DE19755353C1

DE19755353C1 - Production of porous cellulose beads

Info

Publication number: DE19755353C1
Application number: DE1997155353
Authority: DE
Inventors: Christine Beyer; Frank Dr Meister; Christoph Dr Michels; Bernd Dr Riedel; Eberhard Dr Taeger
Original assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Current assignee: Thueringisches Institut fuer Textil und Kunststoff Forschung eV
Priority date: 1997-12-14
Filing date: 1997-12-14
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2017-12-15

Abstract

Producing regular porous cellulose beads having a diameter of 50-1000 mu m comprises: (a) dissolving cellulose with a degree of polymerisation (DP) of 150-2000 in a solvent to form a 0.5-25 wt.% solution; (b) pressurising the solution to form a liquid jet with a diameter of 40-1000 mu m; (c) chopping the liquid jet into segments with a rotating liquid jet; (d) collecting the resulting liquid particles in a dispersion medium and maintaining them in motion; (e) optionally cooling the dispersion below the melting point of the cellulose solution and separating the solidified particles from the dispersion medium; (f) contacting the liquid or solidified particles with a precipitant miscible with the solvent to form beads; and (g) separating the beads from the mixture of solvent, precipitant and optionally dispersion medium.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung regulärer, poröser Perlcellulosen mit einem Teilchendurchmesser in dem Bereich von 50 bis 1.000 µm, bei dem man eine Celluloselösung zu einem Strahl verformt und diesen in einzelne Segmente zerteilt. Die Erfindung betrifft ferner eine Perlcellulose mit bestimmten Eigenschaften sowie die Verwendung der nach dem Verfahren herge stellten Perlcellulosen.The invention relates to the production of regular, porous pearl celluloses with a particle diameter in the range of 50 to 1,000 microns, in which a cellulose solution is shaped into a jet and this into individual pieces Sliced segments. The invention further relates to a pearl cellulose certain properties as well as the use of herge according to the procedure made pearl celluloses.

Reguläre, poröse Perlcellulosen stellen im Vergleich zu anderen Trenn- und Trägermaterialien ein relativ preiswertes, stabiles Material mit vielseitig einstellbaren chemischen Eigenschaften dar. In zunehmenden Umfang gewinnen Celluloseformkörper als chromatographisches Material, als Träger für Enzyme, Zellen und andere Liganden, z. B. nach Aktivierung und Kopplung von Proteinen erheblich an Bedeutung.Regular, porous pearl celluloses compared to other separating and Backing materials are a relatively inexpensive, stable material with versatile settings chemical properties. Increasingly gain Molded cellulose as a chromatographic material, as a carrier for enzymes, cells and other ligands, e.g. B. after activation and coupling of proteins significantly Meaning.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung derartiger Celluloseformkörper unterscheiden sich im wesentlichen in der Art des verwendeten Cellulosematerials, der verwendeten Lösungsmittel, der Art und Weise der Koagulation bzw. Regenerierung sowie der Zerteilungstechnologie.Differentiate the known processes for the production of such cellulose moldings essentially in the type of cellulose material used Solvent, the type of coagulation or regeneration and the Cutting technology.

So beschreiben die Schutzrechte JP 48-2173, JP 48-60753, JP 62-191033, CS 172640, US 2 543 928, DE 20 05 408, u. a. die Verwendung von alkalischen Cellulosexanthogenatlösungen (Viskose), die entweder in ein saures Fällbad gesprüht oder nach Dispergieren in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel durch saure oder thermische Zersetzung regeneriert werden. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist, daß von den bei der Regenerierung frei werdenden Schwefelverbindungen, den anfallenden Dünnsäuren sowie Salzlösungen bzw. durch die verwendeten organischen Lösungsmittel ein erhebliches Umweltgefährdungspotential ausgehen. So describe the property rights JP 48-2173, JP 48-60753, JP 62-191033, CS 172640, US 2 543 928, DE 20 05 408, u. a. the use of alkaline Cellulose xanthate solutions (viscose) either sprayed into an acidic precipitation bath or after dispersing in a water-immiscible solvent acidic or thermal decomposition can be regenerated. A disadvantage of this The procedure is that of those released during regeneration Sulfur compounds, the resulting thin acids and salt solutions or through the organic solvents used are considerable Run out of environmental hazard potential.

Andere Verfahren, beispielsweise Schutzrecht DD 259 533, schlagen die Verwendung von Cellulosecarbamatlösungen vor. Dabei ist die Notwendigkeit einer kostenintensiven Nachbehandlung, bei der Harnstoff mit heißem Wasser entfernt und Restcarbamatgruppen mit Natronlauge zersetzt werden müssen, von besonderem Nachteil.Other methods, such as property right DD 259 533, suggest the use of cellulose carbamate solutions. The need for an expensive one Post-treatment where urea is removed with hot water and Residual carbamate groups must be decomposed with sodium hydroxide solution, especially Disadvantage.

