JP2008508998A - 非架橋ゲルポリマーを含んで成る複合材料 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非架橋ゲルポリマーを含んで成る複合材料、その製造方法及び分離媒体としてのその使用に係る。
微細ろ過膜又は限外ろ過膜の疎水性を減少させることは、膜の汚染傾向を減少させるので有利であることが知られている。このことは、最も安価で最も安定な膜形成材料(支持部材)が完全に疎水性であるポリマーであるため、当然問題が起る。親水性であり、従って容易に水と湿潤可能である膜を製造すれば大きな利点が得られるが、その理由は、膜の使用がより簡単になりまた湿潤溶媒の必要性が回避されるからである。
支持部材の細孔を非架橋ゲルポリマーで永続的にコート又は充填することによって、良好な湿潤特性を有する複合材料が得られることが発見された。
(a)、第一溶媒と前記第一溶媒に実質的に可溶である非架橋ポリマーとを含んで成る溶液を多細孔性支持部材に適用する工程―但し、第一溶媒は、第二の溶媒と混和可能であり、ポリマーが、第二溶媒中に実質的に不溶であるが、膨潤可能であり、その結果ポリマーは支持部材の細孔に侵入可能となる―;及び
(b)前記ポリマーを前記第二溶媒に接触させることによって前記ポリマーを前記溶液から沈降させて、支持部材の細孔を永続的に充填又はコートするゲルポリマーを形成する工程。
ゲルポリマーの組成
ゲルは典型的には、形成されたポリマーネットワークに対して良溶媒であり且つポリマーネットワークを膨潤させる溶媒中においてモノマーと多官能性の化合物(架橋剤)との重合を行うことによって又は架橋可能なポリマーを架橋させることによって得られる。
a)負に帯電したモノマー類、例えば2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、スルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸、アクリルアミドグリコール酸、メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸、2−プロペン−s−スルホン酸、アクリル酸ナトリウム、メタクリル酸2−スルホンエチル、アクリル酸3−スルホプロピル、メタクリル酸3−スルホプロピル、ビニル安息香酸、ビニルスルホン酸、及びアクリル酸2−カルボキシエチルなど;
b)正に帯電したモノマー類、例えばメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(MAPTAC)、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(APTAC)、2−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、メタクリロイルコリンメチルスルフェート、アクリル酸2−N−モルホリノエチル、メタクリル酸2−N−モルホリノエチル、1−ビニルイミダゾール、2又は4−ビニルピリジン、2−アクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、2−アミノエチルメタクリル酸ハイドロクロリド、N−(3−アミノプロピル)メタクリルアミドハイドロクロリド、メタクリル酸2−(tert−ブチルアミノ)エチル、ジアリルアミン、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド、メタクリル酸2−(N,N−ジエチルアミノ)エチル、2−(ジエチルアミノ)エチルスチレン、アクリル酸2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル、N−[2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル]メタクリルアミド、メタクリル酸2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル、及びN−[3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル]アクリルアミド(メタクリルアミド)など;並びに
c)中性の親水性モノマー類、例えばメタクリル酸4−ヒドロキシブチル、アクリル酸(メタクリル酸)2−ヒドロキシルエチル、N−(2−ヒドロキシプロピル)メタクリルアミド、アクリル酸(メタクリル酸)ヒドロキシプロピ)、アクリルアミド(メタクリルアミド)、N−メタクリロイルモルホリン、N−メチルメタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、モノアクリコキシエチルホスフェート、1,1,1−トリメチロールプロパンジアリルエーテル、1,1,1−トリメチロールプロパンモノアリルエーテル、モノメタクリル酸ポリ(エチレングリコール)、モノメタクリル酸ポリ(プロピレングリコール)、N−イソプロピルアクリルアミド、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルホルムアミド、ビニル−4−ヒドロキシブチルエーテル、N−ビニル−N−メタセトアミド(methacetamide)、ビニルメチルスルホン、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニルウレア(vinylurea)、アクリルアミド、N−アクリロイルモルホリン、N−アクリロイルトリ(ヒドロキシメチル)メチルアミン、ジエチルアクリルアミド、N,N−ジエチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、モノアクリル酸グリセリン、モノメタクリル酸グリセリン、アクリル酸2−(2−エトキシエトキシ)エチル及びアクリル酸テトラヒドロフルフリルなど。
多細孔性支持部材は、平均直径が約0.1μmから約30μmまでであり、容積気細孔率が約40と約90%との間である細孔を有し得る。支持体の容積気孔率εは、その支持ポリマーの特定の密度が既知であることを条件として、例えば正方形、矩形、又はディスクなどの幾何学的に規則正しい試料の質量及び容積から算出出来る。用い得る式は、次のとおりである。
本発明に従った複合材料を製造する方法の一つは、支持部材の細孔内部でのゲル形成性ポリマーの沈降を含んで成る。
a)複合材料に対して、蒸発方法によるものとは異なる組成を与える;
b)複合材料中のゲルポリマーの量を制御するための簡単な方法を提供し、これによってコーティング層の厚さの制御を行うことが出来る;
c)単一プロセスの使用によって細孔充填処理及び細孔コート処理複合材料を製造することを可能となる;
