FR2701707A1 - Procédé pour la purification de lactide. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé pour la purification de lactide par cristallisation à partir de l'état fondu pour le séparer d'impuretés et/ou en séparer des formes isomères. Le procédé consiste à refroidir un mélange fondu de lactide et d'impuretés jusqu'au point de solidification du lactide ou un peu au-dessous; former une phase solide ayant une plus basse teneur en impuretés que le mélange fondu et une phase liquide ayant une plus haute teneur en impuretés que le mélange fondu par cristallisation partielle du mélange fondu; et séparer la phase solide de la phase liquide. Le procédé peut être répété sur le produit obtenu, il peut être conduit selon la technique de fusion de zone et une purification supplémentaire peut être réalisée par ressuage du produit. Application à la production de lactide pour polymérisation.

Description

La présente invention concerne la purification de lactides, y compris de leurs formes optiquement actives, par cristallisation à partir de l'état fondu, de manière à séparer à peu près complètement le lactide des impuretés, y compris des impuretés hydroxyliques telles que l'eau, les monomères et les hydroxy-acides carboxyliques oligomères normalement produits en même temps que le lactide pendant sa fabrication, ainsi que d'autres impuretés telles que des solvants et catalyseurs. De plus, la présente invention concerne la séparation et la purification de lactides existant sous plus d'une forme isomère. Cette purification fournit les lactides en des états de pureté élevée et/ou déterminée, de façon simple et rapide, sans recourir à des solvants sélectifs, une cristallisation fractionnée à partir de solvants, une distillation ou d'autres moyens physiques décrits dans la technologie.

Le lactide (3,6-diméthyl-1,4-dioxanne-2,5-dione) est un composé intermédiaire menant à des acides polylactiques de haut poids moléculaire dont l'utilité est connue dans des applications biomédicales et autres en raison de leur faculté de dégradation biologique et hydrolytique en sousproduits acceptables physiologiquement et pour 1' environnement.

Pour atteindre les hauts poids moléculaires nécessaires à ces applications, il est nécessaire que le lactide soit pratiquement dépourvu d' impuretés hydroxyliques (y compris hydroxy-carboxyliques), car ces impuretés empêchent d'atteindre les poids moléculaires désirés. Par exemple, il est préférable que la teneur en acide du lactide soit inférieure à 10 milliéquivalents par kilogramme (méq/kg), mieux encore inférieure à 5 méq/kg.

Un autre facteur important est la forme stéréoisomère du lactide. Tandis que l'acide lactique existe sous deux formes stéréoisomères D et L, le lactide possède en outre une forme mêso. Le mélange racémique des D- et Llactides, également important du point de vue commercial, est appelé le DL-lactide. Ces lactides isomères ont des stabilités différentes et donnent également naissance à des polymères dont les propriétés sont sensiblement différentes, d'où la nécessité, pour certaines applications des polymères, d'ajuster le rapport de chaque forme isomère dans le produit final. Ces rapports peuvent être réglés soit en utilisant des procédés qui ne produisent qu'un seul isomère, soit en purifiant un mélange des isomères.Les procédés de purification connus dans la technologie sont très pénibles et difficiles en raison des proches propriétés physiques des isomères.

Le lactide est le plus commodément préparé en polymérisant l'acide lactique correspondant en un acide polylactique (oligomère) de poids moléculaire relativement bas, puis en chauffant l'oligomère, généralement en présence d'un catalyseur, comme cela est bien connu dans la technologie, pour le dépolymériser jusqu'au lactide qui est ensuite recueilli comme composant d'un courant de produit en phase vapeur. Voir : Gruter et coll., brevet des E.U.A.

NO 1 095 205 (1914) ; Lowe, brevet des E.U.A. NO 2 668 162 (1954) ; Bhatia, brevet des E.U.A. NO 4 835 293 (1989) ; De
Vries, brevet des E.U.A. NO 4 797 468 (1989) ; et Muller, brevet des E.U.A. NO 5 053 522 (1991), ces brevets étant incorporés ici par référence.

Le courant de produit en phase vapeur contient invariablement non seulement le lactide, mais également des impuretés hydroxyliques volatiles, par lesquelles de l'eau, l'acide lactique monomère qui est plus volatil que le lactide, et souvent des oligomères à plus haut point d'ébullition de l'acide lactique, qui sont tous indésirables car ce sont des agents interrupteurs de chaîne de polymérisation qui empêchent d'atteindre les poids moléculaires désirés. Il peut également contenir de petites quantités de solvants ou de catalyseurs restant des étapes de traitement précédentes. Le courant de produit en phase vapeur contient typiquement plus de 90 k de lactides, en incluant tous les isomères, et moins de 10 Oc d'impuretés.

La technique typiquement employée dans l'art antérieur pour séparer et retirer le lactide du courant de produit en phase vapeur comporte généralement une épuration avec un solvant ou une cristallisation à partir d'un solvant. Cependant, dans ces conditions, les impuretés hydroxyliques, en particulier l'eau et l'acide lactique, peuvent provoquer des réactions de décyclisation avec le lactide, ce qui entraîne une diminution du rendement en lactide et une augmentation de l'acidité du produit. Ces réactions risquent d'autant plus de se produire que la température employée dans le traitement de séparation est plus élevée.

En outre, il est désavantageux de miser sur un solvant, que ce soit pour épurer le courant de produit en phase vapeur afin de récupérer l'ester cyclique ou pour purifier celui-ci par recristallisation, car des installations sont alors nécessaires pour stocker le solvant, l'utiliser, le purifier et l'empêcher de s'échapper dans l'environnement et de le contaminer, toutes ces mesures ajoutant beaucoup aux coûts d'investissement et d'exploitation du procédé.

