JPS6263856A - クロマトグラフイ−用充填剤の製造方法 - 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、特に液体クロマトグラフィーのカラム充填剤
として好適に用いられるクロマトグラフィー用充填剤の
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、液体クロマトグラフィー用充填剤としては、充
填剤を構成する粒子が、均一の粒子径を有すること、球
形であること、十分な機械的強度を有することなどが要
求される。特に最近においては、高速かつ高分解能の処
理を達成するため、充填剤として粒子径分布が狭くしか
も粒子径が小さいものが要求される傾向にある。この理
由は、クロマトグラフィー用充填剤が、粒子径分布が狭
くかつ粒子径が小さいものであることにより、充填剤の
充填が均一にしかも密な状態で行われることから、クロ
マトグラフィー用カラムの理論段数が大きくなり、分解
能が向上するためである。

ところで、ポリマー粒子からなるクロマトグラフィー用
充填剤（以下、「ポリマー系充填剤」という。）の製造
方法としては、特開昭５８−８８６５７号公報などに開
示されているように、懸濁重合によりポリマー粒子を製
造した後、必要とする粒子径のものを粒子径分別（分級
）する方法、あるいは特開昭５０−２３８９３号公報な
どに開示されているようにポリマー塊を粉砕した後、分
級する方法などが知られている。しかし、これらの方法
は、いずれも工程数の多い分級を必要とすることから、
製造が容易でなく、しかも歩留まりが低く高い生産性を
得ることができない問題を有する。

この他、種々の製造方法が試みられているが、いずれも
大量生産に適したものではなく、分取りロマトグラフイ
ーなどの大量の充填剤を必要とする場合は、均一かつ小
粒子径のポリマー系充填剤の入手はきわめて困難であっ
た。

粒子径が揃った草分散性の高いポリマー粒子を製造する
方法としては、従来、ソープフリー重合法すなわち乳化
剤を使用しないかあるいは極少量の乳化剤で重合する方
法が知られている。しかし、この方法によって得られた
ポリマー粒子は、その粒子径が最大でも１ｔｔｍ程度が
限界であるため、クロマトグラフィー用充填剤としては
粒子径が小さすぎ使用に適さない。

また、粒子径が大きいポリマー粒子の製法とし７ては、
通常、懸濁重合法、すなわちポリビニルアルコールなど
懸濁保護剤の存在下においてモノ−２−を水中に分散し
て重合する方法が用いられている。しかし、この方法で
は１μｍ　＝　ｆＪ、百μｍの大径なポリマー粒子が得
られるものの、その粒子径分布は非常に広く、クロマト
グラフィー用充填剤として用いるには適さない。そのた
め、通常、前述したように分級を必要とするが、現在の
技術では分級の分離精度が１−分でなく、かりに可能で
あったとしても、工程数が多く、煩雑であり、収率はき
わめて小さいものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、従来の分級工程を必要とする製造方法におけ
る、製造が容易でなくしかも粒子径分布の狭いものを商
い収率で得ることができないという問題点を解決し、小
粒子径で、かつ粒子径分布が狭いポリマー系クロマトグ
ラフィー用充填剤を節易なプロセスにより容易に製造す
ることができるクロマトグラフィー用充填剤の製造方法
を提供することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

本発明のクロマトグラフィー用充填剤（以下、［−充填
剤」ともいう。）の製造方法は、シードポリマー粒子の
存在下において、ビニル系モノマーを水系媒体中で重合
することにより、数平均粒子径が１〜３０μｍ、好まし
くは２〜２０μｍ、特に好ましくは３〜１０μｍであっ
て、かつ、数平均粒子径の±２０％の範囲の粒子が８０
重量％以上、好ましくは９０重量％以上、特に好ましく
は９５重量％以上存在する、非多孔性または多孔性の充
填剤として用いられるポリマー粒子を得ることを特徴と
する。

なお、本発明におけるポリマー粒子の数平均粒子径は、
ポリマー粒子の電子顕微鏡写真においてランダムに５０
個以上の粒子を選択してその粒子径を計測し、これに基
づいて求めたものである。

