JPH0141383B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、水酸基と、陽イオン交換基としてス
ルホン酸基を有し、機械的強度および化学的安定
性にすぐれ、たとえば、水溶媒系の液体クロマト
グラフイー用充填剤や分離用膜として用いるのに
適した、陽イオン交換体に関する。 水溶媒系で行なわれる液体クロマトグラフイ
ー、特にゲルパーミエーシヨンクロマトグラフイ
ー（以下GPCと称する）は生体関連物質の分離、
分析に用い得るため、生化学、医学あるいは薬学
等の分野で広く用いられている。しかしGPCは、
血清や尿等の体液を直接注入できる利点を有する
ものの、分子量の近接した成分相互の分離には必
ずしも適していない。そのため近年GPC用充填
剤にイオン交換基を導入した充填剤を用いて、
GPCのもつ操作の簡便性とイオン交換基の作用
によるより高度の分離を同時に満たす液体クロマ
トグラフイーが注目を集めている。 たとえば、架橋デキストランや架橋アガロース
にスルホン酸基を導入した構造を有する粒状重合
体は、生体成分の分離、分析を目的とした液体ク
ロマトグラフイー用の充填剤として用いられてい
る。 しかしながら、これらの重合体はいずれも保持
し得る水の量が極めて高く、湿潤時の機械的強度
が小さいため、たとえば高速液体クロマトグラフ
イー用充填剤のような小粒径で機械的強度を必要
とするような用途に用いることはできない。 又、水酸基と陽イオン交換基を有する架橋重合
体の例として、２−ヒドロキシエチルメタクリレ
ート等水酸基を有する単量体と、エチレングリコ
ールジメタクリレート等のアルキレングリコール
ジ（メタ）アクリレートの共重合体の誘導体を挙
げることができる（特公昭58−5202号公報）。 しかしながら、２−ヒドロキシエチル（メタ）
アクリレートとアレキレングリコールジ（メタ）
アクリレートの共重合体は、架橋性単量体である
アルキレングリコールジ（メタ）アクリレートの
疎水性ゆえに、生体成分の疎水的吸着が起こる場
合があり好ましくない（参考“Chromatography
of Synthetic and Biological Polymers、vol1、
P101”Ellis Horwood LTD）。 又、スチレンとジビニルベンゼンの共重合体を
骨格とする陽イオン交換体も公知であるが、骨格
であるスチレン−ジビニルベンゼン共重合体の疎
水性により、生体成分の疎水的吸着が起こる場合
があり好ましくない。 又、シリカゲルを母体とし、その表面にイオン
交換基が結合したイオン交換体も公知である（特
開昭55−66756号公報）。しかしながら、シリカゲ
ルを母体とするイオン交換体はシリカゲルがアル
カリ条件下で溶解する等化学的に不安定である欠
点を有する。 そこで本発明者らは鋭意検討の結果、水酸基と
スルホン酸基を有し、機械的強度が極めて大き
く、かつ化学的に安定で、疎水的吸着も少ないた
め、たとえば水溶媒系の液体クロマトグラフイー
用充填剤として用いた場合は、高流速でかつ広い
PH範囲で使用でき、かつ生体成分等の分析におい
て高回収率をもたらす陽イオン交換体を見い出
し、本発明を完成するに至つた。 即ち、本発明は、重合体重量当たり、ビニルア
ルコール単位に由来する水酸基1.0〜14.0meq／
ｇ、ビニルアルコール単位に由来する水酸基から
誘導されたスルホン酸基0.02〜5.0meq／ｇを有
し、保持し得る水の量が0.5〜4.0ｇ／ｇである、
下記式(1)の割合のトリアジン環を有する架橋性単
量体単位により架橋された架橋共重合体よりなる
陽イオン交換体。 0.05≦3b／ａ＋3b≦0.4 (1) （ただし、ａは陽イオン交換体中の架橋性単量体
単位を除く単量体単位のモル分率、ｂは架橋性単
量体単位のモル分率を表す。） に関する。 本発明の陽イオン交換体は、ビニルアルコール
に由来する水酸基を1.0〜14.0meq／ｇの範囲で含
む。水酸基をこの範囲で含むことにより、共重合
体より得られる充填剤は親水性を有し、水中にお
いて多くの水溶性物質に対して疎水的吸着は分配
を示さない。水酸基の量は、実用上は1.5〜
11.0meq／ｇの範囲にあるのがさらに良い。 水酸基の量は水酸基を無水酢酸と反応させて消
費した無水酢酸の量、又は共重合体の重量変化を
測定することにより求めることができる。乾燥共
重合体１ｇが１ｍmolの無水酢酸と反応したとき
