DE3750722T2

DE3750722T2 - Perlen von vernetzten Glukomannanen und ihre Herstellung.

Info

Publication number: DE3750722T2
Application number: DE19873750722
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Motozato
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 1987-07-10
Filing date: 1987-07-10
Publication date: 1995-03-09
Anticipated expiration: 2007-07-11
Also published as: DE3750722D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft kugelförmige Perlen aus vernetztem Glucomannan, insbesondere diejenigen, die z. B. als Packungsmaterial bei den Verfahren der Gelfiltration und Gelchromatographie geeignet sind, und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.
Verfahren zur Isolierung oder Fraktionierung von Substanzen durch Ausnutzen der unterschiedlichen Molekülgröße wurden z. B. bei der sogenannten Gelfiltration und Gelchromatographie entwickelt. Die Gelfiltration und Gelchromatographie verwenden als Packungsmaterial gelierte Teilchen von hydrophiler oder hydrophober Beschaffenheit und in der Praxis werden beispielsweise Perlen aus z. B. Dextran, Agarose, Cellulose, Polyvinylalkohol, Polyacrylamid und Polystyrol verwendet.
Wichtige Eigenschaften des Packungsmaterials für die Gelfiltration und Gelchromatographie sind Druckbeständigkeit in Wasser, d. h. (ausreichende) Festigkeit zur Aufrechterhaltung der Kugelform der Perlen, und die Möglichkeit der freien Auswahl des Ausschlußgrenzen-Molekulargewichts, d. h. der oberen zulässigen Grenze des Molekulargewichts des gelösten Stoffes, der die Perlen durchdringen soll, innerhalb eines breiten Verteilungsbereiches. Solche Eigenschaften sind zur Isolierung der Zielsubstanz in einer möglichst reinen Form unter denjenigen, deren Molekulargewichte über einen breiten Bereich verteilt sind, und zur Aufrechterhaltung einer einheitlichen Packungsbedingung, ohne daß die Perlen zerstört oder verformt würden, wichtig.
Die herkömmlichen Gelperlen von hydrophiler oder hydrophober Beschaffenheit, die wie oben erwähnt in der Praxis eingesetzt werden, sind nicht nur schwer in Form von feinen Teilchen mit echter Kugelform zu erhalten, sondern haben auch eine schlechtere Festigkeit und zudem den Nachteil, daß es schwierig ist, das Ausschlußgrenzen- Molekulargewicht innerhalb eines breiten Bereichs einzustellen.
In der Zeitschrift "Nippon Kagakukaishi" Nr. 5, S. 732 (1984) findet sich ein Bericht über "Hydrophile Gele aus mit Vinylacetat gepfropftem Mannan als Gelchromatographie- Packungen". Hier wird berichtet, daß "Pfropfcopolymere, die 54, 71 und 84 Molprozent seitenständiges Poly(vinylacetat) enthalten und deren Polymerisationsgrad etwa 2000 betrug, durch Pfropfen von Vinylacetat auf Mannankörner, die eine wäßrige Kaliumperoxodisulfat-Lösung enthielten, synthetisiert wurden. Perlen aus acetyliertem Pfropfcopolymer wurden durch Suspendieren einer acetylierten Pfropfcopolymer-Lösung in Dichlormethan in einem wäßrigen Medium hergestellt. Dann wurden Mannan- Poly(vinylalkohol)-Pfropfcopolymer-Perlen durch Verseifung und anschließendes Vernetzen aus den acetylierten Pfropfcopolymer-Perlen hergestellt". Bei dem hier erhaltenen hydrophoben Gel "gibt es [jedoch] äußerst hydrophile Mannangel-Mikrophasen in der Poly(vinylalkohol)- Gelmatrix". Sie sind somit als Packungsmaterial für die Gelfiltration usw. nicht gerade hervorragend.
In der Zeitschrift "Polymer Preprints, Japan", Band 36, Nr. 3, 876 (1987) wurde berichtet,
1) daß Glucomannan-Perlen, die für GPC auf wäßriger Basis geeignet sind, durch Bilden von Triacetylglucomannan- Mikroperlen durch Suspensionseindampfung, Verseifen derselben in heterogener Phase und Vernetzen derselben mit Epichlorhydrin hergestellt wurden.
2) daß Glucomannan-Perlen mit Ausschlußgrenzen- Molekulargewichten im Bereich von 10²-10&sup7; oder mehr durch Steuerung der Bedingung der Vernetzungsreaktion und Auswahl des Verdünnungsmittels und seiner Konzentration während der Bildung von Perlen erhalten werden konnten, und
3) daß dieses Gel eine um einiges geringere Quellbarkeit als herkömmliche hydrophile Gele aufwies.
