JPH08337612A

JPH08337612A - グラフト化超微粒子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH08337612A
Application number: JP8628296A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Aoyanagi; 重郎青柳; Toyoaki Suzuki; 豊明鈴木; Reiko Kato; 玲子加藤; Masanori Nagata; 政令永田
Original assignee: TOKYO BAITEKU KENKYUSHO KK; Fujimori Kogyo Co Ltd
Current assignee: TOKYO BAITEKU KENKYUSHO KK; Fujimori Kogyo Co Ltd
Priority date: 1995-04-14
Filing date: 1996-04-09
Publication date: 1996-12-24

Abstract

(57)【要約】【課題】表面官能基を有するポリアクリルアミド系超
微粒子が単位重量で比較した場合により大きな表面積を
持ち、かつリガンドなどの被固定体が該超微粒子の表面
との間で立体障害などを生じないように該超微粒子の表
面に好適な長さの分子鎖が導入されてなる超微粒子の製
造方法を提供する。【解決手段】本発明のグラフト化超微粒子の製造方法
は、溶媒中に表面官能基を有する粒径０．０５〜０．５
μｍのポリアクリルアミド系超微粒子および末端官能性
オリゴマーを添加し、混合撹拌して該ポリアクリルアミ
ド系超微粒子を分散させると共に末端官能性オリゴマー
を溶解させ、その後に反応温度を５０〜１００℃として
グラフト化反応させることにより、該ポリアクリルアミ
ド系超微粒子に該末端官能性オリゴマーを導入すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規なグラフト化
超微粒子およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ポリアクリルアミドゲルに関しては、生
物学的に不活性で微生物により分解されないこと、およ
びｐＨ２〜１０の範囲内であれば通常のアフィニティー
クロマトグラフィーにおいて使われる種々の塩、界面活
性剤およびグアジニン塩酸などの溶液中で安定であると
する利点を有することから、ポリアクリルアミドゲルを
アフィニティークロマトグラフィーなどに用いる場合に
は、ゲル中に存在するアミド基を利用してリガンドを固
定できるように、多孔質構造の球状ゲルを作り、該ゲル
表面および孔内部の官能基をスペーサまたはリガンドと
結合することが行われてきた。

【０００３】しかしながら、従来の製造方法によって得
られるこうした多孔質構造の球状ゲルの大きさは通常
０．８〜３０μｍで、できるかぎり孔径を大きくするこ
とにより、低分子量のリガンドやスペーサを孔内部の官
能基として固定することを目的に分子設計されている。
しかし該リガンドがアフィニティを有する糖蛋白質（通
常、１０ｎｍ程度の大きさである）などをゲルの孔内部
にまで入り込ませることは困難であり、特に基材との立
体障害などを回避する目的で、通常１〜２ｎｍ程度のス
ペーサを挿入する場合には尚更である。したがって、理
論的には非常に高吸着容量の吸着体が形成されているは
ずが、実際にはゲル表面の官能基濃度によってその吸着
能が制限されることから、親和性吸着体として充分な吸
着能が得られないとする問題があり、表面官能基を有す
る基材が単位重量で比較した場合により大きな表面積を
持ち、かつ該表面に好適にスペーサの導入されたポリア
クリルアミドゲルの開発が望まれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、実質的に高吸着容量の吸着体とすることのでき
る有効な官能基をスペーサのようなオリゴマーの側鎖
（単に、分子鎖とも言う）を介して高濃度に保持し得る
べく、表面官能基を有する基材（ポリアクリルアミド系
超微粒子）が単位重量で比較した場合により大きな表面
積を持ち、かつリガンドなどの被固定体が該基材の表面
との間で立体障害などを生じないように該基材の表面に
好適な長さの分子鎖を導入してなる超微粒子およびその
製造方法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために、分子鎖が導入されてなるポリアクリル
アミド（以下、単にＰＡＡとも記す）系超微粒子および
その製造方法について鋭意研究した結果、基材となるＰ
ＡＡ系超微粒子をできるだけ微粒化しかつ分散している
状態で重合し、さらに該表面官能基として存在するアミ
ド基、カルボキシル基およびアミノ基を利用して、これ
に該官能基と優先的に反応するアミノ基を一方の末端に
持ち、他方の末端にリガンドなどの被固定体と反応し得
る官能基（カルボキシル基、アミノ基、メルカプト基ま
たは水酸基）を持つ所望の長さの末端官能性の分子鎖を
グラフト化して導入させることで設計通りの性能を有す
る該分子鎖を基材の表面に導入することができ、これに
より所望の超微粒子を得ることができることを見出だす
と共に、基材となるＰＡＡ系超微粒子を分散している状
態で重合する方法として、アルコール類の有機溶媒中、
好ましくは水とアルコール類の有機溶媒の混合溶媒中で
のエチレン系不飽和アミドを含む単量体混合物の沈殿重
合において、架橋剤の量、溶媒の種類、開始剤の濃度お
よび重合温度を極めて限られた範囲で組合わせた条件下
においてのみ、得られる一次粒子同士が二次凝集を起こ
さないことを見出だし、これにより分散安定剤（分散安
定剤ポリマー）を重合時に用いずに単分散性の粒径０．
５μｍ以下のＰＡＡ系超微粒子を作製でき、重合後の精
製処理も簡便であり、さらに該超微粒子の表面への分子
鎖の導入方法として、分子鎖としての末端官能性オリゴ
マーを高温条件下で縮合剤なしにグラフト反応（酸アミ
ド結合）させることにより基材、特にその表面上に該末
端官能性オリゴマーを高濃度に導入でき、反応後の精製
処理も簡便であることを見出だし、これらの知見に基づ
き本発明を完成するに至ったものである。

