JP2002544309A - ビーズポリマーの製造方法 - Google Patents

ビーズポリマーの製造方法

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JP2002544309A JP2000616269A JP2000616269A JP2002544309A JP 2002544309 A JP2002544309 A JP 2002544309A JP 2000616269 A JP2000616269 A JP 2000616269A JP 2000616269 A JP2000616269 A JP 2000616269A JP 2002544309 A JP2002544309 A JP 2002544309A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、静的マイクロミキサーによって、無機又は有機のビーズポリマーを連続的に製造するための方法に関する。本発明によって得られたビーズポリマーは、粒径範囲が０．１と３００μmの範囲内の、極めて一様な設定値で提供される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明はビーズポリマーの製造方法に関する。ビーズポリマーは例えばイオン
交換器、吸着樹脂、クロマトグラフィー支持体、触媒支持体、ポリマー試薬、印
刷用ポリマー、またはコンビナトリアルケミストリー、ペプチド合成またはオリ
ゴヌクレオチド合成および化粧品への利用のための支持体材料として使用される
。
【０００２】 このタイプのビーズポリマー、すなわち例えば、球形シリカゲルの様な球形の
有機または無機の粒子の製造は比較的複雑である。典型的にはビーズポリマーは
乳化剤の添加によって、小さい液滴を作る乱流圧力または粘性のある剪断力によ
って分散したモノマーによって攪拌タンク反応器内で製造され、その液滴は界面
張力の影響で球形をなしている。
【０００３】 反応バッチが大きくなると、温度プログラムと機械的な分散中の粒子発生を制
御することはますます困難になってくる。生じた粒子はその粒子径分布に関して
は一様ではなく、そのネットワーク構造は不均一になる。３０μｍ以下の小さい
粒子はその高い分散エネルギー故に実質的に製造不可能である。ナノ粒子を成長
させることによって小さい粒子が発生する別の方法は通常は時間の無駄使いであ
り、高価になる。遙かに有利な方法、特に工業規模での製造用の方法は連続反応
の実行である。この方法では、大量さえも一様な製品品質で製造できる。ビーズ
重合の分野では、連続反応器のために多くのアプローチがある。Encyclopedia
of Polymer Science and Engineering 1986 巻６ 11-18頁の中の種々の
デザインに記載されているように、その多数のアプローチは連続操作攪拌付きタ
ンク反応器を使用している。DE 196 34 450は種々のアプローチを記載してい
る。テイラー（Taylor）環を生成させることによって流動方向に直角な改良型混
合を確実にする攪拌付き管状の反応器の使用が一つの可能性を提供している。高
発熱反応を空の管状反応器を使用して実行できる。
【０００４】 しかしながら、このタイプの方法で、大規模な工業スケールで使用されるもの
は存在しない。その理由は、明らかに、要求されるビーズサイズ分布、凝集体の
生成、デッドスペース中の固化、できるだけ最速の、かつ最も効果的な混合を確
立することの困難性である。 DE 196 34 450に記載されている様に、反応器の大きさ、曲がったないしは
螺旋状に巻いた管を有する反応器または交互に変わる屈曲方向付きの複数の段階
的屈曲を持つ管状反応器の最適化の様な多数の測定によって、記載の欠点を克服
する試みが行われた。しかしながら、今までにビーズ重合のための一般的に適用
可能な連続式工程を発展させることには成功していない。実行した試行は滞留時
間の分布の広がりと対称性の尺度であるボーデンシュタイン（Bodenstein）数の
単なる改善を示すに過ぎない。凝集の問題、粒径分布、増加した空間時間収量は
未解決のままである。このことは特に無機ビーズポリマーの製造に当てはまる。
【０００５】 従って、本発明の目的は、特異な値に設定できる粒径範囲、改良型収量、より
一様な品質を有して、ビーズポリマーを連続操業で製造できる方法を提供するこ
とである。 新規な高性能ミクロミキサーを固化および／または重合反応を行う単純な集合
用容器を結びつけて使用することが連続式ビーズ重合を可能にし、かつ同時に大
幅に改善することが見出された。
【０００６】 本発明による方法はミクロミキサー中で適当な、通常は混合できない成分溶液
の液体の流れの混合に基づいており、その結果極めて改良した体積収量、特異な
値に設定できる粒径範囲を有する大粒収量、単純化した温度プログラム、化学品
の使用量減少を有する連続方法で球形の粒子を与える。 従って本発明は、混合しない、または僅かにしか混合しない成分の溶液の２つ
の液流、更に成分流の選択的供給を行いながら、ミクロミキサー中で混合し、す
