JPS62269754A - 親水性の弱酸性陽イオン交換樹脂及びその製造方法 - 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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機械的強度及び化学的安定性にすぐれ、使用
時における体積変化の小さい、例えば水溶媒系の高速液
体クロマトグラフィー用充てん剤として好適な親水性の
弱酸性陽イオン交換樹脂及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

最近、たん白質や酵素などのイオン交換クロマトグラフ
ィーによる分離が盛んに行われるようになった。例えば
架橋デキストランや架橋アガロースにカルボキシメチル
基を導入した弱酸性陽イオン交換体は、生体成分の分離
や分析を目的とした液体クロマトグラフィー用の充てん
剤として用いられている。しかし、これらのイオン交換
体は、いずれも膨潤度が極めて高く、機械的強度が小さ
いため、高速液体クロマトグラフィー用充てん剤のよう
な粒子径の小さい充てん剤を用いる用途には使用するこ
とができないという欠点を有する。

また、アクリル酸またはメタクリル酸とジビニルベンゼ
ン共重合体のイオン交換体も知られてぃる。しかしなが
ら、この共重合体は、骨格のメタクリル酸やジビニルベ
ンゼンの疎水性により、生体成分の疎水性吸着が起る場
合があり、好ましくない。

さらに、シリカゲルの表面にイオン交換基を結合したイ
オン交換体も公知である。しかしながら、シリカゲルは
弱アルカリ性の条件下で溶解するという欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前記従来のイオン交換体の欠点を克服
して、機械的強度が大きく、化学的安定性にすぐれ、か
つ膨潤度の小さい親水性の弱酸性陽イオン交換樹脂及び
その製造方法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に従えば、上記目的を充足する親水性の弱酸性陽
イオン交換樹脂及びその製造方法が提供される。

即ち、本発明は、グリシジル基を有する架橋共重合体で
あって、該共重合体中のグリシジル基に基づくエポシキ
基が開環変性されている共重合体とグリシジル化合物と
の反応生成物であり、かつ反応生成物中の水酸基がカル
ボキシル化されている親水性の弱酸性陽イオン交換樹脂
に関する。

また、本発明は、グリシジル基を有する架橋共重合体に
水酸基含有化合物を作用させて架橋共重合体中のグリシ
ジル基に基づくエポキシ基を開環変性させた後、グリシ
ジル化合物を反応させ、次いで共重合体中の水酸基に二
塩基酸無水物もしくはハロゲン化酢酸またはその塩を作
用させてカルボキシル化することを特徴とする親水性の
弱酸性陽イオン交換樹脂の製造方法に関する。

以下、本発明の親水り酸性陽イオン交換樹脂及びその製
造方法について説明する。

本発明のグリシジル基を有する架橋重合体は、特開昭５
３−１０８７号公報に記載されているように、例えば（
Ａ）不飽和カルボン酸のグリシジルエステルまたは不飽
和アルコールのグリシジルエーテルと架橋剤としての（
Ｂ）ポリビニル化合物とを希釈剤の存在下で水性懸濁重
合することにより合成することができる。

（Ａ）成分の不飽和カルボン酸のグリシジルエステルと
しては、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリ
レート等が用いられる。また、＜Ａ）成分の不飽和アル
コールのグリシジルエーテルとしては、アリルグリシジ
ルエーテル、メタアリルグリシジルエーテル等が用いら
れる。

一方、架橋剤としての（Ｂ）成分のポリビニル化合物と
しては、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジアク
リレート、エチレングリコールジメタクリレート、プロ
ピレングリコールジアクリレート、プロピレングリコー
ルジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタク
リレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート
、グリセリンジアクリレート、グリセリンジメタクリレ
ート、ペンタエリスリトールジメタクリレート、ペンタ
エリスリトールジアクリレート、ペンタエリスリトール
メタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレー
ト、トリアリルシアヌレート等をあげることができる。

しかし、水溶媒系の液体クロマトグラフィー用充てん剤
としては、できるだけ疎水性の小さな構造を有すること
が好ましく、従っ、て、上記架橋剤としての（Ｂ）成分
の中でも多価アルコールのジメタクリレートまたはトリ
メタクリレートを採用することが望ましい。

なお、本発明においては、（Ａ）成分を主成分とし、こ
れと共重合し得る他の単量体を適宜併用することは何ら
差し支えない。

（Ｂ）成分のポリビニル化合物は、全重合性単量体の５
〜９０モル％の範囲内、好ましくは１０〜６０モル％の
範囲内になるように使用される。

重合の際に用いられる希釈剤としては、（Ａ）成分及び
（Ｂ）成分の溶媒で、かつ重合反応に不活性なものを用
いる。また、希釈剤は、重合分散媒である水に不溶ない
しは難溶性であることが必要である。このような希釈剤
としては、クロルベンゼン、ジクロルエタン、ジクロル
エタン、トリクロルエタン等のハロゲン化炭化水素：酢
酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸アミル等の
脂肪族または芳香族のエステル；ブチルアルコール、ア
ミルアルコール、オクチルアルコール、ラウリルアルコ
ール、シクロヘキサノール等のアルコール類があげられ
る。

