DD296853A5 - METHOD FOR PRODUCING SURFACE-FUNCTIONALIZED TRAWER MATERIALS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oberflaechenfunktionalisierter Traegermaterialien, die als Trennmedien, Chromatographiematerialien, Ionenaustauscher, Festphasensynthesematerialien oder als Katalysatortraeger einsetzbar sind. Die Herstellung der oberflaechenfunktionalisierten Traegermaterialien gelingt durch die chemische Fixierung von Gemischen aus epoxidierten Polydienen bzw. Polydiencopolymeren mit reaktiven organischen Verbindungen oder von Umsetzungsprodukten aus epoxidierten Polydienen bzw. Polydiencopolymeren mit reaktiven organischen Verbindungen wie Aminen, Carbonsaeuren, Aminosaeuren und deren Derivaten an der Oberflaeche anorganischer Festkoerper, wie pulverisierte amorphe oder keramisierte Glaeser, gefaellte oder pyrogene Kieselsaeuren sowie Haupt- und Nebengruppenmetalloxiden. Die oberflaechenfunktionalisierten Traegermaterialien zeichnen sich insbesondere durch vollstaendige Oberflaechenmodifizierung, hohe Druck- und Formstabilitaet, hohe Stabilitaet im p H-Bereich 2-12 und hohe biologische Bestaendigkeit aus.{Traegermaterial; Chromatographiematerial; Ionenaustauscher; Festphasensynthesematerial; p H-Stabilitaet; Druckstabilitaet; Formstabilitaet; Polykieselsaeure; Oxide; Polydiene; Diencopolymere; Epoxid; Oberflaechenfunktionalitaet; Amine}The invention relates to a process for the preparation of surface-functionalized carrier materials which can be used as separation media, chromatography materials, ion exchangers, solid phase synthesis materials or as catalyst carriers. The preparation of surface-functionalized carrier materials is achieved by the chemical fixation of mixtures of epoxidized polydienes or polydiene copolymers with reactive organic compounds or reaction products of epoxidized polydienes or polydiene copolymers with reactive organic compounds such as amines, carboxylic acids, amino acids and their derivatives on the surface of inorganic solids, such as pulverized amorphous or ceramized glasses, fumed or pyrogenic silicas and main and Nebengruppenmetalloxiden. The surface-functionalized traeger materials are characterized in particular by complete surface modification, high pressure and dimensional stability, high stability in the p H range 2-12 and high biological stability. {Carrier material; chromatography; Ion exchanger; Solid phase synthesis material; p H stability; Druckstabilitaet; Formstabilitaet; polysilicic acid; oxides; polydienes; diene copolymers; epoxy; Oberflaechenfunktionalitaet; amines}
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung oberflächenfunktionalisierter Tragermaterialien, die aufgrund ihrer Eigenschaften als Trennmedien, Chromatographiematenalien, Ionenaustauscher, Festphasensynthesematerial oder als Katalysatorträger einsetzbar sind.The invention relates to a process for the preparation of surface-functionalized carrier materials which, on account of their properties, can be used as separation media, chromatography materials, ion exchangers, solid phase synthesis materials or as catalyst carriers.
