JP4913940B2 - グリコリドの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はグリコール酸の環状二量体エステルであるグリコリドの製造方法に関する。
さらに詳しくいえば、特定の極性有機溶媒中でグリコール酸オリゴマーを溶液状態にて加熱して解重合し、グリコリドを製造した後、解重合反応液に再びグリコール酸オリゴマーを加えて繰り返しあるいは連続的にグリコリドを製造する際、特定の不純物の含有率を低く抑えたグリコール酸オリゴマーを用いることにより、経済的かつ効率的にグリコリドを製造する方法に関する。
本発明により得られるグリコリドは、生分解性ポリマーや医療用ポリマーとして有用なポリグリコール酸の出発原料やコモノマーなどとして使用することができる。
【０００２】
【関連技術】
ポリグリコール酸は、グリコール酸（α−ヒドロキシ酢酸）が脱水重縮合して形成される下記式で示されるポリエステルである。
【化１】
【０００３】
ポリグリコール酸は、生体内で加水分解され、自然環境下で微生物によって水と炭酸ガスに代謝、分解される。このため、医療用材料や汎用樹脂に代替する生分解性ポリマー等として注目されている。
【０００４】
しかし、グリコール酸を出発原料として高分子量のポリグリコール酸を直接得ることは困難である。このため、ポリグリコール酸の製造方法としては、グリコール酸の環状二量体である下記式
【化２】
で示されるグリコリドを合成した後、触媒（例えば、オクタン酸錫など）の存在下に開環溶融重合する方法が知られている。
【０００５】
グリコリドを原料としてポリグリコール酸を工業的規模で生産するためには、高純度のグリコリドを経済的に供給することが不可決である。
グリコリドは、グリコール酸２分子から水２分子が脱離した環状エステルであるが、グリコール酸のエステル化反応では、通常オリゴマーが形成されグリコリドは得られない。
【０００６】
グリコリドを得る関連技術としては、従来以下の方法が知られている。
米国特許第2,668,162号には、グリコール酸オリゴマーを粉末状に砕き、ごく少量ずつ反応器に供給しながら（約２０ｇ／時）、超真空下（１２〜１５ｔｏｒｒ（1.6〜2.0ｋＰａ））、２７０〜２８５℃に加熱して解重合させ、生成したグリコリドを含む環状エステル類の蒸気をトラップ内で捕集する方法が開示されている。この方法は小スケールで実施することは可能であるがスケールアップには装置の改良が必要である。しかも、この方法では加熱解重合時にオリゴマーが重質物化して多量の残渣として反応容器内に残り、収率が低く、残渣のクリーニング操作を必要とする。また、グリコリド（融点：８２〜８３℃）及び副生物が回収ラインの管内に析出し、その閉塞等を引き起こしやすい。
【０００７】
米国特許第4,727,163号には、熱安定性に優れたポリエーテルを基体（substrate）とし、それにグリコール酸をブロック共重合させたブロック共重合体を加熱、解重合してグリコリドを得る方法が開示されている。しかし、このブロック共重合プロセスは、操作が煩雑で生産コストが高い。また、この方法も８０℃以上の融点を有するグリコリド及び副生物が回収ラインの管内に析出し、その閉塞等を引き起こしやすい。
【０００８】
米国特許第4,835,293号及び5,023,349号では、加熱・解重合で生成した環状エステルを不活性ガス（窒素など）に同伴させ、イソプロピルアルコールのような低沸点溶媒中でストリッピングし、回収する方法が開示されている。この方法は大量の不活性ガスを吹き込むために予備加熱を要するなど生産コストが高くなる。
【０００９】
フランス特許2692263-A1には、触媒を添加した溶媒にα−ヒドロキシカルボキシル酸（そのエステルまたは塩でもよい）のオリゴマーを加えて加熱下に撹拌し接触分解する方法が開示されている。この方法は環状二量体エステルを気相状態で連行するのに適した溶媒を用いて常圧または加圧下にて行われ、気相を凝縮してエステルと溶媒とを回収しているが、具体例としては、原料として乳酸オリゴマー、溶媒としてドデカン（沸点：約２１４℃）を用いた例が示されているのみである。しかし本発明者らがグリコール酸オリゴマーとドデカンを用いて、この特許の実施例と同様の条件にて追試したところ、解重合反応開始と同時に重質物化が進行し、極めてわずかのグリコリドが生成した時点でグリコリドの生成が停止し、しかも反応残渣は粘調でクリーニングに多大な労力を要した。
【００１０】
本出願人は、これらの従来技術の実態を鑑み、高沸点の極性有機溶媒とα−ヒドロキシカルボン酸オリゴマーを加熱して実質的に均一な溶液相を形成し、その状態で加熱を継続することにより環状エステルと極性有機溶媒を共に留出させ、留出物中から環状二量体エステルを回収する製造方法及び精製方法を提案している（特開平9-328481号）。さらに、熱安定性に優れた極性有機溶媒として特定のポリアルキレングリコールエーテルを用いて解重合反応を行い、溶媒の再利用による低コスト化が可能になる方法を提案している（特願2000-244449号）。この方法をグリコール酸オリゴマーからのグリコリドの生成工程に用いることにより解重合反応中のオリゴマーの重質物化が防がれ、グリコリドを高収率で得ることができ、反応終了後の反応容器のクリーニングも容易に行なえ、グリコリドの大量生産が可能となった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、特願2000-244449号に提案した解重合方法によるグリコリドの製造方法についてさらに検討を続け、市販のグリコール酸水溶液を脱水縮合して得られるグリコール酸オリゴマーを用いて、解重合反応液に再びグリコール酸オリゴマーを加えて解重合反応を繰り返す実験を行った。その結果、繰り返し回数が重なるにつれて重質物などが蓄積して反応系が粘調となり、内容物が突沸しやすくなることが判明した。
【００１２】
グリコリドの製造プロセスでは、解重合反応実施後、再びグリコール酸オリゴマーを加えて繰り返しあるいは連続的にグリコリドの製造が可能であれば工業的に有効な製造方法となり得る。
したがって、本発明の課題は、上記の反応系の粘稠化の問題を解消して、解重合反応を繰り返しあるいは連続的にグリコリドの製造が可能な製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明者らが鋭意検討した結果、特定の方法で評価される不純物の量を低く抑えたグリコール酸オリゴマーを用いることにより、残存反応液に再び原料グリコール酸オリゴマーを加えて繰り返しあるいは連続的にグリコリドの製造が達成可能なことを確認して本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は下記のグリコリドの製造方法を提供するものである。
１．グリコール酸オリゴマーを解重合してグリコリドを製造する方法において、苛性ソーダ水溶液にてグリコール酸にまで完全に加水分解後、中和した際に不純物として検出されるジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の合計量がグリコール酸に対し0.5ｍｏｌ％以下であるグリコール酸オリゴマーを原料として用いることを特徴とするグリコリドの製造方法。
２．前記グリコール酸オリゴマーと、２３０〜４５０℃の範囲内の沸点を有し、かつ１５０〜４５０の分子量を有する極性有機溶媒とを含む混合物を加熱して、オリゴマーを融液相の残存率が０．５以下になるまで前記有機溶媒に溶解させた後、常圧下または減圧下でオリゴマーの解重合が起こる温度にて加熱を継続してオリゴマーを解重合させ、生成したグリコリドを有機溶媒と共に留出させ、留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収し、残存反応液に再びグリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて解重合反応を行う前記１に記載のグリコリドの製造方法。
３．前記留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収しながら、残存反応液に再び原料グリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて、連続的に解重合反応を行う前記２に記載のグリコリドの製造方法。
４．前記留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収した後、残存反応液のすべて、もしくは一部に再び原料グリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて繰り返し解重合反応を行う前記２に記載のグリコリドの製造方法。
５．グリコール酸オリゴマーが、グリコール酸アルキルエステルの縮合物である前記１に記載のグリコリドの製造方法。
６．グリコール酸オリゴマーが、グリコール酸アルキルエステルとグリコール酸の混合物から得られる縮合物である前記１に記載のグリコリドの製造方法。
７．グリコール酸アルキルエステルが、アルキルの炭素数が１〜４のアルキルエステルである前記５または６に記載のグリコリドの製造方法。
