JPS6354285B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

(1) 産業上の利用分野 本発明は、クロマトグラフイー用充填材、固定
化生体触媒坦体等に好適な、従来にない優れた性
質を有する粒状多孔質キトサンの製造法に関する
ものである。 (2) 従来の技術 粒状多孔質キトサンを製造する方法としては、
特開昭55―167048号、特開昭56−16532号及び特
開昭58−57401号の方法が知られている。特開昭
55−167048号の方法は、懸濁剤を含む分散媒浴中
に必要に応じ懸濁剤を含むキチンの脱Ｎ―アセチ
ル化物の水系溶液を添加分散し、粒状化及びアシ
ル化処理し、必要に応じて更にエピクロルヒドリ
ン等のエポキシタイプの架橋剤によつて架橋化処
理して球状キチン成形体を製造する方法である
が、この方法では、原料を球状化させるために懸
濁剤を使用していること、及び原料水溶液の粘度
が低濃度でも高いため、粘度降下剤を加える等、
所望の粒径、多孔性のものを得るのに複雑な処理
が必要である。又、特開昭56−16532号の方法は、
可溶性キチン誘導体の水溶液に希釈剤、細孔調節
剤及び界面活性剤を添加して得られた混合液をア
シル化剤で処理し、必要に応じてエピクロルヒド
リン等のエポキシタイプの架橋剤によつて架橋化
処理するものであつて、上記方法と同様に低濃度
の溶液から多孔性キチン成形賀を得るので各種の
添加剤を加える必要がある。更に、特開昭57−
57401号の方法は、キトサンの酸性水溶液に乳化
剤を含む疎水性溶剤を加えてエマルジヨンを形成
し、このものをアルカリ水溶液に注入してキトサ
ンを粉粒状に凝固析出させるものである。これら
公知の方法では、いずれも高分子量キトサンを用
いているため、キトサンの性質から溶媒に溶解す
るとき溶液の粘度が極度に高く、ゲル化状態にあ
るため、成形物を得る際各種の添加剤を加えて低
濃度のキトサン溶液としているが、添加剤の使用
割合等により成型物の多孔性が変化し、一定のも
のを得るのは困難であり、また、得られた粒状物
質も強度的に脆い欠点があつた。 本発明者等は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために、低分子量キトサンを用いるこ
とより濃度が高いが低粘度のキトサン溶液とし、
この溶液を塩基性溶液中に落下せしめ、凝固させ
ることにより、非常に粒度の揃つた、しかも球表
面割断面に均一な微細孔を具備する粒状多孔質キ
トサンを得る方法を発明し、特願昭59−161192号
として提案した。この粒状多孔質キトサンは、水
系においてそのまま使用する場合は非常に好まし
い多孔性を維持するが、一旦凍結乾燥後に水系に
浸漬する場合は、脱気問題が生じ取扱い上の問題
があり、又、通常の乾燥後に再び水系に浸漬する
場合も多孔性が消失する傾向があり、実際に使用
する面での問題が生じた。 一方、粒状多孔質キトサンは、キトサン自体の
性質から酸性水溶液でこれを使用する時には溶解
してしまい、多孔構造が崩壊する欠点があり、こ
の欠点を除くため上記の公知方法のようにエピク
ロルヒドリン、グルタールアルデヒド等の架橋試
薬を用いて架橋する方法及び特公昭57−55460号
で開示されている如く、塩化シアヌールと接触さ
せ、架橋する方法が知られているが、かかる処理
をしたものも、凍結乾燥後、又は通常乾燥後に再
び水系に浸漬する場合は脱気、及び多孔性消失の
欠点がある。 (3) 発明が解決しようとする問題点 本発明は、低分子量キトサンを用いることによ
り濃度の高いキトサン溶液とし、この溶液を塩基
性溶液中に落下せしめ、凝固させることにより非
常に粒度の揃つた、しかも球表面、割断面に均一
