JPH01278541A - 多孔質均一ポリマー粒子の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野］ 本発明は、ポリマー粒子の表面から内部まで多孔質で、
粒径分布かせまいポリマー粒子（多孔質均一ポリマー粒
子）の製法に関する。さらに詳しくは、イオン交換樹脂
用母料、クロマトグラフィー用充填材、酵素固定用担体
、アフィニティークロマトグラフィー用担体などの用途
に利用されつる多孔質均一ポリマー粒子の製法に関する
。

［従来の技術・発明が解決しようとする課題］球状ポリ
マー粒子の製法として分散法とスプレー法か知られてい
る。

分散法では、 ■界面活性剤を含む分散媒体中にポリマーの希薄溶液を
小滴状に分散させ、該小滴状のポリマー溶液から溶媒を
揮発させて固化させる（特開昭５６−２４４３０号公報
参照） ■この分散液に小滴の凝固剤を徐々に加えて固化させる
（特開昭５７−１５９８０１号公報参照）などの方法で
球状ポリマー粒子かえられている。

しかし、この方法でえられる粒子は広い粒径分布を有す
る上、固化した小滴から溶媒、分散媒体、界面活性剤な
どを除くためには、水洗だけては不充分で、有機溶媒に
よる洗浄か必要である。

分散法の別法として、重合性モノマーを分散媒体中に分
散さぜたのぢ重合させて球状ポリマー粒子をつる方法も
知られている。この方法でえられた粒子を電子顕微鏡で
拡大してみると、微小な球状粒子か凝集して球状粒子に
なっていることか観察される。

かかる方法によってえられた粒子も広い粒径分布を有し
ている上、該粒子の懸濁液をマグネチックスターラーな
とて攪拌すると、前記構造に起因すると思われる微小な
ポリマーくずか多量に発生ずる。

一方、スプレー法では、ポリマー溶液を凝固剤中に１１
１１霧することによって、球状ポリマー粒子か製造され
る。この粒子も粒径分布か広く、また粒径も比較的大き
い（特開昭５２−１２９７８８号公報参照）。

近年、一定の流速の液体の噴流に周期的な乱れを与えて
均一な大きさの戒心をうる技術（以下、振動法という）
か開発されており、重合性モノマーを分散媒体中に分散
させて重合さけ−る方法に適用して、粒径分布のせまい
球状ポリマー粒子をうる方法がすでに提案されている（
特開昭５７−１０２９０５号公報参照）。

しかしなから、この粒子には、すてに分散法でのべたの
と同様に、ポリマーくずが発生しゃずいという欠点があ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、前記従来法における諸欠点を解消し、微
小なポリマーくずが発生しない球状の多孔質均一ポリマ
ー粒子を容易に製造しつる方法を見出すため鋭意研究を
重ねた結果、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、曇点を有するポリマー溶液を、一定
の流速で一定の周期的な乱れを加えながら均一な大きさ
の液滴として溶液状態で開口部から気相中に噴出させ、
同符号の電荷を帯電させたのち、該液滴を曇点以下の温
度にしてから、該液滴に自然に濡れるほどの表面張力を
有する該液滴の凝固液中に侵入させ、凝固させることを
特徴とする多孔質均一ボリマ−粒子の製法に関する。

［実施例］ 本発明においては曇点を有しうるポリマー溶液か使用さ
れる。

前記曇点を有しうるとは、ポリマーを溶媒に溶解させた
のち、えられた溶液を冷却する、良溶媒と貧溶媒または
非溶媒とを用いた溶液から良溶媒の一部を蒸発させる、
溶液に貧溶媒を吸収させるなとしだはあいに曇点か生じ
ることをいう。上記のようにして曇点以下の温度になる
と、ポリマー溶液はポリマーのａ集した相と溶媒か主体
となった相に分離し、この状態のものを凝固させれは３
次元網目状構造のものかえられる。