【０００６】すなわち、本発明の目的は、（１）溶媒
中に表面官能基としてアミド基を有する粒径０．０５〜
０．５μｍのポリアクリルアミド系超微粒子および末端
官能性オリゴマーを添加し、混合撹拌して該ポリアクリ
ルアミド系超微粒子を分散させると共に末端官能性オリ
ゴマーを溶解させ、その後に反応温度５０〜１００℃と
してグラフト化反応させることにより、該ポリアクリル
アミド系超微粒子に該末端官能性オリゴマーを導入する
ことを特徴とするグラフト化超微粒子の製造方法により
達成される。

【０００７】本発明の他の目的は、（２）表面官能基
が、アミド基、カルボキシルキ基およびアミノ基よりな
る群から選ばれてなる少なくとも１種であることを特徴
とする上記（１）に示すグラフト化超微粒子の製造方法
によっても達成される。

【０００８】本発明の他の目的は、（３）末端官能性
オリゴマーが、ＨＯＯＣ（ＣＨ₂）_nＣＯＯＨ、Ｈ₂Ｎ
（ＣＨ₂）_nＣＯＯＨ、Ｈ₂Ｎ（ＣＨ₂）_nＮＨ₂、Ｈ
₂Ｎ（ＣＨ₂）_nＳＨおよびＨ₂Ｎ（ＣＨ₂）_nＯＨ
（式中のｎは７以下の整数である）のいずれか１種であ
ることを特徴とする上記（１）または（２）に示すグラ
フト化超微粒子の製造方法によっても達成される。

【０００９】本発明の他の目的は、（４）ポリアクリ
ルアミド系超微粒子が温度０〜４０℃で、比重０．３〜
１．２であることを特徴とする上記（１）ないし（３）
のいずれかに示すグラフト化超微粒子の製造方法によっ
ても達成される。

【００１０】また本発明の他の目的は、（５）上記
（１）ないし（４）のいずれかに示す製法によって得ら
れたグラフト化超微粒子であって、該グラフト化超微粒
子１ｇ当たりの官能基濃度が０．００１ｍｇ当量以上で
あることを特徴とするグラフト化超微粒子により達成さ
れる。

【００１１】本発明の他の目的は、（６）上記（１）
ないし（４）のいずれかに示す製法によって得られたグ
ラフト化超微粒子であって、主として該超微粒子の表面
に末端官能性オリゴマーが導入されていることを特徴と
するグラフト化超微粒子によっても達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施態様に基づ
き、より詳細に説明する。

【００１３】まず、本発明に用いられるポリアクリルア
ミド（ＰＡＡ）系超微粒子は、有効な官能基を表面に多
く持たせることで、該超微粒子表面に末端官能性オリゴ
マーをグラフト化することができ、これによりリガンド
などの物質を表面上に多く固定でき、さらに目的吸着物
質を高濃度に吸着できるものである。したがって、該超
微粒子の孔内部の官能基を利用することなく該超微粒子
の表面官能基のみの利用を図る必要上、できるだけ微粒
化し、表面官能基を有する基材が単位重量で比較した場
合に、その表面積が大きく、超微粒子の表面官能基が可
能な限り多く、さらにアフィニティークロマトグラフィ
の充填材に利用する際には、上記要件に加え、粒子サイ
ズが均一な球状粒子であることが望ましいことから、該
超微粒子の吸湿率は、通常１０〜４００％、好ましくは
５０〜３００％、より好ましくは１００〜２５０％であ
る。上記吸湿率が１０％未満の場合には、過度に架橋が
行われているために、極めて緻密な超微粒子となってお
り、機械的強度は充分であるが、疎水性的特性が大とな
るため好ましくなく、また４００％を越える場合には、
架橋度が低く、比較的孔径の大きな多孔性の構造を有す
るものの、機械的強度が充分でないため好ましくない。
ここで、「ＰＡＡ系超微粒子の吸湿率」は、（Ｂ−Ａ）
／Ａ×１００と定義し、式中のＡおよびＢは、以下の測
定手順により求めた値とした。乾燥ＰＡＡ系超微粒子
を秤量し、その重量をＡｇとする。この乾燥ＰＡＡ系
超微粒子に大過剰の水を加え、２４時間放置する。そ
の後ＰＡＡ系超微粒子を１００００ｒｐｍ、１７６８０
Ｇの条件で２０分間、遠心分離にかけ、余分な水を除去
する。遠心分離後の吸水したＰＡＡ系超微粒子を秤量
し、その重量をＢｇとする。なお〜は、すべて２５
℃、１気圧の条件で行った。

【００１４】同様に、上記ＰＡＡ系超微粒子のゲル化率
は、通常４０〜９８％、好ましくは５０〜９０％、より
好ましくは７０〜８５％である。ゲル化率が９８％を越
える場合には、過度に架橋が行われているために、極め
て緻密な超微粒子となっており、機械的強度は充分であ
るが、疎水性的特性が大となるため好ましくなく、また
４０％未満の場合には、架橋度が低く、比較的孔径の大
きな多孔性の構造を有するものの、機械的強度が充分で
ないため好ましくない。ここで、「ＰＡＡ系超微粒子の
ゲル化率」は、（Ｂ／Ａ）×１００と定義し、式中のＡ
およびＢは、以下の測定手順により求めた値とした。
水１００ｍｌにＰＡＡ系超微粒子Ａｇを入れる。５０
℃に保ち、２４時間放置する。その後のＰＡＡ系超微
粒子を１００００ｒｐｍ、１７６８０Ｇの条件で２０分
間、遠心分離にかけ、余分な水を除去する。遠心分離
後の吸水したＰＡＡ系超微粒子を脱水、乾燥する。得
られた乾燥ＰＡＡ系超微粒子を秤量し、その重量をＢｇ
とする。なお〜（を除く）は、すべて２５℃、１
気圧の条件で行った。

