NO180200B - Fremgangsmåte for fremstilling av vandige dispersjoner av magnetiserbare polymerpartikler - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for fremstilling av vandige dispersjoner av magnetiserbare polymerpartikler med snever partikkelstørrelsesfordeling fra vandige dispersjoner av de nevnte partikler med bred partik-kelstørrelsesf ordeling.

Disse og andre trekk ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de etterfølgende krav.

Mikrokuler av polymerer inngår i gjennomføring av diagnostiske tester av typen radioimmunoanalyser eller immunoenzymatiske analyser. Trinnene ved separering og vasking forenkles når disse mikrokuler er magnetiserbare. Effektiviteten av disse mikrokuler blir bedre alt etter som granulometrien av disse blir stadig snevrere. En god granulometrisk innsnevring tillater oppnåelse av en tydelig sedimentasjonsfront og en supernatantfase uten fine partikler, slik at problemet med sedimentasjon som skyldes store partikler begrenses. Den størrelsesmessige monodispersitet muliggjør oppnåelse av nøyaktig adsorpsjonsoverflate på mikrokulene og følgelig optimal fikseringskapasitet av disse overfor antigener eller antistoffer.

Ved en helt annen anvendelse, nemlig som magneto-fortyknings-fluider på basis av suspensjoner av magnetiserbare polymerpartikler oppnås de bedre egenskaper når de magnetiserbare partikler har en snever partikkelstørrelsesfordeling eller granulometri.

Europeisk patentskrift nr. 38730 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av en lateks av magnetiserbare polymerer bestående i å dispergere det magnetiske fyllstoff i en organisk fase inneholdende en organo-oppløselig initiator og/eller monomeren eller monomerene, dispersjonen blandes med en vandig oppløsning tildannet av vann og emulgeringsmiddel, og blan-dingen homogeniseres for oppnåelse av dråper av organisk fase med størrelse mellom 0,03 og 5 |im og endelig polymer isas jon etter tilsetning av monomer eller monomerer om nødvendig. Størrelsen av de endelige partikler tilsvarer størrelsen av dråpene.

Homogeniseringen gjennomføres i en homogenisator med høy skjærkraft (for eksempel en kolloidmølle). Dråpene (og følgelig polymerpartiklene) har en størrelsesfordeling som er en funksjon av innholdet av emulgeringsmiddel og forholdet organisk fase/vandig fase.

Den granulometriske fordeling av de oppnådde polymerpartikler fra denne prosess er vanligvis bred.

For en fordeling av Gauss-type med en mediandiameter på 1 Jim, ansees denne fordeling som bred hvis det relative avvik er omtrent 60 % som betyr at 2/3 av vekten av partiklene har en diameter mellom 0,4 og 1,6 fim.

Som snever ansees en fordeling hvor avviket er høyst 30 % og foretrukket 15 til 25 %.

Formålet for den foreliggende oppfinnelse er å oppnå snevre størrelsesfordelinger av partiklene (avvik høyst 30 %, foretrukket 15 til 25 %, endog 3 til 5 % ved å øke antallet fraksjoneringer).

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, nemlig fremstilling av vandige dispersjoner av magnetiserbare polymerpartikler med snever partikkelstørrelsesfordeling fra vandige dispersjoner av nevnte partikler med bred partikkelstørrelsesfordeling, er kjennetegnet ved at

a) om nødvendig innstilles mengden av vann i den vandige dispersjon med bred størrelsesfordeling slik at

vektinnholdet av magnetiserbare polymerpartikler (tørrstoffinnhold) er mellom 1 og 40 % av dispersjonen, b) konsentrasjonen av overflateaktivt middel i dispersjonen oppnådd fra trinn a) økes inntil oppnåelse av to faser,

en flytende fase hvor partiklene er fri og en fast fase hvor partiklene er assosiert,

c) de to faser separeres,

d) trinnene a), b) og c) gjentas minst en gang fra den faste fase eller fra den flytende fase for oppnåelse av en

vandig dispersjon med ønsket størrelsesfordeling, og

e) den vandige dispersjon med snever størrelsesfordeling isoleres og fortynnes eventuelt for oppnåelse av et

ønsket tørrstoffinnhold.

De vandige utgangsdispersjoner med bred størrelsesfordeling kan fremstilles på kjent måte og det kan særlig nevnes arbeidsmåtene beskrevet i europeisk patentskrift nr. 3873 0, fransk patentsøknad nr. 8904231 og franske patentpublikasjoner nr. 2.618.084 og 2.624.873.

Partiklene i de vandige utgangsdispersjoner kan ha en granulometri på 0,01 til 20 |Xm og foretrukket fra 0,1 til 3 um.

