JP6250636B2 - グリコリドの製造方法 - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D319/00—Heterocyclic compounds containing six-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
- C07D319/10—1,4-Dioxanes; Hydrogenated 1,4-dioxanes
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Description
(I)脂肪族ポリエステルと下記式
X1−O−(−R1−O−)p−Y
(式中、R1は、メチレン基または炭素数2〜8の直鎖状または分岐状のアルキレン基を表し、X1は、炭化水素基を表し、Yは、炭素数2〜20のアルキル基またはアリール基を表し、pは、1以上の整数を表し、pが2以上の場合には、複数のR1は、それぞれ同一でも異なっても良い。)
で表され、かつ、230〜450℃の沸点と150〜450の分子量を有するポリアルキレングリコールエーテルとを含有する混合物を、常圧下または減圧下に、該脂肪族ポリエステルの解重合が起こる温度に加熱し、
(II)該脂肪族ポリエステルの融液相と該ポリアルキレングリコールエーテルからなる液相とが実質的に均一な相を形成した溶液状態とし、
(III)該溶液状態で加熱を継続することにより、解重合により生成した環状エステルを該ポリアルキレングリコールエーテルとともに留出させ、
(IV)留出物から環状エステルを回収することを特徴とする環状エステルの製造方法を提案した。この方法によれば、解重合反応により生成した環状エステルを、該ポリアルキレングリコールエーテルとともに留出させた後、両者を液状のまま相分離させて、環状エステル相を分離回収し、一方、熱劣化していないポリアルキレングリコールエーテル相を解重合反応系に循環して再利用できる、という効果が奏される。特許文献7記載の方法においては、ポリアルキレングリコールエーテルは、脂肪族ポリエステル100重量部に対して、通常30〜500重量部、好ましくは50〜200重量部の割合で使用するとされ、具体例においては、脂肪族ポリエステル100重量部に対して、450〜1,000重量部のポリアルキレングリコールエーテルを使用しているので、解重合により生成した環状エステルをポリアルキレングリコールエーテルとともに留出させるために、多量の熱エネルギーが必要とされるので、更なる改良が望まれていた。
ポリグリコール酸を解重合してグリコリドを製造する方法において、
(I)ポリグリコール酸(A)と、下記式(1)
X−O−(−CH2CH2−O−)p−Y (1)
(式中、X及びYは、それぞれ独立して、炭素数2〜20のアルキル基またはアリール基を表し、pは、1〜5の整数を表す。)
で表され、かつ、分子量が150〜450であり、圧力3kPaにおける沸点が130〜220℃であるポリエチレングリコールエーテル(B)とを含有する混合物を、常圧下または減圧下に、ポリグリコール酸(A)の解重合が起こる温度に加熱する加熱工程、
(II)前記混合物を、ポリグリコール酸(A)の融液相とポリエチレングリコールエーテル(B)からなる液相とが実質的に均一な相を形成する溶液状態とする溶液形成工程、
(III)該溶液状態で加熱を継続することによって、ポリグリコール酸(A)の解重合反応によりグリコリドを生成させるグリコリド生成工程、
(IV)生成したグリコリドをポリエチレングリコールエーテル(B)とともに、解重合反応系から留出させる留出工程、及び、
(V)留出物からグリコリドを回収する回収工程
を含むことを特徴とするグリコリドの製造方法が提供される。
(1)ポリエチレングリコールエーテル(B)は、温度85℃におけるグリコリドの溶解度が0.1〜5質量%であるポリエチレングリコールエーテルである前記のグリコリドの製造方法。
(2)ポリエチレングリコールエーテル(B)は、前記式(1)におけるX及びYがいずれもアルキル基であり、かつ、これらのアルキル基の炭素数の合計が5〜28であるポリエチレングリコールエーテルである前記のグリコリドの製造方法。
(3)工程(I)において、ポリエチレングリコールエーテル(B)を、ポリグリコール酸(A)100質量部に対して、10〜100質量部の割合で混合する前記のグリコリドの製造方法。
(4)工程(I)〜工程(III)において、混合物を温度200〜232℃に加熱する前記のグリコリドの製造方法。
(5)工程(III)において、0.3〜90kPaの減圧下で加熱を継続する前記のグリコリドの製造方法。
(6)工程(I)〜工程(III)において、前記混合物が、ポリグリコール酸(A)のポリエチレングリコールエーテル(B)に対する溶解性を高める可溶化剤(C)を更に含有する前記のグリコリドの製造方法。
(7)可溶化剤(C)は、常圧における沸点が180℃以上で、ポリエチレングリコールエーテル(B)に相溶性のある非塩基性化合物である前記のグリコリドの製造方法。
(8)可溶化剤(C)は、一価または二価以上の多価アルコール、フェノール、一価または二価以上の多価脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸とアミンとの脂肪族アミド、脂肪族イミド、及び分子量が450を超えるポリアルキレングリコールエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種である前記のグリコリドの製造方法。
(9)可溶化剤(C)は、式(2)
HO−(−R1−O−)q−H (2)
(式中、R1は、メチレン基または炭素数2〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表し、qは、1以上の整数を表し、q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。)