d)第二の溶媒の浸透を制御することによってゲルの分布及び形態を制御出来る。かくして、非対称的にコート又は充填処理された複合材料を製造出来る。非対称複合材料においては、支持部材がゲルに完全に塞がれていないボイド容積を有し、ゲルの密度は支持部材の第一の主表面又はその隣接部において、支持部材の第二の主表面上又は隣接部における密度よりも大きくなる;
e)モノマー、反応開始剤及び架橋剤などの低分子量有機分子が必要でないため、後刻それらを除去する必要性が回避される;
f)使用する有機溶媒の量が、伝統的な方法よりも少なくなる;
g)方法が簡単かつ迅速であり、容易にスケール変更して連続的な製造とすることが出来る。
実施態様の一つにおいては、ある添加剤をゲル形成性ポリマーと共沈させることによって、得られる複合材料の特性を高めることが出来る。理論に束縛されられること希求しなければ、架橋添加剤は、ゲルポリマーと絡まるために、添加剤が支持部材の細孔内に保持されると考えられる。
本発明の複合材料は、従来公知の複合材料よりも多くの利点・特徴を有することによって利益を受ける。支持部材の細孔をコート又は充填するために広範囲のポリマーを用いることが出来るため、複合材料が優れた分離特性を有し、制御された数の帯電基を持ち、及び/又は良好な化学抵抗を示すように調整することが出来る。
膜を乾燥させて有機溶媒又は有機溶媒と水との混合物を除去することにより、コポリマーに実質的に基体の表面全体をコートするコート層を形成させる工程、である。
使用材料
使用したポリマーは、ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)(PEEK)(ビクトレックス(VICTREX)PEEK 450 PF、VICTREX USA)、ポリ(エーテルスルホン)(PES)(ラデル(Radel)A−100、VICTREX US社)、ポリ(2,6−ジメチル−p−フェニレンオキシド)(PPO)(Polyscience)、ポリスチレン(PSt)(Aldrich)、ポリ(ビニルベンジルクロリド)(PVB)(Aldrich)、キトサン(低分子量、Aldrich)、ポリエチレングリコール10 000(Fluka)、及びポリ(スチレンスルホン酸)(Polyscience)である。
供給ポンプ:マスターフレックス(MasterFlex)L/Sポンプドライブ 7523−60型(Barnant Co.)、ポンプヘッド 77201−62型(Cole−Palmer Instrument Co.)。
浸透ポンプ(Permeate pump):MCP標準ドライブ order No.ISM404(ISMATEC)。
フラックス計:遮蔽フラックス計 Size#4 GF−1460(GLIMONNT Instrument)。
マノメータ:圧力範囲0−30psi(SPER SCIENTIFIC LTD.)。
ポリ(2,6−フェニレン−p−オキシド)のスルホン化
ポリ(2,6−フェニレン−p−オキシド)(PPO)のスルホン化は、環境周囲条件下クロロホルム溶媒系において、スルホン化剤としてクロロスルホン酸を用いて行った。予め乾燥したPPOの9gを室温で300gのクロロホルムに溶解した。次いで150mlのクロロホルムに溶かした9mlのクロロスルホン酸を滴下漏斗を介して5時間に亙って室温で激しく撹拌しながら導入した。スルホン化が進行するに応じて、スルホン化PPO(SPPO)はクロロホルムに可溶でないため、SPPOは溶液から沈降した。沈降物を100mlのメタノールに溶解し、ペトリ皿に注ぎ入れ、溶媒を蒸発させた。かくして形成された厚いフィルムを、十分量の水で中性になるまで洗浄し、室温で乾燥した。
ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)(PEEK)粉末を120℃で2時間乾燥し、使用前に室温に冷却した。20gのPEEKを激しい撹拌の下で300mlの濃硫酸(95−97%)に溶解した。この反応を室温にて(中程度のスルホン化に対して)150時間及び(高度のスルホン化に対して)200時間続けた。その後、均一なポリマー溶液を水中で沈降させ、中性になるまで水で洗浄した。かくして得られた固体スルホン化ポリマーを室温で48時間乾燥し、更にオーブン中で60℃にて8時間乾燥した。
10gのポリ(エーテルスルホン)(PES)を50℃にて激しい撹拌の下で150mlの濃硫酸に溶解した。この反応を48時間進行させた。その後ポリマー溶液を水中で沈降させ、中性になるまで水で洗浄した。修飾ポリマーを室温で乾燥した。
ポリスチレン(PSt)のスルホン化は、環境周囲条件下でクロロホルム溶媒系において、スルホン化剤としてクロロスルホン酸を用いて行った。9gの予め乾燥したPStを室温にて激しい撹拌の下で300gのクロロホルムに溶解した。次いで150mlのクロロホルムに溶解した6mlのクロロスルホン酸を、滴下漏斗を介して室温で5時間に亙って導入した。スルホン化が進行するに応じて、スルホン化ポリスチレン(SPSt)はクロロホルムに可溶性でないため、SPStは溶液から沈降した。沈降物を100mlのN,N’−ジメチルホルムアミドに溶解し、水中で沈降させた。その後、沈降したポリマーを充分な量の水で中性になるまで洗浄し、室温で乾燥した。
ポリ(ビニルベンジルクロリド)(PVB)のアミノ化は、環境周囲条件で1−メチル−2−ピロリジノン(NMP)溶媒系において、アミノ化剤としてトリメチルアミンガスを用いて行なった。5gのPVBを室温にて激しい撹拌の下で20gのNMPに溶解した。次いでトリメチルアミンガスを低流速で30分間ポリマー溶液に通気した。次いでポリマー溶液を5時間撹拌して反応を完了させた。アミノ化ポリマーは、さらに精製することなく用いた。
100mlのフラスコに、8.8486gのNtBAm,1.6054gのAMPS、0.0552gのIrgacure(登録商標)2959(光反応開始剤),33及び0183gのメタノールを入れた。この溶液をすべての固体が溶解するまで磁気により撹拌し、次いで、表面から20cmの距離において8個の平行なUVランプを備えた光反応器(Microlites scientific)において、この溶液に350nmで80分間の照射を行なった。完了すると直ちに、粘性の溶液が得られ、使用のために保存した。
20mlのバイアルに、1.3677gのNtBAm、0.5100gのNVF、0.0199gのIrgacure(登録商標)2959(光反応開始剤)、0.6894gの水及び8.5922gのメタノールを入れた。この溶液を全ての固体が溶解するまで磁気により撹拌し、次いで、表面から20cmの距離において8個の平行なUVランプを備えた光反応器(Microlites scientific)において、この溶液に50分間の照射を行なった。完了すると粘性の溶液が得られ、使用のために保存した。