本発明の充填剤の製造方法においては、ビニル系モノマ
ーをシードポリマー粒子に対して効率よく高い吸収能で
吸収させるために、以下の手段（ａ）　もしくは（ｂ）
を採用することが好ましい。

（ａ）水系媒体中のシードポリマー粒子に、水に対する
溶解度が０．０２重量％以下で分子量が５０００以下の
油性物質を吸収させてこのシードポリマー粒子を膨潤さ
せ、さらにビニル系モノマーを吸収させた後、重合を行
う。

（ｂ）シードポリマー粒子を含む水系媒体と、あらかじ
めビニル系モノマーを微粒子状に分散させた分散体とを
混合してシードポリマー粒子と七ツマー油滴とを接触さ
せることにより、シードポリマー粒子ニビニル系モノマ
ーを吸収させた後、重合を行う。

以上の手段（ａ）および（ｂ）は、通常、いずれかを単
独で用いるが、場合によっては両者を組合わせて用いて
もよい。

本発明において用いられるシードポリマー粒子としては
、スチレン重合体、スチレンーブタジエン共重合体等の
スチレン系重合体、アクリルエステル系重合体、酢酸ビ
ニル重合体などのポリマー粒子を例示することができ、
詩にスチレンなどのビニルモノマーを、水系媒体中で少
發の乳化剤の存在下または不存在下で重合して得られる
、粒子径の揃ったものを好ましく用いることができる。

シードポリマー粒子の粒子径は、最終的に得られる充填
剤の粒子径を均一なものとするために均一であることが
好ましく、例えば数平均粒子径の±２０％の範囲の粒子
が９０重１％以上、好ましくは９５重景％以上存在する
ものを用いることができる。

また、シードポリマー粒子の粒子径は、通常１μｍ以下
、好ましくは０．２〜０．９μｍの範囲とされる。

本発明において用いることのできる油性物質としては、
水に対する溶解度が０．０２重量％以下、好ましくは０
．００１〜０．０２重量％であり、かつ分子量が５，０
００以下、好ましくは５００以下の有機化合物が好まし
い。油性物質の水に対する溶解度が、前記範囲外にあっ
て０．０２重量％より大きいと、シードポリマー粒子へ
の吸収効率が不十分となりやすい。また、油性物質の分
子量が１ｉ？１記範囲外にあって５．０００を越える場
合には、この油性物質のシードポリマー粒子への拡散・
吸収に著しく長時間を要し、水に対する溶解度が前記の
範囲内にあっても事実上シードポリマー粒子への吸収が
困難となる。

油性物質としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、１
−クロルドデカンなどの有機溶剤、ラウロイルペルオキ
シド、３，５．５−）リメチルヘキサノイルベルオキシ
ド、オクタノイルペルオキシド、ヘンゾイルベルオギシ
ドなどの重合開始剤、アジピン酸ジオクチル、メタクリ
ル酸ステアリルなどのモノマー等を例示することができ
、目的に応じて選択して使用される。

なお、油性物質として前記重合開始剤を用いると、特に
別途重合開始剤を使用せずともよく、効率的である。

油性物質は、シードポリマー粒子の水系分散体に添加し
て撹拌されることにより、シードポリマー粒子に吸収さ
せることができる。

これらの油性物質をシードポリマー粒その水系分散体に
添加する際には、これらを予め少量の界面活性剤の存在
下において微分散しておくことが好ましい。また油性物
質のシードポリマー粒子への移行を容易にするために、
水系媒体中にアセトン、テトラヒドロフラン等の水溶性
をａ溶剤を添加することが好ましい。

油性物質のシードポリマー粒子への移行には、通常、数
時間〜十数時間を要し、この移行を完全に行なわすこと
が、粒子径の揃ったポリマー粒子を得るうえで重要なこ
とである。