Une autre technique, qui consiste à purifier et recueillir le lactide par distillation et condensation, tend à avoir l'inconvénient de faire souvent subir une importante perte de produit, manifestement à cause de la réaction de l'eau et d'autres impuretés hydroxyliques acides avec le lactide aux températures de distillation. De même, dans un milieu acide à haute température, une corrosion du dispositif de distillation peut entraîner la formation d'ions métalliques qui peuvent à leur tour catalyser une polymérisation prématurée du lactide dans l'appareillage lui-même.

La séparation des lactides qui sont présents sous plus d'une forme isomère est encore plus complexe, et implique souvent une combinaison de multiples recristallisations dans un solvant et distillations fractionnées.

Des techniques de cristallisation à partir de l'état fondu ont parfois été employées pour la purification de certains composés organiques. Cependant, la praticabilité de cette méthode ne peut être aisément prévue. Elle dépend non seulement des points de solidification du produit désiré, de ses impuretés et de leurs mélanges avec le produit, c'est-àdire selon que les impuretés forment un mélange eutectique ou une solution solide avec le produit à purifier, mais également de la structure des cristaux formés et dont de leur tendance à inclure des impuretés. En outre, la taille et la productivité de l'appareillage de cristallisation dépendent de la vitesse à laquelle des cristaux appropriés peuvent être formés sans inclusion des impuretés dans la structure cristalline.Comme déclaré dans un récent rappel de cette technologie (Wynn, "Separate Organics by Melt
Crystillization", Chemical Engineering Progress, mars 1992, pages 52-60) : Malheureusement, dans la cristallisation à partir de l'état fondu, les étapes critiques sont dépendantes de la vitesse. Elles ne peuvent être prévues avec précision d'après la théorie. Il faut obtenir des données en laboratoire ou en installation pilote avant même de pouvoir établir la praticabilité du procédé.

D'autres difficultés peuvent surgir dans des cas où les impuretés peuvent réagir avec la matière à purifier, comme c'est le cas avec le lactide impur typique, ce qui rend encore moins prévisible la praticabilité de cette voie.

Ainsi, il existe un besoin d'un procédé sans solvant, nouveau et perfectionné, pour la purification de lactides, notamment des lactides souillés par de petites quantités d'impuretés hydroxyliques telles que l'eau, l'acide lactique monomère et ses oligomères, qui réduise au minimum les inconvénients des procédés de l'art antérieur tout en fournissant de façon simple et rapide les lactides dans un état de haute pureté convenant pour la production de polymères de haut poids moléculaire. De plus, il existe un besoin d'un procédé sans solvant pour séparer des formes isomères de ces lactides d'avec leurs isomères, qui permette la production d'un produit ayant une distribution réglée d' isomères.

Un but de la présente invention est de fournir un procédé pour la purification et la récupération de lactide à partir de mélanges contenant des impuretés hydroxyliques et/ou d'autres impuretés, sans utiliser de solvant. Un autre but est de fournir des matières de qualité pour polymérisation ayant une plus basse teneur en impuretés acides et/ou ayant une composition en isomères réglée. Un autre but encore est de fournir un procédé dans lequel cette purification et cette récupération de matières de qualité pour polymérisation sont réalisées par cristallisation à partir de l'état fondu.

La présente invention est un procédé sensiblement sans solvant pour la purification et la récupération de lactides à partir d'un mélange non eutectique comprenant un lactide fondu ou solide et des proportions secondaires d'une ou plusieurs impuretés telles que des impuretés hydroxyliques ou d'autres impuretés, par une ou plusieurs étapes de cristallisation à partir de l'état fondu. Selon une autre forme de réalisation, la présente invention est un procédé sensiblement sans solvant pour la purification et la récupération d'un lactide à partir d'un mélange de formes isomères, par une ou plusieurs étapes de cristallisation à partir de l'état fondu.Chacune des étapes susmentionnées de cristallisation à partir de l'état fondu consiste à
refroidir un mélange de lactide fondu jusqu'au point de solidification du lactide ou un peu au-dessous, cristalliser partiellement la masse fondue et former une phase solide ayant une plus basse teneur en impuretés et une phase liquide ayant une plus haute teneur en impuretés, puis séparer la phase solide de la phase liquide.

Facultativement, une phase solide encore plus pure peut être obtenue par un procédé généralement appelé "ressuage" qui consiste à : chauffer progressivement la phase solide venant de l'étape de cristallisation à partir de l'état fondu jusqu'à une température inférieure au point de fusion du lactide pour faire fondre sélectivement une partie au moins des impuretés restantes ainsi qu'une quantité minimale du lactide, séparer la phase solide davantage purifiée et la phase liquide moins pure, recycler habituellement la phase liquide moins pure, soit dans l'étape de cristallisation à partir de l'état fondu, soit dans l'étape de ressuage du procédé.

Divers types d'appareils à fonctionnement continu ou discontinu sont connus pour être utiles dans la cristallisation à partir de l'état fondu et le ressuage, et ils peuvent être utilisés pour ces étapes. Facultativement, le procédé ci-dessus de purification par cristallisation à partir de l'état fondu peut être exécuté selon une technique de fusion de zone dans laquelle une zone fondue est créée par chauffage d'une zone étroite d'un lactide solide, laquelle zone est ensuite déplacée le long de la matière solide, en entraînant les impuretés avec elle.

Le procédé général ci-dessus pour la cristallisation à partir de l'état fondu peut être modifié par l'homme de l'art afin d'atteindre une productivité maximale de l'appareillage, une pureté maximale du produit ou un rendement maximal, en ajustant avec soin les températures de cristallisation et de ressuage, et en ajustant la vitesse de refroidissement pendant la cristallisation et la vitesse de chauffage pendant le ressuage. En variante, la séquence de fusion, cristallisation partielle pour former une phase liquide et une phase solide, ressuage facultatif de la phase solide et séparation des phases solide et liquide peut être répétée jusqu'à ce que le degré souhaité de pureté soit atteint.La phase liquide résultant de l'étape de cristallisation initiale peut être soumise à divers traitements pour récupérer des matières de valeur ou permettre un recyclage partiel dans le procédé de cristallisation pour accroître le rendement.

