JP2008520403A - 多層化親水性コーティング層を含んで成る複合材料 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多層化親水性コーティング層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用途に係る。
膜の疎水性を低減することは、その膜の汚染性を低減するため有利であることが知られている。このことは当然、最も安価で且つ最も安定である膜形成性材医療が全く非親水性であるポリマーであるため、一つの問題が提起される。また親水性であり、従って水と容易に湿潤可能である膜を製作するうえで一つの利点が生じる、その理由は、このことによって膜の使用が一層簡単になり、また湿潤溶媒の必要性が回避されるからである。
支持体に親水性層を接着させようとする当該業界における初期の努力としては、支持体内の細孔の壁面を活性化して、かくしてコーティングを化学的に細孔壁に接着させる方法があった「Nystrom M. et al., Journal of Composite Material Sience.60(1991)275−296」」。かかるコーティングはまた、コートするべき支持体膜内部において形性されポリマーが基体の壁面にグラフトされる条件下でモノマー混合物を重合させることによって作製することが可能であった。親水性で且つ荷電したグラフトポリマーの架橋度が零であるか低い場合は、グラフト層は、水和され、厚さが増して、実質的に基体の細孔を充満・充填することもあり得る。かかる複合材料は、極めて親水性が高く、水で容易に湿潤することが判明していた。
二つまたはそれ以上の連続した細孔コーティング層を多孔性支持体に適用することによって極めて親水性の高い複合材料が得られることが発見されたのである。本発明の複合材料は、第一の層を支持部材の細孔に適用するが、該第一の層は、当該細孔表面との好ましい相互作用を発揮するために疎水性特性と第二の層との好ましい相互作用を発揮するための親水性特性とを有する高分子材料を含んで成るものである。この第二の層は、第一の層の親水性部分と結合するか又は相互作用することが可能でなくてはならないが、第一の層よりも遙かに親水性が高ければよい。
a)内部を貫通する複数の細孔を有する支持部材;
b)持続的に支持部材の細孔をコートし、親水性と疎水性を有する第一のポリマー層;及び
c)持続的に第一のポリマー層の表面をコートする第二のポリマー層−なお、第二のポリマーは、第一のポリマー層よりも親水性が高い;である。
本発明は、別の局面において下記工程を含んで成る複合材料を製造する方法を提供する:即ち、
a)多孔性部材の細孔壁面を疎水性と親水性を有する第一のポリマーでコートして第一のポリマー層を形成する工程;及び
b)前記第一のポリマー層を第一のポリマー層よりも親水性の高い第二のポリマーでコートする工程;である。
なお別の更なる局面において、本発明は、本明細書において記載する複合材料を含んで成る濾過材料を提供する。
“永続的にコートする”なる記載は、該ポリマー層が、水または水溶液が該複合材料内を貫流する場合実質的に該支持部材の細孔内に保持されることを意味する。好ましくは、ポリマー層内におけるポリマーの1重量%以下が、複合材料を水に30日間浸漬した場合失われるのである。
一般的な特性
本発明は、多孔性支持部材及び親水性ポリマー層とから成り、その間に親水性ポリマーと支持部材との接着・密着を促進する疎水性と親水性とが均衡した一つのポリマー層(以下本明細書において第一のポリマー層と称する)が存在して成る複合材料に係る。第一のポリマー層の存在によって、支持部材が疎水性でありまた第二のポリマー層が極めて疎水性が高い幾つかの実施態様において密着性が促進される。その理由は、第一のポリマー層を欠落すると、支持部材と第二のポリマー層との間における相互作用または反発性が極めて弱くなるからである。
上記したように、第一のポリマー層は、疎水性と親水性とが均衡したポリマーを含んで成る。第一の層は、疎水性の支持部材に対する親和性を発揮するだけの疎水性を有し、同時にその疎水性の本質が疎水性の第二層を接合するのを助けるのである。第一の層が支持部材に対する親和性を有する場合、第一の層と支持部材との間には全く共有結合が存在しないことが好ましい。
ある一つの実施態様においては、該ポリマー層は、架橋したゲルポリマーから成る。架橋したゲルは典型的には、形成されるポリマーネットワークには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、モノマーまたは多官能性化合物(架橋剤)とを重合させるかまたは架橋可能なポリマーを重合させることによって得られる。かかるネットワーク中におけるポリマー鎖は、ネットワークの全容積を通じて均一に分布されるものと想定され、また鎖間の平均距離は、メッシュサイズとして知られているように架橋密度によって求められる。
別の実施態様において、第一のポリマー層は、非架橋のゲルポリマーから成る。“非架橋のゲルポリマー”なる表現は、異なるポリマーストランドが共有結合によって絡まっていないことを意味する。このような場合、ポリマーストランドの架橋は、ゲルポリマーを使用することによって回避されるが、この場合必要なポリマーとポリマーとの相互作用が、たとえば水素結合などの弱い相互作用によって実現・達成されている。このようなシステムにおいては、ゲルは、液体流に暴露されても安定状態に留まる。
非架橋のゲル層は、例えば蒸発プロセスまたは沈降プロセスによって調製することが出来る。
多くの凝集パラメーターの多くは、文献において表にまとめられている(Barton,A.F.M.In CRC Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameteres , 2nd ed.: CRC Press:Boca Raton, FL, 1991)。利用出来ないパラメーターは、Hoftyzer−Van Krevelen and Hoy (Grulke,E.A. In Polymer Handbook, 4th ed.;Brandrup, J., Immergut E.H.,Grulke,E.A.Eds.;Wiley−Interscience:New York,1999;Chapter VII,p675.;Van Krevelen.D.W.In Properites of Polymers, 3rd ed.;Elsevier:New York,1990;Chapter 7,p 189)に従った群寄与法を用いて推定することが出来る。多官能性ポリマーの場合、n個の寄与する基の平均凝集パラメーターは、下記式に従って算出することが出来る(Rabelo,D;Coutinho, F.M.B.,Polym.Bull.(1994), 33, 487):
ゲルポリマーの例としては、セルロース誘導体、例えば酢酸セルロース、酢酸セルロースブチレート、酢酸セルロースプロピオネート、2−ヒドロキシエチルセルロース及びエチルセルロースなど挙げられる。ゲルポリマーの更なる例としては、ポリエステル類、例えばポリ(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)やポリ(DL−ラクチド−コ−グリコリド)など、ポリアミド類、例えばポリ(ヘキサメチレンアジパミド)(ナイロン6/6)やポリ(ヘキサメチレンセバカミド)(ナイロン6/10)など、ポリアクリル酸エステル類、例えばポリ(メタクリル酸2−ヒドロキシエチル)やポリ(メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル)など、ポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)(EVAL)(例えばエチレン含量が約27から約44モル−%までであってもよい)、ポリ(エチレン−コ−アリルアルコール)、ポリヒドロキシスチレン(ポリ(4−ビニルフェノール))及びポリ(ビニルアルコール)40%加水分解物(モビオール(Mowiol)40−88)がある。ゲルポリマーのまた更なる例としては、水不溶性の部分的に帯電したポリマー、例えばスルホン化ポリ(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)(例えば、スルホン化ポリ(2,6−フェニレン−p−オキシド))、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)、部分的にプロトン化又はアルキル化したポリ(4−ビニルピリジン)(Q−P4VP;<30%プロトン化又はアルキル化)など、中性モノマーと帯電モノマーのコポリマー、並びに親水性モノマーと疎水性モノマーのランダムコポリマーがある。
