DE69410763T2

DE69410763T2 - Microsphäre und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69410763T2
Application number: DE69410763T
Authority: DE
Inventors: Juuro Aoyagi; Reiko Kato; Masanori Nagata; Toyoaki Suzuki
Original assignee: Fujimori Kogyo Co Ltd
Current assignee: Fujimori Kogyo Co Ltd
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2014-12-22
Also published as: AU8152394A; EP0659779B1; US5635574A; AU689159B2; DE69410763D1; JPH07179504A; EP0659779A3; EP0659779A2; CA2138571A1

Description

Vorliegende Erfindung betrifft neue Mikrokugeln und ein Verfahren zu deren Herstellung.
Die Affinitätschromatographie ist nunmehr ein unabdingbares Werkzeug für Personen, welche sich mit auf Organismen beziehende Arbeiten auf verschiedenen Gebieten befassen, die von Grundlagen- bis zu Anwendungszweigen der Wissenschaft reichen. Der durch Cuatrecases u.a. vorgestellten Abhandlung [Proc. Natl. Acad. Sci. U.S., 61, 636-643 (1968)) kann wohl zugetraut werden, diesen Personenkreis mit diesem Analyseverfahren voll vertraut zu machen. Vor der Veröffentlichung dieser Abhandlung herrschte die Meinung vor, ein Affinitätsabsorptionsmittel als einen Füllstoff zur Verwendung in der Affinitätschromatographie herzustellen, indem man einen Liganden mit Affinität für eine zu testende Substanz mit einer chemischen Bindung auf einem Substrat fest verbindet. Diese Meinung war nicht verwirklicht, bis die Verwendung von Kunststoffperlen als ein Substrat als ungeeignet aufgegeben wurde. Die Gründe, die zur Verhinderung der Verbreitung der Affinitätschromatographie führten, wurden durch Einführung von Agarosegelperlen als ein Substrat beseitigt, wobei man auch ein Verfahren der Cyanogenbromidaktivierung zur Bildung eines Liganden und ferner bei der Bindung eines Liganden niedrigen Molekulargewichts an ein Substrat einen Spacer (Abstandshalter) zwischen den Liganden und das Substrat einfügte.
Seither verbreitete sich die Affinitätschromatographie schnell und infolge der Verbreitung wurden zahlreiche Untersuchungen bei der Erforschung eines optimalen Substrats zur Herstellung eines idealen Affinitätsabsorbens begonnen.
Es galt allgemein, daß das Substrat erwartungsgemäß derartige Erfordernisse erfüllt, wie z.B., daß es Hydrophilizität und chemische Inaktivität zeigt, eine aktivierbare funktionelle Gruppe besitzt, an physikalischer und chemischer Stabilität reich ist, die Form von Gelperlen mit stabiler und poröser Struktur annimmt und sich durch Gleichmäßigkeit der Größe und Robustheit der Gelperlen auszeichnet.
Bislang wurden verschiedene Arten von Substraten entwickelt. Da kein einziges Substrat alle die denkbaren Analysenzwecke erfüllen kann, wurden verschiedene Substrate, wie z.B. Cellulose, vernetztes Dextran, Agarosegel, Polyacrylamidgel, poröses Glas, Polyhydroxymethacrylatgel, das durch Polymerisation eines hydrophilen Vinylmonomeren hergestellte Gel und das Copolymer von Agarosegel mit Polyacrylamid, welche an die verschiedensten Analysenzwecke angepaßt sind, entwickelt.
Das Polyacrylamidgel ist insofern von Vorteil, als es biologisch inaktiv ist und sich einer Zersetzung durch Mikroorganismen widersetzt, sowie in Lösungen verschiedener Salze und oberflächenaktiver Mittel seine Stabilität beibehält, und Guanidinhydrochlorid wird normalerweise bei der Affinitätschromatographie benutzt, so lange der pH-Wert der Lösung im Bereich von 2-10 liegt.
Ferner ist das Polyacrylamidgel aufgrund der Amidgruppe, die im Gel reichlich vorhanden ist, fähig, einen Liganden bei sehr hoher Konzentration zu binden. Theoretisch sollte es die Bildung eines Adsorbens mit außerordentlich hoher Absorptionskapazität erlauben.
Hinsichtlich des Herstellungsverfahrens dieses Polyacrylamidgels wird, da die Polymerisation in wässeriger Lösung zu einer hochviskosen Lösung führt, die schwierig zu handhaben und zu reinigen ist, im allgemeinen das Verfahren zur Herstellung des Geis durch Fällungspolymerisation von Acrylamid in einem Alkohol übernommen.
Die Primärteilchen, welche bei der Fällungspolymerisation erhalten werden, gehen eine sekundäre Aggregation ein und nehmen schließlich die Form von groben porösen Teilchen an, wobei jedes Teilchen ein Aggregat aus einer Vielzahl von Primärteilchen bildet. Obgleich diese groben Teilchen den Vorteil einer sehr leichten Handhabung besitzen, sind sie nicht in einzelne diskrete Teilchen zerkleinerbar und besitzen große und ungleichmäßige Abmessungen.
Als ein Verfahren, die Ausfällung von Acrylamid in einem Alkohol unter Bildung diskreter Teilchen ohne sekundäre Aggregation der Primärteilchen zu ermöglichen, wurde berichtet, daß die Zugabe einer geeigneten Menge von Methacrylsäure zum Polymerisationssystem die Herstellung von diskreten Teilchen im Submikronbereich ermöglicht [H. Kawaguchi, u.a., Polym. J., 23 (8), 955-962 (1991)]. Auf ähnliche Weise offenbart J.P.-A-63-90,521 daß Polymerteilchen durch die Zugabe einer monomeren ethylenisch ungesättigten Carbonsäure mit einem Gehalt an Methacrylsäure erhalten werden, ohne daß die Verwendung eines Dispersionsmittels besonders erforderlich ist. Der zuvor genannte Bericht enthält ferner eine dahingehende Bemerkung, daß im Polymerisationssystem mit Methacrylsäure die Teilchenanzahl während des Anfangsstadiums der Polymerisation festgelegt ist, die Teilchen danach mit gleichförmiger Geschwindigkeit wachsen, und daß die Durchmesser dieser Teilchen durch das Verhältnis von Methacrylsäurelacrylamid auf ein Niveau gesteuert werden kann, das ein Mikron übersteigt.
In dem, im zuvor beschriebenen Bericht erwähnten System wird die Bildung von diskreten Teilchen erreicht, weil das Methacrylsäure in einer großen Menge enthaltende Polymer die Rolle eines dispersionsstabilisierenden Polymeren spielt. Die Verwendung eines derartigen dispersionsstabilisierenden Polymeren wie dieses wird auch in JP-A-04-279,604 und JP-A-04-279.605 vorgeschlagen.
Da der Dispersionsstabilisator (das dispersionsstabilisierende Polymer) als wesentliche Komponente verwendet wird, wird dieser Dispersionsstabilisator jedoch entweder zusammen mit dem gebildeten Polymer ausgefällt oder in der Reaktionslösung zusammen mit dem gebildeten Polymeren dispergiert. Für das vorteilhafterweise auf dem Gebiet der Affinitätschromatographie zu verwendende hergestellte Polymer, das eine Verschmutzung durch Verunreinigungen aufs äußerste vermeiden muß, ist es wichtig, daß das hergestellte Polymer einer Reinigungsbehandlung unterzogen wird. Die Anwesenheit des Dispersionsstabilisators (dispersionsstabilisierenden Polymeren) bringt jedoch das Problem einer Komplikation dieser Reinigungsbehandlung mit sich.
Bislang folgte man bei der Anwendung des Polyacrylamidgels wie bei der Affinitätschromatographie zwecks Bindung eines Liganden bei einer extrem hohen Konzentration unter Verwendung des im Gel reichlich vodiegenden Amids der Praxis, Gelperlen mit einer porösen Struktur herzustellen und zu bewirken, die funktionelle Gruppe im Gel mit einem Spacer oder dem Liganden zu verbinden.
Wenn die Gelperlen in einer porösen Struktur ausgebildet werden, nehmen sie jedoch keine genügende mechanische Festigkeit an und leiden darunter, daß ihre poröse Struktur unter den Stößen, denen sie während ihres Gebrauchs ausgesetzt sind, bricht. Wenn die mechanische Festigkeit dieser Gelperlen durch Erhöhung des Polymerisationsgrades durch Einstellung mit einem Vernetzungsmittel verstärkt wird, die Durchmesser der in den Gelperlen mit poröser Struktur enthaltenen Poren abfallen. Während diese Gelperlen die Bindung eines niedermolekularen Liganden oder eines Spacers ermöglichen, blockieren sie jedoch den Eintritt einer derartigen Substanz wie ein Glycoprotein, für das der Ligand Affinität zeigt. Theoretisch sollten die Gelperlen ein Adsorbens mit einer sehr hohen Adsorptionskapazität bilden. Tatsächlich jedoch erreichen sie keine völlig befriedigende Qualität wie ein Affinitätsadsorbens.
Ein Ziel vorliegender Erfindung ist infolgedessen die Bereitstellung von neuen Mikrokugeln sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung ist die Bereitstellung von Mikrokugeln mit einem Gehalt an einer funktionellen Gruppe in hoher Konzentration, welche zur Anpassung des Polymeren an ein Adsorbens wirksam ist, welches sich durch mechanische Festigkeit, chemische Stabilität und die Fähigkeit auszeichnet, eine wirksame Adorption innerhalb eines weiten pH-Wertbereichs zu bewirken.
