DE69303602T2

DE69303602T2 - Herstellung von oberflächenfunktionalisierten polymer-teilchen

Info

Publication number: DE69303602T2
Application number: DE69303602T
Authority: DE
Inventors: Jean Frechet; Ken Hosoya
Original assignee: Cornell Research Foundation Inc
Current assignee: Cornell Research Foundation Inc
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1993-02-19
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2013-02-20
Also published as: EP0626976A1; US5306561A; DE69303602D1; JPH07504223A; EP0626976B1; WO1993017055A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Polymer-Perlen werden in der Regel hergestellt durch Freiradikal-Suspensionspolymerisation, einem allgemein bekannten Verfahren, das 1909 entwikkelt wurde (vgl. Hofman et al., deutsches Patent 250690 (1909)). Poröse Polymer-Perlen auf Basis beispielsweise von Poly(styrol-co-divinylbenzol) werden in großem Umfang bei der Synthese von Ionenaustauscher-Harzen verwendet. Außerdem gibt es beachtliche Spezialanwendungen für die Verwendung solcher Polymer-Perlen auf Gebieten, die mit der Trennungs-Technik in Verbindung stehen. Diese Anwendungen umfassen die Trennung von Enantiomeren aus racemischen Gemischen, die Analyse von Blutproben, die Wasserreinigung und die Hochleistungs-Flüssigchromatographie.
Einige dieser Spezialanwendungen erfordern die Verwendung oder würden profitieren von der Verwendung von Polymer-Perlen, die neuartige Oberflächeneigenschaften aufweisen. Wenn beispielsweise eine konventionelle Kolonne (Säule), die hydrophobe Polymer-Perlen enthält, bei der Analyse von Human-Plasma verwendet wird, werden die Proteine in dem Blutplasma an der hydrophoben Oberfläche der Perlen denaturiert. Dabei wird schließlich die Kolonne (Säule) zerstört durch Verstopfung, die den Staudruck bis zu einem solchen Ausmaß erhöht, daß die Kolonne (Säule) häufig schon nach nur einer sehr kurzen Gebrauchsdauer ersetzt werden muß. Dagegen tritt bei einer Kolonne, die mit Polymer-Perlen gefüllt ist, die einen hydrophoben Kern und eine hydrophile Außenschicht aufweisen, dieses Problem nicht auf, weil die hydrophile Oberfläche mit dem Blutprotein nicht reagiert und so keine Verstopfung der Kolonne verursacht.
Eine andere Spezialanwendung ist die Abtrennung von Enantiomeren aus racemischen Gemischen. Diese chromatographischen Trennungen erfordern die Verwendung von Perlen mit einer chiralen Oberflächenschicht. Diese Trennungen sind wichtig für die Analyse, für die Identifizierung oder die Herstellung von optisch aktiven Verbindungen.
Zu anderen möglichen Anwendungen für Polymer-Perlen, die eine hydrophile oder chirale äußere Oberfläche aufweisen, gehört die Katalyse, bei der es manchmal erwünscht ist, eine aktive Komponente an der Oberfläche eines festen Katalysators zu segregieren. Die Selektion einer reaktiven chiralen oder hydrophilen Gruppe und ihre Anordnung an der Oberfläche einer Polymer- Perle könnte eine solche Segregation einer aktiven Komponente bewirken. In der Toner-Chemie ist es häufig erwünscht, die Oberflächen-Chemie von Tonerteilchen, bei denen es sich im allgemeinen um nicht-poröse, nicht-vernetzte Polymerteilchen handelt, zu modifizieren. Derzeit wird dies durchgeführt durch Verwendung von einfachen Mischungen oder Beschichtungen der Tonerteilchen mit den gewünschten Additiven.
Obgleich einige Polymerperlen mit hydrophilen Oberflächen zur Verfügung stehen, sind die zur Herstellung solcher Polymerperlen angewendeten Verfahren schwierig durchzuführen, sie unterliegen Beschränkungen in bezug auf die Monomer-Typen und die Gruppen, die eingeführt werden können, und sie sind in vielen Fällen nicht wirtschaftlich. Was chirale Oberflächengruppen angeht, so sind Polymerperlen, die eine chirale Oberflächen-Funktionalität und hydrophobe Kerne aufweisen, und Verfahren zur Herstellung derselben aus dem Stand der Technik nicht bekannt. Die weiter oben diskutierten Spezial- Anwendungen, die von der Verwendung solcher Polymerperlen profitieren würden, sind daher theoretische Anwendungen für Polymerperlen, da es keine geeigneten Polymerperlen zur Durchführung der erforderlichen Operation gibt.
Die Herstellung von Polymer-Substraten, -Teilchen und/oder -Perlen, die hydrophile Kerne und hydrophile äußere Schichten oder eine hydrophile Oberflächen-Funktionalität aufweisen, ist in einer Reihe von Publikationen beschrieben. So ist beispielsweise in dem US-Patent Nr.4 571 390 ein poröses Styrol-Polymer-Substrat beschrieben, wonach die Oberfläche durch Chlormethylierung hydrophil gemacht wird, um Methylolgruppen in das polymerisierte Substrat einzuführen. Es ist darin angegeben, daß das Substrat verwendbar ist zur Adsorption von Proteinen mit hohem Molekulargewicht. Das US-Patent Nr.4 898 913 betrifft ein Verfahren zur Änderung eines makroporösen, vernetzten hydrophoben Copolymer-Gitters, das durch Präzipitations- Polymerisation von Estermonomeren hergestellt worden ist. Nach dem darin beschriebenen Verfahren muß das Copolymer-Gitter nach der Bildung aus der Mischung, in der es gebildet worden ist, abgetrennt werden und dann wird in einem getrennten Arbeitsgang die Oberfläche des Copolymers hydrophil gemacht, entweder durch Umsetzung mit einem wäßrigen Alkali oder durch eine zweite Polymerisation unter Verwendung eines hydrophilen Acrylat-Monomers.
In dem europäischen Patent Nr.0371 258 sind poröse Polymer-Substrate beschrieben, die umfassen einen Acrylonitril-Polymer- oder -Copolymer-Kern und eine hydrolysierte Oberflächenschicht mit nachträglich erzeugten Amid-Oberflächengruppen. Die porösen Substrate, beispielsweise Perlen, sind darin beschrieben als verwendbar in chromatographischen Trennverfahren. Die Amid- Oberflächengruppen werden erzeugt durch Zugabe eines Peroxids zu einer Polymer-Suspension und Erhitzen derselben für eine ausreichende Zeitspanne, um etwa 15 Mol-% der gesamten Oberflächen-Nitrilgruppen in Amidgruppen umzuwandeln. Dieses Verfahren und das resultierende Produkt sind auf spezifische Typen von funktionellen Oberflächen-Gruppen beschränkt.
Ein anderes Polymer-Perlen-Material mit einer hydrophilen Oberfläche ist in dem US-Patent Nr.4 882 226 beschrieben. Die Polymerperlen umfassen (i) ein Kernmaterial, das erhalten wurde durch Additionspolymerisation von Monomeren, die Methacrylsäure umfassen, und (ii) einen hydrophilen Überzug, der kovalent an den Kern gebunden ist als Folge einer vollständigen oder partiellen Umwandlung der Carboxylfunktion mit einer Verbindung, die mindestens 3 Kohlenstoffatome und eine Epoxygruppe enthält. Die Bildung der kovalenten Bindung zur Erzeugung der hydrophilen Oberfläche ist ein komplexes Mehrstufen-Verfahren.
Ein teures und kompliziertes Verfahren zur Herstellung von Polymer-Mikrokugeln ist in dem US-Patent Nr.4 170685 beschrieben. Das Verfahren umfaßt die Herstellung von Mikrokugeln durch Anwendung einer ionisierenden Strahlung. Durch Zugabe eines geeigneten ungesättigten Comonomers werden hydrophile Eigenschaften erzielt (vgl. auch das US-Patent Nr.4259223, in dem ein ähnliches Verfahren beschrieben ist).
In dem japanischen Patent Nr.62 046260 ist ein weiteres Polymerperlen- Material beschrieben, das einen hydrophoben Kern und eine hydrophile Oberflächenschicht aufweist, auf die eine Polyethylenfaser auflaminiert ist. Das Mehrschichten-Material wird darin als verwendbar zur Bestimmung der Komponenten in einer Blutserumlösung beschrieben.
