(57)【要約】  触媒と、触媒キラー化合物又はエンドキャッピング添加剤のいずれかを使用して開環重合を行いＭＷが１０，０００ｇ／ｍｏｌよりも大きい未処理ポリ乳酸を得るステップ、この未処理ポリ乳酸からラクチド及び不純物を含む低沸点化合物を気相流としてのこの低沸点化合物の脱揮発分により除去分離することによって未処理ポリ乳酸を精製するステップ、このラクチドを脱揮発分から精製し、不純物を蒸発した低沸点化合物の気相流から、この気相からの逆昇華による結晶化を用いて除去するステップを含み、このラクチドは精製され、除去された不純物は、触媒残留物と、少なくとも１個のヒドロキシル基を含有する化合物とを含み、精製されたラクチドが後で開環重合に送り返されることによって重合するようになされている。本発明は、この方法を実施する装置にも関する。
2014511149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ乳酸を調製する方法であって、該方法が、
（ｉ）触媒と、触媒キラー化合物又はエンドキャッピング添加剤のいずれかとを使用して開環重合を行って、ＭＷが１０，０００ｇ／ｍｏｌよりも大きい未処理ポリ乳酸を得るステップと、
（ｉｉ）前記未処理ポリ乳酸から、ラクチド及び不純物を含む低沸点化合物を気相流として前記低沸点化合物を脱揮発分することにより除去及び分離することによって、前記未処理ポリ乳酸を精製するステップと、
（ｉｉｉ）前記ラクチドを前記脱揮発分から精製し、前記不純物を、蒸発した低沸点化合物の気相流から、気相からの逆昇華による結晶化を用いて除去するステップと
を含み、
前記ラクチドは精製され、前記除去された不純物は、触媒残留物と、少なくとも１個のヒドロキシル基を含有する化合物とを含み、前記精製されたラクチドが後に開環重合に送り返されることによって重合するようになされる、
ポリ乳酸を調製する方法。
【請求項２】
前記逆昇華を冷却面上で生じさせる、請求項１に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項３】
前記結晶化のための装置、及び前記脱揮発分のための装置を、実質的に同じ真空条件下で動作させる、請求項１又は請求項２に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項４】
前記逆昇華及び前記結晶化を同じ装置内で行う、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項５】
前記結晶化のための前記装置に不活性ガスを流さない、請求項３又は請求項４に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項６】
前記脱揮発分からの前記蒸発気相流が、ラクチドを少なくとも３０％、好ましくは少なくとも６０％、最も好ましくは少なくとも９０％含有する、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項７】
前記ラクチドを、最初に発汗ステップに、続いて溶融ステップに供し、その後、開環重合に送り返す、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項８】
前記脱揮発分を、２０ｍｂａｒ未満、好ましくは１０ｍｂａｒ未満、特に好ましくは５ｍｂａｒ未満のラクチド分圧下で行う、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項９】
前記除去された不純物が、有機金属化合物又はカルボン酸のいずれかを含む、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項１０】
前記結晶化からのパージ流の少なくとも一部が、精製されたラクチドの生成工程において、未処理ラクチドの精製ステップ、プレポリマー化及びダイマー化ステップ、又は溶媒除去ステップに再利用される、請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項１１】
前記発汗ステップからの液体を、前記ラクチドを回収するために、収集し再結晶させる、請求項７から請求項１０までのいずれか一項に記載されたポリ乳酸を調製する方法。
【請求項１２】
請求項１に記載されたポリ乳酸を調製する方法を実施する装置であって、該装置が、
未処理ポリ乳酸が得られるように開環重合を行うための重合反応器と、
ラクチド及び不純物を含む低沸点化合物を、未処理ポリ乳酸から分離するための脱揮発分装置と、
同じ結晶化装置内での逆昇華及び結晶化により、ラクチドを精製し且つ不純物を除去するための結晶化装置と
を含む、装置。
【請求項１３】
前記結晶化装置と前記脱揮発分装置との間には、絞り手段又は真空ポンプが配置されていない、請求項１２に記載された装置。
【請求項１４】
熱交換器が、前記脱揮発分装置と前記結晶化装置との間に配置されている、請求項１２から請求項１３までのいずれか一項に記載された装置。
【請求項１５】
前記結晶化装置が、ガス流を凝固させるための熱交換面を有する、請求項１２から請求項１４までのいずれか一項に記載された装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリヒドロキシカルボン酸の製造方法に関するものである。詳細には、未処理ポリ乳酸の精製から生じる副流からのラクチドの再利用と、この精製から結果的に得られたラクチドの再利用とによって、最終生成物に関して収量が増加するポリ乳酸の製造方法に係る。さらに本発明は、ポリ乳酸を製造する方法を実施する装置にも関する。本発明は、α−ヒドロキシカルボン酸の蒸気状生分解性分子間環状ジエステルの溶融層結晶化方法にも係るものである。
【背景技術】
【０００２】
後に続く文章においてＰＬＡとも呼ばれるポリ乳酸は、乳酸から合成される生分解性ポリマーである。そのようなポリマーの特定の利点は、生体適合性である。生体適合性という用語は、環境におけるどの生き物に対しても、非常に限られた悪影響しか及ぼさないことを意味する。その他の利点は、ポリラクチドポリマーが、例えばデンプン、例えばサトウキビやテンサイなどに由来するその他の糖などの、全体的に再生可能な原材料から誘導されることである。
【０００３】
ポリラクチドポリマーは、既に２０世紀中頃から、徐々に商用化されてきた。しかし、制約を受けるモノマーの利用可能性及び製造コストの高さに主に起因して、その当初の用途は主に、外科移植又は手術縫合などの医療部門にあり、例えば爪、ネジ、縫製材料、又は骨折用の強化材料にあった。ＰＬＡの興味深い性質は、体内でのポリラクチドポリマーの分解であり、いかなる移植片も除去するための２回目の外科治療が不要になる。さらにＰＬＡは、薬物の制御された定量吐出のために、徐放性カプセルで使用できる。
【０００４】
ここ数十年、生成方法の改善と共に、原油価格の上昇及び環境意識の向上が原因となって、ポリラクチドポリマーの作製は、一軸又は二軸延伸フィルムなどの硬質の包装並びに柔軟な箔として共に、特に食材の包装に関してより興味深いものになった。その他の適用例は、例えば衣類、椅子張り、又は絨毯に使用される織物用の繊維である。さらに、押出し製品、例えば使い捨て洋食器類若しくは容器、事務用品、又は衛生用品がある。ポリラクチドポリマーは、複合材料が形成されるようにその他の材料と組み合わせることもできる。
【０００５】
現在、ＰＬＡを製造するための２つの生成方法が知られている。
これら生成方法の第１は、ＪＰ７３３８６１又はＪＰ５９９６１２３に記載されるように、乳酸からポリ乳酸への直接重縮合を含む。重縮合反応を行うために、乳酸の他に溶媒を使用する。さらに、高分子量のポリラクチドポリマーの形成を可能にするために、重縮合プロセスの全体を通して連続的に水を排出しなければならない。これら全ての理由により、この方法は商用化されてこなかった。
【０００６】