【００１５】さらに、上記ＰＡＡ系超微粒子の粒子径
は、通常０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．０８〜
０．４μｍ、より好ましくは０．１〜０．３μｍの範囲
である。粒子径が、０．０５μｍ未満の場合には、理想
的には、できるだけ小さいことが望ましいが、重合初期
に形成される超微粒子の核自体の大きさに相当するもの
であり、かかる粒子径を下回る超微粒子を形成すること
は、実際上、困難なためである。０．５μｍを越える場
合には、充分な表面積が得られず、表面官能基濃度が小
さくなるため好ましくない。

【００１６】また、上記ＰＡＡ系超微粒子は、温度０〜
４０℃で、その比重が０．３〜１．２、好ましくは０．
５〜０．９であることが望ましい。該比重が０．３未満
の場合には、溶液中にすべて浮上する結果となりオリゴ
マーと反応する上で好ましくない。該比重が１．２を越
える場合には超微粒子が沈殿するため溶液中に分散しつ
つオリゴマーと反応する上で好ましくない。

【００１７】以上より、ＰＡＡ系超微粒子の吸湿率、ゲ
ル化率、粒子径および比重が上記範囲内にあるＰＡＡ系
超微粒子では、高い機械的強度および通常のアフィニテ
ィークロマトグラフィーにおいて使われる種々の塩、界
面活性剤およびグアジニン塩酸などの溶液中で化学的安
定性を有し、ｐＨの広領域（ｐＨ２〜１０の範囲）で適
用でき、高吸着容量の吸着体とすることのできる有効な
表面官能基を高濃度に持つＰＡＡ系超微粒子が得られる
ものである。

【００１８】上記ＰＡＡ系超微粒子は、以下の方法を用
いて得ることができる。すなわち、アルコール類の有機
溶媒中にエチレン系不飽和アミドを含む単量体混合物
と、前記単量体混合物と架橋剤との混合物１００重量％
に対して２５〜５０重量％の範囲とする架橋剤とを溶解
させた混合溶液を温度３０〜９５℃に保持し、過酸化物
系開始剤およびアゾ系開始剤よりなる群から選ばれた少
なくとも１種の開始剤を１×１０^-5〜８×１０^-2モル／
リットルとなる範囲で添加して重合を行うことで表面官
能基にアミド基を持つＰＡＡ系超微粒子を得ることがで
きる。より詳しくは、本発明者らが開示した特願平５−
３２５１８１号によるものであるが、これらを説明すれ
ば、以下の通りである。

【００１９】まず、上記製法に用いられるアルコール類
の有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノー
ル、プロパノール、イソプロパノール、１−ブタノー
ル、２−ブタノール、ｔ−ブチルアルコール、１−ペン
タノール、２−ペンタノール、３−ペンタノール、ｔ−
ペンチルアルコール、１−ヘキサノール、２−ヘキサノ
ール、３−ヘキサノールなどの１価アルコール、エチレ
ングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレング
リコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコ
ール、１，３−ブチレングリコール、ネオペンチルグリ
コール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレング
リコールなどの２価アルコール、グリセロールなどの３
価アルコール、エチレングリコールモノメチルエーテ
ル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレン
グリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモ
ノイソブチルエーテルなど炭素数１〜６のアルコール類
のほか、分子量６０００以下、好ましくは４０００以下
のポリエチレングリコールなどが挙げられる。これらの
有機溶媒は、単独で用いることもできるが、２種以上を
混合して用いることも可能である。

【００２０】また、必要に応じて、上記アルコール類の
有機溶媒に水を、全溶媒（全溶媒とは、アルコール類の
有機溶媒に水を加えたものをいう）１００重量％に対し
て通常３０重量％以下、好ましくは１０〜２５重量％、
より好ましくは１５〜２０重量％の範囲で添加すること
が望ましい。添加量が３０重量％を越える場合には、得
られる粒子が凝集を生じ、またポリマーに対して親和力
の大きな溶媒である水の添加が粒子径の増加をもたらす
など好ましくない。他方、上記範囲内において水を添加
した場合には、重合時に分散安定剤を使用しなくても、
生成される粒子は、沈殿重合により凝集塊を形成するこ
となく、分散重合の如く溶媒中に安定的に分散した状態
に保持することができ、単分散性の超微粒子形成に有益
である。

【００２１】また上記製法に用いることのできるエチレ
ン系不飽和アミド単量体としては、例えば、アクリルア
ミド、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、
Ｎ−ヒドロキシメチルアクリルアミド等が挙げられ、こ
れらの単量体を単独でまたは２種以上を組合わせて用い
ることもできる。