In FR-A-2 663 337 ist ein Verfahren zur Herstellung von löslichen Polymerteilchen beschrieben, die eine Oberflächenschicht mit einer aromatischen Formylgruppe aufweisen, bei dem ein erstes Monomer polymerisiert wird unter Bildung eines Kerns der End-Teilchen in einer wäßrigen Emulsion, zu dem ein zweites Monomer, das eine Formylgruppe enthält, zugegeben wird, das eine funktionelle Oberflächenschicht auf den Kernteilchen bildet. Dem Kernteilchen wird eine geringe Menge Monomer zugegeben, um den Kern vor der Zugabe des zweiten Monomers zum Aufquellen zu bringen. Die Polymerisation des Monomers, welches den Kern der Teilchen aufbaut, und die anschließende Polymerisation des zweiten Monomers sind eine Emulsionspolymerisation. In den fertigen löslichen Teilchen werden die Formylgruppen dazu verwendet, biologische Amino-Liganden über kovalente Bindungen zu binden.
In EP-A-0 366 042 ist ein Adsorbens für die Auftrennung in die optischen Antipoden durch Pfropfpolymerisation eines chiralen Monomers auf die Oberfläche eines vernetzten Acrylat-Polymer-Trägers beschrieben. Das Adsorbens wird zur Auftrennung der racemischen Mischung verwendet.
Die Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung von Polymerteilchen mit hydrophoben Kernen und hydrophilen Oberflächenschichten sind entweder kompliziert und unwirtschaftlich oder auf eine spezifische Oberflächenfunktionalität beschränkt. Darüber hinaus beschreibt keines der Verfahren des Standes der Technik eine Methode zur Einführung einer chiralen funktionellen Gruppe in die Oberfläche von hydrophoben Polymerperlen.
Eines der Ziele der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein verbessertes Verfahren zur Einführung einer hydrophilen oder chiralen Oberflächen- Funktionalität in hydrophobe poröse Polymerteilchen zu entwickeln.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Polymerteilchen herzustellen, die auf ihrer Oberfläche chirale Gruppen aufweisen.
Ein anderes Ziel besteht darin, Polymerteilchen aus festen Monomeren oder aus Monomeren mit einer geringen Löslichkeit in dem Polymerisationslösungsmittel herzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von porösen Polymerteilchen, die eine spezifische Oberflächenfunktionalität aufweisen, und die danach hergestellten Teilchen. Das Verfahren umfaßt (i) die Zugabe eines nicht-emulgierten funktionellen Monomers, das auch mindestens eine polymerisierbare Vinylgruppe enthält, zu der wäßrigen Phase einer Dispersion von löslichen Polymerteilchen, die in Wasser unlöslich und in einem organischen Material in der Dispersion löslich sind und die vorher mit einer Emulsion eines polymerisierbaren hydrophoben Vinylmonomers zum Aufquellen gebracht worden sind, (ii) die Copolymerisation (a) des emulgierten Monomers in den gequollen Teilchen und (b) des nicht- emulgierten funktionellen Monomers unter Bildung von Polymerteilchen, die unlöslich sind, und vorzugsweise (iii) die Extraktion der ursprünglichen löslichen Polymerteilchen. Das nicht-emulgierte funktionelle Monomer enthält hydrophile oder chirale Gruppen oder Vorläufer derselben. Das nicht-emulgierte funktionelle Monomer wird vorzugsweise vor dem Start der Polymerisation zugegeben, obgleich es auch kurz danach zugegeben werden kann.
Die nach diesem Verfahren hergestellten Polymerteilchen enthalten hydrophobe Kerne mit einer äußeren Schicht, die aus dem polymerisierten nichtemulgierten funktionellen Monomer besteht. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Polymerteilchen&sub1; die Oberflächenschichten mit hydrophilen oder chiralen Gruppen aufweisen. Die Polymerteilchen werden im allgemeinen in Form von Perlen gebildet, die eine Größe von etwa 2 bis 20 µm haben. Die Perlen haben vorzugsweise eine im wesentlichen einheitliche Größe und Gestalt, obgleich das Verfahren auch zur Herstellung von Perlen mit variierenden Größen und Gestalten geeignet ist. Die Perlen weisen keine, eine geringe oder eine beträchtliche Porosität auf, wie für den jeweiligen Endverwendungszweck gewünscht. Vorzugsweise sind die Perlen makroporös und ergeben eine Lösungsmittel-Rückgewinnung von mindestens etwa 0,1 ml/g, vorzugsweise von mindestens etwa 0,5 ml/g und am meisten bevorzugt von mindestens etwa 1,0 ml/g. Wenn die makroporösen Produkte hergestellt werden, sind die Makroporen häufig mit dem polymerisierten funktionellen Monomer überzogen, während die Mikroporen im allgemeinen hydrophob sind. Die Polymerperlen sind besonders geeignet für die Wasserreinigung, für die Hochleistungs-Flüssigchromatographie, für die Abtrennung von Enantiomeren aus racemischen Gemischen, für die Teilchengrößenausschluß-Chromatographie, für die Perfusions-Chromatographie, für Wechselwirkungszustände der Flüssigchromatographie, für die Abwasserbehandlung, für organische Reaktionen auf Polymer-Trägern, für die Enzym-Immobilisierung, für Polymer- Katalysatoren, für die Analyse von Blutplasma, für die Modifizierung der Oberflächenchemie von Tonerteilchen und für andere derartige Anwendungszwekke.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem der log k' (Kapazitätsfaktor) der in Beispiel 1 hergestellten Teilchen gegen die Länge der Kohlenstoffkette aufgetragen ist, die an den Benzolringen der Alkylbenzole hängt, die zur Bewertung (Beurteilung) der Hydrophihe (hydrophilen Eigenschaften) der gebildeten Teilchen verwendet werden.
Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem der log k' (Kapazitätsfaktor) der in Beispiel II hergestellten Teilchen gegen die Länge der Kohlenstoffkette aufgetragen ist, die an den Benzolringen der Alkylbenzole hängt, die zur Bewertung der Hydrophihe (hydrophilen Eigenschaften) der gebildeten Teilchen verwendet werden.
Die Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem der log k' (Kapazitätsfaktor) der in Beispiel III hergestellten Teilchen gegen die Länge der Kohlenstoffkette aufgetragen ist, die an den Benzolringen der Alkylbenzole hängt, die zur Bewertung der Hydrophihe (hydrophilen Eigenschaften) der gebildeten Teilchen verwendet werden.
Die Fig. 4 zeigt ein Diagramm, in dem der log k¹ (Kapazitätsfaktor) der in Beispiel V hergestellten Teilchen gegen die Länge der Kohlenstoffkette aufgetragen ist, die an den Benzolringen der Alkylbenzole hängt, die zur Bewertung der Hydrophihe (hydrophilen Eigenschaften) der gebildeten Teilchen verwendet werden.
Die Fig. 5 zeigt die bei der Trennung von racemischen Gemischen in den Beispiel IX und X verwendeten Verbindungen.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt insbesondere die Zugabe eines nicht-emulgierten Monomers, das enthält (i) eine Funktionalität, die hydrophil oder chiral ist oder die ein Vorläufer für eine solche Funktionalität ist, und (ii) mindestens eine polymerisierbare Vinylgruppe, zu der wäßrigen Phase einer Dispersion von löslichen Polymerteilchen, die in Wasser unlöslich sind und die vorher mit mindestens einem emulgierten hydrophoben Vinylmonomer zum Aufquellen gebracht worden sind. Das (die) emulgierte(n) Monomer(en) wird (werden) dann im wesentlichen im Innern der löslichen Polymerteilchen polymerisiert unter Bildung eines zentralen Abschnitts der neuen Teilchen und das nicht-emulgierte funktionelle Monomer, das sich in der wäßrigen Phase außerhalb der löslichen Polymerteilchen befindet, copolymerisiert im wesentlichen auf der Oberfläche der Teilchen. Das innere emulgierte Monomer und das äußere nicht-emulgierte funktionelle Monomer an der Oberfläche unterliegen wahrscheinlich einem gewissen Grad der "Vermischung" (ein Teil des nichtemulgierten Monomers wandert in das Innere, bevor es polymerisiert wird, im allgemeinen in Makroporen, jedoch nicht in irgendwelche Mikroporen), es be steht jedoch ein klarer Gradient bezüglich der Zusammensetzung, wenn man vom Zentrum der Teilchen nach außen fortschreitet. Das gebildete Copolymer ist unlöslich. Danach können die ursprünglich löslichen Polymer-Teilchen extrahiert werden unter Bildung eines porösen Teilchens mit einer äußeren Oberfläche aus einem Polymer des nicht-emulgierten funktionellen Monomers und einem inneren Abschnitt aus einem hydrophoben Polymer. Wenn das anfänglich lösliche Polymer nicht extrahiert wird, weist das resultierende Teilchen noch eine äußere Oberfläche aus einem Polymer aus dem nicht-emulgierten funktionellen Monomer auf.