Eine weitere Gruppe von Schutzrechten geht von hochsubstituierten organolöslichen Celluloseestern aus, wobei bevorzugt Celluloseacetat mit durchschnittlichem Substitutionsgrad (DS) zwischen 2 und 3 eingesetzt wird. Das Grundprinzip dieser Verfahren besteht darin, daß man Celluloseacetat bevorzugt in einem Halogenkohlenwasserstoff löst, die Polymerlösung dispergiert und durch Verdunsten des Lösungsmittels verfestigt. Nach dem Separieren der Celluloseacetatteilchen erfolgt in der Regel die Abspaltung der Acetatgruppen durch Behandlung mit Natronlauge, beispielsweise Schutzrecht JP 53-7759. Da bei einem solchen Vorgehen nur Teilchen mit geringer Porosität erhalten werden, wurden eine Vielzahl von Verfahren vorgeschlagen, die das Erzeugen einer höheren Porosität der resultierenden Celluloseformkörper cum Ziel haben. Die Methode der Wahl ist dabei der Zusatz verschiedener Porenbildner zur Celluloseacetatlösung. Die Schutzrechte JP 56-24429, JP 24430, JP 62-267 339, JP 63-68645 und US 4312980 schlagen die Verwendung von linearen Alkoholen vor. Motozato u. a., J. Chromatogr. 298 (3), (1984) 499-507, bevorzugt hierfür Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Hexan, Cyclohexan, Petrolether, Toluen u. ä. Im Schutzrecht JP 63-68645 wird darüber hinaus die Verwendung von langkettigen Carbonsäuren bzw. Carbonsäureestern zu diesem Zweck vorgeschlagen. Nachteilig bei all diesen Modifizierungen bleibt die Notwendigkeit der Verwendung von toxischen Halogenkohlenwasserstoffen als Lösungsmittel.Another group of property rights goes from highly substituted organo-soluble ones Cellulose esters, preferably cellulose acetate with average Degree of substitution (DS) between 2 and 3 is used. The basic principle of this The method is that one prefers cellulose acetate in one Halogenated hydrocarbon dissolves, the polymer solution is dispersed and evaporated of the solvent solidified. After separating the cellulose acetate particles usually the acetate groups are split off by treatment with sodium hydroxide solution, for example property right JP 53-7759. Because with such a procedure only particles A variety of methods have been obtained with low porosity suggested creating a higher porosity of the resulting Cellulose molded body cum target. The method of choice is the addition various pore formers for cellulose acetate solution. The property rights JP 56-24429, JP 24430, JP 62-267 339, JP 63-68645 and US 4312980 suggest the use of linear alcohols. Motozato et al. a., J. Chromatogr. 298 (3), (1984) 499-507, preferably hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, Petroleum ether, toluene and the like In the property right JP 63-68645 is also the Use of long-chain carboxylic acids or carboxylic acid esters for this purpose suggested. The disadvantage of all these modifications remains the need for Use of toxic halogenated hydrocarbons as a solvent.

Die Schutzrechte SU 931 727 und SU 1031 966, die eine Herstellung von Celluloseperlen ausgehend von Celluloseacetat mit einem DS von 2 aus einer Ethylacetat-n-Butanol-Mischung zum Gegenstand hat, erlaubt keine Einstellung von Porositäten < 75%.The property rights SU 931 727 and SU 1031 966, which are a manufacture of Cellulose beads starting from cellulose acetate with a DS of 2 from one The subject of an ethyl acetate-n-butanol mixture does not allow the setting of Porosities <75%.

Ein Vorgehen, wie im Schutzrecht DD 295 861 aufgezeigt, zur Herstellung von perlförmigen Cellulosepartikeln unter Verwendung von Cellulosesilylethern benutzt ebenfalls flüchtige Kohlenwasserstoffe bzw. toxische Halogenkohlenwasserstoffe als Lösungsmittel. A procedure, as shown in the property right DD 295 861, for the production of pearl-shaped cellulose particles used using cellulose silyl ethers also volatile hydrocarbons or toxic halogenated hydrocarbons as Solvent.

Bei der sauren bzw. alkalischen Regenerierung verbleiben merkliche Anteile an Silylseitengruppen, die eine Anwendung für chromatographische bzw. medizinische Zwecke erheblich einschränkt.In the case of acidic or alkaline regeneration, noticeable portions remain Silyl side groups that have an application for chromatographic or medical Purposes significantly restricted.

Für die direkte Auflösung der Cellulose wurden bisher schlecht handhabbare Lösungsmittel vorgeschlagen. So beschreiben die Schutzrechte DE 17 92 230, FR 1575419, US 3 597 350 die Verwendung von Cuoxam u. ä.So far, difficult to handle for the direct dissolution of cellulose Solvent suggested. This is how the protective rights DE 17 92 230 describe FR 1575419, US 3,597,350 the use of Cuoxam et al. Ä.

Das Schutzrecht JP 80-44312 sowie Kuga: J. Chromatogr. 195, (1980), 221-230 schlagen ein Arbeiten in CaSCN-Schmelzen vor.The property right JP 80-44312 and Kuga: J. Chromatogr. 195, 1951: 221-230 suggest working in CaSCN melts.

