RU2784048C1 - Способ получения биоразлагаемых полиэфиров - Google Patents

Способ получения биоразлагаемых полиэфиров Download PDF

Info

Publication number
RU2784048C1
RU2784048C1 RU2022114098A RU2022114098A RU2784048C1 RU 2784048 C1 RU2784048 C1 RU 2784048C1 RU 2022114098 A RU2022114098 A RU 2022114098A RU 2022114098 A RU2022114098 A RU 2022114098A RU 2784048 C1 RU2784048 C1 RU 2784048C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
catalyst
polylactide
lactide
polycaprolactone
molecular weight
Prior art date
Application number
RU2022114098A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Дмитриевич Зайцев
Иван Родинович Леднев
Лариса Александровна Смирнова
Original Assignee
Сергей Дмитриевич Зайцев
Иван Родинович Леднев
Лариса Александровна Смирнова
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Дмитриевич Зайцев, Иван Родинович Леднев, Лариса Александровна Смирнова filed Critical Сергей Дмитриевич Зайцев
Application granted granted Critical
Publication of RU2784048C1 publication Critical patent/RU2784048C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к способу получения биоразлагаемых полимеров на основе полилактида или поликапролактона путем полимеризации лактида или капролактона в присутствии катализатора при нагревании, включающего ведение процесса с использованием в качестве катализатора салицилата титана, причем массовое соотношение катализатор : мономер составляет от 1:50 до 1:200. Техническим результатом использования изобретения является упрощение способа получения полилактида и поликапролактона, приводящее к получению полимера с высокой молекулярной массой и низкими индексами полидисперности. Используется общедоступный катализатор простотой в синтезе, устойчивый на воздухе и нетоксичный. 1 ил., 1 табл., 4 пр.

