JPH0825739B2 - 球状SiO▲下2▼粒子 - Google Patents
球状SiO▲下2▼粒子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は高度に単分散性の非孔質球状SiO2粒子の製造
方法およびそのSiO2粒子に関する。
方法およびそのSiO2粒子に関する。
球状SiO2粒子は技術分野および学術分野で有用な材料
として特に重要なものであり、そしてまた科学的研究の
対象としても特に重要なものである。このような粒子の
重要な用途分野は、特にこれらが厳密な規格を有し、原
則的にはnmおよびμmの単位で均質のサイズを有するも
のである場合に、これらを標準として、たとえば微細な
粒子または細胞のような小さい対象物のサイズを測定す
るための測定標準として使用することにある。クロマト
グラフイおよびクロマトグラフイに由来する分離技法の
分野における吸着材料または担体材料としての用途分野
もまた考慮される。このような用途分野のいずれにおい
ても、粒子サイズおよび粒子のサイズ分布は重要な要素
であるので、これらの特徴的特性に関して予測性およ
び、再現性のある方法でこのような粒子を製造できるこ
とは重要である。
として特に重要なものであり、そしてまた科学的研究の
対象としても特に重要なものである。このような粒子の
重要な用途分野は、特にこれらが厳密な規格を有し、原
則的にはnmおよびμmの単位で均質のサイズを有するも
のである場合に、これらを標準として、たとえば微細な
粒子または細胞のような小さい対象物のサイズを測定す
るための測定標準として使用することにある。クロマト
グラフイおよびクロマトグラフイに由来する分離技法の
分野における吸着材料または担体材料としての用途分野
もまた考慮される。このような用途分野のいずれにおい
ても、粒子サイズおよび粒子のサイズ分布は重要な要素
であるので、これらの特徴的特性に関して予測性およ
び、再現性のある方法でこのような粒子を製造できるこ
とは重要である。
球状SiO2粒子がテトラアルコキシシラン化合物の加水
分解的重縮合により得ることができることは従来技術、
たとえばW.Stberらによる文献、J.Colloid and Inter
face Science 26,62頁(1968年)および同30,568頁(19
69年)並びに米国特許第3,634,588号から知られてお
り、これらの文献から目的達成のための基本的反応条件
を推測することができる。これらの文献はテトラアルコ
キシシラン化合物を過剰の水性/アルコール性アンモニ
ア性加水分解混合物中に導入することを教示しており、
その際、撹拌、振盪または超音波処理のような適当な手
段によつて充分な混合がなされている。この場合に、こ
れらの特定の実験パラメーターを選択することにより、
種々の平均粒子サイズおよび種種の粒子サイズ分布を有
するSiO2粒子を得ることができる。前記引用文献のデー
タによれば0.05〜2μm(約3μmまでの粒子を単離す
る場合)の平均粒子サイズを有するSiO2粒子が得られて
おり、ケイ酸の種々のエステルあるいはアンモニアおよ
び水濃度あるいは加水分解混合物中の種々のアルコール
により、それぞれもたらされる影響が研究されている。
組織内の研究で確認できたこれらの結果からは、約2μ
mまでの粒子サイズ範囲においてのみ単分散性球状粒子
を得ることは、ある程度可能であることが推定できるか
も知れないが、再現性を適切に制御するまでには至つて
いない。すなわち、粒径の相対標準偏差は通常約5〜15
%である。単離された場合に、相対標準偏差は50%まで
であることが看取される。粒径のより大きい単分散性粒
子を製造する試みは成功しておらず、3μmより大きい
粒径を有する粒子の製造は記載されていない。前記引用
文献によれば、粒子はそれらのヒドロゾルの形で製造さ
れ、確認されているだけであつて、粒子それ自体は単離
されていない。従つて、それらの他の性質、特にそれら
の有孔性については何らのデータも見られない。
分解的重縮合により得ることができることは従来技術、
たとえばW.Stberらによる文献、J.Colloid and Inter
face Science 26,62頁(1968年)および同30,568頁(19
69年)並びに米国特許第3,634,588号から知られてお
り、これらの文献から目的達成のための基本的反応条件
を推測することができる。これらの文献はテトラアルコ
キシシラン化合物を過剰の水性/アルコール性アンモニ
ア性加水分解混合物中に導入することを教示しており、
その際、撹拌、振盪または超音波処理のような適当な手
段によつて充分な混合がなされている。この場合に、こ
れらの特定の実験パラメーターを選択することにより、
種々の平均粒子サイズおよび種種の粒子サイズ分布を有
するSiO2粒子を得ることができる。前記引用文献のデー
タによれば0.05〜2μm(約3μmまでの粒子を単離す
る場合)の平均粒子サイズを有するSiO2粒子が得られて
おり、ケイ酸の種々のエステルあるいはアンモニアおよ
び水濃度あるいは加水分解混合物中の種々のアルコール
により、それぞれもたらされる影響が研究されている。
組織内の研究で確認できたこれらの結果からは、約2μ
mまでの粒子サイズ範囲においてのみ単分散性球状粒子
を得ることは、ある程度可能であることが推定できるか
も知れないが、再現性を適切に制御するまでには至つて
いない。すなわち、粒径の相対標準偏差は通常約5〜15