Weiterhin wird im Schutzrecht JP 82-159802 - Dimethylsulfoxid-Paraformaldehyd- Mischungen als Lösungsmittel beschrieben. Insbesondere die Mehrkomponentenlösungsmittel bereiten erhebliche Probleme beim Einbringen von höhermolekularen Cellulosen in Mengen über 5%. Weiterhin lassen sich diese Lösungsmittelgemische nur sehr eingeschränkt recyclisieren.Furthermore, the patent right JP 82-159802 - Dimethylsulfoxid-Paraformaldehyd- Mixtures described as solvents. especially the Multicomponent solvents pose considerable problems when introducing higher molecular weight celluloses in amounts over 5%. Furthermore, these can be Recycle solvent mixtures only to a very limited extent.

In bezug auf die Zerteilung der Polymerlösung nach Austritt aus einer Düse werden im wesentlichen 3 Technologien beschrieben. So lehren beispielsweise die Schutzrechte US 5 047 180 und US 5 328 603 die Herstellung von sphärischen Formkörpern durch Zerstäuben (Atomisieren) einer Polymerlösung. Im zuletzt genannten Schutzrecht wird darüber hinaus das Mehrkomponentenlösungsmittel Dimethylacetamid/LiCl als Celluloselösungsmittel verwendet. Ein solches System erfordert für die Herstellung regulärer Partikel Salzzusätze über 10%. Das Schutzrecht EP 0268 866 realisiert die Zerteilung in Polymertropfen durch die Überlagerung der Längsbewegung der aus der Düse austretenden Polymerlösung durch eine rotierende Vibrationsbewegung. Im Schutzrecht DE 44 24 998 schließlich werden sphärische Partikel durch das Zerteilen einer aus der Düse austretenden Polymerlösung mittels extrem dünner, rotierender Schneidmesser hergestellt. Allen Verfahrensvarianten ist gleich, daß sich unmittelbar an das Zerteilen der Polymerlösung ein irreversibler Koagulationsschritt anschließt. Damit ist es notwendig, die reguläre Form der Polymerpartikel beim Passieren einer mehr oder weniger langen Fallstrecke zu realisieren. Dies führt zu Problemen bei der Ausbildung einer idealen Kugelgestalt durch vorzeitiges Aushärten, Deformationen beim Aufprall auf den umschließenden Auffangzylinder und u. U. Verklebungen auf den Schneidmessern, so daß mehr oder wenig starke Abweichungen in Kauf genommen werden müssen. With regard to the division of the polymer solution after emerging from a nozzle in the essential 3 technologies described. For example, property rights teach US 5 047 180 and US 5 328 603 through the production of spherical shaped bodies Atomizing a polymer solution. In the latter property right in addition, the multi-component solvent dimethylacetamide / LiCl as Cellulose solvent used. Such a system requires for manufacturing regular particles salt additives over 10%. The property right EP 0268 866 realizes the Splitting into polymer drops by superimposing the longitudinal movement of the Polymer solution emerging through a rotating vibration movement. in the Industrial property right DE 44 24 998, finally, spherical particles through the division a polymer solution emerging from the nozzle by means of extremely thin, rotating Cutting knife made. It is the same for all process variants, that immediately the division of the polymer solution is followed by an irreversible coagulation step. In order to it is necessary to change the regular shape of the polymer particles when passing one more or less long fall distance to realize. This leads to problems with the Formation of an ideal spherical shape through premature curing, deformations in the Impact on the surrounding collecting cylinder and u. U. gluing on the Cutting knives, so that more or less strong deviations are accepted Need to become.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von regulären, porösen Celluloseperlen zu schaffen, das technisch einfach und wirtschaftlich ist und die Erzeugung von Formteilchen mit definiertem Teil chendurchmesser bei enger Teilchengrößenverteilung im Gesamtbereich von 50 bis 1.000 µm und mit hoher Variationsbreite der einstellbaren Porositäten gestattet. Insbesondere sollen dabei wenig oder nicht toxische Lösungsmittel zum Einsatz kommen, und es sollen die aufgezeigten Nachteile der bekannten Verfahren vermieden werden. Ferner soll eine neue Perlcellulose mit neuen Verwendungsmöglichkeiten geschaffen werden. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.The invention has for its object a method for producing to create regular, porous cellulose beads that are technically simple and is economical and the production of molded particles with a defined part diameter with a narrow particle size distribution in the total range of 50 up to 1,000 µm and with a wide range of adjustable porosities allowed. In particular, there should be little or no toxic solvents be used, and it should be the disadvantages of the known Procedures to be avoided. Furthermore, a new pearl cellulose with new Possible uses are created. Further advantages of the invention result from the following description.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in verfahrensmäßiger Hinsicht dadurch gelöst, daß man
According to the invention, this object is achieved in procedural terms in that

a) a cellulose with a degree of polymerization in the range of 150 to 2,000 in a solvent to a 0.5 to 25 mass% Dissolves solution
b) the cellulose solution by applying pressure to at least one jet deformed in the range of 40 to 1,000 µm,
c) the solution beam using rotating cutting beams in defi divided segments,
d) collecting the solution particles in a dispersant and keeps moving
e) the solution particles

1. after cooling the dispersion below the melting temperature of the cellulose solution and separating the solidified cellulose solution particles from the dispersant or

2. directly in the dispersion

solidified by precipitation with a solvent-miscible precipitant to form regular pearl particles, and
f) the pearl particles from the mixture of solvent, precipitant and if necessary separates dispersant.

