RU2624905C2

RU2624905C2 - Method for preparing catalyst for biodiversive aliphatic synthesis of complex polyesters

Info

Publication number: RU2624905C2
Application number: RU2015154781A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Константинович Поляков; Юрий Иванович Кирюхин; Виталий Иванович Гомзяк; Сергей Николаевич Чвалун
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-07-10
Also published as: RU2015154781A

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: polymers have the ability to completely biodegrade in a living organism or natural environment and can be used to create products of a wide range of both medical and household applications. The method for the preparing a catalyst for the synthesis of biodegradable aliphatic polyesters based on α-substituted hydroxyl-containing carboxylic acids and tin-containing salts are carried out by reacting the components in a concentrated aqueous solution of lactic acid in a temperature range of 100-180°C at the initial concentration of tin-containing salts of 5.0-0.01 wt %, the catalyst forming reaction is carried out for 1-5 hours with continuous removal of water. The method is characterized in that the tin salts are selected from the group, in which the anion has volatility in the selected temperature range. In tin-containing salts, 60-80% of the metal cations are selected from the group: Mg (4-13%), Zn (25-35%), Al (5-11%), Sb (20-25%), Mn (1-4%), Co (2%), Cu (1%), Mo (2%), Ni (2%), Bi (50-4%), B (1-2%).

EFFECT: preparation of a catalyst having enhanced catalytic activity in a process for producing biodegradable aliphatic polyesters.

5 ex

Description

Изобретение относится к области химии полимеров, в частности катализа получения алифатических сложных полиэфиров способом поликонденсации α-замещенных оксикислот, преимущественно молочной кислоты. Получаемые полимеры обладают способностью к полному биоразложению в живом организме или естественных природных условиях и могут быть использованы для создания изделий широкого ассортимента как медицинского, так и бытового применения.The invention relates to the field of polymer chemistry, in particular the catalysis of the production of aliphatic polyesters by the method of polycondensation of α-substituted hydroxy acids, mainly lactic acid. The resulting polymers are capable of complete biodegradation in a living organism or in natural environment and can be used to create a wide range of products for both medical and domestic use.

Известно, что наиболее распространенным и промышленно освоенным способом получения алифатических сложных полиэфиров является полимеризация циклических сложных эфиров - моно- или дилактонов, осуществляемая в расплаве мономеров и катализируемая преимущественно оловосодержащими соединениями (J. Macromol. Sci. part C, Polym. Rev. 45, 325-349, 2005). Однако существует и альтернативный способ получения тех же полиэфиров методом поликонденсации α-замещенных оксикислот, также катализируемой аналогичными оловосодержащими соединениями (Biotechnology Advancts 30, 2012, 321-328). Сопоставление этих двух методов показывает, что оба они хотя и приводят к совершенно идентичным по строению полимерам (при условии одинакового исходного сырья), тем не менее имеют свои отличительные преимущества и недостатки.It is known that the most common and industrially developed method for producing aliphatic polyesters is the polymerization of cyclic esters - mono- or dilactones, carried out in a monomer melt and catalyzed mainly by tin-containing compounds (J. Macromol. Sci. Part C, Polym. Rev. 45, 325, -349, 2005). However, there is an alternative method for producing the same polyesters by polycondensation of α-substituted hydroxy acids, also catalyzed by similar tin compounds (Biotechnology Advancts 30, 2012, 321-328). A comparison of these two methods shows that although both of them lead to completely identical polymers in structure (provided the same feedstock is the same), they nevertheless have their own distinctive advantages and disadvantages.

Полимеризационный способ характеризуется возможностью более легкого достижения высоких молекулярных масс, необходимых для реализации оптимальных физико-механических свойств конечных полимеров, однако требует для этого промежуточной (дополнительной) стадии синтеза лактонов и высокой степени их очистки.The polymerization method is characterized by the ability to more easily achieve the high molecular weights necessary to realize the optimal physicomechanical properties of the final polymers, however, this requires an intermediate (additional) stage of the synthesis of lactones and a high degree of purification.

Поликонденсационный способ позволяет получать полиэфиры прямой конденсацией α-замещенных оксикислот, минуя стадию синтеза мономера, однако для достижения требуемых молекулярных масс необходимо применение достаточно активных катализаторов и вакуума с целью тщательного удаления продуктов конденсации. Оба способа основаны на идентичном исходном, возобновляемом, природном сырье (преимущественно молочной кислоте) и катализируются одними и теми же катализаторами.The polycondensation method allows polyesters to be obtained by direct condensation of α-substituted hydroxy acids, bypassing the monomer synthesis step, however, to achieve the required molecular weights, it is necessary to use sufficiently active catalysts and vacuum to thoroughly remove the condensation products. Both methods are based on identical starting, renewable, natural raw materials (mainly lactic acid) and are catalyzed by the same catalysts.

Тенденция, наметившаяся в научной и патентной литературе, однозначно показывает, что, несмотря на промышленную реализацию полимеризационного способа в ряде стран (США, Япония, Великобритания, Германия, Китай), предпочтение все больше оказывается поликонденсационному способу, который хотя и не освоен в промышленном масштабе, но при соответствующей технической доработке, несомненно, будет вытеснять полимеризационный способ, т.к. обладает более высокой экономической эффективностью.The trend emerging in the scientific and patent literature clearly shows that, despite the industrial implementation of the polymerization method in a number of countries (USA, Japan, Great Britain, Germany, China), preference is increasingly being given to the polycondensation method, which, although not mastered on an industrial scale , but with appropriate technical refinement, it will undoubtedly displace the polymerization method, because possesses higher economic efficiency.

Оба обсуждаемых способа имеют один и тот же недостаток, заключающийся в необходимости удаления (или, по крайней мере, понижения концентрации) каталитических остатков в готовом полимере, которые заметно ухудшают его эксплуатационные свойства (катализ обратной реакции разложения полимера, токсичность тяжелых металлов, содержащихся в катализаторе). Указанное требование особенно актуально при использовании биоразлагаемых полиэфиров в медицине, которая требует высокой чистоты конечных полимеров. Известный прямой способ очистки растворением полимера и последующим его осаждением хотя и приводит к приемлемым результатам, однако характеризуется большими отходами и значительным удорожанием продукта.Both discussed methods have the same drawback, namely, the need to remove (or at least lower the concentration) of catalytic residues in the finished polymer, which noticeably worsen its operational properties (catalysis of the reverse polymer decomposition reaction, toxicity of heavy metals contained in the catalyst ) This requirement is especially relevant when using biodegradable polyesters in medicine, which requires high purity of the final polymers. The known direct method of purification by dissolving the polymer and its subsequent precipitation, although it leads to acceptable results, is characterized by large waste and a significant increase in the cost of the product.

Две альтернативы известному способу очистки готовых полиэфиров могут быть выявлены при анализе литературы. Первый основан на применении гетерогенных катализаторов полимеризации или поликонденсации, которые характеризуются отсутствием растворения (или уноса) в течение синтеза и возможностью полного (количественного) отделения их по окончании процесса. Второй заключается в повышении активности гомогенных катализаторов, которая позволяет существенно снизить их концентрацию при синтезе полимера и получить приемлемые для данного применения значения остаточных концентраций без дополнительной очистки. Обе альтернативы равноценны и интенсивно разрабатываются.Two alternatives to the known method for purifying finished polyesters can be identified by analysis of the literature. The first is based on the use of heterogeneous polymerization or polycondensation catalysts, which are characterized by the absence of dissolution (or entrainment) during synthesis and the possibility of their complete (quantitative) separation at the end of the process. The second is to increase the activity of homogeneous catalysts, which can significantly reduce their concentration in the synthesis of the polymer and obtain acceptable residual concentrations for this application without further purification. Both alternatives are equivalent and intensively developed.

Из наиболее применяемых гетерогенных катализаторов можно выделить металлсодержащие: металлическое олово, его окислы, окислы других металлов, в частности титана, цинка, сурьмы и т.д. Все указанные металлсодержащие катализаторы характеризуются достаточно высокой каталитической активностью, которая достигается преимущественно за счет применения их в высокодисперсном состоянии, что, однако, создает известные трудности при их выделении из высоковязких конечных полимерных расплавов (в том числе и по причине образования прививок между органической и неорганической составляющими).Metal-containing catalysts can be distinguished from the most used heterogeneous catalysts: metal tin, its oxides, oxides of other metals, in particular titanium, zinc, antimony, etc. All of these metal-containing catalysts are characterized by a sufficiently high catalytic activity, which is achieved mainly due to their use in a finely dispersed state, which, however, creates known difficulties in their separation from highly viscous final polymer melts (including due to the formation of grafts between the organic and inorganic components )

В качестве других гетерогенных катализаторов весьма перспективно использование кислых, не содержащих металлов катализаторов, в частности сернокислотных, в которых серная кислота нанесена на подходящий органический носитель, отделяемый от полимера вместе с отработанным катализатором по окончании поликонденсации. Иммобилизованные сернокислотные катализаторы обладают высокой каталитической активностью и позволяют получать полимеры с высокой молекулярной массой, характеризуются малой окрашивающей способностью по сравнению с металлсодержащими, однако трудности по выделению полимера, свободного от каталитических остатков, содержащихся на носителе, при этом сохраняются.As other heterogeneous catalysts, the use of acidic, metal-free catalysts, in particular sulfuric acid, in which sulfuric acid is supported on a suitable organic carrier separated from the polymer together with the spent catalyst at the end of the polycondensation, is very promising. Immobilized sulfuric acid catalysts have high catalytic activity and allow to obtain polymers with a high molecular weight, are characterized by a low coloring ability compared to metal-containing ones, however, difficulties remain in isolating a polymer free of catalytic residues contained on the support.

