JP3581201B2 - 多孔質ポリマー構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
合成多孔質ポリマー構造体は、広範囲の産業用途において有用性を示す。主たる用途としては、逆浸透膜、濾過膜及び絶縁材料としての使用が挙げられる。特定の用途に関する多孔質ポリマー構造体の有用性は、構造体の孔径及び孔径分布、強度及び化学組成のような数多くのファクターに依存する。多孔質ポリマー構造体は種々の方法を用いて製造される。しかしながら、独特の特性を有する構造体を提供する新規な製造方法に対する必要性が未だ存在している。本発明は、多孔質ポリマー構造体及び多孔質物品を製造する新規な方法を提供するものである。
【０００２】
多孔質ポリマーネットワーク構造体は、対称（等方性）又は非対称（異方性）のいずれかとして特徴づけることができる。等方性構造体においては、孔径は、構造体の断面にわたってほぼ一定に保たれているのに対して、異方性構造体においては、孔径は、構造体の断面において、通常は小さなものから大きなものに変化する。異方性構造体は、膜濾過における汚染に対する抵抗性のように、ある種の用途に関しては有利性を有している。本発明は、それぞれのタイプの構造体の製造に関するものである。
【０００３】
多孔質ポリマー構造体の製造のために最も広く用いられている二つの方法は、溶媒誘導相分離（Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：ＳＩＰＳ）及び熱誘導相分離（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：ＴＩＰＳ）である。
【０００４】
ＳＩＰＳの一例は、ポリマーを溶媒（溶媒１）中に溶解し、ポリマー溶液を、平滑な非多孔質表面に施してフィルムを形成し、次にフィルムを、溶媒１と混和性であるがポリマーを溶解しない第２の溶媒（溶媒２）と接触させる。ポリマー溶液が溶媒２と接触する界面において溶媒勾配が生成する。これにより、界面においてポリマーの速やかな沈殿が起こる。溶媒２がポリマー溶液中に拡散するに連れて、勾配は穏やかになって、ポリマーの沈殿はゆっくりになる。孔径は、概してポリマー沈殿の速度に関連するので、ポリマー溶液がまず溶媒２と接触する構造体の表面には、最も小さな孔が含まれる。孔径は、構造体の断面方向での残りの部分において徐々に増加し、これにより異方性の構造体が製造される。この方法を用いて、均一な孔径（対称又は等方性）を有し、高い強度を有する構造体を製造することは極めて困難である。
【０００５】
ＴＩＰＳは、高い温度及び低い温度での溶媒中のポリマー溶解度の差を利用するものである。この方法を理解するためには図１を参照することが有用である。
【０００６】
図１は、典型的なポリマー／溶媒対に関する相図を表す。Ｘ軸は、０〜１００重量％のポリマー濃度を示す。Ｙ軸は、低温から高温への温度変化を示す。相図は三つの領域に分けられる。一つは安定領域（１）であり、ここではポリマー溶媒配合物は、単一の明澄な相によって特徴づけられる安定な溶液を形成する。一つはメタ安定領域（２）であり、ここではポリマー沈殿が起こって、「核化及び成長」とて知られている工程によりノジュール構造（ｎｏｄｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が生成する。そしてもう一つは不安定領域（３）であり、ここではポリマー沈殿によって、「レース状バイコンティニアス構造体（ｌａｃｙ ｂｉｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」と称される複雑なネットワークがしばしば生成する。安定領域とメタ安定領域との境界（４）は「バイノーダル曲線（ｂｉｎｏｄａｌ ｃｕｒｖｅ）」と称され、メタ安定領域と不安定領域との境界（５）は「スピノーダル曲線（ｓｐｉｎｏｄａｌ ｃｕｒｖｅ）」と称される。場合によっては、これらの二つの境界が一致して、組成物が、メタ安定領域を通過することなく安定領域から不安定領域へ移るようになる場合もある。交点（６）は「臨界組成」として知られており、「臨界温度（Ｔｃ）」と称される温度において起こる。
【０００７】
ＴＩＰＳを用いて多孔質構造体を形成するためには、溶液が安定領域におかれる条件下でポリマーを溶媒中に溶解する。次に、温度を低める。ポリマー溶液の温度が低下するに連れて、ポリマー溶液は、組成が臨界組成を通過するようなものでない限り、メタ安定領域を通って不安定領域へ移る。しばしば得られるレース状のバイコンティニアス構造体は不均一性と強度とをもたらし、より良好な濾過媒体を形成するので、不安定領域においてポリマーを沈殿させることが好ましい。最初のポリマー溶液の一つの表面を冷却すると、ポリマー溶液を横切る熱勾配が形成される。冷却された表面又はその付近の領域は、速やかに冷却されて、最も小さな孔を有する微細構造体が生成され、一方、表面から最も遠い領域は、よりゆっくりと冷却されて、より大きくより不規則な孔を生成する。したがって、ＳＩＰＳを用いた場合と同様に、ＴＩＰＳによって、非対象構造体を生成させることができる。ＴＩＰＳの一つの欠点は、生成される構造体の厚さが増大すると、その強度が低下する傾向があるという点である。他の欠点は、熱移動の問題及び収縮により、厚さ１ｍｍを超える多孔質構造体又はその断面にわたって均一な構造体の製造ができないという点である。更なる欠点は、臨界組成あるいは場合により極端なポリマー溶液濃度においては、溶液は、冷却中にメタ安定領域を通過するという点である。メタ安定領域において沈殿するポリマーは、核化及び成長のために、望ましくない弱いノジュール構造を有する傾向がある。
【０００８】
米国特許第４，６５９，４７０号においては、熱誘導相分離を用いて、異なる特性を有する種々の膜を形成することが記載されている。選択された多孔度の等方性及び異方性の両方の構造体が、溶媒中のポリマー濃度及び冷却速度の差によって得られる。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、ＴＩＰＳ及びＳＩＰＳの手法を独特に組み合わせることによって、多孔質ポリマー構造体を製造する方法を包含するものである。多孔質ポリマー構造体は、
ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃、好ましくは１７０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度、通常は、溶液が少なくとも約１０７ ダイン／ｃｍ２ の動的剪断弾性率を有する温度以下に低め；そして
ｃ．溶液を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させて、多孔質ポリマー構造体の形成を誘導する；
ことによって調製される。
【００１０】