Die Ausdrücke "hydrophob" und "hydrophil" sind relative Ausdrücke, die sich auf die Fähigkeit eines Materials, Wasser zu adsorbieren oder zu absorbieren, beziehen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist ein Material "hydrophil", wenn es mindestens eine Wasser anziehende funktionelle Gruppe, beispielsweise Hydroxy, Carboxyl, Amino, Amido, Imido, Sulfonyl, Epoxy und Diol, enthält. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind Materialien, die nicht hydrophil sind, "hydrophob". Der hier verwendete Ausdruck "chiral" steht für eine optisch aktive oder enantiomer reine Konfiguration oder für eine solche, die ein oder mehr asymmetrische Zentren in einer gut definierten optisch aktiven Konfiguration aufweist.
Bei den nicht-emulgierten funktionellen Monomeren, welche die hydrophilen Oberflächen bilden, handelt es sich um solche Monomere, die eine polymensierbare Vinylgruppe sowie eine hydrophile Gruppe enthalten. Zu geeigneten Beispielen für solche hydrophilen Gruppen gehören Hydroxyl, Carboxyl, Amino, Amido, Imido, Sulfinyl, Sulfonyl, Nitro, Nitril, Aminosäure, Epoxy und Diol. Geeignete derartige Monomere umfassen daher Vinylacetat und andere Vinylester, Acrylamid, Methacrylamid, Hydroxyalkylacrylate und -methacrylate, wie Hydroxyethylmethacrylat, Glycerylacrylat oder -methacrylat, Glycidylmethacrylat, Vinylphenol und Ester davon, Acryl- und Methacrylsäure und Derivate davon, Vinylpyridin, Vinylpyrrolidon, Aminostyrol, p-Epoxystyrol, Styrol sulfonsäure und ihre Derivate und Mischungen davon.
Diese Aufzählung ist nur repräsentativ für diese Monomeren, jedoch keineswegs beschränkend.
Bei den nicht-emulgierten funktionellen Monomeren, die zur chiralen Oberflächen-Funktionalität führen, handelt es sich um solche Monomere, die eine polymerisierbare Vinylgruppe und eine reaktive chirale Gruppe enthalten. Zu Beispielen für geeignete derartige reaktive chirale Gruppen gehören Aminosäuren, Alkohole, Amine, Ester, Amide, Zucker, Carbonsäuren und Ester. Geeignete derartige Monomere können daher hergestellt werden durch Binden von bekannten optisch aktiven (chiralen) Verbindungen an eine Styrol-, Acryl-, Methacryl- oder andere Vinyl-Struktur, die unter Anwendung konventioneller freie Freiradikal-Verfahren polymerisiert werden kann.
Im allgemeinen führt die Bindung (Fixierung) zu anhängenden chiralen Gruppen, z.B. solchen, wie sie oben aufgezählt worden sind. Diese Aufzählung ist lediglich repräsentativ für die chiralen Monomeren und die Erfindung ist darauf nicht beschränkt.
Um das gewünschte Ergebnis zu erzielen, ist das nicht-emulgierte funktionelle Monomer ein solches, das nicht vollständig wasserlöslich ist. Es sollte eher in Wasser nur schwach löslich sein. Vorzugsweise wird es in reiner Form der wäßrigen Phase einer vorher hergestellten gequollenen Polymerdispersion zugegeben. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "reine Form" ist zu verstehen, daß das Monomer als ein Flüssigkeits-Pool oder in fester Form in die Dispersion eingeführt wird und nicht als Teil der emulgierten Monomer Mischung, die zum Aufquellen der löslichen Polymer-Teilchen verwendet wird.
Das nicht-emulgierte funktionelle Monomer wird im allgemeinen in einer Menge von etwa 1 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von etwa 3 bis Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des löslichen Polymers und der emulgierten Monomeren, zugegeben, obgleich auch mehr oder weniger verwendet werden kann, je nach Dicke und Gleichmäßigkeit der Oberflächenschicht, die gebildet werden soll. Vorzugsweise wird es der wäßrigen Phase der gequollenen löslichen Polymerteilchen-Dispersion vor dem Start der Polymerisation des (der) emulgierten Monomers (Monomeren) zugegeben, es kann aber auch nach Beginn der Polymerisation zugegeben werden.
Wenn das nicht-emulgierte funktionelle Monomer vor Beginn der Polymerisation zugegeben wird, ist es erwünscht, auch einen Polymerisationsinhibitor zuzugeben, um eine vorzeitige Polymerisation desselben zu verhindern. Wenn eine solche Polymerisation aufträte, könnte sie die Ausbeute der Oberflächenbeschichteten Teilchen herabsetzen und sie könnte möglicherweise auch zur Bildung von Teilchen führen, die keine hydrophoben zentralen Abschnitte aufweisen. Wenn monodisperse lösliche Polymerteilchen verwendet werden, könnte dies auch zur Bildung von Teilchen mit unterschiedlichen Teilchengrößen führen. Geeignete Inhibitoren sind allgemein bekannt und dazu gehören beispielsweise Natriumnitrit, Eisen(III)chlorid und Hydrochinon. Die Inhibitoren werden in einer wirksamen Menge zugegeben, die im allgemeinen 1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Initiators, beträgt.
Die Initiierung wird auf irgendeine konventionelle Weise durchgeführt durch Einführung eines geeigneten Polymerisationsinitiators, wie Benzoylperoxid, Lauroylperoxid, Redoxinitiatorsystemen oder einer Azoverbindung wie Azobisisobutyronitril. Der Initiator liegt im allgemeinen in einer Menge von etwa 1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der vorhandenen polymerisierbaren Monomeren, vor.
Die Polymerisation wird auf konventionelle Weise durchgeführt, im allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 50 bis 90ºC für eine Zeitspanne von etwa 6 bis 24 h, je nach verwendetem Initiator und verwendeten Monomeren. Die Polymerisation schreitet schnell fort innerhalb der Grenzen der gequollenen Po lymerteilchen unter Bildung eines hydrophoben Kerns, der später porös gemacht wird durch die Extraktion des löslichen Polymers und eines eventuell vorhandenen Aufquellungs- oder porenbildenden Lösungsmittels Während die Polymerisation innerhalb der Teilchen auftritt, wandert das nicht-emulgierte Monomer langsam zur Oberfläche der polymerisierenden Teilchen und der sich bildenden Makroporen, an die es copolymerisiert wird unter Bildung einer funktionalisierten hydrophilen oder chiralen äußeren Oberflächenschicht. Es wird angenommen, daß die inneren und äußeren Schichten der Teilchen einem gewissen Grad einer Vermischung unterliegen, da ein Teil des nichtemulgierten Monomers weiter ins Innere des polymerisierenden Teilchens wandert, bevor es polymerisiert wird. Dadurch entsteht ein Gradient in bezug auf die Zusammensetzung, wenn man von der äußeren Oberfläche der Teilchen zu dem Kern fortschreitet. Dieser Gradient ist, wie angenommen wird, eher scharf bei den funktionellen Gruppen an der Oberfläche, die sich nicht sehr tief in den Kern hinein erstrecken.
Nach Beendigung der Polymerisation wird die polymerisierte Dispersion zu einem geeigneten Lösungsmittel, z.B. zu Methanol, Tetrahydrofuran, Benzol, Toluol, Dioxan oder Mischungen davon, zugegeben und die löslichen Ausgangs-Polymerteilchen werden dann daraus extrahiert unter Bildung eines porösen End-Teilchens. Dieses Verfahren zur Extraktion in einem Lösungsmittel kann mehrmals wiederholt werden, vorzugsweise etwa 2 bis 5 mal, zur Herstellung der gewünschten Oberflächen-funktionalisierten porösen Polymerteilchen. Wenn die Oberflächen-funktionellen Gruppen hydrophil sind, beispielsweise wenn Glycidylmethacrylat verwendet wird, kann gegebenenfalls die Hydrophihe (die hydrophilen Eigenschaften) verbessert werden, beispielsweise durch Öffnen der Glycidylgruppen unter Bildung von Diolen durch Säurehydrolyse.
