[发明专利]稳定的丙交酯颗粒

说明书

本发明涉及丙交酯颗粒，更具体涉及在室温下足够稳定便于储存和运输， 并且具有足够高的质量作为聚乳酸的起始原料使用的丙交酯颗粒。

垃圾场空间的持续损耗，化石能量储备尤其是油料的损耗，因此随之而来 的使用需求以及与各种温室气体相关的问题，新碳形式可再生资源，以及与废 物焚烧相关联的问题，已经带来了开发真正可生物降解聚合物的需求，其用以 替代在包装、纸张涂覆和其它的非医学工业应用(这里指的是大量应用)中的 不可生物降解或部分可生物降解的石油化学基聚合物。在医学工业中使用乳酸 和丙交酯来制备可生物降解聚合物是公知的。正如由Nieuwenhuis等(US 5,053,485)公开的，这类聚合物已经用于制备可生物降解的缝合线、夹具、骨 盘和生物活性的受控释放装置。如果开发出的制备在医学工业中使用的聚合物 的方法结合了满足最终聚合物产物高纯度和生物相容性需求的技术，那将是所 推崇的。

此外，设计该方法是为了生产小体积的高附加值产品，并不强调生产成本 和产率。

已经知道乳酸通过脱水进行缩合反应形成聚乳酸。Dorough在US 1,995,970 中承认并公开，由于产生了乳酸的环状二聚物，丙交酯的竞争解聚反应，所得 到的聚乳酸仅仅限于基于物理性能具有有限价值的低分子量聚合物。随着聚乳 酸链的增长，聚合反应速率减慢至达到解聚反应的速率，这就有效地限制了所 得缩聚聚合物的分子量。

因此，在大部分出版物中，生产聚乳酸的方法被描述为：首先由乳酸制备 预聚物，所述预聚物在催化剂存在下通过闭环反应解聚形成粗的丙交酯，随后 将所述粗的丙交酯纯化，并将丙交酯用作开环聚合制备聚乳酸的起始原料。为 了说明的目的，术语聚乳酸和聚丙交酯可以互换使用。众所周知，乳酸以两种 光学对映体的形式存在，称为D-乳酸和L-乳酸。不管D-乳酸、L-乳酸还是它们 的混合物都可以聚合形成中间分子量的聚乳酸，该聚乳酸经过闭环反应之后就 产生了前面所公开的丙交酯。该丙交酯(有时也称为二丙交酯)或乳酸的环状 二聚物可能具有三种立体化学结构的一种，这取决于它来自两个L-乳酸分子、 两个D-乳酸分子还是一个L-乳酸分子和一个D-乳酸分子。这三种二聚物分别称 为L-丙交酯、D-丙交酯和内消旋丙交酯。此外，熔点约为126℃的50/50L-丙 交酯和D-丙交酯的混合物在文献中常称为D，L-丙交酯。已知在特定条件下，不 管乳酸还是丙交酯的光学活性都会改变，在光学不活泼性下(此时存在等量的D 和L对映体)具有趋向于平衡的倾向。已知在起始原料中D和L对映体的相对 浓度、杂质或催化剂的存在、温度的变化、保留时间和压力都会影响这样的外 消旋比率。乳酸或丙交酯的光学纯度对通过丙交酯开环聚合获得的聚乳酸的立 体化学是决定性的。对于聚乳酸来说，立体化学和分子量是聚合物质量的关键 参数。

当制备用于医学工业的聚乳酸时，通常使用结晶粉状丙交酯作为起始原料。 这些30年来可商业获得的结晶体是高吸湿性的，在惰性气体氛围下包装于防潮 且气密性的包裹中，并且储存在冷柜中(温度低于12℃)。很清楚当聚乳酸用于 大量应用时这些防范措施是不可能采用的，因为它会使得产品太昂贵。

在出版物中描述的用于大量应用的聚乳酸的制备方法中，将形成并纯化的 丙交酯以熔融液态的形式直接向聚合反应器中供料从而形成聚丙交酯。例如参 见EP 0,623,153和US 6,875,839。通过将刚制备的丙交酯直接转化成聚乳酸， 丙交酯相对不稳定性的负面效果可以通过使丙交酯在反应器中的保留时间最小 化而得到控制。然而，这一方法需要将丙交酯的生产和聚乳酸的生产结合。这 使得该方法并不灵活，并且给新的聚乳酸生产者带来了入门壁垒，因为它需要 大量的设备投资。第二，由于丙交酯的质量对于可获得的聚乳酸的分子量和立 体化学是决定性的，并且闭环过程和纯化需要严格控制温度、压力和保留时间， 这也是聚乳酸生产过程中最脆弱的部分。在生产过程的这一部分失败的风险甚 至更加增大了入门壁垒。如果稳定的、高质量的丙交酯能够简单地提供给大量 应用的新的聚乳酸生产者，那他们就不再有这样的负担，用乳酸基(共)聚合 物替代石油化学基聚合物就能真正发生。已经有人建议以熔融形式运输丙交酯 (D-丙交酯和L-丙交酯的熔点为97℃)。除了这类运输很昂贵的事实外，以熔融 状态运输和储存丙交酯对丙交酯的质量也是有害的，因为在这些温度下外消旋 作用、水解反应和聚合反应都会加快。在直接转化方法中当丙交酯的保留时间 没有被精确控制时也会发生同样的问题。