Ausführungsformen des Verfahrens sind durch die Unteransprüche 2 bis 22 definiert.Embodiments of the method are defined in subclaims 2 to 22 Are defined.

Die Schneidstrahlen können aus einer komprimierten, inerten Flüssigkeit erzeugt werden, beispielsweise aus dem Dispersionsmittel. Das Dispersions mittel ist vorzugsweise ein inertes, nicht mit Wasser mischbares, tempe rierbares, d. h. unter den Temperaturbedingungen der Stufen d) und e) bestän diges flüssiges Medium. Die Bewegung in der Stufe d) dient zur Vermeidung der Agglomeratbildung und zur Bildung und Stabilisierung der regulären Form der Teilchen und kann durch langsam laufende Rührer erzeugt werden.The cutting jets can be made from a compressed, inert liquid are generated, for example from the dispersant. The dispersions medium is preferably an inert, non-water-miscible, temp erable, d. H. under the temperature conditions of stages d) and e) liquid medium. The movement in stage d) serves to avoid the Agglomerate formation and to form and stabilize the regular form of the Particles and can be generated by slow running stirrers.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß die Trennung der Prozeßschritte Zerteilen, Formbildung und Verfestigung auf einfache Weise zu hoch regulärer Perlcellulose enger Teilchengrößenverteilung und variabel einstellbarer Porenvolumina führt sowie eine wesentliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses gestattet. So lassen sich das nicht mit Wasser mischbare, inerte Zerteil- bzw. Dispersionsmedium nach Phasentrennung der Suspension direkt, d. h. ohne zusätzliche Reinigungsstufen wie beispielsweise Extrahieren etc. besonders vorteilhaft in den Verfahrenskreislauf zurückführen und nach dem ggf. Zusatz von Dispergierhilfsmitteln erneut für den Formbildungsprozeß nutzen.Surprisingly, it was found that the separation of the process steps Formation and solidification in a simple way to highly regular pearl cellulose narrow particle size distribution and variably adjustable pore volumes leads as well allows a significant simplification of the manufacturing process. So you can the inert cutting or dispersion medium, which is not miscible with water Phase separation of the suspension directly, d. H. without additional cleaning stages such as for example extracting etc. is particularly advantageous in the process cycle return and after the addition of dispersing agents if necessary again for the Use the process of forming.

Das nach Filtration bzw. Zentrifugation abgetrennte das Lösungsmittel-Fällungsmittel- Gemisch kann beispielsweise durch Einsatz thermischer Energie oder Membranen ebenfalls aufgetrennt werden, so daß auch das Einkomponentenlösungsmittel besonders vorteilhaft in kurzer Flotte zirkuliert.The solvent-precipitant which is separated off after filtration or centrifugation Mixture can, for example, by using thermal energy or membranes also be separated so that the one-component solvent circulates particularly advantageously in a short liquor.

Die Konzentration der Celluloselösung ist in weiten Grenzen in Abhängigkeit von der angestrebten Teilchengröße bzw. Porenvolumina einstellbar, wobei zur Herstellung der erfindungsgemäßen regulären, porösen Perlcellulosen mit Teilchendurchmessern von 50 bis 1.000 µm Lösungen mit einer Cellulosekonzentration von 0,5 bis 15, vorzugsweise von 1 bis 12, besonders bevorzugt von 2 bis 7 Masseprozent (Ma-%) geeignet sind.The concentration of the cellulose solution depends largely on the desired particle size or pore volumes adjustable, the production of regular, porous pearl celluloses according to the invention with particle diameters of 50 to 1,000 µm solutions with a cellulose concentration of 0.5 to 15, preferably from 1 to 12, particularly preferably from 2 to 7 percent by mass (mass%) are suitable.

Der erfindungsgemäße Verzicht auf rotierende Schneidmesser minimiert in erheblichen Umfang die Gefahr einer Verklebung von Polymertropfen am Schneidwerkzeug und trägt somit zusätzlich zur hohen Partikeleinheitlichkeit bei.The absence of rotating cutting knives according to the invention minimizes considerably Extent of the risk of polymer drops sticking to the cutting tool and thus also contributes to the high particle uniformity.

Zweckmäßigerweise setzt man dem inerten Zerteil- bzw. Dispersionsmedium geeignete Emulgatoren wie nichtionische Tenside aus der Gruppe der Polyoxyethylenalkylether, - arylalkylether oder -sorbitanalkylether zu.Appropriately, the inert cutting or dispersion medium is used in a suitable manner Emulsifiers such as nonionic surfactants from the group of polyoxyethylene alkyl ethers, arylalkyl ether or sorbitan alkyl ether.

Zur Teilchenvergleichmäßigung und Bildung einheitlicher Teilchengrößen ist es vorteilhaft, während und/oder nach dem Eintrag der Cellulosetropfen in das Dispergiermedium die Zerteilung mit einem üblichen Rührer so lange aufrechtzuerhalten, bis durch Fällung bzw. Temperaturabsenkung eine stabile Suspension entstanden ist.It is for particle homogenization and formation of uniform particle sizes advantageous during and / or after the entry of the cellulose drops in the Dispersing medium with a conventional stirrer for so long maintain until stable by precipitation or lowering the temperature Suspension has arisen.