本発明の条件は、ポリマー溶液の冷却中であって、且つ溶液が未だ安定領域（図１参照）にある状態において、冷却を継続し、溶液が相分離を起こさない点まで溶液粘度を上昇させるというものである。この条件は、溶液が安定領域にある場合においても満たすことができる。この条件が満たされると、溶液を、押出、射出成形、切断などのような標準的な溶融加工技術を用いて、種々の物品に溶融加工又は成形することができる。３０〜７０重量％のポリマーを含むポリマー溶液は、これらの要求を満足することが分かった。
【００１１】
冷却の後、アセトン／メタノール溶媒混合物を導入することによって、既に不安定となっているポリマー溶液を相分離させる。相分離が不安定領域で起こると、ポリマーの沈殿がスピノーダル分解を介して起こり、その結果、レース状のバイコンティニアス構造体が生成する。１０〜９０容量％のアセトンを含むアセトン／メタノール溶液が、かかる構造体を一貫して与えることが分かった。
【００１２】
本発明は、多孔質ポリマー構造体を含む物品を提供する。構造体の等質性を保持することができるので、本発明は、また、ＳＩＰＳ又はＴＩＰＳでは得ることのできない、２０μｍを超える厚さにわたって均一なレース状のバイコンティニアス構造体を含む組成物を提供する。本発明は、また、それぞれの層が独特の構造を有する多孔質ポリマー構造体を含む多層物品を提供する。本発明は、更に、２段階：物品の成形と物品中における孔の形成；によって構造体を製造する方法を提供する。更に、本発明は、粒子が包含せしめられた多孔質構造体を提供する。同様の態様においては、本発明は、膨潤性で抽出性の粒子をポリマー溶液中に含ませ、溶液から構造体を調製し、次に抽出によって構造体から粒子を除去することによって得られるボイドを有する多孔質物品、同様に並びに膨潤性で非抽出性の粒子の周りにボイドを有する構造体をを提供する。
【００１３】
ポリマー溶液の粘度が、ポリマーとジフェニルスルホンとの相分離を防ぐようなものであると、溶液を、物品に成形し、アセトン／メタノール溶媒混合物への曝露するまで、無期限に保存することができる。しかしながら、ポリマー溶液の安定性を保持するためには、保存温度は、ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）より低いことが好ましい。溶液を、その後アセトン／メタノール溶媒混合物へ曝露すると、混合物がポリマー溶液中に拡散して、ポリマーが分離し、レース状のバイコンティニアス形態の多孔質ポリマー構造体が生成する。
【００１４】
本発明者らは、ポリマーのＴｇが多孔質ポリマー構造体の意図される使用温度よりも高く、ポリマーのＴｇがアセトン／メタノール溶媒混合物との接触温度よりも高い場合には、使用中及び製造中に構造の完全性を保持する多孔質ポリマー構造体が得られることを見出した。
【００１５】
これらの基準は、ポリマー溶液の動的剪断弾性率Ｇ’が少なくとも１０７ ダイン／ｃｍ２ である場合には、すべて満足される。しかしながら、溶液のＧ’が１０７ ダイン／ｃｍ２ 未満である場合においては、十分な量の異なる高分子量ポリマー、例えば約１，０００，０００ＡＭＵを超える分子量を有するポリスチレンを加えることによってポリマーを変性して１０７ ダイン／ｃｍ２ のＧ’を再び有するようにすることができる。多くの場合において、多孔質構造体を形成した後に、抽出によって高分子量ポリマーを除去することができる。
【００１６】
ポリマー溶液のＧ’が少なくとも１０７ ダイン／ｃｍ２ であると、ポリマー溶液は、熱可塑性物質として機能して、標準的な熱可塑性加工方法を用いて種々の物品に加工することができる。かかる物品は、
ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃、好ましくは１７０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．非多孔質物品を成形し；そして
ｄ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させて、多孔質ポリマー構造体の形成を誘導する；
ことによって製造される。
【００１７】
物品としては、ディスク、チューブ、ロッド、シート、フィルム、繊維、容器、発泡物品などが挙げられる。また、溶液の粘度が物品を成形するのに十分に高い場合には、物品を、ポリマー溶液を形成するのと同じ温度で成形することができる。これらの場合においては、工程ｂとｃとが逆になる。
【００１８】
加工前又は加工中、添加剤をポリマー溶液に配合することができる。かかる添加剤としては、酸化防止剤、熱及び光安定剤、吸着剤、孔形成粒子、充填剤、触媒、親和性リガンド、制御離型材料、着色剤、トナー、並びに発色剤又は濃縮物、吹込剤又は発泡剤、静電防止剤、導電材料、臭気制御剤、液晶などが挙げられる。
【００１９】
標準的な熱可塑性加工方法を用いてポリマー溶液を加工することができることによって、物品の寸法を容易に制御することができるようになる。次に、ポリマー溶液組成及びアセトン／メタノール溶媒混合物組成並びに接触温度を調節することによって孔径及び分布を制御することができる。
【００２０】
本発明は、組み合わされて、より複雑な物品を形成する多孔質ポリマー構造体並びに多孔質物品それ自体を包含するものである。例えば、フィルムを一緒に積層して、多層膜又は布帛のような多層物品を形成することができる。多層物品は、
ａ．独立に、ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む少なくとも二つの別々の溶液を１３０〜２３０℃、好ましくは１７０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の少なくとも一方の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．それぞれの溶液の層を形成し；
ｄ．層から非多孔質物品を形成し；そして
ｅ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させて、孔を形成させる；
ことによって製造される。
【００２１】
かかる物品は、特に化学又は製薬産業において有用性が見出される。それぞれの層が異なる厚さを有し、それぞれの層中に異なる添加剤が含まれ（添加剤が互いに非相溶性である場合に特に有用である）、異なる多孔度を有する層を有し、異なるポリマー又はポリマー濃度から調製された層を有し、更にガス分離のための層を有する多層膜又は布帛を製造することができる。それぞれの層を用いて、全体として膜又は布帛に対して異なる特性を与えることができる。それぞれの層は、膜又は布帛全体に対して異なる特性を付与するために使用することができる。例えば、幾つかの層は全体の多孔度を決定し、他のものはイオン交換樹脂、親和性リガンド又は触媒を含み、他のものは強度を付与することができる。これらはすべて、ポリマー溶液の配合、アセトン／メタノール溶媒混合物の組成、及び添加剤の有無に依存するものである。
【００２２】
