JP2006137944A - Crosslinked (meth)acrylamide particles, process for their production and their use - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は架橋(メタ)アクリルアミド粒子に関する。 The present invention relates to crosslinked (meth) acrylamide particles.
(メタ)アクリルアミド単量体を成分として含む重合粒子(以下、(メタ)アクリルアミド粒子という)は親水性が高く、保湿などに優れ、生体毒性も小さいことからインクバインダー、表面処理剤、化粧品などに幅広く用いられている。特に液体クロマトグラフィー用基材としては、水系溶離液を用いた場合に試料と基材との疎水的相互作用が小さいことからタンパク質や核酸等の精製用担体として優れた特性を有している。 Polymerized particles containing a (meth) acrylamide monomer as a component (hereinafter referred to as (meth) acrylamide particles) have high hydrophilicity, excellent moisture retention, and low biotoxicity, making them suitable for ink binders, surface treatment agents, cosmetics, etc. Widely used. In particular, the substrate for liquid chromatography has excellent characteristics as a carrier for purification of proteins, nucleic acids, and the like because the hydrophobic interaction between the sample and the substrate is small when an aqueous eluent is used.
従来親水性粒子としては、セルロース、デキストラン又はアガロースなどの多糖類を架橋させた粒子が広く知られている。多糖系の架橋粒子を作成する際には、多糖及び架橋剤の水溶液を有機溶媒に逆相懸濁し、多糖を架橋剤であるエポキシ化合物や、ジアルデヒド類などで架橋することにより製造されている。 Conventionally, as hydrophilic particles, particles obtained by crosslinking polysaccharides such as cellulose, dextran, or agarose are widely known. When preparing polysaccharide-based crosslinked particles, an aqueous solution of a polysaccharide and a crosslinking agent is suspended in an organic solvent in reverse phase, and the polysaccharide is crosslinked with an epoxy compound or dialdehyde as a crosslinking agent. .
また(メタ)アクリルアミド粒子は水溶性である(メタ)アクリルアミドを重合して作成され、一般的には逆相懸濁により重合する方法がとられている(特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4)。逆相懸濁重合以外の製造法としては、(メタ)アクリルアミド粒子の粒子径のそろった単分散粒子作成法として有機溶媒中での分散重合法が知られている(特許文献5)。またその他の製造法としては、臨界二酸化炭素中での重合法(特許文献6)や噴霧による方法(特許文献7)が知られている。
Further, (meth) acrylamide particles are prepared by polymerizing water-soluble (meth) acrylamide, and generally, a method of polymerizing by reverse phase suspension is employed (
またN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミドは自己架橋性モノマーであり、酸触媒によりアルコキシ基が脱離し、容易に自己架橋もしくは、アミド基、アミノ基等と結合しうることが知られている。このため、繊維加工に使用されたり(特許文献8、特許文献9)、コロイドの分散剤(特許文献10、特許文献11)や塗膜形成用材料(特許文献12、特許文献13)として用いられている。
Further, N-alkoxymethyl (meth) acrylamide is a self-crosslinking monomer, and it is known that an alkoxy group can be eliminated by an acid catalyst and can easily bond to a self-crosslink or an amide group, an amino group or the like. For this reason, it is used for fiber processing (
(メタ)アクリルアミド粒子は親水性粒子としての特性から種々の分野で使用されている。しかし、官能基を導入する方法が限定されるという点、機械的強度が弱いという点、で問題点を有していた。そして機械的強度が弱いために微粒子化が困難となり、液体クロマトグラフィーに用いられる様な50μm以下、特に10μm程度の粒子にすることができないという課題が残っていた。 (Meth) acrylamide particles are used in various fields because of their properties as hydrophilic particles. However, there are problems in that the method for introducing a functional group is limited and the mechanical strength is weak. Further, since the mechanical strength is weak, it is difficult to make fine particles, and there remains a problem that particles having a size of 50 μm or less, particularly about 10 μm, which are used in liquid chromatography cannot be obtained.
また、(メタ)アクリルアミド粒子の製造法において粒子径制御が困難であるという問題点が挙げられる。これは、(メタ)アクリルアミド粒子の製造法として一般的な手法である逆相懸濁重合法は粒子径制御が難しく、また順相懸濁重合法における粒子径単分散粒子の製造法であるシード重合法は(メタ)アクリルアミド粒子では行うことができないことに起因する。分散重合による方法では粒子径のそろった(メタ)アクリルアミド粒子を作成可能であるが、作成可能な粒子径範囲が10μm以下と狭いという点、及び架橋性単量体と(メタ)アクリルアミドとの比を変更すると粒子径も変化してしまい架橋度を大きくすると粒子径が小さくなることから架橋度を任意に変更できない点、で問題点を有していた。 Another problem is that it is difficult to control the particle diameter in the method for producing (meth) acrylamide particles. This is because it is difficult to control the particle size in the reverse phase suspension polymerization method, which is a general method for producing (meth) acrylamide particles, and the seed is a method for producing monodisperse particles in the normal phase suspension polymerization method. This is because the polymerization method cannot be performed with (meth) acrylamide particles. The dispersion polymerization method can produce (meth) acrylamide particles having a uniform particle diameter, but the range of particle diameters that can be produced is as narrow as 10 μm or less, and the ratio between the crosslinkable monomer and (meth) acrylamide. However, since the particle size also changes when the particle size is changed and the particle size decreases when the degree of crosslinking is increased, the degree of crosslinking cannot be arbitrarily changed.
本発明の目的は、種々の置換基が導入された架橋(メタ)アクリルアミド粒子を提供することであり、特に高い親水性と機械的強度を兼ね備えた液体クロマトグラフィー用充填剤として優れた性質を有する架橋(メタ)アクリルアミド粒子を提供することにある。また本発明の順相懸濁重合により作製された重合体粒子に置換基を導入する製造法により、任意の架橋度を有し、種々の官能基が導入された架橋(メタ)アクリルアミド粒子を容易に作製できる製造法を提供することにある。またシード重合法を用いることにより、他の重合法では作製不可能であった任意の架橋度を有する粒子径単分散の架橋(メタ)アクリルアミド粒子製造法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide crosslinked (meth) acrylamide particles into which various substituents are introduced, and has excellent properties as a packing material for liquid chromatography having both high hydrophilicity and mechanical strength. The object is to provide crosslinked (meth) acrylamide particles. In addition, the production method of introducing substituents to polymer particles produced by normal phase suspension polymerization of the present invention facilitates crosslinking (meth) acrylamide particles having any degree of crosslinking and having various functional groups introduced. It is to provide a manufacturing method that can be manufactured. Another object of the present invention is to provide a method for producing crosslinked (meth) acrylamide particles having a particle size monodisperse having an arbitrary degree of crosslinking which cannot be produced by other polymerization methods by using a seed polymerization method.
本発明は、化学式1(化学式1中のXは水素又はメチル基であり、R1はC4以上のアルキル基を表す)で表されるN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する単位と、
化学式1で表される単量体と共重合しうる、多官能不飽和単量体に由来する単位を含む、粒子径が1〜1000μmである重合体粒子(以下本重合体粒子という)において、
化学式1で表されるN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する単位に化学式2(ただし化学式2中のR2はH、C3以下のアルキル基又はC3以下でありかつ1個以上の水酸基で置換されたアルキル基を表す。化学式2中のR3はH、NH2、C1〜C18のアルキル基、フェニル基、C24以下でありかつ1個以上の水酸基で置換された直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、−CH2−CO−NH2のいずれかを表すか、又は、R3は他のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する構造単位であり、メチレン基を介して他のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する窒素原子に結合していることを表す。化学式2中のAは重合体粒子を表す。)及び/又は化学式3(ただし化学式3中のR4及びR5はH、C6以下のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、C6以下でありかつ1個以上の水酸基で置換されたアルキル基、−CH2COOH、−CH2SO3H、−CH2CH2SO3H、−(CH2)n−PO−(OH)2(式中nは1から4の整数を表す)、−CHR6−PO−(OH)2(式中R6は炭素数1〜3の直鎖アルキル基を表す)、−CHR7−COOH(R7はアミノ酸側鎖を表す)、オリゴペプチド残基、シチジン残基、グアニジン残基、メラミン残基、ベンゾグアナミン残基、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンのいずれかを表すか、又は、R4及びR5は他のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する構造単位であり、メチレン基を介して他のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する窒素原子に結合していることを表す。化学式3中のAは重合体粒子を表す。)で表される置換基が、少なくとも導入された架橋(メタ)アクリルアミド粒子を提供する。
The present invention relates to a unit derived from an N-alkoxymethyl (meth) acrylamide monomer represented by Chemical Formula 1 (X in Chemical Formula 1 is hydrogen or a methyl group, and R1 represents a C4 or higher alkyl group). ,
In polymer particles (hereinafter referred to as the present polymer particles) having a particle diameter of 1 to 1000 μm, including units derived from polyfunctional unsaturated monomers that can be copolymerized with the monomer represented by Chemical Formula 1,
The unit derived from the N-alkoxymethyl (meth) acrylamide monomer represented by Chemical Formula 1 is represented by Chemical Formula 2 (wherein R2 in Chemical Formula 2 is H, an alkyl group of C3 or less, or C3 or less and one or more hydroxyl groups) In the
アミド基を有する化合物を導入する際に、ホルムアミド、乳酸アミドや尿素など親水性の高いアミド化合物が導入された粒子は、多孔性の高親水性粒子となる。この際に尿素などの多官能アミド化合物を用いて得られた粒子は、高親水化と従来にない機械的強度を兼ね備えた粒子となり、粒子径を小さくできることから、液体クロマトグラフィー用充填剤として特に有用である。またアミド基とイオン交換基を有する化合物が導入された粒子は(メタ)アクリルアミド単量体を成分として含むイオン交換体となる。さらにアミド基を有する化合物としてポリアクリルアミドや、アクリルアミドを成分として含む種々のコポリマーを導入することも可能である。 When a compound having an amide group is introduced, particles into which a highly hydrophilic amide compound such as formamide, lactamide or urea is introduced become porous highly hydrophilic particles. At this time, particles obtained using a polyfunctional amide compound such as urea become particles having both high hydrophilicity and unprecedented mechanical strength, and the particle diameter can be reduced. Useful. In addition, particles into which a compound having an amide group and an ion exchange group is introduced become an ion exchanger containing a (meth) acrylamide monomer as a component. Furthermore, it is also possible to introduce polyacrylamide as a compound having an amide group and various copolymers containing acrylamide as a component.
