JPH02238033A - 多孔性重合体ビーズの製造法 - 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】 本発明は細孔の直径が０．００２〜５μｍ１細孔の容積
が１．５ｍｌ２／ｇより実質的に小さくない調節可能な
多孔性表面をもった等方多孔性重合体ビーズに関する．
このビーズは熱的に誘起される相分離法によって重合体
溶液からつくられる。このビーズの形状はクロマトグラ
フの用途、特に蛋白質を分離するような生化学的分子の
分離に特に適している。

要約すれば本発明においては重合体溶液に強い剪断をか
けてこれを小さな液滴にする方法を含む熱誘起相分離法
により、アクリロニトリル重合体溶液から調節可能な高
度の表面多孔性と約０．００２〜約５０μの大きな細孔
直径をもった等方性のビーズが製造される。重合体に対
する溶媒として溶媒／非溶媒混合物の組み合わせを使用
し、好ましくは溶液中の重合体含量をｌＯ％より少なく
することにより、蛋白質のような大きな分子のクロマト
グラフおよび酵素を結合させるのに理想的に適した形状
をもつ実質的に球形のビーズが得られる。

アクリロニトリルを含む重合体溶液の相分離法は主とし
て繊維、シートおよびブロックまたは板の形をした多孔
性の低密度をもった微小気孔性プラスチックス発泡体の
製造に非常に重要である。

英国特許明細書第９３８．６９４号には、微粉末の熱可
塑性樹脂をそれに対するゲル生成溶媒と混合し、この混
合物の温度をゲル化温度以上に上げ、次いで温度を下げ
てゲルをつくり、ゲル生成溶媒に対しては溶媒となるが
熱可塑性樹脂に対しては溶媒とならない溶媒で処理して
該混合物からゲル生成溶媒を除去することにより微小多
孔性材料を製造する方法が記載されている。この英国特
許の実施例においては、３５容積％のポリエチレン樹脂
を６５容積％のキシレンと１４０℃において加熱し、こ
れを室温に冷却してゲル化した塊をつくる。この塊を切
断してシートにし、エタノールでキシレンを抽出する。

エタノールを水で除去した後、微小多孔性の発泡体シー
トが得られる。その細孔の大きさは約１．０μ以下であ
り、全多孔度は約６５％であって、このシートは例えば
蓄電地の分離材として有用である。

ヤング（Ｙｏｕｎｇ）等の米国特許第４．４３０，４５
１号においては、ポリ（４−メチル＝１−ペンテン）樹
脂および溶媒としてのビペンジルから低密度の発泡体を
つくり、例えばメタノールを用いてビペンジルを除去し
脆弱な微小気孔性の低密度発泡体をつくる方法が記載さ
れている。この発泡体は広く記載された細孔容積が９０
〜９９％であり、特定の例示された細孔容積は約９４％
である。このような発泡体は機械加工してレーザー融合
のターゲット用のブロックにすることができる。

キャスト口（Ｃａｓｔｒｏ）の米国特許第４．２４７．
４９８号および第４．５１９，９０９号においては、熱
誘起相分離法を用いてフィルムからブロックないし複雑
な形状に亙る微小多孔性発泡体を製造する方法が記載さ
れている。上記第４．５１９，９０９号の特許の第６欄
、第３４〜３５行において、「溶液を冷却して所望の形
にする際、溶液を冷却する途中では混合を行わずまた他
の剪断力をかけない」と記載されている。

このことはビーズを目的としｔこものでないことを強く
示唆している。また第４．５１９．９０９号の第２７〜
２９欄においては、機能性の液体を含む微小多孔性重合
体が記載されている。この重合体は気孔構造または非気
孔構造をもち、その中に液が包含されていると言われて
いる。気孔構造は第７欄に定義されており、実質的に球
形をした一連の気孔からなり、隣接した気孔を互いに連
絡する細孔または通路を有し、該気孔の直径は該細孔の
直径の少なくとも２倍である。このような形状は大きな
分子を吸着するのには理想的とは言えない。何故ならば
通路の直径は均一ではなく、大きな分子が吸着および脱
着されるには著しく不利だからである。

ストイ（Ｓｔｏｙ）の米国特許第４．１ＩＯ．５２９号
においては、「重合体に対して非溶媒であり溶媒と混合
しない液状分散媒質」中に重合体溶液を分散させる方法
で球形のポリアクリロニトリル・ビーズを製造する方法
が記載されている。この乳化物を「重合体材料を凝固さ
せるが・・・・重合体材料に対して非溶媒であり分散媒
質と混合しない過剰の凝固液」の中に撹拌しながら加え
る。ビーズをつくるこの従来法を適用する場合、鉱油中
に重合体溶液を含む高温の乳化液をつくり、これに低温
の鉱油を加えて急冷することができる。従って重合体溶
液とは混合せず分散媒質と混合する「凝固」浴を使用す
ることはない。しかしストイの方法の主な欠点は、第３
欄、３９〜４１行に記載されているように、最高９５％
またはそれ以上の空隙含量が得られるとしても、「凝固
の初期において液滴の表面に非粘着性の表皮が生成する
」ことである。この方法ではこのような表皮を抑制する
ことができず、部分的な透過性しかもたず、従って大き
な分子の吸着および脱着を阻害するので、表皮をもたな
い或いは表皮の生成を抑制された微小多孔性のビースを
製造することが極めて望ましいことになる。

また対照例に示されているように、ストイの方法で製造
されたビーズは非等方性であって、大きな細孔が内部に
集中し、クロマトグラフンの応用および大きな分子の脱
着にさらに寄与を及ぼす。

マツモト（Ｍａｔｓｕｍｏｔｏ）の米国特許第４．４８
６．５４９号においては、多孔性の繊維およびフィラメ
ントが一般的に記述されているが、該特許の実施例ｌに
は重合体溶液をオートマイザー容器に滴下してつくられ
た多孔性構造をもつポリアクリロニトリル粒子の製造法
についても記載されている。しかしこの方法でつくられ
たビーズは該特許の対照例ＩＡから判るように、細孔容
積が低＜　０．０９ｍｆｆ／ｇである。

