Reactor de polimerización, dispositivo de polimerización, procedimiento para la preparación de poliéster biodegradable así como usos.

Procedimiento para la preparación de polilactida mediante polimerización por apertura de anillo de dilactidamediante las etapas

a) alimentar dilactida en al menos un recipiente agitador y/o un reactor con circulación en bucles como primeraetapa de polimerización y realizar una polimerización previa,

así como

b) transferir el prepolímero obtenido a al menos un reactor tubular como segunda etapa de polimerización,presentando el reactor tubular piezas incorporadas no mezcladoras que homogeneizan el perfil de velocidad delfluido que fluye a través de la sección transversal del reactor tubular, y realizar una reacción de polimerización.

Reactor de polimerización, dispositivo de polimerización, procedimiento para la preparación de poliéster biodegradable así como usos La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de polilactida.

Por el documento US 5.484.882 se conoce un reactor de polimerización para la preparación de copoliésteres a partir de ésteres cíclicos en combinaciones con lactonas, que comprende un recipiente agitador así como una mezcladora estática. Se sabe que los copolímeros descritos en este documento de patente a igual temperatura presentan una viscosidad de la masa fundida esencialmente más baja que un homopolímero de sólo uno de los dos componentes mencionados allí. Por tanto si se pretende preparar un homopolímero, particularmente polilactida, el reactor de polimerización descrito en el documento US 5.484.882 que presenta como etapa de polimerización principal una mezcladora estática, tiene desventajas dado que las viscosidades de la masa fundida esencialmente superiores de por ejemplo polilactida conducen a una alta pérdida de presión de 20000 kPa hasta obtener obstrucciones y/o bloqueos de una mezcladora estática de este tipo. Las obstrucciones o los bloqueos de este tipo conducen con frecuencia a pérdidas de producción de las instalaciones de este tipo que están asociadas con tiempos de parada o limpiezas caros del dispositivo de polimerización.

El siguiente estado de la técnica es el documento US 5.484.882. Allí se menciona la combinación de un recipiente agitador con una mezcladora estática. Sin embargo, la materia prima es un éster cíclico combinado con al menos una lactona. Se produce, por tanto, un copolímero. Se sabe que los copolímeros a igual temperatura tienen una viscosidad de la masa fundida esencialmente más baja que un homopolímero de sólo uno de los dos cocomponentes. En caso de copolímeros, las viscosidades de la masa fundida pueden hallarse de 100 Pa·s a 5.600 Pa·s. Por el contrario, los homopolímeros pueden tener viscosidades de la masa fundida de hasta 25.000 Pa·s.

Partiendo de estos inconvenientes mencionados del estado de la técnica es, por consiguiente, objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento para la preparación de polilactida, con el que pueda prepararse polilactida de alta pureza, pudiéndose realizar el procedimiento de manera fiable, es decir sin que se produzcan los problemas mencionados en el estado de la técnica.

Este objetivo se soluciona con respecto al procedimiento con las características de la reivindicación 1. A este respecto, las reivindicaciones dependientes representan perfeccionamientos ventajosos.

Por consiguiente, según la invención se proporciona un procedimiento para la preparación de polilactida mediante polimerización por apertura de anillo de dilactida mediante las etapas:

a) alimentar dilactida en al menos un recipiente agitador y/o un reactor con circulación en bucles como primera etapa de polimerización y realizar una polimerización previa, así como b) transferir el prepolímero obtenido a al menos un reactor tubular como segunda etapa de polimerización,

presentando el reactor tubular piezas incorporadas no mezcladoras que homogeneizan el perfil de velocidad del fluido que fluye a través de la sección transversal del reactor tubular, y realizar una reacción de polimerización.

