KR0167755B1 - 다공성 중합체 비이드 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

다공성 중합체 비이드 및 그의 제조 방법

제1도는 표피 없는 표면을 나타내는 것으로서, 본 발명의 미소다공성(microporous)구형 중합체-공중합체 비이드를 500배 확대한 현미경 사진이다;

제2도는 97%의 높은 기공 부피 및 균일하고 비세포질인 기공 형태학을 나타내는, 제1도의 미소 다공성 비이드의 횡단면을 2000배 확대한 현미경 사진이다;

제3도는 균일 지름의 비세포질 기공 형태학, 97%의 기공 부피 및 실질적 매트리스 균일성을 예증하는, 본 발명에 따르는 중합체-공중합체 비이드 단면을 1,440배 확대한 현미경 사진이다.

제4도는 75 기공 부피의 미소다공성 비세포질 구조를 보여 주는 선행 기술 폴리프로필렌 포움(카스트로, 미합중국 특허 제4,519,909호 제67도)의 단면을 2000배 확대한 현미경 사진이다. 이 구조는 비이드가 아니다.

제5도는 외부 표면에 껍질을 갖는 비구형 디스크 모양의 비이드를 보여주는 선행 기술의 폴리아크릴로니트릴 입자(스토이, 미합중국 특허 제4,110,529호, 실시예 1)의 단면을 111배 확대한 현미경 사진이다.

제6도는 20-40 미크론 지름의 극히 거대한 내부 기공을 갖는 비이드를 보여주는 선행 기술 폴리아크릴로니트릴 입자(스토이, 미합중국 특허 제4,110,529호, 실시예 2)의 단면을 442배 확대한 현미경 사진이다.

제7도는 균일하지 않은 기공 구조를 보이는 선행 기술 폴리아크릴로니트릴 입자(스토이, 미합중국 특허 제4,110,529호, 실시예 2)의 단면을 50배 확대한 현미경 사진이다.

제8도는 균일하지 않은 디스크형 구조를 나타내는 선행 기술 폴리아크릴로니트릴 입자(매트수모토, 미합중국 특허 제4,486,549호)를 437배 확대한 현미경 사진이다.

본 출원은 마이클 티모티 쿠크 및 라우라 진 히스콕의 다공성 중합체비이드 및 방법에 관한 일련 번호 07/275,170 호 및 마이클 티모티 쿠크 및 라우라 진 히스콕의 다공성 폴리아크릴로니트릴 비이드 및 공정에 관한 일련 번호 07/275,317 호로서 공동으로 양도되고 동시에 출원된 출원에 관한 것이다.

본 발명은 0.002 내지 5 미크론의 기공 지름 및 1.5ml/g 보다 실질적으로 작지 않은 기공 부피를 갖는 등방성 다공성 중합체 비이드(실질적으로 표피가 없는)에 관한 것이다. 비이드는 열에 의해 유도된(thermal derived)상분리 공정에 의해 중합체 또는 공중합체 용액으로부터 제조된다. 비이드의 형태학은 이들을 크로마토그래피에의 적용, 특히 단백질 분리와 같은 생분자 분리 과정에 사용하기에 이상적으로 적합하게 한다.

중합체 용액의 상 분리 과정은 주로 섬유, 시이트 및 블록 또는 슬랩형태인, 다공성의 저밀도 미소 세포질 플라스틱 포움의 제조에 매우 유용하다.

영국 특허 명세서 제938,694호에서는, 미분된 열가소성 수지를, 이를 위한 겔 형성 용매와 혼합하고, 이들의 겔화점 이상으로 혼합물의 온도를 높이고, 겔을 형성하는 온도를 낮추고 겔 형성 용매이지만 열가소성 수지에 대한 것은 아닌 용매로 처리하여 혼합물로부터 겔 형성 용매를 제거하므로써, 미소 다공성 물질을 제조하고 있다. 이 영국 특허의 실시예에서, 폴리에틸렌수지 35 부피%를 140℃에서 크실렌 65 부피%와 함께 가열하고, 실온으로 냉각시켜 겔화된 물질을 형성했다. 이 물질을 시이트로 자르고 크실렌을 에탄올로 추출했다. 에탄올을 물로 제거한 후, 미소다공성 포움 시이트를 얻는데, 이것은 약 1.0미크론 이하의 기공 크기 및 약 65%의 전체 다공성을 갖고, 시이트는 예컨대 축전지의 분리기로서 유용하다.

영(Young)일행의 미합중국 특허 제4,430,451호에는, 폴리(4-메틸-1-펜텐) 수지 및 비벤질(bibenzyl)을 포함하는 용매로부터 수지에 남아있는 비벤질을 제거하기 위하여, 예컨대 메탄올을 사용하여 90-99%의 광범위하게 개시된 기공 부피 및 약 94%의 특별히 예시되는 기공 부피를 갖는 부서지기쉬운 미소 기포질, 저밀도 포움의 형태로 저밀도 포움을 제조하기 위하여 그러한 공정을 사용하였다. 그러한 포움은 레이저 융합 목적물을 위한 블록으로 가공된다.

