DE2943193A1

DE2943193A1 - Vernetztes polyvinylalkoholgel

Info

Publication number: DE2943193A1
Application number: DE19792943193
Authority: DE
Inventors: Naohiro Murayama; Teruo Sakagami
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1978-10-26
Filing date: 1979-10-25
Publication date: 1980-04-30
Also published as: FR2439796B1; US4314032A; GB2034328B; IT7926780A0; IT1125597B; FR2439796A1; SE7908859L; SE436886B; GB2034328A; DE2943193C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein vernetztes Polyvinylalkoholgel, das für die Gelchromatographie verwendet wird. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein vernetztes Polyvinylalkoholgel, das durch Copolymerisation von Vinylacylat und einem Vernetzungsmittel, welches einen Triazinring aufweist, und anschließende Hydrolyse des Produktes erhalten wird.

Das Verfahren der GelChromatographie ist als neuestes chromatographisches Verfahren bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein poröses Gel als Packungsmaterial zur Trennung von Verbindungen in Abhängigkeit von der Größe der Moleküle eingesetzt.

Die Gelchromatographie kann auf wäßrige Lösungen oder Lösungen in einem organischen Lösungsmittel auf verschiedenen Gebieten auf die meisten Verbindungen mit unterschiedlichem Molekulargewicht angewendet werden. Die Gelchromatographie kann folglich als Filtertechnologie auf verschiedenen Gebieten industriell eingesetzt werden. Die bei der Gelchromatographie in wäßriger Lösung verwendeten Packungsgele sind hauptsächlich Dextrangel und Polyacrylamidgel. Es sind auch andere Gele, wie Stärkegel, Agargel und Agarosegel, verwendet worden.

Diese herkömmlichen Packungsgeleerweichenbei Verwendung in der wäßrigen Lösung, und zwar umso mehr, je größer die Porengröße und damit der Wassergehalt wird. Dadurch wird das gepackte Gel durch mechanische Operationen, wie Rühren und Bepacken der Säule, leicht pulverisiert. Das Gel ist ungünstigerweise bei einem Preßverfahren nicht beständig. Das bedeutet, daß die Pulverisierung des gepackten Gels eine nicht-einheitliche Packung in der Säule verursacht, wodurch die Trenneigenschaften beeinträchtigt werden. Es ist daher schwierig, mit herkömmlichen Gelen für die wäßrige

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Gelchromatographie große Säulen einheitlich zu packen. Diese Schwierigkeit ist einer der Gründe, der der industriellen Anwendung der wäßrigen Gelchromatographie entgegensteht.

Die genannten Nachteile der herkömmlichen wäßrigen Gele werden dadurch verursacht, daß die Gele in trockenem Zustand nur eine geringe Porengröße und in wäßriger Lösung durch Quellen eine große Porengröße aufweisen. Der Unterschied der Porengrößen zwischen trockenem Zustand und nassem Zustand ist zu groß. Um diesen Nachteil zu überwinden, ist es notwendig, die Festigkeit der vernetzten Form zu erhöhen und ein Gel zu schaffen, das sowohl im trockenen Zustand als auch in wäßriger Lösung gleiche Porengrößen aufweist.

Die vorliegende Erfindung ist ein Ergebnis der Untersuchungen von Vernetzungsmitteln für Gele, die in wäßrigen Lösungen verwendet werden. Durch die Erfindung wird die Festigkeit der Gele, die in wäßrigen Lösungen verwendet werden, verbessert, und das Gel kann erfindungsgemäß als Packungsmaterial bei einer Gelchromatographie eingesetzt werden. Das Gel wird zur wirksamen Entsalzung einer wäßrigen Lösung einer makromolekularen Verbindung verwendet. Das erfindungsgemäße Produkt zur Entsalzung einer wäßrigen Lösung einer makromolekularen Verbindung wird dadurch hergestellt, daß man ein Polyvinylalkoholgel einsetzt, das durch ein Vernetzungsmittel, das einen Triazinring aufweist, wie z.B. Triallylisocyanurat, vernetzt ist.

Es ist bekannt, daß ein Polyvinylalkoholgel als Packungsmaterial bei einer wäßrigen Gelchromatographie Fraktionierungseigenschaften aufweist, die eine Trennung nach Molekulargewicht ermöglichen. So schlägt z.B. W. Heitz in Macromolekulare Chemie 98, k2 (1966), die Verwendung eines PoIyvinylalkohoIgels vor, das durch Hydrolyse von mit Butandioldivinylather vernetzten! Polyvinylacetat erhalten wurde. Man

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hat auch vorgeschlagen, ein Polyvinylalkoholgel dadurch herzustellen, daß man ein Copolymerisat aus Vinylacetat und Diäthylenglykol-dimethacrylat mit einer Base hydrolysiert, und daraufhin das Produkt mit Epichlorhydrin nachträglich vernetzt (ungeprüfte japanische Patentpublikation Nr. 138077/1977).

Es ist jedoch bekannt, daß bei der Verwendung derartiger Vernetzungsmittel, wie z.B. Diäthylenglykol-dimethacrylat und Butandioldivinylather, bei der Hydrolyse des Polyvinylacetats eine Hydrolyse des Vernetzungsmittels eintritt. Es ist daher schwierig, die gewünschte anfängliche Vernetzung aufrechtzuerhalten. Unter diesem Gesichtspunkt ist vorgeschlagen worden, die nachträgliche Vernetzung mit Epichlorhydrin nach der Hydrolyse des Polyvinylacetats durchzuführen (ungeprüfte japanische Patentpublikation Nr. 138077/1977).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vernetztes Polyvinylalkoholgel in Perlform zu schaffen, das vor und nach der Hydrolyse keine Veränderung der Struktur aufweist.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein vernetztes Polyvinylalkoholgel in Perlform zu schaffen, das eine große mechanische Festigkeit sowohl im trockenen als auch im nassen Zustand aufweist. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein vernetztes Polyvinylalkoholgel in Perlform zu schaffen, das im wesentlichen einheitliche Struktur aufweist und gegenüber starken Säuren und starken Basen stabil ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, durch Copolymerisation vor einer Hydrolyse eine Gelstruktur zu bilden.