希釈剤の使用量は、用いられる（Ａ）成分及び（Ｂ）成
分の合計量１００重量部に対して２０〜２００重量部の
範囲で用いられる。希釈剤の使用量が２０重量部より少
いと、得られる架橋共重合体の孔量が少くなり、分離性
能が低下し、２００重量部より多すぎると架橋共重合体
の機械的強度が不足する。

重合に際して用いられる開始剤は、通常の懸濁重合に用
いられる一般的なラジカル重合開始剤でよく、例えば２
−２′アゾビスイソブチロニトリル、２−２′アゾビス
−（２，４−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。

懸濁重合を行うに際しては、水相にポリビニルアルコー
ル、カルボキシメチルセルロース、ゼラチン等の分散安
定剤を加えておくことが好ましく、また（Ａ）成分及び
（Ｂ）成分等の重合性単量体が重合分散媒の水へ溶解す
るのを防止するため、水に塩化ナトリウム、硫酸ナトリ
ウム、塩化カルシウム等の塩類を溶解させておいてもよ
い。

水層の量は、有機層の量とほぼ同容量以上から約１０倍
容量までの量が使用される。

重合反応は、通常５０〜９０℃で３〜１６時間行なわれ
る。重合終了後グリシジル基を有する架橋共重合体は、
濾過、水洗し、さらに有機溶媒で洗浄する。

このようにして得られたグリシジル基を有する架橋共重
合体粒子は、多孔性であって、１００人〜２０００人の
平均細孔径を有し、また平均粒子径は数ミクロンから１
００ミクロンの球状の粒子である。

次に、得られたグリシジル基を有する架橋共重合体粒子
中のグリシジル基に基づくエポキシ基を水酸基含有化合
物、例えば水またはグリセリン及びポリエチレングリコ
ール等のポリオール化合物で開環変性する。

水による開環変性は、硫酸または塩酸を触媒として、水
中でグリシジル基を有する架橋共重合体を７０℃〜１０
０℃で２〜１０時間加熱することにより行われる。触媒
として使用する酸の濃度は０．０５〜１規定が好ましい
。

グリセリン及びポリエチレングリコールによる開環変性
は、グリセリンまたはポリエチレングリコール中、また
はグリセリンまたはポリエチレングリコールを含む有機
溶媒中で、グリシジル基を有する架橋共重合体を常法に
より三フフ化ホウ素エーテラートを触媒として、４０〜
８０℃で１〜５時間加熱することにより行われる。

エポキシ基を開環変性して得られた水酸基を含む共重合
体に親水性グリシジル化合物を結合させ親水化処理を行
う。親水化処理を行うことにより、共重合体の表面はエ
ーテル基または水酸基で覆われ、さらに親水性が向上し
、また一部エポキシ基が架橋することにより、機械的強
度も向上する。

親水化処理を行うために使用される親水性のグリシジル
化合物としては、エピクロルヒドリン、グリシドール、
ブタンジエポキシド及び多価アルコールのグリシジルエ
ーテル類があげられる。多価アルコールのグリシジルエ
ーテル類としては、エチレングリコールジグリシジルエ
ーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル、グリセ
リンジグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリ
グリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエー
テル、ポリエチレングリコールジグリシジルエーテル等
をあげることができる。

開環変性した共重合体に親水性のグリシジル化合物を導
入する方法としては、種々の方法を用いることができる
が、以下に代表的な２つの方法を示す。

第１の方法は、アルカリ水溶液中で開環変性した共重合
体にグリシジル化合物を反応させる方法である。アルカ
リとしては、通常アルカリ金属の水酸化物及びその炭酸
塩が使用される。反応温度及び反応時間は、用いるグリ
シジル化合物によって異なるが、一般に反応温度は常温
〜１００℃、反応時間は１〜２４時間である。

第２の方法は、溶媒中、三フフ化ホウ素エーテラートホ
ウフフ化亜鉛、四塩化スズなどのルイス酸触媒の存在下
、開環変性した共重合体にグリシジル化合物を反応させ
る方法である。溶媒としては、ジオキサン、ジエチレン
グリコールジメチルエーテル等のエーテル系溶媒が好ま
しい。反応温度及び反応時間は、使用されるグリシジル
化合物によって異なるが、通常、反応温度は常温〜１０
０℃、反応時間は１〜１２時間である。

