(57)【要約】【課題】ポリ乳酸の製造方法および該方法で使用されるリアクタの提供。【解決手段】高いモル質量のポリ乳酸の製造方法が記載される。この方法は、以下のステップ：ａ）制御された圧力下、所定の温度変化率の加熱によって乳酸溶液をリアクタ（Ｒ１）において重縮合して、３００〜５０００ｇ／ｍｏｌの範囲のポリ乳酸であるオリゴマーを得るステップと、ｂ）ステップａ）において得られた低モル質量のポリ乳酸をリアクタ（２００）において解重合触媒の存在下でラクチドに転化するステップと、ｃ）揮発留分を分離するステップと、ｄ）容器（Ｒ３）において上記ラクチドをエタノール中で再結晶化させるステップと、ｅ）ステップｄ）において得られた再結晶化ラクチドをチューブ型リアクタ（３００）において触媒の存在下、開環重合して、それにより、高いモル質量のポリ乳酸を得るステップと、ｆ）ステップｅ）において得られたポリマー物質を（４００）において揮発分除去するステップと、ｇ）最終生成物であるポリ乳酸を高純度、モル質量５０，０００〜２００，０００ｇ／ｍｏｌおよび反応転化率７０％〜９５％で回収するステップとを含む。また、本発明の方法で使用される解重合リアクタ（２００）、重合リアクタ（３００）および揮発分除去リアクタ（４００）も記載される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乳酸からポリ乳酸を製造する方法であって、
ａ）オリゴマー化リアクタ（Ｒ１）において、６００ｍｍＨｇ〜２０ｍｍＨｇの範囲に制御された圧力下、毎分０．０５℃〜２０℃の加熱速度で１４０℃〜１７０℃の範囲の一定温度に達するまで加熱し、この状態に反応媒体を３０分〜１０時間維持するという温度変化率の加熱によって乳酸溶液の重縮合を行って、３００〜５，０００ｇ／ｍｏｌの範囲の低モル質量のポリ乳酸であるオリゴマーを得るステップと、
ｂ）ステップａ）において得られた低モル質量のポリ乳酸を流れ（Ｌ１）に沿って撹拌貯蔵タンク（Ｒ１０）に導き、１２０℃〜１８０℃の温度で１〜５０００ｐｐｍの解重合触媒を添加して、加熱された混合物を得るステップと、
ｃ）ステップｂ）において得られた混合物を流れ（Ｌ２）に沿って解重合リアクタ（２００）に移送し、１９０℃〜２４０℃の温度で解重合触媒の存在下、１０ｍｍＨｇ〜５０ｍｍＨｇの減圧下において解重合して、蒸気の流れ（Ｌ３）を得、これを、１０ｍｍＨｇ〜１００ｍｍＨｇの減圧下、１６０℃〜２４０℃の温度に保持された第１の組の凝縮器および容器（Ｃ２、Ｒ１１）に導き、この蒸気の流れ（Ｌ３）の重留分成分を凝縮させるステップと、
ｄ）前記蒸気の流れ（Ｌ３）の軽留分および中間留分を流れ（Ｌ４）に沿って９０℃〜１６０℃の温度の第２の組の凝縮器および容器（Ｃ３、Ｒ２）に導いて、７０％〜９０％（ｍ／ｍ）の純度のラクチドを得、これを前記容器（Ｒ２）内へと凝縮しつつ、前記軽留分を蒸気相に残留させるステップと、
ｅ）前記軽留分を１０℃〜５０℃の温度の凝縮器（Ｃ１２）に導いて、液体状の軽留分を得、これを流れ（ＲＬ３）に沿って前記リアクタ（Ｒ１）に再循環させることができるステップと、
ｆ）ステップｄ）から得られたラクチドに富んだ流れを流れ（Ｌ５）に沿って撹拌容器（Ｒ３）に導いて、６０℃〜１００℃の温度でエタノール中でラクチドを再結晶化させるステップであって、前記溶液を溶解後に１０℃に冷却し、３０分〜１２時間再結晶化させるステップと、
ｇ）ステップｆ）において得られた再結晶化ラクチドを流れ（Ｌ６）に沿って容器（Ｒ４）に導いて、触媒の存在下、９０℃〜２００℃の温度で１０〜６０分間、前記再結晶化ラクチドを予備的に開環重合して、低モル質量のポリラクチドを得るステップと、
ｈ）ステップｇ）において得られたポリラクチドを流れ（Ｌ７）に沿ってチューブ型リアクタ（３００）にポンプ輸送して、１６０℃〜２２０℃の温度で１〜３時間重合して、５０，０００〜２００，０００ｇ／ｍｏｌのモル質量のポリラクチドを７０％〜９５％の反応転化率で得るステップと、
ｉ）ステップｈ）において得られたポリラクチドを流れ（Ｌ８）に沿って、西洋ナシ形構造（４０２）を有する揮発分除去器（４００）に移送し、そこで１８０℃〜２００℃の温度で減圧下、残留ラクチド蒸気を除去して凝縮器（Ｃ１１）に送り込みつつ、揮発分除去されたポリラクチドを前記西洋ナシ形構造（４０２）の壁面を伝って横型押出し機（５００）に向かって流下させるステップと、
ｊ）ステップｉ）において得られたポリラクチドに対して前記押出し機（５００）においてコンフォーム押出を行い、得られたポリラクチド流体を最終生成物の造粒処理へと移送するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ステップａ）において、好ましくは、前記温度変化率は、４０ｍｍＨｇ〜５０ｍｍＨｇの圧力下、毎分５℃〜１０℃の加熱速度で好ましくは１６０℃の最終温度に達するまで加熱し、この最終温度状態に前記反応媒体を好ましくは５〜６時間維持することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リアクタ（Ｒ１）の頂部に分留塔（ＣＲ１）を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ステップａ）の水および乳酸を前記重縮合処理へと再循環させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップａ）において生成されたオリゴマーのモル質量は好ましくは４００〜２５００ｇ／ｍｏｌ、より好ましくは５００〜２０００ｇ／ｍｏｌであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ステップｂ）において、前記解重合触媒は、金属酸化物、金属アルコキシド、金属カルボン酸塩、スズ、チタン若しくは鉄の配位化合物、スズ、チタン若しくは鉄のアルコキシド、カルボン酸塩若しくは酢酸塩、並びに、これらの物質の任意の組合せから選択され、好ましくは存在する乳酸塩に対して１００〜７００ｐｐｍの量であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記流れ（Ｌ２）は電気的に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ステップｃ）において、前記リアクタ（２００）内の未反応混合物を流れ（ＲＬ１）に沿って前記貯蔵タンク（Ｒ１０）に再循環させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ステップｃ）において、前記重留分は、少なくとも２つの乳酸構成単位、すなわち直鎖二量体、を含む構造のオリゴマーを主に含み、当初の流れの２〜１０％（ｍ／ｍ）を構成し、一方、前記軽留分は、水および乳酸を主に含み、当初の流れの２〜１５％（ｍ／ｍ）を構成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ステップｃ）において、前記容器（Ｒ１１）の頂部にある分留塔（ＣＦ３）は、前記重留分の残留蒸気が次の凝縮器に導かれないようにすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｆ）において、前記再結晶化ラクチドを、全体の緩やかな加熱、または、０．０５℃／分〜５℃／分の変化率の加熱を併用して１００ｍｍＨｇより低い減圧下、乾燥させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ステップｉ）において、流動性向上剤、顔料および染料などから選択される任意の加工添加剤を前記揮発分除去器（４００）の開口から添加して、前記押出し処理の間にポリマー物質中に分布させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法のステップｃ）のラクチド解重合を行うための解重合リアクタであって、