Die Ausgangsdispersion von gequollenen Polymerteilchen in Wasser kann nach einem allgemein bekannten konventionellen Verfahren hergestellt werden. Vorzugsweise wird das Verfahren jedoch wie nachstehend angegeben durchgeführt zur Herstellung von makroporösen monodispersen Teilchen. Es wird eine Wasserdispersion hergestellt, die monodisperse lösliche Polymerteilchen enthält, die als primärer Porenbildner fungieren. Die Teilchen durchlaufen dann eine Aufquellungsstufe, die in einer oder mehreren Stufen durchgeführt werden kann, während der die Polymerteilchen solvatisiert werden. Vorzugsweise wird die Quellung in zwei Stufen durchgeführt. Zuerst wird ein Lösungsmittel, das in der Regel einen gelösten Freiradikal-Initiator enthält, in Wasser emulgiert, dann wird eine Dispersion der Polymerteilchen zugegeben und die Polymerteilchen läßt man die Lösungsmittel-Initiator-Emulsion absorbieren. Diese solvatisiert die Polymerteilchen und kann sie sogar auflösen, wodurch die Teilchen in solvatisierte Tröpfchen überführt werden. Danach werden ein emulgiertes Monomer oder eine emulgierte Monomermischung, das (die) auch ein porenbildendes Lösungsmittel enthalten kann, und ein Freiradikal-Initiator, wenn ein solcher nicht bereits vorher zugegeben worden ist, zugegeben und das Aufquellenlassen (die Teilchengrößenausdehnung) wird vervollständigt durch Absorption des Monomers oder der Monomermischung durch die solvatisierten Polymertröpfchen. Bei einer Alternative kann zuerst das emulgierte Monomer oder die emulgierte Monomermischung zugegeben werden und danach können das Lösungsmittel und der Initiator zugegeben werden oder sowohl das Lösungsmittel als auch das Monomer mit dem Initiator können gleichzeitig zugegeben werden. Die Monomeren und Lösungsmittel müssen damit mischbar und in der Lage sein, das Polymer der Primär-Teilchen zu solvatisieren. Wenn Teilchen mit einer sehr geringen Teilchengröße erwünscht sind oder wenn nur eine geringe Vergrößerung der Teilchengröße des Primär-Teilchens erwünscht ist, kann die Zugabe des organischen Lösungsmittels weggelassen werden, wodurch das Verfahren vereinfacht wird. Nach der Absorption des Monomers oder der Monomerenmischung des Intitiators und gegebenenfalls des Lösungsmittels durch die Polymerteilchen ist die Dispersion der gequollenen Polymerteilchen bereit für die Einführung des nicht-emulgierten funktionellen Monomers.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten löslichen Ausgangs- Polymerteilchen dienen der Kontrolle (Steuerung) der Gestalt und Größenverteilung des Endprodukts. Sie dienen auch als primäre Komponente des Porenbildners. Lösliche Polymerteilchen, die erfindungsgemäß verwendbar sind, sind in Wasser unlöslich, jedoch in verschiedenen organischen Lösungsmitteln löslich, und dazu gehören beispielsweise Polymere und Copolymere, die z.B. enthalten Styrol oder ring-substituierte Styrole, Acrylate, Methacrylate, Diene, Vinylchloride oder Vinylacetat. Derzeit ist es bevorzugt, ein Polystyrol oder ein Acryl-Polymer zu verwenden. Die Ausgangs-Polymerteilchen können nach irgendeinem Verfahren zur Herstellung von Teilchen mit einer sehr einheitlichen Teilchengröße hergestellt werden, beispielsweise nach konventionellen Verfahren, z.B. durch Emulsions- oder Dispersionspolymerisation. Die Polymerteilchen haben am Anfang im allgemeinen einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 10 µm, vorzugsweise von etwa 1 b is 6 µm und am meisten bevorzugt von etwa 2 bis 5 µm. Die anfängliche Teilchengröße hängt natürlich von der vorgesehenen Endverwendung und Endgröße der fertigen Teilchen ab. So ist beispielsweise zur Herstellung einer End-Perle mit einer Größe von etwa 5 µm eine anfängliche Perlengröße von etwa 2 µm zu empfehlen. Eine 5 µm-Perle wird in der Regel in der Hochleistungs-Flüssigchromatographie verwendet. Wenn eine Einheitlichkeit nicht erwünscht ist, ist die anfängliche Perlengröße nicht so wichtig und kann natürlich variieren, wobei man ein Endprodukt mit variablen Teilchengrößen erhält.
Die löslichen Polymerteilchen müssen durch das in dieser Stufe des Verfahrens verwendete Lösungsmittel oder durch die Monomermischung, wenn kein Lösungsmittel verwendet wird, solvatisiert werden. Die organische Komponente der emulgierten flüssigen Phase läßt man langsam in die Polymerteilchen diffundieren oder von diesen langsam absorbieren, wodurch sie solvatisiert werden und ihre Größe auf sehr gleichmäßige Weise zunimmt. Die Größe des Polymerteilchens nimmt daher während der Solvatation zu ohne jede merkliche Änderung der Gesamt-Größenverteilung der solvatisierten Teilchen. Die Polymerteilchen liegen im allgemeinen in der 3-Phasen-Dispersion in einer Menge von etwa 1 bis 5 Vol.-% vor.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Menge des löslichen Polymers, die in den Polymerteilchen nach Beendigung der Polymerisation zurückbleibt, im allgemeinen etwa 6 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise etwa 10 bis 30 Gew.-%.
Das erfindungsgemäß verwendete Quellungs-Lösungsmittel trägt sowohl zum Aufquellen oder zur Solvatation der löslichen Polymerteilchen als auch zur Bildung von Poren während der Polymerisationsreaktion bei. Dabei kann es sich um irgendein geeignetes Lösungsmittel, wie Toluol, 1-Chlorodecan, 1- Bromodecan, Dibutylphthalat, Chlorobenzol oder Mischungen davon handeln, das (die) die verwendeten Polymerteilchen solvatisieren kann. Das Lösungs mittel liegt im allgemeinen in einer Menge von 10 bis 80 Vol.-%, bezogen auf das Volumen der Ausgangs-Polymerteilchen, vorzugsweise von etwa 10 bis 60 Vol.-%, vor.
Zu geeigneten Monomeren, die zur Bildung des Teilchen-Kerns verwendet werde können, gehören Vinyl-Monomere oder allgemeiner ein Gemisch von Vinylmonomeren, das sowohl aus einem Di- oder Polyvinylmonomer als auch aus einem Monovinylmonomer besteht. Zu Beispielen für geeignete Divinylkomponenten gehren Divinylbenzol, Divinylpyridin, Ethylendimethacrylat, Ethylendiacrylat und Divinylether. Die Monovinylmonomeren werden im allgemeinen aus der Gruppe ausgewählt, die umfaßt Styrol, ring-substituierte Styrole, Methacrylate, Acrylate und konjugierte Diene. Das vernetzende Monomer liegt in der Monomermischung in einer Menge von etwa 10 bis 100 Vol.-% vor. Die Gesamtmenge der in der 3-Phasen-Dispersion vorhandenen Monomeren wird errechnet aus der erwarteten Teilchengröße unter Berücksichtigung des Volumens des inerten Lösungsmittels und des Volumens der Primär-Teilchen selbst.
Zusätzlich zu den primären Komponenten der 3-Phasen-Dispersion enthält die Dispersion im allgemeinen auch sowohl einen Emulgator als auch einen Suspensionsstabilisator. Zu Beispielen für geeignete ionogene oder nichtionogene Emulgatoren gehören Natriumdodecylsulfat, Alkyl- oder Dialkylphenoxypoly(ethylenoxy)ethanol und Polyoxyethylensorbitanester von Fettsäuren. Zu Beispielen für Suspensionsstabilisatoren vom sterischen Typ, die verwendet werden können, gehören Polymere, wie Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Polydiethylacrylamid, Poly(2-hydroxypropylmethacrylamid) und Hydroxypropylcellulose. Der Emulgator liegt im allgemeinen in einer Menge von 1 bis 5 g/l Wasserphase vor, während die Konzentration des sterischen Suspensionsstabilisators im allgemeinen in dem Bereich von 5 bis 30 g/l Wasserphase liegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Bezugnahme auf die folgenden nicht-beschränkenden Beispiele, in denen alle Teile und Prozentsätze, wenn nichts anderes angegeben ist, auf das Gewicht bezogen sind, näher beschrieben.

