乙交酯的制备方法

申请号 CN201480004299.6 申请日 2014-03-25 公开(公告)号 CN104903306B 公开(公告)日 2017-12-22
申请人 株式会社吴羽; 发明人 池山嘉子; 三枝奈奈子; 铃木贤辅;
摘要 本 发明 提供一种乙交酯(GL)的制备方法,其加热 乙醇 酸低聚物(GAO)使之解聚,包含:在常压下或减压下,将含有末端COOH浓度为400eq/t以下的GAO和极性 有机 溶剂 的混合物加热至GAO的解聚 温度 的工序1;以上述温度继续加热,进行GAO的解聚,并将所生成的GL和上述溶剂从解聚反应体系共馏出到反应体系外的工序2;以及从共馏出物中获取GL的工序3;上述GAO优选通过包含乙醇酸(GA)的缩合工序以及脱 水 工序的GAO的制备方法配制,所述脱水工序使GA与极性 有机溶剂 或解聚反应液一同继续加热,继续进行GA的缩合反应。
权利要求

1.一种乙交酯的制备方法,其中,加热乙醇酸低聚物使之解聚,其特征在于,包含以下各工序:
I.工序1,在常压或减压下,将含有乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的混合物加热至乙醇酸低聚物发生解聚的温度
II.工序2,上述温度下进一步继续加热,进行乙醇酸低聚物解聚的同时,从含有所述混合物的解聚反应体系中通过解聚生成的乙交酯和极性有机溶剂一同共馏出到解聚反应体系外;以及
III.工序3,从共馏出物中获取乙交酯,
其中,在工序1中使用的乙醇酸低聚物通过包含缩合工序及脱工序的乙醇酸低聚物的制备方法配制,所述缩合工序在常压或减压下加热乙醇酸,使其进行缩合反应,所述脱水工序在常压或减压下继续加热,使乙醇酸与极性有机溶剂或解聚反应液一同继续缩合反应,
所述乙醇酸低聚物的末端羧基浓度为400eq/t以下。
2.根据权利要求1所述的乙交酯的制备方法,所述乙醇酸低聚物的末端羧基浓度为
250eq/t以下。
3.根据权利要求1或2所述的乙交酯的制备方法,其中,在增溶剂的存在下实施脱水工序。
4.根据权利要求1所述的乙交酯的制备方法,其中,工序1中的混合物含有增溶剂。
5.根据权利要求2所述的乙交酯的制备方法,其中,在催化剂的存在下实施脱水工序。
6.根据权利要求1所述的乙交酯的制备方法,其中,极性有机溶剂是分子量为150~450的聚亚烷基二醇二醚。
7.根据权利要求3所述的乙交酯的制备方法,其中,增溶剂是沸点为180℃以上的聚亚烷基二醇单醚。

说明书全文

乙交酯的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种通过乙醇酸低聚物的解聚来有效且低成本地、长时间稳定地制备高纯度乙交酯的方法。
[0002] 聚乙醇酸是一种可生物降解性及解性、阻气性、强度等方面均优异的树脂材料,被广泛应用于各种技术领域,用作缝合线、人工皮肤等医疗用高分子材料,瓶、薄膜包装材料,注塑成型品、纤维、蒸薄膜、钓鱼线等各种工业产品的树脂材料,以及钻井用树脂材料等。
[0003] 聚乙醇酸是具有通过乙醇酸脱水缩聚而形成的结构重复单元的聚合物。但是,以乙醇酸为起始原料进行脱水缩聚的方法只能获得低聚合度的聚乙醇酸。低聚合度聚乙醇酸在强度、熔融加工性、阻气性等方面不充分,并且,在自然环境下以及生物体内分解速度过快,应用到众多用途中时,无法满足耐久性的要求。
[0004] 再者,将乙醇酸作为起始原料进行脱水缩聚的方法难以控制聚乙醇酸的聚合度,尤其是在要合成高聚合度的聚乙醇酸时,以现有的技术水平很难完成。另外,即便使用乙醇酸烷基酯作为起始原料进行脱醇缩聚,仍然难以合成高聚合度的聚乙醇酸。
[0005] 如果采用以乙醇酸的环状二聚体即乙交酯为起始原料,对乙交酯进行开环聚合的方法,则容易控制聚乙醇酸的聚合度,并且能够合成高聚合度的聚乙醇酸。乙交酯是从2个分子的乙醇酸中脱去2个分子的水而形成的具有环状二聚体结构的环状酯化合物。但是,即便使乙醇酸进行脱水反应,也无法合成乙交酯,只能获得低聚合度的乙醇酸低聚物。
[0006] 因此,作为乙交酯的制备方法,已知有乙醇酸低聚物的解聚法。具体为,依照下述反应式1
[0007]
[0008] 使乙醇酸缩聚,合成低聚合度的乙醇酸低聚物。接着,依照下述反应式2[0009]
[0010] 使乙醇酸低聚物解聚,合成乙交酯。如果使乙交酯开环聚合,则可依照下述反应式3
[0011]
[0012] 制备聚乙醇酸。
[0013] 针对通过乙醇酸低聚物的解聚而合成乙交酯的方法,提出有各种建议。作为适宜乙交酯量产化的方法,提议有液相解聚法。液相解聚法是对含有乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的混合物进行加热,形成乙醇酸低聚物的液相,并在该状态下继续加热,进行解聚的方法。需要提高乙醇酸低聚物在极性有机溶剂中的溶解度时,使该混合物中含有增溶剂。
[0014] 专利文献1中公开了一种环状二聚体酯的制备方法,其在高沸点极性有机溶剂中加热乙醇酸低聚物等α-羟基羧酸低聚物使之溶解,并在该状态下继续加热,进行解聚,将生成的环状二聚体酯和极性有机溶剂一同馏出,从馏出物中回收乙交酯等环状二聚体酯。
[0015] 在专利文献2中公开了一种环状酯的制备方法,其将含有低分子量聚乙醇酸等脂肪族聚酯和特定聚亚烷基二醇醚的混合物加热至该脂肪族聚酯发生解聚的温度,在液相均匀的状态下进行该脂肪族聚酯的解聚,并将通过解聚生成的环状酯和该聚亚烷基二醇醚一同馏出,从馏出物中回收乙交酯等环状酯。
[0016] 在专利文献3中公开了一种乙交酯的制备方法,其在含有乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的解聚反应体系中,连续或间歇地投入乙醇酸低聚物或者乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的混合物,并控制具有醇羟基的化合物的量,连续地进行解聚反应。
[0017] 根据专利文献1~3所公开的方法,除了可以实现乙交酯的量产化之外,还能稳定地实施解聚反应。尤其是,根据专利文献3所公开的方法,即便在相同的反应容器内连续或反复地进行解聚反应,也可以抑制因积存在解聚反应体系内的杂质而引起的乙交酯生成速度的降低及重质物的生成。
[0018] 如果使用专利文献1~3所公开的液相解聚法,在含有乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的解聚反应体系中,一边连续或间歇地投入乙醇酸低聚物一边用同一装置连续地实施解聚反应,则可以实现相对较长时间的连续运行。但是,如果依据该方法长时间连续运行例如数个月以上的时间,则配管或热交换器等管线会发生堵塞。