Als Ausgangsmaterialien zur Herstellung oberflächenfunktionalisierter Tragermaterialien werden spezielle Biopolymere, wie beispielsweise Cellulose und deren Derivate („Affinity Chromatography-Principles and Methods", Pharmacia Fine Chemicals AB, Schweden 1984), synthetische, hochvernetzte Polymerpartikel, beispielsweise Divinylbenzen vernetzte Polystyrene (STEWART, YOUNG, „Solid Phase Peptide Syntheses") und anorganische Feststoffe, die durch Silanmodifizierung oberflachenfunktionalisiert werden (Schutijser, Europapatent B 10043159), verwendet. Die Einsatzmoglichkeiten von Materialien auf Basis spezieller Biopolymere werden insbesondere durch deren hohe Quellbarkeit, geringe Druckstabilitat sowie durch nicht auszuschließende chemische und biologische Abbaureaktionen begrenzt Materialien auf der Basis vernetzterStarting materials for the production of surface-functionalized carrier materials are special biopolymers such as, for example, cellulose and derivatives thereof ("Affinity Chromatography Principles and Methods", Pharmacia Fine Chemicals AB, Sweden 1984), synthetic, highly crosslinked polymer particles, for example divinylbenzene crosslinked polystyrenes (STEWART, YOUNG, " Solid Phase Peptide Syntheses ") and inorganic solids that are surface-functionalized by silane modification (Schutijser, Europapatent B 10043159). The possible uses of materials based on special biopolymers are limited in particular by their high swellability, low pressure stability and by non-excludable chemical and biological decomposition reactions materials based on crosslinked
synthetischer Polymere weisen eine erhöhte Stabilität gegenüber chemischen Reagentien und biologischen Abbauprozessen auf. Die Anwendungsmöglichkeiten werden jedoch durch die geringe Druck- und Formstabilität ebenfalls eingeschränkt.Synthetic polymers have increased stability to chemical reagents and biodegradation processes. The possible applications are also limited by the low pressure and dimensional stability.
Die Silanmodifizierung anorganischer Feststoffe führt zu oberflächenfunktionalisierten Trägermaterialien mit vergleichsweise hoher chemischer und biologischer Beständigkeit sowie guter Druck- und Formstabilität. Zur Verhinderung unspezifischer Wechselwirkungen mit der anorganischen Feststoffoberfläche sind in den bekannten Verfahren mehrere Herstellungsschritte erforderlich, was nachteilig zu bewerten ist (endcapping).The silane modification of inorganic solids leads to surface-functionalized support materials with comparatively high chemical and biological resistance as well as good printing and dimensional stability. To prevent non-specific interactions with the inorganic solid surface several manufacturing steps are required in the known methods, which is disadvantageous to evaluate (endcapping).
Die Herstellung anorganisch-organischer Verbundstoffe durch Reaktion epoxidierter Dienpolymere mit anorganischen Feststoffoberflächen unter Bildung von Teilchenaggregationen ist im DD 256141 A1 beschrieben.The production of inorganic-organic composites by reaction of epoxidized diene polymers with inorganic solid surfaces to form particle aggregations is described in DD 256141 A1.
Bereits bekannt ist die Herstellung oberflächenfunktionalisierter Trägermaterialien auf Basis epoxidierter Polymere und anorganischer Feststoffe, wobei eine Funktionalisierung der organischen Oberfläche der resultierenden Materialien erst nach der Belegung der anorganischen Feststoffoberfläche mit Polymeren in einem zusätzlichen Verfahrensschritt erfolgt.The production of surface-functionalized support materials based on epoxidized polymers and inorganic solids is already known, whereby functionalization of the organic surface of the resulting materials takes place only after the inorganic solid surface has been coated with polymers in an additional process step.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Ziel der Erfindung ist die Herstellung oberflächenfunktionalisierter Trägermaterialien mit guter biologischer und chemischer Beständigkeit sowie hoher pH-und Druckstabilität, die als Trennmedien, Chromatographiematerialien, Ionenaustauscher, Festphasensynthesematerialien oder als Katalysatorträger eingesetzt werden können.The aim of the invention is the preparation of surface-functionalized support materials with good biological and chemical resistance and high pH and pressure stability, which can be used as separation media, chromatography materials, ion exchangers, solid phase synthesis materials or as a catalyst support.