SE516594C2 - Hydrogelprodukt för adsorptionsändamål - Google Patents

Description

25 546.594 2 alkalisk miljö. Föreliggande uppfinning avser en produkt i vilken närbelägna aminogrupper införts i matrisen. Dessa aminogrupper kan alkyleras under mindre drastiska betingelser (lägre alkalinitet än hydroxylerna).

Aminogrupperna ingår i polyalkyleniminer (som egentligen borde kallas polyalkylenaminer) vilka först kopplas till polysackariden. Detta kan göras vid högt pH t ex 13-14. Om en oligoetvlenimin eller polyetylenimin väljs blir aminogruppstätheten högre än hydroxyltätheten i det ursprungliga gelnätverket vilket är en fördel för framställning av produkten.

Ovannämnda polyalkyleniminer tvärbinds internt genom ytterligare tillsats av tvärbindare när lämpligt antal lager med polyalkyleniminer har påförts stödmatrisen.

US 4,144,190, 1979 (Bowes et al.) har beskrivit en polysackaridadsorbent framställd av en polysackarid och en kvävehaltig acetyleringsbar polymer med en tvärbindande substans. Steinmann et al. (Talanta, vol 41, Nr 10, s 1707-1713) syntetiserade en likartad metalladsorbent utifrån agaros och polyetylenimin. Man studerade där metalljonerna Co”, Nih, Cuß, Zn**, Cdzf och H02”. metalladsorbenter genom att kolhydrat/proteinkomponenten Vår adsorbent skiljer sig från dessa (stödmatrisen) kan hydrolyseras med stark syra utan att produkten makroskopiskt ändrar form. Denna komponent kan också sönderdelas genom oxidation med mättad natriumperjodatlösning.

Där gelen alltså bibehåller sin form trots dessa drastiska behandlingar. Om produkten framställs i form av partiklar kan dessa efter syrabehandling packas i bäddar som tillåter höga filtreringshastigheter. Dessa egenskaper erhålles genom att sammankoppla löslig polymer med ett kolhydrat-polyaminkomplex i olöslig (gel)form med ett tvärbindningsreagens.

G.P.Royer och hans forskargrupp beskriver (J.Am.Chem.Soc. 99, 1977, S. 6141-42 (1977), J.Org.Chem., 45 (1980) 2269) hur en oorganisk kärna i form av aluminiumhydroxidgel behandlas med polyetylenimin följt av glutaraldehyd och reaktion av den “Schiffska" produkten med natriumborhydrid. Aluminiumhydroxiden löses därpå med saltsyra. Skillnaderna mellan denna produkt och produkten enligt föreliggande uppfinning är bland annat 10 15 20 25 -5161594 följande: 1. Vi använder organisk polymer företrädesvis polysackarid och/eller protein som stödmatris eller kârnmaterial. 2. Minst två, ofta flera lager polyetylenimin sammankopplas sinsemellan och med stödmatrisen. Vidare tvârbinds lagren internt genom tillsats av en tvärbindare. Särskilt blir skillnaden mycket påtaglig när polymerbildaren är en làgmolekylär alkylenamin som exempelvis tetraetylenpentamin (TEPA). Här kan tvärbindaren viktsmässigt i slutprodukten överväga polyetyleniminkomponenten. 3. Efter hydrolytisk destruktion (nedbrytning) av polysackariden och/eller proteinet medelst en syra eller bas återstår en syra- och basstabil rest från denna (dvs från stödmatrisen) som kemiskt kan manipuleras (t ex substitueras).

Detta år ej fallet med en Oorganisk kärna; alltså ingen substituerbar återstod erhålls med uppfinningen enligt Royer et al. Detta âr en fördel då polyalkylenaminprodukten blir hydrofiliserad med denna återstod som till större delen torde ha strukturerna - X - O- CHZ - CHOH- CHZOH och - X -O- CH, - CHZOH där X är en tvärbindarstruktur som uppkommit vid kopplingen. Vi har alltså efter syrabehandlingen en stabil produkt med både NH2, NH-grupper och OH-grupper vilka var för sig kan aktiveras och substitueras (med samma eller olika substituenter). Även efter syrabehandling, följt av perjodatbehandling och slutlig reduktion med natriumborhydrid återstår ett polyetylenimin- komplex med vidhängande rester av polysackarider. Dessa rester torde huvudsakl igen ha strukturerna - CHZ - CHOH- CHZOH och - CH, - CHzOH med tvärbindningen till polyetyleniminen kvar. Dessa strukturer är att betrakta som glyceroleter respektive glykoleter och gör därför produkten mer hydrofil och biokompatibel (och därigenom skonsammare för biologiskt material). Glycerol- och glykolresterna kan aktiveras och därefter substitueras. Eftersom ett högre pH krävs för aktiveringen av alifatisk hydroxyl än amin kan polyamin och alkoholkomponenterna aktiveras och substitueras oberoende av varandra. Man kan därför substituera polyaminen med en metallkelator och alkoholgrupperna med en annan grupp, t ex ett aromatiskt ämne och på så sätt erhålla en 10 15 20 25 5.15 594 4 adsorbent med dubbla funktioner. En sådan adsorbent kan alltså framställas resistent mot såväl stark syra som bas. 4. I uppfinningen enligt Royer et al ingår ett oorganiskt kärnmaterial och polyetyleniminen är ej kopplad till denna i kemisk förening utan kontakten är genom fysikalisk adsorption och genom att kanaler och porer fylls av polyetylenimin (PEI) före tvärbindning. Kapillärpenetrationens effektivitet kan ifrågasättas. Enligt föreliggande uppfinning kan kontakttiden mellan polyaminen och den aktiverade fasta fasen göras mycket lång. Alla permeabelt tillgängliga kanaler och porer med aktiva grupper kan då reagera med intrângande polymer och där fixeras.

