DE10105289A1 - Poröser polymerer Formkörper - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines porösen polymeren Formkörpers sowie einen durch dieses Verfahren erhältlichen Formkörper. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des porösen polymeren Formkörpers in Trennprozessen. DOLLAR A Das Verfahren zur Herstellung des porösen polymeren Formkörpers umfaßt die Schritte: DOLLAR A (a) das Herstellen einer Mischung, welche mindestens ein hydrophobes, linear polymerisierendes Monomer, mindestens ein hydrophobes, vernetzend polymerisierendes Monomer, mindestens einen radikalischen Initiator, mindestens ein organsiches Lösungsmittel, mindestens ein Porogen, mindestens einen Emulgator und ferner 10 bis 60 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Gesamtmischung, enthält, DOLLAR A (b) das Herstellen einer Dispersion aus der in Schritt (a) hergestellten Mischung, DOLLAR A (c) das Polymerisieren der in der Dispersion enthaltenen linearen und vernetzenden Monomere und DOLLAR A (d) das Waschen und Trocknen des erhaltenen porösen polymeren Formkörpers. DOLLAR A Der erfindungsgemäße poröse polymere Formkörper eignet sich zur Trennung von Stoffgemischen, insbesondere zur adsorptiven Abtrennung von Substanzen aus physiologischen Flüssigkeiten und Lösungen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen porösen polymeren Formkörper. Genauer betrifft die Erfindung einen porösen polymeren Formkörper, der zur Trennung von Stoffgemischen geeignet ist, insbesondere zur adsorptiven Abtrennung von Substanzen aus physiologischen Flüssigkeiten und Lösungen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für den porösen polyme­ ren Formkörper, sowie dessen Verwendung in Trennprozessen.

Bei herkömmlichen Säulentrennverfahren wird das zu trennende Stoffgemisch mittels Druck oder Schwerkraft über bzw. durch ein Bett eines teilchenförmigen Trennmaterials, die sogenannte stationäre Phase, geleitet. Bei geeigneter Wahl des Trennmaterials wechselwirken die in dem zu trennenden Stoffgemisch enthaltenen Komponenten mit dem Trennmaterial und werden aufgrund beispielsweise einer unterschiedlichen Molekülgröße, Ladung oder Hydrophobie und einer dadurch bedingten unterschiedlich starken Wechselwirkung mit dem Trennmaterial unterschiedlich stark verzögert und in Zonen aufgetrennt, welche die Säule zeitverschoben verlassen und getrennt aufgefangen werden können. Es können auch eine oder mehrere Komponenten aus dem zu trennenden Stoffgemisch vollständig auf dem Trennmaterial haften bleiben und dadurch vom Stoffgemisch abgetrennt und gegebenenfalls isoliert werden.

Zum Packen bzw. Herstellen einer herkömmlichen Säule wird ein üblicherweise röhrenförmiger Behälter mit dem teilchenförmigen Trennmaterial gefüllt, und die Teilchen werden z. B. durch Schütteln oder Klopfen möglichst gleichmäßig verdichtet. Es kann jedoch auch bei sorgfältigem Packen der Säule nicht ausgeschlossen werden, daß die Säule nicht völlig gleichmäßig gepackt ist. Durch eine ungleichmäßige Säulenpackung oder Bedienungsfehler während des Trenn­ vorgangs, wie beispielsweise ein sogenanntes "Trockenlaufen" der Säule, kann es zur Riß- und/oder Kanalbildung im Säulenbett kommen, woraus eine Zonenverbreiterung und damit eine schlechtere Trennwirkung oder sogar der völlige Verlust der Trennwirkung resultieren können.

Damit das teilchenförmige Trennmaterial gut gepackt werden kann, sollten die Teilchen eine möglichst einheitliche Größe aufweisen. Das teilchenförmige Trennmaterial kann beispielsweise durch Suspensionspolymerisation oder Emul­ sionspolymerisation hergestellt werden. Da die erhaltenen Teilchen jedoch in der Regel polydispers sind, ist ein aufwendiges und wiederholtes Fraktionieren der Teilchen durch Aussieben der gewünschten Teilchengröße(n) notwendig, um Teilchen einer einheitlichen Größe zu erhalten.

Die Herstellung des teilchenförmigen Säulenmaterials und das anschließende Packen der Säule sind somit zeitaufwendig und kostspielig.

