JP2003530571A - 繊維強化プラスチック被膜を有するモノリシック吸着剤 - Google Patents
繊維強化プラスチック被膜を有するモノリシック吸着剤Info
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Abstract
Description
る。これにより、僅かな空所(dead space)のみを残す、モノリシック吸着剤の機
械的に安定な被覆が容易になる。 粒状吸着剤を有する従来のクロマトグラフィーカラムの生産においては、充填
材料を、きつく締まった端部を有するステンレススチールまたはプラスチック管
中に導入する。この結果、吸着剤床が、カラムのジャケットと密に接触し、粒子
が、カラムの断面全体にわたり均一に分布する。
が、モノリシック吸着剤で置換されている場合には、液密性(liquid-tight)およ
び圧力安定方式での吸着剤の被覆を密封する問題が発生する。無機および有機モ
ールディングは、生産の間に収縮し得、この結果最初の被覆中には残留し得ない
。これらに、新たな液密性および圧力安定性被覆を提供しなければならない。こ
のような方法によってのみ、試料および溶出液が、吸着剤を通ってのみ輸送され
ることが確実になる。
開示されている。これらは、例えば、圧力安定性プラスチック、例えばPEEK
(ポリエーテルエーテルケトン)または繊維強化PEEKでの被覆を含む。しか
し、このタイプの材料でモノリシック吸着剤を被覆する試みは、被覆の機械的安
定性が、唯一の決定的な要因ではないことを示した。
m)により、および他方においてピーク対称により表すことができる。良好な分
析カラムは、70,000〜100,000N/mの分離効率を有する。ピーク
形状は、理想的な場合において、ガウスベル形状に相当する。この対照的な形状
からの逸脱は、「フロンティング(fronting)」または「テーリング(tailing)」
をもたらす。カラム本体およびピーク対称の固有の分離効率は、溶媒密性密封の
ためのポリマーで被覆した後の、クロマトグラフィー使用試験において変化して
はならない。
と接触していない。このカラムは、カラム本体/ポリマー界面における一層迅速
な試料の輸送の結果、最初からのプレピーク(pre-peak)または少なくとも「ピー
クフロンティング」を示す。 不適切なポリマーでの被覆はまた、最初のクロマトグラフィー試験において良
好な分離効率およびピーク対称をもたらし得るが、さらなる使用において2つの
品質パラメーターにおける変化/悪化をもたらす。
蔵した(例えば、アセトニトリル/水、60/40中での4週間の貯蔵)際の、
ピークテーリングの増大である。他の現象は、被覆の形状の変化による分離効率
の減少と同時に生じ得る、ピークフロンティングの増大である。
溶媒の膨潤特性により生じることが見出された。例えばシリカゲル製の、堅く、
脆い無機モールディングの被覆は、特に問題になる。ポリマー(例えばPEEK
)は、高い加工温度においてモールディング上で溶融するため、これは、最初に
これに強力に接着する。ポリマーを冷却する際に、ポリマーの「移動」(収縮)
が発生し、一方モールディングは、この寸法において堅いままである。応力が、
製造過程において蓄積する。ポリマーが、ここで溶媒と接触する場合には、これ
は、溶媒を吸収し、膨潤する。製造過程において蓄積した応力は、長さ方向およ
び横断方向に消散する。この結果、多孔性シリカゲル本体の小さい崩壊が、界面
において発生する。シリカゲルに強力に接着するポリマーの固有の移動は、界面
におけるシリカゲルの「連行」により、穴の形成を生じる。この結果、分離効率
の減少および極端な場合においては強力なピークフロンティングが生じる。
ない追加の拡散現象を生じる、ポリマー被覆における微孔性構造により、説明す
ることができる。
性をすべて有しなければならないことを示す: −クロマトグラフィー中の従来の溶媒、例えばアセトニトリル、MeOH、水、
ジオキサン、ヘプタンなどに対して溶媒安定である(その理由は、可動相が、こ
れらの成分の1種または2種以上からなるからである)。 −機械的に安定であって、比較的高い流量における問題を伴わずに、一層迅速な
クロマトグラフィーを実施することが可能である。比較的高い流量において、背
圧がカラム内に蓄積する。ポリマーは、200バールまでの背圧においても、こ
の形状を変化させてはならない。
本体界面における制御されていない溶出流による分離効率の低下および物質ピー
クまたはプレピークのフロンティングを回避する。 −孔非保有であって、被覆の微孔における制御されていない拡散現象による物質
ピークの不利なテーリングを回避する。
適な被覆を提供することにあった。目的は、特に、僅かな空所のみを残すモノリ
シックカラム本体との接触を改善することであった。
クモールディングとの接触のために特に極めて重要であることが見出された。機
