(57)【要約】ベータ−プロピオラクトンから生成される吸収性ポリマー、ならびにこのようなポリマーを生成する方法およびシステムが本明細書に提供される。ベータ−プロピオラクトンは、酸化エチレンおよび一酸化炭素から誘導することができる。吸収性ポリマーはバイオベースおよび／または生分解性であってよい。吸収性ポリマーは、おむつ、成人失禁用製品、および女性用衛生製品、ならび農業用途に使用することができる。重合は無溶媒でまたは非水性媒体中で実施される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリマーを生成する方法であって、
ベータ−プロピオラクトンを、式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の金属化合物、またはその組合せと合わせて、アクリル酸、その塩、またはその組合せを生成するステップと、
前記アクリル酸、その塩、またはその組合せを、重合開始剤および必要に応じて架橋剤で重合させて、前記ポリマーを生成するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記重合が無溶媒でまたは非水性媒体中で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ポリマーを生成する方法であって、
ａ）反応器内でベータ−プロピオラクトンをイオン開始剤で重合させて、ポリマー中間体を生成するステップであって、前記ポリマー中間体がポリアクリル酸主鎖および複数のポリプロピオラクトン側鎖を有する、ステップと、
ｂ）前記反応器の温度を上昇させて、前記ポリマー中間体の熱分解により、前記ポリマー中間体の側鎖の少なくとも一部分からアクリル酸を生成し、前記ポリマー中間体のポリマー主鎖の少なくとも一部分からアクリレートポリマーを生成するステップと、
ｃ）前記反応器に式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の金属化合物、またはその組合せを添加して、前記反応器内で前記アクリル酸を少なくとも部分的に中和して、混合物を生成するステップであって、前記反応器内の前記混合物がアクリル酸およびＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）［式中、Ｍは第Ｉ族金属である］を含む、ステップと、
ｄ）前記反応器内で前記混合物の少なくとも一部分を重合させて、前記ポリマーを生成するステップと
を含み、前記ポリマーが、
【化８】
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の繰返し単位またはその組合せを含む、方法。
【請求項４】
ステップ（ｃ）および（ｄ）が無溶媒でまたは非水性媒体中で実施される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記イオン開始剤が、アルカリ金属の塩、アルカリ土類金属の塩、またはその組合せを含む、請求項３または４に記載の方法。
【請求項６】
前記イオン開始剤が、アルカリ金属のカルボン酸塩、アルカリ土類金属の塩、またはその組合せを含む、請求項３または４に記載の方法。
【請求項７】
前記イオン開始剤がアルカリ金属の塩である、請求項３または４に記載の方法。
【請求項８】
前記イオン開始剤が、式ＣＨ２＝ＣＨ２ＣＯ２−Ｚ＋［式中、Ｚ＋は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、第４級アンモニウムカチオン、またはホスホニウムである］の構造を有する、請求項３または４に記載の方法。
【請求項９】
前記第４級アンモニウムカチオンが低級アルキル第４級アンモニウムカチオンである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記イオン開始剤が、アクリル酸ナトリウム、もしくはアクリル酸カリウム、またはその組合せである、請求項３または４に記載の方法。
【請求項１１】
前記イオン開始剤がメタクリレートである、請求項３または４に記載の方法。
【請求項１２】
Ｍが第Ｉ族金属である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
Ｍがナトリウムである、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記重合が重合開始剤の存在下で実施される、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記重合開始剤がラジカル開始剤である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ラジカル開始剤が、過酸化物、パースルフェート、もしくはアゾ化合物、またはその組合せを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ラジカル開始剤がレドックス開始剤である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記ラジカル開始剤がヒドロペルオキシドを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ラジカル開始剤が過酸化水素を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記重合開始剤が、熱開始剤、もしくは光開始剤、またはその組合せである、請求項１４に記載の方法。
【請求項２１】
前記重合開始剤が過酸化物または酸である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
ステップ（ｄ）において前記反応器に架橋剤を添加して、前記反応器内で前記混合物の少なくとも一部分を重合させて、前記ポリマーを生成するステップであって、前記ポリマーが架橋されている、ステップをさらに含む、請求項３から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
ステップ（ｄ）で生成された前記ポリマーの少なくとも一部分を単離するステップと、
単離された前記ポリマーを追加のベータ−プロピオラクトンと合わせて、追加のポリマー中間体を生成するステップと
をさらに含む、請求項３から２２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
ポリマーを生成する方法であって、
主反応器内でベータ−プロピオラクトンを金属化合物と合わせるステップであって、前記主反応器内で前記金属化合物が前記ベータ−プロピオラクトンのうちの少なくとも一部の重合を開始させて、ポリプロピオラクトンを生成するステップと、
前記主反応器内で前記ポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を生成するステップと、
前記主反応器内で前記アクリル酸の少なくとも一部分を揮発させるステップと、
揮発した前記アクリル酸を蒸留塔に通すステップと、
ニーダー反応器内で、前記蒸留塔から得たアクリル酸をラジカル開始剤、必要に応じての架橋剤、および追加の金属化合物と合わせて、部分的に中和されたポリアクリル酸を生成するステップと、
前記ニーダー反応器からの前記部分的に中和されたポリアクリル酸を、前記主反応器に供給するステップであって、前記主反応器内で、前記部分的に中和されたポリアクリル酸のカルボン酸塩末端基が前記ベータ−プロピオラクトンのうちの少なくとも一部の重合を開始させて、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを生成するステップと
を含む方法。
【請求項２５】
前記主反応器から生成物流を単離するステップをさらに含み、前記生成物流がポリプロピオラクトンの枝を有する前記ポリマーを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記生成物流が未反応のベータ−プロピオラクトンをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
ポリプロピオラクトンの枝を有する前記ポリマーを含むポリマー流を、前記未反応のベータ−プロピオラクトンを含むリサイクル流から分離するステップをさらに含む、請求項２４から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
