JPS60179404A - 新規な架橋共重合体 - 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，ビニルアルコール単位に由来する水酸基と疎
水基を有し、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架橋共重合体（以下共重合体と称
する）に関する。

水溶媒系の液体クロマトグラフィー、特にゲルフィルト
レーションクロマトグラフイー（以下ＧＦＣと称する）
は、生体関連物質の分離、分析に適しているため生化学
、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、ＧＦＣ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。

そこで、近年、タンパク質等生体成分の疎水性の差異を
利用して分離する、たとえば逆相分配型のクロマトグラ
フィーが行なわれるようになった。

逆相分配型クロマトグラフィー用充填剤としては、オク
タデシルシリル基がシリカゲル表面に固定化された、い
わゆるＯＤＳ等シ等力リカゲル面に疎水基が結合したゲ
ルが挙げられる。しかしながら、シリカゲルを母体とす
るゲルは、シリカゲルがたとえば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。更にＯＤＳ
等のゲルは疎水性が強すぎるため、タンパク質等生体成
分の不可逆吸着や変性が起こり易い欠点を有する。

又、デキストラン等の軟質ゲルにフェニル基やアルキル
基等疎水基を結合したゲルも公知である（蛋白質・酵素
の基礎実験法、第１？θ頁、南江堂）。

しかしながら、これらのゲルは機械的強度が著しく小さ
いため、たとえば高速液体クロマト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、フェニル基を有する疎水性単量体と親水性単量体の
共重合によって得られるゲルも公知である（特開昭Ｓγ
−ｌざｔ／４７号、特開昭！ｔ−１３コロ０号）。

しかしながら、このゲルはフェニル基を有する架橋剤を
用いているため、ゲルの強度を増すために架橋剤の量を
増すと、疎水的吸着能が強くなりすぎ、又疎水的吸着能
を抑制するために架橋剤の量を減らすと、ゲルの強度が
損なわれる欠点を有する。

更に、カルボン酸ビニルエステル又はアクリル酸アルキ
ルエステルとトリアジ７項を有する架橋性単量体の共重
合体も公知である（特開昭ｒｇ　−４／４’Ａｊ号）。

しかしながら、この重合体は、水酸基等の親水基を有し
ておらず、疎水性が強すぎてタンパク質等の不可逆吸着
や変性を生ずる可能性があり、好ましくない。

そこで、本発明者らは鋭意検討の結果、水酸基と疎水基
を有し、機械的強度および化学的安定性にすぐれ、たと
えば液体クロマトグラフィー用充填剤として用いた場合
には、高流速で、かつ広いｐＨＷＡＥで使用でき、かつ
生体成分の分析において高回収率をもたらす共重合体を
見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、重合体乾燥重量あたり、ビニルアル
コール単位に由来する水酸基０．、ｔ−／’ＡＯｍｅｑ
／？　、ハイドロフォーピック・フラグメンタル・コン
スタントが７．５以上である疎水基がθｏ５〜左θｍｍ
ｏｌ／ｆ、比表面積が３〜１０θθｒｒ？／ｆである共
重合体に関する。

本発明の共重合体は、ビニルアルコール単位に由来する
水酸基を７θ〜／　４ｔＯｍｅｑ／ｌの範囲で含む。

水酸基をこの範囲で含むこ七により、共重合体より得ら
れる充填剤は、適当な親水性を有し、たとえば、生体成
分等に対して不可逆的な吸着や、変性作用等を示さない
。水酸基は実用上はｌｏ〜１０．Ｏｍｅｑ／ｌの範囲に
あるのがよい。

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／ｆが／ｍｍｏｌ
の無水酢酸と反応したときの水酸基の量を／ｍｅｑ／ｆ
とする。

本発明の共重合体はハイドロフォーピック・フラグメン
タル・コンスタントがｌＳ以上である疎水基をＯＯ５〜
！；、　Ｏｍｍｏｌ／ｆの範囲で含む。ハイドロフォー
ピック・フラグメンタル・コンスタントはＲ，Ｆ、　Ｒ
ｅｋｋｅｒ著ｒ　Ｔｈｅ　１ｄｒｏｐｈｏｂｉｃ　Ｆｒ
ａｇｍｅｎｔａｌ　Ｃｏｎ５ｔａｎｔ　Ｊ（Ｅｌｓ＠ｕ
ｉｅｒ　５ｅ１ｅｎｔｉｆｉｃ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ
　（ｈ　／９７７発行〕に述べられている。