Par un "procédé de purification et de récupération sensiblement sans solvant", on entend le traitement de compositions de lactides solides fondant entre 0 et 2000C et contenant moins d'environ 20 W en poids d'un solvant organique inerte qui n'est pas réactif avec le composant lactide, ou un procédé dans lequel une petite quantité d'un tel solvant est mise en contact avec gâteau cristallin cidessus pour aider à l'élimination du liquide inclus.De préférence, la composition de lactides fond entre 400 et 1600C, sa teneur en lactides et isomères est supérieure à 70 W en poids et elle contient moins d'environ 10 W en poids d'un solvant organique non réactif, et mieux encore sa teneur en lactides est supérieure à 90 W et elle est sensiblement exempte d'un tel solvant.

Par une "composition non eutectique de lactides", on entend une composition qui ne correspond pas à une composition eutectique à bas point de fusion des formes isomères des lactides qui peuvent s'y trouver, ou de ces lactides avec les impuretés hydroxyliques et autres qui sont présentes.

Les compositions de lactides ci-dessus sont donc caractérisées en ce que le lactide purifié désiré a un point de fusion supérieur à celui du mélange de lactide avec ses impuretés. Par exemple, les L- et D-lactides purs fondent chacun à 970C, tandis que le mélange physique à 50:50 de chacun d'eux, appelé DL-lactide, fond à 127 C. En revanche, il existe deux compositions eutectiques aux rapports 80:20 et 20:80 de D- à L-lactide, qui fondent chacune à 940C. Par conséquent, pour obtenir le L-lactide pur à partir d'un mélange avec le D-lactide, la teneur en L-lactide doit être supérieure à 80 W et la teneur en D-lactide inférieure à 20 , soit un rapport de L à D supérieur à 4:1.De même, pour obtenir le D-lactide pur à partir d'un mélange avec le
L-lactide, la teneur en L-lactide doit être inférieure à 20 W et la teneur en D-lactide supérieure à 80 , soit un rapport L à D inférieur à 1:4. Pour obtenir le DL-lactide à partir d'un mélange de D- et L-lactides, la teneur en chaque isomère de la composition doit être comprise entre 80 W et 20 , soit un rapport L à D compris entre 4:1 et 1:4.

Les limites de composition ci-dessus peuvent varier quelque peu si des quantités appréciables d'isomère méso sont présentes. Dans le procédé de la présente invention, l'isomère méso est séparé des isomères D ou L, ce qui permet de récupérer l'isomère méso sous une forme enrichie. Cette forme enrichie convient pour une purification supplémentaire par des méthodes connues dans la technologie, ce qui permet de l'ajouter à des compositions de lactides destinées à former des polymères où une quantité bien déterminée d'isomère méso est souhaitée.

L'invention repose sur la découverte selon laquelle des lactides impurs, tels que définis, peuvent être séparés de leurs impuretés par cristallisation à partir de l'état fondu, ces impuretés étant par exemple les formes isomères des lactides, des hydroxy-acides carboxyliques et d'autres impuretés telles que des solvants et catalyseurs, et peuvent être ainsi obtenus sous forme de matière de qualité pour polymérisation. Le procédé de la présente invention est étonnamment efficace et économique, en partie parce qu'il évite les frais liés à l'utilisation d'un solvant et en partie parce qu'il évite la tendance des procédés de purification à haute température à provoquer une dégradation du système eau-acide lactique-lactide ou une contamination ionique et une polymérisation prématurée du lactide produit.

L'invention est applicable à la séparation et la récupération de lactides à partir de compositions qui contiennent également des taux indésirables d'eau, d'acide lactique et de ses oligomères, ainsi qu'à partir de telles compositions qui comprennent des solvants et des catalyseurs provenant d'étapes réactionnelles précédentes. L'invention est particulièrement applicable aux compositions résultant de la dépolymérisation d'oligomères de l'acide lactique et d'une purification subséquente par distillation.

Il est important que la fusion d'un mélange de lactide solide soit effectuée à une température minimale afin d'éviter une décomposition du lactide. De préférence, la température ne doit pas dépasser une valeur supérieure de 1 à 5"C au point de fusion du lactide. Cette température varie pour chacun des stéréoisomères et du mélange racémique et doit être déterminée soigneusement au préalable.

Le refroidissement du mélange fondu jusqu'au point de solidification du lactide doit être effectué en utilisant un milieu de refroidissement qui n'est que légèrement audessous du point de solidification du lactide. Si la différence des températures est trop grande, des impuretés sont solidifiées sur la surface de transfert de chaleur en même temps que le produit pur désiré, ce qui entraîne une purification insuffisante. I1 faut trouver un compromis entre la plus faible vitesse de refroidissement et le besoin de cristallisations multiples à partir de l'état fondu pour atteindre la pureté désirée. Les conditions optimales dépendent également à un certain degré du type d'appareil utilisé pour la cristallisation à partir de l'état fondu, et sont facilement déterminées par l'homme de l'art pour un appareil particulier.

L'étape de refroidissement lent ci-dessus doit se poursuivre jusqu'à ce que la masse fondue soit partiellement cristallisée, en formant une phase solide ayant une plus basse teneur en impuretés et une phase liquide ayant une plus haute teneur en impuretés. La séparation d'une trop grande fraction de la matière de départ par cristallisation donne un produit qui est trop impur pour être utilisé et nécessite des recristallisations multiples. La séparation d'une trop petite fraction par cristallisation entraîne des pertes de rendement ou la nécessité de recycler une trop grande fraction de la charge initiale. Bien que ces écarts n' empêchent pas le procédé d'être applicable, ils ne sont pas économiques en termes de temps et d'usage de matériel.

