JPS6379064A - ゲル・パ−ミエイシヨンクロマトグラフイ用充填剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、球形状で耐溶剤型の、かつ粒径の均一性に優
れる架橋重合体微粒子からなり、分離性能に優れるゲル
・パーミェイションクロマトグラフィ用充填剤に関する
。

従来の技術 一般に、カラム充填剤の細孔に保持された溶媒に溶質分
子が浸透するために展開速度が遅れる型の液体クロマト
グラフィであるゲル・パーミエイションクロマトグラフ
ィにあっては、溶質分子の大きさつまり分子量の差によ
り各分子の分離が行われるので、用いる充填剤における
孔状態を含めカラムにおける充填状態に基づく溶質分子
の拡散因子を好適化することにより分離能力が大きくて
高効率のカラムとすることができる。そのため、充填剤
としては充填性や性能の点などから破砕状のものより球
形状のものが好ましく、その粒径分布が狭いとなお好ま
しい。すなわち、粒径が均一であるほど好ましい。

従来、有機系で球形状のゲル・パーミェイションクロマ
トグラフィ用充填剤としては、スチレン−ジビニルベン
ゼン共重合体で代表されるポリマ系充填剤が知られてい
た。

しかしながら、従来のポリマ系充填剤にあっては、粒径
の均一性に劣る問題点、すなわち粒径分布が広い問題点
があった。

使用時に例え多段式精密分級方法（特開昭５２−５６４
４７号公報）などにより分級処理するとしても、その分
級処理に基づく総合的な作業効率の低下もさることなが
ら、満足できる粒径分布のものを得ることは困難であっ
た。

問題点を解決するための手段 本発明者らは上記の問題点を克服し、球形状でかつ耐溶
剤型であり、しかも粒径の均一性に優れる、望ましくは
粒径が１〜３０ｕｎ＋で粒径分布の標準偏差がｌｌ７Ｉ
Ｉ以下であるゲル・パーミエイションクロマトグラフィ
用充填剤を開発するために鋭意研究を重ねた結果、シー
ド重合方式で得た低架橋高分子微粒子を架橋性単量体と
非架橋性単量体で変性してなる架橋重合体微粒子により
その目的を達成しうろことを見出し、本発明をなすに至
った。

すなわち、本発明は、架橋性単量体と非架橋性単量体を
低架橋高分子微粒子中に吸収させてこれを共重合処理し
てなる球形状で耐溶剤型、かつ粒径の揃った加橋重合体
微粒子からなるゲル・パーミエイションクロマトグラフ
ィ用充填剤を提供するものである。

作用 シード重合方式で得た低架橋高分子微粒子を架橋性単量
体と非架橋性単量体で変性してなる架橋重合体微粒子を
用いることにより、球形状かつ耐溶剤型であり、しかも
粒径の均一性に優れるゲル・パーミェイションクロマト
グラフィ用充填剤が得られる。

発明の構成要素の例示 本発明のゲル・パーミェイションクロマトグラフィ用充
填剤は、架橋性単量体と非架橋性単量体を低架橋高分子
微粒子中に吸収させてこれを共重合処理して得た架橋重
合体微粒子よりなる。

この架橋重合体微粒子は例えば次の方法により製造する
ことができる。

すなわち、まず低架橋高分子微粒子と架橋性単量体と非
架橋性単量体とを分散状態で含む混合液を調製する。

その際、低架橋高分子微粒子としては、使用する架橋性
単量体及び非架橋性単量体を吸収するもの、すなわち架
橋性単量体、非架橋性単量体ないしこれらの混合物で膨
潤しうるちのが用いられる。

低架橋高分子微粒子の架橋度としては、用いる前記単量
体による膨潤度（膨潤前後における粒子の容積比）が４
〜１５０、好ましくは８〜１００のものが適当である。

また、粒径が０．４〜２ｈｍ、好ましくは０．５〜１５
μｍで粒径分布の標準偏差が０．５μｍ以下、好ましく
は０．１ｕｒＱ以下、より好ましくは０．０５μＩＩｌ
以下の低架橋高分子微粒子が望ましく用いられる。これ
により、粒径が１〜３０νｍで粒径分布の標準偏差が１
μｍ以下のものを分級処理することな（得ることができ
る。

