JP3301628B2 - りん酸基を有する陽イオン交換樹脂及びその製造法 - Google Patents

りん酸基を有する陽イオン交換樹脂及びその製造法

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JP3301628B2 JP04968092A JP4968092A JP3301628B2 JP 3301628 B2 JP3301628 B2 JP 3301628B2 JP 04968092 A JP04968092 A JP 04968092A JP 4968092 A JP4968092 A JP 4968092A JP 3301628 B2 JP3301628 B2 JP 3301628B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液体クロマトグラフィ
ー用カラム充填剤などとして有用なりん酸基を有する陽
イオン交換樹脂及びその製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】りん酸基を有する陽イオン交換樹脂系の
液体クロマトグラフィー用充填剤は、その交換基が弱酸
性陽イオン交換樹脂であるため、水素イオン濃度で交換
基の特性を変化させることが可能であり、また、カルボ
キシル基に比べると、高水素イオン濃度での使用が可能
で、かつ、核酸などに対して親和性を示すという特長を
有するため、蛋白質などの分離に有効である。
【0003】従来、使用されているりん酸基を有する液
体クロマトグラフィー用の充填剤としては、(1)ヒド
ロキシアパタイト(特開平2−18707号公報)、
(2)デキストラン、アガロース、セルロース等の天然
高分子系ゲルにりん酸基を導入したもの〔セレックス
P;バイオラッド社(BIORAD)の商品名〕、(3)ポリ
スチレンゲルにりん酸基を導入したもの〔 R. E. Ferre
l, H. S. Olcott, H. Frenkel-Conrat, J. Am. Chem. S
oc. 、70,2101(1948)〕、(4)エポキシ
基を有するゲルとアミノりん酸とを反応させて製造した
もの(特開平1−113654号公報)などがある。
【0004】ヒドロキシアパタイトは、りん酸基量、粒
径、細孔容積、粒子強度を調節することが有機高分子系
化合物に比べて困難である。また、天然糖類をエピクロ
ルヒドリン等で架橋したデキストランゲル、アガロース
ゲル、セルロースゲルなどは、架橋による網目構造によ
り分子を取り込むので、架橋度を変えることにより取り
込むことのできる最大の分子量(排除限界分子量)及び
保持容量を比較的容易に調整できる。しかし、特に、蛋
白質等の大きな分子を取り込む場合、架橋度を小さくし
てゲルの網目構造を広くしてあるので、粒子が柔らかく
潰れ易い。したがって、加圧下のクロマトグラフィー
(高速液体クロマトグラフィー)操作では粒子が変形
し、圧損が生じるなどの難点がある。また、スチレン系
ゲルにりん酸基を導入したものは,疎水性が大きく、酵
素などが疎水吸着や変質を起こすことがあるため、生体
関連物質の分離材又は支持材としては不適当である。
【0005】他方、エポキシ基を有するゲルとアミノり
ん酸とを反応させて製造したものは、交換基としてアミ
ノ基も作用するため、りん酸基のみを導入した場合のよ
うに陽イオン交換樹脂とはならず、両性イオン交換樹脂
となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来技
術の欠点を解消し、りん酸基量、粒径及び細孔容積を容
易に調整することができ、高い強度を有し、生体関連物
質の分離吸着に好適な陽イオン交換樹脂及びそれを製造
しうる方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、グリシジル基
を有する架橋重合体を合成した後、これとりん酸とを反
応させることによりりん酸基を定量的に導入することに
よって上記課題を達成したものである。
【0008】すなわち、本発明は、グリシジルモノビニ
ルエステル90〜30重量部及び多価アルコールのポリ
ビニルエステル10〜70重量部を総量100重量部と
して水と相溶しない有機溶媒の存在下で水性懸濁重合さ
せ、得られた架橋重合体粒子にりん酸を反応させること
を特徴とするりん酸基を有する陽イオン交換樹脂の製造
法に関する。また、本発明は、上記陽イオン交換樹脂の