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−ビニルウレア、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。
本発明に従った複合材料を得るために第二のポリマー層が、第一のポリマー層よりも親水性が高くまた第一のポリマー層と相互作用して、永続的にコートされた複合材料を生成する。
第一のポリマー層を形成するポリマーと類似して、第二のポリマー層を構成するポリマーは、好ましくはゲルである。かかる第二層を形成するために、ゲル形成性ポリマーは、支持部材の細孔が永続的にコートされることを保証するために好ましくは架橋されている。いくつかの実施態様においては、第二のポリマー層を架橋するプロセスを行うことによって、第一と第二の層との間において共有結合が形成され、更に複合材料内の層を安定化させることが出来る。
かかるポリマー層における架橋度を高めるために、架橋剤を使用することが出来る。かかる架橋剤の例としては、少なくとも2つのビニル又はアクリル基を含有する化合物、例えばビスアクリルアミド酢酸、2,2−ビス[4−(2−アクリルオキシエトキシ)フェニル]プロパン、2,2−ビス(4−メタクリルオキシフェニル)プロパン、ジアクリル酸及びジメタクリル酸ブタンジオール、1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、ジアクリル酸及びジメタクリル酸1,4−シクロヘキサンジオール、ジアクリル酸及びジメタクリル酸1,10−ドデカンジオール、1,4−ジアクリロイルピペラジン、フタール酸ジアリル、ジアクリル酸及びジメタクリル酸2,2−ジメチルプロパンジオール、ペンタアクリル酸ジペンタエリスリトール、ジアクリル酸及びジメタクリル酸ジプロピレングリコール、N,N−ドデカメチレンビスアクリルアミド、トリメタクリル酸グリセリン、グリセリントリス(アクリルオキシプロピル)エーテル、N,N’−ヘキサメチレンビスアクリルアミド、N,N’−オクタメチレンビスアクリルアミド、ジアクリル酸及びジメタクリル酸1,5−ペンタンジオール、ジアクリル酸1,3−フェニレン、ジアクリル酸及びジメタクリル酸ポリ(エチレングリコール)、ジアクリル酸及びジメタクリル酸ポリ(プロピレン)、ジアクリル酸及びジメタクリル酸トリエチレングリコール、トリエチレングリコールジビニルエーテル、ジアクリル酸及びジメタクリル酸トリプロピレングリコールが挙げられる。特に好ましい架橋剤は、N,N’,−メチレンビスアクリルアミド、ジアクリル酸及びジメタクリル酸ジエチレングリコール、トリアクリル酸トリメチロールプロパン、ジアクリル酸及びジメタクリル酸エチレングリコール、ジアクリル酸テトラ(エチレングリコール)、ジアクリル酸1,6−ヘキサンジオール、ジビニルベンゼン、ジアクリル酸ポリ(エチレングリコール)、トリアクリル酸トリメチロールプロパン(TRIM)並びにグルタールジアルデヒドである。
好ましくは、第二ポリマー層の厚さは、0.001μmから0.1μmまでである。より好ましくは、この厚さは、0.005μmから0.01μmまでである。
本明細書中の記載は全般的に、二つのポリマー層から成る複合材料を記載するものであるが、更なるポリマー層(例えば、1,2、3,4,5,6,7,8,9又は10の追加層)を導入することが出来る。但し、かかる層が、既存のポリマー層と適当な相互作用して、永続的に既存ポリマーをコートすることが条件である。好ましくは、かかる更なるポリマー層のそれぞれは、既存のポリマーコーティングに共有結合で結合されるのである。各追加のポリマー層は、既存ポリマー層よりも親水性が高いこともまた好ましい。
いくつかの実施態様においては、細孔性支持部材は、平均直径が約0.1と約30μmとの間でありまた容積気孔率が約40と約90%との間である細孔を有し得る。また別の実施態様においては、多孔性支持体は、平均直径が約0.5と約20μmとの間でありまた容積気孔率が約70と約90%との間である。支持体の容積気孔率εは、その支持体ポリマー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。
本発明の複合材料は、複数のポリマー層を支持部材に適用することによって製造される。ポリマー層を適用するために使用されるプロセスは、当該ポリマー層を架橋するべきか又は非架橋であるべきかによって、また第一のポリマー又はその後の層のいずれとするかによって決められる。
この沈降工程は、例えば10秒またはそれ以上の時間で実施することが出来る。ある一つの実施態様においては、かかる沈降工程は、約10分なる時間で実施される。沈降工程の後、形成されたポリマー層は、選択的にポリマーが不溶であるが膨潤可能である溶媒で洗浄して、複合材料から溶出可能物質を全て除去するのである。
a)ゲルの分布と形態を第二の溶媒の浸透を制御することによって制御することが出来る。かくして、非対称的にコートまたは充満・充填された複合材料を製造することが出来る;
b)例えばモノマー、開始剤や架橋剤など低分子量の有機分子の必要性が全くなく、従ってこれらを後刻除去する必要性を回避できる;
c)有機溶媒使用量が、従来法よりも少なくなる;及び
d)このプロセスは、単純で且つ迅速であり、而も容易に連続製造にまで規模を拡大出来る。
架橋したポリマー層については、単純な単一工程法を使用することが出来る。これらの方法は、幾つかの実施態様においては、水又は他の良溶媒、例えばメタノールアンドを反応溶媒として使用することが出来る。これらの方法は又、急速プロセスを使用する利便を有しており、これによってより簡単で且つ連続製造の可能性が得られる。
かかるゲル形成反応の適当な溶媒としては、例えば水、ジオキサン、ジメチルスルホキサイド(DMSO),ジメチルホルムアミド(DMF)、アセトン、エタノール、N−メチルピロリドン(NMP)、テトイラヒドロフラン(THF)、酢酸エチル、アセトニトリル、トルエン、キシレン類、ヘキサン、N,N’−ジメチルアセトアミド、プロパノール、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル(DPM)やメタノールが挙げられる。融点がより高い溶媒は、可燃性を低減し且つ製造を容易にするため、かかる溶媒を使用することが好ましい。毒性の低い溶媒を使用することもまた好ましく、かかる溶媒は使用後容易に処分することが出来る。このような溶媒の一例は、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル(DPM)である。
好ましくは、熱開始重合反応は、約60−80℃において数分乃至市約16時間までで実施される。
都市下水排水及び産業排水の嫌気的生物学的処理は、従来の好機的処理方法を凌駕する幾つかの潜在的な操作・運転上及び経済性の利点がある。しかしながら、高固形物保持時間が、例えば都市下水排水などの汚濁度の少ない排水の嫌気的処理に要求されるが、かかる保持時間は、例えば嫌気性膜バイオリアクター(AMBR)内の膜による固形物の再循環を必要とする。AMBRsの嫌気性雰囲気は、バイオリアクターを使用する従来の好気性雰囲気よりも膜汚染に関しては大きな問題を含む。膜汚染は、フラックスの減少につながり、その結果運転効率の低下及び更には最終的には膜の洗浄・浄化や取り換えを行う必要性に関わってくるため、大きな問題である。本発明の複合材料は、特にAMBRsでの使用に好適である。
本発明の複合材料は、従来公知の複合材料を凌駕する多くの利点から利益を受けている。広範なポリマーが支持部材の細孔をコートし又は充満・充填するために使用することが出来るので、当該複合材料は、卓越した分離性能を有し、制御された数の帯電基を有し及び/又は良好な耐薬品性を有するように調整することが出来る。