物品は、アセトン／メタノール溶媒混合物による処理の前に種々の時間保存することができる。その結果、異なる特性を有する数多くの物品を別々に保存し、必要に応じて顧客ごとに配合することができる。例えば、それぞれの層の孔径及びそれぞれの層の添加剤含量を製造の直前に決定するようにして多層膜を製造することができる。また、同一又は異なる条件下で、幾つかの異なるアセトン／メタノール溶媒混合物で単一の物品を処理して、異なる特性を有する物品を与えることができる。
【００２３】
添加剤を有するか又は有しない多孔質繊維を調製し、次に織るかまたは布帛の中に又はその上に積層することができる。添加剤が化学吸収剤又は失活剤である場合には、かかる繊維は、毒性で及び／又は危険な環境中で用いるための保護衣服の成分として有用である。かかる衣服は、「通気性」を保持しつつ、即ち体熱及び湿分を放出させつつ、着用者を保護するという有利性を有しており、非通気性の衣服を大きく凌ぐ改良がみられる。
【００２４】
ポリマー溶液及びアセトン／メタノール溶媒混合物濃度の適当な条件下において、孔が、酸素と窒素のようなガスを分離するのに十分に小さいものであるか、あるいは海水脱塩のような逆浸透用途に用いるための、薄いスキン層を有する構造体を製造することができる。
【００２５】
泡状の構造体も製造することができる。これらの泡状構造体は、樹脂、触媒、特に吸収剤又は他の添加剤のような粒子を支持するのに用いることができる。かかる泡状構造体は、また、絶縁材料としても使用することもできる。
本発明は以下の態様を包含する。
１）ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；そして
ｃ．溶液を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させることによって多孔質ポリマー構造体の形成を誘導する；工程を含む多孔質ポリマー構造体の製造方法。
２）それ以下では溶液の粘度によって相分離が防止される温度が、溶液が少なくとも１０ ７ ダイン／ｃｍ ２ の動的剪断弾性率を有する温度である１）に記載の方法。
３）ａ．溶液が３０〜７０重量％のポリマーを含み；
ｂ．溶液が１７０℃〜２３０℃の温度において形成され；
ｃ．溶媒混合物が１０〜９０容量％のアセトンを含む；２）に記載の方法。
４）溶液が更に高分子量ポリマーを含む２）に記載の方法。
５）高分子量ポリマーが、１，０００，０００ＡＭＵを超える分子量を有するポリスチレンである４）に記載の方法。
６）ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．非多孔質物品を形成し；そして
ｄ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させる；工程を含む、多孔質ポリマー構造体を含む物品の製造方法。
７）溶液が更に粒子を含む６）に記載の方法。
８）粒子がイオン交換樹脂を含む７）に記載の方法。
９）溶液が更に発泡剤を含む６）に記載の方法。
１０）それ以下では溶液の粘度によって相分離が防止される温度が、溶液が少なくとも１０ ７ ダイン／ｃｍ ２ の動的剪断弾性率を有する温度である６）に記載の方法。
１１）ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．非多孔質物品を形成し；
ｃ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；そして
ｄ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させる；工程を含む、多孔質ポリマー構造体を含む物品の製造方法。
１２）それ以下では溶液の粘度によって相分離が防止される温度が、溶液が少なくとも１０ ７ ダイン／ｃｍ ２ の動的剪断弾性率を有する温度である１１）に記載の方法。
１３）膜の形態の１１）に記載の物品。
１４）繊維の形態の１１）に記載の物品。
１５）ａ．独立に、ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む少なくとも二つの別々の溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の少なくとも一方の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．それぞれの溶液の層を形成し；
ｄ．層から非多孔質物品を形成し；そして
ｅ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させる；工程を含む、多層多孔質ポリマー物品の製造方法。
１６）１１）の方法によって製造される物品。
１７）１５）の方法によって製造される物品。
１８）厚さ２０μｍを超える均一なレース状のバイコンティニアス構造を有する、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーを含む組成物。
【００２６】
（実施例）
以下の実施例及び比較例によって、本発明の幾つかの態様をより詳しく説明する。
【００２７】
（試験方法）
１．示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）
他に示さない限り、以下の手順を用いて示差走査熱量データを得た。
ａ．装置：ＴＡＳソフトウェア、５０μｌのアルミニウムパンを取り付けたＰｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ−ＤＳＣ７
ｂ．試料パンを充填：試料パンを、粉砕試料で満たし、蓋をしないでＤＳＣ室内に置き、１００℃／分の速度で１７０〜１９０℃の温度に加熱し、１分間保持した後、２００℃／分の速度で室温に冷却した。更なる粉砕試料を用いて、パンが一杯になるまで（７０〜９０ｍｇ）このサイクルを繰り返した。
ｃ．データの取得：パンに蓋をし、パンをＤＳＣ室内に置き、以下の温度プログラムを実行した。
１５℃／分で１７０℃に加熱し、５分間保持し、２００℃／分でホールド温度より２０℃高い温度に冷却し、８０℃／分でホールド温度に冷却して、１５分間ホールドし、試料をＤＳＣから取出し、速やかに液体窒素で冷却し、次に試料を室温に暖めた。
【００２８】
２．走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）分析のための試料の調製
それぞれの試料を液体窒素のビーカー中に配置し、数分後に取出し、半分に分割することによって試料を低温破砕した。次に、破砕した試料を炭素塗料（ｃａｒｂｏｎ ｐａｉｎｔ）とアルミニウムプラテン上に載置し、金で約１２５オングストロームの厚さにスパッタリング被覆した。次に、ＪＥＯＬ ＪＳＭ−８４０走査電子顕微鏡を用いて、倍率２０倍、５００倍及び／又は４０００倍で顕微鏡写真を得た。
【００２９】
（例１：ポリスルホン／ジフェニルスルホン）