Известно также комбинирование сульфониевых и оловосодержащих компонент, например, в виде сульфониевых солей олова, которое в условиях полимеризации активирует катализатор в целом. В условиях конденсации (и при наличии воды в системе) указанные соли диссоциируют на отдельные (и, возможно, индивидуальные) компоненты, самостоятельно ведущие процесс, что приводит к отсутствию активирующего действия.It is also known to combine sulfonium and tin-containing components, for example, in the form of tin sulfonium salts, which activates the catalyst as a whole under polymerization conditions. Under conditions of condensation (and in the presence of water in the system), these salts dissociate into separate (and possibly individual) components that independently conduct the process, which leads to the absence of an activating effect.

Повышение активности гомогенных оловосодержащих катализаторов осуществляется преимущественно как за счет выбора их оптимального для данного типа реакции строения (валентность металла, строение органического радикала, связанного с ним, стерические затруднения, создаваемые около металла и т.д.), так и за счет подбора соответствующего лигандного окружения вокруг металла (например, с помощью азотсодержащих оснований).The increase in the activity of homogeneous tin-containing catalysts is carried out mainly both by choosing their optimal structure for this type of reaction (metal valency, the structure of the organic radical associated with it, steric hindrances created near the metal, etc.), and by selecting the corresponding ligand surroundings around the metal (for example, using nitrogen-containing bases).

Известны приемы конструирования каталитических систем поликонденсации на основе олова, добавлением других различных катионов (например, в синтезе ароматических полиэфиров на основе терефталевой кислоты).Known techniques for the construction of catalytic polycondensation systems based on tin, the addition of various other cations (for example, in the synthesis of aromatic polyesters based on terephthalic acid).

В качестве примеров можно привести следующие патенты аналоги.As examples, the following patents analogues.

Индивидуальное металлическое олово в качестве катализатора получения ароматического полиэфира на основе терефталевой кислоты предложено достаточно давно в качестве замены классической p-толуолсульфокислоты (например, пат. США №3055867 от 1962 г.). Такая замена позволила ликвидировать окраску полиэфира, резко снизить его кислотное число (с 10 до 2-3) и необходимую концентрацию катализатора (вплоть до 0,001%), а также гидролитическую стабильность полимера. Этерификация проводилась в интервале температур 220-240°C, в течение 4-5 часов, по достижении кислотного числа 2,5.Individual metal tin as a catalyst for the production of aromatic polyester based on terephthalic acid has been proposed for a long time as a replacement for the classical p-toluenesulfonic acid (for example, US Pat. No. 3055867 from 1962). Such a replacement made it possible to eliminate the color of the polyester, sharply reduce its acid number (from 10 to 2-3) and the required concentration of catalyst (up to 0.001%), as well as the hydrolytic stability of the polymer. The esterification was carried out in the temperature range 220-240 ° C, for 4-5 hours, upon reaching an acid number of 2.5.

Дальнейшим развитием "металлического" катализа явился переход от монометалла (олово) к полиметаллическим системам, содержащим наряду с оловом в разных сочетаниях сурьму, медь, цинк, кадмий, висмут, свинец и даже ртуть. Наиболее удобным способом комбинирования металлов явилось применение в качестве катализаторов металлических сплавов, в которых основным компонентом фигурировало все то же олово.A further development of “metallic” catalysis was the transition from monometallic (tin) to polymetallic systems containing, along with tin in various combinations, antimony, copper, zinc, cadmium, bismuth, lead, and even mercury. The most convenient way to combine metals was the use of metal alloys as catalysts, in which the same tin was used as the main component.

Известно, что применение сплавов вместо чистого металла впервые стало применяться при получении полиэтилентерефталата способом сополиконденсации терефталевой кислоты с диэтиленгликолем. В качестве примеров можно привести следующие работы.It is known that the use of alloys instead of pure metal was first used in the production of polyethylene terephthalate by the method of copolycondensation of terephthalic acid with diethylene glycol. The following works can be cited as examples.

В патенте СССР №343451 для катализа синтеза полиэтилентерефталата предложен многокомпонентный сплав, содержащий, помимо олова, сурьму, свинец и кадмий (который в другом варианте заменялся на добавку марганца). Предложенный катализатор позволял проводить одновременно переэтерификацию эфира терефталевой кислоты (взятого в качестве исходного продукта) и получение собственно полиэтилентерефталата. Температурный интервал реакции 250-275°C, при котором наиболее вероятным состоянием катализатора является жидкий расплав.In USSR patent No. 343451 for the catalysis of the synthesis of polyethylene terephthalate, a multicomponent alloy is proposed, containing, in addition to tin, antimony, lead and cadmium (which in another embodiment was replaced with an addition of manganese). The proposed catalyst made it possible to simultaneously transesterify the terephthalic acid ester (taken as the starting material) and obtain the polyethylene terephthalate proper. The reaction temperature range is 250-275 ° C, at which the most probable state of the catalyst is liquid melt.

В патенте СССР №346877 предложен модифицированный, также многокомпонентный катализатор синтеза полиэтилентерефталата. В качестве модифицирующих добавок предложены щелочные или щелочноземельные металлы, вводимые в виде предварительно синтезированных гликолятных производных. Модификация катализатора позволила существенно улучшить качество полиэфира. В обоих приведенных примерах остатки катализатора растворялись в полимере и в дальнейшем из него не извлекались, что составляло по современным меркам не менее 300-500 ppm.In USSR patent No. 346877, a modified, also multicomponent catalyst for the synthesis of polyethylene terephthalate is proposed. Alkali or alkaline earth metals introduced as pre-synthesized glycolate derivatives are proposed as modifying additives. Modification of the catalyst has significantly improved the quality of the polyester. In both examples, the catalyst residues were dissolved in the polymer and subsequently were not removed from it, which, according to modern standards, was not less than 300-500 ppm.

В пат. США №3651016 предложен 3-компонентный катализатор, состоящий из 35-50% сурьмы, 35-50% свинца и 5-30% цинка и позволяющий получать полиэтилентерефталат из диметилового эфира терефталевой кислоты и этиленгликоля в две стадии: первой при 250°C и полной отгонке метанола за 2,5 часа, второй при 260°C и остаточном давлении 0,5 торр за 3 часа. Предложенный катализатор не нарушал термостабильность полимера и не вызывал его распада при температуре 280°C в течение как минимум 2 часов.In US Pat. US No. 3651016 proposed a 3-component catalyst consisting of 35-50% antimony, 35-50% lead and 5-30% zinc and allowing to obtain polyethylene terephthalate from dimethyl ester of terephthalic acid and ethylene glycol in two stages: the first at 250 ° C and full distillation of methanol in 2.5 hours, the second at 260 ° C and a residual pressure of 0.5 torr in 3 hours. The proposed catalyst did not violate the thermal stability of the polymer and did not cause its decomposition at a temperature of 280 ° C for at least 2 hours.

Приведенные примеры применения полиметаллических катализаторов в синтезе полиэтилентерефталата несомненно доказывают их преимущества перед монометаллами, и их перечень можно продолжить, однако аналогичных примеров на получение алифатических сложных полиэфиров и, в частности, полимолочной кислоты из молочной кислоты в патентной литературе нами не обнаружено.The above examples of the use of polymetallic catalysts in the synthesis of polyethylene terephthalate undoubtedly prove their advantages over monometalls, and the list can be continued, however, we did not find similar examples for the preparation of aliphatic polyesters and, in particular, polylactic acid from lactic acid.

Следует также отметить, что полиэтилентерефталат хотя и является полиэфиром, однако вследствие высокой кристалличности полимера удовлетворительной биоразлагаемостью ни в естественных природных условиях, ни тем более в живом организме не обладает и применяется преимущественно в качестве упаковок для пищевых продуктов (бутылки, изделия одноразового использования). Тем не менее, опыт, накопленный в синтезе этого полимера, вполне может использоваться для получения полиэфиров алифатического типа.It should also be noted that polyethylene terephthalate, although it is a polyester, however, due to the high crystallinity of the polymer, it does not possess satisfactory biodegradability neither in vivo nor in a living organism and is used mainly as packaging for food products (bottles, disposable products). Nevertheless, the experience gained in the synthesis of this polymer can well be used to obtain aliphatic-type polyesters.

Наиболее употребительными катализаторами полимеризации лактонов и поликонденсации оксикислот был (до недавнего времени) дигидрат двуххлористого олова, который впоследствии был вытеснен 2-этилгексоатом также двухвалентного олова. Двуххлористое олово характеризовалось достаточно высокой активностью в обоих типах процессов, однако содержащаяся в нем кристаллизационная вода создавала трудности как в катализе, так и при хранении продукта вследствие возможности его гидролиза и появления хлористого водорода, вызывающего неустойчивость процесса и коррозию аппаратуры.The most commonly used catalysts for the polymerization of lactones and polycondensation of hydroxy acids were (until recently) tin dichloride dihydrate, which was subsequently superseded by tin 2-ethylhexoate. Tin dichloride was characterized by a rather high activity in both types of processes, however, the crystallization water contained in it created difficulties both in catalysis and in storage of the product due to the possibility of hydrolysis and the appearance of hydrogen chloride, which causes process instability and equipment corrosion.