Les conditions optimales dépendent évidemment en partie de la pureté de la matière de départ et de la pureté désirée du produit ainsi que des limitations de l'appareillage, mais restent toujours faciles à déterminer par l'homme de l'art pour une opération particulière.

Pour séparer la phase solide de la phase liquide, on peut employer toute technique commode pour séparer un solide d'un liquide. Dans la plupart des cas, une simple séparation par gravité, c'est-à-dire un égouttage, est suffisante. Le produit peut ensuite être retiré de la surface de transfert de chaleur par simple fusion, toujours en prenant soin de ne pas dépasser le point de fusion de plus de quelques degrés afin d'éviter une décomposition du produit.

Une phase solide de pureté encore plus grande peut être obtenue par ressuage, c'est-à-dire en réchauffant progressivement la phase solide venant de l'étape de cristallisation à partir de l'état fondu jusqu a une température inférieure au point de fusion du lactide pour faire fondre sélectivement une partie au moins des impuretés restantes avec une quantité minimale du lactide. Quel que soit le soin avec lequel le produit initial est solidifié sur la surface de transfert de chaleur, une certaine quantité de la masse fondue non solidifiée adhère à la surface. De plus, un peu de matière peut avoir été incluse dans la masse solidifiée lorsque la température de la surface de refroidissement a été abaissée au-dessous du point de solidification initiale du lactide.Le traitement de ressuage élimine à la fois la matière adhérant à la surface et une partie de la matière effectivement incorporée à la structure cristalline. Les exsudats éliminés à ce stade ne sont généralement que légèrement au-dessous de la pureté requise du produit et sont commodément recyclés dans la charge suivante de matière fraîche. Afin d'éviter la nécessité d'un important recyclage, le traitement de ressuage doit être conduit lentement et avec précaution, de préférence par une méthode de chauffage lent et régulé en utilisant un appareil tel qu'un régulateur de température variable en fonction du temps, équipé pour les variations lentes et progressives de la température. Un dispositif commode de ce type est un régulateur numérique de température.

Dans une autre variante de l'étape de ressuage cidessus, une petite quantité d'un fluide ou solvant de lavage peut être utilisée pour enlever la matière adhérant à la surface du solide cristallisé. Bien que cette pratique introduise un autre composant dans le système, elle peut ne pas être désavantageuse dans les systèmes qui contiennent déjà un tel fluide ou solvant de lavage comme impureté préexistante ou dans les systèmes avec lesquels un fluide ou solvant de lavage est utilisé dans certaines étapes ultérieures.

Après l'étape de ressuage et l'élimination des exsudats par égouttage ou d'autres méthodes, le produit purifié peut être retiré par fusion comme précédemment.

Divers types d'appareils à fonctionnement continu et discontinu peuvent être utilisés pour ces étapes. Une méthode statique typique implique l'utilisation d'un grand réservoir comportant de multiples éléments de transfert de chaleur équipés pour le chauffage et le refroidissement à vitesse réglée ou avec une différence réglée de température vis-à-vis de la matière contenue dans le réservoir. Le produit à purifier est simplement fondu, solidifié, égoutté, mis à ressuer, égoutté de nouveau et le produit purifié est fondu comme décrit précédemment. L'appareillage est aisément automatisé de maniere à ne nécessiter que très peu d'attention, de temps ou de travail.

Un procédé semi-continu typique implique l'utilisation de tubes de refroidissement verticaux et d'un moyen pour pomper le produit brut fondu vers le sommet des tubes et le retirer par le fond. Les étapes séparées sont ensuite exécutées comme décrit précédemment. Le procédé peut être rendu entièrement continu au moyen de divers dispositifs de commande ou de minutage. Un appareil typique est décrit dans le brevet des E.U.A. NO 3 621 664 et le brevet des E.U.A. redélivré N" 32 241 (Sulzer), incorporés ici par référence. De nombreuses autres variantes d'appareillage sont décrites dans des brevets ultérieurs par divers fabricants d'appareils et peuvent être employées également pour ce procédé.

Le procédé de purification ci-dessus peut être facultativement mis en oeuvre par la technique de fusion de zone, dans laquelle une zone fondue est créée en chauffant une zone étroite d'un mélange de lactide solide, laquelle zone est ensuite déplacée le long de la matière solide en entraînant les impuretés avec elle. Les paramètres déterminants à régler dans ce procédé sont la vitesse de déplacement de la zone et la température de la zone. Une trop faible vitesse de déplacement de zone conduit à une faible productivité de l'appareillage. Un déplacement de zone trop rapide aboutit à une purification insuffisante.

Une température de zone trop élevée provoque une décomposition inutile du produit. Une température trop proche du point de fusion de la matière soumise au traitement se traduit par une vitesse insuffisante du transfert de chaleur et donc une faible productivité de l'appareillage. Les conditions optimales et le nombre d'étapes de purification par fusion de zone dépendent de la pureté de la matière à traiter et de la pureté requise du produit, mais sont facilement déterminés par l'homme de l'art. La fusion de zone convient mieux à une opération à petite échelle qu'à une opération à grande échelle à cause de la nécessité de séparer physiquement la matière purifiée solide du résidu solide indésirable après la fin du traitement.

EXEMPLE 1
Cet exemple illustre l'utilisation de la technique de fusion de zone aux fins de la présente invention. Un tube de verre de 500 mm de longueur et 10 mm de diamètre interne est partiellement rempli, tandis qu'il se trouve en position verticale, avec 50 g de lactide brut fondu et on laisse le lactide brut se solidifier. Une batterie de réchauffeurs externes destinés à créer des zones fondues de 10 mm de longueur est réglée à une température de 1050C. Le tube est déplacé à travers la batterie de réchauffeurs et un refroidisseur associé à une vitesse de 30 mm par heure.