の水酸基の量を1meq／ｇとする。 陽イオン交換体中のスルホン酸基は、0.02〜
5.0meq／ｇ陽イオン交換体の範囲で存在する。
スルホン酸基がこの範囲で存在することにより、
共重合体はスルホン酸基に由来する化学的特性、
たとえばイオン交換機能あるいは水溶液中におい
て水溶性物質に対してイオン交換作用に基づく分
配特性を示し、かつ、液体クロマトグラフイー用
充填剤として必要な強度を有する。スルホン酸基
の量は実用上は0.05〜2.0meq／ｇの範囲にあるの
が好ましい。 スルホン酸基の量は通常のイオン交換樹脂の交
換容量の測定方法で求め得る（参考“イオン交換
−理論と応用への手引−”R.W.Grimshaw and
C.E.Harland著、黒田他訳、P78、丸善）。 本発明の陽イオン交換体は架橋構造を有する。
トリアジン環を有する架橋性単量体単位によつて
架橋された構造が好ましい。トリアジン環を有す
る架橋性単量体単位とは、次式(A)、(B)で示される
単量体が重合又は共重合して形成する構造を表わ
す。

【式】

【式】 （ただしR₁、R₂およびR₃はそれぞれ独立に−
CH₂−CH＝CH₂、−CH₂−Ｃ≡CH又は

【式】を示す。） なかでも式(A)においてはR₁、R₂およびR₃がす
べて−CH₂−CH＝CH₂であるトリアリルイソシ
アヌレートは特に好ましい。 陽イオン交換体を形成する単量体単位中のトリ
アジン環を有する架橋性単量体単位の割合は、次
式(1)で表される範囲にあるのが好ましい。 0.05≦3b／ａ＋3b≦0.4 (1) （ただし、ａは陽イオン交換体中の架橋性単量体
単位を除く単量体単位のモル分率、ｂは架橋性単
量体単位のモル分率を表す。） 高速液体クロマトグラフイー用充填剤のように
特に機械的強度を必要とする場合は(1)式の左辺は
0.2であることがさらに好ましい。 陽イオン交換体から得られる充填剤の分離能と
強度をバランスさせるためには保水量を適正な範
囲に保つことが必要である。従来水酸基とスルホ
ン酸基を有する架橋アガロースや架橋デキストラ
ンから得られる充填剤は、前述のように含水量が
高くて機械的強度が小さく、その傾向はポアサイ
ズの大きい充填剤で特に大であつた。本発明の陽
イオン交換体から得られる充填剤はポアサイズに
かかわらず含水量が0.5〜4.0ｇ／ｇ、好ましくは
0.5〜3.0ｇ／ｇの範囲にあり、高速液体クロマト
グラフイー用充填剤にも用い得る十分な強度を有
する。陽イオン交換体の保水量は、陽イオン交換
体重量当りの量で表わされ、水中で十分膨潤させ
た陽イオン交換体をフイルター付の遠沈管に入
れ、共重合体表面の付着水を遠心分離したのち共
重合体を乾燥して、乾燥前後の重量変化から求め
得る。 本発明の陽イオン交換体の形状は特に限定され
ることはなく、使用方法に応じて粒状、膜状、糸
状、塊状等任意の形状をとり得る。液体クロマト
グラフイー用充填剤として用いる場合は粒状又は
球状が好ましい。その場合の粒径は特に限定され
ないが、通常は重量平均粒径で３〜500μｍの範
囲にある。高速液体クロマトグラフイー用充填剤
して用いる場合は３〜20μｍ、さらに実用的には
３〜15μｍの範囲にあるのが好ましい。 次に、本発明の陽イオン交換体の製造法の一例
を示す。本発明の陽イオン交換体はたとえばカル
ボン酸ビニルエステルとトリアジン環を有する架
橋性単量体よりなる共重合体のエステル基の10〜
80％を、ケン化又はエステル交換反応によつて水
酸基に変換せしめたのち、水酸基の一部を、たと
えばプロパンスルトン、ブタンスルトン等と反応
させることによつて得ることができる。 ここでカルボン酸ビニルエステルとは、重合可
能なカルボン酸ビニルエステル基を一つ以上有す
る化合物のことで酢酸ビニル、プロピオン酸ビニ
ル、酪酸ビニル、吉草酸ビニルおよびピバリン酸
ビニルの中から選ばれ、単独又は二種以上の組合
わせで用いられる。なかでも重合やエステル交換
又はケン化および入手の容易さから酢酸ビニルや
プロピオン酸ビニルが特に好ましい。 又、トリアジン環を有する架橋性単量体とは、
前述の式(A)又は(B)で表わされるものである。なか
でも(A)においてR₁、R₂およびR₃がすべて−CH₂
−CH＝CH₂であるトリアリルイソシアヌレート
は酢酸ビニルとの共重合性が良く、かつエステル
交換又はケン化に対して安定性が大きいので架橋
