JPS5821641B2 - 親水性ゲル材料の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水に不溶性であるが膨潤性を有する親水性ゲ
ル材料に関する。

更に詳しくは水溶性ポリマーであるプルランと該プルラ
ンの水酸基と反応してエーテル結合を形成する二官能性
物質との反応生成物からなる親水性ゲル材料に関し、そ
の目的とするところは水及び成る種の極性有機溶媒にも
適用できるゲルとしての種々の用途、特に分子ふるい効
果を利用した液体の分離精製材料として有用な親水性ゲ
ル材料を提供することにある。

従来、親水性ゲル材料としては、デキストラン、デンプ
ン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドなどの
架橋体からなる合成ゲル、あるいは寒天ゲルのごとき天
然系のゲル材料などが知られている。

通常、液体中に溶解している種々の化合物を分離するた
めのクロマト担体ゲルとしては低分子量から高分子量に
わたる広範囲の分子量域に適用できるゲル材料が望まれ
る。

このために、合成ゲル材料の場合には、架橋密度を種々
変化させることによって膨潤時の三次元的な網目の大き
さを制御する方法が用いられている。

すなわち、架橋密度の大きいゲルは低分子量域の、また
架橋密度の小さいゲルは比較的高分子量域の分画に適用
される。

しかしながら、従来の合成ゲル材料は、一般に架橋密度
を小さくして高分子量域の分画に適するゲルを得ようと
すると、ゲル自身の力学的性質が急激に低下し、もはや
実用に供しうろことは困難となる。

従って通常は、このような高分子量域の分画には、ゲル
強度の大きい寒天ゲルが多く用い・られている。

しかし、この寒天ゲルにおいても使用温度域が著しく制
限されたり、乾燥状態で取扱うことが困難であるなど種
々の問題がある。

本発明者らは、これらの問題を顧みて、鋭意検討を行な
った結果、種々のすぐれた特徴を有するプルランを出発
物質として、これを架橋せしめることによって、すぐれ
た膨潤性能と力学的性質を有する親水性ゲル材料が得ら
れることを見出した。

すなわち、本発明に用いられるプルランは、下記の如き
グルコースの三量体であるマルトトリオースを単位とし
て、この三量体とは異なった結合であるα−１，６結合
により反復結合した線状重合体であって、グルコース単
位に含まれる水酸基の反応性を利用して、エーテル結合
、エステル結合及びその他の結合に基づく種々の架橋方
法が適用され、いずれの場合にもゲル材料として有用で
あることが判った。

（ここでｎは重合度を表わす整数） 本発明者らは更に、液体クロマト用のゲル材料を主目的
とするゲル材料に関して検討を重ねた結果、本発明に規
定するプルランと二官能性物質との反応生成物が、化学
的安定性、ゲルの調整法、。

その他の点で特に好ましい事を見出し、本発明をなすに
至った。

本発明におけるゲル材料はプルラン分子間にＲ，−〇−
Ｒ−０−Ｒ２（ここでＲ１，Ｒ２はプルランの、Ｒは二
官能性物質のそれぞれ反応残基を表。

わす。

）で表わされるエーテル架橋が形成された三次元網目構
造からなり、膨潤状態における含水率、すなわち乾燥ゲ
ル１ｇによって吸収される水のグラム数が１ないし１０
０ ｇ／９の範囲、好ましくは１ないし５０１／ｇの範
囲にある。

該含水。率は膨潤時におけるゲルの網目すなわち細孔サ
イズに関係し、クロマト担体に用いる場合に、排斥限界
分子量の指漂となるが、その値はプルランと二官能性物
質の種類及び反応条件を選択することにによって容易に
変化させることが出来る。

本発明に用いられるプルランは、最近にいたるまで、水
に可溶な粘質物として知られているのみであったが、本
発明者らの研究により、親水性ゲル材料として好適に使
用しうるばかりでなく、実用上多岐にわたる用途分野に
も好適に用いられる種々の優れた性質を有することも明
らかとなった。

すなわち、本発明に用いられるプルランは、その分子中
にグルコース単位を含むとは言え、従来より知られてい
る多糖類、例えばデンプン及び酸化デンプン、酵素化デ
ンプン、エーテル化デンプン、アミン化デンプンなどの
デンプン誘導体、セルロース及びアルキルセルロース、
ヒドロキシアルキルセルロース、カルボキシメチルセル
ロースなどのセルロース誘導体やデキストランあるいは
アラビヤゴムなどとは分子構造が全く異なり、従ってそ
の性質にも著しい相違がある。