前記リサイクル流を前記主反応器に供給するステップをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記金属化合物が式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の化合物、またはその組合せである、請求項２４から２８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
第Ｉ族金属である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
Ｍがナトリウムである、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記ラジカル開始剤が、過酸化物、パースルフェート、もしくはアゾ化合物、またはその組合せを含む、請求項２４から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
前記ラジカル開始剤がレドックス開始剤である、請求項２４から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記ラジカル開始剤がヒドロペルオキシドを含む、請求項２４から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記ラジカル開始剤が過酸化水素を含む、請求項２４から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記方法が連続的である、請求項１から３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
酸化エチレンをカルボニル化させて、前記ベータ−プロピオラクトンを生成するステップをさらに含む、請求項１から３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
カルボニル化触媒および必要に応じて溶媒の存在下で、酸化エチレンおよび一酸化炭素を合わせて、前記ベータ−プロピオラクトンを生成するステップをさらに含む、請求項１から３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
先行する請求項のいずれかに記載の方法に従って生成されるポリマー。
【請求項４０】
請求項３９に記載のポリマーを含む吸収性物品。
【請求項４１】
少なくとも１種の無機または有機添加物をさらに含む、請求項４０に記載の吸収性物品。
【請求項４２】
前記吸収性物品が、おむつ、成人失禁用製品、または女性用衛生製品である、請求項４０または４１に記載の吸収性物品。
【請求項４３】
前記吸収性物品が生分解性である、請求項４０から４２のいずれか一項に記載の吸収性物品。
【請求項４４】
請求項３９に記載のポリマーおよび
少なくとも１種の無機または有機添加物
を含む生分解性布。
【請求項４５】
請求項３９に記載のポリマーを含む農業用製品。
【請求項４６】
前記農業用製品が、作物のために水を保持する材料である、請求項４５に記載の農業用製品。
【請求項４７】
前記農業用製品が、種子または作物である、請求項４５に記載の農業用製品。
【請求項４８】
請求項３９に記載のポリマーでコーティングされている種子。
【請求項４９】
複数の種子を含む種子ミックスであって、前記種子の少なくとも一部分が請求項３９に記載のポリマーでコーティングされている、種子ミックス。
【請求項５０】
請求項４８に記載の種子または請求項４９に記載の種子ミックスを植え付けるステップを含む方法。
【請求項５１】
前記ポリマーが生分解して、前記種子、植物体、またはその組合せに水を放出するのに適した条件下で、前記種子を前記植物体へと生育させるステップをさらに含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
主反応器と、
前記主反応器に接続している蒸留塔と、
前記蒸留塔を介して前記主反応器の上部に接続しているニーダー反応器と
を含むシステムであって、
前記主反応器が、
ベータ−プロピオラクトンを含むインプット流を受け取り、
前記インプット流中の前記ベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分を重合させて、ポリプロピオラクトンを生成し、
前記ポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を生成し、
前記アクリル酸の少なくとも一部分を揮発させる
ように構成されており、
前記蒸留塔が、前記主反応器から揮発した前記アクリル酸を受け取るように構成されており、
前記ニーダー反応器が、
前記蒸留塔から蒸留した前記アクリル酸の少なくとも一部分を受け取り、
ラジカル開始剤、必要に応じて架橋剤、および金属または金属塩を受け取り、
前記ニーダー反応器内で、前記アクリル酸の少なくとも一部分から部分的に中和されたポリアクリル酸を生成し、
前記部分的に中和されたポリアクリル酸の少なくとも一部分を前記主反応器に供給し戻す
ように構成されており、
前記主反応器が、
前記ニーダー反応器から前記部分的に中和されたポリアクリル酸を受け取り、
ベータ−プロピオラクトンを重合させて、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを生成する
ようにさらに構成されており、
前記主反応器が、ベータ−プロピオラクトン、前記ポリマー、および熱伝達流体を含む生成物流をアウトプットするように構成されている出口をさらに含む、システム。
【請求項５３】
主反応器と、
蒸留塔およびニーダー反応器を含む容器であって、前記蒸留塔が前記主反応器の上部に接続している容器と
を含むシステムであって、
前記主反応器が、
ベータ−プロピオラクトンを含むインプット流を受け取り、
金属化合物と熱伝達流体の混合物を受け取り、
前記インプット流中の前記ベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分を前記金属化合物の存在下で重合させて、ポリプロピオラクトンを生成し、
前記ポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を生成し、
前記アクリル酸の少なくとも一部分を揮発させる
ように構成されており、
前記蒸留塔が、前記主反応器から揮発した前記アクリル酸を受け取り、前記アクリル酸を前記ニーダー反応器に供給するように構成されており、
前記ニーダー反応器が、
前記蒸留塔から前記アクリル酸の少なくとも一部分を受け取り、
ラジカル開始剤、必要に応じて架橋剤、および金属化合物を受け取り、
前記ニーダー反応器内で、前記アクリル酸の少なくとも一部分から部分的に中和されたポリアクリル酸を生成し、
前記部分的に中和されたポリアクリル酸の少なくとも一部分を前記主反応器に供給し戻す
ように構成されており、
前記主反応器が、
前記ニーダー反応器から前記部分的に中和されたポリアクリル酸を受け取り、
ベータ−プロピオラクトンを重合させて、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを生成する
ようにさらに構成されており、
前記主反応器が、ベータ−プロピオラクトン、前記ポリマー、および熱伝達流体を含む生成物流をアウトプットするように構成されている出口をさらに含む、システム。
【請求項５４】
酸化エチレンをカルボニル化して、前記インプット流を生成するように構成されているカルボニル化反応器をさらに含む、請求項５２または５３に記載のシステム。
【請求項５５】
前記生成物流から前記ポリマーを単離するように構成されている分離ユニットをさらに含む、請求項５２から５４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５６】
前記生成物流を、前記ポリマーを含むポリマー流と、前記ベータ−プロピオラクトンおよび前記熱伝達流体を含むリサイクル流とに分離するように構成されている分離ユニットをさらに含む、請求項５２から５４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５７】
前記分離ユニットが、前記リサイクル流を前記主反応器に供給し戻すようにさらに構成されている、請求項５６に記載のシステム。
【請求項５８】
前記熱伝達流体が、アクリル酸の沸点より高い沸点を有する非プロトン性有機溶媒を含む、請求項５２から５７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５９】