剤として好ましい。 カルボン酸ビニルエステルとトリアジン環を有
する架橋性単量体よりなる共重合体を得るための
重合は、懸濁重合、塊状重合あるいは乳化重合等
の通常の重合方法で行ない得る。液体クロマトグ
ラフイー用充填剤を得る場合は懸濁重合が好まし
い。 カルボン酸ビニルエステルやトリアジン環を有
する架橋性単量体以外の単量体を、陽イオン交換
体の物性にほとんど影響しない程度に併用し共重
合させることは本発明の共重合体を得るうえで何
ら支障ない。 又、カルボン酸ビニルエステルとトリアジン環
を有する架橋性単量体とを共重合させる際に、単
量体を溶解する有機溶媒の一種以上を単量体に加
えることにより得られる共重合体にパーマネント
ボアを形成させると共にそのボアの孔量、孔径あ
るいは孔径分布を制御する。単量体を溶解する有
機溶媒とは具体的には、トルエン、キシレン等の
芳香族炭化水素類、ヘプタン、オクタン、シクロ
ヘキサン、デカリン等の脂肪族炭化水素類、酢酸
ｎ−ブチル、酢酸iso−ブチル、酢酸ｎ−ヘキシ
ル、アジピン酸ジオクチル等の脂肪族エステル
類、フタル酸ジメチル、フタル酸ジオクチル、安
息香酸メチル等の芳香族エステル類、ブタノー
ル、ヘプタノール、オクタノール等のアルコール
類等のことである。懸濁重合を行なう場合は水に
溶解しにくい溶媒が好ましい。これらの有機溶媒
は単量体100重量部に対して20〜300重量部の範囲
で用いられる。特に機械的強度を必要とする高速
液体クロマトグラフイー用充填剤の製造に際して
は、有機溶媒の量は30〜100重量部の範囲にある
のがよい。 陽イオン交換体の孔径や孔径分布を制御するた
めに、あるいは、陽イオン交換体の柔軟性を増す
ために単量体混合物に溶解する線状重合体やゴム
を単量体混合物に添加してもよい。単量体混合物
に溶解する線状重合体やゴムとは、、たとえばポ
リ酢酸ビニル、ポリスチレン、クロロプレンゴ
ム、ブタジエンゴム等のことで、単量体100重量
部に対して20重量部以下、好ましくは10重量部以
下で用いられる。 重合に際して用いられる開始剤の種類や量は、
重合方法に合わせて任意に選び得る。通常の懸濁
重合や塊状重合では一般的なラジカル重合開始
剤、たとえば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）等のアゾ系の開始剤や、過酸化ベン
ゾイル、過酸化ラウロイル等の過酸化物系の開始
剤を用いることができる。 重合によつて得られた共重合体のエステル交換
又はケン化反応は、水やアルコール又はその混合
液を溶媒として酸又はアルカリを用いて行なわれ
る。ただし、十分な機械的強度を有する充填剤を
得るためにはエステル基が水酸基へ変わつた割
合、つまり反応率が10〜80％の範囲になるように
コントロールするのがよい。反応率のコントロー
ルは反応溶媒、反応温度又は反応時間を変えるこ
とにより適当な条件を選び得る。 スルホン酸基を導入するために、水酸基と反応
させる化合物としては、プロパンスルトン、ブタ
ンスルトン等を挙げることができる。反応はポリ
ビニルアルコールの水酸基とプロパンスルトン等
の反応において用いられる公知の方法でよい。 本発明の陽イオン交換体は硬質であり、たとえ
ば液体クロマトグラフイー用充填剤として用いた
場合、溶離液を高流速で流すことができ、迅速分
析が可能になる。 又、本発明の陽イオン交換体は広いPH範囲で安
定であり、たとえばシリカゲルを骨格とするゲル
が適用できないアルカリ条件下でも変質がなく安
定に使いうるメリツトを有している。 さらに、本発明の陽イオン交換体は、多量の水
酸基を有するため、十分な親水性を有し、生体成
分等に対し疎水的吸着が少ない利点を有してい
る。 以下の実施例において、本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明は実施例に何ら限定されるも
のではない。 実施例 １ 酢酸ビニル100ｇ、トリアリルイソシアヌレー
ト41.4ｇ、酢酸ｎ−ブチル70ｇおよび２，2′−ア
ゾビスイソブチロニトリル3.4ｇよりなる均一混
合液と、少量のポリビニルアルコールおよびリン
酸ナトリウムを溶解した水800mlとを環流冷却器、
窒素導入管、撹拌棒を備えた２の三つ口フラス
コに入れ十分撹拌したのち、65℃で18時間、さら
に75℃で５時間加熱して懸濁重合を行ない粒状共
重合体を得た。次に過、水洗、ついでアセトン