商用ＰＬＡ製造のために確立された方法は、ラクチドからポリ乳酸に至る後続の開環重合を開始するのに、中間生成物であるラクチドを使用する。この方法に対するいくつかの変形例が、例えばＵＳ５１４２０２３、ＵＳ４０５７５３７、ＵＳ５５２１２７８、ＥＰ２６１５７２、ＪＰ５６４６８８Ｂ、ＪＰ２８２２９０６、ＥＰ０３２４２４５、ＷＯ２００９１２１８３０に開示されている。これらの文献に記載される方法は、以下の主なステップを共通して有する。第１のステップでは、未処理材料、例えばデンプン又は、例えばサトウキビ若しくはテンサイ、トウモロコシ、小麦から抽出したその他の糖を処理し、第２のステップでは、乳酸を得るのに適切な細菌を使用した発酵を行い、第３のステップでは、溶媒（典型的には水）を混合物から除去して、後続のステップで溶媒の悪影響を防止する。第４のステップでは、乳酸を、触媒作用によりダイマー化して、未処理ラクチドを形成する。典型的には、乳酸から低分子量ポリ乳酸へのプレポリマー化と、未処理ラクチドを形成する後続の解重合とを含む、任意選択の中間ステップを行う。第５のステップは、異物を除去するためのラクチドの精製を含み、これは重合に負の影響を及ぼす可能性があり且つ最終生成物の着色並びに臭気に関与する可能性がある。分離は、蒸留によって又は結晶化によって行うことができる。第６のステップでは、高分子量の未処理ポリ乳酸を得るための、開環重合が得られる。モル質量は、ＵＳ６１８７９０１によれば約２００００〜５０００００ｇ／ｍｏｌである。任意選択で、共重合化合物を、開環重合中に添加することができる。第７のステップでは、未処理ポリ乳酸を精製して、精製されたポリ乳酸を得る。この段階では低沸点化合物が除去され、そのためポリマーの安定性が低下する可能性があり、且つ溶融ポリマーの粘度又はレオロジー特性などの後続のプラスチック製造のパラメータに負の影響を及ぼす可能性があり、したがって最終生成物の着色及び望ましくない臭気に関与する可能性がある。ＵＳ５８８０２５４によれば、未処理ポリ乳酸を凝固させて顆粒状物質を形成してもよく、これを例えば流動床中で、調整された不活性ガス流に接触させる。未処理ポリ乳酸の最低沸点化合物は、不活性ガスによって運び去られる。さらに別の方法がＵＳ６１８７９０１に記載されている。この方法によれば、液体の未処理ポリ乳酸を複数のノズルにより噴霧して、複数の液糸が形成されるようにする。不活性ガスは液糸の周りを通過し、ラクチドが高温の不活性ガス流中に蒸発する。低沸点化合物の流れは、典型的にはジラクチドを５重量％まで含有する。
【０００７】
乳酸は、２種の鏡像異性体、Ｌ−乳酸及びＤ−乳酸を有する。化学的に合成された乳酸は、鏡像異性体のそれぞれを５０％として、ラセミ混合物中にＬ−ラクチド及びＤ−ラクチドを含有する。しかし、Ｌ−乳酸又はＤ−乳酸を選択的に得るのに適切な微生物培養物を使用することによって、発酵プロセスがより選択可能になる。
【０００８】
乳酸のダイマー化により生成されるラクチド分子は、３つの異なる形態、すなわちＬ−ラクチドとも呼ばれるＬ−Ｌ−ラクチド、Ｄ−ラクチドとも呼ばれるＤ−Ｄ−ラクチド、及びメソ−ラクチドと呼ばれるＬ，Ｄ−ラクチド（又はＤ，Ｌラクチド）として現れる。Ｌ−ラクチド及びＤ−ラクチドは任意選択で活性であり、それに対してメソ−ラクチドは活性ではない。未処理ラクチドを精製するための精製ステップは、典型的には、Ｌ−ラクチドに富む流れとＤ−ラクチドに富む流れとメソ−ラクチドに富むさらなる流れとの分離を含み、これらの流れのそれぞれは、別々に精製することができる。３つのラクチド形態の少なくとも２つをブレンドすることにより、ポリ乳酸により形成されたポリマーの機械的性質及び融点は、影響を受ける可能性がある。例えば、適切な量の、一方の鏡像異性体と他方の鏡像異性体とを混合することにより、ポリマーの結晶化速度が低下し、そのため製造されたプラスチック塊は、速すぎる凝固により妨げられることなく発泡が可能になる。
【０００９】
ポリ乳酸プロセスの収量を増大させ且つポリ乳酸の製造コストを削減する試みがなされてきた。
【００１０】
ＵＳ５１４２０２３は、未処理ラクチドの精製ステップの低沸点化合物のガス流が、ラクチド反応器内に少なくとも部分的に送り返されることを教示する。重質残留物がラクチド反応器内で形成され、これを反応器自体に部分的に戻すようバイパスすることができ、又は発酵後に乳酸から溶媒を分離するために分離デバイスに送り返すことができる。
【００１１】
ＵＳ７４８８７８３は、未処理ラクチドが結晶化して、精製されたラクチドを形成することを教示する。第２の結晶化ステップは、第１の結晶化ステップの残留物に対して行われ、そこからラクチドを分離する。このラクチドは、第１の結晶化ステップ又はこの方法による先のプロセス・ステップの１つに送り返される。
【００１２】
ＵＳ５５２１２７８は、未処理ラクチドが結晶化されることを教示する。残留物の流れを蒸発させ、選択的に凝縮させ、この方法による先のプロセス・ステップの１つに戻すようリサイクルさせる。
【００１３】
ＪＰ２８２２９０６は、気状の未処理ラクチド流を、純粋なラクチドに凝固することを開示する。凝固していない残留物は、ラクチド反応器内に戻すようリサイクルさせる。
【００１４】
ＪＰ１０１０１７７７は、気体の未処理ラクチド流が、冷却不活性ガス流によって部分的に凝固され、純粋なラクチドが形成されることを開示する。残留物を、ラクチド反応器に送り返す。この未処理ラクチド流は、直接重縮合反応から生じる。この未処理ラクチドは気体である。前記重縮合反応により発生した未処理ラクチド流を、ラクチドが結晶化する温度まで、自己清浄化機能を備えた結晶化フローイング・バック設備で冷却する。この結晶化フローイング・バック設備は、シリンダ内に配置された２つのスクリュを回転させるための回転駆動手段を有し、回転スクリュは噛合い歯車と共に配置される。シリンダは、シリンダ壁の内部に配置された冷却ジャケット内を循環する冷媒によって、ラクチド及び乳酸の低分子量化合物の一部が結晶化する温度まで冷却され、２つのスクリュによりベント口に向かって搬送され、このベント口からバッチ・プロセス重縮合反応器に戻すように流動する。結晶化は、溶媒を使用することにより行われる。そのような溶媒、例えば水は、溶融体の粘度を低下させるのに使用され、それが物質移動を改善すると考えられる。したがって低融点化合物は、高融点化合物からより容易に分離され、結晶化装置の結晶化面に結晶画分を形成する。したがって結晶の汚染は、溶融体の粘度が低下した場合に低減すると考えられる。ＪＰ１０１０１７７７に開示される発明の目的は、溶媒を除去することである。
【００１５】
これらの記述された方法のいずれも、未処理ラクチドの精製からの、部分流のリサイクルに関する。これらの方法のいずれも、方法の収量を増加させる働きをするが、未処理ポリ乳酸中に依然存在するラクチドを、５％までの率でリサイクルできるかどうかは開示していない。
【００１６】
文献ＵＳ６１８７９０１は、ポリラクチドからラクチドを除去し、ラクチドをラクチド含有ガスから回収するための方法に関する。未処理ポリ乳酸を、噴霧ノズルを用いて、高温不活性ガスを含有する空間内に噴霧する。それによって細いスレッドが形成される。これらのスレッドは、重力下及び層流条件下で落下する。それによってポリマー溶融体は、表面部分よりもスレッドの内部に、より迅速に流入する。それによって、十分細いスレッドの内部に流入するポリマー溶融体は、それが下向き経路にある間にラクチドを蒸発させるための新しい材料移動面を形成する。ラクチドは部分的に蒸発し、不活性ガス内に収集され、そこから、急速冷却により結晶化チャンバ内で結晶化する。得られた結晶を、サイクロン又はフィルタ・デバイス内に分離し、重合反応器内にリサイクルさせる。ポリ乳酸中のラクチドの量は、このプロセス・ステップによって１％まで削減することができる。しかし、ラクチドのリサイクルには不活性ガス流が必要であり、この不活性ガス流は、廃棄物流として排出する前に清浄化しなければならない。
【００１７】
文献ＵＳ５８８０２５４は、ポリ乳酸を生成するための方法を開示する。未処理ポリ乳酸を、顆粒状物質の形に結晶化させる。顆粒状物質を、この顆粒状物質を通過する高温不活性ガス流に曝し、流動床を形成する。顆粒状物質に含有されるラクチドは蒸発し、不活性ガス流により運び去られ、重合反応器内に送り返される。精製されたポリ乳酸は、ジラクチドを依然として約１％含有する。
【００１８】
ＵＳ６１８７９０１又はＵＳ５８８０２５４の方法のそれぞれは、ポリ乳酸の精製のためコストが増加するという結果を招く追加の設備が必要な、リサイクルのため処理しなければならない不活性ガスを必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平０７−３３８６１号公報
【特許文献２】特開昭５９−９６１２３号公報
【特許文献３】米国特許第５１４２０２３号明細書
【特許文献４】米国特許第４０５７５３７号明細書
【特許文献５】米国特許第５５２１２７８号明細書
【特許文献６】欧州特許第２６１５７２号明細書
【特許文献７】特開昭５６−４６８８号公報ＪＰ
【特許文献８】特許第２８２２９０６号明細書
【特許文献９】欧州特許第０３２４２４５号明細書
【特許文献１０】国際公開第２００９/１２１８３０号
【特許文献１１】米国特許第６１８７９０１号明細書
【特許文献１２】米国特許第５８８０２５４号明細書
【特許文献１３】米国特許第７４８８７８３号明細書
【特許文献１４】特開平１０−１０１７７７号公報
【特許文献１５】米国特許第３６２１６６４号明細書
【特許文献１６】欧州特許出願公開第０７２８５０８号明細書
【特許文献１７】欧州特許第１０９２４５９号明細書