疎水基がこの範囲で存在することにより、共重合体は疎
水基に由来する化学特性、たとえば水溶液中において、
水溶性物質に対して適当な分配作用を示す。

疎水基の量は好ましくはｏ、ｉ−ダ。ｍｍｏｌ／ｌであ
り、更に好ましくは０／〜Ｊ、　Ｏｍｍｏｌ／ｙである
。

ハイドロフォーピック・フラグメンタル・コンスタント
が／、Ｓ以上である疎水基としては、たとえば炭素数が
３〜２０のアルキル基および下記式（１）から選ばれる
基を好ましい例として挙げることができる。

（但し、−Ｒ−は−ＣｎＨｚｎ　（ｎ＝３〜．２０）で
あり、Ｘは水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子
又は炭素数／　−ｕ　Ｏのアルキル基である。）これら
の疎水基は１種が単独で存在してもよく、又、２種以上
が存在してもよい。

疎水基の量は、疎水基の種類に応じて、たとえばＭ分解
ガスクロマトグラフや赤外線吸収スペクトル（以下ＩＲ
と称する）その他の方法を用いて測定することができる
。たとえば、疎水基がフェニル基やベンジル基の場合は
ＩＲを用いて６ｇθ、−１付近のピーク強度からめるこ
とができる。

本発明の共重合体は全多孔質であるため、乾燥状態で大
きい比表面積を有する。ここで、全多孔質とは粒子の内
部までボアが分布している構造をいう。一般に架橋構造
を持つ有機合成高分子は、その高分子と親和性のある溶
媒中で膨潤し乾燥すると収縮する。膨潤時に溶媒が満た
されているボアが架橋の網目のみで維持されている軟質
ゲルの場合は、乾燥すると網目かつぶれてしまい、ボア
はほとんど消失する。この場合の比表面積はほとんど粒
子の外側だけの値になるため、一般に／ｒｒ？／ｆ以下
の低い値を示す。たとえば、アガロースは軟質ゲルであ
るため、乾燥によってボアが消失してしまうため、通常
は水性溶媒に膨潤させである。

一方ボアがしつかりした構造を持つ硬質ゲルの場合は、
乾燥した場合ボアは多少収縮するものの膨潤時の状態を
ほとんど維持する、つまりパーマネントボアを有する。

したがって、比表面積は軟質ゲルの値より高い値を示す
。本発明の共重合体は通常３〜１０００ｒｒ？／ｆの比
表面積を有する。比表面積の測定法はいろいろあるが、
本発明では最も一般的な窒素ガスによるＢＥＴ法でめた
。

本発明の共重合体は架橋構造を有する。架橋構造は特に
限定されないが、トリアジ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は次式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。

３ （Ａ）（Ｂ） （但し、Ｒ，、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立になかで
も式（５）においてＲ，、Ｒ２およびＲ３がすべてＣＨ
２ＣＨ＝　ＣＨ２であるトリアリルイソシアヌレートは
特に好ましい。

共重合体を形成する全量体単位中の架橋性単量体単位の
割合は、次式（２）で表わされる範囲にあるのが好まし
い。

（但し、ａは共重合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、
ｍ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械的強度を必要とする場合は（２
）式の左辺は０２であることが更に好ましい。

本発明の共重合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。液体クロマト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３〜２００μ
ｍの範囲にある。

高速液体クロマトグラフィー用充填剤として用し）る場
合は３〜２０ｐｍ、更に実用的には３〜ｌ！；ｐｍの範
囲にあるのが好ましい。

次に本発明の共重合体の製造法の一例を示す。

本発明の共重合体は、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ＩＱ−４０％を、ケン化および／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フェニルイソ７アネート、ブチ
ルイソシアネート等イソシアネート類、フェニルグリシ
ジルエーテル、八−−エポキシオクタン等エポキシ化合
物、塩化ベンジル等炭化水素塩素化物、およびカルボン
酸クロライド等と反応させることによって得ることがで
きる。

ここで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ｙ酸ビニル、酪酸ビニル、吉草
酸ビニルおよびピパ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
ニルやプロ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共単量体とは、前述の式
（４）又は（Ｂ）で表わされるものである。ながでも仏
）においてＲ，、Ｒ２およびＲ３がすべて−ＣＨ２−Ｃ
Ｈ＝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Ｍ【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ｆｆ１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、共重合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
合体をイｏるうぇて何ら支障ない。