%である。単離された場合に、相対標準偏差は50%まで
であることが看取される。粒径のより大きい単分散性粒
子を製造する試みは成功しておらず、3μmより大きい
粒径を有する粒子の製造は記載されていない。前記引用
文献によれば、粒子はそれらのヒドロゾルの形で製造さ
れ、確認されているだけであつて、粒子それ自体は単離
されていない。従つて、それらの他の性質、特にそれら
の有孔性については何らのデータも見られない。
Stberらの方法により製造され、次いで沈降分離ま
たは遠心分離により単離され、乾燥されたSiO2粒子に対
する組織内研究では、このような粒子は格別の微孔質性
を有することが明白になつた。これは、それ自体比表面
積により証明され、それはたとえばガス吸着により測定
できるが(たとえばBET法により)与えられた実験条件
によつては理論的に算出し得る比表面積は10〜100のフ
アクターを越えるものである。
たは遠心分離により単離され、乾燥されたSiO2粒子に対
する組織内研究では、このような粒子は格別の微孔質性
を有することが明白になつた。これは、それ自体比表面
積により証明され、それはたとえばガス吸着により測定
できるが(たとえばBET法により)与えられた実験条件
によつては理論的に算出し得る比表面積は10〜100のフ
アクターを越えるものである。
粒子の微孔質性は当然に、それらの性質に極めて実質
的な影響を及ぼす。しかしながら、前記用途の多くに対
しては、粒子が実質的に非孔質である、すなわち完全に
封鎖されている表面を有する場合に有利であると考えら
れる。
的な影響を及ぼす。しかしながら、前記用途の多くに対
しては、粒子が実質的に非孔質である、すなわち完全に
封鎖されている表面を有する場合に有利であると考えら
れる。
従つて、本発明はできるかぎり非孔質であつて、さら
に高度の単分散性を示す球状SiO2粒子を得ることを目的
とするものである。その製造ができるだけ容易に行い
得、そしてできるならば10μmの粒径までの粒子さえ
も、予め予定できそして再現できるサイズで供給できな
ければならない。さらにまた、このような粒子の調整
が、これらがたとえばシリカゲルの調節に通常使用され
るようなSiO2マトリツクス中に含まれる有機基を含有す
ることが可能でなければならない。
に高度の単分散性を示す球状SiO2粒子を得ることを目的
とするものである。その製造ができるだけ容易に行い
得、そしてできるならば10μmの粒径までの粒子さえ
も、予め予定できそして再現できるサイズで供給できな
ければならない。さらにまた、このような粒子の調整
が、これらがたとえばシリカゲルの調節に通常使用され
るようなSiO2マトリツクス中に含まれる有機基を含有す
ることが可能でなければならない。
驚くべきことに、ここに先ず、水性/アルコール性ア
ンモニア性媒質中でテトラアルコキシシラン化合物を加
水分解的に重縮合させることにより既知の方法で第一次
粒子のゾルを製造し、得られたSiO2粒子を次いで反応の
度合により制御されるテトラアルコキシシラン化合物の
連続的な計量添加を行うことにより所望のサイズに変え
るという方法により、5%未満の相対標準偏差をもつ
て、0.05〜10μmの平均粒子サイズを有する非孔質球状
SiO2粒子を得ることができることが見い出された。この
場合に、最終的に得られるSiO2粒子は厳格に球形で、厳
格に均一のサイズを有する、すなわち高度に単分散性で
あり、しかも全く孔質性を有していない分離した粒子と
して集積する。
ンモニア性媒質中でテトラアルコキシシラン化合物を加
水分解的に重縮合させることにより既知の方法で第一次
粒子のゾルを製造し、得られたSiO2粒子を次いで反応の
度合により制御されるテトラアルコキシシラン化合物の
連続的な計量添加を行うことにより所望のサイズに変え
るという方法により、5%未満の相対標準偏差をもつ
て、0.05〜10μmの平均粒子サイズを有する非孔質球状
SiO2粒子を得ることができることが見い出された。この
場合に、最終的に得られるSiO2粒子は厳格に球形で、厳
格に均一のサイズを有する、すなわち高度に単分散性で
あり、しかも全く孔質性を有していない分離した粒子と
して集積する。
さらに、非孔質性および単分散性に関して規定されて
いる条件にも適合する有機的に調節されたSiO2粒子を得
ることができた。
いる条件にも適合する有機的に調節されたSiO2粒子を得
ることができた。
さらにまた、それらの特性から、この方法で製造され
たSiO2粒子はクロマトグラフイにおける特別の吸着材料
として良好に適する。すなわち、この有機的に調節され
たSiO2粒子は、たとえばタンパク質のような高分子の生
物学的物質の逆相クロマトグラフイにおける特別の吸着
材料として良好に適しており、この効果はこれについて
慣用される吸着剤によつては達成できない。
たSiO2粒子はクロマトグラフイにおける特別の吸着材料
として良好に適する。すなわち、この有機的に調節され
たSiO2粒子は、たとえばタンパク質のような高分子の生
物学的物質の逆相クロマトグラフイにおける特別の吸着
材料として良好に適しており、この効果はこれについて
慣用される吸着剤によつては達成できない。
従つて、本発明の主題は水性/アルコール性アンモニ
ア性媒質中でテトラアルコキシシラン化合物を加水分解
的に重縮合することにより球状SiO2粒子を製造する方法
であつて、この方法では第1次粒子のゾルを先ず製造
し、得られたSiO2粒子を次いで、反応の程度によつて制
御されるテトラアルコキシシラン化合物の連続的な計量