캐스트로의 미합중국 특허 제4,247,498호 및 제4,519,909호에서는 필름으로부터 블록 내지 복잡한 모양의 형태로 미소다공성 포움을 제조하기 위해 열에 의해 유도되는 상 분리 기술이 이용된다. 909특허에서 Col. 6, 제34-35 행에는, 원하는 모양으로 용액을 냉각시킬 때 혼합 또는 기타 전단력은 용액이 냉각을 받는 동안 적용되지 않는다라고 기술되어 있다. 이것은 비이드가 고려되지 않음을 강력히 시사한다. 카스트로, 909 특허의 col. 27-28에는 관능성 액체를 함유하는 미소다공성 중합체가 또한 기술되어 있다. 그러한 중합체는 액체를 함유한 세포질 또는 비세포질 구조를 갖는 것으로 언급되어 있다. 세포질 구조는 Col. 7에 정의되어 있고 이는 인접한 셀(cell)과 내부 연결되어 있는 기공 또는 통로와 함께 실질적으로 구형을 갖는 일련의 포함된 셀을 갖는 것이며, 이때 상기 셀의 지름은 상기 기공 지름의 적어도 2배이다. 그러한 형태학은 통로가 균일한 지름의 통로가 아니기 때문에 거대 분자를 흡착시키기에 이상적이지 않고, 이것은 거대 분자 흡수 및 탈착에 대한 격심한 단점을 보인다.

스토이의 미합중국 특허 제4,110,529호에는 중합체 용액을 중합체 물질에 대해서는 비용매이고 용매와는 비혼화성인 매체를 분산시키는 액체내에 분산시키는 공정에 의해 형성된 구형 폴리아크릴로니트릴 비이드를 기술하고 있다. 에멀션은 중합체 물질을 응고시키고… 중합체 물질에 대해서는 비용매이고 용매와는 혼화성이며, 분산 매체와도 비혼화성인 과량의 응고 액체 내로 휘저어 섞어 주면서 첨가된다. 비이드를 제조하는 전통적인 방법을 채택하기 위해서, 여기서 출원인은 예컨대 무기유 내 중합체 용액의 고온 에멀션을 형성하고, 저온에서 이를 무기유에 첨가하므로써 동일물을 켄칭시킬수 있다. 따라서, 출원인은 중합체 용액과 비혼화성이고 분산 매체와는 혼화성인 응고 배치를 사용하지 않는다. 그러나, 95% 이하 또는 그 이상의 공극 함량을 가진다 하더라도, 스토이 공정이 갖는 주된 단점은 Col 3, 제30-41행에 기술된 바와 같이, '응고가 시작되는 바로 그 시점에 소적(droplets)의 표면 상에 비점착성 표면이 형성된다'는 것이다. 그러한 표피는 그러한 공정에의해 조절될 수 없고 오직 부분적으로만 투과될 수 있으며, 그리하여 실질적으로는 거대 분자의 흡수 및 탈착을 방해하여 비표피화되거나 조절 가능하게 표피화된 미소다공성 비이드의 생산을 매우 소망스럽게 한다. 게다가, 이후에 비교 실시예에서 보여줄 바와 같이, 스토이에서 기술된 공정을 사용하여 제조된 비이드는 내부에 농축된 거대 기공을 갖는 비등방성 기공을 가지므로, 크기 배제 크로마토그래피에의 적용 및 거대 분자의 탈착에 효과가 없다.

매트수모토의 미합중국 특허 제4,486,549호는 일반적으로 다공성 섬유 및 필라멘트를 공개하고 있으나 특허의 실시예 1에서 중합체 용액을 애터마이저(atomizer)내로 적가하므로써 폴리아크릴로니트릴 입자의 형성도 지시하고 있다. 그러나 이 방법에서 생성된 비이드는 이 출원의 비교 실시예 1A에서 보여준 바와 같이 낮은 기공 부피 0.90ml/g을 갖는데, 이는 저용량 때문이다. 입자는 제8도에서 보여준 바와 같이 편평해지고 비구형이 되는 경향이 있고, 이것은 과도한 압력 강하를 일으킨다.

일반적 관심을 끄는 것 중 하나는, 폴리올레핀, 폴리(비닐 에스테르), 폴리아미드, 폴리우레탄 및 폴리카르보네이트로 부터의 다공성 본체, 예컨대 섬유, 속이 빈 필라멘트, 튜브, 배관, 로드, 블록 및 분말 본체를 제조하는 기술에 관한 조세피아크 일행의 미합중국 특허 제4,594,207호이다. 용매비를 다양화하므로써, 제조되는 전체 기공 부피, 기공 크기 및 기공벽이 조정되는데; 예시된 기공 부피는 75-77.5% 범위이다. 조세피아크는 냉각시키는 동안 전단을 요구하지 않는 방법에 의해 점성 용액의 조형(shaping)을 공개했다. 조세피아크 특허의 실시예 1-5는 중공 필라멘트 노즐을 통해 용액을 회전시킨 후 냉각시켜 중공 필라멘트를 성형함을 기술하고; 실시예 5-7은 용액으로 판유리를 피복한 후 냉각시키므로써 막의 형성을 기술한다. 또한 조세피아크의 미합중국 특허 제4,666,607호 Col. 2, 제43행 내지 Col. 3, 제14행에는 냉각시키는 동안 강력한 전단력을 사용하는 것과는 다름을 가르치고 있다. 조세피아크는 이 기술의 어디에서도 냉각시키는 동안 활류의 사용을 고려하지 않았는데, 이는 곧 이 기술에서는 비이드를 기대할 수 없음이 강력히 시사된다. 본 발명과는 대조적으로, 비이드로 냉각되는 소적을 형성하기 위하여, 냉각 전과 냉각 동안에 용액 내에 전단력이 사용된다. 이들 비이드는 놀랍게도 크로마토그래피의 적용에서 고도의 분리 능력, 크로마토그래피 흐름 속도에대한 낮은 저항성 및 훌륭한 압축 강도를 갖고, 실질적으로 구형인 것과 같은 컬럼 충전 응용을 위한 탁월한 형태학적 장점을 제공한다. Zwick, Applied Polymer Symposia, No. 6, 109-149, 1967에는 75-90%의 기공 부피를 갖는 미소다공성 구조물의 제조를 위해 10-25%의 습식 방사 범위에서 중합체 농축물을 사용하여 미소다공성 섬유를 제조하기 위한 유사한 방법이 사용된다.