ジフェニルスルホン（ＤＰＳ、融点１２７〜１２９℃）中のポリスルホン（ＰＳＦ、ＡＭＯＣＯ ＵＤＥＬ Ｐ−１７００）の溶液を、まずＤＰＳを窒素雰囲気下で溶融し、次いで約２００℃に加熱することによって調製した。次に、十分なＰＳＦを徐々に加えて、１０、２０、３０、４０及び５０重量％のＰＳＦを含む溶液を調製した。ＰＳＦが完全に溶解したら、それぞれの溶液をアルミニウムパン中に注ぎ入れ、液体窒素で速やかに冷却した。室温に暖めた後、それぞれの試料を小片（５〜１０ｍｍ）に破砕した後、Ｔｅｋｍａｒ Ａ１０分析ミルを用いてより微細な粒子に粉砕した。
【００３０】
それぞれの試料の一部をＤＳＣによって分析した。分析においては、９０℃、１１０℃、１３０℃、１５０℃及び１７０℃のホールド温度を用いた。ＤＳＣグラフの検討によって、これらの試料は幾つかの共通の特徴を有していることが示された。それは、試料の溶融吸熱である８〜１０分における鋭い初期ピーク、試料を１７０℃にホールドする際の安定な熱フロー、試料をホールド温度に急速に冷却したことによる１５分における鋭い発熱、そしてその次に１５分間のホールド中の安定な熱フローである。
【００３１】
試料を安定領域（図１）から冷却し、メタ安定領域又は不安定領域でホールドすると、結晶化を防止するのに十分な程度には粘稠にはならない試料組成物に関しては、結晶化発熱はホールド期間においてみられる。結晶化発熱は、以下の試料に関して観察された。
【００３２】
【００３３】
それぞれのＤＳＣ試料を、３０ｍｌのビン中に配置し、次にこれを溶媒２（容量比１：１のアセトン／メタノール）で満たした。試料をメカニカルシェーカー中で一晩振とうし、メタノールですすぎ、減圧下、５０℃で３〜４時間乾燥した。
【００３４】
それぞれの試料の走査電子顕微鏡分析によって、４０％試料及び５０％試料、並びに９０℃より高いホールド温度の３０％試料のいずれも、典型的なスピノーダル分解構造を有していたことが示された。残りの試料は、結晶化方法のより典型的なものであるモジュール状構造を示した。
【００３５】
（例２（比較例）：ポリスルホン／ベンゾフェノン）
例１の方法を用いて、ベンゾフェノン（融点４７〜４９℃）中のＰＳＦの溶液を、ＰＳＦが３０、４０、５０及び６０重量％の濃度で調製した。
【００３６】
ホールド温度がベンゾフェノンの融点より高かったため、ＤＳＣ分析では、ホールド温度における結晶化発熱は示されなかった。しかしながら、室温に冷却すると、５０重量％試料及び６０重量％試料は明澄なままであったのに対して、３０重量％試料及び４０重量％試料は曇っており、おそらく結晶化が起こっていることが示された。
【００３７】
試料をアセトン／メタノール溶液で処理し、低温破砕し、走査電子顕微鏡を用いて分析した。この分析によって、結晶化がすべての試料で起こり、所望のレース状バイコンティニアス構造体が形成されなかったことが確認された。
【００３８】
（例３：ポリアリールスルホン／ＤＰＳ及びポリフェニレンオキシド／ＤＰＳ）
ＤＰＳ中のポリアリールスルホン（ＰＡＳ、Ｒａｄｅｌ Ａ−２００、Ａｍｏｃｏ、分子量６０，０００ＡＭＵ）及びポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、分子量４０，０００ＡＭＵ）の溶液を、例１の方法を用いて、１８０℃でＰＡＳが４０及び５０重量％の濃度で調製し、液体窒素で冷却し、室温にした。容量比１：１のアセトン／メタノールで処理した後、ＤＳＣ及びＳＥＭ分析によって、微細なレース状のバイコンティニアス構造体が形成されたことが示された。
【００３９】
（例４：単一層及び多層多孔質膜の製造）
ＤＰＳ中ＰＳＦの４５重量％溶液を例１のようにして調製した。この材料を、アルミニウム箔ディスク上で秤量し、ＳＰＥＣＡＣ溶融プレス及び薄膜製造器の底プラテン上に配置した。第２のアルミニウム箔と上部プラテンをサンプルの上に置いた。プラテンを１００μのスペーサーリングで分割した。次に、プラテンを、１２０℃に予め加熱した溶融プレス中に配置した。溶融プレス圧力を１トンに上昇させた。１分後、圧力を解放し、アルミニウム箔ディスクの間にサンドイッチされた試料を取出して、速やかに室温に冷却した。試料を容量比１：１のアセトン／メタノールで数時間処理することによって、１００μ厚の多孔質膜ディスクが得られ、これは、ＳＥＭ分析によって、微細なレース状バイコンティニアス構造を有していることが分かった。
【００４０】
同様の方法で、１０％の架橋ポリスチレンビーズを含むＤＰＳ中のＰＳＦ５０重量％の溶液から、１００μ厚の多孔質膜を製造した。１：１のアセトン／メタノール溶液で処理した後、ＳＥＭ分析によって、微細なレース状のバイコンティニアス構造の膜が得られ、これは、ネットワーク内の、ビーズよりも僅かに大きなキャビティー中にポリスチレンビーズを含んでいたことが示された。（キャビティーがビーズよりも僅かに大きいことは、ＤＰＳの存在下でビーズが膨潤し、ＤＰＳがアセトン／メタノール処理によって除去された際に収縮したことの結果であると考えられる。）
【００４１】
３つのうちのいずれもアセトン／メタノールで処理する前に、二つの１００μ単一層膜の１つの面のアルミニウム箔ディスクをはがし、ひとつの１００μ単一層ビーズ含有膜の両面のアルミニウム箔をはがし；層をプラテンの間に積層し；プラテンを２５０μのスペーサーリングで分割し；プラテンを１２０℃に予め加熱された溶融プレス中に配置し；プレス圧力を４トンに上昇させ；５分後に圧力を解放し；プレスを取出し；多層材料を室温に冷却することによって、多層膜を製造した。アセトン／メタノールで数時間処理した後、ＳＥＭ分析によって、これもビーズよりも僅かに大きいキャビティー内にビーズを含む中間層を有する３層膜が製造されたことが示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、典型的なポリマー／溶媒対に関する相図である。
合成多孔質ポリマー構造体は、広範囲の産業用途において有用性を示す。主たる用途としては、逆浸透膜、濾過膜及び絶縁材料としての使用が挙げられる。特定の用途に関する多孔質ポリマー構造体の有用性は、構造体の孔径及び孔径分布、強度及び化学組成のような数多くのファクターに依存する。多孔質ポリマー構造体は種々の方法を用いて製造される。しかしながら、独特の特性を有する構造体を提供する新規な製造方法に対する必要性が未だ存在している。本発明は、多孔質ポリマー構造体及び多孔質物品を製造する新規な方法を提供するものである。
【０００２】
多孔質ポリマーネットワーク構造体は、対称（等方性）又は非対称（異方性）のいずれかとして特徴づけることができる。等方性構造体においては、孔径は、構造体の断面にわたってほぼ一定に保たれているのに対して、異方性構造体においては、孔径は、構造体の断面において、通常は小さなものから大きなものに変化する。異方性構造体は、膜濾過における汚染に対する抵抗性のように、ある種の用途に関しては有利性を有している。本発明は、それぞれのタイプの構造体の製造に関するものである。