Zur Steigerung der Wirksamkeit der Säule sollte sie so gepackt sein, daß das Zwischenkornvolumen möglichst klein ist, und die zugängliche Oberfläche des Trennmaterials sollte möglichst groß sein. Daher ist es vorteilhaft, die mittlere Teilchengröße des Trennmaterials zu verringern. Mit der Verkleinerung des Zwischenkornvolumens verringern sich jedoch auch die Kanäle für den konvektiven Fluß, woraus ein erhöhter Gegen- bzw. Rückdruck resultiert. Zur Kompensation werden in solchen Fällen kürzere Säulen verwendet, woraus jedoch eine geringere Trennkapazität resultiert. Alternativ können bei der Trennung höhere Drücke angewandt werden, wobei in diesem Fall die Säule so konstruiert sein muß, daß sie diesen höheren Drücken standhalten kann. Eine Steigerung der Trennwirkung der Säule durch Verkleinerung der mittleren Teil­ chengröße ist also ebenfalls mit Nachteilen verbunden.

Besondere Probleme treten bei der Trennung von Gemischen auf, welche relativ große Teilchen, wie Proteinaggregate, Mizellen oder Nukleinsäuren enthalten. Solche großen Teilchen können während der Trennung auf einer herkömmlichen Säule durch die in den Zwischenräumen eines gepackten teilchenförmigen Trennmaterials auftretenden Scherkräfte zerstört oder abgebaut werden. Wenn nur kleinere Teilchen aus solchen Gemischen entfernt werden sollen, besteht eine weitere Gefahr darin, daß die großen Teilchen durch ein zu kleines Zwi­ schenkornvolumen am freien Fluß gehindert werden und dadurch ungewollt ebenfalls abgetrennt werden. Derartige Probleme treten beispielsweise bei der Abtrennung von Lipoproteinen mit geringer Dichte ("low density lipoproteins", "LDL"), wie beispielsweise LDL-Cholesterinen, aus Vollblut auf.

Zusammenfassend sind mit dem Gebrauch teilchenförmiger Trennmaterialien einige Nachteile verbunden und im Stand der Technik wurde daher bereits versucht, an Stelle eines teilchenförmigen Trennmaterials eine zusammenhängen­ de, poröse Matrix als Trennmaterial zu verwenden.

So betrifft WO 90/07965 eine Chromatographiesäule in Form eines wasser­ unlöslichen Stopfens aus einem vernetzten Polymer, welches einen ausreichen­ den Vernetzungsgrad und eine ausreichende Hydrophilie aufweist, um Kanäle zu bilden, die für makromolekulare Eluenten durchlässig sind. Der Stopfen ist zur chromatographischen Trennung mittels Schwerkraft geeignet, nicht jedoch zur Trennung mittels Überdruck, da es sich erwiesen hat, daß der Stopfen bei Druckbeaufschlagung kollabiert. Die Kanäle sind groß genug, um einen hydro­ dynamischen Fluß zu erlauben. Der Stopfen wird durch die Polymerisation von wasserlöslichen Monomeren in wäßriger Lösung hergestellt, aus der das ent­ stehende wasserunlösliche Polymer ausfällt.

WO 93/07945 beschreibt eine Chromatographiesäule, welche ein Trennmedium in Form eines kontinuierlichen makroporösen Polymerstopfens enthält. Der Stopfen wird durch Polymerisation eines Polyvinylmonomers, vorzugsweise eines Gemisches aus einem Polyvinylmonomer und einem Monovinylmonomer in Gegenwart eines Initiators, eines Porogens und gegebenenfalls von makroporö­ sen Polymerteilchen hergestellt. Durch die Anwesenheit niedermolekularer und/oder polymerer Porogene bilden sich große Poren mit einem Durchmesser < 600 nm und kleine Poren mit einem Durchmesser von < 200 nm, wobei die großen Poren mindestens 10% des Gesamtporenvolumens ausmachen. Dieses Trennmaterial weist den Nachteil auf, daß die Adsorption kleiner Teilchen möglich ist.