In diesem Bericht ist das Verfahren zur Herstellung eines Gels jedoch nur begrifflich angegeben und es ist nicht gewährleistet, daß man immer ein hochwertiges Gelprodukt erhält. Die Materialeigenschaften des Gels sind nicht klar.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Glucomannan-Perlen gemäß der vorliegenden Erfindung haben eine vernetzte Struktur, einen Quellgrad bei 40ºC von 1,5 bis 15 (vorzugsweise 2 bis 8) ml Naßgel-Bett pro g Trockengel, ein Ausschlußgrenzen-Molekulargewicht von 10&sup6; bis 10&sup8; und eine durchschnittliche Perlengröße von 1 bis 500 um.
Solche Perlen können durch ein Verfahren erhalten werden, das umfaßt:
Quellen von Glucomannan
Verestern von mehr als 85% der OH-Gruppen in dem gequollenen Glucomannan;
Herstellen einer Lösung von 0,2 bis 20 Gew.-% des Glucomannanesters in einem chlorierten Kohlenwasserstoff- Lösungsmittel zusammen mit 1 bis 10 (vorzugsweise 1 bis 5) Gewichtsteilen eines Verdünnungsmittels pro Gewichtsteil des Esters;
Suspendieren der Lösung in einem wäßrigen Medium, das 0,1 bis 10 Gew.-% eines hydrophilen Kolloids enthält, wobei das chlorierte Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel einen Siedepunkt hat, der niedriger ist als der des wäßrigen Mediums, und mit dem wäßrigen Medium nicht oder im wesentlichen nicht mischbar ist;
Rühren der Suspension, um die Bildung von Tröpfchen der Lösung, die in dem wäßrigen Medium suspendiert sind, zu bewirken;
Eindampfen des in den Flüssigkeitströpfchen enthaltenen Lösungsmittels und Verseifen des Glucomannanesters, um Glucomannan-Perlen zu erhalten; und
Vernetzen der Perlen durch Zugabe eines Vernetzungsmittels in einer Menge von mindestens 0,5 Gewichtsteilen pro Gewichtsteil der Glucomannan-Perlen.
In der beigefügten Zeichnung ist die Durchflußgeschwindigkeit (FR, ml/min·cm²) gegen den Druckabfall (PD, kg/cm²) von Wasser, das durch eine mit Gel A oder Gel B gepackte Säule fließt, wie in Beispiel 1 beschrieben, aufgetragen.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Unter dem in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendeten Ausdruck "Glucomannan" versteht man ein Polysaccharid, das aus D-Glucose und D-Mannose als Hauptbestandteile besteht. Als handelsübliches Produkt kann geeigneterweise Konjakmannan verwendet werden, das aus der Pflanze Amorphophallus konjak erhalten wird, obwohl natürlich auch andere Produkte verwendet werden können.
Die Glucomannan-Perlen gemäß der vorliegenden Erfindung sind diejenigen, die man aus solchen Glucomannan-Produkten erhält, indem man in diese eine vernetzte Struktur durch Reaktion mit einem Vernetzungsmittel inkorporiert. Sie sind besonders zur Verwendung als hydrophiles Packungsgel-Bett für die Gelfiltration und Gelchromatographie geeignet.
Als Vernetzungsmittel können bifunktionelle Verbindungen, wie z. B. Epichlorhydrin, Diepoxybutan, Toluoldiisocyanat oder Hexamethylendiisocyanat, verwendet werden.
Es ist vorzuziehen, den Quellgrad und das Ausschlußgrenzen- Molekulargewicht der kugelförmigen Perlen aus vernetztem Glucomannan gemäß der vorliegenden Erfindung einzustellen, indem man sie so herstellt, daß sie eine poröse Makrostruktur aufweisen. Es ist möglich, alternativ dazu oder gleichzeitig den Vernetzungsgrad zu steuern, um den Quellgrad und das Ausschlußgrenzen-Molekulargewicht einzustellen.
Die kugelförmigen Perlen aus vernetztem Glucomannan gemäß der vorliegenden Erfindung können wie folgt hergestellt werden:
Als Ausgangs-Glucomannan können ein handelsübliches Glucomannan-Produkt als solches oder ein raffiniertes Produkt verwendet werden, das durch einmaliges Auflösen eines handelsüblichen Produktes in Wasser und Ausfällen des Glucomannans aus dieser wäßrigen Lösung durch Zugabe eines Nicht-Lösungsmittels, in dem das Glucomannan nicht oder kaum löslich ist, wie z. B. Ethylalkohol oder Methylalkohol, behandelt wurde. Das Ausgangs-Glucomannan wird mit einem Lösungsmittel, wie z. B. Formamid oder Dimethylformamid, gequollen und dazu wird eine Säure gegeben, um eine Reaktion zur Veresterung des Glucomannans unter Verwendung eines Veresterungskatalysators, wie z. B. Pyridin, zu bewirken. Als Säure können solche organischer oder anorganischer Natur, wie z. B. Essigsäure, Essigsäureanhydrid, Propionsäure, Buttersäure oder Salpetersäure, verwendet werden. Zwei oder mehr Säuren können verwendet werden, um einen gemischten Ester zu erhalten. Im Fall von Säuren mit freien Carboxylgruppen wird bei der Reaktion mit Glucomannan Wasser gebildet, was dazu führen kann, daß die Molekülkette des Glucomannans dazu neigt, sich aufzuspalten, so daß es vorzuziehen ist, eine Vorrichtung zur Entwässerung zu installieren. Ein Säureanhydrid, wie z. B. Essigsäureanhydrid, bildet dagegen kein Reaktionswasser und ist vorteilhaft. Die Veresterung wird durchgeführt, um das Glucomannan in Wasser unlöslich zu machen, um suspendierte Glucomannan-Teilchen zu bilden. Mehr als 85%, insbesondere mehr als 90%, der OH-Gruppen in dem Glucomannan werden verestert.
Das so veresterte Glucomannan wird dann z. B. unter Verwendung von Aceton gereinigt. Wenn der Veresterungsgrad hierbei nicht mehr als 85% beträgt, ist die Löslichkeit des Mannans in Aceton geringer, so daß sich die Rückgewinnungsrate verringert. Danach wird das veresterte Glucomannan abgeschieden, indem man es mit Wasser kontaktiert, und anschließend ausreichend getrocknet.
Dann wird der so erhaltene Glucomannanester zusammen mit einem Verdünnungsmittel in einem Lösungsmittel gelöst. Als Lösungsmittel müssen diejenigen verwendet werden, deren Siedepunkte unterhalb dessen des wäßrigen Mediums liegen, wie später erklärt werden wird, und die nicht oder kaum mit dem wäßrigen Medium mischbar sind. Als Lösungsmittel werden chlorierte Kohlenwasserstoffe, z. B. Dichlormethan, Chloroform, Kohlenstofftetrachlorid und Trichlorethylen, allein oder in Mischung verwendet. Chlorierte Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel sind für diese Erfindung geeignet, weil sie eine ausreichende Löslichkeit für Glucomannan bieten, mit Wasser jedoch nicht oder kaum mischbar sind.
Die Konzentration der Lösung des wie oben hergestellten Glucomannanesters sollte derart sein, daß kugelförmige Perlen gebildet werden, nachdem er in ein wäßriges Medium eingebracht worden ist, und die Perlen ausreichende Festigkeit besitzen, um als Packungsmaterial, z. B. für Gelchromatographie und Gelfiltration, verwendet zu werden, nachdem das Lösungsmittel durch Eindampfen entfernt worden ist. Die Konzentration beträgt 0,2 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-% und insbesondere 0,5 bis 2 Gew.-%.
Wenn die Konzentration des Glucomannanesters weniger als 0,2 Gew.-% beträgt, bildet sich ein sehr feiner Niederschlag in Flockenform und man erhält keine Perlen. Wenn sie dagegen 20 Gew.-% überschreitet, wird die Teilchengröße übermäßig groß und die Teilchen weisen eine nicht-poröse Oberfläche auf, wodurch es unmöglich wird, das Produkt als Gelpackung zu verwenden.
Das Verdünnungsmittel wird verwendet, um den Quellgrad und das Ausschlußgrenzen-Molekulargewicht durch Bilden einer porösen Makrostruktur in der gebildeten Perle einzustellen, nachdem das Verdünnungsmittel aus der Perle entfernt worden ist und Hohlräume oder Poren zurückgelassen hat. Als Verdünnungsmittel können diejenigen verwendet werden, deren Siedepunkte oberhalb dessen des Lösungsmittels liegen und die den Glucomannanester nicht lösen. Konkrete Beispiele umfassen Tetrahydronaphthalin, Decahydronaphthalin, Ethylbenzol, Diethylbenzol, Methyldodecanoat, Methylcaprinat, Toluol, Hexylalkohol, Heptylalkohol und Octylalkohol.
Wenn Glucomannan zunächst mit Formamid gequollen wird, werden Tetrahydronaphthalin und Decahydronaphthalin vorzugsweise als Verdünnungsmittel gewählt, um vorteilhafte Ergebnisse zu erhalten.
Die Ausgangs-Verfahrenslösung, die den Glucomannanester gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, wird wie oben beschrieben hergestellt.