この複合材料はまた、限外濾過複合材料としても機能し得る。限外濾過複合材料においては、沈降したポリマーは帯電しているか又は中性のいずれかであり得る。限外濾過の用途は、バイオ医薬及び食品/飲料産業において特に興味が持たれている。
実験の部
使用資材・材料
使用したモノマーは、メタアクリル酸グリシジル(Polyscienceinc.)、1―ビニルーピロリドン(Alsrich),(3-アクリルアミドプロパン)トリメチルアンモニウムクロライド(APTAC)(Aldrich)、ジアリルジメチルアンモニウムクロリド(DADMAC)(Aldrich)、3(アクリロイルアミノ)プロピルトリメチルアンモニウムクロリド(APTAC)(Aldrich)、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)及びN,N-メチレンビスアクリルアミド(Aldrich)であった。使用したポリマーは、ポリ(エチレンイミン)(PEI)(MW: 〜25000)、ポリビニルアルコール−コ−エチレン)(EVAL)(エチレン顔料、27,32,38及び44モル%)(Aldrich)、ポリ(4−スチレンスルホン酸)18重量%水溶液)(Aldrich)、ポリ(アクリル酸)(MW:〜50000)(Polyscience inc.)、ポリビニルアルコール(PVA)(88モル%加水分解、MW:〜78,000)(Polyscience Inc.)及びポリ(エーテル−エーテル−ケトン)(PEEK)(VICTREX PEEK450PF, VICTREX USA, Inc.)であった。グルタルジアルデヒド(GAL)、50重量%水溶液(Aldrich)を架橋剤として使用した。使用した溶媒は、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)(Fischer Chemical)、N,N−ジメチルホルムアミド(Caledon)、アセトン(Caledon)及び脱イオン水であった。その他の使用化学薬品は、濃硫酸(Aldrich)、1N塩酸、1N水酸化ナトリウム、塩化ナトリウム、ナトリウムアジド、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(TRIS)及び4−モルホリンエタンスルホン酸(MES)(Sigma)であった。
使用した多孔性支持体は、3M社製の、平均孔径が0.45μmで気孔率が85容量%であるポリ(プロピレン)の熱時誘発相分離(TIPS)膜PP5であった。
ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)のスルホン化
ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)(PEEK)の粉末を120℃で2時間乾燥し、次いで使用前に室温にまで冷却した。20gのPEEKを300mlの濃硫酸(95−97%)に激しく攪拌しながら溶解した。この反応を室温で150時間(スルホン化度中程度)及び200時間(スルホン化度高度)継続させた。その後、均質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。かくして得た固形のスルホン化ポリマーを室温で4時間乾燥させ、更にオーブン中で60℃にて8時間乾燥させた。
少なくとも一層のコーティングを有する本発明の細孔コート処理複合材料を以下の一般的操作に従って作製することが出来る。
第一のコーティング層
秤量したフラット状の支持部材をポリ(エチレン)(PE)シート上に載置し、ポリマー溶液をこの試料に適用した。この試料をその後別のPEシートで被覆し、ゴムローラーをこのサンドウイッチ構造体上に走らせ、過剰の溶液を除去した。得られた液充満・充填材料を水中に浸漬して溶媒を置換し且つ細孔内部のポリマーを沈降させた。この複合材料を次に水で完全に洗浄し、蒸留水又は塩溶液中に保存した。
幾つかの実施態様においては、得られた液充満・充填材料をフレームに取り付け、乾燥した。
この試料を水で洗浄後、表面水をティッシュで除去し、試料は、ポリマー溶液を入れた浴中に10分間入れ、水をポリマー溶液で置換した。その後、試料表面をティッシュで軽く乾燥し、フレームに取り付け60℃のオーブンに20分間入れて架橋プロセスを生起させた。試料を次に水で30分間洗浄し、再度オーブンで乾燥させ、秤量して質量増加を評価し、水フラックス測定のために再湿潤化した。
細孔コート処理した複合材料を、質量増加、イオン交換能(電荷密度)、水フラックス、湿潤可能性及び抽出可能物質によって特性化した。更に、環境走査型電子顕微鏡(ESEM)検討を行った。
環境走査型電子顕微鏡(ESEM)検討
環境走査型電子顕微鏡(ESEM)検討を行うために、複合材料試料をアルミニウム片にのり付けした。アルミニウム片に取り付けた試料を環境走査型電子顕微鏡(ESEM)(ElectroScan model 2020 ESEM,Electro Scan Corp., Wilmington, MA)を使用して観察したが、この際試料チャンバー内に水蒸気を存在させて試料の乾燥を防止した。
イオン交換能(IEC)を下記するイオンクロマトグラフィーによる試験で塩交換によって推定した。
負に帯電した複合材料(−SO3 −基を含む)について:
複合材料試料を1N NaCl中に24時間浸漬し、負に帯電した部位をNa+形に転換した。次いで、この試料を水で洗浄して、塩溶液の過剰分を除去した、その後、この試料を細片に切断し、500mlフラスコに入れ、100mlの0.05MCa(Cl)2を加えた。この試料を24時間溶液中に放置し、次いで溶液を水で500mlにまで希釈し、イオン交換クロマトグラフを用いてナトリウム含量について少なくとも三回試験した。IECは、下記式に従って推定した:
正に帯電した複合材料(四級アンモニウム基を含む)について:
複合材料試料を1N NaCl中に24時間浸漬して、正に帯電した部位をCl―形に転換した。次いで、この試料を水で洗浄して、塩溶液の過剰分を除去した、その後、この試料を細片に切断し、500mlフラスコに入れ、100mlの0.05M Na2SO4を加えた。この試料を24時間溶液中に放置し、次いで溶液を水で500mlにまで希釈し、イオン交換クロマトグラフを用いてクロライド含量について少なくとも三回試験した。IECは、下記式に従って推定した:
抽出可能物質の試験は、国際特許出願広告番号:WO 03/008011 A1に記載されている、Millipore社のJohn Charkoudianが報告している操作に従って実施した。
25m2の各試料片をカットし、それぞれ一つずつ測定量の脱イオン水(DI)が入っている密閉容器内に入れた。次に水試料を試験して、試料中の全有機炭素(TOC)を測定した。TOC分析装置(IO Corporation, Model 1010 Wet Oxidation TOC Analyzer)を使用して実験を行った。水中のTOC含量は、本試験で得た測定値からバックグランドとして差し引かれたものである。
該複合材料中の水フラックス測定は、試料を水で洗浄し、少なくとも30分間乾燥し次いで再湿潤化させた後実施した。標準操作として、直径7.8cmの円盤形状の試料を3−5mm厚の焼結グリッドに取り付け、次いで制御した圧力の圧縮窒素を供給したセル内に組み入れた。このセルに脱イオン水を満たし、所望の圧力を掛けた。この複合材料中を所定の時間内で貫流した水をあらかじめ秤量した容器内に集め、秤量した。全ての実験は、透過出口において室温にて大気圧で実施した。各測定を三回又はそれ以上繰り返し、再現性として±1.5%を得た。水フラックス、QH2O(kg/m2h)、は、下記式から算定した:
コートした複合材料を、室温下で、1N HCl、1N NaOH中に7、14、28、及び40日間放置され、225ppm NaOCl中に20時間放置した。その後、試料を水で中性になるまで洗浄し、オーブン内で60℃で30分間乾燥し、重量を測定し、次いで、再湿潤化させ、試料中を貫流した水フラックスを測定した。更に、正に帯電した複合材料を沸騰水で試験した。かくして、試料を沸騰水中に2時間浸漬し、フラックス値を測定し、初期フラックスと比較して、重量の変化を記録した。