2-этилгексоат олова в значительной мере ликвидировал недостатки двуххлористого олова, стабилизировав катализ, однако как соль слабой кислоты и слабого основания также обладает неустойчивостью к гидролизу.Tin 2-ethylhexoate significantly eliminated the deficiencies of tin dichloride by stabilizing catalysis, however, as a salt of a weak acid and a weak base, it also has hydrolysis instability.

Первое промышленное применение 2-этилгексоата (октоата) олова в качестве катализатора зафиксировано в 1994 г. (Пат. США №5357035). Далее это соединение стало преобладающим в катализе получения полилактида и полимолочной кислоты (J. Polym. Environ, 2002, 9, 63-84. J. Macromol. Sci. part C, Polym. Rev. 45, 325-349, 2005). Синтез высокомолекулярной полимолочной кислоты прямой ее катализированной конденсацией впервые представлен в Macrom. Chem. Phys. 2002, 203, 2245-2250.The first industrial use of tin 2-ethylhexoate (octoate) as a catalyst was recorded in 1994 (US Pat. No. 5,353,035). Further, this compound became predominant in the catalysis of the preparation of polylactide and polylactic acid (J. Polym. Environ, 2002, 9, 63-84. J. Macromol. Sci. Part C, Polym. Rev. 45, 325-349, 2005). The synthesis of high molecular weight polylactic acid by its direct catalyzed condensation was first presented at Macrom. Chem. Phys. 2002, 203, 2245-2250.

В качестве примеров, в которых предложены другие способы, позволяющие активировать соединения олова, и в частности 2-этилгексоат, можно привести следующие. В патенте США №2013197186 A1 заявлен процесс получения полимолочной кислоты и преполимера на ее основе с помощью катализатора, комбинированного из диацетата 2-валентного олова, взятого в количестве 120 ppm (в расчете на атом олова и 100%-ную молочную кислоту), а также метансульфоновой кислоты, взятой в количестве 1100 ppm (в расчете на атом серы). Процесс получения форполимера проводят при 155°C, давлении 700 Ра, в течение 3,5 час. Получают форполимер с молекулярной массой 14700, с которым далее проводят доводочные операции при той же концентрации катализатора. Конечное содержание олова в готовом полимере не указывается, но оно, несомненно, превышает первоначальное (120 ppm), вследствие удаления воды из кислоты и превращения ее в полимер (ориентировочное превышение составляет не менее 20-25%). Как видно из данного патента, все операции проводятся при однократном введении катализатора, без предварительного получения его концентрата в преполимере с дальнейшим разбавлением в основной операции.As examples in which other methods have been proposed to activate tin compounds, and in particular 2-ethylhexoate, the following can be cited. U.S. Patent No. 2013197186 A1 claims a process for producing polylactic acid and a prepolymer based on it using a catalyst combined from 120 ppm diacetate diacetate (calculated per tin atom and 100% lactic acid), and methanesulfonic acid, taken in an amount of 1100 ppm (calculated per sulfur atom). The prepolymer process is carried out at 155 ° C, a pressure of 700 Ra, for 3.5 hours. A prepolymer with a molecular weight of 14,700 is obtained, with which further finishing operations are carried out at the same catalyst concentration. The final tin content in the finished polymer is not indicated, but it undoubtedly exceeds the initial (120 ppm), due to the removal of water from the acid and its transformation into a polymer (approximate excess is at least 20-25%). As can be seen from this patent, all operations are carried out with a single injection of the catalyst, without first obtaining its concentrate in the prepolymer with further dilution in the main operation.

В более раннем патенте США №5310865 конденсация молочной кислоты производилась с использованием метода азеотропной отгонки воды (компоненты азеотропа мета-ксилол, анизол, орто-дихлорбензол и т.д.) в присутствии трифторметансульфоната 2-валентного олова (570 ppm в расчете на металл) или металлического олова (2700-13000 ppm) с четким разделением процесса на две стадии. Первая - 2 час, 138°C, вторая - 40 час, 138°C (с применением вакуума температуру можно снижать до 130°C). Содержание олова в конечном полимере не сообщается, но можно полагать, что в случае трифторметансульфоната оно составляет 570+20% ppm, а с применением в качестве катализатора металлического олова оно может достигать не менее 500-1000 ppm вследствие частичного растворения металла в молочной кислоте на первой стадии конденсации. Достоинство патента состоит в применении высокоактивного катализатора, который позволил снизить температуру конденсации до 130°C, при которой рацемизация L-молочной кислоты практически отсутствует, однако содержание каталитических остатков в полимере остается достаточно высоким.In earlier US patent No. 5310865, lactic acid was condensed using the azeotropic distillation method of water (azeotrope components meta-xylene, anisole, ortho-dichlorobenzene, etc.) in the presence of trivalent tin trifluoromethanesulfonate (570 ppm per metal) or metal tin (2700-13000 ppm) with a clear separation of the process into two stages. The first is 2 hours, 138 ° C, the second is 40 hours, 138 ° C (using vacuum, the temperature can be reduced to 130 ° C). The tin content in the final polymer is not reported, but it can be assumed that in the case of trifluoromethanesulfonate it is 570 + 20% ppm, and using metal tin as a catalyst, it can reach at least 500-1000 ppm due to the partial dissolution of the metal in lactic acid in the first condensation stages. The advantage of the patent is the use of a highly active catalyst, which allowed to reduce the condensation temperature to 130 ° C, at which racemization of L-lactic acid is practically absent, however, the content of catalytic residues in the polymer remains quite high.

Значительного снижения концентрации оловосодержащего катализатора при полимеризации лактида удалось реализовать при введении соответствующего (например, азотсодержащего) лигандного окружения олова, а с использованием биологически активных азотсодержащих соединений получать катализатор конденсации молочной кислоты, вообще не содержащий металл. Так, например, заявлен катализатор полимеризации лактида - металлоорганический комплекс Sn-октоата с различными замещенными и незамещенными карбодиимидами. Отличительной особенностью примененного катализатора - высокая активность и возможность полимеризации при очень малых его дозировках (5-15 ppm), что в итоге позволяет получать высокие молекулярные массы полимера в диапазоне 100000-1000000 (EP 2395009 A2 - 2011-12-14).It was possible to realize a significant decrease in the concentration of tin-containing catalyst during the polymerization of lactide by introducing the corresponding (e.g., nitrogen-containing) ligand environment of tin, and using biologically active nitrogen-containing compounds to obtain a lactic acid condensation catalyst that does not contain metal at all. So, for example, a lactide polymerization catalyst is claimed — an organometallic complex of Sn-octoate with various substituted and unsubstituted carbodiimides. A distinctive feature of the catalyst used is its high activity and the ability to polymerize at very low dosages (5-15 ppm), which ultimately allows one to obtain high molecular weights of the polymer in the range 100000-1000000 (EP 2395009 A2 - 2011-12-14).

Заявлен также биоразлагаемый полимер для медицинского применения, содержащий креатинин (N-метилированное производное гуанидина и гликолевой кислоты) в количестве 100-10000 ppm и получаемый конденсацией молочной кислоты с его участием. Катализатор не содержит олова, однако, по-видимому, может иметь только узко специфическое применение.A biodegradable polymer for medical use is also claimed, containing creatinine (N-methylated derivative of guanidine and glycolic acid) in an amount of 100-10000 ppm and obtained by condensation of lactic acid with its participation. The catalyst does not contain tin, however, apparently, it can have only a narrowly specific application.

В последнее время разрабатываются высокоактивные комплексные катализаторы полимеризации лактида на основе редкоземельных элементов, содержащие в качестве активирующей компоненты биядерные амиды. Указанная комбинация (предложенная в работе Synthesis and Reactivity in Inorganic, Mttal-Organic and Nano-Metal Chemistry, 44, 611-615, 2014) позволила проводить растворную полимеризацию L-лактида в толуоле при 50°C. Несмотря на наличие 2 каталитических центров в каталитическом комплексе, молекулярно-массовое распределение получаемых полимеров оказалось достаточно узким (коэффициент полидисперсности в пределах 1,43-1,48).Recently, highly active complex catalysts for the polymerization of lactide based on rare-earth elements containing binuclear amides as an activating component have been developed. The indicated combination (proposed by Synthesis and Reactivity in Inorganic, Mttal-Organic and Nano-Metal Chemistry, 44, 611-615, 2014) allowed solution polymerization of L-lactide in toluene at 50 ° C. Despite the presence of 2 catalytic centers in the catalytic complex, the molecular weight distribution of the resulting polymers was rather narrow (polydispersity coefficient in the range of 1.43-1.48).

Аналогичные данные получены в работе J. Organomet. Chem. 758, (2014), 65-72, при использовании в качестве катализаторов полимеризации рацемического лактида органолантанидных комплексов, содержащих в качестве лиганд совместное азот-кислородное окружение. Полимеризация в толуоле при температуре 20°C приводила к чередующемуся гетеротактическому полимеру с молекулярно-массовым распределением 1,21-1,38.Similar data were obtained by J. Organomet. Chem. 758, (2014), 65-72, when organolanthanide complexes containing a nitrogen-oxygen environment as a ligand are used as polymerization catalysts for the racemic lactide. Polymerization in toluene at a temperature of 20 ° C led to an alternating heterotactic polymer with a molecular weight distribution of 1.21-1.38.

