CN1626566A - 使用蒸汽、在减压下从温度敏感的大网络聚合物中除去孔隙原的方法 - Google Patents

使用蒸汽、在减压下从温度敏感的大网络聚合物中除去孔隙原的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制造树脂的改进方法，它包括在真空下从聚合物中蒸汽汽提孔隙原。非必要地，该方法包括稀释以除去加工助剂，和低压蒸汽汽提以有效地除去孔隙原。本发明制造吸附树脂，和不含动物衍生产品的吸附树脂。另一方面，本发明提供使用该改进方法制造的树脂，和在制造下游产品所使用的制造工艺中使用该树脂制造的下游产品。下游产品是药物或其前体，和非必要地是头孢菌素C和胰岛素。

Description

使用蒸汽、在减压下从温度敏感的大网络 聚合物中除去孔隙原的方法
本发明涉及使用蒸汽、在减压下从温度敏感或温度稳定的大网络聚合物中除去孔隙原(porogen)的方法和系统。本发明还涉及使用该改进方法制造的树脂和下游产品，其中包括，但不限于，在各种药物加工步骤中使用该树脂制造的药物。
在药物加工中使用各种大网络树脂。在药物加工应用使用树脂之前，这些大网络树脂必须在制造过程中从树脂中除去孔隙原。目前从大网络聚合物中除去孔隙原的方法包括或者在完成聚合之后，在含水的反应混合物中进行聚合物的蒸馏，然后用溶剂洗涤，或用溶剂洗涤脱水的聚合物。目前的方法具有数个缺点。一个显著的缺点包括使用大量溶剂，如甲醇洗涤树脂，使得它们不含孔隙原。这给树脂制造工艺引入很大的成本用于购买溶剂，接着随后弃置和/或再生溶剂。另一缺点包括在反应器中蒸馏孔隙原(到＜5％)；通过甲醇洗涤除去残留的孔隙原(到＜600ppm)；大量使用甲醇用于除去孔隙原(废液＝3.5kg甲醇/kg树脂)；有限的孔隙原回收/循环(孔隙原废液＝0.25kg孔隙原废液/kg树脂)；和使用衍生于动物的成分(明胶)，这会将非所需的动物病毒或其它微生物引入到最终产品内。
以前尝试利用蒸汽汽提除去孔隙原没有成功，主要是因为使用在大气压或高于大气压下的饱和或过热蒸汽所致。蒸汽温度超过聚合物软化或变形时的温度，结果导致具有被破坏的表面和孔隙率损失的材料。这些被破坏的表面和孔隙率的损失使得树脂不适合于它们所打算的目的和/或导致性能特征的严重下降。本发明通过使用低于所需聚合物的软化点或树脂聚合温度的操作条件，从而消除了这些问题。
本发明提供一种制造大网络树脂珠粒的改进方法。该改进包括在真空下从树脂珠粒中蒸汽汽提孔隙原，和非必要地，在蒸汽汽提操作之前稀释(或成逐次地或连续地)，以便从含树脂珠粒的母液中除去加工助剂。使用本发明除去的各种加工助剂包括例如，皂、盐和分散剂。该方法包括使用真空将温度维持在低于聚合温度。
进一步可以理解的是，本发明还提供使用此处所述的树脂制造的下游产品。下游产品包括例如，药物或其前体。例举的药物包括内酰胺抗生素，其实例是头孢菌素C；抗高血糖的药物，其实例是胰岛素；氨基糖苷，其实例是万古霉素；和维生素B12及其衍生物。有效地除去孔隙原和其它物质留下不含残留甲醇或其它溶剂的较清洁树脂，而所述溶剂可能干扰下游产品的加工或要求药物制造商在使用树脂之前进行额外的清洗步骤。
在捕获/释放和纯化发酵肉汤流体的工艺中还使用聚合物吸附树脂。该工艺可含有细胞收获步骤，接着超滤。然后通过聚合物吸附树脂进一步纯化或净化该流体。在净化发酵肉汤之后，使之流过或者在树脂固定床内或者在模拟的树脂移动床内的聚合物吸附树脂，以捕获目标分子。然后使用含水缓冲液、有机溶剂或其结合，从吸附树脂中选择性地洗脱吸附物，例如目标分子。纯化目标分子，典型地从60-70％的起始纯度变为＞85-99％的目标纯度。在其它情况下，聚合物吸附树脂用于进一步纯化不是基于发酵肉汤的药物流体。在这些情况下，使用以上所述的程序纯化例如半合成的抗生素。