Kontaktningen mellan reagerande komponenter är därför helt olika.

En hydrogel för adsorptionssyften beskrivs vidare i PCT/SE99/00991 (WO99/64149). Där beskrivs en gel där man har en stödmatris som tvàrbinds till polymerer såsom TEPA. Man har dock ingen intern tvärbindning inom polymererna. Genom att denna sistnämnda tvärbindning saknas minskar rigiditeten hos denna ovannämnda gel. Vidare kan man misstänka att det finns risk för att tvärbindningarna däri kan genom steriskt hindrande motverka metalljonbindning. Man kan således förvänta sig uppnå ett adsorptionsmaximum och därefter en successiv sänkning av kapaciteten.

Vår adsorbent enligt föreliggande uppfinning skiljer sig alltså från dessa ovannämnda metalladsorbenter inom teknikens ståndpunkt bland annat genom att kolhydrat/proteinkomponenten (stödmatrisen) kan genomgå drastiska behandlingar utan att produkten makroskopiskt ändrar form, samt att en intern tvärbindning föreligger mellan/i polymererna som påförts stödmatrisen, vilket ger en rigidare gel. Om produkten sedan framställs i form av partiklar kan dessa efter behandlingen packas i bäddar som tillåter höga filtreringshastigheter.

Vi har alltså åstadkommit en ny adsorbent som överkommer tidigare kända stabilitetsproblem hos metalladsorbenter. Genom den interna tvärbindningen av polymererna (polyaminer) på stödmatrisen ökar rigiditeten. Dessutom kan vi använda högre filtreringhastigheter (flödeshastigheter)vid användning av den 10 15 20 25 5161594 5 föreliggande uppfinningen i jämförelse av andra partkelbäddar med liknande dimensioner vilket kan vara av stor fördel i exempelvis storskaliga processer. Genom tvärbindningen ökar den kemiska stabiliteten vilket därigenom minskar risken för extraktion av lösliga polymerprodukter, som är oönskat när en adsorbent enligt föreliggande uppfinning skall användas för framställning av extremt rena ämnen som exempelvis ultrarent vatten. Tvärbindare med deras reaktiva grupp(er) som tillsätts för att åstadkomma tvärbindningar i ovannämnda polymer möjliggör vidare enkel konvertering av produkter till andra adsorbenter.

Samanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning avser en hydrogelprodukt för adsorptionsändamål bestående av en i vatten olöslig stödmatris och tvärbundna polymerer, kännetecknad av att stödmatrisen är substituerad med åtminstone ett första, lösligt polymermaterial kemiskt bundet till stödmatrisen, varefter eventuellt ytterligare polymermaterial är inbyggda i det primärt syntetiserade stödmatrispolymerkomplexet genom skilda slag av tvärbindningar och att polymermaterialet är tvärbundet internt, varvid eventuellt stödmatrisen föreligger i form av en syra- och basstabil rest.

, Vidare avser föreliggande uppfinning ett förfarande för att framställa denna ovannämnda hydrogelprodukt kännetecknat av att polyalkyleniminkedjor A1 införs i polysackarid/protein-i nätverket (dvs stödmatrisen) som därefter aktiveras och samtidigt tvärbinds med en tvärbindare X1 varvid en intern tvärbindning uppstår, varefter produkten eventuellt kopplas med en eller flera nya alkylenimin(er) Afdg som därpå aktiveras analogt med Xfdg varvid ytterligare en eller flera intern(a) tvärbindning(ar) uppstår, varpå ytterligare tvärbindare X5-X, eventuellt kan tillföras.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Med stödmatris avses i föreliggande ansökning en matris 10 15 20 25 516 5§4 6 som är uppbyggd med ett första, vattenolösligt polymer-material.

Uppfinningen demonstreras i form av en stödmatris bestående av tvärbundna sfâriska agarospartiklar men stödmatrisen kan även innefatta agarpartiklar och andra polysackarider och polygalaktaner (innehåller polygalaktos-enheter), agaros eller derivat därav, laminarin, cellulosa (exempelvis bomull) eller derivat därav, tvärbundet dextran eller derivat därav, samt stärkelse eller derivat därav. samt även proteiner, eller en kombination av polysackarid och protein. Företrädesvis föreligger stödmatrisen som en vattensvâlld gel vid påförandet av polymererna dvs exempelvis poletylenamin, mest föredraget en polyfunktionell amin t ex polyetylendiamin.

Stödmatrisen kan istället för polysackarid, innefatta ett protein med lämpliga sidokedjor som fallet är med hår (ull) och silke. De innehåller t ex OH fràn serin och -S-S-grupper som kan överföras i -SH samt aminogrupper. Serins OH-grupper kan överföras i SH-grupper. (Ebert,C., Ebert, G. och Karipp, H. “On the introduction of disulfide cross-links into fibrous proteins and bovine serum albumin", Advances in Experimental Medicine and Biology", vol86A, 1977, Plenum Press, New York, Editor M.

Friedman, sid 235-245. Det är alltså möjligt att bygga upp en sammanhängande polyamin omkring ull eller silkestråd. Med ovan nämnda metod att införa SH-grupper kan stödmatrisen utvidgas till andra proteiner_och proteinkomplex. Proteinet kan aktiveras med bifunktionellt reagens t ex en bisepoxid, epiklorhydrin, bishalohydrin, divinylsulfon, cyanohalider, triaziner, mono-, di- eller polyaldehyder (t ex glutaraldehyd) etc varefter polyetyleniminen kopplas varpå sedan, efter eventuellt en ytterligare pàkoppling av polyetylenimin, polyetylenimin (företrädesvis en polyetylendiamin) internt tvärbinds på analogt sätt som ovan.

