DE3329568A1

DE3329568A1 - Traeger fuer immobilisierte mikroorganismen

Info

Publication number: DE3329568A1
Application number: DE3329568A
Authority: DE
Inventors: James Leverette Ashton Guthrie, Md.
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co
Priority date: 1982-08-23
Filing date: 1983-08-16
Publication date: 1984-07-19
Also published as: SE8304462D0; DK384083D0; NO833023L; IT8322597A0; DK384083A; GB2125432A; US4456685A; FR2531966A1; IT1163925B; SE8304462L; GB8321978D0; NL8302444A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen unlöslichen, gegen Hydrolyse beständigen Polymerschaumträger, an den Mikroorganis- -| 0 ^men gebunden werden können.

Es ist bekannt, Asparaginsäure unter Verwendung von Mikroorganismen herzustellen, die Ammoniumfumarat enzymatisch in Asparaginsäure umwandeln, und die Mikroorganismen an ein poröses aufgeschäumtes Polyurethansubstrat zu binden, vgl. die amerikanische Patentanmeldung Serial No. 187 938 vom 17. September 1980 und "Immobilization of Escherichia coli Cells Containing Aspartase Activity with Polyurethane and Its Application for L-Aspartic Acid Production" von M.C. Fusee und Mitarbeitern in Applied and Environmental Microbiology, Band 42, Nr. 4 (Oktober 1981), Seiten 672 bis 676. Bei dem in dem oben angezogenen Aufsatz beschriebenen Verfahren wurden jedoch Polyurethane verwendet, die sich von Toluoldiisocyanaten (TDI) ableiten und daher Urethanbindungen enthielten, die im stark alkalischen Reaktionsmedium einer alkalischen Hydrolyse unterliegen. Nach etwa 2 Wochen kann die Hydrolyse zu einem Zusammenfallen der Schaumträgerschicht führen.

Gegenstand der Erfindung sind gegen Hydrolyse beständige Polyurethanschäume, die als Träger für Mikroorganismen verwendet werden können, ferner Verfahren zur Herstellung von L-Asparaginsäure bei hohen pH-Werten unter Verwendung von Mikroorganismen, die an eine Reihe von gegen Hydrolyse beständigen Polyurethanschäumen gebunden sind.

Erfindungsgemäß wird eine Reihe von Polymeren hergestellt, die Mikroorganismen zu binden vermögen und gleichzeitig einen geschäumten Träger mit stark verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Hydrolyse bilden. Diese Polymeren werden aus Vorpolymeren hergestellt, deren Endstellungen mit MDI (Methylen-bis-(phenylisocyanat)) anstelle von TDI umgesetzt sind.

Die erfindungsgemäßen Polymeren können allgemein als solche beschrieben werden, die von einem Diol auf Ethy-

(R)

lenoxybasis, wie Carbowax 1000, einem Vernetzungsmittel, wie einem Polyol mit 3 oder 4 Hydroxyläquivalenten je Mol, z.B. Trimethylolpropan und beliebigen, von MDI abgeleiteten Polyisocyanaten, einschließlich Diisocyanaten, abgeleitet sind.

Das- erfindungsgemäß verwendete Polymere hat im Gegensatz zu bisher für ähnliche Zwecke verwendeten keine hydrolytisch unbeständigen Bindungen und ist daher unter den alkalischen Bedingungen für die Herstellung von Asparaginsäure sehr viel beständiger.

Die flexiblen erfindungsgemäß verwendeten Schäume absorbieren im allgemeinen Wasser und werden aus einem Vorpolymeren mit endständigen Isocyanatgruppen hergestellt, indem man ein von MDI abgeleitetes Isocyanat als einziges Isocyanat verwendet. Die Vorpolymeren können nach zwei Methoden hergestellt werden. Nach der einen Methode, die vorliegend als solche mit hohem MDI-Gehalt bezeichnet wird, macht das Gewicht des MDI mindestens 50 % des Gesamtgewichtes aus MDI, Diol und Vernetzungsmittel für die Herstellung des Vorpolymeren aus. Bei der anderen Methode, die als solche mit niederem MDI-Gehalt bezeichnet, wird bot.ragt das Gewicht des MDI weniger als 50 %

3f; dos Gewichts an MDI, Diol und Vernetzungsmittel für die Herstellung des Vorpolymeren.

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Die Schäume mit hohem MDI-Gehalt werden aus Vorpolymeren hergestellt, die sich von einem Poly-(oxy-C„_.-alkylen)-diol mit mindestens 50 Gew.% Oxyethylengruppen, einem Diphenylmethandiisocyanat enthaltenden Isocyanatprodukt mit einer Funktionalität von mehr als 2,0 aus einer Mischung von MDI und isocyanathaltigen Derivaten des MDI und einem monomeren Polyol-Vernetzungsmittel mit einer Hydroxylfunktionalität von 3 oder 4 ableiten. Diese Vorpolymeren sind in der amerikanischen Patentanmeldung Serial No. 314 537 vom 26. Oktober 1981 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Dieses Vorpolymere kann mit Wasser in Abwesenheit eines Katalysators unter Bildung eines beständigen Polyurethanschaumes reagieren, der viele Eigenschaften eines . Celluloseschwammes hat. Diese Schäume sind weiß.

Die bevorzugten. Komponenten für Vorpolymere mit hohem MDI-Gehalt umfassen ein Diol mit mehr als 80 Gew.° Oxyethylengruppen, wie Carbowax 1000, Trimethylolpropan (TMOP) als Vernetzungsmittel und als Isocyanat Isonate 143L, ein auf Methylen-bis-(phenylisocyanat) basierendes Isocyanatprodukt der Upjohn Polymer Chemicals mit einer Funktionalität von^ejtwa 2,1.

In einer bevorzugten Formulierung für ein Vorpolymeres mit hohem MDI-Gehalt wird Carbowax, ein Poly-(oxyethylen)-diol "Produkt der Union Carbide verwendet, um dem / Schaumprodukt Wasser absorbierende Eigenschaften und aufgrund seiner Wirkung als Vernetzungsmittel Festigkeit zu verleihen. Wichtig ist ein Molverhältnis des Diols, wie Carbowax zum monomeren Polyol Vernetzungsmittel, wie TMOP im Bereich von etwa 4 : 1 bis 8 : 1 und vorzugsweise von etwa 6 : 1. Ähnlich sollte das Verhältnis Isocyanatäquivalente zu Hydroxyläquiventen im Vorpolymerem im Bereich von etwa 3 bis 4 : 1 und insbesondere im Bereich von 3,3 bis 3,7 : 1 liegen.

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Das isocyanathaltige Produkt sollte mehr als 50 Gew.% des gesamten. Vorpolymeren ausmachen und eine Funktionalität von mehr als 2,0 haben. Dies schließt reines MDI mit einer Funktionalität von nur 2,0 als einziges Isocyanat aus. Die Verwendung von Isonate 43L als bevorzugte Isocyanatquelle ist erwünscht, da es dimeres, trimeres und Carbodiimid Komponenten enthält, die die Funktionalität auf mehr als 2,0 bringen und, wie man annimmt, zur Lagerbeständigkeit des Vorpolymeren sowie zur Festigkeit und Dimensionsbeständigkeit des Schaumes beitragen.

