发明名称 乳酸聚合物及共聚物之制法及其熔融聚合制程
摘要 本发明有关一种制造聚乳酸之方法、制造乳酸共聚物之方法、聚乳酸之熔融聚合制程、及乳酸共聚物之熔融聚合制程。本发明系在乳酸之熔融聚合过程中添加无水丙交酯或乳酸之酯化衍生物,如此增进聚合度,降低聚乳酸之被水解程度,可达到所得聚乳酸之分子量及产率均增加之效果,而且主要是由乳酸做为聚合原料,较为经济。
申请公布号 TWI251601 申请公布日期 2006.03.21
申请号 TW092137422 申请日期 2003.12.30
申请人 财团法人工业技术研究院 发明人 魏腾芳;黄熹光;叶诚;陈家弘;陈联泰
分类号 C08G63/08 主分类号 C08G63/08
代理机构 代理人
主权项 1.一种制造聚乳酸之方法,包括下列步骤: (a)以乳酸为原料,在第一催化剂之存在下,于120至 220℃之间之反应温度下,进行脱水聚合反应,得到 寡聚乳酸;及 (b)加入无水丙交酯(lactide)及第二催化剂于该寡聚 乳酸中,于120至220℃之间之反应温度下,及0.1至100 托耳(torr)之间之压力下或常压之惰性气体流中,进 行反应,藉以获得聚乳酸。 2.如申请专利范围第1项所述之制造聚乳酸之方法, 其中无水丙交酯之总使用量与乳酸之总使用量之 莫耳比为1/20至4/1。 3.如申请专利范围第1项所述之制造聚乳酸之方法, 其中丙交酯系分次加入。 4.如申请专利范围第1项所述之制造聚乳酸之方法, 其中在步骤(b)进一步加入选自焦磷酸类、苯磺酸 酯类、M2(OR)m、及其组合所组成之族群之添加剂, 其中M2为Sn、Zr、Ti、P、或Si;m为1至4之整数;及R为 苯基或-(CH2)nCH3,n为0至9之整数。 5.如申请专利范围第1项所述之制造聚乳酸之方法, 其中寡聚乳酸之重量平均分子量为600至20,000。 6.如申请专利范围第1项所述之制造聚乳酸之方法, 其中所获得之聚乳酸之重量平均分子量为20,000至 200,000。 7.如申请专利范围第1项所述之制造聚乳酸之方法, 其中以乳酸之酯化衍生物替代丙交酯。 8.如申请专利范围第7项所述之制造聚乳酸之方法, 其中该乳酸之酯化衍生物为乳酸甲酯、乳酸乙酯 、乳酸丙酯、或乳酸丁酯。 9.如申请专利范围第1项所述之制造聚乳酸之方法, 其中该第一催化剂系苯磺酸、磷酸、亚磷酸、次 磷酸或M1Ox,其中M1为Sn、Ti、或Zr;X为1至3之整数;及 该第二催化剂系为M2(OOCR)m或M2(OR)m,其中M2为Sn、Zr 、Ti、P、或Si;m为1至4之整数;及R为苯基或-(CH2)n CH3 ,n为0至9之整数。 10.一种制造乳酸共聚物之方法,包括下列步骤: (a)以乳酸为原料,在第一催化剂之存在下,于120至 220℃之间之温度下,进行脱水聚合反应,得到寡聚 乳酸; (b)加入无水丙交酯及第二催化剂于该寡聚乳酸中, 于120至220℃之间之温度下,及0.1至100托耳之间之压 力下或常压之惰性气体流中,进行反应,获得聚乳 酸;及 (c)在上述进行反应以获得聚乳酸之步骤之后,加入 可与聚乳酸或丙交酯进行共聚合反应之单体及第 三催化剂于该聚乳酸中,于120至220℃之间之温度及 常压下,进行聚合反应,藉以获得乳酸共聚物。 11.如申请专利范围第10项所述之制造乳酸共聚物 之方法,其中无水丙交酯总使用量与乳酸之总使用 量之莫耳比为1/20至4/1。 12.如申请专利范围第10项所述之制造乳酸共聚物 之方法,其中丙交酯系分次加入。 