支持部材中に形成されるゲルの量を求めるため、試料を室温下、真空中で質量が変わらなくなるまで乾燥した。ゲル取り込みによる質量増加を、多孔性支持部材の初期質量に対する増加した乾燥ゲル質量の比率として計算した。
タンパク質の吸着試験を静的条件で、BSA及びリゾチームを用いて行った。
この比較実験によって、本発明の複合材料を調製するためのゲルとして使用され得る支持体なしのゲルの形成を説明する。
2.5重量%ポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)(EVAL)(27モル%エチレン量)のN,N’−ジメチルアセトアミド溶液を水に添加した。直ちに、柔らかい白色ゲルが形成した。なお、水はEVALにとって貧溶媒である。形成したゲルは、溶媒を交換するために脱イオン水で完全に洗浄した。
この比較実験によって、単一コーティング層とした中性複合材料の調製を説明する。
上記の全比較実験で用いた未処理の基体について水フラックスが測定した。基体は、アセトンで湿潤させ、水で洗浄し、実験の部において記載した通り水フラックスを試験した。100kPa加圧下で26,000kg/m2hrの水フラックスを示した。
分解能におけるある程度の制限のため、析出経路及び蒸発経路により形成した試料像には有意差は示されなかった。
この比較実験は、析出経路により形成した複合材料の性能に及ぼすEVALのエチレン含有量の影響を説明する。
複合材料は、比較実験Bにおいて記載した通りに調製した。エチレン含量27モル%、32モル%、38モル%、及び44モル%のEVAL試料を用いた。EVALを70℃で終夜N,N’−ジメチルアセトアミドに溶解させることにより、2.5重量%溶液を調製した。
得られた複合材料は、100kPaにおける湿潤性、質量増加、及び水フラックスを試験した。実験データは、表1に示す。
本実施例は、複合材料の性能に及ぼすEVAL溶液の濃度の影響を記述する。
得られた複合材料は、100kPaにおける湿潤性、質量増加、及び水フラックスを試験した。比較データを表2に示す。
本実施例は、異なる溶媒を用いて調製したEVAL複合材料の性能を説明する。
本実施例によって、単一コーティング層の中性複合材料について行った抽出可能物の測定を説明する。
本実施例は、中性の複合材料の化学的安定性を説明する。
本実施例は、オートクレーブ処理がEVALでコートした複合材料の特性に及ぼす影響を説明する。
本実施例は、本発明に従った、負に帯電した複合材料の調製について説明する。
2.5重量%の溶液をEVAL(エチレン含量32モル%)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調製した。微細孔性ポリ(プロピレン)支持膜をポリエチレンシート上に載置した。次にEVAL溶液をその表面に均等に塗布した。基材は次いで、もう一枚のポリエチレンシートで被覆し、得られたサンドウイッチ構造体を二つのゴムローラーの間に走らせ、ポリマー溶液を細孔に圧入し且つ余分な溶液を除去した。充満・充填処理した基材を水槽に10分間浸漬してポリマーを沈降させた。
水で洗浄した後、表面の水をティッシュで除去し、試料を2.2重量%ポリ(4−スチレンスルホン酸)の入った槽に10分間入れ、水をポリマー溶液で置き換えた。その後、試料の表面をティッシュで軽く乾燥し、枠止めして、60℃のオーブンに20分間入れ、架橋反応を生起させた。次に試料は水で30分間洗浄し、オーブンで再度乾燥され、質量増加を評価するため計量し、水フラックス測定のために再度湿潤化した。
本実施例は、本発明に従った負に帯電した複合材料の調製について説明する。
第一のコーティング層を、実施例1に記載の支持部材に導入した。
試料を水で洗浄後、ティッシュで表面の水を除去し、水をポリマー溶液で置換するために試料を1.5重量%ポリ(アクリル酸)を入れた浴に10分間入れた。その後、試料表面をティッシュで軽く乾かし、枠止めし、そして架橋工程を行うために60℃のオーブンに20分間入れた。次いで、試料を30分間水で洗浄し、再度オーブン中で乾燥させ、質量増加を調べるために計量し、水フラックス測定のために再度湿潤化させた。
この実施例は、本発明に従った中性複合材料の調製について説明する。
第一のコーティング層を、実施例1に記載の支持部材に導入した。
試料を水で洗浄後、ティッシュで表面の水を除去し、水をポリマー溶液で置換するために試料を2.5重量%ポリ(ビニルアルコール)を入れた浴に10分間入れた。その後、試料表面をティッシュで軽く乾かし、枠止めし、60℃のオーブンに20分間入れた。次いで、試料を20分間水で洗浄し、ティッシュで軽く乾燥し、次いで60℃のオーブンに入れた。その後、質量増加を調べるために試料の重量を測定し、水フラックス測定のために再度湿潤化させた。
この実施例は、本発明に従った中性複合材料の調製について説明する。
第一のコーティング層を、実施例1に記載の支持部材に導入した。
試料を水で洗浄後、ティッシュで表面の水を除去し、水をポリマー溶液で置換するために試料を2.5wt%ポリビニルアルコールを入れた浴に10分間入れた。その後、試料表面をティッシュで軽く乾かし、枠止めし、60℃のオーブンに10分間入れ、次いで0.1Mグルタルアルデヒド水溶液に20分間漬けた。次いで、試料を20分間水で洗浄し、ティッシュで軽く乾かし、そして60℃のオーブンに20分間入れた。その後質量増加を評価するために試料の重量を測定し、水フラックス測定のために再度湿潤化させた。
この実施例は、本発明に従った中性複合材料の化学的安定性について説明する。
複合材料を、実施例3に記載の通りに調製した。その後、この複合材料の水フラックスを試験し、オーブンで60℃で乾燥させ、乾燥重量を記録した。次いで、試料を脱イオン水、1N HCl及び1N NaOHに室温で7、14及び28日間浸漬した。試料を処理液から取り出し、中性になるまで水で洗い、実験の部において記載されているように水フラックスと質量増加とを記録した。
この実施例は、第一のコートとしてS−PEEKを用いた二層コート処理した複合材料について説明する。
上記のように調製され、スルホン化度が中程度のスルホン化ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)(SPEEK)を、含水量及びイオン交換容量について特性化したが(実験の部)、後者の値は、ポリマーゲルのスルホン化度に関連付けられる。2gのSPEEKを8gのN,N’−ジメチルホルムアミドに溶解した。溶液を0.47mmナイフを用いてガラスプレート上にキャスト(注型)した。ポリマーフィルムをオーブン中で60℃にて4時間乾燥した。かくして得られた密な複合材料の含水量は25±0.2%であり、イオン交換容量は1.5±0.05mmol/gdryであったが、これはスルホン化度0.8に相当する。その後、SPEEKを用いて細孔コート処理複合材料を製造した。SPEEKをN,N’−ジメチルアセトアミドに溶解して5%(wt%)溶液を得た。細孔性基材をポリエチレンシート上に載置した。SPEEK溶液をその表面上に均等に塗布した。次いで、この基材を別のポリエチレンシートで被覆し、得られたサンドウイッチ構造体を二つのゴムローラーの間に走らせて、ポリマー溶液を細孔内に圧入し且つ余分の溶液を除去した。溶液を充満・充填した基材を風乾し、試料が乾燥によって収縮しないように枠に固定したままとして、第一コーティングを形成させた。
溶媒としてメタノール−水(70:30 vol/vol)を用いてポリエチレンイミン(PEI)の10重量%溶液を調製した。グリシジルメタクリレート(GMA)の10%(mol/mol)溶液を添加し、室温で1時間反応させた。官能基導入したポリエチレンイミン溶液14gに、ビニル基を有するモノマーを添加した。実施例1Aにおいて、4gの1−ビニル−2−ピロリジノン(VP)を0.4gのN,N’−メチレンビスアクリルアミドとともに加え、実施例1Bにおいて1.8gのN,N’−メチレンビスアクリルアミドを加え、実施例1Cにおいて0.5gの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ライド(MAPTAC)と0.8gのN,N’−メチレンビスアクリルアミド(MBAA)の両方を加えた。第一の層(SPEEK)でコート処理した乾燥試料を2枚のポリエチレンシートの間に挟み、上述したポリエチレンイミン溶液を塗布適用した。次いで、この試料を二つのゴム製ローラーの間に走らせて、溶液を細孔内に圧入し且つ余分の溶液を除去した。試料を溶媒が蒸発しないように適切にシールし、365nmでUVランプ下で照射処理した。15分間照射した後(各面とも均一に)、試料を取り出し、2時間脱イオン水に浸漬して未反応の化合物を複合材料から拡散させた。照射後、複合材料は黄色になった。形成した複合材料の水フラックスを100kPaで測定した。その後試料を乾燥させ、重量を記録した。乾燥試料を水中で再湿潤化し、実験の部において記載されているように100kPa加圧下でフラックスを再度測定した。