Более ранние работы китайских авторов, также связанные с применением редкоземельных элементов в комплексных каталитических системах со сложным азотсодержащим лигандным окружением, также свидетельствовали о возможности повышения активности катализатора и его стереоизбирательности при полимеризации рацемической смеси лактида (Polyhedron, 27, (2008), 1665-1672. J, Organomet, Chem, 694, (2009), 691-696. Inorg. Chem. Communication, 13, (2010), 445-448.Earlier works by Chinese authors, also related to the use of rare-earth elements in complex catalytic systems with a complex nitrogen-containing ligand environment, also indicated the possibility of increasing the activity of the catalyst and its stereo selectivity in the polymerization of the racemic mixture of lactide (Polyhedron, 27, (2008), 1665-1672. J, Organomet, Chem, 694, (2009), 691-696. Inorg. Chem. Communication, 13, (2010), 445-448.

В работе J. Organomet. Chem. 754, (2014), 51-58 предложена серия биядерных азотсодержащих алюминиевых комплексов, позволяющая получать в растворе из рацемической смеси лактида гетеротактический (чередующийся) полимер с узким молекулярно-массовым распределением (1,13-1,25) при температуре 70°C, что свидетельствует о высокой активности каталитического комплекса также в случае "легкого" металла, его образующего.In J. Organomet. Chem. 754, (2014), 51-58, a series of binuclear nitrogen-containing aluminum complexes is proposed that makes it possible to obtain a heterotactic (alternating) polymer with a narrow molecular weight distribution (1.13-1.25) at a temperature of 70 ° C from a racemic mixture of lactide which indicates a high activity of the catalytic complex also in the case of a "light" metal that forms it.

Полимеризация ε-капролактона в растворе исследована в работе J. Organom. Chem. 738, (2013), 1-9, которая продемонстрировала отказ от оловосодержащих катализаторов и в которой получено, что высокоактивные катализаторы можно получать на основе "легких" металлов - магния или цинка с помощью специально подобранного комбинированного азот-кислородного лигандного окружения. Всего за несколько минут в толуоле при температуре 25°C получены образцы поликапролактона с высоким выходом и чрезвычайно узким молекулярно-массовым распределением (1,06-1,25).The polymerisation of ε-caprolactone in solution was investigated by J. Organom. Chem. 738, (2013), 1-9, which demonstrated the rejection of tin-containing catalysts and in which it was found that highly active catalysts can be obtained on the basis of "light" metals — magnesium or zinc using a specially selected combined nitrogen-oxygen ligand environment. In just a few minutes, samples of polycaprolactone were obtained in toluene at a temperature of 25 ° C with a high yield and an extremely narrow molecular weight distribution (1.06-1.25).

Подводя итог вышеприведенным ссылкам, можно утверждать, что совершенствование каталитических систем идет преимущественно в области катализа полимеризации лактонов и в гораздо меньшей степени для процессов конденсации оксикислот (молочной). Такое положение, по-видимому, обусловлено тем обстоятельством, что в последнем случае необходимы водоустойчивые катализаторы, не подверженные гидролизу, что в условиях непрерывно выделяющейся в ходе конденсации воды создает дополнительные трудности их конструирования. В связи с этим тезис о полной взаимозаменяемости катализаторов полимеризации и поликонденсации может применяться с известными ограничениями. Особенно это касается систем повышенной сложности, содержащих "весомое" лигандное окружение, обладающее относительно высокой основностью (амины, гуанидины и их производные).Summing up the above links, it can be argued that the improvement of catalytic systems is mainly in the field of catalysis of the polymerization of lactones and to a much lesser extent for the condensation of hydroxy acids (milk). This situation, apparently, is due to the fact that in the latter case, waterproof catalysts that are not subject to hydrolysis are necessary, which creates additional difficulties in their design under conditions of water continuously released during condensation. In this regard, the thesis of the complete interchangeability of polymerization and polycondensation catalysts can be applied with known limitations. This is especially true for systems of increased complexity, containing a "weighty" ligand environment with relatively high basicity (amines, guanidines and their derivatives).

В качестве более эффективного, чем 2-этилгексоат, двухвалентного олова, катализатора поликонденсации оксикислот, недавно предложена молочнокислая соль Sn (2⁺), которая более устойчива к гидролизу и является начальным звеном, как в поликонденсации, так и полимеризации, вследствие чего отпадает стадия предварительного инициирования этих процессов (EP WO 2012103170 (A2) от 2012.08.02). Данный патент принят в качестве прототипа, согласно которому получение 2-гидроксикарбоксилата Sn (2⁺) включает следующие операции:As a more effective than 2-ethylhexoate, divalent tin, catalyst for the polycondensation of hydroxy acids, the lactic acid salt Sn (2 ⁺ ) has recently been proposed, which is more resistant to hydrolysis and is the initial unit both in polycondensation and polymerization, as a result of which the preliminary stage disappears the initiation of these processes (EP WO 2012103170 (A2) from 2012.08.02). This patent is adopted as a prototype, according to which the preparation of Sn-2-hydroxycarboxylate (2 ⁺ ) includes the following operations:

1. Получение водного раствора соли Sn 2⁺.1. Obtaining an aqueous solution of salt of Sn 2 ⁺ .

2. Добавление к полученному раствору 2-гидроксикарбоксильной кислоты, или ее соли, или их раствора.2. Adding to the resulting solution of 2-hydroxycarboxylic acid, or its salt, or their solution.

3. Введение основания и регулирование pH раствора для осаждения 2-гидроксикарбоксилата Sn 2⁺.3. The introduction of the base and regulation of the pH of the solution for the precipitation of 2-hydroxycarboxylate Sn 2 ⁺ .

4. Фильтрация осадка.4. Filtration of sediment.

5. Сушка осадка.5. Drying the precipitate.

Катализ реакции конденсации проводится в присутствии 0,001-5,0 вес. % катализатора, предпочтительно 0,001-2,0 вес. %, что в ppm составляет 10-50000 или 10-10000 соответственно. Режим конденсации 60-120°C, время конденсации 1-12 час. О достигаемых при этом молекулярных массах полимера не сообщается, однако, учитывая существующий уровень техники, можно утверждать, что они в указанных условиях реакции не превышают 1000-2000.The catalysis of the condensation reaction is carried out in the presence of 0.001-5.0 weight. % catalyst, preferably 0.001-2.0 weight. %, which in ppm is 10-50000 or 10-10000, respectively. Condensation mode 60-120 ° C, condensation time 1-12 hours. The molecular weights of the polymer achieved in this case were not reported, however, given the current level of technology, it can be argued that they do not exceed 1000-2000 under the indicated reaction conditions.

Недостатки прототипа заключаются в многостадийности способа синтеза катализатора, технологических трудностях отдельных стадий, наличии сливов и отходов производства, а также в неизбежных потерях катализатора, обусловленных стадиями осаждения и отмывки (стадии 3 и 4 прототипа).The disadvantages of the prototype are the multi-stage synthesis of the catalyst, the technological difficulties of the individual stages, the presence of discharges and production waste, as well as the inevitable loss of catalyst due to the deposition and washing stages (stages 3 and 4 of the prototype).

Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении каталитической активности катализатора, в устранении многостадийности процесса его синтеза и обеспечении возможности хранения катализатора в течение длительного времени.The objective of the invention is to increase the catalytic activity of the catalyst, in eliminating the multi-stage process of its synthesis and providing the ability to store the catalyst for a long time.

Для этого предложен способ получения катализатора синтеза биоразлагаемых алифатических сложных полиэфиров на основе α-замещенных гидроксилсодержащих карбоновых кислот и оловосодержащих соединений, взаимодействие которых осуществляют в водных растворах, при этом взаимодействие компонент проводят в концентрированном водном растворе молочной кислоты при температуре 100-180°С, при исходной концентрации оловосодержащих солей 5,0-0,01 вес. %, причем оловосодержащие соли выбирают из группы, в которой анион обладает летучестью в выбранном температурном интервале, а реакцию формирования катализатора проводят в течение 1-5 часов с непрерывным удалением воды. Кроме того, в оловосодержащих солях 60-80% составляют катионы металлов, выбранные из ряда: Mg (4-13%), Zn (25-35%), Al (5-11%), Sb (20-25%), Mn (1-4%), Co (2%), Cu (1%), Mo (2%), Ni (2%), Bi (50-4%), B (1-2%).To this end, a method for the preparation of a catalyst for the synthesis of biodegradable aliphatic polyesters based on α-substituted hydroxyl-containing carboxylic acids and tin-containing compounds, the interaction of which is carried out in aqueous solutions, the interaction of the components is carried out in a concentrated aqueous solution of lactic acid at a temperature of 100-180 ° C, at the initial concentration of tin salts of 5.0-0.01 weight. %, and tin salts are selected from the group in which the anion has volatility in the selected temperature range, and the catalyst formation reaction is carried out for 1-5 hours with continuous removal of water. In addition, in the tin-containing salts, 60-80% are metal cations selected from the series: Mg (4-13%), Zn (25-35%), Al (5-11%), Sb (20-25%), Mn (1-4%), Co (2%), Cu (1%), Mo (2%), Ni (2%), Bi (50-4%), B (1-2%).

Основные отличия предлагаемого изобретения от прототипа состоят в следующем.The main differences of the invention from the prototype are as follows.

1. Получение катализатора конденсации проводится в одну стадию с использованием солей 2-валентного олова, растворимых в концентрированном водном растворе молочной кислоты (90%-ной).1. Obtaining a condensation catalyst is carried out in one stage using salts of divalent tin, soluble in a concentrated aqueous solution of lactic acid (90%).