【０００３】
多孔質ポリマー構造体の製造のために最も広く用いられている二つの方法は、溶媒誘導相分離（Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：ＳＩＰＳ）及び熱誘導相分離（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ：ＴＩＰＳ）である。
【０００４】
ＳＩＰＳの一例は、ポリマーを溶媒（溶媒１）中に溶解し、ポリマー溶液を、平滑な非多孔質表面に施してフィルムを形成し、次にフィルムを、溶媒１と混和性であるがポリマーを溶解しない第２の溶媒（溶媒２）と接触させる。ポリマー溶液が溶媒２と接触する界面において溶媒勾配が生成する。これにより、界面においてポリマーの速やかな沈殿が起こる。溶媒２がポリマー溶液中に拡散するに連れて、勾配は穏やかになって、ポリマーの沈殿はゆっくりになる。孔径は、概してポリマー沈殿の速度に関連するので、ポリマー溶液がまず溶媒２と接触する構造体の表面には、最も小さな孔が含まれる。孔径は、構造体の断面方向での残りの部分において徐々に増加し、これにより異方性の構造体が製造される。この方法を用いて、均一な孔径（対称又は等方性）を有し、高い強度を有する構造体を製造することは極めて困難である。
【０００５】
ＴＩＰＳは、高い温度及び低い温度での溶媒中のポリマー溶解度の差を利用するものである。この方法を理解するためには図１を参照することが有用である。
【０００６】
図１は、典型的なポリマー／溶媒対に関する相図を表す。Ｘ軸は、０〜１００重量％のポリマー濃度を示す。Ｙ軸は、低温から高温への温度変化を示す。相図は三つの領域に分けられる。一つは安定領域（１）であり、ここではポリマー溶媒配合物は、単一の明澄な相によって特徴づけられる安定な溶液を形成する。一つはメタ安定領域（２）であり、ここではポリマー沈殿が起こって、「核化及び成長」とて知られている工程によりノジュール構造（ｎｏｄｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が生成する。そしてもう一つは不安定領域（３）であり、ここではポリマー沈殿によって、「レース状バイコンティニアス構造体（ｌａｃｙ ｂｉｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）」と称される複雑なネットワークがしばしば生成する。安定領域とメタ安定領域との境界（４）は「バイノーダル曲線（ｂｉｎｏｄａｌ ｃｕｒｖｅ）」と称され、メタ安定領域と不安定領域との境界（５）は「スピノーダル曲線（ｓｐｉｎｏｄａｌ ｃｕｒｖｅ）」と称される。場合によっては、これらの二つの境界が一致して、組成物が、メタ安定領域を通過することなく安定領域から不安定領域へ移るようになる場合もある。交点（６）は「臨界組成」として知られており、「臨界温度（Ｔｃ）」と称される温度において起こる。
【０００７】
ＴＩＰＳを用いて多孔質構造体を形成するためには、溶液が安定領域におかれる条件下でポリマーを溶媒中に溶解する。次に、温度を低める。ポリマー溶液の温度が低下するに連れて、ポリマー溶液は、組成が臨界組成を通過するようなものでない限り、メタ安定領域を通って不安定領域へ移る。しばしば得られるレース状のバイコンティニアス構造体は不均一性と強度とをもたらし、より良好な濾過媒体を形成するので、不安定領域においてポリマーを沈殿させることが好ましい。最初のポリマー溶液の一つの表面を冷却すると、ポリマー溶液を横切る熱勾配が形成される。冷却された表面又はその付近の領域は、速やかに冷却されて、最も小さな孔を有する微細構造体が生成され、一方、表面から最も遠い領域は、よりゆっくりと冷却されて、より大きくより不規則な孔を生成する。したがって、ＳＩＰＳを用いた場合と同様に、ＴＩＰＳによって、非対象構造体を生成させることができる。ＴＩＰＳの一つの欠点は、生成される構造体の厚さが増大すると、その強度が低下する傾向があるという点である。他の欠点は、熱移動の問題及び収縮により、厚さ１ｍｍを超える多孔質構造体又はその断面にわたって均一な構造体の製造ができないという点である。更なる欠点は、臨界組成あるいは場合により極端なポリマー溶液濃度においては、溶液は、冷却中にメタ安定領域を通過するという点である。メタ安定領域において沈殿するポリマーは、核化及び成長のために、望ましくない弱いノジュール構造を有する傾向がある。
【０００８】
米国特許第４，６５９，４７０号においては、熱誘導相分離を用いて、異なる特性を有する種々の膜を形成することが記載されている。選択された多孔度の等方性及び異方性の両方の構造体が、溶媒中のポリマー濃度及び冷却速度の差によって得られる。
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、ＴＩＰＳ及びＳＩＰＳの手法を独特に組み合わせることによって、多孔質ポリマー構造体を製造する方法を包含するものである。多孔質ポリマー構造体は、
ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃、好ましくは１７０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度、通常は、溶液が少なくとも約１０７ ダイン／ｃｍ２ の動的剪断弾性率を有する温度以下に低め；そして
ｃ．溶液を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させて、多孔質ポリマー構造体の形成を誘導する；
ことによって調製される。
【００１０】
本発明の条件は、ポリマー溶液の冷却中であって、且つ溶液が未だ安定領域（図１参照）にある状態において、冷却を継続し、溶液が相分離を起こさない点まで溶液粘度を上昇させるというものである。この条件は、溶液が安定領域にある場合においても満たすことができる。この条件が満たされると、溶液を、押出、射出成形、切断などのような標準的な溶融加工技術を用いて、種々の物品に溶融加工又は成形することができる。３０〜７０重量％のポリマーを含むポリマー溶液は、これらの要求を満足することが分かった。
【００１１】
冷却の後、アセトン／メタノール溶媒混合物を導入することによって、既に不安定となっているポリマー溶液を相分離させる。相分離が不安定領域で起こると、ポリマーの沈殿がスピノーダル分解を介して起こり、その結果、レース状のバイコンティニアス構造体が生成する。１０〜９０容量％のアセトンを含むアセトン／メタノール溶液が、かかる構造体を一貫して与えることが分かった。
【００１２】
