親水性ポリ−Ｎ−ビニルピロリドンの製造方法およびその使用
本発明は、分散重合による、マイクロメートル範囲で可能な限り大きな球形の単分散ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）シード粒子の製造方法に関する。この方法で得た粒子は、マクロ多孔性ポリマー粒子の製造のための新規な出発物質であり、これは次に、タンパク質調製用の分取および分析クロマトグラフィにおいて用いることができる。これらはまた、さらなる反応のための原料物質としても用いることができる。
Ｎ−ビニルピロリドンの重合のための、費用効率的に実施できる新規な方法は、例えば単分散性、球形度および粒径などの最適化されたパラメータを有する粒子の製造を可能とし、これはさらなる反応において用いることができ、クロマトグラフィ分離法での使用について、有利な、特に改善された、特性を有する。
Ｎ−ビニルピロリドンの重合のための、費用効率的に実施できる新規な方法は、例えば単分散性、球形度および粒径などの最適化されたパラメータを有する粒子の製造を可能とし、これはさらなる反応において用いることができ、クロマトグラフィ分離法での使用について、有利な、特に改善された、特性を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常に狭い粒径分布を有する球状ポリ−Ｎ−ビニルピロリドン粒子の製造のための新規な方法、およびその使用に関する。
液体クロマトグラフィは、生体分子、特にタンパク質の調製、分離および分析用の方法として、化学および生化学において益々注目を集めている。有機ポリマーベースの物質は、ここで固定相に非常に好適であることが証明された。これらの高い化学的安定性は、代替のシリカゲルを用いることができない条件下における使用を可能とする[１]。
分取クロマトグラフィ法の経済的効率には、最適な分離効率と可能な限り高いスループット、同時に低い操作圧力が必要とされる。そのための重要な因子は、充填材料の粒径、球形度、および単分散性である。これが非球形の非常に小さい粒子、または異なる大きさの粒子で構成されていると、カラム内に不規則な圧密が生じる可能性があり、分離効率、圧力／流量挙動および再現性に悪影響を及ぼす。
【０００２】
しかし、単分散マクロ多孔性ポリマー粒子は、過去には最大２μｍのサイズまでしか入手できなかった[２]。
J. Ugelstad（「２段膨潤法」）および J.W. Vanderhoff（「逐次シード法」）による開発から始まり、小さなシード粒子(seed particles)を、単分散性を失うことなく膨潤過程によってその容積を増大して成長させることが、次第に可能となった[２３〜２８]。シード粒子の製造は分散重合により行われ、ポリスチレンおよび時には他のポリマーについての文献において、詳細に記載されている[１２、１３、１４、１８、２１]。
【０００３】
タンパク質の単離および精製においては、各生体分子が、クロマトグラフィ材料の表面と特定の吸着性相互作用するという事実が利用される。シード重合の支援により、現在、支持フレームワークとしてのシードポリマーから出発して、目的に適合した表面を有する粒子鞘を構築することが可能になっている。これは、成長および／または表面修飾の間に一定のモノマーを用いることにより実現され、これにより、所望のタンパク質の、官能基による粒子表面への固定（不動化）が確実になる[１、２、５、６、７、８]。タンパク質の調製には、用いるこの坦持材料は好ましくは親水性マトリクスであり、その理由は、タンパク質が粒子表面の疎水性領域と非特異的相互作用を行い、これが分離効率に悪影響を有するからである[１、３〜６]。
ポリビニルピロリドンを、Ｎ−ビニルピロリドンのフリーラジカル重合により調製することが知られている。
【０００４】
第１のステップにおいて、たとえばアゾ化合物または過酸化物などの開始剤の分解（通常は熱による）は、フリーラジカルの形成をもたらす。これらはビニルピロリドン分子と反応して、新しいフリーラジカルをもたらす（連鎖開始）。
連鎖成長の間、さらなるモノマー単位が加えられて、次第にマクロラジカルが形成される。連鎖成長は、２つのフリーラジカルが結合するか、または不均化する時に停止する（連鎖停止）[３１]。
図１は、ビニルピロリドンのフリーラジカル重合における反応ステップを示す。
【０００５】
分散重合は、析出重合の特別なケースである。反応の初めに、モノマー、開始剤、および安定剤または分散剤は均一な溶液中にある。反応中、安定な分散体が形成され、ここでポリマーは非連続相に、溶媒は連続相に生成される。反応溶媒の特徴は、モノマー、開始剤および安定剤に対する良好な溶解能力であり、一方、形成されるポリマーは臨界分子量から析出する。安定剤の重要な特性は、そのポリマー親和性および溶媒親和性なセグメントであり、安定剤が、生じるポリマー粒子の表面にポリマー親和性部分により吸着されること、および粒子の凝集および融解が立体効果を介して防止されることを意味する。用いる立体安定剤は、通常、ポリマーまたはコポリマーである。安定化作用は、その分子量および反応溶媒に対する溶解性に特に依存する。
【０００６】
図２は、立体安定化作用の原理を図示したものである（製紙のウェットエンド化学の小百科事典(Mini-Encyclopaedia of Papermaking Wet-end Chemistry)より）。
生じるポリマーの溶解性に影響を及ぼすために、共安定剤を用いて、溶媒または架橋物質の極性を変化させる[１１〜２２、３８]。
最終粒子のサイズ、サイズ分布、平均分子量および球形度は、多数のパラメータ設定に影響される。文献には、モノマー、開始剤および安定剤の種類および濃度、ならびに反応温度と溶媒の極性の変化の効果について、多くの著者の報告がある。
【０００７】
ある著者らは、実験データに基づいて、種々の反応条件下、成分の組成を変化させた分散重合におけるポリマー粒子の形成および発達についての、機構的モデルについて記載している。分散重合の過程は、３つの連続的段階に分けられる：
− 重合の開始および連続相における連鎖成長
− 粒子の形成
− 粒子の成長相
【０００８】
開始は、開始剤分子の熱分解によって２つのフリーラジカルを形成することにより、引き起こされる。フリーラジカル重合の連鎖成長ステージでは、反応は最初、臨界分子量に到達するまで溶液中で進行し、ポリマーが析出する。形成相の間、析出したオリゴマーが凝集して不安定な粒子を形成し、同時に安定剤分子を吸着する。この過程は十分な安定剤分子が吸着されるまで続き、これは、安定な核粒子が形成されて、さらなる凝集から保護されることを意味する。
成長相において、核は、連続相からのモノマー、オリゴマーのフリーラジカルおよびデッドポリマー（dead polymer）を吸収し（連鎖停止）、その結果、この時間以降さらなる重合は、原則として非連続相内で起こる。
【０００９】
図３は、分散重合の間の、たとえば官能性マクロマーを安定剤としたスチレンの重合における、ポリマー粒子の形成および発達過程を示す[１４]。
このモデルのアイディアによれば、形成相は単分散ポリマー粒子の製造に重要である。この反応ステージは、高度な単分散性のためには短時間間隔で完了しなければならない。最終粒子数は、初めの２０分間または２％〜５％の転化の間に規定されると記載されている[１１、１３]。メタクリル酸メチルの重合において、K.E.J. Barrettは、粒子形成の完了時間を１％未満の転化において決定している[２２]。したがって反応条件は、後に成長するオリゴマーが、凝集核形成のプロセスにおいてそれら自身が安定化される前に核に吸収されるよう、選択しなければならない。
【００１０】
粒径もまた、形成相の間に決定的に決定される。析出前の、およびしたがって核の形成が起こる前の、重合の進行に重要な因子は、得られたポリマーの反応媒体中での溶解度である。臨界分子量、フリーラジカル形成および連鎖成長の速度、および核形成中の凝集率と安定化率の比率は、得られる粒子のサイズに重要な因子である[１１〜２１]。
シード重合の支援により、特別の膨潤過程による、元のサイズの倍数のミクロン範囲のポリマー粒子の成長が可能である（図４参照）。シード重合での成長順序を、図４に例を用いて示す[５]。
【００１１】
膨潤の間、周囲媒体中にほとんど溶解しないかまたは不溶解性のシードポリマー親和性成分（特定のモノマー、架橋剤、開始剤、孔形成剤）を、シード粒子分散体に供給する。これは通常、細かく分散したエマルジョンによって行い、粒子が膨潤成分を均一に吸収できるようにする。続いて膨潤したゼラチン状粒子を重合で取り出すことができ、安定な多孔性ポリマー粒子が得られる。この方法を用いて、単分散シード粒子は成長の間、ほぼそれらのサイズ分布を維持する。一方文献には、さまざまなレンジのシード重合技法について記載されており、特に、「２段膨潤法」[３５]、「逐次シード法」[３６]、「シード乳化重合法」[３７]、および「動的膨潤法」[３２]などがある。
【００１２】
目的
したがって本研究の目的は、Ｎ−ビニルピロリドンの重合のための新規な方法を提供することである。特に、この目的は、簡単に実施でき、高い単分散性および顕著な球形度および粒子の最適なサイズ分布を有する、対応するポリマー粒子を与える方法を提供することにある。本研究のさらなる目的は、所望の粒子を製造するための定量的方法であって、実施に費用がかからず、半工業的スケールでも実施でき、さらなる反応に用いることができ同時に有利な特性を有するポリビニルピロリドンシード粒子をもたらし、これらをクロマトグラフィ分離法において用いるのに特に好適なものとする、前記定量的方法を提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の説明
実施した一連の実験に基づき、最大限大きな球状の、ミクロン範囲の単分散ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）シード粒子を、分散重合により製造するための方法が見出された。この方法で得た粒子は、多孔性ポリマー粒子の製造のための出発物質であり、これは次に、タンパク質調製用の分取および分析クロマトグラフィにおいて用いることができる。これは、原料物質として、またさらなる反応のために、用いることができる。
本発明は、高い単分散性および顕著な球形度を有するポリマー粒子の製造方法であって、Ｎ−ビニルピロリドンを、エタノール、イソプロパノールおよびジオキサンの群から選択される溶媒またはこれらの溶媒の混合物と、任意に水との混合物の存在下で重合し、形成されたポリビニルピロリドンは、ポリマー粒子の形態で分散体から析出されることを特徴とする、前記方法に関する。
【００１４】
この重合法は、シード粒子の存在下で実施することができる。重合は、架橋剤を０．５〜２．５重量％の濃度で、好ましくは１〜２重量％で用いて行うことができる。溶媒としては、エタノールおよび／またはイソプロパノールを、反応溶液中に０．５〜１０重量％の量で、好ましくは５重量％の量で加えることできる。しかし特に、ジオキサンも溶媒として用いることができ、より正確には１〜１１重量％の濃度、好ましくは１〜３重量％、特に好ましくは５〜１０重量％の濃度で用いる。溶媒は、好ましくは反応溶液中で水と混合して用いる。さらに、重合は安定剤の存在下で行うことができ、これは０．８〜１８重量％の濃度で用いることができる。安定剤は好ましくは２．５〜１０重量％、特に好ましくは６〜１０重量％の濃度で用いる。この種類の安定剤は、酢酸ポリビニルであってよい。重合を行うために、シード粒子は反応混合物中に存在してよい。加える開始剤は、反応混合物中に０．２〜５重量％の量で、好ましくは０．５〜４重量％、特に好ましくは１重量％の量で存在してよい。重合実験により、アゾビスイソブチロニトリル[ＡＩＢＮ]が、この目的に特に好適であることが示されている。
【００１５】
特に良好な重合結果は、この方法が６０〜９０℃の温度範囲で、特に７５〜９０℃の範囲で行われた場合に達成される。
シード粒子の膨潤により、有利な特性を有する粒子を、本発明の方法によって得ることができる。所望により、一定のサイズ分布および特性を有するポリマー粒子を、本発明の方法により得ることができ、ポリマー粒子をクロマトグラフィ分離法に用いるのに特に好適にすることができる。
【００１６】
本発明はまた、ミクロン範囲で可能な限り大きな球状単分散ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）シード粒子を、分散重合により製造する方法に関する。この方法で得られた粒子はマクロ多孔性ポリマー粒子の製造のための出発物質であり、これは次に、タンパク質調製用の分取および分析クロマトグラフィにおいて用いることができる。しかし、これらはまた、さらなる反応のための原料物質としても用いることができる。
本発明はしたがって、所望の粒子を製造するための定量的方法であって、安価に実施でき、半工業的スケールで実施でき、さらなる反応に用いることができクロマトグラフィ分離法で用いるための有利な、特に改善された、特性を有するポリビニルピロリドンシード粒子をもたらす、前記方法にも関する。
本出願はまた、強い親水性の特徴を有する単分散シード粒子を用いた、ポリビニルピロリドン粒子の製造にも関する。クロマトグラフィにおけるタンパク質と坦持材料の非特異的相互作用の問題が、これにより最小化される。
本発明はまた特に、高度な単分散性と顕著な球形度を有し、平均粒径が＜１μｍ〜５μｍの範囲であり、多分散度指数がＰＤＩ＜１．１であり、本発明に記載の方法により得られる、ポリマー粒子に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、ビニルピロリドンのフリーラジカル重合における反応ステップを示す。
【図２】図２は、立体安定化作用の図式的原理を示す。
【図３】図３は、機能性マクロマーを立体安定剤としたスチレン重合を例とした、分散重合の間のポリマー粒子の形成および発達の推移［１４］を示す。
【図４】図４は、シード重合における成長順序の例［５］を示す。
【図５】図５は、ＤｏＥの使用における相を示す。
【図６】図６は、プロセスまたはシステムの入力／出力モデルを示す。
【図７】図７は、装置ドリフトを例とした時間依存性干渉の影響およびランダム化実験計画の利点の図示を示す。
【図８】図８は、２因子（左）および３因子（右）に対する実験ポイントの空間的配置を示す。
【図９】図９は、MultiplantＭ１００の機能を記述するための単純化したフローチャートを示す。
【図１０】図１０は、ジャケット温度制御の機能的原理（平面図）を示す。
【図１１】図１１は、ＰＶＭＥ、ＰＶＡｃ：ＭＷ１４０ｋ、ＰＶＡｃ：ＭＷ５００ｋ、ＰＶＡｃ：ＭＷ５０ｋをプロピオン酸プロピル中（Ｂ〜Ｅ）、および酢酸エチル（Ａ）中の安定剤とした場合の系に特徴的な、予備実験からのＰＶＰ粒子の顕微鏡写真を示す。
【図１２】図１２は、体積％分布図とｄ１０、ｄ５０、ｄ９０および単分散性の計算値の例を示す。
【図１３】図１３は、ｄ５０のオリジナル測定値の分布を示す。
【図１４】図１４は、ｄ５０の変換された測定値の分布を示す。
【図１５】図１５は、モデル係数および対応する信頼範囲（減少モデル）を示す。
【図１６】図１６は、ｄ５０における変化の１次元（左）および２次元（右）モデル予測を示す。
【図１７】図１７は、ｄ９０／ｄ１０のオリジナル測定値の分布を示す。
【図１８】図１８は、ｄ９０／ｄ１０の変換された測定値の分布を示す。
【図１９】図１９は、オリジナル測定値の分布を示す。
【図２０】図２０は、変換された測定値の分布を示す。
【図２１】図２１は、ｄ５０についてのモデル係数および対応する信頼範囲を示す。
【図２２】図２２は、ｄ５０の変化の１次元モデル予測を示す。
【図２３】図２３は、平均レベルのＡＩＢＮおよび[ＰＶＡｃ]６％、７％、８％における、ｄ５０の変化の２次元モデル予測を示す。
【図２４】図２４は、変換された測定値の分布を示す。
【図２５】図２５は、再現性の評価を示す。
【図２６】図２６は、ｄ９０／ｄ１０についてのモデル係数および対応する信頼範囲を示す。
【図２７】図２７は、２峰性サイズ分布を有するバッチの例を示す。
【図２８】図２８は、エタノール濃度を１％から１．５％に増加させた結果を示す。
【図２９】図２９は、ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のジオキサンの割合に対する依存性を示す。
【図３０】図３０は、０％、２％および２０％のジオキサンによる実験を示す。
【図３１】図３１は、Ｍ１００（左）およびＤＪＡ（右）からのバッチの比較を示す。
【図３２】図３２は、２％ＤＶＣを用いたＭ１００（左）およびＤＪＡ（右）からのバッチの比較を示す。
【図３３】図３３は、元の反応混合物へのＮＶＰの添加と続く重合の効果を示す。
【図３４】図３４は、[ＮＶＰ]＝４．５％、[ＡＩＢＮ]＝１．４％、[ＰＶＡｃ]＝６％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の反応温度に対する依存性を示す。
【図３５】図３５は、Ｔ＝８５℃、[ＮＶＰ]＝４．５％、 [ＰＶＡｃ]＝６％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のＡＩＢＮ濃度に対する依存性を示す。
【図３６】図３６は、Ｔ＝８５℃、[ＮＶＰ]＝４．５％、[ＡＩＢＮ]＝１．４％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のＰＶＡｃ濃度に対する依存性を示す。
【図３７】図３７は、０．５％（１）、１．８％（２）、および４％（３）の場合の、サイズ分布の[ＡＩＢＮ]に対する依存性を示す。
【００１８】
発明の詳細な説明
本発明に記載の新規な方法の支援により、＜１μｍ〜５μｍ範囲の平均粒径を有するＰＶＰ粒子を、分散重合により製造することが可能である。この方法の開発のために行った実験により、粒子特性に対する重要な影響量が発見され、すなわち、所望の粒径およびサイズ分布を有する産物が、特に本発明の本方法により製造できることがわかった。見出された方法は再現可能に有利に実施することができ、特に、好ましくは自動合成装置において実施可能である。そのため、粒径およびサイズ分布の反応器特異的な変化は非常に小さく、個別の反応器の温度管理の差による。
【００１９】
本発明の方法により製造される粒子は、実質的に２峰性のサイズ分布を有し、ＰＤＩ＜１．１[ＰＤＩ＝多分散度指数]という高い単分散性を示す。[文献では、ＰＤＩ＜１．０５の粒径分布を単分散性としている[１１]]。
反応の間、ＮＶＰはＰＶＰに転化され、そのため安定化率が増加し、したがってより小さな粒子が、より低いＰＶＰの溶解性を有して生成される。反応の間のサイズ分布の時間的発達を記録する実験が行われた。これらの検討は異なる開始剤濃度で行われ、２峰性がモノマーの転化の関数として生じることを示す。
【００２０】
本発明の方法を実施するために、溶媒の選択に特に注意すべきであることがわかったが、これは、異なる膨潤剤の存在下、種々の溶媒中でＰＶＰ粒子が異なる膨潤挙動を示すためである。したかって、異なる溶媒は、膨潤剤の取り込みにおいて粒子と競合する。