【００２２】さらにエチレン系飽和アミド単量体を含む
単量体混合物としては、上記エチレン系不飽和アミド単
量体以外に、これらと共重合可能な他の単量体であれば
よいが、得られる超微粒子に固定するリガンドを選択的
に変えることができるように、かかる超微粒子の表面の
官能基により調整できることが好ましいことから、該共
重合可能な他の単量体が、−ＯＨ基、−ＮＨ₂基、−Ｓ
Ｈ基および−ＣＯＯＨ基の少なくとも１種を有する単量
体であることが望ましい。また、これら共重合可能な他
の単量体についても、単独でまたは２種以上を組合わせ
て用いることができる。

【００２３】また、上記単量体混合物に含まれるエチレ
ン系不飽和アミド単量体の含有量は、通常０．１モル％
以上、好ましくは０．３モル％以上、より好ましくは
０．５モル％以上である。該含有量が０．１モル％未満
の場合には、良好な粒子状のポリマーが得られない。

【００２４】また、上記有機溶媒に対する上記単量体混
合物の添加量としては、有機溶媒に対して重量比で通常
０．１〜７０重量％、好ましくは１〜２５重量％、より
好ましくは２〜１０重量％の範囲である。上記アミド単
量体の混合量が、０．１重量％未満の場合には、モノマ
ーの濃度が極めて低くなることから重合反応速度が遅
く、良好な超微粒子が得られず、また７０重量％を越え
る場合には、生成されるポリマーの粒子径が大きく、か
つ二次凝集を生じ易くなるため、アフィニティークロマ
トグラフィの充填剤に利用するには問題がある。すなわ
ち、拡散速度の低いタンパク質などでは、拡散が容易と
なり、溶質バンドが鋭くなる利点から、アフィニティー
クロマトグラフィの充填剤は、できるだけ細かくサイズ
が均一な球状粒子であることが望ましいためである。

【００２５】さらに、上記製法に用いることのできる架
橋剤としては、分子中に少なくとも２個の不飽和二重結
合を有する化合物であり、例えば、Ｎ，Ｎ′−メチレン
ビスアクリルアミド、エチレンビスアクリルアミド、ピ
ペロジンアクリルアミドなどのアルキレンビスアクリル
アミド、エチレンジ（メタ）アクリレートなどのアルキ
レンジ（メタ）アクリレート、エチレングリコールジ
（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、ビスフェノールＡジ（メタ）アクリ
レートなどの各種ビスフェノールＡ誘導体のジ（メタ）
アクリレート、グリセリン、ペンタエリスリトールなど
の多価アルコールのジ、トリ、テトラ（メタ）アクリル
酸エステル、エチレンオキシド変性リン酸のジまたはト
リ（メタ）アクリレート、オリゴエステル（メタ）アク
リレート、ポリエステル（メタ）アクリレート、ウレタ
ンアクリレート、イソシアヌレートまたはその誘導体の
ジまたはトリ（メタ）アクリル酸エステル、ビニル（メ
タ）アクリレート、アクリル（メタ）アクリレート、ポ
リ−Ｎ−メチロールアクリルアミド、Ｎ−メチロールア
クリルアミド、トリメチロールプロパントリメタクリレ
ート、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メ
トキシメチルアクリルアミド、Ｎ−エトキシメチルアク
リルアミド、Ｎ−ｎ−ブトキシメチルアクリルアミド、
Ｎ−ｎ−ブトキシメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−
イソブトキシメチルアクリルアミド、Ｎ−ｔ−オクトキ
シメチルアクリルアミドなどのＮ−アルコキシメチル
（メタ）アクリルアミド誘導体、ジビニルベンゼン、ビ
ニル酢酸、クロロメチルスチレン、尿素−ホルムアルデ
ヒド樹脂、ビスオキサゾリン系化合物、エピクロロヒド
リン、１，３−ジクロロイソプロパノール、グリセリン
ジグリシジルエーテルなど通常、架橋剤として用いられ
るものが挙げられる。

【００２６】また上記製法では、得られるＰＡＡ系超微
粒子の表面官能基を主に利用することを目的とすること
から、従来のように架橋剤の添加量を変えることより多
孔性粒子の孔径の大きさを調整するなどの必要が少な
く、むしろ生成する超微粒子の機械的強度を得るため緻
密な粒子となるように、嵩比重を増大させる必要がある
ことから、該架橋剤による前記単量体混合物と架橋剤と
の混合物を１００重量％として架橋剤の添加量は、通常
１０〜７０重量％、好ましくは１５〜６０重量％、より
好ましくは２５〜５０重量％の範囲である。該添加量が
１０重量％未満の場合には、架橋度が不十分となること
から、得られる超微粒子の機械的強度が弱く、熱的、化
学的安定性も充分とはいえず、高温（１１０〜１２０
℃）での繰り返しオートクレイブにかけることもできな
いし、ｐＨも広範囲で使用できず、また種々の有機溶媒
に対する安定性にもかけるなど、アフィニティークロマ
トグラフィの充填材の支持体への利用が十分図れないと
する問題があるなど好ましくない。他方、添加量が７０
重量％を越える場合には、残存する架橋剤が多くなりす
ぎ、経済的でない。また前述のような問題はなくなる
が、逆に架橋度が大きくなることにより、アフィニティ
ークロマトグラフィの充填剤である親和性吸着体として
用いる場合には、期待通りの吸着容量を得ることができ
ないなどの問題があるため好ましくない。

