專利名稱：通用型環氧活性磁珠工業化生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種表面帶有活性環氧基團的“手”型分子聚合物包被的微米級磁珠的工業化生產工藝。該磁珠可以直接與生物大分子形成穩定共價單鍵，并通過免疫反應，用于抗體、抗原、蛋白質、病毒、細菌、細胞的富集和分離，它是一種實用性很強的免疫磁珠。
近二十年文獻報導，通過乳化聚合法或懸浮聚合法制備磁珠已有很多種，其中主要是生成表面帶有羥基、氨基、羧基的磁珠，經過“手”型偶聯分子與生物大分子結合后用于醫學、分子生物學、酶學、化學等領域。聚合生成帶有直接能與生物大分子鍵合的磁珠報導很少，僅見用丙烯醛與苯乙烯共聚生成醛基磁珠，可以直接與生物大分子偶聯。但是，因為丙烯醛不是“手”型分子，偶聯后空間位阻較大，對生物大分子的功能有一定影響。目前市售磁珠主要是進口產品，價格昂貴，大大限制其在上述各個領域中的應用。
本發明的目的是針對上述現有技術的現狀提供一種結構簡單，成本低廉，易于生產，便于使用的通用型環氧活性磁珠的工業化生產工藝。用本發明生產的磁珠具有下列特點(1)磁珠具有核殼結構核為脂肪酸改性天然磁鐵礦粉與苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的混合物；殼為聚甲基丙烯酸環氧丙酯。磁粉被完全包被入磁珠內部。(2)表面有活性環氧基團“手”型分子，在pH＞8時可以直接與生物大分子的巰基、氨基、羥基結合生成穩定的共價單鍵。(3)對各種水溶液的化學穩定性和分散性較好。(4)順磁性強，磁場反應敏感。(5)在室溫條件下干燥儲存數月環氧基團活性穩定。200目磁珠活性環氧值＞60μmol/g，400目磁珠活性環氧值＞80μmol/g。
實現本發明的技術方案是天然磁鐵礦粉經超細粉碎、旋流器水選分離出超細四氧化三鐵粉末，用脂肪酸對其表面改性、干燥后與帶有過氧化苯甲酰(BPO)的苯乙烯-二乙烯基苯單體混合，以明膠為分散劑，懸浮聚合、洗滌、磁性分離、干燥、篩分后用帶有過氧化二碳酸雙-2-乙基己酯(EHP)引發劑的甲基丙烯酸環氧丙酯的水乳濁液浸泡后，攪拌聚合，洗滌、分離、干燥、篩分得到產品。
下面將本發明的技術方案分六個步驟詳細說明
1、超細四氧化三鐵粉末的生產用膠體磨對100目市售一級天然磁鐵礦粉帶水研磨，用磁場分離去掉無磁感應的三氧化二鐵，經過數次反復研磨至大部分磁礦粉粒徑用顯微鏡觀察小于2微米。將礦粉漿用水沖稀至固含量為5％，用高壓水泵將磁礦粉稀漿以0.4-0.6Mpa壓力泵入直徑為10毫米的旋流器中分選，控制細粉漿出口和粗粉漿出口的壓力，得到直徑小于1微米的細粉漿，沉淀分離得到超細四氧化三鐵濕粉。粗粉漿沉淀分離后經膠體磨再研磨后，再經旋流器水選。
2、四氧化三鐵表面改性為脂肪酸磁粉將第1步驟中得到的超細四氧化三鐵濕粉中加入其重量的1％-4％的脂肪酸和適量的去離子水，煮沸30分鐘見到表面油性的四氧化三鐵粉完全沉淀，上層水為澄清，即“油水分離”后停止加熱，冷卻，取出磁粉，室溫干燥或105℃烘干即為脂肪酸磁粉。用0.05mol/L NaOH滴定，以酚酞為指示劑，確定磁粉上殘余脂肪酸的量后，將干燥的脂肪酸磁粉加適量去離子水攪拌滴加適量1mol/L NaOH至磁粉上殘余脂肪酸被中和后，用去離子水洗滌、室溫下干燥或105℃烘干后，通過100目篩，得到表面改性的脂肪酸磁粉。