８．グリコール酸アルキルエステルがグリコール酸メチルである前記７に記載のグリコリドの製造方法。
９．前記極性有機溶媒がポリアルキレングリコールジエーテルである前記１に記載のグリコリドの製造方法。
１０．前記混合物が、さらに可溶化剤として、少なくとも一つの水酸基を有し、前記極性有機溶媒よりも高沸点で、グリコリドの製造時に留出しないか留出量が無視できる程度に少ない化合物を含む前記２に記載のグリコリドの製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のグリコリドの製造方法を詳しく説明する。
本発明のグリコリドの製造方法は、グリコール酸オリゴマーを解重合してグリコリドを製造する方法において、原料グリコール酸オリゴマーとして、苛性ソーダ水溶液にてグリコール酸にまで完全に加水分解後、中和した際に不純物として検出されるジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の合計量がグリコール酸に対し0.5ｍｏｌ％以下であるグリコール酸オリゴマーを用い、グリコール酸オリゴマーと、２３０〜４５０℃の範囲内の沸点を有し、かつ１５０〜４５０の範囲の分子量を有する極性有機溶媒とを含む混合物を加熱して、オリゴマーを融液相の残存率が0.5以下になるまで前記有機溶媒に溶解させた後、常圧下または減圧下でオリゴマーの解重合が起こる温度にて加熱を継続してオリゴマーを解重合させ、生成したグリコリドを有機溶媒と共に留出させ、留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収し、残存反応液のすべてもしくは一部に再びグリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて、繰り返しあるいは連続的に解重合反応を行うことを特徴とするものである。
【００１６】
（ａ）グリコール酸オリゴマー
本発明に用いるグリコール酸オリゴマーはグリコール酸もしくはそのエステル、あるいは塩を縮合することにより得られる。グリコール酸オリゴマーは苛性ソーダ水溶液にてグリコール酸にまで加水分解後、中和した際、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の合計がグリコール酸に対し0.5ｍｏｌ％以下、好ましくは0.1ｍｏｌ％以下、最も好ましくは0.05ｍｏｌ％以下であることが好ましい。ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸が0.5ｍｏｌ％を超えて存在する場合、そのオリゴマーを解重合反応に用いるとジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸、またはそれらの塩またはエステルは反応系外に出ることが殆ど無いため、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸、またはそれらの塩またはエステルが重合反応系内に蓄積し、容積を増加させてしまう。
【００１７】
さらに、本発明では、解重合反応系をより均一にするために可溶化剤を用いることができるが、可溶化剤として好適な、少なくともひとつの水酸基を有する可溶化剤を用いた場合、可溶化剤の水酸基とジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸がエステル化してしまうため、可溶化剤が本来の可溶化能力を失ってしまう。そのためジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸を含むグリコール酸オリゴマーを繰り返しあるいは連続的に反応系内に加えてグリコリドの製造を続けると反応液中のオリゴマーと極性有機溶媒が均一相を形成しにくくなり、反応液中溶融オリゴマーが析出してしまい、グリコリドの効率的製造が困難となる。
【００１８】
グリコール酸オリゴマーは、グリコール酸、グリコール酸塩、またはグリコール酸エステルを出発物質として、それらの縮合反応により得られる。本発明で用いられるグリコール酸オリゴマーの出発物質としては、ジグリコール酸類（ジグリコール酸、ジグリコール酸塩、ジグリコール酸エステル）、メトキシ酢酸類（メトキシ酢酸、メトキシ酢酸塩およびメトキシ酢酸エステル）、シュウ酸類（シュウ酸、シュウ酸塩、シュウ酸エステル）を含まないものが好んで用いられる。
【００１９】
市販の工業グレードのグリコール酸水溶液にはジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸がグリコール酸に対して0.5ｍｏｌ％を超えて含まれていることがよくある。ジグリコール酸、メトキシ酢酸、シュウ酸、それらの塩、それらのエステルを含まない高純度グリコール酸は、例えば、グリコール酸を再結晶することにより得られる。また、グリコール酸アルキルエステル、好ましくはグリコール酸（Ｃ１〜Ｃ４アルキル）エステルを蒸留等により精製したのち、それを加水分解することによっても得ることもできる。蒸留による精製はグリコール酸の再結晶よりも簡単に精製できるため工業的生産に適している。
【００２０】
ジグリコール酸、メトキシ酢酸、シュウ酸、それらの塩、それらのエステルを含まない高純度グリコール酸オリゴマーはそれら不純物を有さないグリコール酸アルキルエステルの縮合物からも得ることができる。グリコール酸アルキルエステルからの直接の縮合反応では加水分解工程を省略できる。
【００２１】
ジグリコール酸、メトキシ酢酸、シュウ酸、それらの塩、それらのエステルを含まないグリコール酸およびグリコール酸アルキルエステルの混合物を縮合することによって得られるオリゴマーも本発明のオリゴマーとして好適である。この混合物はグリコール酸を加えるか、あるいはグリコール酸アルキルエステルの一部を加水分解することで容易に得られ、グリコール酸アルキルエステルの縮合反応にくらべ反応速度は速くなる。
【００２２】
グリコール酸アルキルエステルはシュウ酸ジアルキルの還元反応やグリコール酸オリゴマーの加アルコール分解などによって合成され、蒸留等により精製されたものを用いることができる。シュウ酸アルキルエステルの還元反応によって合成されたグリコール酸アルキルエステルを用いる場合は、シュウ酸類（シュウ酸、シュウ酸塩、シュウ酸エステル）が混入しないよう注意深く精製する必要がある。シュウ酸類がオリゴマー中に取り込まれた場合、そのオリゴマーを用いて解重合反応により連続的または繰り返してグリコリドを製造し続けると、シュウ酸類の反応系容器内への蓄積が起こりやすい。さらには、可溶化剤を用いている場合は可溶化剤と反応して、可溶化剤の本来の可溶化能力が失われ解重合反応系が均一層を形成しにくくなり、オリゴマーが析出してしまい、グリコリドの効率的製造が困難となる。
グリコール酸（Ｃ１〜Ｃ４アルキル）エステルが蒸留および加水分解、または直接の縮合反応のし易やすから好んで用いられ、特にメチルエステル（グリコール酸メチル）が最も好んで用いられる。
【００２３】
（ｂ）極性有機溶媒
本発明で解重合反応の溶媒として用いられ、また生成したグリコリドを反応系から取り出すために用いられる極性有機溶媒としては沸点が２３０〜４５０℃の範囲内、かつ分子量が１５０〜４５０の範囲内であることが望ましい。
溶媒の沸点が２３０℃未満では、解重合反応温度を高く設定することができず、グリコリドの生成速度が低下してしまう。一方、溶媒の沸点が４５０℃を超えると溶媒が留出しにくく、解重合により生成したグリコリドとの共留出が難しくなる。好ましくは２３５〜４５０℃、より好ましくは２６０〜４３０℃、最も好ましくは２８０〜４２０℃の範囲である。
極性有機溶媒の分子量が１５０未満でも４５０を超えてもグリコリドとの共留出が難しくなるので好ましくない。好ましくは１８０〜４２０、より好ましくは２００〜４００の範囲である。
【００２４】
より具体的に示すと、芳香族ジカルボン酸ジエステル、脂肪族ジカルボン酸ジエステル、ポリアルキレングリコールジエーテルなどが挙げられる。
さらに具体的に示すと、芳香族ジカルボン酸ジエステルとしては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジベンジルフタレート、ベンジルブチルフタレートなどのフタル酸エステル類、ベンジルベンゾエートなどの安息香酸エステルなどが好んで用いられる。
【００２５】
脂肪族ジカルボン酸ジエステルとしては、オクチルアジペート等のアジピン酸エステル、ジブチルセバケート等のセバチン酸エステルが挙げられる。
【００２６】
本発明で解重合反応の溶媒として用いられ、また生成したグリコリドを反応系から取り出すために用いられる好適な溶媒として用いられるポリアルキレングリコールジエーテルは下記の構造式（１）
【化３】
（式中、Ｒ1はメチレン基または炭素数２〜８の直鎖または分岐鎖のアルキレン基を表わし、Ｘ1、Ｙは炭化水素基を表わし、ｐは１以上の整数である。ｐが２以上の場合、複数のＲ1はそれぞれ同一でも異なってもよい。）で示される化合物である。
【００２７】