쿠펙 일행의 미합중국 특허 제3,983,001호에는 친화력 크로마토그래피에 의해 생물학적으로 활성인 화합물의 단리 방법이 공개되어 있다. 단리되는 화합물은 효소, 보조 효소, 효소 억제제, 항체, 항원, 호르몬, 카르보히드레이트, 지질, 펩티드 및 단백질 뿐 아니라 뉴클레오티드, 헥산 및 비타민 B와 같은 비타민을 포함한다. 거대 다공질인 다공성 운반체는 본 발명을 실행하므로써 얻어지는 겔로부터 입자를 형성하기 위해 이차 조형 공정을 요구하고, 특히 크기 배제 크로마토그래피와 같은 다른 크로마토그래피 공정에서도 열등하다.

정제, 크로마토그래피, 효소 결합 등을 위한 미소 다공성 비이드 분야의 현 상태는 미쓰비시 케미칼 인더스트리즈 리미티드에 의해 상표 세파비이드

로 판매되는 고 다공성 친수성 수징 의해 대표된다. 이들은 고 다공성 친수성 비닐 중합체로 구성된 경질의 구형 겔 비이드를 포함하는 것으로 언급되어 있다. 이들은 120 미크론의 평균 지름 및 1.6ml/g 보다 적은 기공 부피를 갖는다. 또한 동일 회사에서 디비닐 벤젠과 가교 결합된 스티렌으로 구성된 DIAION

고 다공성 중합체 비이드를 생산한다. 그러한 비이드는 협소한 기공 크기 분포를 가질 수 있고 이들의 기공 부피는 1.2ml/g보다 적다.

그러므로, 다수의 미소다공성 중합체 구조물의 주요 결점은 전형적으로 중합체 구조물의 2-75% 또는 90%까지, 바람직한 것 보다 적은 기공 부피를 가지지만 카스트로에서 보여준 바와 같이 기계적 강도는 높이기 어려운 것임이 상기 기술 단계로부터 자명해진다. 보다 낮은 공극 부피는 기계적 강도를 향상시키지만 크로마토그래피 흡착제와 같은 구조물에서 사용될 때 낮은용량을 제공한다. 기타 선행 기술의 구조물은 섬유, 필라멘트 또는 막의 모양으로 있고, 크로마토그래피 컬럼을 충전시키기 위해 효과적으로 사용되지 않아 경비가 드는 이차 조형 장치를 요구할 수 있다. 다수의 선행 기술 구조물은 강성이 아니며 이온 강도 또는 용매를 변화시키면서 팽윤되어 컬럼 팩킹 및 조절을 어렵게 한다.

이제, 매우 높은 공극 부피, 실질적으로 표피 없는 표면, 큰 기공 지름 및 높은 기계적 강도를 갖는 실질적으로 모양이 구형인 미소다공성 비이드가 공정 기술의 적절한 선택에 의해 열에 의해 유도된 상 분리에 의하여 생산될수 있음을 발견하게 되었다. 그러한 비이드는 신규하며, 이들의 가치있는 성질은 선행 기술 및 현재까지 상업적으로 구입할 수 있는 제조된 가장 우수한 재료라는 점에서 전혀 예기치 못한 것이다. 본 발명의 비표피화된 비이드는 이들의 내부 표면적에 대한 거대 분자의 접근을 허용한다. 이들은 화학 반응, 예컨대 단량체로부터 다공질 비이드의 형성을 조절하는데 있어서의 어려움을 포함하지 않는 공정에 의해 제조된다. 비이드의 형태학은 이들이 대부분의 크로마토그래피에의 적용, 특히 단백질의 크로마토그래피에 이상적으로 적합하게 한다. 이들은 또한 효소 부동화 및 다수의 기타 용도를 위해 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 중합체 또는 공중합체를 포함하는 실질적으로 표피없는 높은 다공성의 비이드가 제공되는데, 이 때 상기 비이드는 실질적으로 물 내에서 비팽윤성이며 실질적으로 등방성이고, 지름이 약 5 미크론 보다 실질적으로 크지 않은 기공을 가지며, 기공 부피는 실질적으로 약 1.5ml/g보다 작지 않다.

본 발명은 또한, 기공이 고분자 크기의 화합물로 적어도 부분적으로 채워져있고 비이드가 실질적으로 구형인 다공성 중합체 비이드를 고려한다.

