JPH03277628A - 脂肪族ポリエステルの低分子量化方法およびその成型方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高分子量脂肪族ポリエステル、特に、微生物
が産生ずる高分子量脂肪族ポリエステルを、その用途に
おける環境下で所望の分解速度を与えるように制御され
た分子量に低分子量化する方法、および得られた低分子
量脂肪族ポリエステルの成型方法に関する。

（従来の技術） 脂肪族ポリエステルは、既存のポリマーの中でも古くか
ら生物分解性を有することが知られたポリマーであり、
医用、農業用、環境保全用材料としての応用研究が種々
なされている。

中でも微生物が産生ずるポリ−３−ヒドロキシブチレー
ト　（以下、Ｐ３ＨＢと称する）および３ヒドロキシブ
チレートの共重合体、例えば３−ヒドロキシブチレート
と３−ヒドロキシバレレートとの共重合体（以下、Ｐ３
ＨＢ−Ｐ３ＨＶと称する）、３−ヒドロキシブチレート
と４−ヒドロキシブチレートとの共重合体（以下、Ｐ３
ＨＢＰ４８Ｂと称する）等は、優れた生物分解性、生体
分解（１収）性、生体適合性、耐ガス透過性、熱可塑性
を示すポリマーとして、外科手術用の縫合糸や骨折の固
定材料、医薬品や農薬など薬剤の徐放システム、耐ガス
透過性を利用した食品包装用フィルムなどへの適用が近
年盛んに試みられるようになってきている。

しかし、微生物の産生ずるポリマーは、その分子量が数
十万〜百万という大きなものであるため、生体内での分
解速度が非常に遅く、その優れた性質にもかかわらず、
現在医療現場で使用されるには至っていない。現在、医
療現場においては、合成ポリエステルであるポリグリコ
ール酸、ポリ乳酸ないしはこれらの共重合体が使われて
いるに過ぎない。

ところが、これら合成ポリエステルは、逆に生体内の分
解速度が早過ぎるため、現場での使用には限界があり、
その改善が望まれている状況である。

一般に、ポリエステルの生体内での分解速度はその分子
量に依存し、分子量の大きなものほど遅（なっている。

一方、機械的性質は、分子量敵方以上ならほとんど変わ
ることがない。したがって、微生物の産生ずる高分子量
のポリエステルを生体内で使用できる程度の分解速度と
するには、分子量を、合成高分子と同等の飲方程度まで
低下させればよい。

ポリエステル類の低分子量化の既存技術としては、酸ま
たはアルカリ触媒の存在下で加水分解する方法がある。

しかし、この方法をＰ３ＨＢに適用した場合、Ｐ３ＨＢ
が疎水性ポリマーであるため水に溶けず、固液二相とな
って加水分解速度が非常に遅く、工業化するには問題が
ある。

この点の改良が特開昭５７−４５１３１号公報に示され
ている。これは、Ｐ３ＨＢを溶解させた有機相と酸触媒
を含む水相とを懸濁状態に混合し、加熱して溶媒を還流
させることによってＰ３ＨＢを加水分解する方法であり
、Ｐ３ＨＢの加水分解速度は非常に改善される。しかし
ながら、有機相と水相の液−液二相系で反応を実施する
ため、反応後の水ないし酸触媒の分離などが必要で、そ
のため工程が？Ｊｌ［雑となり、経済的ではない。

また、加水分解では、ポリマーの開裂箇所に遊離の水酸
基（−０１４基）やカルボキシル基（−ＣＯＯＨ基）が
残るため、加水分解後のポリマーが非常に不安定なもの
となる。特に、水酸基は、下式のようにすぐに脱水して
二重結合となり、酸化され易くなり、使用環境下に置く
前に劣化が始まるという問題点がある。

Ｃ１（ｉ （−ＱＣ）ＩＣＬＣＯ−）　、ｌ＋　ＢｔＯ→Ｈ３ ［１０ＣＨＣＨ１ＡＡＡ−十〜パノｑＣＯＯ）ｌＣＢ。

ＨＯＣＨＣＨｚ　　　　　　→　ＣＨ，ＣＨ＝ＣＨへ八
−Ｊ＋　　ＢｔＯ他の技術としては、アルコール類によ
るアルコリシスが挙げられる。これは、アルコール類を
溶媒として加溶媒分解する方法であるが、やはり、脂肪
族ポリエステルがアルコール類に溶解しないため反応が
非常に遅く、かつ、上記と同様に開裂箇所に水酸基が残
るため、使用前の劣化が問題となる。