ポリビニルピロリドンシード粒子は、その親和性により、タンパク質調製用のクロマトグラフィ材料としてのマクロ多孔性ポリマー粒子の製造のための、現在のシード粒子に対する魅力的な代替案である。本実験により、比較的狭いサイズ分布を有し、＞４μｍの直径を有する粒子の製造が可能な方法の開発が実現された。実施された実験により、異なる反応器の使用でさえも得られる粒子の形態に効果を及ぼし、好適な反応器の特異的な選択によって、所望の特性を有する粒子が製造されることが示された。
【００２１】
さらに、ＰＶＰシード粒子を、有利な２峰性のサイズ分布を有するクロマトグラフィ材料の調製のために用いる際、これらのシード粒子の膨潤挙動を、架橋剤濃度＞２％を用いる場合には特に、考慮すべきであることが見出された。これは、半工業的または工業スケールでのスケールアップバッチにおいては特に重要である。
上記の既知の方法に基づき、実験計画法（ＤｏＥ）としても知られている統計的実験計画に基づく一連の実験を行い、個別実験数と結果の情報内容との間の最適な割合を確認した。
【００２２】
この目的のために、作成した実験計画を実施した。実験数が少ないため、統計的実験計画における各々の個別実験は、数学モデルにおいて重要なポイントとなる。したがって、偶然的または系統的影響を評価に取り入れることができる。実験計画の実施後、実験結果を解析して解釈する。こうして、検討した系に対するパラメータの影響についての定性的または定量的結論が、この種類のＤｏＥの評価後に可能となる。
図５は、ＤｏＥ（実験計画）の使用における相の図を示す[２９]。
実施すべき個別実験のリストおよび数学的計算は、ＤｏＥにおいて専用ソフトウェアの支援により行う。したがって、ここでの焦点は、可能な影響量または干渉量、変化させるべきプロセスパラメータおよび目的量を前もって規定することである。
【００２３】
簡単に言えば、これは図６に示すような、プロセスまたはシステムの「入力／出力モデル」として図で表すことができる[２９]。
必要な個別実験の数は、因子の数以外に、適用した数学モデルに線形、二次または相互作用項を考慮すべきかどうかに本質的に依存する。各項目を含めるためには、さらなる実験が必要である。実験計画の設計には、システムの適切な記述用にどの項目が必要であるかを決定しなければならない。したがって、個別実験の数を最小化するには、対応する文献からの従来の理論的知識および経験値を、実験計画に取り入れることが必要である。
【００２４】
実験のランダム系列により、時間変化する影響から生じ得る干渉が相殺される（図７参照）[２９]。図７は、機器のドリフトの例に対する時間依存性の干渉の影響を表し、ランダム化実験計画の利点を示す。
スクリーニング実験計画は、ある問題について初めにほとんど知られていない場合には特に適している。製品またはプロセスの開発の初めに、できるだけ多くの因子を、それらの重要性について、およびそれらの目的量への影響の方向について、まず検討しなければならない。プロセスまたは製品を最適化する場合には、次に数種類の影響量のみを互いに変化させる。
【００２５】
作成した実験計画において、各個別実験は多次元空間におけるポイントを表す。図８は、２つ（左）および３つ（右）の因子についてのこの実験空間を示す[２９]。線形効果を検討するために、因子は、四角形または立方体の角のポイントの値のみを採用する。二次相関を再現できるようにするために、辺または面の中心に追加のポイントを加える。図８では、これらのポイントは実験空間の外側に配置されており、これも可能である。しかし、これらは規定値範囲からはずれる可能性がある。
この空間の各ポイントには、実験を行った後に目的量に対してある値を割り当てることができる。空間配置により、次に、モデルの選択に依存して、検討した実験空間内での目的量の予測が可能となる。表１に示す項が、この目的に用いられる。
【００２６】
【表１】
【００２７】
表１で用いる項の係数（ｂ０、ｂＡ…）は、目的量の実験的決定値の支援により、回帰分析によって決定する。
回帰の後、適用したモデルを精度および適性について試験する。適性モデルであるかどうかは、剰余の図式評価により決定する。剰余（適合モデルによる予測値からの、測定値の偏差
【数１】
を、確率ネットワークにプロットすることにより、正規分布についてチェックする。さらに、異常値実験をこの方法により決定できる。
モデル精度の評価のために、測定値を予測値に対してプロットする。理想的モデル精度の場合、点は二等分線上に並ぶはずである。モデルは相関係数により定量的に記述され、相関係数は、測定値が二等分線からどれだけ離れているかを示す[３０]。
【００２８】
次の化学物質を、実験計画の実験の実施に用いる：
１−ビニル−２−ピロリドン（Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−１，４−フェニレンジアミンにより安定化）、
製造業者：Merck Schuchardt OHG、商品コード：8.08518
プロピオン酸ｎ−プロピル
製造業者：Dow Chemical Company
酢酸エチル
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.09623
メチルエチルケトン
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.06014
エタノール
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.11727
１，４−ジオキサン
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.03115
α，α’−アゾイソブチロニトリル
製造業者：Merck Schuchardt OHG、商品コード：8.01595
ポリビニルメチルエーテル、水中５０％溶解、ＭＷ〜５０，０００
製造業者：Polysciences, Inc., 商品コード：07903032-500（供給業者：tebu-bio）
ポリアクリル酸（製品名：Carbopol（登録商標）934）
製造業者：SERVA Electrophoresis、商品コード：15885.01
【００２９】
ポリビニルアルコール４０−８８
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.41353
酢酸ポリビニル、ＭＷ〜５０，０００
製造業者：Alfa Aesar、商品コード：A12732
酢酸ポリビニル、ＭＷ〜１４０，０００
製造業者：Sigma-Aldrich、商品コード：387924
酢酸ポリビニル、ＭＷ〜５００，０００
製造業者：Sigma-Aldrich、商品コード：387932
ＤＶＣ（Ｎ，Ｎ−ジビニルエチレンウレア、BASF, Ludwigshafen）
【００３０】
実施には次の装置を用いた。
MultiplantＭ１００自動合成装置
製造業者：Chemspeed Technologies AG
ソフトウェア：Application Editor/Application Executor Version 1.9.2.24
Leica DM 2500M、光学顕微鏡
カメラ：Leica DFC 280
ソフトウェア：Leica Application Suite Version 3.3.1 (LAS Interactive Measurement Moduleのライセンス含む)
ＭＯＤＤＥ８、統計実験計画用のソフトウェア
製造業者：Umetrics
Eppendorf Centrifuge 5804
最大負荷：８×４０ｍｌ；最大速度：５０００ｒｐｍ
【００３１】
実験計画の実施におけるさらなる詳細：
相当数の個別実験を実施しなければならなかったため、実際の実験計画はできる限り最小量の物質を用いて実施して、費用と材料をセーブした。これらの実験は、次により大きなプラントにスケールアップされたため、工業スケールに適用可能な規定の条件下で実施する必要があった。
実験は、Chemspeed Technologiesが開発したMultiplantＭ１００を用いて行った。最大容量７０ｍｌのバッチ式で操作される最大６個までの撹拌反応器を、規定の反応条件下でこのプラントにおいて同時に制御することができる。
【００３２】
図９は、MultiplantＭ１００の機能および装置の簡単なフローチャートを示す。
次の機能および要素を、分散重合実験のプロセス制御のために用いた。
ソフトウェアとして「Application Editor」の支援により、各個別反応器のプロセス制御をプログラム化することができる。真空バルブおよび窒素バルブの設定、反応器温度、加熱相または冷却相での温度率、撹拌速度および各状態での操作持続時間は、このプログラムを用いて決定することができる。
【００３３】
次に「Application Executer」を用いて、プログラムされたアプリケーションを実行する。プロセスパラメータの実際の値および目的値は、表形式で、またはリアルタイムの曲線として視覚化され、操作中にユーザーが修正することができる。パラメータの時間変化は、ログファイルに記録される。
反応器の内部にはＰｔ１００熱電対を配置し、その信号は制御ユニットにパッチコードを介して送信される。制御システムの動的挙動は、ＰＩＤパラメータをこのシステム用に修正することにより、ソフトウェア構成内で最適化することができる。
ステンレススチール製の反応器は、ステンレススチール製のジャケットで囲まれ、その温度もＰｔ１００熱電対により記録され、冷却水循環および加熱ロッドを制御して調節される。図１０は、ジャケット温度制御の機能原理の平面図を示す。
【００３４】
温度制御では、冷却水がジャケットのスペースおよび反応器ヘッドを通って流れる。水は熱交換により冷却され、熱交換はシリコーンベースのオイル（ＨＴＦ１９０オイル）を用いて行う。このオイルは、低温保持装置（Huber-Unistat）と循環ポンプの支援により、所望の温度に一定に維持される。
真空ポンプ（Vacuubrand cvc200II）が発生させた減少圧力を、主弁と三方弁の位置を変えることにより、各個別反応器に適用する。同様の操作が窒素供給にも適用され、ここではフロート型流量計の支援により圧力を調節する。
【００３５】
各ケースで用いる反応器は、混合用に磁気攪拌機を有する。攪拌機の攪拌シャフトは、駆動装置と直接接触せず、代わりに磁気的に駆動装置と接触する。磁石は歯車システムにより動き、撹拌速度およびエネルギー消費を測定して調節することを可能とする。
実験を行うために、安定剤原液の調製を、ポリマーおよび溶媒を三角フラスコ中に計量し、混合物を磁気攪拌機を用いて室温で均一化することにより行う。
各反応器に対し、反応混合物の個別成分を２５ｍｌの三角フラスコ中に直接計量する。
【００３６】
最初に、開始剤および架橋剤をＮＶＰに溶解する。続いて安定剤溶液および残りの溶媒を計量して入れる。反応混合物を、筋が見えなくなるまで振動させて均一化し、清浄な乾燥した反応器に移し入れる。
反応器はミニプラント内に置き、各ケースにおいて冷却水回路、温度センサーおよび攪拌機と接続する。
「Application Editor」において、適用はプログラム化されており、これにより、各反応器のプロセス管理が規定されている。適用開始前に、真空ポンプおよび低温保持装置のスイッチを入れ、窒素供給を約１ｂａｒに調節する。実験のそれぞれの実施は不活性化（inertisation）プロセスにより開始され、ここで窒素および真空が反応器に順番に適用される。
【００３７】
ＮＶＰの分散重合プロセスの最適化の前に、種々の成分の適合性について予備実験で試験した。開始剤および架橋剤の選択は通常用いられる物質となるが、調査する溶媒および安定剤の機能性についての定量的情報は、これらの予備実験において提供される。さらに、このスクリーニングを実施するための成分の濃度限界について試験し、実験の技術的実行可能性を保証する。
アゾ化合物、特にアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）は、文献において分散重合による単分散ポリマー粒子の製造用の好ましい開始剤として記載されている。文献にはＡＩＢＮを使用する好適な重合温度として、５０℃〜８０℃範囲が推奨されている。文献に記載のシステムにおいては、ＡＩＢＮは、ＮＶＰの濃度に基づき０．５％〜４．０％の範囲の量で用いられる[１１〜２２]。
【００３８】
さらなるプロセスステップのための、反応媒体または溶媒中に形成されたポリマーの溶解性の減少は、線形ポリマー鎖の架橋により実現される。この目的のために、ここではジビニル化合物を用いる。架橋剤はポリビニルピロリドン鎖にランダムに統合され、第二反応性ビニル基でのさらなる連鎖開始を介して分子を分枝させる。ジビニル架橋剤の量は、ＮＶＰの濃度に基づき重量部で示される。計測の間、強く架橋されたシード粒子は、非溶解性に加えて膨潤特性が劣っていることも、考慮すべきである。
分散重合において、溶媒の選択は重要な役割を果たす。好適な溶媒は、形成されたポリマーに対する析出作用を特徴とし、ここでモノマー、開始剤および安定剤は易溶性でなければならない。
【００３９】
ＰＶＰの溶媒または沈殿剤として好適な溶媒を、表２に示す：
【表２】
【００４０】
重合の間、溶媒の沸点を超えてはならない。文献では、用いる開始剤の場合の理想的な温度範囲は５０℃〜８０℃であると記載されている。溶媒を選択するときに、前記範囲内で反応温度が変化する可能性が、その沸点によって過度に制限されないことが保証されるべきである。
毒性、入手可能性、および一般的な取扱いにより、表３に示す溶媒の使用が特に好ましい。
【表３】
【００４１】
実験により、有利な重合結果もまた、本システムにより、選択された開始剤を用いて、８０℃より高い温度、特に８５℃以上において得られることが見出された。
ＮＶＰの分散重合の実験を、表３からの溶媒と２〜１５％のモノマー、０．５〜２．０％のＡＩＢＮおよび０〜２．５％のジビニル架橋剤を用いて行った。
実験により、純粋な溶液重合が、１，４−ジオキサンおよびメチルエチルケトンの存在下、架橋剤なしで起きたことが見出された。１％以上の架橋の場合、ポリマーは透明で均一なゲルとして析出する。
【００４２】
酢酸エチルおよびプロピオン酸プロピルの存在下で、ポリマーは白色固体として析出する。粒子形態で析出したＰＶＰからなる凝集物は、光学顕微鏡下で明らかである。粒子を形成し、凝集を防ぐために、種々の安定剤を加えることができる。この関連で、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルメチルエーテル（ＰＶＭＥ）および酢酸ポリビニル（ＰＶＡｃ）を含む系が特に、文献から安定剤として知られている[７、１３、２０、２４、２５、３２、３４]。
実施した実験において、初めに立体安定剤を、用いる溶媒中でのその溶解性について検討した。ＰＶＭＥは５０％水溶液としてのみ利用可能であり、初めに５０℃で４８時間乾燥する。
【表４】
【００４３】
考慮する安定剤の溶解性および最初の重合実験の結果により、酢酸エチルおよびプロピオン酸プロピルを溶媒とし、ＰＶＭＥおよびＰＶＡｃを立体安定剤としてさらに実験を行った。系の好適性の定量的基準は、形成される粒子の球形度、サイズおよび単離の度合いとする。
平均分子量（ＭＶＷ）として１４０ｋｇ／ｍｏｌおよび５００ｋｇ／ｍｏｌのＰＶＭＥおよびＰＶＡｃは、ＭＷ５０ｋｇ／ｍｏｌのＰＶＡｃよりも顕著に高い安定化作用を示す。ここでの利点は、凝集および比較的高いモノマー濃度（２０％まで）でのケーキングを回避するために、これらの安定剤については低い濃度（バッチ全体に基づき＜１％）で十分だということである。しかし、製造された粒子は、反応混合物の組成変化に対して、球形でないか、または平均粒径（ｄ５０）が＜１μｍであるかのどちらかである。
【００４４】
プロピオン酸プロピル中、ＭＷ５０ｋｇ／ｍｏｌのＰＶＡｃを溶媒／安定剤系とする実験において、５μｍまでのサイズを有する球状粒子であって、粒径分布が反応混合物の組成変化に顕著に影響され得る前記粒子が見出された。安定化作用は比較的小さく、これは、高い安定剤濃度（＞１２％）のみが６％より高いモノマー濃度の単離粒子の製造を可能とすることを意味する。酢酸エチルにおいて、球状粒子は製造できない（図１１参照）。図１１は、ＰＶＰ粒子の顕微鏡写真を示す。これらの写真は、ＰＶＭＥ、ＭＷが１４０ｋのＰＶＡｃ、ＭＷが５００ｋのＰＶＡｃ、ＭＷが５０ｋのＰＶＡｃを安定剤とした系の、プロピオン酸プロピル（Ｂ〜Ｅ）および酢酸エチル（Ａ）における特徴を示す。
【００４５】
次の表は、分散重合に好適な溶媒および安定剤を決定することのできる実験結果の概要である。
【表５】
【００４６】
実施した実験結果に基づき、表６に示した成分が、Ｎ−ビニルピロリドンの分散重合に適することが証明された。
【表６】
【００４７】
最大可能な平均粒径を有する単分散球状ＰＶＰ粒子の製造のための最適条件を決定するために、実験パラメータの影響をＤｏＥの支援により検討した。
予備実験により、ＡＩＢＮ、ＰＶＡｃおよびＮＶＰの必要濃度の限界値を設定した。
ケーキング、溶融および凝集を防ぐために、ＰＶＡｃ濃度の最小値は、ＮＶＰの濃度の上昇が小さい場合に検討された系において、その割合を大幅に増加させねばならないことが見出された。したがって、最大可能なパラメータ変化の検討を可能とするために、最初の実験計画の各ＮＶＰレベルについて、ＰＶＡｃの濃度の別の値の範囲が割り当てられた。
【００４８】
これらの実験により、表７に示された個別パラメータについての限界が上昇した。
【表７】
【００４９】
一般に、架橋剤含量の影響ついては、架橋度合いが増加する粒子は低い膨潤能力を有し、したがって、より小さく析出することが知られている。さらに、ジビニルモノマーの重合は通常、より制御されない様式で進行し、高濃度の場合（＞０．５％）、これはより広いサイズ分布および非球状粒子と凝集を生じる[１６、２１]。我々独自の実験では、約１．５％のＤＶＣ含量は、水相におけるＰＶＰ粒子の適当な安定性を保証し、選択された組成において凝集は生じないことが示された。
【００５０】
実験により、０．３℃／分〜３℃／分の範囲の温度率では実験結果に顕著な差が生じないことが示され、特にこの値が容易に大規模工業プラントに移行できるため、さらなる実験では温度率は１℃／分に設定した。
さらに、パドル攪拌機で１００ｒｐｍ〜６００ｒｐｍ（ｄｓｔｉｒｒｅｒ＝１．５ｃｍ、ｄｒｅａｃｔｏｒ＝４．２ｃｍ、）の攪拌機速度の変化は、これ以外では一定の実験パラメータにおいて、顕著な差を生じないことも見出された。
さらに、実験により、粒子の表現の変化は、１６時間の実験期間の後には感知できなくなることも示された。
【００５１】
ＤｏＥの評価のために、各実験の目的量として、個別パラメータの影響を判定する顕著な変化を介した値を採用しなければならない。
ＰＶＰ粒子は、光学顕微鏡写真の支援により、その球形度、平均粒径および単分散性によって特徴づけられる。設定された条件下では主に球状の粒子が得られるため、球形度は最初は評価から除外され、主観的に決定されるスコア１〜３によってのみ記載される。
【００５２】
平均粒径（ｄ５０）および単分散性（ｄ９０／ｄ１０）は、体積％分布により決定する。測定には、バッチを最初に均一化して、代表試料をピペットを用いて採取できるようにする。試料が試料スライド上に均一に分散されていることが保証できたら、ランダムな画像切片を写真用に選択する。測定ソフトウェアの支援により、画像切片上の粒子（約３００〜５００単位）を測定する。
