JPH01314962A

JPH01314962A - 液体クロマトグラフィー用充填剤

Info

Publication number: JPH01314962A
Application number: JP63147138A
Authority: JP
Inventors: Akira Yoshimatsu; 吉松　明; Akihiro Kondo; 近藤　昭裕; Rikio Tsushima; 津嶌　力雄
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 1988-06-15
Filing date: 1988-06-15
Publication date: 1989-12-20

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、液体クロマトグラフィー用充填剤に関するも
のであり、更に詳しくは、特定の製法により得られる、
粒径が１〜３０μｍで真球性に優れた非多孔質あるいは
多孔質の均一粒径ポリマー粒子からなる液体クロマトグ
ラフィー用充填剤に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
液体クロマトグラフィー用充填剤としては、シリカゲル
、アルミナ等の無機物、デキストラン、ポリスチレン等
の有機高分子物質が、用途に応じた形状・粒径で用いら
れている。殊に、有機ポリマー系の充填剤が液体クロマ
トグラフィーに求められる性能の高度化、多様化に伴っ
て注目されている。これら液体クロマトグラフィー用充
填剤として用いられるポリマー粒子にはその粒子径が均
一であることが強く要求され、特に最近は液体クロマト
グラフィーの高速化、自動化、高分解能化のため、より
粒径分布の狭い粒子であることが要求されている。

従来このようなポリマー粒子を得る方法としては、主に
懸濁重合で得られた粒子を乾式あるいは湿式法により粉
砕して分級する方法がとられている。しかしながら、こ
の方法においては、得られる粒子の収率を考慮しなけれ
ば、ある程度均一な重合体粒子を得ることができるもの
の、その均一性は充分なものではなく、また、粉砕・分
級という煩雑な工程を経るため、生産性の低い欠点があ
る。一方、スチレン系重合体等の単分散微粒子にビニル
系単量体を吸収させた後、重合を行いその粒径を増大さ
せるシード重合法が知られている。この方法で粒子径が
１μｍ以上、特に１０μｍ前後の粒子を得るためには、
微小な重合体粒子に単量体を吸収、重合させる工程を何
回か繰り返すが、この方法では生成する粒子の均一性の
低下及び重合速度の低下が問題となる。この方法とは別
に特公昭５７−２４３６９号公報に代表される二段階膨
潤シード重合法により均一粒径重合体を得る方法が知ら
れている。

この方法では、予めシード粒子上に膨潤助剤と呼ばれる
疎水性有機化合物を吸収させ、シード粒子の膨潤能力を
増大させた後にビニル系単量体で膨潤させ重合を行う。

しかしながら、この方法では膨潤助剤の疎水性が高いこ
と、またビニル単量体を油滴としてシード粒子分散液に
添加するため、目的の粒径の膨潤シード粒子を得るため
に通常長時間の膨潤処理が必要であり、生産性が低い欠
点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは上記の問題点を克服し、容易な操作で効率
良く且つ広範囲な単量体組成からなる均一粒径重合体微
粒子を得るシード重合法を開発するため鋭意研究を重ね
た結果、エチレン性不飽和単量体に、特定の非イオン性
有機化合物を添加し、水中で微分散させた微小乳化液が
、種ポリマー粒子に室温で迅速に吸収されることを見出
し、既に特願昭６２−２３８３８３号にてその技術を開
示した。

更に検討の結果、上記方法にて得られた均一粒径重合体
微粒子が液体クロマトグラフィー用充填剤として極めて
好適に用い得ることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。

即ち本発明は、油溶性エチレン性不飽和単量体（Ａ）１
００重量部と、常温で液体であり、２５℃における水へ
の溶解度が０．０１重量％以上で、且つ単量体（Ａ）と
相溶する非イオン性有機化合物（Ｂ）０．５〜３００重
景部との混合物を、水系分散媒に分散された種ポリマー
粒子（Ｃ）に吸収させ、油溶性重合開始剤の存在下に重
合させることにより得られるポリマー粒子からなること
を特徴とする液体クロマトグラフィー用充填剤を提供す
るものである。