このようなポリアルキレングリコールジエーテルとしては、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジオクチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジプロピルエーテル、トリエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールジヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジオクチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジプロピルエーテル、テトラエチレングリコールジブチルエーテル、テトラエチレングリコールジヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジオクチルエーテル、ジエチレングリコールブチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールブチルオクチルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルオクチルエーテル、トリエチレングリコールブチルヘキシルエーテル、トリエチレングリコールブチルオクチルエーテル、トリエチレングリコールヘキシルオクチルエーテル、テトラエチレングリコールブチルヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールブチルオクチルエーテル、テトラエチレングリコールヘキシルオクチルエーテル等のポリエチレングリコールジアルキルエーテル、またはこれらの化合物においてエチレンオキシ基に代えてプロピレンオキシ基またはブチレンオキシ基を含むポリプロピレングリコールジアルキルエーテルまたはポリブチレングリコールジアルキルエーテル等のポリアルキレングリコールジアルキルエーテル；ジエチレングリコールブチルフェニルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルフェニルエーテル、ジエチレングリコールオクチルフェニルエーテル、トリエチレングリコールブチルフェニルエーテル、トリエチレングリコールヘキシルフェニルエーテル、トリエチレングリコールオクチルフェニルエーテル、テトラエチレングリコールブチルフェニルエーテル、テトラエチレングリコールヘキシルフェニルエーテル、テトラエチレングリコールオクチルフェニルエーテルまたはこれらの化合物のフェニル基の水素基がアルキル、アルコキシ、ハロゲン等で置換されたポリエチレングリコールアルキルアリールエーテル、またはこれらの化合物においてエチレンオキシ基に代えてプロピレンオキシ基またはブチレンオキシ基を含むポリプロピレングリコールアルキルアリールエーテルまたはポリブチレングリコールアルキルアリールエーテル等のポリアルキレングリコールアルキルアリールエーテル；ジエチレングリコールジフェニルエーテル、トリエチレングリコールジフェニルエーテル、テトラエチレングリコールジフェニルエーテルまたはこれらの化合物のフェニル基がアルキル、アルコキシ、ハロゲン等で置換された化合物等のポリエチレングリコールジアリールエーテル、またはこれらの化合物においてエチレンオキシ基に代えてプロピレンオキシ基またはブチレンオキシ基を含むポリプロピレングリコールジアリールエーテルまたはポリブチレングリコールジアリールエーテル等のポリアルキレングリコールジアリールエーテル等が挙げられる。
これら極性有機溶媒はオリゴマーに対し0.3〜５０倍質量の割合で用いられる。
【００２８】
（ｃ）可溶化剤
本発明においては、極性有機溶媒に対するグリコール酸オリゴマーの溶解性（溶解度及び／または溶解速度）をより高める目的で可溶化剤を用いることができる。本発明で用いる可溶化剤は、次のような要件を満たすものが好ましい。
【００２９】
(i) グリコールを共留出させる溶媒として使用する極性有機溶媒よりも高沸点、すなわち沸点が４５０℃以上で、グリコリドの製造時に留出しないか留出量が無視できる程度に少ないものであること。沸点が４５０℃より低いと共に留出してしまい、グリコール酸オリゴマーの溶解性が低下するので好ましくない。
【００３０】
(ii)極性有機溶媒よりもオリゴマーとの親和性が高いこと。オリゴマーとの親和性は、オリゴマーと極性有機溶媒の混合物を２３０℃〜２８０℃に加熱し、オリゴマー濃度を混合物が均一溶液相を形成しなくなるまで高め、可溶化剤を加え、再び均一溶液相を形成するかを目視により観察することにより確認できる。
【００３１】
本発明で利用できる可溶化剤として特に好適な化合物として、少なくともひとつの水酸基を有する化合物、すなわち一価アルコール類、二価以上の多価アルコール類（部分エステル化物、部分エーテル化物を含む）、フェノール類などが挙げられる。特に、アルコール類は可溶化剤として最も有効である。
【００３２】
アルコール類の中でも、式（２）
【化４】
（式中、Ｒ2はメチレン基または炭素数２〜８の直鎖または分岐鎖のアルキレン基を表わし、ｑは１以上の整数である。ｑが２以上の場合、複数のＲ2はそれぞれ同一でも異なってもよい。）で示されるポリアルキレングリコール、式（３）
【化５】
（式中、Ｒ3はメチレン基または炭素数２〜８の直鎖または分岐鎖のアルキレン基を表わし、Ｘ2は炭化水素基を表わし、ｒは１以上の整数である。ｒが２以上の場合、複数のＲ3はそれぞれ同一でも異なってもよい。）で示されるポリアルキレングリコールモノエーテル、及びグリセリン、トリデカノール、デカンジオールを用いることができる。
【００３３】
ポリアルキレングリコールの具体例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコールなどのポリアルキレングリコールが挙げられる。
ポリアルキレングリコールモノエーテルの具体例としては、ポリエチレングリコールモノプロピルエーテル、ポリエチレングリコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ポリエチレングリコールモノオクチルエーテル、ポリエチレングリコールモノデシルエーテル、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテルなどのポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、または前記の化合物においてエチレンオキシ基をプロピレンオキシ基またはブチレンオキシ基に代えたポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルまたはポリブチレングリコールモノアルキルエーテルを含むポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルが挙げられる。
【００３４】
本発明においては、可溶化剤としてポリアルキレングリコールモノエーテルを用いた場合、缶壁のクリーニング効果に特に優れることが確認されている。
可溶化剤は、オリゴマー１００質量部に対して、通常0.1〜５００質量部、好ましくは１〜３００質量部の割合で使用される。可溶化剤の割合が少なすぎると、可溶化効果が不十分となる。可溶化剤の割合が多すぎると、可溶化剤の回収にコストがかかり、経済性の見地から不利となる。
【００３５】
【実施例】
参考例、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、下記の記載により本発明は何ら限定されるものではない。
【００３６】
ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の定量方法：
ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸は下記の方法により定量した。
グリコール酸オリゴマー（5.8ｇ）を２００ｍｌビーカーに採りＮａＯＨ（４ｇ）、蒸留水（４０ｇ）を加え４０℃にて１２〜４８時間撹拌して加水分解を完全に行う。この加水分解液を硫酸でｐＨ4.7に調整後、全量80.00ｇになるように蒸留水を加えた。この試験液２ｇをさらに蒸留水で５０ｍｌにメスアップし、そのうち２μｌを下記の条件でＨＰＬＣ分析した。グリコール酸、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の標準物質から予め検量線を求めておき、絶対検量線法にて各成分の含量を求めた。
【００３７】
ＨＰＬＣ分析条件：
装置：Hitachi L-6200、
カラム：IntersilＯＤＳ−３Ｖ ５μｍ，２５０×4.6ｍｍ Ｉ．Ｄ．、
流速：1.0ｍＬ／分、
溶離液：0.１Ｍ リン酸二水素アンモニウム＋リン酸（ｐＨ2.5）、
オーブン温度：４０°Ｃ、
検出条件：ＵＶ２１０ｎｍ。
【００３８】
参考例１：グリコール酸オリゴマーの合成
市販のグリコール酸（和光純薬（株）製）を水を用いて再結晶し、高純度のグリコール酸結晶を得た。５リットルのオートクレーブに、上記再結晶グリコール酸（2500ｇ）を仕込み、常圧で撹拌しながら１７０℃から２００℃まで２時間かけて昇温加熱し、生成水を留出させながら縮合反応させた。ついで、缶内圧力を5.0 ｋＰａに減圧し、２００℃で２時間加熱して、未反応原料等の低沸分を留去し、グリコール酸オリゴマー（オリゴマーＡ）（1700ｇ）を調製した。オリゴマーの融点は２０６℃であった。なお、融点はＤＳＣ（示差走査熱量計）を用い、不活性ガス雰囲気下、１０℃毎分の速さで昇温加熱した際の値である。