【特許文献１８】欧州特許第０８９１７９８号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，７１９，９５４号明細書
【特許文献２０】欧州特許出願公開第１２４５９５１号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，２４１，９５４号明細書
【特許文献２２】米国特許第６，４６７，３０５号明細書
【特許文献２３】米国特許第７，１７９，４３５号明細書
【特許文献２４】米国特許出願公開第２０１０/０９９８９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、上記の方法の欠点を持たないポリ乳酸を調製するための、改善された方法を提供することであり、他の目的は、ＵＳ６１８７９０１又はＵＳ５８８０２５４による方法に比べ、不活性ガスの処理に必要な設備を減少させること及び収量を増加させることである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明によれば、第１の目的は、触媒と、触媒キラー化合物又はエンドキャッピング添加剤のいずれかとを使用して開環重合を行って、ＭＷが１０，０００ｇ／ｍｏｌよりも大きい未処理ポリ乳酸を得るステップ、この未処理ポリ乳酸から、ラクチド及び不純物を含む低沸点化合物を、気相流として、この低沸点化合物の脱揮発分により除去し分離することによって、未処理ポリ乳酸を精製するステップ、並びにこのラクチドを脱揮発分から精製し、不純物を、蒸発した低沸点化合物の気相流から、気相の逆昇華による結晶化を用いて除去するステップを含み、このラクチドは精製され、除去された不純物は、触媒残留物と、少なくとも１個のヒドロキシル基を含有する化合物とを含み、精製されたラクチドが後に開環重合に送り返されることによって重合するようになされている、ポリ乳酸を調製する方法によって達成される。
【００２２】
他の目的は、未処理ポリ乳酸が得られるように開環重合を行うための重合反応器と、ラクチド及び不純物を含む低沸点化合物を、未処理ポリ乳酸から分離するための脱揮発分装置と、同じ結晶化装置内での逆昇華及び結晶化により、ラクチドを精製し且つ不純物を除去するための結晶化装置とを含む、上記方法を実施する装置によって達成される。
【００２３】
この方法の好ましい具体例では、逆昇華が冷却面で生じる。この方法の別の好ましい具体例では、結晶化のための装置及び脱揮発分のための装置は、実質的に同じ真空条件下で動作される。さらに別の好ましい具体例では、逆昇華及び結晶化が同じ装置で行われる。さらになお別の好ましい具体例では、結晶化のための装置には不活性ガス流がながされない。さらになお別の好ましい具体例では、脱揮発分からの蒸発気相流は、ラクチドを少なくとも３０％、好ましくは少なくとも６０％、最も好ましくは少なくとも９０％含有する。さらになお別の好ましい具体例では、ラクチドは最初に発汗ステップに、続いて溶融ステップに供され、その後、開環重合に送り返される。さらになお別の好ましい具体例では、脱揮発分は、２０ｍｂａｒ未満、好ましくは１０ｍｂａｒ未満、特に好ましくは５ｍｂａｒ未満のラクチド分圧下で作用する。さらになお別の好ましい具体例では、除去された不純物が、有機金属化合物又はカルボン酸のどちらかを含む。さらになお別の好ましい具体例では、結晶化からのパージ流の少なくとも一部が、精製されたラクチドの生成において、未処理ラクチドの精製ステップ、プレポリマー化及びダイマー化ステップ、又は溶媒除去ステップにリサイクルされる。さらになお別の好ましい具体例では、発汗ステップからの液体を、ラクチドを回収するために、収集し再結晶させる。
【００２４】
本発明の装置の好ましい具体例では、結晶化装置と脱揮発分装置との間に絞り手段又は真空ポンプが配置されていない。別の好ましい実施例では、熱交換器が、脱揮発分装置と結晶化装置との間に配置される。さらに別の好ましい実施例では、結晶化装置は、ガス流を凝固させるための熱交換面を有する。
【００２５】
本発明の目的は、結晶化によって、ラクチドのような重合性モノマー又はオリゴマーを精製することを含む方法であり、その第１のステップでは、１００００ｇ／ｍｏｌよりも大きい高分子量の未処理ポリ乳酸を得るための開環重合が行われ、第２のステップでは、未処理ポリ乳酸が精製され、精製されたポリ乳酸が得られることにより、この第２のステップ中に、低沸点化合物が除去され、未処理ポリ乳酸からの低沸点化合物の分離が脱揮発分によって実現され、第３のステップでは、ラクチドがリサイクルされ、不純物は、第２のステップの蒸発気相流から、この気相からの結晶化又は凝固を用いて除去される。第３のステップ中、不純物は、精製されたラクチドを、第２のステップの開環重合に再度添加することができるように除去される。そのような不純物は、着色及び臭気発生化合物又は任意の添加剤副生成物、例えば水、触媒残留物、例えば有機金属化合物、反応副生成物、少なくとも１個のヒドロキシル基（−ＯＨ）を含有する化合物、酸性化合物、例えばカルボン酸、触媒キラー化合物、若しくはエンドキャッピング添加剤などを含むことができる。
【００２６】
有利には、未処理ポリ乳酸の分子量が少なくとも１００００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは少なくとも１５０００ｇ／ｍｏｌ、特に好ましくは少なくとも２００００ｇ／ｍｏｌである。任意選択で、グリコラクチドコポリマー、ポリグリコール酸又はポリグリコリド酸（ＰＧＡ）、ブロックコポリマー、ポリスチレン、１，４−ポリブタジエン、シンジオタクチックポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）のスチレン−ブタジエン−メタクリレート（ＳＢＭ）コポリマー、中心ブロックがポリブチルアクリレートでありその周りをポリメチルメタクリレートの２個のブロックが取り囲んでいるトリブロックコポリマー、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリカプロラクタム、ポリカプロラクトン、ポリヒドロキシブチレートの群の少なくとも１種など、その他の重合性モノマー又はオリゴマーを含むことができる。
【００２７】
乳酸又はラクチドの共重合に関する典型的なコモノマーは、グリコール酸又はグリコリド（ＧＡ）、エチレングリコール（ＥＧ）、エチレンオキシド（ＥＯ）、プロピレンオキシド（ＰＯ）、（Ｒ）−β−ブチロラクトン（ＢＬ）、δ−バレロラクトン（ＶＬ）、ε−カプロラクトン、１，５−ドキセパン−２−オン（ＤＸＯ）、トリメチレンカーボネート（ＴＭＣ）、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド（ＮＩＰＡＡｍ）である。
未処理ポリ乳酸は、さらなる不純物を含有していてもよい。
【００２８】
重合の終わりに、モノマーとポリマーとの間で温度依存性平衡に到達し、それによって未処理ポリ乳酸は、未反応のラクチドを約５重量％含有する。モノマー含有量は、ポリマーをさらに処理するのに必要なポリマーの機械的、化学的、レオロジー、及び熱的性質を得るために、０．５重量％未満に削減しなければならない。
【００２９】
脱揮発分から離れて蒸発気相流を凝縮することができ、それによって凝縮流が得られる。蒸発気相流は、ラクチドを少なくとも３０重量％含有する。不純物は、少量でのみ存在すべきであり、したがって水は、最大でも１０ｐｐｍ、好ましくは５ｐｐｍ、特に好ましくは０．５ｐｐｍ未満であるべきである。蒸発気相流中の任意の乳酸は、１００ｍｍｏｌ／ｋｇよりも少なく、好ましくは５０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満、特に好ましくは１０ｍｍｏｌ／ｋｇ未満であるべきである。凝縮流を、その液体状態から結晶化させる。この結晶化は、溶媒なしで行われることが有利である。これには、任意の溶媒を除去するさらなるステップを必要としないという、特別な利点がある。有利には、結晶化ステップは、流下薄膜結晶化装置若しくは静止結晶化装置の少なくとも１つなど、溶融層結晶化装置若しくは逆昇華装置の１つで行われ、又は懸濁結晶化で行われるが、これは少なくとも１つの懸濁結晶化装置で行われるものである。懸濁結晶化装置を使用する場合、凝縮流は、懸濁結晶化装置の液相中を自由に浮動するラクチド結晶を形成するように冷却され、それによって、部分的に結晶化した液体流が形成され、引き続き洗浄装置に供給される。
【００３０】
代替例として、蒸発気相流を逆昇華することができ、したがって逆昇華ステップでは気相から直接固相へと冷却することができる。
【００３１】