前記ポリマー溶液を構成するポリマーの種類、分子量な
とにはとくに限定はなく、曇点を有しうるポリマー溶液
を調製しうるポリマーであるかきりいかなるものち使用
しうる。

このようなポリマーの具体例としては、たとえばセルロ
ース、セルロース誘導体、再生セルロースなどのセルロ
ース系ポリマー；絹フィブロインなとの絹糸ポリマー；
キトサンなどのキチン系ポリマー、コラーゲン、アルギ
ン酸塩、カラギーナン、デンプンのごとき天然系ポリマ
ー、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート
、ポリヒドロキシエチルメタクリレート、ポリスチレン
、ポリ酢酸ビニル、ポリクロルメチルスチレン、ポリビ
ニルアルコール、ポリ塩化ビニルなどのビニル系ポリマ
ーまたはこれらポリマーとなるビニル系単量体同士、さ
らには他の単量体との共重合系ポリマー、たとえばエチ
レン−ビニルアルコール共重合体なと；６ナイロン、　
６，６ナイロン、ポリブチレンチレフタレ−１・、ポリ
ブチレンチレフタレ−１・、ポリスルホン、または種々
のポリウレタン、ポリアミノ酸のことき縮重合系ポリマ
ーなと、それぞれのポリマーに適した溶媒に溶解させて
曇点を有しうるポリマー溶液を調製しうる合成系ボリマ
ーなとかあげられる。

前記ポリマー溶液を構成する溶媒にもとくに限定はなく
、動点を有しうるポリマー溶液を製造しつる溶媒である
かきり使用しうる。

たとえはポリマーか二酢酸セルロースのばあい、溶液の
温度を下げるたけて動点か生じる溶媒の具体例としては
、たとえばジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミ
ド、ジメチルスルホギン！・、Ｎ−メチル−２−ピロリ
ドンなとの難揮発性良溶媒と、たとえはエチレングリコ
ール、プロピレングリコール、グリセリンなどの多価ア
ルコールのような難揮発性非溶媒との混合溶媒なと、溶
ｉｆｋから良溶媒の一部を蒸発させて動点以下の温度に
するはあいの溶媒の具体例としては、たとえはアセ（・
ン、テトラヒドロフラン、／オキサンなとの揮発性良溶
媒と、たとえはエタノール、プロパツール、フタノール
、水、エチレンクリコール、プロピレングリコール、ク
リセリン、ホルムアミドなとの比較的難揮発性〜難揮発
性の非溶媒との混合溶媒なと、溶液に貧溶媒または非溶
媒を吸収させて動点以下の温度にするばあいの溶媒の具
体例としては、たとえば前記の難揮発性良溶媒に、動点
が気相の温度未届になるように難揮発性の非溶媒を加え
た混合溶媒など、吸収させるガス状の非溶媒の具体例と
しては、水、メタノール、エタノールなどの揮発性貧溶
媒などかあげられる。

前記のごとき動点を有しうるポリマー溶液の濃度、粘度
などにもとくに限定はないが、本発明ではポリマー溶液
を溶液の状態で一定の流速で一定の周期的な乱れを加え
ながら均一な大きさの液滴として開口部から気相中に噴
出させなければならないから、動点より高い温度で２０
〜２０００ｃＰ程度の粘度であるのが好ましく、５０〜
ＬＱＯＯｃＰ程度であるのかさらに好ましい。前記粘度
が２０ｃＰ程度未満になると液体中のポリマーの濃度か
低すぎるため、えられるポリマー粒子の強度か弱くなり
、２０００ｃＰ程度をこえると、均一な粒径を持っだ液
滴か形成されにくくなる傾向にある。