비이드 제조의 바람직한 방식에 있어서, 중합체 또는 공중합체를 높은 온도에서 단지 중합체만이 용해될 수 있는 용매 화합물 내에 용해시킨다. 용매 혼합물은 용매의 용매화력을 감소시키는 적어도 하나의 첨가제와 혼합된 중합체에 대해 우수한 용매를 함유한다. 이 첨가제는 중합체에 대해서는 비용매일 수 있다. 그리고 나서, 균질한 중합체 용액을 뜨거운 불활성 분산액내에 현탁시킨다. 소적을 형성하기 위하여, 2 상(two phase)액체 혼합물을 바르게 휘저어 섞는다. 소적을 휘저어 섞어주면서 냉각 불활성 액체에 도입시킨. 그 후 소적을 수집하고 중합체 용매를 추출시켜 본 발명의 다공성 비이드를 생성한다. 비이드는 0.002 내지 5 미크론의 지름을 갖는 등방성이다. 다수의 선행 기술에 기술된 바 있는 기공과 관련한 세포가 보이지 않는다. 세포 지름 대 기공 지름 비율 C/P는 따라서 1.0이고, 상기 카스트로 특허의 바람직한 실시 양태와 이들은 구별된다. 균일한 미소다공도는 적절한 용매/비용매의 조성을 선택하기 때문인 것으로 믿어진다. 비용매의 첨가는 상분리의 속도를 증가시킨다. 90% 이상의 기공 부피를 제공하기 위하여, 용액내에 약 10 중량% 이하의 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 비이드가 실질적으로 표피가 없고, 서로 붙지않고, 높은 기공 부피에서 조차도 훌륭한 조절 강도를 갖는다는 사실은 전적으로 예측할 수 없던 것이었다.

본 발명의 다공질 비이드는 비닐 첨가 중합체, 축합 중합체 및 산화 중합체를 포함하는 광범위한 열가소성 유기 중합체로부터 제조될 수 있다. 중합체는 액화성 매질에서 가용성이어야 하고, 그들은 비이드가 사용될 온도에서 통상적으로 경질 구조를 형성해야 한다는 것이 유일하게 요구된다. 그러므로, 예컨대, 비닐 및 아크릴성 에스테르 및 에테르, 또는 불포화산의 다른 에스테르 및 폴리아세탈, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리실록산, 폴리옥시란, 폴리디엔 등과 같은 알콜로부터 제조된 모든 유용한 축합 및 첨가 중합체를 나열할 필요는 없을 것이다. 왜냐하면, 그 자체로 물리적으로 가용성인 중합체는 배제되지 않기 때문이다. 예시적인 중합체는 특별히 앞서 언급된 선행 기술로부터 명백해지듯이 잘 알려져 있다. 그러나, 바람직하게 중합체는 비닐 첨가 중합체 또는 공중합체를 포함한 것이고, 여기서 용어 공중합체는 4개 이상의 공단량체로 부터의 것 뿐 아니라 삼원 공중합체도 포함하고, 더욱 바람직하게 비닐 첨가 중합체 또는 공중합체는 폴리(C₂-C₆모노-올레핀), 비닐 아미노아로매틱, 폴리(비닐 아로매틱), 폴리(비닐 할라이드), 폴리(C₁-C₆알킬(메트)아크릴레이트), N-히드록시-함유(C₁-C₆) 알킬(메트)아크릴아미드, 또는 폴리(에틸렌), 폴리(프로필렌)과 같은 폴리 올레핀; 폴리(스티렌), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리(메틸 메타크릴레이트) 등의 임의 전술한 중합체의 블렌드를 포함한다. 폴리아크릴로니트릴 또는 그의 공중합체도 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있다.

중합체용 용매로서 영구적 화학 변화 없이 이들을 용해시킬 수 있는 임의의 유기 또는 무기 액체가 사용될 수 있다. 이들은 폴리아크릴로니트릴이 중합체로서 사용되는 경우에 디메틸 술폭사이드, 디메틸 포름아미드, 디메틸 술폰, 나트륨 티오시아네이트 및 염화 아연의 수성 용액을 포함한다.

비용매는 중합체 또는 공중합체와 비혼화성인 임의의 액체 매질을 포함할 수 있다. 폴리아크릴로니트릴이 중합체로서 사용되는 경우에, 비용매는 우레아, 물, 글리세린, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.

비용매 분산물은 중합체 또는 공중합체 및 중합체 용매와 비혼화성인 임의의 액체 매질을 포함할 수 잇다. 보통, 이들은 낮은 극성의 액체, 예컨대 지방족, 방향족 또는 수소화 방향족 탄화수소 및 이들의 수소화된 유도체, 저분자량 폴리실록산, 올레핀, 에테르 및 그러한 화합물의 유사체를 포함할 것이다.

용매의 선택 및 비용매는 여기에서 쉽게 기술될 수 없다. 왜냐하면, 그들은 사용된 중합체 또는 공중합체의 선택에 의존할 뿐 아니라 서로 의존하기 때문이다. 만일, 폴리아크릴로니트릴이 중합체로서 사용된다면, 바람직한 용매-비용매 시스템은 첨가된 물, 에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜과 디메틸 술폰-우레아-물 또는 디메틸 술폭시드 또는 디메틸 술폰의 용매 혼합물로 구성되고, 선택되는 뜨거운 불활성 액체는 무기유, 저향 석유 용매 또는 케토센과 같은 수소화 방향족 아로매틱 탄화수소, 방향족, 저급 지방족이다. 추출용매로서 바람직한 것은 메탄올 또는 에탄올 같은 저급 알카놀 또는 아세톤과 같은 저급 케톤 및 물이다.

