JP2020535301A - 化学的に耐性のあるイソポーラス架橋ブロックコポリマー構造 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、その全体は参照により本明細書に組み込まれる2017年9月19日に出願された米国仮特許出願第62/560,452号に対する優先権の利益を主張するものである。
架橋構造のイソポーラス(isoporous)ブロックコポリマー、及び有機、酸性又は塩基性材料由来の厳しい溶媒条件に耐性のある調製方法。
自己組織化イソポーラス構造を達成するために使用されるマルチブロックコポリマーは、高フラックス(flux)、耐溶剤性、イソポーラス材料の生成に従順である。加えて、ブロックコポリマーの性質により、材料の多機能性が可能になるが、1つのブロックは(例えば、架橋されている場合)有意な耐薬品性を付与できるが、他のブロックは、他の機能、例えば、機械的完全性、を提供する。これらの材料は、分離用の耐薬品性膜として特に有用である。
Wang et al. (J. Mem. Sci., 476, 2015, 449−456);
Decker et al. (Macromol. Chem. Phys. 200, 1999, 1965−1974.);
US3864229;
US8865841 B2;
を参照。
本発明は、階層的多孔性、イソポーラス架橋ブロックコポリマー構造、すなわち架橋構造、に関する。ここで、ブロックのうち少なくとも1つは、有機、酸性又は塩基性材料からの過酷な溶媒条件に対する耐薬品性を有するように化学的に修飾されており、且つその他のブロックは、さまざまな環境へのそれらの適合性を高めるために、前記構造体に機械的な完全性を提供する。マルチブロックポリマーは、イソポーラスマルチブロックポリマー材料の形成後に化学的に修飾及び架橋され、それにより、細孔を規定する壁面内及び壁面に沿った部位が架橋されている。
本発明は、少なくとも1つのマルチブロックポリマー(MBP)、ここで少なくとも1つのMBPのうち少なくとも1つのブロックが少なくとも架橋された部分を包含する、を含むイソポーラス構造、例えば、膜、フィルム、布地、モノリス、である。この文脈において、イソポーラスとは、実質的に狭い孔径分布を有することを意味する。架橋の組み込みにより、前記イソポーラスブロックコポリマー(BCP)構造に耐薬品性が付与される。架橋された材料は、架橋されていない材料と比較して、温度又は過酷な媒体に対する耐性の増加を示し得る。自己組織化によって生成されたマルチブロックコポリマー(例えばAーB、AーBーA、AーBーC、AーBーCーA、AーBーAーB、AーBーCーD、又はAーBーCーDーEなど)構造の架橋ポリマーブロックのこの組み合わせにより、非水性液体媒体、例えば有機又は過酷な液体媒体、での分離のための高透過性及び高選択性のイソポーラス構造が得られる。当該材料は、少なくとも2つのクラスの細孔: マクロ細孔及びメソ細孔、を含み、そのうちの少なくとも1つのクラスはイソポーラスである。メソ細孔は、約1nmから200nmの孔径を有し得る。マクロ細孔は、約200nmから約100ミクロンの孔径を有し得る。イソポーラス領域は、細孔(ボイド)、ポアライニングポリマー領域、及びポリマーマトリックス領域を含む。
1)少なくとも1つの化学溶媒中のマルチブロックポリマー及び任意に(optionally)架橋剤を溶解すること、
2)ポリマー溶液を基板もしくは金型上に、又はダイもしくはテンプレートを通して分配すること、
3)化学溶媒の少なくとも一部を除去すること、
4)ポリマーの少なくとも一部の沈殿を引き起こす非溶媒への曝露、
5)オプションで、洗浄ステップ、
6)オプションで、架橋剤への曝露、
7)架橋反応。
である。
いくつかの実施形態では、架橋反応は、以下に示すように、反応して架橋を形成する2つのポリスチレン単位のラジカル反応である:
ラベル フィーチャ
10 メソポーラス領域のポリマーマトリックス
20 メソポーラスのポアライニングポリマー領域
30 メソポア(ボイド)
40 マクロポーラス領域のポリマーマトリックス
50 マクロポーラス領域のポアライニングポリマー領域
60 マクロポア(ボイド)
100 メソポーラス領域の架橋ポリマーマトリックス
110 マクロポーラス領域の架橋ポリマーマトリックス
120 メソポーラス領域の架橋ポアライニングポリマー領域
