[发明专利]连续生产聚酯的方法

说明书

本申请是中国专利申请200980129463.5的分案申请。

本发明涉及由环状酯单体连续生产聚酯，尤其脂族聚酯的方法。

基于环状酯单体，例如丙交酯(L-丙交酯，D-丙交酯，外消旋-丙交酯，也称为DL-丙交酯，内消旋-丙交酯)，乙交酯，碳酸三亚甲基酯(TMC)、ε-己内酯和p-二酮及其结合物的脂族聚酯具有许多吸引人的性能。它们常常具有高的生物相容性和吸引人的再吸收性能，这使得它们适合于制备在人体或动物体内使用的支架和植入物，例如固定元件，薄膜，膜，缝合线或还适合于药物传输体系。此外，尤其聚丙交酯，也称为聚乳酸是生物基聚合物领域中有前景的材料，例如用于包装材料。它可衍生于可再生材料的这一事实使得它尤其引人注目地作为由油衍生的聚合物的可持续替代物。

制备脂族聚酯，例如聚丙交酯的聚合方法是本领域已知的。它们 包括开环聚合法和缩聚法。已发现，通过缩聚法获得的聚乳酸的价值 有限，这是因为缩聚得不到所要求的高分子量聚酯。

因此，优选通过开环聚合相应的环状单体，例如L-丙交酯，D-丙交酯，DL-丙交酯或外消旋-丙交酯，内消旋-丙交酯，乙交酯，碳酸三亚甲酯，ε-己内酯和p-二酮，或其混合物，制备(共)聚酯。

因此，生产聚丙交酯的方法的大多数公布专利公开了第一步，其 中通过缩合来聚合乳酸，形成预聚物，随后通过催化剂，解聚所述预 聚物，形成粗的丙交酯(即闭环反应)。纯化粗丙交酯，并且在通过开 环聚合制备聚丙交酯的过程中，该纯化的丙交酯用作单体。对于这一 说明书的目的来说，术语聚丙交酯和聚乳酸互换使用。

尽管存在大量关于生产聚酯，例如聚丙交酯的文献，但大多数公 布专利没有公开在工业规模上使用的具体设备。它们主要集中在实验 室规模上。在大多数公布专利中，详细地公开了由乳酸制备丙交酯和 随后纯化丙交酯，但对于环状酯单体(例如丙交酯)开环聚合形成相应 聚酯，例如聚丙交酯来说，公开了仅仅温度和催化剂。例如，WO94/06856 仅仅公开了可按照间歇、半连续或连续方式进行丙交酯聚合成聚丙交 酯的方法。该反应容器配有常规的换热器和/或混合器件。

制造聚酯的聚合方法可分成两组，即在不含水的溶剂存在下聚合， 例如悬浮或乳液聚合，和在基本上不存在溶剂的情况下聚合，例如在 比单体和聚合物的熔融温度高的温度下进行的熔体聚合，或者在比聚 合物的熔融温度低的温度下，间歇地进行的本体聚合。

一般地，全部在不存在溶剂，即本体的情况下，通过缩聚，和在 一些特殊的情况下，当环状酯单体已经脱水时，通过开环聚合，制造 聚酯。间歇地进行常用的方法，并通过监控熔体粘度的增加和羧酸端 基浓度的下降，追踪转化率。这一经典的方法用于许多聚酯：从松香 基印刷油墨树脂，经由粉末涂布聚酯树脂到PET纱线用预聚物。在熔 体聚合之后，对后者进行固态后聚合(SSP)，以便增加平均分子量到在 熔融状态下不可能实现的数值。尽管SSP是耗时的工艺，但它必然在 工业规模上广泛地采用。

在不存在溶剂情况下聚合环状酯单体成聚酯，例如聚合丙交酯成 聚丙交酯中常常遇到的主要问题是，除去在放热聚合反应过程中生成 的热量。聚酯，例如聚丙交酯具有相对低的导热率。例如，聚乳酸的 导热率为0.13W/(m.K)。对于其他聚合物和橡胶来说，报道过相同数 量级的数值。这意味着反应生成的热量不可能总是有效地被除去，特 别是在大的容器、搅拌罐和类似物内。这可导致所得聚合物的局部过 热，从而引起聚合物的链降解和变色。

在常规方法中，选择工艺设定值(settings)，以便反应速度低和 停留时间长。这导致大体积和昂贵的设备。其他常规方法在高产率下 提供不了具有低黄度指数且残留丙交酯含量低的高质量，即高分子量 的聚酯，例如聚丙交酯。

在环状酯单体的不含溶剂的开环聚合中遇到的进一步的问题是， 单体熔体和聚合物熔体之间的熔体粘度差别。在WO99/50345中，建议 使用用于聚合工艺的活塞流反应器或一系列活塞流反应器。我们已发 现，当使用活塞流反应器时，熔融环状酯单体(在这一实施例中，丙交 酯)和所得聚酯(在这一实施例中，聚丙交酯)之间的熔体粘度差如此 高，以致于不可能维持活塞流条件且出现气沟(channelling)。

由于没有公开过以上提及问题的合适的解决方案，因此仍需要在 工业规模上，以经济上吸引人的方式，高质量地由环状酯单体制造高 分子量聚合物的连续方法。