Die Ausgangs-Verfahrenslösung wird dann in ein wäßriges Medium eingebracht, um die Bildung kugelförmiger Flüssigkeitströpfchen der Verfahrenslösung, die in dem wäßrigen Medium suspendiert sind, als Vorstufe der Glucomannanester-Perlen zu bewirken. Das wäßrige Medium enthält 0,1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,3 bis 5 Gew.-% eines hydrophilen Schutzkolloids, wie z. B. teilweise hydrolysiertes Polyvinylacetat, Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose, Ethylcellulose, Methylcellulose, lösliche Stärke oder Gelatine.
Die Verwendung von insbesondere teilweise hydrolysiertem Polyvinylacetat und Polyvinylalkohol als Schutzkolloid ist vorzuziehen, da sich diese selbst bei niedrigeren Temperaturen recht gut in Wasser lösen und außerdem verglichen mit anderen leichter die Fähigkeit, Teilchen zu dispergieren, und eine viskositätserhöhende Wirkung zeigen.
Eine Schutzkolloid-Konzentration von weniger als 0,1 Gew.-% führt in der Regel zur Bildung von Glucomannan- Teilchen mit einer übermäßig großen Teilchengröße und bei Konzentrationen außerhalb des Bereichs von 0,1 bis 10 Gew.-% bilden sich in der Regel Glucomannan-Teilchen, die keine Kugelform aufweisen.
Das wäßrige Medium kann vorzugsweise mindestens mit gleichem Volumen und vorzugsweise in einer Menge von dem 2- bis 20-Fachen des Volumens der Glucomannanester-Lösung verwendet werden.
Die Ausgangs-Verfahrenslösung wird auf einmal in das wäßrige Medium eingebracht, gefolgt von Rühren, um sie zur Bildung einer Suspension zu dispergieren, oder sie kann in das in einem gerührten Zustand gehaltene wäßrige Medium auf einmal oder tropfenweise eingebracht werden, um eine Suspension zu bilden. Die Rührintensität wird so eingestellt, daß die durchschnittliche Perlengröße des Endproduktes 1 bis 500 um beträgt.
Beim Einbringen der Ausgangslösung in das wäßrige Medium wird der Glucomannanester in dem wäßrigen Medium dispergiert und fein suspendiert, da verestertes Glucomannan in Wasser unlöslich ist. Hierbei setzt das Eindampfen des Lösungsmittels gleichzeitig mit der Bildung von Perlen ein. Auf diese Weise erhält man schließlich kugelförmige Glucomannanester-Perlen, aus denen das Lösungsmittel durch Eindampfen praktisch entfernt wurde.
Als Temperatur zum Eindampfen des organischen Lösungsmittels in den Flüssigkeitströpfchen wird eine Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes des wäßrigen Mediums und unterhalb des Siedepunktes des organischen Lösungsmittels verwendet. Hierbei ist eine Temperatur, die, insbesondere um 1-15ºC, niedriger ist als der Siedepunkt des organischen Lösungsmittels, bevorzugt, um die Kugelform der Perlen besser aufrechtzuerhalten und das Eindampfen des organischen Lösungsmittels zu erleichtern.
Während des Verfahrensschrittes zur Entfernung des organischen Lösungsmittels aus den Flüssigkeitströpfchen durch Eindampfen wird das wäßrige Medium kontinuierlich gerührt, um die Kugelform der Flüssigkeitströpfchen aufrechtzuerhalten. Nach dem Eindampfen des in dem Flüssigkeitströpfchen enthaltenen organischen Lösungsmittels bleibt eine kugelförmige Perle zurück.
Die Perlen werden im Gelzustand gebildet und enthalten im Inneren das Verdünnungsmittel in einer bimssteinartigen porösen Matrix und können ihre Perlenform bewahren, nachdem sie aus dem wäßrigen Medium herausgenommen worden sind. Das in den Glucomannanester-Perlen enthaltene Verdünnungsmittel wird in diesem Verfahrensschritt teilweise und im nachfolgenden Verfahrens schritt der Verseifung vollständig entfernt.
Die kugelförmigen Glucomannanester-Perlen werden dann, nachdem sie aus dem wäßrigen Medium herausgenommen worden sind, einer Verseifung unterzogen. Die Verseifung erfolgt, um die Wasserlöslichkeit durch Rückumwandlung in freies Glucomannan wiederherzustellen. Hierbei wird im wesentlichen das gesamte veresterte Glucomannan verseift.
Es ist erforderlich, ein Verseifungsbad zu verwenden, das es ermöglicht, die Verseifung durchzuführen, ohne eine schädliche Wirkung auf die Kugelform der Glucomannanester- Perlen auszuüben, die ihre Wasserlöslichkeit nach der Rückumwandlung in freies Glucomannan wiedererlangt haben. Als Verseifungsbad können z. B. eine Alkohollösung eines Alkalihydroxids, wie z. B. eine Methanol-Lösung von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid, oder eine wäßrige Lösung eines Alkalihydroxids, wie z. B. eine wäßrige Lösung von in einer wäßrigen Lösung von Salzen wie Natriumsulfat gelöstem Natrium- oder Kaliumhydroxid, verwendet werden.