Las piezas incorporadas que homogeneizan el flujo previstas según la invención se diferencian de una mezcladora estática en que éstas no mezclan, es decir separación en flujos parciales y a continuación reagrupación axial y radial de los flujos parciales. Las piezas incorporadas previstas según la invención ejercen ahora una resistencia de flujo que está dimensionada de manera dirigida en dirección axial, de modo que se consigue un perfil casi uniforme de la velocidad de flujo a través de la sección transversal tubular. A este respecto no se reagrupan los hilos de flujo, sino que permanecen casi paralelos y sólo se aceleran o se retrasan entre sí. Un criterio preferente para la homogeneización es que, en la salida del reactor tubular, el cociente del tiempo de permanencia mínimo de un hilo de flujo y del tiempo de permanencia promedio del contenido del reactor no sea inferior a 0, 5.

Por un reactor con circulación en bucles se entiende un reactor que permite un remezclado de la mezcla de reacción mediante la conducción en un bucle, de manera que se facilita el inicio de la reacción de polimerización.

En principio son adecuadas, por consiguiente, todas las piezas incorporadas que realizan un ajuste del perfil de flujo a través de la sección transversal del reactor tubular. Los fluidos que atraviesan un tubo presentan en el caso normal, es decir sin piezas incorporadas en el tubo, un perfil de velocidad parabólico a través de la sección transversal del tubo (perfil de flujo laminar) . La reacción de polimerización y el aumento asociado con ella de la viscosidad de la masa fundida conducen por el contrario a un retraso aún más fuerte de la masa fundida en las zonas próximas a la pared y a una aceleración extrema en las zonas próximas al eje, “atravesando” apenas el material polimerizado en los alrededores del eje del tubo. Por consiguiente, las velocidades de flujo en el centro del tubo son las más grandes, mientras que el flujo del fluido en las zonas próximas a la pared del tubo se ralentiza de manera condicionada por fuerzas de rozamiento. Por consiguiente, el objetivo de la invención es realizar una normalización del perfil de flujo, es decir garantizar un perfil de flujo que está uniformado lo más posible a través de toda la sección transversal del tubo, de modo que la velocidad de flujo del fluido sea igual de grande lo más posible en todas las partes del tubo. Debido a ello se impiden un fuerte mezclado de las masas fundidas poliméricas altamente viscosas y a este respecto las fuerzas de cizallamiento producidas que por un lado influyen negativamente en la calidad del polímero, originando por otro lado obstrucciones del reactor tubular. Como ventaja adicional en comparación con los elementos estáticos que condicionan un mezclado permanente fuerte de las masas fundidas poliméricas, puede nombrarse que por consiguiente se consigue una resistencia de flujo más baja, que repercute particularmente con aumento de la viscosidad de manera desventajosa en dispositivos del estado de la técnica. Por consiguiente, con el dispositivo usado es posible una polimerización fácilmente realizable hasta obtener masas molares promedios muy altas con calidad de producto simultáneamente excelente.

Ventajosamente se usan en el procedimiento según la invención piezas incorporadas en el tubo que se seleccionan del grupo constituido por discos perforados, intersticios anulares concéntricos, cuerpos expulsores y/o elementos tubulares. Las piezas incorporadas mencionadas impiden simultáneamente un mezclado del fluido, dado que mediante procesos de mezclado se llega una y otra vez a los problemas conocidos por el estado de la técnica. A este respecto, los discos perforados están configurados casi bidimensionalmente, es decir se extienden a través de la sección transversal del tubo, sin presentar a este respecto una extensión axial notable, y tienen orificios dispuestos preferentemente en líneas circulares concéntricas con respecto al eje del tubo con diámetros variables. Igualmente se proporciona también la posibilidad de usar intersticios anulares concéntricos como piezas incorporadas. En los intersticios anulares son concebibles según esto formas de realización dobles, por un lado una forma de realización casi bidimensional que está configurada en analogía a los discos perforados, es decir que los intersticios anulares dispuestos con respecto al reactor tubular en el lado de la pared más ancho aumentan en anchura, por otro lado sin embargo también la forma de realización en la que los intersticios anulares están configurados tridimensionalmente, es decir presentan aún otra dimensión en dirección axial del reactor tubular.