本発明において用いられる種ポリマー粒子（Ｃ）として
は、スチレン系、アクリル系、酢酸ビニル系等のモノマ
ー類の重合体で、従来シード重合法の種ポリマーとして
知られているものが用いられるが、特に平均粒子径が０
．１〜２０μｍで、且つ粒径分布の標準偏差が平均粒子
径の２０％以下の非架橋型の粒子が好ましい。架橋型微
粒子を用いると本発明の製造法では生成する重合体粒子
の真球性が低下する場合が多く不都合を生ずる。これら
の種ポリマー粒子は、ソープフリー重合もしくは乳化重
合で得られた粒子径０．０４〜０．２μｍ程度の均一粒
径微粒子を用い、従来のシード重合法を繰返して得るか
、又はＪ、Ｐｏｌｙｍ。

Ｓｅ４．、Ｐｏｌｙｍ、Ｌｅｔｔ、Ｅｄ、　２３．１０
３（１９８５）に示されているような非水系の沈殿重合
法を用いて得ることができるが、もちろんこれらの方法
に限定されるものではない。

本発明に使用される油溶性エチレン性不飽和単量体（Ａ
）としては、例えばスチレン、ｐ−メチルスチレン、ｐ
−クロロスチレン、ｐ−クロロメチルスチレン、スチレ
ンスルホン酸等のスチレン系モノマー；アクリル酸エチ
ル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸ラウリ
ル、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミ
ノエチルアクリレート等のアクリル酸エステル系モノマ
ー；メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタク
リル酸ラウリル、ジメチルアミノエチルメタクリレート
、ジエチルアミノエチルメタクリレート等のメタクリル
酸エステル系モノマー；アクリル酸、メタクリル酸、マ
レイン酸等の不飽和カルボン酸系モノマー；ポリエチレ
ングリコールモノ（メタ）アクリレート；メチルビニル
エーテル、エチルビニルエーテル等のアルキルビニルエ
ーテル；酢酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル系
千ツマー；Ｎ−メチルアクリルアミド、Ｎ−エチルアク
リルアミド、Ｎ−メチルメタクリルアミド、　Ｎ−エチ
ルメタクリルアミド等のＮ−アルキル置換（メタ）アク
リルアミド；アクリロニトリル、メタクリロニトリル等
のニトリル系モノマー：ジビニルベンゼン、エチルアル
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、トリメチロールプロパント
リアクリレート等の多官能モノマー等が挙げられるが、
本質的に油溶性であれば前記七ツマ−に限定されるもの
ではない。これらの単量体は、単独で又は２種以上混合
して用いることが可能である。

また、イオン交換クロマトグラフィー用充填剤を製造す
る場合には、エチレン性不飽和単量体として、例えばカ
ルボキシル基、スルホ基、アミノ基、４級アンモニウム
基等の一官能基を有するエチレン性不飽和単量体を単独
もしくは併用して重合を行うか、又はエポキシ基、水酸
基、クロロメチル基、オキシカルボニル基、アミノ基の
如き官能基を有するエチレン性不飽和単量体を単独もし
くは併用して重合を行った後、これらの官能基をイオン
交換基に変換する方法、もしくは重合後、ポリマー粒子
を公知の方法により化学的に修飾して上記官能基を導入
する手段等を用いることができる。

次に、本発明で使用される非イオン性有機化合物（Ｂ）
は、常温で液体であり、２５℃における水への溶解度が
０．０１重量％以上で、且つ上記エチレン性不飽和単量
体と相溶するものであり、より好ましくは、２５℃にお
ける水への溶解度が０．１重量％以上のものである。こ
のような化合物としては、メチルアルコール、エチルア
ルコール、イソプロピルアルコール、イソアミルアルコ
ール、オクチルアルコール等のアルコール類：酢酸メチ
ル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエス
テル類；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類ニ
ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド等のスル
ホキシド類；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトア
ミド等のアミド類；アセトニトリル、プロピオニトリル
等のニトリル類等を挙げることができ、分子量で言えば
３０〜３００の低分子量化合物である。

また、前述のエチレン性不飽和単量体の中で上記条件を
満たすものも、該非イオン性有機化合物として用いるこ
とができる。こうした単量体としては、例えば、酢酸ビ
ニル、メタクリル酸メチル、アクリロニトリル、メタク
リロニトリル等を挙げることができる。

これらの非イオン性有機化合物は単独で、あるいは２種
類以上を混合して用いることができる。

これらの非イオン性有機化合物を前記エチレン性不飽和
単量体１００重量部に対し０．５〜３００重量部、好ま
しくは２〜２００重量部添重量部添加後、水系分散媒に
分散された上記種ポリマー粒子に吸収、膨潤させる。エ
チレン性不飽和単量体に対し非イオン性有機化合物の添
加量が上記より多い場合には、単量体の水への溶解度が
増加し、重合によりシード粒子以外に新たな粒子を生成
するか、もしくは、重合後の粒子の真球性が失われるこ
とになる等不都合を生じ、好ましくない。一方、添加量
が上記より少ない場合には、種ポリマー粒子への単量体
等の移行速度が遅く、吸収効率が悪くなり好ましくない
。