添加により所望のサイズに変えることよりなり、このよ
うにして0.05〜10μmの平均粒径を有する高度に単分散
性の非孔質性粒子が5%未満の相対標準偏差で得られる
ことにある。
ア性媒質中でテトラアルコキシシラン化合物を加水分解
的に重縮合することにより球状SiO2粒子を製造する方法
であつて、この方法では第1次粒子のゾルを先ず製造
し、得られたSiO2粒子を次いで、反応の程度によつて制
御されるテトラアルコキシシラン化合物の連続的な計量
添加により所望のサイズに変えることよりなり、このよ
うにして0.05〜10μmの平均粒径を有する高度に単分散
性の非孔質性粒子が5%未満の相対標準偏差で得られる
ことにある。
本発明の主題はまたそれらの物性の点で特異的である
このようなSiO2粒子から構成される。
このようなSiO2粒子から構成される。
さらにまた、本発明の主題は本発明による方法により
製造されたSiO2粒子をクロマトグラフイにおける吸着材
料として、特に有機的に調節されている場合には、たと
えばタンパク質または核酸のような高分子量生物学的分
子の逆相クロマトグラフイにおける吸着材料として使用
することにある。
製造されたSiO2粒子をクロマトグラフイにおける吸着材
料として、特に有機的に調節されている場合には、たと
えばタンパク質または核酸のような高分子量生物学的分
子の逆相クロマトグラフイにおける吸着材料として使用
することにある。
本発明による高度に単分散性の非孔質性球状SiO2粒子
の製造方法は二工程で行なわれる。
の製造方法は二工程で行なわれる。
第1工程では、第1次粒子のゾルを既知方法に従い製
造する。この目的のためには、テトラアルコキシシラン
化合物を水性/アルコール性アンモニア性加水分解混合
物中に導入し、充分に混合する。適当なテトラアルコキ
シシラン化合物としては充分に加水分解できる脂肪族ア
ルコール化合物の有機ケイ酸エステルは、いずれも使用
できる。この場合に、たとえばメタノール、エタノー
ル、n−プロパノールまたはi−プロパノールおよびま
た異性体形ブタノールおよびペンタノールのような1〜
5個のC原子を有する脂肪族アルコールのエステルが主
として考慮される。これらはそれぞれ単独に使用できる
が、また混合物としても使用できる。C1〜C3アルコール
のオルトケイ酸エステル化合物、特にテトラエトキシシ
ランが好適である。脂肪族アルコールに加えて、この加
水分解混合物は約0.5〜約8モル/の含有量のアンモ
ニアおよび約1〜約15モル/の含有量の水を含有して
いなければならない。アルコール成分としては脂肪族C1
〜C5アルコール、好ましくはメタノール、エタノールお
よびn−プロパノールまたはi−プロパノールのような
C1〜C3アルコールが適当である。これらは加水分解混合
物中に単独で存在できるが、またそれらの混合物として
も存在できる。加水分解混合物へのテトラアルコキシシ
ランの添加は好ましくは1回のバツチで行なう。反応成
分はそのままの形でまたは前記アルコールのうちの1種
中の溶液の形で存在させることができる。第1次粒子を
生成させるためには約0.01〜約1モル/のテトラアル
コキシシランの加水分解混合物中濃度を選択できる。反
応成分を一緒に合せた後、反応は直ちに、または数分後
に開始する。反応の開始は生成された粒子による直後の
不透明化または混濁により判る。一般に長くて15〜30分
後に、好ましくないが特別の場合にはさらに長い時間の
後に、反応は完了する。反応成分の選択およびそれらの
反応混合物中濃度に応じて、約0.01〜約2μmの平均粒
径を有する粒子がこの既知の方法により得られる。
造する。この目的のためには、テトラアルコキシシラン
化合物を水性/アルコール性アンモニア性加水分解混合
物中に導入し、充分に混合する。適当なテトラアルコキ
シシラン化合物としては充分に加水分解できる脂肪族ア
ルコール化合物の有機ケイ酸エステルは、いずれも使用
できる。この場合に、たとえばメタノール、エタノー
ル、n−プロパノールまたはi−プロパノールおよびま
た異性体形ブタノールおよびペンタノールのような1〜
5個のC原子を有する脂肪族アルコールのエステルが主
として考慮される。これらはそれぞれ単独に使用できる
が、また混合物としても使用できる。C1〜C3アルコール
のオルトケイ酸エステル化合物、特にテトラエトキシシ
ランが好適である。脂肪族アルコールに加えて、この加
水分解混合物は約0.5〜約8モル/の含有量のアンモ
ニアおよび約1〜約15モル/の含有量の水を含有して
いなければならない。アルコール成分としては脂肪族C1
〜C5アルコール、好ましくはメタノール、エタノールお
よびn−プロパノールまたはi−プロパノールのような
C1〜C3アルコールが適当である。これらは加水分解混合
物中に単独で存在できるが、またそれらの混合物として
も存在できる。加水分解混合物へのテトラアルコキシシ
ランの添加は好ましくは1回のバツチで行なう。反応成
分はそのままの形でまたは前記アルコールのうちの1種
中の溶液の形で存在させることができる。第1次粒子を
生成させるためには約0.01〜約1モル/のテトラアル
コキシシランの加水分解混合物中濃度を選択できる。反
応成分を一緒に合せた後、反応は直ちに、または数分後
に開始する。反応の開始は生成された粒子による直後の
不透明化または混濁により判る。一般に長くて15〜30分
後に、好ましくないが特別の場合にはさらに長い時間の
後に、反応は完了する。反応成分の選択およびそれらの
反応混合物中濃度に応じて、約0.01〜約2μmの平均粒