前記ラジカル開始剤が、過酸化物、パースルフェート、もしくはアゾ化合物、またはその組合せを含む、請求項５２から５８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６０】
前記ラジカル開始剤がレドックス開始剤である、請求項５２から５８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６１】
前記ラジカル開始剤がヒドロペルオキシドを含む、請求項５２から５８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６２】
前記ラジカル開始剤が過酸化水素を含む、請求項５２から５８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６３】
前記金属化合物が、式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の化合物、またはその組合せである、請求項５２から６２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６４】
Ｍが第Ｉ族金属である、請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
Ｍがナトリウムである、請求項６３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の引用
本願は、２０１６年１１月２日に出願された米国仮出願第６２／４１６，６１１号に対する優先権を主張する。この米国仮出願は、その全体が本明細書により参考として援用される。
【０００２】
分野
本開示は、一般的にポリマー材料、より具体的には吸着剤材料として使用するのに適したポリマー材料、およびこれを生成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
超吸収性ポリマーとは、莫大な量の水または水溶液を吸収および保持することができるポリマー材料である。このようなポリマー材料は、おむつ、成人失禁用製品、および女性用衛生製品の製造用、ならびに農業用途に広範囲にわたり使用されている。
【０００４】
超吸収性ポリマーは、一般的にアクリル酸の重合によって生成される。しかし、アクリル酸は価格が変動しやすく、供給不足であるため、吸着特性を有するポリマー材料を代替の供給源から生成することが当技術分野で望まれている。特に、再生可能な供給源から得られる、吸着特性を有するバイオベースの生分解性ポリマー材料を生成する必要性が当技術分野において存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
簡単な要旨
当技術分野における必要性に取り組む、吸着特性を有するポリマー材料、およびこれを生成する方法が本明細書に提供される。このようなポリマー材料は、再生可能な供給源、例えば、バイオベースの酸化エチレンおよび一酸化炭素などから誘導され得るベータ−プロピオラクトンから得ることができる。
【０００６】
一部の態様では、ポリマーを生成する方法であって、ベータ−プロピオラクトンを金属化合物と合わせて、アクリル酸、その塩、またはその組合せを生成するステップと、アクリル酸、その塩、またはその組合せを、重合開始剤および必要に応じて架橋剤で重合させて、ポリマーを生成するステップとを含む方法が提供される。前述の態様の一部の変形形態では、重合は無溶媒でまたは非水性媒体中で実施される。一部の変形形態では、金属化合物はＭ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、またはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）、またはその組合せである。
【０００７】
他の態様では、ポリマーを生成する方法であって、
ａ）反応器内でベータ−プロピオラクトンをイオン開始剤で重合させて、ポリマー中間体を生成するステップであって、ポリマー中間体がポリアクリル酸主鎖および複数のポリプロピオラクトン側鎖を有する、ステップと、
ｂ）反応器の温度を上昇させて、ポリマー中間体の熱分解により、ポリマー中間体の側鎖の少なくとも一部分からアクリル酸を生成し、ポリマー中間体のポリマー主鎖の少なくとも一部分からアクリレートポリマーを生成するステップと、
ｃ）反応器に式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の金属化合物、またはその組合せを添加して、反応器内でアクリル酸を少なくとも部分的に中和して、混合物を生成するステップであって、反応器内の混合物がアクリル酸およびＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）（式中、Ｍは第Ｉ族金属である）を含む、ステップと、
ｄ）反応器内で混合物の少なくとも一部分を重合させて、ポリマーを生成するステップと
を含み、ポリマーが、
【化１】
2020502289.tif 000003
の繰返し単位またはその組合せを含む、方法が提供される。
【０００８】
前述の態様の一部の変形形態では、ステップ（ｃ）および（ｄ）は無溶媒でまたは非水性媒体中で実施される。
【０００９】
他の態様では、ポリマーを生成する方法であって、
主反応器内でベータ−プロピオラクトンを金属化合物と合わせるステップであって、主反応器内で金属化合物がベータ−プロピオラクトンのうちの少なくとも一部の重合を開始させて、ポリプロピオラクトンを生成するステップと、
主反応器内でポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を生成するステップと、
主反応器内でアクリル酸の少なくとも一部分を揮発させるステップと、
揮発したアクリル酸を、蒸留塔に通すステップと、
ニーダー反応器内で、蒸留塔から得たアクリル酸をラジカル開始剤、必要に応じての架橋剤、および追加の金属化合物と合わせて、部分的に中和されたポリアクリル酸を生成するステップと、
ニーダー反応器からの部分的に中和されたポリアクリル酸を主反応器に供給するステップであって、主反応器内で、部分的に中和されたポリアクリル酸のカルボン酸塩末端基がベータ−プロピオラクトンのうちの少なくとも一部の重合を開始させて、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを生成する、ステップと
を含む方法が提供される。
【００１０】
前述の態様の一部の変形形態では、重合は無溶媒でまたは非水性媒体中で実施される。
【００１１】
他の態様では、本明細書に記載の方法のいずれかに従って生成されるポリマーが提供される。一部の実施形態では、ポリマーは架橋されている。前述の態様の一部の変形形態では、ポリマーはバイオベースおよび／または生分解性である。
【００１２】
本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成されるポリマーは、吸収性物品（例えば、おむつ、成人失禁用製品、または女性用衛生製品用）として、あるいは農業用製品（例えば、農業用材料および種子コーティング用）として使用するのに適し得る。
【００１３】
また他の態様では、本明細書に記載の方法を実行するためのシステムが提供される。一実施形態では、主反応器と、主反応器に接続している蒸留塔と、蒸留塔を介して主反応器の上部に接続しているニーダー反応器とを含むシステムが提供される。別の実施形態では、主反応器と、蒸留塔およびニーダー反応器を含む容器とを含むシステムであって、蒸留塔が主反応器の上部に接続しているシステムが提供される。
【００１４】
前述の実施形態の一部の変形形態では、主反応器は、ベータ−プロピオラクトンを含むインプット流を受け取り、インプット流中のベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分を重合させて、ポリプロピオラクトンを生成し、ポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を生成し、アクリル酸の少なくとも一部分を揮発させるように構成されている。別の変形形態では、主反応器は、ベータ−プロピオラクトンを含むインプット流を受け取り、金属化合物と熱伝達流体の混合物を受け取り、インプット流中のベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分を金属化合物の存在下で重合させて、ポリプロピオラクトンを生成し、ポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を生成し、アクリル酸の少なくとも一部分を揮発させるように構成されている。