Après 25 passes pour assurer un équilibrage suffisant, le tube est mis à refroidir, puis cassé en 3 morceaux le long de la partie remplie pour permettre l'analyse de la matière à quatre positions sur la longueur du tube, désignées ici par A, B, C et D ; A représentant la matière à l'extrémité initialement chauffée du tube et D représentant la matière à l'extrémité opposée du tube. La distribution d'isomères est mesurée par chromatographie en phase liquide à haute pression en utilisant une colonne de type Chiral du commerce et des méthodes d'analyse élaborées intérieurement.

L'acidité est mesurée par titrage au méthylate de sodium dans un milieu dissolvant anhydre en utilisant la phénolphtaléine comme indicateur. Les résultats montrent qu'une séparation efficace des composants a eu lieu pour chacun des échantillons bruts, comme indiqué dans les tableaux ci-dessous.

TABLEAU 1 : Échantillon 1 (670 méq/kg de L-lactide brut)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Zone <SEP> A <SEP> Zone <SEP> B <SEP> Zone <SEP> C <SEP> Zone <SEP> D
<tb> Analyse:
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 670 <SEP> 25 <SEP> 150 <SEP> 950 <SEP> 1400
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 89,2% <SEP> 99,6% <SEP> 97,6% <SEP> 84,6% <SEP> 77,3%
<tb> Distribution <SEP> d'isomères:
<tb> L-lactide <SEP> 93,0% <SEP> 100,0% <SEP> 97,5% <SEP> 75,1% <SEP> 63,2%
<tb> D-lactide <SEP> 1,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 5,1% <SEP> 5,0%
<tb> méso-lactide <SEP> 6,0% <SEP> 0,0% <SEP> 2,6% <SEP> 19,8% <SEP> 31,7%
<tb>
Note 1 :Dans le Tableau I et les Tableaux suivants, le W lactide total est estimé en admettant que les seules impuretés non lactidiques sont les ingrédients acides mesurés ci-dessus et que leur poids moléculaire moyen est de 162 (correspondant au dimère linéaire de l'acide lactique).

Non seulement l'acidité a été abaissée de 670 à 25 méq/kg dans la Zone A et la teneur en lactide total correspondante a été améliorée de 89,2 à 99,6 , mais également le D-lactide et le méso-lactide isomères ont été totalement éliminés du L-lactide.

De plus, la concentration du méso-lactide dans la dernière zone a été augmentée de cinq fois par rapport à la valeur initiale. Ceci facilite beaucoup le raffinage de l'isomère méso par des procédés connus dans la technologie.

En outre, après l'élimination de ses impuretés acides, cette matière à haute teneur en isomère méso peut être incorporée à un mélange de lactide avant la polymérisation pour obtenir une concentration réglée en isomère méso, ce qui est souhaitable pour certaines applications.

TABLEAU 2 : Échantillon 2 (450 méq/kg de L-lactide brut)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Zone <SEP> A <SEP> Zone <SEP> B <SEP> Zone <SEP> C <SEP> Zone <SEP> D
<tb> Analyse:
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 450 <SEP> 8 <SEP> 240 <SEP> 1000 <SEP> 2300
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 92,7% <SEP> 99,87% <SEP> 96,1% <SEP> 83,8% <SEP> 62,7%
<tb> Distribution <SEP> d'isomères:
<tb> L-lactide <SEP> 95,5% <SEP> 100,0% <SEP> 97,0% <SEP> 87,9% <SEP> 81,6%
<tb> D-lactide <SEP> 0,5% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 1,9% <SEP> 2,8%
<tb> méso-lactide <SEP> 4,0% <SEP> 0,0% <SEP> 2,0% <SEP> 10,2% <SEP> 15,6%
<tb>
Dans ce cas, en partant d'un échantillon de lactide légèrement plus pur, une pureté encore plus grande a été obtenue dans la Zone A. La concentration du méso-lactide dans la dernière zone a été presque quadruplée.

TABLEAU 3 : Échantillon 3 (20 méq/kg de L-lactide brut)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Zone <SEP> A <SEP> Zone <SEP> B <SEP> Zone <SEP> C <SEP> Zone <SEP> D
<tb> Analyse:
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 20 <SEP> 1.8 <SEP> 2S5 <SEP> 3,4 <SEP> 147
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 99J7% <SEP> 99,97% <SEP> 99,96% <SEP> 99,94% <SEP> 97,6% <SEP>
<tb> Distribution <SEP> d'isomères::
<tb> L-lactide <SEP> 98,0% <SEP> 100,0% <SEP> 100,0% <SEP> 100,0% <SEP> 86,1%
<tb> D-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0%
<tb> méso-lactide <SEP> 2,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 13 > 9% <SEP>
<tb>
Dans ce cas, l'acidité de la matière de la Zone A a été réduite à une très faible valeur de 1,8 méq/kg et la concentration en isomère méso a été multipliée presque par sept.

EXEMPLE 2
Un échantillon de DL-lactide brut contenant environ 53 W de L-lactide, 40 % de D-lactide et 7 % de méso-lactide a une acidité de 597 méq/kg. Cet échantillon est lavé à l'eau froide, comme suit : L'échantillon est mélangé avec quatre fois son poids d'eau à 0 C pendant 2 à 3 secondes, puis rapidement filtré. Le gâteau humide est ensuite séché dans une dessiccateur à vide à une humidité relative de O , 250C et une pression de 10,7 kPa (80 mm de Hg) pendant 1 à 4 heures ou jusqu'à ce qu'il soit sec. L'acidité est ainsi réduite à environ 150 méq/kg avec peu d'effet sur le rapport des isomères.

