[发明专利]从蒸气中去除2-羟基烷酸的环二酯的方法

说明书

本发明涉及将2-羟基烷酸的环二酯从包含所述二酯的蒸气中去除的方法，其中使该蒸气与水溶液接触使得该二酯溶解于所述溶液中。

目前2-羟基烷酸和它们的环二酯受到许多关注。这些酸和二酯可用于制备聚(2-羟基烷)酸型的聚合物。这样的聚合物的众所周知的实例是聚乙交酯。然而最关注的是聚丙交酯(也称作聚乳酸并缩写为PLA)。其是可以由可再生资源制备的脂族聚酯。这样的制备可包括将比如淀粉或其它碳水化合物的天然出现的资源细菌发酵为乳酸。通常PLA是通过乳酸(2-羟基丙酸)的环二酯(或环二聚物)、丙交酯的开环聚合(ROP)合成的。

在环二酯的合成以及在它们到聚合物的转化中，皆需要去除包含少量的环二酯的蒸气物流。为了减少损失，在这样的蒸气中的环二酯的量应是最低的。此外，这样的二酯的水解产物可在用于合成或转化这些二酯的装置中造成腐蚀问题。这对于丙交酯的水解产物乳酸来说尤其如此。已经开发出特定的冷凝和清洗方法以尽可能多地降低排出的蒸气中二酯的量。

在日本专利申请JP10-17653中已经描述了开头段提到的方法。更特别地，该文件描述了在聚合反应容器中由丙交酯制备PLA的方法。在此方法中，将未反应的丙交酯作为蒸气从反应容器中去除，其中该蒸气在换热器中基本上液化并随后收集在排放罐中。一小部分未液化的丙交酯通过喷射装置输送到气压冷凝器。在该冷凝器中，丙交酯与主要包含丙交酯、其水解产物乳酸和水的水溶液接触。

在实践中该已知的方法具有明显的缺点。在水溶液中丙交酯相对缓慢地水解为乳酸，与丙交酯在水溶液中的低溶解度的组合，可引起在这样的溶液中形成丙交酯淤浆。当在低压下操作设备时尤其如此。在这些情况下，应选择相对低的工作温度以避免水溶液的沸腾。低工作温度导致低水解速率。根据该日本专利申请，在冷凝器构造之一中已经应用特定的过滤器以过滤丙交酯淤浆。以这种方式，防止了丙交酯淤浆对冷凝器构造的不同装置部件的堵塞。然而在冷凝器构造中引入另外的过滤器造成不希望的装置成本的增加。

本发明的目的在于改进已知的方法。特别地，本发明具有提供替代方法的目的，其优选地以更高的效率、更简单的设备和/或更低的成本实施。

通过将2-羟基烷酸的环二酯从包含所述二酯的蒸气中去除的方法实现本发明这些和其它的目标，其中使该蒸气与水溶液接触使得该二酯溶解于所述溶液中，该方法的另一个特征在于该溶液是碱性溶液。按照定义，这样的溶液具有7以上的pH(酸性程度)。

本发明基于发明人获得的这样的洞察力：如果水解是在碱性溶液中实施的，那么2-羟基烷酸的环二酯在水溶液中的水解可以高度地加速。由于这些二酯在水中的水解，此水溶液的酸度增加。在非缓冲溶液中尤其如此。环二聚物分子的水解导致一分子其对应的线性二聚物或两分子其对应的2-羟基烷酸单体的形成。这些水解产物的形成导致溶液的pH下降至远低于7的值。在酸性条件下，上述二酯的水解似乎进行得相对缓慢。然而在碱性条件下，似乎发生快得多的水解。由于在碱性条件下期望的更快的水解，很大程度上减少了现有技术方法中所述的形成丙交酯淤浆的问题，如果适当地选择条件，甚至根本不会发生。

强调的是包含丙交酯的蒸气或气体可包含额外的组分。取决于取出的蒸气工艺，该蒸气还可包含环二酯的水解产物、水和/或源自于该方法的其它组分以及来自周边的泄露气体。环二聚物的这样的水解产物可以是对应的线性二聚物或相应的2-羟基烷酸单体。

本发明的方法引人关注的实施方案的特征在于该二酯是丙交酯和2-羟基烷酸是乳酸。实验显示如果水解在pH大于7的水溶液中进行，丙交酯到乳酸的水解速率是大大增强的。此提高的pH引起乳酸主要以其乳酸盐的形式。乳酸盐分子的反离子取决于用于实际碱性化的碱的属性。

值得注意的是此水解作用并不限定于特定类型的丙交酯。丙交酯中存在的两个非对称原子导致此分子可以三种几何学上不同的结构存在，它们具有非对映的关系。这些不同的结构可以(R,R)-丙交酯(或D-丙交酯)、(S,S)-丙交酯(或L-丙交酯)和(R,S)-丙交酯(或内消旋-丙交酯)区分。所有三种的丙交酯非对映体在碱性条件下显示了水解速率增加的影响。