【００１５】
本明細書に記載のシステムのある特定の変形形態では、蒸留塔は、主反応器から揮発したアクリル酸を受け取るように構成されている。ある特定の変形形態では、蒸留塔は、主反応器から揮発したアクリル酸を受け取り、蒸留したアクリル酸をニーダー反応器に供給するように構成されている。
【００１６】
本明細書に記載のシステムのある特定の変形形態では、ニーダー反応器は、蒸留塔から蒸留したアクリル酸の少なくとも一部分を受け取り、ラジカル開始剤、必要に応じて架橋剤、および金属または金属塩を受け取って、ニーダー反応器内で、アクリル酸の少なくとも一部分から部分的に中和されたポリアクリル酸を生成し、部分的に中和されたポリアクリル酸の少なくとも一部分を主反応器に供給し戻すように構成されている。他の変形形態では、主反応器は、ニーダー反応器から部分的に中和されたポリアクリル酸を受け取り、ベータ−プロピオラクトンを重合させて、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを生成するようにさらに構成され、主反応器が、ベータ−プロピオラクトン、ポリマー、および熱伝達流体を含む生成物流をアウトプットするように構成されている出口をさらに含む。
【００１７】
本出願は、同様の部分が同様の番号で参照されてもよい添付の図と併せて考慮される、以下の記載を参照することで最も良く理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、ベータ−プロピオラクトンから吸収性ポリマーを生成するための本明細書に記載の方法を実行するための例示的システムを表している。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
詳細な説明
以下の記載は、例示的な方法、パラメーターなどを記載している。しかし、このような記載は本開示の範囲の制限を意図するものではなく、代わりに、例示的な実施形態の記載として提供されていることを認識すべきである。
【００２０】
吸収特性を有するポリマーが本明細書に提供される。一部の態様では、このようなポリマーはベータ−プロピオラクトンから生成される。ベータ−プロピオラクトンは酸化エチレンのカルボニル化から生成することができる。酸化エチレンおよび一酸化炭素が再生可能な供給源から得られる場合、本明細書に記載のポリマーはバイオベースのポリマーであることができる。さらに、本明細書に記載のポリマーは生分解性であってもよい。このような超吸収性ポリマーは、おむつ、成人失禁用製品、および女性用衛生製品のために使用することができ、このような製品の性能を維持または改善する。
【００２１】
このような吸収性ポリマーを生成する方法、ならびにこのような吸収性ポリマーの構造および特性が以下にさらに詳細に記載されている。
吸収性ポリマーを生成する方法
【００２２】
一部の態様では、ポリアクリル酸主鎖および複数のポリプロピオラクトン側鎖を有するポリマーを生成し、ポリプロピオラクトン側鎖の少なくとも一部分を分解してポリアクリル酸を生成する方法が本明細書に提供される。
【００２３】
ある特定の態様では、ポリマーを生成する方法であって、ベータ−プロピオラクトンを金属化合物と合わせて、アクリル酸、その塩、またはその組合せを生成するステップと、アクリル酸、その塩、またはその組合せを、重合開始剤および必要に応じて架橋剤で重合させて、ポリマーを生成するステップとを含む方法が提供される。一部の変形形態では、金属化合物は式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の化合物、またはその組合せである。
【００２４】
ある特定の態様では、ポリマーを生成する方法であって、
ａ）反応器内でベータ−プロピオラクトンをイオン開始剤で重合させて、ポリマー中間体を生成するステップであって、ポリマー中間体がポリアクリル酸主鎖および複数のポリプロピオラクトン側鎖を有する、ステップと、
ｂ）反応器の温度を上昇させて、ポリマー中間体の熱分解により、ポリマー中間体の側鎖の少なくとも一部分からアクリル酸を生成し、ポリマー中間体のポリマー主鎖の少なくとも一部分からアクリレートポリマーを生成するステップと、
ｃ）反応器に式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の金属化合物、またはその組合せを添加して、反応器内でアクリル酸を少なくとも部分的に中和して、混合物を生成するステップであって、反応器内の混合物がアクリル酸およびＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）（式中、Ｍは第Ｉ族金属である）を含む、ステップと、
ｄ）反応器内で混合物の少なくとも一部分を重合させて、ポリマーを生成するステップと
を含み、ポリマーが、
【化２】
2020502289.tif 000004
の繰返し単位またはその組合せを含む、方法が提供される。
【００２５】
１つの変形形態では、ポリマーを生成する方法であって、
ａ）反応器内でベータ−プロピオラクトンをイオン開始剤で重合させて、ポリマー中間体を生成するステップであって、ポリマー中間体がポリアクリル酸主鎖および複数のポリプロピオラクトン側鎖を有する、ステップと、
ｂ）ポリマー中間体の熱分解により、ポリマー中間体の側鎖の少なくとも一部分から高温でアクリル酸を生成し、ポリマー中間体のポリマー主鎖の少なくとも一部分からアクリレートポリマーを生成するステップと、
ｃ）反応器に式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の金属化合物、またはその組合せを添加して、反応器内でアクリル酸を少なくとも部分的に中和して、混合物を生成するステップであって、反応器内の混合物がアクリル酸およびＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）（式中、Ｍは第Ｉ族金属である）を含む、ステップと、
ｄ）反応器内で混合物の少なくとも一部分を重合させて、ポリマーを生成するステップと
を含み、ポリマーが、
【化３】
2020502289.tif 000005
の繰返し単位またはその組合せを含む、方法が提供される。
【００２６】
前述の態様の一部の変形形態では、方法は、ステップ（ｄ）で生成されたポリマーの少なくとも一部分を単離するステップをさらに含む。また他の変形形態では、方法は、単離されたポリマーを追加のベータ−プロピオラクトンと合わせて、追加のポリマー中間体を生成するステップをさらに含む。
【００２７】
前述の態様の一部の変形形態では、方法は連続的に実施される。
【００２８】
前述の態様の他の変形形態では、方法は、ポリマー中間体を生成するためのベータ−プロピオラクトンの重合からの発熱を、ポリマー中間体の熱分解と釣り合わせるように実施される。例えば、重合熱は、ポリプロピオラクトン側鎖の熱分解、もしくは熱伝達流体の蒸発により吸収されてもよいし、または反応系が適切な温度制御を可能にするように設計されていてもよい。
【００２９】
一部の変形形態では、方法は、ステップ（ａ）〜（ｄ）の一部を組み合わせるまたは分離することを含む。例えば、前述の態様のある特定の変形形態では、ステップ（ｃ）および（ｄ）は１つのステップで一緒に実施される。
【００３０】
前述の態様のまた他の変形形態では、ステップ（ｃ）および（ｄ）は無溶媒でまたは非水性媒体中で実施される。
【００３１】
別の態様では、ポリマーを生成する方法であって、
主反応器内でベータ−プロピオラクトンを金属化合物と合わせるステップであって、主反応器内で金属化合物がベータ−プロピオラクトンのうちの少なくとも一部の重合を開始させて、ポリプロピオラクトンを生成するステップと、
主反応器内でポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を生成するステップと、
主反応器内でアクリル酸の少なくとも一部分を揮発させるステップと、
揮発したアクリル酸を、蒸留塔に通すステップと、
ニーダー反応器内で、蒸留塔から得たアクリル酸を、ラジカル開始剤、必要に応じての架橋剤、および追加の金属化合物と合わせて、部分的に中和されたポリアクリル酸を生成するステップと、