械的安定性は、特に、繊維強化により達成することができる。従って、ある粘度
範囲における繊維強化ポリマーのみが、化学的および機械的安定性に関する要求
を満たし、同時に、僅かな空所のみを残すモノリスに適用することができる。
モノリシックモールディングであって、繊維強化プラスチックが、MVI方法に
より測定して、40〜100ml/10分の値を有する、前記モノリシックモー
ルディングに関する。 本発明の好ましい態様において、繊維強化は、炭素繊維によって製造される。 本発明の好ましい態様において、熱可塑性ポリマーは、PEEK(ポリエーテ
ルエーテルケトン)である。
トグラフィーカラムに関する。 本発明はまた、本発明に従って被覆されたモールディングの、少なくとも2種
の物質のクロマトグラフィーによる分離への使用に関する。
クロマトグラムを示す。さらなる詳細を、例1〜3に示す。 本発明の目的のために、僅かな空所のみを残す被覆は、モノリシックモールデ
ィングと被覆との間の空所が、これが、クロマトグラフィーカラムの分離効率に
悪影響を及ぼさない程度に小さいことを意味する。
用いられるように、有機および無機モールディング並びに無機/有機混成モール
ディングを被覆することができる。クロマトグラフィー分離のために、モールデ
ィングを、通常、分離エフェクターで修正するが、これは、一般的に、これらの
他の特性に影響を有しない。本発明の被覆は、特に、堅く、可撓性ではないモー
ルディングに適する。特に、WO 94/19687、WO 95/03256またはWO 98/29350に開
示されている脆い無機モールディングを、本発明に従って、僅かな空所のみを残
して被覆することができる。
ル、ポリエーテルケトン、ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリイミド、ポリ
ベンズイミダゾール、好ましくはフッ素化されているポリマー、ポリフェニレン
スルフィド、ポリエーテルスルホンまたは液晶ポリマー(LCP)、並びに2種
または3種以上のこれらの材料の混合物である。特に好ましいのは、PEEK(
ポリエーテルエーテルケトン)である。種々の粘度に加えて、これらの材料は、
特に、種々の化学的安定性、例えば溶媒安定性を示す。従って、被覆に適するプ
ラスチックの選択はまた、後に要求される化学的安定性に依存する。
下のコメントは、材料の例としてのPEEKに部分的に基づく。しかし、当業者
は、以下の開示を、種々の粘度、化学的安定性などを有する他のプラスチックに
適用することができる。
ことが見出された。特に、純粋なプラスチックで被覆されたモールディングは不
満足な分離効率を示す。最初に僅かな空所のみを残す被覆による最初の良好な分
離効率は、ポリマーが溶媒接触により膨潤し、被覆がモールディングから脱着す
るため低下する(例2参照)。さらに、モールディングへの適用の後に、収縮現
象がプラスチックの冷却の間に生じる。さらに、いくつかのプラスチックの圧力
安定性は不十分である。
ーク、タルク、雲母あるいは無機酸化物、例えば二酸化ケイ素を添加することに
よって解消することができる。本発明において、特に好ましいのは、繊維材料、
例えばガラスまたは特に炭素繊維を安定剤として含む、繊維強化プラスチックを
用いることである。ポリマーの自然の膨潤および収縮特性の低下に加えて、繊維
は、機械的安定性における特に有効な増大を示す。
クは一層脆くなる。従って、ほとんどのプラスチックがカラムに転換されるため
に十分に可撓性であるのは、40%の繊維の含量までに過ぎない。繊維をより少
なく加えるに従って、ポリマーの膨潤および収縮特性が発生する程度が大きくな
る。繊維の添加により低下するべきであるのは、まさにこれらの特性であるため
、繊維含量は、少なくとも15%でなければならない。プラスチックには、好ま
しくは、20〜35%、特に好ましくは27〜33%の繊維含量を付与する。 モールディングを繊維強化プラスチックで被覆する際に、溶媒中での長期間の
貯蔵または頻繁な使用の際にも、分離効率のわずかな低下のみが観察されたか、
または分離効率の低下は、全く観察されなかった。
モールディングを被覆するために用いることができるとは限らない。モールディ
ングに有効に適用するために、モールディングは、ある一定の粘度を有していな
ければならない。
O 1133に従って溶融容積指数(melt volume index)(MVI)に従って決
定される。該方法は、標準化された装置において実施する。この中心的な構成成
分は、出口ノズル(内径2.06mm、長さ8.00mm)を有する加熱可能な
垂直シリンダー(内径9.55mm)および(装置読みとり可能な)位置マーク
(30.00mm)を有する整合ピストンであり、これに、ある重量を負荷させ
ることができる。前記装置は、ピストンが移動した距離を測定し、および時間な
らびに温度を測定するための、正確な測定システムを含有している。
1133に基づく方法を用いた:決定を実施するために、装置を、380℃の所