[0019] 在解聚反应中,对反应槽内含有乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的混合物加热,使之进行解聚,将生成的乙交酯和极性有机溶剂一同共馏出。将共馏出物通过配管或热交换器等管线,引至解聚反应体系外。通常,在减压下实施解聚反应。利用热交换器冷却共馏出物,使之成为液状。从液状的共馏出物中回收乙交酯。使共馏出物中所含的极性有机溶剂回流到解聚反应体系内。为了对因解聚而消耗的乙醇酸低聚物进行补充,在解聚反应体系中追加新的乙醇酸低聚物。
[0020] 根据该方法,可以实现相对较长时间的连续运行,但如果延长连续运行时间,解聚反应体系内所含杂质会作为聚合引发剂发挥作用,部分生成的乙交酯会发生低聚反应,堵塞管线。如果管线堵塞,就无法保持为规定的减压度,过不了多久便不能继续运行。因此,经过固定时间后,需要停止运行,对包括配管、热交换器等管线在内的整个装置进行清洗。由于装置规模和结构的不同,清洗有时需要花费2~3周左右的时间。频繁地停止运行和清洗处理将直接导致乙交酯生产成本增加。
[0021] 通过乙醇酸低聚物的解聚而获得的现有乙交酯,其纯度并不足够高,被称为粗乙交酯。对于作为开环聚合用单体而使用的乙交酯,要求纯度高达99.9%以上。因此,对于通过解聚获得的粗乙交酯,需要通过再结晶或清洗等纯化处理,以达到高纯度。如果粗乙交酯的纯度较低,不仅不能降低纯化成本,还会在纯化工序中导致管线堵塞。
[0022] 推测解聚反应中管线堵塞的主要原因在于,从解聚反应体系中馏出的馏分中所含的杂质作为聚合引发剂发挥作用,通过解聚生成并馏出的乙交酯在管线中发生低聚反应,该低聚物附着在装置各部的表面上。事实上,通过解聚获得的粗乙交酯中含有各种杂质。
[0023] 这些杂质不仅会在含有乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的解聚反应体系中与生成的乙交酯发生反应,使杂质量增加,在管线中也会引起乙交酯的开环聚合,长时间连续运行就会导致管线堵塞。作为减少杂质的方法,考虑有高度纯化原料乙醇酸的方法、纯化乙醇酸低聚物的方法、这两者相组合的方法,但无论采用何种方法,成本均会增加。
[0024] 在专利文献4中公开了如下内容:对含有乙醇酸低聚物及高沸点极性有机溶剂的混合物实施全回流处理,然后进行乙醇酸低聚物的解聚,采用这种方法可以获得高纯度乙交酯。也就是说,在常压下或减压下,对含有乙醇酸低聚物及沸点在230~450℃范围内的高沸点极性有机溶剂的混合物加热,使之回流,此时,对于从含有该混合物的回流体系中馏出的馏出物,实质上使其全量回流到该回流体系内,在此条件下,用0.1~20小时范围内的回流时间进行全回流处理,利用包含这种全回流处理工序的乙交酯制备方法,可以降低从解聚反应体系中馏出的馏出物中的杂质量,抑制乙交酯因杂质而发生低聚反应造成管线堵塞,从而能够通过解聚获得高纯度乙交酯。
[0025] 全回流处理是指在回流处理中使馏出的全部馏分冷却,实质上使馏出物全量返回到原来的含有混合物的回流体系内。因此,全回流处理中不会将极性有机溶剂等馏出物排出到回流体系外。
[0026] 根据全回流处理,对含有乙醇酸低聚物及极性有机溶剂的混合物加热,将其馏出,接着,对馏出的全部馏分进行冷却,实质上使馏出物全量返回到原来的含有混合物的回流体系内,继续这一操作有可能会对乙醇酸低聚物及极性有机溶剂施加新的热历史,并且存在用于馏出的热能消耗量增加的问题。
[0027] 因此,业者希望有一种全新的乙交酯制备方法,其不需要类似全回流处理的新的热历史,有助于节能,并能减少从解聚反应体系中馏出的馏出物中的杂质量,抑制乙交酯因杂质而发生低聚反应造成管线堵塞,可以通过解聚获得高纯度乙交酯。
[0028] 另外,专利文献5中公开了一种脂肪族聚酯的制备方法,其先制备比浓粘度为6
0.1dl/g以上且羧基浓度为200当量/10 g以下(和“200eq/t以下”相同)的聚(α-羟基酸)的前驱体聚合物,然后对该前驱体聚合物进行加热、解聚,接下来对所获得的环状二聚体(丙交酯类)进行开环聚合,但是,作为从聚(α-羟基酸)的前驱体聚合物获得环状二聚体即丙交酯或乙交酯的解聚方法,需要温度为210℃或230℃、压为0.05mmHg(相当于0.0067kPa)的高真空条件,因此,并不实用。
[0029] 现有技术文献
[0030] 专利文献
[0031] 【专利文献1】日本专利特开平9-328481号(对应美国专利第5,830,991号)[0032] 【专利文献2】国际公开第2002/014303号(对应美国专利申请公开第2003/0191326号)
[0033] 【专利文献3】日本专利特表2004-523596号(对应美国专利申请公开第2004/0122240号)
[0034] 【专利文献4】国际公开第2010/073512号(对应美国专利申请公开第2011/0263875号)
[0035] 【专利文献5】日本专利特开平5-287056号

发明内容

[0036] 要解决的技术问题
[0037] 本发明的课题在于提供一种乙交酯的制备方法,其不需要类似全回流处理的新的热历史,有助于节能,并能减少从解聚反应体系中馏出的馏出物中的杂质量,抑制乙交酯因杂质而发生低聚反应造成管线堵塞,可以通过解聚获得高纯度乙交酯。
[0038] 技术方案
[0039] 为了实现上述目的,本发明者等在研究过程中发现,在解聚乙醇酸低聚物制备乙交酯的方法中,在制备作为解聚原料的乙醇酸低聚物时,通过降低所获得的乙醇酸低聚物的末端羧基浓度,可以连续地获得高纯度乙交酯,从而完成了本发明。
[0040] 也就是说,根据本发明,可提供一种乙交酯的制备方法,其加热乙醇酸低聚物使之解聚,特征在于,包含以下各工序:
[0041] I.工序1,在常压下或减压下,将含有末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的混合物加热至乙醇酸低聚物发生解聚的温度;
[0042] II.工序2,上述温度下进一步继续加热,进行乙醇酸低聚物解聚的同时,从含有该混合物的解聚反应体系中通过解聚生成的乙交酯和极性有机溶剂一同共馏出到解聚反应体系外;以及
[0043] III.工序3,从共馏出物中获取乙交酯。
[0044] 此外,根据本发明,作为实施方式,可提供以下(1)~(8)的乙交酯的制备方法。
[0045] (1)上述乙交酯的制备方法,其中,乙醇酸低聚物是末端羧基浓度为250eq/t以下的乙醇酸低聚物。
[0046] (2)上述乙交酯的制备方法,其中,末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物通过包含缩合工序及脱水工序的乙醇酸低聚物的制备方法配制,所述缩合工序在常压下或减压下加热乙醇酸,使其进行缩合反应,所述脱水工序在常压或减压下继续加热,使乙醇酸与极性有机溶剂一同继续缩合反应。
