak N2.
  11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas trwania reakcji wynosi 1 h.
  12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w reakcji stosuje się prekatalizator metaliczny lub metaloorganiczny, wybrany z grupy obejmującej metale grup głównych, pierwiastków przejściowych jak i kompozycji złożonej z mieszaniny wymienionych pierwiastków lub ich związków metaloorganicznych.
  13. 13. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że w reakcji stosuje się prekatalizator metaloorganiczny w obecności rozpuszczalnika.
  14. 14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator stosuje się w ilości 0,1 do 5% mol w przeliczeniu na jednostkę estrową, korzystnie 0,5 do 1% mol.
PL410898A 2015-01-08 2015-01-08 Sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego w reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego PL229904B1 (pl)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL410898A PL229904B1 (pl) 2015-01-08 2015-01-08 Sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego w reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego
EP15830900.5A EP3242865B1 (en) 2015-01-08 2015-12-10 Method of preparing esters of lactic and lactylatic acid in alcoholysis reaction of aliphatic polyester
PCT/PL2015/000201 WO2016111635A1 (en) 2015-01-08 2015-12-10 Method of preparing esters of lactic and lactylatic acid in alcoholysis reaction of aliphatic polyester
ES15830900T ES2857562T3 (es) 2015-01-08 2015-12-10 Método de preparación de ésteres de ácido láctico y lactiláctico en la reacción de alcoholisis de un poliéster alifático

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL410898A PL229904B1 (pl) 2015-01-08 2015-01-08 Sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego w reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL410898A1 PL410898A1 (pl) 2016-07-18
PL229904B1 true PL229904B1 (pl) 2018-09-28

Family

ID=55272555

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL410898A PL229904B1 (pl) 2015-01-08 2015-01-08 Sposób otrzymywania estrów kwasu mlekowego i mleczanomlekowego w reakcji alkoholizy poliestru alifatycznego

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3242865B1 (pl)
ES (1) ES2857562T3 (pl)
PL (1) PL229904B1 (pl)
WO (1) WO2016111635A1 (pl)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101981391B1 (ko) * 2017-03-15 2019-05-23 씨제이제일제당 (주) 알킬 락테이트의 제조 방법
CN107382718B (zh) * 2017-08-10 2018-06-01 青岛科技大学 CaO/MCF介孔碱性分子筛催化醇解聚乳酸的方法
CN115403554B (zh) * 2022-09-15 2024-04-16 扬州惠通生物新材料有限公司 一种由聚乳酸废弃物直接回收丙交酯的方法
CN117550969A (zh) * 2023-11-10 2024-02-13 南京大学 一种无金属醋酸双环胍盐催化废弃聚乳酸醇解的方法

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2371281A (en) 1945-03-13 Lactyuactic esters and process of
US1650950A (en) 1925-09-04 1927-11-29 Canadian Electro Prod Co Manufacture of lactic-acid esters
US2315168A (en) 1940-12-13 1943-03-30 Urquhart George Gordon Method of producing lactic acid esters
US2406648A (en) 1942-12-08 1946-08-27 Sealtest Inc Process of preparing water-soluble alkyl lactates
US2367798A (en) 1943-02-04 1945-01-23 Claude R Wickard Allyl and methallyl esters of lactic and alpha-acetoxypropionic acids
US2465772A (en) 1944-02-17 1949-03-29 Nat Dairy Res Lab Inc Preparation of alkyl lactates
US2410740A (en) 1944-04-01 1946-11-05 Libbey Owens Ford Glass Co Preparation of lactates
US2434300A (en) 1945-11-01 1948-01-13 Nat Dairy Res Lab Inc Esterification of alkali metal and alkaline earth metal lactates under controlled ph conditions to form alkyl lactates
US2610206A (en) 1948-10-09 1952-09-09 Distillers Co Yeast Ltd Manufacture of methyl lactate
US5071754A (en) 1990-01-23 1991-12-10 Battelle Memorial Institute Production of esters of lactic acid, esters of acrylic acid, lactic acid, and acrylic acid
US5210296A (en) 1990-11-19 1993-05-11 E. I. Du Pont De Nemours And Company Recovery of lactate esters and lactic acid from fermentation broth
US5264617A (en) 1991-11-22 1993-11-23 E. I. Du Pont De Nemours And Company Preparation of alkyl esters by depolymerization
JP3502419B2 (ja) 1993-03-02 2004-03-02 株式会社武蔵野化学研究所 乳酸および乳酸エステルの製造方法
CN1032855C (zh) 1993-10-28 1996-09-25 国营吴江香料厂 乳酸乙酯生产新工艺
US5824818A (en) 1994-02-21 1998-10-20 Mitsubishi Gas Chemical Company, Inc. Process for preparing lactate
US5723639A (en) 1995-10-16 1998-03-03 University Of Chicago Esterification of fermentation-derived acids via pervaporation
FR2802923B1 (fr) 1999-12-28 2002-03-08 Roquette Freres Procede de preparation d'une composition d'ester d'acide lactique et son utilisation en tant que solvant
US6342626B1 (en) 2001-01-31 2002-01-29 Council Of Scientific & Industrial Research Process for the preparation of alkyl esters from commercial lactic acid
FR2848208B1 (fr) 2002-12-05 2005-01-14 Atofina Procede continu de preparation de lactate d'ethyle
FR2848209B1 (fr) 2002-12-05 2006-10-13 Atofina Procede continu de preparation de lactate d'ethyle
ES2645238T3 (es) 2006-07-06 2017-12-04 Stepan Company Composición de cuidado personal
WO2008006058A2 (en) 2006-07-06 2008-01-10 Stepan Company Alkyl lactyllactate solvent compositions
US20110160480A1 (en) 2008-07-30 2011-06-30 Galactic Sa Continuous Process for Obtaining a Lactic Ester
BE1018716A3 (fr) 2009-04-14 2011-07-05 Galactic Sa Recyclage chimique du pla par hydrolyse.
BE1019608A3 (fr) 2009-04-14 2012-09-04 Galactic Sa Recyclage chimique du pla par alcoolyse.
EP2470494B1 (en) 2009-09-07 2013-12-11 Council of Scientific & Industrial Research Process for preparation of pure alkyl esters from alkali metal salt of carboxylic acid
BE1018882A3 (fr) 2009-09-10 2011-10-04 Galactic Sa Procede de recyclage stereospecifique d'un melange de polymeres a base de pla.
ES2637989T3 (es) 2010-05-18 2017-10-18 Lg Chem, Ltd. Método para preparar un lactato
US8383851B2 (en) 2010-09-15 2013-02-26 Caravan Ingredients Inc. Lactylate synthesis methods using dilactides
BE1019555A3 (fr) 2010-10-28 2012-08-07 Galactic Sa Procede de production d'un ester lactique a partir d'un jus de fermentation contenant du lactate d'ammonium.
US20130231497A1 (en) 2010-11-10 2013-09-05 Microvast, Inc. Synthesis of Lactic Acid and Alkyl Lactate from Carbohydrate-Containing Materials

