JPS60150838A - 陽イオン交換体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水酸基と、陽イオン交換基として７、ルホン
酸基を有し、機械的強度および化学的安定性にすぐれ、
たとえば、水溶媒系の液体クロマトグラフィー用充填剤
や分離用膜として用いるのに適した、陽イオン交換体に
関する。

水溶媒系で行なわれる液体クロマトグラフィー、特にゲ
ルパーミェーションクルマドグラフィー（以下ＧＰＣと
称する）は生体関連物質の分離、分析に用い得るため、
生化学、医学あるいは薬学等の分野で広く用いられてい
る。しかしＧＰＣは、血清や尿等の体液を直接注入でき
る利点を有するものの、分子量の近接した成分相互の分
離には必ずしも適していない。そのため近年ＧＰＣ用充
填剤にイオン交換基を導入した充填剤を用いて、ＧＰＣ
のもつ操作の簡便性とイオン交換基の作用によるより高
度の分離を同時に満たす液体クロマトグラフィーが注目
を集めている。

たとえば、架橋デキストランや架橋アガロースにスルホ
ン酸基を導入した構造を有する粒状重合体は、生体成分
の分離、分析を目的とした液体クロマトグラフィー用の
充填剤として用いられている。

しかしながら、これらの重合体はいずれも保持し得る水
の量が極めて高く、湿潤時の機械的強度が小さいため、
たとえば高速液体クーマドグラフィー用充填剤のような
小粒径で機械的強度を必要とするような用途に用いるこ
とはできない。

又、水酸基と陽イオン交換基を有する架橋重合体の例と
して、コーヒドｐキシエチルメタクリレート等水酸基を
有する単量体と、エチレングリコールジメタクリレート
等のアルキレングリコールジ（メタ）アクリレートの共
重合体の誘導体を挙げることができる（特公昭ｋｇ−！
；２０２号公報）。

しかしながら、コーヒドｐキシエチル（メタ）アクリレ
ートとフルキレングリコールジ（メタ）アクリレートの
共重合体は、架橋性単量体であるアルキレングリコール
ジ（メタ）アクリレートの疎水性ゆえに、生体成分の疎
水的吸着が起こる場合があり好ましくない（参考”　Ｃ
ｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ　ｏｆＳｙｎｔｈｅｔｉｃ
　ａｎｄ　’ｆＨｏｌｏｇｌｃａｌ　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ
＋　ｖｏｌ　／　、　Ｐ　１０／”ＥｌｌｉｓＨｆｌｒ
ｗｏｏｄ　ＬＴＤ　）。

又、スチレンとジビニルベンゼンの共重合体を骨格とす
る陽イオン交換体も公知であるが、骨格−ｃｈるスチレ
ン−ジビニルベンゼン共重合体の疎水性により、生体成
分の疎水的吸着が起こる場合があり好ましくない。

又、シリカゲルを母体とし、その表面にイオン交換基が
結合したイオン交換体も公知である（特開昭！ｒｋ−４
４７り６号公報）。しかしながら、シリカゲルを母体と
するイオン交換体はシリカゲルがアルカリ条件下で溶解
する等化学的に不安定である欠点を有する。

そこで本発明者らは鋭意検討の結果、水酸基とスルホン
酸基を有し、機械的強度が極めて大きく、かつ化学的に
安定で、疎水的吸着も少ないため、たとえば水溶媒系の
液体クロマトグラフィー用充填剤として用いた場合は、
高流速でかつ広い声範囲で使用でき、かつ生体成分等の
分析において高回収率をもたらす陽イオン交換体を見い
出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は重合体重量当りビニルアルコール単
位に由来する水酸基ｌＯ〜／’ＡＯｍｅｑ／ｆ、スルホ
ン酸基０．０１〜＆　Ｏｍｑ／ｆを有し、保持しりろ水
の量（以下保水量と称する）がＯ，Ｓ　−＜＜　Ｏり／
１である陽イオン交換体に関する。