上記の方法で親水化処理した共重合体は、必要に応じて
残留エポキシ基を開環するため、ｐＨ３以下に調整した
塩酸水溶液中で５０〜９０℃、１時間加温してもよい。

親水化処理した共重合体より、弱酸性陽イオン交換樹脂
を得る方法としては、親水化処理した共重合体の水酸基
に、無水コハク酸や無水グルタル酸等の二塩基酸無水物
；モノクロル酢酸やモノブロモ酢酸等のハロゲン化酢酸
；又はモノクロル酢酸ナトリウム、モノクロル酢酸カリ
ウム等のハロゲン化酢酸塩を反応させる方法があげられ
る。これによって、カルボキシル基を有する陽イオン交
換樹脂を得ることができる。化学的安定性より、ハロゲ
ン化酢酸またはその塩を反応させる方法が好ましい。

親水化処理した共重合体の水酸基に二塩基酸無水物を反
応させる場合は、二塩基酸無水物と反応性を有しない有
機溶媒、例えばジオキサン中で室温〜１００℃の温度で
、２〜１２時間反応させればよい。

一方、親水化処理した共重合体の水酸基にハロゲン化酢
酸またはその塩を反応させる場合には、アルカリ金属の
水酸化物の１〜１０規定の水溶液中、室温〜１００℃の
温度で１〜１２時間反応させる。

〔発明の効果〕

本発明により得られた親水性の弱酸性陽イオン交換樹脂
は、従来のイオン交換体に比較して以下のような利点を
有している。

ｌ）機械的強度が大きく、例えば高速液体クロマトグラ
フィー用充てん剤として使用した場合、溶離液を高速で
送液することができ、迅速分析が可能となる。

２）架橋度が高いため、膨潤度が小さく、高い塩濃度で
使用可能である。

３）広いｐＨ範囲で安定であり、例えばシリカゲルを担
体とする充てん剤では適用できないアルカリ条件下でも
安定に使用できる。

４）共重合体表面が親水性の水酸基やエーテル基で覆わ
れているため、十分な親水性を有し、生体成分等を分離
する場合、疎水的吸着が少い。

〔実施例〕

以下、実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明するが
、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限
定されるものではない。

実施例１ ＋１）　　グリシジル基を有する架橋共重合体粒子の製
造 グリシジルメタクリレ−）５００ｇ、エチレングリコー
ルジメタクリレート２００ｇ、、ｎ−ドテカノール１５
０　ｇ、クロルベンゼン８００ｇ及びアゾビスイソブチ
ロニトリルｌｏｇの混合物を、１５ｇのポリビニルアル
コールを溶解した６１の水溶液中に加え、高速で攪拌し
ながら６０℃にて８時間懸濁重合を行った。反応物を冷
却した後、生成した共重合体粒子を濾取し、水洗した。

次いで、この共重合体ケーキを４１のトルエンの中に入
れ、室温で２時間攪拌した後濾過した。さらにこの共重
合体ケーキを４１の変性アルコールに投入し、１時間攪
拌した。この共重合体を濾過した後、変性アルコール２
１で洗浄し、８０℃にて８時間乾燥した。以上の操作を
経た共重合体粒子を分級して、１０〜１５ミクロンの粒
子径のグリシジル基を有する架橋共重合体２１０ｇを得
た。

（２）　　水による開環 （１）で得られた架橋共重合体粒子Ｌｏｇを、０．５規
定の硫酸水溶液１００ｎ＋ｊ！によく分散させ、攪拌し
ながら９０℃にて４時間保持した。冷却後反応物を濾取
し、水洗した。この反応物ケーキ中には遊離のエポキシ
基は見出されなかった。

（３）　　エピクロルヒドリンによる親水化処理（２）
で得られたケーキ３０ｇに、２規定の水酸化ナトリウム
水溶液６０ＩＩ１１とエピクロルヒドリン２０−２を加
え、５０℃にて２時間攪拌した。反応物を水及びアセト
ンで洗浄後、さらに水で置換した。この共重合体ケーキ
を０．０１規定の塩酸水溶液１００＋１１中に分散し、
８０℃で１時間加温し、残存するエポキシ基を開環した
。次いで、反応物を濾過水洗した。

（４）　　カルボキシル基の導入 （３）で得られたケーキ３３ｇに、モノクロル酢酸ナト
リウム１５ｇ、１５重量％水酸化ナトリウム水溶液５Ｑ
ａ＋ｊ！を加え、６０℃で６時間攪拌した。