Blant polymerene som kan utgjøre de magnetiserbare partikler kan nevnes organopolysiloksaner så vel som polymerer dannet fra en eller flere monomerer som ikke er blandbare med vann (dvs med oppløselighet i vann under 5 vekt%).

Blant disse monomerer kan nevnes:

vinylaromatiske monomerer (f.eks. styren, vinyltoluen), alkylestere av oc-£ umettede syrer (f. eks. metyl- eller

etylakrylater eller -metakrylater),

estere av umettede karboksylsyrer (f.eks. vinylacetat), vinylklorid, vinylidenklorid,

diener (f.eks. butadien),

monomerer med nitrilfunksjoner (f.eks. akrylonitril).

Monomerblandingen hvorfra den nevnte polymer avledes kan ytterligere inneholde opp til 10 % av sin vekt (foretrukket opp til 4 % av sin vekt) av en eller flere monomerer inneholdende ionogene eller reaktive grupper som:

+

- S03H, - OSO3H, - NR3, - COOH, - OH, - NH2, - NR2, - CH-CH2, - O CH2Cl, \ /

- CONH2, - SH, - N, - COOR, - PO(OR)2 O

hvori

R står for C1 - C4 alkyl, foretrukket C1 - C2 alkyl.

Som eksempel kan nevnes:

vinylbenzensulfonat, sulfoalkylestere av umettede syrer

(f.eks. 2-sulfoetylmetakrylat),

umettede karboksylsyrer (f.eks. akrylsyre, metakrylsyre,

maleinsyre, itakonsyre),

hydroksyalkylakrylater eller metakrylater (f.eks.

hydroksyetylakrylat eller hydroksypropylakrylat) , aminoalkylestere av umettede syrer (f.eks. 2-amino-etyImetakrylat)

akrylamid,

vinylbenzylklorid,

glyeidyImetakrylat.

De magnetiserbare polymerpartikler inneholder 0,5 til 70 vekt%

(foretrukket 5 til 60 %) av et magnetisk fyllstoff hvor partikkelstørrelsen er under 1 Jim og foretrukket mellom 0,002 til 0,02 Jim. Det magnetiske fyllstoff er selvfølgelig tilstrekkelig fint til å kunne inkluderes i polymerpartiklene. Dette magnetiske fyllstoff kan for eksempel utgjøres av: metaller eller deres legeringer som jern, ferrosilisium,

nikkel, kobolt, samarium eller deres legeringer med molybden, krom, kobber, vanadium, mangan, aluminium,

titan, neodym,

jernoksyder: Fe304 eller y-Fe203 eller en kombinasjon eller en blanding med andre oksyder som oksyder av

kobolt, mangan, sink, barium, sjeldne jordmetaller kromdioksyd.

Tørrstoffinnholdet i disse utgangsdispersjoner med bred størrelsesfordeling er under 65 vekt% og er vanlig 5 til 30 vekt%.

Innholdet av overflateaktivt middel i de vandige utgangs-dispers joner med bred størrelsesfordeling er mellom 0,1 og 2 ganger CMC (den kritiske micellære konsentrasjon som er konsentrasjonen av overflateaktivt middel nødvendig for tilsynekomst av de første aggregater av overflateaktivt middel benevnt miceller).

Disse overflateaktive midler, som sikrer stabiliteten av dispersjonen, kan være anioniske, kationiske, amfotære eller ikke-ioniske.

Blant anioniske overflateaktive midler kan nevnes alkyl-benzensulfonater av alkalimetaller, alkylsulfater av alkalimetaller som natriumdodekylsulfat, alkyletersulfater av alkalimetaller, alkylaryletersulfater av alkalimetaller og dioktylsulfosuksinater av alkalimetaller.

Blant de kationiske overflateaktive midler kan nevnes dialkyl (C10-C30) benzyldimetylammoniumhalogenidene og deres polyetoksylerte kvaternære ammoniumsalter.

Blant de amfotære overflateaktive midler kan nevnes N-alkyl (<C>10-C22) betainene, N-alkyl (<C>10-C22) amidobetainene, alkyl (C10-C22) imidazolinene og deres asparaginderivater.

Blant de ikke-ioniske overflateaktive midler kan nevnes polyetoksylerte fettsyrer, estere av sorbitan, estere av polyetoksylert sorbitan, polyetoksylerte alkylfenoler, polyetoksylerte fettalkoholer, polyetoksylerte eller polyglyserolerte fettamider, og polyglyserolerte alkoholer og alfadioler.

Mengden av overflateaktivt middel som innføres i trinn b) er den som er nødvendig for oppnåelse av to faser, nemlig en flytende fase hvor partiklene er fri og en fast fase hvor partiklene er assosiert.

