JPH0675680B2 - 陰イオン交換能を有するキトサン成形物の製造法 - Google Patents

陰イオン交換能を有するキトサン成形物の製造法

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JPH0675680B2
JPH0675680B2 JP63198613A JP19861388A JPH0675680B2 JP H0675680 B2 JPH0675680 B2 JP H0675680B2 JP 63198613 A JP63198613 A JP 63198613A JP 19861388 A JP19861388 A JP 19861388A JP H0675680 B2 JPH0675680 B2 JP H0675680B2
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弘之 吉田
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は優れた陰イオン交換能を有するキトサン成形体
の製造法に関するものであり、本発明の方法により得ら
れたキトサン成形体は、クロマトグラフィー用充填剤,
生理活性物固定化用担体,細胞培養用担体,重金属吸着
用担体等多くの有用な分野に利用するのに好適なもので
ある。
〔従来の技術〕
従来、キトサンを用いた陰イオン交換体を製造する方法
として開示されている技術としては、特公昭55−35180
号にキトサンそのものを原料としてアルカリ水溶液に浸
漬接触させ、置換もしくは非置換アミノ基又は置換第四
アンモニウム基を有する有機ハライドを結合させる方法
が開示されているが、この陰イオン交換体は水又は酸に
膨潤してしまうし、イオン交換能も0.75meq/g程度に留
っている。本出願人が出願した特開昭62−38246号の方
法は、多孔質粒状キトサンを極性溶媒中で有機ジイソシ
アネートと接触架橋し、塩基性溶液と接触させ、次いで
有機ハライドと反応させる方法であり、酸,アルカリに
対する膨潤や溶解の欠点を解消することができたが、操
作が複雑である点で問題がある。更に開発の結果なされ
た特開昭63−28453号の方法は、キトサン成形物に対し
少なくとも2個の四級アンモニウム塩型の窒素と、少な
くとも2個の反応基を有する化合物を反応させる方法で
あって、陰イオン交換能も7.52meq/gと向上した。又、
特願昭62−37358号(特開昭63−205144号)として出願
した方法は、多孔質粒状キトサンに脂肪族ポリアルコー
ルのグリシジエーテルを反応させた後、ジアルキルアミ
ンを反応させる方法で陰イオン交換能も最大で5.8meq/g
であった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、上述した従来の方法で得られた陰イオン交換
能を具備したキトサン成形物に比べ、格段とイオン交換
容量が高いキトサン成形物の製造法を提供することを目
的とする。本発明は多孔質キトサン成形物を構成してい
るアミノ基残基に二官能試薬を反応させて酸,アルカ
リ,水等に不溶性とした後、ポリエチレンイミンを反応
させることにより、イオン交換容量を格段に高めた陰イ
オン交換能を有するキトサン成形物を製造し、従来の欠
点を解決したものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明はキトサン成形物に脂肪族ポリアルコールのグリ
シジルエーテルを反応させた後、ポリエチレンイミンを
反応させることを特徴とする陰イオン交換能を有するキ
トサン成形物の製造法に係る。
本発明においては平均分子量が10,000〜230,000の低分
子量キトサンが用いられ、該低分子量キトサンを酢酸,
ジクロル酢酸,蟻酸の単独又は混合物の水溶液に溶解さ
せ、キトサン酸性溶液とする。キトサン酸性溶液中のキ
トサンの濃度は2〜20%(重量)で、取り扱い易い範囲
で自由に選択してよい。該キトサン酸性溶液からキトサ
ンを再生してキトサン成形物を得るためには、例えば、