ａ）オリゴマーと触媒の混合物を供給するための供給口（２０２）を有する本体（２０１）と、
ｂ）前記本体（２０１）内に備えられた規定の回転数で円運動する回転プレート（２０３）であって、前記供給口（２０２）の方向で供給管（２１５）に連結し、前記リアクタ（２００）のベースの方向で軸（２１４）に連結している回転プレート（２０３）と、
ｃ）前記回転軸（２１４）と前記回転プレート（２０３）により構成される組合せを加熱するために、前記リアクタの本体（２０１）内に加熱オイルを循環（２１２、２１３）させるための装置、および、前記方法における所要の温度が維持されるよう前記組合せを冷却するために、冷却水を循環（２０６、２０７）させるための装置と、
ｄ）前記方法に適するよう前記プレート（２０３）の回転を起こしかつ制御するために、一対の滑車（２２１、２２２）とベルト（２０９）とを介して前記軸（２１４）に連結している電気エンジン（２０４）と
を含むことを特徴とする解重合リアクタ。
【請求項１４】
前記軸（２１４）が貫通し、かつ、未反応オリゴマー用流出口（２０８）が設けられたベース（２１９）上に前記リアクタ（２００）の本体（２０１）が支持されることを特徴とする請求項１３に記載の解重合リアクタ。
【請求項１５】
前記電気エンジン（２０４）は、冷却水の流出口（２０６）および流入口（２０７）を有する支持部（２２０）に連結している軸（２１０）を介して前記リアクタ本体（２０１）に取り付けられることを特徴とする請求項１３に記載の解重合リアクタ。
【請求項１６】
前記軸（２１４）は前記回転プレート（２０３）のベースから下向きに垂直に延び、前記ベース（２１９）と前記支持部（２２０）と前記滑車（２２２）とを貫通しており、前記軸（２１４）の底部にはオイルの流入口（２１３）および流出口（２１２）が設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の解重合リアクタ。
【請求項１７】
前記システムの内部圧力は、前記リアクタ（２００）の本体（２０１）の頂部に装着された圧力計（２１６）によって監視されることを特徴とする請求項１３に記載の解重合リアクタ。
【請求項１８】
前記リアクタ（２００）の本体（２０１）の頂部にはランプ（２１７）が備えられていることを特徴とする請求項１３に記載の解重合リアクタ。
【請求項１９】
請求項１に記載の方法のステップｈ）のラクチド重合を行うためのチューブ型リアクタであって、
ａ）Ｌ／Ｄ比２〜１０の細長い本体（３０１）であって、その頂部にあるラクチドの流入口（３０２）と、その底部にあるポリ乳酸の流出口（３０３）と、冷却水の流入口（３０８）および流出口（３０９）と、熱オイルの流入口（３０６）および流出口（３０７）とを備え、外部には波形構造（３０４）が設けられている本体（３０１）と、
ｂ）前記リアクタ（３００）に沿って連続的に配置された混合要素（３０５）であって、流れが先行要素から９０°の位置の別の要素に達したときに前記流れを半径方向に２分割することで、前記流れを２つの部分に繰り返し分割するための混合要素（３０５）と
を含むことを特徴とするチューブ型リアクタ。
【請求項２０】
前記混合要素（３０５）の個数は少なくとも１６個であることを特徴とする請求項１９に記載のチューブ型リアクタ。
【請求項２１】
前記Ｌ／Ｄ比は３〜４であることを特徴とする請求項１９に記載のチューブ型リアクタ。
【請求項２２】
複数個のチューブ型リアクタ（３００）が並列に配置されたものとして使用されることを特徴とする請求項１９に記載のチューブ型リアクタ。
【請求項２３】
前記配置には３個のリアクタ（３００）が含まれることを特徴とする請求項２２に記載のチューブ型リアクタ。
【請求項２４】
前記配置には７個のリアクタ（３００）が含まれることを特徴とする請求項２２に記載のチューブ型リアクタ。
【請求項２５】
請求項１に記載の方法のステップｉ）で使用される揮発分除去器であって、西洋ナシ形構造（４０２）が内部に充填された細長い本体（４０１）を含み、前記構造（４０２）はその一部が前記揮発分除去器（４００）の本体（４０１）内に位置し、かつ、円筒状に下向きに垂直に延びて電気加熱装置（４０４）を収容することを特徴とする揮発分除去器。
【請求項２６】
前記揮発分除去器の頂部は、揮発分除去される材料を導入するための流入口（４０３）と、圧力計（４０６）と、蒸気の流れ用の流出口（４０７）とを収容することを特徴とする請求項２５に記載の揮発分除去器。
【請求項２７】
プロセス温度は、前記揮発分除去器（４００）の底部に半径方向に配置された２つの温度計（４０５）によって監視されることを特徴とする請求項２５に記載の揮発分除去器。
【請求項２８】
支持体（４１０）上に支持された電気エンジン（４０９）により駆動される輸送スクリュー（４０８）によって、揮発分除去されたポリマー膜を取り出す際に、このポリ乳酸を（４１１）において取り出すことを特徴とする請求項２５に記載の揮発分除去器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非生分解性物質の含有量が低い再生可能資源である原材料から有機酸、より具体的には乳酸を製造する方法の分野に属する。さらに、本発明は、上記方法で使用される解重合リアクタおよび重合リアクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、プラスチックの使用、特に消費財の製造および使用における使用が拡大してきている。このため、石油誘導体から製造されるプラスチック材料の浪費および濫用を減少させるために、プラスチック製品の誤用によって環境に及ぼされる影響を低減するいくつかの代替案が世界中のさまざまな研究所および企業において明らかにされている。ブラジルで使用されるプラスチック量の９５％超が非再生可能資源由来であり、その１５％のみが何らかの再循環プログラムを経たものである（非特許文献１）。
【０００３】
このような状況の中で、典型的な自然環境の処分条件に曝露された場合に環境に有害な影響を及ぼすことなく分解するプラスチック材料を求めて、再生可能資源からのプラスチックの開発がますます熱心に行われている。
【０００４】
先行技術において、ポリ乳酸あるいは単にＰＬＡは、良好な機械的性質、良好な加工性および良好な透明性に加え、生分解性や生体適合性などの関連する生物学的特性を備えた熱可塑性ポリマーに対する有望な代替材料として浮上している（非特許文献２）。