20mlのバイアルに、1.5142gのNtBAm、0.6627gのNVF、0.6165gのGMA、0.0166gのIrgacure(登録商標)2959(光反応開始剤)、2.9053gの水、4.0207gの1,4−ジオキサン及び5.8449gのエタノールを入れた。この溶液をすべての固体が溶解するまで磁気により撹拌し、次いで表面から20cmの距離において8個の平行なUVランプを備えた光反応器(Microlites scientific)において、この溶液に60分間の照射を行なった。完了すると直ちに、粘性の溶液が得られ、使用のために保存した。
フラットシート状細孔充填処理複合材料の製造
本発明の細孔充填処理複合材料は、以下の一般的な操作に従って製造出来る。計量したフラットな支持部材をポリ(エチレン)(PE)シートの上に置き、その試料にポリマー溶液を適用した。その後試料を別のPEシートで被覆し、このサンドイッチ状構造物の上にゴムローラを走らせて余分な溶液を除去した。その結果得られた充填処理材料を水に浸漬して溶媒を交換し、細孔の内側のポリマーを沈降させた。次いで複合材料を水で入念に洗浄し、蒸留水又は塩溶液中で保存した。
中空繊維支持部材を、Mastercraftエポキシ樹脂を用いてポリエチレン管内に注封した。複合材料は浸漬プロセスか又は真空系と連結した浸漬プロセスによって製造した。最初のプロセスにおいては、中空繊維支持部材を計量し、注封した試料は、支持部材の外側表面のみが溶液に直接接触する状態で15分間ポリマーの溶液に浸漬した。第二の場合においては、中空繊維支持部材を計量し、注封した試料には、真空ラインに接続され、真空をかけると同時に支持部材表面にブラシでポリマー溶液が適用された。この操作は10分間行った。繊維の空洞中の余分な溶液は、窒素流を少し60秒間通すことによって除去した。その後、注封したた支持部材を水に浸漬して溶媒を交換し、細孔内部のポリマーを沈降させた。次いで複合材料を水で入念に洗浄し、水又は塩溶液中で保存した。
細孔充填処理複合材料は、質量増加、イオン交換容量(電荷密度)及びゲル濃度(容積画分)によって特性化された。更に、環境走査型電子顕微鏡法(ESEM)研究及び共焦点顕微鏡分析を行った。
支持部材中で形成されたゲルの量を定めるために、試料を室温にて真空中で一定の質量になるまで乾燥した。ゲル混和による質量増加は、多孔性支持部材の最初の質量に対する乾燥ゲルの付加質量の割合として算出された。
イオン交換容量(IEC)は、二つの異なる操作によって推定・評価した。即ち、酸−塩基滴定によるものと、塩交換及びその後のイオンクロマトグラフィを用いたイオン分析によるものとである。
(−SO3 −基を含有する)負に帯電した複合材料について:
複合材料試料を1NHCl中に24時間放置して、負に帯電した部位を再活性化した。次いで、材料を中性になるまで水で洗浄した。中性であることを確認するために、洗浄後の水が脱イオン水と類似の導電率を示すまで導電率試験を行なった。その後、試料を小片に切断し、250mlフラスコに入れ、100mlの0.1N NaOHを加えた。試料をこの溶液中に24時間放置した。次いで10mlアリコートを取り、指示薬としてメチルオレンジを用いて0.1NHClで滴定した。IECは次の式に従って評価した。
複合材料試料を1NNaOH中に24時間放置して、正に帯電した部位を再活性化した。次いで、試料を中性になるまで水で洗浄した。中性であることを確認するために、洗浄後の水が脱イオン水と類似の導電率を示すまで導電率試験を行なった。その後、試料を小片に切断し、250mlフラスコに入れ、100mlの0.1N HClを加えた。試料をこの溶液中に24時間放置した。次いで10mlアリコートを取り、指示薬としてメチルオレンジを用いて0.1NのNaOHで滴定した。IECは次の式に従って推定評価した。
(−SO3 −基を含有する)負に帯電した複合材料について:
複合材料試料を1NのNaCl中に24時間放置して、負に帯電した部位をNa+−形に転化した。次いで、試料を水で洗浄して余分な塩溶液を除去した。その後、試料を小片に切断し、500mlフラスコに入れ、100mlの0.05M Ca(Cl)2を加えた。試料をこの溶液中に24時間放置した。次いで溶液を水で500mlに希釈し、イオンクロマトグラフでナトリウム含有量について少なくとも3回試験した。IECは次の式に従って推定評価した。
複合材料試料を1NのNaCl中に24時間放置して、正に帯電した部位をCl−形に転化した。次いで、試料を水で洗浄して余分な塩溶液を除去した。その後、試料を小片に切断し、500mlフラスコに入れ、100mlの0.05M Na2SO4を加えた。試料をこの溶液中に24時間放置した。次いで溶液を水で500mlに希釈し、イオンクロマトグラフで塩化物含有量について少なくとも3回試験した。IECは次のように推定評価した。
ゲル濃度(容積画分)φは、次の式から算出した。
タンパク質吸着の検討は、リゾチームを用いて行った。膜の形状での負に帯電した複合材料の実験の場合は、試料を最初に蒸留水で洗浄し、その後MES−緩衝液(pH=5.5)で洗浄した。吸着工程において、直径7.8cmの単一膜ディスクの形の複合材料試料を、後述する水フラックス測定に用いられるセル内の厚さ3−5mmの焼結グリッドの上に載せた。緩衝液1ml当り0.4mgから0.5mgのリゾチームを含むリゾチーム溶液をセルに注いで、複合材料の上に5cmのヘッド圧を与えた。この5cmの静水圧は、リゾチーム溶液のさらなる追加して一定に保持した。透過液の量を時間の関数として計量することによって流速を測定した。透過液試料を4−5分間隔で採取・回収し、280nmにおけるUV分析によって分析した。吸着工程に続いて、セル中の複合材料を約200mlのMES−緩衝液で洗浄し、5cmヘッド圧にて、又は圧縮窒素の制御された圧力の下で1MNaClを含有するTRIS−緩衝液によって脱着を行なった。透過液試料を4−5分間隔で採取・回収し、280nmにおけるUV分析によって試験し、リゾチーム含有量を測定した。
環境走査型電子顕微鏡法(ESEM)検討のために、複合材料試料を紙接着剤とコロイド状黒鉛ペースト(J.B.E.M.Services、Dorval,Quebec)との混合物によってアルミニウムスタブに接着した。スタブ上の試料を、ElectroScan 2020ESEM型(ElectroScan Corp., Wilmington, MA)において観察した。ESEMに搭載され、PGT Model IMIX−PTS微量分析システムに接続されたPGT PRISM Si(Li)thin−window X線検出器(Princeton Gamma−Tech、Princeton、NJ)によって、試料のエネルギ−分散X線(EDX)分析を行った。試料の断面の60秒間分析によって線プロファイルを生じさせて、試料断面の硫黄の分布を得た。