また本重合体粒子は、アミド基の代わりにN−Hを有するアミノ基を有する化合物を導入することが可能である。アミノ基を有する化合物に同時に他のイオン交換基を有する化合物を用いることにより、たとえばベタイン構造のイオン交換体となる。例えば、N−Hを有するアミノ基を有する化合物が、カルボン酸基、スルホン酸基又はリン酸基を同時に有する化合物である場合、アミノ基が本重合体粒子に結合することによりアニオン交換基であるアミノ基とカチオン交換基を同時に有するベタイン構造のイオン交換体となる。 Moreover, it is possible for this polymer particle to introduce | transduce the compound which has an amino group which has N-H instead of an amide group. By using a compound having another ion exchange group at the same time as the compound having an amino group, for example, an ion exchanger having a betaine structure is obtained. For example, when the compound having an amino group having N—H is a compound having a carboxylic acid group, a sulfonic acid group or a phosphoric acid group at the same time, the amino group is an anion exchange group by bonding to the polymer particles. It becomes an ion exchanger having a betaine structure having an amino group and a cation exchange group at the same time.
また本重合体粒子は、順相懸濁重合法により作成することが可能であり、粒子径のそろったシード粒子ポリマーを用いるシード重合法により作成することが可能である。多官能不飽和単量体による任意な架橋度を有し、粒子径のそろった粒子を容易に作成でき、前述の種々の粒子径単分散な(メタ)アクリルアミド粒子を製造可能となった。 The polymer particles can be prepared by a normal phase suspension polymerization method, and can be prepared by a seed polymerization method using a seed particle polymer having a uniform particle diameter. Particles having an arbitrary degree of cross-linking with a polyfunctional unsaturated monomer and having a uniform particle diameter can be easily prepared, and the above-mentioned various monodispersed (meth) acrylamide particles can be produced.
以下に本発明について詳細に説明する。 The present invention is described in detail below.
化学式1で示されるN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する単位と、化学式1で表される単量体と共重合しうる、多官能不飽和単量体に由来する単位を含む、粒子径が1〜1000μmである重合体粒子(以下、本重合体粒子という)のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体は油溶性であることが好ましいことから、化学式1のアルコキシ基は疎水性基であることが必要であるため、化学式1中のR1はC4以上の直鎖アルキル基であることが好ましく、特に本重合体粒子をシード重合法により製造する場合には膨潤性についても考慮すると、化学式1中のR1はC4〜C8の範囲である直鎖アルキル基であることが好ましい。
A unit derived from an N-alkoxymethyl (meth) acrylamide monomer represented by
本発明中の多官能不飽和単量体に由来する単位とは、油溶性単量体に由来する単位であり、N−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体と共重合可能である必要がある。これらを例示するとエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル類、メチレンビスマレイミド、N,N’−(4−メチル−1,3−フェニレン)ビスマレイミド、N,N’−(フェニレン)ビスマレイミド、N,N’−(スルホニルジ−m−フェニレン)ビスマレイミドなどのビスマレイミド類、ジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレート、メチレンビスアクリルアミドなどを挙げることができる。その使用量は、N−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミドと多官能不飽和単量体のモル比が99.99:0.01から50:50の範囲内で使用可能であるが、多官能不飽和単量体の有する疎水性の効果を低減する観点及び、得られた粒子の強度の観点から考慮し、99.95:0.05から98:2の範囲が好ましい。 The unit derived from a polyfunctional unsaturated monomer in the present invention is a unit derived from an oil-soluble monomer and needs to be copolymerizable with an N-alkoxymethyl (meth) acrylamide monomer. . Examples of these are (meth) acrylic acid esters such as ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, glycerin di (meth) acrylate, glycerin tri (meth) acrylate, Methylene bismaleimide, N, N ′-(4-methyl-1,3-phenylene) bismaleimide, N, N ′-(phenylene) bismaleimide, N, N ′-(sulfonyldi-m-phenylene) bismaleimide, etc. And bismaleimides, divinylbenzene, triallyl isocyanurate, and methylene bisacrylamide. The amount of N-alkoxymethyl (meth) acrylamide and polyfunctional unsaturated monomer can be used within the range of 99.99: 0.01 to 50:50. Considering from the viewpoint of reducing the hydrophobic effect of the monomer and the viewpoint of the strength of the obtained particles, a range of 99.95: 0.05 to 98: 2 is preferable.
化学式1で示されるN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体と多官能不飽和単量体に対して、その他の単量体を共重合することも可能である。しかしその他の単量体は油溶性の疎水性モノマーである必要があることから、本重合体粒子を出発原料として成分に含まれる(メタ)アクリルアミドの親水性を生かした粒子を作成する場合にはその他の単量体を加えることは好ましくない。
Other monomers may be copolymerized with the N-alkoxymethyl (meth) acrylamide monomer represented by
本重合体粒子の粒子径は用途によって任意であるが、液体クロマトグラフィー用充填剤としての用途においては1〜1000μm、特に5〜200μmであることが好ましい。 The particle diameter of the polymer particles is arbitrary depending on the use, but is preferably 1 to 1000 μm, particularly preferably 5 to 200 μm in the use as a filler for liquid chromatography.
本重合体粒子は、有機溶媒中、酸触媒下において窒素原子上の少なくとも1個以上の結合がN−H結合であるアミド基を有する化合物を容易に導入可能であり、本重合体粒子中のN−アルコキシメチルアミド基中のアルコキシ基が脱離し本重合粒子中のアミド基窒素原子がメチレン基を介してアミド基を有する化合物のアミド窒素基と結合する。使用する有機溶媒に可溶であれば任意の置換基を有する化合物を導入可能である。 This polymer particle can easily introduce a compound having an amide group in which at least one bond on a nitrogen atom is an N—H bond in an organic solvent under an acid catalyst. The alkoxy group in the N-alkoxymethylamide group is eliminated, and the amide group nitrogen atom in the polymer particles is bonded to the amide nitrogen group of the compound having an amide group via the methylene group. A compound having an arbitrary substituent can be introduced as long as it is soluble in the organic solvent to be used.