本実施例は、複合材料に及ぼす熱水処理の影響を説明する。
細孔をコート処理した複合材料を、実施例6に記載されている操作手順に従って調製した。複合材料を70℃の水で24時間処理した。この複合材料を試験してフラックス及び乾燥後の重量変化を調べた。
この実施例は、水性の酸およびアルカリにおける複合材料の安定性を説明する。
実施例6に記載した操作手順に従って、細孔コート処理した複合材料を調製した。kpれらの試料を乾燥し、重量を記録し、次いで水、1N HClおよび1N NaOH中に、室温で40日間浸漬したままにした。処理後、試料は脱イオン水で洗浄し、これらのフラックスを測定した。測定の再現性は、±1.5%であった。その後、乾燥して重量を測定した。
この実施例は、遊離塩素がコート処理した複合材料に及ぼす影響を説明する。
実施例6に記載した操作手順に従って、細孔コート処理した複合材料を調製した。該試料を225ppmのNaOCl溶液中に室温で20時間浸漬しておいた。該複合材料の特性における変化は、実験の部において記載した通りに測定した。試料の一定量の脱色が処理後に観察された。しかしながら、浮遊物は処理浴中には見つからなかった。
225ppmの水性NaOClで室温にて20時間コート処理した複合材料のデータは、表11に示す。
この実施例は、本発明に従った正に帯電した四級アンモニウム基を含む、コート処理複合材料を説明する。
第一コーティング層は、実施例6で記載した通りの方法で得た。
10wt−%のポリ(エチレンイミン)(PEI)溶液をメタノール−水(70:30 vol/vol)を溶媒として用いて調製した。10%(mol/mol)グリシジルメタクリレート(GMA)を添加し、反応を室温で1時間生起させた。この官能基導入したポリ(エチレンイミン)溶液に、ビニル基を含むモノマーを添加した。ジアリルメチルアンモニウムクロライド(DADMAC)、(3−アクリルアミドプロパン)トリメチルアンモニウムクロライド(APTAC)または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ライド(MAPTAC)を、それぞれ一つのモノマーとして、別々の組成物に添加した。追加の架橋剤は一切添加しなかった。光開始剤として1重量% IRGACURE溶液に導入した。第一層(SPEEK)でコート処理した乾燥試料を二枚のポリエチレンシート間に挟み、上述したポリ(エチレンイミン)溶液を適用した。試料を次いで二つのゴムローラーの間に走らせて、溶液を試料の細孔内に圧入し且つ余剰の溶液を除去した。この試料を一切溶媒を蒸発させることなく適切にシールし、次いでUVランプ下365nmにおいて照射した。15分間の照射(いずれの側面も均一に)の後、試料を取り出して、未反応の薬品を複合材料から拡散させるために脱イオン水中に2時間浸漬した。照射後、複合材料は色が黄色くなった。形成した複合材の水のフラックスを100kPaにて測定した。その後試料を乾燥し、それらの重量を記録して、該複合材のイオン交換容量を実験の部で記述した通りに測定した。イオン交換容量測定の再現性は±3%であった。
この実施例は、複合材の静的なタンパク質吸着を示す。
この実施例は、実施例6の複合材料に類似した正に帯電した複合材料の製造を記載する。但し、第一の層をポリマーの沈降によって形成することは除く。
20wt%スルホン化ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)(SPEEK)(イオン交換容量=1.5mmol/gdry)のN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)溶液1g及び2.5%EVAL(27モル%エチレン含有)のDMAc溶液5gを混合することにより、溶液を調製した。微細孔性基体をポリエチレンシート上に載置した。その後調製した溶液をその基体表面に均一に塗布した。続いて基体を別のポリエチレンシートで被覆し、このサンドイッチ構造体を二つのゴムローラーの間に走らせてポリマー溶液を細孔に圧入し且つ余分な溶液を除去した。液体を充満・充填させた基体を水浴中に置き、60℃にて20分間維持し、試料中のポリマーを沈降させた。その後、試料をガラスプレートに固定し、75℃で30分間乾燥した。
メタノール−水(70:30(体積/体積))を溶媒として用いて、ポリ(エチレンイミン)(PEI)の10重量%溶液を調製した。10%(モル/モル)グリシジルメタクリレートをこれに添加し、室温で1時間反応させた。実施例2Aにおける官能基導入ポリ(エチレンイミン)溶液14gに1−ビニル−2−ピロリジノン(VP)4gを添加し、実施例2BにおいてN,N’−メチレンビスアクリルアミド1.8gを添加し、また実施例2Cにおいて、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ライド(MAPTAC)5gとN,N’−メチレンビスアクリルアミド(MBAA)0.8gの双方を添加した。光反応開始剤IRGACURE(全モノマーの1重量%)を各組成物に加えた。第一の層(EVAL−SPEEK)でコート処理した乾燥試料を、二つのポリエチレンシートに間に挟み、上記したPEI溶液をそれに適用した。その試料を二つのゴムローラーの間に走らせ、溶液を支持部材の細孔に圧入し且つ余分な溶液を除去した。溶媒を全く蒸発させることなく試料を密封してから、UVランプの下で365nmにて照射した。3〜15分間照射した(両面ともに均一に)後、試料を取り出して、脱イオン水に2時間浸漬することによってすべての未反応の化学物質を複合材料外に拡散させた。照射後、複合材料のいくつかは淡黄色になった。試料の水フラックスを測定し、乾燥してから、その重量を記録した。
この実施例は、実施例12の複合材料に類似した正に帯電した複合材料の製造を記載する。但し、第一の層が、EVALとスルホン化ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)(SPEEK)の混合物の代わりにポリ(ビニルアルコール−コ−エチレン)(EVAL)を含むことを除く。
ポリ(ビニルアルコール−コ−エチレン)(EVAL)のN,N−ジメチルアセトアミド溶液を終夜70℃で溶解させることによって、2.5重量%溶液を調製した。微細孔性ポリ(プロピレン)の支持部材をポリエチレンシートの上に載置し、EVAL溶液をその表面に均等に塗布した。続いて、その基体を別のポリエチレンシートで被覆し、得られたサンドイッチ構造体を二つのゴムローラーの間に走らせて、ポリマー溶液を細孔に圧入し且つ余分な溶液を除去した。充填した基体を水浴中に浸漬し、ポリマーを沈降させた。次いで、その試料をフレーム止めして、75℃で30分間、オーブンで乾燥した。
第二のコーティング層のための溶液を、実施例12に記載した方法に従って調製した。コート処理した複合材料もまた、実施例12に記載した方法に従って製造した。
本出願は、2004年9月30日出願のアメリカ合衆国予備出願第60/614,054―本出願を参照文献として本明細書に一体・合体するーの恩典を請求するものである。
Claims (82)
- 下記を含んで成る複合材料:即ち、
a)内部を貫通する複数の細孔を有する支持部材;
b)持続的に支持部材の細孔をコートする第一のポリマー層−なお、第一ポリマー層は、親水性及び疎水性の双方を有する−;及び
c)持続的に第一のポリマー層の表面をコートする第二のポリマー層−なお、第二のポリマーは、第一のポリマー層よりも親水性が高い−。 - 第一のポリマー層がゲルポリマーである、請求項1に記載の複合材料。
- ゲルポリマーが、実質的に水不溶性であるが水膨潤可能である、請求項2に記載の複合材料。
