JP2017104828A - 分離材用の多孔質ポリマ粒子の製造方法、分離材用の多孔質ポリマ粒子、及びカラム - Google Patents
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Landscapes
- Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
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Abstract
Description
[1]重合性不飽和基を有するモノマ、重合性不飽和基を有する水溶性高分子及び水性媒体を含む混合液を乳化する工程と、乳化された上記混合液中で上記モノマ及び上記水溶性高分子を共重合することにより多孔質ポリマ粒子を生成させる工程とを含む、分離材用の多孔質ポリマ粒子の製造方法。
[2]上記混合液が、油溶性界面活性剤を更に含む、[1]に記載の製造方法。
[3]上記モノマがスチレン系モノマを含む、[1]又は[2]に記載の製造方法。
[4]上記モノマが多官能性モノマを含む、[1]〜[3]のいずれかに記載の製造方法。
[5]上記多孔質ポリマ粒子の平均細孔径が0.1〜0.5μmである、[1]〜[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6]上記多孔質ポリマ粒子の粒径の変動係数が5〜15%である、[1]〜[5]のいずれかに記載の製造方法。
[7]上記水溶性高分子が水酸基を有する、[1]〜[6]のいずれかに記載の製造方法。
[8]上記水溶性高分子が多糖類である、[1]〜[7]のいずれかに記載の製造方法。
[9]上記多糖類がアガロース及び/又はデキストランを含む、[8]に記載の製造方法。
[10]上記多孔質ポリマ粒子が、上記モノマと共重合している上記水溶性高分子を多孔質ポリマ粒子1g当たり30〜400mg有する、[1]〜[9]のいずれかに記載の製造方法。
[11]重合性不飽和基を有するモノマと重合性不飽和基を有する水溶性高分子との共重合体を含有する、分離材用の多孔質ポリマ粒子。
[12][11]に記載の分離材用の多孔質ポリマ粒子を備えるカラム。
1)粒子を、超音波分散装置を使用して水(界面活性剤等の分散剤を含む)に分散させ、1質量%の多孔質ポリマ粒子を含む分散液を調製する。
2)粒度分布計(シスメックスフロー、シスメックス製)を用いて、上記分散液中の粒子約1万個の画像により平均粒径と粒径のC.V.を測定する。
デキストラン5g(Mw4万)をジメチルスルホキシド(DMSO)50mLに溶解させた後、4−アミノスチレンを0.2g、及びシアノ水素化ホウ素ナトリウム20mgを添加し、60℃で7日間攪拌した。一日おきにシアノ水素化ホウ素ナトリウムを20mgずつ添加し続け、デキストランにエチレン性不飽和基を導入した。エチレン性不飽和基が導入されたデキストランをメタノール中で沈殿させ、水溶性高分子1として回収した。
アガロース水溶液(2質量%)100mLに水酸化ナトリウム4g、及びメタクリル酸グリシジル0.4gを加えて70℃で12時間反応させ、アガロースにエチレン性不飽和基を導入した。エチレン性不飽和基が導入されたアガロースをイソプロピルアルコール中で沈殿させ、水溶性高分子2として回収した。
2−シアノ−2−プロピルジチオベンゾエート0.4g、ヒドロキシエチルメタクリレート78.1g、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)0.38g、及びエタノール140mLを混合し、70℃で5時間重合を行った後、水素化ホウ素ナトリウム(0.2g)を5gの水に溶解したものを添加し、3時間攪拌を続けた。得られたポリマ(ポリヒドロキシエチルメタクリレート(PHEMA))をジクロロメタン中で沈殿させた後、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により分子量を測定した結果、Mw9.2万であった。得られたポリマ5g、及び2−ヒドロキシ−3−アクリロイルオキシプロピルメタクリレート3gをジメチルホルムアミド(DMF)100g中に混合し、60℃で10時間攪拌し、ポリマにエチレン性不飽和基を付与した。得られたポリマを再度ジクロロメタン中で沈殿させ、水溶性高分子3として回収した。