Diese erfindungsgemäßen Aufgaben werden dadurch gelöst, daß man ein vernetztes Polyvinylalkoholgel schafft, indem man 100 Gew.Teile eines Vinylacylats und 0,1 bis 50 Gew.Teile

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eines Vernetzungsmittels der Formeln (I) oder (II) copolymerisiert und das Produkt hydrolysiert. Als Vernetzungsmittel werden Verbindungen mit folgenden allgemeinen Formeln (I) und (II) eingesetzt:

O OR₁

I '

Il

R₁ - N N - R, NN

¹ , I 3 I "I

N N

R₂

(D (II)

wobei R₁, R₂ und R, jeweils gleich oder verschieden sein können und aus der Gruppe gewählt sind, die aus -CH₂-CH=CH₂, -CH₂-C=CH und -CH₂-C=CH₂ besteht.

CH₂

Das vernetzte Polyvinylalkoholgel kann durch Epichlorhydrin weiterhin vernetzt sein. Der vernetzte Polyvinylalkohol weist ein Verhältnis der Struktureinheiten von Veraetzungsmittelkomponente zu der Vinylalkoholkomponente auf, das dem eingesetzten Verhältnis entspricht. Der Grund dafür liegt darin, daß die vernetzten Komponenten durch die Hydrolyse nicht beeinträchtigt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine graphische Darstellung eines Trennungsmusters, wie es bei der Trennung von Inulin und Natriumchlorid mittels Gelchromatographie unter Verwendung des gesäS de® Verfahren von Beispiel 1 hergestellten Gels erhalten wirdj

Fig* 2 eine graphische Darstellung, welche eine Beziehung von Molekulargewichten von Polyäthylenglykolen und

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eluierten Volumina zeigt, wie sie bei einer Gelchromatographie unter Verwendung des gemäß dem Verfahren von Beispiel 9 hergestellten Gels erhalten wird; und

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Beziehung von Molekulargewichten von sphärischen Proteinen und eluierten Volumina bei einer Gelchromatographie unter Verwendung des gemäß dem Verfahren von Beispiel 10 erhaltenen Gels zeigt.

Das erfindungsgemäße vernetzte Polyvinylalkoholgel in Perlform weist dreidimensionale Netzstruktur auf. Dabei bilden die Vernetzungsmittel (I) oder (II) die Verknüpfungen, durch welche die Vinylalkoholeinheiten verbunden werden. Das eingesetzte Verhältnis von Vinylacylat und Vernetzungsmittel (I) oder (II) entspricht im wesentlichen dem Verhältnis der Struktureinheiten in dem Produkt, wobei jedoch beachtet werden sollte, daß das Vinylacylat zur Vinylalkoholeinheit verändert wird.

Die effektive Porengröße bei dem vernetzten Polyvinylalkoholgel in Perlform liegt im Bereich von 100 bis 5000 Ä, vorzugsweise 200 bis 2000 Ä.

Die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Copolymerisate aus Vinylacylat und einem Vernetzungsmittel der Formel (i) oder (II) erweisen sich gegenüber starker Säure oder starker Base als bemerkenswert stabil. Bei den Vernetzungsmitteln (I) und (II) tritt bei der Hydrolyse des Polyvinylacylats mit einer Base keine Ringspaltung auf, und die vernetzte Struktur des Copolymerisate bleibt folglich erhalten. Es ist daher nicht immer notwendig, nach der Hydrolyse ein nachträgliches Vernetzen durchzuführen, und es kann ein befriedigender Vernetzungsgrad allein dadurch erreicht werden, daß man durch Copolymerisation von Vinylacylat und dem Vernetzungsmittel eine Vernetzung durchführt. Das re-

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sultierende Polyvinylalkoholgel geht nicht leicht in Pulverfora Über, es kann einfach gehandhabt werden und eignet sich optimal als Packungsmaterial für die wäßrige Gelchromatographie. Das Gel kann zur Entsalzung einer wäßrigen Lösung einer makromolukaren Verbindung mit hoher Wirksamkeit eingesetzt werden.

Eines der Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ist es, daß die erfindungsgemäßen Gele nichtionischer Natur sind.

Das Vinylacylat ist eine Verbindung mit der allgemeinen Formel

CH₉ = CH
OCR

Il

wobei R für eine niedere Alkylgruppe, vie Methyl, Äthyl, η-Butyl oder 2-Äthylhexyl_t steht. Das typische Vinylacylat ist Vinylacetat und die Erfindung wird folglich hauptsächlich anhand der Verwendung von Vinylacetat beschrieben.

Die erfindungsgemäß verwendeten Vernetzungsmittel haben die folgenden allgemeinen Formeln <l) oder {II)

0 OR.

M I '

R. - N N - R, NN

¹II³ IH

A₂

(I) (II)

wobei R₁, Rp und R, gleich oder verschieden sein können und jeweils aus der Gruppe gewählt sind, die aus -CH₂-CH=CH₂, -CH₂-C=CH und -CH₂-C=CH₂ besteht.

GH₃

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Die Verbindung mit der allgemeinen Formel (I), bei der R₁, R₂ und R, Jeweils -CH₂-CH=CH₂ bedeuten, ist einfach zugänglich und weist eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit sowie Säure- und Alkalibeständigkeit auf, wodurch dieses Vernetzungsmittel unter allen von der obigen Definition umfaßten Vernetzungsmitteln am brauchbarsten ist. Die Vernetzungsmittel werden leicht unter Verwendung von radikalischen Polymerisationskatalysatoren, ionischen Polymerisationskatalysatoren oder unter Verwendung von ionisierender Strahlung polymerisiert. Sie sind in hohem Maße mit Vinylacylat copolymerisierbar.