本発明は、多孔質ポリマー構造体を含む物品を提供する。構造体の等質性を保持することができるので、本発明は、また、ＳＩＰＳ又はＴＩＰＳでは得ることのできない、２０μｍを超える厚さにわたって均一なレース状のバイコンティニアス構造体を含む組成物を提供する。本発明は、また、それぞれの層が独特の構造を有する多孔質ポリマー構造体を含む多層物品を提供する。本発明は、更に、２段階：物品の成形と物品中における孔の形成；によって構造体を製造する方法を提供する。更に、本発明は、粒子が包含せしめられた多孔質構造体を提供する。同様の態様においては、本発明は、膨潤性で抽出性の粒子をポリマー溶液中に含ませ、溶液から構造体を調製し、次に抽出によって構造体から粒子を除去することによって得られるボイドを有する多孔質物品、同様に並びに膨潤性で非抽出性の粒子の周りにボイドを有する構造体をを提供する。
【００１３】
ポリマー溶液の粘度が、ポリマーとジフェニルスルホンとの相分離を防ぐようなものであると、溶液を、物品に成形し、アセトン／メタノール溶媒混合物への曝露するまで、無期限に保存することができる。しかしながら、ポリマー溶液の安定性を保持するためには、保存温度は、ポリマーのガラス転移温度（Ｔｇ）より低いことが好ましい。溶液を、その後アセトン／メタノール溶媒混合物へ曝露すると、混合物がポリマー溶液中に拡散して、ポリマーが分離し、レース状のバイコンティニアス形態の多孔質ポリマー構造体が生成する。
【００１４】
本発明者らは、ポリマーのＴｇが多孔質ポリマー構造体の意図される使用温度よりも高く、ポリマーのＴｇがアセトン／メタノール溶媒混合物との接触温度よりも高い場合には、使用中及び製造中に構造の完全性を保持する多孔質ポリマー構造体が得られることを見出した。
【００１５】
これらの基準は、ポリマー溶液の動的剪断弾性率Ｇ’が少なくとも１０７ ダイン／ｃｍ２ である場合には、すべて満足される。しかしながら、溶液のＧ’が１０７ ダイン／ｃｍ２ 未満である場合においては、十分な量の異なる高分子量ポリマー、例えば約１，０００，０００ＡＭＵを超える分子量を有するポリスチレンを加えることによってポリマーを変性して１０７ ダイン／ｃｍ２ のＧ’を再び有するようにすることができる。多くの場合において、多孔質構造体を形成した後に、抽出によって高分子量ポリマーを除去することができる。
【００１６】
ポリマー溶液のＧ’が少なくとも１０７ ダイン／ｃｍ２ であると、ポリマー溶液は、熱可塑性物質として機能して、標準的な熱可塑性加工方法を用いて種々の物品に加工することができる。かかる物品は、
ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃、好ましくは１７０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．非多孔質物品を成形し；そして
ｄ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させて、多孔質ポリマー構造体の形成を誘導する；
ことによって製造される。
【００１７】
物品としては、ディスク、チューブ、ロッド、シート、フィルム、繊維、容器、発泡物品などが挙げられる。また、溶液の粘度が物品を成形するのに十分に高い場合には、物品を、ポリマー溶液を形成するのと同じ温度で成形することができる。これらの場合においては、工程ｂとｃとが逆になる。
【００１８】
加工前又は加工中、添加剤をポリマー溶液に配合することができる。かかる添加剤としては、酸化防止剤、熱及び光安定剤、吸着剤、孔形成粒子、充填剤、触媒、親和性リガンド、制御離型材料、着色剤、トナー、並びに発色剤又は濃縮物、吹込剤又は発泡剤、静電防止剤、導電材料、臭気制御剤、液晶などが挙げられる。
【００１９】
標準的な熱可塑性加工方法を用いてポリマー溶液を加工することができることによって、物品の寸法を容易に制御することができるようになる。次に、ポリマー溶液組成及びアセトン／メタノール溶媒混合物組成並びに接触温度を調節することによって孔径及び分布を制御することができる。
【００２０】
本発明は、組み合わされて、より複雑な物品を形成する多孔質ポリマー構造体並びに多孔質物品それ自体を包含するものである。例えば、フィルムを一緒に積層して、多層膜又は布帛のような多層物品を形成することができる。多層物品は、
ａ．独立に、ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む少なくとも二つの別々の溶液を１３０〜２３０℃、好ましくは１７０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の少なくとも一方の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．それぞれの溶液の層を形成し；
ｄ．層から非多孔質物品を形成し；そして
ｅ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させて、孔を形成させる；
ことによって製造される。
【００２１】
かかる物品は、特に化学又は製薬産業において有用性が見出される。それぞれの層が異なる厚さを有し、それぞれの層中に異なる添加剤が含まれ（添加剤が互いに非相溶性である場合に特に有用である）、異なる多孔度を有する層を有し、異なるポリマー又はポリマー濃度から調製された層を有し、更にガス分離のための層を有する多層膜又は布帛を製造することができる。それぞれの層を用いて、全体として膜又は布帛に対して異なる特性を与えることができる。それぞれの層は、膜又は布帛全体に対して異なる特性を付与するために使用することができる。例えば、幾つかの層は全体の多孔度を決定し、他のものはイオン交換樹脂、親和性リガンド又は触媒を含み、他のものは強度を付与することができる。これらはすべて、ポリマー溶液の配合、アセトン／メタノール溶媒混合物の組成、及び添加剤の有無に依存するものである。
【００２２】
物品は、アセトン／メタノール溶媒混合物による処理の前に種々の時間保存することができる。その結果、異なる特性を有する数多くの物品を別々に保存し、必要に応じて顧客ごとに配合することができる。例えば、それぞれの層の孔径及びそれぞれの層の添加剤含量を製造の直前に決定するようにして多層膜を製造することができる。また、同一又は異なる条件下で、幾つかの異なるアセトン／メタノール溶媒混合物で単一の物品を処理して、異なる特性を有する物品を与えることができる。
【００２３】
添加剤を有するか又は有しない多孔質繊維を調製し、次に織るかまたは布帛の中に又はその上に積層することができる。添加剤が化学吸収剤又は失活剤である場合には、かかる繊維は、毒性で及び／又は危険な環境中で用いるための保護衣服の成分として有用である。かかる衣服は、「通気性」を保持しつつ、即ち体熱及び湿分を放出させつつ、着用者を保護するという有利性を有しており、非通気性の衣服を大きく凌ぐ改良がみられる。
【００２４】
ポリマー溶液及びアセトン／メタノール溶媒混合物濃度の適当な条件下において、孔が、酸素と窒素のようなガスを分離するのに十分に小さいものであるか、あるいは海水脱塩のような逆浸透用途に用いるための、薄いスキン層を有する構造体を製造することができる。
【００２５】