WO 97/19347 beschreibt eine kontinuierliche makroporöse Matrix aus einem vernetzten organischen Polymer, welche durch Polymerisation eines "High Internal Phase Emulsion"(HIPE)-Systems, d. h. einer Wasser-in-Öl-Emulsion organischer Monomere hergestellt wird, wobei die Wasserphase der Emulsion mindestens 75 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 90 Gew.-%, beträgt und wobei die Polymerisation in einer offenen porösen Struktur resultiert, welche einen konvektiven Fluß durch die makroporöse Matrix erlaubt. Das Verfahren zur Herstellung einer makroporösen Matrix mittels eines derartigen HIPE-Systems weist jedoch u. a. den Nachteil auf, daß der Emulsion erhebliche Mengen eines grenzflächenaktiven Mittels zugegeben werden müssen (laut WO 97/19347 bis zu 30 Gew.-%, bezogen auf die Ölphase), um die Emulsion zu stabilisieren. Neben dem wirtschaftlichen Nachteil können derartige grenzflächenaktive Mittel, insbesondere ionische grenzflächenaktive Mittel, nicht vollständig aus der ent­ stehenden polymeren Matrix entfernt werden, wodurch die Trenneigenschaften der Matrix negativ beeinflußt werden können. Insbesondere ist eine Funktionali­ sierung der Oberfläche nur bedingt möglich, wenn sich Tenside in der Grenzfläche befinden. Bei einer Funktionalisierung der Oberfläche durch Oxiran stören beispielsweise Reaktionen des Oxirans mit den Tensidresten R-SO₃H. Außerdem verändert sich die Oberfläche der Matrix, da eine Lyse von Mizellen auftreten kann.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen porösen polymeren Formkörper bereitzustellen, welcher weder die Nachteile eines teilchenförmigen Trennmaterials, noch die der bisher bekannten matrixförmigen Trennmaterialien aufweist. Insbesondere sollte ein poröser Formkörper bereitgestellt werden, in dem einerseits möglichst kleine Teilchen mit einer entsprechend großen Gesamt­ oberfläche für die adsorptive Trennung vorhanden sind und sich andererseits zwischen den Teilchen große, miteinander verbundene Poren bzw. Hohlräume befinden, damit der freie Fluß größerer Bestandteile des zu trennenden Stoff­ gemisches möglichst wenig behindert wird, wobei die Teilchen zur Gewährleistung einer ausreichenden mechanischen Stabilität kovalent miteinander verbunden sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen porösen polymeren Formkörpers sowie ein Verfahren zur Ausbildung eines formschlüssigen Gehäuses um den Formkörper anzugeben.

Diese Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Aus­ führungsformen gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung eines porösen polymeren Formkörpers bereitgestellt, welches die Schritte umfaßt:

• a) das Herstellen einer Mischung, welche mindestens ein hydrophobes, linear polymerisierendes Monomer, mindestens ein hydrophobes, vernetzend polymerisierendes Monomer, mindestens einen radikalischen Initiator, mindestens ein organisches Lösungsmittel, mindestens ein Porogen und mindestens einen Emulgator und ferner 10 bis 60 Gew.-% Wasser, bezo­ gen auf die Gesamtmischung, enthält,
• b) das Herstellen einer Dispersion aus der in Schritt (a) hergestellten Mischung,
• c) das Polymerisieren der in der Dispersion enthaltenen linearen und vernetzenden Monomere (zum Zeitpunkt der Initiierung der Reaktion liegt eine klare Lösung vor) und
• d) das Waschen und Trocknen des erhaltenen porösen polymeren Formkör­ pers.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch Polymerisation der vorstehend definierten Dispersion ein poröser polymerer Formkörper entsteht, der eine außergewöhnliche Struktur aufweist, welche kleine, miteinander durch kovalente Bindungen verknüpfte, annähernd globuläre Teilchen umfaßt, welche in dem porösen Formkörper so angeordnet sind, daß sie Poren bilden, welche größer sind, als das Zwischenkornvolumen einer Teilchenschüttung aus Teilchen gleicher Größe. Durch die kovalente Verknüpfung der annähernd globulären Teilchen sind diese großen Poren fixiert und damit mechanisch stabil.

Erfindungsgemäß umfaßt die in Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Mischung mindestens ein hydrophobes, linear polymerisierendes Monomer, mindestens ein hydrophobes, vernetzend polymerisierendes Monomer, mindestens einen radikalischen Initiator, mindestens ein organisches Lösungs­ mittel, mindestens ein Porogen, mindestens einen Emulgator und 10 bis 60 Gew.- % Wasser, bezogen auf die Gesamtmenge der Mischung. Die Komponenten dieser Mischung bilden ein Zwei-Phasen-System, wobei die hydrophobe bzw. lipophile Phase im folgenden als Ölphase und die hydrophile bzw. lipophobe Phase im folgenden als Wasserphase bezeichnet wird.

Die Ölphase umfaßt die hydrophoben Komponenten, d. h. das mindestens eine hydrophobe, linear polymerisierende Monomer, das mindestens eine hydrophobe, vernetzend polymerisierende Monomer, den mindestens einen radikalischen Initiator, das mindestens eine organische Lösungsmittel und mindestens ein Porogen.

Der Begriff "hydrophobes Monomer" bedeutet erfindungsgemäß, daß ein der­ artiges Monomer im wesentlichen nicht mit Wasser mischbar ist und sich im wesentlichen nicht in der wäßrigen Phase löst.