本重合体粒子のN−アルコキシメチル基に対し、アミド基を有する化合物が導入されるため、本重合体粒子のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド由来の単位と導入されたアミド基由来のアミド基単位の比率の上限は1:1(モル比)となり、この比率は任意に調節可能である。本重合体粒子の、アミド基導入に関与しなかったN−アルコキシメチル基は、アミド基を有する化合物を導入する反応の際に、化学式6に示される自己架橋構造単位に変換される。
Since a compound having an amide group is introduced to the N-alkoxymethyl group of the present polymer particle, the unit derived from the N-alkoxymethyl (meth) acrylamide of the present polymer particle and the amide group derived from the introduced amide group The upper limit of the unit ratio is 1: 1 (molar ratio), and this ratio can be arbitrarily adjusted. The N-alkoxymethyl group that was not involved in the introduction of the amide group in the polymer particles is converted into a self-crosslinking structural unit represented by
導入される化合物のアミド基が有する置換基として非イオン性基を有するアミド化合物が導入された本重合体粒子は、非イオン性の多孔性粒子として使用可能である。その非イオン性基を有するアミド化合物の例としては、ホルムアミド、乳酸アミド、酢酸アミド、アクリルアミド、グルコンアミド、パントテニルアルコール、安息香酸アミド、ステアリン酸アミド、コール酸アミド、ポリアクリルアミド、ポリアミド樹脂などの有機酸アミド類、N−アセトキシグルコサミン、N−アセトキシガラクトサミン等のアミノ糖アセチル化物、尿素、N−メチロール尿素、ウリジン等に由来する構造単位をあげることができる。 The present polymer particles into which an amide compound having a nonionic group as a substituent of the amide group of the compound to be introduced can be used as nonionic porous particles. Examples of amide compounds having nonionic groups include formamide, lactamide, acetate, acrylamide, gluconate, pantothenyl alcohol, benzoate, stearamide, cholic acid amide, polyacrylamide, polyamide resin, etc. Examples thereof include structural units derived from organic acid amides, amino sugar acetylated products such as N-acetoxyglucosamine and N-acetoxygalactosamine, urea, N-methylolurea, uridine and the like.
特に尿素等のアミド基を複数有する化合物から由来する構造単位を、本重合体粒子が有するN−アルコキシメチル基由来の単位と導入されたアミド基由来のアミド基単位の比において1:0.1から1:1(モル比)の範囲内で用いることにより、高い親水性を有するばかりではなく、粒子の架橋によって高い機械的強度を兼ね備えた多孔性粒子となることにより、液体クロマトグラフィー用充填剤として有用である。このような粒子は、特に脱塩用クロマトグラフィー担体として従来の親水性粒子にない高い親水性と高い機械的強度を兼ね備えた粒子として非常に有用であり、且つ有機溶媒などへの膨潤も小さいためポリオール分析用の順相クロマトグラフィー担体としても有用である。 In particular, a structural unit derived from a compound having a plurality of amide groups, such as urea, has a ratio of 1: 0.1 in the ratio of the N-alkoxymethyl group-derived unit of the polymer particles to the introduced amide group-derived amide group unit. To 1: 1 (molar ratio) by using within the range of not only high hydrophilicity but also porous particles having high mechanical strength due to cross-linking of the particles, a packing material for liquid chromatography Useful as. Such particles are particularly useful as particles having both high hydrophilicity and high mechanical strength, which are not present in conventional hydrophilic particles, as a chromatography carrier for desalting, and also have low swelling in organic solvents and the like. It is also useful as a normal phase chromatography support for polyol analysis.
本重合体粒子は、有機溶媒中、酸触媒下において窒素原子上の少なくとも1個以上の結合がN−H結合であるアミノ基を有する化合物を容易に導入可能である。本重合体粒子中のN−アルコキシメチルアミド基中のアルコキシ基が脱離し本重合体粒子中のアミド基窒素原子がメチレン基を介してアミノ基を有する化合物のアミノ窒素基と結合することによりイオン交換性粒子となる。使用する有機溶媒に可溶であれば任意の置換基を有する化合物を導入可能であり、本重合体粒子が有するN−アルコキシメチル基由来の単位と導入されたアミノ基由来のアミノ基単位の比率は上限として1:1(モル比)であるが、その下限は特に制限はない。本重合体粒子が有する、アミノ基導入に関与しなかったN−アルコキシメチル基は、アミノ基を有する化合物を導入する反応の際に、化学式6に示される自己架橋構造単位に変換される。アミノ基を有する化合物の例としては、アミド基も同時に有している化合物も使用できる。この場合、どちらか一方がN−H結合を有していれば良い。したがってその導入形態としては、アミノ基が本重合体粒子中のアミド基窒素原子とメチレン基を介して結合した形態と、アミド基が本重合体粒子中のアミド基窒素原子とメチレン基を介して結合した形態の、いずれか又は両形態が混合して存在する導入形態が挙げられる。
The polymer particles can easily introduce a compound having an amino group in which at least one bond on the nitrogen atom is an N—H bond in an organic solvent under an acid catalyst. The alkoxy group in the N-alkoxymethylamide group in the polymer particle is eliminated and the amide group nitrogen atom in the polymer particle is bonded to the amino nitrogen group of the compound having an amino group via the methylene group. It becomes an exchangeable particle. A compound having an arbitrary substituent can be introduced as long as it is soluble in the organic solvent to be used, and the ratio of the N-alkoxymethyl group-derived unit and the introduced amino group-derived amino group unit in the polymer particles The upper limit is 1: 1 (molar ratio), but the lower limit is not particularly limited. The N-alkoxymethyl group that is not involved in amino group introduction in the polymer particles is converted into a self-crosslinking structural unit represented by
本重合体粒子中のN−アルコキシメチル基に導入される、アミノ基を有する化合物由来の構造単位としては、アンモニア、メチルアミン、エチルアミンなどのアルキルアミン類、アニリン、ジアミノベンゼン、アミノナフタレンなどの芳香族アミン類、タウリンやアラニン、アルギニン、アスパラギン、システイン、グルタミン、グリシン、ヒスチジン、ロイシン、イソロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリンなどのアミノ酸及びその誘導体、及びそれらのオリゴペプチド類、アデニン、シトシン、グアニン及びそれらの誘導体、メラミン、ベンゾグアナミンやポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリアクリルアミドや、アクリルアミドとN,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドの共重合体や、アクリルアミドと2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の共重合体など、ルシファーイエロー、アシッドレッド、アゾフロキシン等の色素類等を由来とする構造単位を挙げることができる。 The structural unit derived from the compound having an amino group introduced into the N-alkoxymethyl group in the polymer particles includes alkylamines such as ammonia, methylamine and ethylamine, and aromatics such as aniline, diaminobenzene and aminonaphthalene. Amino acids and their derivatives such as aromatic amines, taurine and alanine, arginine, asparagine, cysteine, glutamine, glycine, histidine, leucine, isoleucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tryptophan, tyrosine, valine, and the like Oligopeptides, adenine, cytosine, guanine and their derivatives, melamine, benzoguanamine, polyethyleneimine, polyallylamine, polyacrylamide, acrylamide and N, N-dimethyl List structural units derived from pigments such as lucifer yellow, acid red, and azofuroxine, such as a copolymer of ruaminopropylacrylamide and a copolymer of acrylamide and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid. Can do.
本重合体粒子の製造方法としては、(メタ)アクリルアミドを水溶性の架橋性単量体と逆相懸濁重合して得られた粒子より、メチロール化及びエーテル化を経る一般的な製法をとることも可能であるが、N−アルコキシメチルアクリルアミド及び油溶性の架橋性単量体を順相懸濁して得る方法がシード重合法を用いることが可能となることから好適である。 As a production method of the polymer particles, a general production method in which methylolation and etherification are performed from particles obtained by reverse-phase suspension polymerization of (meth) acrylamide with a water-soluble crosslinkable monomer is used. However, a method obtained by normal-phase suspension of N-alkoxymethylacrylamide and an oil-soluble crosslinkable monomer is preferable because the seed polymerization method can be used.
順相懸濁重合に用いる重合開始剤として、一般にビニルモノマーのラジカル重合を行う際に用いられる油溶性重合開始剤を使用することが可能であり、油溶性アゾ系重合開始剤としては2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオン酸)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カーボニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチルニトリル)等が例示でき、油溶性有機過酸化物重合開始剤としては2,2−ビス(4,4−ジ−t−ブチルペロキシシクロヘキシル)プロパン、1,1−ジ(t−ヘキシルペロキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルペロキシ)シクロヘキサン、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)ペルオキシド、ジラウロイルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシネオデカン酸、t−ヘキシルペルオキシピバリン酸、t−ブチルペルオキシピバリン酸等が例示できる。また懸濁重合で行うため、10時間半減期温度が100℃未満の重合開始剤を用いることが好適である。重合開始剤の使用量としては単量体に対して0.01モル%から1.0モル%の範囲内で使用し、特に0.05モル%から0.5モル%の範囲内が好ましい。また重合開始剤を使用せず、紫外線や放射線により重合させることも可能である。 As a polymerization initiator used for normal phase suspension polymerization, an oil-soluble polymerization initiator generally used for radical polymerization of vinyl monomers can be used. As an oil-soluble azo polymerization initiator, 2, 2 can be used. '-Azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), dimethyl-2,2'-azobis (2-methylpropionic acid), 1,1'-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), 2, Examples include 2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2-methylbutylnitrile), and oil-soluble organic peroxidation. 2,2-bis (4,4-di-t-butylperoxycyclohexyl) propane, 1,1-di (t-hexylperoxy) cyclohexane, 1,1 Di (t-butylperoxy) cyclohexane, di (3,5,5-trimethylhexanoyl) peroxide, dilauroyl peroxide, benzoyl peroxide, t-butylperoxyneodecanoic acid, t-hexylperoxypivalic acid, t-butylperoxypivalic acid, etc. Can be illustrated. In addition, since the polymerization is performed by suspension polymerization, it is preferable to use a polymerization initiator having a 10-hour half-life temperature of less than 100 ° C. The amount of the polymerization initiator used is in the range of 0.01 mol% to 1.0 mol%, particularly preferably in the range of 0.05 mol% to 0.5 mol%, based on the monomer. It is also possible to polymerize by ultraviolet rays or radiation without using a polymerization initiator.