上記にて概説された代替例のいずれかによる結晶化によって得られた結晶画分は、精製されたラクチドを含有する。有利には、脱揮発分は、２０ｍｂａｒ未満、好ましくは１０ｍｂａｒ未満、特に好ましくは５ｍｂａｒ未満のラクチドの分圧下で作用する。精製されたラクチドを含有する凝固画分は、開環重合へと送り返されるように、後続の加熱ステップで溶融されてもよい。発汗ステップは、結晶化面に結晶質形態で存在する凝固画分の加熱ステップの前に行うことができる。母液は、結晶間に残されたままにすることができ、それによって、不純物を含有する介在物が形成される。発汗ステップ中に、これらの不純物は除去される。
【００３２】
脱揮発分から蒸発気相流は、ラクチドを少なくとも３０％、有利にはラクチドを少なくとも６０％、最も好ましくはラクチドを少なくとも９０％含有する。蒸発気相流からのラクチドの収量を増加させるため、発汗段階からの母液及び／又は液体を再結晶段階に供給することができる。
【００３３】
本発明の好ましい実施例によれば、結晶化装置は、脱揮発分と結晶化との間に配置されたガスライン又は任意選択で熱交換器を用いて、脱揮発分装置に直接接続される。熱交換器は、特にガス冷却器として構成される。そのような熱交換器は、感知可能な熱の一部を、結晶化装置に進入する前に蒸気流から既に除去することができるので、結晶化装置の逆昇華面を減少させるのに特に有利である。
【００３４】
結晶化装置と脱揮発分装置との間の直接接続は、両方のデバイスが実質的に同じ真空条件下で動作するという効果を発揮する。これは、絞り手段又は真空ポンプが、結晶化装置と脱揮発分装置との間に配置されていないことを意味する。
【００３５】
本発明者らは、溶融結晶化ステップで凝縮されたラクチド画分の粘度が、驚くべきことに十分な物質移動と、したがって結晶画分の十分な精製を可能にすることを見出した。溶融結晶化は、溶媒を含まない結晶化として理解される。溶融体の粘度は１００ｍＰａｓまでとすることができ、それによってその粘度は好ましくは１０ｍＰａｓよりも低く、特に好ましくは５ｍＰａｓよりも低い。
【００３６】
好ましい実施例によれば、方法は、発酵性の多糖を抽出するために原材料が処理される第１のステップを含む。原材料は、トウモロコシ、糖質植物、サトウキビ、ジャガイモ、又は発酵性の多糖のその他の供給源から得てもよい。第２のステップでは、未処理の乳酸を得るのに適切な細菌を使用する発酵を行う。第３のステップでは、溶媒を混合物から除去する。好ましい方法によれば、溶媒は、蒸発によって除去されてもよい。溶媒は、特に水とすることができる。第４のステップでは、乳酸を触媒作用によりダイマー化して、未処理ラクチドを形成する。乳酸から低分子量ポリ乳酸へのプレポリマー化と、未処理ラクチドを形成する後続の解重合とを含む、任意選択の中間ステップを行うことができる。未処理ラクチドと反応しなかった乳酸を排出し、第３のステップを行うための装置にリサイクルさせることができる。ラクチド反応器からの重質残留物は、第２又は第３のステップのいずれかの反応器にリサイクルさせることができる。重質残留物の一部は、精製されたラクチドからポリ乳酸への重合を含む、後続の第６のステップに添加することもでき、又は第３のステップを行うための装置にリサイクルさせることができる。
【００３７】
第５のステップでは、重合に負の影響を及ぼす可能性があり且つ最終生成物の着色並びに臭気に関与する可能性のある異物が除去されるよう、ラクチドの精製を行う。分離は、蒸留又は結晶化プロセスのどちらかにより行うことができる。未反応の乳酸、その他のカルボン酸などの、望ましくない化合物は、蒸発を使用した場合には蒸気相に含有される。これらの望ましくない化合物は、非結晶化残留物中に存在する。望ましくない化合物の流れは、第３又は第４のステップの装置のいずれかにリサイクルされてもよい。
【００３８】
第６のステップでは、高分子量の未処理ポリ乳酸を得るための開環重合が得られる。重合中、モノマーとポリマーとの間で温度依存性平衡に到達する。未処理ポリ乳酸は、未反応のラクチドを約４〜６重量％含有する。モノマー含量は、ポリマーのさらなる処理を目的としてこのポリマーに必要な機械的性質を得るために、０．５％未満まで削減しなければならない。したがって、未処理ポリ乳酸を精製しなければならない。
【００３９】
第７のステップでは、未処理ポリ乳酸を精製することにより、精製されたポリ乳酸を得る。この段階では、最終生成物の着色及び望ましくない臭気に習慣的に関与し、又はリサイクルさせた場合に開環重合プロセスに望ましくない作用をもたらし得る添加剤を含有する可能性のある、低沸点化合物を除去する。未処理ポリ乳酸からの低沸点化合物の分離は、例えば真空条件下でのフラッシュ蒸発による脱揮発分によって実現される。蒸発した流れは、第６のステップによる開環重合中にポリ乳酸へと反応しなかったラクチドを、少なくとも３０％含有する。さらに、蒸発気相流は、共にほとんど望ましくない性質である最終生成物の着色若しくは臭いに関与するその他の低沸点化合物、反応副生成物、又はリサイクルさせた場合に開環重合に対して任意の望ましくない作用をもたらす添加剤を含有する可能性がある。
第７のステップによる精製は、１つ又は複数の後続の脱揮発分段階で行ってもよい。未処理ポリ乳酸流中に含有されるラクチドの主な部分は、第１の脱揮発分段階で保持され、合計で５％という主要な部分になる。
【００４０】
第８のステップでは、結晶化によって、第７のステップの蒸発気相流からラクチドを精製しリサイクルするが、これは逆昇華、したがって気相からの凝固を含むことができる。このステップ中、着色及び臭気を発生させる化合物又は望ましくない添加剤を除去して、精製されたラクチドを第６のステップの開環重合に再度添加できるようにし、それによって、そのような着色及び臭気発生化合物のいかなる蓄積も防止され、又は第６のプロセス・ステップでのプロセスに対する有害な方法での作用も防止される。
【００４１】
生成物流として脱揮発分から離れて精製されたＰＬＡのラクチド含量は、２％未満である。好ましくは、精製されたＰＬＡのラクチド含量は０．５重量％未満である。
【００４２】
蒸発気相流のラクチド含量は、少なくとも３０重量％、好ましくは少なくとも６０％、最も好ましくは少なくとも９０％である。
【００４３】
本発明による方法の変形例によれば、脱揮発分から離れて蒸発した流れを凝縮し、その液体状態から結晶化する。そのような結晶化は、流下薄膜結晶化装置又は静止結晶化装置での層結晶化として、溶媒なしで行うことができる。或いは結晶化は、懸濁結晶化装置で行うことができ、この装置内で凝縮混合物は、液体中を自由に浮遊するラクチド結晶を形成し、それによって部分的に結晶化した液体流を形成するまで冷却される。この部分的に結晶化した液体流は、洗浄装置に供給され、そこでは液体残留物からの固体の分離が行われる。
【００４４】
上述の結晶化装置のいずれかにより得られた結晶画分は、精製されたラクチドを含有し、最後の結晶化段階で溶融して、第６のステップによる開環重合に送り返される。結晶化していない母液は、廃棄物流としてプロセスから引き出さなければならず、又は図２に示されるように、上述の上流プロセス・ステップ、例えば３、４、５のいずれかに、少なくとも部分的にリサイクルさせることができる。
【００４５】
本発明による方法の変形例によれば、ラクチド結晶が形成される結晶化装置は、脱揮発分装置に直接接続される。脱揮発分は、２０ｍｂａｒ未満、好ましくは１０ｍｂａｒ未満、特に好ましくは５ｍｂａｒ未満のラクチド分圧下で作用する。蒸発気相流からのラクチドは、結晶化層を形成する結晶化設備により提供された、冷却された結晶化面上で凝固する。精製されたラクチドを含有する凝固画分は、後続の加熱ステップで溶融し、第６のステップによる開環重合に送り返される。結晶化面上に結晶として堆積されていない液体画分は、廃棄物流としてプロセスから引き出さなければならない。
【００４６】
結晶化面上で結晶を溶融する加熱ステップの前に、発汗ステップを行うことができる。発汗ステップ中には結晶の部分溶融が行われる。多結晶質層の結晶の間又はその表面に存在する望ましくない化合物の残分の全ては、ラクチド結晶から分離し除去することができる。多結晶質層の下の層は、複数の結晶を含有すると理解される。そのような多結晶質層の結晶の間には、不純物が蓄積される可能性がある。これらの不純物は、発汗ステップにより処分されてもよい。発汗ステップ中に発生した液体画分は、廃棄物流としてプロセスから引き出さなければならない。
【００４７】
層結晶化では、多結晶質層が、結晶化装置により提供された熱交換面上に形成される。好ましい実施例によれば、熱交換面は、冷媒が内部を循環するプレート又はチューブである。熱交換面としてプレートを有する結晶化装置は、静止結晶化装置としても公知である。熱交換面としてチューブを有する結晶化装置は、流下薄膜結晶化装置としても公知である。
【００４８】
