DE69033713T2

DE69033713T2 - Verbesserte zellulose-chromatographieträger

Info

Publication number: DE69033713T2
Application number: DE69033713T
Authority: DE
Inventors: M. Beavins; Ioannis Scarpa
Original assignee: Accurate Polymers Ltd
Current assignee: Accurate Polymers Ltd
Priority date: 1989-06-30
Filing date: 1990-06-29
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2010-06-30
Also published as: CN1062739A; EP0479906A4; CA2063441C; ATE199731T1; WO1991000297A1; AU5957490A; DK0479906T3; JP3021641B2; CA2063441A1; EP0479906B1; JPH05500856A; CS276443B6; DE69033713D1; CN1043534C; EP0479906A1

Description

Die Erfindung betrifft einen verbesserten unvernetzten Zellulose-Chromatographieträger und insbesondere einen Träger, der im Wesentlichen kugelförmige Zellulosepartikel hoher Dichte umfasst. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung dieser im Wesentlichen kugelförmigen Zellulosepartikel hoher Dichte und insbesondere ein Verfahren zur Darstellung von kugelförmigen Zellulosepartikeln aus Viskose in einer stabilen Emulsion aus einem flüssigen Träger mit Emulgatoren.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

U. S. Patent 4,055,510 (Peska), herausgegeben am 25. Oktober 1977, lehrt ein Verfahren zur Herstellung kugelförmiger Zellulosepartikel in Perlenform durch Zubereitung einer Suspension aus Viskose in einer mit Wasser nicht mischbaren Flüssigkeit und anschließender Verfestigung der Tröpfchen mit Wärme und Säure. Peska berichtet über Perlen, die, wenn sie getrocknet werden, "sich in gläserne Perlen, die nicht fähig sind zu der ursprünglichen Größe anzuschwellen, umwandeln" und dass "Partikel mit einer Porosität unter ungefähr 30% formbeständig sind und getrocknet werden können." Auch ein Patent von (Okuma) Dokument EP-A 00 200 973 lehrt viel über Zellulose, Viskose, analytische Geräte für die Rayon-Industrie und die Herstellung von quellbaren Gel-Typ-Perlen in einer Viskosedispersion (nicht Emulsion) in wässrigen Lösungen. Die vorliegende Erfindung bildet keine quellbaren Gel-Typ-Zelluloseperlen.
Zellulose ist ein natürlich vorkommendes Polymer aus verbundenen Glukosemonomeren. Im natürlichen Zustand sind benachbarte polymere Glucoseketten in einigen Bereichen ausgedehnt mit Wasserstoffbrücken verbunden und in anderen Bereichen mit weniger Wasserstoffbrücken verbunden. Die Bereiche mit relativ vielen Wasserstoffbrückenbindungen werden generell als "mikrokristalline Regionen" bezeichnet, während die weniger mit Wasserstoffbrücken verbundenen Regionen als amorphe Regionen bezeichnet werden. Für chromatographische Anwendungen, ist es allgemein erwünscht, die amorphen Regionen zu beschränken und Zellulose in entweder faserigere oder mikrogranularer Form zu verwenden. Solche faserigen und mikrogranularen Materialien werden im Allgemeinen durch begrenzte Säurehydrolyse von Roh-Zellulose hergestellt, welche zu dem bevorzugten Verlust von zwischenkettigen amorphen Regionen führt und die mikrokristallinen Regionen vermehrt. Beide, fasrige und mikrogranulare Zelluloseverbindungen, werden allgemein als mikrokristalline Zellulose bezeichnet. Typischerweise verwendete Verfahren zur Herstellung mikrokristalliner Zellulose, führen im Allgemeinen zu aggregierten Partikeln, welche ein Mahlen und eine Partikelgrößentrennung erfordern, um für chromatographische Zwecke geeignete Materialien zu ergeben. Außerdem sind die einzelnen mikrokristallinen Zellulosepartikel relativ unregelmäßig geformt und zerbrechlich. Diese Merkmale wirken sich bei der Verwendung dieser Arten von Materialien als chromatographische Schichten oder Säulen nachteilig aus, weil mikrokristalline Zellulose dazu tendiert, leicht zu verklumpen und zu verdichten. Außerdem neigen diese Materialien dazu einzubrechen und Feinstaub zu erzeugen, wenn sie erhöhtem Druck unterworfen werden. Diese Nachteile können zu einer nicht akzeptablen Fließcharakteristik und schlechten chromatographischen Trennungen führen.
Die Verwendung von Zellulose in Form von vernetzten Perlen oder kugelförmigen Partikeln könnte teilweise die schlechten Fliesseigenschaften chromatographischer Träger aus mikrokristalliner Zellulose teilweise überwinden. Wenn Zellulose mit Hilfe bekanntet Verfahren perlförmig hergestellt wird, wird jedoch die Porosität der Zellulosepartikel und ihr breiter Größenbereich bewirken, dass die Perlen mechanischer Zerstörung unterworfen werden, wenn sie in gepackten Schichten oder Säulen verwendet werden. Obwohl die mechanische Stabilität durch die Zugabe von Vernetzungsmitteln verbessert werden kann, können diese Vernetzungsmittel die Kosten des Trägers erhöhen, die Herstellungsprozesse verkomplizieren und die allgemeine Verwendbarkeit der Träger eingrenzen.
Weiterhin quellen poröse Zellulosepartikel normalerweise bedeutend an, wenn sie in wässrige Lösungen gebracht werden. Gequollene poröse Zelluloseperlen reagieren empfindlich auf Änderung der Ionenstärke beim Eluieren mit Puffen und Lösungsmitteln.
Als Ergebnis daraus müssen deshalb konventionelle quellbare Zelluloseträger in einem angegebenen engen Ionenstärkebereich verwendet werden. Wenn dieser bestimmte Ionenstärkebereich überschritten ist, verdichten oder schrumpfen die angeschwollenen Zellulosepartikel, was sehr schlechte Fliesseigenschaften ergibt und entweder zu einer schlechten chromatographischen Trennung oder zu überhaupt keiner Trennung führt.
Es sind mehrere Verfahren bekannt, kugelförmige Zellulosepartikel herzustellen. Ein Verfahren zur Herstellung von Zelluloseperlen extrudiert die Viskose mit hoher Geschwindigkeit durch eine Düse in ein saures koagulierendes Spinnbad. Ein anderes Verfahren bildet eine Dispersion in einem organischen Lösungsmittel mit einem oberflächenaktiven Stoff und koaguliert dann die Suspension durch Einlaufenlassen in eine saure Lösung. Diese Verfahren generieren poröse Zellulosepartikel von variabler und unkontrollierter Größenverteilung und leiden unter unerwünschter Aggregat-, Agglomerat- und Konglomeratbildung in unregelmäßigen und deformierten Formen. Diese Probleme, vermutet man, bestehen aufgrund der Koagulation der Zellulose unter sich ändernden hydrodynamischen Bedingungen.
Ein drittes Verfahren bildet Zellulosepartikel thermisch durch Erhitzen einer wässrigen Suspension von Natriumzellulosexanthat niedrigen Molekulargewichts in einer gerührten, relativ niedrigviskosen, nicht mit Wasser mischbaren Flüssigkeit.
Obwohl dieses Verfahren von einer relativ konstanten, hydrodynamischen Umgebung für die Perlbildung Gebrauch macht, führt die thermische Zersetzung des Natriumzellulosexanthats zu porösen Partikeln, mit einer breiten Größenverteilung.
Es besteht ein Bedarf für einen kugelförmigen, chromatographischen Zelluloseträger hoher Dichte, welcher eine ausgezeichnete mechanische Stabilität besitzt, der über einen breiten Bereich von pH-Werten und Ionenstärken verwendet werden kann und der ohne weiteres durch ein reproduzierbares allgemeines Verfahren hergestellt werden kann, das gleichförmig dimensionierte und geformte Partikel liefert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, eines oder mehrere der oben aufgelisteten Probleme zu überwinden.