[0047] (3)上述乙交酯的制备方法,其中,末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物通过包含缩合工序及脱水工序的乙醇酸低聚物的制备方法配制,所述缩合工序在常压下或减压下加热乙醇酸,使其进行缩合反应,所述脱水工序在常压下或减压下,使乙醇酸与从解聚反应体系中获取的解聚反应液一同继续加热,必要时进而与极性有机溶剂一同加热,继续进行乙醇酸的缩合反应。
[0048] (4)上述乙交酯的制备方法,其中,在增溶剂的存在下实施脱水工序。
[0049] (5)上述乙交酯的制备方法,其中,工序1中的混合物含有增溶剂。
[0050] (6)上述乙交酯的制备方法,其中,在催化剂的存在下实施脱水工序。
[0051] (7)上述乙交酯的所述缩合工序在常压下或减压下加热乙醇酸,使其进行缩合反应,所述脱水工序在常压下或减压下,使乙醇酸与从解聚反应体系中获得的解聚反应液一同继续加热,继续进行乙醇酸的缩合反应。制备方法,其中,极性有机溶剂是分子量为150~450的聚亚烷基二醇二醚。
[0052] (8)上述乙交酯的制备方法,其中,增溶剂是沸点在180℃以上的聚亚烷基二醇单醚。
[0053] 发明效果
[0054] 根据本发明,可提供一种乙交酯的制备方法,其加热乙醇酸低聚物使之解聚,特征在于,包含以下各工序:
[0055] I.工序1,在常压下或减压下,将含有末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的混合物加热至乙醇酸低聚物发生解聚的温度;
[0056] II.工序2,上述温度下进一步继续加热,进行乙醇酸低聚物解聚的同时,从含有该混合物的解聚反应体系中通过解聚生成的乙交酯和极性有机溶剂一同共馏出到解聚反应体系外;以及
[0057] III.工序3,从共馏出物中获取乙交酯;
[0058] 利用这种乙交酯的制备方法,不需要因全回流处理而产生的新的热历史,有助于节能,并能减少从解聚反应体系中馏出的馏出物中的杂质量,抑制乙交酯因杂质而发生低聚反应造成管线堵塞,可以通过解聚获得高纯度乙交酯。

具体实施方式

[0059] 1.末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物
[0060] 本发明的乙交酯的制备方法是加热乙醇酸低聚物使之解聚的乙交酯的制备方法,其特征在于,乙醇酸低聚物是末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物。
[0061] 在本发明的乙交酯的制备方法中,作为起始原料的乙醇酸低聚物(以下,有时会称为“GAO”)是重均分子量为3000以上,优选为5000以上,更优选为7000以上的乙醇酸的(共)聚合物。GAO的重均分子量上限一般为20000左右,多数情况下为15000左右。重均分子量是使用凝胶渗透色谱法(GPC)测量的数值。使乙醇酸(可以是其酯或盐)进行缩合反应,可以获得GAO。缩合反应结束后,所生成的GAO可以直接作为制备乙交酯的原料使用,也可以用苯或甲苯等不溶性溶剂进行清洗,除去未反应物、低聚合物或催化剂等,然后再使用。考虑到解聚反应时乙交酯的产率,GAO的熔点(Tm)一般在140℃以上,优选为160℃以上,更优选为180℃以上。熔点是使用差示扫描量热仪(DSC)检测出的温度。GAO的熔点上限值在220℃左右。
[0062] 〔末端羧基浓度〕
[0063] 本发明中使用的GAO是末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO。GAO的末端羧基浓度根据以下方法测量。即,在温度为150℃的油浴中,用约3分钟时间使0.1g GAO完全溶解于10ml特级二甲基亚砜中。在该溶液中加入2滴指示剂(0.1质量%的溴百里酚蓝/乙醇溶液),然后加入0.05当量浓度的1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一-7-烯/二甲基亚砜溶液,目测溶液颜色由黄色变为蓝色即为终点。根据此时指示剂的滴入量,计算GAO的末端羧基浓度,作为每1t(吨)GAO的当量(eq)。此外,含有GAO和极性有机溶剂的混合物中所含GAO的末端羧基浓度通过以下方法测量。即,在温度为150℃的油浴中,用约3分钟时间使0.1g该混合物完全溶解于10ml特级二甲基亚砜中。在该溶液中加入2滴上述指示剂,然后加入0.009当量浓度的1,
8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯/二甲基亚砜溶液,目测溶液颜色由黄色变为蓝色即为终点。根据此时指示剂的滴入量,首先计算每1t(吨)混合物的当量(eq),然后除以混合物中GAO的质量比,从而计算GAO的末端羧基浓度,作为每1t(吨)GAO的当量(eq)。GAO的末端羧基浓度优选为360eq/t以下,更优选为250eq/t以下,进一步优选为245eq/t以下。如下所述,如果进而在催化剂的存在下实施脱水工序,则可以使GAO的末端羧基浓度为160eq/t以下,进而为150eq/t以下,必要时可以为140eq/t以下。GAO的末端羧基浓度下限并无特别限定,通常为50eq/t左右,多数情况下为70eq/t左右。如果GAO的末端羧基浓度过大,则在加热GAO使之解聚的乙交酯的制备方法中,无法获得高纯度的乙交酯,并且,乙交酯制备管线的堵塞会导致难以长时间连续运行。
[0064] 〔末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物的配制〕
[0065] 末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO可以通过包含缩合工序及脱水工序的乙醇酸低聚物的制备方法配制,所述缩合工序在常压下或减压下加热乙醇酸,使其进行缩合反应,所述脱水工序在常压或减压下继续加热,使乙醇酸与极性有机溶剂一同继续缩合反应。
[0066] 具体为,首先进行缩合工序,将乙醇酸(可以是其酯或盐)制成水溶液(可以从市场上获得70%水溶液),在常压下或减压下一边搅拌一边以一般为100~250℃,优选为140~230℃的温度加热30分钟~15小时,优选为1~10小时,馏出水等,同时使其进行缩合反应。
缩合工序可以不使用缩合催化剂或酯交换催化剂,也可以在存在化合物、锑化合物等催化剂的条件下进行缩合反应。可以在常压下或减压下,具体为0.1~90kPa,优选为1~60kPa的减压下进行缩合工序,但优选在常压下进行缩合工序。
[0067] 在缩合工序之后,进行脱水工序,在常压下或减压下,使乙醇酸与极性有机溶剂一同继续加热,继续进行乙醇酸的缩合反应,从而可以配制末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO。
[0068] 〔极性有机溶剂〕