Noch ein anderes Ziel vorliegender Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von Mikrokugeln, welche die zuvor genannten Eigenschaften besitzen und keine Verunreinigungen enthalten und deshalb die Notwendigkeit, im Herstell ungsverfahren einen Dispersionsstabilisator zu benutzen, vermeiden und eine einfache Reinigungsbehandlung nach der Polymerisationsstufe erlauben.
Vorliegende Erfinder führten sorgfältige Studien zur Erforschung von neuen Mikrokugeln und ein Verfahren zu deren Herstellung zwecks Erreichen der zuvor genannten Ziele durch. Demgemäß wurde ermittelt, daß das Bedürfnis, Mikrokugeln zu erhalten, welche eine derart hohe mechanische Festigkeit, die niemals zuvor bei den herkömmlichen Perlen aus Polyacrylamidgel erreicht wurde, besitzen und die eine funktionelle Gruppe bei hoher Konzentration enthalten, welche bei der Anpassung des Polymeren an ein Adsorbens mit hoher Adsorptionskapazität wirksam ist, befriedigt wird, indem man das Polymer in einem feinverteilten und dispergierten Zustand herstellt, um die Oberfläche des hergestellten mikrofeinen Geis zu vergrößern und die Anzahl der funktionellen Gruppen (Amidgruppen) auf der Oberfläche der Gelperlen zu erhöhen und die Benutzung der funktionellen Gruppen an der Oberfläche der Gelperlen anstelle der funktionellen Gruppen in den Poren der Gelperlen zu ermöglichen; ferner wurde ermittelt, daß man bei der Fällungspolymerisation eines Monomerengemischs, umfassend ein ethylenisch ungesättigtes Amin in einem Lösungsmittel, wie z.B. einem Alkohol, vorzugsweise in einem gemischten Lösungsmittel, umfassend Wasser und ein organisches Lösungsmittel, wie z.B. einen Alkohol, als Mittel zum Erhalt des Polymeren, in einem derartigen, wie oben erwähnten feinverteilten und dispergierten Zustand, die Primärteilchen, welche in der Lage sind, eine sekundäre Aggregation zu vermeiden, nur dann erhält, wenn man die Menge eines Vernetzungsmittels, die Art eines Lösungsmittels, die Konzentration eines Initiators und die Polymerisationstemperatur gleichzeitig innerhalb außerordentlich begrenzter Bereiche beschränkt. So gelangten die Erfinder zur Erkenntnis, daß die Mikrokugeln in Form von diskreten Teilchen hergestellt werden können, ohne daß die Verwendung eines Dispersionsstabilisators (dispersionsstabilisierenden Polymeren) erforderlich ist, und daß das hergestellte Polymer leicht zur Reinigung behandelt werden kann. Aufgrund dieser Erkenntnis wurde vorliegende Erfindung vollendet. Ein Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (1) ein Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man in einem organischen Lösungsmittel, wie z.B. einem Alkohol, ein Monomerengemisch, umfassend ein ethylenisch ungesättigtes Amid und 10 bis 70 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des ein ethylenisch ungesättigtes Amid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monomerengemischs, eines Vernetzungsmittels auflöst, wodurch eine gemischte Lösung hergestellt wird,
die gemischte Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 95ºC hält, und zumindest einen Initiator zugibt, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Initiatoren vom Peroxid- und Azotyp besteht, in einer solchen Menge, daß er darin bei einer Endkonzentration im Bereich von 1x10-5 bis 8x10-2 Mol/Liter enthalten ist, wodurch die Polymerisation des Monomerengemischs eingeleitet wird.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung wird durch (2) ein Verfahren gemäß Ziffer (1) erreicht, wobei die Polymerisation ohne Zugabe eines Dispersionsmittels durchgeführt wird.
Ein anderes Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (3) ein Verfahren gemäß Ziffer (2), wobei Wasser zum organischen Lösungsmittel in einer Menge von nicht mehr als 30 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% der Gesamtmenge des Lösungsmittels, zugegeben wird.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (4) ein Verfahren gemäß Ziffer (3), bei dem die Wassermenge im Bereich von 10 bis 25 Gew.%, bezogen auf 100 Gew% der Gesamtmenge des Lösungsmittels, zugegeben wird.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (5) ein Verfahren gemäß Ziffer (1), bei dem das ethylenisch ungesättigte Amid zumindest eine aus der Gruppe ausgewählte Verbindung ist, die aus Acrylamid, Methacrylamid, Diacetonacrylamid und N-Hydroxymethylamid besteht.
Ein anderes Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (6) ein Verfahren gemäß Ziffer (5), bei dem das ethylenisch ungesättigte Amid Acrylamid ist.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (7) ein Verfahren gemäß Ziffer (1), bei dem das ein ethylenisch ungesättigtes Amid umfassende Monomerengemisch ein Monomer umfaßt, welches zumindest eine aus der Klasse ausgewählt Gruppe besitzt, die aus der Gruppe -OH, der Gruppe -NH2 und der Gruppe -SH besteht.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (8) ein Verfahren gemäß Ziffer (7), wobei der Gehalt des monomeren ethylenisch ungesättigten Amids im Monomerengernisch, das ein ethylenisch ungesättigtes Arnid umfaßt, nicht mehr als 0,1 Mol.% beträgt.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (9) ein Verfahren gemäß Ziffer (1), bei dem die Menge des zuzugebenden Monomerengemischs im Bereich von 0,1 bis 70 Gew.%, bezogen auf die Menge des organischen Lösungsmittels, liegt.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (10) ein Verfahren gemäß Ziffer (1), bei dem das Vernetzungsmittel eine Verbindung ist, die zumindest zwei ungesättigte Doppelbindungen in ihrer Moleküleinheit aufweist.
Ein anderes Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (11) ein Verfahren gemäß Ziffer (1), bei dem die Menge des zuzugebenden Vernetzungsmittels im Bereich von 15 bis 60 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des das ethylenisch ungesättigte Amid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monomerengemischs, liegt.
Ein anderes Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (12) ein Verfahren gemäß Ziffer (1), bei dem die Konzentration des Initiators im Bereich von 0,5 x 10-4 bis 5x10-2 Mol/Liter der gemischten Lösung liegt.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (13) ein Verfahren gemäß Ziffer (1), bei dem die Polymerisationstemperatur im Bereich von 650 bis 85ºC liegt.
Wieder ein anderes Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (14) durch das Verfahren gemäß einem der Ziffern (1) bis (13) hergestellte Mikrokugeln, die sich dadurch auszeichnen, daß sie einen hygroskopischen Koeffizienten im Bereich von 10 bis 400% und ein Gelierungsverhältnis (gelling ratio) im Bereich von 40-98% besitzt.
Ein anderes Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (15) eine Mikrokugel gemäß Ziffer (14), wobei die Mikrokugel einen Teilchendurchmesser im Bereich von 0,05 bis 0,5 um besitzt.
Ein weiteres Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (16) eine Mikrokugel gemäß Ziffer (14), bei der hygroskopische Koeffizient im Bereich von 50 bis 300% liegt.
Ein anderes Ziel vorliegender Erfindung wird erreicht durch (17) eine Mikrokugel gemäß Ziffer (15), wobei die Mikrokugel einen Teilchendurchmesser im Bereich von 0,08 bis 0,4 um aufweist.
Schließlich wird ein anderes Ziel vorliegender Erfindung erreicht durch (18) eine Mikrokugel gemäß Ziffer (15), bei der das Gelierungsverhältnis im Bereich von 50-90% liegt.
Vorliegende Erfindung ist der Herstellung diskreter Polymerteilchen ohne Erfordernis der Verwendung eines Dispersionsstabilisators oder eines dispersionsstabilisierenden Polymeren fähig. Die derart hergestellten Mikrokugeln können leicht zur Reinigung behandelt werden und enthalten sehr spärlich Verunreinigungen. Die hergestellten Mikrokugeln können infolgedessen als Polyacrylamidgel benutzt werden, d.h. als ein Typ eines optimalen Substrats zur Bildung eines Afflnitätsadsorbens, das idealerweise als Füllstoff bei der Affinitätchromatographie benutzt wird. Ferner können die Mikrokugeln, da sie in Form von physikalisch und chemisch stabilen, spärlichen und starken Gelperien von poröser Struktur vorliegen, die ein hydrophiles Verhalten und eine chemische Inaktivität aufweisen und eine aktivierbare funktionelle Gruppe besitzen und ferner, weil diese Gelperlen diskrete und feste Teilchen gleichförmiger Größe sind, völlig zufriedenstellend als Materialien für kosmetische Artikel und diagnostische Reagentien benutzt werden.

ERLÄUTERUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Nunmehr wird vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen im folgenden spezieller erläutert.
Alkohole, welche zur Herstellung von Mikrokugeln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wirksam verwendbar sind, umfassen einwertige Alkohole, wie z.B. Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, 1-Butanol, 2-Butanol, tert.-Butylalkohol, 1-Pentanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, tert.-Pentylalkohol, 1-Hexanol, 2-Hexanol und 3-Hexanol; zweiwertige Alkohole, wie z.B. Ethylenglycol, Diethylenglycol, Triethylenglycol, Propylenglycol, Di-Tripropylenglycol, 1,3- Butylenglycol, Neopentylglycol, Pentamethylenglycol und Hexamethylenglycol, dreiwertige Alkohole, wie z.B. Glycerin, Alkohole mit 1-6 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Ethylenglycol-monomethylether, Ethylenglycol-monoethylether, Ethylenglycolmonobutylether und Ethylenglycol-monoisobutylether sowie verschiedene Grade von Polyethylenglycol mit Molekulargewichten von nicht mehr als 6.000 und nicht weniger als 4.000, um einige beispielsweise zu nennen. Diese organischen Lösungsmittel können entweder allein oder in Form von Gemischen von zwei oder mehreren verwendet werden. Wünschenswerterweise wird bei vorliegender Erfindung erforderlichenfalls Wasser zum Alkohol als organisches Lösungsmittel in der Regel in einer Menge von nicht mehr als 30 Gew.%, vorzugsweise in einer Menge im Bereich von 10 bis 25 Gew.%, bevorzugter 15 bis 20 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des gesamten Lösungsmittels zugegeben (der Begriff 'gesamtes Lösungsmittel' bezieht sich auf den Alkohol als organisches Lösungsmittel plus Wasser). Wenn die derart zugegebene Wassermenge 30 Gew.% überschreitet, verursacht der Wasserüberschuß, daß die hergestellten Gelperlen agglomerieren, was zu einer Erhöhung des Durchmessers der Gelperlen führt. Wenn diese Menge im vorgenannten Bereich liegt, werden die Gelperlen durch Fällungspolymerisation in einem ebenso völlig in einem Lösungsmittel dispergierten Zustand hergestellt, wie sie durch Dispersionspolymerisation erhalten werden, ohne daß die Verwendung eines Dispersionsstabilisators im Polymerisationsverfahren erforderlich ist. Infolgedessen ist das in dieser Menge zugegebene Wasser für die Bildung von dispergierbaren Mikrokugeln vorteilhaft.
Die ethylenisch ungesättigte Amidmonomeren, die zur Herstellung der Mikrokugeln nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wirksam brauchbar sind, umfassen Acrylamid, Methacrylamid, Triacetonacrylamid und N-Hydroxymethylacrylamid, um einige Beispiele zu nennen. Diese Monomeren können entweder allein oder in Form einer Kombination von zwei oder mehreren benutzt werden. Unter anderen oben genannten Monomeren erwies sich Acrylamid als besonders erwünscht.
Es ist lediglich erforderlich, daß das ein ethylenisch ungesättigtes Amidmonomer enthaltende Monomerengemisch die Kombination eines derartigen, zuvor erwähnten, ethylenisch ungesättigten Amidmonomeren mit einem anderen Monomeren ist, das damit copolymerisierbar ist. Da die hergestellten Mikrokugeln vorzugsweise durch die funktionelle Gruppen auf ihren Oberflächen einstellbar gemacht werden, um die Auswahl eines auf den Mikrokugeln zu fixierenden Liganden zu gestatten, wird es bevorzugt, daß das zuvor genannte andere copolymerisierbare Monomer ein Monomer ist, das zumindest eine Gruppe besitzt, die aus der Klasse ausgewählt wird, die aus der Gruppe -OH, der Gruppe -NH2 und der Gruppe -SH besteht. Diese anderen copolymerisierbaren Monomeren können entweder allein oder in Form einer Kombination von zwei oder mehreren Verbindungen benutzt werden.
Der Gehalt an dem ethylenisch ungesättigten Amidmonomeren im zuvor genannten Monomerengemisch beträgt in der Regel nicht weniger als 0,1 Mol.%, vorzugsweise nicht weniger als 0,3 Mol% und insbesondere bevorzugt nicht weniger als 0,5 Mol.%. Wenn dieser Gehalt weniger als 0,1 Mol.% beträgt, nimmt das hergestellte Polymer keine völlig befriedigende Teilchenform an.
Die Menge des zum zuvor genannten organischen Lösungsmittel zuzugebenden Monomerengemischs liegt in der Regel im Bereich von 0,1 bis 70 Gew.%, vorzugsweise 1 bis 25 Gew.%, und insbesondere bevorzugt von 2 bis 10 Gew.%, bezogen auf die Menge des organischen Lösungsmittels Wenn die Menge des zu benutztenden Amidmonomeren in der gemischten Lösung weniger als 0,1 Gew.% beträgt, wird die Polymerisationsgeschwindigkeit übermäßig gering, und die hergestellten Mikrokugeln erreichen aufgrund einer extrem niedrigen Monomerenkonzentration in der gemischten Lösung keine befriedigende Qualität. Umgekehrt ist, wenn diese Menge 70 Gew.% überschreitet, die Brauchbarkeit des hergestellten Polymeren als Füllstoff bei der Affinitätschromatographie in Frage gestellt, weil die Polymerperlen einen übermäßig großen Durchmesser besitzen und für eine sekundäre Aggregation anfällig sind. Da eine proteinartige Substanz mit einer geringen Diffusionsgeschwindigkeit bei einem leichten Diffundieren und Beschreiben einer scharfen Bande des gelösten Stoffs vorteilhaft ist, ist es erwünscht, daß die als Füllstoff für die Affinitätschromatographie zu verwendenden Perlen genügend winzige kugelförmige Teilchen mit einem gleichen Durchmesser sind.
Das Vernetzungsmittel, welches bei vorliegender Erfindung verwendet werden kann, ist eine Verbindung, die zumindest zwei ungesättigte Doppelbindungen in ihrer Moleküleinheit besitzt. Als typische Beispiele für das Vernetzungsmittel können folgende Verbindungen genannt werden:
Alkylen- bis acrylamide, wie z.B. N,N'-Methylen-bisacrylamid, Ethylen-bis- acrylamid und Piperodin-acrylarnid, Alkylen-di(meth)acrylate, wie z.B. Ethylendi(meth)acrylat, Di(meth)acrylate verschiedener Derivate von Bisphenol A, wie z.B. Ethylenglycol-di(meth)acrylat, Polyethylenglycol-di(meth)acrylat und Bisphenol A- di(meth)acrylat, Di-, Tri-, oder Tetra-(meth)acrylsäureester von mehrwertigen Alkoholen, wie z.B. Glycerin und Pentaerythrit, Di- oder Tri-(meth)acrylate mit Ethylenoxid modifizierter Phosphorsäuren, Di- oder Tri-(meth)acrylsäureester von Oligoester-(meth)acrylaten, Polyester-(meth)acrylate, Urethanacrylate, Isocyanurate oder deren Derivate, N-Alkoxymethyl-(meth)-acrylamidderivate, wie z.B. Vinyl(meth)acrylat, Acryl-(meth)acrylat, Poly-N-methylol-acrylamid, N-Methylol-acrylamid, Trimethylolpropan-trimethacrylat, N-Methylol-(meth)acrylamid, N-Methoxymethylacrylamid, N-Ethoxymethyl-acrylamid, N-n-Butoxymethyi-acrylamid, N-n-Butoxymethyl(meth)-acrylamid, N-Isobutoxymethyl-acrylamid sowie N-tert.-Octoxymethyl-acrylamid, Divinyl benzol, Vinylacetat, Chlormethylstyrol, Harnstoff- Formaldehyd-Harz, Verbindungen vom Typ Bis-oxazolin, Epichlorhydrin, 1,3-Dichlorisopropanol sowie Glycerindiglycidylether. Sie werden weit verbreitet als Vernetzungsmittel benutzt.