For oppnåelse av en avsetning er det vanligvis tilstrekkelig at det til dispersjonen oppnådd fra trinn a) tilsettes en mengde overflateaktivt middel slik at konsentrasjonen av det overflateaktive middel blir 2,5 til 20 ganger den nevnte CMC og foretrukket omtrent 2,5 til 10 ganger den nevnte CMC.

Det overflateaktive middel som anvendes kan være det eller de samme som inneholdes i utgangsdispersjonen eller et hvilket som helst overflateaktivt middel som er forlikelig med midlet eller midlene i utgangsdispersjonen. Eksempler på overflateaktive midler er gitt ovenfor.

De to faser separeres deretter ved hjelp av vanlige midler som pumping eller avhelling idet avsetningen eventuelt påskyndes ved hjelp av et magnetfelt.

Eventuelt gjentas operasjonene a), b) og c) fra den separerte faste fase det antall ganger som er nødvendig for oppnåelse av dispersjonen med ønsket snever størrelsesfordeling.

Denne faste fase blir eventuelt homogenisert og fortynnet med vann for oppnåelse av en enfaset dispersjon hvor partiklene er godt separert.

Den eller de faste faser separert på denne måte ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen har en mer og mer snever størrelsesfordeling. Størrelsen av partiklene i den faste fase måles for eksempel ved optisk mikroskopering eller ved hjelp av tilpassede granulometere.

Den større eller mindre grad av snever partikkelstørrelsesfor-deling bedømmes ved graden av polydispersitet.

Selvfølgelig kan væskefasen oppnådd fra c) betraktes som ut-gangsdispers jon fra trinn a) men berøvet bestanden av partikler som gjenvinnes i den faste fase. Følgelig kan man fra denne flytende fase gjennomføre trinnene b) og c) i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen minst én gang. De faste faser dannet ved større og større konsentrasjoner av overflateaktivt middel utgjør stadig mindre og mindre partikler. Dette er en følge av innvirkningen av det overflateaktive middel og utgjør grunnlaget for fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Generelt kommer man frem til det ønskede resultat ved 1 til 8 gangers gjentagelse (oftest 2 til 5 ganger) av trinnene a), b) og c) fra den flytende og/eller den faste fase.

De etterfølgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

Eksempel 1

Den vandige dispersjon av magnetiske mikrokuler behandlet i det foreliggende eksempel selges av Rhone-Poulenc under betegnelsen "Estapor" Ml-180/12. Det dreier seg om kompo-sittpartikler som utgjøres av polystyren og magnetisk oksyd. Innholdet av magnetisk oksyd er omtrent 12 vekt%. Størrel-sesf ordelingen av partiklene er polydispers med diametere typisk mellom 0,1 |lm og 5 (lm og omtrent 7 0 vekt% av mikrokulene har en diameter mellom 1 |lm og 3 |lm. Den vektmidlere partikkelstørrelse er omtrent 1,8 (lm. a) Dispersjonen fortynnes med avionisert vann for å bringe partikkelinnholdet til omtrent 5 % (vekt%). b) Man tilsetter deretter en tilstrekkelig mengde natrium-laurylsulfat (SLS) slik at konsentrasjonen av SLS i

dispersjonen blir Cx = 0,02 mol/liter.

c) Dispersjonen hensettes i omtrent 15 timer hvoretter man iakttar en faseseparering, henholdsvis fast og flytende.

Den faste fase avsettes på beholderbunnen mens den flytende fase oppsuges forsiktig.

Så snart trinn c) er avsluttet blir den isolerte flytende fase behandlet på nytt som under b) ved denne gang å bringe konsentrasjonen C2 av SLS til 0,04 mol/liter hvoretter man fortsetter med trinn c) som tidligere.

Operasjonssyklusen b), c) gjentas ytterligere 2 ganger fra den flytende fase for å oppnå en konsentrasjon C4 av SLS på

0,08 mol/liter.

Den isolerte faste fase fra denne siste operasjon dispergeres på nytt i destillert vann. Størrelsesfordelingen av magnetiske partikler analyseres ved hjelp av en fotosedimentometersentrifuge "Brookhaven" DCP 1000 som selges av Brookhaven Inst. Corp. Størrelsesfordelingskurven er gjengitt i figur 1. Kurven a) representerer vektkumulert fordelingskurve mens kurven b) angir vektfordelingen.

Det sluttes at:

den vektmidlere diameter av partiklene er 0,2 6 |im med et

avvik på 0,071 |lm,

polydispersitetsgraden er 27 % (mot 55 % for utgangs-dispers j onen) .

Figur 2 hvor størrelsesfordelingen av partiklene sammenlignes med transmisjonselektronmikroskopi før (fig. 2a) og etter (fig. 2b) fraksjonering illustrerer godt effektiviteten av separeringsfremgangsmåten og den granulometriske størrelses-innsnevring.