Die ggf. erstarrten Polymertröpfchen lassen sich nach Filtration oder Zentrifugieren abtrennen und anschließend einem Fällbad zuführen, in welchem sie verfestigt werden. Nach Abtrennung dar erhaltenen regulären, porösen Celluloseperlen vom Fällbad durch Filtration oder Zentrifugieren wird eine Wäsche/Reinigung mit Wasser oder niederen Alkoholen im Temperaturbereich von 3 bis 90°C durchgeführt.The polymer droplets, which may have solidified, can be filtered or centrifuged separate and then feed to a precipitation bath in which they are solidified. After separation of the regular, porous cellulose beads obtained from the precipitation bath Filtration or centrifugation will be a wash / clean with water or lower Alcohols in the temperature range of 3 to 90 ° C carried out.

Die Perlcellulosen können anschließend aktiviert und ggf. über Spacer mit unterschiedlichen Liganden gekoppelt sowie bei Bedarf getrocknet werden. Die erfindungsgemäß hergestellten Perlcellulosen sind durch einen Teilchengrößenbereich von 50 bis 1.000 µm, ein Porenvolumen von 5 bis 95% und eine Ausschlußgrenze ≦ 5 10⁶ Dalton gekennzeichnet. Diese Eigenschaften sind in den genannten Bereichen durch das erfindungsgemäße Verfahren jeweils eng einstellbar. Die Teilchengrößen der Perlcellulosen sind für die jeweilige Anwendung als Trenn-, Träger- oder Adsorbermaterial bedeutsam. Das Porenvolumen beschreibt den Anteil einer Cellulosekugel, der durch mehr oder weniger große Hohlräume gekennzeich net ist. Das Porenvolumen läßt sich durch Elektronenmikroskopie verschiedener Schnitte durch die Cellulosekugel, durch Quecksilberporosimetrie oder bei bekann ter Abhängigkeit mit dem Wasserrückhaltevermögen - CRC-Wert (DIN 53814) be stimmen.The pearl celluloses can then be activated and, if necessary, coupled with different ligands via spacers and dried if necessary. The pearl celluloses produced according to the invention are characterized by a particle size range of 50 to 1,000 μm, a pore volume of 5 to 95% and an exclusion limit ≦ 5 10 ⁶ daltons. These properties can each be narrowly adjusted in the areas mentioned by the method according to the invention. The particle sizes of the pearl celluloses are important for the respective application as separation, carrier or adsorber material. The pore volume describes the proportion of a cellulose ball that is characterized by more or less large voids. The pore volume can be determined by electron microscopy of various sections through the cellulose ball, by mercury porosimetry or, if known, depending on the water retention capacity - CRC value (DIN 53814).

Die Ausschlußgrenze charakterisiert jene Grenze der Größe eines Hohlraumes (Pore), bis zu der ein Molekül z. T. auch nur partiell in diesen Hohlraum einzudringen vermag. Sie steht also für die größtmögliche Dimension eines Moleküles dar, für die eine chromatographische Trennung noch möglich ist. Die Ausschlußgrenze wird mit Hilfe der Permeationsmessung bekannter Substanzen mit definierter Molekülgröße bestimmt. In unserem Fall werden Ausschlußgrenzen an Hand der Permeation von hochmolekularem Dextranblau ermittelt (vgl. J. Baldrian u. a.: "Small-angle scattering from macroporous polymers: styrene divinylbenzene copolymers, cellulose in bead form" in Coll. Czechoslov. Chem. Commun. 41 (1976) 12, S. 3555-3562).The exclusion limit characterizes that limit of size one Cavity (pore), up to which a molecule z. T. only partially in these Cavity can penetrate. So it stands for the largest possible Dimension of a molecule for which a chromatographic separation is still possible. The exclusion limit is determined using the Permeation measurement of known substances with a defined molecular size certainly. In our case, exclusion limits are based on permeation of high molecular weight dextran blue (cf. J. Baldrian et al .: "Small-angle scattering from macroporous polymers: styrene divinylbenzene copolymers, cellulose in bead form "in Coll. Czechoslov. Chem. Commun. 41 (1976) 12, Pp. 3555-3562).

Die erfindungsgemäß hergestellten Celluloseformkörper können mit Vorteil z. B. als Trennmittel und Trägermaterial für chromatographische und diagnostische Zwecke, z. B. für Diagnostika und Biokatalysatoren, als selektives oder spezifisches Adsorbens bei der Blutdetoxikation und als Zellkulturträger in der Biotechnologie, Biomedizin und Medizin eingesetzt werden.The cellulose moldings produced according to the invention can advantageously, for. B. as Release agent and carrier material for chromatographic and diagnostic Purposes, e.g. B. for diagnostics and biocatalysts, as selective or specific adsorbent for blood detoxification and as a cell culture carrier used in biotechnology, biomedicine and medicine.