本发明额外的预料不到的发现是，在以如上所述的方式除去孔隙原之后，聚合物是干燥的并自由流动。这样的重要性在于，具有干燥的聚合物是有利的，因为它之后可进一步空气过筛到所需的粒度范围。使用以上的本发明省去了对湿的非自由流动聚合物进行干燥的耗时和耗能的加工步骤，然后在干燥聚合物上进行其它的加工步骤。本发明的单分散树脂还提供额外的制造优点，其中包括当在各种应用中使用时，压降降低。
使用此处所述的方法不需要在废水处理工厂对流出液使用生物处理。这导致每年数十万美元范围内的显著的成本节约。常规方法每一制造批料排放数千公斤的废甲醇或其它孔隙原溶剂。然后需要对这些物质进行处理，而处理是昂贵的。使用本发明导致每次批料零(“0”)kg废甲醇或其它孔隙原溶剂流向废水处理工厂。该结果使本方法对环境有利。
在从聚合物中蒸汽汽提孔隙原之前，通过将珠粒浆料转移到配有塔底筛网的汽提塔内，并同时将稀释水加入到转移管道内，从反应浆料中分离聚合物珠粒。这种在线稀释步骤有效地稀释反应浆料并降低溶液粘度，使之更容易从浆料中排出液体。
本发明与目前做法不同，目前做法是分批添加稀释水到反应浆料中，使聚合物飘浮到表面，然后将稀释的反应母液向下排放到珠粒的水平面处。目前技术的问题是非常耗时，因为珠粒典型地要求12小时以获得所需的液体珠粒界面，以便人们可从珠粒中排出液体。此外，使用本发明导致这一母液稀释步骤从24小时或更长的周期时间下降到约仅仅5小时的周期时间。使用蒸汽汽提导致蒸馏和溶剂洗涤的周期时间从30小时下降到仅仅约5小时，并另外还减少或省去了树脂制造工艺中丙酮和/或甲醇洗涤(“溶剂洗涤”)的需要。这导致了快速、对环境有利的工艺，该工艺显著降低了能耗，也显著降低了有害废液的量。
若母液在未经任何类型的处理情况下直接被输送到过滤器内，则另一问题导致过滤器堵塞。在本发明再一变化实施方案中，制造树脂珠粒的改进方法包括通过用稀释剂连续稀释母液，从母液中除去加工助剂，以便在没有堵塞过滤器的情况下从树脂珠粒中除去加工助剂。
取决于产品和反应混合物，在制备中，在残留的浆料足够稀以使得可能在过滤器内脱水之前，可重复分批稀释的步骤数次供溶剂洗涤。使用在线稀释显著降低了加工时间并改进了生产率。例如，常规工艺包括下述步骤：聚合-＞飘浮-＞过滤-＞干燥-＞筛分-＞再水合。通过使用在线稀释步骤，省去了飘浮步骤，从而使总步骤数从6步下降到5步：聚合-＞过滤-＞干燥-＞筛分-＞再水合。藉助蒸汽汽提，省去溶剂洗涤(“例如丙酮”)和干燥，使步骤从6步下降到下述4步的一种或多种的结合：聚合-＞蒸汽汽提-＞筛分-＞再水合。本发明的额外优点包括例如吸附树脂改进的产品质量、改进的加工能力和改进的产率。
在一个变化实施方案中，在真空下实施本发明。在本发明的一个变化实施方案中，该工艺步骤使得温度维持在低于100℃。这防止当温度为100℃或更高温度时发生对树脂珠粒的破坏。被防止的破坏包括残留单体不受控制的后聚合，和会干扰树脂珠粒吸附性能的软化和/或对珠粒表面的损坏。使用本发明方法消除的其它问题包括在施加蒸汽之后消除或显著降低了孔隙的坍塌和珠粒与珠粒的聚集，其中珠粒通过聚合连接，从而形成大块的珠粒或单个非所需的大珠粒。孔隙的坍塌和珠粒的聚集二者导致性能特征差的树脂产品。