泡状の構造体も製造することができる。これらの泡状構造体は、樹脂、触媒、特に吸収剤又は他の添加剤のような粒子を支持するのに用いることができる。かかる泡状構造体は、また、絶縁材料としても使用することもできる。
本発明は以下の態様を包含する。
１）ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；そして
ｃ．溶液を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させることによって多孔質ポリマー構造体の形成を誘導する；工程を含む多孔質ポリマー構造体の製造方法。
２）それ以下では溶液の粘度によって相分離が防止される温度が、溶液が少なくとも１０ ７ ダイン／ｃｍ ２ の動的剪断弾性率を有する温度である１）に記載の方法。
３）ａ．溶液が３０〜７０重量％のポリマーを含み；
ｂ．溶液が１７０℃〜２３０℃の温度において形成され；
ｃ．溶媒混合物が１０〜９０容量％のアセトンを含む；２）に記載の方法。
４）溶液が更に高分子量ポリマーを含む２）に記載の方法。
５）高分子量ポリマーが、１，０００，０００ＡＭＵを超える分子量を有するポリスチレンである４）に記載の方法。
６）ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．非多孔質物品を形成し；そして
ｄ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させる；工程を含む、多孔質ポリマー構造体を含む物品の製造方法。
７）溶液が更に粒子を含む６）に記載の方法。
８）粒子がイオン交換樹脂を含む７）に記載の方法。
９）溶液が更に発泡剤を含む６）に記載の方法。
１０）それ以下では溶液の粘度によって相分離が防止される温度が、溶液が少なくとも１０ ７ ダイン／ｃｍ ２ の動的剪断弾性率を有する温度である６）に記載の方法。
１１）ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．非多孔質物品を形成し；
ｃ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；そして
ｄ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させる；工程を含む、多孔質ポリマー構造体を含む物品の製造方法。
１２）それ以下では溶液の粘度によって相分離が防止される温度が、溶液が少なくとも１０ ７ ダイン／ｃｍ ２ の動的剪断弾性率を有する温度である１１）に記載の方法。
１３）膜の形態の１１）に記載の物品。
１４）繊維の形態の１１）に記載の物品。
１５）ａ．独立に、ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む少なくとも二つの別々の溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の少なくとも一方の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．それぞれの溶液の層を形成し；
ｄ．層から非多孔質物品を形成し；そして
ｅ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させる；工程を含む、多層多孔質ポリマー物品の製造方法。
１６）１１）の方法によって製造される物品。
１７）１５）の方法によって製造される物品。
１８）厚さ２０μｍを超える均一なレース状のバイコンティニアス構造を有する、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーを含む組成物。
【００２６】
（実施例）
以下の実施例及び比較例によって、本発明の幾つかの態様をより詳しく説明する。
【００２７】
（試験方法）
１．示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）
他に示さない限り、以下の手順を用いて示差走査熱量データを得た。
ａ．装置：ＴＡＳソフトウェア、５０μｌのアルミニウムパンを取り付けたＰｅｒｋｉｎ−Ｅｌｍｅｒ−ＤＳＣ７
ｂ．試料パンを充填：試料パンを、粉砕試料で満たし、蓋をしないでＤＳＣ室内に置き、１００℃／分の速度で１７０〜１９０℃の温度に加熱し、１分間保持した後、２００℃／分の速度で室温に冷却した。更なる粉砕試料を用いて、パンが一杯になるまで（７０〜９０ｍｇ）このサイクルを繰り返した。
ｃ．データの取得：パンに蓋をし、パンをＤＳＣ室内に置き、以下の温度プログラムを実行した。
１５℃／分で１７０℃に加熱し、５分間保持し、２００℃／分でホールド温度より２０℃高い温度に冷却し、８０℃／分でホールド温度に冷却して、１５分間ホールドし、試料をＤＳＣから取出し、速やかに液体窒素で冷却し、次に試料を室温に暖めた。
【００２８】
２．走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）分析のための試料の調製
それぞれの試料を液体窒素のビーカー中に配置し、数分後に取出し、半分に分割することによって試料を低温破砕した。次に、破砕した試料を炭素塗料（ｃａｒｂｏｎ ｐａｉｎｔ）とアルミニウムプラテン上に載置し、金で約１２５オングストロームの厚さにスパッタリング被覆した。次に、ＪＥＯＬ ＪＳＭ−８４０走査電子顕微鏡を用いて、倍率２０倍、５００倍及び／又は４０００倍で顕微鏡写真を得た。
【００２９】
（例１：ポリスルホン／ジフェニルスルホン）
ジフェニルスルホン（ＤＰＳ、融点１２７〜１２９℃）中のポリスルホン（ＰＳＦ、ＡＭＯＣＯ ＵＤＥＬ Ｐ−１７００）の溶液を、まずＤＰＳを窒素雰囲気下で溶融し、次いで約２００℃に加熱することによって調製した。次に、十分なＰＳＦを徐々に加えて、１０、２０、３０、４０及び５０重量％のＰＳＦを含む溶液を調製した。ＰＳＦが完全に溶解したら、それぞれの溶液をアルミニウムパン中に注ぎ入れ、液体窒素で速やかに冷却した。室温に暖めた後、それぞれの試料を小片（５〜１０ｍｍ）に破砕した後、Ｔｅｋｍａｒ Ａ１０分析ミルを用いてより微細な粒子に粉砕した。
【００３０】
それぞれの試料の一部をＤＳＣによって分析した。分析においては、９０℃、１１０℃、１３０℃、１５０℃及び１７０℃のホールド温度を用いた。ＤＳＣグラフの検討によって、これらの試料は幾つかの共通の特徴を有していることが示された。それは、試料の溶融吸熱である８〜１０分における鋭い初期ピーク、試料を１７０℃にホールドする際の安定な熱フロー、試料をホールド温度に急速に冷却したことによる１５分における鋭い発熱、そしてその次に１５分間のホールド中の安定な熱フローである。
【００３１】
試料を安定領域（図１）から冷却し、メタ安定領域又は不安定領域でホールドすると、結晶化を防止するのに十分な程度には粘稠にはならない試料組成物に関しては、結晶化発熱はホールド期間においてみられる。結晶化発熱は、以下の試料に関して観察された。
【００３２】
