JPS585202B2 - シンスイセイイオンコウカンヨウジユウゴウタイゲルノセイゾウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、親水性の非イオン性単量体とイオン性単量体
との共重合反応によって製造されるイオン交換体に関す
るものである。

本発明によってえられる親水性イオン交換用ゲルは、傷
つきやすい物質、たとえば、タンパク質、ポリペプチド
、抗原、酵素、核酸およびそれらの高分子量の物質（ｆ
ｒａｇｍｅｎｔ ）のような生化学的原体の単離ある
はクロマトグラフによる分離にとくに適するものであり
、この他にも多くの有用性を有するものである。

単離操作は最も基礎的で、かつ、重要な化学操作の一つ
であり、イオン交換反応の可能な基を有する物質は、こ
の操作で用いる重要な手段であるといえる。

もちろん、イオン交換材料は、この他にも数多くの重要
な用途を有する。

これまで数多くのイオン交換用材料が開発されてきたが
上記の用途に関する種々の要求を満足させるようなもの
はまだ製造されていない。

イオン交換用材料としては、ゼオライトのような硅酸ア
ルミニウムに代表される天然物、スルホン化石炭のよう
な天然物に簡単な手を加えたもの、有機物と同様に合成
された無機物が知られている。

無機合成イオン交換材料としてはごく限られた数の物し
か用いられていない。

現在重要なのは、合成ゼオライトの他にトリウム、チタ
ン、ジルコニウムのリン酸塩、モリブデン酸塩、タング
ステン酸塩などである。

これまで数多くの有機の合成イオン交換材料が製造され
てきたし、現在も製造されている。

古くはフェノール−ホルムアルデヒドおよび尿素樹脂か
ら始まり、今日ではアクリル酸およびその誘導体とジビ
ニルベンゼンおよびスチレン−ジビニルベンゼンとの共
重合体のイオン交換樹脂にまで至っている。

上述したタイプのイオン交換材料は、タンパク質、ポリ
ペプチド、核酸およびそれらの物質のような複雑な立体
構造（第一級、第二級および第三級の構造）をもつ生化
学的原体の傷つきやすい化合物の単離またはクロマトグ
ラフによる分離を目的とする場合はほとんど適当ではな
い。

このタイプのイオン交換材料は、無機のイオン交換材料
のように不適当なイオン特性を有したり、有機のイオン
交換材料のように撥水性の芳香族マトリックスの表面上
で生じる強力な撥水力（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂ １ｃｉｎ
ｔｅｒａｃｔｉｏｎ ）のために傷つきやすい生化学的
物質の高次元の構造を破壊し、変質させてしまう。

したがって、このようなイオン交換材料を用いた場合は
、高価な物質の大きな損失をもたらし、またはまったく
使用にたえない。

さらに付言すると、従来のイオン交換樹脂は、かなり数
多くの架橋によりごく表面の官能基のみが天然の巨大分
子の吸着に使用されるに過ぎない。

こういう理由で、天然の重合体の変質を起さず、巨大分
子を受は入れやすい親水性のイオン交換材料が求められ
、そして作られたのである。

この種のイオン交換材料としては、カルボキシメチルセ
ルローズ、ジエチルアミノエチルセルローズなどのセル
ローズのイオン交換性誘導体、カルボキシメチル−、ジ
エチルアミノエチル−、スルホエチル−、スルホプロピ
ル−１および第４級アミノエチル−ポリデキストラン誘
導体のようなポリデキストランのイオン交換性誘導体が
ある。

これらのイオン交換材料の有利な点は、親水性の水酸基
を連鎖に多数有している多糖類の構造であることであり
、ポリデキストランでは架橋がほとんどなく、またセル
ローズでは繊維構造であることである。

すなわち、孔が広いために巨大分子がイオン交換材料の
官能基まで充分入り込めるからである。

現在では、これらの物質は、タンパク質、ポリペプチド
、核酸、それらの高分子量物質およびその他の化合物の
吸着やクロマトグラフ用にいくつかの製造会社により供
給され、実験室規模のみでなくプラントでも採用されて
いる。