【０００５】
乳酸に由来するポリマーの使用は医業ではよく知られている。該分野では、特許文献１に記載されているとおり、ＰＬＡは、その高い生体適合性のために、インプラントの製造、薬剤徐放用装置、縫合および再生医療においてすでに用いられている。
【０００６】
ポリ乳酸には、ポリラクチド、ポリ（乳酸）、ポリ−乳酸などのいくつかの名称がある。本明細書においては公式の物質名であるポリ乳酸（ｐｏｌｙ（ｌａｃｔｉｃ  ａｃｉｄ））を用いる。
【０００７】
乳酸の重縮合物をラクチドに合成する方法、および、それを引き続いて重合を行ってポリ乳酸を形成する方法は、まず最初に非特許文献３により報告された。ラクチド単位に基づくポリマーが乳酸を減圧下で加熱することによって得られたが、これはモル質量の値が低く、かつ、水分に対して非常に不安定であった（非特許文献２）。
【０００８】
特許文献２は、酸化チタン系およびハロゲン化チタン系の触媒の存在下でのグルコースの加熱に基づいた、高いモル質量のポリ乳酸の製造法に関するものである。
【０００９】
現在、ポリ乳酸は以下の２つの方法によって得ることができる。１つは乳酸の直接縮合による方法であり、もう１つは、環状二量体としても知られる中間体を形成した後、開環重合反応させる方法である。
【００１０】
直接縮合法においては、Ｃａｒｏｔｈｅｒｓが行ったように、溶剤を高温および低圧下で使用して、縮合により形成される水をすべて除去する。一般的に、得られるポリマーのモル質量の値は低値〜中値であるが、鎖長があるサイズに達すると解重合の反応速度が重合と同じ反応速度に達して系が動的平衡状態となるため、鎖延長剤を用いるのが望ましい場合もある（特許文献３）。
【００１１】
一方、中間体またはラクチドを経由する間接重合法は溶剤を使用しない。この場合、開環重合法のための条件を制御し、かつ、特定の触媒を添加することによって、高いモル質量のポリマーが得られると共に、ＤおよびＬ異性体の生成率が制御されたポリマーが得られる。
【００１２】
石油由来プラスチックに対する代替品候補として消費財においてＰＬＡおよびその誘導体を使用できる可能性から、それらポリマーは環境的観点で著しく注目されてきたため、そのプロセスにおいて石油誘導体の使用が著しく低減されたＰＬＡ製造の新しい方策が開発されてきた。現在の国際基準は、生分解性プラスチックにおける非生分解性物質の含有量を例えば１０％などに制限している（非特許文献４）。従って、ＰＬＡの生分解性の概念をその製造段階から考慮すべきである。この場合、環境に有害な産業廃棄物および非再生可能資源からの産業廃棄物は、プロセスにおいて最小化すべきであり、ひいてはプロセスから排除すべきであって、それにより、その製造段階から環境に配慮した製品を確保することができる。
【００１３】
ラクチド（ｌａｃｔｉｄｅ）という用語は、以下に示される乳酸（２−ヒドロキシプロピオン酸）の環状二量体を意味することは当該技術分野において周知である。
【００１４】
【化１】
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【００１５】
ラクチドは、その六員環構造のために高い化学的安定性を有しており、従って、重合プロセスは異なった方法で、通常は触媒を使用して、行うのが望ましい（特許文献４）。
【００１６】
光学的および化学的純度が高いラクチドの調製に関するいくつかの研究および特許出願がなされてきた。特許文献５は、特にＬ（−）またはＤ（＋）の光学的に純粋なラクチドを高い化学的収率で技術的規模において製造する方法を特許請求している。このような生成物は、スズ系触媒、特にハロゲン化スズおよび有機スズ化合物（α−ナフテン酸スズまたはβ−ナフテン酸スズ等）を０．５％〜１．０％添加することによって得られる。ところが、これらの化合物は、環境に対する汚染物質となり得る残留物に関して現在要求されている純度を保証しない。
【００１７】
特許文献６は、乳酸を置換して２−ハロプロピオン酸塩を使用することによって、ラクチドを大量にかつ光学的に純粋に合成する方法を特許請求している。この特許文献においては、２−ブロモプロピオン酸リチウム、２−ブロモプロピオン酸ストロンチウム、２−ブロモプロピオン酸バリウム、２−ヨードプロピオン酸のアルカリ金属塩またはアルカリ土類金属塩などの酸性塩を用いることができる。この特許文献によれば、２−ハロプロピオン酸塩は再結晶化によって容易に精製できるため、得られるラクチドの純度を改善できる。しかし、特許請求された方法は、現行の非生分解性廃棄物の最低量への適合を保証しない。さらに、この発明は、プロセスにおいていくつかの有機溶剤、例えばラクチド製造用のアルコール、エーテル、ケトンおよびエステル等を使用しており、また、２−ハロプロピオン酸の反応の残留物、例えば特にナトリウム、カリウム、バリウムまたはストロンチウムのハロゲン化物等を考慮しておらず、環境を汚染し、環境に対して有害となる可能性がある。
【００１８】
他の文献は、乳酸モノマーまたは誘導体からポリ乳酸および／またはその誘導体をプロセス全体として得る方法に関するものである。
【００１９】
例えば特許文献７は、薬剤徐放用の適切な装置において使用される、乳酸から誘導されたポリマーであって、カルボニル末端基を有する平均モル質量１５，０００ｇ／ｍｏｌ〜５０，０００ｇ／ｍｏｌのポリマーの製造方法を特許請求している。この特許文献によれば、開環重合プロセスが好ましくは乳酸含有溶液で行われ、その後、その溶液から重合生成物が取り出される。ラクチド溶解に使用される最適の溶剤は、主として、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、並びに、デカリンおよびジメチルホルムアミド等の他の有機化合物である。出願人らによれば、重合後に、モル質量が１５，０００〜５０，０００のポリマーを加水分解によって得ることもできる。このような後続のステップにおいて、先に得られたポリマーを特にクロロホルム、ジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素中に溶解することができる。加水分解のステップは、ポリマーのモル質量が所望の値に達するまで行われる。続いて、メタノール、エタノール、イソプロピルエーテルあるいはｎ−ヘキサン等の非溶剤中でポリマーを沈殿させる。得られるポリマーは、生分解性かつ生体適合性とみなされるのに必要な特性を有するものの、その製造方法は、人の健康および環境に有害であると広く知られる芳香族化合物に依存しており、最終生成物がこれらの化合物を完全に含まないとは保証されないことも明らかである。
【００２０】
特許文献８は、開環重合によるポリ乳酸の製造方法を特許請求している。この方法においては、触媒活性を阻害可能な化合物が反応終了時に添加され、未反応のラクチドが、圧力を低減すると同時に不活性ガスを通気することによって反応媒体から取り出される。この特許文献では、添加される阻害剤には、リン酸および亜リン酸や、アルミニウム誘導体が含まれる。これらの化合物の添加は、その使用者に影響が及ぶ最終生成物の汚染や、その生成物が廃棄処分される場所の汚染を引き起こす可能性がある。