本発明中の順相懸濁重合では、懸濁油滴を安定化するために用いられている一般的な高分子分散安定剤を使用することが可能である。そのような例としてはポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸ナトリュウムなどを挙げることができるが、有機酸系ポリマーを用いる場合には、水相が酸性とならないようにpHを4以上に調製する必要があるため、一般的なポリビニルアルコールやヒドロキシプロピルセルロースなどの非イオン性高分子を用いることが好適である。これらの使用量としては、水相中濃度として0.1重量%から20重量%使用することが可能であり、0.5重量%から10重量%とすることが重合後の洗浄の観点から好適である。 In the normal phase suspension polymerization in the present invention, a general polymer dispersion stabilizer used for stabilizing suspended oil droplets can be used. Examples thereof include polyvinyl alcohol, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, sodium polyacrylate, etc., but when using an organic acid polymer, the pH is set so that the aqueous phase does not become acidic. Therefore, it is preferable to use a general non-ionic polymer such as polyvinyl alcohol or hydroxypropyl cellulose. The amount used thereof can be 0.1 to 20% by weight as the concentration in the aqueous phase, and is preferably 0.5 to 10% by weight from the viewpoint of washing after polymerization. It is.
重合は熱分解性重合開始剤を用いる場合には加熱により、開始剤を用いずに放射線重合等による場合には常温で放射線を照射することにより重合可能であり特に制限はない。 Polymerization can be carried out by heating when using a thermally decomposable polymerization initiator, and by irradiation with radiation at room temperature when using radiation polymerization without using an initiator, and there is no particular limitation.
シード重合により順相懸濁重合する場合、粒子径単分散化を目的として使用されているソープフリー乳化重合法や分散重合法により得られたポリスチレンやポリ(スチレン・アクリル酸エステル)共重合粒子、メタアクリル酸エステル粒子等を用いることができる。特に膨潤性やシード粒子ポリマーがN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド重合物と相分離を起こしにくい観点から特開2001−2716に示されているシード粒子ポリマーを用いることが好適である。またシード粒子ポリマーと、単量体が重合し生成したポリマーとの相分離が、粒子形状へおよぼす影響を小さくする目的から、シード粒子ポリマーと単量体の割合は、シード粒子1重量部に対し、単量体が10重量部以上が好ましい。また特に上限は無いが、粒子径分布を狭くする目的から、シード粒子1重量部に対し、単量体が10,000重量部以下が好ましい。したがってシード重合を行う際のシード粒子ポリマーと単量体の比で表される膨潤率は特に制限はなく、シード粒子体積に対して約10,000倍程度の膨潤が可能であり、目的粒子径に合わせて設定可能である。 In the case of normal phase suspension polymerization by seed polymerization, polystyrene and poly (styrene / acrylate ester) copolymer particles obtained by soap-free emulsion polymerization and dispersion polymerization methods used for the purpose of monodisperse particle size, For example, methacrylic acid ester particles can be used. In particular, it is preferable to use a seed particle polymer disclosed in JP-A-2001-2716 from the viewpoint of swelling property and the seed particle polymer hardly causing phase separation from the N-alkoxymethyl (meth) acrylamide polymer. In order to reduce the influence of the phase separation between the seed particle polymer and the polymer formed by polymerization of the monomer on the particle shape, the ratio of the seed particle polymer to the monomer is based on 1 part by weight of the seed particle. The monomer is preferably 10 parts by weight or more. Although there is no particular upper limit, for the purpose of narrowing the particle size distribution, the monomer content is preferably 10,000 parts by weight or less with respect to 1 part by weight of the seed particles. Therefore, there is no particular limitation on the swelling ratio represented by the ratio of the seed particle polymer to the monomer when seed polymerization is performed, and the swelling can be about 10,000 times the seed particle volume. It can be set according to.
シード重合により順相懸濁重合を行う際に用いる乳化剤は一般的なスルホン酸塩やノニオン系乳化剤を用いることができる。そのような例としてはラウリルスルホン酸ナトリュウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリュウム等のアルキルスルホン酸塩、ポリオキシエチレンソルビタンステアリン酸エステル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウリン酸エステルなどのノニオン系乳化剤を例示できる。特に油滴安定性の観点からアルキルスルホン酸塩とHLB8〜20のノニオン系乳化剤を併用することもできる。併用するノニオン系乳化剤の割合はアルキルスルホン酸塩に対して10重量%〜90重量%、好ましくは20重量%〜80重量%の割合で使用する。
As the emulsifier used when carrying out normal phase suspension polymerization by seed polymerization, a general sulfonate or nonionic emulsifier can be used. Examples include nonionic emulsifiers such as alkyl sulfonates such as sodium lauryl sulfonate and sodium dodecylbenzene sulfonate, polyoxyethylene sorbitan stearate, polyoxyethylene stearyl ether, and polyoxyethylene sorbitan monolaurate. It can be illustrated. In particular, from the viewpoint of oil droplet stability, an alkyl sulfonate and a nonionic emulsifier of
シード重合により順相懸濁重合を行う際に用いる乳化剤としてアルキルスルホン酸塩のみを使用する場合、油滴安定性を向上させるためにN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミドよりも疎水性の大きい化合物を使用することも可能である。そのような疎水性の大きい化合物の例としてはブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノールなどのC4以上の高級アルコール、酢酸ブチルエステル、酢酸ペンチルエステル、酢酸ヘキシルエステル、酢酸フェニルエステル、酢酸ベンジルエステル、プロピオン酸エチルエステル、プロピオン酸ブチルエステル、安息香酸メチルエステル、安息香酸エチルエステルなどの有機酸エステル、ベンゼン、トルエン、キシレン等のC6からC9の芳香族化合物等を例示できる。膨潤性の観点からC5以上C6までの高級アルコール類又はC4以上C7までの有機酸エステル、ベンゼン、トルエンを用いることが好ましい。使用量は単量体全体に対して1重量%以上添加するが、必要以上に添加する必要はなく単量体全体に対して1重量%から50重量%使用することが好ましい。 When only alkyl sulfonate is used as an emulsifier used in normal phase suspension polymerization by seed polymerization, a compound having a higher hydrophobicity than N-alkoxymethyl (meth) acrylamide is used to improve oil droplet stability. It is also possible to use it. Examples of such highly hydrophobic compounds are C4 or higher alcohols such as butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, octanol, acetic acid butyl ester, acetic acid pentyl ester, acetic acid hexyl ester, acetic acid phenyl ester, acetic acid benzyl ester. And organic acid esters such as propionic acid ethyl ester, propionic acid butyl ester, benzoic acid methyl ester and benzoic acid ethyl ester, and C6 to C9 aromatic compounds such as benzene, toluene and xylene. From the viewpoint of swelling, it is preferable to use higher alcohols having 5 to 6 carbon atoms or organic acid esters having -4 to 7 carbon atoms, benzene, and toluene. The amount used is 1% by weight or more based on the whole monomer, but it is not necessary to add more than necessary, and it is preferable to use 1% to 50% by weight based on the whole monomer.
重合して得られた本重合体粒子は、高分子分散安定剤を取り除くために、適切な溶媒、一般的には温水を用いて洗浄する。 The polymer particles obtained by polymerization are washed with an appropriate solvent, generally warm water, in order to remove the polymer dispersion stabilizer.