Eine konkrete Art und Weise der Durchführung der Verseifung besteht darin, daß kugelförmige Glucomannanester-Perlen 0,1-2 Stunden lang mit Methanol in einer Menge, die je nach der speziellen Anforderung das 5- bis 10-Fache des Gewichts der Perlen betragen kann, getränkt werden. Die so getränkten Perlen werden dann in ein Verseifungsbad aus einer Mischung, die aus einem Alkohol, wie z. B. Methanol usw., und einer wäßrigen Natriumhydroxid-Lösung in einem Gewichtsverhältnis von [Alkohol] : [wäßriger Lösung] von [9-7] : [1-3] besteht und eine Konzentration von 0,1-5 N NaOH besitzt, in einer solchen Menge eingebracht, daß das Verhältnis von [Glucomannan] : [NaOH], bezogen auf das Gewicht, 1 : [0,5-10] beträgt, und die Mischung wird bei Raumtemperatur 10-24 Stunden lang gerührt, um die Verseifung zu bewirken. Hierbei kann die Natriumhydroxid- Lösung eingebracht werden, indem man sie tropfenweise zugibt, bis schließlich der angegebene Bereich erreicht ist. Wenn die NaOH-Konzentration des Bades weniger als 0,1 N beträgt, geht die Verseifung nicht ausreichend vonstatten, und wenn sie andererseits 5 N überschreitet, können in den Perlen Risse auftreten. Wenn der Gehalt des Alkohols außerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt, können unerwünschte Phänomene, wie z. B. Elution oder Auslaufen des verseiften Glucomannans und anomaler Verlauf der Verseifung usw., auftreten.
Während dieses Verseifungsschrittes wird der Glucomannanester in den Perlen verseift und das in den Perlen enthaltene Verdünnungsmittel wird in den Alkohol hineinextrahiert, wodurch viele Hohlräume oder Poren in der Perle zurückbleiben, so daß sich eine poröse Makrostruktur bildet.
Eine konkrete Art und Weise der Durchführung der Verseifung mit einer wäßrigen Alkalilösung besteht darin, daß die kugelförmigen Glucomannanester-Perlen in eine wäßrige Lösung eingebracht werden, die durch Lösen von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid in einer wäßrigen Natriumsulfat-Lösung hergestellt wurde, und die Mischung 24 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt wird.
Die Konzentration des Alkalihydroxids in dieser wäßrigen Lösung beträgt 10-15 Gew.-% und die Menge des Alkalihydroxids kann, bezogen auf die Menge des Glucomannanesters, mehr als 50% betragen. Die verwendete Menge an Natriumsulfat kann, bezogen auf das Gesamtgewicht der wäßrigen Lösung, im Bereich von 20 bis 30% liegen.
Unter den oben beschriebenen konkreten Arten der Verseifung kann die Verwendung einer Alkohol/wäßriges NaOH-Mischung deswegen vorzuziehen sein, weil sich damit gleichzeitig die Elution oder Entfernung des restlichen Verdünnungsmittels bewerkstelligen läßt.
Die so erhaltenen Glucomannan-Perlen, die ihre Wasserlöslichkeit durch die Verseifung wiedererlangt haben, werden dann mit einem zuvor beschriebenen Vernetzungsmittel kontaktiert. Das Vernetzungsmittel dringt in das Innere der kugelförmigen Glucomannan-Perlen ein, um die Vernetzung der Glucomannan-Moleküle miteinander zu bewirken. Das Vernetzungsmittel wird in Form einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel verwendet.
Als organisches Lösungsmittel für das Vernetzungsmittel kann Kerosin oder flüssiges Paraffin oder eine Mischung derselben (z. B. in einem Volumenverhältnis von 7 : 3) unter Zugabe eines Tensides (eines nicht-ionischen Tensides, wie z. B. Sorbitanfettsäureester) in einer Menge von 1-2 Gew.-% verwendet werden. Ein weiteres Beispiel für das Lösungsmittel für das Vernetzungsmittel ist eine Mischung von Aceton mit Dimethylsulfoxid (in einem Volumenverhältnis von z. B. 6 : 4).
Die Konzentration der Lösung des Vernetzungsmittels kann mindestens 0,01 Mol pro Liter der Vernetzungslösung betragen und vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 15 Mol pro Liter der Vernetzungslösung liegen.