ニーダー反応器からの部分的に中和されたポリアクリル酸を主反応器に供給するステップであって、主反応器内で、部分的に中和されたポリアクリル酸のカルボン酸塩末端基がベータ−プロピオラクトンのうちの少なくとも一部の重合を開始させて、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを生成するステップと
を含む方法が提供される。
【００３２】
前述の態様の一部の変形形態では、重合は、無溶媒でまたは非水性媒体中で実施される。前述の態様の他の変形形態では、方法は、主反応器から生成物流を単離するステップをさらに含み、生成物流は、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを含む。また他の変形形態では、生成物流は、未反応のベータ−プロピオラクトンをさらに含む。前述の態様と組み合わせることができる１つの変形形態では、方法は、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを含むポリマー流を、未反応のベータ−プロピオラクトンを含むリサイクル流から分離するステップをさらに含む。前述の態様と組み合わせることができるまた別の変形形態では、方法は、リサイクル流を主反応器に供給するステップをさらに含む。前述の態様およびその変形形態では、ラジカル開始剤を使用して、アクリル酸を重合するが、部分的に中和されたポリアクリル酸がベータ−プロピオラクトンの重合を開始するので、追加のイオン開始剤を供給する必要はない。
【００３３】
ベータ−プロピオラクトン、開始剤および方法の他の変形形態が以下にさらに詳細に記載されている。
ベータ−プロピオラクトン
【００３４】
ベータ−プロピオラクトンは、当技術分野で公知の任意の適切な方法または技術により生成することができる。例えば、一部の変形形態では、ベータ−プロピオラクトンは酸化エチレンおよび一酸化炭素から生成される。酸化エチレンに、カルボニル化触媒および必要に応じて溶媒の存在下、カルボニル化を施す。
【００３５】
よって、一部の変形形態では、本明細書に記載の方法は、酸化エチレンをカルボニル化して、ベータ−プロピオラクトンを生成するステップをさらに含む。ある特定の変形形態では、本明細書に記載の方法は、酸化エチレン、一酸化炭素、カルボニル化触媒および必要に応じて溶媒を合わせて、ベータ−プロピオラクトンを生成するステップをさらに含む。１つの変形形態では、本明細書に記載の方法は、酸化エチレン、一酸化炭素、カルボニル化触媒および溶媒を合わせて、ベータ−プロピオラクトンを生成するステップをさらに含む。
【００３６】
ベータ−プロピオラクトンを重合前に単離して、本明細書に記載のポリマーを生成することができる。よって、一部の変形形態では、本明細書に記載の方法は、酸化エチレンをカルボニル化して、ベータ−プロピオラクトンを生成し、生成されたベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分を単離するステップをさらに含む。ある特定の変形形態では、本明細書に記載の方法は、酸化エチレン、一酸化炭素、カルボニル化触媒および必要に応じて溶媒を合わせて、ベータ−プロピオラクトンを生成し、生成されたベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分を単離するステップをさらに含む。１つの変形形態では、本明細書に記載の方法は、酸化エチレン、一酸化炭素、カルボニル化触媒および溶媒を合わせて、ベータ−プロピオラクトンを生成し、生成されたベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分を単離するステップをさらに含む。
【００３７】
前述の態様の一部の変形形態では、酸化エチレンは気体形態で提供される。ある特定の変形形態では、気体酸化エチレンは液体形態に変換され、反応器内で溶媒、カルボニル化触媒および気体一酸化炭素と合わせられる。前述の態様の一部の変形形態では、一酸化炭素は気体形態で提供される。
【００３８】
ベータ−プロピオラクトンを生成するために任意の適切なカルボニル化触媒を使用することができる。例えば、一部の変形形態では、カルボニル化触媒は金属カルボニル化合物を含む。ある特定の変形形態では、カルボニル化触媒は固体支持された金属カルボニル化合物である。適切なカルボニル化触媒は、例えば、ＷＯ２０１０／１１８１２８に記載されている。一部の変形形態では、カルボニル化触媒は［（ＴＰＰ）Ａｌ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］、［（ＣｌＴＰＰ）Ａｌ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］、［（ＴＰＰ）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］、［（ＣｌＴＰＰ）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］、［（ｓａｌｃｙ）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］、［（ｓａｌｐｈ）Ｃｒ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］、または［（ｓａｌｐｈ）Ａｌ］［Ｃｏ（ＣＯ）４］を含む。「ＴＰＰ」は、テトラフェニルポルフィリンを指し、「ＣｌＴＰＰ」はメソ−テトラ（４−クロロフェニル）ポルフィリン）を指し、「ｓａｌｃｙ」は（Ｎ，Ｎ’−ビス（３，５−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルサリチリデン）−１，２−ジアミノシクロヘキサン）を指し、「ｓａｌｐｈ」は（Ｎ，Ｎ’−ビス（サリチリデン）−ｏ−フェニレンジアミン）を指すことが一般的に理解されるべきである。
【００３９】
任意の適切な溶媒を使用して、ベータ−プロピオラクトンを生成することができる。一部の変形形態では、溶媒はエーテル溶媒を含む。１つの変形形態では、溶媒はテトラヒドロフランを含む。
イオン開始剤
【００４０】
一部の変形形態では、イオン開始剤はアルカリ金属の塩またはアルカリ土類金属の塩を含む。ある特定の変形形態では、イオン開始剤は、アルカリ金属のカルボン酸塩またはアルカリ土類金属の塩を含む。１つの変形形態では、イオン開始剤はアルカリ金属の塩である。
【００４１】
他の変形形態では、イオン開始剤は、式ＣＨ２＝ＣＨ２ＣＯ２−Ｚ＋（式中、Ｚ＋は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、第４級アンモニウムカチオン、またはホスホニウムである）の構造を有する。ある特定の変形形態では、イオン開始剤は、式ＣＨ２＝ＣＨ２ＣＯ２−Ｚ＋（式中、Ｚ＋は第４級アンモニウムカチオンである）の構造を有する。１つの変形形態では、第４級アンモニウムカチオンは低級アルキル第４級アンモニウムカチオンである。
【００４２】
他の変形形態では、イオン開始剤はアクリル酸ナトリウムまたはアクリル酸カリウムである。ある特定の変形形態では、イオン開始剤はメタクリレートである。１つの変形形態では、イオン開始剤はメタクリル酸ナトリウムまたはメタクリル酸カリウムである。
【００４３】
一部の変形形態では、本明細書に記載のイオン開始剤の任意の組合せもまた使用することができる。
金属化合物
【００４４】
一部の変形形態では、金属化合物はＭ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、またはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）である。ある特定の変形形態では、金属化合物はＭ、Ｍ２Ｏ、またはＭＯＨである。一部の変形形態では、Ｍは第Ｉ族金属である。ある特定の変形形態では、Ｍはナトリウムである。例えば、ナトリウム金属、酸化ナトリウムまたは水酸化ナトリウムを使用することができる。前述のものの任意の組合せもまた使用することができる。
重合開始剤
【００４５】
一部の実施形態では、本明細書に記載の方法のステップ（ｄ）の重合は、重合開始剤の存在下で実施される。よって、一部の変形形態では、ポリマーを生成する方法であって、