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
る共重合体の表面積、孔食、孔径等をコントロールする
ことができる。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、シクロヘキサン、デカリン等の脂肪族炭
化水素類、酢酸ｎ−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ｉｏｏ重量部に対して２
０〜３００重重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３ｏ〜ｉｏｏ重量部の範
囲にあるのがよい。

共重合体の孔径や孔径分布を制御するために、あるいは
共重合体の柔軟性を増すために単量体混合物に溶解する
線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状重合体やゴムとは、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、単量体ｉｏｏ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、たとえばコ、２′−
アゾビスインブチロニトリル、コ、コ′−アゾビス−（
２，ｌｌ−ツ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なわれる。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１０−ＪｇＯ％の範
囲になるようにコントロールするのがよい。反応率のコ
ントロールは反応溶媒、反応温度又は反応時間を変える
ことより適当な条件を選び得る。

ケン化および／又はエステル交換によって得られたポリ
マーに疎水基を導入する方法としては、以下の方法を挙
げることができる。

ケン化および／又はエステル交換によって得られたポリ
マーの水酸基に、たとえばフェニルイソシアネート、ブ
チルイソシアネート等イソシアネ−）Ｍ、フェニルグリ
７ジルエーテル、八２−　フチレンオキサイド等エポキ
シ化合物、塩化ベンジル等炭化水素塩素化物、およびカ
ルボン酸クロライド等を反応させることによって得るこ
とができる。

又、本発明の共重合体を得る別の方法として、以下の方
法を誉げることができる。

すなわち、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共にフェニル基を有する単量体
、たとえばスチレンを共重合せしめたのち、ケン化およ
び／又はエステル交換によっても得ることができる。

本発明の共重合体は硬質であり、たとえば液体クロマト
グラフィー用充填剤として用いた場合、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
の共重合体は広い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では適用できないアルカリ条件
下でも安定に使い得るメリットを有している。

更に本発明の共重合体は、親水基であるビニルアルコー
ル単位を有しているため、ポアサイズにかかわりなくタ
ンパク質等の非特異的な不可逆吸着や変性等の作用がほ
とんどなく、疎水基の選択的な分配作用を発現し得るメ
リットを有している。

以下の実施例において、本発明を更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１ 酢酸ビニル１ｏｏｒ、）リアリルイソシアヌレー）＋Ｊ
、Ｏｆ、酢酸ｎ−ブチル　！；Ｏｆ、　ヘプタツール１
０９およびコ、２′−アゾビスイソブチロニトリルＪり
ｆよりなる均一混合液と、少量のポリビニルアルコール
およびリン酸ナトリウムを溶解した水ｇｏｏ−とを還流
冷却器、窒素導入管、撹拌棒を備えた３１の三つロフラ
スコに入れ十分攪拌したのち、６５℃で１１時間、更に
７５℃で５時間加熱して懸濁重合を行ない粒状共重合体
を得た。次に一過、水洗、ついでアセトン抽出後、カセ
イソーダ　６Ｓ２を溶解したメタノールコｌ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７３℃でＳＯ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、更に乾燥した。該粒
子３０９を還流冷却器、窒素導入管、撹拌棒を備えた１
０００−の三つロフラスコに入れ、更にジメチルスルホ
キサイドｑｓｏｍｔ、塩化ベンジルｑ２．３０チ水酸化
ナトリウム３−を加え、／Ａｒ℃で／Ｓ時間反応させた
。粒子をＰ別、メタノール洗浄後、分級して平均粒径＆
θμｍのポリマーを得た。該ポリマ・−の水酸基密度は
！；、／　ｍｅｑ／ｆ共重合体、疎水基であるベンジル
基の密度０．３ｍｍｏ７を共重合体、表面積は３　！；
　ｒｒ？／ｆ共重合体であった。但しベンジル基の量は
Ｄｅｎｏらの方法（Ｄｅｎｏ、　Ｊ、Ａｍｅｒ。

Ｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、、　１９．．３３−３０　（／９
４７）　）　に従い、臭素を用いて共重合体を処理し、
生成する安息香酸の量よりめた。