2−シアノ−2−プロピルジチオベンゾエート0.4g、グリセリンモノメタクリレート78.1g、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)0.38g、及びエタノール140mLを混合し、70℃で5時間重合を行った後、水素化ホウ素ナトリウム(0.2g)を5gの水に溶解したものを添加し、3時間攪拌を続けた。得られたポリマ(ポリグリセロールメタクリレート(PGMA))をジクロロメタン中で再沈殿させた後、GPCにより分子量を測定した結果、Mw7.5万であった。得られたポリマ5g、及び2−ヒドロキシ−3−アクリロイロキシプロピルメタクリレート3gをDMF100g中に混合し、60℃で10時間攪拌し、ポリマにエチレン性不飽和基を付与した。得られたポリマを再度ジクロロメタン中で沈殿させ、水溶性高分子4として回収した。
(多孔質ポリマ粒子1の合成)
500mLの三口フラスコに、純度96%のジビニルベンゼン(新日鉄住金化学社製、DVB960)16g、スパン80(油溶性界面活性剤、HLB値4.3)4.8g、及び過酸化ベンゾイル0.64gを混合したモノマ溶液と、エチレン性不飽和基を有する水溶性高分子1(1質量%)及びメチルセルロース(0.05質量%)を含有する水溶液とを投入し、混合液を調製した。マイクロプロセスサーバーを使用して混合液を乳化し、モノマ濃度25体積%の乳化液400mlを得た。得られた乳化液をフラスコに移し、80℃のウォーターバスで加熱しながら、攪拌機を用いて約8時間撹拌をした。生成した粒子をろ過後、アセトンで洗浄し、多孔質ポリマ粒子1を得た。得られた多孔質ポリマ粒子の平均粒径(体積基準)をフロー型粒径測定装置(レーザー回折粒度分布計、FPIA−3000、シスメックス社製)で測定し、平均粒径及び粒径のC.V.値を算出した(表1)。また、多孔質ポリマ粒子を乾燥後、熱重量分析により、多孔質ポリマ粒子中の水溶性高分子量を測定した。結果を表2に示す。
多孔質ポリマ粒子をBSA(Bovine Serum Alubumin)濃度20mg/mLのリン酸緩衝液(pH7.4)に50mLに0.5g投入し、24時間室温で攪拌した。その後、遠心分離で上澄みをとった。分光光度計で上澄みの280nmの吸光度を測定することによって求めた上澄み中のBSA濃度から、多孔質ポリマ粒子に吸着したBSA量(mg/mL粒子)を算出した。5mg/mL粒子未満を○、5mg/mL粒子以上を×として非特異吸着を評価した。結果を表2に示す。
多孔質ポリマ粒子分散液から遠心分離により水を除去し、多孔質ポリマ粒子20gを、ジエチルアミノエチルクロライド塩酸塩を所定量溶解させた水溶液100mLに分散させ、70℃で10分攪拌した。その後、70℃に加温した5M NaOH水溶液100mLを添加し、1時間反応させた。反応終了後、生成物をろ取し、水/エタノール(体積比8/2)で2回洗浄し、ジエチルアミノエチル(DEAE)基をイオン交換基として有する(DEAE変性)多孔質ポリマ粒子を得た(実施例1)。以降の、平均細孔径、比表面積、空隙率、通液性、動的吸着量の評価には、DEAE変性多孔質ポリマ粒子を用いた。
多孔質ポリマ粒子の平均細孔径、比表面積、ポロシティ(空隙率)を水銀圧入測定装置(オートポア:島津製作所)にて測定した。試料は、多孔質ポリマ粒子のそのまま約0.05gを、標準5cc粉体用セル(ステム容積0.4cc)にとり、初期圧21kPa(約3psia、細孔直径約60μm相当)の条件で測定した。水銀パラメータは、装置デフォルトの水銀接触角130degrees、水銀表面張力485dynes/cmに設定した。また、細孔径0〜5μmの範囲に限定してそれぞれの値を算出した。
多孔質ポリマ粒子を充填したカラムに流速を変えながら水を流し、流速とカラム圧との関係を調べ、カラム圧が0.3MPaの時の線流速(通液速度)を測定した。1000cm/h以下を×、1000cm/h以上1500cm/h以下を△、1500cm/h以上を○として評価した。結果を表2に示す。
多孔質ポリマ粒子を充填したカラムに、20mmol/L Tris−塩酸緩衝液(pH8.0)を10カラム容量流した。その後、BSA濃度2mg/mLの20mmol/LのTris−塩酸緩衝液を流し、UV吸光度測定によりカラム出口での溶出液中のBSA濃度を測定した。カラム入口と出口のBSA濃度が一致するまで緩衝液を流した。その後、5カラム容量分の1M NaCl Tris−塩酸緩衝液で希釈した。10%break throughにおける動的結合容量を以下の式を用いて算出した。結果を表2に示す。
q10=cfF(t10−t0)/VB
q10:10%breakthroughにおける動的結合容量(mg/mL wet resin)
cf:注入液のBSA濃度(mg/mL)
F:流速(mL/min)
VB:ベッド体積(mL)
t10:10%breakthroughにおける時間(min)
t0:BSA注入開始時間(min)
油溶性界面活性剤としてスパン80の使用量を6.4gに変更した以外は実施例1と同様にして多孔質ポリマ粒子2を合成し、実施例1と同様にして評価した。