本発明の陽イオン交換体は、ビニルアルコールに由来す
る水酸基をＩ　Ｏ”／　’ＡＯｒｒ１ｅｑ／？の範囲で
含む。

水酸基をこの範囲で含むことにより、共重合体より得ら
れる充填剤は親水性を有し、水中において多くの水溶性
物質に対して疎水的吸着や分配を示さない。水酸基の量
は、実用上は／Ｓ〜／１０ｍｅｑ／ｆの範囲にちるのが
さらに良い。

水酸基の量は水酸基を無水酢酸と反応させて消費した無
水酢酸の量、又は共重合体の重量変化を測定することに
よりめることができる。乾燥共重合体／ｙが／ｍｍｏｌ
の無水酢酸と反応したときの水酸基の量を／ｍｅｑ／ｌ
とする。

陽イオン交換体中のスルホン酸基は、０．０２〜りＯｍ
ｅｑ／を陽イオン交換体の範囲で存在する。スルホン酸
基がこの範囲で存在することにより、共重合体はスルホ
ン酸基に由来する化学的特性、たとえばイオン交換機能
あるいは水溶液中において水溶性物質に対してイオン交
換作用に基づく分配特性を示し、かつ、液体クロマトグ
ラフィー用充填剤として必要々強度を有する。スルホン
酸基の量は実用上は００Ｓ−ユＯｍｅｑ／ｆの範囲にあ
るのが好ましい。

スルホン酸基の量は通常のイオン交換樹脂の交換容量の
測定方法でめ得る（参考“イオン交換−理論と応用への
手引−″　Ｒ，Ｗ、　Ｇｒｉｍａｈａｗ　ａｎｄ　Ｃ，
Ｅ。

Ｈａｒｌａｎｄ著、黒田他訳、ｐｑｇ、丸善）。

本発明の陽イオン交換体は架橋構造を有する。

架橋構造は特に限定されないが、ドリアクン環を有する
架橋性単量体単位によって架橋された構造が好ましい。

トリアジン環を有する架橋性単量体単位とけ、次式（蜀
、（Ｂ）で示される単量体が重合又は共重合して形成す
る構造を表わす。

Ｒ３ （４）　（Ｂ） （ただしＲ１、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立に＝ＣＨ
２ＣＨ＝ＣＨ２、−ＣＨ２Ｃ＝ＣＨ又は−ＣＨｚ　Ｃ＝
　ＣＨ２２□よ。、　晶・ なかでも式（４）においてはＲ１、Ｒ２およびＲ３がす
べて＝ＣＨ２ＣＨ＝ＣＨ２であるトリアリルインシアヌ
レートは特に好ましい。

陽イオン交換体を形成する単量体単位中の架橋性単量体
単位の割合は、次式（１）で表わされる範囲にあるのが
好ましい。

（ただし、ａは陽イオン交換体中の架橋性単量体単位を
除く単量体単位のモル分率、ｂけ架橋性単量体単位のモ
ル分率、ｎは架橋性単量体１分子が有する重合可能なビ
ニル基等の官能基の数である。） 高速液体クロマトグラフィー用充填剤のように特に機緘
的強度を必要とする場合は（１）式の左辺はθコである
ことがさらに好ましい。

陽イオン交換体から得られる充填剤の分離能と強度をバ
ランスさせるためには保水量を適正な範囲に保つことが
必要である。従来水酸基とスルホン酸基を有する架橋ア
ガロースや架橋デキストランから得られる充填剤は、前
述のように含水量が高くて機椋的強度が小さく、その傾
向はポアサイズの大きい充填剤で特に大であった。本発
明の陽イオン交換体から得られる充填剤はポアサイズに
かかわらず含水量がＯ左〜’Ａ　Ｏｆ／ｌ　、好ましく
はＯ５−３０２／２の範囲にあり、高速液体りｐマドグ
ラフィー用充填剤にも用い得る十分な強度を有する。

陽イオン交換体の保水量は、陽イオン交換体重量当りの
量で表わされ、水中で十分膨潤させた陽イオン交換体を
フィルター付の遠沈管に入れ、共重合体表面の付着水を
遠心分離したのち共重合体を乾燥して、乾燥前後の重量
変化からめ得る。