これは処理容量が低くなる原因となる。この粒子は平ら
になる傾向があり、第８図に示されているように非球形
であり、そのため過度の圧力低下を起こす。

ジョセフィアック（Ｊｏｓｅｆ　ｉａｋ）の米国特許第
４，５９４　．　２０７号には、ポリオレフィン、ポリ
（ビニルエステル）、ポリアミド、ポリウレタンおよび
ポリカーボネートから多孔性成形体、例えば繊維、中空
フィレメント、管、管状物、棒、ブロックおよび粉体を
製造する方法が記載されている。全細孔容積、細孔の大
きさおよび細孔の壁の調節は溶媒の比を変えることによ
り行い、細孔の容積は例えば７５〜７７．５％の範囲に
ある。ジョセフイアツクは粘稠な溶液の成形は冷却中に
剪断を必要としない方法によって行うことを記載してい
る。ジョセフィアックの特許の実施例１〜５においては
溶液を中空のノズルに通して紡糸し次いで冷却すること
により中空のフィラメントを成型する方法が記載され、
実施例５〜７には板ガラスを溶液で被覆した後冷却する
ことにより膜をつくる方法が記載されている。

またジａセフィアックの米国特許第４，６６６，６０７
号の第２欄、４３行〜第３欄、１４行にかけて、冷却中
に強い剪断力をかけないことが記載されている。いずれ
の点においてもジョセフィアックは冷却中に撹乱を使用
しておらず、ビーズの製造を意図したものでないことが
強く示唆されている。これに対し本発明においては冷却
の前および冷却中に溶液に剪断をかけ、これによって液
滴をつくり、これを冷却してビーズをつくる。驚くべき
ことにはこれらのビーズはクロマトグラフでの用途にお
いて高度の分離能をもち、クロマトグラフに用いられる
流速において抵抗性が低く、カラムの充填を行う場合の
形状的利点をもち、例えば圧縮力が良好で実質的に球形
をなしている。ツヴイック（Ｚｗｉｃｋ）のアプライド
・ポリマー・シンポジア（Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｏｌｙｍ
ｅｒ　Ｓｙｍｐｏｓｉａ）１９６７年第６巻１０９　〜
１４９頁の論文には、同様な方法を使用し、湿潤紡糸範
囲での重合体濃度をｌθ〜２５％にして微小多孔性の繊
維をつくり、細孔容積が７５〜９０％の範囲にある微小
多孔性構造をもたせる方法が記載されている。

クーペック（Ｃｏｕｐｅｋ）等の米国特許第３，９８３
．００１号においては、アフィニティー・クロマトグラ
フ法で生物活性をもった化合物を分離する方法が記載さ
れている。分離される化合物には酵素、助酵素、酵素阻
害剤、抗体、抗原、ホルモン、炭水化物、脂質、ペプチ
ドおよび蛋白質、並びにヌクレオチド、核酸およびビタ
ミン、例えばビタミンＢが含まれている。多孔性担体の
中にはポリアクリロニトリル粒子が含まれているが、こ
れらの粒子は微小多孔性をもたず、該発明により得られ
るゲルから粒子をつくる二次的な成形工程を必要とし、
他のクロマトグラフ法、特にサイズ・エクスクルージョ
ン・クロマトグラフ法においては性能が劣つている。

当業界の現状において精製、クロマトグラフ法および酵
素との結合等に使用される微小多孔性のビーズは三菱化
成工業株式会社製で商品名がセパビーズ（ＳＥＰＡＢＥ
ＡＤＳ）　＠の高多孔性親水性樹脂によって代表される
。これらの樹脂は高多孔性親水性のビニル重合体から成
る堅い球形のゲル・ビーズであると言われている。その
平均粒径は１２０μであり、細孔容積は１　．６ｍＱ／
ｇより小さい。また同社はスチレンがジビニルベンゼン
と交叉結合した高多孔性重合体ビーズであるダイアイオ
ン（ＤＩＡＩＯＮ）■モ製造している。このようなビー
ズは細孔の粒径分布が狭く、細孔容積は１．２ｍ（２／
ｇよりも小さい。

従って上記のように当業界の現状における多くの微小多
孔性重合体構造物の主な欠点は、細孔容積が所望の値よ
り低く、典型的には２０〜７０％であるか、せいぜい９
０％であり、キャスト口の特許にも見られるように機械
的強度に困難が生じることである。空隙容積が低いほど
機械的強度は大きくなるが、この構造物を例えばクロマ
トグラフの吸着体として使用した場合の処理容量は低く
なる。

従って高価な二次的な成形装置が必要である。従来法の
構造物の多くは剛性がなく、イオン強度および溶媒の変
化で膨潤し、カラムの充填および調節を困難にする。

本発明においては工程を適切に選択することにより熱誘
起相分離法によって、実質的に球形であり、非常に高い
空隙容積をもち、表面の多孔度が調節可能であり、細孔
直径が大きく、機械的強度が高い微小多孔性ビーズを製
造し得ることが見出だされた。このようなビーズは新規
であり、その有用な性質は従来法から全く予想すること
ができず、今日市販されているものの中で最良の材料で
ある。本発明の表皮をもたないビーズはその内部の表面
区域に大きな分子を容易に受け入れることができる。こ
れらのビーズは単量体からビーズを製造するような化学
反応の調節に困難が生じることはない。ビーズの形は大
部分のクロマトグラフにおける用途、特に蛋白質のクロ
マトグラフに理想的に適している。また酵素の不動化、
ホルモンの分離、並びに他の多くの用途に使用すること
ができる。

本発明に従えば、アクリロニトリルの重合体または共重
合体から成り、水中では実質的に膨潤せず、直径が約５
μより実質的に大きくない実質的に均一な細孔から成り
、細孔容積が約１．５ｍＱ／ｇより実質的に小さくない
調節可能な表面多孔性をもった高度に多孔性のビーズが
提供される。

また本発明には細孔が少なくとも部分的に高分子の大き
さをもった化合物で充填された実質的に球形の多孔性重
合体ビーズが含まれる。

本発明のビーズを製造する好適な方法においては、高温
においてのみ重合体を可溶化する溶媒混合物の中にアク
リロニトリルの重合体または共重合体を溶解する。溶媒
混合物は重合体に対する良好な溶媒と該溶媒の溶解力を
低下させる少なくとも１種の添加剤との混合物である。