Das mindestens eine hydrophobe, linear polymerisierende Monomer kann eine Verbindung mit einer radikalisch polymerisierbaren Doppelbindung sein und ist vorzugsweise ein acrylisches, methacrylisches oder vinylisches Monomer. Beispielsweise können als hydrophobe, linear polymerisierbare Monomere Acrylsäure und deren Ester, Methacrylsäure und deren Ester, wie Methylmethacrylat (MMA), und Glycidylmethacrylat (GMA) verwendet werden. Insbesondere können die linear polymerisierenden Monomere neben der radikalisch polymerisierenden Doppelbindung weitere funktionelle Gruppen enthalten, so daß nach der Umsetzung zum porösen polymeren Formkörper eine Funktionalisierung der inneren Oberfläche des porösen Formkörpers möglich ist. Die Monomere können beispielsweise ein gespanntes heterocyclisches System als funktionelle Gruppe enthalten. Vorzugsweise ist das gespannte heterocyclische System ein Dreiring, ausgewählt aus der Gruppe von Epoxiden, Aziridinen und Episulfiden. Die vorgenannten Gruppen können dabei unsubstituiert oder mit Alkyl-, Aryl-, Aralkyl- oder entsprechenden Silizium­ organischen Verbindungen, wie beispielsweise Trialkylsilyl- oder Triarylsilylresten, substituiert sein. Ein besonders bevorzugtes linear polymerisierendes Monomer ist Glycidylmethacrylat, sowie leicht hydrolysierbare Ester der Acrylsäure oder allylische Verbindungen. Die beschriebenen Monomere können alleine oder als Gemisch verwendet werden.

Neben dem mindestens einen linear polymerisierenden Monomer wird mindestens ein hydrophobes, "vernetzend polymerisierendes Monomer", welches im folgenden auch Vernetzer genannt wird, eingesetzt. Ein derartiger Vernetzer umfaßt mindestens zwei radikalisch polymerisierbare Gruppen pro Molekül und als Beispiele können Divinylbenzole, Divinylnaphthaline, Alkandiolacrylate oder - methacrylate, wie Ethylenglycoldimethacrylat, Butandioldimethacrylat, Hexan­ dioldimethacrylat und Trimethylolpropantrimethacrylat, sowie mindestens bifunk­ tionalisierte Polyethylenglycole oder hydrophile, funktionalisierte Polyvinylalkohole genannt werden. Besonders bevorzugt sind Divinylbenzol und Ethylenglycol­ dimethacrylat.

Linear polymerisierende Monomere und vernetzend polymerisierende Monomere werden vorzugsweise in einem Gewichtsverhältnis von < 50%, besonders bevorzugt < 20% vernetzend polymerisierende Monomere, bezogen auf die Summe aus linear polymerisierenden Monomeren und vernetzend polymerisierenden Monomeren, verwendet. Das oder die vernetzend polymerisierende(n) Monomer(e) sollen zu mindestens 10 Gew.-% vorhanden sein.

Als radikalische bzw. radikalbildende Initiatoren können übliche, in der Ölphase lösliche, freie Radikale bildende Verbindungen verwendet werden. Bevorzugt sind Azoverbindungen und Peroxide. Besonders bevorzugt ist Peroxodicarbonat. Solche Initiatoren können alleine oder als Gemisch verwendet werden. Vorzugs­ weise werden sie in einem Anteil von < 0,5 bis etwa 2 Gew.-%, bezogen auf die polymerisierbaren Monomere, eingesetzt. Die Zersetzungstemperatur des Initiators liegt vorzugsweise unterhalb der Siedepunkte der in der Mischung vorhandenen Monomere und Lösungsmittel.

Die Ölphase umfaßt ferner mindestens ein organisches Lösungsmittel, in welchem das Polymer nur begrenzt löslich ist und dessen Menge vorzugsweise von 20 bis 40 Gew.-%, bezogen auf die Ölphase, beträgt. Die Löslichkeit eines Polymeren in einem bestimmten Lösungsmittel ist nicht nur abhängig von der Art des Lösungsmittels, sondern auch vom Molekulargewicht des Polymeren. So können in einem bestimmten Lösungsmittel Polymere mit niedrigem Molekulargewicht noch löslich sein, wohingegen Polymere mit höherem Molekulargewicht nicht mehr in dem Lösungsmittel löslich sind und es erfolgt nach Überschreiten eines bestimmten Molekulargewichts ein Ausfällen des Polymeren aus der Lösung. Die Größe der globulären Teilchen in dem porösen Formkörper kann durch die Wahl des Lösungsmittels gesteuert werden. Je schlechter sich das entstehende Polymer in dem Lösungsmittel löst, um so kleiner sind die den Formkörper aufbauenden Teilchen, da eine Fällung des Polymeren bereits bei niedrigeren Molekulargewichten erfolgt.