Die vorliegende Erfindung umfasst einen chromatographischen Zelluloseträger, der im Wesentlichen kugelförmige, unvernetzte Zellulosepartikel von hoher Dichte umfasst, wobei diese Partikel eine trockene Schüttdichte (scheinbare Dichte) von 0,65 bis 0,85 g/ml besitzen, wobei die Partikel in jeder Charge einen durchschnittlichen Durchmesser der Charge im Bereich von 10 um bis 200 um (Micron) besitzen und wobei die Partikel im Wesentlichen in wässriger und organischen Lösung nicht quellend sind.
Vorzugsweise sind die Zellulosepartikel weiter charakterisiert durch:
i) gesteigerte Stabilität in Lösungen verschiedener Ionenstärken und Fähigkeit zur Spaltung von Wasserstoffbrückenbindungen einschließlich bis zu wenigstens 3,0 M Kaliumchlorid- bzw. 8 M Harnstoff-Lösungen;
ii) Stabilität über einen pH-Bereich von etwa 3 bis 12;
iii) Verträglichkeit sowohl mit wässrigen als auch organischen Lösungsmitteln;
iv) Fähigkeit, mit chromatographischen Liganden modifiziert zu werden; und
v) ausgezeichnete Flussraten bei Verwendung als säulenchromatographischer Träger.
Die kugelförmigen Zellulosepartikel der vorliegenden Erfindung können chemisch durch kovalente Bindung chromatographischer Liganden an die Partikel in hoher Beladung modifiziert werden, wobei die Beladung definiert ist als die Mole der Liganden zur Masse der Partikel. Bevorzugte Liganden umfassen kovalent gebundene polare und nicht polare Liganden. Geeignete Liganden umfassen Aminoethyl, Diethylaminoethyl, Epichlorohydrintriethanolamin, Polyethylenimin, Methylpolyethylenimin, Benzyldiethylaminethyl, Diethyl-[2-hydroxypropyl]-aminoethyl, Triethylaminoethyl, Sulphopropyl, Carboxymethyl, Sulphonat, quartäres Ammoniumethyl, Antigene und Antikörper. Ein besonders bevorzugter Ligand ist ein Polyethylenimin, das dem modifizierten Träger erlaubt, als Ionentauscherträger verwendet zu werden.
Die vorliegenden Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung kugelförmiger Zellulosepartikel hoher Dichte, welches die Schritte umfasst:
i) Herstellung einer stabilen Emulsion technischer Viskose in Gegenwart wenigstens eines Emulgators und eines flüssigen Trägers, wobei die Temperatur der Viskose während der Emulsionsbildung die Viskose nicht thermisch zersetzt;
ii) Regenerieren von Zellulose aus der Viskose in Abwesenheit von Säure bei ständiger Bewegung unter stationären hydrodynamischen Bedingungen über eine Zeitspanne zur Erzeugung einer Dispersion aus deformierbaren Partikeln von gleichmäßiger Größe;
iii) Inkontaktbringen der Dispersion der deformierbaren Partikel mit einem Lösungsmittel, welches geeignet ist, eine teilweise Extraktion des flüssigen Trägers aus der Emulsion zu bewirken, wobei die deformierbaren Partikel teilweise auszuhärten beginnen; und
iv) Aushärten der deformierbaren Partikel.
Die bevorzugte Temperatur für die Formulierung der Emulsion und die Regeneration der Zellulose liegt bei weniger als 30ºC und höchst vorzugsweise bei Temperaturen von 20ºC bis 30ºC. Die Regeneration der Zellulose aus der Viskose erstreckt sich bevorzugt über einen Zeitraum von sechs bis achtzehn Stunden. Ein geeigneter flüssiger Träger hat eine Viskosität von größer 100 cSt bei Umgebungstemperatur. Bevorzugte flüssige Träger mit hoher Viskosität besitzen Viskositäten, die größer sind als 150 cSt, wie mit Hilfe von Standarttechniken bei Umgebungstemperatur gemessen wurde; der am meisten bevorzugen Träger ist Polypropylenglykol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1200 und eine Viskosität von etwa 160 cSt bei Temperaturen von 20ºC bis 30ºC.
Die kugelförmigen Partikel können durch Rühren, der teilweise gehärteten Partikel in einer sauren alkoholischen Lösung weiter gehärtet werden, vorzugsweise in einer Lösung, die 30% Essigsäure in Ethanol enthält, einer Lösung, die 30% Propansäure in Propanol enthält oder einer Lösung, die 20% phosphorige Säure in Ethanol enthält.
Andere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung deutlich werden, welche erläuternde Beispiele für die Durchführung der Erfindung einschließt.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine mikroskopische Aufnahme (Vergrößerung 500 x) kugelförmiger Zellulosepartikel mit einem Durchmesser zwischen 25 und 45 Mikrometer.
Fig. 2 zeigt eine mikroskopische Aufnahme (Vergrößerung 2000 x) von einem einzelnen Zellulosepartikel, der mechanisch in der Mitte durchgeschnitten wurde.
Fig. 3 zeigt eine SEM Mikroaufnahme eines in einen Polymerfilm eingebetteten Zellulosepartikels, der ebenfalls durchgeschnitten wurde, (Vergrößerung 2000 x).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Diese Erfindung betrifft einen chromatographischen Zelluloseträger, der im Wesentlichen kugelförmige, unvernetzte Zellulosepartikel von hoher Dichte umfasst, wobei diese Partikel eine trockene Schüttdichte (scheinbare Dichte) von 0,65 bis 0,85 g/ml besitzen, wobei die Partikel in jeder Charge einen durchschnittlichen Durchmesser der Charge in dem Bereich von 10 um bis 200 um (Mikron) besitzen, und wobei die Partikel im Wesentlichen in wässriger und organischer Lösung nicht quellend sind.
Der Ausdruck "im Wesentlichen nicht-quellend" wie hier gebraucht, bezieht sicht auf Zellulosepartikel, die ihr Volumen nicht bemerkenswert ändern, wenn sie entweder mit wässrigen oder organischen Lösungsmitteln oder Lösungen in Kontakt gebracht werden. Das bedeutet, dass die Zellulosepartikel der vorliegenden Erfindung sowohl gegen Quellen als auch Kontraktion resistent sind, wenn sie in eine Vielzahl organischer Lösungsmittel mit verschiedenen dielektrischen Konstanten oder Polaritäten eingebracht werden. Keine beträchtliche Änderung des Volumens tritt in nicht polaren Lösungsmitteln wie Hexan, Toluol und Benzol oder in polaren Lösungsmitteln wie Wasser, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid oder N- Methylpyrrolidon auf. Außerdem bewirken Wasserstoffbrückenbindungen brechende Lösungsmittel, wie 8 M Harnstoff keinerlei Volumenänderung. Diese Eigenschaft lässt sich bekannten Zelluloseperlen gegenüber hervorheben, die in hohem Maße anschwellen, wenn sie in Wasser oder andere Lösungsmittel überführt werden. Es wird angenommen, dass das Volumenretensionsvermögen der kugelförmigen Partikel dieser Erfindung mit der relativ hohen Dichte und der dementsprechend niedrigen Porosität der Partikeln in Beziehung stehen. Zum Beispiel besitzen 10 bis 25 um- (Mikron) Partikel eine trockene Schüttdichte von 0,8045 g/ml; 25 bis 53 um- Partikel haben eine Schüttdichte von 0,7923 g/ml und 53 bis 177 um-Partikel haben eine Schüttdichte von 0,6789 g/ml.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, haben die Partikel der vorliegenden Erfindung eine sehr niedrige Porosität. Die Partikel sind im Wesentlichen fest, betrachtet man sie unter einem Mikroskop oder mit SEM mit einer Vergrößerung von 2000 x. Die in Fig. 1 und 2 gezeigten Mikroaufnahmen wurden die mit einem JEOL Modell JSM- 354 Rasterelektronenmikroskop aufgenommen. Die in Fig. 3 gezeigte Mikroaufnahme wurde mit einem JEOL Model 840 Rasterelektronenmikroskop aufgenommen. Das in der mikroskopischen Aufnahme gezeigte Zellulosepartikel wurde in einen Kollodion Polymerfilm eingebettet und dann in der Mitte durchgeschnitten.