粒子の直径から出発して、その体積を計算する：
【数２】
【００５３】
最大限可能な正規分布曲線を得るために、分布図のｘ軸を対数スケールとする。Microsoft Excelにおいて、同じ大きさのｌｇ値区間を有するカテゴリーを設定し、体積が対応するｌｇ値を与える粒子の数を、各カテゴリーに割り当てる。したがって、
【数３】
により、測定した総体積が得られ、個々のカテゴリーの体積が、体積％分布を与える：
【数４】
【００５４】
台形式：
【数５】
の支援により、分布曲線の下のおよその面積が決定され、全体積の１０％、５０％、および９０％を超える粒径についてのそれぞれの区間を決定することができる。ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０の最終値を、対応する区間内での線形内挿により計算する。
図１８は、ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０の計算値および単分散による体積％分布図の例を示し、ここでｄ１０＝２．３１μｍ、ｄ５０＝３．７３μｍ、ｄ９０＝４．０９μｍおよびｄ９０／ｄ１０＝１．７７である。
【００５５】
実施した実験の評価には、パラメータ設定の変化による目的量の分散（variance）が、測定法によって生じるばらつきよりも大幅に大きいことが重要である。繰り返し測定により、測定法を次の手段を用いて、干渉因子について試験した。
− 繰り返しサンプリング
− 試料の複数の画像部の測定
− 画像部の複数回の測定
繰り返し測定を２つの異なるバッチについて行った。結果は、用いた方法が、目的量における顕著な変化を再現するのに適していることを示す。
【００５６】
【表８】
【００５７】
プロピオン酸プロピル中でアゾビスイソブチロニトリルを開始剤、ジビニル化合物を架橋成分、および酢酸ポリビニル（ＭＷ〜５０，０００）を立体安定剤とするＮ−ビニルピロリドンの分散重合のシステムを、その主要な影響量およびその効果について、統計的実験計画の支援により検討した。上記定義の影響量および範囲のほかに、さらに６つの反応器を、目的量に対するそれらの個別の効果について試験した。実験数に関して許容し得るフレームワーク内を維持するため、混合実験について実験計画を実施した。ここでの個別の実験は、可能な組み合わせから、提唱された回帰モデルのマッチングに理想的に好適であるように、反復により選択した。選択されたモデルタイプは、反応温度およびＮＶＰ、ＡＩＢＮおよびＰＶＡｃの濃度の因子について、線形、二次および相互作用の項を含んでいた。反応器は、ブロックパラメータとして線形影響について試験した。Ｎ＝４２の個別実験により、作成した実験計画は、再現性をランダム繰り返し実験により試験して、７５％の効率度（Ｇ効率）を達成した。表９は、ＭＯＤＤＥ８で作成した実験計画と、個別実験の測定結果を含む。
【００５８】
【表９】
【００５９】
平均粒径を決定するために、初めにｄ５０の測定値の分布を試験した。これらはほぼ正規分布でなければならず、そうでなければ統計的評価およびモデル形成に問題が生じる。
図１９は、ｄ５０のオリジナル測定値の分布を示す。
多くの場合、値はおよその正規分布への変換により修正することができる。この場合、目的量はｙ＊＝ｙ０．２５により変換される。図２０は、ｄ５０の変換された測定値の分布を示す。
【００６０】
次の項を、経験的モデルの形成に用いた：
【数６】
モデル精度を決定するため、測定値をモデルによる予測値に対してプロットする。
【００６１】
モデル精度として、８９％の値を決定する。モデルの適性のさらなる試験として、剰余を正規分布についてチェックする。モデル誤差を確率グリッドにプロットすると、正規分布の場合、これらは直線上に並ぶ。決定した剰余の分布は良好である。
個別のモデル項を次に、その統計的有意性について試験する。個別モデルの係数の有意性を考慮すると、多くは非常に小さな値を有するか、および／または大きな信頼区間（高い不確定性）を有することが明らかである。
【００６２】
非有意なモデル項の削除による段階的縮小の後も、モデル精度７３％が見出され、これは基本的な傾向を予測するには十分正確である。
図２５は、決定されたモデル係数と対応する信頼区間を図示的に示す（縮小モデル）。
しかしながら、ＡＩＢＮ濃度およびＰＶＡｃ濃度の影響パラメータのみが、統計的に有意であることが証明される。これらは、ｄ５０の変動の７３％を記述する。
【００６３】
モデル予測により、検討した範囲における開始パラメータの変動に対する、ｄ５０値の推移が予想される。図２６は、ｄ５０値の変化に対する１次元（左）および２次元（右）モデルの予測の図示的な比較を示す。
単分散性の評価のために、目的量ｄ９０／ｄ１０をｄ５０値と同様にして評価する。図２７は、ｄ９０／ｄ１０の元の測定値の分布を棒グラフの形態で示す。
ここでもｙ＊＝ｙ０．２５による変換を行い、図２８に示すｄ９０／ｄ１０の変換測定値の分布を得た。ｄ９０／ｄ１０に対するモデル精度および剰余の分布（完全モデル）を、次に、決定された測定値に基づき決定した。
【００６４】
しかしこの場合は不適切なモデル精度が決定され、単分散性についての劣ったモデル結果のために、実施した一連の実験を、サイズ分布に影響する可能性のある干渉量について試験した。
システムに対するその影響について最大可能な値の範囲を検討できるように、パラメータ値の限界を、実験計画において設定した。したがって、最適な実験の実施を保証しないパラメータの組み合わせもまた、実験計画内で生じた。これは、反応器の壁および攪拌機上のケーキングの形で明らかであった。これについて、好ましいサイズクラス（分類の１種類）の粒子の蓄積が関与するかどうかは明らかでなく、サイズ分布の真実の値は、測定において再現されなかった。明確さの欠如を排除するため、実施の間にケーキングの増加が生じた全１２の個別実験を、一連の実験から取り除いた。単分散性のさらなる評価を、残りの結果と単純化されたモデルを用いて行った。
【００６５】
この縮小の後、基本的傾向の正確な再現について、モデル精度〜６０％が適性であると考えることができる。
単純化したモデルの単分散性の変化についての評価により、粒子のサイズ分布は、用いる反応器に大きく影響されることが示された。さらに、温度の顕著な二次影響と、ＡＩＢＮ濃度の線形影響が存在する（図１８参照）。単分散性の最善の値は、２．０％のＡＩＢＮおよび７８℃において決定された。
【００６６】
第１実験計画の結果に基づき、新しい範囲を第２実験計画について規定し、追加の実験を行った。第一に、反応器の目的量に対するその影響についてさらに正確に試験するために、第二に、反応温度の影響の予測傾向を、第１実験計画に規定された範囲を超えて検討した。
反応温度の単分散性に対する影響を検討するために、さらなる一連の実験ＡおよびＢを、第１実験計画において用いた反応温度範囲の上および下の温度で、異なる組成で行った。驚くべきことに、８０℃を超える温度範囲は、両方の目的量の値について有利であることが証明される。第２実験計画において、検討する反応温度範囲を７５℃〜８５℃に修正した。
【００６７】
ＰＶＡＣの濃度がＮＶＰ濃度に関係するとの事実により、これらの影響量について比較的狭い範囲を選択したが、これについては、第１実験計画からの結果に基づき、２つの目的量の最良の値が予想される。
前の実験で、ＡＩＢＮ濃度の変化による不利な効果が示されたため、以下の実験でのＡＩＢＮの濃度は、これまで検討された範囲内である０．９％〜１．４％の範囲に狭めた。
【表１０】
【００６８】
【表１１】
【００６９】
表１０において、第２実験計画に対して定義された影響量の値の範囲を比較する。表１１は、個別実験およびその結果を含む。第１実験計画におけると同様に、線形効果、相互作用および二次効果の記述の項を考慮に入れて、モデルタイプはＤ最適である。第２実験計画を、第１実験計画と同様に評価する。
図３８には、平均粒径のオリジナル測定値の分布を、棒グラフの形で示す。統計的評価のために、測定値はここでもｙ＊＝ｙ０．２５による変換を行う。これらの変換測定値の分布を、図３９に棒グラフの形で同様に示す。モデル精度の評価には、ｄ５０の決定値および予測値を再度互いにプロットし、剰余を決定した。
【００７０】
図４２には、モデル係数を棒グラフの形でプロットすると共に、変化する量である温度およびＮＶＰｙとＰＶＡｃの濃度の影響下での、ｄ５０値の対応する信頼範囲を示す。
第２実験計画で選択された反応条件については、影響量の効果を記述するために、非常にロバストなモデルを設定することができる（図４２参照）。検討した範囲での平均粒径に対する主要な影響は、反応温度から出発する。ＮＶＰ濃度およびＰＶＡｃ濃度の変化による、ｄ５０値への有意な影響も同様に予測される。
【００７１】
図２２は、温度およびＮＶＰｙとＰＶＡｃの濃度の関数としての、ｄ５０値の変化の１次元モデル予測を示す。
図２３は、ＡＩＢＮの平均レベルおよび種々のＰＶＡｃ濃度、より正確には６％、７％、８％の濃度（左から右へ）における、ｄ５０値の変化の２次元モデル予測を示す。
図２２および図２３は、検討した範囲での変化についてのモデル予測が、有意な影響量であることを示す。
【００７２】
ｄ５０値の最適な結果は、ＰＶＡｃおよびＮＶＰの低濃度レベルにおいて、８１℃〜８５℃の範囲の反応温度で予想される。
棒グラフ形態での、単分散性のオリジナル測定値の分布は、予想に対応するが、やや左に傾いている。値はｙ＊＝ｙ０．５により変換される。図２４は、棒グラフの形態で示す、変換された測定値の分布を示す。
第１実験計画における比率ｄ９０／ｄ１０に対する劣ったモデリング結果により、結果の再現性を、繰り返し実験に基づいて初めに評価する。
【００７３】
図２５には、再現性評価のために、比率ｄ９０／ｄ１０を「再現指数」に対してプロットする。再現性は、適切に評価することができる。繰り返し実験のばらつきは、実験設定の変更による目的量の全体的な分散よりも顕著に低い。
比率ｄ９０／ｄ１０についてのモデル精度および、完全モデル（ａ）および縮小モデル（ｂ）の剰余分布をここで再度評価する。
【００７４】
異常値実験を除いたのち、残りのモデルにおける剰余は、ほぼ正規分布を有することが証明される。図２６は、棒グラフで示したｄ９０／ｄ１０についての対応するモデル係数と対応する信頼範囲を示す。この方法で、検討した範囲における影響量の効果について決定したモデルは、７２．７％の良好なモデル精度を有する。単分散性に対する主要な影響量は、反応温度およびＮＶＰ濃度である。ＡＩＢＮ濃度およびＰＶＡｃ濃度は、ここでは二次的にのみ考慮すべきである。個別モデル項について決定した信頼範囲に基づき、モデル予測においては大きな不確実性に悩まされることを考慮すべきである（図２６）。
【００７５】
実験のさらなる評価から、温度を７５℃から約８０℃に上昇させることにより、ｄ９０／ｄ１０の値に大きな減少が示される。この点から、値は実質的に一定を維持する。さらに、目的量ｄ９０／ｄ１０の小さな値が、ＮＶＰの低濃度およびＡＩＢＮおよびＰＶＡｃの高濃度において、検討範囲において予測される。しかし、いくつかの場合においては、大きな信頼範囲は高い不確実性をここでもたらす。
第２実験計画からの結果を次にまとめる：
平均粒径および単分散性の非常に良好な値が、より広い作業範囲にわたって反応温度を考慮することにより達成された。さらに、検討した系は、使用可能なモデルによりｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の変化について、用いた範囲において、実験パラメータを変化させることで記述される。
【００７６】
第２実験計画において決定されたデータに基づき、複数量の最適化を２つの目的量について行った。比率ｄ９０／ｄ１０＜１．７およびｄ５０＞２．５μの値が予想される実験設定を、ここで決定した。
第２実験計画からの結果に加えて、モデル予測に直接結合されている目的量最適化の実験も行った。
さらなる実験において、目的は、影響量の関数としてのｄ９０／ｄ１０およびｄ５０の値の変化が、検討範囲の外側でもまた維持されるかどうか、および目的量についてさらなる最適化が可能かどうかを検討することである。そのために、ここで前の最適な反応条件を用いる一連の実験を行い、これらは、検討すべき成分は別にして、一定に維持された。
【００７７】
両方の目的量ｄ９０／ｄ１０およびｄ５０について、さらなる実験により、８０℃〜８５℃の範囲が反応温度として有利であることが示された。温度を７５℃から８０℃に上昇させた場合の両目的量の値の顕著な改善の後に、曲線はかなり平らとなり、これは、反応温度の上昇によりさらなる最適化が期待できないことを意味する。
ＡＩＢＮ濃度の関数としての曲線は、濃度の増加と共に比率ｄ９０／ｄ１０の値の減少傾向を示し、一方、平均粒径は検討範囲では顕著に変化しない。
ＮＶＰ濃度範囲４．５％〜＜５．３％における第２実験計画からの結果は、低いＮＶＰ濃度において、２つの目的量が有利な値に傾くことを示した。したがってＮＶＰの＜４．５％の範囲は、さらに検討すべきとして残された。
【００７８】
ＰＶＡｃの濃度変化は、２つの目的量の逆相関を引き起こす。したがってさらなる検討を、＜６％および＞８％の範囲で行った。
実施した多くの実験は２峰性のサイズ分布を示し、ここでそれぞれのサイズクラスの粒子は比較的狭い分布を有する（図２７参照）。反応溶媒の極性は、文献において、最終粒径および粒径分布に対して重要な影響を有するとみなされている[１９]。極性の変化は、さらなる実験において、プロピオン酸プロピルをエタノール、イソプロパノールおよび１，４−ジオキサンと種々の比率で混合することにより生じる。検討のために選択された主剤（basis）は、サイズ分布に顕著な２峰性が予想される配合である。図２７は、２峰性サイズ分布を有するバッチの例について、初めにサイズ分布を、および次に形成された粒子の写真を示す。
【００７９】
実験により、溶媒に基づき５％未満のエタノールまたはイソプロパノールの使用が、単離ＰＶＰ粒子の析出を可能とすることが示された。エタノールまたはイソプロパノール濃度の増加と共に、粒子はより大きくなり、広いサイズ分布とより少ない球状を有する。＞５％の濃度において、ＰＶＰは粒子形態で析出しない。図２８ａ）およびｂ）は、エタノール濃度を１％から１．５％に増加させた場合の重合結果を示す。
ジオキサンの実験結果に対して見出された影響を、表１２および図２９の図に示す。
【００８０】
【表１２】
【００８１】
図２９は、ｄ５０値および比率ｄ９０／ｄ１０の、ジオキサンの割合に対する依存の図を示す。
表１２および図２９の図から明らかであるように、比較的低濃度のジオキサンの添加は、単分散性にわずかな利点のみをもたらす（２％〜３％のジオキサン）。対照的に、５％〜１０％のジオキサンの添加は、サイズ分布は実質的に一定でありながら、ｄ５０値に正の効果を有する。１０％を超えるジオキサンの添加により、広いサイズ分布を有する顕著に大きな粒子が形成される。３０％以上のジオキサンの添加からは、ポリマーは粒子形態では析出しない。
図３０ａ）、ｂ）およびｃ）は、０％、２％および２０％のジオキサンで得られた実験結果を示す。
【００８２】
実験結果の２Ｌダブルジャケット装置へのスケールアップおよび移行
実験を実験室スケールから半工業バッチに移行するにあたり、そのように修正された境界条件に対して系がどのように敏感に反応するかをチェックした。
スケールアップ実験を、ジャケット温度が水循環の支援により調節される２Ｌのガラス製ダブルジャケット装置を用いて実施する。第１の実験は、Chemspeed自動合成装置（Ｍ１００）で多数回実施され、再現性のある結果をもたらしており、したがってロバストであるとみなせるバッチの処方を用いて行う。Ｍ１００で行われたような窒素／真空フラッシングの代わりに、ダブルジャケット装置での重合は窒素雰囲気化で進行する。これは、０．２〜０．４ｂａｒの窒素の定常的供給により保証される。
自動合成装置デザインからのさらなる大きな違いは、反応器および攪拌機の形状および材料と、関連する流動作用および熱伝達における違いである。
【００８３】
２リットルガラス製ダブルジャケット反応器（ＤＪＡ）における重合性能
８４ｇの酢酸ポリビニル（ＰＶＡｃ、５０，０００ｇ／ｍｏｌ）を、室温で２リットルＤＪＡ内の１２５０ｇの脱イオン水に溶解する。０．６３ｇのＮ，Ｎ−ジビニルエチレンウレア（ＤＶＣ、BASF Ludwigshafen）および０．８８２ｇのアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）を、室温で三角フラスコ内の６３ｇのＮ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）に溶解する。有機相を撹拌しつつ（羽根車攪拌機、２００ｒｐｍ）ＤＪＡに導入する。混合物を室温から８５℃まで、加熱速度１Ｋ／分で、窒素フラッシングしつつ加熱し、この温度に１６時間維持する。混合物を次に、約２Ｋ／分の冷却速度で室温まで冷却し、分散を光学顕微鏡法で解析する。光学顕微鏡解析結果を表１４に示す。
【００８４】
MultiplantＭ１００反応器における重合性能
次の量に関するデータは、使用した典型的な６つのMultiplantＭ１００（Chemspeed Technologies AG）反応器の１つへの充填に関する。各反応器は、約６０ｍｌの反応容量を有する。
２．４ｇの酢酸ポリビニル（ＰＶＡｃ、５０，０００ｇ／ｍｏｌ）を、室温で三角フラスコ内の３５．８ｇの脱イオン水に溶解する。０．０１８ｇのＮ，Ｎ−ジビニルエチレンウレア（ＤＶＣ）および０．０２５ｇのＡＩＢＮを、１．８ｇのＮ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）に溶解する。２つの相を室温でＭ１００反応器の１つに導入し、後者を密封し、不活性化サイクル（５分間真空を３回、続いて窒素エアレーション）を１５０ｒｐｍで撹拌しつつ実施する。次に、ソフトウェアを用いて、重合温度の８５℃に加熱速度１Ｋ／分で加熱することにより、重合を開始させる。重合温度は１６時間維持し、混合物を次に室温に冷却し、光学顕微鏡法により解析する（結果は表１４を参照）。
【００８５】
初めのスケールアップ実験を、表１３に示す反応条件下で行う。結果を表１４および図３１に示す。
【表１３】
【００８６】
図３１ａ）およびｂ）は、Ｍ１００（ａ）およびＤＪＡ（ｂ）からのバッチの拡大写真の比較を示す。
【表１４】
【００８７】
スケールアップ実験からの結果に基づき、この処方は、４０ｇバッチ（Ｍ１００）から１４００ｇのバッチ（ＤＪＡ）へ移行できたと考えることができる。ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の値の絶対値は反応器特異的な変化を受けるが（表１４参照）、特徴的なサイズ分布は再現可能である（図３１参照）。
さらなる実験において、架橋剤濃度を１．０％から２．０％または１．５％に増加させるが、これは、形成されるポリマー粒子の架橋の程度の変化が、のちの膨潤実験に重要だからである。しかし架橋剤含量を増加させる場合は、Ｍ１００とＤＪＡからの結果には大きな差が明白である。ＤＶＣの１％から２％への変化は、Ｍ１００において目的量のｄ５０およびｄ９０／ｄ１０に関して、わずかな不利益な効果をもたらすのみである。対照的にＤＪＡでは、それ以外は一定の条件下でＤＶＣの割合を増加させると、粒子のケーキング、凝集および溶解がかなり生じる。さらに、粒子は粒径、サイズ分布および球形度の相当異なる特徴を有する（図３２ａ）およびｂ）参照）。図３２ａ）およびｂ）は、Ｍ１００およびＤＪＡ（ＤＶＣ２％）のバッチから得られたポリマー粒子の比較拡大図を示す。
