Procedimiento de obtención de lactida.

Procedimiento de obtención de lactida partiendo de una mezcla que comprende lactida,

meso-lactida yotras impurezas, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:

(a) adición a la mezcla de un éter, caracterizado porque dicha mezcla y el éter se presentan los dos enforma líquida a la temperatura de la mezcla y porque el éter se añade a la mezcla 5 a una relación enmasa de éter/mezcla que va de 0,5:1 a 10:1,

(b) enfriamiento opcional de la mezcla y del éter al término de la etapa (a),

(c) precipitación de una lactida purificada en una fase líquida,

(d) separación de la mezcla procedente de la etapa (c) y obtención de una torta húmeda rica en lactida yuna fase líquida.

Procedimiento de obtención de lactida

La presente invención se refiere a un procedimiento de obtención de lactida con la ayuda de un disolvente de la familia de los éteres a partir de una mezcla que se presenta en forma líquida que comprende lactida, meso5 lactida y otras impurezas.

El desarrollo de los bioplásticos está actualmente en pleno auge. La utilización de bioplásticos tales como, por ejemplo, polilactida (PLA) en el campo de los envases se está desarrollando activamente.

La PLA es un poliéster alifático basado en ácido láctico, estando obtenido este último mediante la fermentación de azúcares y/o almidón. La polilactida procede por tanto de recursos vegetales renovables y es biodegradable

mediante compostaje.

La producción de PLA puede realizarse partiendo del dímero cíclico del ácido láctico denominado lactida.

Las dos formas ópticamente activas del ácido láctico (L-AL) y (D-AL) pueden dar una lactida (LD o cíclico dimérico) en 3 formas estereoisoméricas: con 2 moléculas de ácido D-láctico (D, D-lactida o D-LD) , con 2 moléculas de ácido L-láctico (L, L-lactida o L-LD) o con una molécula de cada (meso-lactida o meso-LD) . Se

encuentra también la mezcla racémica ( (D, L) -lactida) , caracterizada por una temperatura de fusión (Tf= 126ºC) superior a la de L-LD o D-LD (Tf = 97ºC) y superior a la de meso-LD (Tf= 50ºC) .

Actualmente, los dos grandes procedimientos de producción de lactida se distinguen esencialmente por el grado medio de polimerización (GP) de los oligómeros de la etapa de condensación.

El primero consiste en extraer el agua de una solución de ácido láctico hasta obtener oligómeros con 8 º GP º

º25. A continuación, se despolimerizan estos oligómeros (reacción de transferencia intramolecular) con un catalizador ácido de Lewis, bien a presión reducida a una temperatura más o menos elevada o bien bajo corriente de nitrógeno. Este procedimiento se realiza en condiciones drásticas que influyen en la pureza óptica de la lactida (porcentaje elevado de racemización) .

El segundo procedimiento utiliza un oligómero con 1, 5 º GP ºº 2, 5 producido en fase vapor a temperatura

elevada o en fase líquida en presencia de un codisolvente que forma un azeótropo con agua. Los principales inconvenientes son la presencia de un disolvente a menudo aromático y de alto punto de ebullición, una temperatura de reacción superior a 180ºC, la falta de selectividad y una cantidad no despreciable de impurezas.

Generalmente, la lactida obtenida mediante las diversas rutas de síntesis debe purificarse con el fin de obtener una pureza suficiente antes de proceder a su polimerización mediante apertura de ciclo.

Estas etapas de síntesis y purificación conllevan por tanto la formación de una cantidad económicamente importante de subproductos que contienen L-lactida, D-lactida, meso-lactida, la mezcla racémica ( (D, L) -lactida) , ácido láctico, otros oligómeros de ácido láctico, productos de la degradación térmica de ácido láctico y otras impurezas más específicas de los procedimientos de síntesis de lactida tales como, por ejemplo, el ácido 2etilhexanoico procedente de la degradación del octanoato de estaño que puede utilizarse como catalizador para

la síntesis de lactida.