径を有する粒子がこの既知の方法により得られる。
本発明による方法のこの第一工程では、好ましくは、
水3〜13モル/、アンモニア0.5〜4.5モル/、アル
コール10〜25モル/およびテトラアルコキシシラン化
合物0.1〜0.5モル/含有する反応混合物が用いられ
る。この場合に、0.01〜1μmの平均粒径を有する第1
次粒子が得られる。この段階で、第1次粒子のゾルから
試料を採取して、たとえば電子顕微鏡により、粒子をそ
れらの粒子サイズ、真実の形状および粒子サイズ分布の
関係について調べることができる。粒子試料を採取する
ことにより、第1次粒子の有孔質性を、たとえばガス吸
着測定法により、測定することができる。
水3〜13モル/、アンモニア0.5〜4.5モル/、アル
コール10〜25モル/およびテトラアルコキシシラン化
合物0.1〜0.5モル/含有する反応混合物が用いられ
る。この場合に、0.01〜1μmの平均粒径を有する第1
次粒子が得られる。この段階で、第1次粒子のゾルから
試料を採取して、たとえば電子顕微鏡により、粒子をそ
れらの粒子サイズ、真実の形状および粒子サイズ分布の
関係について調べることができる。粒子試料を採取する
ことにより、第1次粒子の有孔質性を、たとえばガス吸
着測定法により、測定することができる。
第1次粒子の生成は高められた温度で行なうと有利で
あることが証明された。この場合に、35〜75℃、好まし
くは40〜65℃の温度が有利である。高められた温度にお
いて、粒子サイズの分布範囲は減じられるが、平均粒子
サイズには影響しないものと推定される。低温、すなわ
ち室温近辺では、サイズ分布範囲が大きい大形の粒子
が、その他の条件を同一として、得られる。さらにま
た、この場合に、増大した望ましくない凝集体生成が見
られることもある。
あることが証明された。この場合に、35〜75℃、好まし
くは40〜65℃の温度が有利である。高められた温度にお
いて、粒子サイズの分布範囲は減じられるが、平均粒子
サイズには影響しないものと推定される。低温、すなわ
ち室温近辺では、サイズ分布範囲が大きい大形の粒子
が、その他の条件を同一として、得られる。さらにま
た、この場合に、増大した望ましくない凝集体生成が見
られることもある。
本発明による方法の第二工程では、第1次粒子のゾル
に追加のテトラアルコキシシラン化合物をゆつくりと連
続的に計量添加して均一に混合する。この点に関して
は、計量添加の速度をゾル中に存在する粒子との即時の
完全な反応が起り、新しい第1次粒子の核の形成を生起
させるような過剰のテトラアルコキシシラン化合物の使
用のないように制御することが必要である。ゾル中の粒
子の制御された第2次成長は反応の程度によつて制御し
ながら、テトラアルコキシシラン化合物を計量添加す
る。この方法によつて達成され、ここで得られる最終粒
子のサイズは添加されたテトラアルコキシシラン化合物
の総量により変わる。アルコキシシラン化合物の総添加
量は加水分解混合物が過剰に存在するか、または加水分
解混合物を場合によりさらに加えることにより過剰量に
維持するかぎり、原則的には臨界的ではない。テトラア
ルコキシシラン化合物の添加における時間的制限はな
い。添加は数時間〜数日にわたつて延長できる。粒子は
それらの成長の全段階で安定であるから、第2次成長を
中断および再開することもできる。第2次成長工程では
約40℃の高められた温度を使用すると好ましい。
に追加のテトラアルコキシシラン化合物をゆつくりと連
続的に計量添加して均一に混合する。この点に関して
は、計量添加の速度をゾル中に存在する粒子との即時の
完全な反応が起り、新しい第1次粒子の核の形成を生起
させるような過剰のテトラアルコキシシラン化合物の使
用のないように制御することが必要である。ゾル中の粒
子の制御された第2次成長は反応の程度によつて制御し
ながら、テトラアルコキシシラン化合物を計量添加す
る。この方法によつて達成され、ここで得られる最終粒
子のサイズは添加されたテトラアルコキシシラン化合物
の総量により変わる。アルコキシシラン化合物の総添加
量は加水分解混合物が過剰に存在するか、または加水分
解混合物を場合によりさらに加えることにより過剰量に
維持するかぎり、原則的には臨界的ではない。テトラア
ルコキシシラン化合物の添加における時間的制限はな
い。添加は数時間〜数日にわたつて延長できる。粒子は
それらの成長の全段階で安定であるから、第2次成長を
中断および再開することもできる。第2次成長工程では
約40℃の高められた温度を使用すると好ましい。
より低い粒子サイズとしては第1次粒子の最小サイズ
により示される約0.05μmが設定されるべきである。本
発明による方法により得られる粒子が均一の球状形を有
し、およびいずれの種類の孔質も示していないことは明
白である。ガス吸着により測定されたそれらの比表面積
は理論的に計算できる表面積の1〜1.5倍であることが
証明される。これは最良の場合に、予想される僅かの表
面の粗さはあつても、孔質の存在は否定されていること
を示している。第1次粒子に初めから存在していた孔は
ゆつくりした連続的第2次成長により封鎖されそして新
しい孔は形成できないものと推定される。
により示される約0.05μmが設定されるべきである。本
発明による方法により得られる粒子が均一の球状形を有
し、およびいずれの種類の孔質も示していないことは明
白である。ガス吸着により測定されたそれらの比表面積
は理論的に計算できる表面積の1〜1.5倍であることが