Med internt tvärbunden avses i föreliggande ansökning att polymeren(erna) som binds till stödmatrisen, företrädesvis polyalkylenimin, är tvärbunden antingen mellan en eller flera polymerer (förträdesvis polyalkyleniminmolekyler) eller så är polymererna (företrädesvis polyalkyleniminmolekyler) tvärbundna inuti sig själva. 10 15 20 25 III:35 516, '594 7 En stödmatris kan byggas upp av både protein och polysackarid t ex genom att proteinpartiklar blandas med agar i varm lösning som därefter får stelna till gel. Polyamin kan sedan byggas upp kring gelkomponenten. I vissa fall kan en sådan konstruktion av uppfinningen erbjuda vissa fördelar. Proteinet och polysackariden kan var för sig brytas ned enzymatiskt, alternativt kan proteinet brytas ned i stark alkali varefter polysackariden kan brytas ned i syra. mellanprodukten kan substitueras. En sådan selektiv nedbrytning kan vara av värde för kontroll av slutproduktens porositet.

Uppfinningen kan också föreligga i pârlform, tràdform, membranform eller även porös.och svampartad (skumplastartad) form. Den kan alltså föreligga i en ganska godtycklig form.

Med en syra- och basstabil rest avses i föreliggande ansökning en rest som bildas när man behandlar stödmatrisen med syra, bas, oxidationsmedel eller reduktionsmedel. Syran kan vara EQSOQ. Oxidationsmedelsbehandling kan ske med mättad perjodatlösning vid pH 7. Reduktionsmedel kan vara natrium- borhydrid.

Hydrogelprodukten enligt föreliggande uppfinning kan även beskrivas med strukturformeln: P°°Y_X1A1_Xn \ X2 vilken även innefattar nedanstående formel(där tvârbindarna som åstadkommer den interna tvärbindningen kan föreligga multipelt på polymeren AJ Xml / P-Y-xlAl-xn \ X2 där P är stödmatrisen 10 15 20 25 unna; 1316. 1594 o oo nl I .g o; v o o 8 Y är en kväve-, svavel- eller syrebrygga (som hàrör ur stödmatrisen, eller som kan ha införts i stödmatrisen på annat sâtt); X1....Xn..Jg är samma eller olika di, trif eller poly- funktionella tvärbindare, A1 är vattenlösligt polymermaterial, n är helt tal där n 2 2; och z är O eller ett helt tal där zzO.

Hydrogelprodukten enligt förliggande uppfinning kan även beskrivas med strukturformeln: P_Y"X]_A1_X2A2_ o o n _XiAi_Xn \ X2 vilken även innefattar nedanstående formel(där tvärbindarna som åstadkommer den interna tvärbindningen kan föreligga multipelt på polymeren AQ Xml / P-Y-X1A1-x,A,-...-xiA1-xn \ X, vilken i sin tur även innefattar nedanstående formel (där tvärbindarna som åstadkommer den interna tvärbindningen kan föreligga multipelt på polymererna Afdg) Xz X, Xnn / / / P-Y-X1A1-X2AQ- . . . -xiAi-xn \ \ \ X, X, x, där P är stödmatrisen; ü u n 'I I. vn en o n ::vn n v10 "' " .. q. uno nu nu; »n o :unfl- o u. - u un u n .u o j Q Û Ûfl . 516 1594 9 Y är en kväve-, svavel- eller syrebrygga (som härör ur stödmatrisen, eller som kan ha införts i stödmatrisen på annat sâtt); X1....Xi.....Xn ...X2 är samma eller olika di, tri- eller poly- 5 funktionella tvärbindare; A1.....Ai är vattenlösliga polymermaterial, företrädesvis samma eller olika slags tvârbundna rester av aminer; och n och i är hela tal där i 2 2 och n 2 2; och z är 0 eller ett helt tal där z20. Således kan man ha ett successivt förgrenat 10 nätverk såsom framgår av den sist nämnda formeln.

Agar, som kan vara stödmatris, innehåller OH-grupper som kan aktiveras med bi- och multifunktionella reagens som bisepoxider och halohydriner. Agar tillhandahåller alltså i sig självt Y=0 (dvs syre). För Y=N eller S måste dessa först införas 15 i agarn. Som exempel på införsel av S och N kan ges följande reaktioner: Agar-OH + Cl-CH2-CH-CH2 -> Agar-O-CH¿-CH-CH2 (aktiverad agar) \ /. \ / 20 O O I) Aktiverad agar + NasH -> Agar-o-cHfcHoH-cnz-SH II) Aktiverad agar + NH3 -> Agar-O-CH2-CHOH-CH2-NH, 25 A1....Aï kan utgöras, en eller flera, av rester av rak eller grenad oligo- eller polyalkylenamin (vanligen kallad 55 polyalkylenimin), företrädesvis oligo- eller polyetylenamin, j. eller av rester från någon av aminerna NHRJQ där R, kan vara .f30 identisk med eller skild från R, och R kan vara H, alkyl, aromatisk eller heterocyklisk alkyl, karboxyalkyl eller annan ':' aminosyra, mest fördraget en polyalkylendiamin. Föredraget bland polyalkylendiamin är en polymer av etylendiamin som är av äï' högmolekylär typ, mest föredraget med en molekylvikt i '¶;Ü5 storleksordningen 2 2000 Da, speciellt föredraget 2000-100000 Da (2000-100000 Dalton). Alkyleniminerna som kan utnyttjas för framställning av produkten i enlighet med föreliggande 10 15 20 25 516.594 10 beskriving kan vidare vara av lågmolekylär typ t ex tetraetylenpentamin (TEPA) eller högmolekylär typ t ex polyetylenimin (PEI) och polypropylenimin (PPI). Aminen kan ha en linjär molekylstruktur eller den kan vara grenad som t ex tris(2-aminoety1)amin, TREN. Uppfinningen avser polyalkylenaminer allmänt varav polyetylenamin är ett exempel.