オリゴマーＡをアルカリ加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の含有量を求めたところいずれも検知できなかった。
【００３９】
参考例２：グリコール酸オリゴマーの合成
グリコール酸を７０％水溶液工業用グレード（デュポン社製）（3570ｇ）に変えたほかは参考例１と同様にグリコール酸オリゴマー（オリゴマーＢ）（1650ｇ）を得た。オリゴマーＢの融点は２０２℃であった。
オリゴマーＢを加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸含有量を求めたところ、グリコール酸に対しそれぞれ0.9ｍｏｌ％、0.6ｍｏｌ% であった。合計した量はグリコール酸に対し1.5ｍｏｌ％であった。なお、シュウ酸は検知されなかった。
【００４０】
参考例３：グリコール酸オリゴマーの合成
参考例２と同様の方法を繰り返して得られたグリコール酸オリゴマー（5800ｇ）をパラトルエンスルホン酸（３ｇ）とメタノール（16000ｇ）とともにオートクレーブ中１５０℃で２４時間加熱した。加熱後、過剰のメタノールを除去した後、グリコール酸メチル（8100ｇ）を蒸留により得た。沸点は１５１〜１５２℃であった。
得られたグリコール酸メチル（2700ｇ）を１０倍モル量の水（5400ｇ）存在下にて加水分解し、グリコール酸水溶液を得た後、脱水縮合によりグリコール酸オリゴマー（オリゴマーＣ）（1550ｇ）を得た。オリゴマーＣの融点は２０７℃であった。オリゴマーＣをアルカリ加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の含有量を求めたところいずれも検知できなかった。
【００４１】
参考例４：グリコール酸オリゴマーの合成
参考例３と同様にグリコール酸メチルを得た後、グリコール酸メチル（2700ｇ）をグリコール酸（７６ｇ）の存在下、脱アルコール縮合によりグリコール酸オリゴマー（オリゴマーＤ）（1520ｇ）を得た。オリゴマーＤの融点は２０６℃であった。オリゴマーＤをアルカリ加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の含有量を求めたところいずれも検知できなかった。
【００４２】
参考例５：
参考例３と同様に得たグリコール酸メチル（2700ｇ）にシュウ酸ジメチル（３５ｇ）を加え、さらに、グリコール酸（７６ｇ）存在下、脱アルコール縮合によりグリコール酸オリゴマー（オリゴマーＥ）（1508ｇ）を得た。オリゴマーＥの融点は２０５℃であった。オリゴマーＥを加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の含有量を求めたところ、ジグリコール酸、メトキシ酢酸は検出されず、シュウ酸はグリコール酸に対し、0.9ｍｏｌ％であった。
【００４３】
参考例６：ポリアルキレングリコールジエーテルの調製
市販のポリエチレングリコールジメチルエーテル＃２５０（メルク製）を蒸留し、重合度４のテトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＤＭＥと略記する。）を得た。これを解重合反応の溶媒として用いた。
【００４４】
実施例１：
５００ｍｌフラスコに参考例１で得られたオリゴマーＡ（６０ｇ）、ＴＥＧＤＭＥ（４００ｇ）、を加えた後２６０℃まで加熱して反応系を均一な溶液にした。この溶液を２６０℃のまま減圧にし、ＴＥＧＤＭＥと生成したグリコリドを共留出させた。反応を５時間行い、留出液３６２ｇ中、グリコリド３８ｇを確認した。この反応液に再び、オリゴマー３８ｇとＴＥＧＤＭＥ（３２４ｇ）を加えた後、２６０℃まで加熱して解重合反応を行った。残反応液に、留出量に相当する重量のＴＥＧＤＭＥと生成したグリコリド量に相当するオリゴマーを新たに加えることによるグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。反応系の容積の増加も殆ど見られず、実施回数２０回以上繰り返し実施することができた。
【００４５】
実施例２：
５００ｍｌフラスコに参考例１で得られたオリゴマーＡ（６０ｇ）、ＴＥＧＤＭＥ（３５０ｇ）、可溶化剤としてポリプロピレングリコール＃４００を６０ｇ加えた後、２６０℃まで加熱して反応系を均一な溶液にした。この溶液を２６０℃のまま減圧にし、ＴＥＧＤＭＥと生成したグリコリドを共留出させた。反応を５時間行い、留出液３６２ｇ中、グリコリド（３８ｇ）を確認した。
この反応液に再び、オリゴマー（３８ｇ）とＴＥＧＤＭＥ（３２４ｇ）を加えた後、２６０℃まで加熱して解重合反応を行った。留出したＴＥＧＤＭＥは回収され、再び解重合反応系に戻され、生成したグリコリド量に相当するオリゴマーを新たに加えることによるグリコリドの繰り返し製造実験を繰り返し実施した。反応系の容積の増加も殆ど見られず、実施回数２５回以上繰り返し実施することができた。
【００４６】
実施例３：
オリゴマーを参考例３で得られたオリゴマーＣに変えた以外は実施例２と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。反応系の容積の増加も殆ど見られず、実施回数２５回以上繰り返し実施することができた。
【００４７】
実施例４：
オリゴマーを参考例４で得られたオリゴマーＤに変えた以外は実施例２と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。反応系の容積の増加も殆ど見られず、実施回数２５回以上繰り返し実施することができた。
【００４８】
比較例１：
オリゴマーを参考例２で得られたオリゴマーＢに変えた以外は実施例１と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。実施回数２０回目（総オリゴマー投入量７８０ｇ）、反応系の容積が初回時に比べ、約４％増加していた。
【００４９】
比較例２：
オリゴマーを参考例２で得られたオリゴマーＢに変えた以外は実施例２と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。実施回数７回目（総オリゴマー投入量２７０ｇ）、反応系が粘調になり、実験途中突沸を起こし、実験を継続することができなくなった。粘調になった反応系中のジグリコール酸、メトキシ酢酸の存在を確認するために反応液全量をアルカリ加水分解してジグリコール酸およびメトキシ酢酸の存在をＨＰＬＣにて確認したところ、ジグリコール酸が0.040ｍｏｌ、メトキシ酢酸が0.014ｍｏｌ存在していた。
投入した２７０ｇのオリゴマーＢ中のジグリコール酸、メトキシ酢酸量を求めるため投入したオリゴマーＢと同重量２７０ｇのオリゴマーＢを加水分解して求めたところ、それぞれ0.041ｍｏｌ、0.028ｍｏｌであった。
【００５０】
比較例３：
オリゴマーを参考例５で得られたオリゴマーＥに変えた以外は実施例２と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。実施回数８回目（オリゴマー投入量３２０ｇ）、反応系が極度に粘調になり、実験途中突沸を起こし、実験を継続することができなくなった。粘調になった反応系中のシュウ酸の存在を確認するために反応液全量をアルカリ加水分解してＨＰＬＣ分析したところ、シュウ酸が0.049ｍｏｌ検出された。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、苛性ソーダ水溶液にてグリコール酸にまで完全に加水分解後、中和した際に不純物として検出されるジグリコール酸とメトキシ酢酸の合計量がグリコール酸に対し0.5ｍｏｌ％以下であるグリコール酸オリゴマーを原料として用い、グリコール酸オリゴマーと、２３０〜４５０℃の範囲内の沸点を有し、かつ１５０〜４５０の範囲の分子量を有する極性有機溶媒とを含む混合物を加熱して、オリゴマーを融液相の残存率が 0.5以下になるまで前記有機溶媒に溶解させた後、常圧下または減圧下でオリゴマーの解重合が起こる温度にて加熱を継続してオリゴマーを解重合させ、生成したグリコリドを有機溶媒と共に留出させ、留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収し、残存反応液のすべてもしくは一部に再び原料グリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて、繰り返しあるいは連続的に解重合反応を行うことを特徴とするグリコリドの製造方法を提供したものである。
本発明の方法によれば、連続的あるいは繰り返し反応を行っても解重合反応の障害となる重質物などの蓄積がなく、グリコリドを工業的に有利に製造することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明はグリコール酸の環状二量体エステルであるグリコリドの製造方法に関する。