Der hier gebrauchte Terminus "regulär" bedeutet gleichmäßig im Sinne der Ein heitlichkeit der geometrischen Form. Ideal geformte Kugeln gestatten eine optimale Packungsdichte (hexagonal dichteste Kugelpackung). Bei chromatogra phischen Trennprozessen können mit "regulären" Perlen gute Fließbedingungen für die zu trennende Phase und eine gute mechanische Stabilität der Packung erreicht werden. Im Ergebnis werden dann engverteilte Trennkurven bestimmt. Die Verwendung irregulärer Partikel (ungleichmäßige geometrische Form) hat große Totvolumina (auf der Säule länger verbleibende Phase, Verschleppen der verschiedenen Fraktionen) und eine geringe mechanische Stabilität zur Folge. Die Trennkurven haben eine breite Verteilung und zeigen ein sogenanntes "Tailing".The term "regular" used here means even in the sense of one uniformity of the geometric form. Ideally shaped balls allow one optimal packing density (hexagonally closest ball packing). At chromatogra Physical separation processes can have good flow conditions with "regular" beads for the phase to be separated and good mechanical stability of the packing can be achieved. As a result, narrowly distributed separation curves are determined. The use of irregular particles (uneven geometric shape) large dead volumes (phase remaining longer on the column, carryover of the different fractions) and low mechanical stability. The separation curves have a broad distribution and show a so-called "Tailing".

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples.

example 1

In einem Planschliffgefäß werden 12,5 g naß aufgeschlagene Cellulose mit einem Cuoxam-DP von 1.634 und einem Wassergehalt von 60% zusammen mit 252 g einer 50%-igen wäßrigen N-Methylmorpholin-N- oxid-Lösung bei 85°C intensiv gerührt.12.5 g of wet cellulose are placed in a flat ground vessel with a Cuoxam-DP of 1,634 and a water content of 60% together with 252 g of a 50% aqueous N-methylmorpholine-N- oxide solution intensively stirred at 85 ° C.

Anschließend destilliert man 85 g Wasser unter Vakuum und Rühren ab und setzt 50 g wasserfreien DMSO zu. Zur Vervollständigung der Auflösung werden weitere 30 g Wasser abdestilliert, so daß eine 2,5 Ma- %-ige Celluloselösung entsteht.85 g of water are then distilled off under vacuum and with stirring and adds 50 g of anhydrous DMSO. To complete the Dissolve another 30 g of water are distilled off, so that a 2.5 Ma % cellulose solution is created.

Die Polymerlösung wird bei 70°C durch ein Düsenloch mit einem Durchmesser von 50 µm gepreßt und der abgespritzte Lösungsstrang durch einen unter 100 bar stehenden, rotierenden Flüssigkeitsstrahl aus Paraffinöl zu regulären, zylindrischen Segmenten mit einer Höhe von ca. 45 µm zerteilt. Die in Spritzrichtung herabfallenden Lösungspartikel werden in einem zylindrischen Gefäß, das ein Dispersionsmedium bestehend aus 300 g Paraffinöl, dem 1 g Brij® 35 (Polyoxyethylenlaurylether, nichtionischer Emulgator der Fa. ICI) hinzugefügt wurde, aufgefangen. Die zylindrischen Segmente werden bei einer Temperatur von 75°C unter langsamen Rühren (200 min^-1) zu Lösungströpfchen geformt, die nach Absenken der Temperatur auf 10°C zu regulären, festen Partikeln erstarren. Die festen Teilchen werden vom Dispersionsmedium abfiltriert und anschließend in einem wäßrigen Fällbad, das 50 Ma-% DMSO enthält, verfestigt. Die erhaltene Perlcellulose besitzt einen mittleren Teilchendurchmesser von 55 µm ±10%, und ein Porenvolumen von ca. 65%.The polymer solution is pressed at 70 ° C. through a nozzle hole with a diameter of 50 μm and the sprayed solution strand is divided into regular cylindrical segments with a height of approx. 45 μm by a rotating liquid jet of paraffin oil under 100 bar. The solution particles falling in the spray direction are collected in a cylindrical vessel to which a dispersion medium consisting of 300 g paraffin oil, 1 g Brij® 35 (polyoxyethylene lauryl ether, nonionic emulsifier from ICI) has been added. The cylindrical segments are formed at a temperature of 75 ° C with slow stirring (200 min ^-1 ) into solution droplets which solidify into regular, solid particles after the temperature has been reduced to 10 ° C. The solid particles are filtered off from the dispersion medium and then solidified in an aqueous precipitation bath which contains 50% by mass of DMSO. The pearl cellulose obtained has an average particle diameter of 55 μm ± 10% and a pore volume of approximately 65%.