3、脂肪酸磁粉在混合單體中均勻分散在強烈機械攪拌下將混合單體溶液分次加入到第2步驟得到的脂肪酸磁粉中，使磁粉均勻分散，得到脂肪酸磁粉與混合單體溶液的懸濁液。
其中①脂肪酸磁粉為混合單體溶液重量的5％-30％。
②混合單體溶液的重量百分組成苯乙烯81％-88.5％二乙烯基苯11％-16％過氧化苯甲酰 0.5％-2.5％③機械攪拌速度為50-500rpm4、懸浮聚合將第3步驟得到的懸濁液加入含有0.5％-3％明膠分散劑水溶液的反應釜中強烈攪拌，速度為300-600rpm，在70-95℃下恒溫懸浮聚合2小時加入1％亞甲基蘭，終止磁珠表面聚合反應，再聚合2-6小時。
5、磁珠分離和酸處理將帶有磁珠的懸浮聚合明膠水溶液分別通過100目篩，200目篩，400目篩，得到粒徑為76-154μm，至38.5-76μm，＜38.5μm的三種規格的磁珠，分別用去離子水洗滌數次，放入0.1-1mol/LHCl溶液中浸泡4-8小時，用去離子水洗滌至pH6-7，室溫干燥得到苯乙烯-二乙烯基苯磁珠。
6、磁珠包被帶有活性環氧基團“手”型分子將第5步驟得到的干燥苯乙烯-二乙烯基苯磁珠放入反應釜中，加入帶有過氧化二碳酸雙-2-乙基己基酯(EHP)的甲基丙烯酸環氧丙酯的乳濁水溶液。在50-70℃，機械攪拌速度50-300rpm反應30-60分鐘，得到表面包被有聚甲基丙烯酸環氧丙酯的環氧活性磁珠。放出反應溶液，通過100目，200目，400目篩得到粒徑為76-154μm，38.5-76μm，＜38.5μm的三種規格的環氧活性磁珠，分別用去離子水洗滌數次至洗滌液中檢測不出甲基丙烯酸環氧丙酯，將磁珠在室溫下干燥得成品。
其中①苯乙烯-二乙烯基苯磁珠在反應釜中為乳濁水溶液重量的10％-40％②乳濁水溶液的重量百分組成甲基丙烯酸環氧丙酯2％-8％過氧化二碳酸雙-2-乙基己基酯0.01％-0.16％去離子水92％-98％
本發明采用天然磁鐵礦超細粉碎后，用脂肪酸進行表面改性與苯乙烯-二乙烯基苯單體混勻后在明膠體系中懸浮聚合，得到苯乙烯-二乙烯基苯磁珠。用帶有過氧化二碳酸雙-2-乙基己基酯引發劑的甲基丙烯酸環氧丙酯進行涂聚，二步法合成表面帶有活性環氧基團“手”型分子的通用型環氧活性磁珠，目前市售或文獻報導的磁珠表面帶有官能團氨基，羥基，羧基，醛基，需要先用“手”型偶聯劑偶聯再與生物大分子偶聯，操作復雜，偶聯效率較低。一般在用“手”型偶聯劑偶聯后需在水溶液中保存。此類磁珠難于大規模工業生產，也末見工業生產工藝的報導。本發明生產工藝簡單，對生產設備要求低，可以在一般生產離子交換樹酯廠的生產流水線上很容易實現生產，產品成本低廉，產率高，具有高度化學穩定性和優良水系分散性，與生物大分子偶聯性能優良。
本發明的工藝流程如