- ゲルポリマーが、約12から約40までの親和性パラメーターd0(H2O)を有する、請求項2に記載の複合材料。
- ゲルポリマーが、約12から約25までの親和性パラメーターd0(H2O)を有する、請求項2に記載の複合材料。
- 第一のポリマー層が、非架橋ポリマーを含んで成る、請求項1乃至5の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 第一のポリマー層が、架橋ポリマーを含んで成る、請求項1乃至5の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- ポリマーゲルが、セルロース誘導体、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリ酸エステル、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)、ポリヒドロキシスチレン(ポリ(4−ビニルフェノール))、ポリ(ビニルアルコール)40%加水分解物(Mowiol40−88)、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2に記載の複合材料。
- ゲルポリマーが、酢酸セルロース、酢酸セルロースブチレート、酢酸セルロースプロピオネート、2−ヒドロキシエチルセルロース及びエチルセルロースから成る群から選択されるセルロース誘導体である、請求項8に記載の複合材料。
- ゲルポリマーが、アセチル化度が約29から約61%までである酢酸セルロースである、請求項9に記載の複合材料。
- 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)から成る群から選択されるポリエステルである、請求項8に記載の複合材料。
- 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)から成る群から選択されるポリアミドである、請求項8に記載の複合材料。
- ゲルポリマーが、ポリ(メタクリル酸2−ヒドロキシエチル)及びポリ(メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル)から成る群から選択されるポリアクリル酸エステルである、請求項8に記載の複合材料。
- ゲルポリマーが、エチレン含量が約27から約44モル%までであるポリ(エチレンーコービニルアルコール)である、請求項8に記載の複合材料。
- 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ライド)(APVB;<70%アミノ化)、部分的にプロトン化又はアルキル化したポリ(4−ビニルピリジン)(Q−P4VP;<30%プロトン化又はアルキル化)から成る群から選択される部分帯電ポリマーである、請求項8に記載の複合材料。
- ゲルポリマーが、スルホン化ポリ(フェニレンオキサイド)である、請求項15に記載の複合材料。
- 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であるポリ(エチレンーコーアクリル酸)である、請求項8に記載の複合材料。
- 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8に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の疎水性モノマーが、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、メタクリル酸n−オクチル、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、ラウリン酸ビニル、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成る群から選択される、請求項18に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、負に帯電したモノマー群を含んで成る、請求項18に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、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、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−カルボキシエチルから成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20に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、正に帯電したモノマー群を含んで成る、請求項18に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、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ライド(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ライド(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ライド、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ライド、2−アミノエチルメタクリル酸ハイドロクロライド、N−(3−アミノプロピル)メタクリルアミドハイドロクロライド、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ライド、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)から成る群から選択される正に帯電したモノマー類である、請求項22に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、中性のモノマー群を含んで成る、請求項18に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、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−ビニルウレア、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から成る群から選択される中性のモノマー群を含んで成る、請求項24に記載の複合材料。
- ランダムコポリマーが、更に一種又はそれ以上の反応性モノマーを含んで成る、請求項18に記載の複合材料。
- 一種又はそれ以上の反応性モノマーが、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26に記載の複合材料。
- 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ライド−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ライド−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−メチルメタクリル酸)ポリ(N−ビニルホルムアミド−コ−コ−メチルメタクリル酸)、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ライド−コ−メチルメタクリル酸)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ライド−コ−メタクリル酸メチル)から成る群から選択される、請求項18に記載の複合材料。