Die Vorpolymeren mit niedrigem MDI-Gehalt können nach zwei Ausführungsformen hergestellt werden. In der Ausführungsform A wird ein monomeres Polyol-Vernetzungsmittel verwendet, während bei der Ausführungsform B ein polymeres Polyol-Vernetzungsmittel zur Anwendung kommt. Bei der Ausführungsform A werden die Schäume aus einem Vorpolymeren mit mindestens einem Poly-(oxy-C~_ .· alkylen)-diol mit einem Molekulargewicht von mindestens etwa 1100, das mindestens 50 Gew.% Oxyethylengruppen enthält, wie Carbowax der Union Carbide, einem monomeren Polyol-Vernetzungsmittel mit 3 oder 4 Hydroxyläquivalenten je Mol, wie dem Triol Trimethylolpropan und einem Isocyanatprodukt auf der Basis von Methylen-bis-(phenylisocyanat) mit einer Funktionalität von mehr 2,G, wie Isonate 143-L der Upjohn Polymer Chemicals, das eine Funktionalität von etwa 2,1 hat und aus einer Mischung von MDI und Isocyanat enthaltenden Derivaten von MDI gebildet wird, hergestellt. Diese Vorpolymeren sind in der amerikanischen Patentanmeldung Serial No. 314 vom 26. Oktober 1981 beschrieben, auf die vorliegend ausdrücklich Bezug genommen wird.

Bei der Ausführungsform B mit niedrigem MDI-Gehalt werden die Schäume aus einem Vorpolymeren mit mindestens einem Poly-(oxy-C~ .-alkylen)-diol mit einem verhältnismäßig niedrigen Molekulargewicht von unter 2000 und mindestens 50 Gew.%, vorzugsweise 80 Gew.% Oxyethylengruppen, wie Carbowax 1000 der Union Carbide, einem polymeren PoIy-(oxy-C_?_.-alkylen)-polyol Vernetzungsmittel mit 3 oder 4 Hydroxyläquivalenten je Mol und einem verhältnismäßig hohen Molekulargewicht wie in der Größenordnung von mindestens 500, wie dem Triol TIP 990, einem Poly-(oxyethylen)-triol vom Molekulargewicht etwa 900 der Union Carbide oder POLY G76-120, einem Poly-(oxypropylen)-triol mit endständigen Oxyethylengruppen und einem Molekulargewicht von etwa 1400 der Olin sowie einem Isocyanatprodukt auf der Basis von Methylen-bis-(phenylisocyanat) mit einer Funktionalität von mehr als 2,0 hergestellt, das aus einer Mischung von MDI und isocyanathaltigen Deriaten des MDI gebildet wird, wie Isonate 143-L der Upjohn Polymer Chemicals mit einer Funktionalität von etwa 2,1. Diese Vorpolymeren sind in der amerikanischen Patentanmeldung Serial No. 314 555 vom 26. Oktober 1981 beschrieben, auf die vorliegend ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen wird.

Eines der wesentlichen Merkmale dieser Vorpolymerformulierungen mit niedrigem MDI-Gehalt ist die Begrenzung der Isocyanatmenge, wie von Isonate 143-L, so daß es weniger als 50 % und in typischer Weise 38 bis 46 Gew.% des Vorpolymeren bei der Ausführungsform A und 37 bis 48 Gew.% des Vorpolymeren bei der Ausführungsform B ausmacht. Bei der Ausführungsform A wird die Isocyanatkomponente dadurch verringert, daß man das durchschnittliche Molekulargewicht der Diolkomponente auf mehr alu 1100 erhöht. Bei Verwendung von Trimethylolpropan als monomerem Vernetzungsmittel betragen die bevorzugten

Diolmolekulargewichte 1200 bis 1400 und das Diol enthält mindestens 80 Gew.% Oxyethylengruppen. Das bei der bevorzugten Ausführungsform verwendete Diol besteht aus einer Mischung von zwei Diolen mit verschiedenen Molekulargewichten. Zum Beispiel kann das eine Diol ein Molekulargewicht von 1000 und das andere ein Molekulargewicht von 1450 haben. Bei der Ausführungsform B wird die Isocyanatkomponente dadurch verringert, daß man das durchschnittliche Molekulargewicht des polymeren Polyol-Vernetzungsmittels auf mehr als 500 erhöht. Bei der Verwendung von Carbowax 1000 als Diol, das ein Molekulargewicht von etwa 1000 hat, ist das bevorzugte polymere Polyol-Vernetzungsmittel Poly G176-120, das ein Triol mit einem Molekulargewicht von etwa 1400 ist.

Der tatsächliche Gehalt an freiem MDI kann in diesem isocyanathaltigen Produkt nach oben oder nach unten variiert werden, solange die Funktionalität größer als 2,0 bleibt. Zum Beispiel könnte weiteres reines MDI zugesetzt werden.

Aspartase erzeugende Mikroorganismen, die mittels der erfindungsgemäßen Polyurethane auf MDI-Basis immobilisiert werden, sind in der amerikanischen Patentanmeldung Serial No. 187 938 vom 17. September 1980 (W.E. Swann und M.C. Fusee) beschrieben, auf die vorliegend Bezug genommen wird.

Das zur Herstellung des Vorpolymeren mit hohem MDI-Gehalt verwendete Diol ist Poly- (oxy-C-, .-alkylen) -diol mit

mindestens 50 Gew.% Oxyethylengruppen und vorzugsweise mindestens 80 Gew.'έ Oxyethylengruppen. Wenn das Diol somit Oxypropylen- oder Oxybutylengruppen oder deren Gemische enthält, muß diese Mindestmenge Oxyethylen ebenfalls "Ib enthalten sein. Das bevorzugte Diol enthält mindestens

80 Gew.% Oxyethylengruppen und ist ein hydrophiles PoLy-(oxyethylen)-diol der Union Carbide mit dem Handelsnamen Carbowax. Bei Verwendung von Isonate 143-L als einziger Isocyanatquelle verwendet man vorzugsweise Carbowax mit einem Molekulargewicht von etwa 1000. Andere Carbowaxformu lierungen mit einem Molekulargewicht von 600 bis 1100 können verwendet werden, jedoch hat die bevorzugteste Forrr ein Molekulargewicht von 950 bis 1050. Produkte in diesem Bereich werden erhalten, wenn technisches Carbowax 100 0 hergestellt wird. Bei Verwendung einer Form mit niedrigerem Molakulargewicht als etwa 600 verliert der aus dem Vorpolymeren hergestellte Schwamm seine hydrophile Eigenschaft, da dann die Formulierung eine größere Menge von verhältnismäßig hydrophobem Isonate erfordern würde. Tn ähnlicher Weise verliert bei Verwendung von einem Carbowax mit einem höheren Molekulargewicht als 1100 der gebildete Schwamm seine Vernetzungsdichte und viel von seiner Dimensionsbeständigkeit und Steifheit.

Um dem aus dem Vorpolymerem mit hohem MDI-Gehalt herzustellenden endgültigen Schaum Vernetzungsfestigkeit zu verleihen, wird ein verhältnismäßig kurzkettiges, monomeres Polyol mit niederem Molekulargewicht und 3 oder 4 Hydroxyläquivalenten je Mol zugefügt. Beispiele hierfür sind Trimethylolethan, Trimethylolpropan, Glycerin, Triethanolamin, Pentaerythrit und deren Gemische. Das bevorzugte Polyol ist Trimethylolpropan, TMOP, der Formel

.CH₂OH

H₃C—CH₂—C-CH₂OH CH₂OH

Bei der Herstellung des Vorpolymeren mit hohem MDI-Gehalt ist es auch erwünscht, das Verhältnis des Diols, z.B. van Carbowax zu dem kurzkettigen vernetzenden Polyol zu kontrollieren. Im allgemeinen sollte das Molverhältnis i- Bereich von etwa 4 : 1 bis 8 : 1 und vorzugsweise bei etwa 6 : 1 liegen. Wenn dieses Verhältnis zu niedrig ist, so da3 viel Polyol vorliegt, verliert der aus dem Vorpolymeren hergestellte Schwamm seine hydrophile Beschaffenheit und weist auch eine schlechtere Schaumstruktür auf. Wenn andererseits dieses Verhältnis so weit erhöht wird, daß weniger Polyol, wie TMOP vorliegt, werden weiche, lappige Schäume erhalten, die feine und partiell geschlossene Zellen aufweisen. Die MolVerhältnisse, die für diese beiden Komponenten angegeben sind, definieren die relative Anzahl von Hydroxyläquivalenten , die in diesen Komponenten enthalten sind. Das heißt bei einem Verhältnis von 6 Molen des bevorzugten Diols Carbowax zu einem Mol des bevorzugten Polyols TMOP liefert das Carbowax 12 Hydroxyläquivalente gegenüber 3 Hydroxyläquivalenten aus dem TMOP.