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung oberflächenfunktionalisierter Trägermaterialien, die aufgrund ihrer Eigenschaften als Trennmedien, Chromatographiematerialien, Ionenaustauscher, Festphasensynthesematerialien oder als Katalysatorträger einsetzbar sind.The object of the invention is the development of a process for the preparation of surface-functionalized carrier materials which, on account of their properties, can be used as separation media, chromatography materials, ion exchangers, solid phase synthesis materials or as catalyst carriers.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die oberflächenfunktionalisierten Trägermaterialien durch Adsorption von Gemischen aus epoxidierten Polydienen oderDiencopolymeren und reaktiven organischen Verbindungen oder von Umsetzungsprodukten aus epoxidierten Polydienen oder Diencopolymeren mit reaktiven organischen Verbindungen oder der Umsetzungsprodukte aus epoxidierten Polydienen doer Diencopolymeren und reaktiven organischen Verbindungen im Gemisch mit epoxidierten Polydienen oder Diencopolymeren und reaktiven organischen Verbindungen aus Lösungsmitteln mit Polymergehalten zwischen 1 und 30 Ma.-% an anorganischen Feststoffoberflächen und nachfolgender thermischer Behandlung der Adsorbate bei Temperaturen zwischen 4O0C und 2000C, vorzugsweise zwischen 500C und 800C, erhalten werden.According to the invention the object is achieved in that the surface-functionalized support materials by adsorption of mixtures of epoxidized polydienes or diene copolymers and reactive organic compounds or reaction products of epoxidized polydienes or diene copolymers with reactive organic compounds or the reaction products of epoxidized polydienes diene copolymers and reactive organic compounds in admixture with epoxidized polydienes or diene copolymers and reactive organic compounds from solvents having polymer contents of 1-30 wt .-% of inorganic solid surfaces and subsequent thermal treatment of the adsorbates at temperatures between 4O 0 C and 200 0 C, preferably between 50 0 C and 80 0 C, to be obtained.
Als Polymerkomponente können epoxidierte Polydiene, insbesondere Polybutadiene, mit mittleren Molmassen Mn zwischen 500 und 25000дтоГ', vorzugsweise zwischen 2000 und БОООдтоГ1, oder epoxidierte Diencopolymere, vorzugsweise Polybutadiencopolymere, mit Anteilen an aliphatischen und aromatischen Comonomeren zwischen 1 und 80% und mittleren Molmassen Mn zwischen 500 und гбОООдтоІ"1 verwendet werden.As the polymer component can epoxidized polydienes, especially polybutadiene, with average molecular weights M n of between 500 and 25000дтоГ ', preferably between 2000 and БОООдтоГ 1, or epoxidized diene copolymers, preferably polybutadiene copolymers, with amounts of aliphatic and aromatic comonomers between 1 and 80%, and average molecular weights M n between 500 and гбОООдтоІ " 1 .
Als reaktive organische Verbindungen finden aliphatische und aromatische Carbonsäuren, Dicarbonsäuren, Carbonsäure- oder Dicarbonsäurehalogenide, Carbonsäure- oder Dicarbonsäureanhydride oder Verbindungen, die eine oder mehrere freie oder aktivierte Carbonsäuregruppen enthalten, oder aliphatische und aromatische Amine, Diamine oder Verbindungen, die eine oder mehrere Aminogruppen enthalten, Verwendung.As reactive organic compounds, aliphatic and aromatic carboxylic acids, dicarboxylic acids, carboxylic acid or dicarboxylic acid halides, carboxylic acid or dicarboxylic acid anhydrides or compounds containing one or more free or activated carboxylic acid groups, or aliphatic and aromatic amines, diamines or compounds containing one or more amino groups , Use.
Anorganische Feststoffe sind erfindungsgemäß pulverisierte amorphe oder keramisierte Gläser, gefällte oder pyrogene Kieselsäuren sowie Haupt- und Nebengruppenmetalloxide wie beispielsweise AI2O3, CaO, MgO, SnO, TiO2, Fe2O3 und deren Gemische, vorzugsweise sphärische Polykieselsäurepartikel mit BET-Oberflächen zwischen 50 und 500 m2g~' und mittleren Teilchendurchmessern zwischen 1 und δΟΟμιη.Inorganic solids are according to the invention pulverized amorphous or ceramized glasses, precipitated or pyrogenic silicas and main and Nebengruppenmetalloxide such as Al2O3, CaO, MgO, SnO, TiO 2 , Fe 2 O 3 and mixtures thereof, preferably spherical polysilicic acid particles with BET surface areas between 50 and 500 m 2 g ~ 'and average particle diameters between 1 and δΟΟμιη.