共焦点顕微鏡分析のために、複合材料試料をエチジウムブロミド染料の水溶液(10−5M、λexc=510nm、λemmis=595nm)(負に帯電した複合材料試料について)に室温で一晩浸漬した。試料を水で洗浄し、分析を行うまで脱イオン水中に保存した。湿潤試料を取出し、剃刀で薄く切断し、顕微鏡スライドグラス上にカバースリップと共に置いた。湿潤試料を、カールツァイスレーザ蛍光共焦点顕微鏡(LSM510)(Carl Zeiss Corp.,Germany)において、63x倍率水浸漬対物レンズを用いて調べた。488nmのアルゴンレーザを用いて試料中のフルオロフォア(fluorophore)を励起した。
複合材料試料はまた、水及び塩フラックス、塩分離、並びに流体力学ダルシー(Darcy)透過性(フラットシート細孔充填処理複合材料に対する)などの輸送特性によって特性化された。
フラットシート細孔充填材料を通る水フラックス測定は、試料を水で洗浄した後に行なわれた。標準的な操作として、直径7.8cmのディスク形状の試料を厚さ3−5mmの焼結グリッドの上に載せ、制御された圧力の圧縮窒素が供給されたセルの中に組立てた。セルは脱イオン水で満たされ、所望の圧力をかけた。特定の時間内に細孔充填処理材料内を通過した水を、予め計量した容器に回収して計量した。すべての実験は室温で、透過液の出口においては大気圧にて行なわれた。各測定を3回又はそれ以上繰返して、±5%の再現性を得た。
塩分離実験は、水フラックス実験のための前述のデッドエンド(dead−end)セルにおいて行った。セルは、供給溶液の温度を測定するための熱電対を取り付けた。供給溶液は、250−350rpmの速度で撹拌した。透過液試料を所与の期間にわたって回収し、計量した。100、200、300、400及び500kPaにおいて試料を採取した。所与の圧力に対するフラックス(kg/m2hr)は、透過液の質量を時間及び試料活性面積で割ったものから算出され、前述のように25℃に補正した。供給及び透過液における塩濃度は、導電率(105型、オリオン(Orion)又はイオンクロマトグラフィ(DIONEX)、DX100)によって定められた。溶質除去率(solute rejection)は、供給溶液から除去された溶質の百分率(供給及び透過液における溶質濃度の差の供給濃度に対する割合)として算出した。各測定を3回又はそれ以上繰返した。測定の再現性は±3%であった。
フラックス測定のために、管に入れた中空繊維複合材料試料を、図1に示すタイプのセルの頂部に適合した。さまざまな圧力(100−500kPa)においてフラックス及び除去率測定を行なった。すべての測定は3つ組で行なわれた。液体を強制して複合材料に通すために加圧窒素を用いた。供給溶液は700−800rpmの速度で撹拌された。透過液試料を所与の期間にわたって回収し、計量した。25℃におけるフラックス(kg/m2hr)は、透過液の質量を時間及び複合材料活性面積で割ったものから算出された。供給及び透過液における無機溶質の濃度は、導電率メータ(オリオン105)又はイオンクロマトグラフィ(ダイオネクス、DX100)のいずれかによって定められた。溶質除去率は、供給溶液から除去された溶質の百分率(供給及び透過液における溶質濃度の差の供給濃度に対する割合)として算出した。各測定は、±5%の再現性によって2回又はそれ以上繰返した。
フミン酸分離実験のためにフラットシート細孔充填試料が用いられた。フミン酸分離実験は、フラット細孔充填処理複合材料の水フラックス実験のための前述のデッドエンドセルにおいて行ったが、供給溶液は複合材料内を通過する透過速度と同じ流速でポンプ輸送された(ポンプP−1、Pharmacia Biotech)。セルには、供給溶液の温度を測定するための熱電対を取り付けた。供給溶液は、250−300rpmの速度で撹拌した。透過液試料を所与の期間にわたって回収し、計量した。150kPaにおいて試料を採取した。所与の圧力に対するフラックス(kg/m2hr)は、透過液の質量を時間及び複合材料活性面積で割ったものから算出され、前述のように25℃に補正された。供給及び透過液におけるフミン酸濃度は、280nmにおけるUV分析によって測定した。溶質除去率は、供給溶液から除去された溶質の百分率(供給及び透過液における溶質濃度の差の供給濃度に対する割合)として算出された。各測定を3回又はそれ以上繰返した。測定の再現性は±3%であった。供給溶液は、水道水中に50ppmのフミン酸を含有した。
複合材料内を通過する臨界フラックス測定は、試料を水で洗浄し、フレーム付けし、少なくとも30分間乾燥し、再び湿潤化した後行った。標準的な操作として、3cm x 12cmの試料を、図18に示されるような供給ポンプ、浸透ポンプ、フラックス計及びマノメータを取り付けたセル内に組み入れた。最初の試験においては、浸透ポンプによって異なる流速に制御してDIを30分間複合材料内を貫流させた。各試験毎に、供給ポンプ及び浸透ポンプの両方を補正した。第二の試験においては、水性の1g/Lベントナイトを汚染物質として用いた。供給ポンプは、790g/分(Re=1100)に設定し、ベントナイトが汚染物質として適用される場合には撹拌速度を一定に保持した。流速は段階的に増加させた。その段階のサイズは、0.1ml/分であり、段階の継続時間は10分間であった。膜間圧力(TMP)はマノメータによって記録した。臨界フラックスは、一定の透過液流の下でTMPが増加を開始する点として定義される。汚染前の最大透過液フラックス及び汚染後の最小フラックスの平均値を臨界フラックスとした。
染料吸着検討は、動的条件においてメタニルイエロー(metanil yellow)を用いて行った。
この実施例は、強酸性の機能性を有する負に帯電した細孔充填処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、強い酸官能性並びにさまざまなポリマー容積画分及び流体力学透過性を有する負に帯電した細孔充填複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、負に帯電した細孔充填処理複合材料の安定性を例示する。
この実施例は、強酸性の官能性を有する負に帯電した細孔充填処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、複合材料の性能に及ぼすスルホン化ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)の濃度の影響を例示する。
この実施例は、スルホン化ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)コート処理複合材料の性能及びそのタンパク質結合性を例示する。
この実施例は、強酸性の官能性を有する負に帯電した複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、乾燥可能な強酸性の官能性を有する、負に帯電した細孔充填処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、負に帯電した細孔充填処理材料の使用によるフミン酸の分離を例示する。