この添加剤は重合体の非溶媒であることができる。この
均一な液体溶液を剪断工程にかけ、重合体溶液の液滴を
つくる。２相の液体混合物に剪断をかけ液滴をつくる好
適な方法は、乳化、層流ジェットの破壊、アトマイゼー
シコン、静的混合および超音波法である。乳化または静
的混合を用いる場合には、剪断をかける前に均一な重合
体溶液を高温の不活性分散液中に懸濁させる。懸濁液を
冷却すると、重合体と重合体の溶媒のと間で相分離が起
こり、重合体の液滴と重合体の溶媒が生じる。液滴を冷
たい不活性液体の中に撹拌しながら導入する。次いで固
化した液滴を集め、重合体溶媒を抽出して本発明の多孔
性ビーズをつくる。このビーズは均一な細孔の大きさ（
直径が０．００２〜５μ）をもち、多くの従来法で報告
されているような細孔を連結する気孔をもっていない。

気孔の直径対細孔の直径の比Ｃ／Ｐは従って１．０であ
り、キャスト口の特許の好適な具体化例とは異なってい
る。均一な微小多孔性は適切な溶媒／非溶媒組成を選択
したことによると推定される。細孔容積が９０％より大
きい実質的に表皮をもたないビーズを製造するためには
、溶液中で約ｌＯ％以下の重合体を使用する。表面の多
孔性が調節でき、互いに粘着せず、細孔容積が大きくて
も取り扱い強度が良好なビーズが得られることは全く予
想外のことである。

本発明の重合体ビーズはアクリロニトリルの重合体およ
び／または共重合体からつくられる。アクリロニトリル
共重合体は（ｃｉ〜Ｃａ）モノオレフィン、ビニル芳香
族化合物、ビニルアミノ芳香族化合物、ハロゲン化ビニ
ル、（Ｃ＋〜Ｃ．）（メタ）アクリル酸アルキル、（メ
タ）アクリルアミド、ビニルビロリドン、ビニルピリジ
ン、（０１〜Ｃ，）（メタ）アクリル酸ヒドロキシアル
キル、（メタ）アクリル酸、（Ｃ＋””Ｃｓ）（メタ）
アクリルアミド、アクリルアミドメチルグロピルスルフ
オン酸、Ｎ−ヒドロキシ含有（Ｃ＋〜ｃｍ）アルキル（
メタ）アクリルアミド、或いはこれらの混合物と共重合
したポリアクリロニトリルから成っている。

アクリロニトリル重合体の溶媒としては永久的な化学変
化なしにこれらの重合体を溶解し得る有機または無機の
液体を用いることができる。その中にはジメチルスル７
ォキシド、ジメチル７オルムアミド、ジメチルスルフォ
ン、塩化亜鉛水溶液、およびチオシアン酸ナトリウム水
溶液が含まれる。

非溶媒はポリアクリロニトリルまたはその共重合体と混
合しない任意の液体媒質であることができる。非溶媒は
尿素、水、グリセリン、プロピレングリコールまたはこ
れらの混合物であることができる。

非溶媒分散剤はアクリロニトリル重合体または共重合体
並びに重合体溶媒と混合しない任意の液体媒質であるこ
とができる。通常これらは極性の低い液体、例えば脂肪
族、芳香族または水素化芳香族の炭化水素およびそれら
のハロゲン化誘導体、低分子量のポリシロキサン、オレ
フィン、エーテルおよび同様な化合物である。

好適な溶媒一非溶媒系はジエンチルスルフオン／尿素／
水系、またはジメチルスル７オキシドまたはジメチルス
ル７オンと水との系、ジメチルスルフォキシドまたはジ
メチルスルフオンと水とにエチレングリコーノレまたは
プロピレングリコーノレを加えた系から成り、選択され
る高温不活性液体は脂肪族、芳香族または水素化芳香族
の炭化水素、例えば鉱油、臭気の低い石油系溶媒または
ケロセンである。抽出溶媒として好適なものは低級アル
カノール、例えばメタノール、エタノール、または低級
ケトン、例えばアセトンおよび水である。

重合体溶液、溶媒および非溶媒から成る組成物の二つの
機能は外側の多孔性および細孔の大きさの分布を調節す
ることである。これらのパラメータによって多孔性およ
び細孔の大きさを調節し得る能力は第９、１０，　１１
，　１２、１３、１４、１５および１６図から見ること
ができる。下記表Ａはこれらのビーズの製造に使用する
均一な重合体溶液をつくるのに用いる原料の割合を示し
ている。

表Ａ 細孔の調節 ＊単位は重量部による。

重合体の濃度は第９、ｌ９、１１，　１２、ｌ３および
１４図から判るように、ビーズの外側の多孔度に対し内
側の多孔度に対するよりも大きな影響を及ぼす。

これによって遅延放出の用途に有用な形状をつくる際の
融通性が得られる。この場合放出速度は内部の多孔度を
保持しつつビーズの表皮をどの程度にするかにより調節
することができる。第９および１３図は内側の多孔度を
均一に保ったまま外側の多孔度をどの程度ｌ１節できる
かを示している。このことは従来法においては予想外の
ことであり、従来は重合体の濃度は構造物全体に亙りビ
ーズの形状を変化させると言われていた。マテリアルズ
・サイエンス・オヴ・シンセシツク・メンプレンズ（Ｍ
ａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ｏｆ　Ｓｙｎｔｈ
ｅｓｉｃ　Ｍｅｍｂｒｅｎｅｓ）、ＡＣＳシンポジウム
−シリーズ（ＡＣＳ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍｕ　Ｓｅｒｉ
ｅｓ）２６９、１９８５年、２３０〜２４４頁、ダヴリ
ュー・シー・ハイヤット（Ｗ．　Ｃ．　Ｈｉａｔｔ）等
の論文、ＰＶＤＦからのタイプＩＩ！およびタイプＩＶ
メンプレン（ｔｙｐｅ　ＩＩＩ　ａｎｄｔｙｐｅ　ＩＶ
　ｍｅｍｂｒｅｎｅｓ）、２３９　〜２４３頁参照。従
来の溶媒相分離法では本発明のビーズの形状を得ること
は非常に困難である。これらの場合溶媒の拡散によって
非対称的な形状が生じたり、または細孔の数が非常に少
なくなる。米国特許第４，４８６，５４９号実施例ｌ参
照。この場合溶媒相分離法を用いて多孔性のポリアクリ
ロニトリルの粒子がアトマイザー容器からつくられジメ
チル７ォルムアミド水溶液中で急冷されているが、細孔
容積は低く、非球形の粒子が得られる。