【００８８】
凝集およびケーキングは、過度に高いモノマー濃度または過度に低い安定剤濃度を使用した場合の主な現象である。安定剤濃度を６％から１０％に増加させても効果は見られないが、モノマー濃度の４．５％から２．０％への低下は、さらなる凝集およびケーキングを生じさせない。しかし、粒子自体は、改善された特徴を有さない。結果はまた、ＤＪＡおよびＭ１００における流動条件の同等化のために、攪拌機種類および撹拌速度を変化させても変化しない。
さらに、製造されたポリビニルピロリドン粒子をそれらの膨潤挙動について、膨潤実験の支援により検討し、シード重合への、したがってタンパク質混合物調製のためのマクロ多孔性ポリマー粒子製造のための、粒子の適合性の情報を提供できることを目指した。
【００８９】
文献には、極性反応媒体、通常は水／エタノール混合物中の、ポリスチレンシード粒子から開始されるシード重合の技術が記載されている[２３〜２８]。ポリスチレンとは対照的に、非常に親水性なポリマーがＰＶＰの形態で存在するため、種々の溶媒中での粒子の膨潤性を試験する。
膨潤実験の準備のために、粒子をプロピオン酸プロピルで洗浄して反応混合物から分離する。このため、粒子を最初に多数のサイクル中で遠心分離機で沈殿させ、透明な上清を取り出した後、プロピオン酸プロピル中に再度分散させる。これらの洗浄サイクルを、各溶媒の変更時に対応する溶媒を用いて繰り返す。一般にそのポリマーに対して高い親和性を有するモノマー、したがってＮ−ビニルピロリドンを、以下の実験に膨潤剤として用いる。
【００９０】
表１５は、製造されたＰＶＰ粒子の膨潤特性の検討のために実施した全実験と、その結果を示す。
【表１５】
【００９１】
実験から、次の知見が得られた：
− １％の架橋剤含量を有するＰＶＰ粒子は、１．５％架橋粒子に比べて水中で不安定である。
− ＰＶＰに対し、水はより良好な膨潤剤であり、トルエンはプロピオン酸プロピルより劣る。
− ＮＶＰの添加による膨潤効果は、検討した溶媒ではｎ−ヘキサンのみで観察できる。
− １．５％架橋ＰＶＰ粒子はＮＶＰに対して不安定である。
【００９２】
さらなる実験において、１％のＡＩＢＮを含む、初めに用いた質量に基づき２倍の量のＮＶＰを、もとの反応混合物中に計量した。この混合物を標準重合条件に付した。平均粒径は、これらの条件下でｄ５０＝３．０７μｍからｄ５０＝３．８６μｍに成長した。ケーキングおよび新しく顕著に小さな粒子により、ＮＶＰが溶媒中および添加後の粒子中にも配置されているとの結論が導かれる（図３３ａ）およびｂ）参照）。図３３ａ）およびｂ）は、異なる量のＮＶＰを元の反応混合物に加えるという影響の下で形成され、続いて重合された粒子の拡大写真である。
詳細に述べれば、異なるプロセスパラメータは形成される粒子およびそれらの特性にかなりの効果を有する。再現可能な結果を得るために、一連の計画実験により影響量を検討した。
【００９３】
我々独自の対応実験は、反応温度が両方の目的量に対する主要な影響量であることを示す。６２℃〜７８℃の範囲の反応温度の変化は単分散性に僅かな効果のみを有するが、平均粒径は顕著に影響されない。しかし、温度を８０℃〜８５℃に上昇させると、狭いサイズ分布の顕著に大きな粒子が生成される。さらなる実験により、良好な重合結果は、８５℃より上の温度でもまだ得られることを示す。全体として、実験により、粒子の後の所望の適用分野に依存して、重合は、６０℃〜９０℃の範囲の温度において実施することができる。
【００９４】
図３４は、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の、異なるＮＶＰ濃度（＝４．５％）、ＡＩＢＮ濃度（＝１．４％）、ＰＶＡｃ濃度（＝６％）における、反応温度に対する依存を示す図である。
ＡＩＢＮ濃度の影響も、実施した一連の実験において重要であることが証明された。開始剤含量を変えることにより、目的量の値において負に相関する変化が、０．５％〜２．０％の濃度範囲で、反応温度６２℃〜７８℃において生じることが見出された。これは、低いＡＩＢＮ濃度に対して、広いサイズ範囲を有する大きな粒子が予想されることを意味する。０．９％〜１．４％のＡＩＢＮで７５℃〜８５℃において、平均粒径に対する顕著な効果は見出されなかった。しかし１．４％のＡＩＢＮにより、いくらか低いｄ９０／ｄ１０の値が予想できる。一連の補足実験において、Ｔ＝８５℃にて、ＡＩＢＮ濃度を０．２％〜５．０％の範囲で変化させた（図３５参照）。平均粒径はこの範囲において、ＡＩＢＮ含量の増加と共に減少するが、ｄ９０／ｄ１０の値については明らかな傾向はみられない。
【００９５】
これらの設定において、単分散性の値はＡＩＢＮ濃度に関係なく実質的に一定レベルである。ＡＩＢＮ濃度＜０．５％の範囲において、定量的に十分なＰＶＰ粒子の析出は生じなかった。対照的に、ＡＩＢＮ濃度＞４％において、凝集が生じる。
図６２は、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の、Ｔ＝８５℃、ＮＶＰ濃度＝４．５％およびＰＶＡｃ濃度６％における、ＡＩＢＮ濃度に対する依存の図を示す。
【００９６】
安定剤としてのＰＶＡｃの濃度の影響を、０．８％〜１８％の濃度範囲および６２℃〜７８℃にて検討した。この範囲において、ＰＶＡｃ濃度は平均粒径への主要な影響量である。低いＰＶＡｃ濃度において、大きな粒子が予想できる。粒径分布には顕著な影響は明らかではない。さらなる実験を、６％〜８％の濃度範囲および７５℃〜８５℃にて実施した。これらは、用いたＰＶＡｃ濃度が粒径に対して主要な効果を有すること、より正確には、ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の値に対して逆相関効果を有することを示した。この傾向は、ＰＶＡｃを２．５％〜１０％の濃度でＴ＝８５℃で用いた実験によっても確認され（図３６参照）、粒径が、見出された結果に基づいて、一定の反応条件下で前もってかなり良好に設計可能であることを意味する。８％のＰＶＡｃでのｄ９０／ｄ１０の最小値の予測も、例えば一連の実験と一致した。
【００９７】
図３６は、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の、Ｔ＝８５℃、ＮＶＰ濃度＝４．５％およびＡＩＢＮ濃度＝１．４％における、ＰＶＡｃ濃度に対する依存を示す図である。
モノマーとしてのＮ−ビニルピロリドンの開始濃度は、３％〜６％の間の非常に狭い範囲、および特に４．５％〜５．３％の範囲でのみ変化させた。ＮＶＰ濃度の影響は重要であることが証明され、４．５％において、より小さなサイズ分布を有するいくらか大きな粒子が見出された。補足実験において、この傾向は、選択した範囲である２．５％〜５％のＮＶＰを越えても確認された。
【００９８】
粒径の開始剤濃度への依存は、ほとんどの系において開始剤含量の増加と共に粒径の増加として記述される。これに対する文献における根拠は、核生成相において、フリーラジカル濃度の増加と同時により多くのポリマー鎖が析出し、これらは核の安定化が完了する前に、凝集してより大きな粒子を形成できることである［１２、１４、１６、１９、２１］。反対の効果は、経験的データに基づいてのみ記述されている［１８］。反対の効果は、多くの溶媒で同様に観察される［１１］。ＡＩＢＮを開始剤、およびＰＶＡｃを安定剤とする、プロピオン酸プロピル中のＮ−ビニルピロリドンの分散重合の我々独自の実験において、驚くべきことには、ＡＩＢＮ濃度を０．５％から２％に増加させると、粒径が顕著に減少することが見出された。開始剤濃度のさらなる増加は、粒径のさらなる変化をもたらさない。
【００９９】
検討した系における粒径に対する安定化の影響は、文献に記載されたモデルと類似していると考えることができる。安定剤濃度の増加と共に、より大きな表面積の安定化が可能であり、これは、粒径の減少により保証される。我々の実験では、文献と同様に、より高い分子量を有するＰＶＡｃにより、さらに効果的な安定化が生じる。温度の上昇およびモノマー濃度の増加と共に、形成されるポリマーおよび安定剤の溶解性は増加する。これは一方で、比較的高い分子量の場合に、ポリマーは反応混合物からのみ析出し、こうして重合は移動相においてより長く起こるとの結果となる。他方では、安定剤の安定化作用はその高い溶解性により低減され、すなわち核生成の間にさらなる凝集によりさらに大きな粒子が形成されることを意味する［１１〜２２］。これは、ここで反応温度に関して実施した実験結果と一致する。溶媒混合物による極性の変化についての実験も、この効果を確認する。
【０１００】
文献によれば、粒子数が重合の２０分後または５％転化の前に規定される、単分散性についての機構的モデルが記載されている「１１〜１３］。この時点から、他のモノマーおよびオリゴマーの吸収を介して起こる粒子の成長のみが起こる。単分散性の分布を有する粒子の製造のために、反応の初めに十分な核が形成されて、残りのオリゴマーを、これらが安定化されて新しい核を形成する（第２核生成）前に吸収できることが必要である。核生成相の間の析出ポリマー鎖の生成率および安定化速度は、反応温度ならびに開始剤、モノマー、溶媒および安定剤の種類および濃度を介して影響され得る［１１〜２２］。しかし、影響量の変化による粒子のサイズ分布における変化は、特に対応する系について、経験的に決定されたデータを参照してのみ、記述されている。
【０１０１】
我々独自の実験により、粒子集団のサイズ変化は、開始剤およびモノマー濃度の変化により影響され得ることが示された。単分散性におけるこの変化は、ｄ９０／ｄ１０の値を介しては顕著に明らかではない。図３７は、ＡＩＢＮの濃度変化による、サイズ分布の特徴における変化を示す。粒径分布を記述するさらなる可能性は、多分散度指数（ＰＤＩ）の引用である：
【数７】
図３７は、サイズ分布のＡＩＢＮ濃度０．５％（１）、１．８％（２）、および４％（３）への依存を示す。
【表１６】
【０１０２】
略語リスト
［Ｘ］＝ｘの濃度
ＡＩＢＮ＝アゾビスイソブチロニトリル
ＤＪＡ＝ダブルジャケット装置
ＤＶＣ＝ジビニル化合物
Ｍ１００＝Multiplant 100（自動合成装置）
ＭＷ＝分子量
ＮＶＰ＝Ｎ−ビニルピロリドン
ＰＡＡ＝ポリアクリル酸
ＰＶＡｃ＝酢酸ポリビニル
ＰＶＭＥ＝ポリビニルメチルエーテル
【０１０３】
表のリスト
表１：２因子および３因子についての線形、二次および相互作用項
表２：[３１]の製品BASF Luvitec(登録商標)Kの製品情報よる、ポリビニルピロリドン用の溶媒および沈殿剤
表３：溶解性決定のための予備実験に選択された溶媒およびその結果
表４：立体安定剤の溶解性
表５：種々の溶媒および安定剤の適合性についての予備実験の概要
表６：検討した系の成分
表７：第１実験計画のパラメータ範囲
表８：繰り返し測定の結果
表９：第１実験計画と個別実験の結果
表１０：第２実験計画のパラメータ範囲
表１１：第２実験計画と目的量についての結果
表１２：ジオキサンの影響
表１３：最初のスケールアップ実験のデータ
表１４：Ｍ１００およびＤＪＡのバッチの比較
表１５：実施した膨潤実験の結果
表１６：種々のモノマーおよびＡＩＢＮ濃度におけるＰＤＩおよびｄ９０／ｄ１０の値の比較
【０１０４】
図のリスト
図１：ビニルピロリドンのフリーラジカル重合における反応ステップ
図２：立体安定化作用の図式的原理
図３：官能性マクロマーを立体安定剤としたスチレン重合を例とした、分散重合の間のポリマー粒子の形成および発達の推移［１４］
図４：シード重合における成長順序の例［５］
図５：ＤｏＥの使用における相
図６：プロセスまたはシステムの入力／出力モデル
図７：装置ドリフトを例とした時間依存性干渉の影響およびランダム化実験計画の利点の図示
図８：２因子（左）および３因子（右）に対する実験ポイントの空間的配置
図９：MultiplantＭ１００の機能を記述するための単純化したフローチャート
図１０：ジャケット温度制御の機能的原理（平面図）
【０１０５】
図１１：ＰＶＭＥ、ＰＶＡｃ：ＭＷ１４０ｋ、ＰＶＡｃ：ＭＷ５００ｋ、ＰＶＡｃ：ＭＷ５０ｋをプロピオン酸プロピル中（Ｂ〜Ｅ）、および酢酸エチル（Ａ）中の安定剤とした場合の系に特徴的な、予備実験からのＰＶＰ粒子の顕微鏡写真
図１２：体積％分布図とｄ１０、ｄ５０、ｄ９０および単分散性の計算値の例
図１３：ｄ５０のオリジナル測定値の分布
図１４：ｄ５０の変換された測定値の分布
図１５：モデル係数および対応する信頼範囲（減少モデル）
図１６：ｄ５０における変化の１次元（左）および２次元（右）モデル予測
図１７：ｄ９０／ｄ１０のオリジナル測定値の分布
図１８：ｄ９０／ｄ１０の変換された測定値の分布
図１９：オリジナル測定値の分布
図２０：変換された測定値の分布
図２１：ｄ５０についてのモデル係数および対応する信頼範囲
図２２：ｄ５０の変化の１次元モデル予測
図２３：平均レベルのＡＩＢＮおよび[ＰＶＡｃ]６％、７％、８％における、ｄ５０の変化の２次元モデル予測
図２４：変換された測定値の分布
【０１０６】
図２５：再現性の評価
図２６：ｄ９０／ｄ１０についてのモデル係数および対応する信頼範囲
図２７：２峰性サイズ分布を有するバッチの例
図２８：エタノール濃度を１％から１．５％に増加させた結果
図２９：ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のジオキサンの割合に対する依存性
図３０：０％、２％および２０％のジオキサンによる実験
図３１：Ｍ１００（左）およびＤＪＡ（右）からのバッチの比較
図３２：２％ＤＶＣを用いたＭ１００（左）およびＤＪＡ（右）からのバッチの比較
図３３：元の反応混合物へのＮＶＰの添加と続く重合の効果
図３４：[ＮＶＰ]＝４．５％、[ＡＩＢＮ]＝１．４％、[ＰＶＡｃ]＝６％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の反応温度に対する依存性
図３５：Ｔ＝８５℃、[ＮＶＰ]＝４．５％、 [ＰＶＡｃ]＝６％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のＡＩＢＮ濃度に対する依存性
図３６：Ｔ＝８５℃、[ＮＶＰ]＝４．５％、[ＡＩＢＮ]＝１．４％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のＰＶＡｃ濃度に対する依存性
図３７：０．５％（１）、１．８％（２）、および４％（３）の場合の、サイズ分布の[ＡＩＢＮ]に対する依存性
【０１０７】
参考文献
【表１７】
【０１０８】
【表１８】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非常に狭い粒径分布を有する球状ポリ−Ｎ−ビニルピロリドン粒子の製造のための新規な方法、およびその使用に関する。
液体クロマトグラフィは、生体分子、特にタンパク質の調製、分離および分析用の方法として、化学および生化学において益々注目を集めている。有機ポリマーベースの物質は、ここで固定相に非常に好適であることが証明された。これらの高い化学的安定性は、代替のシリカゲルを用いることができない条件下における使用を可能とする[１]。
分取クロマトグラフィ法の経済的効率には、最適な分離効率と可能な限り高いスループット、同時に低い操作圧力が必要とされる。そのための重要な因子は、充填材料の粒径、球形度、および単分散性である。これが非球形の非常に小さい粒子、または異なる大きさの粒子で構成されていると、カラム内に不規則な圧密が生じる可能性があり、分離効率、圧力／流量挙動および再現性に悪影響を及ぼす。
【０００２】
しかし、単分散マクロ多孔性ポリマー粒子は、過去には最大２μｍのサイズまでしか入手できなかった[２]。
J. Ugelstad（「２段膨潤法」）および J.W. Vanderhoff（「逐次シード法」）による開発から始まり、小さなシード粒子(seed particles)を、単分散性を失うことなく膨潤過程によってその容積を増大して成長させることが、次第に可能となった[２３〜２８]。シード粒子の製造は分散重合により行われ、ポリスチレンおよび時には他のポリマーについての文献において、詳細に記載されている[１２、１３、１４、１８、２１]。
【０００３】
タンパク質の単離および精製においては、各生体分子が、クロマトグラフィ材料の表面と特定の吸着性相互作用するという事実が利用される。シード重合の支援により、現在、支持フレームワークとしてのシードポリマーから出発して、目的に適合した表面を有する粒子鞘を構築することが可能になっている。これは、成長および／または表面修飾の間に一定のモノマーを用いることにより実現され、これにより、所望のタンパク質の、官能基による粒子表面への固定（不動化）が確実になる[１、２、５、６、７、８]。タンパク質の調製には、用いるこの坦持材料は好ましくは親水性マトリクスであり、その理由は、タンパク質が粒子表面の疎水性領域と非特異的相互作用を行い、これが分離効率に悪影響を有するからである[１、３〜６]。
ポリビニルピロリドンを、Ｎ−ビニルピロリドンのフリーラジカル重合により調製することが知られている。
【０００４】
第１のステップにおいて、たとえばアゾ化合物または過酸化物などの開始剤の分解（通常は熱による）は、フリーラジカルの形成をもたらす。これらはビニルピロリドン分子と反応して、新しいフリーラジカルをもたらす（連鎖開始）。
連鎖成長の間、さらなるモノマー単位が加えられて、次第にマクロラジカルが形成される。連鎖成長は、２つのフリーラジカルが結合するか、または不均化する時に停止する（連鎖停止）[３１]。
図１は、ビニルピロリドンのフリーラジカル重合における反応ステップを示す。
【０００５】
分散重合は、析出重合の特別なケースである。反応の初めに、モノマー、開始剤、および安定剤または分散剤は均一な溶液中にある。反応中、安定な分散体が形成され、ここでポリマーは非連続相に、溶媒は連続相に生成される。反応溶媒の特徴は、モノマー、開始剤および安定剤に対する良好な溶解能力であり、一方、形成されるポリマーは臨界分子量から析出する。安定剤の重要な特性は、そのポリマー親和性および溶媒親和性なセグメントであり、安定剤が、生じるポリマー粒子の表面にポリマー親和性部分により吸着されること、および粒子の凝集および融解が立体効果を介して防止されることを意味する。用いる立体安定剤は、通常、ポリマーまたはコポリマーである。安定化作用は、その分子量および反応溶媒に対する溶解性に特に依存する。
【０００６】
図２は、立体安定化作用の原理を図示したものである（製紙のウェットエンド化学の小百科事典(Mini-Encyclopaedia of Papermaking Wet-end Chemistry)より）。
生じるポリマーの溶解性に影響を及ぼすために、共安定剤を用いて、溶媒または架橋物質の極性を変化させる[１１〜２２、３８]。
最終粒子のサイズ、サイズ分布、平均分子量および球形度は、多数のパラメータ設定に影響される。文献には、モノマー、開始剤および安定剤の種類および濃度、ならびに反応温度と溶媒の極性の変化の効果について、多くの著者の報告がある。
【０００７】