さらに詳しくいえば、特定の極性有機溶媒中でグリコール酸オリゴマーを溶液状態にて加熱して解重合し、グリコリドを製造した後、解重合反応液に再びグリコール酸オリゴマーを加えて繰り返しあるいは連続的にグリコリドを製造する際、特定の不純物の含有率を低く抑えたグリコール酸オリゴマーを用いることにより、経済的かつ効率的にグリコリドを製造する方法に関する。
本発明により得られるグリコリドは、生分解性ポリマーや医療用ポリマーとして有用なポリグリコール酸の出発原料やコモノマーなどとして使用することができる。
【０００２】
【関連技術】
ポリグリコール酸は、グリコール酸（α−ヒドロキシ酢酸）が脱水重縮合して形成される下記式で示されるポリエステルである。
【化１】
ポリグリコール酸は、生体内で加水分解され、自然環境下で微生物によって水と炭酸ガスに代謝、分解される。このため、医療用材料や汎用樹脂に代替する生分解性ポリマー等として注目されている。
【０００４】
しかし、グリコール酸を出発原料として高分子量のポリグリコール酸を直接得ることは困難である。このため、ポリグリコール酸の製造方法としては、グリコール酸の環状二量体である下記式
【化２】
【０００５】
グリコリドを原料としてポリグリコール酸を工業的規模で生産するためには、高純度のグリコリドを経済的に供給することが不可決である。
グリコリドは、グリコール酸２分子から水２分子が脱離した環状エステルであるが、グリコール酸のエステル化反応では、通常オリゴマーが形成されグリコリドは得られない。
【０００６】
グリコリドを得る関連技術としては、従来以下の方法が知られている。
米国特許第2,668,162号には、グリコール酸オリゴマーを粉末状に砕き、ごく少量ずつ反応器に供給しながら（約２０ｇ／時）、超真空下（１２〜１５ｔｏｒｒ（1.6〜2.0ｋＰａ））、２７０〜２８５℃に加熱して解重合させ、生成したグリコリドを含む環状エステル類の蒸気をトラップ内で捕集する方法が開示されている。この方法は小スケールで実施することは可能であるがスケールアップには装置の改良が必要である。しかも、この方法では加熱解重合時にオリゴマーが重質物化して多量の残渣として反応容器内に残り、収率が低く、残渣のクリーニング操作を必要とする。また、グリコリド（融点：８２〜８３℃）及び副生物が回収ラインの管内に析出し、その閉塞等を引き起こしやすい。
【０００７】
米国特許第4,727,163号には、熱安定性に優れたポリエーテルを基体（substrate）とし、それにグリコール酸をブロック共重合させたブロック共重合体を加熱、解重合してグリコリドを得る方法が開示されている。しかし、このブロック共重合プロセスは、操作が煩雑で生産コストが高い。また、この方法も８０℃以上の融点を有するグリコリド及び副生物が回収ラインの管内に析出し、その閉塞等を引き起こしやすい。
【０００８】
米国特許第4,835,293号及び5,023,349号では、加熱・解重合で生成した環状エステルを不活性ガス（窒素など）に同伴させ、イソプロピルアルコールのような低沸点溶媒中でストリッピングし、回収する方法が開示されている。この方法は大量の不活性ガスを吹き込むために予備加熱を要するなど生産コストが高くなる。
【０００９】
フランス特許2692263-A1には、触媒を添加した溶媒にα−ヒドロキシカルボキシル酸（そのエステルまたは塩でもよい）のオリゴマーを加えて加熱下に撹拌し接触分解する方法が開示されている。この方法は環状二量体エステルを気相状態で連行するのに適した溶媒を用いて常圧または加圧下にて行われ、気相を凝縮してエステルと溶媒とを回収しているが、具体例としては、原料として乳酸オリゴマー、溶媒としてドデカン（沸点：約２１４℃）を用いた例が示されているのみである。しかし本発明者らがグリコール酸オリゴマーとドデカンを用いて、この特許の実施例と同様の条件にて追試したところ、解重合反応開始と同時に重質物化が進行し、極めてわずかのグリコリドが生成した時点でグリコリドの生成が停止し、しかも反応残渣は粘調でクリーニングに多大な労力を要した。
【００１０】
本出願人は、これらの従来技術の実態を鑑み、高沸点の極性有機溶媒とα−ヒドロキシカルボン酸オリゴマーを加熱して実質的に均一な溶液相を形成し、その状態で加熱を継続することにより環状エステルと極性有機溶媒を共に留出させ、留出物中から環状二量体エステルを回収する製造方法及び精製方法を提案している（特開平9-328481号）。さらに、熱安定性に優れた極性有機溶媒として特定のポリアルキレングリコールエーテルを用いて解重合反応を行い、溶媒の再利用による低コスト化が可能になる方法を提案している（特願2000-244449号）。この方法をグリコール酸オリゴマーからのグリコリドの生成工程に用いることにより解重合反応中のオリゴマーの重質物化が防がれ、グリコリドを高収率で得ることができ、反応終了後の反応容器のクリーニングも容易に行なえ、グリコリドの大量生産が可能となった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、特願2000-244449号に提案した解重合方法によるグリコリドの製造方法についてさらに検討を続け、市販のグリコール酸水溶液を脱水縮合して得られるグリコール酸オリゴマーを用いて、解重合反応液に再びグリコール酸オリゴマーを加えて解重合反応を繰り返す実験を行った。その結果、繰り返し回数が重なるにつれて重質物などが蓄積して反応系が粘調となり、内容物が突沸しやすくなることが判明した。
【００１２】
グリコリドの製造プロセスでは、解重合反応実施後、再びグリコール酸オリゴマーを加えて繰り返しあるいは連続的にグリコリドの製造が可能であれば工業的に有効な製造方法となり得る。
したがって、本発明の課題は、上記の反応系の粘稠化の問題を解消して、解重合反応を繰り返しあるいは連続的にグリコリドの製造が可能な製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、本発明者らが鋭意検討した結果、特定の方法で評価される不純物の量を低く抑えたグリコール酸オリゴマーを用いることにより、残存反応液に再び原料グリコール酸オリゴマーを加えて繰り返しあるいは連続的にグリコリドの製造が達成可能なことを確認して本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は下記のグリコリドの製造方法を提供するものである。
１．グリコール酸オリゴマーを解重合してグリコリドを製造する方法において、苛性ソーダ水溶液にてグリコール酸にまで完全に加水分解後、中和した際に不純物として検出されるジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の合計量がグリコール酸に対し0.5ｍｏｌ％以下であるグリコール酸オリゴマーを原料として用いることを特徴とするグリコリドの製造方法。
２．前記グリコール酸オリゴマーと、２３０〜４５０℃の範囲内の沸点を有し、かつ１５０〜４５０の分子量を有する極性有機溶媒とを含む混合物を加熱して、オリゴマーを融液相の残存率が０．５以下になるまで前記有機溶媒に溶解させた後、常圧下または減圧下でオリゴマーの解重合が起こる温度にて加熱を継続してオリゴマーを解重合させ、生成したグリコリドを有機溶媒と共に留出させ、留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収し、残存反応液に再びグリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて解重合反応を行う前記１に記載のグリコリドの製造方法。
３．前記留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収しながら、残存反応液に再び原料グリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて、連続的に解重合反応を行う前記２に記載のグリコリドの製造方法。
４．前記留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収した後、残存反応液のすべて、もしくは一部に再び原料グリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて繰り返し解重合反応を行う前記２に記載のグリコリドの製造方法。
５．グリコール酸オリゴマーが、グリコール酸アルキルエステルの縮合物である前記１に記載のグリコリドの製造方法。
６．グリコール酸オリゴマーが、グリコール酸アルキルエステルとグリコール酸の混合物から得られる縮合物である前記１に記載のグリコリドの製造方法。
７．グリコール酸アルキルエステルが、アルキルの炭素数が１〜４のアルキルエステルである前記５または６に記載のグリコリドの製造方法。
８．グリコール酸アルキルエステルがグリコール酸メチルである前記７に記載のグリコリドの製造方法。
９．前記極性有機溶媒がポリアルキレングリコールジエーテルである前記１に記載のグリコリドの製造方法。
１０．前記混合物が、さらに可溶化剤として、少なくとも一つの水酸基を有し、前記極性有機溶媒よりも高沸点で、グリコリドの製造時に留出しないか留出量が無視できる程度に少ない化合物を含む前記２に記載のグリコリドの製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のグリコリドの製造方法を詳しく説明する。
