JP2019034990A - 多孔質体の表面処理ポリマー - Google Patents
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これまで、基材の表面処理は、プラズマ照射、コロナ放電、放射線処理等の高エネルギー処理により官能基を導入する方法が採用されきた(貞本 満、Journal of Vacuum Society Japan, 51巻(1号)15〜18ページ、2008年、井手文雄、繊維機械学会誌, 38巻(4号)173〜185ページ、1985年)。
しかしながら、多孔質体の表面処理に関しては、細孔内への適用が困難である。
[1]次式(1):
で示されるポリマー化合物。
[2] 式(I)で示される化合物が次式(2)、(3)又は(4):
で示される構造を有するポリマーである、[1]に記載の化合物。
[4] 多孔質基材の細孔部を親水化することができる、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の化合物。
[5] [1]〜[4]のいずれか1項に記載の化合物を含む、表面処理剤。
[6] 水溶液の形態である、[5]に記載の処理剤。
[7] 光活性剤をさらに含む、[5]又は[6]に記載の処理剤。
[8] 光活性剤が、多ハロゲン化メチル基を有する化合物からなるものである、[7]に記載の処理剤。
[9] 光照射処理を利用して表面処理を行うものである、[5]〜[8]のいずれか1項に記載の処理剤。
[10] [5]〜[9]のいずれか1項に記載の処理剤を多孔質基材に塗布する工程、及び、塗布された当該基材に光照射処理する工程を含む、多孔質基材の表面処理方法。
[11] [10]に記載の方法により処理されてなる、表面処理多孔質基材。
[12] 多孔質基材の細孔部が親水化されたものである、[11]に記載の基材。
本発明は、次式(1):
R2は、水素原子、水酸基、又は次式(b1):
R4は、C1−6アルキル基を表す。
m及びnは、それぞれ独立して2〜10の整数を表し、好ましくは2である。
a及びbは、それぞれ独立して、2以上の整数を表す。
また、X1を含む構造単位の具体例としては、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート等に由来する構造単位が挙げられる。
上記式(1)で示されるポリマーの重量平均分子量は、限定はされないが、例えば分子量の範囲は、1000から500000であり、好ましくは10000から100000である。1000未満では、光反応する前の基材への被覆性が悪いために、表面被覆が完全になされない可能性がある。また500000よりも大きいときは、ポリマー溶液の粘性が高くなりすぎ、細孔内に効率よく導入されない。
式(1)で示されるポリマーの合成については、モノマー化合物の調製及びそれらの重合を含め、基本的には、当業者の技術水準に基づき、常法により行うことができる。
本発明の多孔質基材用表面処理剤は、前述の通り、上記二元系ポリマーを主要成分として含むものであり、多孔質基材の表面に塗布した後、光照射処理を利用して表面処理が行われる。これにより、対象である多孔質基材の表面部(多孔質の細孔部以外の部分)だけでなく、細孔部も親水化することができる。
助剤の濃度は、0.005〜5重量%である。
多孔質基材を利用する分野は幅広く、特に環境、エネルギー、バイオテクノロジー、食品及び医療又は歯科関連の分野にわたる。本発明のポリマー化合物を用いて表面処理することにより得られた多孔質基材は、上記分野における製造、精製、分析などの過程で、隔膜材料、吸着体、支持体、反応促進体等として利用される。また医療分野では、例えば組織再生医療デバイス、人工臓器等に利用され、歯科分野では、例えば、歯科材料、歯科用器具、歯科用補綴物等に利用される。
本発明の表面処理方法は、対象基材である多孔質基材の表面部のみならず、細孔部を親水化する方法であり、具体的には、上述した本発明の表面処理剤を多孔質基材に塗布する工程(塗布工程)、及び、塗布された多孔質基材に光照射処理をする工程(光照射工程)を含む方法である。
塗布工程においては、光反応性ポリマーである前記二元系ポリマーを主要成分として含む表面処理剤を用いて行えばよい。
光照射工程は、多孔質基材に塗布した表面処理剤(液)が乾燥した後、光を照射すればよい。照射光としては、ラジカルを生じさせることができるものがよいため、紫外線(UV光)が好ましい。照射光の線量は、限定はされず、当業者の通常の技術常識に基づいて、適宜設定することができる。
上記工程により、多孔質基材に塗布されたポリマーは、多孔質の細孔部に入り込んで細孔部の表面を被覆する(図10)。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明の範囲はこれらの実施例により限定されるものではない。
(1)光反応性モノマー(EPMA)の合成
2-(N-エチルアニリノ)エタノール(8.26g)とトリエチルアミン(5.57g)を3つ口フラスコに入れ、ジクロロメタン(80mL)を加えて溶解した。メタクリル酸クロライド(5.75g)をジクロロメタン(20 mL)に溶解し、滴下ロートに入れ、ゆっくり滴下した。-2°Cで24時間反応させた後、形成されたトリエチルアミン塩酸塩をガラスフィルターで除去した。エバポレートによりジクロロメタンを除去し、溶解しているトリエチルアミン塩酸塩を析出させるため、ヘキサンを加えた。トリエチルアミン塩酸塩が析出しなくなるまでこの操作を繰り返した。さらに、未反応のメタクリル酸クロライドとN-エチルアニリノエチルメタクリレート(EPMA)を分離するため、塩酸水溶液で抽出を行った。得られたEPMAヘキサン溶液に無水硫酸マグネシウムを加え脱水した。無水硫酸マグネシウムをろ過後、エバポレートによりヘキサンを除去し、オイル状のEPMAを得た。