証明される。これは最良の場合に、予想される僅かの表
面の粗さはあつても、孔質の存在は否定されていること
を示している。第1次粒子に初めから存在していた孔は
ゆつくりした連続的第2次成長により封鎖されそして新
しい孔は形成できないものと推定される。
第1次粒子に存在した広い粒子サイズ分布相対標準偏
差はこの場合に平均して5〜10%である)が第2次粒子
成長により得られる粒子に再び見い出されないことは驚
くべき、完全に予想されないことである。このようにし
て得られた粒子は多くて5%、通常2%近辺または2%
以下の相対標準偏差を有し、従つて高単分散性である。
明白なように、初めに存在した種々のサイズの粒子の調
整および存在する全粒子の均一的な後続成長が、相対標
準偏差の相応する減少を伴ってこの第2工程で達成され
る。
差はこの場合に平均して5〜10%である)が第2次粒子
成長により得られる粒子に再び見い出されないことは驚
くべき、完全に予想されないことである。このようにし
て得られた粒子は多くて5%、通常2%近辺または2%
以下の相対標準偏差を有し、従つて高単分散性である。
明白なように、初めに存在した種々のサイズの粒子の調
整および存在する全粒子の均一的な後続成長が、相対標
準偏差の相応する減少を伴ってこの第2工程で達成され
る。
従つて、本発明による方法は当業者が10μmまでの粒
径を有する高単分散性の非孔質球状SiO2粒子を製造でき
るようにする。特に、本発明は、この粒子サイズ範囲
で、高精度をもつて「サーベイヤーズ・ロツド」(surv
eyor′s rod)の線に大体沿つた規則正しいサイズ分類
による測定標準のような粒子の入手を可能にする。
径を有する高単分散性の非孔質球状SiO2粒子を製造でき
るようにする。特に、本発明は、この粒子サイズ範囲
で、高精度をもつて「サーベイヤーズ・ロツド」(surv
eyor′s rod)の線に大体沿つた規則正しいサイズ分類
による測定標準のような粒子の入手を可能にする。
特別の態様において、マトリツクス中で有機的に修飾
された、すなわち共有結合している有機基を含有する、
前明タイプの粒子が生成できる。この種の方歩は原則的
に既知である。この目的には、使用されるテトラアルコ
キシシラン化合物の0.1〜100%、好ましくは1〜30%を
本発明による方法、好ましくは第2次成長工程で、たと
えばシリカゲルの変性用として既知であるような一種ま
たは二種以上の有機トリアルコキシシラン化合物で置き
換える。これらの化合物中の有機基は、場合により官能
性にされている、たとえばヒドロキシ、チオ、アミノま
たはカルボキシル基あるいはハロゲンおよびまたアルケ
ニル基により官能性にされている1〜20個のC原子を有
する脂肪族基であることができる。粒子のSiO2マトリツ
クス中への官能性有機基の導入は既知方法における共有
結合による後続の追加の修飾を付随的に可能にする。こ
の種の有機トリアルコキシシラン化合物の例には、たと
えば下記の化合物がある: メチルトリエトキシシラン エチルトリエトキシシラン ヘキシルトリエトキシシラン オクチルトリエトキシシラン ドデシルトリエトキシシラン オクタデシルトリエトキシシラン ビニルトリエトキシシラン 3−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン 3−クロルプロピルトリエトキシシラン 3−アミノプロピルトリエトキシシラン 3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン 3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン 3−イソチオシアネートプロピルトリエトキシシラン 3−(アミノエチルアミノ)プロピルトリエトキシシラ
ン 3−メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン 3−アセトキシプロピルトリエトキシシラン N−(3−トリエトキシシリルプロピル)−N′−(1
−フエニル−1−ヒドロキシイソプロピル)−チオ尿素 N−(3−トリエトキシシリルプロピル)−N′−(α
−フエニルエチル)チオ尿素 粒子の非孔質性および単分散性に係る性質はこの種の
有機的修飾により影響を受けず、他方でその他の点につ
いて変性されたシリカゲルの既知の有利な性質を見い出
すことができる。通常、本発明による方法により製造さ
れた非修飾SiO2粒子はまた、有孔材料について知られて
いるような(たとえば、逆相クロマトグラフイ吸着剤の
製造において知られている)方法による後続の処理によ
り表面的に有機的に修飾できる。
された、すなわち共有結合している有機基を含有する、
前明タイプの粒子が生成できる。この種の方歩は原則的
に既知である。この目的には、使用されるテトラアルコ
キシシラン化合物の0.1〜100%、好ましくは1〜30%を
本発明による方法、好ましくは第2次成長工程で、たと
えばシリカゲルの変性用として既知であるような一種ま
たは二種以上の有機トリアルコキシシラン化合物で置き
換える。これらの化合物中の有機基は、場合により官能
性にされている、たとえばヒドロキシ、チオ、アミノま
たはカルボキシル基あるいはハロゲンおよびまたアルケ
ニル基により官能性にされている1〜20個のC原子を有
する脂肪族基であることができる。粒子のSiO2マトリツ
クス中への官能性有機基の導入は既知方法における共有
結合による後続の追加の修飾を付随的に可能にする。こ