Beispiel I

Herstellung von löslichen Polymerteilchen

Monodisperse Polystyrol-Primärteilchen mit einem Durchmesser von 1,5 µm wurden unter Anwendung einer Emulgator-freien Standard-Emulsionspolymerisation wie folgt hergestellt: in einen 1000 ml-Rundkolben-Reaktor, der 700 ml destilliertes Wasser enthielt, in dem 0,65 g Natriumchlorid gelöst waren, wurden 85 g gereinigtes Styrol gegeben. Die Mischung wurde 30 min lang mit Stickstoffgas gespült und dann unter Rühren (350 UpM) auf 75ºC erhitzt und eine mit Stickstoff gespülte Lösung von 0,5 g Kaliumpersulfat in 65 ml destilliertem Wasser wurde zugemischt. Die Polymerisation lief bei 75ºC und 350 UpM 24 h lang ab. Das Produkt wurde von den restlichen Salzen durch wiederholtes Zentrifugieren und erneutes Dispergieren mittels Ultraschall in Wasser gereinigt, bis die überstehende Flüssigkeit klar war. Die fertige Dispersion enthielt nach dem Eindampfen 7,2 % Feststoffe. Die Ausbeute aus mehreren verschiedenen Emulgator-freien Emulsionspolymerisations-Durchgängen lag in dem Bereich von 75 bis zu 86 %, bezogen auf die Menge an Styrolmonomer.

Herstellung von gequollenen löslichen Polymerteilchen

Ein emulgiertes Gemisch von Lösungsmittel und Intitiator wurde hergestellt aus 1,6 ml Dibutylphthalat, 0,15 g Benzoylperoxid, 10 ml destilliertem Wasser und 0,075 9 Natriumdodecylsulfat durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschall-Homogenisators. Zu dem emulgierten Gemisch wurden 3,5 ml der Dispersion von monodispersen Polystyrol-Primär-Teilchen (7,2 Gew.-%, Feststoffgehalt = 0,26 g, Teilchengröße 1,5 µm, MG = 133 400) zugegeben. Die Mischung wurde 5 h lang bei Raumtemperatur langsam gerührt. Nach der Adsorption des Lösungsmittels und des Intitiators wurde ein emulgiertes Gemisch von Monomeren und porenbildendem Lösungsmittel, hergestellt aus 135 ml Styrol, 4,8 ml handelsüblichem Divinylbenzol, 12,5 ml Toluol, 50 ml destilliertem Wasser und 36 ml einer 10 gew.-%igen Lösung von Poly(vinylalkohol) (PVA) in Wasser [87-89 % hydrolysierter Poly(vinylalkohol) mit einem Molekulargewicht von 85 000 bis 146 000] durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschall-Homogenisators, zu dieser Mischung zugegeben. Die Mischung wurde bei Raumtemperatur 39 h lang langsam gerührt.

Herstellung von mit Glycidylmethacrylat beschichteten Teilchen

Zu den oben hergestellten gequollenen Teilchen wurden 0,005 g Natriumnitrit zugegeben und die Dispersion wurde 20 min lang mit Stickstoffgas gespült, dann wurden 2 ml reines Glycidylmethacrylat, ein hydrophiles Monomer, das eine hydrophile Oberflächenschicht auf dem vernetzten Styrol/Divinylbenzol- Copolymer-Kern bildet, in den Reaktionsbehälter gegeben. Die heterogene Mischung wurde unter langsamem Rühren 22 h lang auf 70ºC erhitzt, um die Polymerisation der emulgierten Monomeren und des nicht-emulgierten Glycidylmethacrylats zu bewirken.
Die polymerisierte Dispersion wurde in 300 ml Methanol gegossen und die überstehende Flüssigkeit wurde entfernt und nach der Sedimentation verwor fen. Die Polymerteilchen wurden in 300 ml Tetrahydrofuran erneut dispergiert, dann absitzen gelassen und die überstehende Flüssigkeit wurde erneut verworfen. Dieses Verfahren wurde mit zwei Portionen Tetrahydrofuran wiederholt. Da das Volumenverhältnis zwischen dem porenbildenden Lösungsmittel und den Monomeren 63:37 betrug, hatte das Endpolymer eine Porosität von etwa 60 Vol-%. Die fertigen porösen Teilchen waren im wesentlichen monodispers mit einer Größe von 5,5 µm, wobei die Ausbeute 85 % betrug, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren.

Ringöffnung der Epoxidgruppe

Zur Verbesserung der Hydrophihe (hydrophilen Eigenschaften) der polymerisierten Glycidylmethacrylat-Oberfläche wurden die Epoxyringe der Glycidylgruppen durch Säurehydrolyse wie nachstehend angegeben zu Diolgruppen geöffnet: 4,02 g der makroporösen Teilchen wurde mit 20 ml einer 0,1 M wäßrigen H&sub2;SO&sub4;- Lösung 4 h lang bei 80ºC behandelt unter gelegentlichem Schütteln, dann wurden die Polymerteilchen mit Wasser und danach mit 50 %igem wäßrigem Methanol, Methanol und Aceton gewaschen und getrocknet. Es wurden makroporöse Polymerteilchen mit einer Größe von 5,5 µm in quantitativer Ausbeute erhalten.

Analyse der gebildeten Teilchen

Um zu bestätigen, daß Teilchen mit einem hydrophoben Kern und mit einer hydrophilen Außenschicht gebildet worden waren, wurden die Hydrophobizität (die hydrophoben Eigenschaften) und andere Eigenschaften von mit den Teilchen gefüllten Kolonnen nach dem Umkehrphasen-Modus getestet und verglichen mit (i) Teilchen, die keine hydrophile Außenschicht aufwiesen, und (ii) einfachen Gemischen von hydrophoben und hydrophilen Teilchen. Die chromatographischen Tests wurden unter Abtrennung einer Reihe von kleinen Molekülen, d.h. Alkylbenzolen, durchgeführt, wobei als mobile Phase 80 %iges wäßriges Acetonitril von 1 ml/min ausgewählt wurde.
Die Testergebnisse zeigen die Bildung der gewünschten hydrophoben hydrophilen Schicht-Struktur, wie nachstehend angegeben:
(1) Die Teilchen weisen einen stärker hydrophilen Charakter auf als Teilchen, die nur eine hydrophobe Zusammensetzung haben. Das heißt mit anderen Worten, die Hydrophobizitäts-Messungen ergaben einen niedrigeren Wert für die Teilchen mit der hydrophilen Oberfläche als für unbehandelte hydrophobe Teilchen. In der Fig. 1 ist der log k' (der Kapazitätsfaktor) als Funktion der Länge der Kohlenstoffkette, die an den Benzolringen der Alkylbenzole hängt, in Form eines Diagramms dargestellt. Je stärker die Neigung der Geraden ist, um so höher ist die Hydrophobizität. Wie daraus ersichtlich, sind die Teilchen, die nur eine hydrophobe Schicht aufweisen, am stärksten hydrophob.
(2) Da die hergestellten Teilchen mit einer hydrophilen Außenschicht auch hydrophobe Kerne aufweisen, sollten kleine Moleküle wie Alkylbenzole innerhalb der inneren Poren der Teilchen zurückgehalten werden. Daher sollte die Retentionszeit der Alkylbenzole länger sein als dies der Fall wäre, wenn eine bloße Mischung von hydrophoben und hydrophilen Teilchen vorhanden wäre. Dies wird tatsächlich festgestellt.
(3) Die Teilchen mit hydrophiler Außenschicht weisen eine Wasserbenetzbarkeit auf, während die hydrophoben Teilchen und die Mischungen aus hydrophoben und hydrophilen Teilchen nicht mit Wasser benetzbar sind. Diese Beobachtungen zeigen, daß die gebildeten Teilchen eine hydrophile Außenschicht und einen hydrophoben Kern aufweisen.