Als organische Lösungsmittel für das bzw. die Monomer(e) können übliche Lösungsmittel verwendet werden und vorzugsweise werden Cyclohexanon oder andere cyclische, lineare oder verzweigte, kurzkettige Kohlenwasserstoffe, d. h. Kohlenwasserstoffe mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen, eingesetzt.

Ferner wird erfindungsgemäß dem Reaktionsgemisch ein Nichtlösungsmittel für das entstehende Polymer, ein sogenanntes Porogen zugegeben, welches eine Fällung des Polymeren bei kleineren Molekulargewichten und damit eine geringe Teilchengröße der Polymerteilchen und die Ausbildung der Poren in den Poly­ merpartikeln bewirkt. Das Nichtlösungsmittel für das entstehende Polymer ist ferner nicht wasserlöslich und ist vorzugsweise ein längerkettiger Alkohol. Besonders bevorzugt sind Alkohole mit einer Kettenlänge von 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise Octanol, Decanol, Dodecanol und Octadecanol.

Die Wasserphase umfaßt Wasser und mindestens einen Emulgator bzw. Stabili­ sator, wie ein Schutzkoloid und/oder eine oberflächen- oder grenzflächenaktive Substanz.

Erfindungsgemäß umfaßt die Mischung Wasser in einer Menge von 10 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 50 Gew.-%, mehr bevorzugt 20 bis 40 Gew.-% und am meisten bevorzugt 25 bis 35 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmischung.

Der gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzte Emulgator bzw. Stabilisator ist vorzugsweise mindestens ein wasserlösliches Polymer. Beispiele sind Phenyl­ dextran, Allyldextran, Agarose und deren Derivate, wasserlösliche Cellulose­ derivate und wasserlösliche synthetische Polymere, wie Polyvinylalkohol, Poly­ hydroxyethylvinylether, Polyethylenglycol, Polyhydroxyethylacrylate, Polyacryl­ säuren, Polyvinylpyrrolidon, Polyacrylamide und deren Derivate. Besonders bevorzugt sind wasserlösliche oder in Wasser emulgierbare Polyvinylalkohole. Der Emulgator wird vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgemisch, eingesetzt.

Im Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise durch mechanische Agitation, wie intensives Rühren, eine ausreichend stabile Disper­ sion bzw. Emulsion der Bestandteile hergestellt. "Ausreichend stabil" bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, daß bis zur Ausbildung der Matrixstruktur des porösen polymeren Formkörpers aus kovalent miteinander verbundenen, annähernd globulären Polymerteilchen der gewünschten Größe durch die Polymerisation keine Phasentrennung, d. h. kein "Brechen" der Disper­ sion stattfindet.

Gemäß Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die in der stabilen Dispersion enthaltenen Monomere durch Temperaturerhöhung, vorzugsweise über den Zersetzungspunkt des radikalischen Initiators hinaus, polymerisiert. Vorzugsweise wird die Polymerisation in einer Schutzgasatmosphäre, beispiels­ weise unter Stickstoff oder Argon, durchgeführt. Es können die üblichen Bedin­ gungen einer Lösungs-, Dispersions- und/oder Emulsionspolymerisation ange­ wendet werden.

Nach abgeschlossener Polymerisation kann der feste poröse polymere Formkör­ per aus dem Polymerisationsgefäß entfernt werden. Zum Entfernen beispielsWeise des mindestens einen Porogens und von Resten nicht umgesetzter Mono­ mere kann der poröse Formkörper gemäß Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens mit geeigneten Lösungsmitteln gewaschen werden. Geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise Methanol, Ethanol, Isopropanol, Benzol, Toluol, Aceton, Diethylether, Tetrahydrofuran und Dioxan. Das Waschen wird vorzugsweise durch Durchpumpen des Lösungsmittels durch den Formkörper durchgeführt. Nach dem Waschen wird der poröse Formkörper getrocknet.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen durch das erfindungsgemäße Verfahren erhältlichen, porösen polymeren Formkörper.

Der erfindungsgemäße poröse polymere Formkörper weist eine Struktur auf, in der kleine globuläre bzw. annähernd globuläre Teilchen miteinander kovalent verbunden sind. Die kleinen globulären Teilchen weisen vorzugsweise einen Durchmesser von 1 bis 50 µm, besonders bevorzugt von 1 bis 10 µm, auf. Diese kleinen globulären Teilchen sind in dem porösen Formkörper so angeordnet, daß sie große Poren bilden, welche größer als das Zwischenkornvolumen einer Teilchenschüttung aus Teilchen gleicher Teilchengröße sind. Vorzugsweise weisen die Poren einen Durchmesser von 0,5 bis 10 µm auf. Da die kleinen Teilchen miteinander durch kovalente Bindungen fest miteinander verbunden sind, sind die großen Poren mechanisch stabil und fixiert und verändern sich nicht durch eine mechanische und/oder thermische Behandlung des porösen Formkörpers.