これらの物質の欠点は、機械的強度が比較的小さいこと
と化学的安定性に乏しいことである。

なぜならば、機械的にも化学的にも抵抗性の少いセルロ
ーズとかポリデキストランという生化学的原体物質がイ
オン交換用材料の製造に用いられているからである。

もう一つの欠点は、その粒子の形および性質である。

今日のようにイオン交換用材料の製造用に天然繊維が短
かくされている時でさえも、セルローズの繊維の束では
球状には作れない。

カラムのバッキングは圧力が高いときは圧縮フェルトの
形となり、カラムが詰ってしまう。

したがって、こういう材料は、かなり高い流速と圧力を
必要とし球状の粒子が要求される近代的な液体クロマト
グラフィにはふされしいものではない。

粒子が球型であると便利であるのみならずプラントの建
設のためにも適している。

ポリデキストランは球状に作られているが、大変柔く、
また、溶液のイオン強度によりその容積がかなり変化す
る。

このためにカラムの中での再生や水洗ができないのであ
る。

カラムは使用の都度詰め直さなければならず、実験室的
な使用やとくにプラントへの使用を困難にしている。

このことに加えて、柔い球状物の変形やカラムの詰り現
象（ｃｌｏｇｇｉｎｇ）が流速を高めたり、圧力を高め
た時に生じるのである。

以上述べたようなタイプのイオン交換材料は、近代的な
液クロマトグラフイを目的とした場合ふされしくない。

２種のイオン交換性誘導体（セルローズおよびポリデキ
ストラン誘導体）は、高いｐＨ値に、とくに高温では敏
感であり、酸化にたいして、また他の化学薬品にたいし
て弱いものである。

さらに加えて、この両種の誘導体は加水分解性酵素によ
って分解し、微生物によっても簡単に侵されるのである
。

本発明の目的は、合成された親水性単量体とイオン性単
量体と適当な架橋剤の三元共重合によるイオン交換性材
料の製造法を提供することにあるこのようにしてできた
生成物は親水性があり、必要なイオン特性を有し、広い
範囲で制御可能な多孔性であり、かつ、良好な化学的な
らびに機械的安定性を有している。

これらすべての特性は、後述するような三元共重合反応
を行うことにより達成される。

三元系懸濁共重合反応は、下記の一連の化合物の群から
選ばれた懸濁安定剤の存在下に水性分散媒体中で行なわ
れる。

懸濁安定剤としては、ポリビニルピロリドン、ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルアセテートの部分加水分解物
あるいは部分やペクチン類のような天然に存在する高分
子物質が挙げられる。

非イオン性官能基である水酸基やアミド基を含有する親
水性単量体としては、ヒドロキンアルキルアクリレート
類、ヒドロキシアルキルメタアクリレート類、オリゴ−
またはポリグリコールアクリレート類、オリゴ−または
ポリグリコールメタクリレート類、アクリルアミド類、
メタクリルアミド類、Ｎ−置換アクリルアミド類および
メタクリルアミド類などがあげられる。

一方、イオン性官能基を含有する単量体としては、アク
リル酸、メタクリル酸および一般式 （ここでＲ１はアルキル基またはアルキレン基、Ｒおよ
びＲ３はアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アミノア
ルキル基または水素原子を示す。

）を示す。

〕の単量体が挙げられる。架橋剤としては、２個または
それ以上のアクリロイル基またはメタアクリロイル基を
有する単量体、たとえば、アルキレンジアクリレート類
、アルキレンジメタクリレート類、オリゴグリコールジ
アクリレート類、オリゴグリコールジメタクリレート類
、ポリグリコールジアクリレート類、ポリグリコールジ
メタクリレート類、アルキレンビスアクリルアミド類、
アルキレンビスメタクリルアミド類、ジビニルベンゼン
などが挙げられる。