反応物を濾過し、水洗した。得られたイオン交換樹脂の
イオン交換容量は０．４０ａ＋ｅｑ　／　ｇであった。

実施例２ （５）　　グリセリンによる開環 実施例１−（１）で得られた架橋共重合体粒子ｌ。

ｇをジオキサン５０ｍｊ！及びグリセリン５０ｍｊｌの
混合溶液中に分散させて、三フッ化、ホウ素エーテラー
ト９．５−１を加えて７０℃にて、４時間攪拌してグリ
シジル基へのグリセリンの付加反応を行った。得られた
共重合体粒子をアセトン及び水でよく洗浄し３０ｇの共
重合体ケーキを得た。共重合体ケーキ中には、遊離のエ
ポキシ基は見出されなかった。

（６）エチレングリコールジグリシジルエーテルによる
親水化処理 （５）で得られたケーキ３０ｇに１規定の水酸化ナトリ
ウム水溶液６０ｍ１１エチレングリコールジグリシジル
エーテル３０ｇを加え、３０℃１０時間反応を行った。

得られた反応物をアセトン及び水でよく洗浄した後、共
重合体ケーキを０．Ｏ１規定の塩酸水溶液１００ｍ１中
に分散し、８０℃で１時間加温し、残存するエポキシ基
を開環した。

次いで、反応物を濾過し水洗した。

（７）カルボキシル基の導入 （６）で得られたケーキ３２ｇを実施例１−（４）と同
様な方法でモノクロル酢酸ナトリウムと反応させた。得
られたイオン交換樹脂のイオン交換容量は、０、３　ａ
＋ｅｑ　／　ｇであった。

応用例１ 実例１−（４）で得られたイオン交換樹脂をステンレス
カラム（内径８１１１Ｘ長さ７５ｍｍ）に充てんし、溶
離液（Ａ）に２０ｍＭリン酸緩衝液（ｐＨ７，０）、溶
離液（Ｂ）に２０ｍＭリン酸緩衝液＋０．５　Ｍ塩化ナ
トリウム（ｐＨ７，０）を用い、流速１．０＋＋Ｉｌ／
ｗｉｎで溶離液（Ａ）から溶離液（Ｂ）に２０分間　゛
のリニアグラジェントを行い、■ミオグロビン、■トリ
プシノーゲン１．■リボヌクレアーゼ−Ａ、■α−キモ
トリプシノーゲンＡ１■チトクロームＣ１■リゾチーム
の混合物を分析したところ、第１図に示すように６つの
たんばく質を分離することができた。

比較例として、実施例１−＋２）で得られた重合汲水に
よる開環のみを行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てんして、上記と同
じ条件で■ミオグロビン、■トリプシノーゲン、■リボ
ヌクレアーゼーＡ１■α−キモトリプシノーゲンＡ１■
チトクロームＣ１■リゾチームの混合物の分析を行った
が６つの成分はほとんど同時に流出し、分離できなかっ
た。

さらに、実施例１−（４）で得られたイオン交換樹脂を
充てんしたカラムに１規定の食塩水溶液をｌｌ１ｌｌ／
ｌ１ｌｉｎの流速で２０時間送った。この場合、カラム
圧は１０ｋｇ／−であり、送液中のカラム圧の上昇は見
られなかった。また、このカラムの上部を開けたところ
、収縮によるスキマは見られなかった。

次いで、実施例１−（４）で得られたイオン交換樹脂５
ｇをｏ、ｏｉ規定の水酸化ナトリウム水溶液１００ｍ１
中に入れ、室温で５０時間放置した後、イオン交換容量
を測定した結果、０．４０ｍｅｑ／ｇであり、水酸化ナ
トリウム水溶液に浸ける前のイオン交換容量の変化は認
められなかった。これらのことから、本発明の陽イオン
交換樹脂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。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１−（４１で得られた本発明の陽イオ
ン交換樹脂を用いて、たんばく質混合物のイオン交換ク
ロマトグラフィーを行ったとき得られたクロマトグラフ
ィーである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）グリシジル基を有する架橋共重合体であって、該
   共重合体中のグリシジル基に基づくエポキシ基が開環変
   性されている共重合体とグリシジル化合物との反応生成
   物であり、かつ反応生成物中の水酸基がカルボキシル化
   されている親水性の弱酸性陽イオン交換樹脂。
2. （２）グリシジル基を有する架橋共重合体に水酸基含有
   化合物を作用させて架橋共重合体中のグリシジル基に基
   づくエポキシ基を開環変性させた後、グリシジル化合物
   を反応させ、次いで共重合体中の水酸基に二塩基酸無水
   物もしくはハロゲン化酢酸またはその塩を作用させてカ
   ルボキシル化することを特徴とする親水性の弱酸性陽イ
   オン交換樹脂の製造方法。