例えば、プルランは冷水及び熱水にも極めて溶解し易く
、その水溶液の粘度が著しく低いこと、しかも水溶液は
ゲル化、老化などの現象もなく長期間安定である丘とり
どの水溶液としての性質、卓越した膜形成能を有すると
共に、特に膜の透明性あるいは力学的性質が優れている
ことなどの固体としての性質、さらに毒性がなく、生体
への適合性も良好であることなどの多くの好ましい性質
を有している。

本発明に用いられるプルランはその製造方法に特に制限
はない。

現在は、不完全回であるプルラリャ属の菌株を培養する
ことにより、菌体外粘質物として分離採取することがで
きる。

すなわち、菌株としてはプルラリャプルランスを用い、
１０％の水飴、０．５係のに２ＨＰＯ，，０，１係のＮ
ａＣｌ、０．０２％のＭｇＳ Ｏ，−７Ｈ２０，０，０
６係の（Ｎ Ｈ４） ２ Ｓ ０４．０．０４係の酵母
エキスを；含む培地に接種して２４℃で５日間振盪培養
を行なうか、またはグルコースを炭素源とした培養によ
る菌体外粘質物として得られる。

必要ならば、培養液から遠心分離により菌体を除去し、
メタノールで沈澱分離を行なうことにより精製プルラン
が得られる。

該プルランは、その生産される菌株の種類により物性が
若干具なるが、本発明においてはいずれの場合も用いる
ことができる。

さらに本発明において用いられるプルランとしては、水
に可溶な範囲内においてアルキル基、ヒドロキシアルキ
ル基、カルボキシル基、スルホン基あるいはアミン基な
どが導入されたプルラン誘導体を用いることもできる。

本発明に用いられる二官能性物質は、一般式Ｘ−Ｒ−Ｚ
（但し、Ｒは工ないし３０個の炭素原子を含有する脂肪
族基を表わし、該脂肪族基は置換基、好ましくは１又は
それ以上の水酸基を含むことができ、さらに酸素原子の
如き１又はそれ以上の異種原子を介在させることができ
る。

Ｘ及びＺはそれぞれ／’％Ｄゲン原子またはエポキシ基
を表わす。

）で表わされる。適当な二官能性物質としてはエピクロ
ルヒドリン、エビブロモヒドリン、ジクロルヒドリン、
ジブロモヒドリン、１．２−３．４−ジェポキシブタン
、ジグリシジルエーテル、１，４−ブタンジオール−ジ
−グリシジルエーテル、１，６−ヘキサンシオールージ
ーグリシジルエーテル、グリセリン−ジ−グリシジルエ
ーテル、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、
ネオペンチルクリコール−ジ−グリシジルエーテル及び
その他の類似化合物が例示される。

本発明の目的とする親水性ゲル材料を得るためのプルラ
ンと上記の二官能性物質との反応は、アルカリ性物質お
よび適当な溶媒の存在下で行なわれる。

通常、好適な溶媒として水が用いられる。しかし所望な
らば反応に悪影響を及ぼさない範囲において、他の溶媒
あるいは水を含む混合溶媒を用いることもできる。

アルカリ性物質としては、水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウムなどのアルカリ金属水酸化物、水酸化カルシウム
、水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属水酸化物
、あるいは場合によっては、エチレンジアミン、ジエチ
レントリアミン、トリエチルアミンなどの有機アミン類
を用いることができるが、就中、好ましいアルカリ性物
質は水酸化ナトリウムである。

本発明の目的とする親水性ゲル材料の含水率は、プルラ
ンの分子量、溶媒中でのプルランおよび二官能性物質の
濃度比、あるいは反応温度、反応時間などに依存する。

仮に、他の反応条件を一定に保持したとすれば、生成ゲ
ルの含水率は、溶媒の量と共に増大し、プルランの分子
量あるいは二官能性物質の添加量の増加と共に低下する
。

従って所望の含水率を有するゲルは、これらの諸条件を
許容し得る範囲内で種々選択することによって得られる
。

本発明において用いられるプルランの分子量は、特に制
限はないが、平均分子量がＩ Ｘ １０’以上で・ある
ことが望ましい。

また反応溶媒中でのプルランの濃度は、プルランの分子
量や溶媒の種類によっても異なるが、通常は５重量％な
いし８０重量宏好ましくは２００重量％いし６００重量
％ある。

二官能性物質の量は、その種類およびその他の反応条件
によって適宜定められるが、一般にプルランの１００重
量部に対して５重量部ないし、１００重量部の範囲にあ
る。

またアルカリ性物質の添加量は、単に触媒としての効果
のみに期待し得る場合には、極く少量で十分であるが、
エピクロルヒドリン、シフモヒドリンナト、ハロゲンを
含む二官能性物質を用いる場合には、ハロゲン分離作用
をうけて生成するハロゲン化水素を中和するために十分
な量であることが望ましい。