La technique de fusion de zone de l'Exemple 1 est ensuite répétée sur l'échantillon lavé à l'eau froide de DLlactide brut. Dans ce cas, le produit du raffinage par zone est divisé en 5 zones.

TABLEAU 4 : Échantillon 4 (150 méq/kg de DL-lactide brut)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Zone <SEP> A <SEP> Zone <SEP> B <SEP> Zone <SEP> C <SEP> Zone <SEP> D <SEP> Zone <SEP> E
<tb> Analyse <SEP>
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 150 <SEP> 1,9 <SEP> 2,0 <SEP> 38,2 <SEP> 357 <SEP> 462
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 99,57% <SEP> 99,97% <SEP> 99,97% <SEP> 99,38% <SEP> 94,22% <SEP> 92,25% <SEP>
<tb> Distribution <SEP> d'isomères <SEP>
<tb> L-lactide <SEP> 53,2% <SEP> 49,9% <SEP> 49,8% <SEP> 50,1% <SEP> 55,4% <SEP> 57,7% <SEP>
<tb> D-lactide <SEP> 39,8% <SEP> 50,1% <SEP> 50,2% <SEP> 49,4% <SEP> 32,8% <SEP> 27,1%
<tb> méso-lactide <SEP> 6,9% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,5% <SEP> 11,7% <SEP> 15,2%
<tb>
Dans ce cas, l'acidité de la matière dans la Zone A a été réduite à 1,9 méq/kg, ce qui est similaire aux résultats obtenus avec le L-lactide brut ci-dessus. D'une façon remarquable, la distribution des isomères dans la matière des Zones A, B et C a été portée exactement à la composition racémique théorique de 50:50 du DL-lactide dans les limites de précision de l'analyse, le L-lactide en excès ayant été déplacé vers les Zones D et E. En outre, l'isomère méso a été totalement éliminé de la matière dans les Zones
A et B.La teneur en isomère méso dans la Zone E a été accrue à plus du double de la quantité contenue dans 1' échantillon initial.

EXEMPLE 3
Cet exemple illustre l'utilisation d'un cristallisoir à film tombant aux fins de la présente invention. Un tube de cristallisation vertical de 12 mètres de longueur et 70 mm de diamètre interne est équipé d'une chemise extérieure pour refroidissement ménagé, d'un récipient d'accumulation de 35 litres pour recueillir le liquide s'écoulant du tube et d'une pompe de recyclage.

Ensuite, on fait fondre 33,5 kg de lactide brut dans le récipient d'accumulation en appliquant une température de chauffage de 1100C, puis on prélève des échantillons pour analyse. Le lactide brut fondu est envoyé par pompage au sommet du tube de cristallisation et la matière quittant la base est recueillie dans le récipient d'accumulation et recyclée vers le sommet du tube. Pour amorcer la cristallisation, le fluide caloporteur de l'enveloppe extérieure du tube est refroidi jusqu'à une température moyenne de 900C en 5 minutes. Le tube est ensuite refroidi à raison de 0,5 C/minute. A mesure que le tube est progressivement refroidi, la matière commence à se solidifier sur la paroi du tube de cristallisation et le niveau de liquide dans le récipient d'accumulation commence à descendre.La température de la paroi du tube est progressivement abaissée durant tout le processus de solidification de façon à maintenir une vitesse raisonnable de solidification et à surmonter l'effet isolant de l'épaisseur croissante des matières solides organiques et l'abaissement progressif du point de solidification dû aux taux croissants d'impuretés dans la matière en cours de solidification. Une fois que le niveau du liquide dans le récipient d'accumulation est descendu à un niveau prédéterminé, le "résidu" liquide qu'il contient est soutiré et analysé. Cette opération est typiquement effectuée lorsque le liquide contenu dans le récipient d'accumulation correspond à 1/4 ou 1/5 de la masse de la charge initiale.

Le résidu ayant été retiré du système, la surface du tube de cristallisation est rapidement réchauffée près du point de fusion de la matière pure (de 550C à 950C en 10 minutes), puis réchauffée lentement et avec précaution à raison de 0,15 C par minute. Des fractions successives d''lexsudat'' sont recueillies durant ce traitement. La fraction d'exsudat totale représente généralement environ 5 k à 10 W de la charge initiale. La fraction d'exsudat est ensuite retirée du système pour analyse et pour un recyclage ultérieur éventuel. Le tube de cristallisation est ensuite chauffé à raison de 20C par minute en partant de 970C, jusqu'à ce que la matière solidifiée sur le tube de cristallisation soit fondue et recueillie dans le récipient d'accumulation.Cette matière est ensuite renvoyée à travers le tube de cristallisation pour un second stade de purification en suivant le même mode opératoire que précédemment. Le résidu et les fractions d'exsudat du second stade sont de nouveau recueillies et séparées. Le produit du second stade pèse 17,6 kg et s'avère contenir moins de 1 méq/kg d'acidité, comparativement à une valeur initiale de 52 méq/kg.

Dans une opération de cristallisation typique, il s'écoule environ 70 minutes dans l'étape de solidification initiale, environ 10 minutes pour ramener avec précaution le tube au point de fusion, environ 15 minutes dans l'étape de ressuage et environ 5 minutes pour la fusion du produit final. Des débits typiques basés sur la taille du tube cidessus se situent entre 10 et 20 kg par minute.

TABLEAU 5 (Première Cristallisation)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Produit <SEP> Exsudats <SEP> Résidu
<tb> Analyse:
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 52 <SEP> Z7 <SEP> 137 <SEP> 204
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 99,2% <SEP> 99,96% <SEP> 97,8% <SEP> 96,7% <SEP>
<tb> Distribution <SEP> d'isomères:
<tb> L-lactide <SEP> 99,0% <SEP> 100,0% <SEP> 98,4% <SEP> 97,2%
<tb> D-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP>
<tb> méso-lactide <SEP> 1,0% <SEP> 0,0% <SEP> 1t6% <SEP>
<tb>
Cet exemple montre que des résultats similaires à ceux de la purification par fusion de zone peuvent être obtenus dans un appareillage convenant pour une opération à grande échelle.

