Among bioplastics, Polylactic Acid or Polylactide (PLA) are linear aliphatic polyesters, which are produced by starch fermentation obtained from corn and potatoes, or are derived from monosaccharides derived from plant cellulose, which is a typical environmentally friendly thermoplastic polymer.
The industrially produced PLA processes reported so far are through lactide formation. First, prepolymer was obtained by polycondensation reaction of lactic acid (low molecular weight PLA), then depolymerized with lactide, and finally obtain higher molecular weight through a ring opening mechanism. That is, there is a difference in the ratio of L-, D-, and meso-lactide depending on lactide synthesis reaction time, pressure and catalyst. As a result, it is economically affected by separation and purification. To address these problems, we present reaction conditions for a pilot-scale process design capable of optically pure lactide production regardless of driver skill. Therefore, it is possible to produce domestic Lactide which was dependent on imports. In addition, if the oligomeric (low molecular weight) PLA produced by the dehydration reaction of lactic acid accumulates in the reactor, it should be removed by periodic cleaning because it affects the lactide purity and quality.
In generally commercial processes, it is known to remove residues using organic solvents (Ethyl lactate, DMF, THF etc.). This requires distillation for organic solvent reuse, which is not economical and environmentally friendly due to high energy consumption. To solve this problem, the condition of removing the residue with steam instead of organic solvent is suggested. Also, instead of the conventional lactide synthesis method, a method of synthesizing lactide by vaporization of lactic acid using an inexpensive commercial catalyst and an inert material was studied.
As a result, it showed a high lactide yield and purity without any pressure drop in the reactor, and developed a new process capable of continuous reaction.
바이오 플라스틱 중 폴리유산 또는 폴리 락타이드 (PLA)는 옥수수 및 감자에서 얻은 전분 발효에 의해 생산되거나 식물 세포에서 유래 한 단당류 인 선형 지방족 폴리 에스테르이다. 지금까지 보고된 상업용 폴리유산 공정은 락타이드 합성으로 얻어지는데, 먼저 유산(Lactic acid)을 저분자량 폴리유산(Prepolymer)로 중합한 후, 락타이드로 해중합시켜, 개환 메커니즘을 통해 높은 분자량을 얻기 위해 재중합한다.
폴리유산 단량체인 락타이드는 반응 시간 및 압력, 촉매 등에 따라 L-, D- 및 meso- 락 타이드의 비율에 차이를 보인다. 즉, 락타이드의 순도차이에 따라 폴리유산 최종품질과 관련 있기 때문에 가장 중요한 공정 중 하나로 간주된다. 이러한 공정 특징을 반영하여, 운전자의 숙련도와 상관없이 광학적으로 순수한 락타이드 생산이 가능한 파일럿 규모의 공정 설계를 위한 반응조건을 제시하였다. 그 결과 전량 수입에 의존하는 락타이드를 국내에서도 생산이 가능하다. 또한, 유산의 탈수반응으로 생성되는 저분자량 폴리유산이 반응기에 축적되면, 락타이드 순도와 품질에 영향을 미치기 때문에 주기적인 세척을 통해 제거해야 한다.
일반적인 상용공정의 경우 유기용매 (Ethyl lactate, DMF, THF etc.)를 사용하여 잔류물(Residue)을 제거하는 것으로 알려져 있다. 이는 유기용매 재사용을 위한 증류가 필요한데, 에너지 소비가 많아 비경제적이며, 환경 친화적이지 않다. 이러한 문제를 해결하기 위해 유기용매 대신 steam으로 잔류물을 제거는 조건을 제시한다. 또한 전통적인 락타이드 합성방법 대신, 락트산을 기화시켜, 값싼 상용 촉매와 불활성 물질을 사용하여 락타이드를 합성하는 방법에 대해 연구하였다.
그 결과, 반응기에서의 압력 강하 문제없이 높은 락타이드 수율 및 순도를 나타냈고, 연속반응이 가능한 새로운 공정을 개발하였다.