脱揮発分の蒸発気相流から発生したラクチドの純度を高めるために、層結晶化を複数の段階で行うことができる。液化した蒸発気相流の結晶化から得られる溶融結晶は、さらなる結晶化段階で結晶化することができ、そのためこの第２の結晶化ステップから生じる純度の結晶化画分が、改めて結晶化され、第２の段階の結晶の純度が上昇する。第２の結晶化段階からの液体残留物は、発汗ステップからの任意の液体画分と共に、第１の結晶化段階用の供給材料へと送り返すことができる。
３つ以上の結晶化段階を予測することが可能であり、その場合、最後の結晶化段階からの液体残留物は、発汗ステップからの任意の液体画分と共に、先行する結晶化段階のいずれか１つの供給材料へと送り返すことができる。結晶化段階の最適な数は、ラクチドに必要な純度に依存する。
【００４９】
さらに、気相からの凝固により発生した結晶は溶融し、次いでラクチドの純度を上昇させるために再結晶させることができる。
【００５０】
気体蒸発流からのラクチドの収量を増加させるための、さらなる変形例によれば、母液及び／又は発汗段階からの液体を収集し、２種の画分中に依然含有されるラクチドを回収するために再結晶させることができる。
【００５１】
第１の結晶化ステップからの母液、したがって液化した蒸発気体流は、結晶化した画分としてラクチドを得るために結晶化される。この再結晶化段階の、母液中及び／又は発汗段階からの液体中のラクチドの含有量は、これに対応する液化した蒸発気体流の結晶化の画分の場合よりも低い。そのような再結晶段階の晶化物は発汗ステップに供することもでき、引き続き溶融して、液化脱揮発分画分に添加することができる。さらなる再結晶段階を用いることが可能であり、その場合、液体残留物及び／又は後続の再結晶段階の発汗ステップからの液体中のラクチド含有量は、先の再結晶段階のそれぞれに比べて低下する。それによって、母液及び／又は後続の再結晶段階の発汗ステップからの液体は、先の再結晶段階に供給され、溶融晶化物は後続の再結晶段階に供給される。再結晶段階の数は、プロセス全体にわたるコストの最適化により決定される。
【００５２】
気相からの溶融結晶化又は凝固の実施例における層結晶化、即ち逆昇華は、バッチ・プロセスである。有利には、これらのステップは、溶融結晶化装置又は逆昇華装置などの１つ又は複数の結晶化装置で行われる。これらの装置の動作順序は有利には、装置の１つにおいて結晶化又は逆昇華が行われると共にその他の装置のいずれかで発汗又は溶融が行われるように設定される。そのような方法において、結晶化のための蒸発気相流の連続排出は、中間緩衝を必要とすることなく保証される。
【００５３】
脱揮発分装置からの蒸発気相流から得たラクチドのリサイクルの顕著な利点は、ＵＳ６１８７９０１又はＵＳ５８８０２５４に開示されたプロセスなどの従来技術に比べ、それほど複雑ではない設備及びより簡単なプロセスの使用である。結晶化装置は、単純な機械構成のものである。さらに、不活性ガス流を必要とせず、したがってそのような追加の不活性ガス流に関する任意の処理ステップが不要であり、その結果、本発明によるラクチド再生プロセスの利益になるようなかなりのコスト上の利点がある。
【００５４】
本発明のさらなる目的は、α−ヒドロキシカルボン酸の蒸気状生分解性分子間環状ジエステルの精製を改善し、廃棄物を可能な限り小さく保ち、精製を行う設備を削減することである。
【００５５】
この目的は、式Ｉ
【化１】
2014511149.tif 000003
（式中、Ｒは、水素、又は１個から６個の炭素原子を有する直鎖状若しくは分枝状脂肪族ラジカルの１種から選択される。）
のα−ヒドロキシカルボン酸の蒸気状生分解性分子間環状ジエステルであって、式Ｉのジエステルを含有する溶融流のこのジエステルの、溶融層結晶化のための方法によって達成される。特に、溶融層結晶化を行うために溶融層結晶化装置に進入するときの溶融流の温度は、蒸発気相流中のジエステルの分圧が２０ｍｂａｌ以下、好ましくは１０ｍｂａｒ以下、特に好ましくは５ｍｂａｒ以下である場合、式Ｉのジエステルが結晶化するように０℃から１３０℃の間、好ましくは１０℃から１１０℃の間に調節される。溶融流中の式Ｉのジエステルの濃度は、最小で３０重量％、好ましくは最少で４０重量％、特に好ましくは最少で６０重量％、具体的には最少で７０重量％に有利に調節される。好ましい実施例によれば、溶融流は、１０％未満、特に５％未満、最も好ましくは１％未満の含水量を有する。この方法は、３，６−ジメチル−１，４−ジオキサン−２，５−ジオン（ジラクチド）、特にＬ，Ｌ−ジラクチドである式Ｉのジエステルの精製に特に適切である。
【００５６】
有利な実施例によれば、式Ｉのジエステルの少なくとも一部は上流精製デバイスから生じ、これは特に、ポリラクチドの調製、乳酸の重縮合、平均分子量が５００ｇ／ｍｏｌから５，０００ｇ／ｍｏｌの間である乳酸のオリゴマーの熱解重合、ジラクチドの精留、ジラクチド含有反応混合物の開環重合、ポリラクチド又はそのコポリマーの真空脱モノマー化のプロセス段階の、少なくとも１つから生じることができる。上流精製では、上述のプロセスの２つ以上のプロセス段階及び／又は上述のプロセスのいくつかを、同時に行うことができる。
【００５７】
特に、式ＩＩ
【化２】
2014511149.tif 000004
（式中、Ｒは、水素、又は１個から６個の炭素原子を有する直鎖状若しくは分枝状脂肪族ラジカルの１種から選択される。）
のα−ヒドロキシカルボン酸から得た式Ｉのα−ヒドロキシカルボン酸を、生分解性分子間環状ジエステルの調製に使用することができる。特に好ましい実施例によれば、式ＩＩのα−ヒドロキシカルボン酸は乳酸である。
溶融流中の式ＩＩのα−ヒドロキシカルボン酸の濃度は、最大で２０重量％、好ましくは最大で５重量％、特に好ましくは最大で１重量％に有利に調節される。溶融流中のα−ヒドロキシカルボン酸の濃度が１０重量％未満に制限できる場合、溶融結晶化装置により得られたラクチドはより高い純度のものとすることができ、このラクチドは、最終生成物、したがってポリ乳酸の純度を上昇させるため、先の精製ステップに送り返すことができる。この対策により、高純度及び高分子量のポリ乳酸を生成することが可能である。
生分解性分子間環状ジエステル中のα−ヒドロキシカルボン酸の濃度を低く保つことができる場合、式Ｉによる生分解性分子間環状ジエステルの重合を制御し且つその物理的及び化学的性質を調節することも可能である。
【００５８】
特に、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、特にＬ−又はＤ−ポリ乳酸（ＰＬＬＡ又はＰＤＬＡ）であって、分子量が少なくとも１００００であるものを得ることが可能である。有利には、ＰＬＡの分子量は少なくとも２００００であり、特に有利には、分子量が少なくとも５００００である。
【００５９】
本発明の方法により回収されリサイクルされたラクチドは、上述の所望のパラメータを有するＰＬＡをもたらす重合プロセスで再使用するのに、十分な純度を有する。
【００６０】
本発明による層結晶化装置は、式Ｉ
【化３】
2014511149.tif 000005
（式中、Ｒは、水素、又は１個から６個の炭素原子を有する直鎖状若しくは分枝状脂肪族ラジカルの１種から選択される。）
によるα−ヒドロキシカルボン酸の生分解性分子間環状ジエステルを含有する溶融流を受け取る容器を含む。層結晶化装置はさらに、熱交換面、熱交換面を冷却するための熱伝達媒体、及び式Ｉのジエステルの結晶を成長させるために熱交換面に設けられた結晶化面を有する、熱交換器を含む。
【００６１】
式Ｉによるジエステルを重合するための重合プラントは、本発明による層結晶化装置を含む。重合プラントはさらに、少なくとも式Ｉによる生分解性分子間環状ジエステル用の精製装置、及び／又は層結晶化装置の上流に配置された少なくとも１つの解重合反応器を含むことができる。
【００６２】
本発明のこれら及びその他の目的及び利点は、以下の詳細な記述を添付図面と併せて解釈することにより、さらに明らかにされよう。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による方法のフロー・チャートを示す図である。
【図２】結晶化を用いた脱揮発分ステップの蒸発気相流からのラクチドの再生を示す図である。
【図３】逆昇華を用いた脱揮発分ステップの蒸発気相流からのラクチドの再生を示す図である。
【図４】ラクチドの相状態図を示す図である。
【図５】未処理ラクチドの結晶化ステップによる、蒸発気相流からのラクチドの再生を示す図である。
【図６】結晶化プラントの実施例を示す図である。
【図７】懸濁結晶化プラントの実施例を示す図である。
【図８】逆昇華プラントの実施例を示す図である。
【図９】層結晶化デバイスの第１の実施例を示す図である。
【図１０】層結晶化デバイスの第２の実施例を示す図である。
【実施例】
【００６４】