他方、特開昭６４−２７４８３号にみられるように、直
接微生物に低分子量のポリエステルを産生させる方法も
提案されている。この方法は、プロトモナス属に属する
菌によるＰ３ＨＢの産生技術に関するものであり、Ｐ３
ＨＢに関する限り分子量飲方のＰ３ＨＢの産生に成功し
ている。しがし、プロトモナス属の菌は、Ｐ３ＨＢＬ、
か産生することができず、アルカリ土類金属などが産生
するＰ３ＨＢ−Ｐ３１（Ｖ　（特開昭６１−２９３３８
５号）や、Ｐ３ＨＢ−Ｐ４ＨＢ　（特開昭６３−２６９
９８９号）などの共重合体は産生ずることができない、
従って、上記方法は、これらの重合体の低分子量化には
適用できず、汎用性がない。

（発明が解決しようとする諜１！ｌり 以上のように、従来の脂肪族ポリエステルの低分子量化
方法にはそれぞれ欠点があり、簡単な方法で効率よく多
様な脂肪族ポリエステルを低分子量化することができる
方法として満足すべき方法は見出されていない。

本発明の目的は、簡単に効率よく各種の脂肪族ポリエス
テルを所望の程度に低分子量化する方法および得られた
生成物の成型方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、高分子量脂肪族ポリエステル、特に微生
物が産生ずるポリエステルを、エステル化合物と反応さ
せることにより、効率よく安定なポリエステルに低分子
量化させることができ、しかもその使用環境下に合わせ
た分解速度を与えるように反応条件によって分子量を制
御しうることを見出した。

さらに、本発明者らは、上記方法で分子量を調節した脂
肪族ポリエステルをそのまま成型工程に付すことにより
、簡素化された工程で効率的に低分子量化された脂肪族
ポリエステル成型体を得ることができることも見出した
。

即ち、本発明の要旨は、脂肪族ポリエステルをエステル
化合物と反応させることを特徴とする脂肪族ポリエステ
ルの低分子量化方法である。

好適態様にあっては、前記脂肪族ポリエステルは微生物
により産生されたポリエステルである。

前記反応は、脂肪族ポリエステルを溶解する溶媒の存在
下あるいは不存在下で脂肪族ポリエステルの融点以上の
湿炭で行うか、あるいは溶媒の還流下で行うことができ
る。

溶媒を用いずにエステル化合物と反応させて得られた低
分子量化ポリエステルは、反応後冷却することなくその
まま成形することができる。また、溶媒の存在下での反
応で得られた低分子量化ポリエステルの溶液は、冷却後
にそのままキャスティングすると、箇所にフィルムとす
ることができる。

（作用） 本発明の低分子量化方法によれば、反応条件を適宜調整
することによって、脂肪族ポリエステルをその使用環境
に合わせた分解速度となるような分子量に制御すること
ができる。

また、エステル化合物との反応を利用することから、開
裂箇所がエステルとなって保護されるため、低分子量化
した脂肪族ポリエステルの劣化が防止される。

たとえば、酢酸エチルとＰ３ＨＢとの反応の場合、下式
のように反応は進行するため、末端がエステルとなって
保護される。

ＣＨ２ （−０ＣＨＣＩ１２ＣＯ−）　、　＋　ＣＨｓＣＯＯＣ
ｔＨｓ→ＣＨ３ＣＯＯ＋Ｃ００Ｃ２Ｈ６ 本発明の低分子量化方法を適用できるポリエステルは、
主鎖が脂肪族基からなる脂肪族ポリエステルであり、特
に微生物が産生ずる脂肪族ポリエステルに好適に適用で
きる。このような脂肪族ポリエステルの例としては、Ｐ
３ＨＢ、Ｐ３ＨＢＰ３ＨＶ、Ｐ３ＨＢ−Ｐ４ＨＢ等の脂
肪族ヒドロキシ酸の縮合による重合体および共重合体が
挙げられるが、脂肪族ジオールと脂肪族ジカルボン酸と
の縮合により得られるような脂肪族ポリエステルに対し
ても本発明を適用することは可能である。

本発明の低分子量化方法で用いるエステル化合物として
は、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等の低級脂肪酸
類とメタノール、エタノール、プロパツール、ブタノー
ル等の低級アルコール類とのエステルが例示される。本
発明により低分子量化されたポリエステルを生体内に使
用する場合には、生体内でのポリエステル分解時に生体
に影響を与えない酢酸エチルが適している。