Durch Adsorption der epoxidierten Polymerkomponente und der reaktiven organischen Verbindungen bzw. der Umsetzungsprodukte aus epoxidiertem Polymer und reaktiver organischer Verbindung an der Oberfläche des anorganischen Feststoffes wird diese Oberfläche vollständig bedeckt. Bei der nachfolgenden thermischen Behandlung der Adsorbate erfolgt eine chemisch irreversible Verknüpfung von Polymerkomponente, reaktiver organischer Verbindung und anorganischem Feststoff bzw. von anorganischem Feststoff und Umsetzungsprodukten aus epoxidiertem Polymer und reaktiver organischer Verbindung und somit eine Einführung von Oberflächenfunktionalität.By adsorption of the epoxidized polymer component and the reactive organic compounds or the reaction products of epoxidized polymer and reactive organic compound on the surface of the inorganic solid, this surface is completely covered. In the subsequent thermal treatment of the adsorbates is a chemically irreversible linkage of polymer component, reactive organic compound and inorganic solid or inorganic solid and reaction products of epoxidized polymer and reactive organic compound and thus an introduction of surface functionality.
Die Eigenschaften der oberflächenfunktionalisierten Trägermaterialien lassen sich entsprechend der verwendeten anorganischen Feststoffe und deren Eigenschaften wie spezifische Oberfläche, Porosität, Teilchendurchmesser, Teilchengestalt, entsprechend der Charakteristika der verwendeten Polymerkomponente wie mittlere Molmasse, Epoxidierungsgrad, Polymereinheitlichkeit bzw. der entsprechenden Eigenschaften der verwendeten Copolymeren sowie durch Anteil und Art der verwendeten organischen reaktiven Verbindung in weiten Bereichen und je nach Verwendungszweck variieren.The properties of the surface-functionalized support materials can be according to the inorganic solids used and their properties such as specific surface area, porosity, particle diameter, particle shape, according to the characteristics of the polymer component used such as average molecular weight, degree of epoxidation, polymer uniformity or the corresponding properties of the copolymers used and by proportion and Type of organic reactive compound used vary widely and depending on the purpose.
Die oberflächenfunktionalisierten Trägermaterialien zeichnen sich erfindungsgemäß insbesondere durch eine vollständige Modifizierung der Oberfläche des anorganischen Feststoffes, eine hohe Druck- und Formstabilität, eine pH-Stabilität in wäßrigen Elektrolytlösungen oder Gemischen wäßriger Elektrolytlösungen mit organischen Verbindungen im pH-Bereich von 2 bis 12 sowie eine hohe biologische Beständigkeit gegenüber Mikroorganismen aus. Aufgrund ihrer Eigenschaften können die oberflächenfunktionalisierten Trägermaterialien als Trennmedien, Chromatographiematerialien, Ionenaustauscher, Festphasensynthesematerialien, Katalysatorträger oder als Materialien zur Immobilisierung biologisch aktiver Substanzen oder von Substanzen, die zur Herstellung, Trennung, Reinigung oder Immobilisierung biologisch aktiven Materials dienen, verwendet werden.According to the invention, the surface-functionalized support materials are distinguished, in particular, by complete modification of the surface of the inorganic solid, high pressure and dimensional stability, pH stability in aqueous electrolyte solutions or mixtures of aqueous electrolyte solutions with organic compounds in the pH range from 2 to 12, and high biological stability Resistant to microorganisms. Because of their properties, the surface-functionalized support materials can be used as separation media, chromatography materials, ion exchangers, solid phase synthesis materials, catalyst supports or as materials for immobilizing biologically active substances or substances used to prepare, separate, purify or immobilize biologically active material.