Die Vernetzungsmittel (I) oder (II) können nicht nur in reiner Form eingesetzt werden, sondern auch als Mischung von Verbindungen mit unterschiedlichen Substituenten. Die Vernetzungsmittel (I) oder (II) sind selbst polymerisierbar. Es ist daher möglich, ein Vorpolymerisat aus einer Mischung der Vernetzungsmittel mit unterschiedlichen Substituenten in einem vorhergehenden Reaktionsschritt herzustellen und daraufhin das Vinylacylat zur Bildung der Vernetzung zu copolymer! si er en. Die Polymerisation des Vinylacylats und des Vernetzungsmittels (I) oder (II) kann nach herkömmlichen Polymerisationsverfahren durchgeführt werden, wie z.B. mittels Lösungspolymerisation, Suspensionspolymerisation, Emulsionspolymerisation und Massenpolymerisation.

Das bei der Gelchromatographie gemäß vorliegender Erfindung eingesetzte Gel weist vorzugsweise Perlform auf. Aus diesem Grund wird vorzugsweise eine Suspensionspolymerisation durchgeführt. Dabei kann ein organisches Lösungsmittel während der Copolymerisation als Verdünnungsmittel zur Steuerung des Vassergehalts (Porengröße) des resultierenden vernetzten Polyvinylalkohole zugesetzt werden.

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Als Suspensionsmittel kann bei der Suspensionspolymerisation in einer wäßrigen Lösung eine hydrophile, makromolekulare Verbindung, wie z.B. Polyvinylalkohol, Polyäthylenoxid, Polyvinylpyrrolidon, Äthylenoxid-Propylenoxid-Copolymerisat und Methylcellulose, und bei der Suspensionspolymerisation in einem organischen Lösungsmittel eine makromolekulare Verbindung, wie z.B. Polyvinylacetat, verwendet werden.

Die Teilchengröße des Gels ist nicht kritisch und kann in

m.

einem Bereich von etwa 10 bis 500 /ubiegen.

Der Katalysator bei der Copolymerisation ist ebenfalls nicht kritisch. Es kann ein herkömmlicher Radikalkatalysator, wie Benzoylperoxid, Lauroylperoxid oder Azo-bis-isobutyronitril, verwendet werden.

Die Menge des Vernetzungsmittels bestimmt den Wassergehalt (die Porengröße) des Gels. Ein Gel größerer Härte (Verknüpfung) kann man dadurch erhalten, daß man das Verhältnis von Vernetzungsmittel zu Vinylacylat vergrößert. Der Wassergehalt des nach der Hydrolyse erhaltenen Polyvinylalkoholgels kann abhängig von der Menge des Vernetzungemittels variiert werden. Um bei dem Gel die angestrebte Porengröße zu erhalten, wird die Menge des Vernetzungsmittels variiert. Außerdem kann, falls notwendig, ein Verdünnungsmittel zur Einstellung des Wassergehalts in einer entsprechenden Menge zugesetzt werden. Ein Polyvinylalkoholgel mit größerer Härte (Verknüpfung) und größerer Filterwirksamkeit kann einfach durch Zugabe des Verdünnungsmittels erhalten werden. Das Vernetzungsmittel wird im allgemeinen in einem Verhältnis von 0,1 bis 50 Gew.Teilen, vorzugsweise 0,5 bis 30 Gew.-Teilen, pro 100 Gew.Teile Vinylacylat eingesetzt.

Das Verdünnungsmittel zur Einstellung des Wassergehalts sollte gegenüber Vinylacylat, Vernetzungsmittel und dem

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Katalysator inert sein. Es sollte jedoch die Fähigkeit haben, ein Polyvinylacylat, wie Polyvinylacetat, aufzulösen oder zu quellen. Geeignete Lösungsmittel umfassen Methanol, Nitromethan, Äthanol, Acetonitril, m-Cresol, Pyridin, Benzylalkohol, Anilin, Aceton, Nitrobenzol, Cyclohexanon, Dichlormethan, Methylacetat, Brombenzol, Chlorbenzol, Trichloräthylen, Chloroform, Methyläthylketon, Furfural, Benzol, Toluol, Äthylacetat, Butylacetat, Dimethylsulfoxid, Tetrachlorkohlenstoff, Essigsäureamid und eine Mischung derselben (Lösungsmittel, die Polyvinylacylate auflösen); Isopropanol, n-Propanol, Butanol, Xylol, Äthyläther, n-Heptylalkohol, Dichlorbenzol, Pinacolin, Amylalkohol und eine Mischung derselben(Lösungsmittel, die Polyvinylacylate quellen); Äthylenglykokol, Hexanol, n-Butyläther, Schwefelkohlenstoff, Glycerin, Cyclohexan, Solventnaphtha, η-Hexan, n-Heptan, n-Octan, Terpentinöl und eine Mischung derselben (Nicht-Lösungsmittel).

Die Porengröße des perlförmigen Gels kann durch Auswahl von Menge und Art und Mengenverhältnis der Verdünnungsmittel (Lösungsmittel- oder Nicht-Lösungsmittel-Typ) eingestellt werden. Die Gesamtmenge des Verdiinnungsmittels hängt von der Porengröße ab und liegt im allgemeinen in einem Bereich von 0 bis 1000 Gew.Teilen pro 100 Gew.Teile Vinylacylatmonomeres.

Als Polymerisationsstarter können radikalische Starter, welche Acylperoxide, wie Laurylperoxid, Benzoylperoxid und Acetylperoxid ; Alkylperoxide, wie Di-tert.-butylperoxid und Dicumylperoxid; Peroxyester, wie tert.-Butylperoxybenzoat, tert.-Butylperoxyacetat, tert.-Butylperoxyoctoat; und Azoverbindungen, wie Azo-bis-isobutyronitril und Azo-bis-isovaleronitril umfassen, eingesetzt werden.

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Das resultierende Copolymerisat von Vinylacylat und dem Vernetzungsmittel (I) oder (II) wird hydrolysiert. Das Hydrolyseverfahren ist nicht kritisch und die Hydrolyse wird gewöhnlich in einer wäßrigen Lösung einer Base oder einer Alkohol-Base-Wasser-Mischung durchgeführt. Man kann die Hydrolyse bei Zimmertemperatur durchführen. Vorzugsweise wird jedoch bei 50 bis 60°C oder unter Rückfluß der Alkohol-Wasser-Mischung gearbeitet.