Das Carbowax 1000 hat ein Äquivalentgewicht von 500 je Hydroxylgruppe, und das TMOP mit einem Molekulargewicht von 134 ein Äquivalentgewicht von 45.je Hydroxylgruppe. Da das Isonate 143-L mit den Hydroxylgruppen reagieren soll, spricht die erforderliche Menge Isonate sehr stark auf die Menge TMOP an, so daß die Menge TMOP verhältnismäßig sorgfältig gesteuert wird.

Das Verhältnis Isocyanat zu Hydroxylgruppen in den Reaktionsteilnehmern sollte im Bereich von 3 bis 4 oder besser von etwa 3,3 bis 3,7 liegen. Bei der Herstellung des Vorpolymeren mit hohem MDI-Gehalt reagiert eine Isocyanatgruppe des Polyisocyanats mit einer Hydroxyl-

3^[j gruppe, während die anderen Isocyanatqruppen nicht umge-

BAD ORIGINAL

setzt werden. Diese freien Isocyanatgruppen des Vorpolymeren reagieren dann mit Wasser unter Bildung von PoIyharnstoffbindungen bei gleichzeitiger Erhöhung des Molekulargewichtes und Freisetzung von C0_, das die Schaumbildung unterstützt.

Das Isocyanat enthaltende Produkt sollte mehr als 50 Gew." des Vorpolymeren ausmachen, damit der Schaum die erforderliche Steifheit erhält.

Bei der Umsetzung der Komponenten zur Herstellung des Vorpolymeren mit hohem MDI-Gehalt erwies es sich als hilfreich, die Isocyanatmenge durch Titrieren zu ermitteln, nachdem die Umsetzung etwa 1 Stunde vor sich gegangen ist. Aus dieser Ablesung und nachfolgenden Titrationer kann man die weitere Reaktionszeit ermitteln, die erforderlich ist, um die Isocyanatmenge bis auf etwa diejenige Menge zu verringern, die dem theoretischen Punkt entspricht, bei dem alle Hydroxylgruppen mit dem Isocyanat reagiert haben. Wenn man die Reaktion zu lange vor sich gehen läßt, wird die Isocyanatmenge weiter reduziert und die Viskosität des Vorpolymeren steigt an, was es schwierig macht, das Vorpolymere dann mit Wasser zu vermischen. Eine Überreaktion der Vorpolymerkomponenten verursacht auch eine Erhöhung der Schaumdichte sowie eine Verringerung der Absorptionsfähigkeit des gebildeten Schaums für Wasser.

Für Vorpolymere mit niederem MDI-Gehalt kann die Isocyanatkomponente bei der Ausführuncjsform A, bei der das MDI System ein Poly-Coxy-C^.-alkylen)-diol und zum Beispiel TMOP als monomeres VernetzungsmitteJ enthüll: durch Erhöhen des durchschnittlichen Molekulargewichtes des Poly-(oxy-C^ .-alkylen)-diols auf ein Molekularqrwicht von über 1100 verringert werden. Dioso Diolo. ent.-

ORJGINAL INSPECTED

halten vorzugsweise mindestens 80 Gew.% Ethylenoxygruppen. Der gebildete flexible Schaum behält seine physikalischen Eigenschaften, selbst wenn er in einem Autoklaven bei 120° C 5 Stunden lang Wasserdampf ausgesetzt wird. Im Vergleich zu TDI-Schäumen haben die erfindungsgemäßen Schäume eine wesentlich geringere Quellfähigkeit. Hydrophile Schäume auf der Basis TDI quellen in nassem Zustand um mehr als 100 % ihres Volumens, während die erfindungsgemäßen Schäume gemäß der Ausführungsform A "10 in nassem Zustand nur um 30 bis 60 % quellen.

Bei der Ausführungsform B mit niederem MDI-Gehalt, bei der das MDI System Diole mit verhältnismäßig niederem Molekulargewicht von unter 2000 aufweist, kann die Isocyanatkomponente vorteilhaft durch Erhöhen des Molekulargewichts des Polyol-Vernetzungsmittel verringert werden. Anstelle von TMOP mit einem Molekulargewicht von 134 können Poly-(oxy-C₂_₄~alkylen)-triole oder -tetrole mit einem höherem Molekulargewicht in der Größenordnung von 500 bis 2000 verwendet werden. Ein bevorzugtes Beispiel ist Poly G176-120, ein Triol mit einem Molekulargewicht von etwa 1400. Die gebildeten flexiblen Schäume behalten ihre physikalischen Eigenschaften, selbst wenn sie in einem Autoklaven bei 120 C 5 Stunden lang Wasserdampf ausgesetzt werden. Im Vergleich zu TDI Schäumen haben sie ein wesentliche geringers Quellvermögen. Hydrophile Schäume auf der Basis von TDI quellen in wassern Zustand um mehr als 100 % ihres Volumens, während die erfindungsgemäßen Schäume gemäß der Ausführungsform B in nassem Zustand nur um etwa 30 bis 75 % quellen.

Der verringerte Prozentsatz an Isocyanat, wie von Isonate 143-L bei beiden Ausführungsformen A und B ermöglicht die Bildung flexibler elastischer Schäume im Vergleich ib zu Schäumen mit einem Isonate 143-L Gehalt von über

50 %, die halbfest und nicht elastisch sind. Die Erhöhung des Molekulargewichts des Diols ermöglicht eine Verringerung der erforderlichen Menge Isonate 143-L in solchem Maße, daß das Verhältnis funktionelle Isocyanatgruppen zu funktioneilen Hydroxylgruppen, das als Isocyanatindex bekannt ist, von 3,5/1 auf etwa 3/1 verringert werden kann, was zur Flexibilität des Schaumes beiträgt. Obwohl die Flexibilität am besten anhand des Biegemoduls charakterisiert wird, wurde der leichter feststellbare Zugmodul bei einer Dehnung von 1 % für die ungefähre Klasifizierung der Schäume in weiche und flexible (Modul unter 1,41 kg/cm²), feste aber flexible (Modul zwischen 1,41 " und 2,81 kg/cm ) und halbfeste oder feste (Modul über 2,81 kg/cm ) verwendet.

Das bevorzugte Isocyanat enthaltende Produkt mit einer Funktionalität von mehr als 2,0 für alle Vorpolymerzusammensetzungen besteht aus einer Mischung von Diphenylmethandiisocyanat, abgekürzt MDI, und Isocyanat enthaltender. Derivaten des MDI. Ein dieses Erfordernis erfüllendes handelsübliches Produkt ist Isonate 143-L, das durch Umsetzung von MDI unter Bildung eines Carbodiimids hergestellt wird. Dieses Material reagiert weiter unter Bildung eines trifunktionellen Cycloaddukts. Die Mischung aus MDI, dem Carbodiimid und dem Cyeloaddukt befindet sich im Gleichgewicht. Die Mischung enthält eine größere Menge reines Diphenylmethandiisocyanat und geringere Mengen Carbodiimid und trifunktionelle Cycloaddukte von Diphenylmethandiisocyanat. Das 143-L System besteht aus einer Mischung der nachstehend angegebenen Komponenten A und B.

OCN-R-NCO 5MOCN-R-N=C=N-R-NCO]

OCN-R-NCO

OCN-R-N-

•N.