な微細孔を有する粒状多孔質キトサンを得て、こ
れを極性溶媒中で有機ジイソシアネート化合物と
接触架橋させることにより、酸、アルカリに対す
る性質を増強せしめると共に、一度凍結又は通常
の乾燥処理後、再び水系に浸漬した時に、乾燥処
理前の粒状多孔質キトサンが有していた微細孔性
を充分再現させることのできる粒状多孔質キトサ
ンを得るものである。 (4) 問題点を解決するための手段 本発明は、低分子量キトサンを酢酸、ジクロル
酢酸、蟻酸の単独、若しくは混合物の水溶液に溶
解し、該溶解液を塩基性溶液中に落下せしめて粒
状多孔質キトサンを凝固折出して粒状多孔質キト
サンを得、更に極性溶媒中で有機ジイソシアネー
ト化合物と接触架橋せしめるものである。 本発明においては、平均分子量が10000〜
230000の低分子量キトサンが用いられ、該低分子
量キトサンは上記酸の水溶液に溶解し使用される
が、溶解液濃度は２％〜20％の範囲にあることが
好ましく、又必要に応じ０〜５％の範囲内で尿素
等の粘度調節剤を酸水溶液に加えることも出来
る。 この様に調製されたキトサン酸性水溶液は、例
えば孔径が0.1〜0.25ｍ／ｍの吐出孔より圧力下
で次の凝固浴中に一定量ずつ落下させる。 この場合の吐出口孔径、圧力等の選択は、所望
する粒径により自由に選択出来ることは勿論であ
る。 凝固浴として塩基性溶液に用いられる塩基性物
質としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウ
ム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アンモニ
ア、エチレンジアミン等のアルカリ性物質が用い
られる。塩基性溶液は水、又はメタノール、エタ
ノール等の極性を有するアルコール類、又は水と
アルコールとの混合物に前記塩基性物質を加えて
使用する。アルコール類は、凝固浴の表面張力を
低下さす役割を果すので、落下させたときの衝撃
を弱めることが出来、比表面積を容易に制御する
効果がある。塩基性溶液の濃度は使用するキトサ
ン酸性水溶液の濃度によつて、又、所望する粒状
多孔性キトサンの性状により自由に選択出来る。
キトサンは、凝固浴中を粒状体で沈降しながら脱
溶媒反応の進行と共に微細組織を形成する。沈降
した球状凝固物を取り出し、中性になる迄水洗を
行い、しかる後極性溶媒を用いて水洗に用いた水
を確実かつ完全に置換除去させる。この場合球状
凝固物を予め減圧吸引して脱水処理をしておくこ
とも勿論処理を早める点で好ましいことではあ
る。 次いで水置換に用いた極性溶媒と同一又は異な
る極性溶媒中に有機ジイソシアネート化合物を溶
解した液中でキトサンの球状凝固物の架橋処理を
行い、充分架橋処理が行われた後で未反応の有機
ジイソシアネート化合物を反応に用いた極性溶媒
によつて充分に洗浄除去した後、更に水で充分洗
浄し、架橋処理をした粒状多孔質キトサンを得
る。 本発明において使用する極性溶媒としては、メ
タノール、エタノール、イソプロピルアルコール
等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケト
ン等のケトン類、ジメチルホルムアミド、ジメチ
ルアセトアミド等のアミド類が使用できる。これ
ら極性溶媒は１種のみを使用しても、また、２種
以上を混合して使用してもよい。 架橋反応を行わしめる有機ジイソシアネート化
合物としては、脂肪族、脂環族及び芳香族のジイ
ソシアネートのうち、反応条件不で極性溶媒中で
溶解するものすべてが使用できる。そのような有
機ジイソシアネートとしては、例えば、４，4′―
ジフエニルメタンジイソシアネート、１，４―フ
エニレンジイソシアネート、２，４―トリレンジ
イソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、
１，４―シクロヘキサンジイソシアネート、４，
4′―ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、
キシリレンジイソシアネート、イソフオロンジイ
ソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート
等が挙げられる。 本発明で用いられる有機ジイソシアネート化合
物の濃度は特に限定はされないが、キトサンのグ
リコサミン残基１モルに対し、有機ジイソシアネ
ート化合物のモル比が著しく低いと製造された粒
状多孔質キトサンが酸に不溶とはなるもののその
濃度等の条件に充分に耐え難く、またモル比が高
すぎると耐酸性、多孔性を充分に保持できるが残
存有機ジイソシアネート化合物の水洗処理にかな
りの煩雑さを生じ好ましくない。このような点を
考慮すると有機ジイソシアネート化合物の濃度
は、キトサンのグリコサミン残基１モルに対し
0.2〜2.0モルの範囲が好ましい。また、キトサン
に有機ジイソシアネート化合物を接触架橋させる
極性溶媒は、キトサン１容量に対し、有機ジイソ
シアネート化合物を好ましくは上記のようなモル
範囲で含む極性溶媒２容量とを混合使用すること
が望ましい。接触架橋化を行う反応条件は、使用
する有機ジイソシアネート化合物によつて適宜選
択されるが、用いた極性溶媒の沸点以下の温度で
30分から24時間撹拌反応することによつて達成さ
れる。 (5) 実施例 以下、本発明を実施例により更に詳細に説明す
るが、本願発明は実施例記載の数値に限定される
ものではない。 キトサンの分子量は粘度から算出し、キトサン
の酸性水溶液の粘度も粘度計で測定した。 粒状多孔質キトサンの比表面積は、試料を液体
窒素中で急冷凍結し10^-4トール（TORR）、―40
℃、８時間真空乾燥し、140℃、40分間脱ガス後
比表面自動測定装置（島津マイクロメリテイツク
ス2200形）にてBET法で測定した。 ベツド容積回復率は未乾燥のベツド容積を１と
し、これを50℃で乾燥後水系で12時間放置し多孔
を再現させた時の容積を求め百分率で次式で求め
た。 ベツド容積回復率 ＝乾燥後水系放置後の容積／未乾燥容積×100（％
） 実施例 １ 脱アセチル化度80％、平均分子量46000のキト
サン70ｇを酢酸35ｇを含む水930ｇに溶解し、粘
度2500cpの溶液を得、これを0.25ｍ／ｍφのノズ
ルから10％苛性ソーダ、50％メタノール、40％水
からなる塩基性溶液中に球状になる如く落下せし
めて、凝固折出させた後、水で中性になる迄十分
洗浄して20〜30メツシユ、比表面積89.4m²／ｇの
粒状多孔質キトサンを得た。 この含水粒状多孔質キトサン50ml（沈降時容
積・乾燥時重量3.18ｇ）を減圧吸引して含まれる
水分を除去した後、100mlの極性溶媒であるアセ
トン中に入れ、撹拌しながら水分置換操作を繰り
返して行い、水分をアセトンと完全に置換除去し
た。この様にして水分を完全に除去した粒状多孔
質キトサンを、100mlのアセトン中に用いたキト
サンのグルコサミン残基１モル当り0.2，0.3，
0.5，1.0，1.5，2.0モルのヘキサメチレンジイソ
シアネートを含む溶媒中にそれぞれ入れて十分撹
拌しながら、30℃で1.5時間反応させた。同様の
操作をキシリレンジイソシアネート及び４，4′―
ジフエニルメタンジイソシアネートを用いても行
つた。夫々反応終了後、未反応の有機ジイソシア
ネート化合物をアセトンで十分に洗浄除去した
後、更に十分に水を用いて洗浄して粒状多孔質キ
トサンを得た。 得られた粒状多孔質キトサンを50℃で乾燥し、