それぞれのＤＳＣ試料を、３０ｍｌのビン中に配置し、次にこれを溶媒２（容量比１：１のアセトン／メタノール）で満たした。試料をメカニカルシェーカー中で一晩振とうし、メタノールですすぎ、減圧下、５０℃で３〜４時間乾燥した。
【００３４】
それぞれの試料の走査電子顕微鏡分析によって、４０％試料及び５０％試料、並びに９０℃より高いホールド温度の３０％試料のいずれも、典型的なスピノーダル分解構造を有していたことが示された。残りの試料は、結晶化方法のより典型的なものであるモジュール状構造を示した。
【００３５】
（例２（比較例）：ポリスルホン／ベンゾフェノン）
例１の方法を用いて、ベンゾフェノン（融点４７〜４９℃）中のＰＳＦの溶液を、ＰＳＦが３０、４０、５０及び６０重量％の濃度で調製した。
【００３６】
ホールド温度がベンゾフェノンの融点より高かったため、ＤＳＣ分析では、ホールド温度における結晶化発熱は示されなかった。しかしながら、室温に冷却すると、５０重量％試料及び６０重量％試料は明澄なままであったのに対して、３０重量％試料及び４０重量％試料は曇っており、おそらく結晶化が起こっていることが示された。
【００３７】
試料をアセトン／メタノール溶液で処理し、低温破砕し、走査電子顕微鏡を用いて分析した。この分析によって、結晶化がすべての試料で起こり、所望のレース状バイコンティニアス構造体が形成されなかったことが確認された。
【００３８】
（例３：ポリアリールスルホン／ＤＰＳ及びポリフェニレンオキシド／ＤＰＳ）
ＤＰＳ中のポリアリールスルホン（ＰＡＳ、Ｒａｄｅｌ Ａ−２００、Ａｍｏｃｏ、分子量６０，０００ＡＭＵ）及びポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ、分子量４０，０００ＡＭＵ）の溶液を、例１の方法を用いて、１８０℃でＰＡＳが４０及び５０重量％の濃度で調製し、液体窒素で冷却し、室温にした。容量比１：１のアセトン／メタノールで処理した後、ＤＳＣ及びＳＥＭ分析によって、微細なレース状のバイコンティニアス構造体が形成されたことが示された。
【００３９】
（例４：単一層及び多層多孔質膜の製造）
ＤＰＳ中ＰＳＦの４５重量％溶液を例１のようにして調製した。この材料を、アルミニウム箔ディスク上で秤量し、ＳＰＥＣＡＣ溶融プレス及び薄膜製造器の底プラテン上に配置した。第２のアルミニウム箔と上部プラテンをサンプルの上に置いた。プラテンを１００μのスペーサーリングで分割した。次に、プラテンを、１２０℃に予め加熱した溶融プレス中に配置した。溶融プレス圧力を１トンに上昇させた。１分後、圧力を解放し、アルミニウム箔ディスクの間にサンドイッチされた試料を取出して、速やかに室温に冷却した。試料を容量比１：１のアセトン／メタノールで数時間処理することによって、１００μ厚の多孔質膜ディスクが得られ、これは、ＳＥＭ分析によって、微細なレース状バイコンティニアス構造を有していることが分かった。
【００４０】
同様の方法で、１０％の架橋ポリスチレンビーズを含むＤＰＳ中のＰＳＦ５０重量％の溶液から、１００μ厚の多孔質膜を製造した。１：１のアセトン／メタノール溶液で処理した後、ＳＥＭ分析によって、微細なレース状のバイコンティニアス構造の膜が得られ、これは、ネットワーク内の、ビーズよりも僅かに大きなキャビティー中にポリスチレンビーズを含んでいたことが示された。（キャビティーがビーズよりも僅かに大きいことは、ＤＰＳの存在下でビーズが膨潤し、ＤＰＳがアセトン／メタノール処理によって除去された際に収縮したことの結果であると考えられる。）
【００４１】
３つのうちのいずれもアセトン／メタノールで処理する前に、二つの１００μ単一層膜の１つの面のアルミニウム箔ディスクをはがし、ひとつの１００μ単一層ビーズ含有膜の両面のアルミニウム箔をはがし；層をプラテンの間に積層し；プラテンを２５０μのスペーサーリングで分割し；プラテンを１２０℃に予め加熱された溶融プレス中に配置し；プレス圧力を４トンに上昇させ；５分後に圧力を解放し；プレスを取出し；多層材料を室温に冷却することによって、多層膜を製造した。アセトン／メタノールで数時間処理した後、ＳＥＭ分析によって、これもビーズよりも僅かに大きいキャビティー内にビーズを含む中間層を有する３層膜が製造されたことが示された。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、典型的なポリマー／溶媒対に関する相図である。
Claims (9)
- ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；そして
ｃ．溶液を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させることによって多孔質ポリマー構造体の形成を誘導する；
工程を含む多孔質ポリマー構造体の製造方法。 - それ以下では溶液の粘度によって相分離が防止される温度が、溶液が少なくとも１０７ダイン／ｃｍ２の動的剪断弾性率を有する温度である請求項１に記載の方法。
- 溶液が更に高分子量ポリマーを含む請求項２に記載の方法。
- ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．非多孔質物品を形成し；そして
ｄ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させる；
工程を含む、多孔質ポリマー構造体を含む物品の製造方法。 - ａ．ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．非多孔質物品を形成し；
ｃ．溶液の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；そして
ｄ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させる；
工程を含む、多孔質ポリマー構造体を含む物品の製造方法。 - ａ．独立に、ジフェニルスルホンと、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーとを含む少なくとも二つの別々の溶液を１３０〜２３０℃の温度において形成し；
ｂ．溶液の少なくとも一方の温度を、溶液の粘度によってポリマーとジフェニルスルホンとの相分離が防止される温度以下に低め；
ｃ．それぞれの溶液の層を形成し；
ｄ．層から非多孔質物品を形成し；そして
ｅ．非多孔質物品を、アセトン及びメタノールを含む溶媒混合物と接触させる；
工程を含む、多層多孔質ポリマー物品の製造方法。 - 請求項５の方法によって製造される物品。
- 請求項６の方法によって製造される物品。
- 厚さ２０μｍを超える均一なレース状のバイコンティニアス構造を有する、ポリスルホン、ポリアリールスルホン及びポリフェニレンオキシドから選択されるポリマーを含む組成物。
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