前記した低架橋高分子微粒子は例えば下記の調製法によ
り得ることができる。

すなわち、その−は、架橋性単量体と非架橋性単量体と
を乳化剤を含む分散媒又は含まない分散媒に分散させ、
分散媒に可溶性の重合開始剤の共存下に通常の重合方式
を適用して得る方式である。

この場合には乳化剤を用いない無乳化重合方式が得られ
る重合体の粒径がより大きい点で好ましい。

他の調製法は、架橋性単量体と非架橋性単量体を通例の
乳化重合方式で処理して得たエマルジョンにおける架橋
重合体を初期のシード粒子とし、このシード粒子に分散
媒、架橋性単量体、非架橋性単量体、さらには必要に応
じて反応の安定化に要する量の乳化剤（表面張力が５５
ダイン／　０ｍ以上となるようにすることが好ましい。

）及び重合開始剤を加えて重合処理するシード重合を１
回又は必要に応じ２回以上繰り返し適用して径を成長さ
せ、所定の大きさと膨潤度を有する低架橋高分子微粒子
とする方式である。

さらに他の調製法は、非架橋性単量体を通例の乳化重合
方式で処理して得たエマルジョンにおける非架橋重合体
を初期のシード粒子とし、このシード粒子に対して架橋
性単量体を用いないで、前記したシード重合を１回又は
２回以上繰り返して径を成長させたのち、得られた非架
橋高分子微粒子をシード粒子としてこれに架橋性単量体
と非架橋性単量体を用いたシード重合を適用し、所定の
大きさと膨潤度を有する低架橋高分子微粒子とする方式
である。

上記の調製法において非架橋性単量体と架橋性単量体の
使用割合については特に限定はなく、使用単量体の種類
等により適宜に決定される。一般には、非架橋性単量体
９８〜９９．９５重量％、架橋性単量体２〜０．０５重
量％の使用割合が適当である。

架橋性単量体の使用割合が過少であると膨潤度の過大な
ものが得られ、最終目的物のゲル・パーミェイションク
ロマトグラフィ用充填剤が耐溶剤性に乏しいものとなる
場合がある。一方、架橋性単量体の使用割合が過多であ
ると膨潤度の過小なものが得られ、その低架橋高分子微
粒子中に架橋性単量体ないし非架橋性単量体を充分に吸
収させることができず、新粒子生成の原因となって本発
明の目的が充分に達成されにくい。

上記したシード重合方式で得た低架橋高分子微粒子は粒
径の均一性に特に優れており、本発明において好ましく
用いうる。

なお、上記した低架橋高分子微粒子の調製法においては
分散媒として通常、水が用いられるので、低架橋高分子
微粒子を得るための非架橋性単量体、架橋性単量体とし
ては、そのものないしその重合体が水に難溶性のものな
いし溶解しないものが好ましく用いられる。水に溶解し
やすいものであると、水中で重合が進行してシード粒子
等の粒径が成長しにくかったり、新たな粒子ができやす
くなったりして好ましくない。

分散媒が水である場合に好ましく用いうる非架橋性単量
体としては、例えばスチレン、メチルスチレン、エチル
スチレンのようなスチレン系単量体、アクリル酸ブチル
、メタクリル酸ブチル、アクリル酸２−エチルヘキシル
、メタクリル酸２−エチルヘキシルのような炭素数が４
以上のアルキル基を有するアクリル酸、メタクリル酸の
エステル系単量体などをあげることができる。

一方、架橋性単量体の好ましいものとしては、例えばト
リメチロールプロパントリメタクリレート、ジエチレン
グリコールジメタクリレート、ジビニルベンゼンのよう
なエチレン性二重結合を２以上有する単量体などをあげ
るこ七ができる。

用いる非架橋性単量体、架橋性単量体は１種のみであっ
てもよいし、２種以上であってもよい。

目的物の用途に応じて決定される。一般には、耐圧性に
優れることが要求されるので、重合体のガラス転移点が
高いスチレン系単量体を非架橋性単量体として用い、水
への溶解性の低いジビニルベンゼンを架橋性単量体とし
て用いることが好ましい。なお、スチレン系単量体は共
重合処理において凝集することなく安定に処理を進めう
る利点なども有している。

