制備聚乙醇酸低聚物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種乙醇酸低聚物的生產(chǎn)方法，它是通過縮聚乙醇酸制備得到的。乙 醇酸低聚物是制備乙交酯重要原料，而乙交酯是制備高分子量聚乙醇酸的最常用單體。
[0002] 在制備聚乙醇酸低聚物時(shí)，反應(yīng)條件極大的影響乙醇酸轉(zhuǎn)化率，通過控制升溫速 度和減壓速度以及蒸餾柱的結(jié)構(gòu)，可以極大的減少乙醇酸原料的蒸出，提高乙醇酸的轉(zhuǎn)化 率。
【背景技術(shù)】
[0003] 乙交酯是一種可用于制備聚乙醇酸及其共聚物的重要化合物，近幾年來，由于聚 乙醇酸及其共聚物具有生物降解性能，而聚乙醇酸及聚乳酸-乙醇酸共聚物更是少數(shù)幾種 可用于臨床的生物材料因而備受關(guān)注。高分子量的聚乙醇酸及其共聚物須通過乙交酯的開 環(huán)聚合反應(yīng)來獲得。
[0004] 通常，環(huán)酯類單體的合成一般分為兩步：首先通過α-羥基羧酸（例如乙醇酸）縮 聚合成低分子量的聚合物（以下簡(jiǎn)稱為低聚物）作為中間體；然后通過高溫蒸餾的方法環(huán) 化上述中間體以生成環(huán)酯，并從反應(yīng)體系中提取氣態(tài)的環(huán)酯化合物。更具體地說，乙交酯是 以乙醇酸為原料，通過下述反應(yīng)步驟來合成的。
[0005] (1)先在常壓下脫水，再在減壓下將乙醇酸加熱直至其脫水并縮合轉(zhuǎn)化成低聚 物，如式[I]。
[0006]
[0007] (2)在減壓下，將低聚物和作為乙交酯合成用的催化劑加入其中，一同加熱，在將 反應(yīng)溫度保持在220°C至290°C的同時(shí)，用蒸餾分離出生成的乙交酯蒸氣，然后冷卻收集乙 交酯蒸氣，如式[II]。
[0008]
[0009] 用上述方法回收的粗乙交酯的組成隨反應(yīng)溫度、壓力、反應(yīng)中的保留時(shí)間、低聚物 的分子量、所用催化劑的種類和用量而變化很大。在脫水縮聚制備低聚物的過程中，水是一 直存在體系中的。水的存在會(huì)促進(jìn)聚乙醇酸的水解和引起酸性成分的生成，在后期解聚過 程中會(huì)大大影響生成的乙交酯的純度；并且縮聚過程中為能夠充分去除的水，會(huì)與乙交酯 一起被收集。水會(huì)促進(jìn)生成的乙交酯水解生成酸性成分，不僅大大降低了乙交酯的產(chǎn)率，同 時(shí)為后期的提純工作增加了難度。在乙交酯的開環(huán)聚合中，為了獲得高分子量的聚乙醇酸， 必須使用高純度的乙交酯單體。
[0010] U.S.專利2668162公開了一種方法，首先在170-185°c通過熔融縮聚制備聚乙醇 酸低聚物，然后將乙醇酸低聚物破碎成粉末，并在高真空下1. 6-2.OkPa于270-285°C加熱， 收集所得含有乙交酯的蒸氣。粗乙交酯的收率最高可以達(dá)到93%，所得的粗乙交酯進(jìn)一步 通過溶劑洗滌和多次溶劑重結(jié)晶進(jìn)行提純。
[0011]U.S.專利4727163公開了一種方法，使用具有良好熱穩(wěn)定性的聚醚作基材，然后 乙醇酸與基材進(jìn)行嵌段共聚得到嵌段共聚物，最后加熱嵌段共聚物進(jìn)行解聚。收率為67%。 雖然耐高溫聚醚能夠通可以被再利用，可以作為在解聚過程的溶劑，有利有體系受熱均勻， 但需要耗費(fèi)大量的多元聚醚，同時(shí)在高溫下聚合物會(huì)有很多副反應(yīng)發(fā)生，得到乙交酯產(chǎn)物 中引入其它的雜質(zhì)。
[0012] U.S.專利4835293公開了一種方法，首先在170-185°C通過熔融縮聚制備聚乙醇 酸低聚物，然后在常壓下進(jìn)行解聚，通過氮?dú)鈯A帶出在熔體表面蒸發(fā)出的乙交酯，混合氣體 通過不溶于水的非極性溶劑收集，收率48%~62%。由于環(huán)狀二聚體的生成速率較慢，這 種方法難以降低生產(chǎn)成本