ぐにまたはその後に反応させるビーズポリマーの製造方法に関する。
【０００７】 更に、本発明による方法の好ましい態様は最初のミクロミキサーに１以上の補
助装置の接続を含む。 更に、本発明による方法の好ましい態様は乳化剤および保護コロイドの添加な
しの成分溶液の使用を含む。 本発明は更に本発明による方法で製造し、かつ０．１および３００μｍとの間
に設定できる狭い粒径範囲を有する、多孔性または非多孔性の球形粒子から成る
粉末に関する。
【０００８】 図１は、本発明に従って使用したミクロミキサーの構造を示す。 図２は、不均一に架橋したスチレン−ジビニルベンゼンの本発明による製造の
ための反応プラントを示す。それ以上の詳細は例１に示す。 図３は、多孔質の球形シリカゲルの本発明による製造のための反応プラントを
示す。それ以上の詳細は例２に示す。 図４、５および６は、従来の撹拌タンク方法と本発明による方法によって製造
した粒子との品質を比較している。
【０００９】 粒径と粒径分布は種々の方法で求めることができて、それによれば数分布か重
量分布かを求めることができる。これらの方法は例えば、種々のタイプの篩い分
け（乾燥篩い分け、湿潤篩い分け、ミクロ篩い分け）、沈降（重力場内の沈降、
遠心分離場における沈降）、顕微鏡による分析、コールターカウンター、光散乱
中の測定である。スピード、再現性、精度について、光散乱測定が好まれ、0.1
から1000μｍまでの径範囲のために使用することができる。
【００１０】 重量換算粒径分布の評価については、品質係数を以下のように定義する。 Ｑｆ９０＝（ｄ９５−ｄ５）／ｄ５０ ただしｄｘはそれぞれの場合に測定した粒径についての通過累積値（例えばｄ９ ５ ＝２０μｍは粒の９５％が２０μｍより小さいことを意味している）を示し、
Ｑｆｘは全ての粒のｘ％のための品質係数である。
【００１１】 例 平均粒径 ｄ５０＝１０μｍ ｄ９５＝１５μｍ ｄ５＝５μｍ この場合は、Ｑｆ９０＝（１５−５）／１０＝１を与える。 Ｑｆ９０が＜１ならば、粒径分布は狭いとみなしてよい。
【００１２】 従来の方法で製造したビーズポリマー粉末は、典型的にはＱｆ９０＞１を有す
る粒径帯を有する。加えて、これらの方法はしばしば高い微粉含有量、すなわち
、多数の極めて小さい粒子の粉末を示す。これらの微粉含有物は浸透性には有害
な効果を示し、従って、複雑な沈降と篩い分け方法で除去しなかればならない。
【００１３】 沈降後と篩い分け後のシリカゲルのための極めて狭い粒径分布はMerck KGaA
社からのスーパースフェール（Superspher）（登録商標）Ｓｉ１００粒子に見出
されている。 ｄ５ ＝３．２μｍ ｄ１０＝３．３μｍ ｄ５０＝４．１μｍ ｄ９０＝５．３μｍ ｄ９５＝５．６μｍ この場合はＱｆ９０ ＝０．５９を与える。
【００１４】 対照的に、本発明による方法は顕著に狭い粒径分布を持つ粉末を与えることに
なる。沈降または篩いわけなしの粒子径帯はＱｆ９０＜０．７、好ましくはＱｆ ９０ ＜０．５の値を持っている。 例えば ｄ５＝１４．７μｍ ｄ５０＝１８．０μｍ ｄ９５＝２２．５μｍ が得られた。 この場合はＱｆ９０＝０．４３を与える。
【００１５】 そのような狭い粒径帯を持つ粉末は大抵の使用に直接利用できる。本発明によ
る方法の使用によって得られた粒径分布は沈降および篩い分けを含む攪拌付きの
タンク反応器の中で在来法によって得られるよりも狭い。本発明による方法で製
造する粉末について特に驚嘆に値することは、低い微粉含有量である。本発明に
従って製造したビーズポリマーは従って、好ましくは分別されてない。しかしな
がら、その品質を単一沈降工程段階によって更に改善することができる。
【００１６】 本発明においては、ビーズポリマーとは、均一または不均一に架橋した、膨潤
したまたは非膨潤の、多孔質または非多孔質の、有機または無機の、本質的に球
形のネットワークを意味することと解される。本発明による方法によって製造し
たビーズポリマーをリビング重合、重縮合、付加重合を含む、例えばエチレン性
の不飽和モノマーのフリーラジカル重合、イオン（アニオンまたはカチオン）重
合または熱重合によって生成することができる。例えば、これらはポリメタクリ
ル酸誘導体、ポリ（スチレンージビニルベンゼン）誘導体、ポリエステル、ポリ
アミド、シリカゲルまたは混合酸化物であることもできる。
【００１７】 重合は均一または不均一相内で重合を起こす全ての条件下で行うことができる
。重合の実施は当業者には原理として公知である。Houben−Weyl著、巻XIV、Mak
romolekulare Stoffe （高分子材料）、Georg-Thieme出版社,Stuttgartの中で
概観が示されている。 言及しても良い重縮合と付加重合の例はポリエステルおよびポリウレタンの製
造並びにシリカゲルの製造である。
【００１８】 本発明による方法は、特に好ましくはフリーラジカル重合、更に特に重縮合の
ために使用される。これらはミニ、ミクロ、逆乳化重合を含む溶液、沈殿、好ま
しくは懸濁、乳化重合を含む。
【００１９】 例えば、エチレン、プロピレン、ブタジエン等の２から６個の炭素原子を持つ