Da vorliegende Erfindung hauptsächlich auf die Verwendung der funktionellen Gruppen an der Oberfläche der hergestellten Mikrokugeln abzielt, ist es erforderlich, zu ermöglichen, daß die hergestellten Mikrokugeln eine erhöhte Schüttdichte erreichen und infolgedessen eine hohe mechanische Festigkeit und große Dichte im Gegensatz zu den herkömmlichen porösen Teilchen erreichen, was erfordert, daß der Durchmesser der Poren in ihnen eingestellt wird, wie durch Veränderung der Menge des beim Polymerisationsverfahren zuzugebenden Vernetzungsmittels. So liegt die Menge des zuzugebenden Vernetzungsmittels im Bereich von 10 bis 70 Gew.%, vorzugsweise 15 bis 60 Gew.% und insbesondere bevorzugt von 25-50 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des zuvor genannten, das Vernetzungsmittel enthaltenden Monomerengemischs. Wenn diese Zugabemenge weniger als 10 Gew.% beträgt, weisen die hergestellten Mikrokugeln den Nachteil auf, daß sie hinsichtlich des Vernetzungsgrades, der mechanischen Festigkeit, der thermischen und chemischen Stabilität, der Fähigkeit, wiederholte Behandlungen in einem Autoklaven bei erhöhter Temperatur (1100 bis 120ºC) zu tolerieren, der Fähigkeit einer sicheren Leistung in einem breiten pH-Bereich und einer Stabilität, verschiedenen organischen Lösungsmitteln zu widerstehen, mangelhaft sind; infolgedessen sind sie nicht zur Verwendung als Substrat für einen Füllstoff in der Affinitätschromatographie völlig geeignet. Umgekehrt ist, wenn diese Menge 70 Gew.% überschreitet, die Menge des Vernetzungsmittels, das in den Mikrokugeln nach der Polymerisation zurückbleibt, so groß, daß die Wirtschaftlichkeit der Herstellung beeinträchtigt wird. Obgleich die zuvor genannten Probleme, welche eine unzureichende Anwendung des Vernetzungsmittels begleiten, nicht mehr auftreten, bringt eine übermäßige Erhöhung des Vernetzungsmittels das Problem mit sich, daß die Mikrokugeln, wenn sie als Affinitätsadsorbens oder Füllstoff für die Affinitätschromatographie verwendet werden, keine Adsorptionskapazität wie erwartet zeigen.
Die Initiatoren vom Peroxidtyp und Azotyp, welche bei vorliegender Erfindung wirksam brauchbar sind, umfassen alle die gleichen Typen von Initiatoren, welche bislang bekannt wurden. Als typische Beispiele für Initiatoren von Peroxidtyp können Benzoylperoxid (BPO) und dessen Substitutionsprodukte, Diacylperoxide (RCOOOCOR), Dialkylperoxide, ROOR), Esterperoxide (RCOOOR'), Peroxycarbonate (ROCOOOCOOR), Hydroperoxide (ROOH) sowie Redoxinitiatoren genannt werden, die durch Kombination dieser Peroxide mit einer reduzierenden Substanz erhalten wurden, angegeben werden. Als typische Beispiele für die Azoinitiatoren können N- Nitroso-acylallylamin, (,('-Azo-bis-isobutyronitril (AIBN), Azo-bisester [RR'(COOR")- CN-NC (COOR")RR'], Azo-triphenylmethan [C6H5N=NC(C6H5)3], Diazo-aminobenzol [C6H5N=NNHC6H5], Diazo-thioether (RN=RSR'), Tetramethyl-tetrazen [(CH3)2NN-=NN(CH3)2], Diazo-methane [RC=R=N] und Sulfonazide [RSO2N=N=N] genannt Die Konzentration, bei welcher der Initiator bei der Polymerisation verwendet wird, liegt in der Regel im Bereich von 1x10-5 bis 8x10-2 Mol/Liter, vorzugsweise 0,5xl 0-4 bis 8x-10-2 Mol/Liter, und insbesondere bevorzugt von 0,Sx10-3 bis 8x10-3 Mol/Liter, bezogen auf das Volumen der gemischten Lösung des Monomeren. Wenn die Konzentration des Initiators von diesem Bereich abweicht, 1x10-5 bis 8x10-2 Mol/Liter, weist das hergestellte Polymer unveränderlich den Nachteil auf, daß es die Form von nicht-kugelförmigen groben Teilchen annimmt.
Die zuvor genannte gemischte Lösung des Monomeren bei der erfindungsgemäßen Polymerisation wird in der Regel in einem Temperaturbereich von 300 bis 95ºC, vorzugsweise 65 bis 85ºC, insbesondere bevorzugt 700 bis 80ºC gehalten, der zuvor genannte Initiator wird bei einer Konzentration im zuvor genannten Bereich zugegeben, und die sich ergebende Polymerisation wird während eines Zeitraums durchgeführt, der in der Regel im Bereich von 2 bis 15 Stunden, vorzugsweise 3 bis 10 Stunden, insbesondere 3 bis 7 Stunden liegt.
Wenn die Temperatur der gemischten Lösung des Monomeren während der Polymerisation weniger als 30ºC beträgt, ist die Auflösungsgeschwindigkeit des Initiators übermäßig gering, und die Menge eines durch Auflösung des Initiators gebildeten Radikals wird unzureichend. Umgekehrt wird, wenn diese Temperatur 95ºC überschreitet, die durch Auflösung des Initiators zu bildende Radikalenmenge übermäßig groß, und die Wärme der Polymerisation wächst an und die Betriebssicherheit wird beeinträchtigt. Wenn die Polymerisationszeit weniger als 3 Stunden beträgt, werden die hergestellten Polymerteilchen nicht völlig dem Bildungsverfahren unterworfen und die Polymerisationsausbeute wird äußerst gering sein. Umgekehrt wird, wenn diese Zeit sieben Stunden überschreitet, dieser Zeitüberschuß nur verschwendet, weil die Polymerisation innerhalb der Zeitspanne von sieben Stunden vervollständigt wurde.
Nach Abschluß der Polymerisation ist es erforderlich, daß die noch ablaufende Radikalpolymerisation abgebrochen wird, wie durch plötzliche Herabsetzung der Reaktionstemperatur mit einem Eisbad. Solche Faktoren, wie z.B. die Rührkraft (Anzahl von Umdrehungen), Druck und Atmospähre, die während der Polymerisation anzuwenden sind, unterliegen keiner besonderen Beschränkung. Diese Faktoren können unter angemessener Erwägung der zuvor genannten Zahlenbereiche in geeigneter Weise ausgewählt werden. Wünschenswerterweise wird die Polymerisation in einer Atmosphäre eines inaktiven Gases unter Normaldruck durchgeführt, wobei die Lösung bei einer Rate im Bereich von 50 bis 5.000 UpM unter Rühren gehalten wird, um eine gleichmäßige Verteilung der Temperatur des Reaktionssystems zu gewährleisten.
Wie bereits erwähnt, zieht diese Erfindung nicht die Zugabe eines Dispersionsstabilisators zum Reaktionssystem während der Polymerisation in Betracht. Im allgemeinen hat ein Dispersionsstabilisator den Vorteil, zu ermöglichen, daß diskrete Polymerteilchen innerhalb eines breiten Bereichs von Polymerisationsbedingungen erhalten wird. Wenn dieser Dispersionsstabilisator im Gegensatz zu vorliegender Erfindung verwendet wird, wenn dieser Dispersionsstabilisator entgegen vorliegender Erfindung benutzt wird, wird er mehr schaden als nützen, weil die am Ende der Polymerisation erhaltene Reaktionslösung nicht ausreichend gereinigt ist, und zwar aufgrund einer unvermeidlichen technischen Schwierigkeit und des im hergestellten Polymeren verbleibenden Dispersionsstabilisators; wenn dieses hergestellte Polymer für Reaktionen in Verbindung mit der Biologie verwendet wird, übt es eine nachteilige Wirkung auf die Reaktionen als Verunreinigungen auf. Infolgedessen schreibt vorliegende Erfindung die Notwendigkeit der Vermeidung der Anwendung eines Dispersionsstabilisators während der Polymerisation vor.