130 架橋反応
140 貯蔵容器中の架橋剤を含むか、又は含まないポリマー溶液
145 貯蔵容器
150 ポリマー溶液を所望の構成に分配すること
160 自己組織化ポリマー溶液
170 非溶媒への暴露
180 非溶媒分子
190 沈殿性高分子材料
210 多孔質架橋ポリマー材料
Claims (17)
- 少なくとも2つのポリマー鎖を含む自己組織化マルチブロック架橋ポリマー材料であって、ここで、各鎖は別個のブロックを持ち、且つ当該材料は少なくとも2つのクラスの細孔、マクロ細孔及びメソ細孔、を含み、その少なくとも1つのクラスの少なくとも一部はイソポーラスであり、ここで、少なくとも1つのブロックの少なくとも一部は少なくとも前記少なくとも2つのポリマー鎖上の少なくとも1つの上の少なくとも1つの異なる部位に架橋されている、材料。
- 当該材料が非対称又は対称のいずれかである、請求項1に記載の材料。
- 当該材料が、約1nmから約200nmの範囲のメソポア、及び約200nmから約100ミクロンのマクロポアを含む、請求項1に記載の材料。
- 当該材料が二次元構造に形成される、請求項1に記載の材料。
- 当該材料が三次元構造に形成される、請求項1に記載の材料。
- 自己組織化マルチブロック架橋ポリマー材料を調製する方法であって、マルチブロックコポリマーからマクロポアとメソポアの両方でイソポーラス構造を形成すること、次いで、少なくとも1つのブロックの少なくとも一部を化学反応により架橋すること、を含む方法。
- 前記イソポーラス材料が以下:
a.少なくとも1つの化学溶媒へのマルチブロックポリマー及び場合によって架橋剤の溶解、
b.ポリマー溶液を基板もしくは金型上に、又はダイもしくはテンプレートを通して分配すること、
c.化学溶媒の少なくとも一部の除去、
d.前記ポリマーの少なくとも一部の沈殿を引き起こす非溶媒への暴露、
e.場合によって、洗浄ステップ、
f.場合によって、架橋剤への暴露、
g.架橋反応、
によって形成される請求項6に記載の方法。 - 前記架橋剤が、2つ以上の反応性チオールを有する多官能性チオール化合物、場合によりUV照射曝露時にラジカルを生成する光開始剤を含み、且つ少なくとも1つのポリマーブロックの少なくとも一部が、少なくとも1つの反応性二重結合を含む架橋性ポリマー単位を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記ポリマーが、UV照射曝露時にラジカルを生成する光開始剤の有無にかかわらず、UV照射曝露時に架橋する少なくとも1つの芳香環を含む少なくとも1つのブロックを含有する、請求項7に記載の方法。
- 前記架橋剤が、臭素、塩素、又はヨウ素から選択される2つ以上の反応性ハロゲン基を有する多官能性ハロゲン化合物を含み、且つ少なくとも1つのポリマーブロックの少なくとも一部が、少なくとも1つの反応性アミンを含む架橋性ポリマー単位を含む、請求項7に記載の方法。
- 前記架橋剤が、2つ以上の反応性α、β−不飽和カルボニル単位を有する多官能性α、β−不飽和カルボニル化合物を含み、且つ架橋性ポリマー単位を含む少なくとも1つのポリマーブロックの少なくとも一部が、少なくとも1つの反応性アミンを含む、請求項7記載の方法。
- 前記架橋剤がハロゲン化物、及び少なくとも1つのα、β−不飽和カルボニル単位及び少なくとも1つのハロゲン化物を含む2つ以上の反応基を有するα、β−不飽和カルボニル化合物、及び少なくとも1つの反応性アミンを含む架橋性ポリマー単位を含む少なくとも1つのポリマーブロックの少なくとも一部、を含む、請求項7に記載の方法。
- 1つより多い別個のかがく反応が1つのポリマーブロックの少なくとも一部の上に架橋を生成する、請求項7に記載の方法。
- 興味対象の分析物を含有する媒体を請求項1の材料と接触させる、興味対象の分析物を分離する又は検出するプロセス。
- プリーツパック、クロスフローカセット内のフラットシート、渦巻き型モジュール、中空繊維、中空繊維モジュール、又は請求項1の材料を含むセンサーなどのデバイス。
- 当該材料が、分離媒体として、又は望ましい保護特性を備えた布地として使用される、請求項1に記載の材料。
- 当該架橋材料が、非架橋材料と比較して、温度又は過酷な媒体に対する増加した耐性を示す、請求項1に記載の材料。
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