JPS63143942A - 親水性の弱酸性陽イオン交換体の製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、親水性の弱酸性陽イオン交換体の製造方法に
関するものであり、詳しくは、例えばたんばく質、酵素
、核酸等の生体関連物實に対する吸着量が高く、シかも
高い機械的強度を合わせもった親水性の弱酸性陽イオン
交換体の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

弱酸性陽イオン交換体は、水処理、金属回収、脱アルカ
リ、除鉄、蔗糖の精製、抗生物質・医薬品・酵素・アミ
ノ酸の製造等、工業的に広く用いられており、（メタ）
アクリル酸とジビニルベンゼンの架橋共重合体や、カル
ボキシアルキルセルロース、カルボキシアルキルデキス
トラン、カルボキシアルキルアガロース等の多糖類を素
材にした架橋物がよく知られている。

しかし、これらの弱酸性陽イオン交換体は一般に水溶液
中で著しく膨潤したり、溶液のイオン強度による体積変
化及び、遊離酸形と負荷形との体積変化が大きく、機械
的強度も充分なものではなかった。また、（メタ）アク
リル酸とジビニルベンゼンの架橋共重合体は、一般にた
んばく質の吸着蓋が低く、また、吸着したたんばく質の
溶離が困難な場合が多かった。

〔発明の目的〕

本発明は、特にたんばく質・酵素・核酸等の生体関連物
質に対する吸着量が高く分離・精製に好適であり、しか
も高い機械的強度を合わせもった親水性の弱酸性陽イオ
ン交換体の製造方法を提供することにある。

〔発明の構成〕

本発明の親水性の弱酸性陽イオン交換体について以下祥
細に説明する。

本発明のイオン交換体は、ポリオールポリ（メタ）アク
リレートとグリシジル（メタ）アクリレートとを共１合
させ、得られた多孔性共重合体中のエポキシ基を水開環
した後、アルカリ性雰囲気下、水−有機溶媒混合系で該
共重合体中の水酸基にモノハロゲノアルキルカルボン酸
を反応させることにより製造される。

本発明において、ポリオールポリ（メタ）アクリレート
は、多価アルコールのポリアクリル酸エステルまたはポ
リメタクリル酸エステルであり、通常、エチレングリコ
ールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタク
リレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、
テトラエチレングリコールジメタクリレート、グロピレ
ングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコール
ジメタクリレート、トリノロピレングリコールジメタク
リレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート
、ペンタエリスリトールテトラメタクリレート、／、３
−ブチレングリコールジメタクリレート、グリセロール
ジメタクリレートおよびこれらに対応するアクリレート
が単独でまたは混合して用いられる。好ｔしくけエチレ
ングリコールのシアクリポリオールポリ（メタ）アクリ
レートは架橋剤として使用され、グリシジル（メタ）ア
クリレートと共重合せられるが、その使用量は樹脂中の
ＩＯ（重積）％以上を占めることが必要で占める架橋剤
の比率が小さ過ぎると樹脂の膨潤性が大きくなり、高速
液体クロマトグラフィーの充填剤その他の用途に不適当
となる。逆に架橋剤の比率が大き過ぎると、グリセリン
モノエステル部分の減少による交換容量および親水性の
低下をもたらす。すなわち、本発明方法では、後述する
ように、共重合にて得られた多孔性共重合体中のエポキ
シ基を水開環して、グリシジル（メタ）アクリレート部
分よシグリセリン七ノエステル部分を形成し、史に、そ
の水酸基の一部をモノハロゲノアルキルカルボン酸と反
応させてイオン交換基を導入させるが、架橋剤の比率が
大き過ぎると樹脂中のグリセリンモノエステル部分が減
少し、前記した様な不都合な結果を招来するのである。

重合反応は公知の任意の方法で行ない得るが、通常は適
当な分散安定剤を存在さシた水性媒体中で懸濁重合方式
で行ない、粒状の共重合体を得るのが好ましい。分散安
定剤としては、通常、ゼラチン、ポリアクリル酸ソーダ
、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール
等力用いられる。また、水性媒体中には塩類を溶解させ
て重合反応原料の水性媒体中への溶解を防止するのが好
ましい。塩としては、塩化ナトリウム、塩化カルシウム
、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム等が用いられる。重
合反応は一般に適当な重合開始剤を用いて行なわれる。