【００２１】
特許文献９は、二峰性または多峰性の分布を有する高いモル質量のポリ乳酸の調製方法であって、単一のベンゼン環を含む芳香族ジオールの存在下での乳酸の重縮合に基づく方法を特許請求している。発明者らによれば、乳酸の開環重合プロセスは、高いモル質量の生成物をもたらすものの非常に手間がかかるものである。ジオールまたは二酸コモノマーの存在下で乳酸の重縮合プロセスを行うと、多くの場合、ポリマー鎖の伸長が起こることが該先行技術において十分に説明されている。これは、このタイプの重合においては、カルボキシル基およびヒドロキシル基の代わりに２つのカルボキシル末端基を有するプレポリマーが形成されるからである。従って、その後、生成されたプレポリマーが架橋されて、高いモル質量のポリヒドロキシカルボン酸が生成される。この特許文献によれば、単一のベンゼン環を有する芳香族ジオール／触媒系の存在下で乳酸を重合すると、ポリマー鎖が芳香族ジオール鎖に結合するため、二峰性または多峰性のモル質量分布のポリマーが得られる。その結果、ポリヒドロキシカルボン酸は主としてカルボン酸末端基とヒドロキシル末端基を有する。従って、脂肪族ジオールとは対照的に、芳香族ジオールは触媒作用を促進し、それにより、二峰性モル重量のポリマーが得られる。
【００２２】
特許文献１０は、改良された精製法を用いてラクチドポリマーを連続的に製造する方法を特許請求している。この発明は、水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロパノール、イソブタノール等における乳酸の溶液を出発材料として、既知の重合法の後に解重合および蒸留装置によるラクチド精製を行い、さらに精製ラクチドの重合を行うことによってポリ乳酸を得る方法に基づいており、これにより、高純度かつ高いモル質量値の生成物が得られる。
【００２３】
再生可能資源に主に由来する生分解性プラスチック材料に対する需要が増大しているため、ポリ乳酸は世界中の産業界で有力な選択肢として確立されている。従って、より安価でより効率的な製造手段をもたらす技術開発であって、特に環境に影響を及ぼすことのない技術に基づく技術開発もますます望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】米国特許第５，０５３，４８５号明細書
【特許文献２】米国特許第２，６６８，１６２号明細書
【特許文献３】米国特許第１，９９５，９７０号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１３６，０１７号明細書
【特許文献５】ブラジル国特許第８７０４８１４号明細書
【特許文献６】米国特許第４，９８８，９８２号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６０１２８９３８号明細書
【特許文献８】米国特許第５，７７０，６８２号明細書
【特許文献９】ブラジル国特許第０５２０５７３−５号明細書
【特許文献１０】ブラジル国特許第９３０５７８８−１号明細書
【非特許文献】
【００２５】
【非特許文献１】ｗｗｗ．ａｍｂｉｅｎｔｅｂｒａｓｉｌ．ｃｏｍ．ｂｒ（２００９年１２月２８日付け）
【非特許文献２】Ｂ．Ｇｕｐｔａら，Ｐｒｏｇ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．３２（２００７年）４５５〜４８２頁
【非特許文献３】Ｃａｒｏｔｈｅｒｓ，Ｗ．Ａ．ら，“Ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｉｎｇ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｘ．  Ｔｈｅ  ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｓｉｘ−ｍｅｍｂｅｒｅｄ  ｃｙｃｌｉｃ  ｅｓｔｅｒｓ”，ＪＡＣＳ  ５４，７６１頁（１９３２年）
【非特許文献４】欧州規格１３４３２および欧州規格１４９９５−“Ｐｒｏｏｆ  ｏｆ  ｃｏｍｐｏｓｔａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  ｐｌａｓｔｉｃ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、プロセス条件および提案される方法論、さらにはそれを実現するための設備によって、高純度かつ高いモル質量値のポリ乳酸が製造される代替製造法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明による高いモル質量のポリ乳酸の製造法は、広義には、以下のステップを含む。すなわち、
ａ）制御された圧力下、所定の温度変化率（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｒａｍｐｓ）の加熱によって乳酸溶液を重縮合して、３００〜５０００ｇ／ｍｏｌの範囲の低モル質量のポリ乳酸（オリゴマー）を得るステップと、
ｂ）ステップａ）において得られた低モル質量のポリ乳酸を解重合触媒の存在下でラクチドに転化するステップと、
ｃ）上記転化において生成された揮発留分を一連の等温フラッシュによって分離して、それにより、揮発留分を含まないラクチドを得るステップと、
ｄ）ステップｂ）から得られたラクチドをエタノール中で再結晶化させるステップと、
ｅ）ステップｄ）において得られた再結晶化ラクチドを触媒の存在下、開環重合して、それにより、高いモル質量のポリ乳酸を得るステップと、
ｆ）ステップｅ）において得られたポリマー物質を揮発分除去するステップと、
ｇ）最終生成物であるポリ乳酸を高純度、モル質量５０，０００〜２００，０００ｇ／ｍｏｌおよび反応転化率７０％〜９５％で回収するステップ。
【００２８】
従って、本発明は、有機溶剤または類似の材料を使用しないポリ乳酸の製造方法を提供する。その結果、最終生成物は現行の環境要件を満たすものとなる。
【００２９】
本発明は、さらに、ポリ乳酸をラクチドに転化するためのリアクタを提供する。
【００３０】
本発明は、また、上記ラクチドをポリ乳酸へと重合するためのリアクタを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】乳酸溶液からポリ乳酸を製造するためのプロセス全体のブロック図を示す。
【図２】解重合リアクタの詳細図を示す。
【図３Ａ】高いモル質量のポリラクチドを得るのに使用されるチューブ型重合リアクタの詳細図を示す。図３Ａは該リアクタの縦断面である。
【図３Ｂ】高いモル質量のポリラクチドを得るのに使用されるチューブ型重合リアクタの詳細図を示す。図３Ｂは、３個の重合リアクタが連なって配置されていることを表す縦断面である。
【図３Ｃ】高いモル質量のポリラクチドを得るのに使用されるチューブ型重合リアクタの詳細図を示す。図３Ｃは、７個の重合リアクタが連なって配置されていることを表す横断面である。