反応温度は反応時間との関連において設定される。

本発明の方法においては、比較的低温においてもゲル生
成物を得ることができるが、反応完結までに長時間を要
する。

しかし一方、反応温度を必要以上に上昇せしめることは
好ましくなり＞ｆｆｉ＋Ｊ反応を生じ易い。

従って通常の反応温度としては、１５℃ないし９０℃の
範囲、好ましくは３０℃ないし７０°Ｃの範囲である。

一般に反応は１時間ないし２４時間で完了するが、２時
間ないし５時間で完了させるのが望ましい。

反応条件によっては１０分以内にゲル生成が認められる
場合もある。

更に、このような反応から得られたゲルに対しては、反
応の最初に適用した温度より幾分高い温度で後硬化する
ことが望ましい場合もある。

通常、後硬化に於て適用される１温度は５０℃ないし９
０℃の範囲である。

このような後硬化操作は通常７時間程度で全く充分であ
り、２時間ないし３時間で完了せしめるのが好ましい。

反応が完了したのち、生成物は中和、洗浄工程を経て乾
燥される。

上記の如き反応から得られる親水性ゲル材料は水溶媒系
のみならず、ジメチルホルミアミドなどの極性有機溶媒
系に溶解している種々の化合物に対して、分子ふるい効
果を有し、脱塩、廃水処理、その他の分離、精製分野で
有用な用途が期待されるものである。

かかる目的に用いられるゲ゛ルの形状としては１０μな
いし５００μの直径を有する球状であることが望ましい
。

本発明の方法において採用される球状の親水性ゲル材料
の製造法としては、プルラン水溶液を該溶液と不混和性
で、かつ分散安定剤を含有する液体分散媒中に、液滴と
して分散せしめた二相系で反応せしめる方法が用いられ
る。

本発明の方法に用いられる分散媒としては、ノルマルヘ
キサン、ヘプタン、イソへブタン、イソオクタン、ベン
ゼン、トルエン、キシレン、灯油、シクロヘキサン、メ
チルシクロヘキサン、テレピン油などの炭化水素類、ジ
クロルメタン、１．２−ジクロルエタン、ジクロルペン
クン、モノクロルベンゼン、０−ジクロルベンゼン、ト
リクロルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類が例示さ
れ句プルラン水溶液を分散媒中に分散せしめるための安
定化剤としては、例えばポリビニルアセテート、ポリイ
ソブチレン、セルロースアセテートブチレート、ポリス
チレン、ポリエチルビニルエーテル、ポリメタクリル酸
メチルなど、プルラフの水溶液とは不混和性であるが分
散媒には溶解する高分子量重合体を挙げることができる
。

一般には、プルラン溶液を所望の大きさに分散せしめる
には、これらの分散安定剤と反応系の攪拌効果の助けを
かりることにより十分であるが、必要ならば洗浄剤型の
界面活性剤を添加することもできる。

更に本発明の方法に関して具体的に説明すれば、反応に
用いられる装置としては、攪拌が効果的であり、かつ攪
拌速度を正確に制御できるものであれば十分であり、特
殊な装置を必要としない。

生成するゲル粒子の大きさは、分散条件を経験的に見出
すことによって決定される。

反応操作としては、種々の手順が考えられ、本発明を実
施する上に特に限定されるものではないが、好適には次
の方法が推奨される。

すなわち、一定温度、一定攪拌状態の下、一定割合の分
散安定剤を添加した分散媒中に、一定割合のアルカリ性
物質を含むプルラン水溶液を加え、所望の寸法の液滴に
懸濁させたのち、この二相系に二官能性物質を所望なら
ば段階的方法で添加し反応せしめる方法が得策である。

生成したゲル粒子は沖過または遠心分離により分離され
、分散安定剤が洗浄除去されたあと、水中で中和後脱塩
精製されかつ乾燥される。

以上の如き本発明の親水性ゲル材料は膨潤状態において
透明であり、含水率が大きい状態でも好ましいゲル強度
を有することから、クロマト担体のみならず、水に対す
る膨潤性、保水性などを利用した種々の用途に用いるこ
とができる。

つぎに実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明するが
、本発明は下記実施例によりなんら限定されるものでは
ない。

なお実施例における部は重量部を表わす。

実施例 １ 平均分子量５０．０００のプルラン１００部を３５０部
の水に均一に溶解し、この溶液に水酸化ナトリウムの５
Ｎ水溶液１００部を加えた混合液を攪拌状態下で４５℃
に保ち、次いでエピクロルヒドリン２８部を添加して反
応せしめた。