Erfarenhet ger vid handen att polypropylen- och polybutylenamin ger produkter med egenskaper som inte fundamentalt skiljer sig från polyetylenvarianter. De senare är något mer hydrofila.

Företrädesvis användes vidare i föreliggande uppfinning polyalkylendiaminer såsom polyetylendiamin och polypropylendiamin, på grund av det troliga bildandet av fem- respektive sexringsstruktur (chelater) vid närvaro av metaller t ex koppar. För TEPA eller PEI kan det se ut sä här: -NH-CHZ-cnz-NH- \ I \ Me ' och för PPI så hår: -NH-CHZ-cnz-cnz-NH- Me “ där Me=metalljon, t ex Cu”. _ _ I Polyalkyleniminerna fungerar som metalladsorbent varvid troligen metalljonerna fixeras i polymernätverket. Man kan alltså även kalla gelprodukten enligt föreliggande uppfinning en metallkelatbildande adsorbent eller jonbytare.

Au eller A1.....Ai dvs polymeren eller polymererna ovan kan vidare modifieras ytterligare. Man kan skjuta in reaktioner såsom karboxylering, pikolylering och så vidare under förutsättning att inte alla angreppspunkter (för X, dvs tvärbindare) på Aü eller A1.....Ag förbrukas (dvs alla aminogrupper). Man kan även modifiera genom tillsats av hydroxylhaltiga polymerer, såsom t ex polyvinylalkohol, hydroxyetylcellulosa, stärkelse, cellulosa eller neutrala derivat därav. Man kan på så sätt åstadkomma ett “skyddande” 10 15 20 25 516, 1594 11 skikt för polyaminen eller polyaminerna. Exempel pà detta kan Vara 2 cHz-CHZ-NHZ / P_Y"X1A1 A1 NIHz-CHZ-CHZ-N "CHZ-CHZ-NHZ CHfCHZ-NH, / P-Y-xl-NH-cnz-CHZ-N \ CHZ-cnz-NH, Man kan nu karboxymetylera en av NH:-grupperna och man har då en fri aminogrupp kvar som kan reagera med X2 och så vidare. Sådana ofullständiga substitutioner (i detta fall alkylering) kan göras var som helst i syntesserien.

Tvärbindarna kan vara av skilda slag. De kan vara bi-, tri- eller polyfunktionella. Ju fler aktiverade funktioner tvärbindaren har desto effektivare blir både tvårbindningen och aktiveringen. En trifunktionell tvärbindare som exempelvis trihalotriazin eller t ex triepoxid kan fingera både som tvärbindare och aktiverare. Tvârbindare kan vara halohydrin, epihalohydrin, bishalohydrin, divinylsulfon, triazin, halodiazin eller halotriazin, halohydrin, di-, tri- eller polyepoxid, halodiazin eller halotriazin, di-, tri- eller polyfunktionell aldehyd, företrädesvis glutaraldehyd eller polymeriserad glutaraldehyd, di-, tri- eller polyaziridin, WH-alkylen-W¿, där W, och Wzâr halogen, företrädesvis etylendibromid, eller halogencyanurat.

Tvärbindarna i produkten kan vara av skilda slag varigenom en eller flera tvårbindningar kan brytas upp och lämna kvar en eller flera andra tvårbindningar intakta.

Uppfinningen i enlighet med föreliggande beskrivning kan vidare karakteriseras: 1) av att aminogrupper införs i vattensvällda polygalaktangeler (t ex agar eller agaros) i konstellation som binder metaller, 10 15 20 25 5161594 12 exempelvis Cu” i kelatform. 2) genom att substitution enligt 1) ökar koncentrationen ickevattenhaltig substans i gelen och därigenom ökar gelens mekaniska stabilitet. 3) genom att tvärbindning ökar den mekaniska stabiliteten ytterligare 4) genom att om totala antalet aminogrupper är stort och aminopolymeren tvârbundits starkt med många tvärbindningar, kvarstår en gelformig restprodukt efter det att stödmatrisen (företrädesvis polygalaktangel) nedbrutits genom hydrolys och/eller genom oxidering. För att sådan restgel skall bildas kan det vara fördelaktigt att antalet aminogrupper är minst 10 och antalet tvärbindningar minst 4. Vid 100 aminogrupper (PEI molekylvikt omkring 4000 Da) och 10 tvärbindningar kan erhållas en olöslig syrabeständig gelprodukt. Denna gelprodukt kan bli mycket rigidare om antalet aminogrupper i A1.....A& ökas till 1000. Man kan således åstadkomma en gradering av gelproduktens kemiska egenskaper. Metalladsorptionskapaciteten ökar då antalet aminogrupper i A,....Ag ökas och samtidigt ökar stabiliteten hos gelen. Rigiditeten och den kemiska stabiliteten ökas med ökande antal tvärbindningar (ökande värde på i vad gäller XQ.