この実施例は、強酸性の官能性を有する、負に帯電した細孔充填処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、強酸性の官能性を有する、負に帯電した細孔充填処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、強い塩基官能性を有する正に帯電した細孔充填複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、本発明の高分子電解質錯体細孔充填処理材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、強酸性の官能性を有する、負に帯電した細孔充填処理中空繊維材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、強酸性の官能性を有する、負に帯電した細孔充填処理中空繊維複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、弱い塩基官能性を有する細孔充填複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、ポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)溶液の当初濃度が複合材料の性能に及ぼす影響を例示する。
この実施例は、AMPS/N−tBAmコポリマーを用いた、負に帯電した細孔充填処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、AMPS/N−tBAmコポリマーを用いた、負に帯電した細孔コート処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、AMPS及びNtBAmのインシツ重合によって負に帯電した細孔充填処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、NVF/NtBAmコポリマーを用いた中性の細孔充填処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、反応性官能基を含有するGMA/NVF/NtBAmコポリマーを用いた細孔コート処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、反応性基を含有する細孔コート処理複合材料を製造する方法を例示する。
この実施例は、沈降槽中の水の温度がEVALコート複合材料の湿潤性に及ぼす影響を例示する。
この実施例は、オートクレーブ処理がEVALコート処理複合材料の湿潤性に及ぼす影響を例示する。
この実施例は、沸騰水処理がEVALコート処理複合材料に及ぼす影響を例示する。
この実施例は、EVALコート複合材料中に存在する浸出可能物の量を例示する。
この実施例は、EVAL試料のエチレン含有量がコート複合材料の湿潤性に及ぼす影響を例示する。
この実施例は、ゲルポリマー濃度の変化によって達成されるコーティングゲルの厚さの制御を例示する。
この実施例は、強い酸官能性を有する本発明の非対称充填処理複合材料の製造を例示する。
この実施例は、更に帯電させたポリマーとEVALの共沈によって正に帯電したコート処理複合材料を製造することを記載する。
この実施例は、更に帯電させたポリマーとEVALの共沈によって正に帯電したコート処理複合剤を製造することを記載する。
この実施例は、修飾EVALを含む帯電したコート処理複合材料の製造を記載する。
この実施例は、共有結合で修飾されたEVALを含む帯電したコート処理複合材料の製造を記載する。
この実施例は、支持部材にコーティングを形成するための、EVALとDADMACから形成された正に帯電した架橋ポリマーとの共沈、及びEVALの不存在下ではコーティングが形成されない態様を例示する。
米国特許第5,084,173号に記載の蒸発操作によって、EVALコートMF膜を製造した。ポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)(EVAL)(27モル%エチレン含有量)をN,N−ジメチルアセトアミドに70℃で一晩溶解することによって2.5wt−%溶液を製造した。次いで微細孔性ポリ(プロピレン)支持部材をポリエチレンシート上に置き、EVAL溶液をその上に均一に塗布した。その後基体を別のポリエチレンシートでコートし、このサンドイッチ状構造物を二つのゴムローラの間に走らせてポリマー溶液を細孔に押込み、余分な溶液を除去した。充填された基体をフレーム付けし、オーブン中で60℃にて2時間乾燥した。得られたコート膜を、質量増加、水フラックス、臨界フラックス及び湿潤性によって特性化した(表23)。表で認められるように、得られた膜は水で湿潤化出来なかった。膜を通過する水フラックスを測定するために、アセトンを用いて膜を湿潤化しなければならなかった。
この比較例は、沈降又は蒸発によって製造された中性コート膜を比較する。
この比較例は、沈降又は蒸発経路のいずれかによって形成されたコート膜の性能に対する基体の性質の影響を示す。
この例は、沈降又は蒸発経路のいずれかによって得られたコート複合材料の特性に及ぼすEVAL溶液濃度の影響を記載する。
本出願は、参照により本明細書に合体される、2004年8月13日に出願された米国仮特許出願第60/601,119号の利益・恩恵を請求するものである。
Claims (73)
- 非架橋ゲルポリマーによって永続的に充填又はコートされた、内部を貫通する複数の細孔を有する支持部材を含んで成る複合材料。
- 該ゲルポリマーが沈降されるものである、請求項1に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが液体交換によって沈降されるものである、請求項2に記載の複合材料。
- 該複合材料の湿潤時間が、常温及び常圧において1分未満である、請求項1乃至3の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該湿潤時間が15秒未満である、請求項4に記載の複合材料。