脂肪族ポリエステルに対するエステル化合物の添加量は
、低分子量化すべき脂肪族ポリエステルの分子量および
低分子量化率によって異なるが、理論量の１０〜１００
００倍モル、好ましくは１００〜１０００倍モルが用い
られる。添加量が少ないと、反応速度が遅くなり、逆に
多過ぎると脂肪族ポリエステルが必要以上に低分子量化
されるためである。

脂肪族ポリエステルとエステル化合物とのエステル交換
反応の反応条件は、ポリエステルの開裂による低分子量
化が達成される限り、特に制限されない０例えば、この
反応は、脂肪族ポリエステルを溶解する溶媒の存在下あ
るいは不存在下に脂肪族ポリエステルの融点以上の温度
で行うことができる。この反応方式では、比較的短時間
で所望の低分子量化を達成することができる。

溶媒を使用する場合には、溶媒を還流しながら上記反応
を実施することもできる。この場合には、反応温度が上
記より低温となるため、同程度まで低分子量化させるの
に通常はより長時間の反応時間を必要とするが、逆に生
成物の分子量の制御がより容易となるという利点がある
。

反応を脂肪族ポリエステルの融点以上の温度で行う場合
、反応温度は、融点から融点より５０℃高い温度範囲が
好ましい０反応温度が融点以下であると、脂肪族ポリエ
ステルとエステル化合物との混合が十分でなく、反応性
が悪い、逆に、高過ぎると熱によるポリエステルの劣化
が起こり望ましくない。

脂肪族ポリエステルの融点以上の温度で反応させる場合
、一般に反応圧力が常圧よりも高くなるため反応温度が
上昇する。かかる高温でのポリエステルの劣化を防ぐた
めに、反応雰囲気は、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不
活性ガスで置換することが望ましい。

反応を脂肪族ポリエステルの融点以上で行う場合、溶媒
を用いても、用いなくてもよい。

好適な溶媒としては、塩化メチレン、クロロホルム、ジ
クロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン
、トリクロロプロパン等の脂肪族ポリエステル類を溶解
する脂肪族含ハロゲン化合物が挙げられる。

溶媒を使用する場合には、上述したように、必ずしも脂
肪族ポリエステルの融点以上に加熱する必要はなく、例
えば溶媒の還流条件下といったより低温で反応を実施す
ることもできる。

エステル化合物とのエステル交換反応による脂肪族ポリ
エステルの低分子量化の反応速度は、反応系中のポリエ
ステルの濃度や反応温度に依存し、濃度および温度が高
いほど反応は促進される。

従って、還流条件で反応を行う場合、反応速度的には高
沸点溶媒を用いた方が有利であるが、低分子量化した脂
肪族ポリエステルの回収や直接キャスティングする場合
の溶媒の除去を容易にするには低沸点溶媒の方が有利で
ある。必要であれば、反応温度を高めるために、反応を
加圧系で行ってもよい。

上記の如く、反応速度は濃度にも依存するため、溶媒を
使用する場合には、脂肪族ポリエステルの濃度は反応条
件で溶液となる範囲内でできるだけ高い方が有利である
。これは、反応後に直接キャスティングする場合にも、
除去する溶媒が少なくなるため好ましい。

エステル化合物との反応は、使用目的に応して所望の程
度に低分子量化されたポリエステル生成物が得られるま
で続ける。上述したように、反応速Ｘは温度およびポリ
エステル濃度に依存するため、これらの反応条件および
反応時間を調整することにより、生成するポリエステル
の分子量を所望の程度に制御することができる。

−ｇに、生体内で適当な分解速度を示す脂肪族ポリエス
テルの分子量は、約１〜１０万、特に約３〜５万の範囲
内である。本発明の方法によれば、ポリエステルの融点
以上で反応を行う場合には、数時間Ｃ例、２〜３時間）
以下の反応時間でかかる程度まで低分子量化した生成物
を得ることができる。反応を溶媒還流条件で行う場合に
は、−ａにより長時間の反応時間が必要となるが、分子
量の制御はより精確になる。

溶媒を用いずに反応を実施した場合、得られた反応混合
物から過剰のエステル化合物を蒸留などにより除去する
ことにより、目的生成物である低分子量の脂肪族ポリエ
ステルが回収される。このポリエステル生成物は、−旦
冷却してペレット化してから成型してもよいが、冷却す
ることなくそのまま押出、射出成型、圧縮成型などの適
当な成型手段により成型すると、経済的に有利に製品化
することができる。

溶媒を用いて反応させた場合には、反応後に得られた低
分子量化ポリエステルの溶液から、溶媒を蒸発除去する
方法、脂肪族ポリエステルを溶解しない溶媒中に反応液
を添加することによって析出させる方法等により生成物
を容易に回収することができる。回収された生成物は、
上記と同様に適当な成型手段により製品化される。

この回収に用いる脂肪族ポリエステルを溶解しない溶媒
としては、メタノール、エタノール等のアルコール類、
ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素類等が例示でき
、特に制限はされない。しかし、使用する溶媒の種類が
多くなると、その除去工程が複雑となる。従って、工程
の簡素化のためには、反応試薬であるエステル化合物を
、脂肪族ポリエステルを溶解しない溶媒として使用する
のが望ましい。

本発明の方法により得られた低分子量ポリエステルをフ
ィルムに成型する場合には、溶媒を用いた反応により得
られた低分子量化ポリエステルの溶液を、冷却後にその
ままキャスティングして、フィルムとすることが、溶剤
の除去および溶液形成工程が省略されるため、工程が大
幅に簡素化され、経済的に有利である。

本発明の方法は、他の既存のプロセスのように、反応後
の二相分離工程や、酸や水の分離、洗浄工程がなく、非
常に簡素化された効率的なプロセスである。

本発明の方法によれば、成形品とした場合、生物による
、あるいは生体内での分解速度が適度となるように分子
量が制御された脂肪族ポリエステルを反応条件の調整に
より容易に製造することができ、また優れた生体適合性
、耐ガス透過性、熱可塑性を示すため、外科手術用の縫
合糸や骨折の固定材料、医薬品や農薬等の薬剤の徐放シ
ステム、食品包装用フィルム等に実際に応用することが
可能である。

以下、実施例によって本発明を具体的に説明する。

実施例１ 数平均分子量３１５，０００　、融点１８０℃の微生物
が産生したＰ３ＨＢ０．５ｇと酢酸エチル０．０５ｇと
を内径５ｇ腸のパイレックス製の試験管に入れ、内部を
窒素で置換した後、減圧下、液体窒素で冷却しながら封
管した。

同じものを４本作成し、全体をステンレス製の金網に包
んでから１９０℃の温度に設定した油浴中に浸漬し、０
．５．１．０．１．５．２．０時間後にそれぞれ１本づ
つを取り出してＧＰＣ（ガス・パーミェーションクロマ
トグラフィー）で分析し、第１表に示した結果を得た。

実施例２ 数平均分子量１２４，０００　、融点１６５℃の微生物
が産生したＰ３ＨＢ−Ｐ３ＨＶ共重合体０．５　ｇと酢
酸エチル０．０５　ｇとを内径５ｍｍのパイレックス製
の試験管に入れ、反応温度１７５°Ｃとする以外は実施
例１と同じ操作で反応および分析を行い、第１表の結果
を得た。

実施例３ 酢酸エチルの代わりに酢酸メチルを使用すること以外は
実施例２と同じ操作で反応および分析を行い、第１表の
結果を得た。

第１表 第１表の結果からゎがるように、０．５時間の反応で分
子量は敵方以下になり、反応時間が長くなるにつれて分
子量は漸減した。従って、反応時間を適宜選択すること
により、所望の分子量のポリエステルを得ることができ
る。

実施例４ 有効反応容積５０＋ｄの電磁誘導攪拌機付きの反応器を
、薄膜蒸留装置を経て、押出し成型機に接続した。数平
均分子量１２４，０００　、融点１６５℃の微生物が産
生したＰ３ＨＢ−Ｐ３ＨＶ共重合体と酢酸エチルとをそ
れぞれ５０　ｇ／ｈ、５　ｇ／ｈの速度で反応温度２０
０℃に設定した上記の反応器に連続的に供給した。この
反応装置から排出された反応物を冷却することなしに薄
膜蒸留装置に連続的に送って、２００℃、窒素気流下で
過剰の酢酸エチルを除去し、ボトムをそのまま押出成型
機に送入して成型し、数平均分子１３０，０００のポリ
エステルからなるパイプを得た。