で表されるポリアルキレングリコールを含む前記のグリコリドの製造方法。
(10)前記ポリアルキレングリコールは、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリブチレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも1種である前記のグリコリドの製造方法。
(11)可溶化剤(C)は、式(3)
HO−(−R2−O−)r−X1 (3)
(式中、R2は、メチレン基または炭素数2〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表し、X1は、炭化水素基を表し、rは、1以上の整数を表し、r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。)
で表されるポリアルキレングリコールモノエーテルを含む前記のグリコリドの製造方法。
(12)ポリアルキレングリコールモノエーテルは、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル、及びポリブチレングリコールモノエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種である前記のグリコリドの製造方法。
(13)ポリアルキレングリコールモノエーテルは、そのエーテル基として炭素数1〜18のアルキル基を有するものである前記のグリコリドの製造方法。
(14)可溶化剤(C)は、(C1)常圧における沸点が180℃以上で、一価または二価以上の多価アルコール、及び、(C2)常圧における沸点が180℃以上で、ポリエチレングリコールエーテル(B)に相溶性のある非塩基性化合物(一価または二価以上の多価アルコールを除く。)を含有する前記のグリコリドの製造方法。
(15)可溶化剤(C)を、ポリグリコール酸(A)100質量部に対して、0.1〜500質量部の割合で添加する前記のグリコリドの製造方法。
(16)工程(V)において、留出物をコンデンサーで冷却して、グリコリドとポリエチレングリコールエーテル(B)とを液状で相分離させ、グリコリド相を分離回収する前記のグリコリドの製造方法。
(17)留出物を温度85〜180℃に冷却して、グリコリドとポリエチレングリコールエーテル(B)とを液状で相分離させる前記のグリコリドの製造方法。
(18)解重合反応を継続しながら相分離を行い、留出物中のグリコリドを下層のグリコリド相中に凝縮させる前記のグリコリドの製造方法。
(19)ポリエチレングリコールエーテル(B)相を分離して、解重合反応系に循環させる前記のグリコリドの製造方法。
(20)ポリエチレングリコールエーテル(B)は、常圧における沸点が230〜450℃である前記のグリコリドの製造方法。
ポリグリコール酸を解重合してグリコリドを製造する方法において、
(I)ポリグリコール酸(A)と、下記式(1)
X−O−(−CH2CH2−O−)p−Y (1)
(式中、X及びYは、それぞれ独立して、炭素数2〜20のアルキル基またはアリール基を表し、pは、1〜5の整数を表す。)
で表され、かつ、分子量が150〜450であり、圧力3kPaにおける沸点が130〜220℃であるポリエチレングリコールエーテル(B)とを含有する混合物を、常圧下または減圧下に、ポリグリコール酸(A)の解重合が起こる温度に加熱する加熱工程、
(II)前記混合物を、ポリグリコール酸(A)の融液相とポリエチレングリコールエーテル(B)からなる液相とが実質的に均一な相を形成する溶液状態とする溶液形成工程、
(III)該溶液状態で加熱を継続することによって、ポリグリコール酸(A)の解重合反応によりグリコリドを生成させるグリコリド生成工程、
(IV)生成したグリコリドをポリエチレングリコールエーテル(B)とともに、解重合反応系から留出させる留出工程、及び、
(V)留出物からグリコリドを回収する回収工程
を含むことを特徴とするグリコリドの製造方法であることによって、製造効率の低下がなく長期間に亘って反応を継続することができ、効率的かつ経済的に、ポリグリコール酸(A)を解重合してグリコリドを製造する方法が提供されるという効果が奏される。
本発明のグリコリドの製造方法は、ポリグリコール酸(以下、「PGA」ということがある。)を解重合してグリコリドを製造する方法である。
本発明のPGAを解重合してグリコリドを製造する方法において、解重合反応の溶媒として用いられるポリエチレングリコールエーテル(B)は、下記式(1)
X−O−(−CH2CH2−O−)p−Y (1)
(式中、X及びYは、それぞれ独立して、炭素数2〜20のアルキル基またはアリール基を表し、pは、1〜5の整数を表す。)
で表され、かつ、分子量が150〜450であり、圧力3kPaにおける沸点が130〜220℃であるポリエチレングリコールエーテル(B)である。
ポリエチレングリコールエーテル(B)の分子量は、150〜450である。ポリエチレングリコールエーテルの分子量が低すぎても高すぎても、PGAの解重合時にグリコリドとの共留出が難しくなる。ポリエチレングリコールエーテル(B)の分子量は、好ましくは180〜400、より好ましくは200〜350の範囲である。
ポリエチレングリコールエーテル(B)の圧力3kPaにおける沸点は、130〜220℃である。ポリエチレングリコールエーテル(B)の圧力3kPaにおける沸点が低すぎると、PGAの解重合反応により生成するグリコリドを、ポリエチレングリコールエーテル(B)とともに解重合反応系から留出させる温度を高く設定することができない。そのために、PGAの解重合反応温度を低く設定する必要があるので、グリコリドの生成速度が低下してしまうことがある。一方、ポリエチレングリコールエーテル(B)の圧力3kPaにおける沸点が高すぎると、ポリエチレングリコールエーテル(B)が留出しにくくなり、PGAの解重合反応により生成するグリコリドとの共留出が難しくなることがある。ポリエチレングリコールエーテル(B)の圧力3kPaにおける沸点は、好ましくは135〜218℃、より好ましくは140〜216℃、更に好ましくは145〜214℃の範囲である。