モノ−、ジオレフィン等のモノマー、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、
フマル酸、イタコン酸、その塩等の炭素原子を３から６個持つモノエチレン性の
不飽和モノ−またはジカルボン酸とその誘導体およびアクリル酸、メタクリル酸
とメタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノ
ール、イソブタノール、ｓｅｃ−ブタノール、ｔ−ブタノール、ペンタノール、
ヘキサノール、２−エチルヘキサノール、オクタノール、デカノール、ドデカノ
ールまたはステアリルアルコールとのエステル等のＣ１〜Ｃ１８アルカノールと
のモノ−またはジエステルまたはアミドおよびアクリルアミド−またはメタクリ
ルアミド等のＮ−モノ−またはＮ，Ｎ−ジ−Ｃ１〜Ｃ１８ −アルキルアミドま
たはその−ヒドロキシアルキルアミドまたはアクリロニトリル、メタクリロニト
リル、グリセロールのビニルエーテル、ペンタエリスリトール、セルロース、ア
ミロースおよび澱粉等の多糖類、
【００２０】 セルロースおよびアミロースのアルキル、アルキルアリール、アリール酸エステ
ルの１置換または２置換ビニルエーテル、類似体のアルキル−、アルキルアリー
ル−、アリールカーバメイト誘導体、光学活性アミンの（メタ）クリロニトリル
、Ｎ−アクリロイルおよびＮ−（メタ）クリロイル誘導体、アミノ酸、アミノ酸
エステルおよびＮ−アクリロイル−（Ｒ）−２−フェニルエチルアミン、Ｎ−メ
タクリロイル−（Ｓ）−２−フェニルエチルアミンのようなアミノ酸アミド；Ｎ
−アクロイルおよびＮ−メタクリロイルアルキルエステルおよびアルキル基とし
てメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソブチルを含む２０種の天然産のアミノ酸
のモノ−およびジ−アルキルアミド、ビニルスルホン酸、アクリルアミドプロパ
ンスルホン酸のナトリウム塩またはこれらのアルカリ金属塩のようなモノエチレ
ン性の不飽和スルホン酸およびこれらの塩またはスルホン化したスチレンのナト
リウム塩またはスチレンまたはα−メチルスチレン等のビニル芳香族化合物また
はビニルエチルエーテルのようなビニル−Ｃ１〜Ｃ１８−アルキルエ−テルまた
はビニルアセテートまたはビニルプロピオネート等のビニル−Ｃ１〜Ｃ１８−ア
ルキルエステルまたはＮ−ビニルピロリドン等のＮ−ビニルラクタム、またはビ
ニルクロライドまたはビニリデンクロライド等のビニルハライド、ビニルピリジ
ンまたはα−フェニルスチレン等のビニルアロマチック化合物および１タイプお
よび／または異なったタイプの異なったモノマーの混合物を使って実行すること
ができる。
【００２１】 Ｃ１〜Ｃ１８−ヒドロキシアルカノールまたは−ジオールまたはＮ−モノ−ま
たはＮ，Ｎ−ジ−Ｃ１〜Ｃ１８−アルキルアミドを有するモノエチレン性の不飽
和Ｃ３〜Ｃ６−モノ−またはジ安息香酸の上記のモノ−またはジエステルの他に
使用できる架橋剤は脂肪族または芳香族のＣ１〜Ｃ１８−ジ安息香酸のジビニル
エステル、
【００２２】 希望するならば、その鏡像異性体の純粋な形の脂肪族または芳香族のＣ１〜Ｃ１ ８ −ジアミンのＮ，Ｎ−ジアクリロイルまたはＮ，Ｎ−ジメタクリロイル誘導体
、酒石酸または置換酒石酸のジビニルエステル、鏡像異性体として純粋な形態、
またはジアステレオマーとしての１，２−ジフェニルエチレンジアミンのＮ，Ｎ
’−ジアクリルアミド、ジビニルエチレン尿素およびその誘導体、ジビニルベン
ゼンまたはケイ素含有架橋剤などである。架橋剤のタイプと量が本質的には架橋
度とそれから生ずる多孔性をを決定する。0〜5000ｎｍの広い孔範囲を持つ架橋
、膨潤したゲルおよび永久多孔性素材両者は、5〜100ｎｍの絡み合い直径を有す
る直鎖型ポリスチレンのための排他上限を有する好ましくは永久多孔素材を作製
することができる。
【００２３】 その他のモノマーおよび架橋剤およびその使用は多数の当業者には公知である
。 使用可能な分子量制御用の在来の制御剤は、モノマー量に基づいて０．０１か
ら５％までの割合で、例えば、メルカプトエタノール、メルカプトプロパノール
、メルカプトブナトール、メルカプト酢酸、メルカプトプロピオン酸、メルカプ
トトリメトキシシラン、ブチルメルカプタンまたはｔ−ドデシルメルカプタン等
のメルカプト化合物、または代わりにテトラクロロメタンまたはブロモトリクロ
ロメタン等の有機ハロゲン化合物である。
【００２４】 適当なフリーラジカル重合開始剤はフリーラジカル重合を開始することができ
る全ての物質である。典型的なフリーラジカル重合開始剤は例えば Kunststoffe
80の830-837頁、1990に記載されているようなアルカリ金属のペルオキソ二硫酸
塩、過酸化物両者およびアゾ化合物である。少なくとも１種の有機または無機の
酸化剤、好ましくは過酸化物および／またはヒドロペルオキシドおよび少なくと
も１種の有機または無機の還元剤から成る開始剤が本発明による重合に本当に適
している。開始剤の量はモノマー全量の通常は０．０１と５重量％の間、好まし