ある著者らは、実験データに基づいて、種々の反応条件下、成分の組成を変化させた分散重合におけるポリマー粒子の形成および発達についての、機構的モデルについて記載している。分散重合の過程は、３つの連続的段階に分けられる：
− 重合の開始および連続相における連鎖成長
− 粒子の形成
− 粒子の成長相
【０００８】
開始は、開始剤分子の熱分解によって２つのフリーラジカルを形成することにより、引き起こされる。フリーラジカル重合の連鎖成長ステージでは、反応は最初、臨界分子量に到達するまで溶液中で進行し、ポリマーが析出する。形成相の間、析出したオリゴマーが凝集して不安定な粒子を形成し、同時に安定剤分子を吸着する。この過程は十分な安定剤分子が吸着されるまで続き、これは、安定な核粒子が形成されて、さらなる凝集から保護されることを意味する。
成長相において、核は、連続相からのモノマー、オリゴマーのフリーラジカルおよびデッドポリマー（dead polymer）を吸収し（連鎖停止）、その結果、この時間以降さらなる重合は、原則として非連続相内で起こる。
【０００９】
図３は、分散重合の間の、たとえば官能性マクロマーを安定剤としたスチレンの重合における、ポリマー粒子の形成および発達過程を示す[１４]。
このモデルのアイディアによれば、形成相は単分散ポリマー粒子の製造に重要である。この反応ステージは、高度な単分散性のためには短時間間隔で完了しなければならない。最終粒子数は、初めの２０分間または２％〜５％の転化の間に規定されると記載されている[１１、１３]。メタクリル酸メチルの重合において、K.E.J. Barrettは、粒子形成の完了時間を１％未満の転化において決定している[２２]。したがって反応条件は、後に成長するオリゴマーが、凝集核形成のプロセスにおいてそれら自身が安定化される前に核に吸収されるよう、選択しなければならない。
【００１０】
粒径もまた、形成相の間に決定的に決定される。析出前の、およびしたがって核の形成が起こる前の、重合の進行に重要な因子は、得られたポリマーの反応媒体中での溶解度である。臨界分子量、フリーラジカル形成および連鎖成長の速度、および核形成中の凝集率と安定化率の比率は、得られる粒子のサイズに重要な因子である[１１〜２１]。
シード重合の支援により、特別の膨潤過程による、元のサイズの倍数のミクロン範囲のポリマー粒子の成長が可能である（図４参照）。シード重合での成長順序を、図４に例を用いて示す[５]。
【００１１】
膨潤の間、周囲媒体中にほとんど溶解しないかまたは不溶解性のシードポリマー親和性成分（特定のモノマー、架橋剤、開始剤、孔形成剤）を、シード粒子分散体に供給する。これは通常、細かく分散したエマルジョンによって行い、粒子が膨潤成分を均一に吸収できるようにする。続いて膨潤したゼラチン状粒子を重合で取り出すことができ、安定な多孔性ポリマー粒子が得られる。この方法を用いて、単分散シード粒子は成長の間、ほぼそれらのサイズ分布を維持する。一方文献には、さまざまなレンジのシード重合技法について記載されており、特に、「２段膨潤法」[３５]、「逐次シード法」[３６]、「シード乳化重合法」[３７]、および「動的膨潤法」[３２]などがある。
【００１２】
目的
したがって本研究の目的は、Ｎ−ビニルピロリドンの重合のための新規な方法を提供することである。特に、この目的は、簡単に実施でき、高い単分散性および顕著な球形度および粒子の最適なサイズ分布を有する、対応するポリマー粒子を与える方法を提供することにある。本研究のさらなる目的は、所望の粒子を製造するための定量的方法であって、実施に費用がかからず、半工業的スケールでも実施でき、さらなる反応に用いることができ同時に有利な特性を有するポリビニルピロリドンシード粒子をもたらし、これらをクロマトグラフィ分離法において用いるのに特に好適なものとする、前記定量的方法を提供することである。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の説明
実施した一連の実験に基づき、最大限大きな球状の、ミクロン範囲の単分散ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）シード粒子を、分散重合により製造するための方法が見出された。この方法で得た粒子は、多孔性ポリマー粒子の製造のための出発物質であり、これは次に、タンパク質調製用の分取および分析クロマトグラフィにおいて用いることができる。これは、原料物質として、またさらなる反応のために、用いることができる。
本発明は、高い単分散性および顕著な球形度を有するポリマー粒子の製造方法であって、Ｎ−ビニルピロリドンを、エタノール、イソプロパノールおよびジオキサンの群から選択される溶媒またはこれらの溶媒の混合物と、任意に水との混合物の存在下で重合し、形成されたポリビニルピロリドンは、ポリマー粒子の形態で分散体から析出されることを特徴とする、前記方法に関する。
【００１４】
この重合法は、シード粒子の存在下で実施することができる。重合は、架橋剤を０．５〜２．５重量％の濃度で、好ましくは１〜２重量％で用いて行うことができる。溶媒としては、エタノールおよび／またはイソプロパノールを、反応溶液中に０．５〜１０重量％の量で、好ましくは５重量％の量で加えることできる。しかし特に、ジオキサンも溶媒として用いることができ、より正確には１〜１１重量％の濃度、好ましくは１〜３重量％、特に好ましくは５〜１０重量％の濃度で用いる。溶媒は、好ましくは反応溶液中で水と混合して用いる。さらに、重合は安定剤の存在下で行うことができ、これは０．８〜１８重量％の濃度で用いることができる。安定剤は好ましくは２．５〜１０重量％、特に好ましくは６〜１０重量％の濃度で用いる。この種類の安定剤は、酢酸ポリビニルであってよい。重合を行うために、シード粒子は反応混合物中に存在してよい。加える開始剤は、反応混合物中に０．２〜５重量％の量で、好ましくは０．５〜４重量％、特に好ましくは１重量％の量で存在してよい。重合実験により、アゾビスイソブチロニトリル[ＡＩＢＮ]が、この目的に特に好適であることが示されている。
【００１５】
特に良好な重合結果は、この方法が６０〜９０℃の温度範囲で、特に７５〜９０℃の範囲で行われた場合に達成される。
シード粒子の膨潤により、有利な特性を有する粒子を、本発明の方法によって得ることができる。所望により、一定のサイズ分布および特性を有するポリマー粒子を、本発明の方法により得ることができ、ポリマー粒子をクロマトグラフィ分離法に用いるのに特に好適にすることができる。
【００１６】
本発明はまた、ミクロン範囲で可能な限り大きな球状単分散ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）シード粒子を、分散重合により製造する方法に関する。この方法で得られた粒子はマクロ多孔性ポリマー粒子の製造のための出発物質であり、これは次に、タンパク質調製用の分取および分析クロマトグラフィにおいて用いることができる。しかし、これらはまた、さらなる反応のための原料物質としても用いることができる。
本発明はしたがって、所望の粒子を製造するための定量的方法であって、安価に実施でき、半工業的スケールで実施でき、さらなる反応に用いることができクロマトグラフィ分離法で用いるための有利な、特に改善された、特性を有するポリビニルピロリドンシード粒子をもたらす、前記方法にも関する。
本出願はまた、強い親水性の特徴を有する単分散シード粒子を用いた、ポリビニルピロリドン粒子の製造にも関する。クロマトグラフィにおけるタンパク質と坦持材料の非特異的相互作用の問題が、これにより最小化される。
本発明はまた特に、高度な単分散性と顕著な球形度を有し、平均粒径が＜１μｍ〜５μｍの範囲であり、多分散度指数がＰＤＩ＜１．１であり、本発明に記載の方法により得られる、ポリマー粒子に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、ビニルピロリドンのフリーラジカル重合における反応ステップを示す。
【図２】図２は、立体安定化作用の図式的原理を示す。
【図３】図３は、機能性マクロマーを立体安定剤としたスチレン重合を例とした、分散重合の間のポリマー粒子の形成および発達の推移［１４］を示す。
【図４】図４は、シード重合における成長順序の例［５］を示す。
【図５】図５は、ＤｏＥの使用における相を示す。
【図６】図６は、プロセスまたはシステムの入力／出力モデルを示す。
【図７】図７は、装置ドリフトを例とした時間依存性干渉の影響およびランダム化実験計画の利点の図示を示す。
【図８】図８は、２因子（左）および３因子（右）に対する実験ポイントの空間的配置を示す。
【図９】図９は、MultiplantＭ１００の機能を記述するための単純化したフローチャートを示す。
【図１０】図１０は、ジャケット温度制御の機能的原理（平面図）を示す。
【図１１】図１１は、ＰＶＭＥ、ＰＶＡｃ：ＭＷ１４０ｋ、ＰＶＡｃ：ＭＷ５００ｋ、ＰＶＡｃ：ＭＷ５０ｋをプロピオン酸プロピル中（Ｂ〜Ｅ）、および酢酸エチル（Ａ）中の安定剤とした場合の系に特徴的な、予備実験からのＰＶＰ粒子の顕微鏡写真を示す。
【図１２】図１２は、体積％分布図とｄ１０、ｄ５０、ｄ９０および単分散性の計算値の例を示す。
【図１３】図１３は、ｄ５０のオリジナル測定値の分布を示す。
【図１４】図１４は、ｄ５０の変換された測定値の分布を示す。
【図１５】図１５は、モデル係数および対応する信頼範囲（減少モデル）を示す。
【図１６】図１６は、ｄ５０における変化の１次元（左）および２次元（右）モデル予測を示す。
【図１７】図１７は、ｄ９０／ｄ１０のオリジナル測定値の分布を示す。
【図１８】図１８は、ｄ９０／ｄ１０の変換された測定値の分布を示す。
【図１９】図１９は、オリジナル測定値の分布を示す。
【図２０】図２０は、変換された測定値の分布を示す。
【図２１】図２１は、ｄ５０についてのモデル係数および対応する信頼範囲を示す。
【図２２】図２２は、ｄ５０の変化の１次元モデル予測を示す。
【図２３】図２３は、平均レベルのＡＩＢＮおよび[ＰＶＡｃ]６％、７％、８％における、ｄ５０の変化の２次元モデル予測を示す。
【図２４】図２４は、変換された測定値の分布を示す。
【図２５】図２５は、再現性の評価を示す。
【図２６】図２６は、ｄ９０／ｄ１０についてのモデル係数および対応する信頼範囲を示す。
【図２７】図２７は、２峰性サイズ分布を有するバッチの例を示す。
【図２８】図２８は、エタノール濃度を１％から１．５％に増加させた結果を示す。
【図２９】図２９は、ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のジオキサンの割合に対する依存性を示す。
【図３０】図３０は、０％、２％および２０％のジオキサンによる実験を示す。
【図３１】図３１は、Ｍ１００（左）およびＤＪＡ（右）からのバッチの比較を示す。
【図３２】図３２は、２％ＤＶＣを用いたＭ１００（左）およびＤＪＡ（右）からのバッチの比較を示す。
【図３３】図３３は、元の反応混合物へのＮＶＰの添加と続く重合の効果を示す。
【図３４】図３４は、[ＮＶＰ]＝４．５％、[ＡＩＢＮ]＝１．４％、[ＰＶＡｃ]＝６％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の反応温度に対する依存性を示す。
【図３５】図３５は、Ｔ＝８５℃、[ＮＶＰ]＝４．５％、 [ＰＶＡｃ]＝６％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のＡＩＢＮ濃度に対する依存性を示す。
【図３６】図３６は、Ｔ＝８５℃、[ＮＶＰ]＝４．５％、[ＡＩＢＮ]＝１．４％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のＰＶＡｃ濃度に対する依存性を示す。
【図３７】図３７は、０．５％（１）、１．８％（２）、および４％（３）の場合の、サイズ分布の[ＡＩＢＮ]に対する依存性を示す。
【００１８】
発明の詳細な説明
本発明に記載の新規な方法の支援により、＜１μｍ〜５μｍ範囲の平均粒径を有するＰＶＰ粒子を、分散重合により製造することが可能である。この方法の開発のために行った実験により、粒子特性に対する重要な影響量が発見され、すなわち、所望の粒径およびサイズ分布を有する産物が、特に本発明の本方法により製造できることがわかった。見出された方法は再現可能に有利に実施することができ、特に、好ましくは自動合成装置において実施可能である。そのため、粒径およびサイズ分布の反応器特異的な変化は非常に小さく、個別の反応器の温度管理の差による。
【００１９】
本発明の方法により製造される粒子は、実質的に２峰性のサイズ分布を有し、ＰＤＩ＜１．１[ＰＤＩ＝多分散度指数]という高い単分散性を示す。[文献では、ＰＤＩ＜１．０５の粒径分布を単分散性としている[１１]]。
反応の間、ＮＶＰはＰＶＰに転化され、そのため安定化率が増加し、したがってより小さな粒子が、より低いＰＶＰの溶解性を有して生成される。反応の間のサイズ分布の時間的発達を記録する実験が行われた。これらの検討は異なる開始剤濃度で行われ、２峰性がモノマーの転化の関数として生じることを示す。
【００２０】
本発明の方法を実施するために、溶媒の選択に特に注意すべきであることがわかったが、これは、異なる膨潤剤の存在下、種々の溶媒中でＰＶＰ粒子が異なる膨潤挙動を示すためである。したかって、異なる溶媒は、膨潤剤の取り込みにおいて粒子と競合する。
ポリビニルピロリドンシード粒子は、その親和性により、タンパク質調製用のクロマトグラフィ材料としてのマクロ多孔性ポリマー粒子の製造のための、現在のシード粒子に対する魅力的な代替案である。本実験により、比較的狭いサイズ分布を有し、＞４μｍの直径を有する粒子の製造が可能な方法の開発が実現された。実施された実験により、異なる反応器の使用でさえも得られる粒子の形態に効果を及ぼし、好適な反応器の特異的な選択によって、所望の特性を有する粒子が製造されることが示された。
【００２１】
さらに、ＰＶＰシード粒子を、有利な２峰性のサイズ分布を有するクロマトグラフィ材料の調製のために用いる際、これらのシード粒子の膨潤挙動を、架橋剤濃度＞２％を用いる場合には特に、考慮すべきであることが見出された。これは、半工業的または工業スケールでのスケールアップバッチにおいては特に重要である。
上記の既知の方法に基づき、実験計画法（ＤｏＥ）としても知られている統計的実験計画に基づく一連の実験を行い、個別実験数と結果の情報内容との間の最適な割合を確認した。
【００２２】
この目的のために、作成した実験計画を実施した。実験数が少ないため、統計的実験計画における各々の個別実験は、数学モデルにおいて重要なポイントとなる。したがって、偶然的または系統的影響を評価に取り入れることができる。実験計画の実施後、実験結果を解析して解釈する。こうして、検討した系に対するパラメータの影響についての定性的または定量的結論が、この種類のＤｏＥの評価後に可能となる。
図５は、ＤｏＥ（実験計画）の使用における相の図を示す[２９]。
実施すべき個別実験のリストおよび数学的計算は、ＤｏＥにおいて専用ソフトウェアの支援により行う。したがって、ここでの焦点は、可能な影響量または干渉量、変化させるべきプロセスパラメータおよび目的量を前もって規定することである。
【００２３】
簡単に言えば、これは図６に示すような、プロセスまたはシステムの「入力／出力モデル」として図で表すことができる[２９]。
必要な個別実験の数は、因子の数以外に、適用した数学モデルに線形、二次または相互作用項を考慮すべきかどうかに本質的に依存する。各項目を含めるためには、さらなる実験が必要である。実験計画の設計には、システムの適切な記述用にどの項目が必要であるかを決定しなければならない。したがって、個別実験の数を最小化するには、対応する文献からの従来の理論的知識および経験値を、実験計画に取り入れることが必要である。
【００２４】
実験のランダム系列により、時間変化する影響から生じ得る干渉が相殺される（図７参照）[２９]。図７は、機器のドリフトの例に対する時間依存性の干渉の影響を表し、ランダム化実験計画の利点を示す。
スクリーニング実験計画は、ある問題について初めにほとんど知られていない場合には特に適している。製品またはプロセスの開発の初めに、できるだけ多くの因子を、それらの重要性について、およびそれらの目的量への影響の方向について、まず検討しなければならない。プロセスまたは製品を最適化する場合には、次に数種類の影響量のみを互いに変化させる。
【００２５】
作成した実験計画において、各個別実験は多次元空間におけるポイントを表す。図８は、２つ（左）および３つ（右）の因子についてのこの実験空間を示す[２９]。線形効果を検討するために、因子は、四角形または立方体の角のポイントの値のみを採用する。二次相関を再現できるようにするために、辺または面の中心に追加のポイントを加える。図８では、これらのポイントは実験空間の外側に配置されており、これも可能である。しかし、これらは規定値範囲からはずれる可能性がある。
この空間の各ポイントには、実験を行った後に目的量に対してある値を割り当てることができる。空間配置により、次に、モデルの選択に依存して、検討した実験空間内での目的量の予測が可能となる。表１に示す項が、この目的に用いられる。
【００２６】
【表１】
【００２７】
表１で用いる項の係数（ｂ０、ｂＡ…）は、目的量の実験的決定値の支援により、回帰分析によって決定する。
回帰の後、適用したモデルを精度および適性について試験する。適性モデルであるかどうかは、剰余の図式評価により決定する。剰余（適合モデルによる予測値からの、測定値の偏差
【数１】
を、確率ネットワークにプロットすることにより、正規分布についてチェックする。さらに、異常値実験をこの方法により決定できる。
モデル精度の評価のために、測定値を予測値に対してプロットする。理想的モデル精度の場合、点は二等分線上に並ぶはずである。モデルは相関係数により定量的に記述され、相関係数は、測定値が二等分線からどれだけ離れているかを示す[３０]。
【００２８】
次の化学物質を、実験計画の実験の実施に用いる：
１−ビニル−２−ピロリドン（Ｎ，Ｎ’−ジ−ｓｅｃ−ブチル−１，４−フェニレンジアミンにより安定化）、
製造業者：Merck Schuchardt OHG、商品コード：8.08518
プロピオン酸ｎ−プロピル
製造業者：Dow Chemical Company
酢酸エチル
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.09623
メチルエチルケトン
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.06014
エタノール
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.11727
１，４−ジオキサン
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.03115
α，α’−アゾイソブチロニトリル
製造業者：Merck Schuchardt OHG、商品コード：8.01595
ポリビニルメチルエーテル、水中５０％溶解、ＭＷ〜５０，０００
製造業者：Polysciences, Inc., 商品コード：07903032-500（供給業者：tebu-bio）
ポリアクリル酸（製品名：Carbopol（登録商標）934）