Beispiel II

Ein emulgiertes Gemisch von Lösungsmittel und Intitiator wurde hergestellt aus 1,9 ml Dibutylphthalat, 0,17 g Benzoylperoxid, 15 ml destilliertem Wasser und 0,08 g Natriumdodecylsulfat durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschall-Homogenisators. Zu diesem emulgierten Gemisch wurden 4,0 ml der Dispersion von monodispersen Polystyrol-Primär-Teilchen, wie sie in Beispiel I hergestellt worden war (7,2 Gew.-% Feststoff = 0,3 g, Teilchengröße 1,5 µm, MG = 133 400 Dalton) zugegeben. Die Mischung wurde 23 h bei Raumtemperatur langsam gerührt. Nach der Adsorption des Lösungsmittels und des Intitiators wurde ein emulgiertes Gemisch von Monomeren und porenbildendem Lösungsmittel zugegeben. Dieses Gemisch wurde hergestellt aus 8,5 ml Divinylbenzol (80 %), 9,7 ml Toluol, 50 ml destilliertem Wasser und ml einer 10 gew.-%igen Lösung von Poly(vinylalkohol) in Wasser [PVA etwa zu 88 % hydrolysiert mit MG von etwa 70 000 bis 150 000 Dalton] durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschall-Homogenisators. Die Mischung wurde 47 h bei Raumtemperatur langsam gerührt, dann wurden 0,01 g Natriumnitrit zugegeben und die Dispersion wurde 20 min lang mit Stickstoffgas gespült. Dann wurde 1 ml Ethylenglycoldimethacrylat (reine Flüssigkeit) zugegeben und die gesamte heterogene Mischung wurde 24 h lang unter lansamem Rühren auf 70ºC erhitzt, um die Polymerisation zu bewirken.
Die Polymerteilchen mit hydrophilen Gruppen auf ihren Oberflächen wurden wie in Beispiel I gewonnen (abgetrennt). Das Volumenverhältnis zwischen den Lösungsmitteln und den Monomeren in dem obengenannten Polymer-Präparat betrug 55:45 und somit wies das End-Polymer eine Porosität von etwa 55 Vol.- % auf. Die fertigen makroporösen Teilchen waren im wesentlichen monodispers mit einer Teilchengröße von 6,5 µm, wobei die Ausbeute, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, 96 % betrug.

Analyse der gebildeten Teilchen

Die Teilchen wurden wie in Beispiel I bewertet. Obgleich das für die Bildung der äußeren Schicht verwendete Monomer nicht sehr hydrophil ist, weist es die gleichen relativen Vorteile auf wie in Beispiel I. Die Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem der log k' als Funktion der Länge der Kohlenstoffkette, die an den Benzol ringen der Alkylbenzole hängt, aufgetragen ist. Wie daraus ersichtlich, sind die Teilchen, die nur eine hydrophobe Zusammensetzung haben, am stärksten hydrophob.

Beispiel III

Ein emulgiertes Gemisch von Lösungsmittel und Intitiator wurde hergestellt aus 139 ml Dibutylphthalat, 0,17 g Benzoylperoxid, 15 ml destilliertem Wasser und 0308 g Natriumdodecylsulfat durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschall-Homogenisators. Zu diesem emulgierten Gemisch wurden 5,8 ml der Dispersion von monodispersen Polystyrol-Primär-Teilchen, hergestellt nach einem ähnlichen Verfahren wie demjenigen des Beispiels I (5,0 Gew.-%, Feststoffgehalt = 0,3 g, Teilchengröße 1,2 µm) zugegeben. Die Mischung wurde 24 h lang bei Raumtemperatur langsam gerührt. Zu dieser Mischung wurde ein emulgiertes Gemisch von Monomeren und porenbildendem Lösungsmittel, hergestellt aus 9,2 ml Divinylbenzol (80 %), 9,7 ml Toluol, 50 ml destilliertem Wasser und 40 ml einer 10 gew.-%igen Lösung von Poly(vinylalkohol) in Wasser [PVA zu etwa 88 % hydrolysiert mit MG etwa 70 000 bis 150 000 Dalton] durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschall-Homogenisators, zugegeben. Die Mischung wurde 46 h lang bei Raumtemperatur langsam gepihrt. Dann wurden 0,01 g Natriumnitrit zugegeben und die Dispersion wurde 20 min lang mit Stickstoffgas gespült. Danach wurden 0,48 g eines fein pulverisierten Feststoffes (S)-N-Methacryloyl-α- methylbenzylamin zugegeben und schließlich wurde die gesamte heterogene Mischung 10 h lang unter lansamem Rühren auf 70ºC erhitzt, um die Polymerisation zu bewirken.
Die Polymerteilchen mit chiralen Gruppen auf ihren Oberflächen wurden wie in Beispiel I gewonnen (abgetrennt). Da das Volumenverhältnis zwischen Lösungsmitteln und Monomeren 52:48 betrug, hatte das End-Polymer eine Porosität von etwa 50 %.
Die fertigen makroporösen Teilchen waren im wesentlichen monodispers mit einer Teilchengröße von 434 µm, wobei die Ausbeute, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, 89 % betrug.

Analyse der gebildeten Teilchen

Die Teilchen wurden wie in Beispiel I bewertet und die Ergebnisse in bezug auf die Hydrophobizität sind in der Fig. 3 dargestellt. In diesem Fall enthält das zur Bildung der äußeren Schicht verwendete Monomer (S)-N-Methacryloyl-α- methylbenzylamin auch eine relativ hydrophobe Phenylgruppe. Die Unterschiede in bezug auf die Diagramme sind daher noch ersichtlich, jedoch weniger ausgeprägt. Dies ist jedoch erforderlich für chirale Trennungen wegen des Auftretens von pi-pi-Wechselwirkungen.

Beispiel IV

Ein emulgiertes Gemisch von Lösungsmittel und Intitiator wurde hergestellt aus 139 ml Dibutylphthalat, 0,17 g Benzoylperoxid, 15 ml destilliertem Wasser und 0,08 g Natriumdodecylsulfat durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhomogenisators. Zu dieser emulgierten Mischung wurden 5,8 ml der Dispersion von monodispersen Polystyrol-Primär-Teilchen (5, Gew.-%, Feststoffgehalt = 033 g, Teilchengröße 1,2 µm) zugegeben. Die Mischung wurde 24 h lang bei Raumtemperatur langsam gerührt.
Nach der Adsorption des Lösungsmittels und des Intitiators wurde ein emulgiertes Gemisch von Monomeren und porenbildendem Lösungsmittel, hergestellt aus 9,2 ml Ethylenglycoldimethacrylat, 937 ml Toluol, 50 ml destilliertem Wasser und 40 ml einer 10 gew.-%igen Lösung von Poly(vinylalkohol) in Wasser [PVA zu etwa 88 % hydrolysiert mit MG etwa 70 000 bis 150 000 Dalton) durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhomogenisators, zu dieser Mischung zugegeben. Die Mischung wurde 46 h lang bei Raumtemperatur langsam gerührt, dann wurden 0,01 g Natriumnitrit zugegeben und die Dispersion wurde 20 min lang mit Stickstoffgas gespült. Danach wurden 0,48 g des fein pulverisierten Feststoffes (S)-N-Methacryloyl-α- methylbenzylamin zugegeben und die heterogene Mischung wurde 23 h lang unter langsamem Rühren auf 70ºC erhitzt, um eine Polymerisation zu bewirken.
Die Polymerteilchen mit chiralen Gruppen auf ihren Oberflächen wurden wie in Beispiel I gewonnen (abgetrennt). Das das Volumenverhältnis zwischen Lösungsmitteln und Monomeren 52:48 betrug, hatte das End-Polymer eine Porosität von etwa 50 Vol.-%. Die fertigen makroporösen Teilchen waren im wesentlichen monodispers mit einer Teilchengröße von 4,4 µm, wobei die Ausbeute, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, 98,6 % betrug.