【図４】ポリマー物質中に存在するチューブ型リアクタの未反応のモノマーを分離するのに使用される残留モノマー揮発分除去器の詳細図である。
【図５】重合時間の関数としてＰＬＡのモル質量値を示すチャートである。
【図６】重合時間の関数としてＰＬＡ重合反応の収率値を示すチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の方法によれば、乳酸質量濃度が５０％〜９５％、好ましくは約８５％（ｍ／ｍ）の商業生産されたまたは実験室で生成された乳酸の水溶液がオリゴマー化リアクタ（Ｒ１）に供給され、そこで重縮合反応が起こる。
【００３３】
リアクタ（Ｒ１）は、種々の材料で作製されていてもよく、好ましくは３１６Ｌステンレス鋼製であるが、これに限定されない。
【００３４】
リアクタ（Ｒ１）には、容器内の物質のより均一な分散を維持するために、１つ以上の撹拌機、好ましくは翼の形態の撹拌機を設けることができる。
【００３５】
リアクタ（Ｒ１）は、得られた縮合物をプロセス内で再循環できるようにまたは排除できるように、分留塔（ＣＲ１）に連結している。さらに、リアクタ（Ｒ１）内部から真空装置へ揮発性生成物が移動しないように、リアクタ（Ｒ１）に凝縮カラム（ＣＳ１）を連結することもできる。
【００３６】
重縮合反応は、乳酸溶液を制御された圧力下、特定の時間加熱することによって起こる。
【００３７】
このステップにおいては所定の温度変化率の加熱が行われる。その温度変化率は、供給される乳酸溶液の組成に応じて調整される。用いられる温度上昇速度は、１４０℃〜１７０℃の範囲の一定温度、好ましくは１６０℃に達するまで、毎分０．０５℃〜２０℃、好ましくは毎分５℃〜１０℃とすることができる。一定温度に達したら、乳酸縮合反応からすべての水を除去するため、反応媒体を必要な時間だけこの状態に維持する。この必要な時間は、所望の反応程度に応じて、３０分〜１０時間、好ましくは５〜６時間とすることができる。
【００３８】
リアクタ（Ｒ１）は、プロセス全体を通して一定の減圧下に維持される。このステップにおいて必要な圧力は、６００ｍｍＨｇ〜２０ｍｍＨｇ、好ましくは４０〜５０ｍｍＨｇである。
【００３９】
重縮合反応中に生成された水を除去した後、低モル質量のポリ乳酸が生成される。この生成物を本明細書ではオリゴマーという。制御された圧力下、所定の温度変化率を用いることによって、オリゴマーの生成プロセスが改善して、それにより、蒸気の流れで洗い流されてしまい得る乳酸の大きな損失が回避される。
【００４０】
未反応の水および乳酸は、同じ重縮合ステップに再度再循環させることができる。その結果、供給損失が低減し、従って、重縮合プロセスの全収率が増大する。
【００４１】
続いて、得られたオリゴマーは、流れ（Ｌ１）に沿って、機械的撹拌機、好ましくは回転翼の形態の機械的撹拌機を有する撹拌貯蔵タンク（Ｒ１０）に供給される。この撹拌貯蔵タンク（Ｒ１０）では、解重合触媒が添加される。流れ（Ｌ１）は、典型的には、３００〜５０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは４００〜２５００ｇ／ｍｏｌ、さらに好ましくは５００〜２０００ｇ／ｍｏｌのモル質量値を有するオリゴマーであって、その粘度が移送操作により適したオリゴマーからなる。
【００４２】
このプロセス構成によって、オリゴマー媒体中の触媒の良好な分散が可能になり、それにより、解重合反応の効率が向上する。
【００４３】
いくつかの種類の触媒、例えば金属酸化物、金属アルコキシド、金属カルボン酸塩およびスズ配位化合物などを用いることができる。
【００４４】
触媒とオリゴマーの混合は、生成されたオリゴマーのモル質量に応じて、１２０〜１８０℃、好ましくは１４０〜１７０℃のオリゴマー流動温度で行われる。このプロセスに使用される代表的な触媒として、スズ、チタンまたは鉄の酸化物に基づいたものを挙げることができる。スズ、チタンまたは鉄のアルコキシド、酢酸塩またはカルボン酸塩、並びに、これらの物質の組合せも使用できる。その際の使用量は、存在する乳酸塩に対して１〜５０００ｐｐｍ、好ましくは１００〜７００ｐｐｍである。
【００４５】
オリゴマーと触媒の混合物は、制御された流量で流れ（Ｌ２）に沿って解重合リアクタ（２００）に連続的に移送される。本明細書では、この解重合リアクタ（２００）を分子シュレッダという。（Ｒ１０）と上記分子シュレッダ（２００）の間の連結ラインには、移送される物質がシュレッダ（２００）に供給される前に最適のプロセス温度に確実に達するように、ヒータ、好ましくは電気抵抗ヒータを設けることもできる。
【００４６】
分子シュレッダ（２００）の内部には、傾斜した加熱プレートとして成形された回転円形面が設けられ、その加熱プレート上に反応混合物が制御された流量で注がれる。反応混合物は、適当な温度および粘度の条件下、回転プレート上に広がり、大きな接触面を有する流体膜を形成する。上記面の回転数を調整して流体膜の厚さを制御できる。
【００４７】
上記傾斜プレートは熱を反応混合物に伝達して解重合反応を促進し、その結果、水、乳酸および低モル質量のオリゴマーの含量が低いラクチドに富んだ蒸気の流れが形成される。
【００４８】
分子シュレッダ（２００）の壁面は、まだ未反応のオリゴマーがリアクタ壁面を伝って流下する間に反応できるように、１９０℃〜２４０℃のプロセス温度に加熱することができる。プレートの典型的な回転数は、供給物の組成に応じて、３０ｒｐｍ〜３００ｒｐｍ、好ましくは３０ｒｐｍ〜７０ｒｐｍである。
【００４９】
分子シュレッダ（２００）は、熱交換および生成された蒸気の流出を促進するために、反応媒体が蒸気相と大きな接触面を有するように専用に設計されている。従って、反応は短い滞留時間で起こって、ラセミ化反応が防止され、高い光学純度のラクチドが得られる。
【００５０】
反応平衡を生成物側に移動させることで反応転化率を高めるために、すなわち、ラクチド生成量を増大させるために、生成された蒸気の流れ（Ｌ３）を凝縮器（Ｃ２）を通過させ、１００ｍｍＨｇより低い減圧下、好ましくは１０〜５０ｍｍＨｇの減圧下、リアクタから連続的に取り出す。（２００）における未反応混合物は、流れ（ＲＬ１）に沿って、貯蔵タンク（Ｒ１０）に再循環させることができる。このプロセス構成によって、供給損失を低減でき、プロセスの全収率を高めることもできる。
【００５１】
解重合ステップにおいて生成された蒸気の流れ（Ｌ３）は、その後、一連の凝縮器および容器に導かれる。該容器は、減圧下で撹拌されかつ規定温度に設定されたものである。この凝縮器および容器は、流れを少なくとも３つの留分に分離するよう促進するための等温フラッシュとして働く。この３つの留分は、本明細書において、重留分、中間留分および軽留分という。
【００５２】
重留分は、少なくとも２つの乳酸構成単位（直鎖二量体）を含む構造のオリゴマーを主に含み、当初の流れの２〜１０％（ｍ／ｍ）を構成する。
【００５３】
中間留分は、ラクチドに富んでおり、好ましくは当初の流れの７５〜９０％（ｍ／ｍ）から構成される。
【００５４】
軽留分は、水および乳酸を主に含み、当初の流れの２〜１５％（ｍ／ｍ）を構成する。