油溶性界面活性剤としてスパン80の使用量を8gに変更した以外は実施例1と同様にして多孔質ポリマ粒子3を合成し、実施例1と同様にして評価した。
油溶性界面活性剤としてスパン80の使用量を9.6gに変更した以外は実施例1と同様にして多孔質ポリマ粒子4を合成し、実施例1と同様にして評価した。
水溶性高分子1の代わりに水溶性高分子2を使用した以外は実施例2と同様にして多孔質ポリマ粒子5を合成し、実施例1と同様にして評価した。
水溶性高分子1の代わりに水溶性高分子3を使用した以外は実施例2と同様にして多孔質ポリマ粒子6を合成し、実施例1と同様にして評価した。
水溶性高分子1の代わりに水溶性高分子4を使用した以外は実施例2と同様にして多孔質ポリマ粒子7を合成し、実施例1と同様にして評価した。
水溶性高分子1を使用しなかった以外は実施例2と同様にして多孔質ポリマ粒子8を合成し、実施例1と同様にして評価した。
水溶性高分子1の代わりに、エチレン性不飽和基を有さないデキストラン(Mw4万)を使用した以外は実施例2と同様にして多孔質ポリマ粒子9を合成し、実施例1と同様にして評価した。
水溶性高分子1の代わりに、エチレン性不飽和基を有さないポリビニルアルコール(PVA、ゴーセノールGH−17)を使用した以外は実施例2と同様にして多孔質ポリマ粒子10を合成し、実施例1と同様にして評価した。
市販のアガロース粒子(Capto DEAE:GEヘルスケア社製)を多孔質ポリマ粒子11として使用し、実施例1と同様にして評価した。
スパン80を追加して使用し、マイクロプロセスサーバーを使用しなかった以外は特開平1−254247号公報に記載の実施例1と同様にして、以下のように多孔質ポリマ粒子12を作製した。モノマとして2,3−ジヒドロキシプロピルメタクリレート11.2g、エチレングリコールジメタクリレート4.8gを用い、スパン80を5g用いて多孔質ポリマ粒子核を合成した。洗浄後の多孔質ポリマ粒子核の4gにデキストラン(分子量15万)1g、水酸化ナトリウム0.6g及び水素化ホウ素ナトリウム0.15gを蒸留水に溶解させた溶液6gを加えて、多孔質ポリマ粒子核の細孔内に含浸させた。得られたデキストラン溶液含浸重合体を、1質量%エチルセルローストルエン溶液1Lに加えて撹拌し、分散、懸濁させた。得られた懸濁液中に、エピクロルヒドリン5mLを加えて50℃に昇温し、この温度で6時間撹拌して、重合体の細孔内に含浸されているデキストランを架橋反応させた。反応終了後、懸濁液をろ過して生成ゲル状物を液と分離し、トルエン、エタノール、蒸留水で順次洗浄し、多孔質ポリマ粒子を得た。得られた多孔質ポリマ粒子12について、実施例1と同様にして評価した。
Claims (12)
- 重合性不飽和基を有するモノマ、重合性不飽和基を有する水溶性高分子及び水性媒体を含む混合液を乳化する工程と、
乳化された前記混合液中で前記モノマ及び前記水溶性高分子を共重合することにより多孔質ポリマ粒子を生成させる工程とを含む、分離材用の多孔質ポリマ粒子の製造方法。 - 前記混合液が、油溶性界面活性剤を更に含む、請求項1に記載の製造方法。
- 前記モノマがスチレン系モノマを含む、請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記モノマが多官能性モノマを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記多孔質ポリマ粒子の平均細孔径が0.1〜0.5μmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記多孔質ポリマ粒子の粒径の変動係数が5〜15%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記水溶性高分子が水酸基を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記水溶性高分子が多糖類である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記多糖類がアガロース及び/又はデキストランを含む、請求項8に記載の製造方法。
- 前記多孔質ポリマ粒子が、前記モノマと共重合している前記水溶性高分子を多孔質ポリマ粒子1g当たり30〜400mg有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の製造方法。
- 重合性不飽和基を有するモノマと重合性不飽和基を有する水溶性高分子との共重合体を含有する、分離材用の多孔質ポリマ粒子。
- 請求項11に記載の分離材用の多孔質ポリマ粒子を備えるカラム。
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