の種の有機トリアルコキシシラン化合物の例には、たと
えば下記の化合物がある: メチルトリエトキシシラン エチルトリエトキシシラン ヘキシルトリエトキシシラン オクチルトリエトキシシラン ドデシルトリエトキシシラン オクタデシルトリエトキシシラン ビニルトリエトキシシラン 3−ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン 3−クロルプロピルトリエトキシシラン 3−アミノプロピルトリエトキシシラン 3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン 3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン 3−イソチオシアネートプロピルトリエトキシシラン 3−(アミノエチルアミノ)プロピルトリエトキシシラ
ン 3−メタアクリロキシプロピルトリエトキシシラン 3−アセトキシプロピルトリエトキシシラン N−(3−トリエトキシシリルプロピル)−N′−(1
−フエニル−1−ヒドロキシイソプロピル)−チオ尿素 N−(3−トリエトキシシリルプロピル)−N′−(α
−フエニルエチル)チオ尿素 粒子の非孔質性および単分散性に係る性質はこの種の
有機的修飾により影響を受けず、他方でその他の点につ
いて変性されたシリカゲルの既知の有利な性質を見い出
すことができる。通常、本発明による方法により製造さ
れた非修飾SiO2粒子はまた、有孔材料について知られて
いるような(たとえば、逆相クロマトグラフイ吸着剤の
製造において知られている)方法による後続の処理によ
り表面的に有機的に修飾できる。
この種の有機的に修飾されたSiO2粒子は多くの別の分
野での、たとえばクロマトグラフイ用の特別用途吸着剤
としての使用を可能にする。
野での、たとえばクロマトグラフイ用の特別用途吸着剤
としての使用を可能にする。
特に本発明による方法により製造されたこのような有
機的に修飾されたSiO2粒子は逆相クロマトグラフイで使
用するのに適している。
機的に修飾されたSiO2粒子は逆相クロマトグラフイで使
用するのに適している。
このような粒子の使用は、たとえばペプチド、タンパ
ク質または核酸のような高分子量の生物学的物質の分離
を可能にする。この種の分子には、たとえば、リゾチー
ム、リボヌクレアーゼA、ウレアーゼ、トランスフエリ
ン、インシユリン、アルドラーゼ、ミオグロビン、カタ
ラーゼ、オバルブミン、LDH、PAP、α−キモトリプシ
ン、ペルオキシダーゼ、牛血清アルブミン、フエリチ
ン、C1−INA、クレアチンキナーゼ、炭酸脱水酵素、ア
ミルグルコシダーゼ、ヘモグロビン、インターロイシン
およびその他がある。本発明による粒子をこの種の生物
学的分子の分離に使用する場合に、この用途に使用され
ている慣用の材料によつては達成できない有利な結果が
得られる。
ク質または核酸のような高分子量の生物学的物質の分離
を可能にする。この種の分子には、たとえば、リゾチー
ム、リボヌクレアーゼA、ウレアーゼ、トランスフエリ
ン、インシユリン、アルドラーゼ、ミオグロビン、カタ
ラーゼ、オバルブミン、LDH、PAP、α−キモトリプシ
ン、ペルオキシダーゼ、牛血清アルブミン、フエリチ
ン、C1−INA、クレアチンキナーゼ、炭酸脱水酵素、ア
ミルグルコシダーゼ、ヘモグロビン、インターロイシン
およびその他がある。本発明による粒子をこの種の生物
学的分子の分離に使用する場合に、この用途に使用され
ている慣用の材料によつては達成できない有利な結果が
得られる。
小さい平均粒子サイズ、非常に狭いサイズ分布および
有孔材料と比較して拡散障壁がないことは実質的にさら
に高いカラム効率をもたらし、従つてさらに高い検出限
界が達成される。もう一つの利点は分析時間が実質的に
短かいことにあり、従来用いられている材料に必要であ
る時間と比較してほぼ5分の1に短縮される。さらにま
た、材料損失は有孔材料を使用する場合よりも実質的に
低い。
有孔材料と比較して拡散障壁がないことは実質的にさら
に高いカラム効率をもたらし、従つてさらに高い検出限
界が達成される。もう一つの利点は分析時間が実質的に
短かいことにあり、従来用いられている材料に必要であ
る時間と比較してほぼ5分の1に短縮される。さらにま
た、材料損失は有孔材料を使用する場合よりも実質的に
低い。
溶剤の選択には如何なる種類の制限もない。全ての既
知の溶剤系が使用できる。
知の溶剤系が使用できる。
例 1 水11.9g(0.66モル)、メタノール62.7g(1.96モル)
およびアンモニア2g(0.12モル)よりなる加水分解混合
物を調製する。40℃に温度調節されている加水分解混合
物に、同様に温度調節されているテトラエトキシシラン
4.4g(0.02モル)を充分に混合しながら一度に加える。
11%の相対標準偏差を有する0.07μmの平均粒径の第1
次粒子のゾルが得られる。
およびアンモニア2g(0.12モル)よりなる加水分解混合
物を調製する。40℃に温度調節されている加水分解混合
物に、同様に温度調節されているテトラエトキシシラン
4.4g(0.02モル)を充分に混合しながら一度に加える。
11%の相対標準偏差を有する0.07μmの平均粒径の第1
次粒子のゾルが得られる。
このようにして得られた第1次粒子のゾルに、テトラ
エトキシシラン36g(0.17モル)および前記組成の加水
分解混合物450gを24時間にわたつて撹拌しながら滴下し
て加える。5%の相対標準偏差を有する0.145μmの平