再びこれを水系に浸漬した場合と、有機ジイソシ
アネート化合物との反応前の粒状多孔質キトサン
を50℃で乾燥し、再び水に浸した時の比表面積と
ベツド容積回復率と有機ジイソシアネート反応量
とを測定し第１表に示した。尚、以下に記載の第
１〜７表中の比表面積〜は下記の処理を行つ
た場合の比表面積（m²／ｇ）を表す。 比表面積…有機ジイソシアネート化合物との反
応前の湿潤状態の粒状多孔質キトサ
ン。 比表面積…有機ジイソシアネート化合物との反
応前の粒状多孔質キトサンを乾燥後
水系に浸漬した場合の値。 比表面積…有機ジイソシアネート化合物と反応
させた後の湿潤状態の粒状多孔質キ
トサン。 比表面積…有機ジイソシアネート化合物と反応
後の粒状多孔質キトサンを乾燥後水
系に浸漬した場合の値。

【表】 実施例 ２ 実施例１と同様にして塩基性溶液中にて得て、
水で中性とした粒状多孔質キトサン50mlを減圧吸
引して含まれる水分を除去した後、100mlの極性
溶媒であるアセトン中で実施例１の如く水分を完
全に極性溶媒と置換除去した後、粒状多孔質キト
サンをジメチルホルムアミドとアセトンを容量比
２：１とした100mlの混合極性溶媒中に用いたグ
ルコサミン残基１モル当り0.3，0.5，1.0，1.5モ
ルのヘキサメチレンジイソシアネートを含む溶液
中に夫々入れて十分撹拌しながら30℃で1.5時間
反応させた。 夫々反応終了後、未反応の有機ジイソシアネー
ト化合物をジメチルホルムアミドとアセトン容量
比２：１の混合極性溶媒で十分に洗浄除去した後
十分な水で洗浄し、実施例１同様に比表面積とベ
ツド容積回復率を求めた結果を第２表に示した。

【表】 実施例 ３ 脱アセチル化度80％、平均分子量11000のキト
サン120ｇを酢酸60ｇを含む水880ｇに溶解し、粘
度7000cpのキトサン溶液を得て、実施例１と同
組成の塩基性溶液中に0.25ｍ／ｍ孔径のノズルよ
り落下し、凝固折出させて20〜32メツシユの比表
面積97.7m²／ｇの粒状多孔質キトサンを得た。 更に、これを極性溶媒としてジメチルホルムア
ミドを用い、有機ジイソシアネート化合物として
ヘキサメチレンジイソシアネート、キシリレンジ
イソシアネートを用いて夫々グルコサミン残基１
モル当り0.3，0.5，1.0モルの３水準で実施例１と
同様の処置を行つた結果を第３表に示した。

【表】 実施例 ４ 脱アセチル化度80％、平均分子量66000のキト
サン40ｇを酢酸20ｇを含む水960ｇに溶解し、粘
度2800cpのキトサン溶液を得た。これを実施例
１と同組成の塩基性溶液中に0.25ｍ／ｍ孔径のノ
ズルにより落下させ、凝固折出せしめた後十分水
洗し、20〜32メツシユ、比表面積82.3m²／ｇの粒
状多孔質キトサンを得た。有機ジイソシアネート
化合物としてヘキサメチレンジイソシアネート、
極性溶媒としてアセトンを用いて実施例１と同様
の操作をした結果を第４表に示す。

【表】 実施例 ５ 脱アセチル化度80％、平均分子量47000のキト
サン60ｇを酢酸30ｇを含む水910ｇに溶解させ粘
度10000cpのキトサン溶液を得た。これを0.25
ｍ／ｍ孔径ノズルより10％苛性ソーダ、30％メタ
ノール、60％水からなる塩基性溶液中に落下せし
め、凝固折出させた後、水で中性になる迄十分洗
浄して32〜42メツシユ比表面積83.2m²／ｇの粒状
多孔質キトサンを得た。この粒状多孔質キトサン
50ml（沈降時容積。乾燥時重量2.78ｇ）を減圧吸
引して含まれる水分を除去した後100mlのジメチ
ルホルムアミドの極性溶媒中に入れ撹拌しながら
水置換操作を操返し行い十分に水分を極性溶媒と
置換した。 これを100mlのジメチルホルムアミド中にグル