본 발명의 형태학은 통상적 용매의 상 분리 기술에 의해 얻어지기가 매우 어렵다. 그러한 경우에, 용매 확산은 비대칭 형태의 형성을 초래하거나 기공이 훨신 더 작아진다. 애터마이저 컵(atomizer cup)으로부터 형성되고 용매 상 역전 공정을 사용하여 수성 디메틸 포름아미드에서 켄칭시킨 다공성 폴리아크릴로니트릴 입자가 낮은 기공 부피 및 비구형 입자를 제공하는 미합중국 특허 제4,486,549호 실시예1을 보라.

통상적 방식을 진행함에 있어서, 중합체 또는 공중합체는 중합체 또는 공중합체만 고온에서 용해되도록 고안된 뜨거운 용매/비용매 혼합물 내에 용해된다. 이 조건을 부합시키기 위해 요구되는 혼합물의 조성은 상 분리가 일어나는 온도를 측정하는 클라우드 포인트 실험량(cloud point expertiment)을 수행함으로써 결정된다. 폴리아크릴로니트릴이 중합체로서 사용되는 경우에, 바람직하게 용매는 디메틸술폭시드 또는 디메틸술폰일 것이며, 비용매는 물, 우레아, 글리세린, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 또는 이들의 조합물로부터 선택된 것이다. 바람직하게, 통상적인 총 용매/비용매의 비율은 95/5내지 65/35(중량)으로 다양할 것이다. 통상적인 중합체 농도는 중합체/비용매 혼합물 중 전체 중합체 고형물이 0.5 내지 약 20 중량%, 바람직하게는 10 중량% 이하가 될 것이다.

뜨거운 중합체 용액은 휘저어 섞어 주면서 실질적으로 용액과 비혼화성인 액체, 예컨대 무기유 내에 분산된다. 전형적으로 중합체 용액의 부피는 무기유 4 부피 내에 분산된다. 그 후 소적은 상분리 온도 이하로 냉각된다. 중합체 상은 용매/비용매 용액으로부터 분리된 후 고형 중합체 및 용매의 소적으로서 침전된다. 그리고 나서 고형 소적을 무기유로부터 제거한다.

그 후 수집된 소적을 용매/비용매 혼합물과는 혼화성이지만 다공성 비이드를 제조하기 위한 중합체에 대한 용매는 아닌 물질로서 추출한다. 추출된 비이드를 건조시켜 미소 다공성 생성물을 생성한다. 비이드의 기공 크기는 공중합체 조성물 또는 사용되는 비용매의 농도 및 형태를 변화시키므로써 0.002 미크론 내지 5 미크론으로 다양하게 할 수 잇다. 전체 기공 부피는 용매/비용매 용액 내 중합체의 최소 농도에 의해 결정된다. 또한 액체 용매의 경우에 단순한 세척과 같은 임의의 다른 통상적 방법에 의해 응고된 비이드로부터 용매 물질을 제거하는 것이 본 발명에 의해 고려된다.

상기 기술의 특별한 적용은 이후 기술에서 자세히 예시될 것이다.

여기 및 첨부된 청구범위에서 사용될 때 용어 기공 부피란 중합체 g당 공극의 밀리리터를 의미한다. 기공 부피는 중합체 농도의 직접적인 함수이다. 1.5ml/g 이상의 기공 부피를 갖는 비이드가 특히 바람직하다. 기공 부피는 통상적 수단, 예컨대 수은 포로시메트리(mercury porosimetry)에 의해 측정된다.

용어 물에서 실질적으로 비팽윤성이란, 물 내에서 부피가 팽윤을 통해 약 5% 이하로 증가할 것이라는 의미이다. 컬럼 크로마토그래피 적용에서는 벌크 부피가 필수적으로 일정하게 유지되어 일정한 흐름 속도 및 무시해도 좋을 정도의 헤드 압력 손실만을 초래하여야 하므로, 비팽윤성 비이드가 바람직하다. 용어 표피 없는 이란, 표면 표피를 보이지 않아 고분자량 분자의 직접적인 흡수에 효과적인 다공성 입자를 의미하려는 것이다. 중합체 비이드의 벌크 밀도는 통상적인 방식, 예컨대 일정한 부피를 태핑(tapping)시키므로써 측정한다. 본 발명의 비이드는 바람직하게는 약 5ml/g보다 큰 벌크 밀도는 갖는다. 보다 낮은 벌크 밀도는 이들이 보다 낮은 용량을 갖는 경향 때문에 바람직하지 않다. 벌크 밀도의 상부 한계는 약 15ml/g이다. 이 수준 이상에서는 더 이상의 경제적 장점을 발견할 수 없으며 기계적 강도도 감소한다. 평균 비이드 지름은 그 용도에 의존하여 광범위하게 변할 수 있다. 바람직하게는 약 5 미크론 내지 약 2밀리리터, 더 바람직하게는 약 5 미크론 내지 약 150 미크론일 것이다. 특별한 언급은 약 5 미크론의 비이드 지름에 대하여 이루어지며, 이들은 분석적 고압 액체 크로마토그래피에 유일하게 적당하다. 기타 크로마토그래피 용도를 위하여 일반적으로 약 5 내지 약 150 미크론의 비이드 입자 크기가 바람직하며, 특히 5 내지 20 미크론, 특히 바람직하게는 20 내지 100 미크론이다. 비이드 크기는 통상적 방법, 예컨대 입자 크기 분석기의 사용으로 측정될 수 있다. 기공 크기가 광범위하게 변할 수 있고 질소 흡착 또는 수은 침입에 의한 통상적 방법에서 측정된다 하더라도 평균 기공 지름은 약 0.002 내지 약 5 미크론, 특히 바람직하게는 약 0.1 내지 약 1 미크론인 것이 바람직하다. 또한 약 0.002 내지 약 0.1 미크론의 평균 기공 지름을 갖는 비이드가 바람직하다.