１合開始剤としては、一般に過酸化ベンゾイル、１−ブ
チルハイドロパーオキサイド、アゾビスイソブチロニト
リル、ジメチルアゾビス（メテルバＶ−））、アソヒス
（α、α−ジメチルバレロニトリル）等の有機過酸化物
や有機アゾビス化合物等が用いられる。これらの重合開
始剤は、通常、反応原料の０．０／〜！（重ｆ）％とな
るような量で使用される。

重合反応は通常、攪拌下に！ｆＯ〜９０℃で６〜．２０
時間で完了する。また、この重合反応に際して、以下の
方法を採用することにより多孔質の架橋共重合体を得る
ことができる。多孔質の架橋共重合体の製法は公知であ
り、通常は、（１）反応原料中に、これに均一に混和す
るが、生成する架橋共１［一体に対しては親和性の少な
い溶媒を存在させて重合する方法、（２）反応原料中に
ポリスチレンのような線状重合体を存在させて重合し、
生成した架橋共重合体から該線状重合体を抽出除去する
方法、（３）反応原料中にポリスチレンのような線状ｍ
ｅ体とトルエン、酢酸ミ ニチル、ジメチルホルムアｌドのような生成する架橋共
重合体に親和性を有する溶媒を存在させて重合し、生成
した架橋共１１Ｌ８体から該線状重合体を抽出除去する
方法、（４）反応原料中に（１）でのべた溶媒及び反応
原料に均一に混合し、かつ生成する架橋共重合体に対し
ても親和性を有する溶媒を共存させて重合するいずれか
が用いられる。

架橋共重合体のエポキシ環の開環反応は、硫酸かリン酸
を含む水中に架橋共重合体を懸濁させ、３０〜１００℃
で５〜２０時間保持すればよい。

この様にして得られたグリセリンモノエステル含有架橋
共重合体にカルボキシル基を導入するわけであるが、こ
の水酸基を利用してカルボン酸を反応させてカルボキシ
メチル基を導入する方法がよく知られている。しかしな
がら、この方法ではモノクロロ酢酸がグリコール酸とな
る副反応を伴い、カルボキシル基の導入量およびたんば
く吸着蓋が低く、モノクロロ酢酸が有効に利用されなか
った。ところが驚くべきことに、反応溶液に有機溶媒を
共存させることでカルボキシル基の導入量および、たん
ばく吸着量が著しく増加した。すなわち、グリセリンモ
ノエステル含有架橋共重合体をたとえば水酸化ナトリウ
ムあるいは水酸化カリウムを溶解させたアルカリ性水溶
液または、アルカリ性水溶液にさらに有機溶媒を岳加し
た溶液に懸濁させ、３０〜４０分攪拌する。これを３０
〜９０℃、好ましくは６０℃〜還流下で昇温し、有機溶
媒中に溶解させたモノハロゲノアルキルカルボン酸を徐
々に添加することにより、０．３〜／コ時間水−有機溶
媒系で反応を行う。モノハロゲノアルキルカルボン酸と
してはモノハロゲノ酢酸、モノハロゲノプロピオン酸等
が挙げられるが、モノハロゲノ酢酸が好適に用いられ、
ハロゲンとしては臭素または塩素が好適である。有機溶
媒としては、エタノール、ｌ−プロパツール、コープロ
バノール、／−ブタノール、インブタノール、ｌ−ペン
タノール、インペンタノール等のアルコール類、ベンゼ
ン、トルエン、アセトン、塩化メチレン、ジクロロエタ
ン、ジオキサン等を用いることができる。

また、有機溶媒として、水には溶解するが、水酸化ナト
リウム等のアルカリはほとんど溶解Ｌｌい！媒、例えば
、コープロバノール、アセトン等を反応溶液中濃度ｊＯ
〜ｑｓ（装置）％となるように用い、かつ、反応溶液中
のモノハロゲノアルキルカルボン酸によって中和された
後の残存アルカリと、生成するモノハロゲノアルキルカ
ルボン酸、塩のモル比がコ、θ以下となるように調節す
ると、カルボキシル基の導入量およびたんばく吸着量が
増加するので好ましい。

カルボキシル基導入量は、前述の反応条件を選択するこ
と、あるいは同操作を繰り返し行なうことによって調節
することができるが、その導入量としては、樹脂のイオ
ン交換容量がθ、／〜！ｒ　ｒｎｅｑ／ｇとなる量で導
入するのが好ましい。