Die Vernetzung von Glucomannan in den kugelförmigen Perlen wird erreicht, indem man 1-5 Gewichtsteile der Glucomannan- Perlen in 100 Gewichtsteile der Lösung des Vernetzungsmittels einbringt und die Mischung bei Raumtemperatur 24-36 Stunden lang rührt. Die so vernetzten kugelförmigen Glucomannan-Perlen werden dann abfiltriert und mit Aceton gespült und dann unter Verwendung eines neutralen Tensides gewaschen, gefolgt vom Waschen mit Wasser.
Wenn die verwendete Menge an Vernetzungsmittel den oben erwähnten Wert nicht erreicht, nimmt die Druckbeständigkeit ab.
Die so gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltenen porösen kugelförmigen Glucomannan-Perlen sind leicht zu handhaben und sind sowohl in Wasser als auch in einer wäßrigen alkalischen oder sauren Lösung unlöslich, sind stabil und weisen beim Packen in eine Säule in einem wäßrigen Medium eine hohe Kompressionsbeständigkeit auf.
Die erfindungsgemäßen Perlen aus vernetztem Glucomannan weisen einen Quellgrad im Bereich von 1,5 bis 15, vorzugsweise im Bereich von 2-10, auf. Wenn der Quellgrad weniger als 1,5 beträgt, wird der Restwasser-Gehalt sehr gering und die Perlen können in der Praxis nicht als Gelpackung verwendet werden. Wenn er dagegen den Wert 15 überschreitet, nimmt die mechanische Festigkeit der Perlen beträchtlich ab, so daß die gemäß der vorliegenden Erfindung zu erreichende Druckbeständigkeit nicht mehr erreicht wird.
Mit dem Ausschlußgrenzen-Molekulargewicht ist ein solches Grenzmolekulargewicht gemeint, daß Teilchen, die Molekulargewichte oberhalb dieser Grenze aufweisen, die Mikroporen des Packungsmaterials nicht durchdringen können. Dies stellt in der Praxis das Molekulargewicht dar, das durch ein Verfahren bestimmt wurde, bei dem eine Reihe von wäßrigen Lösungen einer bestimmten Substanz mit hohem Molekulargewicht, wie z. B. Dextran und Polyethylenglykol, mit unterschiedlichen bekannten Molekulargewichten durch eine mit einem zu prüfenden Packungsmaterial gefüllte Säule geleitet werden, um z. B. unter Verwendung eines Differentialrefraktometers oder Spektralphotometers die jeweils eluierte Menge zu bestimmen, die erhaltenen Daten in Abhängigkeit von dem Molekulargewicht der beobachteten Substanz in einem Diagramm aufgetragen werden und der Molekulargewichts-Wert am Knickpunkt der Kurve abgelesen wird.
Die erfindungsgemäßen Perlen aus dem vernetzten Glucomannan können neben anderen Verwendungen, wie z. B. als basische Materialien für Ionenaustauscher, als Packungsmaterial bei der Affinitätschromatographie und als Feststoff-Träger für ein fixiertes Enzym, als Packungsmaterial für die Gelfiltration und Gelchromatographie verwendet werden, so daß sie in der Industrie sehr nützlich sind.
Die kugelförmigen Glucomannan-Perlen können durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung unter Steuerung ihres Ausschlußgrenzen-Molekulargewicht s innerhalb eines relativ breiten Bereichs mit verbesserter Kompressionsbeständigkeit hergestellt werden.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung durch Beispiele beschrieben, in denen der angegebene Quellgrad und der Restwasser-Gehalt des Gels wie folgt bestimmt wurden:
Das zu prüfende Gel wurde in einer Menge von etwa 2-3 ml in einen 10 ml-Meßzylinder gefüllt und in einem Bad mit konstanter Temperatur 4 Stunden lang bei 40ºC gehalten, woraufhin das Volumen V ml des Gels abgelesen wurde. Dann wurde das gesamte Gel in dem Meßzylinder in eine Siebtrommel (mit einem Leergewicht von W&sub1; g) überführt, die mit einem Polyvinylidenchlorid-Netz bedeckt war, und das Wasser in den Hohlräumen wurde mit Hilfe eines Zentrifugalabscheiders bei 1000 UpM 3 Minuten lang entfernt und die Siebtrommel wurde dann zusammen mit dem darin enthaltenen Gel gewogen (Gewicht = W&sub2; g). Das so entwässerte Gel wurde 24 Stunden lang unter Vakuum getrocknet und zusammen mit der Siebtrommel genau gewogen (Gewicht = W&sub3; g)
Quellgrad = V/(W&sub3; - W&sub1;)
Restwasser-Gehalt = (W&sub2; - W&sub3;)/(W&sub3; - W&sub1;)