【００５５】
凝縮器および容器の温度は、印加される減圧度に従って調整される。このステップにおいては、１０〜１００ｍｍＨｇの減圧を行うことができる。よって、第１の凝縮器−容器の組（Ｒ１１、Ｃ２）の温度は１６０℃〜２４０℃に調整できる。その結果、重留分成分は凝縮するが、残りの留分は依然として蒸気の形態である。容器（Ｒ１１）の頂部にある分留塔（ＣＦ３）は、重留分の残留蒸気が次の凝縮器に導かれないようにし、これにより、分離効率が向上する。
【００５６】
重留分は、（Ｒ１１）から流れ（ＲＬ２）に沿ってシュレッダ（２００）に戻され再循環させることができる。
【００５７】
中間留分および軽留分は、流れ（Ｌ４）に沿って、温度が９０℃〜１６０℃の範囲に調整された容器−凝縮器の組（Ｒ２、Ｃ３）に導かれる。従って、ラクチドは容器（Ｒ２）内へと凝縮され、一方、軽留分は蒸気の形態のままである。容器（Ｒ２）の頂部にある分留塔（ＣＦ１２）は、ラクチドの残留蒸気が次の凝縮器（Ｃ１２）に導かれないようにする。
【００５８】
軽留分は凝縮器（Ｃ１２）に導かれるが、この凝縮器（Ｃ１２）は１０℃〜５０℃、好ましくは２０℃の温度にすることができ、軽留分は液体状に変化する。この軽留分は、流れ（ＲＬ３）に沿ってプロセスの開始点（Ｒ１）の酸の濃縮のステップに再循環させることができる。
【００５９】
容器（Ｒ２）内に回収されたラクチドは、約７０％〜９０％（ｍ／ｍ）の純度を有し得るが、この値は、高いモル質量のポリマーを得ることを目的とした重合プロセスに適したものではない。このため、（Ｒ２）の内容物は流れ（Ｌ５）に沿って撹拌容器（Ｒ３）に移送され、この撹拌容器（Ｒ３）内でエタノールと混合されて、再結晶化による精製プロセスに供される。エタノールは水和物の形態で濃度５０％〜９６％として使用できる。本発明において提案される再結晶化プロセスは、エタノールを用いるため環境に配慮したものと考えられる。この溶剤は低刺激性と考えられ、また、サトウキビ、コーン、ビート等の天然の再生可能資源由来のものである。
【００６０】
（Ｒ３）内の系は、可能な限り高比率のラクチドの溶解を促進するために、６０℃〜１００℃の範囲の一定温度に維持される。溶解後に、溶液をそのまま（Ｒ３）内において１０℃に冷却し、所定時間再結晶化させる。この所定時間は３０分〜１２時間の範囲とすることができる。
【００６１】
続いて、流体を、フィルタを備えたパイプラインによって容器（Ｒ３）から排出して、液体のみを通過させつつ、再結晶化した固体ラクチドを残渣として残留させる。使用するフィルタリング要素は、１マイクロメートル〜１ミリメートル、好ましくは１〜１０マイクロメートルの範囲の細孔を有するステンレス鋼製の篩またはメッシュの形態とすることができる。透過液体は、エタノール（主成分）と乳酸とラクチドと水との混合物である。
【００６２】
この混合物は、エタノール回収ステップに移送でき、再結晶化ラクチドは、アルコール分解反応を防止するために全体の緩やかな加熱を併用して、１００ｍｍＨｇより低い減圧下、乾燥させる。このステップにおいては所定の変化率の加熱（ｈｅａｔｉｎｇ  ｒａｍｐｓ）を行うことも可能であり、後続のステップで必要とされる純度に応じて、典型的には０．０５℃／分〜５℃／分の変化率の加熱を行うことができる。
【００６３】
このプロセスによって得られるラクチドの遊離酸含量は、１０ｍｅｑ／ｋｇ未満、好ましくは１ｍｅｑ／ｋｇ以下であり、従って、高いモル質量値を有するポリ乳酸を得るための重合プロセスに適している。
【００６４】
その後、精製されたラクチドは流れ（Ｌ６）に沿って予備重合ステップ（Ｒ４）に移送され、その予備重合ステップ（Ｒ４）において重合触媒が添加される。いくつかの種類の触媒、例えばスズ化合物およびチタン化合物など、好ましくはオクタン酸スズを用いることができる。反応媒体中の触媒量は、最終生成物であるポリラクチドのモル質量を制御する因子の一つである。一般的に、本発明の目的に有用な触媒量は、５〜５００ｐｐｍ、好ましくは２０〜６０ｐｐｍである。
【００６５】
この予備重合ステップにおいて、引き続いて、反応媒体を９０℃〜２００℃の温度に加熱する。予備重合時間は、低モル質量のポリラクチドを得るためには１０〜６０分の範囲とすることができる。
【００６６】
低モル質量のポリラクチドは、続いて、ギヤポンプ（Ｂ１）によって流れ（Ｌ７）に沿ってチューブ型リアクタ（静的ミキサー）（３００）に供給される。
【００６７】
上記チューブ型リアクタ（３００）の内部には、反応物質流れの均質化を促進する一連の静的ミキサーが備えられている。よって、壁面と反応物質の間の熱交換が改善され、適切な多分散度を有するポリラクチドが得られる。
【００６８】
ギヤポンプ（Ｂ１）は供給速度を十分に制御できるので、滞留時間の制御が改善され、より良好な規定値のポリラクチドを得ることができる。ギヤポンプ（Ｂ１）を使用することの別の利点は、より高い粘度の反応物質であっても機能可能であることである。
【００６９】
重合は、１６０℃〜２２０℃の範囲の温度でリアクタ（３００）内で起こる。反応時間は、温度および流量に応じて１〜３時間の範囲である。
【００７０】
以上述べたプロセスによって、５０，０００〜２００，０００ｇ／ｍｏｌのモル質量を有するポリラクチドの生成が可能であり、その反応転化率は７０％〜９５％である。
【００７１】
ポリラクチドは流れ（Ｌ８）に沿って揮発分除去器（４００）に移送され、その揮発分除去器（４００）において残留モノマーが除去される。
【００７２】
揮発分除去器は、１８０℃〜２００℃の一定温度に加熱される構成要素を備えた真空チャンバからなる。揮発分除去器の内部は西洋ナシ形状を有する。ポリラクチド物質はその西洋ナシ構造の表面上に均一に広がるように西洋ナシ構造へと注がれ、大きな表面積を有する膜を形成する。その結果、残留ラクチド蒸気は放散され、減圧作用（典型的には５０〜５００ｍｍＨｇ）によって、８０℃〜１２０℃の範囲の一定温度に加熱される凝縮器（Ｃ１１）に導かれる。得られたラクチドは高純度なものであり、そのまま予備重合ステップに移送できる。従って、プロセスの全収率が向上する。
【００７３】
揮発分除去されたポリラクチドは、西洋ナシ構造の壁面を伝って流下してチャンバの底部に流入するが、その底部には、横型押出し機（５００）が備えられている。この押出し機（５００）においてポリラクチド流体に対してコンフォーム押出を行ってから、造粒機（図示せず）に移送する。ポリマーの加工に通常用いる任意の加工添加剤、例えば、流動性向上剤、顔料、染料などを揮発分除去器の開口（図示せず）から添加して、押出し処理の間にポリマー物質中に分布させる。従って、ポリラクチドの劣化の原因となる付加的な加工ステップが避けられる。
【００７４】
以下、本発明を添付の図面を参照して説明するが、本発明の本質から逸脱することなく種々の改変および変更が可能であることは当業者には明らかであろう。
【００７５】
図１は、乳酸溶液からポリ乳酸を製造するためのプロセス全体のフローチャートを示す。この全フローチャートは全体として符号（１００）で示される。
【００７６】