均粒径の球状SiO2粒子が得られる(遠心分離または沈降
および乾燥後)。BET法による比表面積は23m2/gである
(理論的計算値:19m2/g)。
エトキシシラン36g(0.17モル)および前記組成の加水
分解混合物450gを24時間にわたつて撹拌しながら滴下し
て加える。5%の相対標準偏差を有する0.145μmの平
均粒径の球状SiO2粒子が得られる(遠心分離または沈降
および乾燥後)。BET法による比表面積は23m2/gである
(理論的計算値:19m2/g)。
例 2 水13.5g(0.75モル)、メタノール80g(2.5モル)お
よびアンモニア0.85g(0.05モル)よりなる加水分解混
合物を調製する。40℃に温度調節した加水分解混合物に
同様に温度調節したテトラエトキシシラン4.2g(0.02モ
ル)を充分に撹拌しながら一度に加える。15%の相対標
準偏差を有する0.015μmの平均粒径の第1次粒子のゾ
ルが得られる。
よびアンモニア0.85g(0.05モル)よりなる加水分解混
合物を調製する。40℃に温度調節した加水分解混合物に
同様に温度調節したテトラエトキシシラン4.2g(0.02モ
ル)を充分に撹拌しながら一度に加える。15%の相対標
準偏差を有する0.015μmの平均粒径の第1次粒子のゾ
ルが得られる。
このようにして得られた第1次粒子のゾルに、テトラ
エトキシシラン170g(0.82モル)および加水分解混合物
1.9を100時間にわたつて撹拌しながら滴下して加え
る。5%の相対標準偏差を有する0.05μmの平均粒径を
有する球状SiO2粒子が得られる。BET法による比表面積
は64m2/gである(理論的計算値:55m2/g)。
エトキシシラン170g(0.82モル)および加水分解混合物
1.9を100時間にわたつて撹拌しながら滴下して加え
る。5%の相対標準偏差を有する0.05μmの平均粒径を
有する球状SiO2粒子が得られる。BET法による比表面積
は64m2/gである(理論的計算値:55m2/g)。
例 3 水13.5g(0.75モル)、エタノール64.4g(14モル)お
よびアンモニア6.4g(0.38モル)よりなる加水分解混合
物を調製する。40℃に温度調節した加水分解混合物に、
同様に温度調節したテトラエトキシシラン4.2g(0.02モ
ル)を充分に撹拌しながら一度に加える。5%の相対標
準偏差を有する0.58μmの平均粒径の第1次粒子のゾル
が得られる。比表面積:SBET=340m2/g、S理論値=4.7m
2/g。
よびアンモニア6.4g(0.38モル)よりなる加水分解混合
物を調製する。40℃に温度調節した加水分解混合物に、
同様に温度調節したテトラエトキシシラン4.2g(0.02モ
ル)を充分に撹拌しながら一度に加える。5%の相対標
準偏差を有する0.58μmの平均粒径の第1次粒子のゾル
が得られる。比表面積:SBET=340m2/g、S理論値=4.7m
2/g。
このようにして得られた第1次粒子のゾルに、テトラ
エトキシシラン650g(3.1モル)および加水分解混合物
5.9を5日間にわたつて撹拌しながら滴下して加え
る。1.3%の相対標準偏差を有する3.1μmの平均粒径の
球状SiO2粒子が得られる。BET法による比表面積は1.1m2
/gである(理論的計算値:0.88m2/g)。
エトキシシラン650g(3.1モル)および加水分解混合物
5.9を5日間にわたつて撹拌しながら滴下して加え
る。1.3%の相対標準偏差を有する3.1μmの平均粒径の
球状SiO2粒子が得られる。BET法による比表面積は1.1m2
/gである(理論的計算値:0.88m2/g)。
例 4 第1次粒子のゾルを例1におけるように調製する。第
2成長工程は同様の方法で行なうが、テトラエトキシシ
ラン4g(0.019モル)および3−アミノプロピル−トリ
エトキシシラン0.4g(1.8ミリモル)よりなる混合物を
使用する。
2成長工程は同様の方法で行なうが、テトラエトキシシ
ラン4g(0.019モル)および3−アミノプロピル−トリ
エトキシシラン0.4g(1.8ミリモル)よりなる混合物を
使用する。
5%の相対標準偏差を有する0.09μmの平均粒径の有
機的に修飾された球状SiO2粒子が得られる。比表面積は
44m2/gである(理論的計算値:30m2/g)。この粒子の炭
素含有量は2.4%である。
機的に修飾された球状SiO2粒子が得られる。比表面積は
44m2/gである(理論的計算値:30m2/g)。この粒子の炭
素含有量は2.4%である。
例 5〜8 水16.2g(0.9モル)、メタノール64.8g(1.8モル)お
よびアンモニア2.7g(0.16モル)よりなる加水分解混合
物を調製する。40℃に温度調節した加水分解混合物に、
同様に温度調節したテトラエトキシシラン4.2g(0.02モ
ル)を充分に撹拌しながら一度に加える。10%の相対標
準偏差を有する0.13μmの平均粒径の第1次粒子のゾル
が得られる。比表面積:SBET=280m2/g、S理論値=4.7m
2/g。
よびアンモニア2.7g(0.16モル)よりなる加水分解混合
物を調製する。40℃に温度調節した加水分解混合物に、
同様に温度調節したテトラエトキシシラン4.2g(0.02モ
ル)を充分に撹拌しながら一度に加える。10%の相対標
準偏差を有する0.13μmの平均粒径の第1次粒子のゾル
が得られる。比表面積:SBET=280m2/g、S理論値=4.7m
2/g。
第2次成長工程は特定量のテトラエトキシシランおよ
び特定量の加水分解混合物をそれぞれ存在するゾル100m