本発明の陽イオン交換体の形状は特に限定されることは
なく、使用方法に応じて粒状、膜状、糸状、塊状等任意
の形状をとり得る。液体りｐマドグラフィー用充填剤と
して用いる場合は粒状又は球状が好ましい。その場合の
粒径は特に限定されないが、通常は重量平均粒径で３〜
５θＯμｍの範囲にある。高速液体りｐマドグラフィー
用充填剤として用いる場合はＪ−２０μｍ、さらに実用
的には３〜７３μｍの範囲にあるのが好ましい。

次に、本発明の陽イオン交換体の製造法の一例を示す。

本発明の陽イオン交換体はたとえばカルボン酸ビニルエ
ステルとトリアジン環を有する架橋性単量体よりなる共
重合体のエステル基の／Ｑ〜ざθチを、ケン化又はエス
テル交換反応によって水酸基に変換せしめたのち、水酸
基の一部を、たとえば７’９パンスルトン、ブタンスル
トン等と反応させることによって得ることができる。

ここ↑カルボン酸ビニルエステルとは、重合可能なカル
ボン酸ビニルエステル基を一つ以上有する化合物のこと
で酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、吉草
酸ビニルおよびピバリン酸ビニルの中から選ばれ、単独
又は二種以上の組合わせで用いられる。なかでも重合や
エステル交換又はケン化および入手の容易さから酢酸ビ
ニルやプルピオン酸ビニルが特に好ましい。

又、トリアジン環を有する架橋性単量体とは、前述の式
（ト）又は（Ｂ）で表わされるものである。なかでも（
Ａ）においてＲ１、Ｒ２およびＲ３がすべて−ＣＨｚ　
ＣＨ＝　ＣＨｚであるトリアリルイソシアヌレートは酢
酸ビニルとの共重合性が良く、かつエステル交換又はケ
ン化に対して安定性が大きいので架橋剤として好ましい
。

カルボン酸ビニルエステルとトリアジン環を有する架橋
性単量体よりなる共重合体を得るための重合は、懸濁重
合、塊状重合あるいは乳化重合等の通常の重合方法で行
ない得る。液体クロマトグラフィー用充填剤を得る場合
は懸濁重合が好ましい。

カルボン酸ビニルエステルやトリアジン環を有する架橋
性単量体以外の単量体を、陽イオン交換体の物性にほと
んど影響しない程度に併用し共重合させることは本発明
の共重合体を得るうえで何ら支障ない。

又、カルボン酸ビニルエステルとトリアジン環を有する
架橋性単量体とを共重合させる際に、単量体を溶解する
有機溶媒の一種以上を単量体に加えることにより得られ
る共重合体にパーマネントボアを形成させると共にその
ボアの孔食、孔径あるいは孔径分布を制御する。単量体
を溶解する有機溶媒とは具体的には、トルエン、キシレ
ン等の芳香族炭化水素類、ヘプタン、オクタン、シクロ
へキサン、デカリン等の脂肪族炭化水素類、酢酸。−ブ
チル、酢酸１ｓｏ−ブチル、酢酸ｎ−ヘキシル、アジピ
ン酸ジオクチル等の脂肪族エステル類、フタル酸ジメチ
ル、フタル酸ジオクチル、安息香酸メチル等の芳香族エ
ステル類、ブタノール、ヘプタツール、オクタツール等
のアルコール類等のことである。懸濁重合を行なう場合
は水に溶解しにくい溶媒が好ましい。これらの有機溶媒
は単量体１００重量部に対して２０〜３００重量部の範
囲で用いられる。特に機械的強度を必要とする高速液体
クロマトグラフィー用充填剤の製造に際しては、有機溶
媒の量は３０〜１００重量部の範囲にあるのがよい。

陽イオン交換体の孔径や孔径分布を制御するために、あ
るいは、陽イオン交換体の柔軟性を増すために単量体混
合物に溶解する紛状重合体やゴムを単量体混合物に添加
してもよい。単量体混合物に溶解する線秋重合体やゴム
とは、たとえばポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、クロロ
プレンゴム、ブタジェンゴム等のことで、重量体１００
重量部に対して２０重量部以下、好ましくは１０重量部
以下で用いられる。