2. Получаемый катализатор представляет собой оловосодержащий олигомер молочной кислоты и при проведении основной реакции конденсации с его участием не требует растворителя для гомогенного распределения в реакционной среде. Гомогенное распределение катализатора осуществляется за счет достаточно длинных полимерных "хвостов" каталитического олигомера.2. The resulting catalyst is a tin-containing oligomer of lactic acid and does not require a solvent for homogeneous distribution in the reaction medium during the main condensation reaction with its participation. Homogeneous distribution of the catalyst is due to the sufficiently long polymer "tails" of the catalytic oligomer.

3. Удаление постороннего аниона, связанного с оловом, в соответствии с прототипом осуществляется осаждением дилактата в водной среде с последующей индивидуализацией его с помощью фильтрации. По предлагаемому техническому решению для получения катализатора выбираются соли олова, имеющие летучий (при температуре конденсации) анион, что предоставляет возможность удалять его вместе с продуктами конденсации, не выделяя этот процесс в отдельную стадию (анионы галоидного, карбонатного, гидроксильного, ацетатного типов).3. The removal of extraneous anion associated with tin in accordance with the prototype is carried out by precipitation of dilactate in an aqueous medium, followed by its individualization by filtration. According to the proposed technical solution, for the preparation of the catalyst, tin salts are selected that have a volatile (at the condensation temperature) anion, which makes it possible to remove it together with the condensation products without isolating this process as a separate stage (halide, carbonate, hydroxyl, acetate types of anions).

4. Формирование катализатора в соответствии с предлагаемым способом проводится только при высоких концентрациях олова (1000-50000 ppm, концентрат катализатора), что позволяет, при соответствующем последующем его разведении, для проведения основной реакции получать катализатор в активированном состоянии.4. The formation of the catalyst in accordance with the proposed method is carried out only at high concentrations of tin (1000-50000 ppm, catalyst concentrate), which allows, with appropriate subsequent dilution, to conduct the main reaction to obtain the catalyst in the activated state.

5. Активация катализатора достигается также заменой части олова на другие катионы, не снижающие его активность в конденсации молочной кислоты и выполняющих в качестве микроэлементов полезную функцию в живом организме при введении в него биоразлагаемого полимера, рассасывающегося далее в нем с выделением каталитических остатков.5. Activation of the catalyst is also achieved by replacing part of the tin with other cations that do not reduce its activity in the condensation of lactic acid and perform a useful function as a trace element in a living organism when a biodegradable polymer is introduced into it, which then resolves with the release of catalytic residues.

Повышение каталитической активности основано на следующих допущениях и достигается с помощью следующих приемов.The increase in catalytic activity is based on the following assumptions and is achieved using the following techniques.

1. Известно, что при полимеризации лактида под действием оловосодержащих катализаторов константа скорости процесса существенно возрастает при переходе от активных центров, представляющих собой ионные пары к свободным ионам. Такому переходу способствует как создание соответствующего лигандного окружения вокруг активного металлического центра, так и понижение концентрации самого катализатора. Известно также, что и полимеризация лактида, и поликонденсация молочной кислоты являются типично ионными процессами, в связи с чем уместно допустить аналогию в поведении активных центров в обоих этих процессах.1. It is known that during the polymerization of lactide under the action of tin-containing catalysts, the rate constant of the process increases significantly when passing from active centers, which are ion pairs to free ions. This transition is facilitated both by the creation of an appropriate ligand environment around the active metal center, and by a decrease in the concentration of the catalyst itself. It is also known that both the polymerization of lactide and the polycondensation of lactic acid are typically ionic processes, and therefore it is appropriate to allow an analogy in the behavior of active centers in both of these processes.

Итак, мы допускаем, что при разбавлении концентрированного катализатора в процессе конденсации молочной кислоты его активность может не только падать пропорционально степени разведения, но даже в какой-то степени возрастать. Такое поведение будет обусловлено переходом ассоциатов активных центров (преимущественное состояние металлических солей при концентрациях 30-40 тыс. ppm) к индивидуальным ионным парам, ионным тройникам и далее к свободным ионам. Таким образом, разбавление катализаторов перед их основным применением, в том числе известных и наиболее часто применяемых (октоат олова), является одним из приемов, принятых в данном техническом решении.So, we assume that when the concentrated catalyst is diluted during the condensation of lactic acid, its activity can not only decrease in proportion to the degree of dilution, but even increase to some extent. This behavior will be due to the transition of associates of active centers (the predominant state of metal salts at concentrations of 30-40 thousand ppm) to individual ion pairs, ion tees and further to free ions. Thus, the dilution of the catalysts before their main use, including the well-known and most commonly used (tin octoate), is one of the techniques adopted in this technical solution.

2. Известно, что разбавление катализатора может осуществляться различным образом. Наиболее простой и наиболее часто применяемый способ - введение сразу малых количеств не подвергавшегося никакой обработке катализатора (порядка 10-15 ppm или 0,001-0,0015%) в виде раствора в подходящем растворителе. Такой прием, однако, не приводит к удовлетворительным результатам, т.к. сопряжен с потерей (или дезактивацией) части катализатора, а также представляет известные технологические трудности (наличие растворителя и необходимость его удаления после введения катализатора).2. It is known that dilution of the catalyst can be carried out in various ways. The simplest and most frequently used method is the introduction of immediately small amounts of a catalyst that has not undergone any treatment (of the order of 10-15 ppm or 0.001-0.0015%) in the form of a solution in a suitable solvent. This technique, however, does not lead to satisfactory results, because associated with the loss (or deactivation) of a portion of the catalyst, and also presents known technological difficulties (the presence of a solvent and the need to remove it after the introduction of the catalyst).

Более предпочтителен вариант, который состоит в предварительном получении олигомерного форполимера при достаточно высокой концентрации металлсодержащего катализатора (1000-10000 ppm по металлу) с последующим синтезом полимолочной кислоты под действием полученного каталитического концентрата. Необходимое для этого разбавление катализатора может быть выбрано в широких пределах (от 1 до 2-3 порядков в зависимости от выбранной первоначальной и конечной концентрации катализатора), т.к. каталитический центр защищен собственным полимером от внешнего воздействия.A more preferable variant is the preliminary preparation of an oligomeric prepolymer at a sufficiently high concentration of a metal-containing catalyst (1000-10000 ppm per metal), followed by the synthesis of polylactic acid under the action of the obtained catalytic concentrate. The required dilution of the catalyst can be chosen over a wide range (from 1 to 2-3 orders of magnitude depending on the selected initial and final concentration of the catalyst), because the catalytic center is protected by its own polymer from external influences.

Указанное разбавление может быть осуществлено одно-, 2-х или более кратно, а также непрерывно, в режиме подпитки процесса исходной кислотой. При непрерывной подаче кислоты в процессе конденсации влияние приема на степень диссоциации катализатора снижается, однако он становится полезным для расширения молекулярно-массового распределения получаемого полимера, вследствие появления низкомолекулярной фракции, оказывающей на него пластифицирующее действие. Указанный прием может быть также полезен при создании непрерывного поликонденсационного процесса.The specified dilution can be carried out once, 2 or more times, as well as continuously, in the mode of feeding the process with the original acid. With a continuous supply of acid during the condensation process, the influence of reception on the degree of dissociation of the catalyst decreases, however, it becomes useful for expanding the molecular weight distribution of the resulting polymer due to the appearance of a low molecular weight fraction, which has a plasticizing effect on it. This technique may also be useful in creating a continuous polycondensation process.

3. Повышение степени диссоциации оловосодержащих каталитических систем может достигаться также добавлением других катионов, способных не только самостоятельно принимать участие в процессе катализа конденсации молочной кислоты, но и влиять на состояние основной оловосодержащей составляющей. Таким образом, создается поликатионная каталитическая система, в которой содержание олова понижено (по-крайней мере в 2-3 раза) по сравнению с монокатионной, содержащей только олово.3. An increase in the degree of dissociation of tin-containing catalytic systems can also be achieved by the addition of other cations, capable of not only independently participating in the catalysis of the condensation of lactic acid, but also affecting the state of the main tin-containing component. Thus, a polycationic catalytic system is created in which the tin content is reduced (at least 2–3 times) compared to a monocationic one containing only tin.

Известно, что электропроводность неводных систем, содержащих набор катионов, как правило, выше, чем для монокатионных, при их одинаковой концентрации. Это означает, что при прочих равных условиях суммарная степень диссоциации поликатионной системы выше, чем монокатионной, а в приложении к процессу конденсации молочной кислоты то, что активность поликатионов в данном случае выше, чем монокатионов.It is known that the electrical conductivity of non-aqueous systems containing a set of cations, as a rule, is higher than for monocationic, at their identical concentration. This means that, ceteris paribus, the total degree of dissociation of the polycationic system is higher than that of the monocationic one, and when applied to the condensation process of lactic acid, the activity of polycations in this case is higher than that of monocations.