Die IR-Absorption der Carbonylgruppe des Polyvinylacetats liegt bei etwa 1730 cm"¹. Nach der Hydrolyse ist diese IR-Absorption vollständig verschwunden.

Das hydrolysierte Gel, das durch Hydrolyse des Copolymerisate von Vinylacylat und dem Vernetzungsmittel (I) oder (II) erhalten wurde, weist bemerkenswerte Verknüpfungen auf. Der Wassergehalt des Gels kann je nach Wunsch eingestellt werden. Es ist daher möglich, das vernetzte Polyvinylalkoholgel, das bei der Hydrolyse erhalten wird, mittels einer Vernetzungsreaktion, wie z.B. einer Formalierung, oder einer vernetzenden Behandlung mit Epichlorhydrin noch weiter nachträglich zu behandeln. Falls das vernetzte Polyvinylalkoholgel nach der Hydrolyse durch Epichlorhydrin weiter vernetzt wird, nimmt die Schrumpfung des Gels in einer wäßrigen Elektrolytlösung weiterhin ab, und es wird ein überlegenes Gel für die Gelpermeation erhalten.

Die nach dem oben beschriebenen Verfahren erhaltenen, vernetzten Polyvinylalkoholgele weisen eine hohe Festigkeit und gute Molekulargewichtsfraktionierungseigenschaften auf, wie sie für Gele bei wäßriger GelChromatographie gefordert werden. Die Gele können wirksam zum Entsalzen einer wäßrigen Lösung einer makromolekularen Verbindung verwendet werden. So kann man die erfindungsgemäßen vernetzten Polyviny!alkohol-

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gele beispielsweise für unterschiedliche Fraktionierungen von Proteinen und makromolekularen Verbindungen einsetzen.

Am Beispiel des Entsalzens einer makromolekularen Verbindung soll eine dieser möglichen Trennungen näher erläutert werden. Bei der Entsalzung kann die Konzentration des Salzes in der wäßrigen Lösung einer makromolekularen Verbindung hoch sein. Es kann z.B. eine gesättigte Natriumchloridlösung, beispielsweise eine 26#ige NaCl-Lösung, vorliegen. Die Konzentration eines Salzes in der wäßrigen Lösung kann in einem weiten Bereich gewählt werden. Falls die Vernetzung bei dem vernetzten Polyvinylalkohol gering ist, nimmt die Schrumpfung des Gels mit steigender Salzkonzentration zu. Folglich schrumpft ein vernetztes Polyvinylalkoholgel vorzugsweise dann, wenn zum Packen einer Säule mit dem Gel eine Lösung mit einer hohen Salzkonzentration eingesetzt wird. Das Gel setzt sich in geschrumpftem Zustand ab und ergibt das Gelvolumen in der Säule. Falls das Vernetzungsmittel in einem hohen Verhältnis, wie z.B. mehr als 20 Gew. Teile pro 100 Gew.Teile Vinylacylat, verwendet wird, -ist die Schrumpfung relativ gering.

Die Entsalzung kann nicht nur mit einwertig-einwertig Salzen, wie Natriumchlorid und Ammoniumchlorid, sondern auch mit einwertig-zweiwertig Salzen, wie Natriumsulfat, Natriumhydrogensulfat und Calciumchlorid; zweiwertig-zweiwertig Salzen, wie Magnesiumsulfat; anorganischen Salzen von einwertigen oder mehrwertigen Ionen und Metallsalzen organischer Säuren, wie Natriumacetat, Kaliumformiat und Natriumoxalat, durchgeführt werden. Diese Salze können wirksam von einer makromolekularen Verbindung abgetrennt werden.

Die Art der Säule, in welche das vernetzte Polyvinylalkoholgel gepackt wird, ist nicht kritisch. Es kann eine herkömmliche Säule für die Gelchromatographie sein und ist gewöhn-

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lieh ein Glaszylinder oder ein Zylinder aus Edelstahl oder aus einem geeigneten Kunststoff.

Bei einem hohen Effekt der Innenwand einer Säule wird eine abgetrennte Schicht seibat dann gestört, wenn das Gel einheitlich gepackt ist. Dieses Problem läßt sich wirksam dadurch überwinden, daß man eine Beschichtungslage aus einem Silan oder dergl. unter Verwendung von Dichlordimethylsilan usw. auf die Innenwand aufträgt.

Die Art der wasserlöslichen, makromolekularen Verbindungen, die fraktioniert werden sollen, ist nicht kritisch. Es können die unterschiedlichsten Stoffe, wie z.B. Polysaccharide, Proteine, Glykoproteine, cardiotonische Glykoside, Enzyme sowie wasserlösliche Vitamine, Antibiotika, Hormone, Sterine usw., eingesetzt werden.

Da das vernetzte Polyvinylalkoholgel, welches durch die Vernetzungsmittel gemäß der Formeln (I) oder (II) vernetzt ist, eine hohe mechanische Festigkeit und Stabilität aufweist, kann man die Packung einer Säule durch Einpumpen des Gels in dieselbe vornehmen, nachdem durch einen Rührvorgang eine Entschäumung bewirkt wurde.

Als Eluierungsmittel wird normalerweise Wasser verwendet, es können Jedoch auch andere puffernde Lösungen eingesetzt werden. Es ist ebenfalls möglich, eine wäßrige Lösung zu verwenden, die eine geringe Menge eines organischen Lösungsmittels enthält.