Description

Изобретение относится к полимеризации циклических эфиров с использованием катализаторов.
Биоразлагаемые и биосовместимые полиэфиры обладают хорошими механическими свойствами и термопластичностью, и как следствие, являются возможной альтернативой для небиоразлагаемых полимеров, при использовании в пищевой промышленности, как упаковочный материал, и в медицине, как эндопротезы ограниченного во времени или пролонгированного действия. Наиболее перспективными среди данного класса соединений являются полилактид и поликапролактон.
В настоящее время синтез полиэфиров осуществляют различными способами. Наиболее распространенным является полимеризация с раскрытием цикла (ROP-полимеризация) в присутствии катализатора. При этом синтез лактида сопровождается проблемами: такими как, использование токсичных катализаторов, либо более сложные в синтезе и хранении катализаторы.
Поэтому представляет значительный интерес исследование технологии синтеза полилактида и поликапролактона и создание катализатора для синтеза данных полимеров.
Известен катализатор для получения полилактидов и способ его синтеза, защищенный патентом РФ № 2355694, опубл. 20.05.2009 г.
Способ заключается в воздействии катализатора на лактид с превращением последнего в полимер. Катализатор содержит соединения металлов, а именно алкоксидные комплексы олова, алюминия и магния с кетоиминатными лигандами.
Недостатком способа является сложность синтеза катализаторов и низкая молекулярная масса полимера при проведении полимеризации в массе.
Известен способ получения биоразлагаемого сополимера, защищенный патентом РФ №2426749, опубл. 20.08.2011 г.
По известному способу сополимеризацию лактида ведут при нагревании с использованием в качестве катализатора хлорида олова (IV), а в качестве сомономера используют капролактон.
Недостатком является токсичность катализатора.
Известен способ получения биоразлагаемого полимера на основе полилактида, описанный в патенте РФ № 2478107, опубл. 27.03.2013 г.
Способ заключается в полимеризации лактида при нагревании в присутствии катализатора. Катализатор состоит из смеси метоксидов магния с β-дикарбонильными сложными эфирами. Мольное соотношение лактид: метоксид магния: сложный эфир составляет от 20000:1:4 до 10000:3:6.
Недостатками являются нестабильность катализатора при контакте с влагой и токсичность компонентов катализатора.
Известен способ получения полилактидов, защищенный патентом РФ № 2726362, опубл. 13.07.2020 г.
Способ проводят в температурном диапазоне 100-185°С при тепловом обеспечении температурного режима в реакционном пространстве путем микроволнового (сверхвысокочастотного) облучения реакционного пространства. В качестве катализатора ROP используют германийорганическое соединение 1-гидроксигерматран моногидрат, а в качестве сокатализатора - лауриловый спирт.
Недостатками являются сложность синтеза катализатора и его химическая нестабильность при контакте с влагой.
Известен каталитический способ получения полилактида, описанный в патенте РФ №2422471, опубл. 20.04.2009 г.
Способ включает раскрытие и последующую полимеризацию rac- или L-лактида в расплаве мономера при 120-200°С в присутствии металла и в присутствии добавок RxYyR′z или без них. Продукт имел Mw = 35000-60000.
Недостатками являются необходимость поддержания высоких температур и низкая молекулярная масса продукта, за исключением полимеризации на катализаторах на основе железа, которые являются токсичными.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату, выбранным в качестве прототипа, является способ получения полилактида при использовании катализаторов на основе алкоксидов титана. Молекулярная масса полилактида составляла (Mw = 20000-25000) (Kim, Y., Jnaneshwara, G. K. & Verkade, J. G. Titanium Alkoxides as Initiators for the Controlled Polymerization of Lactide. Inorganic Chemistry vol. 42 1437-1447 (2003)).
Способ включает использование изопропоксида титана, как катализатора полимеризации лактида или капролактона, полимеры получающиеся на данном катализаторе, характеризовались невысокой молекулярной массой (Mw = 35000-40000) и высоким индексом полидисперсности (Mw/Mn = 2.1 - 2.2). Также известно, что изопропоксид титана активно взаимодействует с влагой даже на воздухе, что затрудняет его транспортировку и использование при синтезе. В работе также представлены катализаторы с замещенными лигандами, обеспечивающий более высокую молекулярную массу и низкие индексы полидисперсности, однако использование катализаторов с такими лигандами, требует проведения многостадийного синтеза и значительно удорожает катализатор.
Недостатком данного метода является низкая молекулярная масса полимера и нестабильность катализатора, сложность синтеза катализатора.
Техническая проблема, решаемая предлагаемым изобретением, - создание эффективного каталитического способа получения биоразлагаемых полимеров - полилактида и поликапролактона.
Технический результат от использования изобретения заключается в упрощении способа получения полиэфиров (полилактида и поликапролактона), приводящий к получению полимера с высокой молекулярной массой и низкими индексами полидисперности, с использованием катализатора, обладающего достоинствами - простота синтеза, устойчивость на воздухе, дешевизна, отсутствие токсичности.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения биоразлагаемых полимеров на основе полилактида или поликапролактона путем полимеризации лактида или капролактона в присутствии катализатора при нагревании, процесс ведут с использованием в качестве катализатора салицилата титана, причем массовое соотношение катализатор : мономер составляет от 1:50 до 1:200.
СИНТЕЗ КАТАЛИЗАТОРА