上記（Ａ）　＋　（Ｂ）の混合物を種ポリマー粒子に吸
収させる方法は特に限定されないが、例えばラウリル硫
酸ナトリウム等の界面活性剤水溶液中で、ホモミキサー
等により分散するか、又は超音波処理を行うこと等によ
り安定な微小に分散した乳化液を作製し、これを種ポリ
マー粒子の分散液と混合する方法が挙げられる。上記微
分散乳化液は種ポリマー粒子よりも小さく微分散された
ものがより効率よく種ポリマー粒子に吸収されるので好
ましい。

上記の混合、吸収過程は、通常、室温で１〜６時間撹拌
することにより短時間で達成されるが、３０〜４０℃程
度に加温することにより更に速く吸収される。その膨潤
度は単量体乳化液と種ポリマー粒子分散液との混合割合
を調整することにより任意に選ぶことが可能であるが、
通常は５〜１５０倍であり、この程度の膨潤度のものが
本発明において好適に用いられる。ここで膨潤度とは膨
潤前の種ポリマー粒子に対する膨潤後の粒子の容積比で
定義される。

尚、吸収の終了は光学顕微鏡等で観察することにより容
易に確認できる。

こうして種ポリマー粒子に吸収された単量体を、次の工
程で重合させるが、その際重合開始剤としては、一般に
用いられる油溶性重合開始剤が使用できる。例えば、過
酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、オルソクロロ過酸
化ベンゾイル、オルソメトキシ過酸化ベンゾイル等の過
酸化物系開始剤、２．２”−アゾビスイソブチロニトリ
ル、２，２”−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニト
リル）等のアブ系開始剤が使用できる。水溶性の重合開
始剤を使用するとシード粒子以外に新たな重合体粒子を
生成させることになり好ましくない。

重合開始剤の添加時期は、上記単量体と非イオン性有機
化合物との混合工程から、微分散乳化液の種ポリマー粒
子への吸収工程までの間で適宜選ぶことができるが、単
量体と非イオン性有機化合物とともに混合するのが最も
簡便で好ましい。

重合温度は、用いる重合開始剤、単量体の種類に応じて
適宜選ぶことができるが、通常２５〜ｉｏｏ’ｃの範囲
であり、より好ましくは５０〜９０℃の範囲である。本
発明においては、単量体等が種ポリマー粒子に完全に吸
収された後に、昇温しで重合を行うのが好ましい。該吸
収工程の後期より昇温を始め重合を開始することもでき
るが、この場合は、新たな重合体粒子が生成しないよう
な条件にとどめる必要がある。

重合工程においては、重合体粒子の分散安定性を向上さ
せるために、各種の界面活性剤あるいは高分子保護コロ
イド等を用いてもよい。該分散安定剤としてはラウリル
硫酸ナトリウム、ラウリルベンゼンスルホン酸ナトリウ
ム、ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウ
ム等の界面活性剤；ゼラチン、澱粉、ヒドロキシエチル
セルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニル
ピロリドン、ポリビニルアルキルエーテル、ポリビニル
アルコール等の水溶性高分子；硫酸バリウム、硫酸カル
シウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシ
ウム、リン酸カルシウム等の難水溶性無機塩等が挙げら
れる。

これら分散安定剤は、種ポリマー粒子に単量体等の微分
散乳化液を吸収させた後添加してもよいし、微分散乳化
時に添加し、微分散時の安定化と、重合時の分散安定化
の機能を兼ね備えさせてもよい。

このようにして重合を行うことにより、液体クロマトグ
ラフィー用充填剤として好適に用いられる均一粒径重合
体微粒子が得られる。その粒子径は、用いる種ポリマー
粒子の粒子径、種ポリマー粒子と単量体との割合によっ
て変わり得るが、本発明においては、特に１〜３０μｍ
、粒径分布の標準偏差が平均粒子径の２０％以下の均一
粒径重合体微粒子が好適に用いられる。