Die Zellulosepartikel können chemisch modifiziert werden, um chromatographische Liganden kovalent an die Partikel zu binden. Geeignete Liganden umfassen alle möglichen aus einer Vielzahl bekannter polarer oder nicht polarer Liganden. Polare Liganden können entweder kationische oder anionische Verbindungen sein und nicht polare Liganden ungeladene oder neutrale Verbindungen. Insbesondere erlauben kovalent gebundene Polyethylenimine den modifizierten Trägern, als Ionentauscherträger verwendet zu werden. Andere bekannte Liganden können hilfreiche Träger für die Affinitäts-, Reverse-Phase- und hydrophob Chromatographie sein. Geeignete Liganden können Aminoethyl, Diethylaminoethyl, Epichlorohydrintriethanolamin, Polyethylenimin, Methylpolyethylenimin, Benzyldiethylaminethyl, Diethy-[2-hydroxypropyl]-aminoethyl, Triethylaminoethyl, Sulphopropyl, Carboxymethyl, Sulphonat, quartäres Ammoniumethyl, Antigene und Antikörper einschließen.
Bekannte chromatographische Liganden können, mit den auf den zugänglichen Oberflächen vorhandenen Hydroxylgruppen der Partikel mit Hilfe von difunktional verknüpfenden Molekülen, die verbunden mit jedem Molekül zwei reaktive Positionen besitzen, kovalent verbunden sein. Jedes difunktionale Verknüpfungs-Molekül von dem bekannt ist, dass es mit Hydroxylgruppen der Zellulose reagiert, kann verwendet werden. Besonders bevorzugte Verknüpfungs-Gruppen mit zwei reaktiven Positionen sind Epichlorohydrin, Benzoquinon, Diglycidylether und Alkandiole. Beim Ausführen dieses Bindungsschritts tritt die Verknüpfungs-Gruppe normalerweise mit den Zellulosepartikeln unter Bedingungen in Kontakt, die geeignet sind kovalent an die Zellulose mit Hilfe einer reaktiven Position des verknüpfenden Moleküls, zu binden. Das entstehende Intermediat wird dann mit einem bekannten, reaktiven chromatographischen Liganden gebunden, der an die zweite reaktive Position der verbindenden Gruppe, bindet. Geeignete reaktive chromatographische Liganden sind die ganze Vielfalt der Liganden, die dem Fachmann bekannt sind. Ein bevorzugter Ligand der verwendet wird, um einen ionenaustauschenden chromatographischen Träger herzustellen, ist ein reaktives Polyethylenimin.
Die Zellulosepartikel dieser Erfindung besitzen mehrere gewünschte Eigenschaften. Zum Beispiel sind die Zellulosepartikel dieser Erfindung mechanisch stabil. Beim intensiven magnetischen Rühren in verschiedenen organischen Lösungsmitteln oder in sauren wässrigen Lösungen über eine Zeitperiode zwischen fünf und zwölf Stunden trat kein mechanischer Zerfall der Partikel auf.
Die Zellulosepartikel sind auch stabil bei erhöhtem Druck, wenn sie in chromatographischen Säulen verwendet werden. Die kugelförmigen Zellulosepartikel liefern über einen Bereich von Drücken und Bedingungen ausgezeichnete Flussraten. Wenn die Zellulosepartikel z. B. in einer Säule gepackt und mittleren Druckbedingungen durch eine Flüssigdosierpumpe unterzogen wurden, gab es keinen mechanischen Zusammenbruch bei Drücken bis zu mindestens 120 psi über lange Zeiträume und es gab keinen bemerkenswerten Abfall der Flussrate oder des Volumens der chromatographischen Schicht, wenn der Druck gesteigert wurde.
Das Verfahren zur Herstellung im Wesentlichen kugelförmiger Zellulosepartikel hoher Dichte nach dieser Erfindung umfasst die Schritte:
i) Herstellung einer stabilen Emulsion technischer Viskose in einem flüssigen Träger ohne thermische Zersetzung der Viskose;
ii) Regeneration der Zellulose, um deformierbare kugelförmige Partikel zu erhalten; und
iii) weiteres Aushärten der deformierbaren Partikel.
Der Ausdruck "technische Viskose", wie hier benutzt, bedeutet eine wässrige Lösung, die aus einer Pulpe erhalten wird, die hochmolekulare Zellulose, Natriumhydroxid und Schwefel enthält, was Substitution von Hydroxylgruppen durch Xanthatgruppen ergibt, beinhaltet. Eine geeignete Viskose kann etwa 7,0% hochmolekulare Zellulose, etwa 5,0% Natriumhydroxid und etwa 1,7% Schwefel enthalten. Bei dieser Viskose können etwa 20% der Hydroxylgruppen der Zellulose durch Xanthatgruppen substituiert sein. Eine Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung geeigneter Viskose aus Holzpulpe findet man in US-Patent 4,778,639. Der Ausdruck "flüssiger Träger", wie hier verwendet, bedeutet ein Lösungsmittel, das vorzugsweise eine Viskosität größer als 100 cSt bei Umgebungstemperatur und insbesondere größer als 150 cSt bei Temperaturen von 20ºC bis 30ºC besitzt, und welches dazu fähig ist, in Gegenwart von Emulgatoren eine stabile Emulsion mit Viskose zu bilden. Der Ausdruck "stabile Emulsion", wie hier benutzt, bedeutet, dass eine Viskose-Emulsion unter Verwendung von Emulsionsmitteln in einem flüssigen Träger gebildet wird, so dass die Emulsion nicht während der Zeit zusammenbricht, die benötigt wird, die Zellulose aus der Viskose zu regenerieren. Eine stabile Emulsion wird bevorzugt, weil dies die Regeneration der Zellulose aus der Viskose, auf kontrollierte Weise erlaubt. Wenn die Regeneration kontrolliert ist oder wenn die Erzeugung des Kohlenstoffdisulfids während der Regeneration zu rasch ist, wird ein sehr poröses Produkt gebildet. Wenn die Emulsion während der Regenerationszeit gebrochen wird, ist es außerdem wahrscheinlich, dass die sich entwickelnden Teilchen die gewünschte Kugelform verlieren und es werden sich höchstwahrscheinlich ungewünschte unregelmäßig geformte Aggregate und Agglomerate bilden.
Es wurde empirisch beobachtet, dass die Kombination von niedrig viskosen Lösungsmitteln und hochmolekularer Viskose normalerweise keine stabilen Emulsionen erzeugte. Beispielsweise versagten Emulgatoren und relativ niedrig viskose Lösungsmittel wie Dichlorobenzol, Chloroform, Chloroform und Paraffin, Paraffin, Hexan, Cyclohexan, Silikonöl, Mineralöl und Toluol alle, stabile Emulsionen mit hochmolekularer Viskose zu liefern. Im Allgemeinen führt die Unfähigkeit, stabile Emulsionen zu erzeugen zu großen unbrauchbaren Klumpen von teilweise dexanthatierter Zellulose statt zu kugelförmigen Zellulosepartikeln.
Es wurde auch beobachtet, dass bei Zunahme der Viskosität des Lösungsmittels, die Stabilität der Emulsion zunahm. Zum Beispiel erzeugte Arcoprim (Viskosität etwa 78,5 cSt) eine relativ schwache Emulsion und lieferte Partikel von unregelmäßiger Größe und Form. Hochviskose Lösungsmittel wie Polypropylenglykol 1200 (Viskosität etwa 160 cSt), Polymeg 650 (Viskosität etwa 650 cSt), und Cargille Typ B Immersionsöl (Viskosität etwa 1250 cSt) ergaben stabile Emulsionen, wenn sie in Verbindung mit einem Emulsionsmittel verwendet wurden, und führten auch zu zufriedenstellenden kugelförmigen Partikeln. Ein bevorzugtes Lösungsmittel ist Polypropylenglykol 1200.
Die Emulsionsmittel können optimiert werden, um die Stabilität der Emulsionen zu variieren. Bevorzugte Emulsionsmittel, die in Verbindung mit Polypropylenglykol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1200 benutzt werden, umfassen Sorbitanmonooleat und Tween-80® (Polyoxyethylene (20) sorbitanmonooleat) und Trylox CO -5®. Ein bevorzugtes Gewichtsprozent-Verhältnis von Sorbitanmonooleat zu Tween-80® in Polypropylenglykol ist 75-98 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 2-25 Gew.-% Tween-80®. Besonders bevorzugte Gewichtsprozent-Verhältnisse von Sorbitanmonooleat zu Tween-80® in Polypropylenglykol sind 80-20 Gew.-% beziehungsweise 96,5-3,5 Gew.-%. Ein bevorzugtes Gewichtsprozent-Verhältnis von Sorbitanmonooleat zu Trylox CO-5® in Polypropylenglykol ist 9-30 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 70-91 Gew.-% Trylox CO-5®. Ein besonders bevorzugtes Gewichtsprozent-Verhältnis ist 9,724 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 90,275 Gew.-% Trylox CO-5®.