调节真空以实现操作温度不大于给定聚合物的聚合温度，其中所述操作温度通过常规方法经验地确定。例如，压力可以是约150mm绝对汞柱，以维持60℃的温度。进一步例如，压力可以是约350mm绝对汞柱，以维持80℃的温度。可以理解，本领域的技术人员可调节压力以获得不高于给定聚合物聚合温度的所需温度，并可经验地获得所需范围，例如可以在50-90℃范围内。可以理解，也可操纵其它变量，以便不发生孔隙的坍塌和/或珠粒的聚集。
实施例1
使用甲苯作为孔隙原和明胶作为分散剂，以溶液聚合制备球形、标称650微米调和平均尺寸的大网络二乙烯基苯/乙基乙烯基苯共聚物，以实现粒度控制。水相由DI水(97.4％)、明胶250A 30(0.3％)、硼酸(0.3％)、Padmac A(1.2％)、氯化钙(0.7％)和氢氧化钠(0.1％)组成。有机相由80％二乙烯基苯(29.9％)、Trigonox 21S催化剂(0.3％)和甲苯(69.8％)孔隙原组成。水相对有机相之比为1.3。在氮气氛围中加热混合物到70℃并保持12小时。在聚合之后，在大气压下加热混合物并在88℃下保持12小时，以甲苯/水共沸物的形式除去大多数甲苯。在蒸馏之后，残留在共聚物内的甲苯基于共聚物干重为3％。
将共聚物和母液转移到80℃的夹层过滤器的底部容器内，在此使母液排出。降低容器内的压力到380mm绝对汞柱。将在2311mm绝对汞柱压力下的饱和蒸汽引入到容器顶部。以1床体积/小时注入蒸汽8小时。冷凝并收集流出容器的蒸汽流。在冷凝液中观察到有机层。
作为对比例，在蒸馏和随后用水、甲醇然后再次用水洗涤之后，取得共聚物样品。
通过甲醇萃取/带有火焰离子化检测器(FID)的气相色谱法(GC)(“GC-FID”)分析共聚物样品的残留甲苯。该技术由混合共聚物与甲醇、分离甲醇、并注射甲醇到GC内组成。比较所得的峰面积与用标准甲苯溶液获得的峰面积。另外称重共聚物样品，然后在105℃下干燥过夜和再次称重，以确定干燥时的损失。基于上述方法确定了每克干燥共聚物中小于200ppm的甲苯存在于这两个样品内。
通过以固定速度泵送已知浓度的头孢菌素C流过试验共聚物的填充柱并检测流出液随时间流逝对UV的响应，从而进行动态头孢菌素C的测试。对于检测与珠粒内扩散问题相关的问题(如存在表层或大网络结构的压缩或损坏)来说，1％渗透率(leakage)下的时间和相应容量是有用的。仅仅通过观察总容量会错过这些问题，其中探针分子具有长的时间扩散到聚合物结构内。
在直径2.54cm具有活塞的夹层玻璃塔内使用50cc试验共聚物，使净空区(freeboard)最小，并混合。在5℃、pH2.8下，向塔内以1床体积/小时注入10000ppm头孢菌素C溶液。采用其中检测到100ppm头孢菌素C时的点定义为1％转折点，连续分析流出液。然后将1％动态容量定义为一直至观察到1％转折点时注入到试验共聚物体积内的头孢菌素的总重量。
测试使用减压蒸汽汽提将其中残留的孔隙原除去的共聚物的动态头孢菌素C的吸收量，并发现1％转折点的容量为44g/L。作为比较，测试使用甲醇洗涤将其中残留的孔隙原除去的共聚物的动态头孢菌素C的吸收量，并发现1％转折点的容量为44g/L。
实施例2
如同实施例1一样，使用甲苯作为孔隙原和明胶作为分散剂，以溶液聚合制备球形、标称650微米调和平均尺寸的大网络二乙烯基苯/乙基乙烯基苯共聚物，以实现粒度控制。聚合之后残留在共聚物内的甲苯基于共聚物干重为45％。
将共聚物和母液转移到80℃的夹层过滤器的底部容器内，在此使母液排出。降低容器内的压力到380mm绝对汞柱。将在2311mm绝对汞柱压力下的饱和蒸汽引入到容器顶部。以1床体积/小时注入蒸汽5小时。冷凝并收集流出容器的蒸汽流。在冷凝液中观察到有机层。