\r-

NCO

R=

Der Ausdruck Derivate von Diphenylmethandiisocyanat bezeichnet vorliegend Produkte, die aus MDI als Ausgangsmaterial hergestellt wurden. Er umfaßt Addukte, Dimere und Trimere, nicht jedoch Materialien wie Polymethylenpolyphenylisocyanate, die nicht aus MDI hergestellt werden.

Die Vorpolymertechnologie zur Herstellung von Schäumen erfordert das Vermischen mit einem etwa gleichen Volumen Wasser. Das Vorpolymere muß daher hydrophil' sein und es ist dies der Grund, warum mindestens etwas Poly-(oxyethylen) enthaltendes Diol bei der Herstellung dos Vorpolymeren aus Isonate 143-L verwendet werden muß. Die erwünschte Viskosität für ein gutes Vermischen und Aufschäumen mit Wasser liegt im Bereich von etwa 10 bis 35 000 cP bei 25° C und vorzugsweise bei etwa 20 000 cP. Beides, die Viskosität und die hydrophile Eigenschaft der Vorpolymeren werden durch geeignete Wahl der Art des Polyols und von dessen Molekulargewicht gesteuert. Die Vorpolymeren dürfen sich während der Lagerung nicht wesentlich verdicken. Man hat gefunden,

daß eine ausreichende Lagerstabilität vorliegt:, wenn die Viskosität nach einem beschleunigten Lagerungstest während 2 Wochen bei 80° C nicht über 100 000 cP ansteigt (gemessen bei 25 C).
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Ein flexibler Schaum, der sich für die meisten Anwendungs zwecke eignet, sollte eine Zugfestigkeit von mindestens

2
1,41 g/cm , eine Schaumdichte von etwa 0,032 bis

2
0,096 g/cm und eine Zerreißdehnung von mindestens 100 % haben, wobei höhere Werte bevorzugt werden. In einem Beispiel der Ausführungsform A wurde eine Reißdehnung von 200 % erzielt, während in einem Beispiel der Ausführungsform B eine Reißdehnung von 250 % erreicht wurde. Das in den Vorpolymeren mit niederem MDI-Gehalt verwendete Diol ist ein Poly-(oxy-C₂_ .-alkylen)-diol,

das mindestens 50 Gew.% Oxyethylengruppen enthält. Wenn somit das Diol Oxypropylen- oder Oxybutylcngruppen odor Gemische hiervon enthält, muß diese Mindestmenge Oxyethylen ebenfalls vorhanden sein. Die bevorzugten Diolο in der Ausführungsform A enthalten mindestens 80 Gew. V. Oxyethylengruppen.

In einer bevorzugten Formulierung der Ausführungsform A hat es sich als 'zufriedenstellend erwiesen, als Diol eine Mischung von Carbowax 1000 und Carbowax 1450 zu verwenden, das von der Union Carbide hergestellt wird. Im Rahmen dieser Ausführungsform liegt jedoch auch die Verwendung jeglicher Kombination der bevorzugten PoIy-(oxyethylen)-diole mit einem Zahlenrnittel des Molekulargewichtes von 1000 bis 2000 und vorzugsweise von 1200 bis 1400. In diesen Fällen beträgt der Durchschnitt der Molekulargewichte aller Diole etwa mindestens UOO. Durch Verwendung einer Mischung dieser beiden Diole in etwa gleichen molaren Mengen können Schäume mit vorteilhaft niedrigem Quellvolumen und qorinqcr Dichte hergestellt werden.

Zwar liegt im Rahmen der Ausführungsform A die Verwendung jeglichen monomeren Polyols als Vernetzungsmittel, bevorzugt werden jedoch Polyol-Vernetzungsmittel mit 3 oder 4 Hydroxyläquivalenten je Mol. Diese umfassen Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Glycerin, Triethaanolamin, Pentaerythrit und deren Gemische. Am geeignesten ist Trimethylolpropan, TMOP, der Formel

/^CH2^0H H₃C-CH₂-C-CH₂OH

CH₃OH

"15 Für die Ausführungsform B erwies es sich als zufriedenstellend in den bevorzugten Formulierungen als Diole Carbowax 1000 oder Carbowax 1450 zu verwenden, obgleich diese Ausführungsform auch die Verwendung jeglicher Poly-(oxyethylen)-diole mit einem Zahlenmittel des MoIekulargewichtes von 1000 bis 2000 und vorzugsweise von 1000 bis 1500 umfaßt.

Zwar fällt in den Rahmen der Ausführungsform B auch die Verwendung jeglicher polymerer Polyoleals Vernetzungsmittel, doch werden polymere Poly-(oxy-C-^-alkylen)-polyole mit 3 oder 4 Hydroxyläquivalenten je Mol und einem Zahlenmittel des Molekulargewichtes von mindestens 500 oder Gemische dieser polymeren Polyole als Vernetzungsmittel bevorzugt. Am geeignesten ist Poly G76-120, ein Poly-(oxypropylen)-triol mit endständigen Oxyethylengruppen und einem Molekulargewicht von etwa 1400. Man nimmt an, daß der Oxyethylenanteil Blöcke von Oxyethylen-Einheiten enthält, die an einen zentralen Kern aus Polyoxypropylen gebunden sind. Erwartet wird, daß das Polyol-Vernetzungsmittel auch aus einem Copoly-

nieren mit beliebiger Verteilung dieser Einheiten bestehen könnte.

Die Dichte und die physikalischen Eigenschaften der Schäume der Ausführungsform A und B scheinen gegenüber dem Polyolgehalt empfindlich zu sein. Wenn ein Schaum mit geringerer Dichte erwünscht ist, der jedoch fest und weniger gummiartig ist, wird die Polyolmenge erhöht. In ähnlicher Weise wird, wenn höhere Dichte und größere Elastizität erwünscht sind, die Menge des Polyols verringert. Die operable Menge Polyol-Vernetzungsmittel mit einer Hydroxylfunktionalität von 3 oder 4 ist so bemessen, daß 2 bis 35 % des Hydroxylgehaltes des Diols und der Polyolmischung aus dem Polyol stammen. Der bevorzugte Bereich für einen guten flexiblen Schaum ist 10 * bis 3Ü % Hydroxyl aus dem Polyol. Bei der Ausführungsform R ist das Polyol ein polymeres Polyol und im allgemeinen wird eine verhältnismäßig geringe Menge des polymeren Polyols verwendet, um das Vorpolymere fließfähig zu halten. Drückt man die Menge des Polyol-Vernetzungsmittels in bezug auf die Menge des vorhandenen Diols aus, so sind das Diol- und das Polyol-Vernetzungsmittel bei der Ausführungsform A in einem Molverhältnis von etwa 4 : 1 bis 8 : 1,und bei der Ausführungsform B, wenn die Menge des polymeren Polyol-Vernetzungsmittels in bezug auf die größere Menge des vorhandenen Diols ausgedrückt wird, sind das Diol-und das Polyol-Vernetzungsmittel in einem Molverhältnis von etwa 30 : 1 bis 8 : 1 vorhanden.

Bei der Ausführungsform A hat Carbowax 1000 ein Äquivalentgewicht von 500 je Hydroxylgruppe, während das TMOP mit einem Molekulargewicht von 134 ein Äquivalentqewicht von 45 je Hydroxylgruppe aufweist. Da das Isonato 143-L verwendet wird, um mit den Hydroxylgruppen zu

reagieren, verhält sich die Menge des erforderlichen Isocyanats gegenüber der Menge TMOP sehr empfindlich, so daß die Menge des TMOP verhältnismäßig sorgfältig kontrolliert wird.

Wenn bei der Ausführungsform B das Molekulargewicht des Polyols zu hoch ist, ist die Hydroxylkonzentration so niedrig, daß es zu lange dauert bis die Ausgangsmaterialien reagieren. Wenn andererseits das Molekulargewicht zu niedrig ist und Diole mit niederem Molekulargewicht verwendet werden, werden größere Menge Isocyanat benötigt und es entstehen steife Schäume.