また、ポリエチレングリコールエーテル(B)の常圧における沸点は、特に限定されないが、230〜450℃であることが好ましい。ポリエチレングリコールエーテル(B)の常圧における沸点が低すぎると、PGAの解重合反応温度を低く設定することが必要となるので、グリコリドの生成速度が低下してしまうことがある。一方、ポリエチレングリコールエーテル(B)の常圧における沸点が高すぎると、ポリエチレングリコールエーテル(B)が留出しにくくなり、PGA(A)の解重合反応により生成したグリコリドとの共留出が難しくなることがある。ポリエチレングリコールエーテル(B)の常圧における沸点は、より好ましくは240〜420℃、更に好ましくは250〜400℃の範囲である。
本発明で用いるポリエチレングリコールエーテル(B)は、温度85℃におけるグリコリドの溶解度が0.1〜5質量%であることが好ましい。多くの場合、温度85℃におけるグリコリドの溶解度が0.3〜4.5質量%であることがより好ましく、0.6〜4質量%であることが更に好ましい。ここで、温度85℃におけるグリコリドの溶解度とは、温度85℃のポリエチレングリコールエーテル(B)にグリコリドが飽和状態になるまで溶解させたときのポリエチレングリコールエーテル(B)の容積A(ml)に対するグリコリドの質量B(g)の百分率で表される。すなわち、溶解度は、下式で算出される。
溶解度(質量%)=(B/A)×100
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、またはこれらの化合物のフェニル基の少なくとも1つの水素原子がアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子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;
ジ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の少なくとも1つの水素原子がアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子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;
などが挙げられる。
X−O−(−CH2CH2−O−)p−Y (1)
(式中、X及びYは、それぞれ独立して、炭素数2〜20のアルキル基またはアリール基を表し、pは、1〜5の整数を表す。)で表され、かつ、分子量が150〜450である、トリエチレングリコールブチルオクチルエーテル(X及びYがブチル基及びオクチル基であり、p=3である。)は、圧力3kPaにおける沸点が、223℃であることから、本発明におけるポリエチレングリコールエーテル(B)には属しない。
Bu: ブチル基
Oct: オクチル基
Dodec: ドデシル基
ポリエチレングリコールエーテル(B)は、本願出願前に当業者に広く知られたポリエチレングリコールエーテルの製造方法を適用することによって得ることができる。例えば、エチレンオキサイドをアルコールに付加させて得たエチレングリコールモノエーテルやエチレンオキサイドを重付加させて得たエチレングリコールモノエーテルにおける末端ヒドロキシ基をエーテル化することによって、エチレングリコールジエーテルを製造することができる。エーテル化の方法は、公知であり、特に制限されないが、一般的には、ポリエチレングリコールモノエーテルを、金属ナトリウム、水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム等の存在下、ハロゲン化アルキルと反応させる方法;その際にヨウ化ナトリウムを共存させる方法;ハロゲン化アルキル(すなわち、アルキル化剤)の代わりに、塩基性化合物の存在下、スルホン酸クロリド(例えば、トシルクロリド、メシルクロリド等)を用いてアルコールをスルホン酸エステル化したものをアルキル化剤として用いる方法;などが挙げられる。
本発明のPGAを解重合してグリコリドを製造する方法においては、工程(I)〜工程(III)において、グリコール酸オリゴマーやポリグリコリド等のPGA(A)のポリエチレングリコールエーテル(B)に対する溶解性(具体的には、溶解度及び/または溶解速度を意味する。)を高めるために、可溶化剤(C)を更に含有する混合物を使用することができる。
アミン、ピリジン、キノリン等の塩基性化合物は、PGAや生成するグリコリドと反応するおそれがあるため、好ましくない。
ポリエチレングリコールエーテル(B)に相溶性または可溶性の化合物であれば、常温で液体でも固体でもよい。
特に、可溶化剤(C)として、その常圧における沸点が、PGAの解重合反応に使用するポリエチレングリコールエーテル(B)の常圧における沸点より高い化合物を使用すると、PGAの解重合反応により生成するグリコリドの留出時に、可溶化剤(C)が、グリコリド及びポリエチレングリコールエーテル(B)とともに留出しないか、または、留出量が極めて少なくなるので、好ましい。多くの場合、常圧における沸点が400℃以上、更には450℃以上、場合によっては470℃以上の化合物を可溶化剤(C)として使用することにより、良好な結果を得ることができる。ただし、解重合に使用するポリエチレングリコールエーテル(B)の常圧における沸点より、常圧における沸点が低い化合物であっても、アルコール類などは、可溶化剤(C)として好適に使用することができることがある。