Das Entsalzungsverfahren von makromolekularen Verbindungen mittels Gelpermeation unter Verwendung der vernetzten Polyvinylalkohole, welche die Vernetzungsmittel gemäß den Formeln (I) oder (II) aufweisen, läßt sich besonders vorteilhaft zur industriellen Entsalzung von wäßrigen Lösungen der makromolekularen Verbindung einsetzen.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Unter Verwendung eines Systems, welches 90 g Vinylacetat, 0,2 g Polyäthylenoxid (Alcox E 160, hergestellt von Meisei Kagaku Kogyo K.K.), 4,5 g Triallylisocyanurat, 0,9 g Benzoylperoxid und 210 g Wasser enthält, wird 16 h bei 60°C eine Suspensionspolymerisation ausgeführt, wobei man ein vernetztes Polyvinylacetat in Perlform erhält. Das Produkt wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen und das vernetzte Polyvinylacetat wird mit einer Mischung von 50 g Natriumhydroxid, 100 g Methanol und 100 g Wasser bei 60⁰C hydrolysiert. Gemäß dem Infrarotspektrum weist das Polyvinylacetat vor der Hydrolyse eine IR-Absorption bei 1730 cm auf, welche einer Carbonylgruppe des Vinylacetats zugeordnet wird, wohingegen das Produkt nach der Hydrolyse keine derartige IR-Absorption aufweist, sondern eine breite Bande bei 3400 cm zeigt, die einer Hydroxylgruppe zugeordnet wird.

Nach der Hydrolyse wird der vernetzte Polyvinylalkohol neutralisiert und mit Wasser gewaschen. Man filtriert durch ein Edelstahlsieb, das 400 Maschen/2,5 cm aufweist. Der Siebrückstand wird mit 1500 U/min während 20 min zentrifugiert und gewogen. Dann wird das Produkt 3 h in einem Geer-Ofen bei 105°C getrocknet und der Wassergehalt des vernetzten Polyvinylalkohols bestimmt. Man findet einen Wert von 1,80 g Wasser/g trockenes Harz.

Das resultierende Gel wird durch ein Sieb, welches 28 Maschen/2,5 cm aufweist, und anschließend durch ein Sieb, welches 42 Maschen/2,5 cm aufweist, gesiebt, um die Gelkugelchen, welche eine Größe von 28 bis 42 Maschen/2,5 cm aufweisen, abzutrennen. Die Gelteilchen werden in 15#iger wäßriger

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NaCl-Lösung suspendiert und in eine Glassäule gepackt, die einen Innendurchmesser von 1,6 cm aufweist. Man erhält ein Bettvolumen von etwa 60 ml.

Es werden etwa 300 ml destilliertes Wasser durch die Säule laufen lassen, wobei sich das Bettvolumen nicht verändert.

Dann werden der gepackten, mit Wasser substituierten Säule 4 ml einer wäßrigen Lösung, enthaltend 0,05 Gew.# des Polysaccharide Inulin (durchschnittliches Molekulargewicht etwa 5200) und 7,5 Gew.% NaCl, zugesetzt. Die Säule wird unter Verwendung von destilliertem Wasser als Eluierungsmittel entwickelt, wobei man das Wasser mit einer Geschwindigkeit von 180 ml/h durch die Säule laufen läßt, Es werden Jeweils 2 ml des Eluats aufgefangen. Der Inulin-Gehal t wird durch die Phenol-Schwefelsäure-Methode und Messen der Absorption bei 485 zugestimmt, und der NaCl-Gehalt wird durch Titration mit Silbernitrat unter Verwendung von Kaliumchromat als Indikator bestimmt. Es zeigt sich, daß das NaCl im wesentlichen vom Inulin getrennt wird. Die Fig. 1 zeigt den resultierenden Trennzustand.

Das vernetzte Polyvinylalkoholgel ist in Wasser, Methanol und anderen organischen Lösungsmitteln unlöslich. Aus dieser Tatsache folgt, daß eine im wesentlichen vollständige Vernetzung stattgefunden hat. Das getrocknete Gel weist eine hohe Festigkeit auf und zeigt auch bei Reibung keine Brüchigkeit. Im gequollenen Zustand besitzt das Gel ebenfalls eine große Festigkeit und ist nicht leicht deformierbar.

Beispiele 2 und 3

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 wird jeweils unter Verwendung von 9,0 g Triallylisocyanurat als Vernetzungsmittel und 30 g bzw. 60 g Äthylacetat als Verdünnungsmittel eine Suspensionspolymerisation durchgeführt. Man erhält jeweils ein

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pulverförmiges, vernetztes Polyvinylacetat. Anschließend wird jeweils eine Hydrolyse durchgeführt und der Wassergehalt der resultierenden Gele aus vernetzten! Polyvinylalkohol bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1 Bei- Äthylacetat Wassergehalt

spiel (jgj (g Wasser/g trockenes Polymeres)

2 30 1,35

3 60 1,65

Das vernetzte Polyvinylalkoholgel, das unter Verwendung von

9 g des Vernetzungsmittels auf 90 g Vinylacetat hergestellt wurde, weist eine hohe Festigkeit auf, und das Volumen des Gels ist im nassen Zustand im wesentlichen das gleiche wie im trockenen Zustand.

Beispiele 4,5 und 6

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 wird unter Verwendung der gleichen Vernetzungsmittel, jedoch mit der Ausnahme, daß

10 g, 30 g oder 60 g Toluol als Verdünnungsmittel eingesetzt werden, jeweils eine Suspensionspolymerisation durchgeführt. Die Wassergehalte der resultierenden Gele nach der Hydrolyse sind in Tabelle 2 aufgeführt.

	Vernetzuni mittel Cr]	JS-	Tabelle 2	2,01 2,57 3,20
Bei spiel	4,5 4,5 4,5
4 5 6	spiel	7	Toluol Wassergehalt (g Wasser/ g (κ) trockenes Harz]
Bei		10 30 60

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß man 4,5 g Triallylcyanurat als Vernetzungsmittel auf 90 g Vinylacetat verwendet, wird eine Suspensionspolymerisation

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durchgeführt. Der Wassergehalt des resultierenden Gels wird nach der Hydrolyse bestimmt. Der Wassergehalt beträgt 1,74 g Wasser/g trockenes Harz. Man findet im wesentlichen den gleichen Vernetzungszustand, wie er bei der Verwendung von Triallylisocyanurat resultiert. Die Festigkeit des Gels ist im wesentlichen die gleiche wie die des Produktes von Beispiel 1.