Bei der Ausführungsform B hat das Garbowax 1000 ein -IS Äquivalentgewicht von 500 je Hydroxylgruppe, während das Poly G76-120 mit einem Molekulargewicht von 1400 ein Äquivalentgewicht von 4 67 je Hydroxylgruppe besitzt. Da auch hier das Isonate 143-L verwendet wird, um mit den Hydroxylgruppen zu reagieren, ist die Menge des erforderlichen Isocyanats gegenüber der Menge Poly G76-120 sehr empfindlich, so daß die Menge Poly G76-120 verhältnismäßig sorgfältig gesteuert wird.

Die operable Menge Isonate 143-L bei beiden Ausführungs-5 formen A und B ist so bemessen, daß der Isocyanatindex 2,5 bis 3,5 und vorzugsweise 2,8 bis 3,2 beträgt, bei sehr guten Ergebnissen bei 3,1. Höhere Verhältnisse ermöglichen eine niedrigere Polymerviskosität, geringere Schaumdichte und geringeres Quellen, sie führen jedoch zu zusätzlichen Kosten und veringern die Weichheit und

die Dehnung. Der Reaktionsmechanismus und die Notwendigkeit, den Isocyanatgehalt bei der Bildung des Vorpolymeren durch Titrieren zu messen, sind die gleichen wie oben in bezug auf das Vorpolymere mit hohem MDI-Gehalt \ν_Λ erläutert wurde.

Oberflächenaktive Mittel werden ausgewählt, um dem Schaum ein gutes Aussehen und Zellen mit der richtigen Größe und Form zu verleihen, die nicht zusammenfallen oder aufreißen. Es können die für Polyurethanschäume bekannten oberflächenaktiven Mittel verwendet werden. Beispiele für bevorzugte oberflächenaktive Mittel sind die Blockcopolymeren aus Oxyethylen und Oxypropylen, wie die Pluronic Polyol-oberflächenaktiven Mittel der BASF Wyandotte Corp. der Wyandotte, Michigan. Ein bevorzugtes oberflächenaktives Mittel ist Pluronic L-62.

Bei der Herstellung der Polyurethanschäume besteht das bevorzugte Verfahren darin, daß man eine gleiche Menge der wäßrigen Suspension zu der Vorpolymermxschung gibt und dann die beiden vermischt. Die Zusammensetzung der wäßrigen Suspension kann auch bezogen auf 100 Teile des Vorpolymerharzes, d.h. als 100 Teile Wasser je 100 Teile Harz ausgedrückt werden. Das Verhältnis dor Vorpolymermxschung zur wäßrigen Suspension kann über einen weiten Bereich variieren. Wenn jedoch die Menge der wäßrigen Suspension zu groß ist, nimmt die Festigkeit des gebildeten Schaums ab. Wenn andererseits die Menge der wäßrigen Suspension zu stark verringert wird, ist es nicht möglich, genügend Zellen zu erzeugen, die durch die wäßrige Suspension geliefert werden.

Das bevorzugte Verfahren zur Aufschäumung des Vorpolymeren besteht im Erwärmen der wäßrigen Suspension, z.B. einer 2 %igen Lösung des oberflächenaktiven Mittels Pluronic L-62 sowie des Vorpolymeren auf eine Temperatur von etwa 3 5 C. Diese werden im Verhältnis von etwa 100 Gewichtsteilen wäßriger Suspension zu etwa 80 Gewichtst:e L-len des Vorpolymeren zusammengegossen oder zusammengepumpt und unmittelbar darauf bis zu 30 Sekunden mit einem mechanischen Rührwerk, z.B. mitte Ls eines durch

einen Motor angetriebenen Schaufelrühres gerührt. In dieser Zeit wird ein vollständiges Vermischen erreicht. Die Zeitspanne reicht jedoch nicht aus, um eine merkliche chemische Umsetzung zu bewirken. Diese Mischung wird dann sofort in eine Form gegossen, wo sie aufsteigt und die Härtung des Schaumproduktes bewirkt wird.

Das Verfahren zur Herstellung von L-Asparaginsäure besteht darin, daß man ein Fumarationen aufweisendes Substrat mit einem erfindungsgemäßen MDI enthaltenden Schaum in Kontakt bringt. Das Substrat hat vorzugsweise einen pH-Wert von 8 bis 10 und eine Temperatur von vorzugsweise 15 bis 60 C. Es enthält vorzugsweise Ammoniumfumarat und kann auch zusätzlich Magnesiumionen aufweisen.

Das L-Asparaginsäure erzeugende Verfahren kann kontinuierlich oder 'chargenweise durchgeführt werden.

Testverfahren
Der Chlorox-Test

Dieser Test stellt ein vereinfachtes Verfahren zur Feststellung der Widerstandsfähigkeit der Schäume gegenüber hydrolytischem Abbau in einem stark alkalischen Medium dar. In diesem Test wird ein Schaum ohne jeden Mikroorganismus durch Vermischen gleicher Volumenteile eines flüssigen Polymeren und einer 2 %igen wäßrigen Lösung von Pluronic L-62 bei 35 C hergestellt. Dann wird ein kleiner Schaumkubus von etwa 150 mg so ausgeschnitten, daß er lose in ein 20 ml Fläschchen mit einer Schraubkappe paßt. En das Fläschchen wird eine konzentrierte wäßrige Natriumhypochloritlösung gegeben, die unter der Handelsbezeichnung Chlorox bekannt ist. Fläschchen, die den Schaumkubus und die Chloroxlösung enthalten,

f:-5 werden bei Raumtemperatur auf einer Schüttelvorrichtung

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in solcher Weise geschüttelt, daß sich ihr Inhalt innerhalb 1 Minute etwa 20 Male vor- und zurückbewegt. Die Zeit bis zur Lösung des Schaumes oder bis zum Aufbrechen in kleine Stückchen wird gemessen. 5

Der Quelltest

In diesem Test wird die Dimensionsbeständigkeit des Schaumes festgestellt. Er mißt die Quellung vom trockenen bis zum nassen Zustand. Zunächst wird ohne jeden Mikroorganismus durch Vermischen gleicher Volumenteile eines flüssigen Polymeren und einer 2 %igen wäßrigen Lösung von Pluronic L-62 bei 35° C ein Schaum hergestellt.

"15 Dieser Schaum wird in einen rechteckigen Block von etwa 7,5 χ 12,5 χ 2,5 cm geschnitten und die endgültigen Abmessungen werden genau gemessen. Der Schaum wird in Wasser getaucht, bis er vollständig gesättigt ist. Das überschüssige Wasser wird ausgedrückt und der Schaum wird dann erneut gemessen. Das Volumen wird naß und trocken errechnet. Die Ergebnisse werden ausgehend vom trockenen Volumen als prozentuale Zunahme bei der Quellung aufgezeichnet. Im allgemeinen ist ein niedriger Quellungsgrad erwünscht.

Der Autoklaventest

Dieser Test mißt ebenfalls die hydrolytische Beständigkeit des Schaumes. Es wird ein Schaum ohne jeden Mikro-Organismus hergestellt, indem gleiche Volumenteile eines flüssigen Polymeren und eine 2 Sige wäßrige Lösung von Pluronic Γ,-62 bei 3 5° C vermischt werden. Die Schaumprobe wird 5 Stunden in einen Wasserdampfautoklaven von 120 C gestellt. Wenn die Abnahme -im Kompressionsverformungswert weniger als 30 ", beträgt, hat der Schaum

den Test bestanden und es wird ihm die Bewertung "ok"
gegeben.

Die folgenden Beispiele erläutern spezifischen Ausführungsformen der Erfindung.

Herstellungsbeispiel 1 (Vergleich)

In diesem Beispiel wird ein TDI enthaltendes Vorpolymeres für Vergleichszwecke hergestellt.

Das Vorpolymere wurde durch Vermischen von 2 Moläquivalenten Carbowax 1000, Polyethylenglykol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1000 der Union Carbide,

-15 und einem Mol äquivalent Trimethylolpropan (TMOP) gebildet. Diese Mischung wurde zur Entfernung von Wasser
bei 100 bis 110° C unter einem Druck von 6,5 bis 20 mb getrocknet. Die erhaltene trockene Mischung wurde langsam innerhalb eines Zeitraumes von etwa 1 Stunde in ein Reaktionsgefäß gegeben, das 6,65 Moläquivalente Toluoldiisocyanat (TDI) enthielt, wobei man das TDI und die Polyolmischung rührte. Die Temperatur wurde auf 60° C gehalten und es wurde noch weitere 3 Stunden bei 60° C gerührt. Im endgültigen Reaktionsgemisch hatte 5 das TDI um 5 Mol% abgenommen.

Herstellungsbeispiel 2

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines Vorpolymeren gemäß der Erfindung mit hohem Gehalt an MDI.

Eine Mischung aus 412 g (0,4 Mol) Carbowax 1000 und 9,0 5 g (0,067 5 Mol) Trimethylolpropan wurde durch 2 stündiges Erhitzen auf 70° C unter verringertem Druck von :fi 2,6 mb getrocknet. Zu der getrockneten Polyolmischung

wurden 507,5 g (3,55 Äquivalente Isocyanat) Isonate 143-L, ein Isocyanatprodukt auf MDI-Basis der Upjohn Company mit einer Funktionalität von etwa 2,1 gegeben.

Die Temperatur wurde 2 1/2 Stunden auf 70° C gehalten, worauf der Isocyanatgehalt des erhaltenen Vorpolymeren

2,72 Milliäquivalente je Gramm betrug. Herstellungsbeispiel 3

"Ό Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines Vorpolymeren gemäß der Ausführungsform A mit niederem MDI-Gehalt durch Verwendung einer Kombination zweier verschiedener Poly-(oxyethylen)-diole, die zu einem Vorpolymeren führen, das eine weichere, feinere und

"15 dichtere Schaumstruktur ergibt als der Schaum aus dem Vorpolymeren des Herstellungsbeispiels 2.

Das Verfahren des Herstellungsbeispiels 2 wurde unter Verwendung von 348 g (0,35 Mol) Carbowax 1000, 498 g (0,35 Mol) Carbowax 1450, 12,2 g (0,09 Mol) Trimethylolpropan und 729 g (5,10 Äquivalente Isocyanat) Isonate 143-L wiederholt. Das gebildete Vorpolymere hatte einen Isocyanatgehalt von 2,18 Milliäquivalenten je Gramm und eines Viskosität von 23 000 cP.

Herstellungsbeispiel 4

Dieses Beispiel beschreibt die Herstellung eines Vorpolymeren gemäß der Ausführungsform Λ mit niederem MDI-Gehalt durch Verwendung einer anderen DiolkombLnation.

Durch Verwendung einer sehr geringen Menge Triol :-:usnmmcMi mit einem Diol niederen Molekulargewichts (600) wurde ein Vorpolymeres hergestellt, das einen festen Schaum mit verhältnismäßig geringer Dichte und hoher Porosität:

ergibt, der den Fluß von Reagientien durch den gebildeten Schaum erleichtert.

Es wurde das Verfahren des Herstellungsbexspiels 2 unter Verwendung von 122 g (0,20 Mol) Carbowax 600, 263 g (0,18 Mol) Carbowax 1450, 3,7 g (0,03 Mol) Trimethylolpropan und 409 g (2,86 Äquivalente Isocyanat) Isonate "5 143-L wiederholt. Das gebildete Vorpolymere hatte einen Isocyanatgehalt von 2,48 Milliäquivalenten je Gramm und eine Viskosität von 15 100 cP.

Herstellungsbeispiel 5 10

Dieses Beispiel zeigt, wie das Vorpolymere des Herstellungsbeispiels 4 mit weniger Carbowax 600 und mehr Trimethylolpropan angepaßt werden kann. Dieses Vorpolymere führt zu einem weicheren und feineren Schaum.

Das Verfahren des Herstellungsbexspiels 2 wurde unter Verwendung von nur 63 g (0,01 Mol) Carbowax 600, 355 g (0,24 Mol) Carbowax 1450, 7,8 g (0,06 Mol) Trimethylolpropan und 37 4 g (2,62 Äquivalente Isocyanat) Isonate 143-L wiederholt. Das erhaltene Polymere hatte einen Isocyanatgehalt von 2,04 Milliäquivalenten je Gramm und eine Viskosität von 36 500 cP.

Herstellungsbeispiel 6

Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung exnes anderen Triols in der Vorpolymerzusammensetzung, um ein Vorpolymeres gemäß der Ausführungsform B mit niederem MDI-Gehalt herzustellen.

Es wurde das Verfahren des Herstellungsbeispieis 2 unter Verwendung von 438 g (0,3 Mol) Carbowax 1450, 34,5 g (0,025 Mol) Poly G76-120 und 370 g (2,59 Äquivalente Isocyanat) Isonate 143-L angewandt. Das erhaltene Produkt

^j hatte einen Isocyanatgehalt von 2,07 Milliäquivalenten je Gramm und eine Viskosität von 11 200 cP.

Beispiel

Dieses Beispiel erläutert die Herstellung eines erfindungsgemäßen Schaumes mit an diesen gebundenen Mikroorganismen.

Das Vorpolymere des Herstellungsbeispiels 2 wurde in ähnlicher Weise wie in "Immobilization of Escherichia coli Cells Containing Aspartase Activity with Polyuretham and Its Applicatiosn for L-Aspartic Acid Production" von M.C. Fusee und Mitarbeitern in Applied and Environmental Microbiology, Band 42, Nr. 4 (Oktober 1981) Seiten 672 bis 676 beschrieben mit einem wäßrigen Anteil umgesetzt, der Mikroorganismen mit Aspartaseaktivität enthielt. Danach wurde der E. coli Stamm ATCC 11303 unter aeroben Bedingungen bei 37 C in einem Medium gezüchtet, das Ammoniumfumarat (1,6 %), MgSO..7H₂O (0,05 %), KH₂PO₄ . (0,2 %), Maisquellwasser (2,0 %) und Hefeextrakt (2,0 %) enthielt und dessen pH-Wert auf 7,0 eingestellt war.

Nach 24 stündigem Wachstum wurden die Zellen durch Zentrifugieren (5000 χ g, 30 Minuten) abgeerntet und die feuchte Zellpaste (80 % Wasser) wurde mit dem Polyurethanvorpolymeren bei Raumtemperatur (1 Teil Zellpaste + 1 Teil Vorpolymeres) vermischt. Das Wasser und die anderen, mit Isocyanat reaktionsfähigen Gruppen, die sich an den Zelloberflächen befinden, wie Amingruppen, reagierten mit dem Vorpolymeren mit endständigen Isocyanatgruppen. Es entstand ein Polyurethanschaum, der eingeschlossen und wahrscheinlich kovalent gebunden E. coli Zellen mit Aspartaseaktivität enthielt. Der gebildete E. coli "Schaum" wurde in einer Cumberland Mühle zu einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0,5 cm vermählen, bevor man ihn auf seine Aspartasewirksamkeit untersuchte.