- 該湿潤時間が1秒未満である、請求項4に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、実質的に水不溶であるが、膨潤可能である、請求項1乃至6の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーの親和性パラメータd0(H2O)が、約12から約40Mpa1/2までである、請求項7に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーの親和性パラメータd0(H2O)が、約12から約25Mpa1/2までである、請求項7に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、セルロース誘導体、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリル酸、ポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)(EVAL)、ポリ(エチレン−コ−アリルアルコール)、部分的帯電ポリマー、中性モノマーと帯電モノマーとのコポリマー、又は親水性モノマーと疎水性モノマーとのランダムコポリマーである、請求項7乃至9の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、ポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)(EVAL)である、請求項10に記載の複合材料。
- 該ポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)のエチレン含量が、約27モル−%から約44モル−%までである、請求項10に記載の複合材料。
- 該ポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)のエチレン含量が約27モル−%である、請求項11に記載の複合材料。
- 表面分析のための電子分光法(ESCA)によって測定された表面酸素含量が10%よりも大きい、請求項11乃至13の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートプロピオネート、2−ヒドロキシエチルセルロー及びエチルセルロースからなる群から選択される一種のセルロース誘導体である、請求項10に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、アセチル化度が約29%から約61%である一種の酢酸セルロースアセテートである、請求項15に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、ポリ(エチレンアジペート)、ポリエチレングリコールテレフタレート、ポリ(L−ラクチド)、ポリ(DL−ラクチド)及びポリ(DL−ラクチド−コ−グリコリド)からなる群から選択される一種のポリエステルである、請求項10に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、ポリ(ヘキサメチレンアジパミド)(ナイロン6/6)及びポリ(ヘキサメチレンセバカミド)(ナイロン6/10)からなる群から選択される一種のポリアミドである、請求項10に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリル酸)及びポリ(2−ヒドロキシプロピルメタクリル酸)からなる群から選択される一種のポリアクリル酸である、請求項10に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、スルホン化ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)(S−PEEK;<86%スルホン化)、スルホン化ポリ(フェニレンオキシド)(S−PPO;<70%スルホン化)、スルホン化ポリスルホン(S−PS;<70%スルホン化)、スルホン化ポリ(エーテルスルホン)(SPES;<70%スルホン化)、スルホン化ポリスチレン(SPSt;<70%スルホン化)、アミノ化ポリスルホン(<70%アミノ化)、アミノ化ポリ(フェニレンオキシド)(Q−PPO;<70%アミノ化)、アミノ化ポリ(ビニルベンジルクロリド)(APVB;<70%アミノ化)及び部分的プロトン化又はアルキル化ポリ(4−ビニルピリジン)(Q−P4VP;<30%プロトン化又はアルキル化)からなる群から選択される、部分的帯電ポリマーである、請求項10に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、スルホン化ポリ(フェニレンオキシド)である、請求項20に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、中性モノマーと帯電モノマーとのコポリマー、即ちポリ(エチレン−コ−アクリル酸)コポリマーである、請求項10に記載の複合材料。
- 該ポリ(エチレン−コ−アクリル酸)コポリマーが、約5から約20wt−%までのアクリル酸を含む、請求項22に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、一種又はそれ以上の親水性モノマーと一種又はそれ以上の疎水性モノマーとのランダムコポリマーである、請求項10に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の該疎水性モノマーが、アクリル酸n−ヘキシル、メタクリル酸n−ヘプチル、メタクリル酸1−ヘキサデシル、メタクリル酸メチル、スチレン、2、3又は4−メチルスチレン、アクリル酸n−ミリスチル、N−tert−ブチルアクリルアミド、N−(n−オクタデシル)アクリルアミド、N−tert−オクチルアクリルアミド、ルメタクリル酸n−オクチ、アクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−プロピル、アクリル酸ステアリル、メタクリル酸3,3,5−トリメチルシクロヘキシル、アクリル酸ウンデシル、メタクリル酸ウンデシル、酪酸ビニル、ラウリル酸ビニル、ビニルオクタデシルエーテル、ビニルイソオクチルエーテル、ステアリン酸ビニル、メタクリル酸tert−アミル、N−ベンジルメタクリルアミド、アクリル酸(メタクリル酸)イソ−、sec−、tert−又はn−ブチル、N−シクロヘキシルアクリルアミド、アクリル酸(メタクリル酸)シクロヘキシル、アクリル酸(メタクリル酸)n−又はイソ−デシル、イタコン酸ジ(n−ブチル)、N−ジフェニルメチルアクリルアミド、N−ドデシルメタクリルアミド、メタクリル酸n−ドデシル、メタクリル酸2−エチルブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、N−エチルメタクリルアミド、アクリル酸イソオクチル、アクリル酸イソトリデシル及びアクリル酸イソボルニルからなる群から選択される、請求項24に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の該親水性モノマーが、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、スルホン酸ナトリウム、ビニルスルホン酸、アクリルアミドグリコール酸、メタクリル酸、アクリル酸、イタコン酸、2−プロペン−s−スルホン酸、アクリル酸ナトリウム、2−スルホンエチルメタクリル酸、3−スルホプロピルアクリル酸、3−スルホプロピルメタクリル酸、ビニル安息香酸、ビニルスルホン酸及び2−カルボキシエチルアクリル酸からなる群から選択される負に帯電したモノマー類を含んで成る、請求項24に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の該親水性モノマーが、メタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(MAPTAC)、アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロリド(APTAC)、2−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、メタクリロイルコリンメチルサルフェート、アクリル酸2−N−モルホリノエチル、メタクリル酸2−N−モルホリノエチル、1−ビニルイミダゾール、2又は4−ビニルピリジン、2−アクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド、2−アミノエチルメタクリル酸塩酸塩、N−(3−アミノプロピル)メタクリルアミド塩酸塩、メタクリル酸2−(tert−ブチルアミノ)エチル、ジアリルアミン、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド、メタクリル酸2−(N,N−ジエチルアミノ)エチル、2−(ジエチルアミノ)エチルスチレン、アクリル酸2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル、N−[2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル]メタクリルアミド、メタクリル酸2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル及びN−[3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル]アクリルアミド(メタクリルアミド)からなる群から選択される正に帯電したモノマーを含んで成る、請求項24に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の該親水性モノマーが、メタクリル酸4−ヒドロキシブチル、アクリル酸(メタクリル酸)2−ヒドロキシルエチル、N−(2−ヒドロキシプロピル)メタクリルアミド、アクリル酸(メタクリル酸)ヒドロキシプロピル、アクリルアミド(メタクリルアミド)、N−メタクリロイルモルホリン、N−メチルメタクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、モノアクリコキシエチルホスフェート、1,1,1−トリメチロールプロパンジアリルエーテル、1,1,1−トリメチロールプロパンモノアリルエーテル、モノメタクリル酸ポリ(エチレングリコール)、モノメタクリル酸ポリ(プロピレングリコール)、N−イソプロピルアクリルアミド、N−ビニルカプロラクタム、N−ビニルホルムアミド、ビニル−4−ヒドロキシブチルエーテル、N−ビニル−N−メタセトアミド、ビニルメチルスルホン、N−ビニル−2−ピロリドン、N−ビニル尿素、アクリルアミド、N−アクリロイルモルホリン、N−アクリロイルトリ(ヒドロキシメチル)メチルアミン、ジエチルアクリルアミド、N,N−ジエチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、モノアクリル酸グリセリン、モノメタクリル酸グリセリン、アクリル酸2−(2−エトキシエトキシ)エチル及びテトラヒドロフルフリルアクリル酸からなる群から選択される中性モノマーを含んで成る、請求項24に記載の複合材料。
- 該ランダムコポリマーは、一つ又はそれ以上の反応性モノマーをさらに含む、請求項24乃至28の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の該反応性モノマーが、無水メタクリル酸、ビニルアズラクトン、無水アクリル酸、アリルグリシジルエーテル、無水アリルコハク酸、アクリル酸2−シンナモイルオキシエチル、メタクリル酸シンナミル、無水シトラコン酸及びアクリル酸グリシジルから成る群から選択される、請求項29に記載の複合材料。
- 該親水性モノマーと該疎水性モノマーとのランダムコポリマーが、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸−コ−N−t−ブチルアクリルアミド)、ポリ(N−ビニルホルムアミド−コ−N−t−ブチルアクリルアミド)、ポリ(2−アクリルアミドプロパン−トリメチルアンモニウムクロリド−コ−N−t−ブチルアクリルアミド)、ポリ(メタクリルアミドプロパン−トリメチルアンモニウムクロリド−コ−N−t−ブチルアクリルアミド)、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸−コ−メタクリル酸メチル)、ポリ(N−ビニルホルムアミド−コ−コ−メタクリル酸メチル)、ポリ(2−アクリルアミドプロパン−トリメチルアンモニウムクロリド−コ−メタクリル酸メチル)及びポリ(メタクリルアミドプロパン−トリメチルアンモニウムクロリド−コ−メタクリル酸メチル)からなる群から選択される、請求項24に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、ポリヒドロキシスチレン(ポリ(4−ビニルフェノール))又はモノマーポリ(ビニルアルコール)40%加水分解物(Mowiol40−88)である、請求項7乃至9の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、一種の有機溶媒に実質的に不溶であるが、膨潤可能である、請求項1乃至6の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーの親和性パラメータd0が、該有機溶媒において約12から約40Mpa1/2までである、請求項33に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、プロパノール中のポリ(ビニルアルコール)、アセトン中のポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸)、アセトン中のポリ(アクリル酸)及びアセトン中のポリ(ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)からなる群から選択される、請求項33に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、pH範囲内の極性溶媒に実質的に不溶であるが、膨潤可能である、請求項1乃至6の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーの有する親和性パラメータd0(H2O)が、約12Mpa1/2から約40Mpa1/2までである、請求項36に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、キトサン、ポリ(ビニルピリジン)、部分N−アルキル化したポリ(ビニルピリジン)及びポリ(メタクリル酸)から選択される、請求項37に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーの分子量が、約5,000g/モルから約1,000,000g/モルまでである、請求項1乃至38の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーの分子量が、約40,000g/モルから約150,000g/モルまでである、請求項39に記載の複合材料。