−７＝ 前記のことき粘度のポリマー溶液を与える溶液濃度は、
通常３〜３０％（重量％、以下同様）程度、好ましくは
５〜２０％稈疫である。

前記ポリマー溶液を開口部から気相中に噴出させる際の
流速としては、通常３〜３０ＩＩｌ／秒、好ましくは５
〜２０ｍ／秒程度か採用されるが、これらの範囲に限定
されるものではなく、ポリマー溶液粘度や後述するポリ
マー溶液噴出時に加える一定の周期的な乱れ、開口部の
大きさなどに応して適宜選択［７て設定ずれはよい。

前記ポリマー溶液を開口部から気相中に噴出させる際の
周期的な乱れとしては、通常１０００〜４００００１１
ｚ、好ましくは２０００〜３００００　Ｈｚ程度か採用
されるか、これらの範囲に限定されるものではなく、ポ
リマー溶液濃度や開口部から気相中にｌｌｌ’Ｓ出させ
る際の流速、開口部の大きさなとに応して適宜選択して
設定ずれはよい。

前記開口部とは、たとえば特開昭６２−１．９１．０３
３号公報なとに記載のことき装置のノスルの中央部に設
けられた通常複数個の孔のことであり、一般に円形状で
、その孔径か１０〜５００，１／ＩＴＩ程度、好ましく
は２０〜３００加程度のものである。開口部の大きさ、
形状などは製造する多孔質均一ポリマー粒子の大きさに
応じて適宜選択すればよい。

前記気相の具体例としては、たとえは空気、動点を有し
うるポリマー溶液から形成されだ液滴を動点以下の温度
にするために液滴に吸収させる非溶媒、たとえばポリマ
ーが酢酸セルロースのはあいには前記の非溶媒などを気
体状態にしたものを含む環境、さらには液滴中に存在す
る良溶媒を揮発させて動点以下の温度になるようにした
環境なとがあげられる。

このような気相の温度、圧力などにはとくに限定はない
か、温度を下げて動点をたさせるばあいには室温程度で
あるのか好ましく、液滴中の良溶媒を揮発させて動点以
下の温度にするばあいには良溶媒が揮発しやすい温度、
圧力であるのが好ましく、液滴に貧溶媒または非溶媒の
ガスを吸収させて動点以下の温度にするばあいにはそれ
らの飽和濃度の空気であるのか好ましい。

前記ポリマー溶液からの液滴は気相中に噴出後間符号の
電荷を有するように帯電せしめられる。液滴か同荀号の
電荷を有するはあいには、気相中を飛行する間に液滴同
士か合体しにくくなり、均一な粒径の粒子かえられやす
くなる（Ｊ、Ｉｌ、５ｈｎｅｉｄｅｒ　ａｎｄ　Ｃ，Ｉ
）、ＩＩｅｎｄｒｉｃｋｓ、Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｒＳｃｉ
ｅｎｌ、１ｆｉｃ　　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、３５１
３４９（１９６４）参照）。

液滴に同７１号の電荷を（＝Ｉ与する方法としては、た
とえは前記特開昭６２−１９１０３３号公報に記載のご
とき装置のノスルの前方に平行平板状の電極を設置し、
該電極とノスルとの間に直流電圧を印加するなどの方法
かあげられる。

このように溶液の状態で気相中に噴出せしめられ、同７
１号の？ｌＩｉ荷をイτｊ与せしめられた液滴は、気相
中を飛行し、鎖点以下の温度になったのち、該液滴に自
然に濡れるはとの表面張力を有する凝固液中に侵入せし
められる。

ポリマー溶液を噴出させる際の温度はポリマー溶液か均
一な溶液状態を維持しうる範囲であるかぎりとくに限定
はないか、ポリマー溶液を冷却して鎖点以下の温度にす
るばあいには、ポリマー溶液の動点より５〜２０℃程度
高い温度か好ましく、ポリマー溶液から良溶媒を揮発さ
せて鎖点以下の温度にする。