抽出後、カセイソーダ65ｇを溶解したメタノール
２と共に還流冷却器、窒素導入管、撹拌棒を備
えた５三つ口フラスコ中で15℃で20時間撹拌し
て共重合体のケン化反応を行なつたのち粒子を
過、水洗、さらに乾燥した。該粒子30ｇを還流冷
却器、窒素導入管、撹拌棒を備えた1000ml三つ口
フラスコに入れ、さらにジメチルスルホキサイド
300ml、プロパンスルトン５ｇ、30％水酸化ナト
リウム水溶液20mlを加え撹拌しつつ30℃で20時間
反応した。該粒子を過、水洗したのち、分級し
て平均粒径10.5μｍのポリマーを得た。該ポリマ
ーの水酸基密度は5.4meq／ｇ陽イオン交換体、
イオン交換容量は0.5meq／ｇ陽イオン交換体、
保水量は1.2水／ｇ陽イオン交換体であつた。 陽イオン交換基として、スルホン酸基を保有す
る該ポリマー（以下陽イオン交換体と称する）を
ステンレス製カラム（内径7.5mm、長さ10cm）に
充填し、20ｍＭリン酸ナトリウムと100ｍＭ塩化
ナトリウムを含む水溶液（PH6.0）を移動相とし
て、カラム温度30℃、流速1.5ml／分で、ミオグ
ロビン（分子量17000）とα−キモトリプシノー
ゲン（分子量27000）を分析したところ、溶出容
量はそれぞれ3.2mlと15.1mlであり両者を完全に
分離できた。 比較として、重合後ケン化のみ行なつた陽イオ
ン交換基を保有しない共重合体を同様にステンレ
スカラムに充填して、上記と同じ条件でミオグロ
ビンとα−キモトリプシノーゲンＡを分析したと
ころ、溶出容量はそれぞれ3.3mlと2.8mlときわめ
て近接しており、完全分離はできなかつた。 ついで、陽イオン交換体を充填した該カラムに
30℃で0.01Nカセイソーダ水溶液を１ml／分で16
時間通液した。ついで該カラムを用いて再びミオ
グロビンとα−キモトリプシノーゲンを分析した
ところ、溶出容量は0.01Nカセイソーダ水溶液を
流すまえとほとんど変らず、又回収率はいずれも
90％以上であつた。又、該カラム中の陽イオン交
換体を抜き出して水酸基密度、交換容量を測定し
たが変化がなかつた。 これらのことから、本発明の陽イオン交換体は
アルカリ溶液中でもきわめて安定であることがわ
かる。 なお、移動相送液ポンプとしては
HITACHI638−30（(株)日立製作所）、検出器は
UVIDEC100−（日本分光工業(株)）、検出波長
は280nｍを用いた。 実施例 ２ 実施例１と同様の方法で、スルホン酸基を有し
イオン交換容量が1.35meq／ｇ陽イオン交換体、
水酸基密度が4.5meq／ｇ陽イオン交換体、保水
量が1.3ｇ／ｇ陽イオン交換体である陽イオン交
換体を得た。ただし、実施例１において用いたプ
ロパンスルトン５ｇの代りにプロパンスルトン15
ｇを用い、30％水酸化ナトリウム水溶液20mlの代
りに30％水酸化ナトリウム水溶液60mlを用いた。 実施例 ３ 酢酸ビニル100ｇ、トリアリルイソシアヌレー
ト322ｇ、酢酸ｎ−ブチル40ｇおよび２，2′−ア
ゾビスイソブチロニトリル3.3ｇよりなる均一混
合液を用い、実施例１と同様に懸濁重合、さらに
ケン化反応を行なつた。得られた乾燥粒子30ｇと
環流冷却器、窒素導入管、撹拌棒を備えた1000ml
の三つ口フラスコに入れ、さらにジメチルスルホ
キサイド300ml、プロパンスルトン２ｇ、30％水
酸化ナトリウム水溶液５mlを加え、撹拌しつつ30
℃で20時間反応した。該粒子を過水洗後分級し
て平均粒径9.1μｍのポリマーを得た。該ポリマー
の水酸基密度は9.0meq／ｇポリマー、イオン交
換容量は0.1meq／ｇポリマー、保水量は1.2水／
ｇポリマーであつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重合体重量あたり、ビニルアルコール単位に
   由来する水酸基1.0〜14.0meq／ｇ、ビニルアルコ
   ール単位に由来する水酸基から誘導されたスルホ
   ン酸基0.02〜5.0meq／ｇを有し、保持し得る水の
   量が0.5〜4.0ｇ／ｇである、下記式(1)の割合のト
   リアジン環を有する架橋性単量体単位により架橋
   された架橋共重合体よりなる陽イオン交換体。 0.05≦3b／ａ＋3b≦0.4 (1) ただし、ａは陽イオン交換体中の架橋性単量体
   単位を除く単量体単位のモル分率、ｂは架橋性単
   量体単位のモル分率を表す。