定の温度に予備加熱する。予備乾燥した(150℃、12時間)プラスチックま
たはプラスチック配合物(6gの粉末または顆粒)を、シリンダー中に導入し、
圧縮する。測定温度(380℃)に達した際に、該温度をさらに240秒間保持
する。次に、重量(10kg)を自動的に加え、溶融物を、放置して流出させる
。ピストン上の低いほうの位置マークが認識された際に測定を開始し、上方のマ
ークが認識された際に測定を終了する。次に、溶融容積指数(MVI)を、ピス
トンが移動した距離、測定時間間隔(2秒)および既知のピストン面積および出
力から、機器ソフトウエアにより、ml/10分の通常の単位で決定する。
度(380℃)、重量(10kg)並びに測定時間間隔(2秒)は、特に、PE
EKおよびPEEK配合物のMVI決定を目的とした標準値である。機器形状お
よび待ち時間(240秒)は、ISO 1133において規定されている。 プラスチックは、特にこれらの架橋度およびこれらの鎖の長さに依存して種々
の粘度を示す。安定剤、例えば繊維の添加により、物質の粘度が再び変化する。
これらは、顕著に一層粘性になる。これらの観点は、本発明において好適である
プラスチックを選択する際に考慮しなければならない。
、本発明の被覆のために用いることができる。しかし、粉末の粘度は、その後の
加工段階の間に変化し得る一方、これは顆粒の場合においては、通常発生しない
ことに注意しなければならない。この理由は、粉末が、しばしば重合バッチから
直接発生し、モノマーおよびオリゴマーの残留した内容物をなお含むためである
。配合の間、モノマーはガスの形態で逃散し、後重合が発生し得る。これは、プ
ラスチックの粘度を容易に増大し得る。
初期粘度を有するプラスチックのみが、僅かな空所のみを残して被覆するために
好適であることが見出された。120より小さい値においては、プラスチックは
、配合後に、粘性が増大するため、押し出すことによって管を形成することが可
能ではあるが、モールディングに不満足な方法でしか適用することができなくな
る。本発明において好適なプラスチックのMVI値についての上限は、本質的に
、プラスチックの有用性により決定される。例えば、MVI方法により250m
l/10分より大きいPEEKは、通常は有用ではない。しかし、プラスチック
は、モールディング上で溶融させる際に液状になりすぎてはならない。
VIを有する粉末状プラスチックである。顆粒の場合において好ましいのは、1
20〜200、特に好ましくは150〜170のMVIを有する材料である。
る。即ち、これらは、添加剤、例えば繊維、着色剤などと混合される。これを、
好ましくは、押し出しスクリューを介した同時加工での添加剤の制御された添加
により実施する。さらに精密なプロセスパラメーターは、当業者に知られており
、ハンドブック、例えばHensen, KnappeおよびPotente, "Handbuch der Kunstst
offextrusionstechnik"[プラスチック押し出し技術のハンドブック]、Karl Ha
nse Verlag (1986/1989)中に示されている。
部分的に添加の時間により影響される。繊維の初期添加の場合において、これら
を配合の間粉末にし、例えば、6mmの初期長さを有する繊維は、配合の後には
数μmの平均の長さを有するのみであり得る。本発明の被覆においては、加えら
れる繊維の長さの重要性は比較的小さい。その理由は、その後の加工段階におい
ても、繊維の粉末化を生じるからである。従って、通常は、繊維を初期の段階に
おいて加える。
0%の繊維を配合した後に、MVI方法により、40〜100ml/10分、好
ましくは、MVI方法により、50〜70ml/10分であって、すでに非繊維
強化出発材料の場合でそうであったように、上限は、原則として利用可能性によ
り決定される。
り管を製造する。このタイプの成形プロセスは知られており、例えば、教科書、
Knappe, LamplおよびHeuel, "Kunststoffverarbeitung und Werkzeugbau"[プラ
スチック加工および型構成]、Karl Hanse Verlag (1992)などにより明らかにさ
れている。
前記管を、加温することによってモールディングと可能な限り最も密に接触させ
る。この段階は、僅かな空所のみを残して被覆するために重要である。本発明に
おいて好適である粘度を有する材料のみを、モールディングと十分密に接触させ
ることができる。この段階において、全体の長さにわたり均一な壁の厚さを有す
る均一な管を用いることは、有利である。
いる。このようにして被覆されたモノリシック吸着剤を製造する1つの方法は、
例えば、プラスチックをモールディング上への押し出しである。この方法におい
ては、モノリシックモールディングはクロスヘッドダイを通っての管の押し出し
に平行に移送される。新たに押し出された管は、(高温)モールディングを被覆