Ein geeigneter Test, um ein optimiertes Emulsionssystem zu bestimmen, kann ohne weiteres mit einer Probemischung durchgeführt werden, die durch Hinzufügen von technischer Viskose (0,3 ml) zu Polyethylenglykol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1200 (1,5 ml), das zuvor mit variierenden Gewichtsprozenten von Emulgatoren vermischt wird, erhalten wird. Die Probemischung wird eine Minute vermischt, und die Mischung wird verwendet, um Wintrobe-Erythrocyten-Sedimentierungsrohre zu füllen. Zwei Rohre werden für jede Mischung gebraucht, und die Rohre werden dann 5 Minuten zentrifugiert. Es wird ein Verhältnis gebildet zwischen der Menge an immer noch, nach der Zentrifugation, emulgierter Viskose und dem totalen Gesamtvolumen der Flüssigkeit im Sedimentierungsrohr. Von den Emulsionen mit den höchsten Verhältnissen an emulgierter Viskose-Menge zum Gesamtflüssigkeit-Volumen wird angenommen, dass sie die optimalen Emulgatorenkonzentrationen haben. Der Emulsionssystem Test wird normalerweise doppelt durchgeführt, und die Ergebnisse werden gemittelt. Kleine Unterschiede bei der Viskosetemperatur, Raumtemperatur oder genauen Zeit der Zentrifugation werden korrigiert durch die Verwendung der optimalen Konzentration aus einem früheren Lauf als Referenz.
Eine andere Methode, um die Stabilität eines bestimmten Emulsionssystems zu bestimmen, kann durch einen Visualisierungstest erfolgen. Um den Test auszuführen, wird ein Tropfen der zu visualisierenden Viskoseemulsion auf einen sauberen Glasobjektträger gegeben, und ein anderer Objektträger wird leicht versetzt auf Oberseite dieses Tropfens gegeben. Der untere Objektträger wird dann in einem abwärts gerichteten Winkel gehalten, was dem oberen erlaubt, langsam herunterzugleiten und eine Einzelschicht von Emulsionströpfchen auf dem ursprünglichen Objektträger zu hinterlassen. Dieser Objektträger wird dann in einer senkrechten Position trocknengelassen. Nach dem Trocknen für etwa 2 Tage wird der Objektträger für etwa 1 oder 2 Tage in einen mit Aceton gefüllten Coplin-Topf gestellt, um das verbleibende Lösungsmittel zu entfernen. Nach Entfernen des Lösungsmittels vom Träger wird der Objektträger direkt unter einem Mikroskop bei schwacher Leistung betrachtet. Dies erlaubt eine Visualisierung der Größe der emulgierten Viskose zur Zeit der Emulsionsbildung.
Die Verwendung dieser einfachen Tests ermöglicht es, die Konzentration der Emulgatoren im flüssigen Träger in Gewichtsprozent auf etwa ein Tausendstel Prozent festzulegen. Diese Genauigkeit ist bevorzugt, um ein optimiertes Emulsionssystem zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, zu erreichen. Wenn eine technische Viskose verwendet wird, um erfindungsgemäße Zellulosepartikel herzustellen, wird bevorzugt eine Salzlösung der Viskose hinzugefügt. Es werden kugelförmige Partikel erhalten, und diese Kugeln sind kleiner als die Partikel, die mit Hilfe desselben Prozesses ohne hinzufügen einer Salzlösung zu der Viskoseemulsion erhalten wurden. Typischerweise kann die Salzlösung Kaliumchloridlösungen umfassen.
Eine weiteres Verfahren für die Herstellung kleinerer Kugeln ist die Mischzeit bei der Bildung der Viskosepartikel zu verlängern.
Die Bildung der gewünschten kugelförmigen Zellulosepartikeln in Abwesenheit von Säure ist auch von der Temperatur abhängig, die verwendet wird, um die Emulsion zu bilden, und der Temperatur, die verwendet wird, um die Zellulose aus der Viskose zu regenerieren. Bei Temperaturen über Raumtemperatur, wird bei Steigerung der Temperatur der Bereich der Größenverteilung der Partikel im Allgemeinen gesteigert, die Partikel sind für die Bildung von Aggregaten und Klumpen anfälliger, und die Partikel können je nach Umgebungsdruck weicher und poröser sein. Vorzugsweise wird, wenn das erfindungsgemäße Verfahren bei atmosphärischem Druck durchgeführt wird, die Temperatur unterhalb von 30ºC gehalten; am meisten bevorzugt sind die Emulsions- und Regenerierungstemperaturen im Bereich von 20ºC bis 30ºC. Den Umgebungsdruck zu steigern und die Temperatur unterhalb 20 C zu senken kann Partikel mit reduzierter Porosität produzieren; die Regenerationszeit wird jedoch gesteigert und die Produktionsrate dementsprechend reduziert. Es ist auch beobachtet worden, dass die Endtemperatur der Emulsion niedriger ist, wenn die verwendeten Lösungsmittel unter Kühlung gelagert werden und die Temperatur des Mischer-Kühlbads niedrig ist.
Die Partikel, die nach der Regeneration erhalten werden, sind relativ weich und können, wenn sie falsch gehandhabt werden, leicht deformiert werden. Deshalb werden die regenerierten Zellulosepartikel bevorzugt in nichtpolaren Lösungsmitteln wie Hexan oder Toluol suspendiert, um den flüssigen Träger herauszuziehen und ein Aushärten der Partikel einzuleiten. Weiteres Aushärten tritt durch Rühren der Partikel in einer sauren alkoholischen Lösung, wie 30% Essigsäure in Ethanol, 30% Propansäure in Propanol oder 20% Phosphorsäure in Ethanol ein. Bevorzugt wird das Aushärten der Partikel in einer sauren alkoholischen Lösung bei niedrigen Temperaturen im Bereich von -30ºC bis 30ºC vorgenommen.
Als abschließender Verfahrensschritt kann das Härten der Partikel durch abgestuftes Versetzten der Partikel mit gestuften Gradienten von Dimethylsulfoxid und t- Butylmethylether, Dimethylsulfoxid und Diethylether oder Dimethylsulfoxid und Propanol-Lösungen bei Temperaturen von -30ºC bis 30ºC beschleunigt werden; bei höheren Temperaturen ist die Reaktion schneller bei niedrigeren Temperaturen sind die entstehenden Partikel gleichförmiger.
Die im Wesentlichen kugelförmigen Zellulosepartikel, hoher Dichte nach dieser Erfindung sind für eine Vielzahl von Anwendungen hilfreich. Wenn die Zellulosepartikel mit einem polaren chromatographischen Liganden modifiziert werden, kann das Material als ein Hochleistungs-, Dünnschichtchromatographische - Sorptionsmittel verwendet werden, um biologische Materialien wie Nukleinsäuren, Oligonukleotide oder verwandte Verbindungen zu trennen. Dasselbe modifizierte Material kann in einer kleinen Säule als ein Ionenaustausch-Sorbent verwendet werden, um Biomoleküle zu reinigen. Wenn die Zellulosepartikel mit einem nicht polaren chromatographischen Liganden modifiziert werden, kann das Material bei Festphaseextraktionen verwendet werden wie in analytischen Wirkstofftestverfahren oder beim Extrahieren von schwierig zu entfernenden organischen Materialien aus wässrigen Lösungen. Im unveränderten Zustand ermöglichen die außergewöhnlichen physikalischen Eigenschaften der Zellulosepartikel nach dieser Erfindung eine Verwendung als volumengebendes oder Füllmittel in Kosmetika, Pharmaka oder Nahrungsprodukten.
Mehrere Beispiele, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreiben, werden unten angegeben. Diese Beispiele dienen nur illustrativen Zwecken und sollen den Umfang der Erfindung nicht eingrenzen.