くは０．１から２重量％である。
【００２５】 本発明による重合の特に好ましい態様においては、乳化剤または保護コロイド
の添加が不要である。乳化剤除去のための複雑かつ高価な精製工程が完全に余分
であるので、これが分散乳化または懸濁ポリマーの製造の際の主なハードルを克
服している。従って、特に好ましくは、均一または不均一に架橋したスチレンジ
ビニルベンゼン、均一または不均一に架橋した酢酸ビニル−ジビニルアジピン酸
支持体、均一または不均一に架橋した酢酸ビニル−ジビニルエチレン尿素支持体
、均一または不均一に架橋した酢酸ビニル−Ｎ，Ｎ’−エチレンビスアクリルア
ミド、シリカゲル、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物粒
子、並びに炭水化物、特に対応するセルロースまたはアミロース誘導体の三置換
アルキル−、アルキルアリル−、アリールカルボン酸エステル酸を含む多孔質の
粒子、多糖類の三置換アルキル−、アルキルアリル−、アリールカルバメート、
特にセルロースおよびアミローストリス(3,5−ジメチルフェニルカルバメイト)
の製造において、乳化剤または保護コロイドを使用せずに反応を行うことである
。
【００２６】 乳化剤または保護コロイドはしかしながらある場合には添加するならば、１０
重量％までの量、好ましくは重合させるモノマーに基づいて０．５〜５重量％、
特に好ましくは０．５から３までの重量％を通常は使用する。適当な保護コロイ
ドは例えば、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体、ポリアルコール、セル
ロース誘導体、またはビニルピロリドンを基材とするコポリマーである。適当な
乳化剤は特にエトキシ化モノ−、ジ−、トリアルキルフェノール、長鎖アルコー
ルのエトキシエステル、アルキルスルホン酸、アルキルアリールスルホン酸のア
ルカリ金属またはアンモニウム塩等の、アニオン性または非イオン性の乳化剤で
ある。詳細な記載はHouben-Weyl著、Methoden der Organischen Chemie(有機化
学の方法）、Georg-Thieme 出版社、巻ＸＩＶ／１、192-208頁、または411-420
1961年参照。
【００２７】 乳化重合によって多孔性のポリマー粒子を製造する際の孔作製は適当な沈殿剤
の影響を受けるかもしれない。典型的な沈殿剤は６から３０個の炭素原子。好ま
しくは６〜１２個の炭素原子を有するアルキル化合物またはアルキルアルコール
である。重縮合または重付加のために言及する無機のモノマーは特にエステル、
炭化物、窒化物、更に３、４，５主族および亜族の遷移金属のアルキル化合物で
ある。アルミニウム、硼素、ケイ素、チタン、ジルコニウムのアルキル、アリー
ルおよびポリエステルが好ましい。Ｃ１〜Ｃ１０ エステルとケイ素、チタン、
ジルコニウム、硼素の置換したエステル、ポリエステル並びにアルコキシアルキ
ルジシランが特に好ましい。
【００２８】 非多孔性および／または多孔性の無機の酸化物、カルボキシ炭化物、窒化物の
製造に際しては、上記のモノマーと１５と７０重量％の間の元素含有量を持つそ
の事前に縮合させておいた縮合生成物の使用が行われる。そのような出発化合物
の好ましい例はテトラエトキシシラン、ポリエトキシシランであり、例えば、ブ
ルクハウゼン(Burghausen)市のWacker社からのＰＥＳ（登録商標）２８またはＰ
ＥＳ（登録商標）４０、テトラエトキシチタン酸エステル等である。
【００２９】 多孔性のまたは非多孔性のシリカゲルはテトラアルコキシシラン、すなわち例
えば、１〜１０個の炭素原子を有する脂肪族アルコール、例えば、メタノール、
エタノール、ｎ−またはｉ−プロパノール、異性体のブタノール、ペンタノール
のような脂肪族アルコールの全ての加水分解可能なケイ酸オルトエステルを使っ
て本発明に即して典型的に製造する。これらを単独にまたは混合物の形で使用す
ることができる。Ｃ１〜Ｃ３−アルコールのケイ酸オルトエステル、特にテトラ
ヒドロキシシランが好ましい。多孔性粒子を追加として式Ｉのトリアルコキシシ
ランを使って製造することもできる。 （Ｒ１−Ｏ）３ Ｓｉ−Ｒ２ Ｉ ただし Ｒ１はＣ１〜Ｃ１０−アルキルである。 Ｒ２はＣ５〜Ｃ２５−アルキル，Ｃ６〜Ｃ１４−アリール、Ｃ７〜Ｃ２５−アル
キルアリール、Ｃ７〜Ｃ２５−アリールアルキルである。 Ｒ２は好ましくはＣ６〜Ｃ２０−ｎ−アルキルである。
【００３０】 テトラアルコキシシランは式Ｉのシランを基準にして、好ましくは３から２５
０倍のモル過剰量で使用することができる。これ以上の詳細は、特に最初にでき
た孔をいかにして拡大できるかに関しては、ＷＯ９７／０７０５６およびそれに
引用されている文献中に記載されている。
【００３１】 特にクロマトグラフィー用に、種々の分離方法に適するように、ＳｉＯ２粒子
の表面をしばしば誘導体化している。例えば、ビニル基、２，３−ヒドロキシプ
ロピル基、３−アミノ−プロピル基またはオクタデシル基を導入する。ＳｉＯ２ 表面の誘導体化のためのこれらの反応および方法に適したシランは当業者には公
