Method of producing glycolide from glycolic acid with high conversion.pdf Гликолид является менее публичным эфиром, его использование ограничено из-за высокой гидрофиль-ности, но именно это свойство позволяет использовать его в качестве основы для получения биодеградируе-мых полимеров и изделий медицинского назначения. Для получения гликолида (1,4-диоксан-2,5-дион) существует несколько способов, но наиболее актуальными являются следующие: - из гликолевой кислоты: поликонденсация глико-левой кислоты, получение олигомера и его деполимеризация; - из монохлоруксусной кислоты: монохлоруксусную кислоту нейтрализуют NaOH, затем промывают ацетоном и отфильтровывают хлорид натрия; после отгонки примесей при температуре более 200°С получают гликолид через олигоэфир гликолевой кислоты [1]. Для обезвоживания промышленных водных растворов гликолевой кислоты используют простую и вакуумную перегонку воды. Для ускорения этого процесса рекомендуют использовать азеотропную отгонку воды с различными азеотропообразователями, но при этом образуются отходы, которые требуется утилизировать или обезвреживать. Проведение чисто термической поликонденсации гликолевой кислоты при атмосферном давлении и температуре 100-130°С обеспечивает получение низкомолекулярного олигомера со средней степенью полимеризации, при этом возможно образование смолистых продуктов. В целом процесс получения гликолида из гликолевой кислоты является более сложным в сравнении с получением лактида из молочной кислоты, что связано с пониженной термостойкостью самой глико-левой кислоты. Т а б л и ц а 1 Данные по синтезам олигомера гликолевой кислоты Объем гликолевой кислоты, мл Отгон воды после первой стадии, мл Масса полиэфира, г Выход полиэфира, % Без вакуума Под вакуумом 30 10 2 16,5 64,6 30 12,5 2,7 19,5 76,4 30 11,5 3,1 18,3 71,7 30 11 3 17,6 68,9 40 13,5 3,9 21,5 80 40 18 2 24,3 90 50 25,5 1 28 84 50 16,7 4 28,5 85 50 24 2,5 30,1 89,9 Отработанный в ходе исследований способ получения гликолида [2] включает стадию олигомеризации при нагревании и деполимеризации при нагревании в вакууме. Для синтеза использована 64-65%-ная гликолевая кислота, полученная по реакции Канниццаро - Тищен-ко из 40%-ного глиоксаля производства ООО «Ново-хим». Для обезвоживания гликолевой кислоты раствор помещается в выпарную колбу тонкопленочного ротационного испарителя при постоянной подаче азота (0,5 л/мин) с 0,3-0,5% массовых катализатора (ZnO), нагревается до 120°С при атмосферном давлении, с последующим охлаждением полученного дистиллята водой и конденсацией в холодильнике, охлаждением реакционной массы олигомера гликолевой кислоты. При этом получают олигомер с молекулярной массой до 5000. Данные по синтезу олигомера представлены в табл. 1. В ходе проведения исследований нами установлено, что для достижения высокого выхода гликолида (90% и выше) требуется использование роторного пленочного испарителя. Применение обычных емкостных аппаратов с перемешивающим устройством и без мешалок приводит к снижению выхода гликолида до 30-50%. В связи с этим отгонку воды осуществляли в течение 3-4 ч в тонкопленочном ротационном испарителе, постепенно создавая вакуум 300 мм рт. ст. и увеличивая температуру раствора до 140-150°С и выше. Нескон-денсировавшиеся пары, отсасываемые мембранным вакуумным насосом LABOPORT N 820.3. FT.18, последовательно проходят ловушку, охлаждаемую жидким азотом, и ловушку, наполненную прокаленным силикагелем, и далее сбрасываются под тягу. При получении общего объема дистиллята 225-230 мл выключается нагрев, сбрасывается вакуум и в реакционную массу вносят катализатор (ZnO) 0,3-0,5% массовых. При получении объема дистиллята 100-110 мл вакуум увеличивают до 150 мм рт. ст., а температуру - до 175-185°С и продолжают отгонку воды, выделяющейся при конденсации гликолевой кислоты. После прекращения отгонки воды (4-6 ч) отключается нагрев ротационного испарителя, сбрасывается вакуум и перекрывается подача азота. Реакционная масса олигомера выливается тонким слоем в эмалированный поддон. Конденсат летучих веществ сливается из приемника в емкость для временного хранения. В качестве промежуточного продукта при синтезе чистого гликолида получают олигогликолевую кислоту, свойства которой представлены в табл. 2. Т а б л и ц а 2 Свойства олигогликолевой кислоты Показатель, размерность Значения показателя Метод контроля или анализа Внешний вид Отвердевшая смола от прозрачного до желтоватого цвета, вначале липкая на ощупь Визуально Температура плавления, °С >80 По прибору Число омыления, мг КОН/г 750^770 По методике