本発明の製造法では、得られた本重合体粒子を有機溶媒中に分散し、酸触媒によりアルコキシ基を脱離させ粒子内の他のアミド基と結合させることにより、親水性ポリマー粒子とする。この工程(以下第二工程という)において他のアミド基又はアミノ基を有する化合物を共存させ、酸触媒により本重合体粒子に導入することも可能である。なおステアリン酸アミドなど疎水性の大きい化合物を導入することにより本重合体粒子は疎水性となり、イオン交換基を有する化合物を導入することによりイオン交換粒子となる。特に多官能のアミド基又はアミノ基を有した化合物を適量用いることにより、粒子架橋も同時に進行させることが可能である。 In the production method of the present invention, the obtained polymer particles are dispersed in an organic solvent, alkoxy groups are eliminated by an acid catalyst and bonded to other amide groups in the particles, thereby obtaining hydrophilic polymer particles. . In this step (hereinafter referred to as “second step”), it is also possible to introduce a compound having another amide group or amino group into the polymer particles using an acid catalyst. The polymer particles become hydrophobic by introducing a highly hydrophobic compound such as stearamide, and ion-exchange particles by introducing a compound having an ion-exchange group. In particular, by using an appropriate amount of a compound having a polyfunctional amide group or amino group, it is possible to simultaneously proceed with particle crosslinking.
本発明中の製造法における第二工程において用いる有機溶媒としては、酸触媒に安定であり、N−アルコキシメチル基と反応性が無いものが好ましく、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールなどの高級アルコール類、酢酸ブチルエステル、酢酸ペンチルエステル、酢酸ヘキシルエステル、酢酸フェニルエステル、酢酸ベンジルエステル、プロピオン酸エチルエステル、プロピオン酸ブチルエステル、安息香酸メチルエステル、安息香酸エチルエステルなどの有機酸エステルを例示することができる。また第二工程において用いる有機溶媒は用途に応じて、水との混合溶媒とすることも可能である。特に本重合粒子を多孔質とするために、本重合粒子が膨潤する溶媒で行うことが好適である。その使用量は、本重合粒子に対して2重量部、好ましくは4重量部以上とすることが好ましい。 The organic solvent used in the second step in the production method of the present invention is preferably one that is stable to an acid catalyst and has no reactivity with an N-alkoxymethyl group, such as dioxane, tetrahydrofuran, benzene, toluene, xylene, dimethyl sulfoxide. , Higher alcohols such as dimethylformamide, butanol, pentanol, hexanol, acetic acid butyl ester, acetic acid pentyl ester, acetic acid hexyl ester, acetic acid phenyl ester, acetic acid benzyl ester, propionic acid ethyl ester, propionic acid butyl ester, benzoic acid methyl ester And organic acid esters such as ethyl benzoate. In addition, the organic solvent used in the second step can be a mixed solvent with water depending on the application. In particular, in order to make the polymer particles porous, it is preferable to carry out with a solvent in which the polymer particles swell. The amount used is 2 parts by weight, preferably 4 parts by weight or more, based on the polymer particles.
本発明中の製造法における第二工程で使用する酸触媒としては、特に制限はないが強酸類が好ましく、塩酸、硫酸、トルエンスルホン酸などの鉱酸類、三フッ化ホウ素などのルイス酸を例示できる。その使用量は特に制限はないが、本重合粒子に対して0.01重量%以上が好ましく、特に0.1重量%以上が好適である。 The acid catalyst used in the second step in the production method of the present invention is not particularly limited, but strong acids are preferable, mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and toluenesulfonic acid, and Lewis acids such as boron trifluoride are exemplified. it can. The amount used is not particularly limited, but is preferably 0.01% by weight or more, particularly preferably 0.1% by weight or more, based on the polymerized particles.
本発明中の製造法における第二工程において、N−H構造を有するアミド基やアミノ基などのN−アルコキシメチル基と反応可能である化合物を共存させることによって、それらの化合物を本重合体粒子中に導入することが可能である。アミド基及びアミノ基はどちらか一方もしくは同時に存在しても良く、本重合体粒子の有するアルコキシ基脱離により導入されるためのN−H基を有している必要がある。導入可能な化合物の例としてはホルムアミド、乳酸アミド、酢酸アミド、アクリルアミド、グルコン酸アミド、パントテニルアルコール、安息香酸アミド、ステアリン酸アミド、コール酸アミド、ポリアクリルアミド、ポリアミド樹脂などの有機酸アミド類、N−アセトキシグルコサミン、N−アセトキシガラクトサミン等のアミノ糖アセチル化物、尿素、N−メチロール尿素、ウリジン、アンモニア、メチルアミン、エチルアミンなどのアルキルアミン類、アニリン、ジアミノベンゼン、アミノナフタレンなどの芳香族アミン類、タウリンやアラニン、アルギニン、アスパラギン、システイン、グルタミン、グリシン、ヒスチジン、ロイシン、イソロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリンなどのアミノ酸及びその誘導体、及びそれらのオリゴペプチド類、アデニン、シトシン、グアニン及びそれらの誘導体、メラミン、ベンゾグアナミンやポリエチレンイミン、ポリアリルアミン、ポリアクリルアミドや、アクリルアミドとN、N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミドの共重合体や、アクリルアミドと2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸の共重合体など、ルシファーイエロー、アシッドレッド、アゾフロキシン等をあげることができる。これら導入可能な化合物の使用量は目的に合わせて、有機溶媒に溶解する範囲で任意に設定可能である。 In the second step of the production method of the present invention, by allowing a compound capable of reacting with an N-alkoxymethyl group such as an amide group or amino group having an N—H structure to coexist with the compound, Can be introduced in. Either one or both of the amide group and the amino group may be present, and it is necessary to have an N—H group to be introduced by elimination of the alkoxy group of the present polymer particle. Examples of compounds that can be introduced include formamide, lactic acid amide, acetic acid amide, acrylamide, gluconic acid amide, pantothenyl alcohol, benzoic acid amide, stearic acid amide, cholic acid amide, polyacrylamide, polyamide resin, and other organic acid amides, Amino sugar acetylated products such as N-acetoxyglucosamine and N-acetoxygalactosamine, alkylamines such as urea, N-methylolurea, uridine, ammonia, methylamine and ethylamine, and aromatic amines such as aniline, diaminobenzene and aminonaphthalene , Taurine and alanine, arginine, asparagine, cysteine, glutamine, glycine, histidine, leucine, isoleucine, lysine, methionine, phenylalanine, proline, serine, threonine, tri Amino acids such as tophan, tyrosine, valine and their derivatives, and their oligopeptides, adenine, cytosine, guanine and their derivatives, melamine, benzoguanamine, polyethyleneimine, polyallylamine, polyacrylamide, acrylamide and N, N-dimethyl Examples thereof include lucifer yellow, acid red, azofuroxin, and the like, such as a copolymer of aminopropyl acrylamide and a copolymer of acrylamide and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid. The amount of the compound that can be introduced can be arbitrarily set in accordance with the purpose as long as it can be dissolved in an organic solvent.
本発明中の製造法における第二工程は、使用する酸の種類及びその使用量により反応温度、反応時間を適切に調整し、アルコキシ基離脱により生成するアルコール生成量を計測することにより進行度を決定可能である。 In the second step in the production method of the present invention, the reaction temperature and reaction time are appropriately adjusted according to the type of acid used and the amount used, and the degree of progress is measured by measuring the amount of alcohol produced by the elimination of the alkoxy group. Can be determined.
得られた架橋(メタ)アクリルアミド粒子は温水又は導入するアミド基又はアミノ基を有する化合物を溶解可能な有機溶媒で洗浄することにより、酸触媒、有機溶媒、残存導入化合物などを容易に取り除くことが可能である。 The resulting crosslinked (meth) acrylamide particles can be easily removed of acid catalyst, organic solvent, residual introduced compound, etc. by washing with warm water or an organic solvent capable of dissolving the introduced amide group or amino group-containing compound. Is possible.
本発明によれば、架橋(メタ)アクリルアミド粒子を順相懸濁重合により製造可能となり、粒子径制御が容易なものとなった。特にシード重合法を用いることが可能となり粒子径単分散で多孔質な粒子を簡便に製造することが可能となった。また本発明により得られた粒子は、高架橋構造とすることも容易であり、従来の逆相懸濁重合により製造された多糖系粒子やアクリルアミド粒子と比較し遙かに機械的強度の大きい粒子を製造可能となった。特に親水性と機械的強度を両立させた架橋(メタ)アクリルアミド粒子は粒子径を小さく設定することが可能となり、液体クロマトグラフィー用充填剤として優れた性能を示す。また本発明の第二工程において、アミド基やアミノ基などと、本重合体粒子の官能基であるN−アルコキシメチル基が結合可能であるため、これらの官能基を有する種々の化合物を導入した粒子を製造可能となった。 According to the present invention, crosslinked (meth) acrylamide particles can be produced by normal phase suspension polymerization, and the particle diameter can be easily controlled. In particular, a seed polymerization method can be used, and it becomes possible to easily produce porous particles having a monodispersed particle size. In addition, the particles obtained by the present invention can easily have a highly crosslinked structure, and particles having mechanical strength much higher than those of polysaccharide particles and acrylamide particles produced by conventional reverse phase suspension polymerization. Manufacturable. In particular, crosslinked (meth) acrylamide particles having both hydrophilicity and mechanical strength can be set to a small particle size, and exhibit excellent performance as a packing material for liquid chromatography. In the second step of the present invention, an N-alkoxymethyl group, which is a functional group of the present polymer particle, can be bonded to an amide group, an amino group, or the like. Therefore, various compounds having these functional groups were introduced. It became possible to produce particles.