Из этого заключения вытекает ряд положений, важных для катализа процесса конденсации и последующей судьбы каталитических остатков в биоразлагаемом изделии, введенных в живой организм:This conclusion implies a number of provisions that are important for the catalysis of the condensation process and the subsequent fate of catalytic residues in a biodegradable product introduced into a living organism:

- по крайней мере часть нежелательного олова (а возможно и целиком) может быть изъята и заменена другими катионами, также обладающими активностью в конденсационных процессах, но проявляющими меньшую токсичность;- at least part of the unwanted tin (and possibly the whole) can be removed and replaced with other cations, which also have activity in condensation processes, but exhibit less toxicity;

- более того, подбор "вспомогательных" катионов может производиться по принципу родственности, а возможно, даже и полезности живому организму. При достаточно малой общей концентрации каталитических остатков в биоразлагаемом изделии они могут усваиваться и играть роль активных микроэлементов, например в составе ферментов, выполняя те или иные важные процессы в организме. В качестве таких микроэлементов можно перечислить следующие: медь, кобальт, цинк, магний, никель, железо, молибден.- Moreover, the selection of “auxiliary” cations can be made on the basis of kinship, and possibly even usefulness to a living organism. With a sufficiently low total concentration of catalytic residues in a biodegradable product, they can be absorbed and play the role of active trace elements, for example, as part of enzymes, performing certain important processes in the body. The following can be listed as such trace elements: copper, cobalt, zinc, magnesium, nickel, iron, molybdenum.

По данным Российского Центра судебно-медицинской экспертизы Минздрава РФ микроэлементная составляющая костной ткани (общее содержание 1,5-2,0%), определяемая методом эмиссионного спектрального анализа, может содержать как минимум 10 основных элементов с достаточно ощутимым содержанием (5-400 ppm): Mg, Fe, Si, Cu, Al, Pb, Mn, Ti, F. Исходя из этого и были выбраны значения и количества предлагаемых для реализации способа элементов;According to the Russian Center for Forensic Medical Examination of the Ministry of Health of the Russian Federation, the microelement component of bone tissue (total content 1.5-2.0%), determined by the method of emission spectral analysis, may contain at least 10 basic elements with a fairly tangible content (5-400 ppm) : Mg, Fe, Si, Cu, Al, Pb, Mn, Ti, F. Based on this, the values and quantities of the elements proposed for the implementation of the method were selected;

- подбор анионов, вводимых в многокомпонентную каталитическую систему совместно с катионами, должен осуществляться по принципу легкости их удаляемости (летучести) при последующей конденсации молочной кислоты. Такими анионами могут быть гидроксилы (или окисные анионы), дающие при взаимодействии с молочной кислотой воду, карбонаты, освобождающиеся от аниона в виде CO₂, галоиды, частично гидролизующиеся с выделением галоидных кислот, удаляемых из системы в виде азеотропа с водой и т.д. В любом случае в результате конденсации в конденсате должны оставаться только лактатные анионы.- selection of anions introduced into a multicomponent catalytic system together with cations should be carried out according to the principle of ease of their removal (volatility) during subsequent condensation of lactic acid. Such anions can be hydroxyls (or oxide anions), which, when reacted with lactic acid, give water, carbonates released from the anion in the form of CO ₂ , halogens, partially hydrolyzed to produce halides, removed from the system as an azeotrope with water, etc. . In any case, only lactate anions should remain in the condensate as a result of condensation.

Таким образом, суммируя вышесказанное, можно утверждать, что состав поликатионных каталитических систем поликонденсации молочной кислоты должен выбираться, как минимум, в соответствии с двумя вышеназванными принципами:Thus, summarizing the above, it can be argued that the composition of the polycationic catalytic polycondensation systems of lactic acid should be selected at least in accordance with the two above principles:

- активностью в конденсации, не уступающей олову, и полезностью живому организму при введениии биоразлагаемого изделия в живой организм, который "усваивает" не только полимерную составляющую, но и полиметаллические каталитические остатки, содержащиеся в ней. Только тогда биоразлагаемое изделие можно считать сбалансированным для медицинского применения без дополнительной очистки полимера, из которого оно сформировано. Для соблюдения максимальной анионной чистоты формируемой каталитической системы ее анионный состав должен содержать только легко удаляемые в процессе конденсации (и заменяемые на лактатные) анионы.- activity in condensation, not inferior to tin, and usefulness to a living organism when a biodegradable product is introduced into a living organism, which "assimilates" not only the polymer component, but also the polymetallic catalytic residues contained in it. Only then can a biodegradable product be considered balanced for medical use without additional purification of the polymer from which it is formed. To maintain maximum anionic purity of the formed catalyst system, its anionic composition should contain only anions that are easily removed during condensation (and replaced with lactate).

Способ осуществляется следующим образом. Сначала при комнатной температуре приготавливается каталитический концентрат растворением индивидуальной оловосодержащей соли или смеси оловосодержащих солей с другими солями, содержащими катионы Mg (4-13%), Zn (25-35%), Al (5-11%), Sb (20-25%), Mn (1-4%), Co (2%), Cu (1%), Mo (2%), Ni (2%), Bi (50-4%), B (1-2%) в молочной кислоте (водный раствор молочной кислоты концентрацией 90%). Получают гомогенный раствор с концентрацией индивидуальной оловосодержащей соли или смеси указанных солей в интервале 0,01-5,0%. Полученный раствор подвергают конденсации при температуре 120-160°C. Длительность конденсации выбирают в зависимости от желаемого физического состояния получаемого каталитического олигомера и удобства его дозировки для последующего проведения основной реакции конденсации. Оно может быть вязкотекучим при комнатной температуре или иметь температуру стеклования 30-40°C для последующей дозировки в твердом состоянии. Тест-поликонденсацию молочной кислоты с получением готового полимера проводят при разбавлении каталитического олигомера в 100-10000 раз.The method is as follows. First, a catalytic concentrate is prepared at room temperature by dissolving an individual tin-containing salt or a mixture of tin-containing salts with other salts containing cations Mg (4-13%), Zn (25-35%), Al (5-11%), Sb (20-25 %), Mn (1-4%), Co (2%), Cu (1%), Mo (2%), Ni (2%), Bi (50-4%), B (1-2%) in lactic acid (an aqueous solution of lactic acid with a concentration of 90%). A homogeneous solution is obtained with a concentration of an individual tin-containing salt or a mixture of these salts in the range of 0.01-5.0%. The resulting solution is subjected to condensation at a temperature of 120-160 ° C. The duration of the condensation is selected depending on the desired physical condition of the obtained catalytic oligomer and the convenience of its dosage for the subsequent conduct of the main condensation reaction. It can be viscous at room temperature or have a glass transition temperature of 30-40 ° C for subsequent dosage in the solid state. Test polycondensation of lactic acid to obtain the finished polymer is carried out by diluting the catalytic oligomer 100-10000 times.

Олигомерное или полимерное состояние катализатора повышает устойчивость его к атмосферному воздействию, что допускает возможность длительного хранения продукта без специальных защитных мер. Устойчивость зависит в первую очередь от физического состояния катализатора, концентрации металла (или металлов) и гидрофильности других каталитических компонент. Установлено, что жидкие, но достаточно вязкие оловосодержащие олигомеры сохраняют свою активность при хранении на воздухе в течение нескольких дней, а твердые олигомеры с температурой стеклования 40-45°C даже в течение года. Этим они выгодно отличаются от 2-этилоктоата олова, который при контакте с воздухом немедленно подвергается гидролизу.The oligomeric or polymer state of the catalyst increases its resistance to weathering, which allows the possibility of long-term storage of the product without special protective measures. Stability depends primarily on the physical state of the catalyst, the concentration of metal (or metals) and the hydrophilicity of other catalytic components. It was found that liquid, but rather viscous tin-containing oligomers retain their activity when stored in air for several days, and solid oligomers with a glass transition temperature of 40-45 ° C even for a year. This compares favorably with tin 2-ethylctoate, which, upon contact with air, undergoes hydrolysis immediately.

Для оценки сравнительной активности катализаторов, предлагаемых в данном изобретении, принят метод сравнительной фиксации во времени выделяющейся в процессе конденсации молочной кислоты воды. Принятый метод основывается на следующих допущениях и осуществляется в следующих условиях:To assess the comparative activity of the catalysts proposed in this invention, the method of comparative fixation in time of the water released during the condensation of lactic acid is adopted. The accepted method is based on the following assumptions and is carried out under the following conditions:

1. Количество воды, выделяющейся в ходе реакции конденсации, зависит от скорости ее возникновения, которая в свою очередь определяется, при прочих равных условиях, активностью катализатора. Это основной оценочный параметр активности, принятый в данном техническом решении.1. The amount of water released during the condensation reaction depends on the rate of its occurrence, which in turn is determined, ceteris paribus, by the activity of the catalyst. This is the main estimated activity parameter adopted in this technical solution.

2. Скорость удаления воды определяется также условиями ее испарения. С целью стандартизации по этому параметру конденсация проводилась при одинаковой поверхности испарения, при одинаковой высоте налитой кислоты, без принудительного перемешивания, которое осуществлялось только за счет конвективных токов, возникающих при подогреве сосуда снизу и испарения воды с поверхности. Такие стандартные условия были осуществлены при проведении процесса в стеклянных стаканчиках емкостью 100 мл, поверхности испарения 8±0,2 см² и высоте налитой кислоты 2±0,2 см (обычно это соответствовало 20±3 г 90%-ной молочной кислоты).2. The rate of water removal is also determined by the conditions of its evaporation. To standardize on this parameter, condensation was carried out at the same evaporation surface, at the same height of the poured acid, without forced mixing, which was carried out only due to convective currents that arise when the vessel is heated from below and the water evaporates from the surface. Such standard conditions were fulfilled when carrying out the process in glass cups with a capacity of 100 ml, an evaporation surface of 8 ± 0.2 cm ² and a height of poured acid of 2 ± 0.2 cm (usually this corresponded to 20 ± 3 g of 90% lactic acid).