- 第二のポリマー層が、架橋ゲルポリマーを含んで成る、請求項1乃至28の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 第二のポリマー層が、エチレンジアミン、4−スチレンスルホン酸、ビニルアルコール、アクリル酸、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド、アクリルアミドやビニルプロリドン、2−アクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、N−アクロイルトリス(ヒドロキシメチル)メチルアミン、2−アミノエチルメタクリレート塩酸塩、N−(3−アミノプロピル)メタクリルアミド塩酸塩、N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸とメタクリル酸(N,N−ジメチルアミノ)エチル、N−[3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル]メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸n−ドデシル、メタクリル酸n−ドデシル、アクリル酸とメタクリル酸2−(2−エトキシエトキシ)エチル、アクリル酸とメタクリル酸2、3−ジヒドロキシプロピル、アクリル酸とメタクリル酸グリシジル、アクリル酸とメタクリル酸n−へプチル、アクリル酸とメタクリル酸1−ヘキサデシル、アクリル酸とメタクリル酸2−ヒドロキシエチル、N−(2−ヒドロキシプロピル)メタクリルアミド、アクリル酸とメタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリルアミド、無水メタクリル酸、メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、アクリル酸とメタクリル酸2−(2−メトキシ)エチル、N−イソープロピルアクリルアミド、4−ビニルピリジン、ビニルスルホン酸、N−ビニル-2−ピロリドン、ポリ(エチレンイミン)(PEI)、ポリ(4−スチレンスルホン酸)、ポリ(ビニルアルコール(PVA)、ポリ(アクリル酸)(PAA)、ポリ(ジアリルメチルアンモニウムクロライド)(PDADMAC)、ポリアクリルアミド(PAcAm)及びポリビニルピロリドン(PVPR)から成る群から選択される一種のモノマー又はポリマーを含んで成る、請求項1乃至28の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 第二のポリマー層が、第一のポリマー層に共有結合している、請求項1乃至30の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 第一のポリマー層を形成するポリマーは、分子量が約5,000から約500,000g/molまでである、請求項1乃至31の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 第二のポリマー層を形成するポリマーは、分子量が約5,000から約500,000g/molまでである、請求項1乃至31の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 支持部材の平均孔径が0.1から30μmまでであり、また気孔率が60から90%までである、請求項1乃至33の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 支持部材が、フラットシート、中空チューブファイバー又はチューブ状膜の形状である、請求項1乃至34の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 支持部材が、厚さが10から1000μmまでのフラットシート形状である、、請求項1乃至34の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 少なくとも一つの追加のポリマー層を含んで成り、追加の各層が既存に展着・形成されたポリマー層を持続的にコートする、請求項1乃至36の内のいずれか一項に記載の複合材料。
- 下記工程を含んで成る複合材料の製造方法:
(a)疎水性及び親水性の双方を有する第一のポリマーで多孔性支持部材の細孔壁面をコートして第一のポリマー層を形成する工程、及び
(b)前記第一のポリマーより親水性が高い第二のポリマーで前記第一のポリマー層をコートして、第二のポリマー層を形成する工程。 - 第一のポリマー層と第二のポリマー層との間に一つの結合を形成する工程を含んで成る、請求項38に記載の方法。
- 第一のポリマー層が、第一のポリマーのための溶媒と第一のポリマーとを含んで成る溶液を多孔性支持部材に適用し、次いで前記溶液を水又は水性溶液に接触させて前記第一のポリマーを溶液から沈降させることによって形成される、請求項38又は39に記載の方法。
- 第一のポリマー層が、第一のポリマーのための溶媒と第一のポリマーとを含んで成る溶液を多孔性支持部材に適用し、次いで前記溶媒を蒸発させることによって形成される、請求項38又は39に記載の方法。
- 第一のポリマー層が、第二のポリマー層の適用の前、その過程又はその後に架橋される、請求項38乃至41の内のいずれか一項に記載の方法。
- 第一のポリマーが、ゲルポリマーである、請求項38乃至42の内のいずれか一項に記載の方法。
- ゲルポリマーが、実質的に水不溶性のであるが水膨潤可能である、請求項43に記載の方法。
- ゲルポリマーが、約12から約40までの親和性パラメーターd0(H2O)を有する、請求項43に記載の方法。
- ゲルポリマーが、約12から約25までの親和性パラメーターd0(H2O)を有する、請求項43に記載の方法。
- 第一のポリマー層が、非架橋である、請求項38に記載の方法。
- 第一のポリマー層が、架橋されている、請求項38に記載の方法。
- ポリマーゲルが、セルロース誘導体、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリ酸エステル、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)、ポリヒドロキシスチレン(ポリ(4−ビニルフェノール)、ポリ(ビニルアルコール)40%加水分解物(Mowiol40−88)、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43に記載の方法。
- ゲルポリマーが、酢酸セルロース、酢酸セルロースブチレート、酢酸セルロースプロピオネート、2−ヒドロキシエチルセルロース及びエチルセルロースから成る群から選択されるセルロース誘導体である、請求項49に記載の方法。
- ゲルポリマーが、アセチル化度が約29から約61%である酢酸セルロースである、請求項50に記載の方法。
- 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)から成る群から選択されるポリエステルである、請求項49に記載の方法。
- 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)から成る群から選択されるポリアミドである、請求項49に記載の方法。
- ゲルポリマーが、ポリ(メタクリル酸2−ヒドロキシエチル)及びポリ(メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル)から成る群から選択されるポリアクリル酸エステルである、請求項49に記載の方法。
- ゲルポリマーが、エチレン含量が約27から約44モル%であるポリ(エチレン−コ−ビニルアルコール)である、請求項49に記載の方法。
- 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ライド)(APVB;<70%アミノ化)、部分的にプロトン化又はアルキル化したポリ(4−ビニルピリジン)(Q−P4VP;<30%プロトン化又はアルキル化)から成る群から選択される部分帯電ポリマーである、請求項49に記載の方法。
- ゲルポリマーが、スルホン化ポリ(フェニレンオキサイド)である、請求項56に記載の方法。
- 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であるポリ(エチレン−コ−アクリル酸)である、請求項49に記載の方法。
- 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49に記載の方法。