実施例５ 数平均分子量１２４，０００　、融点１６５°ＣのＰ３
ＨＢ−Ｐ　３　ＨＶ共重合体２．０ｇ、酢酸エチル０．
４ｇ、およびクロロホルム２０ｄを内容積６０ｍのハス
テロイＣ製の！磁誘導攪拌式オートクレーブに仕込み、
内部を窒素で置換した後に１８０℃で１時間反応させた
。

放冷後、溶液状の内容物を取り出し、そのままキャステ
ィングにより厚さ５０／ｊのフィルムを作成した。

フィルムの一部をＧＰＣにて分析したところ数平均分子
量３５，０００であった。

実施例６ 数平均分子量３１５．００（ｌの微生物が産生したＰ３
ＨＢ５ｇを３００　ｄのクロロホルムに溶解し、内容積
５００ｄの丸底フラスコ中で酢酸エチル５ｇと還流条件
下で攪拌しながら６時間反応させた。

反応後、クロロホルムおよび過剰の酢酸エチルを減圧蒸
発させ、固形物の重量を測定した。

結果を第２表に示す。

実施例７ 数平均分子量１２４，０００の微生物が産生したＰ３Ｈ
Ｂ−Ｐ３ＨＶ共重合体５ｇを３００ＩＩｉのクロロホル
ムに溶解し、以下、実施例６と同様の操作で反応させ、
第２表に示す結果を得た。

実施例８ 数平均分子量３１５，０００の微生物が産生したＰ３Ｈ
Ｂ５ｇを１００　ｄのジクロロメタンに溶解し、内容積
３００　ｍの丸底フラスコ中で３ｇの酢酸エチルと還流
下に攪拌しながら６時間反応させた。

反応後、反応溶液を酢酸エチル中に注ぎ、析出物を濾別
後、乾燥させ、重量を測定した。

結果を第２表に示す。

実施例９ 数平均分子量１２４．０００の微生物が産生したＰ３Ｈ
Ｂ−Ｐ３ＨＢ共重合体５ｇを１００　ｍｌのジクロロメ
タンに溶解し、内容積３００　ｄの丸底フラスコ中で２
ｇの酢酸メチルと還流下に６時間反応させた。

反応後、反応溶液を酢酸メチル中に注ぎ、析出物を濾別
後、乾燥させ、重量を測定した。

結果を第２表に示す。

第２表の結果かられかるように、溶媒還流条件下での反
応では、実施例１〜５に記載の反応方法に比べて、一般
に同程度まで低分子量化するのにより長時間の反応が必
要となるが、反応温度が低いため生成物の劣化が少なく
、また分子量の制御がより容易となる利点もある。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば、簡単な工程で効率
よく、脂肪族ポリエステルを低分子量化する方法を提供
できる。

また、本発明方法によれば、反応条件を調整することに
よって、使用環境に応じた分解速度となるよう生成物の
分子量を制御することが可能であり、しかも得られた低
分子量脂肪族ポリエステルは末端が保護されて劣化が防
止された安定なものである。従って、医療、食品包装等
の用途に適した有用な脂肪族ポリエステルが得られる。

また、本発明では、低分子量化された脂肪族ポリエステ
ルを、水や触媒等の分離をおこなうことなく直接成形す
ることができるので、低分子量化ポリエステル成形品の
製造方法としても、簡単で効率的な方法である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）脂肪族ポリエステルを、エステル化合物と反応さ
   せることを特徴とする脂肪族ポリエステルの低分子量化
   方法。
2. （２）脂肪族ポリエステルが微生物により合成されたポ
   リエステルである請求項１記載の方法。
3. （３）反応を、脂肪族ポリエステルを溶解する溶媒の存
   在下または不存在下に脂肪族ポリエステルの融点以上の
   温度で行う請求項１または２記載の方法。
4. （４）反応を、脂肪族ポリエステルを溶解する溶媒の還
   流下で行う請求項１または２記載の方法。
5. （５）溶媒の不存在下で請求項１または２記載の方法に
   より低分子量化された脂肪族ポリエステルを、反応後冷
   却することなくそのまま成型することを特徴とする脂肪
   族ポリエステルの成型方法。
6. （６）脂肪族ポリエステルを溶解する溶媒の存在下で請
   求項１または２記載の方法を実施することにより得た、
   低分子量脂肪族ポリエステルの溶液を、冷却後、そのま
   まキャスティングすることを特徴とする脂肪族ポリエス
   テルの成型方法。