[0069] 作为脱水工序中使用的极性有机溶剂,可以使用用作GAO解聚反应溶剂的物质。具体为,可以使用常压下沸点在230~450℃,优选在255~430℃,更优选在280~420℃范围内的极性有机溶剂。此外,极性有机溶剂的分子量优选在150~450范围内,更优选在180~420范围内,进一步优选在200~400范围内。关于脱水工序中极性有机溶剂的使用量,相对于乙醇酸100质量份,一般为10~100质量份,优选为15~80质量份,更优选为18~60质量份。在极性有机溶剂存在的条件下进行脱水工序,从而可以有效地开展乙醇酸的缩合反应及脱水反应。
[0070] 作为极性有机溶剂,可列举例如芳香族二羧酸二酯、芳香族羧酸酯、脂肪族二羧酸二酯、聚亚烷基二醇二醚、芳香族二羧酸二烷基烷基酯、脂肪族二羧酸二烷氧基烷基酯、聚亚烷基二醇二酯、芳香族磷酸酯等。
[0071] 在这些极性有机溶剂中,优选芳香族二羧酸二酯、芳香族羧酸酯、脂肪族二羧酸二酯以及聚亚烷基二醇二醚,从难以发生热老化方面考虑,更优选聚亚烷基二醇二醚,尤其优选分子量为150~450的聚亚烷基二醇二醚。
[0072] 作为芳香族二羧酸二酯,可列举例如邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二苄酯、邻苯二甲酸丁苄酯等邻苯二甲酸酯。作为芳香族羧酸酯,可列举例如苯甲酸苄酯等苯甲酸酯。作为脂肪族二羧酸二酯,可列举己二酸二辛酯等己二酸酯、癸二酸二丁酯等癸二酸酯。
[0073] 作为尤其优选使用的分子量为150~450的聚亚烷基二醇二醚,可列举二乙二醇二丁基醚、二乙二醇二己基醚、二乙二醇二辛基醚、二乙二醇丁基2-氯苯基醚、三乙二醇二乙基醚、三乙二醇二丙基醚、三乙二醇二丁基醚、三乙二醇二己基醚、三乙二醇二辛基醚、三乙二醇丁基辛基醚、三乙二醇丁基癸基醚、四乙二醇二乙基醚、四乙二醇二丙基醚、四乙二醇二丁基醚、四乙二醇二己基醚、四乙二醇二辛基醚、二乙二醇丁基己基醚、二乙二醇丁基辛基醚、二乙二醇己基辛基醚、三乙二醇丁基己基醚、三乙二醇己基辛基醚、四乙二醇丁基己基醚、四乙二醇丁基辛基醚、四乙二醇己基辛基醚等聚乙二醇二烷基醚;在该聚乙二醇二烷基醚中,替代乙烯氧基,含有丙烯氧基或丁烯氧基的聚丙二醇二烷基醚或聚丁二醇二烷基醚等聚亚烷基二醇二烷基醚;二乙二醇丁基苯基醚、二乙二醇己基苯基醚、二乙二醇辛基苯基醚、三乙二醇丁基苯基醚、三乙二醇己基苯基醚、三乙二醇辛基苯基醚、四乙二醇丁基苯基醚、四乙二醇己基苯基醚、四乙二醇辛基苯基醚或者这些化合物的苯基中的氢被烷基、烷氧基、卤素等取代的聚乙二醇烷基芳基醚;在该聚乙二醇烷基芳基醚中,替代乙烯氧基,含有丙烯氧基或丁烯氧基的聚丙二醇烷基芳基醚或聚丁二醇烷基芳基醚等聚亚烷基二醇烷基芳基醚;二乙二醇二苯基醚、三乙二醇二苯基醚、四乙二醇二苯基醚或者这些化合物的苯基被烷基、烷氧基、卤素等取代的化合物等聚乙二醇二芳基醚;在该聚乙二醇二芳基醚中,替代乙烯氧基,含有丙烯氧基或丁烯氧基的聚丙二醇二芳基醚或聚丁二醇二芳基醚等聚亚烷基二醇二芳基醚等。
[0074] 〔增溶剂〕
[0075] 在脱水工序中,可以单独使用极性有机溶剂,但为了使通过解聚获得的乙交酯纯度进一步提高,优选在增溶剂的存在下实施脱水工序。增溶剂优选为满足以下要件中任意一条以上的化合物。
[0076] (1)非性化合物。胺、吡啶、喹啉等碱性化合物有可能会与脂肪族聚酯或生成的环状酯发生反应,故不优选。
[0077] (2)对聚亚烷基二醇二醚等极性有机溶剂具有相容性或可溶性的化合物。只要是对极性有机溶剂具有相容性或可溶性的化合物即可,常温下可以是液体也可以是固体。
[0078] (3)沸点为180℃以上,优选为200℃以上,更优选为230℃以上,尤其优选为250℃以上的化合物。
[0079] (4)具有例如OH基、COOH基、CONH基等官能基的化合物。
[0080] (5)与乙醇酸低聚物的亲和性高于极性有机溶剂。
[0081] 作为增溶剂,尤其有效的是一元醇及多元醇。作为一元或多元醇,可以使用沸点为180℃以上,优选为200℃以上,更优选为230℃以上,尤其优选为250℃以上的一元或多元醇。
[0082] 作为一元或多元醇,可列举癸醇、十三醇、癸二醇、乙二醇、丙二醇、甘油等脂肪族醇;甲酚、氯酚、酚等芳香族醇;聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等聚亚烷基二醇;聚亚烷基二醇单醚等。尤其优选沸点为180℃以上的聚亚烷基二醇单醚。
[0083] 作为上述聚亚烷基二醇单醚的具体例,可列举聚乙二醇单甲基醚、聚乙二醇单乙基醚、聚乙二醇单丙基醚、聚乙二醇单丁基醚、聚乙二醇单己基醚、聚乙二醇单辛基醚、聚乙二醇单癸基醚、聚乙二醇单十二烷基醚等聚乙二醇单醚;在该聚乙二醇单醚中,用丙烯氧基或丁烯氧基替代乙烯氧基而成的聚丙二醇单醚或聚丁二醇单醚等聚亚烷基二醇单醚等。
[0084] 聚亚烷基二醇单醚更优选具有碳原子数1~18的烷基作为其醚基者,进一步优选具有碳原子数6~18的烷基作为其醚基者。这些物质可以分别单独使用,或者也可以组合2种以上使用。在聚亚烷基二醇单醚中,优选三乙二醇单辛基醚(辛基三乙二醇)等聚乙二醇单烷基醚。
[0085] 在增溶剂的存在下实施脱水工序时,相对于乙醇酸100质量份,增溶剂的使用量一般为10~100质量份,优选为15~80质量份,更优选为18~60质量份。此外,在脱水工序中可以不使用缩合催化剂或酯交换催化剂,但也可以在存在氯化锡等锡化合物或锑化合物等催化剂的条件下实施。相对于乙醇酸100质量份,催化剂的使用量一般为10~100mg,优选为15~80mg,更优选为18~60mg。
[0086] 脱水工序是在常压下或减压下,优选为0.1~90kPa,更优选为1~60kPa,进一步优选为1.5~40kPa,尤其优选为2~30kPa的减压下,对含有乙醇酸及极性有机溶剂、进而根据需要含有增溶剂的混合物继续加热,继续进行乙醇酸的缩合反应。进行脱水工序的温度和缩合反应的温度相同,一般为100~250℃,优选为120~230℃,更优选为130~224℃,进一步优选为140~221℃的温度,是低于极性有机溶剂的沸点,并且会使水及未反应原料等低沸点成分沸腾、排出的温度。关于进行脱水工序的时间,持续进行到所获得的GAO的末端羧基浓度为400eq/t以下,优选为250eq/t以下即可,一般为30分钟~12小时,优选为1~10小时,更优选为2~9小时。