なお、油性物質を吸収したシードポリマー粒子は、ビニ
ル系モノマーを容易に吸収することができるので、通常
、ビニル系モノマーを微分散した状態で加える必要はな
い。

油性物質の使用量は、ビニル系モノマー１００重量部に
対して０．５〜５重量部である。

上記油性物質を使用しない場合は、シードポリマー粒子
へのモノマーの吸収を助けるために、モノマーをあらか
じめ微分散してシードポリマー粒子と接触させる。微分
散の程度は、モノマーの分散油滴の径がシードポリマー
粒子の粒子径の２４−ｇ以下、好ましくは１倍以下、特
に好ましくは０．５倍以下である。分散油滴径は小さい
ほど、吸収に必要な時間は短くてすむ。

本発明において用いられるビニル系モノマーはラジカル
重合が可能であれば特に制限はないが、具体例を挙げれ
ばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、４
−ビニルピリジン、ジビニルベンゼンなどの芳香族ビニ
ルモノマー、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレー
ト、メチルメタクリレート、２−エチルへキシルアクリ
レート、Ｎ、Ｎ−ジメチルアミノエチルメタリフレート
などのエチレン性不飽和カルボン酸アルキルエステル、
アクリロニトリル、メタクリレートリルなどの不飽和ニ
トリル、塩化ビニル、塩化ビニリデンなどの不飽和塩素
化合物、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニル
エステル類などが挙げられる。

ビニル系モノマーの使用量は、充填剤の粒子径ナトニヨ
って適宜選択されるが、シードポリマー粒子１重量部に
対し２て１０〜１０，０００重量部である。

本発明において、イオンクロマトグラフィー用充填剤を
製造する場合には、ビニル系モノマーとして例えば水酸
基、カルボキシル基、スルホン基、アミノ基、エポキシ
基、ヘンシル基、メルカプト基などの官能性基を有する
ものを併用する手段、または重合後のポリマー粒子を化
学的に処理して前記官能性基を導入する手段などを用い
ることができる。

・また、本発明においては、非多孔性あるいは多孔性の
いずれの充填剤も製造することができる。

多孔性の充填剤を得るには、ビニル系モノマーを吸収し
たシードポリマー粒子に、さらに多孔性調節剤を吸収さ
せておき、重合後にこれを除去することで行われる。

この多孔性調節剤は、モノマーを溶解し、かつ該モノマ
ーから得られるポリマーの良溶媒と貧溶媒とを適当に組
み合せたものである０例えば、七ツマ−がスチレンの場
合には、良溶媒の例とじては、トルエン、キシレン、ジ
エチルヘンガン１．貧溶媒の例として：よデカンなどが
挙げられるが、同様の性質を有する溶媒であればよく、
これらに限定されない。

多孔性調節剤の使用星は、重合に用いるビニル系モノマ
ー１００重量部に対して２１０重Ｙ部以下、好ましくは
１０〜１００重量部である。

多孔性調節剤の使用により、重合後のポリマー粒子に直
径およそ１０〜１０００人の連続孔をつくることができ
、これによりポリマー粒子のＢ　Ｅ　Ｔ法による表面積
をおよそ２０〜５００　ｒｄ　／　ｇとすることができ
る。

ビニル系モノマーの重合６ご用いる重合開始剤は、水溶
性のものでも油溶性のものでもよいが、水溶性の重合開
始剤間を用いた場合には、水中でシードポリマー粒子と
無関係に新粒子が発生する危険性が大きく、油溶性重合
開始剤の方をより好ましく用いることができる。

前記水溶性重合開始剤としては、過硫酸カリウム、過酸
化水素などが挙げられる。

前記油溶性重合開始剤としては、ヘンシイルベルオキシ
ド、アゾビスイソブチロニトリル、ラウロイルペルオキ
シド、オクタノイルペルオキシド、３．５．５−）リメ
チルヘキサノイルベルオキシトなどが挙げられる。

また、本発明においては、重合の際の重合安定性を維持
するために、ポリビニルアルコールなどの懸濁安定剤を
使用することが好ましい、なお、重合の際に水中での新
粒子の生成を防ぐために亜硝酸ナトリウムなどの水溶性
の重合禁止剤または重合抑制剤を少量添加するとよい。