あるいは液滴に貧溶媒または非溶媒のガスを吸収させて
鎖点以下の温度にするばあいには、室温程度であるのが
好ましい。

前記球形とはほぼ真球のもののみならす、短径／長径か
０８程度の楕円状のものの回転体などをも含む概念であ
る。

液滴が気相中を飛行する距離にはとくに限定はなく、液
滴が鎖点以下の温度になるかぎりどのような距離でもよ
いが、通常０．３〜５ｍ程度か採用され、０５〜３ｍ程
度か好ましい。該距離が０．２ｍ未満になると球形でな
いものが多くなったり、鎖点以下の温度にならないうち
に凝固液に侵入する液滴が多くなる。また５ｍをこえる
と、液滴に同一符号の電荷を帯びさせても空気抵抗など
によって生ずる飛行のみだれによる合体か多くなる傾向
が生じる。

液滴が凝固液に侵入する際に鎖点以下の温度になってい
ることを直接測定することは非常に困難である。

したかって、本発明ではラッペルら （ＣＥ、Ｌａｐｐｅｌ　ａｎｄ　Ｃ，Ｂ、５ｈｅｐｌ＋
ｅｒｄ、　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎｄ　Ｅｎｇｎｃｅ
ｒｉｎｇ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、３２（５）　６０５（
１９４０））の式を用いて１７１００秒毎に空気抵抗と
液滴の速度を求め、飛行時間を計算し、この飛行時間の
間に低下する温度をランフら（Ｗ、Ｅ、Ｒａｎｚ　ａｎ
ｄ　ＷＲ，Ｍａｒｓｈａｌｌ、　　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　
Ｉシｎｇｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ。

４ｇ　２４７　（１９５２））の式を用いて推測してい
る。

なお、このようにして求められた温度は溶剤の蒸発によ
る温度降下は考慮されておらす、この分さらに低温にな
るものと考えられる。

本発明に用いる液滴と自然に濡れるほどの表面張力を有
する凝固液としては、使用するポリマーの非溶媒または
貧溶媒のうちで、比較的表面張力の低いもの、このよう
な非溶媒または貧溶媒の水溶液、界面活性剤の水溶液、
良溶媒の水溶液などが用いられつる。

凝固液の温度などにもとくに限定はなく、凝固液として
作用するかぎりどのような温度のものも使用しうるが、
０〜６０℃程度が取扱いやすいなとの点から好ましい。

上記のように液滴が鎖点以下の温度になり、ポリマーが
ある程度分離した段階で凝固液に侵入せしめるため、た
とえば第１図、第５図、第６図に示すような多孔質の表
面を有し、たとえば第２図に示すような多孔質の内部を
有する３次元網目状の、たとえば第３図に示すような粒
子かえられる。なお第４図は写真の左下〜右中央より上
の約２／３の部分か粒子内部、左下〜右中央より下の約
１／３の部分が粒子表面を示す写真である。

前記多孔質ポリマー粒子の表面に存在する孔径にはとく
に限定はないが、通常０．０１〜１加程度の範囲のもの
か容易に製造されうる。また内部の３次元網目状構造を
形成する孔径にもとくに限定はないか、通常０１〜１０
應程度の範囲のものが容易に製造されうる。

さらに多孔質ポリマー粒子の数平均粒径などにもとくに
限定はｌよいか、通常４０〜１．０００胴程度の範囲の
ものか容易に製造されうる。また粒径分布としては、９
５％以上の粒子が数平均粒径の±１０％以内にあるのも
のか、通常、製造されうる。

このようにして製造された本発明の方法による多孔質均
一ポリマー粒子の空孔率は５０〜９５％程度のものであ
り、均一で粒径分布のせまいポリマー粒子であるため、
クロマトグラフ用充填祠、酵素固定用担体、アフィニテ
ィクロマトグラフィー用担体、イオン交換樹脂用母料な
との用途に使用することかでき、これらの用途に使用し
たはあいには圧力損失、選択性、分画のシャープさ、吸
脱着速度の速さなどの点で優れたものとなる。