Ausführungsbeispieleembodiments
5 g einer Poly kieselsaure (0BET = 260m2g~\d = 200 μηι) werden 6 Stunden im Hochvakuum bei 4000C ausgeheizt und unter Inertbedingungen einer Lösung von 2,5g eines Polybutadienepoxids (Epoxidäquivaientgewicht = 70g · тоГ1, Mn = 2300g mol"1) und 3,0g tert.-Butyloxycarbonylglycin in 50m!trockenem 1,2-Dichlorethan zugesetzt. Das Gemisch wird 5 min im Ultraschallbad dispergiert und anschließend 144 Stunden bei 25°C belassen. Danach wird das Adsorbat unter Inertbedingungen über eine G4-Fritte abgesaugt und nachfolgend bei 800C getempert. Nach 24stündiger Heißextraktion mit 1,2-Dichlorethan und Vakuumtrocknung verbleibt ein funktionalisiertes Trägermaterial mit vollständig abgeschirmter Oberfläche (Obet = 13Om2Zg) und einem Aminosäuregehalt von 1,07mmol g~\5 g of a poly silicic acid (0 BET = 260m 2 g ~ \ d = 200 μηι) are heated for 6 hours under high vacuum at 400 0 C and under inert conditions a solution of 2.5 g of a Polybutadienepoxids (Epoxidäquivalientgewicht = 70g · тоГ 1 , M n = 2300 g mol " 1 ) and 3.0 g of tert-butyloxycarbonylglycine in 50 ml of dry 1,2-dichloroethane The mixture is dispersed for 5 minutes in an ultrasonic bath and then left for 144 hours at 25 ° C. Thereafter, the adsorbate is transferred under inert conditions aspirated a G4 frit and subsequently tempered at 80 0 C. After 24 hours of hot extraction with 1,2-dichloroethane and vacuum drying a functionalised support material with completely shielded surface remains (Obet = 13Om Zg 2) and an amino acid content of 1,07mmol g ~ \
Eine Lösung aus 2,5g eines Polybutadienepoxids (Epoxidäquivaientgewicht = 70g · mol"1, Mn = 2300g · mol"1) und 3,0g tert.-Butyloxycarbonylglycin in 50ml 1,2-Dichlorethan wird 4 Stunden bei 65°C gerührt. Anschließend setzt man der Reaktionsmischung bei Raumtemperatur 5g einer thermisch vorbehandelten Polykieselsäure zu, dispergiert 5min im Ultraschallbad und beläßt das Gemisch 144 Stunden bei 25°C. Danach wird das Adsorbat unter Inertbedingungen über eine G 4-Fritte abgesaugt und nachfolgend 3 Stunden bei 80°C getempert. Nach 24stündiger Heißextraktion mit 1,2-Dichlorethan und Vakuumtrocknung verbleibt ein funktionalisierter anorg.-org. Verbundstoff mit vollständig abgeschirmter Oberfläche Obet = 115m2g~1 und einem Aminosäuregehalt von 1,27mmol g"1.A solution of 2.5 g of a Polybutadienepoxids (Epoxidäquivientgewicht = 70g · mol " 1 , M n = 2300g · mol" 1 ) and 3.0 g of tert-butyloxycarbonylglycine in 50ml of 1,2-dichloroethane is stirred for 4 hours at 65 ° C. 5 g of a thermally pretreated polysilicic acid are then added to the reaction mixture at room temperature, dispersed in an ultrasonic bath for 5 min and the mixture is left at 25 ° C. for 144 hours. Thereafter, the adsorbate is filtered under inert conditions over a G 4 frit and then annealed at 80 ° C for 3 hours. After 24 hours of hot extraction with 1,2-dichloroethane and vacuum drying remains a functionalized anorg.-org. Composite with fully screened surface Obet = 115m 2 g ~ 1 and an amino acid content of 1.27mmol g " 1 .