Uppfinningen i enlighet med föreliggande beskrivning har en avsevärd stabilitet och den intar en bibehållen, ursprunglig form även efter kraftig kemisk påverkan, t.ex. eluering, vid behandling med stark syra, t.ex. 20%~ig svavelsyra, behandling med mättad perjodatlösning vid pH 7, eller vid behandling med natriumborhydrid. Genom den interna tvärbindningen av polyaminer blir stabiliteten ytterligare förbättrad. Om vidare gelen enligt föreliggande uppfinning behandlas med 30%-ig svavelsyra upplöses stödmatrisen, vilket kan lämna enbart vattenlösliga produkter om man inte tvârbundit tillräckligt mycket polyamin på stödmatrisen. Stödmatrisen bryts då ned så att i fallet agar hydrolyseras polygalaktankedjorna till små fragment. Om gelen enligt föreliggande uppfinning har tillräckligt många tvärbindningar dvs att tvärbindnings-förfarandet gjorts effektivt så erhålles en gelartad reståterstod vid syrabehandling. Företrädesvis är polyaminen en högmolekylär 10 15 20 25 fw ones n .

. ..- H35 . . . ... 536.594 13 polyamin. Ju fler monomerenheter av exempelvis etylendiamin som är inblandade i den interna tvârbindingen desto mer stabil blir troligen gelen för syra/bas behandling. Med 100 monomerenheter och 10 tvärbindningar kan en stabil restgel erhållas. Vid en molvikt över 42000 Da, ca 1000 monomerenheter, och ett förgrenat polymernâtverk kan en ännu stabilare restgel erhållas. Restgelen kan ha efter hydrolys (eller även alkoholys) strukturerna: Y-XIAI -xn \ X2 eller }QAfl'Xn eller Y-XIAI-xzzxf. . .-xiAi-x,, eller ixlAl-xzAz- . . .-xiAi-xn \ Xz Givetvis kan dessa restgeler vara beskaffade med en eller flera X, bundna till A1 eller Al-Ai såsom exempelvis framgår nedan: 10 15 20 25 S16 _ 59 4 . . F: :ïï: 14 Xz Xz Xn+l / / / Y-XlAl-XzAz- . . . -XiAi-Xn \ \ \ X2 X2 X2 eller Xz Xz Xn+1 / / / xiAfxzAz' - - - 'XiAi"Xn \ \ \ X2 X2 X2 Man kan alltså erhålla en “ren” tvárbunden A1 eller Afdä dvs utan stödmatris eller fragment därav. Om.ALeller Ayßg är högpolymer PEI kan en olöslig gel bestående av tvárbunden polyetylenamin. Försök 7 och 8 i exempeldelen belyser ovannämnda restgeler i enlighet med föreliggande uppfinning där man behandlat tvárbunden gel enligt föreliggande uppfinning med stark syra repektive stark bas.

För att framställa uppfinningen enligt föreliggande uppfinning kan man använda olika förfaranden: 1. Polyalkyleniminkedjor A1 införes i polysackarid/protein- nätverket (stödmatrisen) som därefter aktiveras och samtidigt tvärbinds med en tvärbindare X1 varvid en intern tvärbindning uppstår, varefter produkten eventuellt kopplas med en ny alkylenimin A2 som därpå aktiveras med X2 varvid ytterligare en intern tvärbindning uppstår, varpå ytterligare tvärbindare Xg-X, kan tillföras. Xyág inför sålunda minst en icke-reagerad grupp.

Vidare kan ytterligare lager med polyalkyleniminkedjor tillföras med givetvis analog tillsats av ytterligare tvärbindare. 2. Ett tvärbundet polyalkylennàtverk tvärbindes först varefter det kopplas till den fasta polysackarid/protein-fasen (stödmatrisen), som kan vara tvárbunden polysackarid/protein med eller utan polyalkylenimin kopplad enligt (1). 10 15 20 25 n o c 516m 594 15 Förfarandena enligt (1) och (2) kan också innefatta att polysackarid/protein-nätverket utsätts för nedbrytning varvid en syra- och basstabil rest bildas.

Tvärbindningen kan även ske på annat sätt nämligen genom att tvârbindaren byggs upp på aminoenheterna. Detta kan exemplifieras med allylkorid eller allylbromid t ex X-NH, + CH2=CH-CH2Br-> X-NH-CH,-CH=CH2 (I) X=resten av polymeren Allylaminen överförs därefter i en reaktiv form genom halogenering t ex bromering med bromvatten: I + Brz -> X-NH-CHf%HgBr-CHBr I + HOBr-> X-NH-CHz-CHOH-CHzBr I alkalisk lösning bildas epoxid. Den bromerade produkten kan kopplas till aminer som polyaminer men också tioler.

Denna tvåstegsaktivering har vissa fördelar.

Aminogrupperna i polyetylenimin är närbelägna och ringslutning kommer under bättre kontroll och högre kapacitet kan erhållas.

Man får alltså ett förfarande där aktiveringen via polyaminenheten A1 (eller polyaminenhetenerna Afdg) sker genom en tvàstegsprocess där först omättade substituenter, företrädesvis alkenylgrupper, mest föredraget allylgrupper, införs vid de primära och/eller sekundära aminogrupperna varefter de omättade substituenterna avmättas med ett halogenvatten, företrädesvis med bromvatten, varefter kopplingen med aminerna därpå sker företrädesvis i alkalisk miljö.