図１は、ラクチド及び開環重合からＰＬＡを生成するための方法を示す。図１中のステップは、調製ステップ２６と、その後に続く、発酵装置で行われる発酵ステップ２７を含む。調製ステップ２６中に、バイオマス供給材料８０は原材料流２８に変換される。調製ステップ２６後、多糖を含有する原材料流２８及び／又は多糖を、発酵ステップ２７を行うために発酵装置に供給する。発酵装置は、液体反応混合物が入っている反応器容器とすることができる。必要に応じて、発酵反応を行いながら反応混合物を均質化するために撹拌要素を予測することができる。発酵は、バッチ・プロセスとして又は連続プロセスとして行ってもよい。発酵装置から離れた発酵ステップの生成物は、未処理の乳酸の溶液２９である。
【００６５】
次のステップとして、精製された乳酸３５が得られるように、溶媒除去ステップ３０で、未処理の乳酸から溶媒を除去しなければならない。溶媒は、発酵ステップ２０中に少なくとも部分的に添加されるよう、処理し且つリサイクルすることができる。精製された乳酸は、未処理ラクチド４５が得られるように、プレポリマー化及びダイマー化ステップ４０に供される。
【００６６】
次のステップとして、未処理ラクチド４５を、未処理ラクチドの精製ステップ５０で精製する。未処理ラクチドの精製ステップの生成物は、純粋なラクチド５５である。純粋なラクチド流は、少なくとも８５重量％のラクチドを含有する。純粋なラクチド流中に存在する任意の乳酸は、０．２％未満であり、あらゆる水は１％未満、好ましくは０．１％未満で存在する。純粋なラクチド５５は、開環重合ステップ６０で未処理ＰＬＡ６５に処理される。未処理ＰＬＡ６５は、純粋なＰＬＡ７５が得られるように、未処理ＰＬＡの精製ステップ７０でさらに精製することができる。不純物は全て、パージ７７として精製装置から除去される。
【００６７】
図２は、結晶化を用いた、蒸発気相流１３５からのラクチドの再生を示す。図２は特に、図１のパージ７７の処理に関する。図２では、図１に関連して既に論じられたステップについては再度説明しない。これらのステップは同じ符号を持つので、さらに詳細に説明しない。開環重合ステップ６０からの未処理ＰＬＡ６５を、精製ステップ１７０で精製する。この精製ステップ１７０は、脱揮発分器内で脱揮発分として行われる。この精製ステップにより、精製されたＰＬＡ１７５が得られる。脱揮発分器では、ラクチドを含有する未処理ＰＬＡ６５からの低沸点画分が、真空条件下で気化する。それによって蒸発気相流１３５が得られる。この蒸発気相流１３５を、凝縮ステップ１４０で冷却し凝縮する。凝縮物１４５は結晶化ステップ１００に供給される。結晶化ステップ中に純粋なラクチド流１１０が得られ、これを純粋なラクチド流５５と共に開環重合ステップ６０に供給することができる。結晶化ステップ１００からのパージ１２０は廃棄物流であるが、その少なくとも一部を、未処理ラクチドの精製ステップ５０、プレポリマー化及びダイマー化ステップ４０、又は溶媒除去ステップ３０にリサイクルさせることが可能である。
【００６８】
代替例として、脱揮発分ステップは、複数の段階で行うことができる。そのような追加の段階のそれぞれの最中に、蒸発気相流を発生させることができる。
そのような追加の脱揮発分ステップからの蒸発気相流１５５に用いられる、そのような１つの追加の凝縮ステップ１５０が図２に示されている。この追加の凝縮ステップ１５０の凝縮物１５６は、凝縮物流１４５に、又は直接、結晶化ステップ１００を行うための結晶化装置に供給される。
【００６９】
図３は、図２に示される方法の変形例を示す。凝縮ステップ１４０、１５０、及び結晶化ステップ１００の代わりに逆昇華ステップ２００が用いられる。したがって凝縮及び結晶化は、蒸発気相流が気相流から直接凝固することにより、同じ装置内で生じる。
複数の逆昇華ステップは、特に複数の脱揮発分ステップが予測される場合、代替例として予測することができる。追加の逆昇華ステップ２１０を、任意選択の代替例として破線で図３に示す。パージ流２１５は廃棄物流であるが、その少なくとも一部を、未処理ラクチドの精製ステップ５０、プレポリマー化及びダイマー化ステップ４０、又は溶媒除去ステップ３０にリサイクルさせることが可能である。
【００７０】
そのような逆昇華は、低圧領域で可能である。ラクチドの相状態図では、気相から固相への相転移が、曲線２２０に沿って可能である。曲線２２０は、温度６０℃に該当するｙ軸から三重点２３０に延びる。ラクチドを２ｍｂａｒ未満の圧力又は分圧で冷却する場合、気相から固相への直接転移が生じる。
【００７１】
図５は、図２による方法のさらなる変形例を示す。図５は、結晶化を用いた、蒸発気相流１３５からのラクチドの再生を示す。図５では、図１又は図２に関連して既に論じられたステップについて、再度説明しない。図１又は図２と同じ仕事をするステップは同じ符号を持つので、さらに詳細には説明しない。開環重合ステップ６０からの未処理ＰＬＡ６５を、精製ステップ１７０で精製する。この精製ステップ１７０は、脱揮発分器で脱揮発分として行われる。脱揮発分ステップの低沸点画分を含有する蒸発気相流１３５を、凝縮ステップ１４０で冷却し凝縮する。凝縮物１４５を、結晶化ステップを含むことができるラクチド精製ステップ５０を行うための設備に供給する。ＰＬＡ中に存在すべきでない不純物を含有するパージ流を、ラクチド精製装置から引き出すことにより、ラクチド精製ステップ５０を行うことができる。
脱揮発分は、複数の脱揮発分器で行うことができる。蒸発気相流１５５の凝縮１５０は、第１の脱揮発分ステップの凝縮１４０とは別々に行うことができる。
【００７２】
「実例１」
未処理ポリ乳酸を得るための、溶媒を含まない開環重合は、２つの異なる試験で行われてきた。以下の条件は、実例１の第１及び第２の試験に当てはまる。未処理ポリ乳酸は、脱揮発分を行うために精製装置に供給される。脱揮発分の生成物は、精製されたポリ乳酸と、ラクチドなどの軽質沸点化合物を含有する蒸発気相流である。脱揮発分からの蒸発気相流は、ラクチド含量が約９８．５％であり、凝縮器で液化され、層結晶化装置の容器に供給されて凝固され、その結果、凝固塊が形成される。凝固は、層結晶化装置の熱交換面でラクチドを結晶化することによって生じる。その後、凝固塊は、層結晶化装置に移送された後に、容器を加熱することによって溶融し、その結果、溶融塊が形成される。次いで溶融塊は、開環重合装置でのプロセスに送り返される。
【００７３】
この試験の結晶化ステップは、表１ａに示されるように２回行った。第１の結晶化ステップ中、溶融塊を結晶化し、液体残留物を排出した。次いで凝固塊を発汗させた。発汗プロセスは、２つの段階で行った。各段階の終わりに、凝固点の測定を行った。混合物の凝固点は、図４によるラクチドの相状態図により混合物中の主成分の純度に相関し、その結果、精製の進行を判断することが可能になる。第１の結晶化ステップの第１の発汗ステップ後に到達したラクチドの純度は、９９．５％であった。第２の結晶化ステップの第２の発汗ステップ後に、純度は９９．６％に到達した。
【００７４】
第２の試験では、特定の不純物、即ちＳｎイオン及び遊離酸に関する分析を、全ての画分、即ち供給材料、残留物、発汗画分、及び晶化物を形成する凝固塊に関して行った。この第２の試験の結果を表１ｂに示す。この試験では、発汗ステップを１回だけ行った。
【００７５】
第３の試験では、第２の試験の晶化物を再度溶融させ、結晶化した。この試験では、残留物のみ排出し、発汗ステップは行わなかった。この結晶化の結果を表２にまとめる。
【００７６】
Ｓｎイオンは触媒から生ずる。遊離酸の下では、重合中の連鎖停止剤として働く可能性がある任意の酸が意図される。さらに、供給材料と、発汗段階のそれぞれにより得られた晶化物の、着色及び臭気を、表１ａ及び表１ｂで互いに比較する。
【００７７】
【表１】
2014511149.tif 000006
【００７８】
【表２】
2014511149.tif 000007
【００７９】
【表３】
2014511149.tif 000008
【００８０】
「実例２」
逆昇華
この試験では、ラクチドの純度に対する逆昇華の分離作用について、チェックした。
【００８１】
実例１の試験でも使用された開環重合からの蒸発気相流を、内径５０ｍｍ及び長さ３ｍのチューブに供給し、その内部でラクチドを逆昇華し、したがって気相から直接凝固させて、実例１による試験で用いられた層結晶化装置の熱交換面に晶化物を形成した。残留物を、主プロセス流、したがって後続の脱揮発分段階に送り返した。
【００８２】
厚さが１０ｍｍから１５ｍｍの間の固体層を、チューブの内面に生成し堆積した。逆昇華が終了したら、堆積された固体層の一部をチューブから排出し、溶融して、溶融塊を形成した。この溶融塊の凝固点を決定した。凝固点を測定し、９６．９７℃であった。凝固した溶融塊は、ほぼ無色であり、弱い臭気しかなかった。
【００８３】