このようにしてできた本質的に多孔質で、かつ、巨大気
孔質または半巨大気孔質の空気乾燥性ゲル（ａｅｒｏ
−ｘｅｒｏｇｅｌ ） マトリックス種は、機械的に高
い安定性と圧力にたいする抵抗性および化学的な安定性
をもったイオン交換材料に使用される。

このようにして形成された誘導体は、酸およびアルカリ
による加水分解にたいし、また、酸化にたいして抵抗性
があり、有機溶媒による影響にも強い。

出発単量体が微生物の基体として適しているかも知れな
い生化学的原体化合物ではないので、製造されたゲルは
細菌やカビによる汚染に対しても抵抗性がある。

共重合体は、水溶液中でごく僅かして膨潤せず、その粒
子はイオン強度を変化させても、その大きさが変らない
。

このことはイオン交換材料の容量を大きくしたときでも
いえる。

したがって、本発明によるイオン交換材料は再生が容易
である。

また、その細孔の大きさを合成時に広い範囲で調節でき
るので、天然の巨大分子重合体を１００万の分子量のも
のまで浸透させる有利性を有し、かくして所要の目的に
合致した最適の物質の製造ができるのである。

さらに付言すれば、種々の大きさの分子にたいするイオ
ン交換材料の選択性は気孔率を適当に選ぶことにより達
成される。

これらの特徴を有するために、新規のイオン交換材料は
、実験室はもとより製造規模においても通常のあるいは
加圧したカラムで使用可能であり、液体クロマトグラフ
ィの開発に使用することも、また、カラムでのあるいは
バッチ方法による製造を目的として吸着に利用すること
も可能である。

本発明による新規な物質は、生物重合体を変質させない
放生物ポリマーの吸着やクロマトグラフィによる分離に
適しているが、もちろんこの物質の用途はこれらに限定
されるものではない。

これらのイオン交換材料は、球状にあるいは塊状に、薄
膜に、管状に繊維状に、箔にあるいはベルト状に作られ
うる。

糸またはひも状に使ったものはコンベアベルト上での連
続的吸着および脱着を目的としてイオン交換用織物の形
に編まれる。

本発明にかかるイオン交換材料の製造手順は以下の実施
例でさらに明らかにされるが、もちろん本発明はこれら
に限定されるものではない。

実施例 １ 連続的に回転数を調節できるステンレス製カイ型攪拌機
と温度計およびサーモスタットのついたジャケットを備
えた容量１１のガラス製オートクレーブを用い、８８．
８部のシクロヘキサノール、１９．５部のドデシルアル
コールおよび６００部の水の存在下に３２，７重量部の
２−ヒドロキシエチルメタクリレートと２４．５重量部
のＮ−Ｎ−ジエチルアミンエチルメタクリレートおよび
２４，５重量部のエチレンジメタクリレートの懸濁共重
合反応を８０℃で１２時間行った。

この際、０．８部のアゾビスイソブチロニトリルをラジ
カル反応開始剤として用いた。

懸濁物には６部のポリビニルピロリドン（ＢＡＳＦ社製
ＭＷ＝７５００００）を加えて安定化した。

重合反応終了後、ゲルを水およびアルコールで完全に洗
浄し、粒子の大きさによって分別し、常法によりそのイ
オン交換容量を決定するために滴定し、１．２８ ｍｅ
ｑｕｉｖ ７ｇの結果をえた。

Ｎ−Ｎ−ジエチルアミノエチルメタクリレートの始めの
濃度を変えた以外は上記方法と同様にして三元共重合反
応を行った。

生成物のイオン交換容量をＹ軸にドライモノマー１ｇ当
りのミリ当量で、Ｎ−Ｎ−ジエチルアミノエチルメタク
リレートの濃度をＹ軸に当初の単量体混合物の％でプロ
ットした結果を第１図に示す。