また、上記製法によれば、条件を選ぶことにより、表面
が滑らかで均質な微粒子から、凹凸のある多孔質の微粒
子まで任意に製造することができ、用途に応じた表面状
態の充填剤を得ることができる。特に、多孔質の充填剤
を得るためには、非イオン性有機化合物の単量体に対す
る量を比較的多く、通常１５〜３００重量％用いること
により達成される。上記非イオン性有機化合物としては
、重合性不飽和化合物でないものを用いた場合に、この
目的をより達成しやすい。

上記使用量の下限は用いる非イオン性有機化合物の種類
によって変化し得る。しかしながら、なめらかな表面の
微粒子が生成する条件と多孔質の微粒子が生成する条件
は明確に分けられるものではなく、非イオン性有機化合
物の種類と使用量を適宜選ぶことにより目的に応じた表
面状態の充填剤を得ることができる。

また、上記表面状態を調節するために、重合不活性な有
機溶剤、例えばトルエン、キシレン、ジエチルベンゼン
、ｎ−ドデカン等を重合反応系中に存在させることもで
きる。これらを添加する時期は特に限定されないが、例
えば前記非イオン性有機化合物に混合“して用いること
ができる。

重合後の重合体微粒子は、濾別して水相を除き、水洗及
び／又は溶剤で洗浄の後、噴霧乾燥、減圧乾燥等の通常
の手段によって粉体として単離することができ、これは
、特別に分級処理を施さなくても液体クロマトグラフィ
ー用充填剤として好適に使用することができる。

〔実　施　例〕

以下本発明を実施例によって更に説明するが、本発明は
これらの実施例に限定されるものではない。

参考例（種ポリマー粒子の製造）ポリビニルピロリドン（分子量４万）７．２部（部は重
量部、以下同様）、エアロゾールＯＴ（和光純薬工業■
製アニオン性界面活性剤）２部、アゾイソブチロニトリ
ル０．５部をエタノール３４０部に溶解させた溶液を撹
拌しながら窒素気流下７０℃に昇温させ、ついでスチレ
ン５０部を加え、同温度で２４時間保持して重合体粒子
を得た。この粒子の平均粒子径は１．８３μｍ、粒径分
布の標準偏差は２．５％であった。

実施例１参考例の乾燥粒子２．０部にイオン交換水２００部とラ
ウリル硫酸ナトリウム０．１３部を加え、均一に分散さ
せた。スチレン５５重量％とジビニルベンゼン（純度５
５％品）４５重量％とからなる単量体混合物５０部にイ
ソアミルアセテート５０部及び過酸化ベンゾイル０．６
部を溶解させたものに、イオン交換水２００部、ラウリ
ル硫酸ナトリウム０．３部を混合してこれを超音波処理
した。得られた乳化液を、前記種ポリマー粒子の分散液
に加え、３０’Ｃにて４時間撹拌すると完全に単量体は
種ポリマー粒子に吸収された。この分散液にポリビニル
アルコール（ＧＨ−１７、日本合成化学工業■製；ケン
化度　８６．５〜８９ｍｏ　１χ）の３％水溶液１００
部を加えた後、撹拌しながら窒素気流下８０゛Ｃで１２
時間重合を行い、多孔質重合体微粒子の分散液を得た。

収率９４％、この粒子の平均粒子径は７．３μｍ、粒径
分布の標準偏差は３．０％、ＢＥＴ法による表面積は１
２０ｍ”／ｇであった。

また、この粒子を洗浄後クロロホルムに分散させ、常法
に従って充填圧１００ｋｇ／ｃｍ２でステンレスカラム
（内径７．８ｍｍ　、長さ３０ｃｍ）に充填し、クロマ
トグラフィー用カラムを作成した。０．１重量％ベンゼ
ンを用いＬｍｌ１分で注入して理論段数を測定したとこ
ろ１６，０００段であった。

実施例２上記参考例と同様な操作で得られた粒径０．５μｍ、粒
径分布の標準偏差３．５％のポリスチレンシード粒子１
．０部にイオン交換水３００部とラウリル硫酸ナトリウ
ム０．４部を加え均一に分散させた。一方、スチレン３
４部、ジビニルベンゼン（純度５５％品）２７部、メチ
ルエチルケトン１０部及び過酸化ラウロイル１．０部を
溶解させたものにイオン交換水７００部、ラウリル硫酸
ナトリウム２．２部を混合してこれを超音波処理した。

得られた乳化液を前記種ポリマー粒子の分散液に加え、
室温で４時間撹拌すると単量体は完全に種ポリマー粒子
に吸収された。この分散液を撹拌しながらそのまま窒素
気流下７０℃で１２時間重合を行い、均一粒径微粒子の
分散液を得た。