第１及び第２の実例の試験結果のそれぞれは、蒸発した気体流のラクチドの精製が、純粋なラクチドの融点に十分近いことを示す。この実例による逆昇華によって得られたラクチドの純度は、約９９．５％であった。Ｌ−ラクチドの場合、融点は９７．７℃である。
【００８４】
試験は、以下に示す設計の詳細を備えた、実験室試験用静止結晶化器で実施した。静止結晶化器は、層結晶化装置の特別な実施例であり、溶融体が、結晶化中に強制対流に全く曝されない。試験用静止結晶化器は、垂直に配置されたジャケット付きの直径８０ｍｍのチューブであって、長さ１，２００ｍｍであり且つ定格容量６リットルのチューブからなる。チューブには、その最上部に、耐密に閉鎖する蓋があり、チューブに投入用の溶融体を充填し且つ結晶化中はチューブを耐密に閉鎖できるようにする。底部では、チューブの直径が２０ｍｍに縮小し、縮小した直径の通路の直下に配置された出口弁がある。弁は、液体画分を重力によってチューブの外に排出させる。チューブのジャケット内では、結晶化並びにその後の発汗及び溶融ステップのために冷却又は加熱エネルギーを供給する、熱伝達媒体を循環させる。熱伝達媒体は、時間プログラマブル温度プロファイルを有する商用サーモスタット装置で、加熱され又は冷却される。
【００８５】
投入用溶融塊を結晶化器チューブに充填した後、充填アパーチャを閉鎖する。次いで熱伝達媒体温度は、結晶化開始の値に降下し、次いでプログラムされた温度／時間プロファイルに従って、結晶化の最終的な値まで低下する。この冷却中、結晶は核形成し、結晶化チューブの内壁上で成長を開始する。結晶化の終了後、結晶化していない残留物を、チューブの底部の排水弁を開放することによって受容容器に排出する。発汗画分を、必要に応じて数カットに分け、異なる容器に収集する。発汗が終了した後、排水弁を閉鎖し、残された結晶を溶融し、結晶化器チューブの外へ、排水弁を再度開放することによって対応する容器に排出する。
【００８６】
動作させる場合、２つの第１の段階は下記の動作条件の下に置いた。結晶化器チューブを、結晶化開始のために９５℃に予備冷却した。熱伝達媒体の温度を、その後６時間以内で９０℃という最終的な値に徐々に低下させた。この期間中、熱交換面でのラクチドの結晶化を行った。溶融体を、結晶化装置の容器に保持して、結晶を成長させた。結晶化が完了したら、排水弁を開放して液体残留物を、したがって母液を排出した。
【００８７】
残留物排出のための排水弁の開放後、熱伝達媒体の温度を９８℃に徐々に上昇させて、発汗ステップを行った。発汗ステップを５時間継続させた。発汗ステップが完了した後、液体残留物を、排水弁を開放することによって再度排出した。
【００８８】
引き続き、晶化物を、層結晶化装置の熱交換面から除去しなければならない。溶融を１２０℃の温度で行った。溶融中、排水弁は閉鎖した状態に保ち、溶融ステップが終了した後のみ結晶化容器から溶融体を排出するために開放した。
【００８９】
第２の段階中、結晶化器チューブを、結晶化開始のために９６℃に予備冷却した。次いで熱伝達媒体の温度を、６時間以内で９２℃という最終的な値に徐々に低下させた。残留物排出のために排水弁を開放した後、熱伝達媒体の温度を発汗の終わりに９８℃まで徐々に上昇させた。発汗を５時間継続させた。溶融は、１２０℃の温度で行った。
【００９０】
無溶媒溶融結晶化を、商用規模で使用する。例えばＵＳ３６２１６６４に記載される流下薄膜結晶化器を含む結晶化装置は、Ｓｕｌｚｅｒ  Ｃｈｅｍｔｅｃｈ  Ｌｔｄ．（スイス）により商用化される。
【００９１】
或いは結晶化装置は、例えばＥＰ０７２８５０８（Ａ１）、ＥＰ１０９２４５９（Ｂ１）、ＥＰ０８９１７９８（Ｂ１）に記載される静止結晶化器を含むことができ、例えばＬｉｔｗｉｎ（フランス）；Ｓｕｌｚｅｒ  Ｃｈｅｍｔｅｃｈ  Ｌｔｄ.（スイス）により商用化されている。静止結晶化器は、本質的に、内部に結晶化溶融体が充填されるタンクと、熱伝達媒体により内側から冷却され／加熱される冷却面とからなる。熱伝達媒体は、図９に示される垂直プレート束の内部又は図１０に示されるチューブ束の内部を循環する。結晶は、これら熱交換面の外壁上で成長する。
【００９２】
或いは結晶化装置は、ＵＳ６，７１９，９５４Ｂ２、ＥＰ１２４５９５１Ａ１、ＵＳ６，２４１，９５４Ｂ１、ＵＳ６，４６７，３０５Ｂ１、ＵＳ７，１７９，４３５Ｂ２、ＵＳ２０１００９９８９３Ａ１に記載される懸濁結晶化装置を含むことができ、ＧＥＡ  Ｍｅｓｓｏ  ＰＴ（ドイツ）及びＳｕｌｚｅｒ  Ｃｈｅｍｔｅｃｈ  Ｌｔｄ.（スイス）により商用化されている。そのような懸濁結晶化装置では、小さい結晶が生成され、この結晶は成長容器内の懸濁液中で成長する。成長容器及び懸濁結晶化装置は、１つのユニットとして一緒に統合してもよい。次いでスラリーは洗浄カラムに搬送され、そこで結晶を、対向する流れにより洗浄し、部分的に元に戻る溶融結晶画分及び洗浄液であって望ましくない成分が投入されているものは、残留物として拒絶される。第１の懸濁結晶化装置の残留物を収集し、再結晶させ、類似の構成の第２の懸濁結晶化装置内で再度洗浄することにより、第１のアセンブリの残留物から全てのラクチドが回収されるようにしてもよい。
【００９３】
図６には、静止プレート束結晶化器１を含む溶融層結晶化装置が示される。そのような結晶化器の構成は、図９に示される結晶化装置と同じ又は対応する要素を有することができる。結晶化器１には、ラクチド供給容器４からポンプ３を用いてライン２により、結晶化される１バッチ分の溶融塊が投入される。供給材料は、供給ライン５により供給材料容器に行く。この供給材料は、ガス流又は溶融流のどちらかとすることができる。具体的には供給材料は、図１、図２、図３、図５に示される脱揮発分ユニット（７０、１７０）からの蒸発気相流であってもよい。
【００９４】
結晶化器１の残留物並びに発汗画分及び溶融結晶画分を、出口ライン８及び排水弁９により適切な容器６、容器４、及び容器７にそれぞれ排出する。必要な弁を備えたヘッダ１０は、排出される特定の画分を、適切な容器に導く。ヘッダは、液体分配器の機能を果たす。残留物は容器６に収集される。精製されたラクチドを含有する溶融結晶画分は、容器７に排出される。残留物及び精製されたラクチドは、移送ポンプ１１及び移送ポンプ１２によってそれらの目的地に移送することができる。発汗画分は、容器６に収集し、残留物と同じ方法で排出することができ、又は容器４に収集して、ライン２により結晶化器１にリサイクルさせることができる。図９に示されるプレート束を、ライン２１により流入し且つライン２２により束から離れていく熱伝達媒体によって、冷却し加熱する。循環ポンプ２３は、熱伝達媒体を、エネルギーシステム内で連続的に循環させる。冷却及び加熱エネルギーは、熱交換器２４及び熱交換器２５の両方を介して供給される。ここに示される熱交換器は、結晶化システムへのエネルギー供給の、ただ１つの単純な可能性を表す。エネルギー緩衝容器を備えたシステム及び工業的実施により当業者に周知のその他のエネルギー供給システムなど、その他の解決策が可能である。
【００９５】
図７による実施例では、脱揮発分からの液化ラクチドが、ライン３０１を介して連続的に、溶融懸濁結晶化装置の結晶化セクションに供給される。溶融懸濁結晶化装置は、結晶化器及び／又は掻き取りユニット３０２と、結晶を成長させるための容器３０３とを含む。移送ライン３０５は、結晶化器３０２から容器３０３に至り、移送ライン３０６は容器３０３から結晶化器３０２に至る。循環ポンプ３０４は、移送ライン３０６内に配置されていてもよく、スラリーを結晶化器３０２と容器３０３との間で循環させる。結晶化器及び／又は掻き取りユニットは、結晶化器ユニットの壁面を冷却するための冷却ジャケット３２１を有する。内壁上の結晶核は、結晶化器３０２の内壁面上に形成される。次いで結晶核は、掻き取り要素３２２によって内壁面から連続的に掻き取られる。結晶核は、好ましい適用例によるラクチド溶融体である溶融体中に、懸濁しながら成長することが可能である。
【００９６】
代替例では、両方のデバイス、結晶化器３０２及び容器３０３を、１つの共通ユニットに組み合わせてもよい。ラクチド供給材料は、結晶化器３０２に、又は容器３０３の代わりに循環ライン３０５若しくは移送ライン３０６の１つに、導かれてもよい。市販されている溶融懸濁結晶化デバイスの設計の詳細は、当業者に公知である。
【００９７】
スラリーの部分流は、循環ライン３０６からライン３０７に分岐して洗浄カラム３０８に供給される。この部分流の流量は、弁３０９により制御される。流量は、ライン３０１の供給材料の流量と本質的に同じである。洗浄カラム３０８において、スラリーに含有される結晶は、洗浄カラムの一方の頂部に向けて強制的に移動し、残留物溶融体は、反対側の端部に向かって移動する。結晶は、ねじコンベヤなどの機械要素３１０によって、又は篩形状の頂部を備えたピストンによって移動するが、この場合、結晶は繰り返し一方向に押し遣られ、溶融体は反対方向を通過することが可能になる。市販されている洗浄カラム３０８の別のタイプでは、必要な結晶及び溶融体の流動パターンは、可動部品を必要としないような、容器内部の適切な設計によって確立される。