第１図は三元共重合体のイオン交換容量は、イオン性単
量体の始めの濃度に依存することを示している。

実施例 ２ イオン性モノマーとして２−スルホエチルメタクリレー
トを用いた以外は実施例１と同様にして強酸性カチオン
交換樹脂を合成した。

球状の生成物が分離され、実施例１と同様にしてそのイ
オン交換容量を測定したところ、１．３９ ｍｅｑｕｉ
ｖ ／ ｇであった。

実施例 ３ 実施例１で用いたのと同じ装置を用い、９０部のシクロ
ヘキサノールと１０部のラウリルアルコールの存在下に
４１．６重量部の２−ヒドロキンエチルアクリレート、
８．２部のＮ−Ｎ−ジエチルアミノエチルメタクリレー
トおよび３２部のジエチレングリコールジメタクリレー
トを共重合反応に供した。

生成物を分離洗浄したのち、イオン交換容量を測定した
。

実施例 ４ イオン性単量体としてＮ−Ｎ−ジメチルアミンエチルメ
タクリレートを用いた以外は実施例１と同様にして、巨
大気孔質構造を有する重合体を合成した。

実施例 ５ 実施例１と同じ装置を用い、１００部のシクロヘキサノ
ールの存在下、３３．５重量部のジエチレングリコール
モノメタクリレート、３２部のエチレンジメタクリレー
トおよび１６．５部のＮ−（２−スルホエチル）メタク
リルアミドの共重合反応を行った。

巨大気孔質な重合体が球型粒子の型でえられた。

水とアルコールで洗浄し、金網で粒径によって分別した
。

１００〜２００ミクロンの範囲の粒径のもので、イオン
交換容量を測定したところ、０．７３ ｍｅｑｕｉｖ
７ｇの結果をえた。

実施例 ６ ３８．５部のシクロヘキサノールと１０部のドデシルア
ルコールの存在下に、イオン性単量体として１４．９部
のメタクリル酸を用い、３５部の２−ヒドロキシエチル
メタクリレートと３２部のエチレンジメタクリレートと
の三元共重合反応を行った以外は、実施例１と同様にし
て重合体をえた。

生成した重合体は洗浄し分別したのち、弱酸性カチオン
交換樹脂として使用した。

実施例 ７ 実施例１と同様にして１．３３重量部の２−ヒドロキシ
エチルアクリレート、３２重量部のメチレンビスアクリ
ルアミドおよび１８部のジエチルアミノエチルアクリレ
ートを１００部のヘキサノールの存在下に共重合反応に
供した。

球状粒子の重合体がえられ、０．７ ｍｅｑｕｉｖ ７
ｇのイオン交換容量を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による生成物のイオン交換容量とＮ−
Ｎ−ジエチルアミノエチルメタクリレートの濃度との関
係を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ イオン交換用重合体の製造法において、ヒドロキシ
   アルキルアクリレート類、ヒドロキシアルキルメタクリ
   レート類、オリゴ−およびポリグリコールアクリレート
   類、オリゴ−およびポリグリコールメタクリレート類、
   アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ−置換アクリル
   アミド類およびＮ−置換メタクリルアミド類よりなる化
   合物群から選ばれた非イオン性基を有する親水性単量体
   と−ＮＨ−Ｒ，−８Ｏ３Ｈ（ただし、Ｒ１はアルキレン
   基、Ｒ２およびＲ３は水素原子、アルキル、ヒドロキシ
   アルキルまたはアミノアルキル基を示す。 ）を示す。 〕の化合物、アクリル酸およびメタクリル酸よりなる化
   合物群から選ばれたイオン性基を有する単量体と、さら
   にジアクリレート類、ジメタアクリレート類、アルキレ
   ンビスアクリルアミド類、アルキレンビスメタクリルア
   ミド類、ジビニルベンゼンおよび３個またはそれ以上の
   アクリロイルまたはメタクリロイル基がエステルまたは
   アミド結合に結合している他の化合物よりなる単量体群
   から選ばれた架橋剤とにより不活性成分および懸濁安定
   剤の存在下に水性分散媒体中で三元共重合反応によって
   製造することを特徴とするとくに生化学的に有用な化合
   物の分離に適したイオン交換用巨大気孔質物質の製造方
   法。