し、さらに、例えば圧力装置により、モールディングに対して押圧される。また
、ここで、管を押し出しにより製造する代わりに、予め成形された管を加温する
ことが可能である。冷却の間のこの機械的圧力および追加の焼結により、密な被
覆の形成がもたらされる。また、モールディングを、内径がモールディングの外
径よりもわずかに大きい、予め製作された管中に導入し、次にプラスチックを、
管が末端直径において離間し、モールディングを密に被覆することができるよう
に加温することが可能である。
収縮被覆(shrinking-on)により製造する。 次に、クロマトグラフィーカラムとして用いるために、本発明に従って被覆さ
れたモノリスに、対応するコネクター、フィルター、シールなどを設けることが
できる。被覆は、吸着剤で流れを終了させるかまたは末端において突出させるこ
とができる。このタイプの設計は、粒状またはモノリシック吸着剤を有するクロ
マトグラフィーカラムについて知られている。
媒中に貯蔵した場合および頻繁に用いた後にも、分離効率のわずかな悪化のみが
生じるか、または悪化は全く生じない。従って、本発明の被覆は、初めて、機械
的にも、そして化学的にも安定であり、僅かな空所のみを残してモノリシックモ
ールディングと接触させるクロマトグラフィーカラムの製造を確実にする。
とができると思料される。従って、好ましい態様および例は、いかなる意味にお
いても決して限定的であると考えるべきでない、単なる記述による開示であると
みなされるべきである。
日出願の対応する出願DE 100 16 825の完全な開示内容を、参照により、本出願
中に組み込む。
する。 保持時間(分)を、各々の場合において、クロマトグラムの横軸に示し、検出
信号の強度(mV)を、縦軸に示す。
RP−18e、50−4.6mmカラム(WO 98/29350に従って製造した)の
ものに対応するカラムにおける分離のクロマトグラムを示す。図1Bのクロマト
グラムを、吸着剤がクロモリス(登録商標)パフォーマンスRP−18e、10
0−4.6mmカラム(WO98/29350に従って製造した)のものに対応するカラム
において記録した。被覆に用いた繊維強化PEEKの粘度は、MVI方法により
、29.7ml/10分であり、すなわち過度に高いものであった。従って、こ
の被覆は、僅かな空所のみを残して吸着剤に接触しない。両方のクロマトグラム
において明確に明らかである典型的なプレピークが、発生する。
100−4.6mmに対応する吸着剤を含むカラムにおいて記録した。図2Aは
、被覆の直後に記録された第1のクロマトグラムを示す。ピーク4について、9
6,900N/mの分離効率および1.23のUSPに従う非対称が得られた。
図2Bは、3週間の貯蔵(アセトニトリル/水 60/40中)の後に同一のカ
ラムにおいて記録された分離を示す。ピーク4については、ここで、53,00
0N/mの分離効率および0.96のUSPに従う非対称が得られた。
貯蔵の間に、一層低い分離効率を生じる形状の変化が、収縮または膨潤により発
生する。
マンスRP−18e、100−4.6mmに対応するカラムにおいて記録した。
被覆管は、30%の炭素繊維を有するPEEKからなり、MVI=70ml/1
0分である。
セトニトリル/水 60/40中に4週間貯蔵した後の再試験を示す。 カラムの分離効率は、両方の分離において同等に良好である。ピーク番号3(
アントラセン)について、例えば、以下の値が決定された: 第1試験:効率=105,000N/m、テーリング(USP)=1.19 再試験:効率=110,000N/m、テーリング(USP)=1.18
離のクロマトグラムを示す。
離のクロマトグラムを示す。
離のクロマトグラムを示す。
Claims (5)
- 【請求項1】 僅かな空所のみを残す繊維強化熱可塑性材料で被覆されたモ
ノリシックモールディングであって、繊維強化プラスチックが、MVI法により
測定して、40〜100ml/10分の粘度を有することを特徴とする、前記モ
ノリシックモールディング。 - 【請求項2】 繊維強化が、炭素繊維によって製造されたものであることを
特徴とする、請求項1に記載の被覆されたモノリシックモールディング。 - 【請求項3】 熱可塑性材料が、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)
であることを特徴とする、請求項1または2に記載の被覆されたモノリシックモ
ールディング。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の被覆されたモノリシックモ
ールディングを含有する、クロマトグラフィーカラム。 - 【請求項5】 請求項1〜3のいずれかに記載の被覆されたモノリシックモ
ールディングの、少なくとも2種の物質のクロマトグラフィーによる分離への使
用。
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