[发明专利]通过结晶纯化乳酸的方法

说明书

发明领域

本发明涉及一种纯化乳酸的方法，以在单一结晶步骤中产生按质量计比表面积小于0.05m²/g的乳酸晶体。

相关技术描述

众所周知，乳酸或2-羟基丙酸，是一种α-羟基羧酸，可通过发酵制得。本领域技术人员知道获得乳酸的进一步制程，通过石化试剂的化学转化，例如由乙醛获得的乳腈水解，丙酸的氯化和水解，或者通过丙烯硝化而得。

人们也知道，乳酸被发现有两种非对映体结构形式，L(+)形式和(D-)形式，乳酸每天都会遇到新应用，从传统用作食物防腐剂到新应用开发，例如合成溶剂、杀虫剂、除莠剂、可生物降解聚合物等等。

然而，由于必备的品质标准日益严格以及实现生产成本与商品市场相适应的需求，在维持品质水平能迎合最严格要求的同时能够减少能源消耗是至关重要的。此外，在下，控制或者减少工业制程的能源消耗是特别有益于当前环境压力和对化石能源限制的大背景。

人们也知道，除了其他之外，乳酸的纯度是通过测量在环境温度下的色度(美国公共卫生协会(APHA)标准，单位Hazen)以及通过由测量200℃温度下加热回流两小时后的物质的色度(APHA标准，单位Hazen)构成的热稳定性测试来计算。当冷却到周围环境温度后乳酸溶液的色度不超过50Hazen，此乳酸溶液通常认为是热稳定的。

然而，对于某些特定应用，例如用于生产聚乳酸，乳酸应具有非常高纯度和非常低的热稳定指数，通常小于50Hazen或者在某些情况下小于30Hazen。当聚乳酸的分子量大于1000,000道尔顿(Dalton)时即构成“聚合物”级别，正如在EP 1953234A1专利文献中说明的那样。

此外，先前技术详细描述了由富含乳酸的发酵汁中进行热稳定级别乳酸的工业纯化能使用多种技术来实现，这些技术通常包括共同步骤：

●净化发酵，需要：(离心，絮凝/过滤，微滤，等等)

●除去离子(电渗析，离子交换树脂，液/液萃取，等等)

●除去色彩或其他杂质(膜过滤，活性炭，等等)

●浓缩/蒸馏乳酸：这些步骤相结合，获得高产率。

这些纯化方法例如在专利(US6489508，US5681728，US7244596)中有描述。用这些技术来纯化乳酸时，该乳酸浓度大于85％，特定色度大于500Hazen，并来源于发酵，从目前来看，需要使用至少一个蒸馏步骤制得热稳定级别的乳酸。

这些类型的方法不利在于需要大量能源和复杂设备。

人们也知道，浓缩溶液中乳酸可结晶(H.Borsook，H.M.Huffman，Y-P.Liu，J.Biol.Chem.102，449-460(1933)；L.B.Lockwood，D.E.Yoder，M.Zienty，Ann N.Y.Acad.Sci.119，854(1965)；Holten C.H.，“乳酸：乳酸及其衍生物的性能和化学性质”，20-22，Verlag Chemie，1971)。

根据先前技术描述的在结晶阶段制备乳酸晶体的方法不能制备热稳定级别的乳酸，除非相对高品质乳酸(色度＜500Hazen)用作初始乳酸，或者使用有机溶剂。所有这些限制都会对生产成本带来不容忽略的影响。而且，这些方法没有提及制得的晶体大小。

在WO 0222545专利中，也描述了纯化乳酸的方法，但是包括在结晶步骤之前在有机溶剂中进行萃取的步骤，而不是蒸馏。本领域技术人员知道，小份量的有机萃取剂存在于来自于萃取的水相中，需要额外的纯化步骤以除去此溶剂残留。

然而，在某些情况下，不纯的发酵汁可以不使用有机溶剂来纯化。

在WO 0056693专利中也描述了乳酸的结晶，但是需要用纯得多的乳酸水溶液(该乳酸溶液的色度不超过83Hazen)来开始。

文献也包含纯化乳酸的方法，尤其是描述在WO 0222544专利中，包括一个或多个结晶步骤以及一个蒸馏步骤，这个显然不是依照本发明的方法所寻求的目标。

结晶纯度通常与按照其质量计的比表面积相关。

晶体按质量计的比表面积(SSM)是指单位质量晶体展开的面积。按质量计的比表面积(SSM)用于将悬浮液或粉末的晶体尺寸特性与另一悬浮液或粉末的晶体尺寸特性作比较。此比表面积可在体积Vm和数以百计晶体的平均表面积Sm(通过测量晶体面的长度)以及晶体的密度Dc的基础上通过光学成象方式来测定：

SSM＝Sm/(Vm*Dc)