JP3634621B2 - ポリマーブレンド溶融体からの特異な構造体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のポリマーのブレンド構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、ポリビニルアルコールとポリビニルピロリドンとを混合させた濃厚水溶液をノズルより引き出し、加熱し、空気中で乾燥させて糸を製造する高分子合成繊維製造方法を発明した（特許番号：第２５４３３６９号参照）。この発明の構造は繊維であり、繊維の内部が結晶状態のポリビニルアルコールであり、外部が非結晶状態のポリビニルポロリドンであり、その境界がステップ状や傾斜状に相分離した構造である。
【０００３】
また、本発明者は、複数のポリマーを同時に溶解する溶媒を見出し、この複数のポリマーと、この溶媒とを混合して混合溶液を作成し、この混合溶液を基板上で乾燥させて、特異なポリマーブレンド構造体を製造する方法を発明した（特願平９−３２０４６４号）。
【０００４】
本発明は、これらの発明を更に発展させたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
＜イ＞本発明は、ポリマーブレンド構造物の中から任意の相分離構造を選択して製造する方法を提供することにある。
＜ロ＞本発明は、ポリマーブレンドの溶融体から自己組織化により特異な相分離構造を形成する方法を提供することにある。
＜ハ＞本発明は、高度な機能のプラスチックを得る方法を提供することにある。
【０００６】
本発明は、自己組織化によるポリマーブレンド構造体の製造方法において、複数種類のポリマーを混合した溶融液を作成し、該溶融液の厚さ方向に温度勾配を持たせ、その後、冷却して自己組織化により該溶融液の厚さ方向に種類の異なるポリマーのステップ型又は傾斜型の相分離構造を形成することを特徴とする、ポリマーブレンド構造体の製造方法にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
＜イ＞特異なポリマーブレンド構造体の製法の概要
複数の種類のポリマーを十分に混合したブレンド溶融物に温度勾配を付与する。所定時間、温度勾配を保持した後、冷却し、溶融物を固化して自己組織化による特異なポリマーブレンド構造体を製造する。
【０００９】
特異なポリマーブレンド構造体は、自己組織化により各成分のポリマーが分離し、各ポリマーの境界部が急激に分かれているステップ型構造体と、各ポリマーが混ざりながら組成比がなだらかに変化している傾斜型構造体と、ステップ型と傾斜型の中間の構造体からなる。
【００１０】
ブレンド溶融物の処理方法を変えることにより、任意の相分離構造（ステップ型や傾斜型）の特異なポリマーブレンド構造体を得ることができる。また、ポリマーブレンド構造体の厚さは任意のものを得ることができる。
【００１１】
＜ロ＞複数種類のポリマー
複数の種類のポリマーは、例えば、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなど、溶融によって混合できるものであれば、どのような組み合わせのポリマーでもよい。
【００１２】
＜ハ＞ポリマーブレンド溶融物の作成
複数の種類のポリマーを計量し、所定の混合比にする。所定の混合比の複数の種類のポリマーを加熱溶融し、混合させる。例えば融点よりも数十度高い温度で加熱溶融し、十分練り混ぜる。
【００１３】
＜ニ＞ポリマーブレンド溶融物の成形及び冷却
ポリマーブレンド溶融物に温度勾配を持たせて処理する。例えば、ポリマーブレンド溶融物を入れた容器の一方側の温度を高温にし、他方側の温度を低温にして、ポリマーブレンド溶融物の内部に温度勾配を持たせる。温度勾配の状態を所定時間保持し、その後、冷却する。この冷却は、例えば、ポリマーブレンド溶融物の加熱体を除去して、室温で冷却する。
【００１４】
使用するポリマーの種類に応じて、温度勾配の上下温度とその差並びにその保持時間の長さなどを調節することによって、特異なポリマーブレンド構造体、即ち、ステップ型、傾斜型又はこれらの中間の構造を適宜選択することができる。
【００１５】
以下に、本発明の実施例を図１の流れに沿って説明する。
【００１６】
＜イ＞ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の溶融物の試料の作成
図１のステップＳ１及びＳ２において、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を溶融、混合する。
【００１７】
ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は、通常市販されているものを使用する。なお、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は、平均分子量が２０，０００であった。