本発明のグリコリドの製造方法は、グリコール酸オリゴマーを解重合してグリコリドを製造する方法において、原料グリコール酸オリゴマーとして、苛性ソーダ水溶液にてグリコール酸にまで完全に加水分解後、中和した際に不純物として検出されるジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の合計量がグリコール酸に対し0.5ｍｏｌ％以下であるグリコール酸オリゴマーを用い、グリコール酸オリゴマーと、２３０〜４５０℃の範囲内の沸点を有し、かつ１５０〜４５０の範囲の分子量を有する極性有機溶媒とを含む混合物を加熱して、オリゴマーを融液相の残存率が0.5以下になるまで前記有機溶媒に溶解させた後、常圧下または減圧下でオリゴマーの解重合が起こる温度にて加熱を継続してオリゴマーを解重合させ、生成したグリコリドを有機溶媒と共に留出させ、留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収し、残存反応液のすべてもしくは一部に再びグリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて、繰り返しあるいは連続的に解重合反応を行うことを特徴とするものである。
【００１６】
（ａ）グリコール酸オリゴマー
本発明に用いるグリコール酸オリゴマーはグリコール酸もしくはそのエステル、あるいは塩を縮合することにより得られる。グリコール酸オリゴマーは苛性ソーダ水溶液にてグリコール酸にまで加水分解後、中和した際、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の合計がグリコール酸に対し0.5ｍｏｌ％以下、好ましくは0.1ｍｏｌ％以下、最も好ましくは0.05ｍｏｌ％以下であることが好ましい。ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸が0.5ｍｏｌ％を超えて存在する場合、そのオリゴマーを解重合反応に用いるとジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸、またはそれらの塩またはエステルは反応系外に出ることが殆ど無いため、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸、またはそれらの塩またはエステルが重合反応系内に蓄積し、容積を増加させてしまう。
【００１７】
さらに、本発明では、解重合反応系をより均一にするために可溶化剤を用いることができるが、可溶化剤として好適な、少なくともひとつの水酸基を有する可溶化剤を用いた場合、可溶化剤の水酸基とジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸がエステル化してしまうため、可溶化剤が本来の可溶化能力を失ってしまう。そのためジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸を含むグリコール酸オリゴマーを繰り返しあるいは連続的に反応系内に加えてグリコリドの製造を続けると反応液中のオリゴマーと極性有機溶媒が均一相を形成しにくくなり、反応液中溶融オリゴマーが析出してしまい、グリコリドの効率的製造が困難となる。
【００１８】
グリコール酸オリゴマーは、グリコール酸、グリコール酸塩、またはグリコール酸エステルを出発物質として、それらの縮合反応により得られる。本発明で用いられるグリコール酸オリゴマーの出発物質としては、ジグリコール酸類（ジグリコール酸、ジグリコール酸塩、ジグリコール酸エステル）、メトキシ酢酸類（メトキシ酢酸、メトキシ酢酸塩およびメトキシ酢酸エステル）、シュウ酸類（シュウ酸、シュウ酸塩、シュウ酸エステル）を含まないものが好んで用いられる。
【００１９】
市販の工業グレードのグリコール酸水溶液にはジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸がグリコール酸に対して0.5ｍｏｌ％を超えて含まれていることがよくある。ジグリコール酸、メトキシ酢酸、シュウ酸、それらの塩、それらのエステルを含まない高純度グリコール酸は、例えば、グリコール酸を再結晶することにより得られる。また、グリコール酸アルキルエステル、好ましくはグリコール酸（Ｃ１〜Ｃ４アルキル）エステルを蒸留等により精製したのち、それを加水分解することによっても得ることもできる。蒸留による精製はグリコール酸の再結晶よりも簡単に精製できるため工業的生産に適している。
【００２０】
ジグリコール酸、メトキシ酢酸、シュウ酸、それらの塩、それらのエステルを含まない高純度グリコール酸オリゴマーはそれら不純物を有さないグリコール酸アルキルエステルの縮合物からも得ることができる。グリコール酸アルキルエステルからの直接の縮合反応では加水分解工程を省略できる。
【００２１】
ジグリコール酸、メトキシ酢酸、シュウ酸、それらの塩、それらのエステルを含まないグリコール酸およびグリコール酸アルキルエステルの混合物を縮合することによって得られるオリゴマーも本発明のオリゴマーとして好適である。この混合物はグリコール酸を加えるか、あるいはグリコール酸アルキルエステルの一部を加水分解することで容易に得られ、グリコール酸アルキルエステルの縮合反応にくらべ反応速度は速くなる。
【００２２】
グリコール酸アルキルエステルはシュウ酸ジアルキルの還元反応やグリコール酸オリゴマーの加アルコール分解などによって合成され、蒸留等により精製されたものを用いることができる。シュウ酸アルキルエステルの還元反応によって合成されたグリコール酸アルキルエステルを用いる場合は、シュウ酸類（シュウ酸、シュウ酸塩、シュウ酸エステル）が混入しないよう注意深く精製する必要がある。シュウ酸類がオリゴマー中に取り込まれた場合、そのオリゴマーを用いて解重合反応により連続的または繰り返してグリコリドを製造し続けると、シュウ酸類の反応系容器内への蓄積が起こりやすい。さらには、可溶化剤を用いている場合は可溶化剤と反応して、可溶化剤の本来の可溶化能力が失われ解重合反応系が均一層を形成しにくくなり、オリゴマーが析出してしまい、グリコリドの効率的製造が困難となる。
グリコール酸（Ｃ１〜Ｃ４アルキル）エステルが蒸留および加水分解、または直接の縮合反応のし易やすから好んで用いられ、特にメチルエステル（グリコール酸メチル）が最も好んで用いられる。
【００２３】
（ｂ）極性有機溶媒
本発明で解重合反応の溶媒として用いられ、また生成したグリコリドを反応系から取り出すために用いられる極性有機溶媒としては沸点が２３０〜４５０℃の範囲内、かつ分子量が１５０〜４５０の範囲内であることが望ましい。
溶媒の沸点が２３０℃未満では、解重合反応温度を高く設定することができず、グリコリドの生成速度が低下してしまう。一方、溶媒の沸点が４５０℃を超えると溶媒が留出しにくく、解重合により生成したグリコリドとの共留出が難しくなる。好ましくは２３５〜４５０℃、より好ましくは２６０〜４３０℃、最も好ましくは２８０〜４２０℃の範囲である。
極性有機溶媒の分子量が１５０未満でも４５０を超えてもグリコリドとの共留出が難しくなるので好ましくない。好ましくは１８０〜４２０、より好ましくは２００〜４００の範囲である。
【００２４】
より具体的に示すと、芳香族ジカルボン酸ジエステル、脂肪族ジカルボン酸ジエステル、ポリアルキレングリコールジエーテルなどが挙げられる。
さらに具体的に示すと、芳香族ジカルボン酸ジエステルとしては、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ジベンジルフタレート、ベンジルブチルフタレートなどのフタル酸エステル類、ベンジルベンゾエートなどの安息香酸エステルなどが好んで用いられる。
【００２５】
脂肪族ジカルボン酸ジエステルとしては、オクチルアジペート等のアジピン酸エステル、ジブチルセバケート等のセバチン酸エステルが挙げられる。
【００２６】
本発明で解重合反応の溶媒として用いられ、また生成したグリコリドを反応系から取り出すために用いられる好適な溶媒として用いられるポリアルキレングリコールジエーテルは下記の構造式（１）
【化３】
【００２７】