収率９３％。この粒子の粒径は３．０μｍ、粒径分布の
標準偏差は４％であった。また、ＢＥＴ法による表面積
は１５ｍ”／ｇであった。この粒子を洗浄後、実施例１
と同様にして充填圧１００ｋｇ／ｃｍ２でステンレスカ
ラムに充填し理論段数を測定したところ３０，０００段
であった。

実施例３実施例１においてイソアミルアセテート５０部のかわり
にイソアミルアルコール５．０部を使用して同様な操作
を行った。収率９５％。この粒子の粒径は７．５μｍ１
粒径分布の標準偏差は３．２％であった。この粒子のＢ
ＥＴ法による表面積は８　ｍ２／ｇであり、実施例１と
同様にしてカラムに充填し、理論段数を測定したところ
１４，０００段であった。

実施例４種ポリマー粒子として粒径２．２μｍ、粒径分布の標準
偏差７．０％のポリスチレンシード粒子２．０部を使用
した以外は実施例１と同様の操作を行い微粒子を得た。

収率は９２％、平均粒径は８．３μｍ、粒径分布の標準
偏差は８．０％であった。この粒子をテトラヒドロフラ
ン中に分散後、ステンレスカラム（内径７．８ｍｍ、長
さ３０ｃｍ）に充填し、０．１重量％ベンゼンを用いて
理論段数を測定したところ１５，０００段であり、良好
な結果を与えた。

実施例５種ポリマー粒子として粒径２．７５μｍ、粒径分布の標
準偏差１３．４％のポリスチレンシード粒子２６０部を
使用した以外は実施例１と同様の操作を行った。収率は
９０％、平均粒径は９．０μｍ１粒径分布の標準偏差は
１５．２％であった。この微粒子を実施例４と同様にス
テンレスカラムに充填後、理論段数を測定したところ１
２．０００段であった。

比較例１単量体混合物にイソアミルアセテートを添加せずに単量
体乳化液を得た以外は実施例１と同様な操作を行った。

種ポリマー分散液に単量体乳化液を加え４時間撹拌する
と、単量体が油相として分離した。そのまま重合すると
粒子径１〜３０μｍの多亦散粒子が得られた。この微粒
子のステンレスカラムへの充填を試みたところ、圧力が
異常に上昇し充填できなかった。

比較例２比較例１と同様な操作で粒子径１〜３０μｍの多分散粒
子を得た。この粒子を乾燥後２１のアセトンに分散させ
、沈降法により分級を行い、平均粒径８．０μｍ、粒径
分布の標準偏差１２．０％の微粒子を得た。この粒子を
ステンレスカラムに充填して実施例１と同様に理論段数
を評価したところ１２．０００段であった。しかし、こ
の分級には２週間程度の日数が必要であり、また、収率
は３５％と極めて低いものであった。

〔発明の効果〕

上記実施例の結果からも明らかなように、本発明の充填
剤は特定の製法により得られた重合体粒子からなり、こ
れらは特別に分級処理を施さなくても粒径分布の狭いも
のであり、ゲルパーミェーションクロマトグラフィー、
吸着クロマトグラフィー、分配クロマトグラフィー、イ
オン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグ
ラフィー等に好適に用いられる。

Claims

【特許請求の範囲】１　油溶性エチレン性不飽和単量体（Ａ）１００重量部
と、常温で液体であり、２５℃における水への溶解度が
０．０１重量％以上で、且つ単量体（Ａ）と相溶する非
イオン性有機化合物（Ｂ）０．５〜３００重量部との混
合物を、水系分散媒に分散された種ポリマー粒子（Ｃ）
に吸収させ、油溶性重合開始剤の存在下に重合させるこ
とにより得られるポリマー粒子からなることを特徴とす
る液体クロマトグラフィー用充填剤。２　単量体（Ａ）と非イオン性有機化合物（Ｂ）との混
合物を種ポリマー粒子（Ｃ）よりも小さく微分散した後
、種ポリマー粒子（Ｃ）に吸収させる請求項１記載の液
体クロマトグラフィー用充填剤。３　種ポリマー粒子（Ｃ）として平均粒子径が０．１〜
２０μｍで、且つ粒径分布の標準偏差が平均粒子径の２
０％以下である重合体粒子を用いる請求項１又は２記載
の液体クロマトグラフィー用充填剤。