Eksempel 2

I dette eksempel betegnes den vandige dispersjon av magnetiske mikrokuler med "Estapor" Ml-070/60. Innholdet av magnetisk oksyd er omtrent 60 vekt%. Partikkelstørrelsesfordelingen er polydispers med diametere typisk mellom 0,05 (im og 3 (im og omtrent 70 vekt% av mikrokulene har en diameter mellom 0,3 (lm og 1 Jim. Den vektmidlere partikkelstørrelse er omtrent 0,7 (im.

En operasjonssyklus a), b) og c) i likhet med syklusen i eksempel 1 gjennomføres og gjentas deretter 2 ganger fra den flytende fase for å komme frem til en konsentrasjon C3 av SLS på 0,06 mol/liter.

Den isolerte faste fase redispergeres til et tørrstoffinnhold på omtrent 5 vekt%. SLS tilsettes til en konsentrasjon på 0,05 mol/liter. Suspensjonen settes bort i 15 timer og den avsatte faste fase isoleres og dispergeres på nytt i destillert vann. Størrelsesfordelingen av de magnetiske partikler analyseres ved hjelp av en fotosedimentometersentrifuge "Brookhaven" DCP 1000. Polydispersitetsgraden bestemmes til 35 % (i forhold til 50 % for utgangsdispersjonen).

Eksempel 3

Til dispersjonen gjenvunnet fra behandlingen i eksempel 2 tilsettes SLS til en konsentrasjon på 0,06 mol/liter. Man går frem som med operasjonen c) i eksempel 1. Den faste fase isoleres, behandles ifølge operasjonene a) og b) i eksempel 1 til en konsentrasjon av SLS på 0,06 mol/liter hvoretter man gjennomfører operasjon c) som i det foregående for å gjenvinne en fast fraksjon. Denne viser etter 48 timer irisering og har evnen til å bryte det synlige lys (farge fiolett, grønn og rød). Dette er det tydelige tegn på at prøven av fraksjonerte partikler har dannet en kolloidal krystall. Disse kolloidale krystaller er bare gjort mulig etter som de partikler som de består av har en helt spesiell snever partikkelstørrelses-fordeling som benevnes monodispers. Man har således vist at fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen tillater oppnåelse av en monodispers partikkeldispersjon fra en dispersjon av mikrokuler med bred størrelsesfordeling.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av vandige dispersjoner av magnetiserbare polymerpartikler med snever partikkelstør-relsesf ordeling fra vandige dispersjoner av nevnte partikler med bred partikkelstørrelsesfordeling, karakterisert ved at a) om nødvendig innstilles mengden av vann i den vandige dispersjon med bred størrelsesfordeling slik at vektinnholdet av magnetiserbare polymerpartikler (tørrstoff-innhold) er mellom 1 og 40 % av dispersjonen, b) konsentrasjonen av overflateaktivt middel i dispersjonen oppnådd fra trinn a) økes inntil oppnåelse av to faser, en flytende fase hvor partiklene er fri og en fast fase hvor partiklene er assosiert, c) de to faser separeres, d) trinnene a), b) og c) gjentas minst en gang fra den faste fase eller fra den flytende fase for oppnåelse av en vandig dispersjon med ønsket størrelsesfordeling, og e) den vandige dispersjon med snever størrelsesfordeling isoleres og fortynnes eventuelt for oppnåelse av et ønsket tørrstoffinnhold.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at utgangsdispersjonen inneholder partikler med kornstørrelse fra 0,01 til 20 Jim.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at polymerpartiklene inneholder 0,5 til 70 vekt% av et magnetisk fyllstoff.

4. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at i trinn a) er vektinnholdet av partikler fra 4 til 15 % av den nevnte dispersjon.

5. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at det overflateaktive middel som innføres i trinn b) er anionisk, kationisk, amfotært eller ikke-ionisk.

6. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at mengden av overflateaktivt middel som innføres i trinn b) er slik at konsentrasjonen av overflateaktivt middel blir 2,5 til 20 ganger CMC (CMC er den kritiske micellære konsentrasjon).

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6, karakterisert ved at mengden av overflateaktivt middel som innføres i trinn b) er slik at konsentrasjonen av overflateaktivt middel blir 2,5 til 10 ganger CMC.

8. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at trinnene b) og c) gjentas 1 til 8 ganger fra den flytende fase separert under c) .

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, karakterisert ved at trinnene b) og c) gjentas 2 til 5 ganger fra den flytende fase separert under c) .

10. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at trinnene a), b) og c) gjentas 1 til 8 ganger fra den faste fase separert under c).

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10, karakterisert ved at trinnene a), b) og c) gjentas 2 til 5 ganger fra den faste fase separert under c).