Die hergestellten Mikrokugeln können durch eines der bislang bekannten Standardverfahren leicht gereinigt werden, weil sie keine derartigen Verunreinigungen als Dispersionsstabilisator enthalten. Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Mikrokugeln durch ein derartiges Verfahren gereinigt und in Form eines Xerogels erhalten werden, wie es bei den nachfolgenden Beispielen angewandt wird, das die Stufen des Zentrifugierens der aus der Polymerisation resultierenden Reaktionslösung mittels einer Zentrifuge, wodurch die Mikrokugeln von der Lösung, dem Lösungsmittel (Alkohol) oder dem Wiederausfällungslösungsmittel für das Polymer (Reinigungswasser und Aceton) getrennt werden, das weitere Trennen und Reinigen der Mikrokugeln durch Dekantieren oder Filtration und schließlich das Trocknen der abgetrennten Mikrokugeln, wie z.B. durch Vakuumtrocknung, umfaßt. Vorliegende Erfindung erfordert nicht die Beschränkung der Reinigung der hergestellten Mikrokugeln auf das besondere gerade genannte Verfahren. Es ermöglicht, daß die Reinigung durch eine beliebige der bislang bekannten Reinigungsverfahren durchgeführt wurde.
Es wird beabsichtigt, daß bei den nach dem zuvor genannten Herstellungsverfahren hergestellten Mikrokugeln ausschließlich die funktionellen Gruppen an der Oberfläche der Polymerperlen anstelle der funktionellen Gruppen in den Poren der Polymerperlen benutzt werden. Infolgedessen ist es erwünscht, daß man über die kleinstmöglichen Teilchendurchmesser und infolgedessen die größtmögliche Oberfläche und die größtmögliche Anzahl von funktionellen Gruppen an der Oberfläche der Gelperlen verfügt und, zwecks Anwendung als ein Füllstoff bei der Affinitätschromatographie zusätzlich das Erfordernis erfüllt, daß die Mikrokugeln in Form von Kugelteilchen gleichförmigen Durchmessers vorliegen. Demgemäß ist es erforderlich, daß die Mikrokugeln einen hygroskopischen Koeffizienten (Hygroskopizitätszahl) im Bereich von 10 bis 400%, vorzugsweise 50 bis 300%, insbesondere bevorzugt 100 bis 250% besitzen. Wenn der hygroskopische Koeffizient weniger als 10% beträgt, zeigen die hergestellten Mikrokugeln den Nachteil, eine Vernetzung in einem übermäßigen Grad eingegangen zu sein und infolgedessen eine extrem hohe Dichte erreicht zu haben und deutlich hydrophobe Eigenschaften zu zeigen, während sie eine genügende mechanische Festigkeit erreichen. Umgekehrt werden die hergestellten Mikrokugeln, wenn der hygroskopische Koeffizient 400% überschreitet, den Nachteil aufweisen, daß sie in einem übermäßig geringen Grad eine Vernetzung eingingen und infolgedessen keine ausreichende mechanische Festigkeit zeigen, während sie eine poröse Struktur mit einem verhältnismäßig großen Porendurchmesser erreichen. Der Begriff 'hygroskopischer Koeffizient' einer Mikrokugel' (Hygroskopizitätszahl), der im vorliegenden benutzt wird, wird als eine Größe von (B-A)/Ax100 definiert, worin A und B Zahlenwerte sind, die nach folgenden Verfahren zu erhalten sind: (1) eine gegebene trockene Mikrokugel wird abgewogen. Das so ermittelte Gewicht wird als A bezeichnet. (2) Diese trockene Mikrokugel wird in einem großen Überschuß von Wasser 24 Stunden stehengelassen. (3) Die feuchte Mikrokugel wird unter den Bedingungen von 10.000 UpM und 17.680 G 20 Minuten zum Austreiben überschüssigen Wassers zentrifugiert. (4) Die das absorbierte Wasser enthaltende und der Zentrifugierung unterworfene Mikrokugel wird abgewogen. Das so ermittelte Gewicht wird als B bezeichnet. Die zuvor genannten Stufen (1) bis (4) werden unverändert bei 25ºC unter einer einzigen Atmosphäre durchgeführt.
Das Gelierungsverhältnis der Mikrokugel liegt im allgemeinen im Bereich von 40-98%, vorzugsweise 50-90%, und insbesondere bevorzugt von 70-85%. Wenn das Gelierungsverhältnis 98% überschreitet, weist die hergestellte Mikrokugel den Nachteil auf, daß sie in einem übermäßigen Grad die Vernetzung einging und infolgedessen eine extrem hohe Dichte annahm und deutlich hydrophobe Eigenschaften zeigt, während sie eine ausreichende mechanische Festigkeit erreicht. Umgekehrt weist, wenn dieses Gelierungsverhältnis weniger als 40% beträgt, die hergestellte Mikrokugel den Nachteil auf, daß sie die Vernetzung in einem unzureichenden Grad einging und keine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist, während sie eine poröse Struktur mit einem verhältnismäßig großen Porendurchmesser erreicht. Das unter Betracht stehende 'Gelierungsverhältnis der Mikrokugel' wird als eine Größe von (B/A)x100 definiert, worin A und B die Zahlenwerte bedeuten, welche nach folgenden Verfahren erhalten werden: (1) in 100 ml Wasser werden A g einer gegebenen Mikrokugel gebracht. (2) das Polymer wird in Wasser bei 50ºC 24 Stunden stehengelassen. (3) Sodann wird die feuchte Mikrokugel unter den Bedingungen von 10.000 UpM und 17.680 G 20 Minuten zum Austreiben überschüssigen Wassers zentrifugiert. (4) Die Mikrokugel, welche Wasser absorbiert hat und dem Zentrifugieren unterworfen wurde, wird entwässert und getrocknet. (5) Die hierbei erhaltene trockene Mikrokugel wird abgewogen, und das so ermittelte Gewicht wird als (B) g bezeichnet. Die Stufen (1) und (3) bis (5) werden unverändert bei 25ºC unter einer einzigen Atmosphäre durchgeführt. Der Teilchendurchmesser der Mikrokugeln liegt in der Regel im Bereich von 0,05 bis 0,5 um, vorzugsweise 0,08 bis 0,4 um, und insbesondere bevorzugt von 0,1 bis 0,3 um. Idealerweise ist der Teilchendurchmesser vorzugsweise so gering wie zulässig. Die untere Grenze 0,05 um, gleicht dem Durchmesser der Kerne der winzigen Teilchen, welche während des Anfangsstadiums der Polymerisation gebildet werden. Jegliche Herabsetzung des Teilchendurchmessers unterhalb dieser unteren Grenze ist infolgedessen undenkbar, weil es schwierig ist, derart extrem winzige Teilchen aus praktischem Gesichtspunkt zu bilden. Wenn der Durchmesser 0,5 um überschreitet, weisen die hergestellten Mikrokugeln den Nachteil auf, daß sie keine ausreichende Oberfläche erreichen und funktionelle Gruppen an der Oberfläche lediglich in einer übermäßig geringen Konzentration enthalten.
Aus der zuvor gegebenen Beschreibung ist es klar, daß, wenn eine Mikrokugel einen Hygroskopizitätskoeffizienten, ein Gelierungsverhältnis und einen Teilchendurchmesser in den jeweiligen zuvor genannten Bereich aufweist, sie eine hohe mechanische Festigkeit, chemische Stabilität, um Lösungen verschiedener Salze, oberflächenaktiven Mitteln und Guanidinhydrochlörid zu widerstehen, die bei der üblichen Affinitätschromatographie verwendet werden, und die Fähigkeit zeigt, sicher in einem breiten Bereich des pH-Bereichs (pH-Wert: 2-10) zu arbeiten und daß sie derartige vorteilhafte funktionelle Gruppen in hoher Konzentration enthält, so daß die Mikrokugel an ein Adsorbens hoher Adsorptionskapazität angepaßt werden kann.
Im folgenden wird vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Arbeitsbeispiele näher beschrieben.