3. Принятая температура конденсации составляла 135±5°C и позволяла фиксировать достаточно большой разлет в активности предлагаемых катализаторов. Температурный интервал ±5°C обусловлен необходимостью взвешивания образцов, продолжительность которого не превышала 15 сек. Интервал фиксации веса составлял 5 мин, а стандартное время реакции, после которого производилось сравнение, составляло 60 мин. Следует подчеркнуть, что при выходе получаемых кинетических кривых на пологий участок даже небольшая разница в количествах удаляемой воды "откликалась" далее значительной разницей во времени необходимого для получения одинаковых молекулярных масс полимеров, получаемых под действием выбранных катализаторов.3. The adopted condensation temperature was 135 ± 5 ° C and allowed fixing a rather large expansion in the activity of the proposed catalysts. The temperature range of ± 5 ° C is due to the need to weigh the samples, the duration of which did not exceed 15 seconds. The weight fixation interval was 5 minutes, and the standard reaction time after which the comparison was made was 60 minutes. It should be emphasized that when the obtained kinetic curves reached the gently sloping section, even a small difference in the amounts of water removed “responded” further to the significant time difference needed to obtain the same molecular weights of the polymers obtained by the selected catalysts.

4. Из теории органической химии известно, что равновесная реакция образования сложно-эфирной связи из спиртов и карбоновых кислот останавливается при наличии в системе 32% воды (Краткая химическая энциклопедия, Москва, 1967, т. 5, стр. 1027). Это позволило нам применять для реакции 90%-ную молочную кислоту, изначально содержащую 10% воды, которая не исключала начала и протекания реакции в этих условиях.4. From the theory of organic chemistry it is known that the equilibrium reaction of the formation of an ester bond from alcohols and carboxylic acids stops when 32% water is present in the system (Brief Chemical Encyclopedia, Moscow, 1967, v. 5, p. 1027). This allowed us to use 90% lactic acid for the reaction, initially containing 10% water, which did not exclude the onset and course of the reaction under these conditions.

Таким образом, формирование оловосодержащих каталитических систем и оценка их относительной активности производится, в соответствии с данным изобретением, получением предварительного низкомолекулярного концентрата оловосодержащих (или комбинированных с другими катионами) солей, превращением его в олигомерный концентрат путем конденсации молочной кислоты с его участием и соответствующим разбавлением олигомерного концентрата для проведения основной реакции поликонденсации.Thus, the formation of tin-containing catalytic systems and the assessment of their relative activity is carried out, in accordance with this invention, by obtaining a preliminary low molecular weight concentrate of tin-containing salts (or combined with other cations) salts, converting it into an oligomeric concentrate by condensation of lactic acid with its participation and appropriate dilution of the oligomeric concentrate for the main polycondensation reaction.

Полученные указанным методом катализаторы активны и в полимеризации лактонов. Так, в частности, лактид, полимеризуется в расплаве с высоким выходом полимера (92-95%) при концентрации по металлу (металлам) 100-200 ppm, а с применением ускорителей аминного типа резко снижается продолжительность индукционного периода и концентрация оловосодержащего катализатора (при прочих равных условиях) может быть снижена до 10-15 ppm. Это делает полученный полимер приемлемым для медицинских целей без каких-либо дополнительных очисток.The catalysts obtained by this method are active in the polymerization of lactones. So, in particular, lactide is polymerized in a melt with a high polymer yield (92-95%) at a concentration of 100-200 ppm for metal (metals), and with the use of amine type accelerators, the duration of the induction period and the concentration of tin-containing catalyst are sharply reduced (with other equal conditions) can be reduced to 10-15 ppm. This makes the obtained polymer acceptable for medical purposes without any additional purifications.

Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующими примерами.The technical essence of the invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Пример иллюстрирует возможность повышения активности индивидуального октоата олова путем проведения предварительной олигомеризации молочной кислоты в присутствии его концентрированного раствора.The example illustrates the possibility of increasing the activity of an individual tin octoate by conducting preliminary oligomerization of lactic acid in the presence of its concentrated solution.

Приготовление солевого концентрата октоата олова в молочной кислоте.Preparation of tin octoate salt concentrate in lactic acid.

0,333 г октоата олова растворяют в 3 мл гептана, получают раствор с концентрацией соли 12,5 вес. %. Добавляют 0,8265 г молочной кислоты (90%-ной концентрации). Выпадает желеобразный осадок, который гомогенизуют 1 час при комнатной температуре и количественно переносят в стеклянный стакан емкостью 100 мл. Туда же дополнительно порционно вводят 0,24 г октоата олова и молочную кислоту до суммарного ее содержания 23,05 г. При нагреве до 40°C и непрерывном перемешивании гептан удаляют и получают гомогенный раствор октоата олова в молочной кислоте с содержанием 24800 ppm по соли или 7286 ppm по олову.0.333 g of tin octoate is dissolved in 3 ml of heptane to obtain a solution with a salt concentration of 12.5 weight. % 0.8265 g of lactic acid (90% concentration) is added. A jelly-like precipitate formed which was homogenized for 1 hour at room temperature and quantitatively transferred into a 100 ml glass beaker. There, additionally, 0.24 g of tin octoate and lactic acid are added portionwise to a total content of 23.05 g. Upon heating to 40 ° C and continuous stirring, heptane is removed and a homogeneous solution of tin octoate in lactic acid with a content of 24800 ppm in salt or 7286 ppm tin.

Получение олигомерного каталитического концентратаObtaining oligomeric catalytic concentrate

Раствор, сформированный на первой стадии, подвергают конденсации со свободным (без перемешивания) удалением воды в температурном интервале 135±5°C. Каждые 5 мин быстро (в течение не более 15 сек) фиксируют снижение веса в процентах от первоначальной загрузки молочной кислоты. По прошествии 1 часа убыль в весе на полученной кинетической кривой фиксируют как стандартную, принятую для сравнения с другими каталитическими системами. В данном примере общее время конденсации составило 2 часа, в результате чего получен совершенно прозрачный, бесцветный, твердый (при комнатной температуре) олигомер с содержанием по олову 11649 ppm.The solution formed in the first stage is subjected to condensation with free (without stirring) removal of water in the temperature range 135 ± 5 ° C. Every 5 min, quickly (within no more than 15 sec), weight loss is recorded as a percentage of the initial lactic acid load. After 1 hour, the weight loss on the obtained kinetic curve is fixed as standard, adopted for comparison with other catalytic systems. In this example, the total condensation time was 2 hours, resulting in a completely transparent, colorless, solid (at room temperature) oligomer with a tin content of 11649 ppm.

Тест-поликонденсация молочной кислоты в присутствии малых количеств олигомерного катализатораTest polycondensation of lactic acid in the presence of small amounts of oligomeric catalyst

В стеклянный стакан емкостью 100 мл вносят 0, 035 г полученного каталитического олигомера и 20,3 г 90%-ной молочной кислоты, разбавление катализатора при этом составило 580 раз. Олигомер растворяют в кислоте при перемешивании и температуре 40°C, после чего проводят конденсацию молочной кислоты при температуре 135±5°C с фиксацией убыли веса во времени. Начальная концентрация по олову - 20 ppm. Сравнение убыли летучих продуктов за 1 час показало, что при концентрации 20 ppm она составила 34,63%, в то время как при концентрации 7286 ppm 27,45%, демонстрируя тем самым увеличенную активность высоко разбавленного катализатора по сравнению с концентрированным.In a glass glass with a capacity of 100 ml contribute 0, 035 g of the obtained catalytic oligomer and 20.3 g of 90% lactic acid, the dilution of the catalyst was 580 times. The oligomer is dissolved in acid with stirring at a temperature of 40 ° C, after which lactic acid is condensed at a temperature of 135 ± 5 ° C with fixation of weight loss over time. The initial concentration of tin is 20 ppm. Comparison of the loss of volatile products over 1 hour showed that at a concentration of 20 ppm it was 34.63%, while at a concentration of 7286 ppm it was 27.45%, thereby demonstrating an increased activity of a highly diluted catalyst compared to concentrated.

Проведена сравнительная оценка активности катализатора после хранения его в течение месяца без применения специальных защитных мер, которая показала полную идентичность с ранее синтезированным образцом.A comparative assessment of the activity of the catalyst after storage for a month without the use of special protective measures was carried out, which showed complete identity with the previously synthesized sample.

Сравнительная конденсация молочной кислоты в отсутствие катализатора ведет к резкому замедлению процесса конденсации, что находит свое отражение в выделении образующихся летучих продуктов (за час не более 10%).Comparative condensation of lactic acid in the absence of a catalyst leads to a sharp slowdown in the condensation process, which is reflected in the release of volatile products formed (no more than 10% per hour).

Аналогичным образом, если процесс предварительной конденсации с высокой концентрацией катализатора не проводится, исходное оловоорганическое соединение (в данном примере октоат олова), взятое сразу в достаточно малых количествах, показывает сниженную активность (22,8% убыли летучих при 17 ppm октоата олова) по сравнению с аналогичным количеством катализатора, прошедшего предварительное формирование в процессе конденсации.Similarly, if a precondensation process with a high concentration of catalyst is not carried out, the initial organotin compound (in this example, tin octoate) taken immediately in sufficiently small amounts shows a reduced activity (22.8% loss of volatiles at 17 ppm tin octoate) compared with a similar amount of catalyst that underwent preliminary formation in the condensation process.

Пример 2Example 2

Пример иллюстрирует возможность повышения активности октоата олова путем проведения предварительной олигомеризации молочной кислоты в присутствии его дозировок, обычно применяемых при полимеризации (по олову 100-200 ppm).The example illustrates the possibility of increasing the activity of tin octoate by preliminary oligomerization of lactic acid in the presence of its dosages, usually used in polymerization (100-100 ppm for tin).