上記した混合液の調製は通常、低架橋高分子微粒子の分
散液、殊に乳化重合液としての水分散液と、架橋性単量
体及び非架橋性単量体、殊に架橋性単量体及び非架橋性
単量体からなる単量体混合物に重合開始剤を添加したも
のとを混合する方式により行われる。もちろん、この方
式に限定するものでない。

その混合割合は、低架橋高分子微粒子１００重量部あた
り前記両車量体の合計量で１００〜３０００重量部が適
当である°。該単量体の混合割合が１００重量部未満で
あると得られるゲル・パーミエイションクロマトグラフ
ィ用充填剤が耐溶剤性に乏しくなり、３０００重量部を
超えると新粒子を生成しやす（なる。

他方、両車量体すなわち架橋性単量体と非架橋性単量体
の配合割合は、非架橋性単量体１モルあたり架橋性単量
体０．１〜１モル、好ましくは０．２〜０．８モルが適
当である。その架橋性単量体の配合割合が０，１モル未
満であると形成される架橋重合体の架橋密度が過少とな
り、１モルを超えるとその架橋密度が過多となっていず
れの場合も本発明の目的が達成されに（くなる。

前記した混合液の調製に用いつる架橋性単量体、非架橋
性単量体としては、上記した低架橋高分子微粒子を調製
する場合に例示したものと同様のものをあげることがで
きる。従って、水分散系の場合には、ジビニルベンゼン
とスチレン系単量体との組合せのように水に難溶性のも
のの組合せが好ましい。殊に、ジビニルベンゼンとスチ
レン系単量体との組合せからなるものは、スチレン系単
量体に基づく高いガラス転移点性により耐圧性が要求さ
れる場合に適している。この場合、その配合割合として
はジビニルベンザ２１０〜５０重量％、スチレン系単量
体９０〜５０重量％が適当である。

調製された混合液は重合開始剤の共存下に重合過程にお
かれるが、その共重合処理は低架橋高分子微粒子中に架
橋性単量体と非架橋性単量体とを吸収させた状態で行わ
れる。その吸収は、例えば低架橋高分子微粒子の分散液
に前記単量体の混合物を加えて撹拌することにより行わ
しめることができる。その際、該単量体の吸収速度を上
げるために加熱してもよいし、水分散系の場合にはアセ
トンやエタノールなどの水溶性溶剤を加えてもよい。ま
た、該単量体を予め乳化して加える手段などによっても
よい。なお、溶剤を用いる方式においては、その溶剤を
重合開始前に除去してお（ことが好ましい。

共重合処理は通例の処理条件で行うことができる。水媒
系による場合、重合開始剤としては通常の油溶性のラジ
カル系開始剤が好ましく用いられる。水−性のものであ
ると新たな粒子が生成するときがあって不都合を生じる
場合がある。

重合開始剤は使用単量体に０．１〜３重量％溶解させて
用いる方式が、重合を円滑に行わしめるうえで望ましい
。

重合に際しては、粒子の安定化のために乳化剤、重合安
定剤を用いることが一般に望ましい。その使用量は低架
橋高分子微粒子以外に新粒子が生成しない量とすること
が適当である。

上記のようにして共重合処理することにより、低架橋高
分子微粒子中に架橋性単量体と非架橋性単量体に基づく
より架橋密度の高い架橋重合体を有する構造の、粒径が
１〜３０１７Ｒ１、好ましくは１〜２０１で粒径分布の
標準偏差が１μｍ以下、好ましくは０．５μ繭以下で、
球形状の真球性及び耐溶剤性に優れる架橋重合体微粒子
が得られる。

得られた架橋重合体微粒子はそのまま本発明のゲル・パ
ーミェイションクロマトグラフィ用充填剤として用いる
ことができる。

しかし、本発明のゲル・パーミエイションクロマトグラ
フィ用充填剤としては、排除限界分子量の点で多孔性の
ものが好ましい。

多孔性の付与は上記した架橋重合体微粒子を、アセトン
やトルエン等の溶剤を用いた超音波処理等で溶剤可溶物
質を除去する方式により行いうる場合もあるが、この場
合には例え多孔性のものを得たとしてもその比表面積の
増大はさほど大きくない。