つきに本発明の製法を実施例に基つき説明する。

実施例１ ジメチルスルホキシド／プロピレングリコールか重量比
で２１／　７９の混合液に、二酢酸セルロースを濃度か
５％となるように溶解させた。えられた溶液の鎖点は７
２°Ｃてあった。

ノズルの前方５ｍｍのところに２ｃｍの間隔をおいて、
ｒ１１５ｃｍ、液滴の飛行方向の長さ５ｃｍの大きさの
平行平板状の電極を設置し、該電極とノズルとの間に５
００ｖの直流電圧を印加した。このノスルに設けた直径
５０ρの円形のオリフィスから、９１°Ｃに保持した前
記溶液を２５ｍ／５ｅｃＯ線速で２５．５ＫＨｚの振動
を加えながら吐出させ、該溶液の均一な液滴を形成させ
、２０°Ｃの気相中を約０．４ｍ飛行させたのち、２０
°Ｃの中性界面活性剤（ポリオキシエチレンソルビタン
モノラウレート）を０５％含む水溶液中へ侵入させて凝
固させ、二酢酸セルロースの粒子をえた。凝固液に侵入
する前の液滴の温度を前記の方法で推測すると３８°Ｃ
で、鎖点より３４°Ｃ低かった。

えられた二酢酸セルロース粒子の数平均粒径を下記方法
によりル（１１定したところ、　１５５ｓｌで、粒子か
ずへて数平均粒径±５％以内にあった。

えられた二酢酸セルロース粒子をメタノールでよく洗っ
てから室温で真空乾燥させ、金を蒸着させたのち走査型
電子顕微鏡でその表面および断面を観察したところ、表
面には孔径約０．２廓の孔か多数存在し、断面にも同程
度の孔径の孔か多数存在し、多孔質３次元網目状組成に
なっていた。

なお、第１図は粒子表面を１５０００倍で観察した′電
子顕微鏡写真であり、第２図は粒子断面を１５０００倍
で観察した電子顕微鏡写真である。

（数平均粒径および粒径分布） 数百側（約５００〜１０００個）の粒子の光学顕微鏡像
を画像処理装置（■ニレコ製のルーセックス■）を使用
して処理して求める。

実施例２ シメチルスルホキント／プロピレングリコールか重量比
で４７６の混合液に、二酢酸セルロースを濃度が６％と
なるように溶解させた。えられた溶液の鎖点は８０℃で
あった。

ノズルの前方５ｍｍのところに２ｃｍの間隔をおいて、
ｒｌｒ　５０ｍ、液滴の飛行方向の長さ５ｃｍの大きさ
の平行平板状の電極を設置し、該電極とノスルとの間に
５００■の直流電圧を印加した。このノスルに設けた直
径４０珊の円形のオリフィスから、６８°Ｃに保持した
前記溶液を１７ｍ／ｓｅｃの線速で２５．５ＫＩｌｚの
振動を加えながら吐出させ、該溶液の均一な液滴を形成
させ、２０°Ｃの気相中を約１．７ｍ飛行させたのち、
２０℃の中性界面活性剤（ポリオキシエチレンソルビタ
ンモノラウレ−１・）を０．５％含む水溶液中へ侵入さ
せて凝固させ、二酢酸セルロースの粒子をえた。凝固液
に侵入する前の液滴の温度を前記の方法により推測する
と気相の温度に等しく鎖点より１０℃低かった。

えられた二酢酸セルロース粒子の数平均粒径を下記方法
により測定したところ　１１５ｉで、粒子がすべて数平
均粒径±５％以内にあった。

えられた二酢酸セルロース粒子をメタノールでよく洗っ
てから室温で真空乾燥させ、金を蒸着させたのも走査型
電子顕微鏡でその表面および断面を観察したところ、表
面には孔径約０２加の孔か多数存在し、断面にも同程度
の孔径の孔か多数存在し、多孔質３次元網目状組成にな
っていた。