Der erfindungsgemäße poröse polymere Formkörper weist vorzugsweise ein Porenvolumen von 1 bis 2 ml/g auf.

Die Abbildungen zeigen:

Die Abb. 1 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der Ober­ fläche eines gemäß Beispiel 1 erhaltenen, erfindungsgemäßen porösen polyme­ ren Formkörpers. Die Oberfläche weist eine regelmäßige Struktur von kleinen, miteinander verbundenen, globulären Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 10 µm auf, zwischen denen sich größere Hohlräume befinden.

Die Abb. 2 zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Bruchfläche eines gemäß Beispiel 1 erhaltenen, erfindungsgemäßen porösen polymeren Formkörpers, durch welche bestätigt wird, daß die bereits in Abb. 1 gezeigte Struktur der Oberfläche des porösen Formkörpers sich über den ge­ samten Querschnitt des Formkörpers ausgebildet hat.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Adsorptionskapazität des erfindungsgemäßen Formkörpers im wesentlichen unabhängig von der angeleg­ ten Flußrate ist und so hohe Flußraten verwirklicht werden können. Der Grund dafür liegt vermutlich an der speziellen Struktur des erfindungsgemäßen porösen polymeren Formkörpers. Die relativ großen Hohlräume zwischen den annähernd globulären, kovalent verknüpften Teilchen gestatten eine hohe Flußrate selbst bei Stoffgemischen, die mit gröberen Bestandteilen beladen sind, wobei die Hohlräu­ me aufgrund der kovalenten Verknüpfung der sie bildenden Polymerteilchen auch bei Auftreten höherer Drücke stabil bleiben. Andererseits besitzt die Polymermatrix eine sehr große Oberfläche wegen der Zusammensetzung aus annähernd globulären Teilchen mit einem geringen Durchmesser, wobei der größte Teil der Teilchenoberflächen durch konvektive Strömung erreichbar ist. Die in den kleinen Poren der Teilchen auftretende diffusive Strömung tritt daher in ihrer Bedeutung zurück, so daß die Kinetik der Adsorption nicht durch diffusionskontrollierten Stofftransport bestimmt wird.

Daher ist der poröse polymere Formkörper hervorragend für den Einsatz z. B. in der Adsorptionstherapie geeignet, beispielsweise zur Entfernung spezifischer Plasmabestandteile wie LDL-Cholesterinen, aus Vollblut.

Ferner besitzt der poröse Formkörper die Eigenschaft, daß er heißdampfsterilisier­ bar ist.

Zur Verbesserung der Adsorptionseigenschaften ist die Oberfläche der polymeren Matrix des erfindungsgemäßen porösen polymeren Formkörpers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform modifiziert. Bei Verwendung eines oder mehrerer Monomere mit funktionellen Gruppen, wie beispielsweise Glycidylmethacrylat, können nach abgeschlossener Polymerisation und Ausbildung des erfindungs­ gemäßen porösen Formkörpers diese funktionellen Gruppen polymeranalog umgesetzt werden. Bei Verwendung von Glycidylmethacrylat als Monomer kann beispielsweise der daraus entstandene poröse Formkörper mit mindestens einem Polyelektrolyten umgesetzt werden, wobei der mindestens eine Polyelektrolyt unter Ringöffnung des Epoxidrings durch direkte, kovalente Bindung an die Polymeroberfläche des porösen Formkörpers gebunden wird.

Die äußere Form des erfindungsgemäßen porösen Formkörpers ist nicht be­ schränkt. Beispielsweise kann die Form des Formkörpers durch geeignete Wahl des Reaktionsgefäßes bestimmt werden, da sich das polymerisierende Gemisch naturgemäß völlig den Konturen des Gefäßes anpaßt. Damit besteht die Möglich­ keit, den porösen polymeren Formkörper bereits in dem Gefäß herzustellen, dessen Form dem späteren bestimmungsgemäßen Gebrauch angepaßt ist, beispielsweise als Chromatographiesäule.

Der Formkörper kann jedoch auch nachträglich mechanisch in jede gewünschte Form gebracht und in ein entsprechendes Gehäuse eingesetzt werden. Dabei sollten die äußeren Dimensionen des Formkörpers generell etwas größer sein, als diejenigen des Gehäuses, damit der Formkörper gegen die Gehäusewandung gepreßt wird, um Hohlräume und/oder unerwünschte Kanäle zu vermeiden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das den porösen Formkörper umhüllende Gehäuse aus einem auf den Formkörper aufgetragenen oder aus einem auf ihm gebildeten Film eines polymeren Materials gebildet. Ein solcher Film ist flexibler als starre Säulen, so daß der Formkörper, beispielsweise bei einem Lösungsmittelwechsel oder beim Sterilisieren mit Heißdampf, in Grenzen frei expandieren kann. Ferner wird der Formkörper von dem Film paßgenau umschlossen und haftet besser als beispielsweise eine Oberfläche aus Glas, da sich der Film der Oberflächenstruktur des Formkörpers anpaßt bzw. geringfügig in die oberflächennahen Bereiche des Formkörpers eindringt. Bei Verwendung einer Schrumpffolie kann dieser Effekt noch verstärkt werden.