비이드가 화합물을 함유하도록 사용될 때, 상기 화합물은 단백질, 효소, 펩티드, 헥산, 다당류, 염료, 안료 또는 상기물의 임의의 혼합물을 포함하는 것이 바람직하고, 특히 바람직한 것은 단백질이다. 비이드는 화합물에 의존하여 상기 물리적 포획(entrapment), 물리적 흡착 또는 화학적 결합에 의해 채워질 수 있다. 임의의 경우에, 사용되는 다공성 비이드는 바람직하게는 화합물 지름의 적어도 약 3배인 기공 지름을 갖는 것일 것이다.

본 발명의 다공성 비이드의 흡착 용량을 이용하기 위해 통상적 기술이 사용된다. 비이드는 예컨대, 비타민, 항생제, 효소 스테로이드 및 발효 용액으로부터 기타 생활성 물질을 흡착시키는데 사용될 수 있다. 이들은 다양한 당 용액을 탈색시키는데 사용될 수 있다. 이들은 당화된 목재 용액을 탈색시키는데 사용될 수 있다. 이들은 기체 크로마토그래피, 크기 배제 크로마토그래피, 친화력 크로마토그래피, 이온 교환 크로마토그래피, 역상 또는 소수성 상호 작용 적용을 위해 컬럼 팩킹으로서 사용될 수 있다. 이들은 페놀을 제거하고 다양한 표면 활성제를 제거하기에 유용하다. 이들은 다양한 방향물을 흡착할 수 있다. 이들은 종이펄프 제조에서 폐기 유출물을 탈색시킬 수 있고 다양한 화학 물질을 탈색시키고 정제한다.

본 발명의 비이드는 단백질 분리에 특히 유용하다. 본 발명의 비이드를 사용하여 정제하기에 특히 적당한 단백질은 알파-락토알부민, 알부민, 감마-글로불린, 알부민 인터페론 등이다.

하기 실시예는 본 발명을 예증한다. 청구범위는 여기에만 제한되는 것으로 생각해서는 안된다. SEM 현미경 사진을 조사하여, 실시예 4-8에서 기공 크기를 결정했다.

[실시예 1]

99 몰% 폴리아크릴로니트릴 및 1 몰%의 디메틸술폭시드를 함유하는 5g의 습윤 공중합체(중량에 의해 공중합체:물=1:1)을 5g의 우레아 및 30g의 디메틸술폰으로 분쇄하여 분말화된 혼합물을 형성했다. 혼합물을 160℃로 가열한 무기유 100ml 와 함께 1 리터 플라스크에 넣었다. 한상은 균질한 중합체 용액이고 다른 것은 무기유인 두 액체 상이 존재할 때까지 혼합물을 휘저어 섞었다. 오버헤드 패들 교반기로 혼합물을 빠르게 휘저어 섞어 무기유 내 뜨거운(약 120℃) 중합체 용액의 소적으로 구성된 현탁액을 제공한다. 캐뉼러를 통해 현탁액을 500ml의 무기유, 6g의 디메틸술폰 및 70℃에서 유지한 1g의 우레아로 구성된 두 번째 휘저어 섞어진 혼합물로 옮겨 소적을 냉각시켰다. 냉각 무기유와 접촉할 때 소적은 응고된다. 혼합물을 휘저어 섞어주면서 실온까지 냉각시킨 후 메틸렌 클로라이드로 희석시켜 오일 점도를 감소시켰다. 소적을 부커너 깔대기(Buchner funner) 상에서 수집하고 메틸렌 클로라이드로 세척한 후 용매를 1.5 시간 동안 실온에서 200ml의 아세톤으로 추출했다. 결과 비이드를 주사 전자 현미경(SEM)으로 조사한 결과, 약 0.5 미크론의 비교적 균일한 기공 지름을 갖는 매우 다공성인 것으로 보인다. 기공은 비이드의 외부 표면가지 뻗어 있다. 비이드의 크기는 10 미크론 내지 수 밀리미터이다. 이들 비이드 단면의 SEM 사진은 제2도에 나타나 있다.

[비교 실시예 1A]

마쓰모토(Matsumoto)의 미합중국 특허 제 4,486,549호의 실시예1에 지시된 과정으로 입자를 제조했다. 120g의 폴리아크릴로니트릴 단독 중합체를 1800ml의 디메틸포름아미드 내에 용해시키고 회전 애터마이저 컵(사메스 일렉트로스타틱 Inc. 에 의해 공급되는 모델 PPH 306 OOD)으로 20ml/분의 속도로 20% 수성 디메틸포름아미드 용액에 결과 용액을 적가하여 폴리아크릴로니트릴 입자를 얻었다. SEM 사진(제8도)은 본 발명의 실시예의 공정에 의하여 얻어진 것과는 다른 모양 및 형태학을 나타낸다.