【００２７】上記製法に用いることのできる過酸化物系
開始剤およびアゾ系開始剤としては、従来より公知のも
のを用いることができる。このうち過酸化物系開始剤と
しては、例えば、過酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）およびそ
の置換体、過酸化ジアシル〔ＲＣＯＯＯＣＯＲ〕、過酸
化ジアルキル〔ＲＯＯＲ〕、過酸エステル〔ＲＣＯＯＯ
Ｒ′〕、ペルオキシカルボナート〔ＲＯＣＯＯＯＣＯＯ
Ｒ〕、ヒドロペルオキシド〔ＲＯＯＨ〕およびこれらと
還元性物質の組合わせによるレドックス開始剤などが挙
げられ、またアゾ系開始剤としては、例えば、Ｎ−ニト
ロソアシルアリルアミン、アゾビスイソブチロニトリル
（ＡＩＢＮ）、アゾビスエステル〔ＲＲ′（ＣＯＯ
Ｒ″）ＣＮ＝ＮＣ（ＣＯＯＲ″）ＲＲ′〕、アゾトリフ
ェニルメタン〔Ｃ₆Ｈ₅Ｎ＝ＮＣ（Ｃ₆Ｈ₅）₃〕、ジ
アゾアミノベンゼン〔Ｃ₆Ｈ₅Ｎ＝ＮＮＨＣ₆Ｈ₅〕、
ジアゾチオエーテル〔ＲＮ＝ＮＳＲ′〕、テトラメチル
テトラゼン〔（ＣＨ₃）₂ＮＮ＝ＮＮ（ＣＨ₃）₂〕、
ジアゾメタン類〔ＲＣ＝Ｎ＝Ｎ〕、スルホンアジド類
〔ＲＳＯ₂Ｎ＝Ｎ＝Ｎ〕などが挙げられるが、本発明に
おいては、これらを適宜組合わせて用いてもよい。

【００２８】また上記開始剤の使用に供する際の開始剤
濃度としては、単量体の混合溶液に対して、通常１×１
０^-5〜８×１０^-2モル／リットル、好ましくは０．５×
１０^-4〜５×１０^-2モル／リットル、より好ましくは
０．５×１０^-3〜８×１０^-3モル／リットルの範囲であ
る。該開始剤濃度が１×１０^-5〜８×１０^-2モル／リッ
トルの範囲を外れる場合には、いずれも得られるポリマ
ーは、非球形粗大粒子となるため好ましくない。

【００２９】上記製法においては、上述の単量体の混合
溶液を通常３０〜９５℃、好ましくは６５〜８５℃、よ
り好ましくは７０〜８０℃の温度範囲に保持し、上記開
始剤を上記濃度範囲で添加して、通常２〜１５時間、好
ましくは３〜１０時間、より好ましくは３〜７時間重合
を行なうものである。

【００３０】上記重合時の温度が３０℃未満の場合に
は、開始剤の分解点に達しないかあるいは分解速度が遅
くなり、開始剤の分解によるラジカルの生成が不十分と
なり、また９５℃を越える場合には、開始剤の分解によ
るラジカルの生成が多くなりすぎて、重合反応熱の上昇
と相俟って、安全上課題があるので好ましくない。ま
た、重合反応時間が２時間未満では、得られるポリアク
リルアミド系超微粒子の生成が生成過程であり、収率が
極めて低いものとなり、また、１５時間を越える場合に
は、重合反応はすでに完了しており、さらなる重合時間
の延長は無駄である。

【００３１】なお、重合終了後には、氷浴等により反応
温度を急激に下げるなどして、ラジカル重合反応を停止
させる必要がある。さらに重合時の溶液の撹拌力（回転
数）、圧力、雰囲気などに関しては、特に制限されるも
のでなく、上述の設定値なども勘案して適宜決定される
ものであるが、好ましくは常圧下、不活性ガス雰囲気中
で反応系の温度分布を均一化するため、撹拌回転数５０
〜５０００ｒｐｍの範囲で行われることが望ましい。

【００３２】また上記製法では、重合時に分散安定剤の
添加は行わないものである。かかる分散安定剤の使用に
より、本製法に比し単分散粒子を比較的広い範囲での重
合条件下でも得ることができる利点があるが、反面、重
合後の精製処理が難しく、かつ充分には精製できず、さ
らにバイオ関連に利用する場合などでは、かかる分散安
定剤が不純物として悪影響を及ぼすなどの欠点があり、
分散安定剤の使用による利益以上に不利益が大きいた
め、かかる分散安定剤の重合時での使用は避けなければ
ならないとしたものである。

【００３３】次に、得られたＰＡＡ系超微粒子の精製方
法としては、分散安定剤などの不純物を含まないため、
従来公知の方法に基づき簡便に行なうことができ、例え
ば、後述する実施例において利用した方法のように、分
別操作に遠心分離機を用いて超微粒子と反応済溶液、洗
浄液（アルコール）あるいはポリマーの再沈殿用溶媒
（精製水およびアセトンなど）とを分別し、これらをデ
カンテーションあるいはフィルター濾過等により分離、
精製し、最終的に真空乾燥などにより乾燥し、本発明の
超微粒子をキセロゲルの形として得る精製方法などを用
いることができるが、本発明は、上記洗浄方法に限定さ
れるものでなく、従来公知の他の精製方法を用いること
もできる。