Zur Herstellung des Gehäuses um den porösen Formkörper kann der poröse Formkörper mit einer Folie aus einem geeigneten Polymer umhüllt und diese zur Ausbildung eines geschlossenen Gehäuses verschweißt werden. Es kann aber auch eine Schmelze des Polymeren mit geeigneter Viskosität auf die Oberfläche des Formkörpers aufgetragen und durch Abkühlung verfestigt werden.

Vorzugsweise wird das Gehäuse jedoch auf dem Formkörper durch Polymerisa­ tion in situ gebildet. Für die Herstellung eines Films durch Polymerisation sind Monomere besonders geeignet, welche durch Polyadditions- oder Poly­ kondensationsreaktionen polymerisieren, es können aber auch radikalisch poly­ merisierbare Monomere verwendet werden. Für die Herstellung eines derartigen Films, bzw. Gehäuses können beispielsweise Polyurethane, Epoxidharze und Polyester-Reaktivharzmischungen verwendet werden, welche als Film bzw. als Beschichtung eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um den bei den Trenn­ vorgängen auftretenden Drücken genügend Widerstand zu leisten. Für die Trennung von physiologischen Flüssigkeiten, pharmazeutischen Wirkstoffen oder Lebensmitteln, sind neben dem porösen Formkörper auch solche Beschichtungen heißdampfsterilisierbar. Bei entsprechender Auswahl des Monomers oder Poly­ mers können transparente Gehäuse gebildet werden, sofern dies bei bestimmten Anwendungsfällen von Vorteil ist. Ferner ist eine Haftung des polymeren Films mit der Oberfläche des Adsorbermaterials erwünscht.

Es können auch Dispersionen von Präpolymeren, welche zur Filmbildung vernetzt werden, oder hochviskose Lösungen oder Dispersionen eines Kunststoffs mit hohem Molekulargewicht, welcher nach dem Eintrocknen der Lösung für das die Säulenpackung durchströmende Medium unlöslich ist, zur Bildung eines Film auf dem porösen Formkörper verwendet werden.

Die Dicke eines derartigen polymeren Films kann beliebig variiert werden, beträgt aber aus wirtschaftlichen Gründen höchstens 5 mm. Ferner sollte der polymere Film für die anschließende Verwendung eine ausreichende Festigkeit aufweisen, so daß seine Dicke vorzugsweise mindestens 0,2 mm beträgt.

Der erfindungsgemäße poröse Formkörper kann je nach Auswahl der funktionel­ len Gruppen des Monomers oder anschließender Funktionalisierung des porösen Formkörpers in jedem Trennverfahren angewandt werden. Beispielsweise sind Anwendungen in der (Bio-)Affinitätschromatographie, der Ionenaustausch- Chromatographie, der Hydrophob-Chromatographie oder als Molekularsieb möglich.

Der erfindungsgemäße Formkörper eignet sich, wie bereits erwähnt, insbesondere zur selektiven Eliminierung von Bestandteilen, wie beispielsweise pathogenen Biopolymeren aus physiologischen Flüssigkeiten, insbesondere aus Vollblut, Plasma und Serum, z. B. bei der sogenannten Adsorptionstheraphie. Beispielsweise können gegebenenfalls nach geeigneter Funktionalisierung der inneren Oberfläche des porösen Formkörpers selektiv Lipoproteine mit einer spezifischen Dichte < 1,063 kg/l, aus Blut, Plasma oder Serum abgetrennt werden. Eine Anreicherung solcher Low-Density-Lipoproteine, wie LDL-Cholesterinen, im Blut steht im Verdacht, Atherosklerose hervorzurufen und bedingt so ein erhöhtes Herzinfarktrisiko.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

In ein Becherglas werden 6 Gew.-Teile Glycidylmethacrylat, 3 Gew.-Teile Ethylen­ glycoldimethacrylat, 9 Gew.-Teile Cyclohexanon, 9 Gew.-Teile Dodecanol, 0,1 Gew.-Teile Peroxodicarbonat, 0.4 Gew.-Teile Polyvinylalkohol (Fa. Fluka; Prod. Nr. 81386, 100.000 g/mol, Viskosität 35-45 mPas (4%, 20°C), Hydrolysegrad 86- 89%) und 12 Gew.-Teile Wasser gegeben und durch intensives Rühren homogenisiert. Sobald das Gemisch homogenisiert ist, wird das Rühren abgebrochen, der Rührer entfernt und die stabile Dispersion unter Stickstoffatmosphäre auf 50°C erwärmt, wodurch der Initiator zerfällt und die Polymerisation initiiert wird. Nach abgeschlossener Polymerisation wird der Formkörper aus der Form genommen und mit einem Lösungsmittel, wie Aceton und Ethanol (Methanol) oder Isopropanol, gewaschen und getrocknet.