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 wird unter Verwendung des resultierenden Gels die Trennung des Inulins von NaCl durchgeführt. Der Trennfaktor ist im wesentlichen der gleiche wie bei dem Gel von Beispiel 1, wo Triallylisocyanurat zur Vernetzung verwendet wurde. Es wird eine im wesentlichen vollständige Trennung erreicht.

Beispiel 8

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 wird eine Suspensionspolymerisation von Vinylacetat durchgeführt, indem man 4,5 g Diallylpropargylcyanurat als Vernetzungsmittel verwendet. Das resultierende, vernetzte Polyvinylacetat wird hydrolysiert, und man erhält ein vernetztes Polyvinylalkoholgel, dessen Wassergehalt bestimmt wird. Der Wassergehalt beträgt 1,5 g Wasser/g trockenes Harz.

Im folgenden wird die Herstellung des Diallylpropargylcyanurats beschrieben. In einem 500 ml Dreihalsrundkolben, der mit einem Rührer ausgerüstet ist* werden 24 g (0,6 Mol) Natriumhydroxid in einer Mischung von 63,3 g (1,13 Mol) Propargylalkohol und 131,7 g (2,27 Mol) Allylalkohol bei Zimmertemperatur aufgelöst. Daraufhin setzt man während 1,5 h unter heftigem Rühren der Reaktionsmischung 36,9 g (0,2 Mol) Cyanurchlorid tropfenweise zu und hält die Temperatur der Reaktionsmischung auf 25 bis 30°C. Nach der Zugabe wird die Umsetzung 3,5 h bei 30⁰C fortgeführt. Nach Beendigung der

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Reaktion wird die Reaktionsmischung filtriert, um unlösliches Material, wie Natriumchlorid, abzutrennen. Das Filtrat wird in eine große Menge kalten Wassers gegossen, um das Produkt auszufällen. Der Niederschlag wird in Methanol aufgelöst und die Lösung wird in kaltes Wasser gegossen, wobei das Produkt ausfällt. Das Produkt wird aus einer Mischung aus Isopropanol und Wasser umkristallisiert. Man erhält auf diese Weise Diallylpropargylcyanurat in Form weißer Kristalle, Fp. 35°C.

Beispiel 9

Unter Verwendung eines Systems, welches 35 g Vinylacetat, t+0 g Äthylacetat als Verdünnungsmittel, 0,7 g Polyäthylenoxid (Alcox E45, hergestellt von Meisei Kagaku Kogyo K.K.) als Suspensionsmittel und 250 g Wasser umfaßt, wird eine Suspensionspolymerisation durchgeführt, bei der 0,1 g Mononatriumphosphat als Additiv und 0,05 g Azo-bis-isobutyronltril als Starter sowie Triallylisocyanurat als Vernetzungsmittel eingesetzt werden. Das Vernetzungsmittel wird in einer Menge von (1) 0,35 g; (2) 0,77 g; oder (3) 2,8 g verwendet. Die Polymerisation wird während 17h bei 60°C durchgeführt. Bei den Suspensionspolymerisationen werden jeweils vernetzte Polyvinylacetatperlen mit einem Durchmesser von etwa 100/u gebildet. Die Produkte werden vollständig hydrolysiert und die Wassergehalte der resultierenden, vernetzten Polyvinylalkoholgele werden gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 bestimmt. Man erhält die folgenden Ergebnisse.

Tabelle 3

Wassergehalt (g Wasser/g trockenes Harz) (D 0,35 g 5Λ

(2) 0,77 g 3,6

(3) 2,8 g 2,8

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Bei den einzelnen vernetzten Polyvinylalkoholgelen werden jeweils fraktionierte Zonen unter Verwendung von standardisiertem Polyäthylenglykol (bekanntes Molekulargewicht) und Wasser als Eluierungsmittel mittels eines Differentialrefraktometers gemessen. Das minimale Molekulargewicht der ausgeschiedenen Polyäthylenglykole zeigt die folgende Tabelle.

Tabelle 4

Minimales Molekulargewicht des ausgeschiedenen Polväthvlenglvkols

(D	4 500
(2)	3 000
(3)	1 000

Die Eluierungskurve für Beispiel 9-(3) zeigt die Fig. 2.

Beispiel 10

Uriter Verwendung eines Systems, welches 2 g Polyvinylpyrrolidon (K-90) als Suspensionsmittel, 200 g Wasser, 30 g Vinylacetat, 10 g n-Octan, 15 g n-Heptylalkohol, 4 g Triallylisocyanurat als Vernetzungsmittel, 1,2 g Dinatriumphosphat, 0,07 g Mononatriumphosphat und 0,8 g Azo-bis-ieobutyronitril als Polymerisationsstarter umfaßt, wird 15 h bei 60⁰C eine Suspensionspolymerisation durchgeführt. Man erhält ein vernetztes Polyvinylacetatgel, welches eine einheitliche Perlform (Durchmesser von etwa 50 /ai aufweist. Das Produkt wird vollständig hydrolysiert und der Wassergehalt des resultierenden, vernetzten Polyvinylalkoholgels wird gemäß dem Verfahren von Beispiel 1 bestimmt. Der Wassergehalt beträgt 2,35 g Wasser/g trockenes Harz.

Unter Verwendung des vernetzten Polyvinylalkoholgels wird jeweils eine fraktionierte Trennung von Polyäthylenglykolen, Dextranen oder sphärischen Proteinen durch Entwicklung einer Säule durchgeführt. Man erhält folgende Ergebnisse.