次いで、ガラス製のアンプルに2-メタクリロイルオキシエチルホスホリルコリン(MPC)(2.36g)およびEPMA(0.470g)、開始剤として、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(8.21mg)を秤量した。エタノールを用いてモノマー濃度0.5 mol/L、開始剤濃度2.5 mmol/Lとなるように希釈した。十分に溶液中の酸素をアルゴンで除去後、アンプルを封管した。反応はシリコーンオイルバスを用いて60℃にて3時間行なった。反応終了後、エーテル:クロロホルム=8:2の溶媒を用いて再沈殿法により未反応のモノマーを除去した。減圧乾燥し白色粉末のPMEPMAを得た。
ガラス製のアンプルに2ーヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA)(0.520g)およびEPMA(0.230g)、開始剤として、2, 2’ーアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(4.11mg)を秤量した。エタノールを用いてモノマー濃度0.5 mol/L、開始剤濃度2.5 mmol/Lとなるように希釈した。十分に溶液中の酸素をアルゴンで除去後、アンプルを封管した。反応はシリコーンオイルバスを用いて60℃にて8時間行なった。反応終了後、エーテル:クロロホルム=8:2の溶媒を用いて再沈殿法により未反応のモノマーを除去した。減圧乾燥し白色粉末のPHEPMAを得た。得られたPHEPMAのHEMAユニットモル分率は1H-NMR測定の結果、a/(a+b)の値が0.83であった。図3は得られたPHEPMA82の1H-NMRスペクトルである。図4は得られたPHEPMA82のIRスペクトルである。
ガラス製のアンプルにn-ブチルメタクリレート(BMA)(0.570g)およびEPMA(0.230g)、開始剤として、2, 2’ーアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)(4.11mg)を秤量した。テトラヒドロフランを用いてモノマー濃度0.5 mol/L、開始剤濃度2.5 mmol/Lとなるように希釈した。十分に溶液中の酸素をアルゴンで除去後、アンプルを封管した。反応はシリコーンオイルバスを用いて60℃にて8時間行なった。反応終了後、メタノール溶媒を用いて再沈殿法により未反応のモノマーを除去した。減圧乾燥し白色粉末のPBEPMAを得た。得られたPBEPMAのBMAユニットモル分率は1H-NMR測定の結果、a/(a+b)の値が0.81であった。図5は得られたPBEPMA82の1H-NMRスペクトルである。図6は得られたPBEPMA82のIRスペクトルである。
基材として、孔のサイズが61μmの多孔質ポリエチレン試片(旭化成株式会社製サイファインTM AQグレード:PE_AQ800)を用いた。PMEPMA82 (0.20g)および2,2,2-トリブロモエタノール(100mg)を秤量し、PMEPMA濃度が0.50 wt%となるようにエタノールを加えて溶解した。得られた溶液にPE_AQ800を1分間浸漬した。風乾後、UV光(254nm)(光強度)を3分間照射することにより、PMEPMAを反応した。UV 照射後、エタノール中に一晩撹拌しながら浸漬し、未反応のPMEPMAを除去した。
PMEPMAにて表面処理後のPE_AQ800表面を走査電子顕微鏡(SEM)により観察した。図7に示すように、表面処理後も孔のサイズに大きな変化はなかった。PMEPMAはPE_AQ800の表面にのみ薄膜層を形成しているため、多孔体物質としての性質に影響はない。
PMEPMAで表面処理したPE_AQ800試片を2ppmのローダミン6G水溶液に30秒間浸漬した。その後、50mL中の水中で50回リンスし、蛍光顕微鏡にて観察した。ローダミン6Gはカチオン性で脂溶性蛍光色素であり、リン脂質極性基を選択的に染色する。蛍光顕微鏡による観察画像を図8に示す。孔の内部まで蛍光が観察され、PMEMAが孔の内部においてもUV照射により架橋反応したことが確認された。図8はローダミン6G で染色した後のPE_AQ800試片の蛍光画像である。
表面処理後の水濡れ性を接触角測定により評価した(図9)。対照サンプルとして、平滑表面を有する環状ポリオレフィン(CPO)を用いた。
CPO表面の接触角が100度程度であるのに対し、PMEPMA73, PMEPMA82, PMEPMA9で表面処理後の接触角は50-65度程度と親水的であった。PMEPMAがCPO基材表面で光架橋し、表面がホスホリルコリン基で覆われたことにより親水化したと考えられる。一方、PE_AQ800表面は多孔質構造を有するため、120度程度の高い接触角を示した。PMEPMAで表面処理後は45-80度程度と低い値を示し、多孔体であっても表面処理が可能であることが示された。
Claims (12)
- 次式(1):
で示されるポリマー化合物。 - 式(I)で示される化合物が次式(2)、(3)又は(4):
で示される構造を有するポリマーである、請求項1に記載の化合物。 - a/(a+b)の値が0.50〜0.95である、請求項1又は2に記載の化合物。
- 多孔質基材の細孔部を親水化することができる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物を含む、表面処理剤。
- 水溶液の形態である、請求項5に記載の処理剤。
- 光活性剤をさらに含む、請求項5又は6に記載の処理剤。
- 光活性剤が、多ハロゲン化メチル基を有する化合物からなるものである、請求項7に記載の処理剤。
- 光照射処理を利用して表面処理を行うものである、請求項5〜8のいずれか1項に記載の処理剤。
- 請求項5〜9のいずれか1項に記載の処理剤を多孔質基材に塗布する工程、及び、塗布された当該基材に光照射処理する工程を含む、多孔質基材の表面処理方法。
- 請求項10に記載の方法により処理されてなる、表面処理多孔質基材。
- 多孔質基材の細孔部が親水化されたものである、請求項11に記載の基材。
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