Estos subproductos pueden:

- hidrolizarse de manera que se recupere el ácido láctico presente, pudiendo reciclarse la solución posteriormente a la síntesis de lactida. Esto requiere repetir el proceso completo, lo que no es ventajoso desde el punto de vista del rendimiento energético y por tanto no es económico;

-extraerse con agua. Al no ser soluble la lactida, precipita y puede recuperarse después de filtración y secado. Esto se da a conocer en el documento EP 1.276.735. Sin embargo, la lactida forma un complejo con agua que se degrada progresivamente hasta un dímero de ácido láctico. Esto conlleva por una parte una importante pérdida de rendimiento y por otra parte genera una pureza insuficiente de la lactida después del secado (contaminación con ácido lactoiláctico) . Además, los oligómeros de ácido láctico de tamaño superior a 2 unidades son

45 igualmente poco solubles en agua y, como líquidos, sus filtrabilidades siguen siendo bajas debido a sus viscosidades;

- extraerse con disolventes orgánicos más o menos apolares tales como tolueno, acetato de etilo o mezclas de estos. Sin embargo, en la extracción, la cantidad de impurezas solubilizadas es función de la polaridad y de la relación de disolvente/subproducto. Cuando la parte de impurezas en el subproducto aumenta, es preciso utilizar

50 un disolvente de polaridad superior y/o una fracción mayor de disolvente para evitar superar el umbral de saturación de la fase de extracción. Al aumentar la polaridad y/o la cantidad de la fase de extracción, aumenta la cantidad de lactida que se solubiliza y la pérdida es mayor. En consecuencia, cuanto más pobre en lactida es el subproducto (y por tanto rico en impurezas) , más aumenta la pérdida de lactida por este tipo de disolvente y menor es el rendimiento.

La presente invención resuelve estos inconvenientes al permitir obtener lactida partiendo de subproductos con un rendimiento industrialmente aceptable. La figura 1 describe de manera esquemática un modo de ejecución de la invención. Se entiende por lactida el diéster cíclico de ácido láctico representado por la fórmula general siguiente:

en la que R1=R3=H y R2=R4=CH3.

En la presente invención, se entiende por lactida una de las dos formas estereoisoméricas (L-LD o D-LD) y no la meso-LD.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento de obtención de lactida, más

particularmente de L-lactida o de D-lactida, a partir de una mezcla que se presenta en forma líquida y comprende lactida, meso-lactida y otras impurezas con la ayuda de un disolvente de la familia de los éteres.

El documento US 5.214.159 da a conocer un procedimiento para la producción de meso-lactida partiendo de una mezcla de meso-lactida y D, L-lactida. La mezcla se precipita en forma cristalina con un alcohol. Los cristales de meso-lactida y D, L-lactida obtenidos se recristalizan a continuación con alcohol y se disuelven entonces en un

éter alifático. La D, L-lactida cristaliza en éter. Las aguas madre restantes, consistentes en una mezcla de mesolactida y D, L-lactida a una relación de aproximadamente 60/40, se concentran por evaporación y se somete el residuo a destilación. Este documento no da a conocer la precipitación de lactida con éter a partir de una lactida impura presente en forma líquida.

Carothers et al. dan a conocer en el Journal of American Chemistr y Society, volumen 54, 1932, páginas 761-772,

la purificación de lactida mediante cristalización con éter. Este documento no da a conocer la precipitación de lactida con éter partiendo de una lactida impura presente en forma líquida.

El documento EP 0.588.222 da a conocer un procedimiento para separar la lactida de la meso-lactida mediante lavado con éter de una lactida impura presente en forma sólida. Este documento no da a conocer la precipitación de lactida con éter partiendo de una lactida impura presente en forma líquida.

El documento US 5.463.086 da a conocer en el ejemplo comparativo 4 un procedimiento para separar L-lactida de meso-lactida mediante la disolución de lactida bruta (2, 19 g) en dietiléter (41, 43 g) seguido de cristalización. Este documento no da a conocer la precipitación de lactida con éter partiendo de una lactida impura en forma líquida y de éter presentes en las proporciones de la presente invención.

El documento US 5.319.107 da a conocer en los ejemplos 1 y 2 la disolución de un residuo de lactida, ácido

láctico y oligómeros en dietiléter seguido de cristalización de la lactida mediante incubación de la solución a 4ºC. Se obtuvo una lactida de una pureza superior al 90%, hasta superior al 95%, con un rendimiento del 13%. Este documento no da a conocer la precipitación de lactida a partir de una lactida impura presente en forma líquida.