孔径0.1〜0.25m/mφのノズルより圧力下で塩基性凝固浴
中に該キトサン酸性溶液を一定量づつ落下させることに
より多孔質粒状キトサンが得られ、又、キトサン酸性溶
液を孔径0.1〜0.25m/mφのノズルより定量ポンプで塩基
性凝固浴中に押出し紡出させて再生させるとキトサン繊
維が、又、塩基性凝固浴中にフィルム状に押出し再生さ
せるとキトサンフィルムのキトサン成形物が得られる。
塩基性凝固浴中に加えられる塩基性物質としては、水酸
化ナトリウム,水酸化カリウム,炭酸ナトリウム,炭酸
カリウム,アンモニア,エチレンジアミン等のアルカリ
性物質が用いられ、塩基性溶液とするには水、又はメタ
ノール,エタノール等の極性を有するアルコール類、又
は水,アルコールの混合物を上述の塩基性物質に加えて
使用する。上記のようにして得られたキトサン成形物
は、多数の細孔を具備する多孔質成形物である。
前述の如くして得られたキトサン成形物を用い、脂肪族
ポリアルコールのグリシジルエーテルをキトサン成形物
を構成しているアミノ基残基と完全に反応させる。
本発明に用いられる脂肪族ポリアルコールのグリシジル
エーテルとは、下記の一般式〔I〕又は〔II〕で示され
る化合物である。
上式〔I〕,〔II〕において、nは1〜10,mは3〜10で
あることが好ましく、〔I〕式で示されるポリエチレン
グリコールジグリシジルエーテルとしては、エチレング
リコールジグリシジルエーテル,ジエチレングリコール
ジグリシジルエーテル,トリエチレングリコールジグリ
シジルエーテル等が、〔II〕式で示されるアルキレング
リコールジグリシジルエーテルとしては、トリメチレン
グリコールジグリシジルエーテル,テトラメチレングリ
コールジグリシジルエーテル,ヘキサメチレングリコー
ルジグリシジルエーテル等が挙げられる。
次いで、脂肪族ポリアルコールのグリシジルエーテルを
反応させたキトサン成形物にポリエチレンイミンを反応
させる。ポリエチレンイミンとしては特に制限はないが
分子量が10,000〜100,000のものが好ましい。
キトサン成形物と脂肪族ポリアルコールのグリシジルエ
ーテルとの反応は水溶液中で20〜100℃、好ましくは25
〜90℃で1〜24時間ゆるやかな撹拌下で行われ、脂肪族
ポリアルコールのグリシジルエーテルが水に対して溶解
度が低い時にはメタノール,エタノール,プロパノー
ル,イソプロピルアルコール等の極性溶媒を添加しても
よい。
次いで、ポリエチレンイミンとの反応は、脂肪族ポリア
ルコールのグリシジルエーテルを反応させたキトサン成
形体を充分に水洗して、余剰のグリシジルエーテルを除
いた後に、、水溶液中で5〜90℃、好ましくは10〜80℃
で1〜48時間ゆるやかに撹拌することにより行なわれ
る。ポリエチレンイミンは高分子量であるのでキトサン
成形物の内部に充分に拡散させないと反応し難いため、
所望される陰イオン交換容量に応じてポリエチレンイミ
ンの添加量,温度,時間を選択することが重要である。
反応終了後、充分水洗を行って陰イオン交換能を有する
キトサン成形物が得られる。
本発明によって得られるキトサン成形物は、多孔質であ
るが充分な強度を有し、膨潤度も小さいものである。
〔実施例〕
以下本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明
は実施例記載の範囲に限定されるものではない。尚、陰
イオン交換容量,比表面積,成形物の細孔径は次の方法
で測定した。
陰イオン交換容量 試料約50mlを1N-NaOH500ml中でゆるやかに撹拌しながら
1時間処理し、脱イオン水で中性になるまで充分洗浄
し、空気中の炭酸ガスを吸収させないように注意しなが
ら脱水した試料約30mlの重量を正確に迅速に測定し、1/
5N-NCl500ml中に投入してゆるやかに撹拌しながら24時
間放置する。この上澄液を試験液とし10ml採取し、フェ
ノールフタレン溶液を指示薬として1/10N-NaOHで中和滴
定を行って次式で陰イオン交換容量(CTW)を求めた。
但し、 a:試験液10mlを中和するに要した1/10N-NaOH量 b:試料を入れる前の1/5N-NCl10mlを中和するに要した1/