Beispiel 1

Cargille Typ B Immersionsöl (200 ml, Viskosität 1250 cSt) wurde kurz mit 80 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 20 Gew.-% Tween-80 (1,064 g, Gesamtgewicht der oberflächenaktiven Stoffe) gemischt und zu einer Lösung technischer Viskose (33,5 ml), verdünnt mit Wasser (33,5 ml), hinzugefügt. Die Mischung wurde bei höchster Geschwindigkeit eines Hamilton-Beachblender zwei Minuten gemischt, auf eine konstante Temperatur von 38ºC erwärmt, gerührt und über Nacht mit einer Geschwindigkeit von 377 U/min gerührt. Zu der Reaktionsmischung wurde Cyclohexan (100 ml) hinzugefügt; die sich bildenden Partikel wurden abgefiltert und mit Ethanol gewaschen. Die Teilchen wurden dann in 40%iger Essigsäure in Ethanol gerührt. Nach einstündigem Rühren wurden die Partikel mit 1-Propanol gewaschen und dann in den unten beschriebenen Lösungsmittel-Mischungen für bis zu einer Stunde pro Lösungsmittelmischung getränkt. Das erste verwendete Lösungsmittel war 100% Dimethylsulfoxid (DMSO), gefolgt durch Lösungen aus 75% DMSO/25% t- Butylmethylether (TBME), 50% DMSO/50% TBME, 25% DMSO/75% TBME und 100% TBME. Nach dem letzten Waschen mit TBME wurden die Perlen auf einem Glasfiltertrichter trocken gesaugt. Die folgenden Größenverteilungen wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 53-177 um-90%; 25-53 um-10%.

Beispiel 2

Technische Viskose (33,5 ml) wurde zu Wasser (33,5 ml) hinzugefügt und gerührt bis eine homogene Viskoselösung erhalten wurde. Arcoprim 350® (200 ml, Viskosität 78,9 cSt) wurde für 10-15 Sekunden mit 80 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 20 Gew.-% Tween-80® (1,064 g, Gesamtgewicht der oberflächenaktiven Stoffe) in einem separaten Kolben gemischt und die Viskoselösung wurde hinzugefügt. Die resultierende Mischung wurde zwei Minuten mit hoher Geschwindigkeit gemischt, in einen Reaktionskolben überführt und bei 400 U/min über Nacht bei einer konstanten Temperatur von 39ºC gerührt. Die entstandenen Partikel wurden gewaschen und in einer Mischungen aus Lösungsmitteln auf dieselbe Art, wie in Beispiel 1 beschrieben, getränkt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet:
53-177 um-61%; 25-53 um-29%; über 177 um-10%.

Beispiel 3

Technische Viskose (35 ml) wurde zu Wasser (35 ml) hinzugefügt und die erhaltene Lösung wurde zu Polypropylenglykol (PPG) 1200 (200 ml, MW 1200, Viskosität 160 cSt) hinzugefügt, die mit 80 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 20 Gew.-% Tween- 80® (1,064 g Gesamtgewicht der oberflächenaktiven Stoffe) vermischt worden war. Diese Mischung wurde für 30 Sekunden vermischt, das Vermischen wurde 15 Sekunden angehalten, und die gleiche Sequenz wurde vier Mal für eine gesamte Mischdauer von zwei Minuten wiederholt. Die Mischung wurde in einen Reaktionskolben überführt und über Nacht bei 330 U/min bei einer konstanten Temperatur von 41ºC gerührt: Die entstandenen Partikel wurden bei 2500 U/min bei 21ºC für zwei und eine halbe Minute zentrifugiert. Die flüssige Phase wurde von den Partikel dekantiert, die in Hexan gerührt und dekantiert wurden. Die Partikel wurden abermals mit Hexan gerührt und dekantiert und dann mit Ethanol gerührt. Die Partikel wurden mit einem Glassfiltertrichter filtriert und mit 30% Essigsäure in Ethanol behandelt. Die erhaltenen Partikel wurden in Mischungen von Lösungsmitteln eingeweicht und in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 beschrieben behandelt, außer, dass Ethanol durch TBME ersetzt wurde. Abschließend wurden die Partikel in destilliertem Wasser gerührt, durch einen Glasfilter filtriert und an der Luft getrocknet. Ein qualitativer Molybdattest auf die Anwesenheit von Schwefel und eine Elementaranalyse von Schwefel waren beide negativ. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 53-177 um-97%; 25-53 um-3%.