【００９８】
結晶スラリーは、機械要素３１０によってカラム端部に導かれ、この実例では底端部又は排水溜めに導かれ、次いで循環ループ３１１に排出される。結晶スラリーの強制循環は、循環ポンプ３１２によって維持される。次いで結晶スラリーは、溶融器３１３内を流動し、結晶を溶融させて溶融塊を形成する。その溶融塊の一部は、排出ライン３１４及び制御弁３１５を介して連続的に排出される。この部分は、ポリ乳酸を生成するための重合プラントでの好ましい適用例では、後で重合反応器又は脱揮発分に戻される精製済みラクチドである。残りの部分は、洗浄カラムに戻るように戻りライン３１６を介して流動する。この部分は、洗浄カラム内で結晶及び溶融体の向流を維持するのに使用される。洗浄カラムの他方の端部、ここではカラム・ヘッドでは、残留溶融体を、ライン３１７及び弁３１８を介してカラムの外に取り出す。この残留溶融体は、パージ流である。
【００９９】
図８による実施例では、ラクチド蒸気は、供給ライン４０１を介して脱揮発分段階から、開放弁４０２及び分岐ライン４０３を介して凝固デバイス４０４に進入し、冷却面４０５上で凝固する。凝固デバイスは、例えば、逆昇華ユニット又は結晶化器の少なくとも１つとすることができる。凝固していない残留蒸気は、ライン４０６を介して主プロセス流、例えば第２の脱揮発分段階へ戻るように流れることができ、又は廃棄することができる。熱交換システムは、図６に開示されたものに類似しており、ここではさらに説明しない。図６の記述を参照されたい。
【０１００】
ガス流の一部が、凝固デバイス４０４の熱交換面で凝固した後、弁４０２を閉鎖し且つ弁４０７を開放して、蒸気を第２の凝固デバイス４０８に導き、その内部で蒸気の凝固を行う。第２の凝固デバイスは、凝固デバイス４０４と同じ手法で本質的に作用する。
【０１０１】
凝固デバイス４０４は、不活性ガス、例えば窒素を、弁４０９を介して流すことにより加圧され、凝固塊を溶融させるための動作圧力が増大する。この凝固塊は、ラクチドを精製するための好ましい適用例によればラクチド画分を含有し、晶化物である。次に熱交換面を、熱伝達媒体によって加熱して、凝固塊を溶融することにより、溶融塊を形成する。溶融塊、特に溶融ラクチドは、弁４１０を介して収集容器４１１に投棄され、そこからポンプ４１２により重合又は脱揮発分段階へと搬送することができる。
【０１０２】
凝固塊を溶融した後、排水弁４１０を閉鎖し、凝固デバイス４０４を、後で行われる凝固が開始される前に弁４１３及びライン４０６によって空にする。
【０１０３】
連続的なラクチド蒸気の受容を確実にするのに必要な、最少で２つの凝固デバイスがあるが、そのようなデバイスの数は、より多くすることができ、限定するものではない。
【０１０４】
後続の脱揮発分段階が予測されない場合、残留物は、結果的に廃棄物処理プロセスで処理される廃棄物流である。任意選択で、発汗ステップを予測することができる。熱交換面は、有利には、冷却マントルと共に配置されるチューブとして形成されてもよい。凝固デバイスが流下薄膜結晶化装置として構成される場合、このデバイスは図１０に示されるように構成されてもよい。冷却マントルを用いることにより、チューブの内面で発生した温度は、逆昇華される蒸気、特にラクチドの蒸気の所与の分圧に関し、昇華点よりも低く保たれる。
【０１０５】
図９は、層結晶化装置の実施例を示す。結晶化装置２５０は、ラクチド及びこのラクチドから除去される不純物を含有する溶融体、即ち脱揮発分の生成物、言い換えれば蒸発気相流又はその溶融流を、受容するための容器２５３を有する。複数の壁要素２５５がこの容器２５３内に配置され、したがってこれら壁要素は互いに間隔を空けて配置されている。壁要素２５５は、流体熱交換媒体を循環させるために、閉鎖チャネル２５７を含有する。これらの壁要素は、プレート束とも呼ばれる。各壁要素２５５は、閉鎖チャネル２５７の内部で温度流体熱交換媒体を循環させることにより、選択的に加熱可能又は冷却可能である。閉鎖チャネル２５７は、入口タンク２５９及び出口タンク２６０に向かって開放されており、流体熱交換媒体を個々のチャネル２５７に分配する役割を果たし、又は流体熱交換媒体を個々のチャネルから受容する役割を果たす。
【０１０６】
壁要素２５５の間の中間スペース２５６は、動作中、精製されるラクチドを含有する溶融体で満たされる。溶融体は、壁要素２５５が全体的に溶融体で取り囲まれるように、流入分布要素２６２に向かって開放する流入部２６１を介して壁要素の全体にわたり分配される。結晶化装置２５０に溶融体を充填した後、流体熱交換媒体を、チャネル２５７内を通る冷却剤として導き、それによって壁要素２５５を冷却する。溶融体は、壁要素２５５で結晶化して、その厚さが連続的に増大する結晶化層になる。溶融体中の個々のラクチド及び不純物の異なる融点に起因して、結晶化物層は、高融点ラクチドのより高い部分を含有する。固体ラクチドを、壁要素２５５の結晶化面で開始時から堆積し、したがって結晶化物層内で高濃度になることを意味する。溶融体がさらに冷却されると、融点がいくらか低い不純物も結晶化を開始することができる。
【０１０７】
過半量の不純物は液相中に残り、且つ結晶化デバイス２５０のベース領域２６４内に位置付けられた流出部を介して外に出される。液相は、母液とも呼ばれる。ラクチドよりも低い温度で溶融する不純物は、母液中で高濃度になる。この場合の母液は、廃棄生成物を含有する。
【０１０８】
壁要素２５５は、結晶化の第２の段階で再度加熱される。この第２の段階中に、やはり晶化物層の部分溶融、いわゆる発汗段階が生じる可能性がある。結晶成長中、結晶面間に母液を包含することから生じるいくらかの不純物を依然として含有するラクチド画分は、発汗段階中に選択的に分離することができる。晶化物層は、実質的に、発汗段階にある壁要素に接続されたままであり、個々の溶融体の液滴だけが引き出される。結晶の部分溶融によってまさに自由になった低融点不純物は、これらの最初の液滴中で高濃度になる。したがって、不純物の非常に選択的な分離が発汗段階で可能である。壁要素２５５の表面上の温度は、好ましくは発汗段階中に連続的に上昇する。この場合、複数の画分を、発汗段階中に引き出すこともできる。
【０１０９】
第３の段階では、晶化物層の溶出が起こり、即ち壁要素２５５から晶化物を除去する。このために、壁要素２５５内のチャネル２５７を、流体加熱媒体として使用される流体熱交換媒体に接触させる。
【０１１０】
図１０は、流下薄膜結晶化装置２７０を示す。流下薄膜結晶化装置２７０は、チューブ束２７２を形成する複数のチューブを含有した容器２７１を含む。容器は、蒸発気相流又は溶融流として容器に供給される脱揮発分からのラクチドを受容する。供給流は、入口チューブ２７３を介して結晶化装置に進入する。チューブ束２７２のチューブは、熱交換流体用の通路が形成されるように中空である。熱交換流体は、入口コンジット２７５を介してチューブ束に進入し、出口コンジット２７６を介してチューブ束から離れる。入口コンジットは、チューブ束のチューブの通路と流体接続している流体分配要素に向かって開放されている。チューブの通路は、出口コンジット２７６と流体連絡している流体収集要素に受容される。
【０１１１】
熱交換流体は、結晶化装置の動作モードに応じて加熱流体又は冷却流体とすることができる。結晶化モードでは、冷却流体がチューブ内を循環し、したがってチューブの外面の温度が供給材料温度よりも低くなる。最も高い融点を有する化合物が結晶化するように、温度を低下させる。結晶化していない液体画分、したがって母液は、結晶化装置が結晶化モードにある場合、排水溜めの容器から離れる。結晶化モードの下では、結晶化ステップの実施が意図される。図９及び図１０の結晶化装置の両方は、バッチ操作用に設計される。これは、結晶化ステップが行われた後、溶融ステップを行って結晶画分を溶融し、それを排水溜めに排出し、そこから排出チューブ２７４により排出することを意味する。結晶画分は、結晶化モード中に、チューブ束のチューブの外面上に堆積される。
流下薄膜結晶化では、プレート束の形をした壁要素を使用することにより、溶融結晶化装置よりも速い結晶化が可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図４】
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【国際調査報告】
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