10N-NaOH量 f:1/10N-NaOHの力価 W:湿潤試料重量 尚、水分含有率は脱水した湿潤重量既知の試料を乾燥し
絶乾重量との比より求めた。
比表面積 比表面積測定装置を用いてBET法で測定した。
細孔径 成形物を凍結乾燥後、走査型電子顕微鏡で測定した。
実施例1 脱アセチル化度78%,平均分子量52,000のキトサン70g
を3.5酢酸水溶液930gに溶解した。該溶液を8%NaOH,20
%エタノール,72%水よりなる混合溶液中に孔径0.25m/m
φノズルから一定量づつ落下させて凝固再生させた後、
中性になるまで充分水洗して平均粒径約1.2m/mφの多孔
質粒状キトサン1(湿潤)を得た。得られた多孔質粒
状キトサン800ml(湿潤)に、水800mlとエチレングリコ
ールジグリシジルエーテル80gを加えて60℃で1時間反
応させた。反応終了後、充分水洗する。得られたエチレ
ングリコールジグリシジルエーテルを反応させた多孔質
粒状キトサンを100mlずつを採取し、夫々に水100mlを加
え30%ポリエチレンイミン水溶液(試薬特級,分子量6
〜8万,半井化学薬品株式会社製)5g,10g,20g,40g,100
gを夫々加えた。各々について25℃で1時間ゆるやかに
撹拌後、70℃に昇温した後、3時間撹拌して反応させ
た。反応終了後充分水洗し、未反応のポリエチレンイミ
ンを除去して陰イオン交換能を有する多孔質粒状キトサ
ン成形物(試料I〜V)を得た。
得られた試料1〜Vについて陰イオン交換量,比表面
積,膨潤度を測定した結果を第1表に示した。試料1〜
Vのキトサン成形物は何れも0.05〜0.12μmの範囲の細
孔径を具備した多孔質のものであった。尚、膨潤度は
(試験液で置換し24時間放置後の容積/水中における容
積)で測定した。第1表の結果からも明らかな如く従来
にない極めて高いイオン交換能を示し、比表面積も高く
不溶性の多孔質粒状キトサンであることが明らかであ
る。
実施例2 実施例1と同様にして得た1の平均粒径約1.2m/mφの
多孔質粒状キトサンより500ml(湿潤)を採取し、水500
mlとエチレングリコールジグリシジルエーテル50gを加
え60℃で1時間反応させた。反応終了後充分水洗して得
られたエチレングリコールジグリシジルエーテルを反応
させた多孔質粒状キトサンから夫々100mlを採取して、
水100mlを加え、30%ポリエチレンイミン水溶液10g,40g
を夫々加えた。25℃で48時間ゆるやかに撹拌後、70℃に
昇温した後、3時間撹拌反応させた。反応終了後充分水
洗し未反応のポリエチレンイミンを除去して陰イオン交
換能を有する多孔質粒状キトサン成形物(試料VI,VII)
を得た。
得られた試料VI,VIIについて陰イオン交換量,比表面
積,膨潤度を測定した結果を第2表に示した。試料VI,V
IIのキトサン成形物は何れも0.05〜0.2μmの範囲の細
孔径を具備した多孔質のものであった。
第2表の結果から明らかな如く、実施例1に比べポリエ
チレンイミンとの反応時間を変更すれば更に高い陰イオ
ン交換能のものが得られることが明らかである。
実施例3 脱アセチル化度82%,平均分子量67,000のキトサン5gを
2.5%の酢酸水溶液93gに溶解した。該溶液をガラス板上
に流延した後、7%NaOH,30%エタノール,63%水よりな
る塩基製溶液に浸漬し凝固再生させ、ガラス板より得ら
れたフィルムをはがし、中性になるまで十分水洗して厚
さ100μmの再生キトサン膜を得た。該再生キトサン膜5
00cm2(湿潤状態で5.04g)を25gのヘキサメチレングリ
コールジグリシジルエーテルを含む50%イソプロピルア
ルコール水溶液500ml中で25℃で24時間反応させた。反
応終了後充分水洗して得た再生キトサン膜を更に30%ポ
リエチレンイミン水溶液30gを含む500ml水溶液に浸漬
し、該液を充分に撹拌しながら10℃で24時間処理し、更
に80℃に昇温した後に8時間反応させた、反応終了後充
分水洗して未反応のポリエチレンイミンを除去して多孔
質フィルム状キトサンを得た。このフィルムは0.05〜0.