知であり、一般のハンドブック、例えば、Porous Silica（K.K. Unger、Elsevie
r出版社、１９７９）に纏められている。
【００３２】 脂肪族のＣ１〜Ｃ５−アルコール、好ましくはメタノール、エタノール、ｉ−
プロパノール、ｎ−プロパノール等のＣ１〜Ｃ３−アルコールがアルコール成分
として妥当である。これらは単独にまたはこれに代わって他との混合物の形で使
用することができる。 ５〜２５０℃、特に５〜１５０℃、好ましくは３０〜１５０℃、特に好ましく
は５０〜１００℃の反応温度で重合を行うことが特に優れていると言うことが証
明されている。重合は大気圧中または過気圧中で行うこともできる。
【００３３】 反応は好ましくは連続相を、一般的には水または水／アルコールまたは水／有
機溶媒を連続的に一定量の流速でミクロミキサーを通過させることにより行う。
この場合のアルコールはメタノール、エタノール、プロパノール等の水混合可能
なアルコールであり、有機溶媒は水と混合可能であるべきである。これらは例え
ば、ジメチルスルホサイド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリ
ドン、テトラヒドロフラン、アセトニトリルおよびジオキサンである。
【００３４】 不均一相（典型的には水混合不可能なまたは僅かにのみ水混合可能なアルコー
ルまたは炭化水素）はモノマーまたはモノマー類、選択的には助剤（例えば分子
量調節剤、乳化剤など）を含有し、その後に第二供給を通じて同じように一定の
、厳密に設定した体積流速で供給する。２種類の体積流動速度の比は広い範囲内
にあることが可能であり、希望する粒径、粒径のタイプと分布、均一相と不均一
相の粘度によって変動し、更に反応温度、反応動力学、適当な孔構造に達するた
めに最終混合物中の不活性成分の必要な比率によっても変動する。連続相と不均
一相の体積流速間の比率は（連続：不均一）好ましくは１：１０から１００：１
、特に５：１から２０：１である。
【００３５】 上記の手法を逆転させることも同じように可能である。例えば、親水性のモノ
マーを水性相を通過させることによって重合させる。その例は水ガラスの水／ヘ
プタンまたは混和しない溶媒中での乳化が酸性溶液中で凝縮するシリカゲルの製
造のための方法である。その方法は特に、例えばアルカリ金属塩の不純物を含む
かもしれないシリカゲル粒子の安価な製造には適している。
【００３６】 水性相に存在するモノマーは、例えば、ケイ酸の水溶液（水ガラス）である。
チタン酸塩、アルミン酸塩、ジルコン酸塩のようなその他の適当な無機の化合物
には、水性相内にモノマーとして存在することが可能である。その後にミクロミ
キサーが水性相を混合できない第二の相と乳化させる。第二の相は、通常は直鎖
のまたは枝分かれしたＣ５〜Ｃ１０−アルカンまたはこれらの混合物等の有機溶
媒によって形成される。その他の溶媒も適している。しかしながら、有機溶媒は
その後に再び除去しなくては成らないことも記憶しておかねばならない。従って
、十分に揮発性でなくては成らない。得られた乳濁液をその後に適当な、好まし
くは酸性触媒を含む反応システムに通過させ、ゲル化する。反応条件の例は例え
ばPorous Silica（K.K.Unger、1979）に示されている。
【００３７】 本発明による重合のための適当なミキサーは静的マイクロミキサーである。こ
のミキサーでは混合する２成分の空間的な分布は流動管理、例えば、分離と再結
合、ねじれ、ゆがみと拡充、流動エネルギーの利用によって、大きな界面が成分
間の拡散交換のために作製される方法によって影響を受ける。種々のミキサーと
その構造が公知である。例えば、このタイプのシステムはPhtt.Gravesen等、IEE
EのMEMS'96のProceedings、1996、San Diego；V.Hessel等、Proc.Int.Symp.on
Microsystems、Intelligent Materials and Robots、Sendai Japan 1995
45；Schwesinger等、J.Micromech. Microeng. 1969,6.99；R.W.Wegeng等、P
roceedings of 1996 Spring National Meeting AIChE、New Orleans 19
96,1;A.E.Gruber等 ”IR-spectroscopic Studies of a Chemical Reactio
n in Various Micromixer Designs Second Int. Conf. on Microreact
ion Technology, New Orleans USA 8-12 March,1998 または H.Loewe等
,"Micromixing Technology" IMRET４，第４回ミクロ反応技術に関する国際会
議での発表のための書面による概説、Atlanta 5-9日、2000年３月 である。
【００３８】 本発明によるビーズポリマーの製造には、特にＩＭＭ(Institute fuer Mikr