【００１８】
ポリメタアクリル酸メチルとポリエチレングリコールのブレンド比は、４５対５５（０．２５ｇ：０．３３ｇ）とする。ただし、この比率は任意に選ぶことができる。
【００１９】
各ポリマーをガラスシャーレの容器にて混合し、オーブントースターを使って１７５℃で溶融し、ガラス棒で数分から数１０分練り混ぜる。
【００２０】
＜ロ＞ポリマーブレンド溶融物の成形および冷却
図１のステップＳ３及びＳ４において、ポリマーブレンド溶融物の試料を図２のような成形装置に載置して成形し、その後、冷却する。
【００２１】
ガラスシャーレ６をホットプレート（ＴＯＹＯ ＳＥＩＳＡＫＵＳＨＯ ＭＯＤＥＬ ＴＰＯ−１５）７上に載せ、周囲を金属の囲い４で覆う。上方にドライヤー１（ＴＥＳＣＯＭＰＣ−１７７）を配置し、ドライヤーの熱風２を三角ロート３を通して集め、ポリマーブレンド溶融物５の上方から熱風２を当てる。
【００２２】
ただし、図２の装置は、溶融物５の試料の両面に温度差を与え、試料に温度勾配を付与できれば良いので、熱風２を当てる方法以外の方法でもよい。例えば、図３のように、容器８に入れたポリマーブレンド溶融物５の両面を、温度差を付けたホットプレートＡ７１とホットプレートＢ７２でサンドイッチ状に挟み、ポリマーブレンド溶融物５の両面に温度差を付与しても良い。
【００２３】
ホットプレートの温度を１３０℃とし、熱風の温度を６０℃とする。この処理時間を、０時間、８時間と１６時間の３種類で行う。その後、冷却し、ポリマーブレンド溶融物を固化させる。このときの冷却は、例えば、空冷でも水冷でもよい。ただし、水冷の場合、極性ポリマーを含むブレンド試料を直接には、濡らさないことが好ましい。
【００２４】
＜ハ＞ポリマーブレンド構造体の断面の観察
固化して得られたポリマーブレンド構造体の膜をカッターで、例えば、数十μｍの厚さに薄くスライスし、断面を得る。
【００２５】
図１のステップＳ５でスライス片をスライドガラスに載せて偏光顕微鏡（ＯＬＹＭＰＵＳ光学工業株式会社製、偏光顕微鏡ＰＯＳ）で観察する。スライス片の断面を直交ニコル下で観察し、偏光顕微鏡写真（ＯＬＹＭＰＵＳ販売株式会社製、マイクロカムＳＬＲ）で撮影した。
【００２６】
観察された資料の写真を図４及び図５に示す。図４は、勾配温度下で８時間処理後、冷却した試料の表面の偏光顕微鏡写真である。図４の黒い部分は、非結晶性で、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）の成分を示し、白い部分は、結晶性で、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の成分を示し、図４は、両ポリマーの組成比が徐々に変化している傾斜相分離構造をしている。試料の上下両端では、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）がほぼ１００％の分率になっていると考えられる。
【００２７】
図５は、勾配温度下で１６時間処理後、冷却した試料の表面の偏光顕微鏡写真である。両ポリマーの境界部が膜断面中央部で急に相分離しているステップ相分離構造をしている。即ち、写真の上半分（黒い部分）は、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）がほぼ１００％の分率で、同じく下半分（白い部分）は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）がほぼ１００％の分率で、ほぼ単純な二層構造を形成している。
【００２８】
なお、温度勾配の処理をしない場合（温度勾配下の処理時間＝０の場合）、図示していないが、膜断面は一様なミクロ相分離構造をしている。この構造は、従来からよく知られ、現実のポリマーブレンドプラスチック製品に見られる構造をしている。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を得ることができる。
＜イ＞ポリマーブレンド溶融体に温度勾配を付与して処理することにより、自己組織化により特異なポリマーブレンド構造物を容易に得ることができる。
＜ロ＞ポリマーブレンド溶融体の処理条件により、特異なポリマーブレンド構造物の任意の構造を得ることができる。
＜ハ＞従来の技術の項で述べたようなポリマーブレンド溶液から溶媒を蒸発させる方法とは違って、ポリマーの溶剤を全く必要とせず、特異なポリマーブレンド構造物を容易に得ることができる。
＜ニ＞従来の熱溶融によるプラスチック成形技術の経験を生かしながら、新しいブレンド構造体を自己組織化により得ることができる。