重合に際して用いられる開始剤の種類や量は、重合方法
に合わせて任意に選び得る。通常の懸濁重合や塊状重合
では一般的なラジカル重合開始剤、たとえば２．　ｊ’
−アゾビスイソブチロニトリル、λ。

コ′−アゾビス−（２，ＩＩ−ジメチルバレロニトリル
）等のアゾ系の開始剤や、過酸化ベンゾイル、過酸化ラ
ウロイル等の過酸化物系の開始剤を用いることができる
。

重合によって得られた共重合体のエステル交換又はケン
化反応は、水やアルコール又はその混合液を溶媒として
酸又はアルカリを用いて行かわれる。ただし、十分な機
械的強度を有する充填剤を得るためにはエステル基が水
酸基へ変わった割合、つまり反応率が７０−１０％の範
囲になるようにコン）Ｇ−−ルするのがよい。反応率の
コントｐ−ルは反応溶媒、反応温度又は反応時間を変え
ることにより適当な条件を選び得る。

スルホン酸基を導入するために、水酸基と反応させる化
合物としては、プロパンスルトン、ブタンスルトン等を
単げろことができる。反応はボ１）ビニルアルコールの
水酸基とプロパンスルトン等の反応において用いられる
公知の方法でよい。

本発明の陽イオン交換体は硬質であり、たとえば液体ク
ロマトグラフィー用充填剤として用しまた場合、溶離液
を高流速で流すことができ、迅速分析が可能になる。

又、本発明の陽イオン交換体は広いｐＨ範囲で安定であ
り、たとえばシリカゲルを骨格とするゲルが適用できな
いアルカリ条件下でも変質がなく安定に使いつるメリッ
トを有している。

さらに、本発明の陽イオン交換体は、多量の水酸基を有
するため、十分な親水性を有し、生体成分等に対し疎水
的吸着が少ない利点を有している。

以下の実施例において、本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。

実施例／ 酢酸ビニル１００ｆ、）リアリルインシアヌレートグ／
’ｌｔ、酢酸ｎ−ブチル　７０りおよびコ、−′−アゾ
ビスイソブチロニトリル　３．り２よりなる均一混合液
と、少量のポリビニルアルコールおよびリン酸す）　Ｉ
Ｊウムを溶解した水ｇ００ｔｎｔとを還流冷却器、窒素
導入管、攪拌棒を備えた一ｌの三つロフラスコに入れ十
分攪拌したのち、６５℃で／す時間、さらに７５℃で夕
時間加熱して懸濁重合を行ない粒状共重合体を得た。次
にｐ過、水洗、ついでアセトン抽出後、カセイソーダ　
＆！ｒ９を溶解したメタノール２１と共に還流冷却器、
窒素導入管、撹拌棒を備えたＳｌ三つロフラスコ中で／
＆℃で２０時間攪拌して共重合体のケン化反応を行なっ
たのち粒子を一過、水洗、さらに乾燥した。該粒子３０
９を還流冷却器、窒素導入管、撹拌棒を備えた１０００
−三つロフラスコに入れ、さらにジメチルスルホキサイ
ド３００ｔｄ、プロパンスルトンｊり、３０％水酸化ナ
トリウム水溶液コ。−を加え攪拌しつつ３０℃でコθ時
間反応した。該粒子を一過、水洗したのち、分級して平
均粒径１０ｓμｍのポリマーを得た。該ポリマーの水酸
基密度は＆４’ｍｅｑ／を陽イオン交換体、イオン交換
容量は。！；ｍｅａ７′ｌ陽イオン交換体、保水量は／
コ水／を陽イオン交換体であった。

陽イオン交換基として、スルホン酸基を保有する該ポリ
マー（以下陽イオン交換体と称する）をステンレス製カ
ラム（内径７ｓ■、長さ１０ｅｍ）に充填し、−０ｍＭ
リン酸ナトリウムと１００ｍＭ塩化アトリウムを含む水
溶液（ｐＴ（４ｏ）を移動相として、カラム温度３０℃
、流速１！Ａｒ４７分で、ミオグロビン（分子量／　７
．０００）とα−キモトリプシノーゲン（分子量２’１
０００）を分析したところ、溶出容量はそれぞれ、２２
ｄと／　ｊ、　／　ｔＩＬｔであり両者を完全に分離で
きた。