- 該支持部材の細孔が、該ゲルポリマーによってコートされる、請求項1乃至40の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該支持部材が、平均孔径が約0.1から約30μmまでであり且つ容積気孔率が約60%から約90%までである細孔を有する、請求項41に記載の複合材料。
- 該支持部材の細孔が、該ゲルポリマーによって充填される、請求項1乃至40の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該支持部材が、平均孔径が約0.1から約30μmであり且つ容積気孔率が約60%から約90%までである細孔を有する、請求項43に記載の複合材料。
- 該支持部材が、ポリプロピレンを含んで成る、請求項1乃至44の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該支持部材が、フラットシート、らせん状に巻かれたシート、中空繊維又は円筒形の管の形状である、請求項1乃至45の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該フラットシートの厚さが、約10から約1000μmまでである、請求項46に記載の複合材料。
- 更に保湿剤を含んで成る、請求項1乃至47の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該保湿剤がグリセリンである、請求項48に記載の複合材料。
- 該支持部材が、該ゲルに完全に占められず、塞がれていない一定のボイド容量を有し、該ゲルの密度が、支持部材の第一の主表面又はその隣接部において、支持部材の第二の主表面又は隣接部における密度よりも大きい、請求項1乃至49の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 架橋されたモノマー又はポリマーを更に含んで成る、請求項1乃至50の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが、架橋された該モノマー又はポリマーと絡まる、請求項51に記載の複合材料。
- 架橋された該モノマー又はポリマーが帯電した官能基を含んで成る、請求項51又は53の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 架橋された該モノマーが、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド(DADMAC)、2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸(AMS)、アクリル酸(AA)及び3(メタクリロイルアミノ)プロピルトリメチルアンモニウムクロリド(MAPTAC)からなる群から選択される、請求項51又は53の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該ゲルポリマーが官能基を有する、請求項1乃至54の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 該官能基が帯電した基である、請求項55に記載の複合材料。
- 下記工程から成る、複合材料を製造する方法:
(a)多孔性支持部材に、第一溶媒と該第一溶媒に実質的に可溶であるポリマーとを含む溶液を適用する工程―なお、該第一溶媒は、第二溶媒に混和可能であり、また該ポリマーは、該第二溶媒には実質的に不溶であるが、膨潤可能であり、その結果ポリマーが該支持部材の細孔内に侵入可能となる―、及び
(b)該ポリマーを該第二の溶媒と接触させることによって該ポリマーを該溶液から沈降させて、支持部材の細孔を充填又はコートする沈降ゲルポリマーを形成させる工程。 - 該ポリマーが、溶液中に約0.5から約30重量%までの濃度で存在する、請求項57に記載の方法。
- 該ポリマーが、溶液中に約0.5から約5重量%までの濃度で存在する、請求項57に記載の方法。
- 該ポリマーが、溶液中に約10から約30重量%の濃度で存在する、請求項57に記載の方法。
- 該第二溶媒が、工程b)において約35から約95℃までの温度に維持される、請求項57乃至60の内のいずれか一項に記載の方法。
- 該第二溶媒が、工程b)において約50から約70℃までの温度に維持される、請求項61に記載の方法。
- 工程b)において得られる複合材料を湿式オートクレーブ処理する更なる後続工程を備える、請求項57乃至62の内のいずれか一項に記載の方法。
- 工程b)において得られる複合材料を水中で煮沸する更なる後続工程を備える、請求項57乃至62の内のいずれか一項に記載の方法。
- 該ゲルポリマーが、支持部材の細孔を永続的にコートし、ゲルポリマーの厚さが、第一溶媒中のゲルポリマー濃度の選択によって制御される、請求項57乃至64の内のいずれか一項に記載の方法。
- 該ゲルポリマーが、請求項10乃至32及び38の内のいずれか一項において定義されたものである、請求項57乃至65の内のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項57乃至66の内のいずれか一項に記載の方法によって製造される複合材料。
- 請求項1乃至56及び67の内のいずれか一項に記載の複合材料に材料含有水溶液を通過させることから成る、水溶液から材料を除去するための方法。
- 該材料がフミン物質である、請求項68に記載の方法。
- 該材料が塩である、請求項68に記載の方法。
- 該材料が、タンパク質である、請求項68に記載の方法。
- 請求項1乃至56及び67の内のいずれか一項に記載の複合材料を含んで成るろ過装置。
- 請求項1乃至56及び67の内のいずれか一項に記載の複合材料を含んで成る限外ろ過膜。
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