該共重合体をステンレス製カラム（内径７ｊｌｌｌｌ、
ＪＥ−１−）ｋ、、、１）Ｌ−＊ｍ　ｌ　ｌｎｎｍＭ＋
＋　ソ酪−）−ｋ　Ｉ＋　６１−と０３Ｍ塩化ナトリウ
ムを含む水溶液（ｐＨ７（７）を溶離液として、流速１
０Ｍｙ−でノ・ブトグロビンと免疫グロブリンＧの分析
を行なったところ、溶出容量はそれぞれに、、１３ｔｎ
ｔおよび７．２０−であった。又、それぞれの試料の回
収率はいずれも９０％以上であった。

比較としてベンジル基を導入していないゲルを用いて同
様の分析を行なったところ、ノ・ブトグロビンと免疫グ
ロブリンＧの溶出容量はそれぞれ！、２０　ｄ、５．９
　ｋ−であった。これから本発明のゲルはハプトグロビ
ンと免疫グロブリンＧの間の分離能がすぐれていること
がわかる。

又、本発明のゲルを充填した該カラムに、３０℃で０．
０ＩＮカセイソーダ水溶液をｌψ１の割合で１６時間通
液した。ついで該カラムを用いて再び上記と同様の条件
で免疫グロブリンＧを分析したところ、溶出容量Ｆｉ０
．０ＩＮカセイソーダ水溶液を流す前とほとんど変らな
かった。これから本発明のゲルは耐アルカリ性がすぐれ
ていることがわかる。

実施例コ 酢酸ビニル１００？、）リアリルインシアヌレート、？
コ１．２２、酢酸ｎ−プロピル２０１およびコ、２′−
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１と同様に懸濁重合、更にケン化反応
を行なった。得られた乾燥粒子３Ｑｔを還流冷却器、窒
素導入管、撹拌棒を備えた１０１００Ｏ三つロフラスコ
に入れ、更にジメチルスルホキサイド３００ｍ１、／、
２−エポキシオクタン　ｉｏｔ。

３０チ水酸化ナトリウムｓｍｔを加え、３０℃で、２０
時間反応した。粒子をｐ別、メタノール洗浄後分級して
平均粒径９０ｐｍのポリマーを得た。該ポリマーの水酸
基密度は！、９　ｍｅｑ／を共重合体、疎水基であるヘ
キシル基の密度は０．ｔ　ｍｍｏｌ／ｆ　、表面積はコ
ｐ；　ｒｒ？／ｆの共重合体であった。

実施例３ 実施例１と同様の方法で、水酸基密度３ρｍｅｑ／ｒ共
重合体、疎水基であるベンジル基の密度ＪＯｍｍｏＶｔ
共重合体、表面積ｑ　ｈ　ｒｒ？／を共重合体のポリマ
ーを得た。但し塩化ベンジル２ｔの代りに塩化ベンジル
、２０２．３０チ水酸化ナトリウム３−の代りに、３θ
チ水酸化ナトリウム　／！；１ｎｔを用いた。なお、ベ
ンジル基の密度はＩＲにおいて６ｇＯｃｍ−’における
ピーク強度からめた。

特許出願人　旭化成工業株式会社 代理人弁理士　星　野　透

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）１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Ｏ５〜／　’Ａ　Ｏｍｅｑ／ｆ、ハイドロフ
   ォービック・フラグメンタル・コンスタントカ／、３以
   上の疎水基が００３−よ０ｍ　ｍｏ　Ｖｔ、比表面積が
   Ｓ〜／　０００　ｍ’／ｆである架橋共重合体。 （２）、疎水基が炭素数３〜．２ｏのアルキル基、およ
   び下記式（］）から選ばれた／ｆ！又は一種以上である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の架橋共重
   合体。 （但し−Ｒ−は−ＣｎＨ２ｎ−（ｎ＝θ〜２ｏ）であり
   、Ｘは水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子又は
   炭素数７〜２ｏのアルキル基である。）（１１＋、）リ
   アジン環を有する架橋単位により架橋されてなることを
   特徴とする請求 ｌ項又は第２項記載の架橋共重合体。 （４）、架橋性単量体単位の割合が下記式（２）の範囲
   にあることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の架
   橋共重合体。 ｏ．ｏｓ≦一糖−≦ｏ．　ｏ　、　＝−−−−−−−　
   ’　（２）ａ＋ｍｂ （但し、ａは架橋共重合体中の非架橋性単量体単位のモ
   ル分率、ｂは架橋性単量体単位のモル分率、ｍは架橋性
   単量体単位ｌ分子が有するビニル基の数である。）