Изопропоксид титана растворяют в изопропиловом спирте, после чего при комнатной температуре при постоянном перемешивании прибавляют 2 кратных избытка по молям (относительно изопропоксида титана) салициловой кислоты. Получаемый продукт желто-оранжевого цвета сушат от растворителя до постоянной массы. Хранение катализатора можно осуществлять на открытом воздухе, что не приводит к изменению свойств и состава катализатора.
При меньшем количестве салициловой кислоты не будет образовываться нужный продукт. Более чем 2-кратный избыток по молям салициловой кислоты технологически не целесообразен.
Предполагаемая структура катализатора
Figure 00000001
Методом МАЛДИ масс-спектрометрии была определена молекулярная масса - 320 г/моль.
ИК-спектр катализатора (салицилата титана) представлен на фигуре.
(полоса поглощения 1600 см-1 отвечает валентным колебаниям С-С связи бензольного кольца).
Способ получения биоразлагаемых полимеров осуществляют следующим образом.
В сосуд помещают лактид или ε-капролактон (далее мономеры), добавляют катализатор при массовом соотношении катализатор : мономер от 1:50 до 1:200. При меньшем количестве катализатора реакция полимеризации не идет, а большее количество катализатора не изменяет свойства образующегося полимера, но повышает расход катализатора.
Реакцию проводят в течение 20-30 часов в сосуде при атмосферном давлении, при температуре 120-140°С.
При меньшем времени, не будет образовываться полимер с достаточной молекулярной массой, при большем времени молекулярная масса продукта не увеличивается.
При меньшей температуре реакция не идет, а более высокие температуры незначительно ускоряют процесс, при этом повышая энергозатраты, что приводит к увеличению стоимости продукта. Конверсия составляла 80-90%. Молекулярно-массовые характеристики полученных полимеров представлены в таблице примеров. Средневесовая молекулярная масса (Mw), среднечисловая молекулярная масса (Mn) и индекс полидисперсности (Mw/Mn) были определены методом гель-проникающей хроматографии.
Пример 1. Получение полилактида.
В 1 л изопропилового спирта помещали 28.42 г (0.1 моль) изопропоксида титана и 27.62 г (0.2 моль) салициловой кислоты при перемешивании. Образовавшийся продукт (далее - катализатор) сушили до постоянной массы. После чего в сосуд помещали 0.05 грамм катализатора и 10 грамм D,L-лактида (массовое соотношение катализатор:мономер составляет 1:200) - при температуре в 120°С, реакцию проводили в течение 24 часов. Полученный продукт (полилактид) промывали спиртом, после чего растворяли в тетрагидрофуране и осаждали полимер добавлением к раствору полимера дистиллированной воды. ГПХ: Mw=80×103, Mn=68×103 (Mw/Mn =1.18).
Пример 2. Получение полилактида
В 1 л изопропилового спирта помещали 28.42 г (0.1 моль) изопропоксида титана и 27.62 г (0.2 моль) салициловой кислоты при перемешивании. Образовавшийся продукт (далее - катализатор) сушили до постоянной массы. После чего в сосуд помещали 0.1 грамм катализатора и 10 грамм D,L-лактида (массовое соотношение катализатор:мономер составляет 1:100) при температуре в 130°С, реакцию проводили в течение 20 часов. Полученный продукт промывали спиртом, после чего растворяли в тетрагидрофуране и осаждали полимер добавлением к раствору полимера дистиллированной воды. ГПХ: Mw=84×103, Mn=69×103 (Mw/Mn =1.21).
Пример 3. Получение поликапролактона
В 1 л изопропилового спирта помещали 28.42 г (0.1 моль) изопропоксида титана и 27.62 г (0.2 моль) салициловой кислоты при перемешивании. Образовавшийся продукт (далее - катализатор) сушили до постоянной массы. После чего в сосуд помещали 1 грамм катализатора и 50 грамм ε-капролактона (массовое соотношение катализатор:мономер составляет 1:50), при температуре в 140°С, реакцию проводили в течение 20 часов. Полученный продукт промывали спиртом, после чего растворяли в тетрагидрофуране и осаждали полимер добавлением к раствору полимера дистиллированной воды. ГПХ: Mw=76×103, Mn=63×103 (Mw/Mn =1.20).
Пример 4. Получение поликапролактона
В 1 л изопропилового спирта помещали 28.42 г (0.1 моль) изопропоксида титана и 27.62 г (0.2 моль) салициловой кислоты при перемешивании. Образовавшийся продукт (далее - катализатор) сушили до постоянной массы. После чего в сосуд помещали 0.1 грамм катализатора и 10 грамм ε-капролактона (массовое соотношение катализатор : мономер составляет 1:100), при температуре в 120°С, реакцию проводили в течение 30 часов. Полученный продукт (поликапролактон) промывали спиртом, после чего растворяли в тетрагидрофуране и осаждали полимер добавлением к раствору полимера дистиллированной воды. ГПХ: Mw=81×103, Mn=65×103 (Mw/Mn =1.25).
Все вещества используют марки х.ч. или осч.
Данные сведены в Таблицу.
Таблица
Мономер t, °С Время, ч m[катализатор] : m [мономер] Mw×10–3 Mn×10–3 Mw /Mn Конверсия, %
D,L - лактид 120 24 1:200 80 68 1.18 85
D,L - лактид 130 20 1:100 84 69 1.21 90
ε-капролактон 140 20 1:50 76 63 1.20 82
ε-капролактон 120 30 1:100 81 65 1.25 87
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать полилактид или поликапролактон с высокой молекулярной массой (Mw = 75000-80000) и низким индексом полидисперсности (Mw/Mn = 1.20-1.25) без создания инертной атмосферы при синтезе. Доступность компонентов для синтеза катализатора, простота его проведения и устойчивость получаемого катализатора при хранении на воздухе обусловливают его эффективность в использовании для проведения ROP-полимеризация лактида и ε-капролактона. Простота использования предлагаемого катализатора достигается тем, что, во-первых, простой одностадийный синтез из коммерчески доступных реагентов, т.е. не требуется синтез дополнительных агентов, а во-вторых он устойчив на воздухе, что исключает необходимость проведения синтеза в специальных условиях (вакуум или инертная атмосфера).