ａ）反応器内でベータ−プロピオラクトンをイオン開始剤で重合させて、ポリマー中間体を生成するステップであって、ポリマー中間体がポリアクリル酸主鎖および複数のポリプロピオラクトン側鎖を有する、ステップと、
ｂ）反応器の温度を上昇させて、ポリマー中間体の熱分解により、ポリマー中間体の側鎖の少なくとも一部分からアクリル酸を生成し、ポリマー中間体のポリマー主鎖の少なくとも一部分からアクリレートポリマーを生成するステップと、
ｃ）反応器に式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の金属化合物、またはその組合せを添加して、反応器内でアクリル酸を少なくとも部分的に中和して、混合物を生成するステップであって、反応器内の混合物がアクリル酸およびＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）（式中、Ｍは第Ｉ族金属である）を含む、ステップと、
ｄ）反応器内で混合物の少なくとも一部分を重合開始剤の存在下で重合させて、ポリマーを生成するステップと
を含み、ポリマーが、
【化４】
2020502289.tif 000006
の繰返し単位またはその組合せを含む、方法が提供される。
【００４６】
１つの変形形態では、ポリマーを生成する方法であって、
ａ）反応器内でベータ−プロピオラクトンをイオン開始剤で重合させて、ポリマー中間体を生成するステップであって、ポリマー中間体がポリアクリル酸主鎖および複数のポリプロピオラクトン側鎖を有する、ステップと、
ｂ）ポリマー中間体の熱分解により、ポリマー中間体の側鎖の少なくとも一部分から高温でアクリル酸を生成し、ポリマー中間体のポリマー主鎖の少なくとも一部分からアクリレートポリマーを生成するステップと、
ｃ）反応器に式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の金属化合物、またはその組合せを添加して、反応器内でアクリル酸を少なくとも部分的に中和して、混合物を生成するステップであって、反応器内の混合物がアクリル酸およびＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）（式中、Ｍは第Ｉ族金属である）を含む、ステップと、
ｄ）反応器内で混合物の少なくとも一部分を重合開始剤の存在下で重合させて、ポリマーを生成するステップと
を含み、ポリマーが、
【化５】
2020502289.tif 000007
の繰返し単位またはその組合せを含む、方法が提供される。
【００４７】
一部の実施形態では、重合開始剤はラジカル開始剤である。ラジカル開始剤は、過酸化物、パースルフェート、またはアゾ化合物を含む。他の変形形態では、ラジカル開始剤はレドックス開始剤である。ある特定の変形形態では、ラジカル開始剤はヒドロペルオキシドを含む。１つの変形形態では、ラジカル開始剤は過酸化水素を含む。
【００４８】
他の実施形態では、重合開始剤は熱開始剤、もしくは光開始剤、またはその組合せである。
【００４９】
一部の変形形態では、重合開始剤は過酸化物または酸である。１つの変形形態では、重合開始剤は過酸化水素またはアスコルビン酸である。
【００５０】
他の変形形態では、本明細書に記載の重合開始剤の任意の組合せもまた使用することができる。
架橋剤
【００５１】
一部の実施形態では、本明細書に記載の方法は、ステップ（ｄ）において反応器に架橋剤を添加して、反応器内で混合物の少なくとも一部分を重合させて、ポリマーを生成するステップであって、ポリマーが架橋されている、ステップをさらに含む。よって、一部の変形形態では、ポリマーを生成する方法であって、
ａ）反応器内でベータ−プロピオラクトンをイオン開始剤で重合させて、ポリマー中間体を生成するステップであって、ポリマー中間体がポリアクリル酸主鎖および複数のポリプロピオラクトン側鎖を有する、ステップと、
ｂ）反応器の温度を上昇させて、ポリマー中間体の熱分解により、ポリマー中間体の側鎖の少なくとも一部分からアクリル酸を生成し、ポリマー中間体のポリマー主鎖の少なくとも一部分からアクリレートポリマーを生成するステップと、
ｃ）反応器に式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の金属化合物、またはその組合せを添加して、反応器内でアクリル酸を少なくとも部分的に中和して、混合物を生成するステップであって、反応器内の混合物がアクリル酸およびＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）（式中、Ｍは第Ｉ族金属である）を含む、ステップと、
ｄ）反応器内で混合物の少なくとも一部分を架橋剤および必要に応じて重合開始剤の存在下で重合させて、ポリマーを生成するステップと
を含み、ポリマーが、
【化６】
2020502289.tif 000008
の繰返し単位またはその組合せを含み、ポリマーが架橋されている、方法が提供される。
【００５２】
１つの変形形態では、ポリマーを生成する方法であって、
ａ）反応器内でベータ−プロピオラクトンをイオン開始剤で重合させて、ポリマー中間体を生成するステップであって、ポリマー中間体がポリアクリル酸主鎖および複数のポリプロピオラクトン側鎖を有する、ステップと、
ｂ）ポリマー中間体の熱分解により、ポリマー中間体の側鎖の少なくとも一部分から高温でアクリル酸を生成し、ポリマー中間体のポリマー主鎖の少なくとも一部分からアクリレートポリマーを生成するステップと、
ｃ）反応器に式Ｍ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、もしくはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）の金属化合物、またはその組合せを添加して、反応器内でアクリル酸を少なくとも部分的に中和して、混合物を生成するステップであって、反応器内の混合物がアクリル酸およびＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）（式中、Ｍは第Ｉ族金属である）を含むステップと、
ｄ）反応器内で混合物の少なくとも一部分を架橋剤および必要に応じて重合開始剤の存在下で重合させて、ポリマーを生成するステップと
を含み、ポリマーが、
【化７】
2020502289.tif 000009
の繰返し単位またはその組合せを含み、ポリマーが架橋されている、方法が提供される。
【００５３】
一部の変形形態では、架橋剤は１つまたは複数のビニル基を含む有機化合物である。ある特定の変形形態では、有機化合物は複数のビニル基を含む。ビニル基を含む架橋剤は、アクリル酸とラジカル共重合させて、架橋の網状組織を形成することができる。適切な架橋剤として、例えば、Ｎ，Ｎ’−メチレン−ビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレン−ビス−メタクリルアミド、ヘキサメチレン−ビス−アクリルアミド、トリアリルアミン、エチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ペンタエリトリトールトリメタクリレート、およびアリルメタクリレート（ally methacrylate）を挙げることができる。他の変形形態では、本明細書に記載の架橋剤の任意の組合せもまた使用することができる。
吸収性ポリマーを生成するシステム
【００５４】
本明細書に記載の方法を実行するためのシステムもまた提供される。例えば、図１に関連して、システム１００は本明細書に記載のポリマーを生成するための例示的システムである。システム１００は反応器１１０を含む。反応器１１０の上側は容器１２０の蒸留塔部分に接続しており、蒸留塔部分は反応器１１０を容器１２０のニーダー反応器部分に接続している。ラジカル開始剤および必要に応じての架橋剤１０４、金属または金属塩１０６、および熱伝達流体１０８を含む様々なインプットが容器１２０に供給される。反応器１１０は、ベータ−プロピオラクトン流１０２を受け取る入口と、本明細書に記載のポリマーを含む生成物流１５０をアウトプットする出口とを有する。
【００５５】
再度図１に関連して、ベータ−プロピオラクトンを含む流れ１０２は、金属または金属塩と熱伝達流体の混合物を収容する反応器１１０に供給される。金属または金属塩は、反応器内で、ベータ−プロピオラクトンの重合を開始させて、ポリプロピオラクトンを形成する。反応器１１０は適切な条件下（例えば、１８０℃またはこれよりも高い温度）で作動して、ポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を形成させることができる。生成されたアクリル酸は、反応器１１０内の条件下で揮発させられて、これが容器１２０の蒸留塔を介して上昇し、ニーダー反応部分に入るときに蒸留される。