製造業者：SERVA Electrophoresis、商品コード：15885.01
【００２９】
ポリビニルアルコール４０−８８
製造業者：Merck KGaA、商品コード：1.41353
酢酸ポリビニル、ＭＷ〜５０，０００
製造業者：Alfa Aesar、商品コード：A12732
酢酸ポリビニル、ＭＷ〜１４０，０００
製造業者：Sigma-Aldrich、商品コード：387924
酢酸ポリビニル、ＭＷ〜５００，０００
製造業者：Sigma-Aldrich、商品コード：387932
ＤＶＣ（Ｎ，Ｎ−ジビニルエチレンウレア、BASF, Ludwigshafen）
【００３０】
実施には次の装置を用いた。
MultiplantＭ１００自動合成装置
製造業者：Chemspeed Technologies AG
ソフトウェア：Application Editor/Application Executor Version 1.9.2.24
Leica DM 2500M、光学顕微鏡
カメラ：Leica DFC 280
ソフトウェア：Leica Application Suite Version 3.3.1 (LAS Interactive Measurement Moduleのライセンス含む)
ＭＯＤＤＥ８、統計実験計画用のソフトウェア
製造業者：Umetrics
Eppendorf Centrifuge 5804
最大負荷：８×４０ｍｌ；最大速度：５０００ｒｐｍ
【００３１】
実験計画の実施におけるさらなる詳細：
相当数の個別実験を実施しなければならなかったため、実際の実験計画はできる限り最小量の物質を用いて実施して、費用と材料をセーブした。これらの実験は、次により大きなプラントにスケールアップされたため、工業スケールに適用可能な規定の条件下で実施する必要があった。
実験は、Chemspeed Technologiesが開発したMultiplantＭ１００を用いて行った。最大容量７０ｍｌのバッチ式で操作される最大６個までの撹拌反応器を、規定の反応条件下でこのプラントにおいて同時に制御することができる。
【００３２】
図９は、MultiplantＭ１００の機能および装置の簡単なフローチャートを示す。
次の機能および要素を、分散重合実験のプロセス制御のために用いた。
ソフトウェアとして「Application Editor」の支援により、各個別反応器のプロセス制御をプログラム化することができる。真空バルブおよび窒素バルブの設定、反応器温度、加熱相または冷却相での温度率、撹拌速度および各状態での操作持続時間は、このプログラムを用いて決定することができる。
【００３３】
次に「Application Executer」を用いて、プログラムされたアプリケーションを実行する。プロセスパラメータの実際の値および目的値は、表形式で、またはリアルタイムの曲線として視覚化され、操作中にユーザーが修正することができる。パラメータの時間変化は、ログファイルに記録される。
反応器の内部にはＰｔ１００熱電対を配置し、その信号は制御ユニットにパッチコードを介して送信される。制御システムの動的挙動は、ＰＩＤパラメータをこのシステム用に修正することにより、ソフトウェア構成内で最適化することができる。
ステンレススチール製の反応器は、ステンレススチール製のジャケットで囲まれ、その温度もＰｔ１００熱電対により記録され、冷却水循環および加熱ロッドを制御して調節される。図１０は、ジャケット温度制御の機能原理の平面図を示す。
【００３４】
温度制御では、冷却水がジャケットのスペースおよび反応器ヘッドを通って流れる。水は熱交換により冷却され、熱交換はシリコーンベースのオイル（ＨＴＦ１９０オイル）を用いて行う。このオイルは、低温保持装置（Huber-Unistat）と循環ポンプの支援により、所望の温度に一定に維持される。
真空ポンプ（Vacuubrand cvc200II）が発生させた減少圧力を、主弁と三方弁の位置を変えることにより、各個別反応器に適用する。同様の操作が窒素供給にも適用され、ここではフロート型流量計の支援により圧力を調節する。
【００３５】
各ケースで用いる反応器は、混合用に磁気攪拌機を有する。攪拌機の攪拌シャフトは、駆動装置と直接接触せず、代わりに磁気的に駆動装置と接触する。磁石は歯車システムにより動き、撹拌速度およびエネルギー消費を測定して調節することを可能とする。
実験を行うために、安定剤原液の調製を、ポリマーおよび溶媒を三角フラスコ中に計量し、混合物を磁気攪拌機を用いて室温で均一化することにより行う。
各反応器に対し、反応混合物の個別成分を２５ｍｌの三角フラスコ中に直接計量する。
【００３６】
最初に、開始剤および架橋剤をＮＶＰに溶解する。続いて安定剤溶液および残りの溶媒を計量して入れる。反応混合物を、筋が見えなくなるまで振動させて均一化し、清浄な乾燥した反応器に移し入れる。
反応器はミニプラント内に置き、各ケースにおいて冷却水回路、温度センサーおよび攪拌機と接続する。
「Application Editor」において、適用はプログラム化されており、これにより、各反応器のプロセス管理が規定されている。適用開始前に、真空ポンプおよび低温保持装置のスイッチを入れ、窒素供給を約１ｂａｒに調節する。実験のそれぞれの実施は不活性化（inertisation）プロセスにより開始され、ここで窒素および真空が反応器に順番に適用される。
【００３７】
ＮＶＰの分散重合プロセスの最適化の前に、種々の成分の適合性について予備実験で試験した。開始剤および架橋剤の選択は通常用いられる物質となるが、調査する溶媒および安定剤の機能性についての定量的情報は、これらの予備実験において提供される。さらに、このスクリーニングを実施するための成分の濃度限界について試験し、実験の技術的実行可能性を保証する。
アゾ化合物、特にアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）は、文献において分散重合による単分散ポリマー粒子の製造用の好ましい開始剤として記載されている。文献にはＡＩＢＮを使用する好適な重合温度として、５０℃〜８０℃範囲が推奨されている。文献に記載のシステムにおいては、ＡＩＢＮは、ＮＶＰの濃度に基づき０．５％〜４．０％の範囲の量で用いられる[１１〜２２]。
【００３８】
さらなるプロセスステップのための、反応媒体または溶媒中に形成されたポリマーの溶解性の減少は、線形ポリマー鎖の架橋により実現される。この目的のために、ここではジビニル化合物を用いる。架橋剤はポリビニルピロリドン鎖にランダムに統合され、第二反応性ビニル基でのさらなる連鎖開始を介して分子を分枝させる。ジビニル架橋剤の量は、ＮＶＰの濃度に基づき重量部で示される。計測の間、強く架橋されたシード粒子は、非溶解性に加えて膨潤特性が劣っていることも、考慮すべきである。
分散重合において、溶媒の選択は重要な役割を果たす。好適な溶媒は、形成されたポリマーに対する析出作用を特徴とし、ここでモノマー、開始剤および安定剤は易溶性でなければならない。
【００３９】
ＰＶＰの溶媒または沈殿剤として好適な溶媒を、表２に示す：
【表２】
【００４０】
重合の間、溶媒の沸点を超えてはならない。文献では、用いる開始剤の場合の理想的な温度範囲は５０℃〜８０℃であると記載されている。溶媒を選択するときに、前記範囲内で反応温度が変化する可能性が、その沸点によって過度に制限されないことが保証されるべきである。
毒性、入手可能性、および一般的な取扱いにより、表３に示す溶媒の使用が特に好ましい。
【表３】
【００４１】
実験により、有利な重合結果もまた、本システムにより、選択された開始剤を用いて、８０℃より高い温度、特に８５℃以上において得られることが見出された。
ＮＶＰの分散重合の実験を、表３からの溶媒と２〜１５％のモノマー、０．５〜２．０％のＡＩＢＮおよび０〜２．５％のジビニル架橋剤を用いて行った。
実験により、純粋な溶液重合が、１，４−ジオキサンおよびメチルエチルケトンの存在下、架橋剤なしで起きたことが見出された。１％以上の架橋の場合、ポリマーは透明で均一なゲルとして析出する。
【００４２】
酢酸エチルおよびプロピオン酸プロピルの存在下で、ポリマーは白色固体として析出する。粒子形態で析出したＰＶＰからなる凝集物は、光学顕微鏡下で明らかである。粒子を形成し、凝集を防ぐために、種々の安定剤を加えることができる。この関連で、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルメチルエーテル（ＰＶＭＥ）および酢酸ポリビニル（ＰＶＡｃ）を含む系が特に、文献から安定剤として知られている[７、１３、２０、２４、２５、３２、３４]。
実施した実験において、初めに立体安定剤を、用いる溶媒中でのその溶解性について検討した。ＰＶＭＥは５０％水溶液としてのみ利用可能であり、初めに５０℃で４８時間乾燥する。
【表４】
【００４３】
考慮する安定剤の溶解性および最初の重合実験の結果により、酢酸エチルおよびプロピオン酸プロピルを溶媒とし、ＰＶＭＥおよびＰＶＡｃを立体安定剤としてさらに実験を行った。系の好適性の定量的基準は、形成される粒子の球形度、サイズおよび単離の度合いとする。
平均分子量（ＭＶＷ）として１４０ｋｇ／ｍｏｌおよび５００ｋｇ／ｍｏｌのＰＶＭＥおよびＰＶＡｃは、ＭＷ５０ｋｇ／ｍｏｌのＰＶＡｃよりも顕著に高い安定化作用を示す。ここでの利点は、凝集および比較的高いモノマー濃度（２０％まで）でのケーキングを回避するために、これらの安定剤については低い濃度（バッチ全体に基づき＜１％）で十分だということである。しかし、製造された粒子は、反応混合物の組成変化に対して、球形でないか、または平均粒径（ｄ５０）が＜１μｍであるかのどちらかである。
【００４４】
プロピオン酸プロピル中、ＭＷ５０ｋｇ／ｍｏｌのＰＶＡｃを溶媒／安定剤系とする実験において、５μｍまでのサイズを有する球状粒子であって、粒径分布が反応混合物の組成変化に顕著に影響され得る前記粒子が見出された。安定化作用は比較的小さく、これは、高い安定剤濃度（＞１２％）のみが６％より高いモノマー濃度の単離粒子の製造を可能とすることを意味する。酢酸エチルにおいて、球状粒子は製造できない（図１１参照）。図１１は、ＰＶＰ粒子の顕微鏡写真を示す。これらの写真は、ＰＶＭＥ、ＭＷが１４０ｋのＰＶＡｃ、ＭＷが５００ｋのＰＶＡｃ、ＭＷが５０ｋのＰＶＡｃを安定剤とした系の、プロピオン酸プロピル（Ｂ〜Ｅ）および酢酸エチル（Ａ）における特徴を示す。
【００４５】
次の表は、分散重合に好適な溶媒および安定剤を決定することのできる実験結果の概要である。
【表５】
【００４６】
実施した実験結果に基づき、表６に示した成分が、Ｎ−ビニルピロリドンの分散重合に適することが証明された。
【表６】
【００４７】
最大可能な平均粒径を有する単分散球状ＰＶＰ粒子の製造のための最適条件を決定するために、実験パラメータの影響をＤｏＥの支援により検討した。
予備実験により、ＡＩＢＮ、ＰＶＡｃおよびＮＶＰの必要濃度の限界値を設定した。
ケーキング、溶融および凝集を防ぐために、ＰＶＡｃ濃度の最小値は、ＮＶＰの濃度の上昇が小さい場合に検討された系において、その割合を大幅に増加させねばならないことが見出された。したがって、最大可能なパラメータ変化の検討を可能とするために、最初の実験計画の各ＮＶＰレベルについて、ＰＶＡｃの濃度の別の値の範囲が割り当てられた。
【００４８】
これらの実験により、表７に示された個別パラメータについての限界が上昇した。
【表７】
【００４９】
一般に、架橋剤含量の影響ついては、架橋度合いが増加する粒子は低い膨潤能力を有し、したがって、より小さく析出することが知られている。さらに、ジビニルモノマーの重合は通常、より制御されない様式で進行し、高濃度の場合（＞０．５％）、これはより広いサイズ分布および非球状粒子と凝集を生じる[１６、２１]。我々独自の実験では、約１．５％のＤＶＣ含量は、水相におけるＰＶＰ粒子の適当な安定性を保証し、選択された組成において凝集は生じないことが示された。
【００５０】
実験により、０．３℃／分〜３℃／分の範囲の温度率では実験結果に顕著な差が生じないことが示され、特にこの値が容易に大規模工業プラントに移行できるため、さらなる実験では温度率は１℃／分に設定した。
さらに、パドル攪拌機で１００ｒｐｍ〜６００ｒｐｍ（ｄｓｔｉｒｒｅｒ＝１．５ｃｍ、ｄｒｅａｃｔｏｒ＝４．２ｃｍ、）の攪拌機速度の変化は、これ以外では一定の実験パラメータにおいて、顕著な差を生じないことも見出された。
さらに、実験により、粒子の表現の変化は、１６時間の実験期間の後には感知できなくなることも示された。
【００５１】
ＤｏＥの評価のために、各実験の目的量として、個別パラメータの影響を判定する顕著な変化を介した値を採用しなければならない。
ＰＶＰ粒子は、光学顕微鏡写真の支援により、その球形度、平均粒径および単分散性によって特徴づけられる。設定された条件下では主に球状の粒子が得られるため、球形度は最初は評価から除外され、主観的に決定されるスコア１〜３によってのみ記載される。
【００５２】
平均粒径（ｄ５０）および単分散性（ｄ９０／ｄ１０）は、体積％分布により決定する。測定には、バッチを最初に均一化して、代表試料をピペットを用いて採取できるようにする。試料が試料スライド上に均一に分散されていることが保証できたら、ランダムな画像切片を写真用に選択する。測定ソフトウェアの支援により、画像切片上の粒子（約３００〜５００単位）を測定する。
粒子の直径から出発して、その体積を計算する：
【数２】
【００５３】
最大限可能な正規分布曲線を得るために、分布図のｘ軸を対数スケールとする。Microsoft Excelにおいて、同じ大きさのｌｇ値区間を有するカテゴリーを設定し、体積が対応するｌｇ値を与える粒子の数を、各カテゴリーに割り当てる。したがって、
【数３】
により、測定した総体積が得られ、個々のカテゴリーの体積が、体積％分布を与える：
【数４】
【００５４】
台形式：
【数５】
の支援により、分布曲線の下のおよその面積が決定され、全体積の１０％、５０％、および９０％を超える粒径についてのそれぞれの区間を決定することができる。ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０の最終値を、対応する区間内での線形内挿により計算する。
図１８は、ｄ１０、ｄ５０、ｄ９０の計算値および単分散による体積％分布図の例を示し、ここでｄ１０＝２．３１μｍ、ｄ５０＝３．７３μｍ、ｄ９０＝４．０９μｍおよびｄ９０／ｄ１０＝１．７７である。
【００５５】
実施した実験の評価には、パラメータ設定の変化による目的量の分散（variance）が、測定法によって生じるばらつきよりも大幅に大きいことが重要である。繰り返し測定により、測定法を次の手段を用いて、干渉因子について試験した。
− 繰り返しサンプリング
− 試料の複数の画像部の測定
− 画像部の複数回の測定
繰り返し測定を２つの異なるバッチについて行った。結果は、用いた方法が、目的量における顕著な変化を再現するのに適していることを示す。
【００５６】
【表８】
【００５７】
プロピオン酸プロピル中でアゾビスイソブチロニトリルを開始剤、ジビニル化合物を架橋成分、および酢酸ポリビニル（ＭＷ〜５０，０００）を立体安定剤とするＮ−ビニルピロリドンの分散重合のシステムを、その主要な影響量およびその効果について、統計的実験計画の支援により検討した。上記定義の影響量および範囲のほかに、さらに６つの反応器を、目的量に対するそれらの個別の効果について試験した。実験数に関して許容し得るフレームワーク内を維持するため、混合実験について実験計画を実施した。ここでの個別の実験は、可能な組み合わせから、提唱された回帰モデルのマッチングに理想的に好適であるように、反復により選択した。選択されたモデルタイプは、反応温度およびＮＶＰ、ＡＩＢＮおよびＰＶＡｃの濃度の因子について、線形、二次および相互作用の項を含んでいた。反応器は、ブロックパラメータとして線形影響について試験した。Ｎ＝４２の個別実験により、作成した実験計画は、再現性をランダム繰り返し実験により試験して、７５％の効率度（Ｇ効率）を達成した。表９は、ＭＯＤＤＥ８で作成した実験計画と、個別実験の測定結果を含む。
【００５８】
【表９】
【００５９】
平均粒径を決定するために、初めにｄ５０の測定値の分布を試験した。これらはほぼ正規分布でなければならず、そうでなければ統計的評価およびモデル形成に問題が生じる。
図１９は、ｄ５０のオリジナル測定値の分布を示す。
多くの場合、値はおよその正規分布への変換により修正することができる。この場合、目的量はｙ＊＝ｙ０．２５により変換される。図２０は、ｄ５０の変換された測定値の分布を示す。
【００６０】
次の項を、経験的モデルの形成に用いた：
【数６】
モデル精度を決定するため、測定値をモデルによる予測値に対してプロットする。
【００６１】
モデル精度として、８９％の値を決定する。モデルの適性のさらなる試験として、剰余を正規分布についてチェックする。モデル誤差を確率グリッドにプロットすると、正規分布の場合、これらは直線上に並ぶ。決定した剰余の分布は良好である。
個別のモデル項を次に、その統計的有意性について試験する。個別モデルの係数の有意性を考慮すると、多くは非常に小さな値を有するか、および／または大きな信頼区間（高い不確定性）を有することが明らかである。
【００６２】
非有意なモデル項の削除による段階的縮小の後も、モデル精度７３％が見出され、これは基本的な傾向を予測するには十分正確である。
図２５は、決定されたモデル係数と対応する信頼区間を図示的に示す（縮小モデル）。
しかしながら、ＡＩＢＮ濃度およびＰＶＡｃ濃度の影響パラメータのみが、統計的に有意であることが証明される。これらは、ｄ５０の変動の７３％を記述する。
【００６３】
モデル予測により、検討した範囲における開始パラメータの変動に対する、ｄ５０値の推移が予想される。図２６は、ｄ５０値の変化に対する１次元（左）および２次元（右）モデルの予測の図示的な比較を示す。
単分散性の評価のために、目的量ｄ９０／ｄ１０をｄ５０値と同様にして評価する。図２７は、ｄ９０／ｄ１０の元の測定値の分布を棒グラフの形態で示す。
ここでもｙ＊＝ｙ０．２５による変換を行い、図２８に示すｄ９０／ｄ１０の変換測定値の分布を得た。ｄ９０／ｄ１０に対するモデル精度および剰余の分布（完全モデル）を、次に、決定された測定値に基づき決定した。
【００６４】
しかしこの場合は不適切なモデル精度が決定され、単分散性についての劣ったモデル結果のために、実施した一連の実験を、サイズ分布に影響する可能性のある干渉量について試験した。
システムに対するその影響について最大可能な値の範囲を検討できるように、パラメータ値の限界を、実験計画において設定した。したがって、最適な実験の実施を保証しないパラメータの組み合わせもまた、実験計画内で生じた。これは、反応器の壁および攪拌機上のケーキングの形で明らかであった。これについて、好ましいサイズクラス（分類の１種類）の粒子の蓄積が関与するかどうかは明らかでなく、サイズ分布の真実の値は、測定において再現されなかった。明確さの欠如を排除するため、実施の間にケーキングの増加が生じた全１２の個別実験を、一連の実験から取り除いた。単分散性のさらなる評価を、残りの結果と単純化されたモデルを用いて行った。
【００６５】
この縮小の後、基本的傾向の正確な再現について、モデル精度〜６０％が適性であると考えることができる。