[비교 실시예 1B-1C]

스토이의 미합중국 특허 제4,110,529호의 기술에 따라 비이드를 제조했다. 스토이의 실시예1의 일반적 절차에 따라, 폴리아크릴로니트릴을 디메틸술폭시드 내에 용해시키고 파라핀유 내에 분산시키고 15℃에서 가는 흐름으로 물에 부었다. 그리고 나서, 스토이의 실시예2를 반복했다 (60℃에서 에멀션을 물에 따르어 부었다). 구형 다공성 비이드를 분리하고 주사 전자 현미경으로 찍었다. 사진은 제5도 및 제6도에 나타내었다. 비이드가 실질적으로 등방성인 본 발명의 것과는 달리, 비이드는 다공성 외부 및 내부에서 매우 크게 관통하는 기공을 갖는다.

[실시예 2]

본 발명에 따라 미소다공성 비이드를 형성시키기 위한 용매 혼합물 성분으로서 폴리(술폰) 및 디메틸 포름아미드; 디메틸 포름아미드, 물; 및 N-메틸피롤리돈, 물을 사용하여 실시예 1의 과정을 반복했다.

[실시예 3]

실시예 2의 중합체 9% 및 물 21%를 사용하여 실시예 1의 과정을 반복했다. 평균 기공 크기가 0.8 마이크론인 미소다공성 비이드를 얻었다.

[실시예 4]

실시예 2의 중합체 15% 및 물 15%를 사용하여 실시에 1의 과정을 통상적으로 반복했다. 그러나, 대신, 중합체 분산액을 실온의 무기유로 채워진 플라스크로 피펫팅했다. 평균 기공 크기가 0.7 미크론인 미소다공성인 부분적으로 표피가 있는 비이드를 얻었다.

[실시예 5]

95.5 몰% 아크릴로니트릴, 3.4 몰% 메틸 메타크릴레이트 및 1.1 몰% 아크릴아미도메틸프로필 술폰산으로 구성되는 중합체 15% 및 비용매로서 물 15%를 사용하여 실시예 4의 과정을 반복했다; 평균 기공 크기가 0.2 내지 0.3 미크론인 미소다공성인 부분적으로 표피가 있는 비이드를 얻었다.

[실시예 6]

실시예 5의 중합체 15% 및 비용매로서 물 20%를 사용하여 실시예 4의 과정을 반복했다; 평균 기공 크기가 0.7 미크론인 미소다공성인 부분적으로 표피가 있는 비이드를 얻었다.

[실시예 7]

90 몰% 아크릴로니트릴 및 10 몰% 메타크릴레이트 단위로 구성되는 공중합체 15%를 사용하여 실시예 4의 과정을 반복하고, 평균 기공 크기가 3.5 내지 6.5 미크론인 미소다공성인 부분적으로 표피가 있는 비이드를 얻었다.

[비교실시예 1D]

50 몰% 아크릴로니트릴 및 50 몰% 메틸 메타크릴레이트 단위로 구성되는 구성되는 중합체 15% 및 비용매로서 물 15%를 사용하여 실시예 4의 과정을 반복했다. 평균 기공 크기가 약10 미크론인 미소다공성 비이드를 얻었다.

[실시예 8]

99 몰% 아크릴로니트릴-1 몰% 메틸 아크릴레이트 공중합체 3%와, 비용매로서 물 11%를 사용하여 실시예 1의 과정을 반복했다. 본 발명에 따라 표피 없는 미소다공성 중합체 비이드를 제1도에 기술된 바와 같이 얻었다.

[실시예 9]

99 몰% 아크릴로니트릴-1 몰% 메틸 아크릴레이트 공중합체 3%와 물 4% 및 우레아 13%로 치환하여 실시예 1의 과정을 반복했다. 본 발명에 따라 미소다공성 비이드를 얻었고, 상기 비이드의 단면도는 제3도에 1,440배로 확대되어 나타나 있다.

[실시예 10]

본 발명에 따르는 미소다공성 비이드를 생성시키기 위하여, 용매 혼합물 성분으로서 디메틸 술폭시드, 디메틸 술폰, 물 우레아, 글리세린, 에틸렌 글리콜 및 프로필렌 글리콜을 사용하고, 50 내지 8 몰%의 아크릴로니트릴을 함유하는 폴리아크릴로니트릴 공중합체로 실시예1의 열적 상 분리 기술을 반복하였다.

[실시예 11]

99 몰% 아크릴로니트릴과 1몰% 메틸 아크릴레이트로 구성된 1g의 건조 공중합체를 1g의 탈이온수, 2g의 우레아 및 12g의 디메틸술폰과 함께 모르타르 내에서 막자를 사용하여 분쇄했다. 혼합물을 125℃까지 가열하여 균질한 중합체 용액을 형성했다. 뜨거운 무기유(60ml, 150℃)를 Branson Sonifier Model S75 내에서 세팅 7(4 amps로 됨)에서 진탕시켰다. 뜨거운 중합체 용액을 천천히 첨가하여 전류를 6 amps로 증가시켰다. 현탁액을 수분 동안 혼합한 후 2.4g의 디메틸술폰과 0.4g의 우레아를 함유하는 무기유 180ml(120℃)로 희석했다. 플라스크를 수조에 넣어 현탁액을 냉각시켰다. 현탁액이 110℃에 도달했을 때 소니파이어를 끈다. 실온까지 냉각시킨 후 오일을 메틸렌 클로라이드로 희석시키고, 소적을 부크너 깔대기 상에서 수집한 후 메틸렌 클로라이드로 세척했다. 비이드를 실온에서 16시간 동안 60ml의 아세톤으로 추출한 후 다시 수집하지만, 이번에는 메탄올로 세척했다. 비이드를 진공 하에 실온에서 건조시켰다. 비이드를 주사 전자 현미경으로 시험하였고, 높은 기공 부피, 약 1 미크론의 기공 지름 및 고 표면 다공도를 갖는 것이 발견되었다. 평균 비이드 지름은 약 50 미크론이다.