可溶化剤(C)とPGA(A)との親和性は、以下の方法で確認することができる。すなわち、a)PGA(A)とポリエチレングリコールエーテル(B)との混合物を温度230〜280℃に加熱して均一な溶液相を形成させ、b)そこに、PGA(A)を更に添加して、その濃度を、混合物が均一溶液相を形成しなくなるまで高め、c)そこに可溶化剤を加えて、再び均一溶液相を形成するか否かを目視により観察する。
HO−(−R1−O−)q−H (2)
(式中、R1はメチレン基または炭素数2〜8の直鎖状または分岐状のアルキレン基を表し、qは1以上の整数を表し、q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。)
で表されるポリアルキレングリコールが挙げられる。このような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が挙げられる。これらは、それぞれ単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。
HO−(−R2−O−)r−X1 (3)
(式中、R2はメチレン基または炭素数2〜8の直鎖状または分岐状のアルキレン基を表し、X1は炭化水素基を表し、rは1以上の整数を表し、r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。)
で表されるポリアルキレングリコールモノエーテルが挙げられる。このような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メチルエーテル、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等のポリエチレングリコールモノエーテル;該ポリエチレングリコールモノエーテルにおいて、エチレンオキシ基をプロピレンオキシ基に代えたポリプロピレングリコールモノエーテル;該ポリエチレングリコールモノエーテルにおいて、エチレンオキシ基をブチレンオキシ基に代えたポリブチレングリコールモノエーテル;その他のポリアルキレングリコールモノエーテル;などが挙げられる。ポリエチレングリコールモノエーテル等のポリアルキレングリコールモノエーテルは、そのエーテル基として炭素数1〜18のアルキル基を有するものが好ましく、炭素数3〜16のアルキル基を有するものがより好ましい。これらは、それぞれ単独で、または2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明のPGAを解重合してグリコリドを製造する方法においては、PGAがポリエチレングリコールエーテル(B)に溶解して、その表面積が極度に広がるために、解重合によるグリコリドの発生速度または揮発速度が大きい。したがって、一般に、解重合のための触媒(例えば、錫化合物、アンチモン化合物等)を用いる必要はない。熱安定性に優れたポリエチレングリコールエーテル(B)を用いている本発明の製造方法において、触媒は、むしろ有害になるおそれもある。しかし、本発明の「溶液相解重合法」を本質的に損なわない範囲において、触媒を使用することもできる。
本発明のPGAを解重合してグリコリドを製造する方法は、以下の工程を含むものである。
(II)前記混合物を、PGA(A)の融液相と該ポリエチレングリコールエーテル(B)からなる液相とが実質的に均一な相を形成する溶液状態とする溶液形成工程、
(III)該溶液状態で加熱を継続することによって、PGA(A)の解重合反応によりグリコリドを生成させるグリコリド生成工程、
(IV)生成したグリコリドをポリエチレングリコールエーテル(B)とともに、解重合反応系から留出させる留出工程、及び、
(V)留出物からグリコリドを回収する回収工程。
加熱工程(I)においては、所定量のPGA(A)、ポリエチレングリコールエーテル(B)、及び、必要に応じて加える可溶化剤(C)を含有する混合物(解重合組成物)を、常圧下または減圧下に、必要に応じて脱水のための加熱を行った後に、PGA(A)の解重合が起こる温度、すなわち、通常190℃以上であり、好ましくは200〜232℃、より好ましくは205〜230℃、特に好ましくは210〜228℃程度の温度に加熱する。加熱工程(I)は、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましく、通常は常圧下で行えばよいが、減圧を行う場合は、50〜100kPaの範囲程度とすればよい。
加熱工程(I)により、PGA(A)の全部または大半が融解して、融液層となり、ポリエチレングリコールエーテル(B)、及び、必要に応じて加える可溶化剤(C)からなる液相に溶解して実質的に均一な相を形成する溶液状態とする溶液形成工程(II)を行う。溶液形成工程(II)を行う温度は、加熱工程(I)で加熱した温度と同程度に維持することが好ましい。溶液形成工程(II)では、PGA(A)とポリエチレングリコールエーテル(B)、及び、必要に応じて加える可溶化剤(C)とが完全に均一な相を形成することが好ましいが、PGA融液相の残存率が0.5以下であれば、PGA融液相が共存してもよい。ここで、「融液相の残存率」とは、流動パラフィン等のPGAに対して実質的に溶解力がない溶媒中に、PGA(A)F(g)を加えて解重合が起こる温度に加熱した際に形成されるPGA(A)の融液相の容積がa(ml)であり、実際に使用する溶媒中でPGA(A) F(g)を解重合が起こる温度に加熱して形成されるPGA(A)の融液相の容積がb(ml)である場合に、b/aの比率として表されるものをいう。ここで、実際に使用する溶媒とは、ポリエチレングリコールエーテル(B)の単独使用、またはポリエチレングリコールエーテル(B)と可溶化剤(C)との併用を意味する。PGA(A)の融液相の残存率は、好ましくは0.3以下、より好ましくは0.1以下、最も好ましくは実質的にゼロである。