BEISPIEL 1

In einer Stickstoffatmosphäre wurden 25 g Acrylamid und 20,5 g N,N'-Methylenbis-acrylamid als Vernetzungsmittel (das Verhältnis von Vernetzungsmittel war 45,1 Gew.% zu 100 Gew.% des Acrylamid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monomerengemischs) wurden gerührt und in 1.000 ml Ethanol aufgelöst, während gelöster Sauerstoff zwischenzeitlich sorgfältig enifemt wurde. Sodann wurde das bei 70ºC und mit 0,821 g (,('-Azo-bis-isobutyronitril als Initiator (Initiatorkonzentration 5x10-3 Moliliter) vereinte erhaltene Monomerengemisch bei dem pH-Wert von 6,5 drei Stunden zur Polymerisation gebracht. Nach Abschluß der Umsetzung wurde das in einem Polymerisationsgefäß noch gehaltene hergestellte Polymer plötzlich in einem Eisbad abgekühlt, um die Radikalpolymerisation im Verfahren abzubrechen. Auf diese Weise wurden Mikrokugeln in Form von winzigen diskreten Perlen erhalten.
Sodann wurde die Reaktionslösung durch eine Zentrifugentrennvorrichtung in die hergestellten Mikrokugeln aus Polyacrylamid und eine überstehende Flüssigkeit getrennt. Die Mikrokugeln wurden mit 1.000 ml neu zugeführtem Alkohol vereint, heftig eine Stunde gerührt und danach der Zentrifugentrennung unterworfen. Dieses Verfahren wurde insgesamt dreimal wiederholt. Die am Schluß abgetrennten Mikrokugeln wurden durch einen Glasfilter flltriert und unter vermindertem Druck bei 50ºC getrocknet.
Die derart erhaltenen Mikrokugeln wurden mit gereinigtem Wasser als Lösungsmittel unter Bildung einer wässerigen 5%igen Polymerlösung aufgelöst. Diese wässerige Polymerlösung wurde mit dem 20Fachen ihrer Menge an Aceton als Fällungsmittel vereint und mit diesem zusammen sorgfältig gerührt, um die Umfällung einzuleiten. Die erhaltene Reaktionslösung wurde sodann zentrifugiert, um eine Trennung der Mikrokugeln von einer überstehenden Flüssigkeit herbeizuführen. Dieses Verfahren wurde nochmals wiederholt. Die am Schluß abgetrennten Mikrokugeln wurden durch einen Glasfilter abgetrennt und sodann unter vermindertem Druck bei 50ºC zum Abschluß der Reinigung getrocknet.
Die so erhaltenen Mikrokugeln hatten in einem engen Bereich verteilte Teilchendurchmesser und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,14 um. Die Ausbeute betrug 95,2%. Der Hygroskopizitätskoeffizient der Mikrokugeln betrug 152%, und deren Gelierungsverhältnis war 83%.

BEISPIEL 2

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und nachfolgende Reingung durchgeführt, wobei jedoch die Menge an N, N'-Methylen-bisacrylamid von 20,5 g auf 12,5 g (33,3 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des Acrylamid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monomerengemischs), und die Temperatur von 70ºC auf 80ºC verändert wurden.
Das derart erhaltene Polyacrylamid war eine Mikrokugel in Form von diskreten Perlen mit Teilchendurchmessern, die in einem engen Bereich verteilt waren, und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,18 um. Die Ausbeute betrug 101,8%. Der Hygroskopizitätskoeffizient der Mikrokugeln betrug 187%, und deren Gelierungsverhältnis war 72%.

BEISPIEL 3

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und die nachfolgende Reinigung durchgeführt, wobei jedoch die Menge an N,N'-Methylen-bis- acrylamid von 20,5 g auf 12,5 g (33,3 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des Acrylamid und das Vernetzungsrnittel umfassenden Monomerengemischs), und die Temperatur von 700 auf 60ºC verändert wurden, und als Initiator anstelle von 0,821 g α,α'-Azo-bis- isobutyronitril 1,615 g Benzoylperoxid (5x10-3 Mol/Liter) benutzt wurde.
Das so erhaltene Polyacrylamid lag in Form von Mikrokugeln aus diskreten Perlen mit Teilchendurchmessern vor, die in einem engen Bereich verteilt waren und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,21 um aufwiesen. Die Ausbeute war 94,0%. Der Hygroskopizitätskoefflzient der Mikrokugeln war 205%, und deren Gelierungsverhältnis betrug 70%.