圖1，圖2，圖3所示，圖1為天然磁鐵礦粉的超細粉碎和旋流器水選分離的工藝流程圖。200目一級天然磁鐵礦粉和少量水進入膠體磨1，超細粉碎后進入磁場分離器2，經三通閥返回膠體磨，研磨數次，至大部磁鐵礦粉粒徑＜2μm后經三通閥進入懸浮罐3，在攪拌下從進水口8加入大量水，至磁鐵礦粉比水為5∶100，充分攪勻，進入旋流器4，水選后分為粗粉和細粉，粗粉進入沉淀池5，沉淀粗粉返回膠體磨1，重新研磨。細粉進入沉淀池6，沉淀細粉進入托盤7后，室溫干燥或烘箱105℃干燥。沉淀池5、6的廢水從上面出口溢出，沉淀細Fe2O3粉后由進水口8進入懸浮罐3重復使用。
圖2為Fe3O4磁粉表面改性。細Fe3O4磁粉經進口1，水和脂肪酸經進口2′進入反應釜1，攪拌下，加熱至95℃-100℃，30分鐘，見到油水分離后由下口放出進入托盤2，水洗兩次后得到脂肪酸磁粉，室溫或烘箱105℃干燥后經100目篩進入收集器4備用。
圖3為懸浮聚合與篩分。2％明膠水溶液經進口1′進入反應釜1，加熱至70℃，脂肪酸磁粉與帶有過氧化苯甲酰引發劑的苯乙烯-二乙烯基苯混合單體，機械攪拌均勻后經進口1′進入反應釜1，強烈攪拌下，由水套2加熱升溫至95℃反應2小時后加入1％亞甲基蘭終止磁珠表面聚合反應，繼續反應2-6小時反應完成，單體殘余物很低。將反應產物放出經過100目篩后進入200目篩3，400目篩4，和沉淀槽5水洗篩分將100目-200目、200目-400目、大于400目磁珠分別進入托盤6、7、8，室溫干燥。
圖3又為磁珠表面涂聚甲基丙烯酸環氧丙酯的流程示意圖。將苯乙烯-二乙烯基苯磁珠經進口1′進入反應釜1，帶有過氧化二碳酸雙-2-乙基己基酯引發劑的甲基丙烯酸環氧丙酯與水充分攪拌后得到乳濁液經進口1′進入反應釜1，在40℃攪拌浸泡30分鐘，升溫到60℃反應40分鐘，產物由下口放出經篩分后，干燥得成品。
實施實例苯乙烯單體7kg，二乙烯基苯1kg，過氧化苯甲酰(BPO)160g混合均勻，在攪拌速度100rpm下加入脂肪酸表面改性干燥磁粉2kg形成均勻懸浮液，用離心泵抽入裝有80升2％明膠水溶液的160升反應釜中強烈攪拌速度為300rpm，懸浮聚合，在70℃-95℃聚合2小時加1％亞甲基蘭100ml，再聚合4小時，經過100目篩放出反應物，去掉極少量特大珠子，用去離子洗滌，去除分散劑明膠后，磁鐵分離去掉磁性小的珠子，放入1mol/L HCl浸泡四小時，洗滌磁珠至pH6-7，室溫干燥。通過200目，400目篩得到粒徑76μm-154μm；38.5μm，-76μm，；＜38.5μm的磁珠，產量分別為4kg，2kg，0.5kg，總產率平均為65％。將這三種規格的磁珠分別放入反應釜，加入EHP和甲基丙烯酸環氧丙酯與水混合的乳濁液，具體重量如下
磁珠EHP甲基丙烯酸環氧丙酯水4kg 12mL600mL15L2kg 6mL 300mL7.5L0.5kg 1.5mL 75mL 2L磁珠與單體乳濁液在40℃下攪拌速度100rpm浸泡半小時，然后升溫到60℃，攪拌速度為100rpm聚合40分鐘。用磁鐵分離磁珠后，用水洗滌數次，至洗滌液不含甲基丙烯酸環氧丙酯后，室溫干燥，用100目、200目、400目篩進行篩分得到成品。磁珠表面活性環氧值100目-200目(粒徑154μm-76μm)環氧值＞40μmol/g；200-400目(粒徑76-38.5μm)環氧值＞60μmol/g；400目以上(粒徑＜38.5μm)環氧值＞80μmol/g，產量分別為4.2kg，2.1kg，0.5kg。