単純化したモデルの単分散性の変化についての評価により、粒子のサイズ分布は、用いる反応器に大きく影響されることが示された。さらに、温度の顕著な二次影響と、ＡＩＢＮ濃度の線形影響が存在する（図１８参照）。単分散性の最善の値は、２．０％のＡＩＢＮおよび７８℃において決定された。
【００６６】
第１実験計画の結果に基づき、新しい範囲を第２実験計画について規定し、追加の実験を行った。第一に、反応器の目的量に対するその影響についてさらに正確に試験するために、第二に、反応温度の影響の予測傾向を、第１実験計画に規定された範囲を超えて検討した。
反応温度の単分散性に対する影響を検討するために、さらなる一連の実験ＡおよびＢを、第１実験計画において用いた反応温度範囲の上および下の温度で、異なる組成で行った。驚くべきことに、８０℃を超える温度範囲は、両方の目的量の値について有利であることが証明される。第２実験計画において、検討する反応温度範囲を７５℃〜８５℃に修正した。
【００６７】
ＰＶＡＣの濃度がＮＶＰ濃度に関係するとの事実により、これらの影響量について比較的狭い範囲を選択したが、これについては、第１実験計画からの結果に基づき、２つの目的量の最良の値が予想される。
前の実験で、ＡＩＢＮ濃度の変化による不利な効果が示されたため、以下の実験でのＡＩＢＮの濃度は、これまで検討された範囲内である０．９％〜１．４％の範囲に狭めた。
【表１０】
【００６８】
【表１１】
【００６９】
表１０において、第２実験計画に対して定義された影響量の値の範囲を比較する。表１１は、個別実験およびその結果を含む。第１実験計画におけると同様に、線形効果、相互作用および二次効果の記述の項を考慮に入れて、モデルタイプはＤ最適である。第２実験計画を、第１実験計画と同様に評価する。
図３８には、平均粒径のオリジナル測定値の分布を、棒グラフの形で示す。統計的評価のために、測定値はここでもｙ＊＝ｙ０．２５による変換を行う。これらの変換測定値の分布を、図３９に棒グラフの形で同様に示す。モデル精度の評価には、ｄ５０の決定値および予測値を再度互いにプロットし、剰余を決定した。
【００７０】
図４２には、モデル係数を棒グラフの形でプロットすると共に、変化する量である温度およびＮＶＰｙとＰＶＡｃの濃度の影響下での、ｄ５０値の対応する信頼範囲を示す。
第２実験計画で選択された反応条件については、影響量の効果を記述するために、非常にロバストなモデルを設定することができる（図４２参照）。検討した範囲での平均粒径に対する主要な影響は、反応温度から出発する。ＮＶＰ濃度およびＰＶＡｃ濃度の変化による、ｄ５０値への有意な影響も同様に予測される。
【００７１】
図２２は、温度およびＮＶＰｙとＰＶＡｃの濃度の関数としての、ｄ５０値の変化の１次元モデル予測を示す。
図２３は、ＡＩＢＮの平均レベルおよび種々のＰＶＡｃ濃度、より正確には６％、７％、８％の濃度（左から右へ）における、ｄ５０値の変化の２次元モデル予測を示す。
図２２および図２３は、検討した範囲での変化についてのモデル予測が、有意な影響量であることを示す。
【００７２】
ｄ５０値の最適な結果は、ＰＶＡｃおよびＮＶＰの低濃度レベルにおいて、８１℃〜８５℃の範囲の反応温度で予想される。
棒グラフ形態での、単分散性のオリジナル測定値の分布は、予想に対応するが、やや左に傾いている。値はｙ＊＝ｙ０．５により変換される。図２４は、棒グラフの形態で示す、変換された測定値の分布を示す。
第１実験計画における比率ｄ９０／ｄ１０に対する劣ったモデリング結果により、結果の再現性を、繰り返し実験に基づいて初めに評価する。
【００７３】
図２５には、再現性評価のために、比率ｄ９０／ｄ１０を「再現指数」に対してプロットする。再現性は、適切に評価することができる。繰り返し実験のばらつきは、実験設定の変更による目的量の全体的な分散よりも顕著に低い。
比率ｄ９０／ｄ１０についてのモデル精度および、完全モデル（ａ）および縮小モデル（ｂ）の剰余分布をここで再度評価する。
【００７４】
異常値実験を除いたのち、残りのモデルにおける剰余は、ほぼ正規分布を有することが証明される。図２６は、棒グラフで示したｄ９０／ｄ１０についての対応するモデル係数と対応する信頼範囲を示す。この方法で、検討した範囲における影響量の効果について決定したモデルは、７２．７％の良好なモデル精度を有する。単分散性に対する主要な影響量は、反応温度およびＮＶＰ濃度である。ＡＩＢＮ濃度およびＰＶＡｃ濃度は、ここでは二次的にのみ考慮すべきである。個別モデル項について決定した信頼範囲に基づき、モデル予測においては大きな不確実性に悩まされることを考慮すべきである（図２６）。
【００７５】
実験のさらなる評価から、温度を７５℃から約８０℃に上昇させることにより、ｄ９０／ｄ１０の値に大きな減少が示される。この点から、値は実質的に一定を維持する。さらに、目的量ｄ９０／ｄ１０の小さな値が、ＮＶＰの低濃度およびＡＩＢＮおよびＰＶＡｃの高濃度において、検討範囲において予測される。しかし、いくつかの場合においては、大きな信頼範囲は高い不確実性をここでもたらす。
第２実験計画からの結果を次にまとめる：
平均粒径および単分散性の非常に良好な値が、より広い作業範囲にわたって反応温度を考慮することにより達成された。さらに、検討した系は、使用可能なモデルによりｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の変化について、用いた範囲において、実験パラメータを変化させることで記述される。
【００７６】
第２実験計画において決定されたデータに基づき、複数量の最適化を２つの目的量について行った。比率ｄ９０／ｄ１０＜１．７およびｄ５０＞２．５μの値が予想される実験設定を、ここで決定した。
第２実験計画からの結果に加えて、モデル予測に直接結合されている目的量最適化の実験も行った。
さらなる実験において、目的は、影響量の関数としてのｄ９０／ｄ１０およびｄ５０の値の変化が、検討範囲の外側でもまた維持されるかどうか、および目的量についてさらなる最適化が可能かどうかを検討することである。そのために、ここで前の最適な反応条件を用いる一連の実験を行い、これらは、検討すべき成分は別にして、一定に維持された。
【００７７】
両方の目的量ｄ９０／ｄ１０およびｄ５０について、さらなる実験により、８０℃〜８５℃の範囲が反応温度として有利であることが示された。温度を７５℃から８０℃に上昇させた場合の両目的量の値の顕著な改善の後に、曲線はかなり平らとなり、これは、反応温度の上昇によりさらなる最適化が期待できないことを意味する。
ＡＩＢＮ濃度の関数としての曲線は、濃度の増加と共に比率ｄ９０／ｄ１０の値の減少傾向を示し、一方、平均粒径は検討範囲では顕著に変化しない。
ＮＶＰ濃度範囲４．５％〜＜５．３％における第２実験計画からの結果は、低いＮＶＰ濃度において、２つの目的量が有利な値に傾くことを示した。したがってＮＶＰの＜４．５％の範囲は、さらに検討すべきとして残された。
【００７８】
ＰＶＡｃの濃度変化は、２つの目的量の逆相関を引き起こす。したがってさらなる検討を、＜６％および＞８％の範囲で行った。
実施した多くの実験は２峰性のサイズ分布を示し、ここでそれぞれのサイズクラスの粒子は比較的狭い分布を有する（図２７参照）。反応溶媒の極性は、文献において、最終粒径および粒径分布に対して重要な影響を有するとみなされている[１９]。極性の変化は、さらなる実験において、プロピオン酸プロピルをエタノール、イソプロパノールおよび１，４−ジオキサンと種々の比率で混合することにより生じる。検討のために選択された主剤（basis）は、サイズ分布に顕著な２峰性が予想される配合である。図２７は、２峰性サイズ分布を有するバッチの例について、初めにサイズ分布を、および次に形成された粒子の写真を示す。
【００７９】
実験により、溶媒に基づき５％未満のエタノールまたはイソプロパノールの使用が、単離ＰＶＰ粒子の析出を可能とすることが示された。エタノールまたはイソプロパノール濃度の増加と共に、粒子はより大きくなり、広いサイズ分布とより少ない球状を有する。＞５％の濃度において、ＰＶＰは粒子形態で析出しない。図２８ａ）およびｂ）は、エタノール濃度を１％から１．５％に増加させた場合の重合結果を示す。
ジオキサンの実験結果に対して見出された影響を、表１２および図２９の図に示す。
【００８０】
【表１２】
【００８１】
図２９は、ｄ５０値および比率ｄ９０／ｄ１０の、ジオキサンの割合に対する依存の図を示す。
表１２および図２９の図から明らかであるように、比較的低濃度のジオキサンの添加は、単分散性にわずかな利点のみをもたらす（２％〜３％のジオキサン）。対照的に、５％〜１０％のジオキサンの添加は、サイズ分布は実質的に一定でありながら、ｄ５０値に正の効果を有する。１０％を超えるジオキサンの添加により、広いサイズ分布を有する顕著に大きな粒子が形成される。３０％以上のジオキサンの添加からは、ポリマーは粒子形態では析出しない。
図３０ａ）、ｂ）およびｃ）は、０％、２％および２０％のジオキサンで得られた実験結果を示す。
【００８２】
実験結果の２Ｌダブルジャケット装置へのスケールアップおよび移行
実験を実験室スケールから半工業バッチに移行するにあたり、そのように修正された境界条件に対して系がどのように敏感に反応するかをチェックした。
スケールアップ実験を、ジャケット温度が水循環の支援により調節される２Ｌのガラス製ダブルジャケット装置を用いて実施する。第１の実験は、Chemspeed自動合成装置（Ｍ１００）で多数回実施され、再現性のある結果をもたらしており、したがってロバストであるとみなせるバッチの処方を用いて行う。Ｍ１００で行われたような窒素／真空フラッシングの代わりに、ダブルジャケット装置での重合は窒素雰囲気化で進行する。これは、０．２〜０．４ｂａｒの窒素の定常的供給により保証される。
自動合成装置デザインからのさらなる大きな違いは、反応器および攪拌機の形状および材料と、関連する流動作用および熱伝達における違いである。
【００８３】
２リットルガラス製ダブルジャケット反応器（ＤＪＡ）における重合性能
８４ｇの酢酸ポリビニル（ＰＶＡｃ、５０，０００ｇ／ｍｏｌ）を、室温で２リットルＤＪＡ内の１２５０ｇの脱イオン水に溶解する。０．６３ｇのＮ，Ｎ−ジビニルエチレンウレア（ＤＶＣ、BASF Ludwigshafen）および０．８８２ｇのアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）を、室温で三角フラスコ内の６３ｇのＮ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）に溶解する。有機相を撹拌しつつ（羽根車攪拌機、２００ｒｐｍ）ＤＪＡに導入する。混合物を室温から８５℃まで、加熱速度１Ｋ／分で、窒素フラッシングしつつ加熱し、この温度に１６時間維持する。混合物を次に、約２Ｋ／分の冷却速度で室温まで冷却し、分散を光学顕微鏡法で解析する。光学顕微鏡解析結果を表１４に示す。
【００８４】
MultiplantＭ１００反応器における重合性能
次の量に関するデータは、使用した典型的な６つのMultiplantＭ１００（Chemspeed Technologies AG）反応器の１つへの充填に関する。各反応器は、約６０ｍｌの反応容量を有する。
２．４ｇの酢酸ポリビニル（ＰＶＡｃ、５０，０００ｇ／ｍｏｌ）を、室温で三角フラスコ内の３５．８ｇの脱イオン水に溶解する。０．０１８ｇのＮ，Ｎ−ジビニルエチレンウレア（ＤＶＣ）および０．０２５ｇのＡＩＢＮを、１．８ｇのＮ−ビニルピロリドン（ＮＶＰ）に溶解する。２つの相を室温でＭ１００反応器の１つに導入し、後者を密封し、不活性化サイクル（５分間真空を３回、続いて窒素エアレーション）を１５０ｒｐｍで撹拌しつつ実施する。次に、ソフトウェアを用いて、重合温度の８５℃に加熱速度１Ｋ／分で加熱することにより、重合を開始させる。重合温度は１６時間維持し、混合物を次に室温に冷却し、光学顕微鏡法により解析する（結果は表１４を参照）。
【００８５】
初めのスケールアップ実験を、表１３に示す反応条件下で行う。結果を表１４および図３１に示す。
【表１３】
【００８６】
図３１ａ）およびｂ）は、Ｍ１００（ａ）およびＤＪＡ（ｂ）からのバッチの拡大写真の比較を示す。
【表１４】
【００８７】
スケールアップ実験からの結果に基づき、この処方は、４０ｇバッチ（Ｍ１００）から１４００ｇのバッチ（ＤＪＡ）へ移行できたと考えることができる。ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の値の絶対値は反応器特異的な変化を受けるが（表１４参照）、特徴的なサイズ分布は再現可能である（図３１参照）。
さらなる実験において、架橋剤濃度を１．０％から２．０％または１．５％に増加させるが、これは、形成されるポリマー粒子の架橋の程度の変化が、のちの膨潤実験に重要だからである。しかし架橋剤含量を増加させる場合は、Ｍ１００とＤＪＡからの結果には大きな差が明白である。ＤＶＣの１％から２％への変化は、Ｍ１００において目的量のｄ５０およびｄ９０／ｄ１０に関して、わずかな不利益な効果をもたらすのみである。対照的にＤＪＡでは、それ以外は一定の条件下でＤＶＣの割合を増加させると、粒子のケーキング、凝集および溶解がかなり生じる。さらに、粒子は粒径、サイズ分布および球形度の相当異なる特徴を有する（図３２ａ）およびｂ）参照）。図３２ａ）およびｂ）は、Ｍ１００およびＤＪＡ（ＤＶＣ２％）のバッチから得られたポリマー粒子の比較拡大図を示す。
【００８８】
凝集およびケーキングは、過度に高いモノマー濃度または過度に低い安定剤濃度を使用した場合の主な現象である。安定剤濃度を６％から１０％に増加させても効果は見られないが、モノマー濃度の４．５％から２．０％への低下は、さらなる凝集およびケーキングを生じさせない。しかし、粒子自体は、改善された特徴を有さない。結果はまた、ＤＪＡおよびＭ１００における流動条件の同等化のために、攪拌機種類および撹拌速度を変化させても変化しない。
さらに、製造されたポリビニルピロリドン粒子をそれらの膨潤挙動について、膨潤実験の支援により検討し、シード重合への、したがってタンパク質混合物調製のためのマクロ多孔性ポリマー粒子製造のための、粒子の適合性の情報を提供できることを目指した。
【００８９】
文献には、極性反応媒体、通常は水／エタノール混合物中の、ポリスチレンシード粒子から開始されるシード重合の技術が記載されている[２３〜２８]。ポリスチレンとは対照的に、非常に親水性なポリマーがＰＶＰの形態で存在するため、種々の溶媒中での粒子の膨潤性を試験する。
膨潤実験の準備のために、粒子をプロピオン酸プロピルで洗浄して反応混合物から分離する。このため、粒子を最初に多数のサイクル中で遠心分離機で沈殿させ、透明な上清を取り出した後、プロピオン酸プロピル中に再度分散させる。これらの洗浄サイクルを、各溶媒の変更時に対応する溶媒を用いて繰り返す。一般にそのポリマーに対して高い親和性を有するモノマー、したがってＮ−ビニルピロリドンを、以下の実験に膨潤剤として用いる。
【００９０】
表１５は、製造されたＰＶＰ粒子の膨潤特性の検討のために実施した全実験と、その結果を示す。
【表１５】
【００９１】
実験から、次の知見が得られた：
− １％の架橋剤含量を有するＰＶＰ粒子は、１．５％架橋粒子に比べて水中で不安定である。
− ＰＶＰに対し、水はより良好な膨潤剤であり、トルエンはプロピオン酸プロピルより劣る。
− ＮＶＰの添加による膨潤効果は、検討した溶媒ではｎ−ヘキサンのみで観察できる。
− １．５％架橋ＰＶＰ粒子はＮＶＰに対して不安定である。
【００９２】
さらなる実験において、１％のＡＩＢＮを含む、初めに用いた質量に基づき２倍の量のＮＶＰを、もとの反応混合物中に計量した。この混合物を標準重合条件に付した。平均粒径は、これらの条件下でｄ５０＝３．０７μｍからｄ５０＝３．８６μｍに成長した。ケーキングおよび新しく顕著に小さな粒子により、ＮＶＰが溶媒中および添加後の粒子中にも配置されているとの結論が導かれる（図３３ａ）およびｂ）参照）。図３３ａ）およびｂ）は、異なる量のＮＶＰを元の反応混合物に加えるという影響の下で形成され、続いて重合された粒子の拡大写真である。
詳細に述べれば、異なるプロセスパラメータは形成される粒子およびそれらの特性にかなりの効果を有する。再現可能な結果を得るために、一連の計画実験により影響量を検討した。
【００９３】
我々独自の対応実験は、反応温度が両方の目的量に対する主要な影響量であることを示す。６２℃〜７８℃の範囲の反応温度の変化は単分散性に僅かな効果のみを有するが、平均粒径は顕著に影響されない。しかし、温度を８０℃〜８５℃に上昇させると、狭いサイズ分布の顕著に大きな粒子が生成される。さらなる実験により、良好な重合結果は、８５℃より上の温度でもまだ得られることを示す。全体として、実験により、粒子の後の所望の適用分野に依存して、重合は、６０℃〜９０℃の範囲の温度において実施することができる。
【００９４】
図３４は、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の、異なるＮＶＰ濃度（＝４．５％）、ＡＩＢＮ濃度（＝１．４％）、ＰＶＡｃ濃度（＝６％）における、反応温度に対する依存を示す図である。
ＡＩＢＮ濃度の影響も、実施した一連の実験において重要であることが証明された。開始剤含量を変えることにより、目的量の値において負に相関する変化が、０．５％〜２．０％の濃度範囲で、反応温度６２℃〜７８℃において生じることが見出された。これは、低いＡＩＢＮ濃度に対して、広いサイズ範囲を有する大きな粒子が予想されることを意味する。０．９％〜１．４％のＡＩＢＮで７５℃〜８５℃において、平均粒径に対する顕著な効果は見出されなかった。しかし１．４％のＡＩＢＮにより、いくらか低いｄ９０／ｄ１０の値が予想できる。一連の補足実験において、Ｔ＝８５℃にて、ＡＩＢＮ濃度を０．２％〜５．０％の範囲で変化させた（図３５参照）。平均粒径はこの範囲において、ＡＩＢＮ含量の増加と共に減少するが、ｄ９０／ｄ１０の値については明らかな傾向はみられない。
【００９５】
これらの設定において、単分散性の値はＡＩＢＮ濃度に関係なく実質的に一定レベルである。ＡＩＢＮ濃度＜０．５％の範囲において、定量的に十分なＰＶＰ粒子の析出は生じなかった。対照的に、ＡＩＢＮ濃度＞４％において、凝集が生じる。
図６２は、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の、Ｔ＝８５℃、ＮＶＰ濃度＝４．５％およびＰＶＡｃ濃度６％における、ＡＩＢＮ濃度に対する依存の図を示す。
【００９６】
安定剤としてのＰＶＡｃの濃度の影響を、０．８％〜１８％の濃度範囲および６２℃〜７８℃にて検討した。この範囲において、ＰＶＡｃ濃度は平均粒径への主要な影響量である。低いＰＶＡｃ濃度において、大きな粒子が予想できる。粒径分布には顕著な影響は明らかではない。さらなる実験を、６％〜８％の濃度範囲および７５℃〜８５℃にて実施した。これらは、用いたＰＶＡｃ濃度が粒径に対して主要な効果を有すること、より正確には、ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の値に対して逆相関効果を有することを示した。この傾向は、ＰＶＡｃを２．５％〜１０％の濃度でＴ＝８５℃で用いた実験によっても確認され（図３６参照）、粒径が、見出された結果に基づいて、一定の反応条件下で前もってかなり良好に設計可能であることを意味する。８％のＰＶＡｃでのｄ９０／ｄ１０の最小値の予測も、例えば一連の実験と一致した。