BEISPIEL 4

Die Polymerisation und nachfolgende Reinigung wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei jedoch die Menge an N,N'-Methylen-bis-acrylamid von 20,5 g auf 12,5 g (33,3 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des Acrylamid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monornerengemischs), und die Temperatur von 70ºC auf 60ºC verändert wurden, und 0,1614 g Benzoylperoxid (5x10-4 Mol/Liter) anstelle von 0,821 g (,('-Azo-bis-isobutyronitril als Initiator verwendet wurden.
Das derart erhaltene Polyacrylarnid war eine Mikrokugel in Form von diskreten Perlen mit Teilchendurchrnessern, die in einem engen Bereich verteilt waren und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,15 um aufwiesen. Die Ausbeute betrug 96,5%. Der Hygroskopizitätskoeffizient der Mikrokugeln war 179%, und deren Gelierungsverhältnis betrug 76%.

BEISPIEL 5

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und nachfolgende Reinigung durchgeführt, wobei jedoch 1.000 ml Methylalkohol anstelle von 1.000 ml Ethylalkohol verwendet wurden, und die Menge an Acrylamid von 25 g auf 30 g, sowie die Menge an N,N'-Methylen-bis-acrylamid von 20,5 g auf 24,5 g (45 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des Acrylamid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monomerengemischs) verändert wurden.
Das so erhaltene Polyacrylamid war eine Mikrokugel in Form von diskreten Perlen mit Teilchendurchrnessern, die in einem engen Bereich verteilt waren und einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,17 um aufwiesen. Die Ausbeute war 95,5%. Der Hygroskopiekoefflzient der Mikrokugel betrug 161%, während deren Gelierungsverhältnis 82% betrug.

BEISPIEL 6

Die Polymerisation und nachfolgend Reinigung wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei 1.000 ml Propylalkohol anstelle von 1.000 ml Ethylalkohol benutzt wurden, und die Menge an Acrylamid von 25 g auf 30 g, die Menge an N,N'-Methylen-bis-acrylamid von 20,5 g auf 24,5 g (45 Gew.%, bezogen auf Gew.% des Bis-acrylamid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monomerengemischs), und die Temperatur von 70ºC auf 60ºC verändert wurden.
Das derart erhaltene Polyacrylamid war eine Mikrokugel in Form von diskreten Perlen mit in einem engen Bereich verteilten Teilchendurchmessern und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,13 um. Die Ausbeute war 98,3%. Der Hygroskopizitätskoeffizient der Mikrokugeln betrug 163ºC, während deren Gelierungsverhältnis 80% war.

BEISPIEL 7

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und nachfolgende Reinigung durchgeführt, wobei 800 ml Ethylalkohol + 200 ml H2O (20 Gew.% eingearbeitetes H2O) anstelle von 1.000 ml Ethylalkohol verwendet wurden.
Das so erhaltene Polyacrylamid war eine Mikrokugel in Form von diskreten Perlen mit in einem engen Bereich verteilten Teilchendurchmessern und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,18 um. Die Ausbeute betrug 94,1 %. Der Hygroskopizitätskoeffizient der Mikrokugeln war 185%, und deren Gelierungsverhältnis betrug 74%.

BEISPIEL 8

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und nachfolgende Reinigung durchgeführt, wobei jedoch 750 ml Ethylalkohol + 250 ml H2O (25 Gew.% eingearbeitetes H2O) anstelle von 1.000 ml Ethylalkohol verwendet wurden.
Das dementsprechend erhaltene Polyacrylamid war eine Mikrokugel in Form von diskreten Perlen mit in einem engen Bereich verteilten Teilchendurchmessern und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,18 um. Die Ausbeute war 96,9%. Der Hygroskopizitätskoeffizient der Mikrokugeln betrug 172%, während deren Gelierungsverhältnis 86% war.

BEISPIEL 9

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und nachfolgende Reinigung durchgeführt, wobei jedoch 850 ml Ethylalkohol + 150 ml H2O (15 Gew.% eingearbeitetes H2O) anstelle von 1.000 ml Ethylalkohol verwendet wurden, und die Menge an N, N'-Methylen-bis-acrylamid von 20,5 g auf 25 g (50 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des Acrylarnid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monomerengemischs) verändert wurde.
Das derart erhaltene Polyacrylamid war eine Mikrokugel in Form von diskreten Perlen mit in einem engen Bereich verteilten Teilchendurchmessern und einem durchschnittlichen Teilchendurchrnesser von 0,17 um. Die Ausbeute war 97,4%. Der Hygroskopizitätskoefflzient der Mikrokugeln war 172%, und deren Gelierungsverhältnis betrug 86%.

BEISPIEL 10

Die Polymerisation und nachfolgende Reinigung wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei 850 ml Methylalkohol + 150 ml H2O (15 Gew.% eingearbeitets H2O) anstelle von 1.000 ml Ethylalkohol verwendet wurden.
Das hierbei anfallende Polyacrylamid war eine Mikrokugel in Form von diskreten Perlen mit in einem engen Bereich verteilten Teilchendurchmessern und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,18 pm. Die Ausbeute war 96,9%. Der Hygroskopizitätskoefflzient der Mikrokugeln betrug 169%, und deren Gelierungsverhältnis war 79%.

BEISPIEL 11

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und nachfolgende Reinigung durchgeführt, wobei jedoch 900 ml Ethylalakohol + 100 ml H2O (10 Gew.% eingearbeitetes H2O) anstelle von 1.000 ml Ethylalkohol verwendet wurden. Das hierbei erhaltene Polyacrylamid war eine Mikrokugel in Form von diskreten Perlen mit in einem engen Bereich verteilten Teilchendurchmessern und einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,15 pm. Die Ausbeute war 93,3%. Der Hygroskopizitätskoeffizient der Mikrokugeln betrug 172%, und deren Gelierungsverhältnis war 75%.

Kontrolle 1

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und nachfolgende Reinigung durchgeführt, wobei jedoch die Menge an N,N'-Ethylen-bis- acrylamid von 12,5 g auf 0,5 g (3,1 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des Acrylamid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monomerengemischs) verändert wurde.
Das dementsprechend erhaltene Polyacrylamid war keine Mikrokugel in Form von diskreten Teilchen sondern ein Polymer in Form von nicht-kugelförmigen groben Teilchen. Infolgedessen konnte es nicht nachfolgend auf den durchschnittlichen Teilchendurchmesser, die Ausbeute, den Hygroskopizitätskoeffizienten oder das Gelierungsverhältnis getestet werden.

Kontrolle 2

Die Polymerisation und nachfolgende Reinigung wurde nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei jedoch die Menge an N,N'-Methylen-bis-acrylamid von 20,5 g auf 55,5 g (70,1 Gew.%, bezogen auf 100 Gew.% des Acrylamid und das Vernetzungsmittel umfassenden Monomerengernischs) verändert wurde.
Das derart erhaltene Polyacrylarnid war keine Mikrokugel in Form von diskreten Teilchen sondern ein Polymer in Form von nicht-kugelförmigen groben Teilchen.
Infolgedessen konnte es nachfolgend nicht auf den durchschnittlichen Teilchendurchmesser, die Ausbeute, den Hygroskopizitätskoefflzienten oder das Gelierungsverhältnis getestet werden.

Kontrolle 3

Die Polymerisation und nachfolgende Reinigung wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei jedoch die Menge an α,α'-Azo-bis-isobutyronitril von 0,821 g auf 0,000821 g (Initiatorkonzentration 5x10-6 Mol/Liter) verändert wurde.
Das derart tatsächlich erhaltene Polyacrylamidgel lag in einer außerordentlich geringen Menge vor. Unter der Annahme, daß die Bildung dieses Polyacrylamids in einer ausreichenden Menge eine Fortsetzung der Polymerisation über lange Zeit erfordere, wurde der Versuch abgebrochen.