以下本発明を実施例にて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
実施例1
<シード粒子の製造>
500mLの三つ口フラスコにベンジルメタクリレート(東京化成工業製)30g、2−エチルヘキシルチオグリコール酸エステル (東京化成工業製)1.5g、過硫酸カリュウム(キシダ化学製)0.6g及びMill−Q水250gを入れ、撹拌しながら窒素パージを室温下で3時間行った。70℃に設定したオイルバスにフラスコをセットし重合を6時間行った。凝集分を濾別後しシード粒子を得た。
シード粒子の粒子径はSEM観察により1.1μm CV6.8%であった。また分子量は下記測定装置によりサイズ排除クロマトグラフィー法(以下SECという)にて測定を行った結果ポリスチレン換算7800であった。またシード粒子溶液中の固形分濃度は8.8%であった。
Example 1
<Manufacture of seed particles>
In a 500 mL three-necked flask, 30 g of benzyl methacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry), 1.5 g of 2-ethylhexyl thioglycolic acid ester (manufactured by Tokyo Chemical Industry), 0.6 g of potassium persulfate (manufactured by Kishida Chemical) and Mill-Q water 250 g was added and a nitrogen purge was performed for 3 hours at room temperature with stirring. The flask was set in an oil bath set at 70 ° C., and polymerization was carried out for 6 hours. The agglomerates were separated by filtration to obtain seed particles.
The particle size of the seed particles was 1.1 μm CV 6.8% by SEM observation. Further, the molecular weight was measured by the size exclusion chromatography method (hereinafter referred to as SEC) with the following measuring apparatus, and as a result, it was 7800 in terms of polystyrene. The solid content concentration in the seed particle solution was 8.8%.
SEC測定条件
カラム:TSKgel GMHXL 7.8mmIDx30cm(東ソー製)
溶離液:テトラヒドロフラン
送液ポンプ:DP−8020(東ソー製)
検出器:UV−8020 波長254nmに設定(東ソー製)
標準試料:標準ポリスチレン(東ソー製)
測定流速:1.0mL/min
試料濃度:1mg/mL(THF溶液)
<N−アルコキシメチルアクリルアミド粒子の重合>
N−ブトキシメチルアクリルアミド(和光純薬製)298.5g、エチレングリコールジメタクリレート(東京化成工業製)1.5g、1−ペンタノール(キシダ化学製)60g、V−65(重合開始剤 和光純薬製)0.46g、及びラウリルスルホン酸ナトリュウム(東京化成工業製)1.8gを1Lビーカにはかり取り、撹拌しながら良く混合した。これにイオン交換水600mLを加え、超音波ホモジナイザーを用いて乳化した。これに作成したシード粒子0.182g(固形分量)、4%ポリビニルアルコール水溶液(クラレ工業製 商品名ポバール224)600mLを加え3分間良く撹拌した。
溶液を3Lセパラブルフラスコに移し替え撹拌翼を取り付け室温下、100rpmの回転数でゆっくりと12時間撹拌した。顕微鏡観察によりシード粒子がモノマー混合液で膨潤し約13μmに膨潤していることが確認された。
セパラブルフラスコを65℃に設定したオイルバスに設置し、撹拌しながら3時間重合を行った。OV−17(ガスクロ工業製)カラムを用いたガスクロ分析によりモノマーが消失していることを確認した。重合終了後温水を用い洗浄し重合粒子を得た。回収重量477g、含水率41%であった。
<第二工程>
含水重合粒子85g(乾燥重量50g)、尿素(和光純薬製)9.4g、パラトルエンスルホン酸1水和物(和光純薬製)4.25g及びジメチルスルホキシド(キシダ化学製)340gを500mLセパラブルフラスコに投入し、90℃に設定したオイルバス中で2時間撹拌した。得られた親水化粒子を温水洗浄し親水性多孔質粒子を得た。
SEC measurement condition column: TSKgel GMHXL 7.8 mm ID × 30 cm (manufactured by Tosoh Corporation)
Eluent: Tetrahydrofuran feed pump: DP-8020 (manufactured by Tosoh Corporation)
Detector: UV-8020 wavelength set to 254 nm (manufactured by Tosoh)
Standard sample: Standard polystyrene (manufactured by Tosoh)
Measurement flow rate: 1.0 mL / min
Sample concentration: 1 mg / mL (THF solution)
<Polymerization of N-alkoxymethylacrylamide particles>
N-butoxymethylacrylamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) 298.5 g, ethylene glycol dimethacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry) 1.5 g, 1-pentanol (manufactured by Kishida Chemical) 60 g, V-65 (polymerization initiator Wako Pure Chemical Industries) 0.46 g) and 1.8 g sodium lauryl sulfonate (manufactured by Tokyo Chemical Industry) were weighed in a 1 L beaker and mixed well with stirring. To this, 600 mL of ion-exchanged water was added and emulsified using an ultrasonic homogenizer. To this, 0.182 g (solid content) of prepared seed particles, 600 mL of 4% polyvinyl alcohol aqueous solution (trade name POVAL 224, manufactured by Kuraray Industrial Co., Ltd.) was added and stirred well for 3 minutes.
The solution was transferred to a 3 L separable flask, a stirring blade was attached, and the mixture was slowly stirred at room temperature for 12 hours at a rotation speed of 100 rpm. Microscopic observation confirmed that the seed particles were swollen with the monomer mixture and swollen to about 13 μm.
The separable flask was placed in an oil bath set at 65 ° C., and polymerization was carried out for 3 hours while stirring. It was confirmed that the monomer had disappeared by gas chromatography analysis using an OV-17 (Gascro Industry) column. After completion of the polymerization, washing with warm water was performed to obtain polymer particles. The recovered weight was 477 g, and the water content was 41%.
<Second step>
500 mL Separa contains 85 g of hydropolymerized particles (dry weight 50 g), 9.4 g of urea (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 4.25 g of paratoluenesulfonic acid monohydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) and 340 g of dimethyl sulfoxide (manufactured by Kishida Chemical). The solution was put into a bull flask and stirred for 2 hours in an oil bath set at 90 ° C. The obtained hydrophilized particles were washed with warm water to obtain hydrophilic porous particles.
得られた親水性多孔質粒子を6.0mmIDx15cmカラムに充填し、細孔特性をポリエチレングリコール(以下PEGという)を標準試料としてサイズ排除クロマトグラフィー法にて測定した。また親水性をベンジルアルコール保持力を指標として従来の親水性粒子と比較した。また機械的強度をカラムに充填した状態で、純水を通液し、その通液速度を直線的に変化させたときの送液圧力を計測する方法で測定した。 The obtained hydrophilic porous particles were packed in a 6.0 mm ID × 15 cm column, and the pore characteristics were measured by size exclusion chromatography using polyethylene glycol (hereinafter referred to as PEG) as a standard sample. The hydrophilicity was compared with conventional hydrophilic particles using benzyl alcohol retention as an index. The mechanical strength was measured by a method in which pure water was passed in a state where the column was packed and the liquid feeding pressure was measured when the flow rate was changed linearly.