製造法によって得られる陽イオン交換樹脂に関する。
【0009】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明においては、まず、グリシジルモノビニルエステル
90〜30重量部及び多価アルコールのポリビニルエス
テル10〜70重量部を総量100重量部として水と相
溶しない有機溶媒の存在下で常法、例えば、特開昭53
−1087号公報記載の方法に準じて水性懸濁重合させ
てグリシジル基を有する多孔性の架橋重合体を製造す
る。ここで、グリシジルモノビニルエステルとしては、
グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、
グリシジルクロトネート、グリシジルイタコネート、ジ
グリシジルフマレートなどが挙げられる。
【0010】一方、多価アルコールのポリビニルエステ
ルとしては、炭素原子数2〜3のアルキレングリコール
又はこれらのポリアクリル酸グリコールとアクリル酸又
はメタクリル酸とのエステル、例えば、エチレングリコ
ールジメタクリレート、エチレングリコールジアクリレ
ート、プロピレングリコールジメタクリレート、プロピ
レングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコー
ルジメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリ
レート、ポリプロピレングリコールジアクリレート等、
あるいはプロパントリオールトリアクリレート、プロパ
ントリオールトリメタクリレート等のアクリル酸エステ
ル又はメタクリル酸エステルを用いることができる。
【0011】本発明において、グリシジルモノビニルエ
ステルは、りん酸と反応してりん酸基(交換基)の導入
に役立つので、これを少なくすると、りん酸基の導入量
が少なくなり、イオン交換能が低下する。また、グリシ
ジルモノビニルエステルの量があまり多くなると、結果
として多価アルコールのポリビニルエステルの配合量が
少なくなり、機械的強度が低い粒子となる。すなわち、
多価アルコールのポリビニルエステルは、架橋剤として
架橋重合体の物理的強度を保つために必要である。した
がって、所望のイオン交換能や機械的強度に応じてグリ
シジルモノビニルエステル90〜30重量部と多価アル
コールのポリビニルエステル10〜70重量部の範囲内
で配合割合を適宜決定することが好ましい。
【0012】本発明に用いられる水と相溶しない有機溶
媒は、細孔調節剤として作用し、生成した粒子を多孔性
にし、粒子の表面積を大きくするために必要であり、重
合性モノマーを溶解し、ラジカル重合反応に不活性なも
のを用いる。また、重合は水性懸濁重合方式で行われる
ので、細孔調節剤としては、重合分散媒である水に不溶
ないしは難溶性であることが必要である。
【0013】このような細孔調節剤としては、ジクロロ
メタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン等の脂肪族
ハロゲン化炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル、フタル
酸ジメチル、フタル酸ジエチル等の脂肪族又は芳香族エ
ステル、アミルアルコール、ヘプチルアルコール、オク
チルアルコール等の難溶性アルコール類などが挙げられ
る。これらの細孔調節剤は、少なすぎると、細孔が充分
に開かず、蛋白質等の吸着量が減少し、また、多すぎる
と、細孔容積が多くなりすぎて、結果として機械的強度
が不足するので、モノマーに対して30〜300重量
部、好ましくは100〜200重量部となるように使用
する。
【0014】重合開始剤としては、通常、過酸化ベンゾ
イル、過酸化ラウロイル、t−ブチルヒドロペルオキシ
ド、クメンヒドロペルオキシド、メチルエチルケトンペ
ルオキシド等の過酸化物、あるいはアゾビスイソブチロ
ニトリル、アゾビスα,α−ジメチルバレロニトリル、
アゾビスイソブチルアミド等のアゾ系重合開始剤が使用
される。その使用量は、重合性モノマーの0.1〜10
重量%である。重合に際しては、重合性モノマーが重合
分散媒である水に溶解するのを防止するため、水に塩化
ナトリウム、塩化カルシウム等の塩類を溶解させること
もある。また、分散媒中のモノマーを安定させるために
ゼラチン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセ
ルロース、ヒドロキシエチルセルロース、あるいはヒド
ロキシアパタイト等の分散剤を使用する。
【0015】水相の量は、有機溶媒とほぼ同等以上で、
20倍程度まで使用される。重合反応は、通常50〜9
5℃で3〜10時間程度行われる。重合終了後、グリシ
ジル基を有する多孔性架橋重合体粒子を必要に応じて濾
過、洗浄し、乾燥して分級する。
【0016】その後、りん酸基導入のため、得られたグ
リシジル基を有する多孔性の架橋重合体粒子をりん酸と
反応させる。この反応には、グリシジル基を有する多孔
性の架橋重合体粒子1重量部に対してりん酸水溶液を1
5重量部以上用いる。反応溶媒としては、りん酸を溶解
するもので、グリシジル基と反応して陰イオン交換基を
導入しないものであれば、特に制限はない。りん酸水溶
液の濃度は、0.01重量%以上、好ましくは1重量%以
上で、100重量%(濃りん酸)までの範囲で使用でき
る。
【0017】反応は、30〜200℃、好ましくは50
〜90℃で、数分〜10時間行う。上記の反応条件で反
応させると、りん酸基導入反応と加水分解反応が競争的
に起こるため、りん酸水溶液の濃度を調整することによ
り、この競争反応を制御でき、定量的なりん酸基の導入
を容易に行うことができる。
【0018】得られたりん酸基を導入した架橋重合体粒
子を、メタノール、水、必要ならば水酸化カリウム水溶
液、水酸化ナトリウム水溶液等で洗浄すれば、りん酸基
を有する高速液体クロマトグラフィー用充填剤として好
適な架橋重合体粒子を得ることができる。
【0019】
【実施例】次に、実施例により本発明をさらに詳しく説
明するが、本発明はこれらによって制限されるものでは
ない。
【0020】実施例1 (a)グリシジルエステル基を有する架橋重合体粒子の
製造 グリシジルメタクリレート140g、テトラメチロール
メタンメタクリレート60g、酢酸ブチル180g、イ
ソアミルアルコール120g及びアゾビスイソブチロニ
トリル0.7gの混合物にイオン交換水1000mlを加
え、攪拌しながら水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH7
〜8に調整した。その後、70℃で6時間重合反応を行
った。反応物を冷却した後、生成した共重合体粒子を濾
取し、メタノール及び水で順次洗浄した。次いで、一日
風乾し、さらに80℃の真空乾燥機に入れて6時間乾燥
した。乾燥粒子を分級して355〜425μmの多孔性
架橋重合体粒子80gを得た。
【0021】(b)りん酸基の導入反応 (a)で得られた多孔性架橋重合体粒子20gを濃りん
酸300ml中に入れ、よく攪拌した。これを60℃で加
熱し、3時間攪拌して反応を行った。反応後、冷却し、
得られた多孔性架橋重合体粒子を中性になるまでイオン
交換水で洗浄した。その後、イオン交換水を用いて5回
デカンテーションを行い、微粒子を取り除いた。
【0022】(c)交換基量の測定 (b)で得られた多孔性架橋重合体粒子を真空乾燥機に
入れ、80℃で6時間乾燥し、その1gをカラムに充填
し、カラム充填剤とした。これを 0.1塩酸水溶液で洗浄
し、さらに、イオン交換水で洗浄液が中性になるまで洗
浄を繰り返した。次に、0.1N水酸化ナトリウム水溶液
20mlで洗浄し、その濾液を回収した。この濾液を0.1
N塩酸水溶液で滴定し、次式により交換基量を求めた結
果、1.8meq /gとなった。
【0023】
【数1】X=(20−Y)×0.1/Z 〔式中、Xは交換基量(meq/g)、Yは滴定量(ml)、
Zはカラム充填剤量(g)を示す〕。
【0024】(d)蛋白質吸着量の測定 pH4.0に調整した3mMりん酸緩衝液100mlにγ−
グロブリン15mgを溶解させた。次に、実施例1(b)
で合成した多孔性架橋重合体1gを加えて40分攪拌し
た。上澄液の吸光度をりん酸緩衝液を対照に測定し、次
式により吸着量を求めた。
【0025】
【数2】吸着量=(1−a/b)×15 〔式中、aは上澄液の吸光度を表し、bはりん酸緩衝液
100mlにγ−グロブリン15mgを溶解させたときの吸
光度を表す〕。 その結果、吸着量は、2.2mgとなった。この結果を表1
に示した。
【0026】実施例2 グリシジルエステル基を有する架橋重合体粒子の製造
は、実施例1(a)と同様に行った。
【0027】得られた多孔性架橋重合体粒子20gをイ
オン交換水100mlと濃りん酸100gからなる50重
量%りん酸水溶液中に入れ、攪拌した。これを60℃で