続いて、PGA(A)、ポリエチレングリコールエーテル(B)、及び、必要に応じて更に含有する可溶化剤(C)が、実質的に均一な液相を形成している溶液状態で、加熱を継続することによって、PGA(A)の解重合反応によりグリコリドを生成させるグリコリド生成工程(III)を行う。同時に、生成したグリコリドをポリエチレングリコールエーテル(B)とともに、解重合反応系から留出させる留出工程(IV)を行う。留出するグリコリドとポリエチレングリコールエーテル(B)との組成により、共留出温度が定まるので、例えば、加熱電流の制御等により、反応容器中の解重合反応系に供給する熱量を調整することによって、溶媒であるポリエチレングリコールエーテル(B)の留出速度(時間当たりの留出量を意味する。)を調整することができる。
続いて、回収工程(V)において、留出物からグリコリドを回収する。すなわち、グリコリドを含有する留出物を冷却し(グリコリドの常圧下における融点は85℃程度である。)、必要に応じてグリコリドの非溶媒を添加することにより、留出物からグリコリドを容易に分離回収することができる。回収したグリコリドは、必要に応じて、再結晶などにより精製を行うことができる。一方、グリコリドを除いた母液は、ポリエチレングリコールエーテル(B)を含有するが、これは熱安定性に優れているため、ほぼ全量を精製等の工程を経ることなく再利用することができる。ポリエチレングリコールエーテル(B)は、活性炭等で吸着させて精製したり、または蒸留等により精製してから再利用してもよい。
先に述べたグリコリド生成工程(III)及び留出工程(IV)を行う温度は、前記の加熱工程(I)及び溶液形成工程(II)を行う温度と、同一でもよい。この場合、工程(I)〜工程(III)において、混合物を、好ましくは200〜232℃、より好ましくは205〜230℃、特に好ましくは210〜228℃程度の温度に加熱することとなる。グリコリド生成工程(III)及び留出工程(IV)を行う温度は、前記の加熱工程(I)及び溶液形成工程(II)を行う温度と異なってもよいが、好ましくは200〜232℃、より好ましくは205〜230℃、特に好ましくは210〜228℃程度の温度に加熱するとよい。また、例えば、工程(III)及び工程(IV)を行う温度を、工程(I)及び工程(II)を行う温度より高くしてもよい。
(i)高分子量のPGA(A)と、
下記式(1)
X−O−(−CH2CH2−O−)p−Y (1)
(式中、X及びYは、それぞれ独立して、炭素数2〜20のアルキル基またはアリール基を表し、pは、1〜5の整数を表す。)
で表され、かつ、分子量が150〜450であり、圧力3kPaにおける沸点が130〜220℃であるポリエチレングリコールエーテル(B)と、
(C1)常圧における沸点が180℃以上で、一価または二価以上の多価アルコール、及び/または、(C2)常圧における沸点が180℃以上で、ポリエチレングリコールエーテル(B)に相溶性のある非塩基性化合物(一価または二価以上の多価アルコールを除く。)からなる可溶化剤(C)とを含有する混合物を、常圧下または減圧下に、PGA(A)の解重合が起こる温度に加熱する加熱工程、
(ii)前記混合物を、PGA(A)の融液相とポリエチレングリコールエーテル(B)と可溶化剤(C)とからなる液相とが実質的に均一な相を形成する溶液状態とする溶液形成工程、
(iii)減圧下に、溶液状態で加熱を継続することによって、PGA(A)の解重合反応によりグリコリドを生成させるグリコリド生成工程、
(iv)生成したグリコリドをポリエチレングリコールエーテル(B)とともに、解重合反応系から留出させる留出工程、及び、
(v)留出物からグリコリドを回収する回収工程
を含むことを特徴とするグリコリドの製造方法である。なお、加熱工程(i)、溶液形成工程(ii)、グリコリド生成工程(iii)、留出工程(iv)及び回収工程(v)の趣旨や条件は、既に述べたとおりである。
PGAの解重合反応系におけるグリコリドの生成速度(以下、「GL生成速度」ということがある。)は、以下の方法により測定する。すなわち、解重合反応の開始直後(初期)の1時間、または、所定時間経過後最初の1時間に留出した留出液(グリコリドと溶媒)を温度85℃の温水で冷却してグリコリドと溶媒とを分離させる。通常、下層にグリコリド相ができ、上層は溶媒相となる。下層のグリコリド相は液状のままで分離回収することができ、回収したグリコリドの質量(g)を計測する。回収したグリコリドの質量(g)から、解重合反応の開始直後または所定時間経過後の時点におけるGL生成速度(単位:g/時間)を算出する。例えば、解重合反応の開始直後(初期)の1時間、並びに、解重合反応の開始から10日間経過後、同20日間経過後、及び同30日間経過後の、それぞれ最初の1時間に留出したグリコリドと溶媒を採取して、解重合反応の開始直後(初期)、解重合反応の開始から10日間経過後、同20日間経過後、及び同30日間経過後の時点におけるGL生成速度を測定することにより、PGAの解重合の進行度合いを把握することができる。
PGAの解重合反応液中のジグリコール酸濃度は、以下の方法により測定する。すなわち、解重合反応の開始直後(初期)、または、所定時間経過時に、反応容器内の反応液を採取して、反応液中のジグリコール酸濃度を、液体クロマトグラフィーによって測定する。例えば、解重合反応の開始から所定時間経過時としては、解重合反応の開始から10日間経過時、20日間経過時、及び30日間経過時のジグリコール酸濃度(以下、「DGA濃度」という。)を測定することにより、PGAの解重合反応系における不純物であるジグリコール酸の生成度合いを把握することができる。解重合反応の開始から30日間経過時のDGA濃度が、5%以下、好ましくは4.6%以下、より好ましくは4.4%以下であると、PGAの解重合によるグリコリドの製造が、ジグリコール酸の生成によって、短期間で阻害されるおそれが少ないということができる。30日間経過時のDGA濃度の下限値は0%である。