【００５６】
ラジカル開始剤、架橋剤、および金属または金属塩の連続的供給を、蒸留塔から、アクリル酸を収容する容器１２０のニーダー反応器部分に添加して、架橋され、部分的に中和されたポリアクリル酸を生成することができる。ニーダー反応器内で生成されたポリマーは蒸留塔を介して反応器１１０に連続的に供給することができる。ポリマー上のカルボン酸塩末端基がベータ−プロピオラクトンの重合を開始させて、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを生成する。反応器１１０内でポリマー上のポリプロピオラクトン鎖が熱分解されて、アクリル酸を形成する。
【００５７】
ベータ−プロピオラクトン、ポリマー、および熱伝達流体を含む反応混合物の一部分は、反応器１１０から流れ出て、生成物流１５０を形成する。他の変形形態では、生成物流１５０は、ポリマー流と、ベータ−プロピオラクトンおよび熱伝達流体を含むリサイクル流とに分離することができる。リサイクル流は、ニーダー反応器に供給し戻すことができる。ポリマーに対する分離方法は、例えば、生成物流１５０の濾過を含み得る。
【００５８】
他の変形形態では、本明細書に記載の方法を実行するためのシステム１００は、システムに対するより少ないまたは追加の操作単位を含む、異なる構成を有してもよいことが理解されるべきである。さらに、システム１００へのインプットは、本明細書に記載の方法に応じて異なってもよい。
【００５９】
一部の態様では、
主反応器と、
蒸留塔およびニーダー反応器を含む容器であって、蒸留塔が主反応器の上部に接続している容器と
を含むシステムであって、
主反応器が、
ベータ−プロピオラクトンを含むインプット流を受け取り、
金属化合物と熱伝達流体の混合物を受け取り、
インプット流中のベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分を金属化合物の存在下で重合させて、ポリプロピオラクトンを生成し、
ポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を生成し、
アクリル酸の少なくとも一部分を揮発させる
ように構成されており、
蒸留塔が、主反応器から揮発したアクリル酸を受け取り、アクリル酸をニーダー反応器に供給するように構成されており、
ニーダー反応器が、
蒸留塔からアクリル酸の少なくとも一部分を受け取り、
ラジカル開始剤、必要に応じて架橋剤、および金属化合物を受け取り、
ニーダー反応器内で、アクリル酸の少なくとも一部分から部分的に中和されたポリアクリル酸を生成し、
部分的に中和されたポリアクリル酸の少なくとも一部分を主反応器に供給し戻す
ように構成されており、
主反応器が、
ニーダー反応器から部分的に中和されたポリアクリル酸を受け取り、
ベータ−プロピオラクトンを重合させて、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを生成する
ようにさらに構成されており、
主反応器が、ベータ−プロピオラクトン、ポリマー、および熱伝達流体を含む生成物流をアウトプットするように構成されている出口をさらに含む、システムが提供される。
【００６０】
１つの変形形態では、
主反応器と、
主反応器に接続している蒸留塔と、
蒸留塔を介して主反応器の上部に接続しているニーダー反応器とを含むシステムであって、
主反応器が、
ベータ−プロピオラクトンを含むインプット流を受け取り、
インプット流中のベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分を重合させて、ポリプロピオラクトンを生成し、
ポリプロピオラクトンの少なくとも一部分を熱分解させて、アクリル酸を生成し、
アクリル酸の少なくとも一部分を揮発させる
ように構成されており、
蒸留塔が、主反応器から揮発したアクリル酸を受け取るように構成されており、
ニーダー反応器が、
蒸留塔から蒸留したアクリル酸の少なくとも一部分を受け取り、
ラジカル開始剤、必要に応じて架橋剤、および金属化合物を受け取り、
ニーダー反応器内で、アクリル酸の少なくとも一部分から部分的に中和されたポリアクリル酸を生成し、
部分的に中和されたポリアクリル酸の少なくとも一部分を主反応器に供給し戻す
ように構成されており、
主反応器が、
ニーダー反応器から部分的に中和されたポリアクリル酸を受け取り、
ベータ−プロピオラクトンを重合させて、ポリプロピオラクトンの枝を有するポリマーを生成する
ようにさらに構成されており、
主反応器が、ベータ−プロピオラクトン、ポリマー、および熱伝達流体を含む生成物流をアウトプットするように構成されている出口をさらに含む、システムが提供される。
【００６１】
本明細書に記載のシステムは、本明細書に記載の方法のいずれかに従い提供または生成されるベータ−プロピオラクトンを受け取るように構成されていてもよい。例えば、一部の実施形態では、ベータ−プロピオラクトンを含むインプット流は酸化エチレンをカルボニル化することによって生成される。よって、一部の実施形態では、システムは、酸化エチレンをカルボニル化して、インプット流を生成するように構成されているカルボニル化反応器をさらに含む。
【００６２】
他の変形形態では、システムは、生成物流中のポリマーを単離するための分離ユニットをさらに含む。他の変形形態では、分離ユニットは、生成物流を、ポリマー流と、ベータ−プロピオラクトンおよび熱伝達流体を含むリサイクル流とに分離する。また他の変形形態では、リサイクル流は主反応器に供給し戻すことができる。
【００６３】
本明細書に記載のシステムはまた、本明細書に記載の開始剤、架橋剤、および金属化合物のいずれかを受け取るように構成することもできる。例えば、一部の変形形態では、金属化合物はＭ、Ｍ２Ｏ、ＭＯＨ、またはＭ＋（ＣＨ２＝ＣＨＣＯＯ−）である。ある特定の変形形態では、Ｍは第Ｉ族金属である。１つの変形形態では、金属化合物はナトリウム金属である。他の変形形態では、金属化合物は酸化ナトリウム、水酸化ナトリウム、またはアクリル酸ナトリウムである。このような金属化合物の組合せもまた使用することができる。前述の実施形態のまた他の変形形態では、架橋剤が使用され、生成された部分的に中和されたポリアクリル酸は架橋されている。本明細書に記載の架橋剤のいずれもシステムにおいて使用することができる。
【００６４】
他の変形形態では、熱伝達流体は、アクリル酸の沸点より高い沸点を有する任意の非プロトン性有機溶媒であってよい。１つの変形形態では、熱伝達流体は高沸点溶剤である。
吸収性ポリマー
【００６５】
一部の態様では、本明細書に記載の方法のいずれかに従い生成されるポリマーが提供される。
バイオ含有量
【００６６】
前述の実施形態の一部の変形形態では、ポリマーは０％より大きく、１００％未満のバイオ含有量を有する。前述の実施形態のある特定の変形形態では、ポリマーは、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、少なくとも９９．５％、少なくとも９９．９％、少なくとも９９．９９％、または１００％のバイオ含有量を有する。
【００６７】
一部の変形形態では、バイオ含有量（「バイオベースの含有量」とも呼ばれる）は以下に基づき決定することができる：
バイオ含有量％またはバイオベースの含有量＝
［バイオ（有機）炭素］／［全（有機）炭素］×１００％
ＡＳＴＭ  Ｄ６８６６（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｂｉｏ−ｂａｓｅｄ  Ｃｏｎｔｅｎｔ  ｏｆ  Ｓｏｌｉｄ，Ｌｉｑｕｉｄ，ａｎｄ  Ｇａｓｅｏｕｓ  Ｓａｍｐｌｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｒａｄｉｏｃａｒｂｏｎ  Ａｎａｌｙｓｉｓ（放射性炭素分析を使用した、固体、液体、および気体試料のバイオベースの含有量を測定するための標準試験法））で決定される通りである。
【００６８】