[0087] 此外,可以在所述极性有机溶剂的基础上,或者替代极性有机溶剂,使用后文详细说明的解聚反应液实施脱水工序。即,末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO可以通过包含缩合工序及脱水工序的GAO制备方法配制,所述缩合工序在常压下或减压下加热乙醇酸,使其进行缩合反应,所述脱水工序在常压下或减压下,使乙醇酸与从解聚反应体系中获得的解聚反应液一同继续加热,必要时进而与极性有机溶剂一同加热,继续进行乙醇酸的缩合反应。脱水工序具体为,在常压下或减压下,对含有缩合工序后包含乙醇酸的反应液及解聚反应液、进而根据需要含有极性有机溶剂以及/或者增溶剂的混合物继续加热,继续进行乙醇酸的缩合反应。解聚反应液的使用量、极性有机溶剂以及/或者增溶剂的种类及使用量等,与使用极性有机溶剂的情况相同。根据包含使用解聚反应液的脱水工序、末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO的配制方法,不需要在脱水工序中所使用的上述极性有机溶剂,或者可以减少其使用量,有利于降低成本。此外,由于在脱水工序所使用的解聚反应液中一般都含有GAO,并且解聚反应液一般都处于超过200℃温度的高温状态下,因此可以低成本地配制末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO,同时还能有效地降低能源消耗。
[0088] 2.加热乙醇酸低聚物使之解聚从而制备乙交酯
[0089] 本发明涉及一种乙交酯的制备方法,其加热GAO使之解聚,特征在于,包含以下各工序:
[0090] I.工序1,在常压下或减压下,将含有末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO和极性有机溶剂的混合物加热至GAO发生解聚的温度;
[0091] II.工序2,进一步以上述温度继续加热,进行GAO的解聚,并且将通过解聚生成的乙交酯和极性有机溶剂一同从含有该混合物的解聚反应体系中共馏出到解聚反应体系外;以及
[0092] III.工序3,从共馏出物中获取乙交酯。
[0093] 〔工序1〕
[0094] 本发明中加热GAO使之解聚的乙交酯的制备方法包含工序1,即在常压下或减压下,将含有末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO和极性有机溶剂的混合物加热至该GAO发生解聚的温度。末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO如上文所述,此外,作为极性有机溶剂,可以使用之前针对脱水工序所列举的溶剂。相对于GAO 100质量份,一般按30~5000质量份,优选为50~2000质量份的比例使用极性有机溶剂。如果极性有机溶剂的比例过小,则在GAO的解聚温度条件下,该GAO在含有GAO和极性有机溶剂的混合物中的液相比率会降低(GAO的熔融相比率增大),且GAO的解聚反应性会降低。如果极性有机溶剂的比例过大,则解聚反应中的热效率会降低,通过解聚反应制备乙交酯的效率会降低。另外,如果要解聚的GAO中残存有在上述脱水工序中使用的极性有机溶剂,则极性有机溶剂的使用量是指与残存的极性有机溶剂的合计量。
[0095] 工序1中的混合物可以是进而含有增溶剂者。作为增溶剂,可以使用之前针对脱水工序所列举的增溶剂。含有增溶剂时,相对于GAO 100质量份,一般按0.1~500质量份,优选为1~300质量份的比例使用增溶剂。如果在优选为1~99,更优选为3~70,进一步优选为5~50的范围内调节GAO和增溶剂的摩尔比(GAO/增溶剂),则可以获得更高纯度的乙交酯。此外,工序1中的混合物可以是进而含有催化剂者。作为催化剂,可以使用氯化锡等锡化合物或锑化合物等。
[0096] 工序1中,在常压下或减压下,将上述含有GAO和极性有机溶剂、进而根据需要含有增溶剂以及/或者催化剂的混合物加热至该GAO发生解聚的温度。GAO解聚的温度因减压度及极性有机溶剂的种类等而不同,一般为200℃以上的温度,因此,加热温度一般为200~350℃,优选为210~310℃,更优选为222~300℃,尤其优选为226~290℃的范围内。
[0097] 在加热至GAO发生解聚的温度的工序1中,优选形成GAO的液相,理想的是在GAO熔融相残存率为0.5以下,进一步优选为0.3以下,尤其优选为零的条件下实施解聚反应。也就是说,在GAO熔融相残存率实质上为零、在实质上均匀的液相状态下实施解聚反应可以有效地获得高纯度乙交酯,故尤其优选。
[0098] 〔工序2〕
[0099] 本发明中加热GAO使之解聚的乙交酯的制备方法包含工序2,即进一步以工序1的加热温度继续加热,进行GAO的解聚,并且将通过解聚生成的乙交酯和极性有机溶剂一同从含有该混合物的解聚反应体系中共馏出到解聚反应体系外。也就是说,在工序2中,通过使生成的乙交酯(大气压下的沸点=240~241℃)和极性有机溶剂一同馏出,使乙交酯析出并附着在馏出管线的内壁上,从而可使管线不会发生堵塞,可以继续长时间地进行解聚反应。GAO的解聚反应是可逆反应,因此,使乙交酯从解聚反应体系中馏出,排出到解聚反应体系外后,则可以有效地开展GAO的解聚反应。
[0100] 工序2中的加热在常压下或减压下进行,但由于可以在较低温度下进行解聚反应,因此,优选在0.1~90kPa(0.75~675mmHg)的减压下进行加热,更优选为1~60kPa(7.5~450mmHg),进一步优选为1.5~40kPa(11.3~300mmHg),尤其优选为2~30kPa(15~
225mmHg)。另外,通过调整热输入,可以调整和极性有机溶剂一同共馏出到解聚反应体系外的乙交酯量。
[0101] 〔工序3〕
[0102] 本发明中加热GAO使之解聚的乙交酯的制备方法继将乙交酯和极性有机溶剂一同共馏出到解聚反应体系外的工序2之后,还包含从共馏出物中获取乙交酯的工序3。具体为,利用热交换器(冷却器)冷却共馏出物,使之成为液状,在液状下使乙交酯和极性有机溶剂进行相分离。对共馏出物进行相分离后,下层会形成乙交酯相(乙交酯层),上层会成为极性有机溶剂相(含有极性有机溶剂的层)。可以直接以液状对下层的乙交酯进行分离、回收,获得乙交酯。另外,如上所述,通过调整热输入,可以调整所获得的乙交酯量。以液状进行乙交酯和极性有机溶剂的相分离时,一般将冷却温度控制在70~180℃,优选为75~150℃,更优选为80~120℃的范围内。如果冷却温度过高,则在分离、回收操作期间乙交酯相容易发生开环反应等副反应。如果冷却温度过低,则以液状进行相分离较为困难。
[0103] 如果在利用热交换器控制共馏出物的温度的同时,继续进行解聚反应,则与极性有机溶剂一同共馏出的乙交酯会变为液滴,通过共馏出物上层的溶剂相,并向下层的乙交酯相凝结。从共馏出物中除去乙交酯后,可以将剩下的极性有机溶剂相排出到解聚反应体系外进行再利用。极性有机溶剂可以用活性炭吸附进行纯化或者通过蒸馏进行纯化后再利用。如果使用热稳定性优异的聚亚烷基二醇二醚作为极性有机溶剂,则从共馏出物中回收后无需纯化即可全部再利用。
[0104] 〔解聚反应液〕
[0105] 在工序2中,将通过解聚生成的乙交酯和极性有机溶剂一同共馏出到解聚反应体系外后,残留于解聚反应体系中的解聚反应液除了极性有机溶剂及根据需要含有的增溶剂外,还含有GAO以及各种副产物(杂质)等。如上所述,通过在脱水工序中使用从该解聚反应体系中获得的解聚反应液,可以配制末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO。作为脱水工序中使用的解聚反应液,可以使用对包含工序2的乙交酯的制备方法实施1次或多次后,从解聚反应体系中获得的解聚反应液,也可以使用从其他解聚反应体系中获得的解聚反应液。