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- 21 -Tabelle 5

	Minimales Molekulargewicht der ausge
	schiedenen Verbindungen
Polyäthylenglykole	20 000
Dextrane	45 000
sphärische Proteine	100 000

Beispiel 11

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 10, mit der Ausnahme, daß 14,8 g n-0ctan und 22,1 g n-Heptylalkohol (das Verhältnis ist das gleiche) und 8 g Triallylisocyanurat als Vernetzungsmittel verwendet werden, wird eine Suspensionspolymerisation und anschließend eine Hydrolyse durchgeführt. Man erhält ein vernetztes Polyvinylalkoholgel in Perlform, das einen Durchmesser von etwa 70/u/und einen Wassergehalt von 2,91 g Wasser/g trockenes Harz aufweist. Das Gel ist hart und wird durch Drücken weder deformiert noch gebrochen. Das Gel wird in eine Kolonne gepackt, die einen Durchmesser von 1,6 mm aufweist. Unter Verwendung von standardisierten, sphärischen Proteinen wird das minimale Molekulargewicht von ausgeschiedenen sphärischen Proteinen bestimmt. Das minimale Molekulargewicht beträgt etwa 500 000. Die Fraktionierungseigenschaften des vernetzten Polyvinylalkoholgels können durch Auswahl der Menge und Art des Verdünnungsmittels gesteuert werden.

Beispiel 12

Unter Verwendung eines Systems, welches 90 g Vinylacetat, 0,2 g Polyäthylenoxid (Alcox E 16O, hergestellt von Meisei Kagaku Kogyo K.K.), 1,8 g Triallylisocyanurat (TAIC) als Vernetzungsmittel, 210 g Wasser und α,α'-Azo-diisobutyronitril als Polymerisationsstarter umfaßt, wird während 16 h bei 60°C eine Suspensionspolymerisation durchgeführt. Man erhält ein pulverförmiges, vernetztes Polyvinylacetat mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100 Au''Das Produkt wird filtriert und mit Wasser gewaschen. Das resultierende

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Polymere wird in Methanol gequollen und in einer Mischung aus Wasser-Natriumhydroxid-Methanol durch Erhitzen der Mischung unter Rückfluß hydrolysiert.

Nach der Hydrolyse wird der vernetzte Polyvinylalkohol neutralisiert, mit Wasser gewaschen und durch ein Edelstahlsieb mit 400 Maschen/2,5 cm filtriert. Der Siebrückstand wird 20 min mit 1500 U/min zentrifugiert und das Produkt wird gewogen. Anschließend trocknet man das Produkt 3 h in einem Geer-Ofen bei 105⁰C und bestimmt den Wassergehalt des vernetzten Polyvinylalkohols. Es wird ein Wert von 3,40 g Wasser /g trockenes Harz erhalten. Das resultierende Gel ist transparent und sowohl in Wasser als auch in organischen Lösungsmitteln unlöslich. Aus dieser Tatsache ergibt sich, daß eine angestrebte Vernetzung vorliegt.

In 200 g Wasser gibt man 50 g des Gels, 150 ml einer 5N wäßrigen NaOH-Lösung und 100 g Epichlorhydrln und rührt die Mischung zunächst 16 h bei 53⁰C und anschließend 5 h bei 80°C. Das Produkt wird wiederholt mit Wasser und mit Methanol gewaschen. Auf diese Weise wird ein Polyvinylalkoholgel erhalten, welches durch Epichlorhydrin vernetzt ist. Der Wassergehalt des Gels beträgt 3,03 g Wasser/g trockenes Harz. Die Schrumpfung des Gels (vor und nach der Vernetzung mit Epichlorhydrin) wird in einer 15 gew.^igen wäßrigen NaCl-Lösung bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 aufgeführt.

Tabelle 6

Schrumpfung in 15 gew.#ig. wäßr.NaCl-Lösung

PVA-GeI vor der Vernetzung mit

Epichlorhydrin 38,396

PVA-GeI, vernetzt mit Epichlorhydrin 17,096

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.23- 2943133

Die Schrumpfung in 15 gew.%iger wäßriger NaCl-Lösung wird gemäß der folgenden Gleichung bestimmt:

— x 100
ο

In der Gleichung bezeichnet W_Q den Wassergehalt eines Gels in Wasser; y bezeichnet das spezifische Gewicht der 15 gew.-tfigen wäßrigen NaCl-Lösung (1,111) und W bezeichnet den Wassergehalt eines Gels in 15 gew.%iger wäßriger NaCl-Lösung (NaCl + Wasser). Der Wert W wird auf die gleiche Weise bestimmt wie der Wert W_Q, mit der Ausnahme, daß man das Trockengewicht eines Gels nach Waschen mit wäßriger NaCl-Lösung und Trocknen des Gels bestimmt.

Aus Tabelle 6 geht eindeutig hervor, daß man ein Gel, das in wäßriger NaCl-Lösung eine geringere Schrumpfung aufweist, durch nachträgliche Vernetzung mit Epichlorhydrin erhalten kann.

Das erfindungsgemäße Polyvinylalkoholgel, das durch nachträgliche Vernetzung mit Epichlorhydrin erhalten wurde, wird in eine Glaskolonne gepackt, die einen inneren Durchmesser von 1,6 cm aufweist. Zur Bepackung der Säule wird eine Dispersion des Gels in 15 gew.#iger wäßriger NaCl-Lösung verwendet. Unter Verwendung der Säule wird Rinderserumalbumin (durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 75 000) von NaCl getrennt. Die Lösung des Rinderserumalbumins und NaCl wird folgendermaßen hergestellt: Man löst 5 g Albumin in 15 gew.#iger wäßriger NaCl-Lösung und fügt so viel Wasser zu, daß eine Gesamtlösung von 100 ml erhalten wird.

5 ml dieser Lösung werden auf die Säule gegeben und die Säule wird durch Eluieren mit destilliertem Wasser, welches in einer Geschwindigkeit von 150 ml/h durchläuft, entwickelt. Das NaCl wird im wesentlichen vollständig von dem Albumin ge-

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trennt. Die Konzentration an NaCl wird durch Titration mit einer 0,1N Silbernitratlösung bestimmt, wobei man Kaliumchromat als Indikator verwendet. Das Rinderserumalbumin wird unter Verwendung von HABCA (Diguanotester A, hergestellt von Daiichi Kagaku Yakuhin Kabushiki Kaisha) durch Messung der Absorption bei 480/u^analysiert.