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016111635A1 (en) 2016-07-14
PL410898A1 (pl) 2016-07-18
EP3242865B1 (en) 2021-01-13
ES2857562T3 (es) 2021-09-29
EP3242865A1 (en) 2017-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yang et al. Zn (HMDS) 2 as a versatile transesterification catalyst for polyesters synthesis and degradation toward a circular materials economy approach
EP2582453B1 (en) Transesterification process using mixed salt acetylacetonates catalysts
Petrus et al. Solvothermal alcoholysis routes for recycling polylactide waste as lactic acid esters
Basterretxea et al. Dual organocatalysts based on ionic mixtures of acids and bases: a step toward high temperature polymerizations
EP3242865B1 (en) Method of preparing esters of lactic and lactylatic acid in alcoholysis reaction of aliphatic polyester
CA2734102A1 (en) Method for the production of a mixture of lactide derivatives
EP2484683A2 (en) Organotin compound, method for preparing same, and method for preparing polylactide using same
Zhou et al. Chemical upcycling of poly (lactide) plastic waste to lactate ester, lactide and new poly (lactide) under Mg-catalysis condition
WO2005035622A1 (en) Catalyst for manufacture of esters
JP6648114B2 (ja) 環状エステルモノマーからポリエステルを製造するための連続的方法
Egiazaryan et al. Synthesis of lactide from alkyl lactates catalyzed by lanthanide salts
KR20140029373A (ko) 락톤 개환 중합에 사용하기 위한 n-헤테로사이클릭 카르벤 기반 지르코늄 착물
Stewart et al. Zinc {ONO} complexes for the chemical recycling of PET and PLA
JP2015145345A (ja) 環状α−ヒドロキシカルボン酸2量体エステルの製造方法
EP2998337A1 (en) A method for stabilizing a condensed phase composition including a cyclic ester for example in a process of manufacturing a polyester
US8431678B2 (en) Method for producing cyclic diesters of L-, D- and D,L-lactic acid
KR101183982B1 (ko) 젖산 발효액으로부터 락타이드 및 폴리락타이드를 제조하는 방법
Muszyński et al. Synthesis of bis (2-ethylhexyl) terephthalate from waste poly (ethylene terephthalate) catalyzed by tin catalysts
CN103739834A (zh) 固相聚合钛系聚酯的生产方法
JP3780567B2 (ja) ラクチド製造方法
Becker et al. All‐Round Talent: Unique Zinc Guanidine Catalyst Performs Efficiently in Synthesis and Chemical Recycling of (Bio) Polyesters
EP4293008A1 (en) Method for the depolymerization of a poly(alpha-hydroxy acid)
RU2519827C1 (ru) Способ получения олиго- и полиэтилентерефталатов
Ishijima et al. Racemization-free synthesis of lactide using an onium salt catalyst
Santulli Sustainable approaches for the synthesis and the chemical degradation of polyesters