[0106] 根据本发明的乙交酯的制备方法,无需进行会施加新的热历史的全回流处理,即可获得高纯度的乙交酯。有特别需求时,可以进而对所获得的乙交酯进行再结晶或清洗等,使其纯化,由于获得的是高纯度的乙交酯,因此,无需使用大量溶剂进行纯化,溶剂和乙交酯的分离操作简单。另一方面,去除乙交酯后的母液(含有极性有机溶剂的馏分)基本无需经过纯化等工序即可全部被再利用。可以用活性炭吸附含有极性有机溶剂的馏分进行纯化,或者通过蒸馏进行纯化后再利用。
[0107] 根据本发明的乙交酯的制备方法而获得的乙交酯(以下,有时会称为“粗乙交酯”)从解聚反应的初期阶段开始,纯度便为85%以上,如果使用例如末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物作为原料等,则乙交酯优选为90%以上,更优选为91%以上的高纯度。此外,乙交酯的生成速度不会降低,也不会发生馏出管线的堵塞,因此,可以长时间连续制备乙交酯。
[0108] 实施例
[0109] 以下,列举参考例、实施例、比较例及对照例,更具体地说明本发明,但本发明并不限定于实施例。GAO或乙交酯的物性的测量方法如下所述。
[0110] 〔乙醇酸低聚物的熔点〕
[0111] 使用差示扫描量热仪(DSC),在惰性气体环境下,以10℃/分钟的速度升温、加热,测量GAO的熔点。含有GAO的混合物的熔点测量也使用上述方法。
[0112] 〔乙醇酸低聚物的末端羧基浓度〕
[0113] GAO的末端羧基浓度根据以下方法测量、计算。即,在150℃的油浴中,用约3分钟时间使0.1g GAO试料完全溶解于10ml特级二甲基亚砜中,制成溶液。在该溶液中加入2滴指示剂(0.1质量%的溴百里酚蓝/乙醇溶液),然后加入0.05当量浓度的1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯/二甲基亚砜溶液,目测溶液颜色由黄色变为蓝色即为终点。根据此时指示剂的滴入量,计算末端羧基浓度,作为每1t(吨)GAO的当量(eq)。此外,含有GAO和极性有机溶剂的混合物中所含GAO的末端羧基浓度通过以下方法测量。即,在温度为150℃的油浴中,用约3分钟时间使0.1g该混合物完全溶解于10ml特级二甲基亚砜中,制成溶液。在该溶液中加入2滴上述指示剂,然后加入0.009当量浓度的1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯/二甲基亚砜溶液,目测溶液颜色由黄色变为蓝色即为终点。根据此时指示剂的滴入量,首先计算每1t(吨)混合物的当量(eq),然后除以混合物中GAO的质量比,从而计算GAO的末端羧基浓度,作为每1t(吨)GAO的当量(eq)。
[0114] 〔乙交酯的纯度〕
[0115] 通过解聚反应生成的乙交酯的纯度利用气相色谱法(GC)测量。具体为,使200mg乙交酯试料及40mg内部标准物质对氯二苯甲(东京化成工业株式会社制造)溶解于10ml丙酮中,取其中的2μl,注入气相色谱装置中,在以下条件下测量乙交酯量,并利用预先使用乙交酯和标准物质对氯二苯甲酮制作的标准曲线计算乙交酯的纯度。
[0116] <GC条件>
[0117] 测量装置:株式会社岛津制作所制造“GC-2010”
[0118] 色谱柱:毛细管柱TC-17,0.25mmφ×30mm
[0119] 色谱柱温度:280℃
[0120] 进样温度:150℃
[0121] [参考例1]GAO的制备方法(本发明)
[0122] 将400g乙醇酸70%水溶液(杜邦公司制造)注入到容积为500ml的烧瓶中,在常压下一边搅拌一边用4小时将温度从室温升温加热至210℃,一边馏出水一边进行缩合反应,生成GAO(缩合工序)。接着,加入60g作为极性有机溶剂的四乙二醇二丁基醚以及60g作为增溶剂的辛基三乙二醇,然后将温度维持为210℃,用1小时使压力从常压缓慢地减压至3kPa(22.5mmHg)。进而继续进行8小时缩合反应,馏去水及未反应原料等低沸点成分,配制包含192g GAO的、含有GAO和极性有机溶剂的混合物312g(脱水工序)。所获得的混合物中含有的GAO的末端羧基浓度为240eq/t,熔点(针对混合物测量。以下相同)为206℃。
[0123] [参考例2]GAO的制备方法(本发明)
[0124] 将400g乙醇酸70%水溶液(杜邦公司制造)注入到容积为500ml的烧瓶中,在常压下一边搅拌一边用4小时将温度从室温升温加热至215℃,一边馏出水一边进行缩合反应,生成GAO(缩合工序)。接着,加入60g四乙二醇二丁基醚以及60g辛基三乙二醇,然后将温度维持为215℃,用1小时使压力从常压缓慢地减压至3kPa。进而继续进行6小时缩合反应,馏去水及未反应原料等低沸点成分,配制包含192g GAO的、含有GAO和极性有机溶剂的混合物312g(脱水工序)。所获得的混合物中含有的GAO的末端羧基浓度为213eq/t,熔点为212℃。
[0125] [参考例3]GAO的制备方法(本发明)
[0126] 将400g乙醇酸70%水溶液(杜邦公司制造)注入到容积为500ml的烧瓶中,在常压下一边搅拌一边用4小时将温度从室温升温加热至220℃,一边馏出水一边进行缩合反应,生成GAO(缩合工序)。接着,加入60g四乙二醇二丁基醚以及60g辛基三乙二醇,然后将温度维持为220℃,用1小时使压力从常压缓慢地减压至3kPa。进而继续进行6小时缩合反应,馏去水及未反应原料等低沸点成分,配制包含192g GAO的、含有GAO和极性有机溶剂的混合物312g(脱水工序)。所获得的混合物中含有的GAO的末端羧基浓度为187eq/t,熔点为210℃。
[0127] [参考例4]GAO的制备方法(本发明)
[0128] 将400g乙醇酸70%水溶液(杜邦公司制造)注入到容积为500ml的烧瓶中,在常压下一边搅拌一边用4小时将温度从室温升温加热至220℃,一边馏出水一边进行缩合反应,生成GAO(缩合工序)。接着,加入60g四乙二醇二丁基醚、60g辛基三乙二醇以及64.5mg作为催化剂的氯化锡,然后将温度维持为220℃,用1小时使压力从常压缓慢地减压至3kPa。进而继续进行6小时缩合反应,馏去水及未反应原料等低沸点成分,配制包含192g GAO的、含有GAO和极性有机溶剂的混合物312g(脱水工序)。所获得的混合物中含有的GAO的末端羧基浓度为114eq/t,熔点为213℃。
[0129] [参考例5]GAO的制备方法(比较例)