このプロセスは、リアクタ（Ｒ１）における乳酸の重縮合反応により開始される。このリアクタ（Ｒ１）には、本明細書中で上述した条件に従って乳酸溶液が供給される。上記プロセスを行う最良の方法として分留塔（ＣＲ１）が表されているが、これは、分留塔（ＣＲ１）がリアクタ（Ｒ１）に連結していることで、乳酸蒸気を還流させることができるからである。蒸気の通路を増やし、乳酸と他の揮発物質との分離を改善するために、リアクタ（Ｒ１）の出口と凝縮器（ＣＳ１）の間に凝縮カラム（図示せず）を追加することができる。さらに、揮発性生成物が真空装置に移動しないように、凝縮器（ＣＳ１）をカラム（ＣＲ１）に連結できる。
【００７７】
その後、重縮合反応において生成されたオリゴマーは、重力、ポンプ駆動または圧力差のいずれかによって貯蔵タンク（Ｒ１０）に移送される。（Ｒ１０）においては、先の工程で得られたオリゴマーに解重合触媒が添加される。続いて、このオリゴマーと触媒の混合物は分子シュレッダ（２００）に供給され、そこで、解重合反応の後にラクチドが生成される。
【００７８】
この分子シュレッダ（２００）においては、３つの流れが生成され、その後、これらの流れは、凝縮器および容器の各組（Ｃ２）、（Ｒ１１）、（Ｃ３）、（Ｒ２）および（Ｃ１２）で分離される。重留分は、流れ（ＲＬ２）に沿ってシュレッダ（２００）に再循環させることができ、一方、中間留分（ラクチドに富んだ留分）および軽留分は、流れ（Ｌ４）に沿って容器（Ｒ２）に導かれる。
【００７９】
ラクチドに富んだ留分は、流れ（Ｌ５）に沿って（Ｒ２）から（Ｒ３）に移送され、一方、軽留分は、流れ（ＲＬ３）によってリアクタ（Ｒ１）に再循環させることができる。（Ｒ３）においては、ラクチドに富んだ留分がエタノールと混合されて、再結晶化プロセスに供される。ラクチドを再結晶化させ、回収ユニットに送られる液相を除去した後、固体を溶融し、予備重合リアクタ（Ｒ４）に移送する。予備重合リアクタ（Ｒ４）において重合触媒を添加し、混合物をチューブ型リアクタ（３００）に供給する。
【００８０】
続いて、反応生成物を揮発分除去器（４００）に供給する。揮発分除去器（４００）では、得られた高いモル質量のポリ乳酸の未反応モノマーを分離する。得られたポリマーは（４００）から取り出され、押出し機（５００）に供給された後、造粒機（図示せず）に供給される。単軸押出し機（５００）は、市販のポリマー樹脂輸送用装置であるが、これに限定されない。
【００８１】
図２は、本明細書中で上述したように、解重合リアクタ（２００）の詳細図を示す。リアクタ（２００）はステンレス鋼製であるが、これに限定されない。リアクタ（２００）は、供給口（２０２）を有する本体（２０１）を有し、その供給口（２０２）は、ラクチドと触媒の混合物が供給される回転プレートの面に対して９０°の角度の位置に配置されている。
【００８２】
このように、リアクタ（２００）の本体（２０１）の内部には、回転プレート（２０３）が設けられている。プロセスの流量を制御することで、規定の回転数で円運動する上記回転プレート上に混合物が滴下される。回転プレート（２０３）は、供給口（２０２）の方向で供給管（２１５）に対して垂直になるように配置され、リアクタ（２００）のベースの方向で軸（２１４）に連結している。
【００８３】
軸（２１４）が貫通し、かつ、未反応オリゴマー用流出口（２０８）が設けられたベース（２１９）上にリアクタ（２００）の本体（２０１）が支持される。
【００８４】
解重合リアクタ（２００）の本体（２０１）は、上記方法に適するよう回転を起こしかつ制御するために、一対の滑車（２２１）および（２２２）とベルト（２０９）とを介して電気エンジン（２０４）に連結している。電気エンジン（２０４）は、軸（２１０）を介してリアクタ本体（２０１）に取り付けられ、その軸（２１０）は、冷却水の流出口（２０６）および流入口（２０７）を備えた支持部（２２０）に連結している。この支持部（２２０）はベース（２１９）に対して並置される。電気エンジン（２０４）は、軸（２１０）にも連結しているベース（２１１）上に支持される。軸（２１４）は、回転プレート（２０３）のベースから下向きに垂直に延び、ベース（２１９）と支持部（２２０）と滑車（２２２）とを貫通しており、上記軸（２１４）の底部にはオイルの流入口（２１３）および流出口（２１２）が設けられている。
【００８５】
リアクタ（２００）の回転軸（２１４）と回転プレート（２０３）の組合せは、流入口（２１３）から導入される加熱オイルの循環装置によって加熱される。リアクタ（２００）の壁面は、リアクタ（２００）システム全体が上記方法における所要の温度に維持されるように電気抵抗ヒータ（図示せず）により加熱される。
【００８６】
粘性流体が可動プレート（２０３）に達すると、粘性流体は上記プレート上に放射状に広がって、上記プレートの表面上に流体膜を形成する。この流体膜の形成によって、流体は蒸気相に対して大きな接触面を有することになる。蒸気相は、リアクタ（２００）の本体（２０１）の頂部に垂直に配置された流出口（２１８）を通して取り出される。
【００８７】
システムの内部圧力は、リアクタ（２００）の本体（２０１）の上部に装着された圧力計（２１６）によって監視される。
【００８８】
プロセス制御が容易に行えるように、かつ、リアクタ（２００）を開放することなくユニット内を容易に検査できるように、リアクタ（２００）の本体（２０１）の上部にランプ（２１７）も装着される。
【００８９】
図３Ａは、高いモル質量のポリ乳酸を得るのに使用されるチューブ型重合リアクタ（３００）の断面図を示す。
【００９０】
チューブ型リアクタ（３００）はステンレス鋼製（但しこれに限定されない）であり、２〜１０、好ましくは３〜４のＬ／Ｄ（長さ／直径）比を有する。本明細書において、このチューブ型リアクタを重合用の低流量静的ミキサーともいう。
【００９１】
出願人らは、静的ミキサーの技術が市場において十分に確立されており、その目的に応じて様々な形状を採用できることに注目している。だが、重合プロセス、特にラクチド重合におけるこのタイプの要素の使用は従前の研究には報告されておらず、該使用は既存のプロセスの改善と考えられる。なぜなら、該使用によって、反応媒体に対して高い均質性が保証され、従って、従来法よりも狭いポリマーモル質量分布が低エネルギーコストで得られるからである。
【００９２】
チューブ型リアクタ（３００）は、頂部に流入口（３０２）、底部に生成物の流出口（３０３）が設けられた細長い本体（３０１）からなる。本体（３０１）の外部には、リアクタの内部から外部環境への熱伝達率を高めるために波形構造（３０４）が設けられており、リアクタ（３００）の内部には混合要素（３０５）が備えられている。リアクタの片側の上部には冷却水の流入口（３０８）があり、その反対側の底部には冷却水の流出口（３０９）がある。リアクタの別の片側の頂部には熱オイルの流出口（３０７）があり、その反対側の底部には熱オイルの流入口（３０６）がある。
【００９３】