【００９７】
図３６は、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の、Ｔ＝８５℃、ＮＶＰ濃度＝４．５％およびＡＩＢＮ濃度＝１．４％における、ＰＶＡｃ濃度に対する依存を示す図である。
モノマーとしてのＮ−ビニルピロリドンの開始濃度は、３％〜６％の間の非常に狭い範囲、および特に４．５％〜５．３％の範囲でのみ変化させた。ＮＶＰ濃度の影響は重要であることが証明され、４．５％において、より小さなサイズ分布を有するいくらか大きな粒子が見出された。補足実験において、この傾向は、選択した範囲である２．５％〜５％のＮＶＰを越えても確認された。
【００９８】
粒径の開始剤濃度への依存は、ほとんどの系において開始剤含量の増加と共に粒径の増加として記述される。これに対する文献における根拠は、核生成相において、フリーラジカル濃度の増加と同時により多くのポリマー鎖が析出し、これらは核の安定化が完了する前に、凝集してより大きな粒子を形成できることである［１２、１４、１６、１９、２１］。反対の効果は、経験的データに基づいてのみ記述されている［１８］。反対の効果は、多くの溶媒で同様に観察される［１１］。ＡＩＢＮを開始剤、およびＰＶＡｃを安定剤とする、プロピオン酸プロピル中のＮ−ビニルピロリドンの分散重合の我々独自の実験において、驚くべきことには、ＡＩＢＮ濃度を０．５％から２％に増加させると、粒径が顕著に減少することが見出された。開始剤濃度のさらなる増加は、粒径のさらなる変化をもたらさない。
【００９９】
検討した系における粒径に対する安定化の影響は、文献に記載されたモデルと類似していると考えることができる。安定剤濃度の増加と共に、より大きな表面積の安定化が可能であり、これは、粒径の減少により保証される。我々の実験では、文献と同様に、より高い分子量を有するＰＶＡｃにより、さらに効果的な安定化が生じる。温度の上昇およびモノマー濃度の増加と共に、形成されるポリマーおよび安定剤の溶解性は増加する。これは一方で、比較的高い分子量の場合に、ポリマーは反応混合物からのみ析出し、こうして重合は移動相においてより長く起こるとの結果となる。他方では、安定剤の安定化作用はその高い溶解性により低減され、すなわち核生成の間にさらなる凝集によりさらに大きな粒子が形成されることを意味する［１１〜２２］。これは、ここで反応温度に関して実施した実験結果と一致する。溶媒混合物による極性の変化についての実験も、この効果を確認する。
【０１００】
文献によれば、粒子数が重合の２０分後または５％転化の前に規定される、単分散性についての機構的モデルが記載されている「１１〜１３］。この時点から、他のモノマーおよびオリゴマーの吸収を介して起こる粒子の成長のみが起こる。単分散性の分布を有する粒子の製造のために、反応の初めに十分な核が形成されて、残りのオリゴマーを、これらが安定化されて新しい核を形成する（第２核生成）前に吸収できることが必要である。核生成相の間の析出ポリマー鎖の生成率および安定化速度は、反応温度ならびに開始剤、モノマー、溶媒および安定剤の種類および濃度を介して影響され得る［１１〜２２］。しかし、影響量の変化による粒子のサイズ分布における変化は、特に対応する系について、経験的に決定されたデータを参照してのみ、記述されている。
【０１０１】
我々独自の実験により、粒子集団のサイズ変化は、開始剤およびモノマー濃度の変化により影響され得ることが示された。単分散性におけるこの変化は、ｄ９０／ｄ１０の値を介しては顕著に明らかではない。図３７は、ＡＩＢＮの濃度変化による、サイズ分布の特徴における変化を示す。粒径分布を記述するさらなる可能性は、多分散度指数（ＰＤＩ）の引用である：
【数７】
図３７は、サイズ分布のＡＩＢＮ濃度０．５％（１）、１．８％（２）、および４％（３）への依存を示す。
【表１６】
【０１０２】
略語リスト
［Ｘ］＝ｘの濃度
ＡＩＢＮ＝アゾビスイソブチロニトリル
ＤＪＡ＝ダブルジャケット装置
ＤＶＣ＝ジビニル化合物
Ｍ１００＝Multiplant 100（自動合成装置）
ＭＷ＝分子量
ＮＶＰ＝Ｎ−ビニルピロリドン
ＰＡＡ＝ポリアクリル酸
ＰＶＡｃ＝酢酸ポリビニル
ＰＶＭＥ＝ポリビニルメチルエーテル
【０１０３】
表のリスト
表１：２因子および３因子についての線形、二次および相互作用項
表２：[３１]の製品BASF Luvitec(登録商標)Kの製品情報よる、ポリビニルピロリドン用の溶媒および沈殿剤
表３：溶解性決定のための予備実験に選択された溶媒およびその結果
表４：立体安定剤の溶解性
表５：種々の溶媒および安定剤の適合性についての予備実験の概要
表６：検討した系の成分
表７：第１実験計画のパラメータ範囲
表８：繰り返し測定の結果
表９：第１実験計画と個別実験の結果
表１０：第２実験計画のパラメータ範囲
表１１：第２実験計画と目的量についての結果
表１２：ジオキサンの影響
表１３：最初のスケールアップ実験のデータ
表１４：Ｍ１００およびＤＪＡのバッチの比較
表１５：実施した膨潤実験の結果
表１６：種々のモノマーおよびＡＩＢＮ濃度におけるＰＤＩおよびｄ９０／ｄ１０の値の比較
【０１０４】
図のリスト
図１：ビニルピロリドンのフリーラジカル重合における反応ステップ
図２：立体安定化作用の図式的原理
図３：官能性マクロマーを立体安定剤としたスチレン重合を例とした、分散重合の間のポリマー粒子の形成および発達の推移［１４］
図４：シード重合における成長順序の例［５］
図５：ＤｏＥの使用における相
図６：プロセスまたはシステムの入力／出力モデル
図７：装置ドリフトを例とした時間依存性干渉の影響およびランダム化実験計画の利点の図示
図８：２因子（左）および３因子（右）に対する実験ポイントの空間的配置
図９：MultiplantＭ１００の機能を記述するための単純化したフローチャート
図１０：ジャケット温度制御の機能的原理（平面図）
【０１０５】
図１１：ＰＶＭＥ、ＰＶＡｃ：ＭＷ１４０ｋ、ＰＶＡｃ：ＭＷ５００ｋ、ＰＶＡｃ：ＭＷ５０ｋをプロピオン酸プロピル中（Ｂ〜Ｅ）、および酢酸エチル（Ａ）中の安定剤とした場合の系に特徴的な、予備実験からのＰＶＰ粒子の顕微鏡写真
図１２：体積％分布図とｄ１０、ｄ５０、ｄ９０および単分散性の計算値の例
図１３：ｄ５０のオリジナル測定値の分布
図１４：ｄ５０の変換された測定値の分布
図１５：モデル係数および対応する信頼範囲（減少モデル）
図１６：ｄ５０における変化の１次元（左）および２次元（右）モデル予測
図１７：ｄ９０／ｄ１０のオリジナル測定値の分布
図１８：ｄ９０／ｄ１０の変換された測定値の分布
図１９：オリジナル測定値の分布
図２０：変換された測定値の分布
図２１：ｄ５０についてのモデル係数および対応する信頼範囲
図２２：ｄ５０の変化の１次元モデル予測
図２３：平均レベルのＡＩＢＮおよび[ＰＶＡｃ]６％、７％、８％における、ｄ５０の変化の２次元モデル予測
図２４：変換された測定値の分布
【０１０６】
図２５：再現性の評価
図２６：ｄ９０／ｄ１０についてのモデル係数および対応する信頼範囲
図２７：２峰性サイズ分布を有するバッチの例
図２８：エタノール濃度を１％から１．５％に増加させた結果
図２９：ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のジオキサンの割合に対する依存性
図３０：０％、２％および２０％のジオキサンによる実験
図３１：Ｍ１００（左）およびＤＪＡ（右）からのバッチの比較
図３２：２％ＤＶＣを用いたＭ１００（左）およびＤＪＡ（右）からのバッチの比較
図３３：元の反応混合物へのＮＶＰの添加と続く重合の効果
図３４：[ＮＶＰ]＝４．５％、[ＡＩＢＮ]＝１．４％、[ＰＶＡｃ]＝６％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０の反応温度に対する依存性
図３５：Ｔ＝８５℃、[ＮＶＰ]＝４．５％、 [ＰＶＡｃ]＝６％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のＡＩＢＮ濃度に対する依存性
図３６：Ｔ＝８５℃、[ＮＶＰ]＝４．５％、[ＡＩＢＮ]＝１．４％の場合の、目的量ｄ５０およびｄ９０／ｄ１０のＰＶＡｃ濃度に対する依存性
図３７：０．５％（１）、１．８％（２）、および４％（３）の場合の、サイズ分布の[ＡＩＢＮ]に対する依存性
【０１０７】
参考文献
【表１７】
【０１０８】
【表１８】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い単分散性および顕著な球形度を有するポリマー粒子の製造方法であって、Ｎ−ビニルピロリドンを、エタノール、イソプロパノールおよびジオキサンの群から選択される溶媒、またはこれらの溶媒の混合物と、任意に水との混合物の存在下で重合し、生じたポリビニルピロリドンを分散体からのポリマー粒子として得ることを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
得られたポリマー粒子を、多孔性親水性ポリマー粒子の製造のためのシード粒子として用いることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
重合を、０．５〜２．５重量％、好ましくは１〜２重量％の濃度の架橋剤の存在下で行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
重合を、０．５〜１０重量％、好ましくは５重量％の量のエタノールおよび／またはイソプロパノールの存在下で行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
重合を、溶媒としてのジオキサンの存在下、これを１〜１１重量％、好ましくは１〜３重量％の濃度、および特に好ましくは５〜１０重量％の濃度で用いて行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
重合を行うために、２〜１０重量％、好ましくは２〜６重量％、より特に好ましくは２重量％の量の、Ｎ−ビニルピロリドンのモノマー濃度を用いることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
重合を、０．８〜１８重量％、好ましくは２．５〜１０重量％、特に好ましくは６〜１０重量％の量の安定剤の存在下で行うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
重合を、安定剤として酢酸ポリビニルの存在下で行うことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
重合を、開始剤の存在下で行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
開始剤を、０．２〜５重量％、好ましくは０．５〜４重量％の量、特に好ましくは１重量％の量加えることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
用いる開始剤が、アゾビスイソブチロニトリルであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
重合を、６０〜９０℃の範囲、好ましくは７５〜９０℃の範囲の温度で行うことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により製造されたポリマー粒子の、クロマトグラフィ分離法における使用。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により製造されたポリマー粒子の、タンパク質調製における分取または分析クロマトグラフィ用のマクロ多孔性ポリマー粒子の製造のための使用。
【請求項１５】
高い単分散性および顕著な球形度を有し、＜１μｍ〜５μｍの範囲の平均粒径および多分散度指数ＰＤＩ＜１．１を有し、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により得られる、ポリマー粒子。
【請求項１】
高い単分散性および顕著な球形度を有するポリマー粒子の製造方法であって、Ｎ−ビニルピロリドンを、エタノール、イソプロパノールおよびジオキサンの群から選択される溶媒、またはこれらの溶媒の混合物と、任意に水との混合物の存在下で重合し、生じたポリビニルピロリドンを分散体からのポリマー粒子として得ることを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
得られたポリマー粒子を、多孔性親水性ポリマー粒子の製造のためのシード粒子として用いることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
重合を、０．５〜２．５重量％、好ましくは１〜２重量％の濃度の架橋剤の存在下で行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
重合を、０．５〜１０重量％、好ましくは５重量％の量のエタノールおよび／またはイソプロパノールの存在下で行うことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
重合を、溶媒としてのジオキサンの存在下、これを１〜１１重量％、好ましくは１〜３重量％の濃度、および特に好ましくは５〜１０重量％の濃度で用いて行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
重合を行うために、２〜１０重量％、好ましくは２〜６重量％、より特に好ましくは２重量％の量の、Ｎ−ビニルピロリドンのモノマー濃度を用いることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
重合を、０．８〜１８重量％、好ましくは２．５〜１０重量％、特に好ましくは６〜１０重量％の量の安定剤の存在下で行うことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
重合を、安定剤として酢酸ポリビニルの存在下で行うことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
重合を、開始剤の存在下で行うことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
開始剤を、０．２〜５重量％、好ましくは０．５〜４重量％の量、特に好ましくは１重量％の量加えることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
用いる開始剤が、アゾビスイソブチロニトリルであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
重合を、６０〜９０℃の範囲、好ましくは７５〜９０℃の範囲の温度で行うことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により製造されたポリマー粒子の、クロマトグラフィ分離法における使用。
【請求項１４】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により製造されたポリマー粒子の、タンパク質調製における分取または分析クロマトグラフィ用のマクロ多孔性ポリマー粒子の製造のための使用。
【請求項１５】
高い単分散性および顕著な球形度を有し、＜１μｍ〜５μｍの範囲の平均粒径および多分散度指数ＰＤＩ＜１．１を有し、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法により得られる、ポリマー粒子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２９】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図１１】
【図２７】
【図２８】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２９】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図１１】
【図２７】
【図２８】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３７】
【公表番号】特表２０１２−５２６１５８（Ｐ２０１２−５２６１５８Ａ）
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０８９３２（Ｐ２０１２−５０８９３２）
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００２５８２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２７７８９
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５９１０３２５９６）メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (1,043)
【氏名又は名称原語表記】Ｍｅｒｃｋ Ｐａｔｅｎｔ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｅｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ
【住所又は居所原語表記】Ｆｒａｎｋｆｕｒｔｅｒ Ｓｔｒ． ２５０，Ｄ−６４２９３ Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｆｅｄｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２７日（２０１０．４．２７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／００２５８２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１２７７８９
【国際公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【出願人】（５９１０３２５９６）メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (1,043)
【氏名又は名称原語表記】Ｍｅｒｃｋ Ｐａｔｅｎｔ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｅｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ
【住所又は居所原語表記】Ｆｒａｎｋｆｕｒｔｅｒ Ｓｔｒ． ２５０，Ｄ−６４２９３ Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｆｅｄｅｒａｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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