Beispiel 4

Technische Viskose (100 ml) wurde zu Wasser (100 ml) hinzugegeben und die Lösung wurde zu PPG 1200 (600 ml) zugeführt, das mit 80 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 20 Gew.-% Tween-80® (1.064 g, Gesamtgewicht der oberflächenaktiven Stoffe) vermischt worden war. Das Experiment wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 ausgeführt, außer, dass die Reaktionstemperatur bei 23ºC gehalten wurde, während über Nacht gerührt wurde. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 53-177 um-67%; 25-53 um-32%; 10-25 um-1%.

Beispiel 5

PPG (550 ml) wurde mit 80 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 20 Gew.-% Tween-80® (1,064 g Gesamtgewicht der oberflächenaktiven Stoffe) vermischt und zu einer technischen Viskose (100 ml, verdünnt) hinzugefügt. Das Verfahren wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 fortgesetzt, außer, dass die Reaktionstemperatur 24ºC betrug. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 53-177 um-97%; 25-53 um-3%.

Beispiel 6

PPG 1200 (600 ml) wurde mit 80 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 20 Gew.-% Tween-80® (1,064 g Gesamtgewicht der oberflächenaktiven Stoffe) vermischt und zu technischer Viskose (100 ml, verdünnt) hinzugefügt. Die Mischung wurde bei hohem Druck unter Verwendung eines Piston-Typ Fluidizer emulgiert und in einem Reaktionskolben über Nacht bei 23ºC mit 375 U/min gerührt. Das Verfahren wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 3 fortgeführt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 53-177 um-82%; 25-53 um-18%.

Beispiel 7

PPG 1200 (300 ml) wurde mit 80 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 20 Gew.-% Tween-80® (1,064 g Gesamtgewicht des oberflächenaktiven Materials) gemischt und zu technischer Viskose (100 ml) hinzugefügt. Die Mischung wurde in einem Reaktionskolben bei 500 U/min bei einer konstanten Temperatur von 22ºC gerührt. Das Verfahren wurde dann auf dieselbe Weise wie in Beispiel 3 fortgesetzt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 53-177 um- 82%; 25-53 um-5%; über 177 um-13%.

Beispiel 8

PPG 1200 (600 ml) wurde mit 80 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 20 Gew.-% Tween-80® (3,18 g Gesamtgewicht der oberflächenaktiven Stoffe) gemischt und zu einer Lösung von technischer Viskose (100,5 ml) und Wasser (100,5 ml) hinzugefügt. Die Mischung wurde mit Hilfe eines handelsüblichen Waring Mixers ausgerüstet mit einem Kühlkranz und einer Kühlschlange für vier Minuten (-10ºC, Temperatur des zirkulierenden Wassers) mit hoher Geschwindigkeit vermischt. Die Mischung wurde über Nacht bei 200 U/min bei 24ºC gerührt. Das Verfahren wurde dann auf dieselbe Art wie in Beispiel 3 fortgesetzt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 53-177 um-11%; 25-53 um-77%; 10-25 um-8% über 177 um-4%.

Beispiel 9

PPG 1200 (600 ml) wurde mit einem Emulgator gemischt (24 ml, 96,5, Gew.-% Sorbitanmonooleat und 3,5 Gew.-% Tween-80 ) und zu unverdünnter Viskose (200 ml) hinzugefügt. Das Verfahren wurde dann auf dieselbe Art wie in Beispiel 8 beschrieben fortgesetzt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 53-177 um-72%; 25-53 um-28%.

Beispiel 10

Polymeg 650® (Polytetramethylenetherglykol, 300 ml) wurde mit einem Emulgator (12 ml, 96,5% Sorbitanmonooleat und 3,5% Tween-80®) gemischt und zu unverdünnter Viskose (100 ml) hinzugefügt. Die Mischung wurde mit Hilfe eines handelsüblichen Waring Mixers, ausgerüstet mit einem Kühlkranz und einer Kühlschlange, für 7 Minuten (-10ºC, Temperatur des zirkulierenden Wassers) mit hoher Geschwindigkeit vermischt. Die Mischung wurde bei 628 U/min über Nacht bei 24ºC gerührt. Nach Zentrifugieren bei 2500 U/min für 2,5 Minuten bei 21ºC wurde der flüssige Bruchteil abdekantiert und verworfen. Die Partikel wurden zweimal in Propanol gerührt und dekantiert. Die Partikel wurden filtriert und zu einer Lösung aus 20% phosphoriger Säure in Ethanol hinzugefügt. Die Partikel wurden gewaschen, gefolgt von der Prozedur, die in Beispiel 3 beschrieben wurde. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 53-177 um-98%; 25- 53 um-2%.

Beispiel 11

Technische Viskose (100 ml) wurde mit einer Lösung 1 M Kaliumchlorid (100 ml) verdünnt und die erhaltene Lösung wurde zu einer gemischten Lösung aus PPG 1200 (500 ml), 95,9 Gew.-% Sorbitanmomooleat und 4,1 Gew.-% Tween-80® hinzugefügt (22 ml Gesamtvolumen der oberflächenaktiven Stoffen). Die Bildung von Partikeln wurde entsprechend dem oben in Beispiel 8 beschriebenen Verfahren ausgeführt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 25-53 um-80%; 10-25 um-20%. Die mikroskopische Prüfung zeigte einen viel höheren Prozentsatz an Partikeln im Bereich von 10-25 um, wobei viele Partikel, eine Größe von weniger als 10 um besaßen, aber die niedrigere Masse dieser Partikel verhinderte eine Trennung mit handelsüblichen Sieben.

Beispiel 12

Technische Viskose (100 ml) wurde mit einer wässrigen Kaliumchloridlösung (5,56 g KCl in 25 ml Wasser) verdünnt, was zu einer Konzentration des Salzes in der verdünnten Viskoselösung von etwa 1 M führte. Die entstehende Lösung wurde zu einem Lösungsmittelgemisch von PPG 1200 (275 ml), 95,9 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 4,1 Gew.-% Tween-80® (12 ml Gesamtvolumen der oberflächenaktiven Stoffe) hinzugefügt. Die Mischung wurde mit Hilfe eines handelsüblichen Waring Mixers für 10 Minuten auf Geschwindigkeit #6 gemischt, gefolgt von 2 Minuten auf Geschwindigkeit #7, in der gleichen Weise wie Beispiel 8, und die Bildung der Partikel wurde entsprechend dem oben in Beispiel 4 beschriebenen Verfahren ausgeführt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 25-53 um-78%; 10-25 um-22%. Die mikroskopische Prüfung zeigte im Gegensatz zur durch Sieben erreichten Verteilung einen viel höheren Prozentsatz der Partikel im Bereich von 10-25 um, mit vielen Partikeln, die eine Größe von weniger als 10 um besaßen, aber die niedrigere Masse dieser Partikel verhinderte eine Trennung mit handelsüblichen Sieben.

Beispiel 13

Technische Viskose (120 ml) wurde zu einer verblendeten Lösung aus PPG 1200 (300 ml), 9,724 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 90,276 Gew.-% Trylox CO-5® hinzugefügt (22 ml Gesamtvolumen der oberflächenaktiven Stoffe, das von Emery hergestellte Trylox CO-5 war ein Rizinusölethoxylat, das 5 Mol Ethylenoxid pro Mol Rizinusöl enthält. Die Mischung wurde insgesamt 3 Minuten mit niedriger Geschwindigkeit unter Verwendung eines handelsüblichen Waring Mixers in der gleichen Weise wie in Beispiel 8 gemischt, und die Bildung der Partikel wurde entsprechend dem Verfahren, das oben in Beispiel 4 beschrieben wurde, ausgeführt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 38-53 um- 52%; 25-38 um-37%; 10-25 um-11%.