2,5g einer Polykieselsäure (Obet = 317m2g~\d = 50μηι) werden 6 Stunden im Hochvakuum bei 4000C ausgeheizt und anschließend mit einer Lösung von 0,428g Ethylendiamine und 5g Polybutadienepoxid (Mn = гЗООдтоГ1, Epoxidäquivaientgewicht = 70дтоГ1) in 50 ml Benzen versetzt und 5 Minuten im Ultraschallbad dispergiert. Anschließend wird das Gemisch 144 Stunden bei Raumtemperatur belassen. Das Adsorbat wird abfiltriert, 4 Stunden bei 800C getempert und einer 24stündigen Heißextraktion mit Benzen unterworfen. Nach der Vakuumtrocknung verbleibt ein funktionalisiertes Trägermaterial mit einem Gehalt von І.ОЭттоІд"1 Ethylendiamin und vollständig abgeschirmter Oberfläche (Obet = 180т2д-1).2.5 g of a polysilicic acid (Obet = 317m 2 g ~ \ d = 50μηι) are heated 6 hours in a high vacuum at 400 0 C and then treated with a solution of 0,428g ethylenediamines and 5g Polybutadienepoxid (M n = гЗООдтоГ 1, Epoxidäquivaientgewicht = 70дтоГ 1 ) in 50 ml of benzene and dispersed in an ultrasonic bath for 5 minutes. Subsequently, the mixture is left for 144 hours at room temperature. The adsorbate is filtered off, annealed for 4 hours at 80 0 C and subjected to a 24-hour hot extraction with benzene. After vacuum drying, a functionalized carrier material containing І.ОЭттоІд " 1 ethylenediamine and fully shielded surface remains (Obet = 180t 2 д -1 ).
0,428g Ethylendiamin und 5g Polybutadienepoxid (Mn = 2300дтоГ1 Epoxidäquivaientgewicht = 70дтоГ') werden in 50ml Benzen gelöst und 48 Stunden am Rückfluß unter Feuchtigkeitsausschluß erhitzt. Das abgekühlte Reaktionsgemisch wird zu 2,5g einer thermisch vorbehandelten Polykieselsäure (Obet = 317m2g~1,d = 50μπι) gegeben und anschließend 5 Minuten im Ultraschallbad dispergiert. Nach 144 Stunden bei Raumtemperatur wird das Adsorbat abfiltriert, 4 Stunden bei 8O0C getempert und einer 24stündigen Heißextraktion mit Benzen unterworfen. Nach der Vakuumtrocknung verbleibt ein funktionalisiertes Trägermaterial mit einem Gehalt von I.OSmmolg"1 Ethylendiamin und vollständig abgeschirmter Oberfläche = 175m2g"').0.428 g of ethylenediamine and 5 g of polybutadiene epoxide (M n = 2300 × 1 epoxide equivalent weight = 70 × 10 9) are dissolved in 50 ml benzene and refluxed for 48 hours with exclusion of moisture. The cooled reaction mixture is added to 2.5 g of a thermally pretreated polysilicic acid (Obet = 317m 2 g ~ 1 , d = 50μπι) and then dispersed for 5 minutes in an ultrasonic bath. After 144 hours at room temperature, the adsorbate is filtered off, annealed for 4 hours at 8O 0 C and subjected to a 24-hour hot extraction with benzene. After vacuum drying, a functionalized support material with a content of 1: 1 mmol / l ethylenediamine and completely shielded surface = 175 m 2 g ") remains.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998041534A3 (en) * | 1997-03-19 | 1998-12-03 | Biosepra Inc | Multifunctional ceramic particles as supports for solid phase and combinatorial synthesis |
EP2719710A1 (en) * | 2012-10-09 | 2014-04-16 | Semperit Aktiengesellschaft Holding | Elastomer product with covalently bonded particles |
-
1989
- 1989-01-16 DD DD32505089A patent/DD296853A5/en not_active IP Right Cessation
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1998041534A3 (en) * | 1997-03-19 | 1998-12-03 | Biosepra Inc | Multifunctional ceramic particles as supports for solid phase and combinatorial synthesis |
EP2719710A1 (en) * | 2012-10-09 | 2014-04-16 | Semperit Aktiengesellschaft Holding | Elastomer product with covalently bonded particles |
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