以上のようにして得たポリマー粒子は、減圧または常圧
下でスチームストリッピング等により、未反応モノマー
や多孔性調節剤を除去したのち、水などで洗浄し、さら
に乾燥して充填剤とされる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について詳細に説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。

実施例１ ３．５．５−トリメチルヘキサノイルペルオキシド「バ
ーロイル３５５ＴＪ（日本油脂■製、水に対する溶解度
０．０１重量％（２０℃））５０重量部、ラウリル硫酸
ナトリウム４Ｍ１部および水５ｏｏ重Ｙ部をホモジナイ
ザーｒＴｙｐｅ　１５　Ｍｌ　（マントンガラリン社製
）によって攪拌し、分散液滴が０．２μｍ以下となるよ
うに微分散して分散体を調製した。

粒子径が０．２５μｍで粒子径の標準偏差が２％である
ポリスチレン粒子（シードポリマー粒子）の分散体（固
形分濃度１０％）１０重量部、水１５０重量部およびア
セトン１５０重量部の混合液中に、上記分散体を４等分
したものを１２時間毎に順次４回にわたって添加し、さ
らに分散体の全ｊを添加した後、２０℃で２４時間ゆっ
くり撹拌してシードポリマー粒子中に３．５．５−）リ
メチルヘキサノイルベルオキシドを析出・吸収させた。

次に、ポリビニルアルコール「ゴーセノールＧＨ２０Ｊ
　　（日本合成化学■製）の２．５％水溶液８，０００
重量部、モノマーとしてスチレン１．８００重量部およ
びジビニルベンゼン２００重量部を加え、４０℃で１時
間撹拌してシードポリマー粒子にモノマーを吸収させた
後、７０℃で５時間重合を行なった。このとき、重合転
化率は９６％であった。

得られたポリマー粒子は数平均粒子径３．１　μｍ・粒
子径の標準偏差は数平均粒子径の５％であり、数平均粒
子径の±２０％以内の範囲すなわち粒子径２．４８〜３
．７２μｍの範囲に属する粒子は全体の９９重量％を占
めていた。

この粒子を洗浄後クロロホルムに分散させ、これを常法
によって充填時の圧力２５０　ｋｇ　／　ｃｄでステン
レス製カラム（内径４．６寵、長さ６０−）に充填し、
クロマトグラフィー用カラムを作製した。このカラムに
ついて、０．２容量％のアセトン４ｍｌを流速０．５ｍ
ｌ／分で注入して理論段数を測定したところ、３０，０
００段であった。

比較例１ スチレン９０重量部およびジビニルベンゼン１０重世部
にｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート「
パーブチルＯＪ　　（日本油脂■製）２重量部を？容量
）し、さらにゴーセノールＧＨ２０の１０％水溶液１０
０重量部および水２５０重量部を加え、回転数３０Ｏｒ
　ｐｍで激しく撹拌しながら７０’［″で１０時間重合
を行なった。このとき、重合収率９６％であった・ このようにして得られたポリマー粒子は１μｍ〜１５μ
ｍの範囲に広く分布しており、数平均粒子径３．２ｔｔ
ｍ、数平均粒子径の±２０％以内の範囲すなわち粒子径
２．５６〜３．８４μｍの範囲に属する粒子は全体の３
１重量％を占めていた。

この粒子を実施例１と同様な方法でカラムに充填しよう
としたところ、小粒子の影響、具体的には粒子径１μｍ
程度の小粒子が大粒子の間隙に密に充填されたり、ある
いは小粒子同士が密に充填されることにより、充填時の
圧力が異常に上昇し、充填操作を行うことができなかっ
た。

次に、この粒子を分級して数平均粒子径を３．２μｍ、
粒子径の標準偏差を１０％とし、実施例Ｉと同様にして
カラムに充填し、その理論段数を測定したところ、わず
か６，０００段であった。

実施例２ 実施例１におけるスチレン１　、８００重量部およびジ
ビニルベンゼン２０重量部のかわりにスチレン２．００
０重量部を用いたほかは、実施例１と同様にして重合を
行い、ポリマー粒子の分散体を得た。