En las piezas incorporadas bidimensionales, el ajuste del perfil de flujo puede estar condicionado también por la forma de las propias piezas incorporadas. Como alternativa o adicionalmente a la variación del tamaño de los orificios o intersticios, las piezas incorporadas bidimensionales pueden troquelarse, por ejemplo, en forma de cono concéntrico, dirigiéndose la punta del cono contra la dirección del flujo del fluido. A este respecto, por forma de cono concéntrico se entiende que la punta del cono se encuentra dispuesta de manera centrada con respecto a la superficie del elemento incorporado bidimensional. Debido a ello se consigue que la parte del fluido que fluye lo más rápidamente impacte en la punta... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la preparación de polilactida mediante polimerización por apertura de anillo de dilactida mediante las etapas

a) alimentar dilactida en al menos un recipiente agitador y/o un reactor con circulación en bucles como primera etapa de polimerización y realizar una polimerización previa, así como b) transferir el prepolímero obtenido a al menos un reactor tubular como segunda etapa de polimerización, presentando el reactor tubular piezas incorporadas no mezcladoras que homogeneizan el perfil de velocidad del fluido que fluye a través de la sección transversal del reactor tubular, y realizar una reacción de polimerización.

2. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque la polimerización previa en la etapa a) se realiza hasta obtener una conversión máxima de la dilactida del 5% al 70% en mol, preferentemente del 30% al 60% en mol.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la reacción de polimerización en la etapa b) se realiza hasta obtener una viscosidad de la masa fundida máxima de 100 Pa·s a 25.000 Pa·s, preferentemente de 500 Pa·s a 20.000 Pa·s.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 3, caracterizado porque la reacción de polimerización en la etapa b) se realiza hasta obtener una conversión de la dilactida de al menos el 90% en mol, preferentemente al menos el 92, 5% en mol, de manera especialmente preferente al menos el 95% en mol.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque a continuación de la etapa b) se añaden mezclando estabilizadores.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque a continuación de la etapa b) se realiza una desmonomerización mediante extracción con un disolvente y/o desgasificación a vacío.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque a la dilactida se añaden mezclando catalizadores de polimerización antes de la etapa a) y/o antes de la etapa b) .

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque a continuación de la etapa b) se añade mezclando al menos un aditivo, seleccionado del grupo constituido por agentes de nucleación, colorantes, sustancias de refuerzo, coadyuvantes de procesamiento, plastificantes, agentes de modificación, cargas y/o antioxidantes.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque a continuación de la etapa b) se añade mezclando al menos otro polímero, por ejemplo un poliéster.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la dilactida procede de un dispositivo de purificación preconectado y/o de un dispositivo de condensación preconectado.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10 para la preparación de poli-L-lactida, poli-D-lactida o poli-meso-lactida.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se usan piezas incorporadas que se seleccionan del grupo constituido por discos perforados, cuerpos expulsores, intersticios anulares concéntricos y/o elementos tubulares.

13. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque los intersticios anulares concéntricos, cuerpos expulsores y/o elementos tubulares están configurados dependiendo de su disposición radial con respecto a la sección transversal del reactor tubular con distinta longitud en dirección axial del reactor tubular.

14. Procedimiento según una de las dos reivindicaciones anteriores, caracterizado porque mediante las piezas incorporadas se garantiza que el cociente del tiempo de permanencia mínimo de la parte del fluido que atraviesa lo más rápidamente el reactor tubular y del tiempo de permanencia promedio de todo el fluido en el reactor tubular asciende al menos a 0, 5.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores 12 a 14, caracterizado porque las piezas incorporadas del reactor tubular generan un coeficiente de variación máximo V de 0, 8, preferentemente de 0, 5, definiéndose V según la siguiente ecuación

representando S la varianza de muestras al azar según y

ci significa la concentración de una sustancia indicadora de una muestra al azar extraída en un punto seleccionado aleatoriamente i de la superficie de salida del reactor tubular, alimentándose la sustancia indicadora en un punto seleccionado aleatoriamente de la superficie de entrada del reactor tubular, representando cs la media aritmética de las concentraciones de las muestras al azar extraídas según así como significando n el número de muestras al azar.