また、本発明のグリコリドの製造方法によれば、10日間経過後のポリグリコール酸ロス率(以下、「10日間経過後のPGAロス率」ということがある。)が小さいので、長期間に亘ってグリコリドの製造を継続することができるとともに、原単位の向上にも寄与することができる。10日間経過後のPGAロス率は、ポリグリコール酸の解重合反応を10日間継続させたときに、その間に投入した全ポリグリコール酸の量(単位:g。以下、同じである。)に対する、留出した全グリコリドの量及び反応液中のポリグリコール酸の量(すなわち、解重合反応を終了したときに反応液中に残存しているポリグリコール酸の量)の合計の比とに基づき、以下の式によって算出する(単位:質量%)。
(式) PGAロス率(質量%)=100−〔(留出した全グリコリドの量+反応液中のポリグリコール酸の量)/投入した全ポリグリコール酸の量〕×100
本発明のグリコリドの製造方法によれば、10日間経過後のPGAロス率を、18質量%以下、好ましくは17質量%以下とすることができ、ポリエチレングリコールエーテル(B)と可溶化剤(C)の組み合わせや、工程(I)〜(III)の条件の選択によっては、16.5質量%以下とすることができる。
本発明のグリコリドの製造方法は、いわば「溶液相解重合法」ともいうべき方法である。この製造方法によれば、以下のような理由により、効率よくグリコリドを製造することができる。
PGAを解重合してグリコリドを製造する解重合反応系におけるGL生成速度は、以下の方法により測定した。すなわち、PGAの解重合反応の開始直後(初期)の1時間、並びに、解重合反応の開始から10日間経過後、同20日間経過後、及び同30日間経過後の、それぞれ最初の1時間、に留出したグリコリドと溶媒とを採取した。温度85℃の温水で冷却して、グリコリドと溶媒とを分離し、グリコリドは酢酸エチルで再結晶して、グリコリドと溶媒の質量(g)をそれぞれ計測して、開始直後、解重合反応の開始から10日間経過後、同20日間経過後、及び同30日間経過後の時点におけるGL生成速度(単位:g/時間)を算出した。
PGAの解重合反応液中のジグリコール酸濃度は、以下の方法により測定した。すなわち、解重合反応の開始直後(初期)、解重合反応の開始から10日間経過時、同20日間経過時、及び同30日間経過時に、反応容器内の反応液を採取して、反応液中のジグリコール酸濃度(質量%)を、液体クロマトグラフィーによって測定した。
10日間経過後のポリグリコール酸ロス率(10日間経過後のPGAロス率)は、ポリグリコール酸の解重合反応を10日間継続させたときに、その間に投入した全ポリグリコール酸の量(単位:g。以下、同じである。)に対する、留出した全グリコリドの量及び反応液中のポリグリコール酸の量(すなわち、解重合反応を終了したときに反応液中に残存しているポリグリコール酸の量)の合計の比とに基づき、以下の式によって算出した(単位:質量%)。
(式) PGAロス率(質量%)=100−〔(留出した全グリコリドの量+反応液中のポリグリコール酸の量)/投入した全ポリグリコール酸の量〕×100
PGA(A)として、グリコール酸オリゴマー〔重量平均分子量19,000(GPC測定による。以下同じ。)〕160gを、冷却器を連結した500mlフラスコ(反応容器)に仕込み、溶媒であるポリエチレングリコールエーテル(B)〔以下、「溶媒(B)」ということがある。〕として、エチレングリコールブチルドデシルエーテル(圧力3kPaにおける沸点211℃。以下、「溶媒1」ということがある。)を35g加え〔PGA(A)100質量部に対して、21.9質量部に相当する。〕、さらに、可溶化剤(C1)として、テトラエチレングリコールモノオクチルエーテル89g、及び、可溶化剤(C2)として、ポリエチレングリコールジメチルエーテル#500(数平均分子量500、日油株式会社製)35gからなる可溶化剤(C)を加えて、PGA(A)、溶媒(B)及び可溶化剤(C)からなる混合物(解重合組成物)を調製した。窒素ガス雰囲気下、反応容器であるフラスコの周囲に設置した加熱器(電流加熱)により、解重合組成物を加熱して、温度210℃で1時間脱水操作を行った後、解重合組成物を、温度225℃に加熱した(加熱工程)。PGA(A)は、溶媒に均一に溶解し、実質的に相分離していない溶液状態が形成されていることが目視により確認された(溶液形成工程)。
グリコリド生成工程における加熱条件を、温度230℃、圧力4.7kPaに変更したことを除き、実施例1と同様にして、PGA(A)を解重合して、グリコリドを製造した。GL生成速度(g/時間)、反応液中のDGA濃度(質量%)、及び、10日間経過後のPGAロス率を測定した結果を、表2に示す。
溶媒(B)である溶媒1を70g使用したこと、可溶化剤(C2)を使用しなかったこと、及び、グリコリド生成工程における加熱条件を、温度225℃、圧力5.0kPaに変更したことを除き、実施例1と同様にして、PGA(A)を解重合して、グリコリドを製造した。GL生成速度(g/時間)、反応液中のDGA濃度(質量%)、及び、10日間経過後のPGAロス率を測定した結果を、表2に示す。
溶媒(B)として、エチレングリコールジオクチルエーテル(圧力3kPaにおける沸点195℃。以下、「溶媒2」ということがある。)を使用したこと、グリコリド生成工程における温度及び圧力を、温度220℃、圧力4.5kPaに変更したことを除き、実施例1と同様にして、PGA(A)を解重合して、グリコリドを製造した。GL生成速度(g/時間)、反応液中のDGA濃度(質量%)、及び、10日間経過後のPGAロス率(質量%)を測定した結果を、表2に示す。