エピクロルヒドリンを添加して７分後にゲル化が認めら
れ、以後攪拌を停止した状態で７時間反応せしめた。

反応終了後、水に不溶の膨潤している生成物をミキサー
で粉砕し、水洗後右塩酸で中和して水洗、濾過を数回く
り返し、エタノールで収縮させ、７０°Ｃで２４時間減
圧乾燥した。

このゲルの含水率はＩＬ３ｇ／９であった。

なお、ジメチルトル゛ムアミドに膨潤させた場合の溶媒
吸収量は１１．０ｇ／ｇであった。

実施例 ２ 平均分子量５０．０００のプルランを用い、水酸化ナト
リウム５Ｎ水溶液５０部、エピクロルヒドリン１４部を
用いたほかは実施例１と同様にして反応せしめた。

この場合にはエピクロルヒドリンを添加して１０分後に
ゲル化が開始した。

得られタケルの含水率は２０．６＆／ｊ！であった。

実施例 ３ 平均分子量３９．０００のプルラン１００部を３５０部
の水に溶解し、この溶液に水酸化す十すウムの０．５Ｎ
水溶液１００部を加え、さらにエチレングリコール−ビ
ス−エポキシプロピルエーテル２０部を添加し、４５℃
で４時間反応せしめたのち、実施例１と同様にして精製
、乾燥し、粉末ゲルを得た。

このゲルの含水率は５３．３ｇｌ＆であった。

実施例 ４ 平均分子量３５．０００のプルラン１００部を１００部
の水に溶解し、この溶液に５Ｎの水酸化ナトＩＪウム水
溶液１００部を加えて均一な混合溶液とした。

この混合溶液をポリビニルアセテート１５部、トルエン
８００部からなる分散媒中に徐々に添加し、液滴状に分
散せしめた。

この場合反応容器に備えられた攪拌器の回転速度は毎分
８００回転に調整した。

水性溶液を添加後１時間して２５部のエピクロルヒドリ
ンを添加し、５０℃に於て３時間反応せしめた。

反応終了後、室温に冷却し、反応混合物を次の手順で処
理した。

まず、生成ゲルを反応容器の底部に沈積させたのち、デ
カンテーションを行い、さらにこのゲルを５００部のト
ルエン中に分散させたのち、濾過を行なう工程を３回く
り返してポリビニルアセテートを除去した。

次にこのゲルをメタノール中に分散させ洗浄し濾過を行
なったあと、水中に分散させた状態で希塩酸を加えて中
和後デカンテーション、濾過を数回くり返し精製した。

次いで水中に分散状態にあるゲルをエタノールを用いて
収縮させ濾過を行ない、得られたゲルを７０℃で２４時
間減圧乾燥し、乾燥ゲル８５部を得た。

この乾燥ゲルはふるいを用いて２５０〜１２５μ、１２
５−１００μ、１００〜７４μ、７４〜３７μにそれぞ
れ分級したが、すべて正確な球状粒子であった。

このゲルの含水率は３．５９７ｇであった。

なお他の溶媒吸収量はジメチルホルムアミドの場合３．
１ｇ／ｇ、クロロホルムでは０．２ｇ／Ｅｌであった。

実施例 ５ 平均分子量５０．０００のプルラン１００部を２００部
の水に溶解し、この溶液に５Ｎの水酸化ナトリウム水溶
液１００部を加えて均一な溶液とし、以下反応は実施例
４と同様に行ない球状のゲル７３部を得た。

このゲルの含水率は６．０ｇ／ｇであった。

実施例 ６ 平均分子量１００．０００のプルランを用いた以外は実
施例４と同様にして反応せしめた。

得られたゲルは同様に正確な球状粒子であり、含水率は
２．１ｇ／ｇであった。

実施例 ７ 平均分子量１００．０００のプルラン１００部を２５０
部の水に溶解し、この溶液に５Ｎの水酸化ナトリウム水
溶液５０部を加え、実施例４と同様にしてエピクロルヒ
ドリン１０部を添加して反応せしめた。

得られたゲルは球状であり、含水率は３１、ｏ９／ｇで
あった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プルランと一般式Ｘ−Ｒ−Ｚ（但し、ＸとＺはハロ
   ゲン原子またはエポキシ基、Ｒは１ないし３０個の炭素
   原子を有する脂肪族基を表わし、該脂肪族基は１又はそ
   れ以上の水酸基を含むことができ、また１又はそれ以上
   の異種原子を介在させることができる。 ）で表わされる二官能性物質とをアルカリ性物質の存在
   下に反応せしめる方法において、プルランの水溶液を、
   該水溶液と不混和性で、かつ分散安定剤を含有する液状
   分散媒中に分散せしめた状態で反応せしめることを特徴
   とする球状の親水性ゲル材料の製造法。