Beispiel 1

4,0 g Konjakmannan-Pulver wurden 4 Litern entionisiertem Wasser zugegeben und bei 60-70ºC unter Rühren gelöst. Diese Lösung wurde in 6 Liter Ethanol getropft, um einen Niederschlag zu bilden, der dann abfiltriert und in Luft und anschließend unter Vakuum bei 20ºC getrocknet wurde. 30 g dieses getrockneten Mannan-Pulvers wurden 1 Liter Formamid zugegeben und 2 Tage lang gequollen und hierzu wurden dann 300 ml Pyridin und 150 ml Essigsäureanhydrid gegeben und die Reaktion wurde bei 50ºC 5 Tage lang fortgeführt. Die Reaktionsmischung wurde unter Rühren in 7 Liter Wasser gegossen und der gebildete Niederschlag wurde abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Der Niederschlag wurde in Luft und weiter unter Vakuum getrocknet. 3 g des so getrockneten Produkts wurden zusammen mit 6 g Tetrahydronaphthalin in 300 ml Chloroform gelöst.
Die so erhaltene Lösung wurde 3 Litern einer wäßrigen 2% Polyvinylalkohol-Lösung bei 57ºC zugetropft und nach 24 Stunden wurde die Mischung allmählich abgekühlt, woraufhin die gebildeten kugelförmigen Perlen filtriert und mit Wasser gewaschen wurden. Dann wurden die Perlen in 270 ml Methanol und 30 ml einer 10 N NaOH-Lösung eingebracht und die Mischung wurde unter Rühren 24 Stunden lang stehengelassen, um die Verseifung und das Entfernen des Verdünnungsmittels zu bewirken. Die verseiften kugelförmigen Perlen wurden abfiltriert und in ein Vernetzungsmittelbad eingebracht, das durch Einmischen von 35 g Epichlorhydrin in 300 ml einer Mischlösung aus Aceton und Dimethylsulfoxid (1 : 1) hergestellt worden war, und bei 60ºC 24 Stunden lang behandelt. Man stellte fest, daß das Ausschlußgrenzen-Molekulargewicht, der Quellgrad, die durchschnittliche Perlengröße und der Restwasser-Gehalt der so erhaltenen kugelförmigen Perlen jeweils 2000000, 5,1, 50-200 um und 2,5 betrugen.
Unter Verwendung der wie oben erhaltenen Glucomannan-Perlen (Gel A) und eines handelsüblichen herkömmlichen Packungsmaterials für die Gelfiltration "Sepharose 4B" (Warenzeichen; ein Produkt der Firma Pharmacia Fine Chemicals mit einem Ausschlußgrenzen-Molekulargewicht von 3000000 (Gel B)) als Vergleichsprodukt wurden Druckversuche durchgeführt.
Die Versuche wurden so durchgeführt, daß eine Metallsäule mit einem Innendurchmesser von 0,4 cm und einer Länge von 15 cm mit der Gelprobe gefüllt wurde und Wasser unter Verwendung einer Hochdruckpumpe durch diese Säule geleitet wurde und die Druckabweichung bei Änderung der Durchflußgeschwindigkeit ermittelt wurde.
Die Ergebnisse sind in dem Diagramm von Fig. 1 angegeben. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, zeigte das erfindungsgemäße Gel A verglichen mit dem früheren Produkt (Gel B), wobei beide nahezu das gleiche Ausschlußgrenzen- Molekulargewicht besitzen, eine wesentlich höhere Druckbeständigkeit.