イオン交換容量が０．／　ｍｅｑ／ｇより小さいと、イ
オン交換樹脂としての実用性に乏しく、たんばくの吸着
量が低下する。また、イオン交換容量が！ｒ　ｍｅｑ／
ｇより大きくなると、（１）遊離酸形と負　　′荷形と
の間の樹脂の体積変化が大きくなる、（１１）たんばく
の回収率が低下する等、実用上程々の障害を生じる。本
発明に係る樹脂のさらに好適なイオン交換容量は、θ、
３〜ｊ　ｍｅｑ／ｇである。

本発明に係る樹脂は、前記の架橋剤部分、グリセリンエ
ステル部分および、これから部分変性されて形成される
カルボキシル基含有エステル部分から本質的に成ってい
るが、所望ならばアクリル酸またはメタクリル酸のメチ
ルエステルやエチルエステルなどを含んでいてもよい。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、
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−／ グリシジルメタクリレート２１０１．エチレンクリコー
ルジメタクリレー）？ＯＪｉ’、）ルエン３０θｉ及び
コ１．２′−アゾビスーコ、ｌＩ−ジメチルバレロニト
リル３ｇの混合物を、脱塩水コ１ＯＯ−にポリビニルア
ルコールミノ９と塩化ナトリウムｔｒｉｓｙを溶解した
溶液に加え、攪拌しながら７０℃でｔ時間懸濁重合させ
た。反応物を冷却したのち生成した共重合体粒子を戸別
し、水洗した。次いでこの共重合体をメタノール７．５
を中に入れ室温で３時間攪拌する操作を３回反復した後
、濾過し、ｇｏ℃で７６時間乾燥した。

２１１；１１の平均粒径／４１θμの多孔質共重合体が
得られ、収率は９６％であった。島津製作所製オートボ
ア９２００型を用いて、水銀圧入法によシ求めた乾燥粒
子の細孔容積は、０．７！；ｎνＩであった。この重合
体粒子１０１を７θ％硫酸！Ｏｍｔ中に入れ、攪拌しな
がらｇｏ℃で５時間保持し、共重合体中のエポキシ基を
開環した。

水溶液ダ０−を加え、室温で／時間攪拌後５０℃で、７
．．７　（［ｉ　）％ブロモ酢酸−２−プロパツール溶
液３３０９を３θ分間かけて滴下し、引き続き５０℃で
弘時間反応させた。反応物を戸別し、メタノール、脱塩
水で充分洗浄した。これを２規定塩酸水溶液コｏｏｙｔ
ｔに入れ、−夜装置し、次いで脱塩水で充分洗浄した。

このようにして得た陽イオン交換樹脂の交換容量はθ、
９７　ｍｅｑ／ｇ、膨潤度は３．／わヅｇであった。

実施例コ 実施例／で得られた加水分解した共重合体５ｇ（乾燥品
）に、２０（重量）％水酸化ナトリウム水溶液Ｓｇ、お
よびコープロバノール２！、！！−を加え、室温で／時
間持拌する。これに３９＜重−ｒｈ）％モノクロロ酢酸
−コープロバ／−／Ｉ。

溶液３．ダｇを加え、反応溶液の水：コーグロバノール
の体積比が／！：Ｉ！：！とし、還流下で２時間反応さ
せた（残存ＮａＯＨ／　ＣｔＣＨ，０ＯＯＮａモル比：
０、ｇ）。反応物を戸別し、メタノール、脱塩水で充分
洗浄した。これをコ規定塩酸水溶液２００ｍ１に入れ、
−夜静置後、脱塩水で充分洗浄し、生成物のイオン交換
容量、水分値を１ｌｌｌＪ定したところ、それぞれ０．
ｇ　２　ｍｅｑ／ｇ　％　５ｇ、コチであった０ 実施例３ コーグロバノール、２６−１３？（重量）チモノクロロ
酢酸−２−プロパツール溶液２．１．　Ｉ　ヲ用いた以
外は、実施例−と全く同様にして反応を行ない（残存Ｎ
ａＯＨ／　ＣｔＣＨ，ＣＯＯＮａモル比：　／、２ｇ）
、生成物のイオン交換容量、水分値を測定したところ、
それぞれ０．７２　ｍｅｑ／ｇ　、　！ざ０ｇ％であつ
九。