【００３４】続いて、上記製法により得られたＰＡＡ系
超微粒子は、重合に用いたエチレン系飽和アミド単量体
を含む単量体混合物に応じて、表面官能基にアミド基を
はじめとしてさらにカルボキシル基ないしアミノ基を含
むものである。こうしたＰＡＡ系超微粒子の表面官能基
をアミド基、カルボキシル基ないしアミノ基に調製され
たものを用いることもできる。この調製方法としては、
特に制限されるものでなく、例えば、上記製法により得
られた表面官能基がアミド基のみであるＰＡＡ系超微粒
子を無水エチレンジアミン中に懸濁し、９０℃で加熱す
ることにより、表面官能基をアミノ基とするアミノエチ
ル化ポリアクリルアミド系超微粒子を調製することがで
きる。また同様に表面官能基がアミド基であるＰＡＡ系
超微粒子をアルカリ加水分解することにより、表面官能
基をカルボキシル基とするカルボキシル−ポリアクリル
アミド系超微粒子を調製することができる。なお、以下
の説明においては、これら調製により得られたものを含
めたものを総称して「ＰＡＡ系超微粒子」とする。

【００３５】次に、溶媒中に上記ＰＡＡ系超微粒子およ
び末端官能性オリゴマーを添加し、混合撹拌して該ＰＡ
Ａ系超微粒子を分散させると共に末端官能性オリゴマー
を溶解させた状態で、縮合剤の添加なくグラフト化反応
させることにより、該ＰＡＡ系超微粒子に該末端官能性
オリゴマーを導入する場合の反応温度としては、通常５
０〜１００℃、好ましくは６０〜９５℃、より好ましく
は８０〜９０℃の範囲である。反応温度が５０℃未満の
場合には、縮合剤などの添加がなければ反応が促進され
ず反応速度が遅くなり、反応に要する時間が長くなるな
ど不経済であり、反応温度が１００℃を越える場合に
は、使用可能な溶剤や末端官能性オリゴマーが沸点との
関係や変性などの点から制限されるため好ましくないも
のである。また、反応時間としては、通常１〜１５時
間、好ましくは３〜１０時間である。該反応時間が１時
間未満の場合には、グラフト反応が完全に完了しておら
ず、該超微粒子表面に十分に末端官能性オリゴマーを導
入することができず、また１５時間を越える場合には、
グラフト反応がすでに完了しており、さらに反応を継続
するに見合うだけの効果が得られず好ましくないもので
ある。さらに該グラフト化反応に用いられる溶媒として
は、実際に用いる末端官能性オリゴマー等との関係から
適宜選択されるものであるが、通常、中性、酸性および
アルカリ性水性溶媒ならびに有機溶媒を用いることがで
きる。したがって、こうした水性溶媒を用いる場合のｐ
Ｈは２〜１３であり、幅広い範囲で利用できるものであ
る。

【００３６】また、上記ＰＡＡ系超微粒子の使用量とし
ては、通常０．１〜５００ｇ／リッター、好ましくは５
〜１００ｇ／リッターの範囲である。該使用量が０．１
ｇ／リッター未満の場合には、大量の溶媒を必要とする
ほか、反応系の全体の容積率も悪くなるため不経済であ
り、また使用量が５００ｇ／リッターを越える場合に
は、極めて高濃度となるため、製造後の精製工程におけ
る洗浄に時間を要し、洗浄回数も多くなるなど不経済で
ある。

【００３７】さらに、上記末端官能性オリゴマーには、
例えば、ＨＯＯＣ（ＣＨ₂）_nＣＯＯＨ、Ｈ₂Ｎ（ＣＨ
₂）_nＣＯＯＨ、Ｈ₂Ｎ（ＣＨ₂）_nＮＨ₂、Ｈ₂Ｎ
（ＣＨ₂）_nＳＨおよびＨ₂Ｎ（ＣＨ₂）_nＯＨ（式中
のｎは７以下の整数である）を用いることができる。こ
れらの末端官能性オリゴマーの長さ、すなわち上記式中
のｎの大きさを決定する場合の目安としては、例えば、
該末端官能性オリゴマーをアフィニティクロマトグラフ
ィーの担体のスペーサとして用いる場合には、吸着する
精製目的物質に対して立体障害を起さずリガンドが最適
な吸着力を発現できる長さを選択することが望ましい。

【００３８】上記末端官能性オリゴマーの使用量として
は、上記ＰＡＡ系微粒子の官能基濃度に換算して通常１
〜１００００倍、好ましくは１０〜２００倍の範囲で添
加される。該使用量が１倍未満の場合には、超微粒子の
表面官能基へのオリゴマーのグラフト化反応のほか、同
時に超微粒子間架橋反応あるいは同一微粒子内架橋反応
が起こる確率が高くなるので好ましくない。該使用量が
１００００倍を越える場合には、過剰な添加に見合うだ
けのさらなる効果が期待できないため好ましくない。

【００３９】次に、グラフト化反応により生成したグラ
フト化超微粒子の精製方法としては、溶媒、反応副生
物、さらには未反応オリゴマーなどの不純物を含まない
ように、従来公知の方法に基づき簡便に行なうことが望
ましく、例えば、後述する実施例において利用した方法
のように、分別操作に遠心分離機を用いて超微粒子と反
応済溶液、洗浄液（アルコール）あるいは再沈殿用溶媒
（精製水およびアセトンなど）とを分別し、これらをデ
カンテーションあるいはフィルター濾過あるいは透析等
により分離、精製し、最終的に真空乾燥または凍結乾燥
などにより乾燥し、本発明のグラフト化超微粒子をキセ
ロゲルの形として得る精製方法などを用いることができ
るが、本発明は、上記洗浄方法に限定されるものでな
く、従来公知の他の精製方法を用いることもできる。