Es ergab sich ein poröser polymerer Formkörper, dessen Struktur in Abb. 1 und Abb. 2 gezeigt ist.

Beispiel 2

Beispiel 1 wird mit Styrol als linear polymerisierendem Monomer und Divinylbenzol als Vernetzer wiederholt.

Beispiel 3 (Bilden eines Gehäuses um den Formkörper)

Der in Beispiel 1 erhaltene poröse Formkörper wurde in einen Behälter mit einem größeren Durchmesser als der poröse Formkörper gestellt und Elastocoat (der Firma Elastogran, Tochtergesellschaft der BASF AG), aus Komponente A (C 6947 V 0536) und Komponente B (C 6947) gemischt, wurde in den Zwischenraum zwischen Behälterwand und porösem Formkörper eingefüllt. Das entstehende Polyurethan ist nach wenigen Minuten ausgehärtet und der mit Polyurethan (PU) beschichtete poröse Formkörper kann aus dem Behälter entfernt werden.

Die PU-Beschichtung haftet gut an dem porösen Formkörper, ist mechanisch stabil, transparent und heißdampfsterilisierbar.

Die gute Haftung der PU-Beschichtung kann durch kovalente Bindungen teil­ hydrolysierter Bereiche des Formkörpers mit den Isocyanatgruppen der Re­ aktionsmischung und durch ein oberflächliches Eindringen der Polymerisations­ mischung in den porösen Formkörper erklärt werden. Insbesondere reagieren Oxirangruppen mit Basen und Säuren zu Diolen, die mit Isocyanaten zu Uretha­ nen weiterreagieren können.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung eines porösen polymeren Formkörpers, welches die Schritte umfaßt:

• a) das Herstellen einer Mischung, welche mindestens ein hydrophobes, linear polymerisierendes Monomer, mindestens ein hydrophobes, vernetzend polymerisierendes Monomer, mindestens einen radika­ lischen Initiator, mindestens ein organisches Lösungsmittel, minde­ stens ein Porogen, mindestens einen Emulgator und ferner 10 bis 60 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Gesamtmischung, enthält,
• b) das Herstellen einer Dispersion aus der in Schritt (a) hergestellten Mischung,
• c) das Polymerisieren der in der Dispersion enthaltenen linearen und vernetzenden Monomere und
• d) das Waschen und Trocknen des erhaltenen porösen polymeren Formkörpers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mischung 15 bis 50 Gew.-% Wasser enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mischung 20 bis 40 Gew.-% Wasser enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mischung 25 bis 35 Gew.-% Wasser enthält.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine organische Lösungsmittel einen cyclischen, linearen oder verzweigten, kurzkettigen Kohlenwasserstoff umfaßt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das organische Lösungsmittel Cyclohexanon ist.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Porogen mindestens einen längerkettigen Alkohol und/oder eine längerkettige Carbonsäure umfaßt.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Porogen Dodecanol ist.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine linear polymerisierende Monomer ein acryli­ sches, methacrylisches oder vinylisches Monomer ist.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das linear polymerisierende Monomer Glycidylmethacrylat ist.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine vernetzend polymerisierende Monomer Ethy­ lenglycoldimethycrylat oder Divinylbenzol ist.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine linear polymerisierende Monomer und/oder das mindestens eine vernetzend polymerisierende Monomer mindestens eine weitere funktionelle Gruppe aufweist.

13. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Emulgator ein wasserlösliches Polymer ist.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Emulgator Polyvinylalkohol ist.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine radikalische Initiator ein Peroxid- oder eine Azoverbindung ist.

16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der radikalische Initiator Peroxodicarbonat ist.

17. Poröser Formkörper, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der An­ sprüche 1 bis 16.

18. Formkörper nach Anspruch 17, wobei die Oberfläche der Polymermatrix des Formkörpers modifiziert ist.

19. Formkörper nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei der Formkörper von einem Gehäuse aus einem Polymerfilm umschlossen wird.

20. Verwendung des porösen polymeren Formkörpers nach einem der An­ sprüche 17 bis 19 in Trennprozessen.