実施例ダ ２御プロパノールλ６．３−１３？（重ｔｋ）チモノク
ロロ酢酸−コープロパノール溶液コ、Ｊ　ｇを用いた以
外は実施例コと全く同様にして反応を行ない（残存Ｎａ
ＯＨ／　ＣＩＣＨ，ＣＯＯＮａモル比：　／、ｇ）、生
成物のイオン交換容量、水分値を測定したところ、それ
ぞれ０−７　／　ｍｅｑ／ｇＮ　ｊ　？−’４％であっ
た０ 比較例 実施例／で得られた加水分解した共重合体２３９（湿潤
状態）を、ｊ規定水酸化ナトリウム水溶液４３ｍ１に入
れ、３０℃以下で７時間攪拌後、余剰の水酸化ナトリウ
ム水溶液を吸引除去し、これにグー（重量）％モノクロ
ロ酢酸ナトリウム水溶液／／／９を加えた。混合物を攪
拌しながら、３０℃で！時間反応させた。反応物をＰ別
し、脱塩水で充分洗浄した。

これをコ規定塩酸水溶液−００ｔｓｔに入れ、−夜装置
し、次いで脱塩水で充分洗浄し九。生成物のイオン交換
容蓋は、０．Ｊ　？　ｍｅｑ／ｇ　Ｎ膨潤度は３．コブ
１１であった。

応用例−ｌ Ｏ，コ、　ｏ、ｔｉ　、　ｏ、ｔ、　、θ、１　ｗ／ｖ
　％の濃度になる様に、牛血清アルブミン（シグマ社製
試薬）（ＢＡＡ）を２５ｍＭアセテート緩衝溶液（ｐＨ
１，！θ）に溶解させた。

実施例１及び比較例により得られた樹脂各ｊ−を２！ｒ
ｒｎＭアセテート緩衝溶液（ｐＨＩｌ、ｓｏ　）　テ充
分平衡化した後、遠心分離し、付着溶液を除去し、前記
アルブミン濃度の異なる９種の午血清アルブミン溶液１
００ｍ１にそれぞれ添加し、７０℃で６時間振とり攪拌
した。

振とり後、上澄液の波長２ｔ　ＯｎｍでのＵＶ吸光度を
６（１ｊ定することにより、アルブミ／の吸着量を求め
、吸着等温線を作成した。これより得られた各Ｆ３ＳＡ
平衡濃度におけるＢＳＡ吸着量を第１表に示す。

第１表 応用例−２ 実施例−〜ｌにより得られた樹脂各５ｍｌを２！；ｒｎ
Ｍアセテート緩衝溶液（ｐＨダ、ｓＯ）で充分平衡化し
た後、遠心分離し、付Ｍ溶液を除去する。（７１ｗ／ｙ
％のａ度になる様に、ＢＳＡを−ｊｍＭアセテート緩＠
溶液（ｐＨ’１．！；θ）に溶解させた溶液１００−を
、前述の樹脂に添加し、１０℃で６時間振とう偉拌した
。上澄液の波長２　ｇ　ＯｎｒｎでのＵＶ吸光度を測定
し、アルブミン吸着量を求めた。

結果を第２表にまとめて示した。

第２表 〔発明の効果〕 本発明に係るガ酸性陽イオン交換体は、その内部にグリ
セリンモノエステル構造を含んでいるので親水性に富ん
でいる。また、本発明によればカルボキシル基を効率よ
く多量に導入できるので、たんばく質・酵素等の生体関
連物質の吸着量が高い優れたイオン交換体を経済的に製
造できる。従って、特に生体関連物質の分離・精製に好
適な弱酸性陽イオン交換体を提供するという点で、その
工業的価値は大である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ポリオールポリ（メタ）アクリレートとグリシジ
   ル（メタ）アクリレートとを共重合させ、得られた多孔
   性共重合体中のエポキシ基を水開環した後、アルカリ性
   雰囲気下、水−有機溶媒混合系で、該共重合体中の水酸
   基にイオン交換容量が０．１〜５ｍｅｑ／ｇとなる量の
   モノハロゲノアルキルカルボン酸を反応させることを特
   徴とする親水性の弱酸性陽イオン交換体の製造方法。
2. （２）有機溶媒が２−プロパノールまたはアセトンであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造方
   法。
3. （３）モノハロゲノアルキルカルボン酸がモノクロル酢
   酸であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   製造方法。
4. （４）ポリオールポリ（メタ）アクリレートが樹脂中の
   １０重量％以上を占めることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の製造方法。