Beispiel 14

Technische Viskose (600 ml) wurde zu einer verblendeten Lösung von PPG 1200 (1500 ml), 30,0 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 70 Gew.-% Trylox CO-5® (110 ml Gesamtvolumen der oberflächenaktiven Stoffe) hinzugefügt. Diese Mischung wurde insgesamt für 3 Minuten bei niedriger Geschwindigkeit unter Verwendung eines handelsüblichen Waring Mixers, in der gleichen Weise wie in Beispiel 8, gemischt und die Bildung der Partikel wurde entsprechend dem in Beispiel 4 beschriebenen Verfahren ausgeführt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 38-53 um-86%; 25-38 um-14%. Die Partikel waren hauptsächlich einzelne Kugeln, obwohl auch einige Anhäufungen von Kugeln auftraten.

Beispiel 15

Technische Viskose (125 ml) wurde zu einer verblendeten Lösung von PPG 1200 (250 ml), 0,725 Gew.-% Sorbitanmonooleat und 90,275 Gew.-% Trylox CO-5® (15 ml Gesamtvolumen der oberflächenaktiven Stoffe) hinzugefügt. Diese Mischung wurde für insgesamt 15 Minuten bei mittlerer Geschwindigkeit unter Verwendung eines handelsüblichen Waring Mixers auf die gleiche Weise wie in Beispiel 8 gerührt, und die Bildung der Partikel wurde entsprechend dem Verfahren, das oben in Beispiel 4 beschrieben ist, ausgeführt. Die folgende Größenverteilung wurde nach trockenem Sieben beobachtet: 38-53 um-11%; 25-38 um-82%; 10-25 um-7%.

Beispiel 16

Zellulosepartikel (38-53 um) wurden in eine 8,5 · 0,8 cm Michael-Miller-Säule mit Hilfe der Aufschlämmtechnik, wie in der Ace Michael-Miller Broschüre beschrieben, gepackt. Die Säule wurde bei etwa 120 psi Vorvakuum mit Hilfe einer Flüssigkeitsdosierpumpe gepackt. Lösungsmittel (Wasser oder ein 2 M KCl-Lösung) wurde über 64 Stunden bei einem Vordruck von etwa 100 psi durch die Schicht gepumpt. Es wurden Flussraten von 370 ml pro Stunde bei stabilem Schichtvolumen aufgezeichnet. Die Prüfung der Zelluloseteilchen unter dem Mikroskop (100x) zeigte keine sichtbaren Teilchendeformationen.
Ähnlich wurden Zellulosepartikel (38-53 um) trocken in einer 8,5 · 0,8 cm Michael- Miller-Säule gepackt, die dann mit einer Flüssigkeitsdosierpumpe verbunden wurde, die bei etwa 40 psi Vorvakuum lief. Das Schichtvolumen stieg bei Befeuchten um etwa 6% an. Ein Volumen von 5 Litern 2 M KCl wurde durch die Säule gegeben. Das Schichtvolumen blieb während des Versuchs konstant.

Beispiel 17

Es wurden Zellulosepartikel (20-38 um) 2 Stunden in Wasser eingeweicht, anschließend durch einen Glassinterfilter filtriert, über Nacht bei Raumtemperatur an der Luft trocknen gelassen und dann gewogen (2,9917 g). Die luftgetrockneten Partikel wurden dann in einem Vakuumexsikkator für 24 Stunden bei einem verminderten Druck von (10&supmin;³ mm Hg) getrocknet und wiedergewogen (Endgewicht 2,7799 g). Der Gewichtsverlust, verursacht durch das verbliebene an den Partikeln absorbierte Wasser, betrug etwa 7%.

Beispiel 18

ANLAGERUNG VON PEI AN ZELLULOSE MIT BENZOQUINON

Polyethylenimin (PEI) wurde an Zellulose mit Hilfe von Benzoquinon auf die folgende Weise angelagert. Zellulose (0,4117 g) wurde eine Stunde im Beisein eines Acetatpuffers (0,1 M, pH 5,4) stehen gelassen und filtriert. Fünfzig (50) ml einer Lösung, hergestellt durch Auflösen von Benzoquinons (1,6215 g) in einer Lösung von Ethanol (60 ml) und Acetatpuffer (240 ml), wurde dem Zellulosefiltrat hinzugefügt, und der Reaktionskolben wurde eine Stunde sanft rotiert. Die Zellulose wurde mit 0,5 M Natriumchlorid und Acetatpuffer gefiltert und gewaschen bis das Gewaschene nicht auf Base reagierte. Eine Lösung von PE118 (111,3 mg) in Ethanol (100 ml) wurde dann zu der nassen Zellulose hinzugefügt. Die Mischung wurde vor Licht geschützt und der Reaktionskolben wurde über Nacht sanft rotiert. Der entstehende Festkörper wurde mit Acetatpuffer (500 ml), Natriumchlorid (500 ml) und Methanol (500 ml) gewaschen. Dem Festkörper wurde Essigsäure (20%) in Acetatpuffer hinzugefügt, die Mischung wurde verwirbelt, zentrifugiert, dekantiert und ausgetragen (blotted). Diese Abfolge wurde viermal wiederholt. Die Partikel wurden qualitativ auf die Gegenwart von Aminen getestet und die Ergebnisse des Tests waren positiv, was die kovalente Bindung von PEI an die Zellulosepartikel zeigt.

Beispiel 19

ANLAGERUNG VON PEI AN ZELLULOSE MIT EPICHLORHYDRIN

PEI wurde an Zellulose mit Hilfe von Epichlorohydrin in der folgenden Weise gebunden. Zellulosepartikel (1,0 g) wurden eine Stunde mit Acetatpuffer (0,1 M, pH 5,4) equilibriert und gefiltert. Eine Natriumborohydridlösung (5 ml, hergestellt durch Mischen von Natriumhydroxid (500 ml, 2 N) und Natriumborohydrid (2,5 g) und Verdünnen der Mischung 1 : 2 mit Wasser) wurde zu den equilibrierten Zellulosepartikeln hinzugefügt. Der Mischung wurde Epichlorohydrin (1,0 ml) hinzugefügt und der Reaktionskolben wurde eine Stunde bei 60ºC sanft rotiert. Die Mischung wurde mit warmem Wasser (60ºC) gewaschen, mit einer PEI&sub1;&sub8;-Lösung (4 ml, 37 mg PEI/ml) gemischt, und der Reaktionskolben wurde für weitere 30 Minuten bei 60ºC rotiert. Das Produkt wurde dann mit heißer Lauge gewaschen. Elementaranalyse: 3,03% Stickstoff, entsprechend 96,06 mg je 1,0 g Zellulose gebundenem PEI.

Beispiel 20

ANLAGERUNG VON PEI AN ZELLULOSE MIT EINEM DIGLYCIDYLETHER

Eine Lösung (1 ml, Natriumhydroxid (0,6 M) 2 mg Natriumborohydrid enthaltend) wurde zu 1,4-Butandioldiglycidylether (1,0 ml) hinzugefügt. Die Mischung wurde zu Zellulose (1,0 g) hinzugefügt und der Reaktionskolben für sieben Stunden bei 30ºC rotiert. Die Zellulose wurde mit Wasser gewaschen und zu einer Lösung (4 ml), die PE118 (148,78 mg) enthielt, hinzugefügt. Der Reaktionskolben wurde bei 35ºC für 30 Minuten rotiert und das Produkt wurde mit warmem Wasser (80-90ºC) und wässrigem NaCl/NaOH (1 M) gewaschen. Elementaranalyse: 3,60% Stickstoff, entsprechend 110,57 mg pro 1,0 g Zellulose gebundenem PEI.

