[发明专利]一种连续制备丙交酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备丙交酯的方法，具体涉及一种低温条件下连续制备丙交酯的方法。

背景技术

目前世界上已经公开的文献中所描述的“连续”制造丙交酯的方法(US6277951B1，US6326458B1)实质上仍然是间歇制造方法；也就是说，在上述反应中步骤A和步骤B是相互独立的，步骤A仅仅为步骤B提供原料，而且步骤A或步骤B自身也是一个间歇反应过程，不能实现两个反应的连续化进行和物料在两个流程之间的连续流动。这种传统的间歇式反应方法存在严重的问题，即在裂解制备丙交酯的过程中容易因反应物粘度不断增大而造成物料传热缓慢，体系受热不均匀，局部温度过高，结果导致物料炭化、丙交酯产率下降、光学活性丙交酯发生消旋化等副反应；如果持续长时间的高温加热，也有可能发生分解反应，生成不希望的一氧化碳、丙烯酸以及醛等物质。

另外，迄今为止文献上已经描述或发表了很多制备和纯化丙交酯的方法，但大多数仍然是实验室的方法，无法实现工业化。这是由于它们无法找到合适的设备或在工业化开发过程中应用的设备不合理，以至无任何经济性可言。只有当丙交酯的制备成本接近如聚酯的原料时，也就是其经过开环聚合得到的聚乳酸具有一定竞争力时，这种可生物降解的节能环保聚合物才能得到全世界的广泛关注和应用。

然而，US5274073和US5521278公开的专利中描述了二种似乎可以满足上述要求。

二种方法用含有至少50%的乳酸水溶液合成纯的丙交酯，其包括：

1、蒸发掉乳酸中的游离水和一部分结合水，制成聚合度2-8的低聚物。

2、扩大聚合物的扩散表面积，对低聚物加热继续蒸发，得到聚合度8-25的低聚物。

3、将解聚催化剂与低聚物混合，然后在240℃的温度下热裂解得到含有水、乳酸、丙交酯和夹带的重低聚物的蒸汽相和残留液相。

4、萃取蒸汽相的馏分，并使其在裂解区的停留时间小于15秒。

5、选择性冷凝蒸汽，然后分溜，使其可以通过中间萃取回收液态的预纯化丙交酯。

6、对预纯化丙交酯进行溶体结晶，以便获得残留酸度小于6meq/kg的纯丙交酯馏分。

尽管这二种方法看起来是有利的，但是还存在大量缺陷，无法在工业化中得到既经济质量又高的产品。

第二种方法引入溶体结晶获得光学和化学质量的丙交酯，然而，该方法由大量的不同工艺组成，增加了控制的复杂性，导致投资和生产成本上升。而且，其蒸发、热裂解和蒸馏的特征都是在高温下进行，这与通常推荐的丙交酯合成规律相矛盾。另外，该方法中并没有描述是否是连续化制备丙交酯。

发明内容

本发明为克服上述缺陷，提供了一种在低温条件下连续制备丙交酯的方法。通过连续加入反应物料的方式达到乳酸不间断地反应生成低聚物和解聚为环状二聚体，最后得到丙交酯，且提高了收率，降低了生产成本。

本发明提供了一种连续制备丙交酯的方法，其步骤包括：

a）将重量浓度为75-90%、光学纯度应在98%以上的L-乳酸水溶液连续不间断加入第一反应器中，再加入乳酸水溶液的重量的1-5%的酯化催化剂，将第一反应器加热至90-110℃，且控制真空度在100-500kpa下进行反应，控制低聚物的分子量为500-2500，乳酸当量计的总酸度为119-125%，D-乳酸的含量0-10%；

此时，随着反应的持续，体系中的水和乳酸小分子通过蒸发被移出，而第一反应器底部的液态产物浓度增加；

b）第一反应器底部的液态产物依靠压差进入第二反应器中，控制第二反应器的温度为90-125℃，真空度为10-50kpa，反应10-25分钟；

c）第二反应器的底部的反应产物依靠压差进入第三反应器中，第三反应器中加入占乳酸水溶液重量的1-4%解聚催化剂，控制第三反应器的温度为150-220℃，真空度为10-50pa；

d）第三反应器中的富含粗丙交酯的气相冷凝后通入结晶器进行结晶得到光学纯度为99-99.9%的丙交酯，收集丙交酯的温度在70-125℃范围，优选为85-105℃。

随着富含粗丙交酯的气相的蒸出以及第一、第二反应器中的水及低聚物逐渐向后反应器流动及拿出，连续反应流程被建立起来，并通过液位的控制最终实现连续平衡反应。

在上述方法中进一步加入包括对步骤d）中结晶后结晶的残留物进行水解处理的步骤：

i)将残留物在含水的介质中进行抽提结晶，抽提形成包含丙交酯悬浮物的固相和含杂质的液相；