Aktiveringen och kopplingen kan upprepas flera gånger eller tvärbindes först ett polyalkylennätverk varefter det kopplas till en fast polysackarid/proteinfas som kan vara tvärbunden polysackarid/protein med eller utan polyalkylenimin kopplad enligt ovan. 10 15 20 25 annan s 1.6 .S94 16 När det så bildade polyetylenimin-polyetyleniminkomplexet i sin tur tvârbinds med eventuellt mer polyetylenimin bildas ett alltmer högmolekylärt polyetyleniminkomplex som genom upprepade likartade operationer ger ett allt stabilare polymerkomplex. De så behandlade partiklarna behåller sin form och kan alltså utsättas för synnerligen drastisk behandling såsom med stark syra eller bas utan att metallbindningsförmågan går förlorad förutsatt att tvärbindningsreagens såsom epoxider, halohydriner eller halogencyanurater använts. När sedan intern tvârbindning enligt föreliggande uppfinning vidtar av polyetylenimin- polyetyleniminkomplexet kommer ytterligare förbättrad stabilitet åstadkommas.

För att framställa produkten enligt uppfinningen fordras i allmänhet att ett tillräckligt antal, dvs minst en eller och eventuellt flera reaktioner med oligo- eller polyetylenimin sker, varvid man erhåller ett tillräckligt antal lager med polyamin, företrädesvis minst 1 lager på stödmatrisen, mest föredraget minst 2 lager, ytterligare mer föredraget minst 3 lager. Därefter vidtar intern tvârbindning av polyamin genom tillsats av en eller flera tvärbindare.

Produktens, enligt uppfinningen, egenskaper beror på matristätheten (agaroskoncentrationen i partiklarna) och avspeglas i hur molekyler av olika storlek kan penetrera in i matrisen. Vidare påverkar den interna tvärbindningen av polyaminerna.

Förklaringarna till varför metalljonerna adsorberas av matrisen kan också vara exempelvis att man tack vare den stora mängden aminogrupper i matrisen kan åstadkomma en Z-potential som är tillräckligt kraftfull så att jonerna fångas in. De fria elektronparen i aminogrupperna kan vara de som deltar aktivt vid infàngandet av jonerna. Det kan alltså bero på att det sker någon form av ömsesidigt utnyttjande av elektroner (elektrondelokalisering). Kovalens kan vara en annan förklaring till att uppfinningen fungerar, liksom elektrostatiska krafter.

En annan förklaring kan vara att ringformiga (eller till och med sfäriska) strukturer bildas som släpper igenom vissa metalljoner men inte andra. Tvärbindingen av polyaminerna bidrar 10 15 20 25 5116 i 594 §II= ::==. 17 troligtvis även till denna effekt. På sikt skulle man även kunna specialanpassa hydrogeler i enlighet med uppfinningen för speciella metaller genom att använda dessa metalljoner som mallar för att åstadkomma en adekvat utformning av gelen.

Dessa förklaringar ovan skall inte på något sätt vara begränsande för uppfinningens omfattning utan tjänar till att ge möjliga förklaringar till hur uppfinningen i föreliggande ansökning fungerar.

Uppfinningen kan föreligga i form av olika partiklar t ex innehållande som stödmatris Novarose” SE 10 (Novarose är ett varumärke ägt av Inovata AB) som företrädesvis penetreras av proteinmolekyler i genomsnitt inte mycket större än 10000 Dalton, Novarose SE 100 som penetreras av molekyler omkring 10 gånger större, och Novarose SE 1000 som penetreras av molekyler större än 1 miljon Dalton. Man kan även ha en gel som penetreras av proteinmolekyler med en genomsnittlig storlek upp till 300000 Dalton.

Tillämpningsomräden för förliggande uppfinning skulle kunna vara exempelvis inom miljöteknik för att ta bort oönskade metalljoner ur lakvatten. Givetvis erhålles då också en anrikning på samma gäng av metalljoner vilket kan vara önskvärt att uppnå vid andra tillämpningar som exempelvis metallutvinning. Metallurgisk industri kan ha glädje av denna uppfinning dels för att rena bort metalljoner eller dels för att anrika metalljoner. Föreliggande uppfinning, i synnerhet produkten, kan även användas som stödmaterial vid fastfassyntes av peptider. Vidare kan gelen enligt föreliggande uppfinning användas för att fixera katalysator, exempelvis palladium (Pd) eller enzymer.

Uppfinningen kommer nu att belysas med efterföljande exempel. Dessa exempel skall inte pä något sätt vara begränsande för uppfinningens omfång utan enbart verka förklarande.

Exempel Koppar i alla exempel 1 till 6 nedan analyserades med hjälp av kromatografisk frontanalys där koppar detekterades 10 15 20 25 sans: n u a n u .nye - u n .nun -1 0 511.6 594 §ïï= 18 visuellt.

Exempel l 8 g sfâriska tvârbundna agarpartiklar från INOVATA AB, Bromma, Sverige, “högaktiverade" genom införande av epoxid/halohydringrupper suspenderades i 8 ml vatten innehållande 4 g polyetylenimin med molekylvikt 750000 Da (“PEI- 75000O") i en kolv med propp som ställdes på skakbord.

Reaktionen fick fortgå under 20 timmar. Gelen uppsamlades på filter och tvâttades med vatten. Produkten kallades i fortsättningen “Agar-PEI-750000".

Agar-PEI+2000 framställdes på analogt sätt genom koppling av polyetylenimin med molekylvikt 2000 Da.