細孔の全体としての大きさは適切な非溶媒を選ぶことに
より調節される。細孔の大きさは系の相分離温度および
成分の同化温度の両方に影響される。相分離温度と固化
温度との差が大きいと大きな細孔をもったビーズが生じ
る傾向がある。

操作上の便宜のために、ポリアクリロニトリル共重合体
（アルリロニトリル／アクリル酸メチルの重量比９８／
　２）を、高温（５０〜１１０゜Ｃ）においてのみ該共
重合体が溶解するように設計された溶媒／非溶媒混合物
系に高温（１１０〜１４０℃）で溶解する。

この条件に合致する混合物の組成は相分離が起こる温度
を決定する濁度点の実験を行うことにより決定した。好
ましくは溶媒はジメチルスル７ォキシドかジメチルスル
７オンであり、非溶媒は水、尿素、グリセリン、エチレ
ングリコール、プロピレングリコールまたはこれらの組
み合わせから選ばれる。典型的な溶媒／非溶媒の比は重
量で９５／５〜６５／　３５である。重合体の濃度は溶
媒／非溶媒溶液中の重合体固体分に関して０．５〜２０
％より少ない値であり、同じ基準で０．５〜ｌＯ％が好
ましい。

高温の重合体溶液を撹拌しながらこの溶液と実質的に混
合しない液、例えば鉱油に分散させる。

次にこの分散液を小さい液滴が生じるのに十分な速度で
静的混合器［例えばケニツクス（Ｋｗｎｉｃｓ）社製の
もの］に圧入する。液滴の大きさの分布は静的混合器を
通過する流速で調節することができる。

液滴の典型的な直径は２００〜４００μの範囲である。

液滴が静的混合器から出た後、これを別の冷たい鉱油で
典型的には４倍の容積を用いて希釈し、液滴を相分離温
度以下に冷却する。重合体相が溶媒／非溶媒溶液から分
離し、固体重合体の粒子として沈澱し溶媒が残る。固体
の粒子を鉱油から取り出す。

分散物中において重合体溶液の小さい液滴をつくる他の
方法には、乳化機、層流ジェット、アトマイゼーシタン
・ノズルおよび超音波混合器を使用する方法が含まれる
。本発明を実施する場合分散物を高剪断条件下におき、
均一な大きさをもった実質的に球形の液滴をつくり、こ
れによってクロマトグラフにおける分離過程に使用する
場合多くの従来法に必要であった二次的な成形を行わな
いですむようにすることが重要である。

捕集しだ液滴を次に溶媒／非溶媒混合物とは混合するが
ポリアクリロニトリルの溶媒にはならない物質で抽出し
て多孔性のビーズをつくる。アセトンまたは水を用いる
ことができる。抽出したビーズを乾燥し微小多孔性の製
品にする。ビーズの細孔の大きさは重合体または共重合
体の組成または使用する非溶媒の濃度および種類を変え
ることにより帆００２〜５μの範囲で変えることができ
る。

全体の細孔容積は溶媒／非溶媒溶液中の重合体または共
重合体のもとの濃度から決定される。任意の便利な方法
、例えば液体溶媒を使用したときには簡単な洗滌により
固化したビーズから溶媒物質を除去することも本発明の
範囲内に入る。

この方法の特定な適用例を下記に詳細に説明する。

本明細書および特許請求の範囲において「細孔容積」と
いう言葉はポリアクリロニトリルＩｇｉなりの空隙の容
積をｍｌ２単位で表した量である。細孔容積は直接重合
体濃度の関数になる。細孔容積が１．５ｍｆｆ／ｇより
大きいビーズが特に好適である。細孔容積は水銀多孔度
測定法のような通常の方法で測定する。

［水中において実質的に膨潤しない」という言葉は、水
中において膨潤により容積が５％以上増加しないことを
意味する。非膨潤性のビーズは、カラム・クロマトグラ
フの用途において全体の容積が実質的に一定に保たれ、
従って一定の流速が得られまた頭部における圧力損失が
無視できるので好適である。「表皮がない」という言葉
は表面皮膜をもたない多孔性の粒子を意味し、高分子量
の分子を直接吸着するのに効果的である。重合体ビーズ
の嵩密度は通常の方法、例えば一定容積になるまで軽く
叩く方法で測定される。本発明のビーズは約５ｍｆｆ／
ｇ以上の嵩密度をもっていることが好ましい。嵩密度が
低いと処理容量が低くなるために望ましくない。嵩密度
の上限は約１５ｍｌ２／ｇである。

この値を超えても経済的な利点はなく、また機械的強度
が減少する。ビーズの平均直径はその用途によって広く
変えることができる。好ましくは約５μ〜約２ｍｍであ
り、さらに好ましくは約５〜約１５０μである。ビーズ
の直径が約５μのものは特に注目すべきものである。こ
れらのビーズは分析用高圧液体クロマトグラフに特に適
している。他のクロマトグラフの用途どしては一般にビ
ーズの大きさが約５〜約１５０μのものが好適であり、
５〜２０μがさらに好ましく、２０〜１００μが特に好
適である。

ビーズの大きさは通常の方法、例えば粒度分析法によっ
て測定することができる。ビーズの大きさは広く変える
ことができ、通常の方法、例えば窒素吸着法または水銀
浸漬法によって測定出来るが、細孔の平均直径が約０．
００２〜約５μ、特に約０．１〜約１μであることが好
適である。細孔の平均直径が約０．００２〜約０．１μ
のビーズも好適である。このビーズを化合物の充填に使
用する場合、これらの化合物は蛋白質、酵素、ホルモン
、ペプチド、核酸、ポリサッカリド、染料、或いはこれ
らの混合物であることが好ましい。この中で特に好適な
ものは蛋白質である。このような化合物をビーズに充填
するには、その化合物に応じ例えば物理的な捕捉、物理
吸着または化学結合による方法のような通常の方法を用
いることができる。いずれの場合も使用する多孔性ビー
ズは化合物の直径の少なくとも３倍の細孔直径をもって
いることが好ましい。