Claims

1. Chromatographischer Träger, der im wesentlichen kugelförmige, unvernetzte Zellulosepartikel von hoher Dichte umfasst, wobei diese Partikel eine trockene Schüttdichte (scheinbare Dichte) von 0,65 bis 0,85 g/ml besitzen, wobei die Partikel in jeder Charge einen durchschnittlichen Durchmesser der Charge in dem Bereich von 10 um bis 200 um besitzen und wobei die Partikel im wesentlichen in wässriger und organischer Lösung nicht quellend sind.

2. Zellulosepartikel nach Anspruch 1, wobei die Partikel in wässrigen Lösungen von bis zu wenigstens 3,0 M Kaliumchlorid und 8 M Harnstoff formstabil sind.

3. Zellulosepartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin chromatographische Liganden umfassend, die an die Partikel kovalent gebunden sind.

4. Zellulosepartikel nach Anspruch 3, polare chromatographische Liganden umfassend, die an die Partikel kovalent gebunden sind.

5. Zellulosepartikel nach Anspruch 3, nicht polare chromatographische Liganden umfassend, die kovalent an die Partikel gebunden sind.

6. Zellulosepartikel nach Anspruch 4, wobei die kovalent gebundenen Liganden ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Aminoethyl, Diethylaminoethyl, Epichlorhydrin, Triethanolamin, Polyethylenimine, Methylpolyethylenimine, Benzyldiethylaminethyl, Diethyl-[2-hydroxypropyl]-aminoethyl, Triethylaminoethyl, Sulphopropyl, Carboxymethyl, Sulphonate, quaternäres Ammoniumethyl, Antigene und Antikörper.

7. Zellulosepartikel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Partikel bei Drücken wenigstens bis zu 827 kPa (120 psi) formstabil sind.

8. Verfahren zur Herstellung im wesentlichen kugelförmiger, unvernetzter Zellulosepartikel mit hoher Dichte gemäß Anspruch 1, umfassend die Schritte:

Herstellung einer stabilen Viskoseemulsion im Beisein wenigstens eines Emulgierungsmittels und eines flüssigen Trägers, wobei die Temperatur der Viskose während der Emulsionsbildung weniger als 30ºC beträgt;

Rückgewinnung von Zellulose aus der Viskose in Abwesenheit von Säure bei ständiger Bewegung unter stationären hydrodynamischen Bedingungen über eine Zeitspanne zur Erzeugung einer Dispersion aus deformierbaren Partikeln von gleichmäßiger Größe;

Inkontaktbringen der Dispersion der deformierbaren Partikel mit einem Lösungsmittel, welches geeignet ist, eine teilweise Extraktion des flüssigen Trägers aus der Emulsion zu bewirken, wobei die deformierbaren Partikel teilweise auszuhärten beginnen; und

Härten der deformierbaren Partikel, wobei Partikel von hoher Dichte mit einem mittleren Durchmesser der Charge im Bereich von im wesentlichen 10 um bis im wesentlichen 200 um erzeugt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Temperatur 20 bis 30ºC beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der flüssige Träger bei Temperaturen von 20 bis 30ºC eine Viskosität größer als 1,5 · 10&supmin;&sup4;m²s&supmin;¹ (150 cSt) besitzt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der flüssige Träger Polypropylen Glykol ist, mit einem mittleren Molekulargewicht von etwa 1200 und einer Viskosität von etwa 1,6 · 10&supmin;&sup4;m²s&supmin;¹ (160 cST) bei Temperaturen von 20 bis 30ºC.

12. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Emulsion in Beisein von wenigstens 2 Emulgatoren gebildet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Emulgatoren neutrale oberflächenaktive Substanzen sind, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sorbitan, Polyoxyethylen (20) Sorbitan-Monooleat und Rizinusöl-Ethyoxylat.

14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Partikelhärtung ein Rühren der deformierbaren Artikel in einer sauren alkoholischen Lösung umfasst.

15. Verfahren nach Anspruch 8, weiterhin die Zugabe einer Salzlösung zu der Viskoseemulsion umfassend.

16. Sphärische, unvernetzte Zellulosepartikel von hoher Dichte gemäß Anspruch 1, hergestellt durch ein Verfahren, welches die Schritte umfasst:

Herstellen einer stabilen Viskoseemulsion im Beisein von wenigsten einem Emulgator und einem flüssigem Träger, wobei die Temperatur der Viskose während der Bildung der Emulsion die Viskose nicht thermisch zersetzt;

Regenerierung der Zellulose aus der Viskose in Abwesenheit von Säure über eine Zeitspanne bei fortlaufender Agitation unter stationären hydrodynamischen Bedingungen zur Erzeugung einer Dispersion deformierbarer Partikel und gleichmäßiger Größe;

Inkontaktbringen der Dispersion aus deformierbaren Partikeln mit einem Lösungsmittel, welches geeignet ist, eine teilweise Extraktion des flüssigen Trägers aus der Emulsion zu bewirken, wobei die deformierbaren Partikel teilweise auszuhärten beginnen; und Härten der deformierbaren Partikel.

17. Chromatographischer Träger, im wesentlichen kugelförmige unvernetzte Zellulosepartikel von hoher Dichte gemäß Anspruch umfassend, wobei die Partikel eine scheinbare Trockendichte (Schüttdichte) von 0,65 bis 0,85 g/ml besitzen, wobei der Mittelwert der Durchmesser der Partikel in einer Charge zwischen 10 um und 200 um liegt, wobei die Partikel grundsätzlich in wässriger und organischer Lösung nichtquellend sind und wobei die Partikel erhältlich sind mit einem Verfahren, welches die Schritte umfasst:

Herstellen einer Emulsion aus Viskosetröpfchen in einer mit Wasser nicht mischbaren Trägerflüssigkeit bei einer Temperatur von nicht mehr als 30ºC, Regenerieren der Zellulose aus der Viskose zur Erzeugung einer Dispersion aus gleichmäßig großen, deformierbaren Zellulosepartikeln, Inkontaktbringen der Dispersion mit einem Lösungsmittel, welches geeignet ist, eine partielle Extraktion der Trägerflüssigkeit zu bewirken, wodurch die Partikel teilweise gehärtet werden, und Aushärten der Partikel.

18. Sphärische, unvernetzte Zellulosepartikel hoher Dichte gemäß Anspruch 1, hergestellt durch ein Verfahren, das die Schritte umfasst:

Herstellen einer stabilen Viskoseemulsion im Beisein wenigstens eines Emulgators und eines flüssigen Trägers;

wobei die Temperatur der Viskose während der Bildung der Emulsion nicht mehr als 30ºC beträgt; Regenerieren der Zellulose aus der Viskose im Abwesenheit von Säure über eine Zeitspanne bei ständigem Bewegen unter stationären hydrodynamischen Bedingungen zur Erzeugung einer Dispersion aus deformierbaren Partikeln gleichmäßiger Größe;

Inkontaktbringen der Dispersion der deformierbaren Partikel mit einem Lösungsmittel, das geeignet ist, eine partielle Extraktion des flüssigen Trägers aus der Emulsion zu bewirken, wobei die deformierbaren Partikel teilweise auszuhärten beginnen; und

Härten der deformierbaren Partikel zur Erzeugung von Partikeln hoher Dichte mit einem mittleren Durchmesser im Bereich von 10 um bis 200 um.