このポリマー粒子の数平均粒子径は３．１μｍ、粒子径
の標準偏差は５％であった。

次いで、上記ポリマー粒子の分散体を固形分濃度が０．
１％になるよう調整し、この分散体３００重屑部に、ス
チレン５重量部、ジビニルベンゼン２０重量部、ヘンシ
イルベルオキシド３重量部およびラウリル硫酸すトリウ
ム０．６重り部の混合物を水２００重量部中に超音波で
１μｍ以下の液滴に微分散したものを加え、回転数１５
０ｒｐｍ程度で６時間撹拌し、液滴をポリマー粒子に吸
収させた。さらに、これにスチレン７５重量部を加えて
室温下で回転数１５Ｏｒｐｍで２時間撹拌し、スチレン
をポリマー粒子に吸収させた後、７０℃で６時間重合を
行った。このとき、重合転化率は９６％であったつこの
ようにして得られたポリマー粒子は、数平均粒子径が１
０μｍ、数平均粒子径の±２０％以内の範囲すなわち粒
子径８．０〜１２．０μｍの範囲に属する粒子は全体の
８５重量％を占めていた。

この粒子を洗浄後、実施例１と同様にして充填時の圧力
２００　ｋｇ／ｃｄでカラムに充填し、さらにその理論
段数を求めたところ１４．０００段であった。

比較例２ 重合時の攪拌を回転数３Ｏｒｐｍでゆっくりと行ったほ
かは、比較例１と同様にして重合を行い、ポリマー粒子
を得た。このとき、重合収率は９６％であった。

このようにして得られたポリマー粒子は２μｍ〜３０μ
ｍの範囲に広く分布しており、数平均粒子径１２μ■、
数平均粒子径の±２０％以内の範囲すなわち粒子径９，
６〜１２．２μｍの範囲に属する粒子は全体の３０重量
％を占めていた。

）ぎに、この粒子を実施例２と同様にしてカラムに充填
し、さらにその理論段数を求めたところ、わずか２，０
００段であった。

実施例３ ３．５．５−トリメチルヘキサノイルペルオキシド「バ
ーロイル３５５ＴＪ５０重量部、ラウリル硫酸ナトリウ
ム４重量部および水５００重量部をホモジナイザーｒＴ
ｙｐｅ　１５　Ｍｌによって攪拌し、分散液滴が０．２
μｍ以下となるように微分散して分散体を調製した。

粒子径が０．２５μｍで粒子径の標準偏差が２％である
ポリスチレン粒子（シードポリマー粒子）の分散体（固
形分濃度１０％）１０重量部、水１５０重量部およびア
セトン１５０重量部の混合液中に、上記分散体を４等分
したものを１２時間毎に順次４回にわたって添加し、さ
らに分散体の全量を添加した後、２０℃で２４時間ゆっ
くり撹拌してシードポリマー粒子中に３．５．５−トリ
メチルヘキサノイルペルオキシドを析出・吸収させた。

次に、ポリビニルアルコール「ゴーセノールＧＨ２０」
の２．５％水溶液８，０００重量部、七ツマ−としてス
チレン４００重量部、ジビニルベンゼン６００重量部お
よびトルエン１００重量部を加え、４０℃で１時間撹拌
してシードポリマー粒子に七ツマ−を吸収させた後、７
０℃で５時間重合を行なった。このとき、重合転化率は
９７％であった。

得られたポリマー粒子は多孔性であり、その数平均粒子
径３．０μｍ、粒子径の標準偏差は数平均粒子径の５％
であり、数平均粒子径の±２０％以内の範囲ｔなわぢ粒
子径２゜４０〜３．６０μｍの範囲に属する粒子は全体
の９７重里％を占めていた。また、この粒子のＢＥＴ法
による表面積は２００ｍ／（Ｈであった・ この粒子を洗浄後クロロホルムに分散さ−せ、これを常
法によって充填時の圧力２５０　ｋｇ　／　ｄでステン
レス製カラム（内径７．５　ｎ、長さ６０１）に充填し
、クロマトグラフィー用カラムを作製した。このカラム
に°ついて、０．２容量％のアセトン１００ｍ１を流速
１．０　ｍ　ｌ　／分で注入して理論段数を測定したと
ころ、３０．０００段であった。