本発明の多孔性ビーズの吸着能を利用するには通常の方
法を用いることができる。例えばこのビーズを用いてビ
タミン、抗生物質、酵素、ステロイドおよび発酵液から
得られる他の生物活性物質を吸着させることができる。

また種々の糖溶液の脱色に使用することができる。さら
に糖化した木材溶液の脱色に使用することもできる。ま
たガスクロマトグラフ、サイズ・エクスクルージョン・
クロマトグラフ、アフィニティ・クロマトグラフ、イオ
ン交換クロマトグラフ、および疎水性相互作用の用途に
おける逆相として使用することができる。フェノールの
除去、および種々の表面活性剤の除去にも有用である。

種々の香料を吸着させることもできる。さらに製紙用パ
ルプの製造の際の廃液の脱色に使用でき、種々の化学薬
品の脱色および精製に用いることもできる。また本発明
のビーズは表面に部分的な表皮が生成する条件でつくら
れた場合、遅延放出の用途にも特に適している。

本発明のビーズは蛋白質の分離に特に有用である。本発
明のビーズを用いて精製するのに特に適した蛋白質はａ
−ラクトアルブミン、アルブミン、γ−グロプリン、ア
ルプミン・インターフエ口ン等である。

好適具体化例の説明 下記実施例により本発明を例示する。これらの実施例は
本発明を限定するものではない。

対照例ＩＡ ９９モル％のアクリロニトリルおよび１モル％のアクリ
ル酸メチルから成る湿った共重合体（共重合体：水の重
量比１：１）を５ｇの尿素および３０ｇのジメチルスル
７オンと共に磨砕して粉末混合物をつくった。この混合
物を１６０℃に加熱した鉱油１００ｍｆｆを入れたｌＱ
のフラスコの中に加える。２種の液相、即ち均一な重合
体溶液および鉱油の相が生じるまで混合物を撹拌する。

上から吊り下げられたパドル撹拌機で迅速に撹拌すると
、鉱油中に高温（約１２０℃）の重合体溶液を含む液滴
から成る懸濁液が得られる。この懸濁液をカニューラ（
ｃａｎｕｌａ）を介して５００ｍＭの鉱油、６ｇのジメ
チルスル７オンおよび１ｇの尿素から成る７０゜Ｃに保
たれた第２の撹拌混合物に移して液滴を冷却する。冷た
い鉱油と接触すると液滴は固化する。この混合物を撹拌
しながら室温に冷却し、塩化メチレンで希釈して油の粘
度を減少させる。固化しだ液滴をブ７ナー濾斗上に集め
、塩化メチレンで洗滌した後、２００ｍＱのアセトンを
用いて室温で１．５時間溶媒を抽出する。得られたビー
ズを走査型電子顕微鏡で検査し、高度の多孔性をもち、
約１５μの比較的均一な直径を有することが判った。細
孔はビーズの外表面を通って延びていた。この方法で剪
断をかけることなくつくったビーズの大きさはｌＯμ〜
数ｍｍの範囲であった。これらのビーズの断面の走査塁
電子顕微鏡写真を第２図に示す。

対照例ＩＢ マツモトの米国特許第４，４８６．５４９号実施例ｌ記
載の方法で粒子をつくった。１２０ｇのポリアクリロニ
トリル均質重合体を１８００ｍｌ２の塩化メチレンに溶
解し、得られた溶液を回転アトマイザー容器ＰＰＨ　３
０６００Ｄ型［セイムス・エレクトロスタティック（Ｓ
ａｍｅｓ　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ）社製］により
毎分２０ｎ＋Ｑの速度で２０％ジメチルフォルムアミド
水溶液に滴下し、ボリアクリロニトリルの粒子を得た。

走査型電子顕微鏡写真（第８図）は本発明の実施例で得
られるのとは異なった形状を示した。

対照例ｌＣおよびｌＤ ストイの米国特許第４．ｌｌＯ．５２９号記載の方法で
ビーズをつくった。該特許の実施例ｌ記載の一般的な方
法によりポリアクリロニトリルをジメチルスル７オキシ
ドに溶解し、パラフィン油に分散させ、細流にして１５
℃の水に注いだ。ストイの特許の実施例２の方法（乳化
液を６０℃の水に注ぐ）により上記方法を繰り返した。

球形の多孔性のビーズが得られ、これを走査型電子顕微
鏡写真に撮った。

これを第５および６図に示す。ビーズは多孔性の外側部
分と、内部にある極端に大きい互いに連結した細孔とを
もっており、ビーズが実質的に等方性である本発明のビ
ーズとは異なっている。

実施例ｌ ９９モル％のアクリロニトリルおよび１モル％のアクリ
ル酸メチルから成る乾燥した共重合体１０ｇを１０ｇの
ジメチルスル７オンと共に乳鉢と乳棒で磨砕した。この
混合物を撹拌し１２５℃に加熱して均一な重合体溶液を
つくる。１４０°０の鉱油６００ｍＩ２をロス（Ｒｏｓ
ｓ）社製の乳化Ｑ　ＬＡＭＢＥ型を使用し設定を３にし
て撹拌する。鉱油に高温の重合体溶液を徐々に加える。

５分後に重合体溶液の添加をすべて終了し、懸濁液を高
温（１４０℃）の鉱油１８００ｍＱ，ジメチルスル７オ
ン２４ｇおよび尿素４ｇから成る混合物で希釈する。混
合物が均一に乳化した後、加熱を止め、フラスコを氷水
の浴に入れる。懸濁液が１１θ℃に達したら、乳化機を
止め液滴を沈降させる。

この混合物を室温に冷却した後、塩化メチレンを加えて
鉱油を希釈し、次いで液滴をブ７ナー濾斗上に集め、室
温において１６時間アセトンで抽出する。得られたビー
ズを再び集め、メタノールで洗滌し、室温で真空乾燥す
る。走査聖電子顕微鏡でビーズを観察する。大部分のビ
ーズは直径が１００〜４００μであり、細孔の大きさは
約１００μであった。ビーズは表皮をもたず、表面の多
孔度は内部と同じ程度に大きかった。ロスの乳化機の設
定を５に増加すると、小さいビーズ（２００μより小）
が得られる。