＜ホ＞エンジニアリング・プラスチックの世界に新しい内部構造と高度の機能を持たせることができる。例えば、強度的、耐熱的、透明、或いは紫外線吸収以外にも、光導波路、高輝度発光体、遮音と吸音の複合機能プラスチック材料、人工筋肉、分離膜、接着テープ、非対象断面構造に基づく密度、膨潤、膨張の異方性を利用した各種の応用が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリマーブレンド構造体の処理の流れ図
【図２】ポリマーブレンド構造体の製造装置の概略図
【図３】ポリマーブレンド構造体の他の製造装置の概略図
【図４】傾斜型ポリマーブレンド構造体の断面の偏光顕微鏡写真の図
【図５】ステップ型ポリマーブレンド構造体の断面の偏光顕微鏡写真の図
【符号の説明】
１・・・ドライヤー
２・・・熱風
３・・・三角ロート
４・・・金属の囲い
５・・・ポリマーブレンド溶融物
６・・・シャーレ
７・・・ホットプレート
８・・・容器
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のポリマーのブレンド構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、ポリビニルアルコールとポリビニルピロリドンとを混合させた濃厚水溶液をノズルより引き出し、加熱し、空気中で乾燥させて糸を製造する高分子合成繊維製造方法を発明した（特許番号：第２５４３３６９号参照）。この発明の構造は繊維であり、繊維の内部が結晶状態のポリビニルアルコールであり、外部が非結晶状態のポリビニルポロリドンであり、その境界がステップ状や傾斜状に相分離した構造である。
【０００３】
また、本発明者は、複数のポリマーを同時に溶解する溶媒を見出し、この複数のポリマーと、この溶媒とを混合して混合溶液を作成し、この混合溶液を基板上で乾燥させて、特異なポリマーブレンド構造体を製造する方法を発明した（特願平９−３２０４６４号）。
【０００４】
本発明は、これらの発明を更に発展させたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
＜イ＞本発明は、ポリマーブレンド構造物の中から任意の相分離構造を選択して製造する方法を提供することにある。
＜ロ＞本発明は、ポリマーブレンドの溶融体から自己組織化により特異な相分離構造を形成する方法を提供することにある。
＜ハ＞本発明は、高度な機能のプラスチックを得る方法を提供することにある。
【０００６】
本発明は、自己組織化によるポリマーブレンド構造体の製造方法において、複数種類のポリマーを混合した溶融液を作成し、該溶融液の厚さ方向に温度勾配を持たせ、その後、冷却して自己組織化により該溶融液の厚さ方向に種類の異なるポリマーのステップ型又は傾斜型の相分離構造を形成することを特徴とする、ポリマーブレンド構造体の製造方法にある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【０００８】
＜イ＞特異なポリマーブレンド構造体の製法の概要
複数の種類のポリマーを十分に混合したブレンド溶融物に温度勾配を付与する。所定時間、温度勾配を保持した後、冷却し、溶融物を固化して自己組織化による特異なポリマーブレンド構造体を製造する。
【０００９】
特異なポリマーブレンド構造体は、自己組織化により各成分のポリマーが分離し、各ポリマーの境界部が急激に分かれているステップ型構造体と、各ポリマーが混ざりながら組成比がなだらかに変化している傾斜型構造体と、ステップ型と傾斜型の中間の構造体からなる。
【００１０】
ブレンド溶融物の処理方法を変えることにより、任意の相分離構造（ステップ型や傾斜型）の特異なポリマーブレンド構造体を得ることができる。また、ポリマーブレンド構造体の厚さは任意のものを得ることができる。
【００１１】
＜ロ＞複数種類のポリマー
複数の種類のポリマーは、例えば、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなど、溶融によって混合できるものであれば、どのような組み合わせのポリマーでもよい。
【００１２】
＜ハ＞ポリマーブレンド溶融物の作成
複数の種類のポリマーを計量し、所定の混合比にする。所定の混合比の複数の種類のポリマーを加熱溶融し、混合させる。例えば融点よりも数十度高い温度で加熱溶融し、十分練り混ぜる。
【００１３】
＜ニ＞ポリマーブレンド溶融物の成形及び冷却
ポリマーブレンド溶融物に温度勾配を持たせて処理する。例えば、ポリマーブレンド溶融物を入れた容器の一方側の温度を高温にし、他方側の温度を低温にして、ポリマーブレンド溶融物の内部に温度勾配を持たせる。温度勾配の状態を所定時間保持し、その後、冷却する。この冷却は、例えば、ポリマーブレンド溶融物の加熱体を除去して、室温で冷却する。
【００１４】