細孔特性測定条件
カラム:6.0mmIDx15cm
溶離液:イオン交換水
測定流速:0.5mL/min
送液ポンプ:DP−8020(東ソー製)
検出器:RI−8022(東ソー製)
試料:エチレングリコール、ポリエチレングリコール(分子量200,300,600,1000,3000,6000 和光純薬製)
排除限界分子量算出法:PEG 分子量 200、300及び600の溶出容量を通る直線の分子量6000の溶出位置のにおけるPEG換算分子量
空孔率算出法:(エチレングリコール溶出容量−PEG6000溶出容量)/(カラム容量−PEG6000溶出容量)x100
疎水性測定条件
測定試料以外細孔特性測定条件に同じ
試料:エチレングリコール、ベンジルアルコール
疎水性値:ベンジルアルコール溶出容量/エチレングリコール溶出容量
機械的強度(送液抵抗)測定条件
カラム:4.6mmIDx10cm
送液溶媒:イオン交換水
流速グラジエント:0.2mL/minから10.2mL/minまで10分リニヤーグラジエント
送液ポンプ:CCPM−II
検出:送液ポンプ圧力計出力より換算
強度:送液圧力が送液速度と直線関係からはずれる(変曲点)より概算
表1に排除限界分子量、細孔容積及び疎水性試験の結果を図1に機械的強度測定結果を示す。疎水性は若干大きいが、機械的強度は8MPa付近で若干の粒子変形に伴う圧力上昇が見られるものの、非常に高い強度を有していた。
Pore property measurement condition column: 6.0 mm ID × 15 cm
Eluent: ion-exchanged water measurement flow rate: 0.5 mL / min
Liquid feed pump: DP-8020 (manufactured by Tosoh)
Detector: RI-8022 (manufactured by Tosoh)
Sample: ethylene glycol, polyethylene glycol (molecular weight 200, 300, 600, 1000, 3000, 6000, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Exclusion limit molecular weight calculation method: PEG molecular weight PEG conversion molecular weight porosity calculation method at a linear molecular weight 6000 elution position passing through elution volumes of 200, 300 and 600: (ethylene glycol elution volume-PEG 6000 elution volume) / (column volume) -PEG6000 elution volume) x100
Hydrophobicity measurement conditions Samples other than measurement samples Same as pore characteristic measurement conditions: ethylene glycol, benzyl alcohol Hydrophobicity value: benzyl alcohol elution capacity / ethylene glycol elution capacity Mechanical strength (liquid feeding resistance) measurement condition column: 4.6 mm ID × 10 cm
Liquid solvent: Ion-exchanged water flow rate gradient: 0.2 mL / min to 10.2 mL / min for 10 minutes Linear gradient liquid pump: CCPM-II
Detection: Converted strength from liquid pump pressure gauge output: Estimated from liquid feeding pressure deviates from linear relationship with liquid feeding speed (inflection point) Table 1 shows the results of exclusion limit molecular weight, pore volume and hydrophobicity test. Shows the mechanical strength measurement results. Although the hydrophobicity was slightly large, the mechanical strength was very high although a slight pressure increase due to particle deformation was observed at around 8 MPa.
<N−アルコキシメチルアクリルアミド粒子の重合>
N−ブトキシメチルクリルアミド(和光純薬製)294.0g、エチレングリコールジメタクリレート(東京化成工業製)4.0g、1−ヘキサノール(キシダ化学製) 30gに変更した以外は実施例1と同様に重合体粒子を作成した。
<第二工程>
含水重合粒子16.7g(乾燥重量10g)、エチルアミン塩酸塩2.5g(東京化成工業製)、60%−硫酸水溶液1mL、ジメチルスルホキシド60mL(キシダ化学製)を200mL三つ口フラスコに投入し、90℃に設定したオイルバス中で2時間撹拌した。得られた親水化粒子を温水洗浄しアニオン交換多孔質粒子18.1gを得た。得られた粒子を0.5N−NaOH水溶液で洗浄後、0.5N塩酸を用いて滴定を行ったところ、イオン交換容量は0.25meq/(粒子−mL)であった。
<Polymerization of N-alkoxymethylacrylamide particles>
N-butoxymethyl chloramide (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 294.0 g, ethylene glycol dimethacrylate (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) 4.0 g, 1-hexanol (Kishida Chemical Co., Ltd.) 30 g Polymer particles were made.
<Second step>
Water-containing polymer particles 16.7 g (dry weight 10 g), ethylamine hydrochloride 2.5 g (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), 60% -sulfuric acid
実施例3
実施例2で作成したN−アルコキシメチルアクリルアミド粒子を用い以下の第二工程を行った。
<第二工程>
含水重合粒子16.7g(乾燥重量10g)、タウリン2.25g(和光純薬製)、60%−硫酸水溶液1mL、ジメチルスルホキシド55mL(キシダ化学製)、蒸留水5mLを200mL三つ口フラスコに投入し、90℃に設定したオイルバス中で2時間撹拌した。得られた親水化粒子を温水洗浄しベタイン構造のイオン交換多孔質粒子16.1gを得た。得られた粒子を0.5N−HClで洗浄後、0.1N−NaOHを用いて滴定を行ったところ、イオン交換容量は0.08meq/(粒子−mL)であった。
Example 3
The following second process was performed using the N-alkoxymethylacrylamide particles prepared in Example 2.
<Second step>
Water-containing polymer particles 16.7 g (dry weight 10 g), taurine 2.25 g (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 60% -sulfuric acid
実施例4
実施例2で作成したN−アルコキシメチルアクリルアミド粒子を用い、第二工程をアミノ化合物としてグリシン2.5g、60%−硫酸水溶液2mLに変更した以外は実施例2と同様に製造した。得られた粒子を0.5N−HClで洗浄後、0.1N NaOHを用いて滴定を行ったところ、イオン交換容量は0.07meq/(粒子−mL)であった。
Example 4
Using the N-alkoxymethylacrylamide particles prepared in Example 2, the same procedure as in Example 2 was carried out except that the second step was changed to 2.5 g of glycine and 2 mL of 60% sulfuric acid aqueous solution as the amino compound. The obtained particles were washed with 0.5N HCl and titrated with 0.1N NaOH. The ion exchange capacity was 0.07 meq / (particles-mL).
実施例5
<アクリルアミド・2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸共重合体の作成>
アクリルアミド3g(アルドリッチ製)、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸7g(アルドリッチ製)、過硫酸カリュウム0.1g(キシダ化学製)をイオン交換水に溶解し100mLとしてなす型フラスコに入れ、窒素気流下、70℃で16時間重合を行った。
<第二工程>
つづいて、実施例2で作成したN−アルコキシメチルアクリルアミド粒子を用い、第二工程をアミド化合物としてアクリルアミド・2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸共重合体溶液5mLに変更した以外は実施例3と同様に製造した。得られた粒子を0.5N−HClで洗浄後、0.1N−NaOHを用いて滴定を行ったところ、イオン交換容量は0.013meq/(粒子−mL)であった。
Example 5
<Creation of acrylamide / 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid copolymer>
3 g of acrylamide (manufactured by Aldrich), 7 g of 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (manufactured by Aldrich), and 0.1 g of potassium persulfate (manufactured by Kishida Chemical) are dissolved in ion-exchanged water and put into a 100 mL flask to form nitrogen. Polymerization was carried out at 70 ° C. for 16 hours under an air stream.
<Second step>
Subsequently, Example 3 was used except that the N-alkoxymethylacrylamide particles prepared in Example 2 were used and the second step was changed to 5 mL of an acrylamide-2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid copolymer solution as an amide compound. Manufactured in the same manner. The obtained particles were washed with 0.5 N HCl and titrated with 0.1 N NaOH, and the ion exchange capacity was 0.013 meq / (particles-mL).
実施例6
実施例1で作成した粒子を10mmIDx15cmの液体クロマトグラフィーカラムに充填し、脱塩クロマトグラフィーを実施した。クロマトグラフィー条件を下記に示す。
溶離液:50mmol/L リン酸緩衝液 pH6.5
測定流速:3mL/min
温度:4℃
試料:10mg/mL Ovalbumin(シグマ製) 0.5mol/L NaCl and 50mmol/L リン酸緩衝液pH6.5
試料量:1mL, 2mL, 3mL, 4mL
装置:
送液ポンプDP−8020(東ソー製)
カラムオーブンCO−8020C(東ソー製)
検出器UV−8020(東ソー製) 波長280nmに設定
グラジエントモニタGM−8010(東ソー製)
得られたクロマトグラムを図2に示す。タンパク質と塩が効率よく分離可能であった。
Example 6
The particles prepared in Example 1 were packed in a 10 mm ID × 15 cm liquid chromatography column and subjected to desalting chromatography. Chromatographic conditions are shown below.
Eluent: 50 mmol / L phosphate buffer pH 6.5
Measurement flow rate: 3 mL / min
Temperature: 4 ° C
Sample: 10 mg / mL Ovalbumin (manufactured by Sigma) 0.5 mol / L NaCl and 50 mmol / L phosphate buffer pH 6.5
Sample volume: 1 mL, 2 mL, 3 mL, 4 mL
apparatus:
Liquid feed pump DP-8020 (manufactured by Tosoh)
Column oven CO-8020C (manufactured by Tosoh)
Detector UV-8020 (manufactured by Tosoh) Gradient monitor GM-8010 (manufactured by Tosoh) set to a wavelength of 280 nm
The obtained chromatogram is shown in FIG. Protein and salt could be separated efficiently.