otechnik Mainz GmbH)からのＬＩＧＡミクロミキシングシステムが好まれた。
この高性能ミキサーでは、混合ユニット内の２種類の液流を特別な形態をしたミ
クロテャンネル中で互いに逆方向に移動させ、その後にその後に流動方向に直角
なスロットを通過して放出する。ミクロチャンネルの壁は２種の流動の接触面積
を増大するために、サイン曲線を描いて巻いている。この構造を通じて、２種の
液流または液体と気体の流動が秒ないしミクロ秒の間に拡散によって混合する。
これらミキサーは多くのデザイン内で利用できて、合成の要求の応じてミキサー
を選択させている。
【００３９】 しかしながら、使用条件によっては、例えば、高粘度溶液の使用に応じて、他
のタイプのミキサーを使用することが有利であることもある。大量生産を目的と
する工業目的には、使用できるものとしては、ＩＭＭ（Institut Mikrotechnik
Mainz GmbH、ドイツ）製のキャタピラーまたはオニオンミキサーが特に適し
ている。LIGAのミクロミキシングシステムとは対照的にキャタピラミキサーは例
えば、合計して２チャンネルを持っているに過ぎない。そのミキサーのデザイン
は顕著に高い流動速度を達成可能とさせている。加えて、チャンネルの清掃は簡
略化されている。オニオンミキサーは貝殻状チャンネル構造を持っている。これ
と同様に高い生産性と容易な清掃の長所を持っている。
【００４０】 本発明によるビーズポリマー製造は適当に混合可能なまたは僅かにのみ混合可
能な成分の溶液の２以上の液流をミキサー中で分散させ、その後に重合させる。
高い剪断力によって、比較的狭い粒径分布を持つ液滴の発生を結果として生ずる
。このことはビーズポリマーの製造中に乳化剤を添加する必要が生じ、またはそ
の後に粒径分布に関してビーズポリマーを分別する必要が生じるが、これは初め
ての余分な操作である。
【００４１】 得られた粒子の大きさは第一にチャンネル大きさと第二に副流の流速の影響を
受けることがある。チャンネルの大きさが小さくなればなるほど、しかも流速が
大きくなればなるほど、得られた粒子は小さくなる。この方法では、０．１と３
００μｍの間、好ましくは１と１００μｍとの間、特に好ましくは１と２０μｍ
との間の特異な値に設定できる狭い粒径を持つ本発明による粒子を製造すること
ができる。その方法は５と５０μｍの間、特に１０と５０μｍとの間の狭い粒径
範囲を持つ粒子の製造には特に有利である。その理由は今まではこれらの範囲内
では極めて広い粒径分布をもつ粒子のみを製造することが可能だったからである
。
【００４２】 更に大切な反応パラメーターは粘度である。不均一相の粘度が高いほど、ある
低い粒径を達成するためには、より大きな剪断力を使用しなくてはならない。 本発明による重合中にある種の孔構造を製造するためには、バッチ方法から知
られる反応条件を直接適用することができる。反応条件の例は例えば、Porous
Silica(K.K.Unger Elsevier 1979)に示されている。
【００４３】 加えて、粒子の孔容積が当初に導入した溶液中のアンモニア濃度を変更するこ
とによって、本発明によるシリカゲル製造中に直接影響を受けることが見出され
た（例えば、溶液３例２）。例えば、通常バッチ方法で使用する濃度の２倍の高
濃度のアンモニアを使用することによって、孔容積は０．７と０．９の間の範囲
に設定することができる。本発明に即して製造したシリカゲルの機械的特性は在
来方法で製造したシリカゲルに比較して従って大幅に改善された。同時に、クロ
マトグラフィーのための特性に重要である表面積と孔径のパラメ−ターは事実上
不変のままである。 副流の設定と従って成分の混合に関係するパラメーターを市販の計量ポンプが
実施することができる。
【００４４】 本発明によるビーズ重合のためには、ミクロミキサーに補助装置をつけること
もできる。本発明に即して、これらは１以上の上昇流または下降流ミクロミキサ
ー、ホールドアップループ、管状反応器、熱交換器、反応釜、その他の液体また
は気体の導入のための装置、並列にまたは直列に設置したサンプリングまたは検
出装置であることもある。 ミクロミキサーは好ましくは上昇流または下降流遅延ループおよび熱交換器付
きであり、その結果ミキサーへの溶液の供給、温度、粒子生成後の反応を制御で
き、しかも極めて精密にモニターできる。 特に比較的大きな粒子の製造には、反応釜は好ましくはミクロミキサーの組み
込み式の下降流である。この方法では、例えば、DE 196 34 450の中の貫通式
反応器による場合のように、達成可能な粒径の制約が避けられる。
【００４５】 本発明による方法は予備成形した球形液滴からポリマーを生成する全てのタイ
プの重合に一般に適用可能である。従って、対応する重合に適した極めて広いバ
ライエティーの補助の装置または反応器をミクロミキサーの助けによって球状の
粒子の生成の組み込み式の下降流であることもできる。この方法で、本発明によ
る方法はビーズ重合を制御困難なバッチ操作から連続方法に転換する可能性を提
供している。必要な装置は極めて小さく、特異な方法でこの方法を実行すること