本発明で使用される静的ミキサー（３００）は、歪んだ長方形状の混合要素（３０５）が連なったものに基づいている。リアクタ（３００）に沿って連続的に配置された要素（３０５）は、流れが先行要素から９０°の位置の次の要素に達したときに、流れを半径方向に２分割することで、流れを２つの部分に繰り返し分割する役目を担う。原理上、リアクタ（３００）には１６個の要素（３０５）が備えられているが、これに限定されない。分割および混合のプロセスは、流れが第８要素において当初の配置に戻るまで繰り返され、続いて、残りの８個の要素におけるプロセスが再スタートする。
【００９４】
反応温度は、適当な範囲内に維持されるように、リアクタ（３００）の外部空洞内を循環する熱オイルの流れ（３０６、３０７）と冷却水の流れ（３０８、３０９）とによって制御される。
【００９５】
より高い収率を確保するために、図３Ｂに示すように、複数個の上記チューブ型リアクタを並列に配置できる。図３Ｃは、製造量が１００ｋｇ／ｈを超える製造用に７個のリアクタを並列に連結した配置を示す。
【００９６】
図４は、ポリマー物質中に存在するチューブ型リアクタ（３００）の未反応のモノマーを分離するために用いられる残留モノマーの揮発分除去器（４００）の断面図を示す。揮発分除去器（４００）は３１６Ｌステンレス鋼製であるが、これに限定されない。
【００９７】
揮発分除去器（４００）は、金属製の西洋ナシ形構造（４０２）が内部に充填された細長い本体（４０１）を含む。上記構造（４０２）はその一部が揮発分除去器（４００）の本体（４０１）内に位置し、かつ、円筒状に下向きに垂直に延びて電気加熱装置（４０４）を収容する。また、揮発分除去器（４００）の頂部は、その内部で揮発分除去される材料を導入するための流入口（４０３）と、圧力測定用の圧力計（４０６）と、蒸気の流れ用の流出口（４０７）とを収容する。
【００９８】
ポリ乳酸および未反応の残留モノマーを主に含む供給流れは、垂直の供給開口（４０３）から、加熱された西洋ナシ形構造（４０２）上に供給される。ポリマー物質温度が良好に読み取れるように揮発分除去器（４００）の底部に半径方向に配置された２つの温度計（４０５）によってプロセス温度が監視される。流れが西洋ナシ形構造（４０２）に接触すると、その流れは上記構造の表面上に広がり、液相と蒸気相の間の接触面積が大きい流体膜を形成することとなる。蒸気の流れは、揮発分除去器（４００）の頂部に位置する開口（４０７）から取り出される。
【００９９】
ポリマー膜は、重力により揮発分除去器（４００）の底部に流下し、そこで、適切な支持体（４１０）上に適当に支持された電気エンジン（４０９）により駆動される輸送スクリュー（４０８）を備えたパイプラインに流入する。輸送スクリュー（４０８）は市販されており、発明者らは、半溶融ポリマー物質の輸送用に適当であると考えている。続いて、ポリ乳酸は、（４０８）により輸送され、高いモル質量値を有する高純度物質として（４１１）において取り出される。ポリマーは、押出し機（５００）によって輸送されてマトリックスとされ、これが「ヌードル」状とされ、続いて造粒される。
【実施例】
【０１００】
本発明を以下に示す実施例によって例示するが、この実施例は本発明の範囲を限定するものではない。
【０１０１】
実施例１
本実施例はオリゴマー化プロセスを示す。
【０１０２】
オリゴマー化は、上述の典型的な装置において、リアクタ（Ｒ１）内で減圧下、機械的に撹拌しながら行われる。システムに３Ｌの８５％乳酸水溶液を供給する。１０ｍｍＨｇの減圧を行い、温度を約１０℃／分の上昇速度で、約１６０℃で安定化するまで徐々に昇温し、その温度にシステムを合計４時間維持する。溶液および反応水は蒸留して回収瓶内に回収するが、オリゴマーは乳酸供給リアクタ内に残留する。この結果、オリゴマーは、約８００ｇ／ｍｏｌのモル質量（ゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定）を有する粘性液体として得られる。
【０１０３】
実施例２
本実施例は解重合を示す。
【０１０４】
解重合プロセスは、添付の図面に示すリアクタ（２００）などのオリゴマー断片化用装置において行われる。このシステムには、ラクチドがパイプライン内で昇華するのを防止するために、加熱された短いカラムと凝縮器が備えられていた。このシステムに６２５ｇのオリゴマーと５００ｐｐｍのＳｎＯ（酸化スズ）触媒を仕込む。１０ｍｍＨｇの減圧を行い、システムを２２０℃に加熱して、この状態をプロセスを通して維持する。回収瓶内に得られた粗ラクチドは僅かに黄色がかった結晶固体であった。
【０１０５】
実施例３
本実施例はラクチドの精製を示す。
【０１０６】
９３％エタノールを２７１．２７ｇの粗ラクチドに添加する。このシステムに導入される溶剤の質量は、解重合反応において生成されたラクチドの質量と等しい。結晶固体が完全に溶解するまで混合物を約６５℃に加熱し、それを冷凍庫（−２４℃）に入れて１晩放置する。続いて、形成された結晶性の高い固体をろ過し、最後に、溶剤を確実に完全除去するために２４時間、１ｍｍＨｇの減圧下に置く。再結晶化操作を繰り返し、遊離酸含量を表１に示すように電位差滴定によって監視する。
【０１０７】
【表１】
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【０１０８】
粗ラクチドの遊離酸含量は１８６２ｍｅｑ／ｋｇであるが、これが第１回再結晶化により８３ｍｅｑ／ｋｇに低下し、さらに第２回再結晶化により５ｍｅｑ／ｋｇに低下する。この値はすでに、高いモル質量のポリマーを得るための重合が可能な値であり、第３回目の再結晶化が不要であることを意味している。
【０１０９】
実施例４
本実施例は重合を示す。
【０１１０】
ラクチドの重合は、適切なリアクタ内で機械的に撹拌しかつ温度を制御しながら乾燥窒素ガス雰囲気下で行われる。１４８．７２ｇの高純度（＞９８％）ラクチドと２８１ｐｐｍのオクタン酸スズ触媒を供給する。混合物を完全に溶融および均質化するためにシステムを１１０℃に１０分間加熱する。続いて、システムを１８０℃に加熱し、３時間維持する。サンプルを分析して、転化率およびモル質量を測定する。転化率は赤外分光法（ＦＴＩＲ）によって、モル質量はゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）によって測定する。反応転化率は９３％であり、得られたポリラクチドのモル質量は１８２，０００ｇ／ｍｏｌである。
【０１１１】
実施例５
本実施例は、ポリマーのモル質量に及ぼす重合時間の影響を示す。
【０１１２】
約５ｇの高純度（＞９８％）ラクチドをＳｃｈｌｅｎｋ型フラスコに加える。温度１８０℃で乾燥Ｎ２（ガス）雰囲気下、５６２ｐｐｍのオクタン酸スズ触媒を用い、磁気撹拌しながら反応を行う。様々な時間範囲でフラスコから取り出して冷却する。得られたポリラクチドのサンプルについてその収率を測定し、ＧＰＣ分析する。
【０１１３】
様々な重合時間におけるＰＬＡの収率およびモル質量の結果を表２と、図表として図５および図６に示す。
【０１１４】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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