Claims (1)

  1. Способ получения биоразлагаемых полимеров на основе полилактида или поликапролактона путем полимеризации лактида или капролактона в присутствии катализатора при нагревании, отличающийся тем, что процесс ведут с использованием в качестве катализатора салицилата титана, причем массовое соотношение катализатор : мономер составляет от 1:50 до 1:200.
RU2022114098A 2022-05-25 Способ получения биоразлагаемых полиэфиров RU2784048C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784048C1 true RU2784048C1 (ru) 2022-11-23

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2237068C2 (ru) * 2000-08-22 2004-09-27 Митсуи Кемикалс, Инк., Катализатор для получения полиэфира (варианты), способ получения полиэфира и полиэфир
RU2277969C2 (ru) * 2001-06-29 2006-06-20 Атофина Кемикалз, Инк. Поликонденсация с использованием катализатора и активатора катализатора для получения сложного полиэфира
EA014965B1 (ru) * 2006-05-03 2011-04-29 Лурги Циммер Гмбх Катализатор для получения сложных полиэфиров, его применение, сложные полиэфиры
RU2541567C2 (ru) * 2008-08-29 2015-02-20 Уде Инвента-Фишер ГмбХ Способ получения смеси производных лактидов
WO2016002965A1 (ja) * 2014-07-04 2016-01-07 帝人株式会社 ポリ乳酸組成物、ポリ乳酸組成物から得られる成形体、およびポリ乳酸組成物の製造方法
US10059799B2 (en) * 2014-09-17 2018-08-28 Sulzer Chemtech Ag Method for stabilizing a condensed phase composition including a cyclic ester in a process of manufacturing a polyester or of lactide

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2237068C2 (ru) * 2000-08-22 2004-09-27 Митсуи Кемикалс, Инк., Катализатор для получения полиэфира (варианты), способ получения полиэфира и полиэфир
RU2277969C2 (ru) * 2001-06-29 2006-06-20 Атофина Кемикалз, Инк. Поликонденсация с использованием катализатора и активатора катализатора для получения сложного полиэфира
EA014965B1 (ru) * 2006-05-03 2011-04-29 Лурги Циммер Гмбх Катализатор для получения сложных полиэфиров, его применение, сложные полиэфиры
RU2541567C2 (ru) * 2008-08-29 2015-02-20 Уде Инвента-Фишер ГмбХ Способ получения смеси производных лактидов
WO2016002965A1 (ja) * 2014-07-04 2016-01-07 帝人株式会社 ポリ乳酸組成物、ポリ乳酸組成物から得られる成形体、およびポリ乳酸組成物の製造方法
US10059799B2 (en) * 2014-09-17 2018-08-28 Sulzer Chemtech Ag Method for stabilizing a condensed phase composition including a cyclic ester in a process of manufacturing a polyester or of lactide