Beispiel V

Ein emulgiertes Gemisch von Lösungsmittel und Intitiator wurde aus 1,9 ml Dibutylphthalat, 0,17 g Benzoylperoxid, 15 ml destilliertem Wasser und 0,08 g Natriumdodecylsulfat durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhomogenisators hergestellt. Zu diesem emulgierten Gemisch wurden 5,8 ml der Dispersion von monodispersen Polystyrol-Primär-Teilchen (5, Gew.-%, Feststoffgehalt = 0,3 g, Teilchengröße 1,2 µm) zugegeben. Die Mischung wurde 24 h bei Raumtemperatur langsam gerührt.
Nach der Adsorption des Lösungsmittels und des Intitiators wurde zu dieser Mischung ein emulgiertes Gemisch von Monomeren und porenbildendem Lösungsmittel, hergestellt aus 8 ml Divinylbenzol (80 %), 9,7 ml Toluol, 50 ml destilliertem Wasser und 40 ml einer 10 gew.-%igen Lösung von Poly(vinylalkohol) in Wasser [PVA zu etwa 88 % hydrolysiert mit MG etwa 70 000 bis 150 000 Dalton] durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhomogenisators, zu dieser Mischung zugegeben. Die Mischung wurde 46 h bei Raumtemperatur langsam gerührt. Dann wurden 0,01 g Natriumnitrit zugegeben und die Dispersion wurde 20 min lang mit Stickstoffgas gespült.
Danach wurde 1 g gepulvertes (1R,2S)-2-[N-(4-Vinyl)-benzoylamino]-1- phenylpropyl-(4-vinyl)-benzoat zugegeben und schließlich wurde die gesamte heterogene Mischung 23 h lang unter langsamem Rühren auf 70ºC erhitzt, um die Polymerisation zu bewirken. Die polymerisierte Dispersion wurde in 300 ml Methanol gegossen und die überstehende Flüssigkeit wurde entfernt und nach der Sedimentation verworfen.
Die Polymerteilchen mit chiralen Gruppen an den Oberflächen wurden wie in Beispiel I gewonnen (abgetrennt). Da das Volumenverhältnis zwischen den Lösungsmitteln und den Monomeren 52:48 betrug, hatte das End-Polymer eine Porosität von etwa 50 Vol.-%. Die fertigen makroporösen Teilchen waren im wesentlichen monodispers mit einer Teilchengröße von 435 µm, wobei die Ausbeute, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, 81 % betrug.

Analyse der gebildeten Teilchen

Die Teilchen wurden wie in Beispiel I bewertet und sie zeigten ein stärker hydrophobes Verhalten als die hydrophoben, nur aus einem Kern bestehenden Teilchen.

Beispiel VI

Ein emulgiertes Gemisch von Lösungsmittel und Intitiator wurde hergestellt aus 1,9 ml Dibutylphthalat, 0,17 g Benzoylperoxid, 15 ml destilliertem Wasser und 0,08 g Natriumdodecylsulfat durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhömogenisators. Zu diesem emulgierten Gemisch wurden 5,8 ml der Dispersion von monodispersen Polystyrol-Primär-Teilchen, hergestellt in Beispiel III (5,0 Gew.-%, Feststoffgehalt = 0,3 9, Teilchengröße 1,2 µm) zugegeben. Die Mischung wurde 24 h bei Raumtemperatur langsam gerührt.
Nach der Adsorption des Lösungsmittels und des Intitiators wurde zu dieser Mischung ein emulgiertes Gemisch von Monomeren und porenbildendem Lösungsmittel, hergestellt aus 8 ml Divinylbenzol (80 %), 9,7 ml Toluol, 50 ml destilliertem Wasser und 40 ml einer 10 gew.%igen Lösung von Poly(vinylalkohol) in Wasser [PVA zu etwa 88 % hydrolysiert mit MG etwa 70 000 bis 150 000 Dalton] durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhomogenisators, zugegeben. Die Mischung wurde 46 h lang bei Raumtemperatur langsam gerührt. Dann wurden 0,01 g Natriumnitrit zugegeben und die Dispersion wurde 20 min lang mit Stickstoffgas gespült. Danach wurde 1 g pulverförmiges (1R, 2S)-2-(N-Methacryloylamino)-1-phenylpropylmethacrylat zugegeben und die heterogene Mischung wurde 10 h lang unter langsamem Rühren auf 70ºC erhitzt, um die Polymerisation zu bewirken.
Die Polymerteilchen mit chiralen Gruppen auf den Oberflächen wurden wie in Beispiel I gewonnen (abgetrennt). Da das Volumenverhältnis zwischen Lösungsmitteln und Monomeren 52:48 betrug, hatte das End-Polymer eine Porosität von etwa 50 Vol-%. Die fertigen makroporösen Teilchen waren im wesentlichen monodispers mit einer Teilchengröße von 4,0 µm, wobei die Ausbeute, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, 95 % betrug.

Beispiel VII

Ein emulgiertes Gemisch von Lösungsmittel und Intitiator wurde hergestellt aus 1,9 ml Dibutylphthalat, 0,17 g Benzoylperoxid, 15 ml destilliertem Wasser und 0,08 g Natriumdodecylsulfat durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhömogenisators. Zu diesem emulgierten Gemisch wurden 5,8 ml der Dispersion von monodispersen Polystyrol-Primär-Teilchen, hergestellt in Beispiel I (5,0 Gew.-%, Feststoffgehalt = 0,3 g, Teilchengröße 1,2 µm) zugegeben. Die Mischung wurde 24 h bei Raumtemperatur langsam gerührt.
Nach der Adsorption des Lösungsmittels und des Intitiators wurde zu dieser Mischung ein emuigiertes Gemisch von Monomeren und porenbildendem Lösungsmittel, hergestellt aus 8,5 ml Ethylenglycoldimethacrylat, 9,7 ml Toluol, 50 ml destilliertem Wasser und 40 ml einer 10 gew.-%igen Lösung von Poly(vinylalkohol) in Wasser [PVA zu etwa 88 % hydrolysiert mit MG etwa 70 000 bis 150 000 Dalton] durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhomogenisators, zugegeben. Die Mischung wurde 46 h bei Raumtemperatur langsam gerührt. Dann wurden 0,01 g Natriumnitrit zugegeben und die Dispersion wurde 20 min lang mit Stickstoffgas gespült. Danach wurde 1 g fein pulverisiertes (1R, 2S)-2-(N-(4-Vinyl)-benzoylamino]-1-phenylpropyl-(4- vinyl)benzoat zugegeben und die heterogene Mischung wurde 24 h lang unter langsamem Rühren auf 70ºC erhitzt, um die Polymerisation zu bewirken. Die polymerisierte Dispersion wurde in 300 ml Methanol gegossen und die überstehende Flüssigkeit wurde entfernt und nach der Sedimentation verworfen.
Die Polymerteilchen mit chiralen Gruppen an den Oberflächen wurde wie in Beispiel I gewonnen (abgetrennt). Das das Volumenverhältnis zwischen Lösungsmittel und Monomeren 52:48 betrug, hatte das End-Polymer eine Porosität von etwa 50 Vol-%. Die fertigen makroporösen Teilchen waren im wesentlichen mondispers mit einer Teilchengröße von 4,3 µm, wobei die Ausbeute, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, 98 % betrug.