作为对比例，在聚合和随后用水、甲醇、然后再次用水洗涤之后，取得共聚物样品。通过甲醇萃取/带有火焰离子化检测器(FID)的气相色谱法(GC)(“GC-FID”)分析共聚物样品的残留甲苯。每克干燥共聚物中小于200ppm的甲苯存在于这两个样品内。
测试使用减压蒸汽汽提将其中残留的孔隙原除去的共聚物的动态头孢菌素C的吸收量，并发现1％转折点的容量为68g/L。作为比较，测试使用甲醇洗涤将其中残留的孔隙原除去的共聚物的动态头孢菌素C的吸收量，并发现1％转折点的容量为40g/L。
实施例3
使用邻二甲苯和甲基异丁基甲醇(“MIBC”)作为孔隙原和纤维素作为分散剂，以溶液聚合制备球形、标称75微米调和平均尺寸的大网络二乙烯基苯/乙基乙烯基苯共聚物，以实现粒度控制。水相由DI水(98.9％)、甲基羟基纤维素(0.5％)、硼酸(0.4％)、月桂基硫酸钠(0.01％)和氢氧化钠(0.2％)组成。有机相由80％二乙烯基苯(35.4％)、过氧化苯甲酰催化剂(0.7％)、邻二甲苯(29.0％)和甲基异丁基甲醇(34.9％)孔隙原组成。水相对有机相之比为1.3。在氮气氛围中加热混合物到80℃并保持12小时。在12小时之后加热混合物到100℃并保持5小时。
典型地，随后通过将共聚物和母液转移到较大容器内用水稀释并混合该混合物、中止搅拌、使共聚物飘浮、从容器底部排出部分液体，和重复该操作直到达到甲基羟基纤维素的目标浓度，从而得到浓度为0.025％的甲基羟基纤维素(以使得液体易于流过过滤器排出)。然而，作为优越的替代方案，在该实施例中，通过泵送共聚物/母液浆料流过水也被泵送到其中的管道，将共聚物和母液转移到80℃的夹层过滤器的底部容器内，从而实现稀释(0.025％甲基羟基纤维素)和混合。
降低容器内的压力到380mm绝对汞柱。将在2311mm绝对汞柱压力下的饱和蒸汽引入到容器顶部。以1床体积/小时注入蒸汽5小时。所取出的共聚物是干燥并自由流动的。对于该物质来说，这是有利的，因为相当的用丙酮洗涤过的材料典型地用水漂洗，然后干燥，以允许尺寸分级。
通过二氯甲烷萃取(“DCM”)/带有火焰离子化检测器(FID)的气相色谱法(GC)(“GC-FID”)，分析共聚物样品的残留邻二甲苯和MIBC。该技术由混合共聚物与DCM、分离DCM、并注射DCM到GC内组成。比较所得的峰面积与用标准溶液获得的峰面积。另外称重共聚物样品，然后在105℃下干燥过夜和再次称重，以确定干燥时的损失。对于每克干树脂，存在小于0.5％的邻二甲苯和小于0.1ppm的MIBC。
通过以固定速度泵送已知浓度的胰岛素流过试验聚合物的填充柱并检测流出液随时间流逝对UV的响应(在280nm下)，从而进行动态胰岛素容量的测试。对于检测与珠粒内扩散问题相关的问题(如存在表层或大网络结构的压缩或损坏)来说，1％渗透率下的时间和相应的胰岛素容量是有用的。仅仅通过观察总的胰岛素容量会错过这些问题，其中探针分子具有长的时间扩散到聚合物结构内。测试细节如下。
在测试中使用的试剂：
·Milli-Q水或等价物
·三氟乙酸(TFA)(Sigma #T-6508)或等价物
·牛胰岛素(Sigma #I 5500)
·试验柱，它具有在0.8至1.8之间的不对称性和对于不保留探针分子的M级树脂来说，效率＞2500块板/米(对于C级树脂来说，效率＞1000块板/米，和对于S级树脂来说，效率＞5000块板/米)
所使用的设备：
·Varian ProStarTM 210溶剂传送器(或商购的等价泵)
·SpectraflowTM 783吸收检测器(或商购的等价物)
·Agilent ChemstationTM Interface和数据获取与分析软件(或商购的等价物)