Example 2

25 g Cellulose mit einem DP von 482 und 60% Restfeuchte werden mit 163 g 50%-iger NMMNO-Lösung und 5 g Polyethylenglykol mit einem Molekulargewicht von 35.000 intensiv bei 85°C gemischt. Unter Vakuum und Rühren wird dem Gemisch bei konstanter Temperatur 80 ml Wasser entzogen, so daß eine feindisperse Emulsion aus Celluloselösung und PEG entsteht. Die Emulsion wird ohne weitere Verweilzeit durch ein Düsenloch mit einem Durchmesser von 50 gepreßt und der abgespritzte Strang in gleicher Weise wie im Beispiel 1 in Segmente zerteilt. Diese werden in einem Polyalkylsiloxan mit einer Viskosität von 50 Pa s, das 2,5 g Emulgator (Brij®35) enthält, aufgefangen. In der unter langsamen Rühren auf 50°C abgekühlten Dispersion werden die geformten Polymertröpfchen durch Zusetzen von 1.500 g entsalztem Wasser gefällt. Das in den Perlcellulosen verbliebene PEG wird mittels Heißwasserextraktion vollständig entfernt, so daß reguläre Partikel mit 60 µm Durchmesser und einem Porenvolumen von 83% erhalten werden.25 g of cellulose with a DP of 482 and 60% residual moisture are intensively mixed with 163 g of 50% NMMNO solution and 5 g of polyethylene glycol with a molecular weight of 35,000 at 85 ° C. 80 ml of water are removed from the mixture at constant temperature under vacuum and stirring, so that a finely dispersed emulsion of cellulose solution and PEG is formed. The emulsion is pressed through a nozzle hole with a diameter of 50 without further dwell time and the hosed strand is divided into segments in the same way as in Example 1. These are in a polyalkylsiloxane with a viscosity of 50 Pa s, the 2.5 g emulsifier (Brij® 35) contains, collected. In the dispersion, which was cooled to 50 ° C. with slow stirring, the shaped polymer droplets are precipitated by adding 1,500 g of deionized water. The PEG remaining in the pearl celluloses is completely removed by means of hot water extraction, so that regular particles with a diameter of 60 μm and a pore volume of 83% are obtained.

Example 3

15 g Cellulose analog Beispiel 1 werden mit 163 g 50%-iger wäßriger NMMNO-Lösung bei 80°C gemischt und im Vakuum unter Entzug von 80 ml Wasser aufgelöst. Zur Celluloselösung gibt man anschließend bei der gleichen Temperatur 50 g ε-Caprolactam und rührt solange weiter bis eine homogene Masse entstanden ist. Die Polymerlösung wird bei 75°C durch ein Düsenloch mit einem Durchmesser von 100 µm gepreßt und zu analog Beispiel 1 zu zylinderförmigen Polymersegmenten zerteilt. Die nach langsamen Rühren geformten Polymertröpfchen läßt man durch Absenken der Temperatur der Dispersion auf 35°C erstarren, filtriert den Feststoff ab und fällt in ein Bad, das 50% Caprolactam und 50% Isopropanol enthält. Die Celluloseperlen besitzen einen Teilchendurchmesser von 150 µm und ein Porenvolumen von 87%.15 g of cellulose analogous to Example 1 with 163 g of 50% aqueous NMMNO solution mixed at 80 ° C and in vacuo with the withdrawal of Dissolve 80 ml of water. Then add to the cellulose solution 50 g ε-caprolactam at the same temperature and stirring continues until a homogeneous mass has formed. The polymer solution is at 75 ° C pressed through a nozzle hole with a diameter of 100 µm and closed analogously to Example 1 divided into cylindrical polymer segments. The after slow stirring, polymer droplets are allowed to pass through Lower the temperature of the dispersion to 35 ° C, filter the Solid and falls into a bath that contains 50% caprolactam and 50% Contains isopropanol. The cellulose pearls have one Particle diameter of 150 µm and a pore volume of 87%.

Example 4

Es wird analog Beispiel 1 gearbeitet, jedoch eine Cellulose mit einem DP von 532 eingesetzt. Die erhaltenen Celluloseperlen haben bei gleichem Teilchendurchmesser ein Porenvolumen von 70%.The procedure is analogous to Example 1, but a cellulose with a DP of 532 used. The cellulose beads obtained have the same Particle diameter a pore volume of 70%.

Example 5

Es wird analog Beispiel 3 gearbeitet, jedoch anstelle von Caprolactam 2 g hydrolysierte Markerbsenstärke mit einem Molekulargewicht von 240.000 in die Polymerlösung eingearbeitet, indem die Markerbsenstärke in der wäßrigen NMMNO-Lösung feinverteilt vorgequollen und die naß aufgeschlagene Cellulose anschließend eingetragen wird. Die erhaltenen Celluloseperlen haben einen Teilchendurchmesser im Mittel von 175 µm und ein Porenvolumen von 80% wobei größtenteils Meso- und Makroporen gebildet werden.The procedure is analogous to Example 3, but 2 g instead of caprolactam hydrolyzed marker pea starch with a molecular weight of 240,000 incorporated into the polymer solution by the marker pea starch in the aqueous NMMNO solution pre-swollen and the wet whipped cellulose is then entered. The received Cellulose beads have an average particle diameter of 175 µm and a pore volume of 80%, mostly meso- and Macropores are formed.