Содержание групп [COOH] 0,5-Н мг-экв/г По методике Твердость Растирается в ступке Растворимость: - в воде - в органических растворителях Не растворяется, но постепенно разлагается Не растворяется в обычных растворителях, но растворяется при нагревании в смеси фенол : толуол = 65:35 масс. ч. - Химически разлагается Водой, водными щелочами, аммиаком, аминами, первичными и вторичными, спиртами, особенно при нагревании - Термически разлагается Заметно разлагается при температуре выше 200°С - Застывшая масса олигомера взвешивается, к ней добавляется 0,5-1,5% массовых катализатора (Sb2O3) и смесь тщательно перетирается в ступке. Полученная смесь загружается в установку для перегонки в вакууме, продувается азотом, включается нагрев электромагнитной мешалки, создается вакуум 10-15 мм рт. ст., и установка нагревается до 270-280°С. Перемешивание реакционной массы осуществляется барботированием сухим азотом. Через час нагрева олигомера начинает отгоняться гликолевая кислота в виде прозрачного или желтоватого масла. Приемник дистиллята охлаждался льдом. Несконден-сировавшиеся пары, отсасываемые вакуумным мембранным насосом, проходят последовательно ловушку, охлаждаемую жидким азотом, и ловушку, наполненную прокаленным силикагелем, и далее сбрасываются под тягу. Процесс продолжается до окончания выделения гликолида-сырца. Полученный гликолид-сырец кристаллизовался в приемной колбе, которая затем взвешивалась. В зависимости от качества исходной гликолевой кислоты получался гликолид-сырец с /пл = 70-75°С. Выход ~90%. Свойства гликолида-сырца представлены в табл. 3. Для очистки полученного гликолида-сырца от оли-гомеров, гликолевой кислоты и других примесей он трижды перекристаллизовывался из этилацетата и промывался этим же растворителем. Первая перекристаллизация гликолида-сырца проводилась в стандартной установке, состоящей из круглодонной колбы, обратного холодильника и колбонагревателя ES-4100. Для этого полученный гликолид-сырец переносился в круглодон-ную колбу и к нему добавлялся маточник третьей перекристаллизации в количестве « 2 мл/г. Кипячение массы осуществлялось в течение 10 мин. При наличии твердых остатков в растворе проводилось горячее фильтрование. Для фильтрации использовали фильтровальную бумагу ФБ и лабораторную установку фильтрации в вакууме, включая колбу Бунзена, воронку Бюхнера, герметизирующие соединения, вакуумный шланг и водоструйный насос. Вторая и третья перекристаллизации проводились аналогично, но со свежим этилацетатом. Очистка гликолида осуществляется при контроле содержания олигомеров и контроле содержания карбоксильных групп в мономере, проводимых по разработанным методикам измерений: «Методика измерений массовых долей примесей, содержащих карбоксильную группу, в мономерах лактида и гликолида титриметрическим методом с потенциометрическим окончанием» и «Методика оценки наличия/отсутствия олигомеров в гликолиде и лактиде». Сушка продукта проводилась в вакуумном сушильном шкафу под азотной подушкой при температуре 45-50°С. Получаются белые кристаллы гликолида с температурой плавления 95°С. Контроль качества проводили с использованием разработанных методик «Методика измерений массовой доли влаги в мономерах лак-тида и гликолида гравиметрическим методом» и «Методика измерений температуры плавления мономеров гликолида и лактида капиллярным методом с применением прибора "Buchi"». Дальнейшее хранение очищенного гликолида осуществлялось без доступа воздуха и паров воды. Периодически производилась регенерация этилаце-тата из маточников в тонкопленочном ротационном испарителе Laborota 4003 Control. Отбор дистиллята этилацетата проводился при температуре 73-76°С при атмосферном давлении. Т а б л и ц а 3 Свойства гликолида-сырца Параметр Показатель Внешний вид Закристаллизовавшийся расплав от прозрачного до светло-желтого цвета с включениями вязкой жидкости Температура плавления, °С >65 Твердость Разрыхляется шпателем Отбор фракции дистиллята 100-150°С (0,1-0,7 кПа) Плотность расплава, кг/м3 1300-1450 Растворимость в эфире и ЭА Частично растворяется за счет жидких включений и 2-6% Содержание [-COOH] групп < « 200 мкг-экв/г Содержание олигомеров Имеется и допускается Исследования показали, что получаемый гликолид может быть использован для получения как высокомолекулярного полигликолида (с молекулярной массой более 100 000), имеющего обширное самостоятельное применение, так и различных сополимеров, и в особенности сополимера, получаемого из лактида и гликоли-да, используемого для биоразлагаемых шовных нитей.

Скачать электронную версию публикации