[0013] 專利CN101054371A公開了一種方法，采用高純度的乙醇酸晶體為原料，通過脫水 縮聚、熔融縮聚制備得到聚乙醇酸低聚物，所得的低聚物在兩種催化劑的催化下高溫熔融 解聚，粗乙交酯的最高收率可以達(dá)到86%。得到粗產(chǎn)物通過重結(jié)晶提純，并且在結(jié)晶過程中 加入低沸點(diǎn)溶劑作為成核劑，有利于乙交酯結(jié)晶析出。該方法不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0014]吳羽公司的多篇專利US5830991、US6891048B2、US691639B2、CN1496359A、 CN1501923A，提到可以采用添加高沸點(diǎn)極性有機(jī)溶劑到聚乙醇酸低聚物中以降低反應(yīng)體系 粘度和解聚反應(yīng)溫度，也提到聚乙醇酸低聚物和極性有機(jī)溶劑同時(shí)加入解聚體系并同時(shí)引 入二價(jià)或多價(jià)陽(yáng)離子形式的硫酸鹽和或有機(jī)酸鹽穩(wěn)定劑來防止副反應(yīng)的發(fā)生，但是該方法 導(dǎo)致了乙交酯粗產(chǎn)品中混有該種溶劑而難于純化。
[0015"
[0016] 聚乙醇酸作為可降解聚酯材料，一直是研究關(guān)注的重點(diǎn)。乙交酯是制備高分子量 的聚乙醇酸的重要單體。如何降低乙交酯生產(chǎn)成本，提高乙交酯的收率對(duì)于開發(fā)聚乙醇酸 生產(chǎn)工藝是十分重要的。以乙醇酸為原料制備聚乙醇酸低聚物時(shí)，熔融縮聚反應(yīng)過程有水 生成，同時(shí)熔融縮聚反應(yīng)是一個(gè)平衡反應(yīng)，為了提高分子量，該反應(yīng)需要在高溫和高真空度 下進(jìn)行，使平衡反應(yīng)向右移動(dòng)，生成的水有效的分離出來，如式[III]。在該反應(yīng)條件下，原 料乙醇酸也較容易與水一起被蒸出，從而降低了乙醇酸的轉(zhuǎn)化率，影響乙交酯的最終收率。 因而在制備聚乙醇酸低聚物時(shí)，如何減少原料的蒸出，提高原料轉(zhuǎn)化率對(duì)于乙交酯的制備 是必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中制備聚乙醇酸低聚物時(shí)乙醇酸轉(zhuǎn)化率 較低，反應(yīng)過程中易蒸出的問題，提供一種用于生產(chǎn)乙交酯的聚乙醇酸低聚物的生產(chǎn)方法， 它是通過熔融縮聚乙醇酸制備乙醇酸的低聚物，通過控制升溫速度和減壓速度以及蒸餾柱 的結(jié)構(gòu)，可以極大的減少乙醇酸原料的蒸出，提高乙醇酸的轉(zhuǎn)化率。
[0018] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種聚乙醇酸低聚物的制備方 法，包括以下步驟：將乙醇酸晶體首先在常壓條件下進(jìn)行常壓縮聚，直至無水被蒸餾出為 止；然后，進(jìn)行減壓縮聚反應(yīng)，使縮合反應(yīng)或酯交換反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，直至沒有水被蒸餾出； 其中，所述蒸餾使用蒸餾柱，蒸餾柱的溫度為80~110°C，蒸餾柱的理論塔板數(shù)為5-30。
[0019] 上述技術(shù)方案中，所述蒸餾柱內(nèi)優(yōu)選加入填料填充；所述填料優(yōu)選自拉西環(huán)、鮑 爾環(huán)、矩鞍形填料、階梯環(huán)填料、網(wǎng)體填料或球型填料中的至少一種；蒸餾柱的溫度優(yōu)選為 100。。。