このようなポリアルキレングリコールジエーテルとしては、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジヘキシルエーテル、ジエチレングリコールジオクチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジプロピルエーテル、トリエチレングリコールジブチルエーテル、トリエチレングリコールジヘキシルエーテル、トリエチレングリコールジオクチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジプロピルエーテル、テトラエチレングリコールジブチルエーテル、テトラエチレングリコールジヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールジオクチルエーテル、ジエチレングリコールブチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールブチルオクチルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルオクチルエーテル、トリエチレングリコールブチルヘキシルエーテル、トリエチレングリコールブチルオクチルエーテル、トリエチレングリコールヘキシルオクチルエーテル、テトラエチレングリコールブチルヘキシルエーテル、テトラエチレングリコールブチルオクチルエーテル、テトラエチレングリコールヘキシルオクチルエーテル等のポリエチレングリコールジアルキルエーテル、またはこれらの化合物においてエチレンオキシ基に代えてプロピレンオキシ基またはブチレンオキシ基を含むポリプロピレングリコールジアルキルエーテルまたはポリブチレングリコールジアルキルエーテル等のポリアルキレングリコールジアルキルエーテル；ジエチレングリコールブチルフェニルエーテル、ジエチレングリコールヘキシルフェニルエーテル、ジエチレングリコールオクチルフェニルエーテル、トリエチレングリコールブチルフェニルエーテル、トリエチレングリコールヘキシルフェニルエーテル、トリエチレングリコールオクチルフェニルエーテル、テトラエチレングリコールブチルフェニルエーテル、テトラエチレングリコールヘキシルフェニルエーテル、テトラエチレングリコールオクチルフェニルエーテルまたはこれらの化合物のフェニル基の水素基がアルキル、アルコキシ、ハロゲン等で置換されたポリエチレングリコールアルキルアリールエーテル、またはこれらの化合物においてエチレンオキシ基に代えてプロピレンオキシ基またはブチレンオキシ基を含むポリプロピレングリコールアルキルアリールエーテルまたはポリブチレングリコールアルキルアリールエーテル等のポリアルキレングリコールアルキルアリールエーテル；ジエチレングリコールジフェニルエーテル、トリエチレングリコールジフェニルエーテル、テトラエチレングリコールジフェニルエーテルまたはこれらの化合物のフェニル基がアルキル、アルコキシ、ハロゲン等で置換された化合物等のポリエチレングリコールジアリールエーテル、またはこれらの化合物においてエチレンオキシ基に代えてプロピレンオキシ基またはブチレンオキシ基を含むポリプロピレングリコールジアリールエーテルまたはポリブチレングリコールジアリールエーテル等のポリアルキレングリコールジアリールエーテル等が挙げられる。
これら極性有機溶媒はオリゴマーに対し0.3〜５０倍質量の割合で用いられる。
【００２８】
（ｃ）可溶化剤
本発明においては、極性有機溶媒に対するグリコール酸オリゴマーの溶解性（溶解度及び／または溶解速度）をより高める目的で可溶化剤を用いることができる。本発明で用いる可溶化剤は、次のような要件を満たすものが好ましい。
【００２９】
(i) グリコールを共留出させる溶媒として使用する極性有機溶媒よりも高沸点、すなわち沸点が４５０℃以上で、グリコリドの製造時に留出しないか留出量が無視できる程度に少ないものであること。沸点が４５０℃より低いと共に留出してしまい、グリコール酸オリゴマーの溶解性が低下するので好ましくない。
【００３０】
(ii)極性有機溶媒よりもオリゴマーとの親和性が高いこと。オリゴマーとの親和性は、オリゴマーと極性有機溶媒の混合物を２３０℃〜２８０℃に加熱し、オリゴマー濃度を混合物が均一溶液相を形成しなくなるまで高め、可溶化剤を加え、再び均一溶液相を形成するかを目視により観察することにより確認できる。
【００３１】
本発明で利用できる可溶化剤として特に好適な化合物として、少なくともひとつの水酸基を有する化合物、すなわち一価アルコール類、二価以上の多価アルコール類（部分エステル化物、部分エーテル化物を含む）、フェノール類などが挙げられる。特に、アルコール類は可溶化剤として最も有効である。
【００３２】
アルコール類の中でも、式（２）
【化４】
【化５】
【００３３】
ポリアルキレングリコールの具体例としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコールなどのポリアルキレングリコールが挙げられる。
ポリアルキレングリコールモノエーテルの具体例としては、ポリエチレングリコールモノプロピルエーテル、ポリエチレングリコールモノブチルエーテル、ポリエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ポリエチレングリコールモノオクチルエーテル、ポリエチレングリコールモノデシルエーテル、ポリエチレングリコールモノラウリルエーテルなどのポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、または前記の化合物においてエチレンオキシ基をプロピレンオキシ基またはブチレンオキシ基に代えたポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルまたはポリブチレングリコールモノアルキルエーテルを含むポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルが挙げられる。
【００３４】
本発明においては、可溶化剤としてポリアルキレングリコールモノエーテルを用いた場合、缶壁のクリーニング効果に特に優れることが確認されている。
可溶化剤は、オリゴマー１００質量部に対して、通常0.1〜５００質量部、好ましくは１〜３００質量部の割合で使用される。可溶化剤の割合が少なすぎると、可溶化効果が不十分となる。可溶化剤の割合が多すぎると、可溶化剤の回収にコストがかかり、経済性の見地から不利となる。
【００３５】
【実施例】
参考例、実施例及び比較例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、下記の記載により本発明は何ら限定されるものではない。
【００３６】
ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の定量方法：
ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸は下記の方法により定量した。
グリコール酸オリゴマー（5.8ｇ）を２００ｍｌビーカーに採りＮａＯＨ（４ｇ）、蒸留水（４０ｇ）を加え４０℃にて１２〜４８時間撹拌して加水分解を完全に行う。この加水分解液を硫酸でｐＨ4.7に調整後、全量80.00ｇになるように蒸留水を加えた。この試験液２ｇをさらに蒸留水で５０ｍｌにメスアップし、そのうち２μｌを下記の条件でＨＰＬＣ分析した。グリコール酸、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の標準物質から予め検量線を求めておき、絶対検量線法にて各成分の含量を求めた。
【００３７】
ＨＰＬＣ分析条件：
装置：Hitachi L-6200、
カラム：IntersilＯＤＳ−３Ｖ ５μｍ，２５０×4.6ｍｍ Ｉ．Ｄ．、
流速：1.0ｍＬ／分、
溶離液：0.１Ｍ リン酸二水素アンモニウム＋リン酸（ｐＨ2.5）、
オーブン温度：４０°Ｃ、
検出条件：ＵＶ２１０ｎｍ。
【００３８】
参考例１：グリコール酸オリゴマーの合成
市販のグリコール酸（和光純薬（株）製）を水を用いて再結晶し、高純度のグリコール酸結晶を得た。５リットルのオートクレーブに、上記再結晶グリコール酸（2500ｇ）を仕込み、常圧で撹拌しながら１７０℃から２００℃まで２時間かけて昇温加熱し、生成水を留出させながら縮合反応させた。ついで、缶内圧力を5.0 ｋＰａに減圧し、２００℃で２時間加熱して、未反応原料等の低沸分を留去し、グリコール酸オリゴマー（オリゴマーＡ）（1700ｇ）を調製した。オリゴマーの融点は２０６℃であった。なお、融点はＤＳＣ（示差走査熱量計）を用い、不活性ガス雰囲気下、１０℃毎分の速さで昇温加熱した際の値である。
オリゴマーＡをアルカリ加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の含有量を求めたところいずれも検知できなかった。
【００３９】
参考例２：グリコール酸オリゴマーの合成
グリコール酸を７０％水溶液工業用グレード（デュポン社製）（3570ｇ）に変えたほかは参考例１と同様にグリコール酸オリゴマー（オリゴマーＢ）（1650ｇ）を得た。オリゴマーＢの融点は２０２℃であった。
オリゴマーＢを加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸含有量を求めたところ、グリコール酸に対しそれぞれ0.9ｍｏｌ％、0.6ｍｏｌ% であった。合計した量はグリコール酸に対し1.5ｍｏｌ％であった。なお、シュウ酸は検知されなかった。
【００４０】
参考例３：グリコール酸オリゴマーの合成
参考例２と同様の方法を繰り返して得られたグリコール酸オリゴマー（5800ｇ）をパラトルエンスルホン酸（３ｇ）とメタノール（16000ｇ）とともにオートクレーブ中１５０℃で２４時間加熱した。加熱後、過剰のメタノールを除去した後、グリコール酸メチル（8100ｇ）を蒸留により得た。沸点は１５１〜１５２℃であった。
得られたグリコール酸メチル（2700ｇ）を１０倍モル量の水（5400ｇ）存在下にて加水分解し、グリコール酸水溶液を得た後、脱水縮合によりグリコール酸オリゴマー（オリゴマーＣ）（1550ｇ）を得た。オリゴマーＣの融点は２０７℃であった。オリゴマーＣをアルカリ加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の含有量を求めたところいずれも検知できなかった。