ポリマーのバイオ含有量は、使用されるベータ−プロピオラクトンのバイオ含有量に基づき、左右され得る。例えば、本明細書に記載の方法の一部の変形形態では、本明細書に記載のポリマーを生成するために使用されるベータ−プロピオラクトンは、０％より大きく、１００％未満のバイオ含有量を有することができる。本明細書に記載の方法のある特定の変形形態では、本明細書に記載のポリマーを生成するために使用されるベータ−プロピオラクトンは、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、少なくとも９９．５％、少なくとも９９．９％、少なくとも９９．９９％、または１００％のバイオ含有量を有することができる。ある特定の変形形態では、再生可能な供給源から誘導されるベータ−プロピオラクトンが使用される。他の変形形態では、使用したベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分は再生可能な供給源から誘導され、ベータ−プロピオラクトンの少なくとも一部分は再生不可能な供給源から誘導される。
【００６９】
ベータ−プロピオラクトンのバイオ含有量は、例えば、使用した酸化エチレンおよび一酸化炭素のバイオ含有量に依存し得る。一部の変形形態では、酸化エチレンと一酸化炭素との両方が、再生可能な供給源から誘導される。
生分解性
【００７０】
前述の実施形態の一部の変形形態では、ポリマーは、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９６％、少なくとも９７％、少なくとも９８％、少なくとも９９％、少なくとも９９．５％、少なくとも９９．９％、少なくとも９９．９９％、または１００％の生分解性を有する。
【００７１】
前述の実施形態の一部の変形形態では、生分解性は、ＡＳＴＭ  Ｄ５３３８−１５（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ａｅｒｏｂｉｃ  Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｌａｓｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｕｎｄｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｔｉｎｇ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ  Ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ（高温を取り入れた、制御されたコンポスト条件下でのプラスチック材料の好気的生分解度を求めるための標準試験法））に基づき、定義され、決定される通りである。
吸収性ポリマーの使用
【００７２】
他の態様では、本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成される、ポリマーを含む吸収性物品もまた本明細書に提供される。
【００７３】
一部の変形形態では、吸着性物品は、少なくとも１種の無機または有機添加物をさらに含む。適切な無機添加物として、例えば、金属（例えば、アルミニウムまたはスズなど）、ならびに粘土を挙げることができる。このような固体の組込みは、ポリマーまたはポリマー組成物の吸収特性を増強し得る。有機添加物の例として、例えば、可塑剤、例えば、ポリブテン、ポリプロペン、ポリブタジエン、ポリイソブテンおよび／またはポリイソプレンを挙げることができる。
【００７４】
一部の実施形態では、吸収性物品は、おむつ、成人失禁用製品、または女性用衛生製品である。前述の実施形態の一部の変形形態では、吸収性物品はバイオベースおよび／または生分解性である。
【００７５】
ある特定の態様では、本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成される、ポリマーのいずれかを含む生分解性布が提供される。前述の態様の一部の変形形態では、生分解性布は、少なくとも１種の無機または有機添加物をさらに含む。
農業用の使用
【００７６】
本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成される、ポリマーはまた、農業用の使用にも適し得る。他の態様では、本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成される、ポリマーを含む農業用製品が提供される。このような農業用製品は、植物体または種子または作物の植え付けおよび／または生育に使用される材料であってよい。
【００７７】
例えば、本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成される、ポリマーは、作物のために水を保持する農業用材料として使用することができる。よって、一部の変形形態では、本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成される、ポリマーを含む農業用材料が提供される。ある特定の変形形態では、農業用材料は少なくとも１種の無機または有機添加物をさらに含む。
【００７８】
他の変形形態では、本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成される、ポリマーでコーティングされた種子が提供される。他の実施形態では、種子を含む種子ミックスであって、種子の少なくとも一部分が本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成される、ポリマーでコーティングされている、種子ミックスが提供される。ポリマーまたはポリマー組成物が生分解する際、水が放出され得る。
【００７９】
また他の態様では、種子の少なくとも一部分が本明細書に記載の、または本明細書に記載の方法に従って生成される、ポリマーでコーティングされている、種子を植え付けるステップを含む方法が提供される。一部の変形形態では、方法は、ポリマーが生分解して、種子および／または植物体に水を放出する条件下で、植え付けた種子の少なくとも一部分から植物体を生育するステップをさらに含む。
【実施例】
【００８０】
以下の実施例は例示にすぎず、本開示のいずれの態様も決して限定することを意図しない。
（実施例１）
吸収性ポリマーの合成
【００８１】
本実施例は、ベータ−プロピオラクトン（ｂＰＬ）からのポリマーの合成を実証する。
【００８２】
ポリ（アクリル酸ナトリウム）により開始されるｂＰＬの重合：２ｇのｂＰＬを、２６０ｍｇのポリ（アクリル酸ナトリウム）を収容するバイアルに添加した。反応を５０℃で１６時間実行した。生成した生成物の１Ｈ  ＮＭＲはｂＰＬの完全な消費を示した。
【００８３】
ＰＰＬ分枝ポリ（アクリル酸ナトリウム）の熱分解：次いで、上記ステップから生成した生成物を１６０℃〜１８０℃で熱分解し、熱分解から生成したアクリル酸を真空蒸留により単離した。熱分解から残留した残渣は１Ｈ  ＮＭＲで測定した場合、ポリ（アクリル酸ナトリウム）であり、真空蒸留から収集した液体は１Ｈ  ＮＭＲによりアクリル酸であることを確認した。
【００８４】
無溶媒条件でのアクリル酸からのポリマーの合成：撹拌棒およびバーストディスクを備えた４０ｍＬシンチレーションバイアルに、１．８０ｇのアクリル酸（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、９９％）および０．２０ｇの８０％酸化ナトリウム（Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）を撹拌しながら周囲温度で添加した。次いで、０．０２４ｇのＮ，Ｎ’−メチレンビス（アクリルアミド）（９９％、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）を撹拌しながら添加した。次いで、生成した混合物を反応ブロック上で１００℃に３０分間加熱した。次いで、バーストディスクからニードルを介して窒素で溶液をパージした。およそ５分間のＮ２スパージング後、７２℃による発熱がオフガスと共に観察された。バイアルへの加熱を中断した。生成した固形物を乳鉢および乳棒を用いて、微細な粉末に粉砕し、次いで１００ｍＬの中程度の粗さのフリット化フィルターに添加した。材料を、各５０ｍＬのアリコートの脱イオン（ＤＩ）水で３回すすいだ。ゲル状材料を、真空オーブン内、１０５℃で終夜乾燥させ、０．２８５ｇの白色の固体を生成した。
【図１】
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【国際調査報告】
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