13.如申请专利范围第10项所述之制造乳酸共聚物 之方法,其中可与聚乳酸或丙交酯进行反应之单体 系择自下列所组成之族群:环烷内酯(cycloalkyllactone )、碳酸亚烃酯(alkylene carbonate)、乙交酯(glycolide) 、环氧化物(epoxides)、环烷内醯胺、(cycloalkyllactam) 、烷二醇(alkylene glycol)、脂肪双元酸或其相对应 之酯类(alkanedicarbonic acid or ester)、及其组合。 14.如申请专利范围第10项所述之制造乳酸共聚物 之方法,其中在步骤(b)进一步加入选自焦磷酸类、 苯磺酸酯类、M2(OR)m、及其组合所组成之族群之添 加剂,其中M2为Sn、Zr、Ti、P、或Si;m为1至4之整数; 及R为苯基或-(CH2)nCH3,n为0至9之整数。 15.如申请专利范围第10项所述之制造乳酸共聚物 之方法,其中寡聚乳酸之重量平均分子量为600至20, 000。 16.如申请专利范围第10项所述之制造乳酸共聚物 之方法,其中以乳酸之酯化衍生物替代丙交酯。 17.如申请专利范围第16项所述之制造乳酸共聚物 之方法,其中该乳酸之酯化衍生物为乳酸甲酯、乳 酸乙酯、乳酸丙酯、或乳酸丁酯。 18.如申请专利范围第10项所述之制造乳酸共聚物 之方法,其中该第一催化剂系苯磺酸、磷酸、亚磷 酸、次磷酸或M1Ox其中M1为Sn、Ti、或Zr;X为1至3之整 数;及该第二催化剂系为M2(OOCR)m或M2(OR)m,其中M2为Sn 、Zr、Ti、P、或Si;m为1至4之整数;及R为苯基或-(CH2) -CH3,n为0至9之整数。 19.如申请专利范围第10项所述之制造乳酸共聚物 之方法,其中该第三催化剂为M3(OOCR)m,其中M3为Sn、 Zr、或Ti;m为1至4之整数;及R为-(CH2)nCH3,n为0至9之整 数。 20.一种聚乳酸之熔融聚合制程,包括: 在一第一反应槽中,于120至220℃之反应温度下,使 乳酸在第一催化剂之存在下进行脱水聚合反应,得 到包括寡聚乳酸之混合产物; 将该包括寡聚乳酸之混合产物传送至一第二反应 槽; 在该第二反应槽反应初始阶段,由系统外添加无水 丙交酯或乳酸之酯化衍生物、第二催化剂、及视 情况而定之添加剂至该第二反应槽中,将该第二反 应槽抽气,使得该第二反应槽压力保持为0.1至100托 耳或是常压之惰性气体流中,及外部温度为120至220 ℃,在此情况下,使丙交酯与上述包括寡聚乳酸之 产物进行反应; 将该第二反应槽抽气所抽出之化合物传送至一分 离装置,其中该化合物包括水及丙交酯及寡聚合物 ; 使该分离装置进行分离,得到无水丙交酯; 在第二反应槽之后续反应时,添加来自分离装置之 无水丙交酯,在温度为120至220℃下,及压力为0.1至 100托耳或是惰性气体流之常压下,使该丙交酯与上 述包括寡聚乳酸之产物进行脱水聚合反应,产生聚 乳酸。 21.如申请专利范围第20项所述之聚乳酸之熔融聚 合制程,其中该分离装置为一蒸馏装置。 22.如申请专利范围第20项所述之聚乳酸之熔融聚 合制程,其中该分离装置进一步进行分离得到之产 物为寡聚乳酸。 23.如申请专利范围第22项所述之聚乳酸之熔融聚 合制程,其中将该分离装置所分离得到之寡聚乳酸 添加至该第一反应槽中。 24.