比較として、重合後ケン化のみ行なった陽イオン交換基
を保有しない共重合体を同様にステンレスカラムに充填
して、上記と同じ条件でミオグロビンとα−キモトリプ
シノーゲンＡを分析したところ、溶出容量はそれぞれ３
３−と二ｇ−ときわめて近接しており、完全分離はでき
なかった。

ついで、陽イオン交換体を充填した該カラムに３０℃で
０．０ＩＮカセイソーダ水溶液を／ｍｌン／分で７６時
間通液した。ついで該カラムを用いて再びミオグロビン
とα−キモトリプシノーゲンを分析したところ、溶出容
量は０．０ＩＮカセイソーダ水溶液を流すまえとほとん
ど変らず、又回収率はいずれも９０％以上であった。又
、該カラム中の陽イオン交換体を抜き出して水酸基密度
、交換容量を測定したが変化がなかった。

これらのことから、本発明の陽イオン交換体はアルカリ
溶液中でもきわめて安定であることがわかる。

なお、移動相送液ポンプとしてはＨＩＴＡＣＨＩ　Ａ、
３ｒ−３０（■日立製作所）、検出器はＵＶＩＤＥＣ１
００−Ｎ（日本分光工業Ｎ）、検出波長はｓｔｏｎｍを
用いた。

実施例コ 実施例／と同様の方法で、スルホン酸基を有しイオン交
換容量がｌ　Ｊ　ｒ　ｍｅｑ／ｆ　陽イオン交換体、水
酸基密度が’／、　！ｒ　ｍｅｑ／ｆ陽イオン交換体、
保水量が１、？　ｆｌｙ陽イオン交換体である陽イオン
交換体を得た。ただし、実施例／において用いたプロパ
ンフルトン５ｆの代りにプロパンスルトン　／Ｓｔを用
い、３０％水酸化す）　ＩＪウム水溶液２０−の代りに
３０チ水酸化ナトリウム水溶液ＡＯｍｌを用いた。

実施例３ 酢酸ビニル１００９．　）ジアリルイソシアヌレート３
ユ２２、酢酸ｎ−ブチル　ダ０１およびコ、−′−アゾ
ビスインブチロニトリル３．３ｆよりなる均一混合液を
用い、実施例／と同様に懸濁重合、さらにケン化反応を
行なった。得られた乾燥粒子３０９と還流冷却器、窒素
導入管、撹拌棒を備えた１００θ−三つロフラスコに入
れ、さらにジメチルスルホキサイド３００ｍ１、プロパ
ンフルトンコｔ。

、ｙｏ％水酸化す）　ＩＪウム水溶液Ｓ−を加え、攪拌
しつつ３０℃で２０時間反応した。該粒子を濾過水洗後
分級して平均粒径９１μｍのポリマーを得た。

該ポリマーの水酸基密度け９０　ｍｅｑ／ｒポリマー、
イオン交換容量はθ／　ｍｅｑ／ｆポリマー、保水量は
／コ２水カポリマーであった。

特許出願人　旭化成工業株式会社 代理人弁理士　星　野　透

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）８重合体重量あたり、ビニルアルコール単位に由
   来する水酸基／、０−／　弘Ｏｍｅｑ／ｆ　、スルホン
   酸基Ｏ０コ〜５Ｏｒｒ１ａｑ／２を有し、保持し得る水
   の量がＯ５〜ダθ２／２である架橋共重合体よりなる陽
   イオン交換体。
2. （２）、架橋共重合体がトリアジン環を有する架橋性単
   量体により架橋された共重合体である特許請求の範囲第
   １項記載の陽イオン交換体。
3. （３）、架橋性単量体が下記式（］）の範囲の割合で用
   いられる特許請求の範囲第７項又は第２項記載の陽イオ
   ン交換体。 ＯＯり≦−ノｙ−≦θグ・・・・・・・・・・・・（１
   ）ａ＋ｎｂ ただし、ａは陽イオン交換体中の架橋性単量体単位を除
   く単量体単位のモル分率、ｂは架橋性単量体単位のモル
   分率、ｎは架橋性単量体単位１分子が有するビニル基の
   数である。