によって、処理が必要な僅かの副生成物が得られるに過ぎない。反応条件の単な
る簡単な最適化の後に、大抵の利用では篩い、分類、沈降がもはや必要でない粒
子の帯範囲が得られる。対照的に、攪拌タンク法では図２と３で示すような広い
粒径帯が得られ、約30重量％に過ぎない収率が狭い粒径分布を得るために篩いお
よび／または沈降後に残るのみである。目標の粒径帯の収率は本発明による方法
では事実上100％である。
【００４６】 本発明による方法で製造した粒子は単分散粒子の全ての公知の利用に極めて適
している。特に、例えばＨＰＬＣまたは毛細管電気泳動等のクロマトグラフィー
の分野での利用に適している。本発明による狭い粒径分布を持つ無機の粒子、特
にシリカゲル粒子は、化粧品などのための理想的な添加物質である。本発明に従
って生産した粒子は、スペーサーまたはキャリブレーション物質としても適して
いる。
【００４７】 図１はＩＭＭ製のミクロミキサーの構造の模式図である。装置は基板（１）、
とカバー板（２）からできており、これらは入り口と出口とに接続されている。
混合部材は２５または４０μｍの広がりを持つ１５または１８本のサイン形状の
チャンネル（３）の層を含んでいる。混合容器への２種の成分の流れ（４ａと４
ｂ）の導入後に、これらは小さい副流に分割され、そのチャンネル構造のために
、直ちに合わずに、容器の中心へ通過する（多数の薄板）。接触面は混合容器の
上側のスロット（５）で制限されており、これを通過して混合物はミキサーから
出ている。個々の混合容器の他に、大量生産のためには、１０個の補助ミキサー
容器から成るミクロミキサー列を使用することも可能である。この配列は、本発
明においてはミクロミキサーの分類に属する。 図２と３は例１と２においてさらに詳しく説明される。 図４は在来の攪拌タンク反応釜で行われた重合の典型的な結果である。大きな
粒子と多数の小さい粒子が存在する。 図５は在来の攪拌付きのタンクバッチに再度由来する、図２からの粒子と同じ
化学組成の重合製品を示している。この粒径分布は細かい分画を除くための篩い
分けと２重沈降の後に得られた。 図６は本発明に従って行われた重合の結果である。明らかに顕著な極めて狭い
粒径分布を直接、更なる分別をせずに得た。
【００４８】 これ以上の詳細なしに、当業者は上の記載をその最も広い範囲で使用すること
ができると考えられる。従って、好ましい態様と例は、単に記述による開示に過
ぎないと考えるべきであって、いかなる方法でも限定するものではない。 これまで及びこれ以降に言及する全ての出願書、特許、出版物、および対応す
る出願DE 99 ２０ 794、1999年５月６日出願の完全な開示内容を参考文献の方
法でこの出願書に組み入れた。
【００４９】例 全ての合成はＩＭＭ製のミクロミキサー、チャンネル幅４０μｍ（タイプＡ７
）を使用して行った。例１ 不均一な、架橋スチレン−ジビニルベンゼンの製造 実験装置の組立 装置は均一相及び不均一相のための貯蔵タンク（１）と（２）から組立てられ
た図２の中の装置、２個の定流ピストン供給ポンプＰ１とＰ２、高性能ミキサー
（３）、異なった内径を有する３セクション（セクションａ：２ｍｍの内径、長
さ１０ｍ、セクションｂ：５ｍｍの内径、長さ１０ｍ、セクションｃ：内径１０
ｍｍ、長さ１０ｍ）から組み立てられている反応後の領域としての管状反応釜（
４）に対応している。管状反応器は下降傾斜を有して配置し、攪拌器（７）付き
の攪拌タンク（６）の中に進んでいる。開始剤温度（典型的には＞６５℃）以上
の反応温度をサーモスタット（５）によって設定することができる。反応開始時
には、ミキサーは常に均一相で満たされている。ポンプＰ１とＰ２は常に不均一
相前に均一相の供給の順で開始する。
【００５０】 実験方法 １０ｎｍの孔サイズを有し、かつ２０と４０μｍの間の平均粒径を有する素材
の製造 貯蔵タンク（１）、（２）はそれぞれ不均一相（モノマー、架橋剤、フリーラ
ジカル開始剤を含む反応混合物）と均一相（水と選択的には乳化剤）を４０℃の
当初温度に加熱し、定流速比（１：１０ ｖ／ｖ）でミキサー内に計量して入れ
る。反応後領域（４）を８５℃に加熱する。攪拌付きタンク１０リットル（６）
を板バネ付き攪拌機（７）によって低速で一定に攪拌し、管反応器（４）の末端
に位置している。
【００５１】 反応バッチ： ａ） 乳化剤を使用する場合 溶液１：スチレン ジビニルベンゼン ０．２重量％のアゾイソブチロニトリル スチレンとジビニルベンゼンを比１：１で使用する。 溶液２：水 Tween 80（登録商標）の０．２重量％ ｂ）乳化剤なしの場合 組立と組成はａ）と同じように、ただし溶液２中の乳化剤なし。
【００５２】例２ 多孔質の、球形のシリカゲルの製造 ａ） ポリエトキシシランの製造 400ｇのＴＥＳ（登録商標）４０を乾燥した２リットルの丸底フラスコに入れ
、200ｇのエタノールを攪拌しながら添加した。混合物を２０分間２５℃に維持
し、０．５ｍｌのチオニルクロライドをその後に加えた。６０ｇの脱イオン水（
２５℃）をその後に１０〜１２分かけて滴下し、その後にその混合物を更に３０
分間攪拌し、１００ミリバールでエタノールを除去し、水浴を２５℃から６０℃