実施例２ ９９モル％のアクリロニトリルおよび１モル％のアクリ
ル酸メチルから成る乾燥した共重合体１ｇをＩｇの脱イ
オン水、２ｇの尿素および１２ｇのジメチルスル７オン
と共に乳鉢と乳棒で磨砕した。この混合物を１２５℃に
加熱して均一な重合体溶液をつくる。高温の鉱油（６０
ｍＱ，　１５０℃）をブランソ７　（Ｂｒａｎｓｏｎ）
社製の超音波発生器Ｓ７５型を使用し設定を７にして（
４アンペアに合わせる）撹拌する。高温の重合体溶液を
徐々に加え、この際電流を６アンペアに増加する。懸濁
液を数分間混合し、高温（１４０℃）の鉱油１８０ｍＱ
，ジメチルスル７オン２．４ｇおよび尿素０．４ｇから
成る混合物で希釈する。フラスコを氷水の浴に入れて懸
濁液を冷却する。懸濁液が１１０℃に達したら、超音波
発生器を止める。室温に冷却した後、塩化メチｋンを加
えて鉱油を希釈し、次いで固化した液滴をブフナー濾斗
上に集め、塩化メチレンで洗滌する。固化しだ液滴を室
温において１６時間アセトンで抽出し、再び集め、今度
はメタノールで洗滌する。得られたビーズを室温で真空
乾燥する。走査型電子顕微鏡でビーズを観察し、高度の
細孔容積、約１μの細孔直径および高度の表面多孔性を
もっていることが判った。ビーズの平均直径は約５０μ
である。

実施例３ １４４ｇのジメチルスルフ才ンおよびＩｇの尿素を７２
０ａ＋１２の鉱油と組み合わせ、撹拌機、温度計および
浸漬脚管を取り付けた１１２の樹脂フラスコの中で１３
０℃に加熱する。ジメチルスル７オンおよび尿素が熔融
した後、アクリロニトリル：アクリル酸メチルのモル比
が９９：ｌの乾燥共重合体６ｇおよび水１８ｇを加え、
溶解して重合体、ジメチルスル７オン、尿素および水が
鉱油の中に分散した均一な溶液をつくる。この分散物を
次に鉱油の中に分散した重合体溶液の液滴が生じるのに
十分な速度で、浸漬脚管の所から１４０℃の高温のケエ
ックス［Ｆ］静的混合機（直径０．２５インチ、長さ６
インチ）へ圧入する。

静的混合機の出口は室温の鉱油４Ｑから成る撹拌急冷浴
の上方３インチの所に置かれ、この浴の中で液滴が固化
する。固化した液滴を集め、低那点の炭化水素で洗浄し
鉱油を除去して乾燥する。一晩９００ｍ＜２のアセトン
または９００ｍ４のメタノール中に入れて固化した液滴
からジメチルスル７オンを抽出する。さらに好ましくは
固化しだ液滴を８０〜９５°０の高温の水ｌＱ中におい
て１時間撹拌してジメチルスル７オンを抽出することも
できる。撹拌機は容器の壁と接触させてはいけない。さ
もないと固化した液滴の磨砕が起こる。この方法でつく
られたビーズは表皮がなく、細孔の直径は０．１−１．
５μの範囲であり、大部分のビーズは２５〜４２５μで
あった。

実施例４ ９９モル％アクリロニトリル／ｌモル％アクリル酸メチ
ル共重合体３％および非溶媒としての水１１％を使用し
て実施例３の方法を繰り返した。第１図に示すように本
発明の表皮のない微小多孔性ビーズが得られた。

実施例５ アクリロニトリル５０〜９８モル％のポリアクリロ二ト
リル共重合体を用い、ジメチルスルフォキシド、ジメチ
ルスル７オン、水、尿素、エチレングリコール、グリセ
リンおよびプロピレングリコールを溶媒混合物成分とし
て使用して実施例３の熱的相分離法を繰り返し、本発明
の微小多孔性ビーズをつくることができた。

実施例６ 実施例４の微小多孔性ビーズ（第１図）をクロマトグラ
フのカラムに充填する。アルプミンの緩衝水溶液をこの
カラムに通す。蛋白質は微小多孔性ビーズに吸着された
。次に塩の緩衝水溶液から成る脱着剤をカラムに通す。

蛋白質の大部分は精製された変性しない状態で回収され
た。

実施例７〜８ アルブミンの代わりにσ−ラクトアルブミンおよびγ−
グロプリンの緩衝水溶液を用いて実施例６の方法を繰り
返した。ビーズは水溶液から各蛋白質を吸着し、高濃度
の塩の緩衝水溶液で脱着すると変性しない状態で回収す
ることができる。

実施例９ アクリロニトリル：アクリル酸メチルのモル比が９９＝
１の共重合体３部、プロピレングリコール２５部、およ
びジメチルスルフォン７２部の混合物ヲｌ３０゜Ｃに加
熱して均一な溶液にする。この溶液を磁気撹拌機および
浸漬脚管を備えたパー（ｐａｒｒ）の反応器に入れる。