Beispiel 13

Unter Verwendung eines Systems, welches 90 g Vinylacetat, 9,0 g Triallylcyanurat, 60 g Äthylacetat als Verdünnungsmittel und Benzoylperoxid als Polymerisationsstarter umfaßt, wird eine Suspensionspolymerisation durchgeführt, wobei man ein pulverförmiges, vernetztes Polyvinylacetat erhält.

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 12 wird eine Hydrolyse des Produktes durchgeführt, und man erhält ein vernetztes PoIyvinylalkoholgel. Der Wassergehalt des Gels beträgt 1,65 g Wasser/g trockenes Harz. Das Gel weist eine hohe Festigkeit auf und wird durch Maßnahmen, wie Rühren usw., nicht leicht pulverisiert.

Durch Behandeln von 50 g des Gels mit einer Mischung von 200 g Wasser, 150 ml einer 5N wäßrigen NaOH-Lösung und 100 g Epichlorhydrin wird 16 h bei 53°C ναιύ 5 h bei 80⁰C eine nachträgliche Vernetzung durchgeführt. In Tabelle 7 sind die Schrumpfungswerte der Gele (vor oder nach der nachträglichen Vernetzung mit Epichlorhydrin) in 15 gew.%iger wäßriger NaCl-Lösung zusammengestellt.

Tabelle 7

Schrumpfung in 15 gew.^iger wäßriger NaCl-LösAong (%) PVA-GeI vor der Vernetzung mit

Epichlorhydrin 23,0

PVA-GeI, vernetzt mit Epichlorhydrin 13,2

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Beispiel 14

Unter Verwendung eines Systems, das 90 g Vinylacetat, 4,5 g Diallylpropargylcyanurat und Benzoylperoxid als Polymerisationsstarter umfaßt, wird eine Suspensionspolymerisation durchgeführt. Anschließend erfolgt die Hydrolyse des Produkts gemäß dem Verfahren von Beispiel 12, wobei ein vernetztes Polyvinylalkoholgel erhalten wird. Eine nachträgliche Vernetzung des Gels mit Epichlorhydrin wird nach dem Verfahren des Beispiels 12 durchgeführt. Die Schrumpfung des Gels in 15 gew.#iger wäßriger NaCl-Lösung beträgt 26,296 vor der nachträglichen Vernetzung und 16# nach Vernetzung mit Epichlorhydrin.

Beispiel 15

Gemäß dem Verfahren von Beispiel 12 wird eine Suspensionspolymerisation durchgeführt, mit der Ausnahme, daß 0,1 g Triallylisocyanurat (TAIC) als Vernetzungsmittel zur Erzeugung von pulverförmigem, vernetztem Polycinylacetat verwendet wird. Das Produkt wird in eine Mischung aus Methanol und Wasser (1:1, ausgedrückt durch das Gewicht) gegeben, die Mischung wird auf 60°C erhitzt und mit so viel 20#iger NaOH-Lösung versetzt, daß man ein äquimolares Verhältnis von NaOH zu Vinylacetat schafft. Es wird eine Hydrolyse durchgeführt, und man erhält ein vernetztes Polyvinylalkoholgel. Das Gel ist in Wasser unlöslich. Der Wassergehalt des Gels beträgt 12,4 g Wasser/g trockenes Harz. In 15 gew.#iger wäßriger NaCl-Lösung tritt eine Schrumpfung des Gels von mehr als 50% auf. 10 g des Gels (Trockengewicht) werden in eine 5N wäßrige NaOH-Lösung eingetaucht und mit einer Nutsche filtriert. Dann gibt man 10 g Epichlorhydrin zu und erhitzt die Mischung 4 h auf 70°C, um eine nachträgliche Vernetzungsbehandlung durchzuführen. Das Verfahren wird zweimal wiederholt. Der Wassergehalt des nachträglich vernetzten Polyvinyl-

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alkohoIgels ist auf 2,1 g Irfasser/g trockenes Harz verringert. Die Schrumpfung des Gels in 15 gew.%iger wäßriger NaCl-Lösung beträgt 8,2#. Bei dem Produkt wird also eine Verbesserung des Widerstands gegen das Schrumpfen beobachtet.

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Claims

1A-3040 KRH-27

KUREHA KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA Tokyo, Japan

Vernetztes Polyvinylalkoholgel Patentansprüche

Vernetztes Polyvinylalkoholgel für die Gelchromatographie, erhalten durch Copolymerisation von 100 Gew.Teilen eines Vinylacylats und 0,1 bis 50 Gew.Teilen eines Vernetzungsmittels der allgemeinen Formel (I) oder (II)

0 OR₁

Il I '

R₁-N N-R, N N

¹II³ I Il

0^^C\_n/^C^0 R₂O-C C-OR

R₂
(D (II)

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ORIGINAL INSPECTED

wobei R₁, R₂ und R, jeweils gleich oder verschieden sein können und aus der Gruppe gewählt sind, die aus -CH₂-CH=CHp* -CH₂-C=CH und -CH₂-C=CH₂ besteht; und durch Hydrolyse des

CH₃

Polymerproduktes.

2. Vernetztes Polyvinylalkoholgel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gel Perlform aufweist und die Perlen einen Durchmesser von 10 bis 500 /u/haben.

3. Vernetztes Polyvinylalkoholgel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vinylacylatkomponente Vinylacetat ist.

U. Vernetztes Polyvinylalkoholgel nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das vernetzte Polyvinylalkoholgel eine Porengröße im Bereich von 100 bis 5000 A aufweist, wobei die Porengröße durch Einverleiben eines VerdünnungsmitteIsin das Polymerisationssystem gesteuert wird.

5. Vernetztes Polyvinylalkoholgel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gel nachträglich durch Epichlorhydrin vernetzt ist.

6. Vernetztes Polyvinylalkoholgel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gel Vinylalkoholeinheiten aufweist, die durch vernetzende Einheiten zu einer dreidimensionalen Netzstruktur verknüpft sind.

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