2μmの範囲の細孔径を具備した多孔質のもので、CTWは
8.02meq/g,比表面積は68.5m2/gで膨潤度は水,1N-NaOH,
メチルアルコール,アセトニトリル及び1,4-ジオキサン
に対し1.00,1N-HClに対し1.01〔但し、膨潤度は(試験
液で置換し24時間後の膜の厚さ/水中の膜の厚さ)で求
めた〕であった。
実施例4 脱アセチル化度95%,平均分子量170,000のキトサン50g
を25g酢酸を含む水溶液950gに溶解した。該溶液を10%N
aOH,30%エタノール,60%水よりなる塩基性水溶液中に
孔径0.14m/mφ,孔数180のノズルより押出し凝固再生さ
せ中性になるまで充分水洗を行って、単繊維5.8デニー
ルの再生キトサン繊維を得た。該再生キトサン繊維20g
(湿潤状態)を10gのテトラメチレングリコールジグリ
シジルエーテルを含む50%イソプロピルアルコール水溶
液200ml中で30℃,24時間反応させた。反応終了後、充分
水洗して得た再生キトサン繊維を更に30%ポリエチレン
イミン水溶液50gを含む200ml水溶液中に浸漬し、該液を
充分撹拌しながら10℃で24時間反応させ、更に60℃に昇
温し24時間反応させた。反応終了後、充分水洗して未反
応のポリエチレンイミンを除去して多孔質キトサン繊維
を得た。この繊維は、短径0.1μm,長径0.5μmの楕円状
の細孔を多数具備した多孔質のもので、CTWは8.36meq/
g,比表面積は72.1m2/gで、膨潤度は水,1N-NaOH,メチル
アルコール,アセトニトリル,1,4-ジオキサンに対し1.0
0、1N-HClに対し1.01〔但し、膨潤度は(試験液で置換
し24時間後の繊維の直径/水中の繊維の直径)で求め
た〕であった。
〔発明の効果〕
本発明のキトサン成形物に脂肪族ポリアルコールのグリ
シジルエーテルを反応させ、更にポリエチレンイミンと
反応させた陰イオン交換能を有するキトサン成形物は、
前述の如く、エポキシ基を有する化合物を架橋させたこ
とにより、水,酸,アルカリ等に安定となり、ポリエチ
レンイミンの分枝に存在する多数の一級アミンと主鎖内
部に二級アミンを有するので陰イオン交換能を格段と高
めることが出来、又、ポリエチレンイミン特性よりイオ
ンに対するキレート能力や包接能に優れた陰イオン交換
体を得ることが出来る。
本発明では多孔質キトサン成形物を使用しているので大
きな比表面積と超多孔質構造を有し、イオンの拡散,吸
着速度が早く低分子イオンの選択的キレート、生理活性
物質の分離,精製及び固定化等に極めて好適な性能を発
揮出来る効果がある。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】キトサン成形物に脂肪族ポリアルコールの
    グリシジエーテルを反応させた後、ポリエチレンイミン
    を反応させることを特徴とする陰イオン交換能を有する
    キトサン成形物の製造法。
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