Agilent Digital Liguid Flowmeter OptiflowTM 1000(BodmanH1000)或等价物
如下进行典型的前沿(frontal)吸附曲线和样品计算：在具有特氟隆盖的1/2加仑琥珀色玻璃容器内，通过混合1.0cc或1，1cc小瓶TFA到1L Milli-QTM水(使用具有刻度的量筒)中，制备水/TFA溶液。通过在称量纸上称取1.25g胰岛素并转移到1L瓶内制备胰岛素溶液。添加250g水/TFA溶液并溶解在其中。设定分光光度计到291nm，和测量并记录5.0mg/cc溶液的UV吸光度：INF＝AU，5.0mg/cc在291下的该值用作INF值，以计算总容量。
如下进行前沿测试：用水/TFA溶液填充泵送/测试体系内的第一容器。用胰岛素溶液填充第二容器。将所制备的试验柱连接到泵上。在2cc/分钟下，用20cc的水/TFA溶液漂洗试验柱。关掉泵并将泵送原料转换到胰岛素溶液。流速设定为2cc/分钟。在开始流动之前，将水/TFA溶液从入口管线移动到试验柱，从而用胰岛素溶液替代它。设定SpectraflowTM783检测器，以便在291nm处监控柱子的流出液，并将检测器调零。同时设定泵和ChemstationTM数据获取体系。使200cc试验溶液流过试验柱进入200cc的容量瓶内。200cc的收集时间为98.5至101.5分钟。拆卸该柱并清洗该体系。如下测定动态容量或1％渗透容量：如下测定在UV曲线上的mAU0和mAUmax。测定mAU0并且它是定义为介于开始分析和刚好发生显著偏离之前之间的曲线基线上的三点平均值。mAUmax是曲线上的平台，在该平台上信号的变化小于1％。达到1％渗透率(t1％)的时间定义为检测器的响应达到1％程度时的时间，这根据下式[(mAUmax-mAU0)×0.01]+mAU0来计算。然后根据[t1％×5(mg/cc)×2(cc/分钟)]/(柱内树脂cc)来计算动态容量。
如下测量总容量：通过下式测量在分光光度计上试验的柱中所收集的流出液的吸光度：由[(1-EFF/INF)×1000]/(柱内树脂cc)给出总容量。样品的动态容量计算如下所述：mAU0＝45.7 mAUmax＝506.2；在1％渗透率下的检测器响应[(506.2-45.7)×0.01]+45.7＝50.3；当出现1％响应时的时间＝33.8分钟(从曲线上读出)；动态容量＝[33.8×5(mg/cc)×2(cc/分钟)]/4.8cc柱内树脂＝70mg/cc。样品的总容量测量如下所述：INF＝ 0.57AU，5.0mg/cc，在291下的EFF＝ 0.275AU，在291nm下的INF；总容量＝[(1-0.275/0.57)×1000]/(4.8cc柱内树脂)＝108mg/cc。实施例共聚物的动态容量为73mg/cc。通过比较，发现如上所述制备的，但成批用水稀释，用丙酮和水洗涤的样品的动态容量为68mg/cc。
本发明省去了溶剂的使用，但仍保持或改进了产品的性能。下表示出了在实施例1和2中材料的孔径分布。使用真空蒸汽汽提没有导致孔隙坍塌，并通过生成所需直径的增加的孔隙体积而改进了孔径分布。
表1
                 孔隙体积(cc/g)
孔径         仅洗涤  蒸馏并洗涤  蒸馏并汽提  仅汽提
0-150A       0.853     0.842       0.768     0.830
150-250A     0.799     0.701       0.591     0.497
250-350A     0.009     0.159       0.355     0.515