Kontrolle 4

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurde die Polymerisation und nachfolgende Reinigung durchgeführt, während jedoch die Menge an (,('-Azo-bis- isobutyronitril von 0,821 auf 82,105 g (Initiatorkonzentration: 5x10-1 Mol/Liter) verändert wurde.
Das dementsprechend gebildete Polyacrylamid ging eine Aggregation ein und bildete grobe Gelklumpen. Bei der Polymerisation wurden keine Mikrokugeln in Form von diskreten Teilchen hergestellt. Infolgedessen konnte das Polyacrylamid nachfolgend nicht auf den durchschnittlichen Teilchendurchmesser, die Ausbeute, den Hygroskopizitätskoefflzienten oder das Gelierungsverhältnis getestet werden.

Kontrolle 5

Die Polymerisation und nachfolgende Reinigung wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei 0,001615 g Benzoylperoxid (Initiatorkonzentration 5x10-6 Mol/Liter) anstelle von 0,821 g α,α'-Azo-bis-isobutyronitril verwendet wurden.
Das derart erhaltene Polyacrylamid war keine Mikrokugel in Form von diskreten Teilchen sondern ein Polymer in Form von nicht-kugelförmigen groben Teilchen. Infolgedessen konnte es nicht nachfolgend auf den durchschnittlichen Teilchendurchmesser, die Ausbeute, den Hygroskopizitätskoeffizienten oder das Gelierungsverhältnis getestet werden.

Kontrolle 6

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisationen und nachfolgender Reinigungen durchgeführt, während jedoch 161,4866 g Benzoylperoxid (Initiatorkonzentration: 5x10-1 Mol/Liter) anstelle von 0,821 g (,('-Azo-bis-isobutyronitril verwendet wurden.
Das derart erhaltene Polyacrylamid ging eine Aggregation ein und bildete grobe Gelklumpen. Bei der Polymerisation entstanden keine Mikrokugeln in Form von diskreten Teilchen. Infolgedessen konnte nachfolgend das Polyacrylamid nicht auf den durchschnittlichen Teilchendurchmesser, die Ausbeute, den Hygroskopizitätskoeffizienten oder das Gelierverhältnis getestet werden.

Kontrolle 7

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und nachfolgende Reinigung durchgeführt, wobei jedoch die Polymerisationstemperatur von 70ºC auf 20ºC verändert wurde.
Das das derart erhaltene Polyacrylamid in einer außerordentlich geringen Menge vorlag, wurde der Versuch abgebrochen.

Kontrolle 8

Die Polymerisation und nachfolgende Reinigung wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei jedoch die Polymerisationstemperatur von 70ºC auf 25ºC verändert wurde.
Da das derart erhaltene Polyacrylamid in einer außerordentlich geringen Menge vorlag, wurde der Versuch abgebrochen.

Kontrolle 9

Die Polymerisation und nachfolgende Reinigung wurden nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt, wobei jedoch 600 ml Ethylalakohol + 400 ml H2O eingarbeitetes H2O 40 Gew.%) anstelle von 1.000 ml Ethylalkohol verwendet wurden.
Das derart gebildete Polyacrylamid ging eine Aggregation ein und bildete grobe Gelklumpen. Bei der Polymerisation wurden keine Mikrokugeln in Form von diskreten Teilchen erhalten. Infolgedessen konnte nachfolgend das Polyacrylamid nicht auf den durchschnittlichen Teilchendurchmesser, die Ausbeute, den Hygroskopizitätskoeffizienten oder das Gelierungsverhältnis getestet werden.

Kontrolle 10

Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurden die Polymerisation und nachfolgende Reinigung durchgeführt, wobei jedoch 650 ml Ethylalkohol + 350 ml H2O (35 Gew.% eingearbeitetes H2O) anstelle von 1.000 ml Ethylalkohol, und 1,615 g Benzoylperoxid (5 x 10-3 Moliliter) anstelle von 0,821 g (,('-Azo-isobutyronitril verwendet wurden.
Das derart erhaltene Polyacrylamid ging eine Aggregation ein und bildete grobe Gelklumpen. Bei der Polymerisation wurden keine Mikrokugeln in Form von diskreten Teilchen erhalten. Infolgedessen konnte nachfolgend das Polyacrylamid nicht auf den durchschnittlichen Teilchendurchmesser, die Ausbeute, den Hygroskopizitätskoefflzienten oder das Gelierungsverhältnis getestet werden.
Die in Beispielen 1 bis 11 und Kontrollen 1 bis 10 angewandten Hauptherstellungsbedingungen sowie die Eigenschaften der hierbei erhaltenen Mikrokugeln sind in Tabellen 1 und 2 angegeben. Tabelle 1
Anmerkung: In der Tabelle ist MeOH Methanol, EtOH ist Ethanol, PrOH ist Propanol, Aa ist Acrylamid, MBA sit N,N'-Methylen-bis-acrylamid; AIBN ist α,α'- Azo-bis-isobutyronitril, und PBO ist Benzoyl-peroxid Tabelle 2

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Mikrokugeln, das aufweist: Lösen einer Monomermischung umfassend ein ethylenisch ungesättigtes Amid und 10 bis 70 Gew.-% eines Vemetzungsmittels, bezogen auf 100 Gew.-% der Monomermischung umfassend ein ethylenisch ungesättigtes Amid und das Vernetzungsmittel, in einem organischen Lösungsmittel, wodurch eine gemischte Lösung hergestellt wird; Aufrechterhalten der gemischten Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 95 ºC und Hinzufägen von mindestens einem Initiator, ausgewählt aus peroxidischen Initiatoren und azoartigen Initiatoren in einer Menge, so daß die Endkonzentration des Initiators in einem Bereich von 1 x 10&supmin;&sup5; bis 8 x 10&supmin;² mol/l ist, wodurch die Polymerisation der Monomermischung induziert wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel ein Alkohol ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisation ohne Zugabe eines Dispersionsmittels durchgeführt wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser zu dem organischen Lösungsmittel in einer Menge von nicht mehr als 30 Gew.-% und vorzugsweise 10 bis 25 Gew.- %, bezogen auf 100 Gew. - % der Gesamtmenge des Lösungsmittels, hinzugefügt wird.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ethylenisch ungesättigte Amid zumindest ein Element, ausgewählt aus Acrylamid, Methacrylamid, Diacetonacrylamid und N-Hydroxymethylacrylamid ist.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Monomermischung ein Monomer umfaßt, das zumindest eine Gruppe ausgewählt aus -OH-Gruppe, -NH&sub2;-Gruppe und - SH-Gruppe besitzt.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an ethylenisch ungesättigtem Amidmonomer in der Monomermischung nicht mehr als 0,1 Mol-% beträgt.

8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Monomermischung, die zugegeben wird, im Bereich von 0,1 bis 70 Gew.-%, bezogen auf die Menge des organischen Lösungsmittels, ist.

9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel eine Verbindung mit mindestens 2 ungesättigten Doppelbindungen in seiner molekularen Struktureinheit ist.

10. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugegebenen Vemetzungsmittels im Bereich von 15 bis 60 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% der Monomermischung umfassend das ethylenisch ungesättigte Amid und das Vernetzungsmittel, ist.

11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Initiators im Bereich von 0,5 -10&supmin;&sup4; bis 8 x 10-2 Molil der gemischten Lösung ist.

12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerisationstemperatur im Bereich von 65 bis 85ºC ist.

13. Mikrokugeln, hergestellt durch ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welche eine Hygroskopizitätszahl im Bereich von 10 bis 400 %, vorzugsweise von 50 bis 300 % und ein Gel-Verhältnis (gelling ratio) im Bereich von 40 bis 98 %, vorzugsweise 50 bis 90 % besitzen.

14. Mikrokugeln gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrokugeln einen Partikeldurchmesser im Bereich von 0,05 bis 0,5 um, vorzugsweise 0,08 bis 0,4 um besitzen.