Exempel 2 _ En 25 ml Erlenmeyerkolv (E-kolv) försattes med 10 ml 0,5 M NaQCO3, 0,5 ml butandiol-diglycidyleter (BDG) och 1,5 g Agar- PEI-750000. Kopplingsreaktionen utfördes vid 60°C under 70 minuter, varefter gelen uppslammades och tvâttades på filter med etanol följt av vatten. Gelen kallades hädanefter Agaros-PEI- 750000-BDG. På analogt sätt framställdes Agaros-PEI-2000-BDG. 0,5 g av vardera gelen behandlades med 1 ml 30% svavelsyra vid 70°C.

Exempel 3 Analogt med exempel 2 kopplades de båda gelerna enligt (Exempel 1 med 0,5 ml epiklorhydrin istället för med BDG.

Gelerna, kallade Agar-PEI-750000-EC respektive Agar-PEI-2000-EC, underkastades samma behandling som i Exempel 2 med 30% svavelsyra.

Exempel 4 I 25 ml E-kolvar suspenderades 1,5 g av de båda gelerna syntetiserade enligt Exempel 1, i 0,5 M NaQCO3. 1,5 ml divinylsulfon tillsattes. Reaktionen försiggick vid rumstemperatur och avbröts efter 70 minuter. Gelerna samlades på filter och tvâttades med vatten. Gelerna kallades Agar-PEI- p n . a n 1 oo a s. » v vv.- 10 15 20 25 u ...- -- u _::3:5 sflw, 594 ;II= 19 750000-DVS och Agar-PEI-2000-DVS. 0,5 g av vardera gelen suspenderades i 1 ml 30% svavelsyra och vârmdes till 70°C.

Exempel 5 Försök utfördes med 1,5 g av samma Agar-PEI-geler som i Exempel 1 men med var och en av gelerna suspenderade i 1 ml glutaraldehyd och 10 ml vatten. Reaktionen förlöpte mycket snabbt varvid gelerna rödfärgades. Gelen kopplad med PEI-2000 (Agar-PEI-2000-GA) blev svagare rödfärgad än den med högmolekylärt PEI (Agar-PEI-750000-GA). När reaktionen avbröts efter 70 minuter vid 60°C hade gelerna antagit en mycket djupt röd färg. Gelerna uppsamlades på filter och tvättades med vatten. Gelerna sedimenterade snabbare än alla gelerna enligt Exempel 1-4.

Exempel 6 1,5 g av vardera PEI-2000 och PEI-750000 suspenderades i en blandning av 0,5 ml formalin och 10 ml 1% ättiksyra och uppvârmdes till 60°C och reaktionen fick förlöpa under 70 minuter varefter gelerna uppsamlades pá filter och tvättades med vatten. 0.5 g av vardera gelen suspenderades i 30% svavelsyra och hydrolysen fick försiggà vid 70°C. Gelerna kallades Agar- PEI-2000-F och Agar-PEI-750000-F.

Kommentarer till resultaten i Exemplen 1-6 En jämförelse av gelerna efter 17 timmars hydrolys i 30% svavelsyra vid 70°C visade att: 1) gelpartiklar i samtliga återstod, 2) bäst till utseende var geler tvärbundna med bisepoxid (BBG), epiklorhydrin (EC) och glutaraldehyd (GA) 3) PEI-750000 gelerna sedimenterade genomgående snabbare än motsvarande PEI-2000 geler i 30% svavelsyra En ytterligare studie gjordes varvid man behandlade geler med 65% svavelsyra under 1 timme vid 50°C. Den bästa gelen var tvärbunden med glutaraldehyd (GA). Ingen förändring kunde ses strukturmässigt, men färgen mörknade. Utgångsgelen bildade visserligen klumpar. 10 15 20 25 sá6.594 20 Slutsats: Utgángsmaterialet, den tvârbundna agarn var anmärkningsvärt syrastabil. Trots att glykosidbindningarna spjälkas håller de tvârbundna gelerna ihop partikelstrukturerna.

Det förefaller som en del av polysackaridmaterialet löses ut i den första fasen av hydrolysen. En stabil“kârna” synes bli kvar.

Exempel 7 5 g Sepharose 4B (icke~tvärbunden agaros i partikelform erhällen från Pharmacia Biotech, Uppsala, Sverige) suspenderades i 20 ml 0,5 M NaqCO3. 1 ml divinylsulfon (DVS) tillsattes och reaktionen fick gå under 20 timmar vid rumstemperatur. Gelen uppsamlades på filter och tvättades med etanol följt av vatten.

Gelen suspenderades i 10 ml vatten och 10 ml 50% vattenlösning av PEI-750000. Gelen kallad Agaros-DVS-PEI-750000 delades i två delar. Den ena delen suspenderades i 10 ml vatten och 10 ml 50% glutaraldehyd och reaktionen avbröts efter 1 timme och upparbetades. Gelen var rödfärgad. Gelen kallades Agaros- DVS-PEI-750000-GA. Den andra delen suspenderades i 10 ml 0,5 M NaQCO, och försattes med 1 ml epiklorhydrin. Gelen kallades Agaros-DVS-PEI-750000-EC. Denna gel var färglös.

.Exempel 8 Agaros-DVS-PEI-750000 samt de två gelerna tvârbundna enligt Exempel 7 behandlades över natt vid rumstemperatur med 2 M NaOH. Gelerna uppsamlades och tvättades på filter med destillerat vatten varefter de behandlades under en vecka i 50% ösvavelsyra vid rumstemperatur.

Agaros-DVS-PEI-750000 upplöstes och bildade klar lösning i den 50% svavelsyran. De två andra gelerna, Agaros-DVS-PEI- 750000-GA och Agaros-DVS-PEI-750000-EC lämnade gelprodukter av samma makroskopiska utseende som den ursprungliga agarosen A (Sepharose 4B) men adsorberade en betydande mängd kopparjoner från kopparsulfatlösning. Vidare konstaterades att gelerna efter hydrolysen ej innehöll något svavel. Det senare utvisar att alla divinylsulfonbryggor upplösts och att restgelerna bestod av tvärbunden poletylenimin.