多孔性の付与の好ましい方法は、用いる単量体からなる
重合体の良溶剤ないし貧溶剤等からなる孔調整剤を単量
体で低架橋高分子微粒子を処理する段階で用いる方法で
ある。これにより、比表面積の任意な拡大ないし孔形の
調整が可能になり、ひいては前記した排除限界分子量の
調整が可能になる。

なお、その排除限界分子量とは、標準試料としてポリス
チレンのテトラヒドロフラン溶液を、溶離液としてテト
ラヒドロフランを用いて液体クロマトグラフィにかけた
際に、充填剤における孔に入り込まないものとなるポリ
スチレンの分子量をいう。従って、排除限界分子量は充
填剤における孔を標準試料としてのポリスチレンの分子
量の大きさで表現したものであるとも言える。

排除限界分子量の測定は、分子量が異なり、しかもその
分子量がわかっているポリスチレンからなる種々のテト
ラヒドロフラン溶液を用いて、これを前記したテトラヒ
ドロフランを溶離液として用いた液体クロマトグラフィ
にかけ、充填剤における孔に保持されな（なるポリスチ
レンの分子量を調べることにより行うことができる。

上記した孔調整剤の適用方式としては、用いる単量体よ
り先に、あるいは用いる単量体と共に（単量体混合物に
添加して用いる方式を含む。〉低架橋高分子微粒子に吸
収させてこれを重合処理したのち、得られた孔調整剤を
含む架橋重合体微粒子より溶剤可溶物質を抽出除去する
方式などをあげることができる。

孔調整剤の使用量は、低架橋高分子微粒子１００重量部
あたり６０００重量部以下が適当である。一般には、単
量体の使用量に基づいて決定され、単量体の種類によっ
ても異なるが通常、単量体ないしその混合物に対し３５
０重量％以下、好ましくは１０〜２５０重量％が適当で
ある。孔調整剤の使用量が過多の場合には形成される孔
が過大となり、内部が空洞化した中空物が得られるとき
があり、多孔性の観点よりは好ましくない。

孔調整剤としては、後続の抽出処理過程で溶剤可溶物質
として除去可能なものが用いられる。−般には、水に対
する溶解度が室温において１重量％以下（水不溶性）で
あり、用いる非架橋性単量体又は／及び架橋性単量体に
可溶のものが用いられる。その溶解度が１重量％を超え
るものでは、低架橋高分子微粒子中に吸収されずに水媒
中に残存して多孔性の形成に寄与しなかったり、反応系
の安定を阻害したりする場合がある。

孔調整剤の具体例としては、ヘキサン、ヘプタン、イソ
オクタン等の飽和炭化水素類、トルエン、キシレン、エ
チルベンゼン等の芳香族炭化水素類、ｎ−ヘキシルアル
コール、ｎ−オクチルアルコール、２−エチルヘキシル
アルコール等のアルコール類、ポリスチレン、流動パラ
フィン等の線状高分子類などをあげることができる。孔
調整剤は１種のみを用いてもよいし、２種以上を併用し
てもよい。

溶剤可溶物質の抽出は、例えば次の方式により行うこと
ができる。

すなわち、得られた架橋重合体微粒子を含む水分散液に
おける分散媒としての水を、より極性の低い媒体へと徐
々に置換して、使用した非架橋性単量体ないしその重合
体あるいは孔調整剤とＳＰ値（溶解性パラメータ）が類
似した媒体に最終的に置換し、この媒体で洗浄を繰り返
して架橋重合体微粒子中の溶剤可溶物質を抽出する。

置換媒体としては、究極には微粒子中より除去されるこ
とが望まれるので、揮発性の低沸点溶剤が一般に好まし
く用いられる。その代表例としてはメタノール、エタノ
ールのようなアルコール類、アセトンのようなケトン顛
、その化アセトニトリル、クロロホルム、テトラヒドロ
フラン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼ
ンなどをあげることができる。置換媒体は、水との温媒
体あるいは２種以上の溶剤を用いた温媒体などであって
もよい。