[0130] 将400g乙醇酸70%水溶液(杜邦公司制造)注入到容积为500ml的烧瓶中,在常压下一边搅拌一边用4小时将温度从室温升温加热至220℃,一边馏出水一边进行缩合反应,生成GAO。接着,将温度维持为220℃,用1小时使压力从常压缓慢地减压至3kPa。进而继续进行3小时缩合反应,馏去水及未反应原料等低沸点成分,配制192g GAO。所获得的GAO的末端羧基浓度为527eq/t,熔点为217℃。
[0131] [实施例1]
[0132] 在容积为500ml的烧瓶中注入150g参考例1中配制的含有GAO和极性有机溶剂的混合物、40g作为极性有机溶剂的四乙二醇二丁基醚以及40g作为增溶剂的辛基三乙二醇,在常压下将温度加热至235℃,使反应体系成为均匀的溶液(工序1)。维持温度为235℃,将该溶液的压力减压至4.5kPa(33.8mmHg),共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯。一边调整热输入一边继续进行1小时解聚反应(工序2),没有发现管线堵塞。从共馏出物中获得12.8g乙交酯(工序3)。乙交酯的纯度为91.5%。
[0133] [实施例2]
[0134] 除了替代参考例1中配制的GAO,使用150g参考例2中配制的含有GAO和极性有机溶剂的混合物外,其他都与实施例1相同,共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯,并从共馏出物中获得12.8g乙交酯。没有发现管线堵塞,乙交酯的纯度为92.4%。
[0135] [实施例3]
[0136] 除了替代参考例1中配制的GAO,使用150g参考例3中配制的含有GAO和极性有机溶剂的混合物外,其他都与实施例1相同,共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯,并从共馏出物中获得13.1g乙交酯。没有发现管线堵塞,乙交酯的纯度为93.3%。
[0137] [实施例4]
[0138] 除了替代参考例1中配制的GAO,使用150g参考例4中配制的含有GAO和极性有机溶剂的混合物外,其他都与实施例1相同,共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯,并从共馏出物中获得17.4g乙交酯。没有发现管线堵塞,乙交酯的纯度为96.2%。
[0139] [比较例1]
[0140] 在容积为500ml的烧瓶中注入160g参考例5中配制的GAO、100g四乙二醇二丁基醚以及89g辛基三乙二醇,在常压下将温度加热至230℃,使反应体系成为均匀的溶液(工序1)。维持温度为230℃,将该溶液的压力减压至4.5kPa(33.8mmHg),共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯。继续反应1小时(工序2),发现管线出现些许堵塞。从共馏出物中获得
12.5g乙交酯(工序3)。乙交酯的纯度为81.2%。
[0141] [对照例1](全回流处理)
[0142] 在容积为500ml的烧瓶中注入160g参考例5中配制的GAO、100g四乙二醇二丁基醚以及89g辛基三乙二醇,在常压下将温度加热至225℃,使反应体系成为均匀的溶液。将温度维持为225℃,用1小时将该溶液的压力缓慢地减压至3kPa,进行5小时全回流处理,配制包含158gGAO的、含有GAO和极性有机溶剂的混合物347g。该混合物中含有的GAO的末端羧基浓度为170eq/t,熔点为211℃。
[0143] 除了替代参考例1中配制的含有GAO和极性有机溶剂的混合物,使用150g含有对参考例5中配制的GAO进行上述全回流处理而配制的GAO和极性有机溶剂的混合物外,其他都与实施例1相同,共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯,并从共馏出物中获得13.0g乙交酯。没有发现管线堵塞,乙交酯的纯度为93.9%。
[0144] 对于实施例1~4、比较例1及对照例1,解聚所使用的GAO的末端羧基浓度(以下,有时也称为“末端COOH”)及熔点、GAO的制备方法、全回流处理的有无、解聚条件以及所获得的乙交酯(以下,有时也称为“GL”)的产量及纯度如表1所示。
[0145]
[0146] 由表1可知,实施例1~4的乙交酯的制备方法是加热GAO使之解聚的方法,其包含以下各工序:
[0147] I.工序1,在常压下或减压下,将含有末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO和极性有机溶剂的混合物加热至GAO发生解聚的温度;
[0148] II.工序2,进一步以上述温度继续加热,进行GAO的解聚,并且将通过解聚生成的乙交酯和极性有机溶剂一同从含有该混合物的解聚反应体系中共馏出到解聚反应体系外;以及
[0149] III.工序3,从共馏出物中获取乙交酯;
[0150] 根据这种乙交酯的制备方法,不需要因全回流处理而产生的新的热历史,有助于节能,并能减少从解聚反应体系中馏出的馏出物中的杂质量,抑制乙交酯因杂质而发生低聚反应造成管线堵塞,可以通过解聚获得纯度为85%以上、优选为90%以上的高纯度乙交酯。
[0151] 此外,通过包含缩合工序及脱水工序的参考例1~4的GAO制备方法,可以有效地配制末端羧基浓度为400eq/t以下、优选为250eq/t以下的GAO,所述缩合工序在常压下或减压下加热乙醇酸,使其进行缩合反应,所述脱水工序在常压或减压下继续加热,使乙醇酸与极性有机溶剂一同继续缩合反应。除此之外,确认了根据参考例1~4的GAO制备方法所配制的GAO,即便对暂时配制的GAO不实施再次施加热历史的全回流处理,也可以高产率地获得与对实施了全回流处理的GAO进行加热使之解聚而获得的乙交酯相同程度或更高纯度的高纯度乙交酯。
[0152] 进而,由实施例4可知,在催化剂的存在下实施脱水工序,配制GAO,然后再对其解聚,可以获得更高产量的极高纯度乙交酯。
[0153] 与此相对,根据对末端羧基浓度为527eq/t的GAO加热使之解聚的比较例1的乙交酯的制备方法可知,由于所获得的乙交酯纯度较低,为了提高乙交酯的纯度需要进行纯化操作,并且,除乙交酯以外的杂质量较多,容易因乙交酯发生低聚反应而造成管线堵塞,有可能无法对堵塞的GAO长时间连续地实施解聚。另外,如对照例1所述,可知对暂时配制的GAO实施再次施加热历史(温度225℃、5小时)的全回流处理后解聚GAO的乙交酯的制备方法中,需要将进行所述全回流处理的温度设定为较高温度。
[0154] [参考例6]GAO的制备方法(本发明)
[0155] 将300g乙醇酸70%水溶液(杜邦公司制造)注入到容积为500ml的烧瓶中,在常压下一边搅拌一边用4小时将温度从室温升温加热至220℃,一边馏出水一边进行缩合反应,生成GAO(缩合工序)。接着,维持温度为220℃,将压力从常压减压至10kPa后,反复进行实施例1的乙交酯的制备方法中的工序2后,加入165g从解聚反应体系中获得的解聚反应液,然后再用1小时缓慢地减压至3kPa。进而继续进行3小时缩合反应,馏去水及未反应原料等低沸点成分,配制包含210g GAO的、含有GAO和极性有机溶剂的混合物309g(脱水工序)。所获得的混合物中含有的GAO的末端羧基浓度为390eq/t。