コサミン残基１モル当り２モルのヘキサメチレン
ジイソシアネートを入れた溶媒中で60℃で2.5時
間及び２モルのキシレンジイソシアネートを入れ
た溶媒中で60℃で４時間反応させ、夫々未反応の
有機ジイソシアネート化合物をジメチルホルムア
ミドで十分洗浄後更に水で十分洗浄して粒状多孔
質キトサンを得た。この結果を第５表に示す。

【表】 実施例 ６ 脱アセチル化度80％、平均分子量46000のキト
サン60ｇを蟻酸30ｇを含む水940ｇに溶解し、粘
度2800cpの溶液を得、これを0.25ｍ／ｍφのノズ
ルから、10％苛性ソーダ、30％メタノール、60％
水からなる塩基性溶液中に球状になる如く落下せ
しめて凝固折出させた後、水で中性になる迄十分
洗浄して20〜32メツシユの比表面積77.0m²／ｇの
粒状多孔質キトサンを得た。さらにこの含水粒状
多孔質キトサン50ml（沈降時容積。乾燥時重量
2.73ｇ）を減圧吸引して含まれる水分を除去した
後、極性溶媒としてアセトンを用い、アセトン
100ml中に入れ撹拌しながら水分置換操作を繰り
返して行い、水分をアセトンと完全に置換除去し
た。水分を完全に除去した粒状多孔質キトサン
を、100mlのアセトン中に用いたキトサンのグル
コサミン残基１モル当り1.5モルのヘキサメチレ
ンジイソシアネート又は1.5モルのキシリレンジ
イソシアネートをそれぞれ含む様に調製した溶液
に入れ、十分撹拌しながら30℃で1.5時間反応さ
せた。反応終了後、未反応の有機ジイソシアネー
ト化合物をアセトンで除去した後、水で洗浄して
粒状多孔質キトサンを得た。 得られた粒状多孔質キトサンを乾燥して実施例
１に記載のようにして測定した結果を第６表に示
す。

【表】 実施例 ７ 脱アセチル化度80％、平均分子量81000のキト
サン40ｇをジクロル酢酸20ｇを含む水960ｇに溶
解し、粘度2800cpの溶液を得、これを0.2ｍ／ｍ
φのノズルからエチレンジアミン１％、メタノー
ル99％からなる塩基性溶液中に落下せしめて凝固
折出させた後、水で中性になるまで十分に洗浄し
て32〜42メツシユ、比表面積88.6m²／ｇの粒状多
孔質キトサンを得た。この粒状多孔質キトサン50
ml（沈降時容積、乾燥時重量1.98ｇ）を実施例６
に記載と同様の処理により有機ジイソシアネート
化合物と反応させて得られたものについての測定
結果を第７表に示す。但し、有機ジイソシアネー
ト化合物の使用量は各々1.0モルであつた。

【表】 (6) 発明の効果 本発明の製造法により有機ジイソシアネート化
合物により架橋処理を行つた粒状多孔質キトサン
は、上記の実施例における比表面積及びベツド容
積回復率の測定値から明らかなように、通常の乾
燥、又は凍結乾燥を行つた後に、再度水系に浸漬
した場合に、乾燥前の含水状態における容積及び
多孔性をほぼ再現することができるので貯蔵、運
搬等に便利である。 また、本発明により架橋処理を行うことによつ
て、粒状多孔質キトサンは酸、アルカリに対して
も溶解、膨潤、変色等の変化がなく、強度も増す
ので、クロマトグラフイー用充填剤、固定化生体
触媒坦体等の使用に適しており、カラム等に充填
した場合も本発明の粒状多孔質キトサンは変形せ
ず、通液抵抗が増加することもない。また、架橋
化を行うことによつて陰イオンに対するイオン交
換能を向上せしめることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 低分子量キトサンを酸性水溶液に溶解し、該
   溶解液を塩基性溶液中に落下せしめて得た粒状多
   孔質キトサンを、極性溶媒中で有機ジイソシアネ
   ート化合物と接触させ、架橋することを特徴とす
   る粒状多孔質キトサンの製造法。