抽出処理は、架橋重合体微粒子を置換媒体中に分散させ
て処理する方式が効率的である場合もある。その場合に
は、例えば超音波による分散方式を適用することも可能
である。

なお、抽出処理後の架橋重合体微粒子中に残存する置換
媒体の除去は、例えば減圧乾燥方式、スプレードライヤ
ー等による方式などで容易に行うことができる。

上記のようにして、網状の多孔性構造を有する球形状、
耐溶剤型で粒径の均一性に優れる架橋重合体微粒子より
なり、排除限界分子量が１００万以下、好ましくは５０
０〜２００００、より好ましくは１０００〜１５０００
のゲル・パーミエイションクロマトグラフィ用充填剤が
得られる。

なお、本発明のゲル・パーミエイションクロマトグラフ
ィ用充填荊は、限定するものでないが、粒径１〜３ｈｍ
で粒径分布の標準偏差ｌｌ７Ｉ１１以下の架橋重合体微
粒子群、あるいは粒径分布が１νｍ以下の差内に全粒子
数の９０％以上を含む状態にある任意な粒径の架橋重合
体微粒子群からなるものとして一般に実用途に供される
。

発明の効果 本発明のゲル・パーミエイションクロマトグラフィ用充
填剤は、特殊な架橋重合体微粒子よりなるので、有機系
でありながら耐溶剤性に優れており、また球形状でしか
もその粒径の均一性に優れている。

その結果、分級処理を施すことなく使用することができ
、工程ないし作業時間の短縮化など効率的な作業を可能
にする。また、精度に優れるゲル・パーミエイションク
ロマトグラフィを行うことができる。

実施例 参考例 ラウリル硫酸ナトリウム０．６部（重量部、以下同様）
を溶解させたイオン交換水７０部にジビニルベンゼンを
０．２５％（重量％、以下同様）含むスチレン３０部を
分散させた後、これを撹拌しながら窒素気流下で７０℃
に昇温させ、ついで過硫酸カリウム０．０３部を溶解さ
せたイオン交換水５部を加え、７０℃に８時間保持して
初期シード粒子としての架橋系重合体の水分散液を得た
。この重合体の粒径は０．０４３部ｍ１粒径分布の標準
偏差は０．０１μｍであった。

次に、得られた初期シード粒子の水分散液１０部とイオ
ン交換水６５部を混合して７０℃に昇温したのちジビニ
ルベンゼンを０．２５％含むスチレン３０部を加えて１
時間撹拌し、ついで過硫酸カリウム０．０３部を溶解さ
せたイオン交換水５部を加えて７０℃に８時間保持し、
粒径が０．１４９μｍ１粒径分布の標準偏差が０．０１
２μｍの２次シード粒子の水分散液を得た。そして、さ
らに前記に準じて２次シード粒子より３次シード粒子を
、３次シード粒子より４次シード粒子を表に示す組成で
順次調製した。

なお、シード粒子のスチレンに対する膨潤度を測定する
と４次シード粒子で１５であった。

実施例１ 参考例で４次シード粒子として得た低架橋高分子微粒子
を含む水分散液１０部にイオン交換水１２０部とポリビ
ニルアルコールくケン化度８８％）の１０％水溶液５部
を加えて均一に撹拌したのち、これにスチレン７５％と
ジビニルベンゼン２５％からなる単量体混合物６０部に
過酸化ベンゾイル０．６部を溶解させたものを加え、撹
拌しながら窒素気流下６０℃で４時間、続いて８０℃に
昇温して５時間共重合処理し、架橋重合体微粒子の水分
散液を得た。

この微粒子の粒径は４．９５９ｍ１粒径分布の標準偏差
は０．１５μｍであった。

次に、前記分散液を減圧ろ過して生成物を分離し、これ
を充分に水洗後アセトン、トルエンの順で充分に超音波
洗浄し、乾燥させてゲル・パーミェイションクロマトグ
ラフィ用充填剤を得た。このものは、球形状の真級性及
び耐溶剤性に優れ、粒径と粒径分布は前記と同じであっ
た。