また、このようにして得られたクロマトグラフィー用カ
ラムを用い、サンプルとして分子量の異なる８種の標準
ポリスチレン（ブレソシャーゲミカル社製１分子量：　
８６０，０００．４９８，０００．９７，２００．５１
．０００．４，０００．２，８００．２．０ＧＯ，６０
０）の０１１％のクロロホルム溶液を用いて保持時間を
測定したところ、第１図に示すような結果が得られた。

比較例３ スチレン４０重量部、ジビニルベンゼン６０重量部およ
びトルエン１００重量部にｔ−ブチルパーオキシ−２−
エチルヘキサノエート「パーブチルＯＪ２重量部を溶か
し、さらにゴーセノールＧＨ２０の１０％水溶液１００
重量部および水２５０重量部を加え、回転数３ＱＱ　ｒ
　ｐ　ｍで激しく撹拌しながら７０℃で１０時間重合を
行なった。このとき、重合収率９６％であった。

このようにして得られたポリマー粒子は１μｍ〜１５μ
ｍの範囲に広く分布しており、数平均粒子径３．６μｍ
、数平均粒子径の±２０％以内の範囲すなわち粒子径２
．８８〜４．３２μｍの範囲に属する粒子は全体の３８
重量％を占めていた。

この粒子を実施例３と同様な方法でカラムに充填しよう
としたところ、小粒子の影響、具体的には粒子径１μｍ
程度の小粒子が大粒子の間隙に密に充填されたり、ある
いは小粒子同士が密に充填されることにより、充填時の
圧力が異常に上昇し、充填操作を行・うことができなか
った。

次に、この粒子を分級して数平均粒子径を３．２μｍ、
粒子径の標準偏差を１０％とし、実施例１と同様にして
カラムに充填し、その理論段数を測定したところ、わず
か６．０００段であった。

〔発明の効果〕

本発明によれば、小粒子径で、かつ粒子径分布が狭く分
級を要しないポリマー系のクロマトグラフィー用充填剤
を簡易なプロセスにより容易器こ製造することができる
。

本発明により得られる充填剤は１．排除クロマトグラフ
ィー、吸着クロマトグラフィー、分離クロマトグラフィ
ー、分配クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラ
フィー等に用いられる。

本発明によれば非多孔性あるいは多孔性のいずれの充填
剤も得ることができ、これらの充填剤は目的に応じて使
いわけることができる。特に、本発明によって得られる
充填剤が非多孔性の場合には、液体クロマトグラフィー
のうち、特にハイドロダイナミッククロマトグラフィー
（文献：高分子論文集旦、陽６．３４５，３６Ｌ３６５
　（１９８４）参照）の分野に好適にいることができる
や

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によって得られたクロマトグラフィー
用充填剤を用いて形成されたカラムの分解能を示す線図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）シードポリマー粒子の存在下において、ビニル系モ
   ノマーを水系媒体中で重合することにより、数平均粒子
   径が１〜３０μｍ、かつ数平均粒子径の±２０％以内の
   範囲に属する粒子が全体の８０重量％以上存在するクロ
   マトグラフィー用充填剤として用いられるポリマー粒子
   を得ることを特徴とするクロマトグラフィー用充填剤の
   製造方法。 ２）水系媒体中のシードポリマー粒子に、水に対する溶
   解度が０．０２重量％以下で分子量が５０００以下の油
   性物質を吸収させ、さらにビニル系モノマーを吸収させ
   た後、重合を行う特許請求の範囲第１項記載のクロマト
   グラフィー用充填剤の製造方法。 ３）水系媒体中のシードポリマー粒子に、微粒子状に分
   散させたビニル系モノマーを接触させて吸収させた後、
   重合を行う特許請求の範囲第１項記載のクロマトグラフ
   ィ用充填剤の製造方法。