Beispiel 2

In gleicher Weise wie in Beispiel 1 wurde ein Konjakmannan- Pulver durch Acetylierung, Ausfällung und Trocknen behandelt. 3 g des so behandelten Mannan-Pulvers wurden zusammen mit 15 ml Diethylbenzol in Chloroform gelöst. Die Perlenbildung und die Verseifung erfolgten wie in Beispiel 1. Die so erhaltenen verseiften kugelförmigen Perlen wurden in einem Vernetzungsmittelbad suspendiert, das durch Zugabe von 53 g Epichlorhydrin zu 300 ml eines Mischlösungsmittels aus Aceton und Dimethylsulfoxid (1 : 4) hergestellt worden war, und bei 60ºC 24 Stunden lang behandelt. Man stellte fest, daß das Ausschlußgrenzen-Molekulargewicht, der Quellgrad, die durchschnittliche Perlengröße und der Restwasser-Gehalt in den so erhaltenen vernetzten Perlen jeweils 100000000, 5,2, 50-200 um und 5,8 betrugen.

Claims

1. Glucomannan-Perlen, die zur Verwendung bei der Gelfiltration und Gelchromatographie geeignet sind, porös sind und eine vernetzte Struktur, einen Quellgrad bei 4000 von 1,5 bis 15 ml Naßgel-Bett pro g Trockengel, ein Ausschlußgrenzen-Molekulargewicht von 106 bis 10 8 und eine mittlere Perlengröße von 1 bis 500 um haben.

2. Glucomannan-Perlen nach Anspruch 1, worin der Quellgrad 2 bis 8 beträgt.

3. Glucomannan-Perlen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die vernetzte Struktur von der Verwendung eines bifunktionellen Vernetzungsmittels herleitbar ist.

4. Glucomannan-Perlen nach Anspruch 3, worin das Vernetzungsmittel Epichlorhydrin, Diepoxybutan, Toluoldiisocyanat oder Hexamethylendiisocyanat ist.

5. Glucomannan-Perlen nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, worin das Glucomannan Konjakmannan ist.

6. Verfahren zur Herstellung der Glucomannan-Perlen nach irgendeinem vorangehenden Anspruch, welches umfaßt:

Quellen von Glucomannan;

Verestern von mehr als 85% der OH-Gruppen in dem gequollenen Glucomannan;

Herstellen einer Lösung von 0,2 bis 20 Gewichtsprozent des Glucomannanesters in einem Chlorkohlenwasserstoff- Lösungsmittel zusammen mit 1 bis 10 Gewichtsteilen, pro Gewichtsteil des Esters, eines Verdünnungsmittels;

Suspendieren der Lösung in einem wäßrigen Medium, das 0,1 bis 10 Gewichtsprozent eines hydrophilen Kolloids enthält, wobei das Chlorkohlenwasserstoff-Lösungsmittel einen niedrigeren Siedepunkt als das wäßrige Medium hat und mit dem wäßrigen Medium nicht oder im wesentlichen nicht mischbar ist;

Rühren der Suspension, um die Bildung von Tröpfchen der Lösung zu bewirken, die in dem wäßrigen Medium suspendiert sind;

Verdampfen des in den Flüssigkeitströpfchen enthaltenen Lösungsmittels, um kugelförmige Perlen des Glucomannanesters zu erhalten;

Verseifen der Perlen des Glucomannanesters; und

Vernetzen der verseiften Perlen durch Zugabe eines Vernetzungsmittels in einer Menge von mindestens 0,5 Gewichtsteil pro Gewichtsteil der Glucomannan-Perlen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Chlorkohlenwasserstoff Dichlormethan, Chloroform, Kohlenstofftetrachlorid oder Trichlorethylen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, worin das Verdünnungsmittel Tetrahydronaphthalin, Decahydronaphthalin, Ethylbenzol, Diethylbenzol, Methyldodecanoat, Methylcaprinat, Toluol, Hexanol, Heptanol oder Octanol ist.

9. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 8, worin das Glucomannan durch Umsetzen mit Acetanhydrid verestert wird.

10. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 9, worin das Glucomannan mit Formamid gequollen wird und der Bildung von Flüssigkeitströpfchen zusammen mit einem Verdünnungsmittel, das ausgewählt ist unter Tetrahydronaphthalin und Decahydronaphthalin, unterworfen wird.

11. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 10, worin das wäßrige Medium als hydrophiles Schutzkolloid 0,5 bis 5 Gewichtsprozent eines teilweise verseiften Polyvinylacetats enthält.

12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 6 bis 11, worin das wäßrige Medium auf eine Temperatur erwärmt wird, die 1 bis 15ºC unter dem Siedepunkt des organischen Lösungsmittels liegt, um das Verdampfen des organischen Lösungsmittels aus den Flüssigkeitströpfchen zu beschleunigen.