- 一種又はそれ以上の疎水性モノマーが、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、メタクリル酸n−オクチル、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、ラウリン酸ビニル、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成る群から選択される、請求項59に記載の方法。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、負に帯電したモノマー群を含んで成る、請求項59に記載の方法。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、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、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−カルボキシエチルから成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61に記載の方法。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、正に帯電したモノマー群を含んで成る、請求項59に記載の方法。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、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ライド(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ライド(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ライド、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ライド、2−アミノエチルメタクリル酸ハイドロクロライド、N−(3−アミノプロピル)メタクリルアミドハイドロクロライド、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ライド、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)から成る群から選択される正に帯電したモノマー類である、請求項63に記載の方法。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、中性のモノマー群を含んで成る、請求項59に記載の方法。
- 一種又はそれ以上の親水性モノマーが、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−ビニルウレア、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から成る群から選択される中性のモノマー群を含んで成る、請求項65に記載の方法。
- ランダムコポリマーが、更に一種又はそれ以上の反応性モノマーを含んで成る、請求項59に記載の方法。
- 一種又はそれ以上の反応性モノマーが、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67に記載の方法。
- 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ライド−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ライドコ−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−メチルメタクリル酸)ポリ(N−ビニルホルムアミド−コ−コ−メチルメタクリル酸)、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ライド−コ−メチルメタクリル酸)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ライド−コ−メタクリル酸メチル)から成る群から選択される、請求項59に記載の方法。
- 第二のポリマー層が、架橋ゲルポリマーを含んで成る、請求項38乃至69の内のいずれか一項に記載の方法。
- 第二のポリマー層が、エチレンイミン、4−スチレンスルホン酸、ビニルアルコール、アクリル酸、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド、アクリルアミドやビニルピロリドン、2−アクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、N−アクリロイルトリス(ヒドロキシメチル)メチルアミン、2−アミノエチルメタクリレート塩酸塩、N−(3−アミノプロピル)メタクリルアミド塩酸塩、N,N−ジエチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸とメタクリル酸2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル、N−[3−(N,N−ジメチルアミノ)プロピル]メタクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アクリル酸n−ドデシル、メタクリル酸n−ドデシル、アクリル酸とメタクリル酸2−(2−エトキシエトキシ)エチル、アクリル酸とメタクリル酸2、3−ジヒドロキシプロピル、アクリル酸とメタクリル酸グリシジル、アクリル酸とメタクリル酸n−へプチル、アクリル酸とメタクリル酸1−ヘキサデシル、アクリル酸とメタクリル酸2−ヒドロキシエチル、N−(2−ヒドロキシプロピル)メタクリルアミド、アクリル酸とメタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリルアミド、無水メタクリル酸、メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、アクリル酸とメタクリル酸2−(2−メトキシ)エチル、N−イソープロピルアクリルアミド、4−ビニルピリジン、ビニルスルホン酸、N−ビニル-2−ピロリドン、ポリ(エチレンイミン)(PEI)、ポリ(4−スチレンスルホン酸)、ポリ(ビニルアルコール)(PVA)、ポリ(アクリル酸)(PAA)、ポリ(ジアリルメチルアンモニウムクロライド)(PDADMAC)、ポリアクリルアミド(PAcAm)及びポリビニルピロリドン(PVPR)から成る群から選択される一種のモノマー又はポリマーを含んで成る、請求項38乃至69の内のいずれか一項に記載の方法。
- 第二のポリマー層が、第一のポリマー層に共有結合している、請求項38乃至71の内のいずれか一項に記載の方法。
- 第一のポリマー層を形成するポリマーは、分子量が約5,000から約500,000g/molまでである、請求項38乃至72の内のいずれか一項に記載の方法。
- 第二のポリマー層を形成するポリマーは、分子量が約5,000から約500,000g/molまでである、請求項38乃至72の内のいずれか一項に記載の方法。
- 支持部材の平均孔径が0.1から30μmまでであり、また気孔率が60から90%までである、請求項38乃至74の内のいずれか一項に記載の方法。
- 支持部材が、フラットシート、中空チューブファイバー又はチューブ状膜の形状である、請求項38乃至75の内のいずれか一項に記載の方法。
- 支持部材が、厚さが10から1000μmまでのフラットシート形状である、、請求項38乃至75の内のいずれか一項に記載の方法。
- (c)該第二のポリマー層を少なくとも一つの更なるポリマー層でコーティングする工程を更に含んで成る、請求項38乃至77の内のいずれか一項に記載の方法。
- 一種の材料を含有する水溶液を請求項1乃至37の内のいずれか一項に記載の複合材料内を貫流させることから成る、一種の材料を水溶液から除去する方法。
- 請求項1乃至37の内のいずれか一項に記載の複合材料を含んで成る濾過装置。
- 膜バイオリアクターである、請求項80に記載の濾過装置。
- 請求項1乃至37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濾過膜。
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