- 30 -

Die Feststellung der Aspartasewirksamkeit ist ebenfalls von Fusee und Mitarbeitern beschrieben. Bei immobilisierten Zellen wurde eine Gewichtsmenge Schaumteilchen, die 1 g Zellen enthielt, in der Weise untersucht, daß

man die Teilchen in einer gerührten 100 ml Lösung von

2+ 1,0 M Ammoniumfumarat (pH 9,0), die 1 mM Mg aufwies, 60 Minuten bei 37 C inkubierte. Proben wurden nach 15, 30 und 60 Minuten entnommen. Die Proben wurden auf die Abnahme der Fumarsäure und eine Zunahme an L-Äpfelsäure untersucht. Die Differenz zwischen der Abnahme der Fumarsaurekonzentratxon und der Konzentration an gebildeter L-Äpfelsäure stellt die L-Asparaginsäurekonzentration dar.

Die Aspartasewirksamkeit wurde in Einheiten je Gramm (Naßgewicht) der Zellen definiert, wobei eine Einheit diejenige Enzymmenge wiedergibt, die in 1 Stunde bei 37 C unter den Testbedingungen 1 ,uMol L-Asparaginsäure erzeugt. Mit anderen Worten, eine Einheit ist die Menge an Fumarsäure in Mikrogramm, um die eine Standard-Testlösung innerhalb 1 Stunde bei 37 C abnimmt. Der gebildete flexible Schaum wies eine Aspartaseaktivität von 64 655 Einheiten je Gramm nasser Zellpaste auf. Dies zeigt, daß der Schaum erfolgreich als immobilisierendes Mittel wirkte.

Beispiel 2

Dieses Beispiel erläutert die Beständigkeit der Schäume mit gebundenen Mikroorganismen in einer alkalischen Ammoniumfumaratlösung.

Ein Kontrollschaum, der TDI enthielt, wurde durch Vermischen gleicher Gewichtsteile des TDI-enthaltenden Vorpolymeren nach dem Herstellungsbeispiel 1 und der ganzen Zellmasse von Escherichia coli mit Aspartasewirk-

samkeit, wie sie in "Immobilization of Escherichia col i Cells Containing Aspartase Activity with Polyurethane and Its Application for L-Aspartic Acid Production" von M.C. Fusee und Mitarbeitern in Applied and Environmental Microbiology, Band 42, Nr. 4 (Oktober 1981) Seiten 672 bis 676 beschrieben ' ist, hergestellt.

Ein erfindungsgemäßer Schaum wurde durch Vermischen gleicher Gewichtsteile des Vorpolymeren nach dem Her-Stellungsbeispiel 2 und der gleichen ganzen Zellmasse von E. coli hergestellt.

Beide Schäume wurden aufgeschnitten und zu kleinen Teilchen vermählen. Beide Schaumteilchen ließ man in einer 1,5 M Ammoniumfumaratlösung bei pH 9 stehen. Der TDI enthaltende Kontrollschaum wurde weich und führte innerhalb weniger Tage zu einer trüben gelben Lösung, was anzeigt, daß sich der Schaum aufgelöst hat. Der erfindungs gemäße Schaum erweichte nicht und die Lösung war nach 2 Wochen noch klar und farblos.

Beispiel 3

Dieses Beispiel zeigt die Beständigkeit des Schaumes unter Reaktionsbedingungen.

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 hergestellte Schaumteilchen wurden als Trägerkatalysator in einem kontinuierlich arbeitenden Reaktionsgefäß im Labor verwendet. Das Reaktionsgefäß bestand aus einer 200 mm langen ummantelten Glassäule mit einem Innendurchmesser von 16 mm.

Das kontinuierlich arbeitende Reaktionsgefäß wurde aus einem Reservoir für die Lösung beschickt. Das Volumen des gesamten Systems betrug 100 cm . Das verwendete Substrat bestand aus Fumarsäure, die mit Ammoniumhydroxid

auf pH 9,0 eingestellt war. Die Menge der Katalysatorteilchen betrug 7,5 g, bezogen auf die nassen Ξ. coli Zellen. Die Katalysatorteilchen ließ man sich zunächst 1 Stunde lang bei Raumtemperatur in 100 ml Substrat vollsaugen. Die nicht aufgenommene Flüssigkeit wurde abgegossen und die feuchten Katalysatorteilchen wurden in die Säule gepackt. Dann wurden, .die Katalysatorteilchen mit 100 ml frischem Substrat gewaschen, das mit einer Geschwindigkeit von 6 ml/Minute bei 37 C durch die Säule geführt und dann verworfen wurde. Anschließend wurde ein 1 M Substrat in das Reaktionsgefäß eingeführt. Zur Feststellung der Wirksamkeit wurden 100 ml frisches Substrat unmittelbar darauf mit einer Geschwindigkeit von 6 ml/Minute im Kreislauf durch die Säule geführt, wobei man 100 ,ul Proben in Zeitabständen entnahm, um die Abnahme der Fumarsaurekonzentratxon festzustellen. Der Test wurde 20 Tage durchgeführt. Während dieser Zeitspanne wurde das Reaktionsgefäß entweder in Gegenwart von Substrat oder Produkt oder einer Mischung aus den beiden bei einer Gesamtkonzentration von 1 M Substrat + Produkt betrieben. Während der Versuchsdauer wurde frisches Substrat viermal zugefügt. Nach den 20 Tagen zeigte das System immer Wirksamkeit, ohne daß ein Erweichen oder ein Abbau des Schaumes sichtbar wurde, und ohne daß eine Verfärbung der am Verfahren beteiligten Reaktionslösungen auftrat,

Beispiel 4

Dieses Beispiel zeigt die hydrolytische Beständigkeit der Schäume und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber hydrolytischem Abbau.

Die Vorpolymeren der Herstellungsbeispieie i bis 6 wurden 3b nach dem im Clorox-Test beschriebenen Verfahren xn Schäume

15

20

- 33 -

übergeführt. Dann wurden die Schäume im Chlorox-Tast, im Quelltest und im Autoklaventest bewertet. Die Ergebnisse sind der nachstehenden Tabelle 1 zusammen mit der Dichte der Schäume aufgeführt.

Tabelle 1 Schäume aus den Vorpolymeren der Herstellungsbeispiele

(TDI-Vergleich)

Chlorox-Test, Minuten

Quelltest, Vol.%

Autoklaventest

Dichte, g/cm

Der TDI-Schaum verflüssigte sich im Autoklaven.

7	200	190	120
147	5-15	37	37.
ver- _Λ flussigt	ok	ok	ok
0,141	0,04	0,067	0,059

lOO:

53

ok

160

ok

0,078 0,085

25

30

Der TDI enthaltende Schaum zerfiel leicht im Chlorox-Tesi zur Ermittlung der hydrolytischen Beständigkeit, sein Volumen quoll um nahezu 150 %, er entsprach dem Autoklaventest nicht und hatte eine sehr hohe Dichte. Alle aus den MDI enthaltenden Vorpolymeren hergestellten Schäume wiesen bemerkenswert überlegene Eigenschaften auf.

COPY

Claims

Träger für immobilisierte Mikroorganismen Patentansprüche

1. Wasserunlöslicher, gegen Hydrolyse beständiger, hydrophiler Polyether-Polyharnstoff-Polyurethan Schaum mit an ihn gebundenen Aspartase erzeugenden Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, daß er unter Verschäumungsbedingungen durch Umsetzung einer wäßrigen, eine Kultur von Aspartase erzeugenden Mikroorganismen enthaltenden Mischung mit einem hydrophilen Polyether-Polyurethan Vorpolymeren in einem Gewichtsverhältnis Vorpolymeres zu Wasser von etwa 2 bis etwa 0,5 hergestellt wurde, wobei das Vorpolymere eine Isocvanatfunktionalität von mehr als 2 aber nicht mehr als 8 aufwies und mindestens 50 Mol% der Alkylenoxid-Einhciten in den

COPY

Polyetherabschnitten des Polyurethans aus Ethylenoxid bestanden, und das Vorpolymere durch Umsetzung eines Polyoxyalkylenpolyols

eines Diphenylmethandiisocyanat enthaltenden Iso- ■: cyanatproduktes mit einer Funktionalität von mehr als 2,0 aus einer Mischung von Diphenylmethandiisocyanat und Isocyanat enthaltenden Derivaten von Diphenylmethandiisocyanat sowie eines Polyol-Vernetzungsmittels mit 3 oder 4 Hydroxyläquivalenten je Mol hergestellt wurde, und der Schaum ein Gewichtsverhältnis Polyharnstoff-Polyurethan Polymeres zu Mikroorganismen im Bereich von etwa 2 bis etwa 4 aufweist.