Beispiel VIII

Dieses Beispiel ähnelt dem Beispiel V, jedoch mit der Ausnahme, daß eine viel größere Menge des funktionellen Monomers in Form eines festen Klumpens zugegeben wurde. Da die Menge an funktionellem Monomer sehr groß war (50 % des Gesamtgehalts des Monomers), wurde etwas Aceton zugegeben, wenn die Polymerisation gestartet wurde, um den Transport des nicht-emulgierten funktionellen Monomers aus dem festen Klumpen in die polymerisierenden Tröpfchen zu unterstützen.
Ein emulgiertes Gemisch von Lösungsmittel und Intitiator wurde hergestellt aus 1,9 ml Dibutylphthalat, 0,17 g Benzoylperoxid, 15 ml destilliertem Wasser und 0,08 g Natriumdodecylsulfat durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhomogenisators. Zu diesem emulgierten Gemisch wurden 5,8 ml der Dispersion von monodispersen Polystyrol-Primär-Teilchen, hergestellt in Beispiel I (5,0 Gew.-%, Feststoffgehalt = 0,3 g, Teilchengröße 1,2 µm) zugegeben. Die Mischung wurde 24 h lang bei Raumtemperatur langsam gerührt.
Nach der Adsorption des Lösungsmittels und des Intitiators wurde zu dieser Mischung ein emulgiertes Gemisch von Monomeren und pyrogenem Lösungsmittel, hergestellt aus 4,8 ml Divinylbenzol (80 %), 9,7 ml Toluol, 50 ml destilliertem Wasser und 40 ml einer 10 gew.-%igen Lösung von Poly(vinylalkohol) in Wasser [PVA zu etwa 88 % hydrolysiert mit MG etwa 70 000 bis 150 000 Dalton] durch Ultraschallbehandlung unter Verwendung eines Ultraschallhomogenisators, zugegeben. Die Mischung wurde 46 h bei Raumtemperatur langsam gerührt. Dann wurden 0,01 g Natriumnitrit zugegeben und die Dispersion wurde 20 min lang mit Stickstoffgas gespült. Danach wurde 4,8 g eines Klumpens von (1R, 2S)-2-[N-(4-Vinyl)-benzoylamino]-1-phenylpropyl-(4- vinyl)benzoat und 5 ml Aceton zugegeben und 24 h lang unter langsamem Rühren auf 70ºC erhitzt, um die Polymerisation zu bewirken. Die polymerisierte Dispersion wurde in 300 ml Methanol gegossen und die überstehende Flüssigkeit wurde entfernt und nach der Sedimentation verworfen.
Die Polymerteilchen wurden wie in Beispiel I entfernt (abgetrennt). Da das Volumenverhältnis von Lösungsmitteln zu Monomeren 52:48 betrug, hatte das End-Polymer eine Porosität von etwa 50 Vol.-%. Die fertigen makroporösen Teilchen waren im wesentlichen monodispers mit einer Teilchengröße von 4,5 µm, wobei die Ausbeute, bezogen auf das Gewicht des Monomers, 72 % betrug.

Analyse der gebildeten Teilchen

Die visuelle Überprüfung im optischen Mikroskop bestätigte, daß die fertigen Teilchen unterschiedliche äußere und innere Schichten enthielten (Kern- Hüllen-Typ). Die erzielte niedrige Ausbeute ist zurückzuführen auf die Tatsache, daß eine unvollständige Überführung des großen Monomer-Klumpens erzielt wurde. Es wurde etwas nicht-umgesetztes funktionelles Monomer am Ende des Verfahrens zurückgewonnen.

Beispiel IX

Eine Trennung der chiralen Verbindung wurde durchgeführt unter Verwendung einer Kolonne, die mit dem Material gefüllt war, das nach dem Beispiel V hergestellt wurde. Der chromatographische hplc-Test wurde im Normalphasen- Modus durchgeführt unter Verwendung eines nicht-wäßrigen organischen Lösungsmittels (Volumenverhältnis n-Hexanitetrahydrofuran 4:1) bei 0,5 ml/min mit einer Kolonne von 4,6 mm Innendurchmesser x 150 mm Länge, der Peak- Nachweis wurde unter Verwendung eines UV-Detektors bei 254 nm durchgeführt. Die gelösten Stoffe waren α-Methylbenzylamin-Derivate, in denen α = k'R/k'S, worin R und S die beiden voneinander getrennten Enantiomeren darstellen. Für die Probe 1 (Fig. 5, Z = H) wurde der α-Wert zu 0,99 bestimmt. Für die Probe 2 (Fig. 5, Z = NO&sub2;) betrug der α-Wert 1,05.

Beispiel X

In Beispiel III wurden nur 5 Gew.-% des chiralen Monomers verwendet. Wenn die resultierenden Teilchen auf die chirale Erkennung beurteilt wurden, wurde festgestellt, daß sie verhältnismäßig unwirksam waren. Daher wurde das Verfahren des Beispiels III wiederholt, jedoch mit der Ausnahme,. daß die Menge des eingeführten chiralen Monomers auf 20 Gew.-% erhöht wurde, d.h. die Menge an Divinylbenzol betrug 7,76 ml und die Menge an chiralem Monomer betrug 1,94 g. Die Ausbeute an fertigen Teilchen betrug 65 % aufgrund einiger Materialverluste aus der äußeren nicht-vernetzten Schicht während des Waschens mit Tetrahydrofuran. Die fertigen Teilchen wiesen eine stärkere Hydrophihe (hydrophile Eigenschaften) auf als die Teilchen des Beispiel III.
Die resultierenden Teilchen wurden wie in dem obigen Beispiel IX auf ihr chirales Trennvermögen hin bewertet. Die Ergebnisse der beiden Trennungen ergaben α-Werte von 0,94 für jede der Proben.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Oberflächen-funktionalisierten Polymer- Materialien, gekennzeichnet durch

(i) die Zugabe eines nicht-emulgierten funktionellen Monomers&sub3; das außerdem mindestens eine polymerisierbare Vinylgruppe enthält, zu einer wäßrigen Phase einer Dispersion von löslichen Polymerteilchen, die in Wasser unlöslich sind und in einem organischen Material in der Dispersion löslich sind und die mit einer Emulsion eines polymerisierbaren hydrophoben Vinylmonomers zum Aufquellen gebracht werden, und

(ii) die Copolymerisation (a) des emulgierten Monomers in den gequollen Teilchen und (b) des nicht-emulgierten funktionellen Monomers, um dadurch ein unlösliches Polymerteilchen zu bilden, das einen hydrophoben Polymerkern und eine funktionalisierte Polymer-Außenschicht aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 13 gekennzeichnet durch die zusätzliche Stufe (iii) Extrahieren der wasserlöslichen Polymer-Materialien, so daß die resultierenden Oberflächen-funktionalisierten Polymer-Materialien porös sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-emulgierte funktionelle Monomer vor Beginn der Polymerisation zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein wasserlöslicher Polymerisationsinhibitor der wäßrigen Phase der Dispersion vor der Zugabe des nicht-emulgierten funktionellen Monomers zugegeben wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das funktionelle Monomer in reiner Form zugegeben wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-emulgierte funktionelle Monomer ein hydrophiles Monomer ist, das mindestens eine hydrophile Gruppe enthält, ausgewählt aus der Gruppe, die besteht im wesentlichen aus Hydroxyl, Carboxyl, Amino, Amido, Imido, Sulfinyl, Sulfonyl, Nitro, Nitril, Aminosäure, Epoxy, Diol und Mischungen davon.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-emulgierte funktionelle Monomer ein chirales Monomer ist, das reaktionsfähige chirale Gruppen enthält, die geeignet sind zur Auftrennung von racemischen Mischungen von chiralen Verbindungen und worin das chirale Monomer eine polymerisierbare Vinylgruppe und eine anhängede reaktionsfähige chirale Gruppe enthält.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersionen von gequollenen löslichen Polymerteilchen gebildet wird durch Dispergieren der löslichen Polymerteilchen in Wasser und Aufquellenlassen der Teilchen durch Zugabe mindestens eines Monomes und eines Inititiators für die Polymerisation des Monomers zu der Dispersion.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Monomer ein Gemisch von Vinylmonomeren ist, von denen mindestens eines ein Polyvinylmonomer ist.

10. Material, das nach dem Verfahren nach Anspruch 7 erhältlich ist, gekennzeichnet durch ein polymerisiertes Teilchen mit einem Kern aus einem hydrophoben Material, der von einer chiralen Polymer-Oberflächenschicht um schlossen ist, wobei ein Gradient zwischen dem Zentrum des Kerns und der äußeren Oberfläche der chiralen Polymer-Schicht vorliegt, wodurch das hydrophobe Kern-Material in seiner Menge abnimmt, wenn man sich der äußeren chiralen Schicht nähert, unter Bildung einer Zwischenschicht, die sowohl chirales Polymer als auch hydrophobes Material enthält, zwischen dem Kern und der äußeren chiralen Polymer-Schicht.