に１０℃／３０分の速度で加熱し、その気圧を３０ミリバールに低下し、その混
合物を蒸発させて、１．１６ｇのポリエトキシシランが得られた。
【００５３】 ｂ）シリカゲルの製造 溶液１：１６．７ｇのポリエトキシシラン ６ｇのジメチルホルムアミド（９９％） 溶液２：水／２−プロパノール（６４／３６ｖ／ｖ） 溶液３：２５％アンモニア、水で１：５０に希釈 全量流速：２０ｍｌ／分 溶液１／溶液２＝１：１５ 粒径約 ５μｍ １：１０ 粒径約１０μｍ
【００５４】 実験方法： 貯蔵タンク（１）と（２）からの均一相と不均一相をミキサー（３）の中で所定
の体積比で決めたように混合した。そのミキサー（３）は攪拌付きのタンク（４
）（容積１０リットル）の上に懸濁液が反応液体（溶液３）の中に滴下するよう
に配置されている。 実験組立の変形として、ミキサー（３）は、図３に示すように反応釜（４）に
浸漬されている。一定装置攪拌（５）によって反応懸濁液を直接ミキサーから供
給する。
【００５５】例３ 球状，多孔セルロース誘導体の製造 溶液１：１２ｇのセルローストリベンゾエート １５０ｍｌのジクロロメタン 溶液２：水 溶液３：水 溶液４：メタノール 全量流速（溶液１と２）：１１ｍｌ／分 体積流速（溶液３）： 約１００ｍｌ／分 溶液１／溶液２比 ＝１：１０
【００５６】 沈殿液メタノール（溶液４）との最初の接触の時にセルロースエステル／ジク
ロロメタン懸濁液からのセルロースエステルの早すぎる沈殿を防ぐために、ミキ
サーのアウトプットを沈殿液の中に直接供給しない。ミキサー出口は同心円的に
管によって（管中の管）囲まれており、そこから水を第三ポンプによって極めて
大きな体積流速で汲み出している。出口チューブを同心円的に囲んでいる液体流
動がセルロースエステル／ジクロロメタン水中懸濁液の濃度を少なくとも１０分
の１に低下させている。この希釈懸濁液をその後沈殿液体メタノール中に供給す
る。沈殿溶液のメタノール濃度が同一にしておくためには、一定の供給比で沈殿
液体を反応混合物と入れ替える。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＭＭ製のミクロミキサーの構造の模式図である。
【図２】例１と２においてさらに詳しく説明される。
【図３】例１と２においてさらに詳しく説明される。
【図４】在来の攪拌付きタンク反応釜で行われた重合の典型的な結果である。
【図５】在来の攪拌付きのタンクバッチに再度由来する、図２からの粒子と同
じ化学組成の重合製品を示している。
【図６】本発明に従って行われた重合の結果である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ， ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ， ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，Ｋ Ｐ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ， ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，Ｓ Ｇ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ミューラー， ハンス−ダニエル−ヤコブ ドイツ連邦共和国 デー−64839 ミュン スター、ゲーテシュトラーセ 49 Ｆターム(参考） 4G066 AA22B AC02B AC14B BA09 BA20 EA01 FA07 FA08 4G072 AA28 BB05 BB07 BB15 CC10 HH30 MM01 MM02 RR12 UU11 UU17 4J011 AA08 AC06 JB08 JB09 JB11 JB14 JB26 KA27 KB08 KB11 KB14 KB29 4J031 CA07 CA22 CA27 CA39 CA42 CE10 CG03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２つの成分溶液の液流を混合する多孔性または非
    多孔性のビーズポリマーを製造するための方法であって、前記成分を分散し、続
    いて静的ミクロミキサー内で反応させることを特徴とする、前記方法。
  2. 【請求項２】 １または２以上の同一および／または異なった補助装置をミ
    クロミキサーの上流および／または下流に設置することを特徴とする、請求項１
    に記載の方法。
  3. 【請求項３】 成分溶液が乳化剤または保護コロイドのいずれをも含まない
    ことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ０．１および３００μｍの間の狭い粒径範囲を有する請求項
    １〜３のいずれかに記載の方法によって製造された、多孔または非多孔の球形ビ
    ーズポリマーの粉末。
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