Example 6

4 g trocken gemahlener Linters-Zellstoff mit einem DP von 1.634 wird bei Raumtemperatur in 96 g Trifluoressigsäure (98%-ig, K_p = 72°C) in ein Planschliffgefäß mit Rührer und Rückflußkühler eingetragen und bei 25°C 2 h gerührt. Zur Vervollständigung der Auflösung wird auf 50°C erwärmt und weitere 30 min. gerührt. Die Lösung wird nach Abkühlen auf Raumtemperatur analog Beispiel 1 zerteilt und unter Abkühlen auf -20°C bei 250 min^-1 weiter gerührt. Die erstarrten Polymertröpfchen werden bei dieser Temperatur abzentrifugiert und zur Fällung in ein alkoholisches Bad, das Isopropanol und tert. Butanol in einem Verhältnis 50/50 (V/V) enthält, eingetragen. Die Perlcellulose hat einen mittleren Teilchendurchmesser von 60 µm und ein Porenvolumen von 10%.4 g of dry-ground Linters pulp with a DP of 1,634 is introduced at room temperature in 96 g of trifluoroacetic acid (98%, K _p = 72 ° C.) into a flat ground vessel with a stirrer and reflux condenser and stirred at 25 ° C. for 2 hours. To complete the dissolution, the mixture is heated to 50 ° C. and a further 30 min. touched. After cooling to room temperature, the solution is divided up analogously to Example 1 and ^{stirring is} continued at 250 min ⁻¹ while cooling to −20 ° C. The solidified polymer droplets are centrifuged off at this temperature and precipitated in an alcoholic bath containing isopropanol and tert. Contains butanol in a ratio of 50/50 (v / v). The pearl cellulose has an average particle diameter of 60 µm and a pore volume of 10%.

Claims

1. A process for the production of regular, porous pearl celluloses with a particle diameter in the range of 50 to 1,000 microns, in which a cellulose solution is deformed into a jet and divided into individual segments, characterized in that

a) dissolving a cellulose with a degree of polymerization in the range from 150 to 2,000 in a solvent to a 0.5 to 25% by mass solution,
b) the cellulose solution is deformed by pressure to form at least one jet with a diameter in the range from 40 to 1,000 μm,
c) dividing the solution jet into defined segments using rotating cutting jets,
d) the solution particles are collected in a dispersing agent and kept in motion,
e) the solution particles
- 1. after cooling the dispersion below the melting temperature of the cellulose solution and separating the solidified cellulose solution particles from the dispersant or
- 2. directly in the dispersion
solidified by precipitation with a solvent-miscible precipitant to form regular pearl particles, and
f) the pearl particles are separated from the mixture of solvent, precipitant and, if appropriate, dispersant.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Solvent is miscible with water, the dispersant is water is free and not miscible with water and the precipitant consists at least in part of water.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the solvent is salt-free and / or the precipitant comprises an aqueous saline solution.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that in step a) at least one inert dilution medium from that of dimethyl sulfoxide, lactams, polyethylene glycol and Adds polypropylene glycol to the existing group.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized records that in step a) a powdery material with Particle diameters in the range from 50 to 3,000 nm.

6. The method according to claim 5, characterized in that the powdery material such as starch, xanthan and polysaccharides Galactomannans.

7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that that inorganic powder materials in an amount of 5 to 200 mass%, preferably 5 to 50 mass%, based on the Cel lulose, adds.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized records that the cellulose solution in step b) by little at least one nozzle is extruded and the cutting jets in step c) generated by a compressed inert liquid.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized records that in step d) 1 to 30 mass%, based on Cellulose, at least one emulsifier is added.

10. The method according to claim 9, characterized in that one the emulsifier among nonionic surfactants made of polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene aryl ethers and polyoxyethylene sorbitan alkyl ether group.

11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the dispersion in step d) by a slowly rotating stirrer moves.

12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized characterized in that the precipitation in step e) with at least a precipitant from water, lower alcohols and Polyols with a molecular weight <600 existing group carries out.

13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized characterized in that the separation in stage e1) by Filtering or centrifuging.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized characterized in that one as a solvent in step a) One-component solvent is used, which one under tertiary Amine oxides, preferably N-methylmorpholine-oxide monohydrate, or trifluoroacetic acid.

15. The method according to any one of claims 1 to 14, characterized characterized in that in step a) a solution with a Cellulose concentration in the range of 1 to 15 mass%, preferably forms from 2 to 7% by mass.

16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized characterized in that in step a) cellulose with a poly degree of merization in the range from 200 to 1,500.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized characterized in that the dispersant from the in the Stage f) separates the resulting mixture and returns to stage d) leads.

18. The method according to any one of claims 1 to 17, characterized characterized in that the mixture obtained in stage f) separates from solvent and precipitant and the solvent in stage a) and the precipitant in stage e).

19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized characterized in that the dispersant from the Polyalkylsiloxanes, liquid paraffins and polypropylene glycols existing group.

20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized characterized in that step d) at a temperature in the Range from 60 to 100 ° C, preferably from 70 to 85 ° C by leads.

21. The method according to any one of claims 1 to 20, characterized characterized in that the dispersion in step e1) to a Temperature in the range from 0 to 60 ° C, preferably from 5 cools down to 40 ° C.

22. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized characterized in that the solidification of the solution particles in the dispersion in step e2) at a temperature in the Performs range of 30 to 70 ° C.

23. Use of one of the claims 1 to 22 produced pearl celluloses as carrier matrix for statio nary phases in chromatography, preferably for separation and purification of biomolecules.

24. Use of the herge according to one of claims 1 to 22 made pearl celluloses as adsorbents in medicine and medicine technology, preferably in wound healing and extracorpo oral detoxification.

25. Use of the produced according to one of claims 1 to 22 Pearl celluloses as a carrier matrix for diagnostics, biocatalysts and cell cultures.