В стеклянный стакан емкостью 10 мл под защитой аргона дозируют 26,7 г 90%-ной молочной кислоты. Туда же вводят 0,0171 г октоата олова. Выпавший осадок усредняют перемешиванием и смесь подвергают конденсации при температуре 135±°C с фиксацией убыли веса содержимого через каждые 5 мин. Осадок быстро растворяется на 3-й минуте нагрева, и раствор становится совершенно гомогенным (начальное содержание олова 188 ppm). Через час удаление летучих составило 24,43% от первоначального веса молочной кислоты.In a 10 ml glass beaker under the protection of argon, 26.7 g of 90% lactic acid are dosed. 0.0171 g of tin octoate is added therein. The precipitate formed is averaged by stirring and the mixture is condensed at a temperature of 135 ± ° C with fixation of a decrease in the weight of the contents every 5 minutes. The precipitate quickly dissolves in the 3rd minute of heating, and the solution becomes completely homogeneous (initial tin content of 188 ppm). After an hour, the removal of volatiles was 24.43% of the initial weight of lactic acid.

Конденсацию повторяют, используя полученный конденсат в качестве разбавленного катализатора (начальное содержание олова 17,9 ppm). Убыль летучих за час составила 30,95%, демонстрируя тем самым повышенную активность катализатора, несмотря на снижение его концентрации более чем на порядок.Condensation is repeated using the resulting condensate as a diluted catalyst (initial tin content of 17.9 ppm). The loss of volatiles per hour was 30.95%, thereby demonstrating an increased activity of the catalyst, despite a decrease in its concentration by more than an order of magnitude.

Суммарные сравнительные результаты по октоату олова:Total comparative results for tin octoate:

Пример 3Example 3

Пример иллюстрирует возможность повышения активности оловосодержащей соли (дигидрат двуххлористого олова) в конденсации молочной кислоты с помощью проведения предварительной конденсационной стадии при высокой начальной концентрации соли.The example illustrates the possibility of increasing the activity of tin-containing salt (tin dichloride dihydrate) in the condensation of lactic acid by conducting a preliminary condensation stage at a high initial salt concentration.

В стеклянный стакан емкостью 100 мл загружают 1,1194 г дигидрата двуххлористого олова и 28,6 г 90%-ной молочной кислоты. Соль полностью растворяют при комнатной температуре и получают гомогенный раствор с концентрацией 3,77 вес. % (37700 ppm). Конденсацию молочной кислоты проводят при температуре 135±5°C, отмечая убыль в весе, которая составила через час 25,5%, а через 2,5 часа 34,55%. Полученный конденсат разбавляют в 833 раза (0,0241 г на 20,08 г молочной кислоты) и конденсацию продолжают при той же температуре. Убыль воды за час при этом составила 28,28%, а за 3 час 49,0%, демонстрируя тем самым повышенную активность каталитического олигомера. Водная вытяжка из порошкообразного полимера не показала наличия хлора (проба на азотнокислое серебро).1.1194 g of tin dichloride dihydrate and 28.6 g of 90% lactic acid are loaded into a 100 ml glass beaker. The salt is completely dissolved at room temperature and get a homogeneous solution with a concentration of 3.77 wt. % (37700 ppm). The condensation of lactic acid is carried out at a temperature of 135 ± 5 ° C, noting a decrease in weight, which was 25.5% after an hour, and 34.55% after 2.5 hours. The resulting condensate was diluted 833 times (0.0241 g per 20.08 g of lactic acid) and condensation was continued at the same temperature. The loss of water per hour was 28.28%, and over 3 hours 49.0%, thereby demonstrating an increased activity of the catalytic oligomer. An aqueous extract from the polymer powder did not show the presence of chlorine (silver nitrate test).

Пример 4Example 4

Пример демонстрирует каталитическую активность многокомпонентного каталитического комплекса, содержащего, наряду с оловом, набор других катионов, который также формируется путем предварительной конденсации компонент в молочной кислоте.The example demonstrates the catalytic activity of a multicomponent catalytic complex containing, along with tin, a set of other cations, which is also formed by pre-condensing the components in lactic acid.

Составляется смесь из навесок следующих компонент:A mixture of the following components is made up of:

Составленную смесь растворяют в 18,6 г 90%-ной молочной кислоты, в результате чего получают 1,228%-ный солевой раствор (содержание по сумме индивидуальных металлов 5376 ppm). Конденсацию молочной кислоты проводят при температуре 135±5°C в течение 3 часов. Убыль в весе за час составила 22,2%, за 3 часа 45,0%.The prepared mixture was dissolved in 18.6 g of 90% lactic acid, resulting in a 1.228% saline solution (total metal content of 5376 ppm). The condensation of lactic acid is carried out at a temperature of 135 ± 5 ° C for 3 hours. The loss in weight per hour was 22.2%, in 3 hours 45.0%.

Полученный твердый олигомер в количестве 0,12 г заливают 24 г молочной кислоты (начальная концентрация по олову 49,0 ppm) и диспергируют при комнатной температуре в течение часа, после чего проводят ее конденсацию при температуре 135±5°C. Убыль летучих за час составила 31,8%, т.е. больше, несмотря на 200-кратное разбавление первоначального каталитического олигомера.The obtained solid oligomer in an amount of 0.12 g was poured into 24 g of lactic acid (initial tin concentration of 49.0 ppm) and dispersed at room temperature for one hour, after which it was condensed at a temperature of 135 ± 5 ° C. The loss of volatiles per hour was 31.8%, i.e. more, despite a 200-fold dilution of the initial catalytic oligomer.

Последовательную конденсацию продолжают с применением полимера (1,3711 г на 22,4 г молочной кислоты), полученного на предыдущей стадии. Начальная концентрация по сумме взятых поликатионов при этом составила 5,0 ppm. Убыль летучих за контрольный час показала 25,0%, т.е. больше, чем при высокой концентрации поликатионов (22,24%), и выше, чем при 17 ppm индивидуального олова (октоата, см. пример 2).Successive condensation is continued using the polymer (1.3711 g per 22.4 g of lactic acid) obtained in the previous step. The initial concentration by the sum of the taken polycations was 5.0 ppm. The loss of volatiles during the control hour showed 25.0%, i.e. more than at a high concentration of polycations (22.24%), and higher than at 17 ppm of individual tin (octoate, see example 2).

Пример 5Example 5

Данный пример демонстрирует поликатионную каталитическую систему поликонденсации молочной кислоты, комбинированную только из солей металлов, показавших высокую каталитическую активность в индивидуальном состоянии.This example demonstrates a polycationic catalytic system for the polycondensation of lactic acid, combined only from metal salts that have shown high catalytic activity in an individual state.

Составляют смесь из следующих солей, заливают ее 20,8 г молочной кислоты, содержимое растворяют и нагревают до 135±5°C. Через час конденсации унос летучих продуктов составил 32,04%.The mixture is made up of the following salts, 20.8 g of lactic acid is poured into it, the contents are dissolved and heated to 135 ± 5 ° C. After an hour of condensation, the entrainment of volatile products amounted to 32.04%.

Данная каталитическая система отличается от предыдущих тем, что высокая скорость конденсации осуществляется при высокой начальной концентрации солей, которая составляет на начало процесса 4800 ppm (по сумме металлов). Дальнейшее разбавление конденсата до уровня 18 ppm (в 266 раз) и проведение повторной поликонденсации в тех же условиях показывает 23,82% выноса летучих.This catalytic system differs from the previous ones in that a high condensation rate is carried out at a high initial concentration of salts, which is 4800 ppm (by the sum of metals) at the beginning of the process. Further dilution of the condensate to the level of 18 ppm (266 times) and repeated polycondensation under the same conditions shows 23.82% of the removal of volatiles.

Claims

Способ получения катализатора синтеза биоразлагаемых алифатических сложных полиэфиров на основе α-замещенных гидроксилсодержащих карбоновых кислот и оловосодержащих солей, взаимодействие которых проводят в концентрированном водном растворе молочной кислоты в температурном интервале 100-180°C при исходной концентрации оловосодержащих солей 5,0-0,01 вес. %, а реакцию формирования катализатора осуществляют в течение 1-5 часов с непрерывным удалением воды, отличающийся тем, что оловосодержащие соли выбирают из группы, в которой анион обладает летучестью в выбранном температурном интервале, при этом в оловосодержащих солях 60-80% составляют катионы металлов, выбранные из ряда: Mg (4-13%), Zn (25-35%), Al (5-11%), Sb (20-25%), Mn (1-4%), Co (2%), Cu (1%), Мо (2%), Ni (2%), Bi (50-4%), B (1-2%).A method of obtaining a catalyst for the synthesis of biodegradable aliphatic polyesters based on α-substituted hydroxyl-containing carboxylic acids and tin salts, the interaction of which is carried out in a concentrated aqueous solution of lactic acid in the temperature range 100-180 ° C at an initial concentration of tin salts of 5.0-0.01 weight . %, and the catalyst formation reaction is carried out for 1-5 hours with continuous removal of water, characterized in that the tin-containing salts are selected from the group in which the anion has volatility in the selected temperature range, while metal cations are 60-80% in tin-containing salts selected from the series: Mg (4-13%), Zn (25-35%), Al (5-11%), Sb (20-25%), Mn (1-4%), Co (2%) , Cu (1%), Mo (2%), Ni (2%), Bi (50-4%), B (1-2%).