グリコリド生成工程における温度及び圧力を、温度230℃、圧力6.8kPaに変更したことを除き、実施例4と同様にして、PGA(A)を解重合して、グリコリドを製造した。GL生成速度(g/時間)、反応液中のDGA濃度(質量%)、及び、10日間経過後のPGAロス率(質量%)を測定した結果を、表2に示す。
溶媒である溶媒2を70g使用したこと、可溶化剤(C2)を使用しなかったこと、及び、グリコリド生成工程における加熱条件を、温度220℃、圧力5.5kPaに変更したことを除き、実施例4と同様にして、PGA(A)を解重合して、グリコリドを製造した。GL生成速度(g/時間)、反応液中のDGA濃度(質量%)、及び、10日間経過後のPGAロス率(質量%)を測定した結果を、表2に示す。
溶媒(B)である溶媒1に代えて、溶媒として、トリエチレングリコールブチルオクチルエーテル(圧力3kPaにおける沸点223℃であり、本発明において使用する溶媒(B)には属しない。以下、「溶媒3」ということがある。)70gを使用したこと(PGA100質量部に対して、43.8質量部に相当する。)、可溶化剤(C2)を使用しなかったこと、及び、グリコリド生成工程における加熱条件を、温度230℃、圧力2.8kPaに変更したことを除き、実施例1と同様にして、PGA(A)を解重合して、グリコリドを製造した。GL生成速度(g/時間)、反応液中のDGA濃度(質量%)、及び、10日間経過後のPGAロス率(質量%)を測定した結果を、表2に示す。
グリコリド生成工程における加熱条件を、温度235℃、圧力3.3kPaに変更したことを除き、比較例1と同様にして、PGA(A)を解重合して、グリコリドを製造したところ、30日間経過前にグリコリドの生成が停止した。GL生成速度(g/時間)、反応液中のDGA濃度(質量%)、及び、10日間経過後のPGAロス率(質量%)を測定した結果を、表2に示す。
可溶化剤(C)を加えなかったこと、及び溶媒として溶媒3を159g使用したことを除き、比較例1と同様にして、PGA及び溶媒(溶媒3)からなる解重合組成物〔可溶化剤を含有しない。〕を調製した。窒素ガス雰囲気下、解重合組成物を加熱して、温度210℃で1時間脱水操作を行った後、解重合組成物を、温度225℃に加熱したところ、PGA(A)は、溶媒に均一に溶解した溶液状態となっていないことが目視により確認された。
(I)PGA(A)と下記式(1)
X−O−(−CH2CH2−O−)p−Y (1)
(式中、X及びYは、それぞれ独立して、炭素数2〜20のアルキル基またはアリール基を表し、pは、1〜5の整数を表す。)
で表され、かつ、分子量が150〜450であり、圧力3kPaにおける沸点が130〜220℃であるポリエチレングリコールエーテル(B)とを含有する混合物を、常圧下または減圧下に、PGA(A)の解重合が起こる温度に加熱する加熱工程、(II)前記混合物を、PGA(A)の融液相とポリエチレングリコールエーテル(B)からなる液相とが実質的に均一な相を形成する溶液状態とする溶液形成工程、(III)該溶液状態で加熱を継続することによって、PGA(A)の解重合反応によりグリコリドを生成させるグリコリド生成工程、(IV)生成したグリコリドをポリエチレングリコールエーテル(B)とともに、解重合反応系から留出させる留出工程、及び、(V)留出物からグリコリドを回収する回収工程
を含む実施例1〜6のグリコリドの製造方法においては、
1)温度220〜230℃、及び圧力4.1〜6.8kPaという比較的穏和な条件において、PGA(A)の解重合反応によりグリコリドを製造することができる、
2)GL生成速度の時間経過による低下が緩慢である、
3)不純物であるジグリコール酸の生成が抑制できる、及び、
4)10日間経過後のPGAロス率が16.1質量%以下である、
ことから、長期間に亘ってグリコリドの製造を継続することができるメリットがあることが分かった。
ポリグリコール酸を解重合してグリコリドを製造する方法において、
(I)ポリグリコール酸(A)と、下記式(1)
X−O−(−CH2CH2−O−)p−Y (1)
(式中、X及びYは、それぞれ独立して、炭素数2〜20のアルキル基またはアリール基を表し、pは、1〜5の整数を表す。)
で表され、かつ、分子量が150〜450であり、圧力3kPaにおける沸点が130〜220℃であるポリエチレングリコールエーテル(B)とを含有する混合物を、常圧下または減圧下に、ポリグリコール酸(A)の解重合が起こる温度に加熱する加熱工程、
(II)前記混合物を、ポリグリコール酸(A)の融液相とポリエチレングリコールエーテル(B)からなる液相とが実質的に均一な相を形成する溶液状態とする溶液形成工程、
(III)該溶液状態で加熱を継続することによって、ポリグリコール酸(A)の解重合反応によりグリコリドを生成させるグリコリド生成工程、
(IV)生成したグリコリドをポリエチレングリコールエーテル(B)とともに、解重合反応系から留出させる留出工程、及び、
(V)留出物からグリコリドを回収する回収工程
を含むことを特徴とするグリコリドの製造方法であることによって、製造効率の低下がなく長期間に亘って反応を継続することができ、効率的かつ経済的に、ポリグリコール酸を解重合してグリコリドを製造する方法が提供されるので、産業上の利用可能性が高い。
Claims (20)
- ポリグリコール酸を解重合してグリコリドを製造する方法において、
(I)ポリグリコール酸(A)と、下記式(1)
X−O−(−CH2CH2−O−)p−Y (1)
(式中、X及びYは、それぞれ独立して、炭素数2〜20のアルキル基またはアリール基を表し、pは、1を表す。)
で表され、かつ、分子量が150〜450であり、圧力3kPaにおける沸点が130〜220℃であるポリエチレングリコールエーテル(B)とを含有する混合物を、常圧下または減圧下に、ポリグリコール酸(A)の解重合が起こる温度に加熱する加熱工程、