使用するポリマーの種類に応じて、温度勾配の上下温度とその差並びにその保持時間の長さなどを調節することによって、特異なポリマーブレンド構造体、即ち、ステップ型、傾斜型又はこれらの中間の構造を適宜選択することができる。
【００１５】
以下に、本発明の実施例を図１の流れに沿って説明する。
【００１６】
＜イ＞ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の溶融物の試料の作成
図１のステップＳ１及びＳ２において、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を溶融、混合する。
【００１７】
ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は、通常市販されているものを使用する。なお、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）は、平均分子量が２０，０００であった。
【００１８】
ポリメタアクリル酸メチルとポリエチレングリコールのブレンド比は、４５対５５（０．２５ｇ：０．３３ｇ）とする。ただし、この比率は任意に選ぶことができる。
【００１９】
各ポリマーをガラスシャーレの容器にて混合し、オーブントースターを使って１７５℃で溶融し、ガラス棒で数分から数１０分練り混ぜる。
【００２０】
＜ロ＞ポリマーブレンド溶融物の成形および冷却
図１のステップＳ３及びＳ４において、ポリマーブレンド溶融物の試料を図２のような成形装置に載置して成形し、その後、冷却する。
【００２１】
ガラスシャーレ６をホットプレート（ＴＯＹＯ ＳＥＩＳＡＫＵＳＨＯ ＭＯＤＥＬ ＴＰＯ−１５）７上に載せ、周囲を金属の囲い４で覆う。上方にドライヤー１（ＴＥＳＣＯＭＰＣ−１７７）を配置し、ドライヤーの熱風２を三角ロート３を通して集め、ポリマーブレンド溶融物５の上方から熱風２を当てる。
【００２２】
ただし、図２の装置は、溶融物５の試料の両面に温度差を与え、試料に温度勾配を付与できれば良いので、熱風２を当てる方法以外の方法でもよい。例えば、図３のように、容器８に入れたポリマーブレンド溶融物５の両面を、温度差を付けたホットプレートＡ７１とホットプレートＢ７２でサンドイッチ状に挟み、ポリマーブレンド溶融物５の両面に温度差を付与しても良い。
【００２３】
ホットプレートの温度を１３０℃とし、熱風の温度を６０℃とする。この処理時間を、０時間、８時間と１６時間の３種類で行う。その後、冷却し、ポリマーブレンド溶融物を固化させる。このときの冷却は、例えば、空冷でも水冷でもよい。ただし、水冷の場合、極性ポリマーを含むブレンド試料を直接には、濡らさないことが好ましい。
【００２４】
＜ハ＞ポリマーブレンド構造体の断面の観察
固化して得られたポリマーブレンド構造体の膜をカッターで、例えば、数十μｍの厚さに薄くスライスし、断面を得る。
【００２５】
図１のステップＳ５でスライス片をスライドガラスに載せて偏光顕微鏡（ＯＬＹＭＰＵＳ光学工業株式会社製、偏光顕微鏡ＰＯＳ）で観察する。スライス片の断面を直交ニコル下で観察し、偏光顕微鏡写真（ＯＬＹＭＰＵＳ販売株式会社製、マイクロカムＳＬＲ）で撮影した。
【００２６】
観察された資料の写真を図４及び図５に示す。図４は、勾配温度下で８時間処理後、冷却した試料の表面の偏光顕微鏡写真である。図４の黒い部分は、非結晶性で、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）の成分を示し、白い部分は、結晶性で、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）の成分を示し、図４は、両ポリマーの組成比が徐々に変化している傾斜相分離構造をしている。試料の上下両端では、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）とポリエチレングリコール（ＰＥＧ）がほぼ１００％の分率になっていると考えられる。
【００２７】
図５は、勾配温度下で１６時間処理後、冷却した試料の表面の偏光顕微鏡写真である。両ポリマーの境界部が膜断面中央部で急に相分離しているステップ相分離構造をしている。即ち、写真の上半分（黒い部分）は、ポリメタアクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）がほぼ１００％の分率で、同じく下半分（白い部分）は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）がほぼ１００％の分率で、ほぼ単純な二層構造を形成している。
【００２８】