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1. Procedimiento de obtención de lactida partiendo de una mezcla que comprende lactida, meso-lactida y otras impurezas, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes:

(a) adición a la mezcla de un éter, caracterizado porque dicha mezcla y el éter se presentan los dos en

forma líquida a la temperatura de la mezcla y porque el éter se añade a la mezcla a una relación en masa de éter/mezcla que va de 0, 5:1 a 10:1,

(b) enfriamiento opcional de la mezcla y del éter al término de la etapa (a) ,

(c) precipitación de una lactida purificada en una fase líquida,

(d) separación de la mezcla procedente de la etapa (c) y obtención de una torta húmeda rica en lactida y 10 una fase líquida.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la relación en masa de éter/mezcla varía entre 1:1 y 5:1.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la torta húmeda procedente de la

etapa (d) se seca a una temperatura de producto inferior a la temperatura de fusión de la lactida, de manera que 15 se obtenga una torta seca rica en lactida.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el secado de la torta húmeda se hace a una temperatura inferior a la temperatura de fusión de la meso-lactida.

5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 4, que comprende una etapa adicional consistente en lavar la torta húmeda o la torta seca rica en lactida con el éter.

20 6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 5, que comprende una etapa adicional consistente en fundir la torta húmeda o la torta seca rica en lactida y reciclarla en forma de fracción principal o fracción intermedia de un procedimiento de purificación mediante cristalización en medio fundido.

7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la etapa (d) se realiza a una temperatura superior a la temperatura de precipitación de la meso-lactida en el éter.

25 8. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque:

(e) se conduce la fase líquida compuesta por éter cargado de meso-lactida y otras impurezas, procedente de la etapa d) después de recuperar la torta rica en lactida, a una columna de extracción o una sucesión de mezcladores decantadores donde se pone en contacto con una fase acuosa en que se recupera la meso-lactida y las otras impurezas,

(f) se recupera la fase de éter después de o sin pasar por una etapa de regeneración/limpieza del disolvente para realizar una nueva extracción de la mezcla inicial y

(g) se recicla la fase acuosa que comprende lactida residual, meso-lactida y otras impurezas, eventualmente después de la purificación, posteriormente a la síntesis de lactida.

9. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque:

(i) se enfría la fase líquida compuesta por éter cargado de impurezas procedente de la etapa d) por debajo de 30ºC hasta la precipitación de la lactida y meso-lactida residuales, y

(ii) se filtran la lactida y meso-lactida residuales de manera que se recoja una nueva torta y una fase líquida,

(e) se conduce la fase líquida que comprende éter procedente de la etapa (ii) , después de recuperar la

torta rica en lactida, a una columna de extracción o una sucesión de mezcladores decantadores donde se pone en contacto con una fase acuosa en que se recupera la meso-lactida y las otras impurezas,

(f) se recupera la fase de éter después de o sin pasar por una etapa de regeneración/limpieza del disolvente para realizar una nueva extracción de la mezcla inicial y

(g) se recicla la fase acuosa que comprende lactida residual, meso-lactida y otras impurezas, 45 eventualmente después de la purificación, posteriormente a la síntesis de lactida.

10. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque: (e’) se conduce la fase líquida compuesta por éter cargado de meso-lactida y otras impurezas procedente de la etapa d) , después de recuperar la torta rica en lactida, a una columna de destilación con empaquetamiento en la que el éter se destila en la cabeza de columna mientras que la fase cargada de meso-lactida y otras impurezas sale por la base de la columna,

(f’) se hidroliza con agua la fase cargada de meso-lactida y otras impurezas procedente de la etapa (e’) ,

(g’) se recupera el éter procedente de la etapa (e’) .

11. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque

(i) se enfría a menos de 30ºC la fase líquida compuesta por éter cargado de impurezas, procedente de la etapa d) , hasta la precipitación de la lactida y meso-láctida residuales, y

(ii) se filtran la lactida y meso-lactida residuales de manera que se recoja una nueva torta y una nueva fase líquida,

(e’) se conduce la fase líquida que comprende el éter procedente de la etapa (ii) , después de recuperar la torta rica en lactida, a una columna de destilación con empaquetamiento en la que se destila el éter en la cabeza de la columna, mientras que la fase cargada de meso-lactida y otras impurezas sale por la

base de la columna,

(f) se hidroliza con agua la fase cargada de meso-lactida y otras impurezas procedente de la etapa (e’) , (g’) se recupera el éter procedente de la etapa (e’) .

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el éter es de fórmula general

R1-O-R2 en la que R1 y R2 representan, independientemente uno del otro, un grupo alquilo o alquenilo lineal o ramificado que tiene de 1 a 4 átomos de carbono,

un grupo alcanol que tiene de 1 a 4 átomos de carbono, un grupo arilo, 25 un grupo arilalquilo, un grupo cicloalquilo que tiene de 4 a 6 átomos de carbono, o en el que R1 y R2 forman una estructura cíclica que tiene de 2 a 6 átomos de carbono.