權利要求
1.一種通用型環氧活性磁珠工業化生產工藝，其特征在于天然磁鐵礦粉經膠體磨超細粉碎，旋流器水選分離后用脂肪酸進行表面改性，在苯乙烯-二乙烯基苯混合單體中均勻化，在反應釜中以明膠為分散劑進行懸浮聚合，磁性分離，篩分，干燥得到苯乙烯-二乙烯基苯磁珠，然后用帶有過氧化二碳酸雙-2-乙基己基酯引發劑的甲基丙烯酸環氧丙酯單體在反應釜中以水為介質進行表面涂聚，分離、干燥得到表面帶有“手”型分子的通用型環氧活性磁珠成品。
2.按照權利要求1所述工藝，其特征在于200目一級天然磁鐵礦粉，經膠體磨進行超細粉碎，用磁選分離得到純的Fe3O4細粉，用水稀釋至固含量為5％后，經旋流器水選分離得到粒徑＜1μm磁粉。
3.按照權利要求1所述工藝，其特征在于Fe3O4磁粉表面改性處理，通過Fe3O4磁粉與其重量的1％-3％的脂肪酸在少量水中煮沸30分鐘，達到油水分離，取出磁粉室溫下干燥或105℃烘箱干燥，再用1mol/L NaOH，滴加入磁粉中至中性，洗滌，干燥，過100目篩，得到脂肪酸磁粉。
4.按照權利要求1所述工藝，其特征在于在強烈機械攪拌下分次將混合單體加入脂肪酸磁粉中，得到磁粉均勻分散的懸濁液，將此懸濁液泵入以明膠為分散劑的反應釜，在強烈機械攪拌下懸浮聚合生成磁珠。其中①脂肪酸磁粉為混合單體溶液重量的5％-30％②混合單體溶液的重量百分組成苯乙烯81.5％-88.5％二乙烯基苯11％-16％過氧化苯甲酰0.5％-2.5％③機械攪拌速度50-500rpm④懸浮聚合條件分散劑明膠為0.5％-3％的水溶液，溫度70℃-95℃，聚合6小時，攪拌速度300-600rpm。
5.按照權利要求1所述工藝，其特征在于苯乙烯-二乙烯基苯磁珠經酸處理后，用帶有過氧化二碳酸雙-2-乙基己基酯引發劑的甲基丙烯酸環氧丙酯的水的乳濁液在反應釜中進行涂聚，得到通用型環氧活性磁珠。其中①用1mol/L鹽酸室溫下浸泡苯乙烯-二乙烯基苯磁珠4小時。②環氧乳濁液重量百分組成甲基丙烯酸環氧丙酯2％-8％過氧化二碳酸雙-2-乙基己基酯0.01％-0.16％去離子水92％-98％③苯乙烯-二烯基苯磁珠為反應釜中乳濁液重量的1％-40％④表面涂聚反應，先在40℃攪拌浸泡30分鐘，然后升溫到60℃攪拌聚合40分鐘反應完成。
全文摘要
通用型環氧活性磁珠工業化生產工藝在于對天然磁鐵礦粉超細粉碎,水選分離,表面改性磁粉與苯乙烯－二乙烯基苯單體均勻混合,明膠為分散劑懸浮聚合,合成磁珠,洗滌干燥后加入帶有EHP引發劑的甲基丙烯酸環氧丙酯的水的乳濁液,表面涂聚,干燥篩分得成品。通過本發明得到的磁珠表面帶有活性環氧基團的“手”型分子,pH>8時,可直接與生物大分子偶聯,環氧活性穩定,水系分散性好,工藝簡單,產率高,粒徑均勻,成本低廉。
文檔編號B01J13/02GK1332032SQ01120510
公開日2002年1月23日 申請日期2001年7月18日 優先權日2001年7月18日
發明者王雯, 戚其平 申請人:北京艾奧生物科技研究所有限公司, 葉振平, 王雯