[0156] [参考例7]GAO的制备方法(本发明)
[0157] 除了在脱水工序中继续进行5小时的缩合反应外,其他都与参考例6相同,配制包含210g GAO的、含有GAO和极性有机溶剂的混合物309g。所获得的混合物中含有的GAO的末端羧基浓度为352eq/t。
[0158] [参考例8]GAO的制备方法(本发明)
[0159] 除了在脱水工序中加入165g上述解聚反应液、24g四乙二醇二丁基醚以及24g辛基三乙二醇,并继续进行6小时的缩合反应外,其他都与参考例6相同,配制包含210g GAO的、含有GAO和极性有机溶剂的混合物357g。所获得的混合物中含有的GAO的末端羧基浓度为233eq/t。
[0160] [参考例9]GAO的制备方法(本发明)
[0161] 除了在脱水工序中加入165g上述解聚反应液、24g四乙二醇二丁基醚以及24g辛基三乙二醇,再加入59.4mg作为催化剂的氯化锡,以及继续进行6小时缩合反应外,其他都与参考例6相同,配制包含210g GAO的、含有GAO和极性有机溶剂的混合物357g。所获得的混合物中含有的GAO的末端羧基浓度为150eq/t。
[0162] [实施例5]
[0163] 在容积为500ml的烧瓶中注入150g参考例6中配制的含有GAO和极性有机溶剂的混合物、60g作为极性有机溶剂的四乙二醇二丁基醚以及60g作为增溶剂的辛基三乙二醇,在常压下将温度加热至235℃,使反应体系成为均匀的溶液(工序1)。维持温度为235℃,将该溶液的压力减压至4.5kPa(33.8mmHg),共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯。一边调整热输入一边继续进行1小时解聚反应(工序2),没有发现管线堵塞。从共馏出物中获得12.6g乙交酯(工序3)。乙交酯的纯度为86.6%。
[0164] [实施例6]
[0165] 除了替代参考例6中配制的GAO,使用150g参考例7中配制的含有GAO和极性有机溶剂的混合物外,其他都与实施例5相同,共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯,从共馏出物中获得12.7g乙交酯。没有发现管线堵塞,乙交酯的纯度为90.1%。
[0166] [实施例7]
[0167] 除了替代参考例6中配制的GAO,使用150g参考例8中配制的含有GAO和极性有机溶剂的混合物,以及注入55g作为极性有机溶剂的四乙二醇二丁基醚及55g作为增溶剂的辛基三乙二醇外,其他都与实施例5相同,共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯,从共馏出物中获得11.3g乙交酯。没有发现管线堵塞,乙交酯的纯度为90.5%。
[0168] [实施例8]
[0169] 除了替代参考例8中配制的GAO,使用150g参考例9中配制的含有GAO和极性有机溶剂的混合物外,其他都与实施例7相同,共馏出四乙二醇二丁基醚和所生成的乙交酯,从共馏出物中获得12.0g乙交酯。没有发现管线堵塞,乙交酯的纯度为93.0%。
[0170] 对于实施例5~8,解聚所使用的GAO的末端COOH、GAO的制备方法、全回流处理的有无、解聚条件以及所获得的乙交酯(GL)的产量及纯度如表2所示。
[0171] [表2]
[0172]
[0173]
[0174] 由表2可知,实施例5~8的乙交酯的制备方法是加热GAO使之解聚的方法,其包含以下各工序:
[0175] I.工序1,在常压下或减压下,将含有末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO和极性有机溶剂的混合物加热至GAO发生解聚的温度;
[0176] II.工序2,进一步以上述温度继续加热,进行GAO的解聚,并且将通过解聚生成的乙交酯和极性有机溶剂一同从含有该混合物的解聚反应体系中共馏出到解聚反应体系外;以及
[0177] III.工序3,从共馏出物中获取乙交酯;
[0178] 根据这种乙交酯的制备方法,不需要因全回流处理而产生的热历史,有助于节能,并能减少从解聚反应体系中馏出的馏出物中的杂质量,抑制乙交酯因杂质而发生低聚反应造成管线堵塞,可以通过解聚获得纯度为85%以上的高纯度乙交酯。
[0179] 此外,通过包含缩合工序及脱水工序的参考例6~9的GAO制备方法,可以有效地配制末端羧基浓度为400eq/t以下的GAO,所述缩合工序在常压下或减压下加热乙醇酸,使其进行缩合反应,所述脱水工序在常压下或减压下,使乙醇酸与从解聚反应体系中获得的解聚反应液一同继续加热,必要时进而与极性有机溶剂一同加热,继续进行乙醇酸的缩合反应。除此之外,确认了根据参考例6~9的GAO制备方法所配制的GAO,即便对暂时配制的GAO不实施再次施加热历史的全回流处理,也可以高产率地获得高纯度乙交酯。
[0180] 进而,由实施例8可知,在催化剂的存在下实施脱水工序,配制GAO,然后再对其解聚,可以高产量地获得更高纯度的乙交酯。
[0182] 本发明可提供一种乙交酯的制备方法,其加热乙醇酸低聚物使之解聚,特征在于,包含以下各工序:
[0183] I.工序1,在常压下或减压下,将含有末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物和极性有机溶剂的混合物加热至乙醇酸低聚物发生解聚的温度;
[0184] II.工序2,上述温度下进一步继续加热,进行乙醇酸低聚物解聚的同时,从含有该混合物的解聚反应体系中通过解聚生成的乙交酯和极性有机溶剂一同共馏出到解聚反应体系外;以及
[0185] III.工序3,从共馏出物中获取乙交酯;
[0186] 利用这种乙交酯的制备方法,不需要因全回流处理而产生的新的热历史,有助于节能,并能减少从解聚反应体系中馏出的馏出物中的杂质量,抑制乙交酯因杂质而发生低聚反应造成管线堵塞,可以通过解聚获得高纯度乙交酯,因此,工业实用性较高。
[0187] 尤其是,本发明可提供一种乙交酯的制备方法,其利用包含缩合工序及脱水工序的乙醇酸低聚物的制备方法,可以有效地配制末端羧基浓度为400eq/t以下的乙醇酸低聚物,即便对暂时配制的GAO不实施再次施加热历史的全回流处理,也可以高产率地获得高纯度乙交酯,因此,工业实用性较高;其中所述缩合工序在常压下或减压下加热乙醇酸,使其进行缩合反应,所述脱水工序在常压下或减压下,使乙醇酸与极性有机溶剂或解聚反应液一同继续加热,继续进行乙醇酸的缩合反应。
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