[실시예 12]

실시예 11의 중합체 9% 및 물 21%를 사용하여 실시예 1의 과정을 반복했다. 평균 기공 크기가 0.8미크론인 미소다공성 생성물을 얻었다.

상기 특허 및 공고는 여기에서 참고로 첨부했다.

상기 상세한 설명에 비추어 다수의 변경이 당업자에게 제안될 것이다. 예를 들면, 글루코우스 및 수크로우스 용액이 본 발명의 미소다공성 비이드와 접촉되므로써 탈색될 수 있고; 지방산, 예컨대 부타노산, 프로피온산 및 아세트산이 이들의 사용에 의하여 수성 용액으로부터 흡착될 수 있다. 비누 및 세제가 용액으로부터 이들에 흡착될 수 있다. 효소를 이들 내에 흡착시킨후 그러한 기재 효소를 함유하는 비이드를 통하여 통과된 발효 육즙과 같은 기질 내에서 반응을 촉매화하기 위해 사용될 수 있다. 모든 그러한 명백한 변경은 첨부된 청구범위의 전체 의도된 영역 내에 있다.

Claims (20)

1. 유기 중합체 또는 공중합체를 포함하여 구성되는 실질적으로 표피가 없는 고다공성 비이드로서, 상기 비이드는 물에서 실질적으로 비팽윤성이고, 실질적으로 등방성이며, 지름이 실질적으로 5 미크론 이하이고 부피가 실질적으로 1.5ml/g 이상인 기공들을 가지는 고다공성 비이드.
2. 제1항에 있어서, 실질적으로 구형인 다공성 비이드.
3. 제1항에 있어서, 상기 중합체 또는 공중합체가 (C₂-C₆) 모노올레핀, 비닐아로매틱, 비닐아미노아로매틱, 비닐할라이드, (C₁-C₆) 알킬(메트) 아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, 비닐 피롤리돈, 비닐피리딘, (C₁-C₆) 히록시알킬(메트) 아크릴레이트, (메트) 아크릴산, 아크릴아미도메틸프로필술폰산, N-히드록시-함유 (C₁-C₆) 알킬(메트)아크릴아미드, 아크릴로니트릴 또는 이들의 혼합물을 포함하여 구성되는 다공성 비이드.
4. 제3항에 있어서, 상기 공중합체가 중합 메틸 메타크릴레이트 또는 폴리설폰 45 내지 99.5 몰%를 포함하여 구성되는 다공성 비이드.
5. 제1항에 있어서, 기공이 비이드 전반에 걸쳐 실질적으로 등방성인 다공성 비이드.
6. 제1항에 있어서, 기공 부피가 5ml/g 이하인 다공성 비이드.
7. 제1항에 있어서, 평균 비이드 지름이 5 미크론 내지 2 밀리미터인 다공성 비이드.
8. 제7항에 있어서, 평균 비이드 지름이 5 내지 150 미크론인 다공성 비이드.
9. 제1항에 있어서, 평균 기공 지름이 0.002 미크론 내지 5 미크론인 다공성 비이드.
10. 제1항에 있어서, 평균 기공 지름이 0.002 미크론 내지 0.1 미크론인 다공성 비이드.
11. 제8항에 있어서, 평균 기공 지름이 0.1 미크론 내지 1 미크론인 다공성 비이드.
12. 제1항에 있어서, 상기 기공이 단백질, 효소, 펩티드, 다당류, 핵산, 염료, 안료 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 화합물에 의하여 부분적 또는 전체적으로 채워지는 다공성 비이드.
13. 제12항에 있어서, 상기 화합물이 단백질로 구성되는 다공성 비이드.
14. 제12항에 있어서, 기공 지름이 상기 화합물 지름의 3배 이상인 다공성 비이드.
15. (i) 중합체 또는 공중합체와, 중합체용 용매 및 비용매를 포함하여 구성되는 혼합물을 가열 및 혼합하여 균질 용액을 형성하고; (ii) 균질 용액을 소적으로 홑트리고; (iii) 불활성 액체가 존재하거나 존재하지 않는 가운데 소적을 냉각시켜 상 분리 및 소적 내 중합체의 응고를 일으키고; (iv)임의 불활성 액체 및 용매-비용매 혼합물로부터 소적을 분리하여 등방성 다공질 비이드를 생성시키는 것을 포함하여 구성되는, 등방성 다공성 중합체 비이드의 제조 방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 용매가 디메틸 술폰을 포하하여 구성되고, 비용매는 요소, 물, 프로필렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 또는 이들의 혼합물을 포함하여 구성되며, 단계 (i) 이 130℃ 이상의 온도에서 수행되는 방법.
17. 제15항에 있어서, 불활성 액체가 무기유, 헵탄 또는 이들의 혼합물을 포함하여 구성되는 방법.
18. 제16항에 있어서, 상기 비이드를 아세톤, 메탄올, 물 또는 이들의 혼합물을 포함하여 구성되는 중합체용 비용매로 추출하는 방법.
19. 제15항에 있어서, 상기 중합체가 중합 메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴 또는 폴리술폰을 포함하여 구성되는 방법.
20. 제15항에 있어서, 상기 균질 용액이 10 중량% 미만의 중합체 또는 공중합체를 함유하는 방법.

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