なお、温度勾配の処理をしない場合（温度勾配下の処理時間＝０の場合）、図示していないが、膜断面は一様なミクロ相分離構造をしている。この構造は、従来からよく知られ、現実のポリマーブレンドプラスチック製品に見られる構造をしている。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、次のような効果を得ることができる。
＜イ＞ポリマーブレンド溶融体に温度勾配を付与して処理することにより、自己組織化により特異なポリマーブレンド構造物を容易に得ることができる。
＜ロ＞ポリマーブレンド溶融体の処理条件により、特異なポリマーブレンド構造物の任意の構造を得ることができる。
＜ハ＞従来の技術の項で述べたようなポリマーブレンド溶液から溶媒を蒸発させる方法とは違って、ポリマーの溶剤を全く必要とせず、特異なポリマーブレンド構造物を容易に得ることができる。
＜ニ＞従来の熱溶融によるプラスチック成形技術の経験を生かしながら、新しいブレンド構造体を自己組織化により得ることができる。
＜ホ＞エンジニアリング・プラスチックの世界に新しい内部構造と高度の機能を持たせることができる。例えば、強度的、耐熱的、透明、或いは紫外線吸収以外にも、光導波路、高輝度発光体、遮音と吸音の複合機能プラスチック材料、人工筋肉、分離膜、接着テープ、非対象断面構造に基づく密度、膨潤、膨張の異方性を利用した各種の応用が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ポリマーブレンド構造体の処理の流れ図
【図２】ポリマーブレンド構造体の製造装置の概略図
【図３】ポリマーブレンド構造体の他の製造装置の概略図
【図４】傾斜型ポリマーブレンド構造体の断面の偏光顕微鏡写真の図
【図５】ステップ型ポリマーブレンド構造体の断面の偏光顕微鏡写真の図
【符号の説明】
１・・・ドライヤー
２・・・熱風
３・・・三角ロート
４・・・金属の囲い
５・・・ポリマーブレンド溶融物
６・・・シャーレ
７・・・ホットプレート
８・・・容器
Claims (1)
- 自己組織化によるポリマーブレンド構造体の製造方法において、
複数種類のポリマーを混合した溶融液を作成し、
該溶融液の厚さ方向に温度勾配を持たせ、
その後、冷却して自己組織化により該溶融液の厚さ方向に種類の異なるポリマーのステップ型又は傾斜型の相分離構造を形成することを特徴とする、ポリマーブレンド構造体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10766698A JP3634621B2 (ja) | 1998-04-17 | 1998-04-17 | ポリマーブレンド溶融体からの特異な構造体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10766698A JP3634621B2 (ja) | 1998-04-17 | 1998-04-17 | ポリマーブレンド溶融体からの特異な構造体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11302397A JPH11302397A (ja) | 1999-11-02 |
| JP3634621B2 true JP3634621B2 (ja) | 2005-03-30 |
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ID=14464938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10766698A Expired - Fee Related JP3634621B2 (ja) | 1998-04-17 | 1998-04-17 | ポリマーブレンド溶融体からの特異な構造体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3634621B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8268915B2 (en) * | 2007-06-19 | 2012-09-18 | Ge Healthcare Bio-Sciences Ab | Polymer two phase system and use thereof |
| KR102183698B1 (ko) | 2016-11-30 | 2020-11-26 | 주식회사 엘지화학 | 고분자막의 제조 방법 |
-
1998
- 1998-04-17 JP JP10766698A patent/JP3634621B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11302397A (ja) | 1999-11-02 |
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