【００４０】次に、精製して得られたグラフト化超微粒
子においては、使用用途により異なるが、該グラフト化
超微粒子１ｇ当たりの官能基濃度が０．００１ｍｇ当量
以上、好ましくは０．０５ｍｇ当量以上である。該官能
基濃度が０．００１ｍｇ当量未満の場合には、以後のリ
ガンドの固定率も小さいため、大量の該超微粒子を用意
する必要があり、以後の反応設備に要するコストも多く
かかるなど不経済である。また、上記グラフト化超微粒
子は、好ましくは、主として該超微粒子表面に官能基を
グラフトされているものが望ましい。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。

【００４２】実施例１窒素雰囲気下で、エタノール１０００ｍｌにアクリルア
ミド２５ｇ、架橋剤であるＮ，Ｎ′−メチレンビスアク
リルアミド２０．５ｇ（単量体混合物と架橋剤との混合
物を１００重量％として、架橋剤４５．１重量％）を撹
拌しながら溶解させ、同時に溶存酸素を十分取り除い
た。続いて温度７０℃で開始剤として２，２′−アゾビ
スイソブチルニトリル０．８２１ｇ（開始剤濃度５×１
０^-3モル／リットル）を添加し、ｐＨ６．５として３時
間重合を行ない、反応終了後、氷浴で重合容器ごと急冷
し、ラジカル重合を停止させ、単分散球形の超微粒子を
得た。

【００４３】次に、生成したポリアクリルアミド系超微
粒子を遠心分離機で分別し、上澄み液を取り除いた。こ
こに新たにエタノール１０００ｍｌを加え、１時間激し
く撹拌し、その後遠心分離機で分別した。同様の操作を
３回行ない、ガラスフィルターで濾過後、５０℃、減圧
下で真空乾燥した。

【００４４】得られた超微粒子を、溶媒として精製水を
用いて５重量％ポリマー溶媒とし、これに沈殿剤として
２０倍量のアセトンを加え、良く撹拌しながら再沈殿さ
せた。その後、遠心分離機で分別し、上澄み液を取り除
いた。同様の操作を２回行ない、ガラスフィルターで濾
過後、５０℃、減圧下で真空乾燥し精製を終了した。

【００４５】上記超微粒子をマトリックス（以下、単に
Ｍとも記す）として５．０ｇを精製水を用いて全量５０
ｍｌとし、マトリックスを膨潤・分散させた後（２４ｈ
ｒ）、遠心分離機を用いて溶媒を除去した膨潤マトリッ
クスと、導入する末端官能性オリゴマーをスペーサ（以
下、単にＳとも記す）として加温溶解済みのヘキサメチ
レンジアミンを１２５ｍｌを反応フラスコにいれ、マト
リックスおよびスペーサが完全に分散、溶解するまで撹
拌を行った（約１時間で終了した）。

【００４６】次に反応フラスコ内の反応溶液を９０℃ま
で加温し、９０℃に達した時点を反応開始時刻として引
き続き温度を９０℃に保持した状態で撹拌を行い、７時
間で反応を終了した。

【００４７】次に分離精製工程として反応終了後のスペ
ーサがグラフト導入されたマトリックス（以下、単にＭ
−Ｓとも記す）を遠心分離機で１４５００ｒｐｍで１５
分間の条件で分別し、上澄液を取り除いた。ここに新た
に精製水５０ｍｌを加え、２００ｒｐｍで３０分間撹拌
を行い、遠心分離機で１４５００ｒｐｍで１５分間遠心
分離を行った。同様の操作を２回行った後、透析膜に入
れ１０倍容量の精製水で透析を行った（４８ｈｒ）。そ
の後、凍結乾燥を行い精製を終了した。

【００４８】この精製物を試料として、マトリックスへ
のスペーサーの導入率（末端官能性オリゴマーのグラフ
ト化率）を電気伝導度滴定で定量した。

【００４９】電気伝導度滴定上記で反応したＭ−Ｓの表面アミノ基と表面カルボキシ
ル基を、電気伝導度滴定で定量した。

【００５０】表面アミノ基の定量Ｍ−Ｓ２０．２ｍｇを１２０ｍｌの精製水に分散させ
た（常温で２４時間２００ｒｐｍで撹拌し、十分に膨潤
させた。）。この後、超音波を２時間かけて完全に分散
させた。この分散液に０．１Ｎ塩酸４．０ｍｌをポール
ピペットで添加し、直ちに０．１Ｎ水酸化ナトリウムで
滴定し、この時の電気伝導度を測定した。結果を下記表
１に示す。表１より、超微粒子１ｇ当たり、０．１５ｍ
ｇ当量の表面アミノ基が導入されていることがわかっ
た。

【００５１】表面カルボキシル基の定量Ｍ−Ｓ２１．０ｍｇを１２０ｍｌの精製水に分散させ
る。（常温で２４時間２００ｒｐｍで撹拌し、十分に膨
潤させた。）この後、超音波を２時間かけて完全に分散
させた。この分散液に０．１Ｎ水酸化ナトリウム４．０
ｍｌをポールピペットで添加し、直ちに０．１Ｎ塩酸で
滴定し、この時の電気伝導度を測定した結果、カルボキ
シル基が導入されていないことがわかった。

【００５２】実施例２スペーサとしてヘキサメチレンジアミン１２５ｍｌの代
わりにエチレンジアミン１２５ｍｌとした以外は、実施
例１と同様にして末端官能性オリゴマーをグラフト化し
た超微粒子を製造し、該超微粒子を用いて表面アミノ基
と表面カルボキシル基を、電気伝導度滴定で定量した。
結果を下記表１に示す。表１より、超微粒子１ｇ当た
り、０．１５ｍｇ当量の表面アミノ基が導入されてお
り、またカルボキシル基は導入されていないことがわか
った。