(II)前記混合物を、ポリグリコール酸(A)の融液相とポリエチレングリコールエーテル(B)からなる液相とが実質的に均一な相を形成する溶液状態とする溶液形成工程、
(III)該溶液状態で加熱を継続することによって、ポリグリコール酸(A)の解重合反応によりグリコリドを生成させるグリコリド生成工程、
(IV)生成したグリコリドをポリエチレングリコールエーテル(B)とともに、解重合反応系から留出させる留出工程、及び、
(V)留出物からグリコリドを回収する回収工程
を含み、
前記混合物中のポリエチレングリコールエーテル(B)の含有量が、ポリグリコール酸(A)100質量部に対して15〜50質量部であり、
前記グリコリド生成工程及び前記留出工程の温度が210〜228℃であることを特徴とするグリコリドの製造方法。 - ポリエチレングリコールエーテル(B)は、温度85℃におけるグリコリドの溶解度が0.1〜5質量%であるポリエチレングリコールエーテルである請求項1記載のグリコリドの製造方法。
- ポリエチレングリコールエーテル(B)は、前記式(1)におけるX及びYがいずれもアルキル基であり、かつ、これらのアルキル基の炭素数の合計が5〜28であるポリエチレングリコールエーテルである請求項1記載のグリコリドの製造方法。
- 工程(I)〜(III)において、混合物を温度200〜232℃に加熱する請求項1記載のグリコリドの製造方法。
- 工程(III)において、0.3〜90kPaの減圧下で加熱を継続する請求項1記載のグリコリドの製造方法。
- 工程(I)〜工程(III)において、前記混合物が、ポリグリコール酸(A)のポリエチレングリコールエーテル(B)に対する溶解性を高める可溶化剤(C)を更に含有する請求項1記載のグリコリドの製造方法。
- 可溶化剤(C)は、常圧における沸点が180℃以上で、ポリエチレングリコールエーテル(B)に相溶性のある非塩基性化合物である請求項6記載のグリコリドの製造方法。
- 可溶化剤(C)は、一価または二価以上の多価アルコール、フェノール、一価または二価以上の多価脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸とアミンとの脂肪族アミド、脂肪族イミド、及び分子量が450を超えるポリアルキレングリコールエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項6記載のグリコリドの製造方法。
- 可溶化剤(C)は、式(2)
HO−(−R1−O−)q−H (2)
(式中、R1は、メチレン基または炭素数2〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表し、qは、1以上の整数を表し、q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。)
で表されるポリアルキレングリコールを含む請求項6記載のグリコリドの製造方法。 - 前記ポリアルキレングリコールは、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、及びポリブチレングリコールからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項9記載のグリコリドの製造方法。
- 可溶化剤(C)は、式(3)
HO−(−R2−O−)r−X1 (3)
(式中、R2は、メチレン基または炭素数2〜8の直鎖状若しくは分岐状のアルキレン基を表し、X1は、炭化水素基を表し、rは、1以上の整数を表し、r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。)
で表されるポリアルキレングリコールモノエーテルを含む請求項6記載のグリコリドの製造方法。 - ポリアルキレングリコールモノエーテルは、ポリエチレングリコールモノエーテル、ポリプロピレングリコールモノエーテル、及びポリブチレングリコールモノエーテルからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項11記載のグリコリドの製造方法。
- ポリアルキレングリコールモノエーテルは、そのエーテル基として炭素数1〜18のアルキル基を有するものである請求項11記載のグリコリドの製造方法。
- 可溶化剤(C)は、(C1)常圧における沸点が180℃以上で、一価または二価以上の多価アルコール、及び、(C2)常圧における沸点が180℃以上で、ポリエチレングリコールエーテル(B)に相溶性のある非塩基性化合物(一価または二価以上の多価アルコールを除く。)を含有する請求項6記載のグリコリドの製造方法。
- 可溶化剤(C)を、ポリグリコール酸(A)100質量部に対して、0.1〜500質量部の割合で添加する請求項6記載のグリコリドの製造方法。
- 工程(V)において、留出物をコンデンサーで冷却して、グリコリドとポリエチレングリコールエーテル(B)とを液状で相分離させ、グリコリド相を分離回収する請求項1記載のグリコリドの製造方法。
- 留出物を温度85〜180℃に冷却して、グリコリドとポリエチレングリコールエーテル(B)とを液状で相分離させる請求項16記載のグリコリドの製造方法。
- 解重合反応を継続しながら相分離を行い、留出物中のグリコリドを下層のグリコリド相中に凝縮させる請求項16記載のグリコリドの製造方法。
- ポリエチレングリコールエーテル(B)相を分離して、解重合反応系に循環させる請求項16記載のグリコリドの製造方法。
- ポリエチレングリコールエーテル(B)は、常圧における沸点が230〜450℃である請求項1記載のグリコリドの製造方法。
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