【００４１】
参考例４：グリコール酸オリゴマーの合成
参考例３と同様にグリコール酸メチルを得た後、グリコール酸メチル（2700ｇ）をグリコール酸（７６ｇ）の存在下、脱アルコール縮合によりグリコール酸オリゴマー（オリゴマーＤ）（1520ｇ）を得た。オリゴマーＤの融点は２０６℃であった。オリゴマーＤをアルカリ加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の含有量を求めたところいずれも検知できなかった。
【００４２】
参考例５：
参考例３と同様に得たグリコール酸メチル（2700ｇ）にシュウ酸ジメチル（３５ｇ）を加え、さらに、グリコール酸（７６ｇ）存在下、脱アルコール縮合によりグリコール酸オリゴマー（オリゴマーＥ）（1508ｇ）を得た。オリゴマーＥの融点は２０５℃であった。オリゴマーＥを加水分解し、ジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の含有量を求めたところ、ジグリコール酸、メトキシ酢酸は検出されず、シュウ酸はグリコール酸に対し、0.9ｍｏｌ％であった。
【００４３】
参考例６：ポリアルキレングリコールジエーテルの調製
市販のポリエチレングリコールジメチルエーテル＃２５０（メルク製）を蒸留し、重合度４のテトラエチレングリコールジメチルエーテル（ＴＥＧＤＭＥと略記する。）を得た。これを解重合反応の溶媒として用いた。
【００４４】
実施例１：
５００ｍｌフラスコに参考例１で得られたオリゴマーＡ（６０ｇ）、ＴＥＧＤＭＥ（４００ｇ）、を加えた後２６０℃まで加熱して反応系を均一な溶液にした。この溶液を２６０℃のまま減圧にし、ＴＥＧＤＭＥと生成したグリコリドを共留出させた。反応を５時間行い、留出液３６２ｇ中、グリコリド３８ｇを確認した。この反応液に再び、オリゴマー３８ｇとＴＥＧＤＭＥ（３２４ｇ）を加えた後、２６０℃まで加熱して解重合反応を行った。残反応液に、留出量に相当する重量のＴＥＧＤＭＥと生成したグリコリド量に相当するオリゴマーを新たに加えることによるグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。反応系の容積の増加も殆ど見られず、実施回数２０回以上繰り返し実施することができた。
【００４５】
実施例２：
５００ｍｌフラスコに参考例１で得られたオリゴマーＡ（６０ｇ）、ＴＥＧＤＭＥ（３５０ｇ）、可溶化剤としてポリプロピレングリコール＃４００を６０ｇ加えた後、２６０℃まで加熱して反応系を均一な溶液にした。この溶液を２６０℃のまま減圧にし、ＴＥＧＤＭＥと生成したグリコリドを共留出させた。反応を５時間行い、留出液３６２ｇ中、グリコリド（３８ｇ）を確認した。
この反応液に再び、オリゴマー（３８ｇ）とＴＥＧＤＭＥ（３２４ｇ）を加えた後、２６０℃まで加熱して解重合反応を行った。留出したＴＥＧＤＭＥは回収され、再び解重合反応系に戻され、生成したグリコリド量に相当するオリゴマーを新たに加えることによるグリコリドの繰り返し製造実験を繰り返し実施した。反応系の容積の増加も殆ど見られず、実施回数２５回以上繰り返し実施することができた。
【００４６】
実施例３：
オリゴマーを参考例３で得られたオリゴマーＣに変えた以外は実施例２と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。反応系の容積の増加も殆ど見られず、実施回数２５回以上繰り返し実施することができた。
【００４７】
実施例４：
オリゴマーを参考例４で得られたオリゴマーＤに変えた以外は実施例２と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。反応系の容積の増加も殆ど見られず、実施回数２５回以上繰り返し実施することができた。
【００４８】
比較例１：
オリゴマーを参考例２で得られたオリゴマーＢに変えた以外は実施例１と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。実施回数２０回目（総オリゴマー投入量７８０ｇ）、反応系の容積が初回時に比べ、約４％増加していた。
【００４９】
比較例２：
オリゴマーを参考例２で得られたオリゴマーＢに変えた以外は実施例２と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。実施回数７回目（総オリゴマー投入量２７０ｇ）、反応系が粘調になり、実験途中突沸を起こし、実験を継続することができなくなった。粘調になった反応系中のジグリコール酸、メトキシ酢酸の存在を確認するために反応液全量をアルカリ加水分解してジグリコール酸およびメトキシ酢酸の存在をＨＰＬＣにて確認したところ、ジグリコール酸が0.040ｍｏｌ、メトキシ酢酸が0.014ｍｏｌ存在していた。
投入した２７０ｇのオリゴマーＢ中のジグリコール酸、メトキシ酢酸量を求めるため投入したオリゴマーＢと同重量２７０ｇのオリゴマーＢを加水分解して求めたところ、それぞれ0.041ｍｏｌ、0.028ｍｏｌであった。
【００５０】
比較例３：
オリゴマーを参考例５で得られたオリゴマーＥに変えた以外は実施例２と同様にグリコリドの繰り返し製造実験を実施した。実施回数８回目（オリゴマー投入量３２０ｇ）、反応系が極度に粘調になり、実験途中突沸を起こし、実験を継続することができなくなった。粘調になった反応系中のシュウ酸の存在を確認するために反応液全量をアルカリ加水分解してＨＰＬＣ分析したところ、シュウ酸が0.049ｍｏｌ検出された。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、苛性ソーダ水溶液にてグリコール酸にまで完全に加水分解後、中和した際に不純物として検出されるジグリコール酸とメトキシ酢酸の合計量がグリコール酸に対し0.5ｍｏｌ％以下であるグリコール酸オリゴマーを原料として用い、グリコール酸オリゴマーと、２３０〜４５０℃の範囲内の沸点を有し、かつ１５０〜４５０の範囲の分子量を有する極性有機溶媒とを含む混合物を加熱して、オリゴマーを融液相の残存率が 0.5以下になるまで前記有機溶媒に溶解させた後、常圧下または減圧下でオリゴマーの解重合が起こる温度にて加熱を継続してオリゴマーを解重合させ、生成したグリコリドを有機溶媒と共に留出させ、留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収し、残存反応液のすべてもしくは一部に再び原料グリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて、繰り返しあるいは連続的に解重合反応を行うことを特徴とするグリコリドの製造方法を提供したものである。
本発明の方法によれば、連続的あるいは繰り返し反応を行っても解重合反応の障害となる重質物などの蓄積がなく、グリコリドを工業的に有利に製造することができる。
Claims (5)
- グリコール酸オリゴマーを解重合してグリコリドを製造する方法において、苛性ソーダ水溶液にてグリコール酸にまで完全に加水分解後、中和した際に不純物として検出されるジグリコール酸、メトキシ酢酸およびシュウ酸の合計量がグリコール酸に対し0.5ｍｏｌ％以下であるグリコール酸オリゴマーを原料として用い、前記グリコール酸オリゴマーと、２３０〜４５０℃の範囲内の沸点を有し、かつ１５０〜４５０の分子量を有する極性有機溶媒とを含む混合物を加熱して、オリゴマーを融液相の残存率が0.5以下になるまで前記有機溶媒に溶解させた後、常圧下または減圧下でオリゴマーの解重合が起こる温度にて加熱を継続してオリゴマーを解重合させ、生成したグリコリドを有機溶媒と共に留出させ、留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収し、残存反応液に再びグリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて解重合反応を行うことを特徴とするグリコリドの製造方法。
- 前記留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収しながら、残存反応液に再び原料グリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて、連続的に解重合反応を行う請求項１に記載のグリコリドの製造方法。
- 前記留出液から有機溶媒とグリコリドを分離回収した後、残存反応液のすべて、もしくは一部に再び原料グリコール酸オリゴマーと有機溶媒を加えて繰り返し解重合反応を行う請求項１に記載のグリコリドの製造方法。
- 前記極性有機溶媒が、ポリアルキレングリコールジエーテルである請求項１に記載のグリコリドの製造方法。
- グリコール酸オリゴマーと極性有機溶媒の混合物が、さらに可溶化剤として、少なくとも一つの水酸基を有し、前記極性有機溶媒よりも高沸点で、グリコリドの製造時に留出しないか留出量が無視できる程度に少ない化合物を含む請求項１に記載のグリコリドの製造方法。
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