反応器を１５０℃に加熱した後、３５ｐｓｉｇに加圧し
た窒素を用い１４０℃に加熱したラインを通して加熱し
た超音波発生器に押し込む。流速を３２＋ｌ２／分の一
定値に保つ。超音波発生器のノズルを３５ｋＨｚで動作
させ１５０°０に合わせる［ノズルおよび電源はソノ・
テック（Ｓｏｎｏ−ｔｅｋ）社製］。ノズルに２２ワッ
トにエネルギーを与える。超音波発生器の３インチ上方
に置いた鉱油浴の中で液滴を急冷する。鉱油をデカンテ
ーションし、固化しだ液滴をヘプタンで洗滌して乾燥す
る。高温の水で１ジメチルスル７オンを抽出し、直径が
約５０〜１０００μの微小多孔性ビーズを得た， 実施例１０ ２８８ｇのジメチノレスＪレフオン、１２ｇのアクリロ
ニトリル：アクリル酸メチルのモル比が９９：ｌのポリ
アクリロニトリル共重合体、およびｌｏｏｍｆｆのプロ
ピレングリコールを一緒にし、磁気撹拌機および浸漬脚
管を備えたパーの反応器に入れる。反応器を１４０℃に
加熱して均一な溶液をつくる。１５０ｐｓ　ｉｇの窒素
圧により１４０℃に加熱したラインを通して溶液をアト
マイザーのノズル［例えばレチラー（Ｌａｃｈｌｅｒ）
社製、全円錐聖「センター・ジェット（ｃｅｎｔｅｒ　
ｊｅｔ）Ｊノズル、オリフィスの直径０．４６インチ］
に押し込む。ノズルは液滴を急冷するための撹拌した鉱
油３１２の上方３インチの所、或いは撹拌したヘグタン
４ａの上方４インチの所に取り付けられている。固化し
た液滴をヘプタンで洗滌して鉱油を除去し、乾燥した後
８５〜９０℃の水３Ｉ２で１時間抽出して微小多孔性ビ
ーズをつくった。細孔の大きさは０．５〜１．５μであ
り、大部分のビーズは２５〜１５０μであった。

実施例１１ アクリロニトリル：アクリル酸メチルのモル比が９９：
ｌのポリアクリロニトリル共重合体６ｇ１　プロピレン
グリコール５４ｇおよびジメチルスルフォン１４０ｇの
混合物を１３０℃に加熱して均一な溶液をつくった。こ
の溶液を磁気撹拌機および浸漬脚管を備えた５００ｍｇ
のパーの反応器に入れる。溶液を１５０゜Ｃに加熱し、
２０ｐｓｊｇの窒素圧を用いて１５０℃に加熱したライ
ンに通し、直径５０μの穴７５個から成る１５０℃に加
熱したノズルに押し込む。溶液を７５ｄ／分の一定の流
速で流す。層流のジェットは破れて液滴となり、これを
ノズルの下方３〜４６インチの所に置かれた７５０ｍｆ
ｆのへブタン浴中で急冷する。

高温の水でジメチルスルフォンを抽出し、容積ノ８０％
が７０〜２００μの大きさをもつ微小多孔性ビーズを得
た。

実施例ｌ２ 実施例１１の方法を繰り返したが、流速を３０ｍｌ２／
分の一定値に保ち、ジェットの速度の固有共鳴周波数で
溶液を振動させ［ジェー・ジー・ウィセマ（Ｊ．Ｇ．　
Ｗｉｓｓｅｍａ）、ジー・工−９デイヴイス（Ｇ．　Ａ
．　ＤａｖｉＳ）のカナディアン・ジャーナル・オヴ・
ケミカル・エンジニアリング（ｃａｎｑｄｉａｑ　Ｊｏ
ｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒ
ｉｎｇ）誌４７巻５３０　〜５３５頁（１９６９年）記
載の論文参照］、均一な大きさの液滴をつくった。

上記の説明から当業界の専門家には多くの変形が示唆さ
れるであろう。例えば本発明の微小多孔性ビーズと接触
させることによりグルコースおよび庶糖溶液の脱色を行
うことができる。ブタン酸、プロビオン酸および酢酸の
ような脂肪酸を本発明のビーズを用いて水溶液から吸着
させることができる。本発明のビーズを用いて石最およ
び洗剤を水溶液から吸着させることができる。本発明の
ビーズの中に酵素を吸着させ、次いでこのように結合し
た酵素を含むビーズの中に発酵液のような基質を通して
反応の触媒とすることができる。従ってこのようなすべ
ての明白な変形は本発明の範囲内に入るものである。

実施例ｌ３ ９９モル％アクリロニトリル／１モル％アクリル酸メチ
ル共重合体３％、水４％および尿素１３％を用いて実施
例３を繰り返した。本発明の微小多孔性ビーズが得られ
た。その典型的な断面を１．４４０の倍率で第３図に示
す。

本発明の主な特徴及び態様は次の通りである。

１．　（ｉ）アクリロニトリルの重合体または共重合体
を、該重合体に対する溶媒または非溶媒から成る混合物
と加熱混合して均一な溶液をつくり、（ｉｆ）高剪断技
術を使用してこの均一な溶液を破壊して液滴を作り、 （ｉｉｉ）この液滴を随時不活性液体を存在させて冷却
し、液滴の中で相分離を起こさせて重合体を固化させ、 （ｉｖ）不活性溶媒から固化した液滴を分離し、固化し
た液滴から溶媒／非溶媒混合物を除去して多孔性のビー
ズをつくる 工程から成る調節可能な表面多孔性をもった多孔性重合
体ビーズの製造法。

２ｏ工程（ｉ）は該溶液を高温の不活性液体中に分散さ
せる工程をさらに含み、工程（ｉｉ）は静的混合器、超
音波ノズル、アトマイゼーション・ノズル、層流ジェッ
トまたはｌ’Ｌ化機により均一な分散物を破壊して液滴
にする工程から成る上記第１項記載の方法。

３．該溶媒はジメチルスル７オンから成り、非溶媒は尿
素、水、プロピレングリコール、エチレングリコールま
たはこれらの混合物から成り、工程（ｉ）は少なくとも
１３０℃の温度で行われる上記第１項記載の方法。

４．該不活性液体は鉱油、ケロセン、ヘプタンまたはこ
れらの混合物から成る上記第１項記載の方法。

５．固化した液滴から重合体に対する非溶媒で不活性液
体を抽出し、該非溶媒はアセトン、メタノール、水また
はこれらの混合物から成る上記第１項記載の方法。

６．ポリアクリロニトリル共重合体は（Ｃ２〜ＣＳ）モ
ノオレフィン、ビニル芳香族化合物、ビニルアミン芳香
族化合物、ハロゲン化ビニル、（ＣＩ−Ｃ＠）（メタ）
アクリル酸アルキル、　（メタ）アクリルアミド、ビニ
ルピロリドン、ビニルピリジン、（Ｃ１〜Ｃ．）（メタ
）アクリル酸ヒドロキシアルキル、（メタ）アクリル酸
、アクリルアミドメ．チルブロピルスル７オン酸、Ｎ−
ヒドロキシ含有（Ｃ，”Ｃｍ）アルキル（メタ）アクリ
ルアミド、或いはこれらの混合物と共賞金したポリアク
リロニトリルから成る上記第１項記載の多孔性ビーズの
製造法。