表2
进行蒸汽汽提研究得到头孢菌素C的结果。以下列出了结果：
           样品             达到1％渗透率时的容量
DVB/EVB 650微米仅MeOH洗涤            40
DVB/EVB 650微米蒸馏/MeOH洗涤         44
DVB/EVB 650微米蒸馏/蒸汽汽提         44
DVB/EVB 650微米仅蒸汽汽提            68
表2描述了相对于首先蒸馏除去大多数孔隙原，然后用甲醇洗涤除去剩余孔隙原的典型产品，真空蒸汽汽提材料的头孢菌素C的优越动态容量。它还表明仅仅真空蒸汽汽提过的共聚物预料不到地较高的头孢菌素C容量。
表3
通过氮气孔度法测定样品的总孔隙率。以下列出了结果：
          样品                孔隙率(cm3/g)
DVB/EVB 650微米仅MeOH洗涤         1.685
DVB/EVB 650微米蒸馏/MeOH洗涤      1.727
DVB/EVB 650微米蒸馏/蒸汽汽提      1.741
DVB/EVB 650微米仅蒸汽汽提         1.866
表3描述了以下结果：使用真空蒸汽汽提没有负面影响共聚物的孔结构，并且令人惊奇地发现单独使用真空蒸汽汽提有利地改良了共聚物的孔结构，得到了更好的性能特征。
表4
以下列出了在线稀释和真空蒸汽汽提研究得到的胰岛素结果：
             样品                  达到1％渗透率时的容量
DVB/EVB 75微米在线稀释真空蒸汽汽提         73mg/cc
DVB/EVB 75微米std分批稀释丙酮洗涤          69mg/cc
表4描述了相对于分批稀释，使用在线稀释的胰岛素的优越动态容量，和相对分批稀释和丙酮洗涤，使用在线稀释和真空蒸汽汽提二者的胰岛素的优越动态容量。
在本发明另一变化实施方案中，树脂是吸附树脂，和非必要地由不使用动物衍生的产品制造，例如，不含明胶。不含明胶的事实排除了微生物污染物的潜在危险，从而获得最终药物，并生成高度所需的产品，该产品具有优异的性能特征，同时又没有动物衍生的病原体的任何危险。本领域的那些普通技术人员会意识到可在没有脱离本发明的中心精神和范围的情况下改良和改变此处所述的实施方案。

Claims (12)

1.一种制造大网络树脂珠粒的改进方法，所述改进包括在真空下，从所述树脂珠粒中蒸汽汽提孔隙原。
2.权利要求1的方法，进一步包括在所述蒸汽汽提之前进行稀释，从含有所述树脂珠粒的母液中除去加工助剂。
3.权利要求1的方法，进一步包括使用所述真空维持温度低于聚合温度。
4.权利要求1的方法，其中所述加工助剂选自皂、盐和分散剂。
5.权利要求1的方法，其中所述树脂是吸附树脂。
6.权利要求5的方法，其中所述方法不使用动物衍生的产品。
7.使用权利要求1的改进方法制造的树脂。
8.一种下游产品，其在制造工艺中使用权利要求7的树脂制造所述产品。
9.权利要求8的下游产品，其是药物或其前体。
10.权利要求9的下游产品，其中所述药物或其前体选自头孢菌素C和胰岛素。
11.一种制造树脂珠粒的改进方法，所述改进包括通过用稀释剂连续稀释所述母液，从母液中除去加工助剂，以便在不堵塞过滤器的情况下，从所述树脂珠粒中除去所述加工助剂。
12.一种制造大网络树脂珠粒的改进方法，所述改进包括使用真空，在低于所述树脂珠粒的变形温度下，从所述树脂珠粒中汽提孔隙原。
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