なお、第３図はポリマー粒子を５００倍に拡大した電子
顕微鏡写真、第４図は粒子の表面（写真の左下〜右中央
より下の部分）および断面（写真の左下〜右中央より」
二の部分）を２０００　倍で観察した電子顕微鏡写真で
あり、また第５図および第６図は粒子表面をそれぞれ４
０００倍および２００００倍で観察した電子顕微鏡写真
である。

比較例１ 実施例１て用いた溶媒をンメチルスルポキシト／プロピ
レンクリコールか重量比で３２／　１３ｇの混合溶媒に
かえた他は実施例１と同様にして鎖点４２°Ｃの溶液を
調製し、溶液／１１１度１００°Ｃ、オリフィスの口径
１２０近、吐出線速４　ｍ／ｓｅｃ　、振動数４００　
Ｈｚ　、気相距離７５　ｃｍとした他は実施例１と同様
にして二酢酸セルロース粒子を製造した。

凝固液に侵入する前の液滴の温度は約７０°Ｃで鎖点よ
りも２８°Ｃ高かった。

えられた二酢酸セルロース粒子の数平均１＋７径を実施
例１と同様にして測定したところ、４９０加で、粒子か
すべて数平均粒径±５％以内にあった。

えられた二酢酸セルロース粒子を実施例１と同様に処理
して、走査型電子顕微鏡で表面を含む断面および断面を
観察したところ、表面にはスキン層が存在し、走査型電
子顕微鏡で観察可能な０．０１　ｕｒｖｌ以」二の孔径
の孔は観察されなかっか、粒子内部には孔径約０２Ｊ＃
の孔か多数存在し、多孔質３次元網目状組織になってい
た。

なお、第７図は粒子表面を含む断面を　１．５０００倍
で観察した電子顕微鏡写真であり、第８図は粒子断面を
１５０００倍で観察した電子顕微鏡写真である。

「発明の効果］ 本発明の方法によりポリマー粒子を製造すると、表面か
ら内部まで多孔質で粒径分布がきわめて小さく均一なポ
リマー粒子か製造される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はいずれも本発明の方法である実施
例］の方法で製造したそれぞれポリマー粒子の表面構造
および内部構造を説明するための電子顕微鏡写真であり
、それぞれ粒子表面および粒子断面を　］、　５０００
倍に拡大した写真、第３図は本発明の方法である実施例
２の方法で製造したポリマー粒子の形状を説明するため
の電子顕微鏡写真であり、ポリマー粒子を５００倍に拡
大した写真、第４図は実施例２でえられたポリマー粒子
の表面構造（写真の左下〜右中央より下の部分）および
断面構造（写真の左下〜右中央より」二の部分）を説明
するための電子顕微鏡写真であり、粒子の表＋’ｆｔｉ
および断面を２０００倍に拡大した写真、第５図および
第６図は実施例２でえられたポリマー粒子の表面をそれ
ぞれ４０００倍および２００００倍に拡大した電子顕微
鏡写真、第７図および第８図はそれぞれ比較例１てえら
れたポリマー粒子の表面を含む断面構造および断面構造
を説明するための電子顕微鏡写真であり、それぞれの部
分を　１５０００倍に拡大した写真である。 ２　μｍ １０口μｍ ２０μｍ １０μｍ ２１１ｍ ２７　図 ２μｍ ２μｍ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　曇点を有しうるポリマー溶液を、一定の流速で一定
   の周期的な乱れを加えながら均一な大きさの液滴として
   溶液状態で開口部から気相中に噴出させ、同符号の電荷
   を帯電させたのち、該液滴を曇点以下の温度にしてから
   、該液滴に自然に濡れるほどの表面張力を有する該液滴
   の凝固液中に侵入させ、凝固させることを特徴とする多
   孔質均一ポリマー粒子の製法。