７．該多孔性ビーズの細孔に化合物を少なくとも部分的
に充填する工程をさらに含んでいる上記第１項記載の方
法。

８．該化合物は蛋白質、酵素、ホルモン、ペブチド、ポ
リサッカリド、核酸、染料、顔料またはこれらの混合物
から成る群から選ばれる上記第７項記載の方法。

９．工程（ｉ）の均一な溶液は全重合体または共重合体
固体分を約ｌＯ重量％以下の量で含み、多孔性重合体ビ
ーズは実質的に表皮をもたない上記第１項記載の方法。

ｌＯ．該ビーズは実質的に水の中で膨潤せず、直径が約
５μより実質的に大きい実質的に均一な細孔をもち、細
孔容積１まｌ．５ｏｆｆ／ｇより実質的に小さくない上
記第１項記重の方法により得られる生成物。

１１．該ビーズは実質的畢二球形である上記第ｌＯ項記
載の生成物。

１２．該ビーズはアクリロニトリルを約４５〜約９９．
５モル％含む共重合体から成る上記第ｌＯ項記載の生成
物。

１３．該ビーズは実質的に等方性である上記第１０項記
載の生成物。

１４．上記第ｌ項記載の方法により得られた生成物。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の微小多孔性をもった球形のポリ（アク
リロニトリル）共重合体のビーズの倍率５００倍の顕微
鏡写真であって表皮のない表面を示し、第２図は第１図
の微小多孔性ビーズの断面の倍率２０００倍の顕微鏡写
真であって、９７％という高度の細孔容積と均一な非気
孔性形態を示し、第３図は本発明のポリ（アクリロニト
リル）共重合体ビーズの断面の倍率１．４４０倍の顕微
鏡写真であって、均一な直径をもつ非気孔性態、９７％
の細孔容積およびマトリックスの実質的な均一性を示す
。第４図は従来法のポリプロビｋン発泡体（キャスト口
の米国特許第４．５１９．９０９号第６７図）の断面の
倍率２０００倍の顕微鏡写真であって、７５％の細孔容
積と微小多孔性の非気孔性構造を示す。この構造はビー
ズではない。第５図は従来法のポリアクリロニトリル粒
子（ストイの米国特許第４，１１０，５２９号、実施例
１）の断面の倍率１１１倍の顕微鏡写真であって、外表
面に表皮をもつ非球形の「円盤状の」ビーズを示し、第
６図は従来法のポリアクリロニトリル粒子（ストイの米
国特許第４．１１０．５２９号、実施例２）の断面の倍
率４４２倍の顕微鏡写真であって、直径が２０〜４０μ
の極端に大きい内部細孔をもったビーズを示し、第７図
は従来法のポリアクリロニトリル粒子（ストイの米国特
許第４，１１０．５２９号、実施例２）の断面の倍率５
０倍の顕微鏡写真であって、不均一な細孔構造を示す。 第８図は従来法の微小多孔性ポリアクリロニトリル粒子
（マツモトの米国特許第４．４８６，５４９号）の倍率
３４７倍の窮微鏡写真であって、不均一な円盤状の構造
を示す。第９図は本発明の微小多孔性ポリアクリロニト
リル・ビーズの倍率２．５７０倍の顕微鏡写真であって
、実質的に均一な細孔をもつた表皮のない外表面を示し
、第１０図は本発明の微小多孔性ポリアクリロニトリル
・ビーズの倍率４，４７０倍の顕微鏡写真であって、均
一な細孔の内部構造を示し、第１１図は本発明の微小多
孔性ポリアクリロニトリル・ビーズの倍率２．２３０倍
の顕微鏡写真であって、実質的に均一な細孔をもった部
分的に表皮を有する外表面と外側の細孔の大きさを調節
する能力を示し、第１２図は本発明の微小多孔性ポリア
クリロニトリル・ビーズ（ビーズは第１１図に示したも
のと同じ方法でつくった）の倍率４．６４０倍の顕微鏡
写真であって、均一な細孔内部構造と内側の細孔の大き
さを調節する能力を示す。第１３図は本発明の微小多孔
性ポリアクリロニトリル・ビーズの倍率４．７１０倍の
顕微鏡写真であって、部分的に表皮をもつ外表面を示し
、第１４図は本発明の微小多孔性ポリアクリロニトリル
・ビーズ（ビーズは第１３図に示したものと同じ方法で
つくった）の倍率８．６６０倍の顕微鏡写真であって、
部分的に表皮をもったビーズの内側の細孔の大きさを調
節する能力を示し、第１５および１６図は本発明の微小
多孔性ポリアクリロニトリル・ビーズの倍率それぞれ２
，２７０倍および２．２９０倍の顕微鏡写真であり、さ
ら に外側の細孔の大きさを調節する能力を示している。 ＦＩＧ．　３ ＦＩＧ．　？ ＦＩＧ．７ ＦＩＧ．８ ＦＩＧ．９ ＦＩＧ．１０ ＦＩＧ．　１３ ＦＩＧ．　ｆ４ ＦＩＧ．イ５ 手続補正書（放） 平成２年３月９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ｉ）アクリロニトリルの重合体または共重合体を
   、該重合体に、対する溶媒および非溶媒から成る混合物
   と加熱混合して均一な溶液をつくり、（ｉｉ）高剪断技
   術を使用してこの均一な溶液を破壊して液滴を作り、 （ｉｉｉ）この液滴を随時不活性液体を存在させて冷却
   し、液滴の中で相分離を起こさせて重合体を固化させ、 （ｉｖ）不活性溶媒から固化した液滴を分離し、固化し
   た液滴から溶媒／非溶媒混合物を除去して多孔性のビー
   ズをつくる 工程から成ることを特徴とする調節可能な表面多孔性を
   もった多孔性重合体ビーズの製造法。 ２、該ビーズは実質的に水の中で膨潤せず、直径が約５
   μより実質的に大きい実質的に均一な細孔をもち、細孔
   容積は１．５ｍｌ／ｇより実質的に小さくないことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法により得られ
   る生成物。