TABLEAU 6 (Seconde Cristallisation)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Produit <SEP> Exsudats <SEP> + <SEP> Résidu
<tb> Analyse:
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 2,7 <SEP> 0,7 <SEP> 7,7
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 99,96% <SEP> 99,99% <SEP> 99,88%
<tb> Distribution <SEP> d'isomères <SEP>
<tb> L-lactide <SEP> 100,0% <SEP> 100,0% <SEP> 100,0%
<tb> D-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0f0% <SEP> 0,0% <SEP>
<tb> méso-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0%
<tb>
Ceci montre qu'un produit de pureté encore plus grande peut être obtenu par un second traitement de cristallisation à partir de l'état fondu.

EXEMPLE 4
Le résidu et les fractions d'exsudat du second stade de cristallisation obtenus à l'Exemple 3 sont ensuite combinés avec une autre charge brute pour constituer une nouvelle charge de cristallisation. Celle-ci est ensuite soumise de nouveau à deux traitements de cristallisation comme à l'Exemple 3. Le produit du second stade pèse 15,3 kg pour un poids initial de 33,3 kg et il s'avère avoir moins de 1 méq/kg d'acidité comparativement à une valeur initiale de 42 méq/kg, ce qui reproduit pratiquement l'amélioration décrite à l'Exemple 3.

TABLEAU 7 (Première Cristallisation)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Produit <SEP> Exsudats <SEP> # <SEP> Résidu
<tb> Analyse:
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 42 <SEP> 2,8 <SEP> 29,5 <SEP> 167
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 99,3% <SEP> 99,95% <SEP> 99,52% <SEP> 97,3% <SEP>
<tb> Distribution <SEP> d'isomères:
<tb> L-lactide <SEP> 99,0% <SEP> 100,0% <SEP> 100,0% <SEP> 97,6% <SEP>
<tb> D-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0%
<tb> méso-lactide <SEP> 1,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 2,4%
<tb>
TABLEAU 8 (Seconde Cristallisation)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Produit <SEP> Exsudats <SEP> Résidu
<tb> Analyse::
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 2,8 <SEP> 0,8 <SEP> 2,0 <SEP> 5,8
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 99,95% <SEP> 99,99% <SEP> 99,97% <SEP> 99,91%
<tb> Distribution <SEP> d'isomères <SEP>
<tb> L-lactide <SEP> 100,0% <SEP> 100,0% <SEP> 100,0% <SEP> 100,0% <SEP>
<tb> D-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0}0% <SEP> 0,0% <SEP>
<tb> méso-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP>
<tb>
EXEMPLE 5
Un certain nombre de résidus et de fractions d'exsudat provenant de diverses expériences sont combinés pour former une matière de charge ayant une acidité de 163 méq/kg, soit plus de 3 fois l'acidité initiale dans les
Exemples 3 et 4.Cette matière est cristallisée deux fois comme à l'Exemple 3. Le produit de second stade pèse 15,4 kg pour un poids initial de 31,7 kg il s'avère avoir une acidité d'environ 1 méq/kg. Le résidu du premier stade présente un accroissement de plus de 5 fois de la teneur en isomère méso.

TABLEAU 9 (Première Cristallisation)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Produit <SEP> Exsudats <SEP> Résidu
<tb> Analyse:
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 163 <SEP> 12,9 <SEP> 349 <SEP> 694
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 97,4% <SEP> 99,79% <SEP> 94,4% <SEP> 88,8% <SEP>
<tb> Distribution <SEP> d'isomères <SEP>
<tb> L-lactide <SEP> 98,0% <SEP> 100,0% <SEP> 95,1% <SEP> 89,9% <SEP>
<tb> D-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0%
<tb> méso-lactide <SEP> 2,0% <SEP> 0,0% <SEP> 4,9% <SEP> 11,1%
<tb>
TABLEAU 10 (Seconde Cristallisation)

<tb> <SEP> Initial <SEP> Produit <SEP> Exsudats <SEP> # <SEP> Résidu
<tb> Analyse <SEP>
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 12,9 <SEP> 1,1 <SEP> 11 <SEP> 42 <SEP>
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 99,79% <SEP> 99,98% <SEP> 99,82% <SEP> 99,32%
<tb> Distribution <SEP> d'isomères <SEP>
<tb> L-lactide <SEP> 100,0% <SEP> 100,0% <SEP> 100,0%
<tb> D-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP>
<tb> méso-lactide <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 0,0% <SEP> 1,3%
<tb>
EXEMPLE 6
Des échantillons de produits provenant des Exemples 3 à 5 sont soumis à un essai de polymérisation standardisé pour mesurer l'effet de la réduction de l'acidité sur la vitesse de polymérisation.Une plus grande vitesse est avantageuse car elle conduit à une plus grande productivité de l'appareillage de polymérisation. La polymérisation est conduite à une température de 1880C. Le nombre de minutes nécessaires pour atteindre un taux de conversion de 85 k sert à comparer les résultats entre échantillons.Les résultats sont résumés dans le tableau ci-dessous
TABLEAU 11 Essais de Polymérisation standardisés

<tb> Temps <SEP> pour <SEP> 85 <SEP> %
<tb> Nombre <SEP> d'échantillons <SEP> Degré <SEP> d'acidité <SEP> de <SEP> conversion
<tb> <SEP> mis <SEP> à <SEP> l'essai <SEP> méq/kg <SEP> minutes <SEP> (moyenne)
<tb> <SEP> 4 <SEP> < 2.1 <SEP> 3
<tb> <SEP> 8 <SEP> 2,1 <SEP> à <SEP> 4,0 <SEP> 6
<tb> <SEP> 3 <SEP> 4,0 <SEP> à <SEP> 12,0 <SEP> 10
<tb>
Les résultats ci-dessus montrent clairement l'avantage des faibles degrés d'acidité qui peuvent être atteints par la présente invention.