如申请专利范围第20项所述之聚乳酸之熔融聚 合制程,其中该添加剂系选自焦磷酸类、苯磺酸酯 类、M2(OR)m、及其组合所组成之族群,其中M2为Sn、 Zr、Ti、P、或Si;m为1至4之整数;及R为苯基或-(CH2)nCH 3,n为0至9之整数;该第一催化剂系苯磺酸、磷酸、 亚磷酸、次磷酸或M1Ox,其中M1为Sn、Ti、或Zr;X为1至 3之整数;及该第二催化剂系为M2(OOCR)m或M2(OR)m,其中 M2为Sn、Zr、Ti、P、或Si;m为1至4之整数:及R为苯基 或-(CH2)nCH3,n为0至9之整数。 25.如申请专利范围第20项所述之聚乳酸之熔融聚 合制程,其中该乳酸之酯化衍生物为乳酸甲酯、乳 酸乙酯、乳酸丙酯、或乳酸丁酯。 26.一种乳酸共聚物之熔融聚合制程,包括: 在一第一反应槽中,于120至220℃之反应温度下,使 乳酸在第一催化剂之存在下进行脱水聚合反应,得 到包括寡聚乳酸之混合产物; 将该包括寡聚乳酸之混合产物传送至一第二反应 槽; 在该第二反应槽反应初始阶段,由系统外添加无水 丙交酯、第二催化剂、及视情况而定之添加剂至 该第二反应槽中,将该第二反应槽抽气,使得该第 二反应槽压力保持为0.1至100托耳或是常压之高温 惰性气体流中,及外部温度为120至220℃下,使丙交 酯与上述包括寡聚乳酸之产物进行反应; 将该第二反应槽抽气所抽出之化合物传送至一分 离装置,其中该化合物包括水及丙交酯及寡聚合物 ; 使该分离装置进行分离,得到无水丙交酯; 在第二反应槽之后续反应时,添加来自分离装置之 无水丙交酯,在温度为120至220℃下及压力为0.1至100 托耳或是常压之惰性气体流中,使该丙交酯与上述 包括寡聚乳酸之产物进行反应,产生聚乳酸;及 将可与聚乳酸或丙交酯进行共聚合反应之单体及 第三催化剂添加至该第二反应槽之聚乳酸中,于120 至220℃之间之温度,进行聚合反应,获得乳酸共聚 物。 27.如申请专利范围第26项所述之乳酸共聚物之熔 融聚合制程,其中该分离装置为一蒸馏装置。 28.如申请专利范围第26项所述之乳酸共聚物之熔 融聚合制程,其中该分离装置进一步进行分离得到 之产物为寡聚乳酸。 29.如申请专利范围第28项所述之乳酸共聚物之熔 融聚合制程,其中将该分离装置所分离得到之寡聚 乳酸添加至该第一反应槽中。 30.如申请专利范围第26项所述之乳酸共聚物之熔 融聚合制程,其中该添加剂系选自焦磷酸类、苯磺 酸酯类、M2(OR)m、及其组合所组成之族群,其中M2为 Sn、Zr、Ti、P、或Si;m为1至4之整数;及R为苯基或-(CH 2)nCH3,n为0至9之整数该第一催化剂系苯磺酸、磷酸 、亚磷酸、次磷酸或M1Ox,其中M1为Sn、Ti、Zr;X为1至 3之整数;及该第二催化剂系为M2(OOCR)m或M2(OR)m,其中 M2为Sn、Zr、Ti、P、或Si;m为1至4之整数;及R为苯基 或-(CH2)nCH3,n为0至9之整数。 31.如申请专利范围第26项所述之乳酸共聚物之熔 融聚合制程,其中该乳酸之酯化衍生物为乳酸甲酯 、乳酸乙酯、乳酸丙酯、或乳酸丁酯。 32.如申请专利范围第26项所述之乳酸共聚物之熔 融聚合制程,其中该第三催化剂为M3(OOCR)m,其中M3为 Sn、Zr、或Ti;m为1至4之整数;及R为-(CH2)nCH3,n为0至9 之整数。 图式简单说明: 第1图为依据本发明之聚乳酸之熔融聚合制程之一 实例示意图。
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