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Begum Canan Yildiz, Asgar Kayan, Non‑Toxic and Environmentally Friendly Titanium Complexes and Their Efects on ε-Caprolactone Polymerization, 03.07.2020. А.Е. Чичибабин, Основные начала органической химии, Изд-во Химической литературы, М. 1963, т. 1, стр. 569. *
Дж. А. Гарден, Эндрю Дж. П. Уайт, Шарлотта К. Уильямс Гетеродинуклеарный катализ титана/цинка: синтез, характеристика и активность для сополимеризации СО2/Эпоксидов и полимеризации циклических эфиров, Дальтон Транс, 2017, 46, стр. 2532-2541. *
Ю.В.Пискун, И.В. Василенко, К.В. Зайцев, С.С. Карлов, Г.С. Зайцева, Л.В. Гапоник, С.В. Костюк, НИИ физико-химических проблем, РБ, Контролируемая гомо- и сополимеризация ε-капролактона и D,L-лактида в присутствии комплексов титана (IV), Известия Академии наук, 2015, стр. 181-188. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3280757B1 (en) Ring-opening polymerization methods and recyclable biorenewable polyesters
US8476402B2 (en) Carbohydrate lactone polymers
Liu et al. Living ring-opening homo-and copolymerisation of ε-caprolactone and L-lactide by cyclic β-ketiminato aluminium complexes
US7671140B2 (en) Ring-opening polymerization of cyclic esters, polyesters formed thereby, and articles comprising the polyesters
JPS5996123A (ja) 高分子量ポリラクタイドの製造方法
Kricheldorf et al. Polylactones, 47. A‐B‐A triblock copolyesters and random copolyesters of trimethylene carbonate and various lactones via macrocyclic polymerization
CN102675617A (zh) N, n-二烷基苯胺-芳胺锌催化剂及其制备方法和应用
RU2784048C1 (ru) Способ получения биоразлагаемых полиэфиров
Ungpittagul et al. Synthesis and characterization of guanidinate tin (ii) complexes for ring-opening polymerization of cyclic esters
CN101353420B (zh) 聚乳酸-聚乙二醇共聚物的溶剂热合成制备方法
Hua et al. Sequence controlled copolymerization of lactide and a functional cyclic carbonate using stereoselective aluminum catalysts
JPWO2017094763A1 (ja) 共重合体及びその製造方法、並びに樹脂組成物
EP0882751A2 (en) Biodegradable polyester with improved moulding characteristics and its production
Zhong et al. Controlled synthesis of biodegradable lactide polymers and copolymers using novel in situ generated or single-site stereoselective polymerization initiators
CN109705159B (zh) 一种含磷氮配体烷基铝化合物的制备方法与应用
JP2016505531A (ja) 液状スズ(ii)アルコキシドの製造方法
CN111004373A (zh) 一种医用多臂聚己内酯的制备方法
JP2016516872A (ja) 新規の重合触媒を使用するplaの製造方法
Mezzasalma et al. Extending the scope of benign and thermally stable organocatalysts: application of dibenzoylmethane for the bulk copolymerization of L-Lactide and e-caprolactone
Sugih et al. Experimental studies on the ring opening polymerization of p-dioxanone using an Al (OiPr) 3-monosaccharide initiator system
RU2294336C2 (ru) Использование цинковых производных в качестве катализаторов полимеризации циклических сложных эфиров
EP0986599A2 (en) Process for the preparation of copolyesters
Stere et al. Anionic and ionic coordinative polymerization of l‐lactide
RU2715383C1 (ru) Способ получения (со)полимера гликолида и/или лактида для изготовления рассасывающихся хирургических изделий
CN116813898A (zh) 一种环状内酯开环聚合催化剂及其制备方法