lに、総量が600mlになるまで2日間にわたつて滴下して
加える。下記第1表に、各工程で加えたシラン量および
得られた粒子に係るデータを示す。
び特定量の加水分解混合物をそれぞれ存在するゾル100m
lに、総量が600mlになるまで2日間にわたつて滴下して
加える。下記第1表に、各工程で加えたシラン量および
得られた粒子に係るデータを示す。
例 9 例3により製造された1.55μmの粒径を有するシリカ
ゲル粒子170gをアンモニア1モル/、水8モル/お
よびエタノール(残りの量)よりなり、40℃に温度調節
されている加水分解混合物3に装入する。この混合物
にオクチルトリメトキシシラン2.4gおよびテトラエトキ
シシラン17.6gよりなる混合物を1.5〜2時間の間に滴下
して加える。有機的に修飾された球状SiO2粒子が得られ
る。この粒子の炭素含有量は1.0%である。
ゲル粒子170gをアンモニア1モル/、水8モル/お
よびエタノール(残りの量)よりなり、40℃に温度調節
されている加水分解混合物3に装入する。この混合物
にオクチルトリメトキシシラン2.4gおよびテトラエトキ
シシラン17.6gよりなる混合物を1.5〜2時間の間に滴下
して加える。有機的に修飾された球状SiO2粒子が得られ
る。この粒子の炭素含有量は1.0%である。
例 A 5種のタンパク質よりなる混合物を例9により製造さ
れた非孔質、単分散性1.5μmオクチル修飾SiO2粒子を
充填したカラム(長さ:40cm、直径:8cm)により分離す
る。
れた非孔質、単分散性1.5μmオクチル修飾SiO2粒子を
充填したカラム(長さ:40cm、直径:8cm)により分離す
る。
タンパク質混合物は下記の組成を有する: 1) リボヌクレアーゼA (MW=13,700) 2) チトクロームC (MW=12,500) 3) アルドラーゼ (MW=156,000) 4) カタラーゼ (MW=24,000) 5) オバルブミン (MW=45,000) 次の溶剤系を使用する: 溶剤A:100%水、HClO4でpHを2.0に調整する 溶剤B:75%アセトニトリル/25%溶剤A 分離は1.5ml/分の流速で行なう。
勾配変化: 開始時状態は各場合に溶剤A75%である;溶剤Bの100%
の最終値は3分、10分、20分および40分後に達成させ
る。
の最終値は3分、10分、20分および40分後に達成させ
る。
各タンパク質の溶出位置の比較を第2表に示す。
この表は10分だけの分析時間でさえも満足な良好な分
離が達成できることを示しており、これは溶出位置がそ
れぞれの成分についてすでに充分に離れていることから
判る。
離が達成できることを示しており、これは溶出位置がそ
れぞれの成分についてすでに充分に離れていることから
判る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨアヒム・キンケル ドイツ連邦共和国D−6100ダルムシユタツ ト、フランクフルテル、シユトラーセ250 (56)参考文献 特開 昭61−141604(JP,A) 特開 昭62−52119(JP,A)
Claims (8)
- 【請求項1】アルコキシシラン化合物としてテトラアル
コキシシラン及び/又は有機トリアルコキシシランを水
性/アルコール性アンモニア性媒質中で加水分解的に重
縮合することにより球状SiO2粒子を製造する方法であっ
て、第1次粒子のゾルを先ず製造し、得られたSiO2粒子
を次いでテトラアルコキシシラン及び/又は有機トリア
ルコキシシラン化合物を、反応の程度により制御しなが
ら連続的に計量添加することにより所望の粒子サイズに
変換し、このようにして0.05〜10μmの平均粒径を有す
る高度に単分散性の非孔質粒子を5%未満の相対標準偏
差で得ることを特徴とする球状SiO2の製造方法。 - 【請求項2】上記の加水分解的重縮合を35〜75℃、好ま
しくは40〜65℃の温度で行う特許請求の範囲第1項に記
載の方法。 - 【請求項3】使用するテトラアルコキシラン化合物とし
て、低級脂肪族アルコール(C1〜C3)のケイ酸エステル
化合物を使用する特許請求の範囲第1項に記載の方法。 - 【請求項4】テトラエトキシシランを使用する特許請求
の範囲第1項に記載の方法。 - 【請求項5】使用するアルコキシシラン化合物の0.1〜1
00%、好ましくは1〜30%が有機トリアルコキシシラン
化合物であることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
記載の方法。 - 【請求項6】シリカゲルの調節に通常使用されるマトリ
ックス中において共有結合の有機基を有する球状SiO2粒
子であって、5%未満の相対標準偏差をもって、0.05〜
10μmの平均粒径を有し、そして、高単分散性非孔質の
形状であることを特徴とする球状SiO2粒子。 - 【請求項7】シリカゲルの調節に通常使用されるマトリ
ックス中において共有結合の有機基を有する球状SiO2粒
子であって、5%未満の相対標準偏差をもって、0.05〜
10μmの平均粒径を有し、そして、高単分散性非孔質の
形状であることを特徴とする球状SiO2粒子からなるクロ
マトグラフィにおける吸着材料。 - 【請求項8】高分子量の生物学的分子、特にタンパク質
の逆相クロマトグラフィにおける吸着材料として用いら
れることを特徴とする特許請求の範囲第7項記載の吸着
材料。
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