加熱し、3時間攪拌しながら反応を行った。反応後、冷
却し、得られた多孔性架橋重合体粒子(カラム充填剤)
を中性になるまでイオン交換水で繰り返し洗浄した。そ
の後、イオン交換水を用いて5回デカンテーションを行
い、微粒子を取り除いた。得られた多孔性架橋重合体粒
子について、実施例1(c)と同様の操作で交換基量の
測定を、実施例1(d)と同様の操作で蛋白質吸着量を
測定し、その結果を表1に示した。
【0028】実施例3 グリシジルエステル基を有する架橋重合体粒子の製造
は、実施例1(a)と同様に行った。
【0029】得られた多孔性架橋重合体粒子40gをイ
オン交換水400mlと濃りん酸50gからなる11重量
%りん酸水溶液中に入れ、攪拌した。これを60℃で加
熱し、3時間攪拌しながら反応を行った。反応後、冷却
し、得られた多孔性架橋重合体粒子(カラム充填剤)を
中性になるまでイオン交換水で繰り返し洗浄した。その
後、イオン交換水を用いて5回デカンテーションを行
い、微粒子を取り除いた。得られた多孔性架橋重合体粒
子について、実施例1(c)と同様の操作で交換基量の
測定を、実施例1(d)と同様の操作で蛋白質吸着量を
測定し、その結果を表1に示した。
【0030】比較例1 グリシジルメタクリレート140g、テトラメチロール
メタンメタクリレート60g及びアゾビスイソブチロニ
トリル0.7gの混合物にイオン交換水1000mlを加
え、攪拌しながら水酸化ナトリウム水溶液を用いてpH7
〜8に調整した。その後、70℃で6時間重合反応を行
った。反応物を冷却した後、生成した共重合体粒子を濾
取し、メタノール及び水で順次洗浄した。次いで、一日
風乾し、さらに80℃の真空乾燥機に入れて6時間乾燥
した。乾燥粒子を分級して355〜425μmの無孔性
架橋重合体粒子80gを得た。
【0031】得られた重合体粒子について、実施例1
(c)と同様の操作で交換基量の測定を行ったところ、
0.1meq/gと僅かしか導入できないことが分かっ
た。また、実施例1(d)と同様の操作で蛋白質吸着量
を測定したところ、0.1mgであった。これらの結果を表
1に示した。
【0032】
【表1】
【0033】表1に示した結果から明らかなとおり、本
発明によれば交換基量を容易に調節することができ、高
い吸着能を有する陽イオン交換樹脂を容易に製造するこ
とができる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、交換基量及び細孔容積
を容易に調節することができるりん酸基を有する陽イオ
ン交換樹脂を容易に製造することができ、得られる陽イ
オン交換樹脂は、生体関連物質の分離吸着に好適であ
り、高い強度を有するため加圧下でも使用することがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08F 220/20 C08F 220/20 G01N 30/48 G01N 30/48 P

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グリシジルモノビニルエステル90〜3
    0重量部及び多価アルコールのポリビニルエステル10
    〜70重量部を総量100重量部として水と相溶しない
    有機溶媒の存在下で水性懸濁重合させ、得られた架橋重
    合体粒子にりん酸を反応させることを特徴とするりん酸
    基を有する陽イオン交換樹脂の製造法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の製造法によって得られる
    陽イオン交換樹脂。
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US7683100B2 (en) 2005-12-21 2010-03-23 3M Innovative Properties Company Method of making macroporous cation exchange resins
US7674835B2 (en) 2005-12-21 2010-03-09 3M Innovative Properties Company Method of making macroporous anion exchange resins
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