2. Schaum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isocyanatprodukt eine Mischung aus einer größeren Menge von reinem Diphenylmethandiisocyanat und geringeren Mengen von Carbodiimiden und trifunktionellen Cycloaddukten von Diphenylmethandiisocyanat umfaßte.

3. Schaumstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorpolymere entweder
A) einem Vorpolymeren bestand, das von

a) einem Poly-(oxy-C₂_₄-alkylen)-diol mit mindestens etwa 50 Gew.% Oxyethylengruppen und einem nominellen Zahlmittel des Molekulargewichts von mindestens etwa 1100, wobei das Diol nominell zwei Hydroxyläquivalente je Mol enthielt,

b) einem Diphenylmethandiisocyanat enthaltenden Isocyanatprodukt mit einer Funktionalität von mehr 2,0 aus einer Mischung von Diphenylmethandiisocyanat und Isocyanat enthaltenden Derivaten von Diphenylmethandiisocyanat und

c) einem monomeren Polyolvernetzungsmittel mit 3 oder ^4 Hydroxyläquivalenten je Mol abgcleitc war,

wobei das Isocyanat enthaltende Produkt weniger als 50 Gew.% des Vorpolymeren ausmachte, das Diol- und das Polyol-Vernetzungsmittel in einem Molverhältnis von etwa 4 : 1 bis 8 : 1 vorhanden waren und

das Verhältnis der Isocyanatäquivalente zu den gesamten Hydroxyläquivalenten im Bereich von etwa 2,5 : 1 bis 3,5 : 1 lag,
B) einem Vorpolymeren, das von

a) einem Poly-(oxy-C„ .-alkylen)-diol mit mindestens etwa 50 Gew.% Oxyethylengruppen und einem nominellen Zahlenmittel des Molekular

gewichts von weniger als etwa 2000, wobei das Diol nominell zwei Hydroxyläquivalente je Mol aufwies,

b) einem Diphenylmethandiisocyanat- enthaltenden Isocyanatprodukt mit einer Funktionalität

von mehr als 2,0 aus einer Mischung von Diphenylmethandiisocyanat und Isocyanat enthalte den Derivaten von Diphenylmethandiisocyanat und

c) einem polymeren Poly-(oxy-C₂_.-alkylen)-polyol

Vernetzungsmittel mit 3 oder 4 Hydroxyläquivalenten je Mol und einem Zahlenmittel des Molekulargewichts von mindestens 500 abgeleitet war,

wobei das Isocyanat enthaltende Produkt weniger als 50 Gew.% des Vorpolymeren ausmachte, das polymere Polyol-Vernetzungsmittel in einer Menge vorhanden war, dai3 die Hydroxyläquivalente 5 bis MoIS der gesamten Hydroxyläquivalento im Diol unc Polyol ausmachten und

das Verhältnis der Isocyanatäquivalente zu den gesamten Hydroxyläquivalenten im Bereich von etwa 2,5 : 1 bis 3,5 : 1 lag, oder

C) einem Vorpolymeren, das von

¹^ a) einem Poly-(oxy-C„_ . -alkylen) -diol mit mindestens etwa 50 Gew.% Oxyethylengruppen und einem nominellen Zahlenmittel des Molekulargewichts von höchstens etwa 1100, wobei das Diol nominell zwei Hydroxyläquivalente je Mol aufwies,

b) einem Dxphenylmethandiisocyanat enthaltenden Isocyanatprodukt mit einer Funktionalität von mehr als 2,0 aus einer Mischung von Dxphenylmethandiisocyanat und Isocyanat enthaltenden Derivaten von Dxphenylmethandiisocyanat

und

c) einem monomeren Polyol-Vernetzungsmittel mit 3 oder 4 Hydroxyläquivalenten je Mol abgeleitet war, wobei

das Isocyanatprodukt mehr als 50 Gew.% des Vorpolymeren ausmachte,

das Diol-und das Polyol-Vernetzungsmittel in einem Molverhältnis im Bereich von 4 : 1 bis 8 : 1 vorlagen und das Verhältnis der Isocyanatäquivalente zu den gesamten Hydroxyläquivalenten im Bereich von 3 : 1 bis 4 : 1 lag.

4. Schaum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das nominelle Zahlenmittel des Molekulargewichtes des Poly-(oxy-C_?_₄-alkylen)-diols unter A) zwischen 1110 und 2000 lag und das Diol mindestens 80 Gew.ο Oxyethylengruppen enthielt und das nominelle Zahlenmittel des Molekulargewichtes des Poly-(oxy-C₂_₄-alkylen)-diols unter B) 600 bis 2000 betrug und das Diol vorzugsweise mindestens 80 Gew.% Oxyethylenqruppen enthielt.

5. Schaum nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß das nominelle Zahlenmittel des Molekulargewichtes des Poly-(oxy-C~ --alkylen)-diols unter A)^- zwischen 1200 und 1500 lag und das nominelle Zahlenmittel des Molekulargewichtes des Poly-(oxy-C._;_.-al kylen)-diols unter B) zwischen 950 und 1500 betrug.

6. Schaum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly-(oxy-C^^-alkylen)-diol unter A) eine Mischung aus mindestens zwei Diolen umfaßte, die zwei verschiedene nominelle Zahlenmittel des Molekulargewichtes aufwiesen.

7. Schaum nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das Poly-(oxy-C₂_₄-alkylen)-diol unter A) eine Mischung eines Diols mit einem Molekulargewicht von etwa 1000 und eines Diols mit einem Molekulargewicht von etwa 1450 umfaßte.

8. Schaum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyol-Vernetzungsmittel unter A) und C) aus Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Glycerin, Triethanolamin, Pentaerythrit oder deren Gemischen und das polymere Polyol-Vernetzungsmittel unter

B) aus Poly-(oxyethylen)-triol mit einem Molekulargewicht von etwa 900, einem Poly-(oxypropylen)-triol mit aufgepfropftem Oxyethylen mit einem Molekulargewicht von etwa 1400 oder deren Gemischen bestand.

9. Schaum nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Polyol-Vernetzungsmittel unter B) Blöcke aus Oxyethylen-Einheiten und Oxypropylen-Einheiten enthielt.

-β-

10. Schaum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das nominelle Zahlenmittel des Molekulargewich-V tes des Poly-(oxy-C- .-alkylen)-diols unter C) *■*-· zwischen 600 und 1100 lag und das Diol mindestens 80 Gew.% Oxyethylengruppen enthielt.

11. Schaum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Isocyanatprodukt eine Mischung aus einer größeren Menge von reinem Diphenylmethanaiisocyanat und kleineren Mengen von Carbodiimiden und trifunktionellen Cycloaddukten von Diphenylmethandiisocyanat umfaßte.

12. Die Verwendung der Schäume nach Anspruch 1 bis 3 zur Herstellung von L-Asparaginsäure, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Fumarationen enthaltendes Substrat mit diesen Schäumen in Kontakt bringt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat einen pH-Wert von 8 bis 10 hat.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß di<
trägt.

daß die Temperatur des Substrats 15 bis 60° C be-

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Ammoniumfumarat enthält.

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat Magnesiumionen enthält.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren kontinuierlich oder chargenweise durchführt.