EXEMPLE 7
Un échantillon de L-lactide pesant 25,7 kg est introduit dans le cristallisoir à film tombant décrit à l'Exemple 3 et mis en circulation à 1150C pendant 0,5 heure.

On prélève un échantillon et constate qu'il a une acidité de 200 méq/kg. Cette matière est ensuite cristallisée comme à l'Exemple 3, mais en n'effectuant qu'une seule cristallisation. Néanmoins, l'exsudat est isolé en deux fractions qui sont analysées séparément. Le produit final pèse 17,3 kg et s'avère avoir une acidité d'environ 18 méq/kg. Les échantillons sont également analysés quant à leur teneur en métaux afin de déterminer l'effet d'élimination des métaux de cette cristallisation à partir de l'état fondu. L'étain est issu du catalyseur résiduel provenant d'étapes précédentes ; le fer, le chrome et le nickel résultent d'une certaine corrosion du matériel dans les étapes précédentes. Les résultats sont résumés sur le tableau ci-dessous.

TABLEAU 12 (Cristallisation Unique)

<tb> <SEP> Fractions
<tb> <SEP> Initial <SEP> Produit <SEP> d'exsudat <SEP> Résidu
<tb> <SEP> Première <SEP> Seconde
<tb> Analyse:
<tb> Acidité, <SEP> méq/kg <SEP> 200 <SEP> 18,0 <SEP> 644 <SEP> 175 <SEP> 608
<tb> Lactide <SEP> total <SEP> 96,7% <SEP> 99,71% <SEP> 89,6% <SEP> 97,2% <SEP> 90,2%
<tb> Distribution <SEP> d'isomères <SEP>
<tb> L-lactide <SEP> 97,5% <SEP> 99,8% <SEP> 93,1% <SEP> 98,6% <SEP> 92,5% <SEP>
<tb> D-lactide <SEP> 0,8% <SEP> 0,0% <SEP> 1,3% <SEP> 0,3% <SEP> 1,6%
<tb> méso-lactide <SEP> 1,8% <SEP> 0,2% <SEP> 5,6% <SEP> 1,1% <SEP> 6,0%
<tb> Analyses <SEP> de <SEP> métaux <SEP>
<tb> Étain, <SEP> 10-4 <SEP> W <SEP> 5 <SEP> 1 <SEP> 20 <SEP> 10 <SEP> 20
<tb> Fer, <SEP> 10-4 <SEP> % <SEP> 2 <SEP> < 1 <SEP> 20 <SEP> 3 <SEP> 20
<tb> Chrome, <SEP> 10-4 <SEP> -4 <SEP> W <SEP> < 1 <SEP> < 1 <SEP> 1 <SEP> < 1 <SEP> 3
<tb> Nickel, <SEP> 10-4 <SEP> % <SEP> < 1 <SEP> < 1 <SEP> 2 <SEP> < 1 <SEP> 2
<tb>
Comme le montrent ces résultats, non seulement les impuretés acides et les impuretés isomères sont largement éliminées par une seule étape de cristallisation à partir de l'état fondu, mais les impuretés métalliques sont également presque totalement éliminées. Dans des échantillons de lactide qui contiennent de la méthylisobutylcétone comme solvant, l'essentiel du solvant est également éliminé, comme en témoignent clairement des comparaisons d'odeur.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la purification de lactide, caractérisé en ce qu'il consiste à

(1) refroidir un mélange fondu de lactide et

d'impuretés jusqu'au point de solidification du

lactide ou un peu au-dessous du point de

solidification du lactide

(2) former une phase solide ayant une plus basse

teneur en impuretés que le mélange fondu et une

phase liquide ayant une plus haute teneur en

impuretés que le mélange fondu par

cristallisation partielle du mélange fondu ; et

(3) obtenir une phase solide séparée en séparant la

phase solide de la phase liquide.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange fondu comprend plus de 80 W de L-lactide ou plus de 80 k de D-lactide.

3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le mélange fondu comprend 20 à 80 k de L-lactide et 20 à 80 W de D-lactide.

4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le mélange fondu est à une température supérieure de 1 à 50C au point de solidification du lactide.

5. Procédé selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes suivantes

(4) former un autre mélange fondu en faisant fondre la phase solide séparée, et

(5) répéter les étapes (1) à (3) avec l'autre mélange fondu.

6. Procédé selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'il consiste de plus, après l'étape (3), à:

(4) former une seconde phase liquide en réchauffant progressivement la phase solide séparée jusqu'à une température inférieure à son point de fusion, la seconde phase liquide comprenant au moins une partie des impuretés restantes ; et

(5) éliminer la seconde phase liquide.

7. Procédé selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 6, caractérisé en ce qu'il consiste de plus, après l'étape (5), à:

(6) recycler la seconde phase liquide dans le mélange fondu.

8. Procédé pour la purification de lactide, caractérisé en ce qu'il consiste à

(1) créer une zone fondue dans un mélange solide de lactide et d'impuretés en chauffant une zone étroite du mélange solide ; et

(2) entraîner les impuretés dans la zone fondue en déplaçant la zone fondue par rapport à la zone solide.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mélange fondu comprend plus de 80 W de L-lactide ou plus de 80 W de D-lactide.

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mélange fondu comprend 20 à 80 W de L-lactide et 20 à 80 W de D-lactide.