実施例7
実施例1で作成した粒子を4.6mmIDx15cmの液体クロマトグラフィーカラムに充填し、ポリオール分析法である順相クロマトグラフィーを実施した。クロマトグラフィー条件を下記に示す。
溶離液:
1)アセトニトリル/水 = 7/3
2)アセトニトリル/5mmol/L リン酸緩衝液pH6.5 =7/3
測定流速:1mL/min
温度:80℃
試料:
溶離液1) エチレングリコール、グリセロール、ソルビトール、グルコース、サッカロース、マルトース
溶離液2) エチレングリコール、グリセロール、グルコース、グルコサミン、ガラクトクロン酸
装置:
送液ポンプDP−8020(東ソー製)
カラムオーブンCO−8020C(東ソー製)
検出器RI−8022(東ソー製)
得られたクロマトグラムを図3及び図4に示す。ポリオールが効率よく分離可能であった。また従来のシリカ系充填剤を用いた場合、同時分析が困難であった、塩基性糖、中性糖及び酸性糖の同時分析が可能であった。
Example 7
The particles prepared in Example 1 were packed in a 4.6 mm ID × 15 cm liquid chromatography column, and normal phase chromatography, which is a polyol analysis method, was performed. Chromatographic conditions are shown below.
Eluent:
1) Acetonitrile / water = 7/3
2) Acetonitrile / 5 mmol / L phosphate buffer pH 6.5 = 7/3
Measurement flow rate: 1 mL / min
Temperature: 80 ° C
sample:
Eluent 1) Ethylene glycol, glycerol, sorbitol, glucose, saccharose, maltose Eluent 2) Ethylene glycol, glycerol, glucose, glucosamine, galactoconic acid apparatus:
Liquid feed pump DP-8020 (manufactured by Tosoh)
Column oven CO-8020C (manufactured by Tosoh)
Detector RI-8022 (manufactured by Tosoh Corporation)
The obtained chromatogram is shown in FIGS. The polyol was separable efficiently. In addition, when conventional silica-based fillers are used, simultaneous analysis of basic sugar, neutral sugar and acidic sugar, which is difficult to perform simultaneous analysis, is possible.
比較例1
PIERCE製ポリアクリルアミド 商品名D−Salt Polyacrylamide1800をカラムより抜きだし実施例1と同様な測定を行った。細孔容積は大きく疎水性も小さいが、粒子径が大きいため送液抵抗は小さいものの機械的強度は弱く1.7MPa程度で圧潰した。
Comparative Example 1
PIERCE polyacrylamide product name D-Salt Polyacrylamide 1800 was extracted from the column, and the same measurement as in Example 1 was performed. Although the pore volume is large and the hydrophobicity is small, the particle strength is large, so that the liquid feeding resistance is small, but the mechanical strength is weak and the material is crushed at about 1.7 MPa.
比較例2
アマシャム製 商品名 SephadexG25 Superfine 架橋デキストラン粒子を用いて実施例1と同様な測定を行った。細孔容積は大きく疎水性も小さいが、粒子径が大きいため送液抵抗は小さいものの機械的強度は弱く0.95MPa程度で圧潰した。
Comparative Example 2
Product name manufactured by Amersham Sephadex G25 Superfine The same measurement as in Example 1 was performed using crosslinked dextran particles. Although the pore volume is large and the hydrophobicity is small, the particle diameter is large, so that the liquid feeding resistance is small, but the mechanical strength is weak and it is crushed at about 0.95 MPa.
本発明の本重合体粒子はアミド基又はアミノ基もしくはその双方を有している種々の化合物を導入可能であることから、各種バインダーやコーティング材料、化粧品、免疫診断用担体、液体クロマトグラフィー用充填剤としての使用法が考えられる。特に低い疎水性と高い機械的強度を併せ持つ特性を有する重合粒子は液体クロマトグラフィー用充填剤として特に優れた性能を有している。 Since the polymer particles of the present invention can introduce various compounds having an amide group or amino group or both, various binders, coating materials, cosmetics, immunodiagnostic carriers, packing for liquid chromatography Usage as an agent is conceivable. In particular, polymer particles having characteristics of having both low hydrophobicity and high mechanical strength have particularly excellent performance as a packing material for liquid chromatography.
Claims (15)
化学式1で表される単量体と共重合しうる、多官能不飽和単量体に由来する単位を含む、粒子径が1〜1000μmである重合体粒子において、化学式1で表されるN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する単位に化学式2(ただし化学式2中のR2はH、C3以下のアルキル基又はC3以下でありかつ1個以上の水酸基で置換されたアルキル基を表す。化学式2中のR3はH、NH2、C1〜C18のアルキル基、フェニル基、C24以下でありかつ1個以上の水酸基で置換された直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、−CH2−CO−NH2のいずれかを表すか、又は、R3は他のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する構造単位であり、メチレン基を介して他のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する窒素原子に結合していることを表す。化学式2中のAは重合体粒子を表す。)及び/又は化学式3(ただし化学式3中のR4及びR5はH、C6以下のアルキル基、フェニル基、ナフチル基、C6以下でありかつ1個以上の水酸基で置換されたアルキル基、−CH2COOH、−CH2SO3H、−CH2CH2SO3H、−(CH2)n−PO−(OH)2(式中nは1から4の整数を表す)、−CHR6−PO−(OH)2(式中R6は炭素数1〜3の直鎖アルキル基を表す)、−CHR7−COOH(R7はアミノ酸側鎖を表す)、オリゴペプチド残基、アデニン残基、シトシン残基、グアニン残基、メラミン残基、ベンゾグアナミン残基、ポリエチレンイミン、ポリアリルアミンのいずれかを表すか、又は、R4及びR5は他のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する構造単位であり、メチレン基を介して他のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド単量体に由来する窒素原子に結合していることを表す。化学式3中のAは重合体粒子を表す。)で表される置換基が、少なくとも導入された架橋(メタ)アクリルアミド粒子。
In a polymer particle having a particle diameter of 1 to 1000 μm and including a unit derived from a polyfunctional unsaturated monomer that can be copolymerized with the monomer represented by Chemical Formula 1, N − represented by Chemical Formula 1 A unit derived from an alkoxymethyl (meth) acrylamide monomer is represented by chemical formula 2 (wherein R2 in chemical formula 2 is H, C3 or lower alkyl group or C3 or lower and an alkyl group substituted with one or more hydroxyl groups). R3 in Chemical Formula 2 is H, NH2, a C1-C18 alkyl group, a phenyl group, a linear, branched or cyclic alkyl group which is C24 or less and substituted with one or more hydroxyl groups, -CH2- Represents any one of CO-NH2, or R3 is a structural unit derived from another N-alkoxymethyl (meth) acrylamide monomer, and other N-alkoxymethyl ( A) in the chemical formula 2 represents a polymer particle) and / or chemical formula 3 (wherein R4 and R5 in the chemical formula 3 are H, C6 or lower alkyl group, phenyl group, naphthyl group, C6 or lower alkyl group substituted with one or more hydroxyl groups, -CH2COOH, -CH2SO3H, -CH2CH2SO3H,-(CH2) n-PO- (OH) 2 (Wherein n represents an integer of 1 to 4), -CHR6-PO- (OH) 2 (wherein R6 represents a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms), -CHR7-COOH (R7 is an amino acid) Represents a side chain), oligopeptide residue, adenine residue, cytosine residue, guanine residue, melamine residue, benzoguanamine residue, polyethyleneimine, polyallylamine Alternatively, R4 and R5 are structural units derived from other N-alkoxymethyl (meth) acrylamide monomers, and are derived from other N-alkoxymethyl (meth) acrylamide monomers via a methylene group. Cross-linked (meth) acrylamide particles into which at least the substituent represented by A in Chemical Formula 3 represents a polymer particle is introduced.
(1)化学式1で表される油溶性のN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド、化学式1で表される単量体と共重合しうる多官能不飽和単量体、及び懸濁安定剤を水相に懸濁し、重合することにより重合体粒子を得る工程、
(2)アミド基又はアミノ基を有する化合物が分散又は溶解し、工程(1)の重合体粒子が分散した有機溶媒中に、酸触媒を作用させることにより、化学式1の単量体に由来する単位に化学式2及び/又は化学式3で表される置換基を導入する工程、
からなる架橋(メタ)アクリルアミド粒子の製造法。 A method for producing crosslinked (meth) acrylamide particles according to any one of claims 1 to 5,
(1) Oil-soluble N-alkoxymethyl (meth) acrylamide represented by Chemical Formula 1, a polyfunctional unsaturated monomer copolymerizable with the monomer represented by Chemical Formula 1, and a suspension stabilizer in water A step of obtaining polymer particles by suspending in a phase and polymerizing,
(2) The compound having an amide group or amino group is dispersed or dissolved, and the acid catalyst is allowed to act in the organic solvent in which the polymer particles in the step (1) are dispersed, thereby deriving from the monomer of the chemical formula 1. Introducing a substituent represented by Chemical Formula 2 and / or Chemical Formula 3 into the unit;
A method for producing crosslinked (meth) acrylamide particles comprising:
A method in which the crosslinked (meth) acrylamide particles according to any one of claims 1 to 3 are packed in a liquid chromatography column and used as a polyol analysis column.
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