【００５３】実施例３スペーサとしてヘキサメチレンジアミン１２５ｍｌの代
わりに１，３−プロパンジアミン１２５ｍｌとした以外
は、実施例１と同様にして末端官能性オリゴマーをグラ
フト化した超微粒子を製造し、該超微粒子を用いて表面
アミノ基と表面カルボキシル基を、電気伝導度滴定で定
量した。結果を下記表１に示す。表１より、超微粒子１
ｇ当たり、０．１４ｍｇ当量の表面アミノ基が導入され
ており、またカルボキシル基は導入されていないことが
わかった。

【００５４】実施例４マトリックスの使用量５．０ｇの代わりに２０．０ｇと
し、またスペーサとしてヘキサメチレンジアミン１２５
ｍｌの代わりにγ−アミノ酪酸３０．０ｇとし、さらに
反応時間７時間の変わりに１０時間とした以外は、実施
例１と同様にして末端官能性オリゴマーをグラフト化し
た超微粒子を製造し、該超微粒子を用いて表面アミノ基
と表面カルボキシル基を、電気伝導度滴定で定量した。
結果を下記表１に示す。表１より、超微粒子１ｇ当た
り、０．０４ｍｇ当量の表面アミノ基が導入されてお
り、また超微粒子１ｇ当たり、０．１５ｍｇ当量の表面
カルボキシル基が導入されていることがわかった。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【発明の効果】本発明により、表面官能基を有する粒径
０．０５〜０．５μｍのポリアクリルアミド系超微粒子
を分散安定剤または分散安定剤ポリマーを用いることな
く、重合後の精製処理が簡便で不純物の混入の少ない単
分散状態で得ることができる。したがって該超微粒子を
溶媒中に分散できるため、これに末端官能性オリゴマー
を加え撹拌するだけで一定の温度条件下に高めることで
縮合剤の存在がなくとも該超微粒子の表面官能基と該オ
リゴマーの末端官能基とが反応（酸アミド結合）し該オ
リゴマーを、該超微粒子の表面上に有効な末端官能性を
有する分子鎖を高濃度にグラフト導入することができ
る。さらに該グラフト化後の超微粒子も精製処理が簡便
で不純物の混入の極めて少ない単分散状態で得ることが
できる。こうして得られたグラフト化超微粒子において
は、アフィニティークロマトグラフィーで使う充填材と
して異なる精製目的物質に応じて立体障害を起こさない
長さのスペーサを適宜選択的に結合できるため、これに
必要なリガンドを固定することで、該リガンドと特異的
に結合する精製目的物質を立体障害を生ずることなく高
濃度に吸着し得る最適な支持体の１種のポリアクリルア
ミドゲルとして利用することができる。さらに該グラフ
ト化超微粒子では、末端官能性オリゴマーを表面に高濃
度に結合できることから、アフィニティークロマトグラ
フで使う充填材への適用に止まらず、該オリゴマーの末
端官能基に直接、大きな反応性のある目的物質を固定化
することもできることから、化粧品用素材、診断薬用素
材、現像剤（トナー）、塗料などの製造にも十分に適用
できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤玲子東京都中央区日本橋馬喰町１丁目４番16号藤森工業株式会社内 (72)発明者永田政令東京都中央区日本橋馬喰町１丁目４番16号藤森工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶媒中に表面官能基を有する粒径０．０
５〜０．５μｍのポリアクリルアミド系超微粒子および
末端官能性オリゴマーを添加し、混合撹拌して該ポリア
クリルアミド系超微粒子を分散させると共に末端官能性
オリゴマーを溶解させ、その後に反応温度５０〜１００
℃としてグラフト化反応させることにより、該ポリアク
リルアミド系超微粒子に該末端官能性オリゴマーを導入
することを特徴とするグラフト化超微粒子の製造方法。
【請求項２】前記表面官能基が、アミド基、カルボキ
シルキ基およびアミノ基よりなる群から選ばれてなる少
なくとも１種であることを特徴とする請求項１に記載の
グラフト化超微粒子の製造方法。
【請求項３】前記末端官能性オリゴマーが、ＨＯＯＣ
（ＣＨ₂）_nＣＯＯＨ、Ｈ₂Ｎ（ＣＨ₂）_nＣＯＯＨ、
Ｈ₂Ｎ（ＣＨ₂）_nＮＨ₂、Ｈ₂Ｎ（ＣＨ₂）_nＳＨお
よびＨ₂Ｎ（ＣＨ₂）_nＯＨ（式中のｎは７以下の整数
である）のいずれか１種であることを特徴とする請求項
１または２に記載のグラフト化超微粒子の製造方法。
【請求項４】前記ポリアクリルアミド系超微粒子が温
度０〜４０℃で、比重０．３〜１．２であることを特徴
とする請求項１ないし３のいずれかに記載のグラフト化
超微粒子の製造方法。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の製
法によって得られたグラフト化超微粒子であって、該グ
ラフト化超微粒子１ｇ当たりの官能基濃度が０．００１
ｍｇ当量以上であることを特徴とするグラフト化超微粒
子。
【請求項６】請求項１ないし４のいずれかに記載の製
法によって得られたグラフト化超微粒子であって、主と
して該超微粒子の表面に末端官能性オリゴマーが導入さ
れていることを特徴とするグラフト化超微粒子。