[0020] 上述技術(shù)方案中，所述常壓縮聚反應(yīng)優(yōu)選分段進(jìn)行：第一階段預(yù)聚，反應(yīng)溫度優(yōu)選 在乙醇酸的熔點(diǎn)和乙醇酸的沸點(diǎn)之間，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為0. 5~10小時(shí)，更優(yōu)選為0. 5~5 小時(shí)；第二階段縮聚，優(yōu)選在反應(yīng)溫度112~220〇C下，更優(yōu)選在反應(yīng)溫度140~210〇C下， 進(jìn)行縮合反應(yīng)或酯交換反應(yīng)，直至無水蒸出為止。
[0021] 上述技術(shù)方案中，所述減壓縮聚反應(yīng)的反應(yīng)溫度優(yōu)選為112~220〇C;反應(yīng)壓力優(yōu) 選為0.l-5KPa，更優(yōu)選為0.l-3KPa;所述減壓縮聚反應(yīng)的減壓速率優(yōu)選為0.l-5KPa/min， 更優(yōu)選為優(yōu)選為〇. 1-lKPa/min。
[0022] 上述技術(shù)方案中，所述減壓縮聚反應(yīng)后優(yōu)選繼續(xù)進(jìn)行加強(qiáng)縮聚反應(yīng)，加強(qiáng)縮聚反 應(yīng)的反應(yīng)溫度優(yōu)選為112~220〇C;反應(yīng)壓力優(yōu)選為0.l-5KPa，更優(yōu)選為0.l-3KPa;反應(yīng)時(shí) 間優(yōu)選為〇. 5-10小時(shí)。
[0023] 上述技術(shù)方案中，進(jìn)一步優(yōu)選方案為：所述減壓縮聚反應(yīng)的升溫速度優(yōu)選為 0. 6-20°C/min，更優(yōu)選為0. 6-10°C/min;所述減壓縮聚的反應(yīng)真空度在0.l-5KPa，優(yōu)選為 0.l-3KPa;所述減壓縮聚反應(yīng)的減壓速率為0.l-5KPa/min，優(yōu)選為0. 1-lKPa/min;所述蒸 餾柱內(nèi)的理論塔板數(shù)優(yōu)選為5-20。
[0024] 上述技術(shù)方案中，最優(yōu)選方案為：當(dāng)蒸餾柱的理論塔板數(shù)為10-20時(shí)，升溫速度 1°C/min,減壓速率lKPa/min時(shí)，乙醇酸的蒸出量可以很低，對(duì)提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較好。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：在制備乙醇酸低聚物時(shí)，通過常壓縮聚分段反應(yīng)、控制減壓縮 聚反應(yīng)過程的升溫速度和減壓速度，可以降低乙醇酸的蒸出量，提高乙醇酸向聚乙醇酸低 聚物的轉(zhuǎn)化；同時(shí)在蒸餾柱內(nèi)加入填料填充，可以提高原料和水的分離效率，有效地減少乙 醇酸在餾出體系中的含量有效提高乙交酯的收率。
[0026] 采用本發(fā)明的技術(shù)方案，通過常壓縮聚分段反應(yīng)、控制減壓縮聚反應(yīng)過程的升溫 速度和減壓速度，以及采用在蒸餾柱內(nèi)加入填料填充的蒸餾，可以有效減少反應(yīng)過程中乙 醇酸的蒸出，提高乙醇酸轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)中接收瓶收集液體中乙醇酸含量可小于10 %，取得了 較好的技術(shù)效果。
【附圖說明】
[0027] 餾出物體系包括水和乙醇酸原料，通過測(cè)定蒸出體系的折光指數(shù)（Refractive index)，來確定蒸