Claims (12)

10 15 20 25 sia 594 21 PATENTKRAV

1. Hydrogelprodukt för adsorptionsändamål bestående av en i vatten olöslig stödmatris och tvärbundna polymerer, kânnetecknad av att stödmatrisen är substituerad med åtmonstone ett första, lösligt polymermaterial kemiskt bundet till stödmatrisen, varefter eventuellt ytterligare polymermaterial är inbyggda i det primärt syntetiserade stödmatrispolymerkomplexet genom skilda slag av tvârbindningar, och att polymermaterialet är tvärbundet internt, varvid eventuellt stödmatrisen föreligger i form av en syra- och basstabil rest.

2. Hydrogelprodukt enligt krav 1, kánnetecknad av att tvärbindarna är av skilda slag varigenom en eller flera tvär- bindningar kan brytas upp och lämna kvar en eller flera andra tvârbindningar intakta.

3. Hydrogelprodukt enligt krav 1, kännetecknad av strukturformeln: P_Y_X1A1_Xn \ X2 där P är stödmatrisen Y är en kväve-, svavel- eller syrebrygga X1....Xn...X, är samma eller olika di, tri- eller poly- funktionella tvärbindare, A1 är vattenlösligt polymermaterial, n är helt tal där n 2 2; och z är 0 eller ett helt tal där zz0.

4. Hydrogelprodukt enligt krav 1, kännetecknad av strukturformeln: 10 15 20 25 51.5 _5Q_94 s"asïï..:"z:-': 22 p-y-xlAl-xzAf . . .-xiA,,-x,, \ X2 där P är stödmatris; Y är en kväve-, svavel- eller syrebrygga; X1....Xi.....Xn ...Xz är samma eller olika di, tri- eller poly- funktionella tvärbindare; A1.....Aí är vattenlösliga polymermaterial, företrädesvis samma eller olika slags tvärbundna rester av aminer; och n och i är hela tal där i 2 2 och n 2 2; och z är 0 eller ett helt tal där zz0.

5. Hydrogelprodukt enligt något av föregående krav, kânnetecknad av att stödmatrisen utgöres av en polysackarid, polygalaktan, agar, agaros eller derivat därav, laminarin, cellulosa eller derivat därav, tvärbundet dextran eller derivat därav, eller stärkelse eller derivat därav samt även proteiner, eller en kombination av polysackarid och protein.

6. Hydrogelprodukt enligt något av föregående krav, kännetecknad av att en eller flera tvärbindare, Xfdg-X, , är halohydrin, epihalohydrin, bishalohydrin, divinylsulfon, di-, tri- eller polyepoxid, triazin, halodiazin eller halotriazin, di-, tri- eller polyfunktionell aldehyd, företrädesvis glutaraldehyd eller polymeriserad glutaraldehyd, di-, tri- eller polyaziridin, W1-alkylen-MQ, där W, och W2 är halogen, företrädesvis etylendibromid, eller halogencyanurat.

7. Hydrogelprodukt enligt något av föregående krav, kännetecknad av att en eller flera av A1....Ai utgöres av rester av rak eller grenad polyalkylenamin (vanligen kallad poly- alkylenimin), företrädesvis oligo- eller polyetylenamin, eller av rester från någon av aminerna NHRJQ där R1 kan vara identisk med eller skild från RQ och R kan vara H, alkyl, aromatisk eller heterocyklisk alkyl, karboxyalkyl eller annan aminosyra, mest fördraget en polyalkylendiamin. 10 15 20 25 »norr I 516 594 23

8. Hydrogelprodukt enligt något av föregående krav, kânnetecknad av en godtycklig form, företrädesvis partikulär, lämpligen sfärisk, tràdform, membranform eller även porös och svampartad.

9. Hydrogelprodukt enligt något av föregående krav, kännetecknad av en bibehållen, ursprunglig form även efter kraftig kemisk påverkan, t.ex. eluering, vid behandling med stark syra, t.ex. 20%-ig svavelsyra, behandling med mättad perjodatlösning vid pH 7, eller vid behandling med natrium- borhydrid.

10. Förfarande för att framställa en hydrogelprodukt enligt krav 1-9, kännetecknat av att polyalkyleniminkedja A1 införs i polysackarid/protein-nätverket, dvs stödmatrisen, som därefter aktiveras och samtidigt tvârbinds med en tvärbindare X1 varvid en intern tvärbindning uppstår, varefter produkten eventuellt kopplas med en eller flera nya alkylenimin(er) A9-Ai som därpå aktiveras analogt med X,-Xi'varvid ytterligare en eller flera intern(a) tvärbindning(ar) uppstår, varpå ytterligare tvärbindare Xfdg eventuellt kan tillföras.

11. Förfarande enligt krav 10 kännetecknat av att polysackarid/protein-nätverket utsätts för nedbrytning varvid en syra- och basstabil rest bildas.

12. Förfarande enligt något av kraven 10-ll kännetecknat av att aktiveringen via polyaminenheterna AH-AH sker genom en tvästegsprocess där först omättade substituenter, företrädesvis alkenylgrupper, mest föredraget allylgrupper, införs vid de primära och/eller sekundära aminogrupperna varefter de omättade substituenterna avmättas med halogenvatten, företrädesvis bromvatten, varefter kopplingen med aminerna därpå sker företrädesvis i alkalisk miljö.