得られた充填剤を内径４．６ｍｍ、長さ２５０＋ｎｍの
ステンレスカラムにテトラヒドロフランを用いて充填し
、この充填カラムを用いてゲル・パーミェイションクロ
マトグラフィ分析を行い、その結果より第１図の較正曲
線を求め、この較正曲線より勾配４．０、排除限界分子
量２０００の値を得た。

なお、その他の測定条件は溶離液：テトラヒドロフラン
、試料：ポリスチレンを０．５重量％含むテトラヒドロ
フラン溶液２０ｕｌ、流速：　０．８ｍｌ／ｍｉｎ。

検出器：　ＵＶ２５４ｎｎ＋、温度：室温とした。

前記の充填カラムを用いてベンゼンを溶質として理論段
数を測定したところ、３１０，０００段であった。

また、この充填カラムを用いて分子量１９万のポリスチ
レン、フタル酸ジオクチル、安息香酸ｎ−ブチル、スチ
レンの分離を行ったところ第２図に示した結果が得られ
た。

実施例２ 参考例で４次シード粒子として得た低架橋高分子微粒子
を含む水分散液１０部にイオン交換水１２０部とポリビ
ニルアルコール（ケン化度８８！”６）の１０％水溶液
５部を加えて均一に撹拌したのち、これにスチレン７５
％とジビニルベンゼン２５％からなる単量体混合物６０
部と分子量２万のポリスチレン４．５部とトルエン７２
部との混液に過酸化ベンゾイル０．６部を溶解させたも
のを加え、撹拌しながら窒素気流下６０℃で４時間、続
いて８０℃に昇温しで５時間共重合処理し、架橋重合体
微粒子の水分散液を得た。

この微粒子の粒径は５．０２μｍ１粒径分布の標準偏差
は０．１５μｍであった。

次に、この水分散液における分散媒を水よりメタノール
、エタノール、アセトン、アセトン／トルエン（１／１
）混溶剤、トルエンへと順次置換してトルエン分散液と
し、その沸点温度で４０時間加温した。その後、トルエ
ン分散液より微粒子を分離してさらにトルエンで洗浄し
、ついで前記とは逆の順序で分散媒を置換して水分散液
とした。

得られた水分散液より抽出処理後の架橋重合体微粒子を
分離し、これを減圧下に乾燥させた。

得られた多孔性の架橋重合体微粒子は、その粒径が５．
０２μｍ１粒径分布の標準偏差が０．１５Ｉ７ｍであり
、前記した微粒子としての場合お変わりはなかった。

また、抽出処理後における微粒子の重量減少、すなわち
処理前の架橋重合体微粒子に対し、これを抽出処理して
得た多孔性の架橋重合体微粒子の重量減少分は４０％で
あり、球形状の真球性、耐溶剤性に優れるものであった
。

得られた充填剤を実施例１と同様にしてカラムに充填し
、この充填カラムを用いてゲル・パーミェイションクロ
マトグラフィ分析を行い、ベンゼンの理論段数ｉｏ、ｏ
ｏｏ段、排除限界分子量５００．０００のの結果を得た
。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例における較正曲線、第２図は分離試験に
おけるクロマトグラムである。 Ｍは被分離物質の分子量、Ｍｌｉｍは排除限界分子量、
Ｒ，Ｔ、は溶出時間である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、架橋性単量体と非架橋性単量体を低架橋高分子微粒
   子中に吸収させてこれを共重合処理してなる球形状で耐
   溶剤型、かつ粒径の揃った加橋重合体微粒子からなるゲ
   ル・パーミェイションクロマトグラフィ用充填剤。 ２、架橋重合体微粒子が粒径１〜３０μｍで粒径分布の
   標準偏差１μｍ以下のものである特許請求の範囲第１項
   記載のゲル・パーミェイションクロマトグラフィ用充填
   剤。 ３、架橋重合体微粒子が多孔性のものである特許請求の
   範囲第１項記載のゲル・パーミェイションクロマトグラ
   フィ用充填剤。 ４、任意な粒径の架橋重合体微粒子群からなりその粒径
   分布が１μｍ以下の差内に全粒子数の９０％以上を含む
   状態にある特許請求の範囲第１項記載のゲル・パーミェ
   イションクロマトグラフィ用充填剤。