JP6650713B2 - 親水性焼結多孔質体及びその製造方法 - Google Patents
親水性焼結多孔質体及びその製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、親水性焼結多孔質体及びその製造方法に関する。
焼結多孔質体は、ろ過機能、透過機能などの優れた特徴を有しており、吸着搬送シート、フィルタ、散気管などに広く利用されている。特に、親水性を有する焼結多孔質体は、その吸水機能を生かして、水の吸収、水の拡散などの用途に役立てられている。具体的には、親水性を有する焼結多孔質体は、加湿エレメント、プリンタのインク吸収体などの用途において実用化されている。
特許文献１には、ポリオレフィン焼結多孔質体を親水化するための技術が開示されている。具体的には、親水性の官能基を有する重合性モノマーをグラフト重合反応によってポリオレフィンの分子鎖に結合させる。これにより、ポリオレフィン焼結多孔質体に親水性を付与することができる。
親水性が付与された焼結多孔質体は、水に浸漬させることによって膨潤したり、変形したりする。過剰な膨潤又は過剰な変形は、焼結多孔質体の用途にとって好ましくない場合がある。その反面、十分な吸水性能は要求される。
本発明は、十分な吸水性能を有していながら、水に浸漬したときに過剰に膨潤又は過剰に変形しない親水性焼結多孔質体を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、
ポリオレフィン焼結多孔質体と、
前記ポリオレフィン焼結多孔質体の表面に導入された親水性グラフト鎖と、
を備えた親水性焼結多孔質体であって、
前記親水性グラフト鎖は、前記親水性焼結多孔質体の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲に局在しており、
前記親水性焼結多孔質体を水中に浸漬し、浸漬前の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ0、浸漬後の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ1、１００×（Ｗ1−Ｗ0）／Ｗ0で表される値を含水率と定義したとき、前記親水性焼結多孔質体の気孔率に対する前記含水率の比率が０．５〜１．５の範囲にある、親水性焼結多孔質体を提供する。
ポリオレフィン焼結多孔質体と、
前記ポリオレフィン焼結多孔質体の表面に導入された親水性グラフト鎖と、
を備えた親水性焼結多孔質体であって、
前記親水性グラフト鎖は、前記親水性焼結多孔質体の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲に局在しており、
前記親水性焼結多孔質体を水中に浸漬し、浸漬前の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ0、浸漬後の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ1、１００×（Ｗ1−Ｗ0）／Ｗ0で表される値を含水率と定義したとき、前記親水性焼結多孔質体の気孔率に対する前記含水率の比率が０．５〜１．５の範囲にある、親水性焼結多孔質体を提供する。
他の側面において、本発明は、
親水性焼結多孔質体の製造方法であって、
親水性グラフト鎖の原料としての重合性モノマーの存在下で、ポリオレフィン焼結多孔質体に電離放射線を照射して前記親水性グラフト鎖を前記ポリオレフィン焼結多孔質体の表面に導入する工程を含み、
前記親水性グラフト鎖は、前記親水性焼結多孔質体の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲に局在しており、
前記親水性焼結多孔質体を水中に浸漬し、浸漬前の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ0、浸漬後の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ1、１００×（Ｗ1−Ｗ0）／Ｗ0で表される値を含水率と定義したとき、前記親水性焼結多孔質体の気孔率に対する前記含水率の比率が０．５〜１．５の範囲にある、親水性焼結多孔質体の製造方法を提供する。
親水性焼結多孔質体の製造方法であって、
親水性グラフト鎖の原料としての重合性モノマーの存在下で、ポリオレフィン焼結多孔質体に電離放射線を照射して前記親水性グラフト鎖を前記ポリオレフィン焼結多孔質体の表面に導入する工程を含み、
前記親水性グラフト鎖は、前記親水性焼結多孔質体の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲に局在しており、
前記親水性焼結多孔質体を水中に浸漬し、浸漬前の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ0、浸漬後の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ1、１００×（Ｗ1−Ｗ0）／Ｗ0で表される値を含水率と定義したとき、前記親水性焼結多孔質体の気孔率に対する前記含水率の比率が０．５〜１．５の範囲にある、親水性焼結多孔質体の製造方法を提供する。
上記の技術によれば、十分な吸水性能を有していながら、水に浸漬したときに過剰に膨潤又は過剰に変形しない親水性焼結多孔質体を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。
図１に示すように、本実施形態に係る親水性焼結多孔質体１０は、ポリオレフィン焼結多孔質体１２及び親水性部分１４を備えている。ポリオレフィン焼結多孔質体１２は、ポリオレフィン粒子を焼結させることによって形成された部分である。親水性部分１４は、ポリオレフィン焼結多孔質体１２の表面に親水性グラフト鎖を導入することによって形成された部分である。詳細には、親水性部分１４は、ポリオレフィン焼結多孔質体１２の表面に結合した親水性グラフト鎖によって形成されている。
親水性グラフト鎖は、親水性焼結多孔質体１０の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲に局在している。「親水性焼結多孔質体１０の表面」には、親水性焼結多孔質体１０の平面視での最表面だけでなく、親水性焼結多孔質体１０の空孔を形成している部分の表面も含まれる。つまり、ポリオレフィン焼結多孔質体１２の空孔を形成している部分の表面にもグラフト鎖が導入されている。親水性部分１４は、局在化した親水性グラフト鎖を含む部分である。親水性部分１４の厚さが１０μｍ以下である。ポリオレフィン焼結多孔質体１２の内部（詳細には、ポリオレフィン粒子の内部）はグラフト化されていない、あるいは、後述する顕微ラマン分光法にてポリオレフィン焼結多孔質体１２の内部に存在するグラフト鎖を確認できない。このような構造によれば、親水性焼結多孔質体１０を水に浸漬したとき、親水性焼結多孔質体１０の全体が均一に水に濡れる。また、親水性焼結多孔質体１０を水に浸漬したとき、ポリオレフィンの膨潤による過剰な体積変化も小さく抑えることが可能である。親水性グラフト鎖は、親水性焼結多孔質体１０の表面から深さ５μｍの位置までの範囲に局在していてもよく、親水性焼結多孔質体１０の表面から深さ２．５μｍの位置までの範囲に局在していてもよい。「親水性部分１４の厚さ」は、例えば、ラマンマッピング像において、最大の厚さの位置及び最小の厚さの位置を含む任意の１０点で測定した厚さの平均値を意味する。
本実施形態において、親水性焼結多孔質体１０の形状はシート状である。親水性焼結多孔質体１０の厚さは、例えば、０．０４〜０．５ｍｍの範囲にある。親水性焼結多孔質体１０の平均孔径は、例えば、１〜１００μｍの範囲にある。平均孔径がこのような範囲にあれば、親水性焼結多孔質体１０が十分な吸水性能及び十分な通気性能を発揮しうる。親水性焼結多孔質体１０の気孔率は、例えば、２０〜７０％の範囲にある。気孔率がこのような範囲にあれば、親水性焼結多孔質体１０が十分な強度を有するとともに、親水性焼結多孔質体１０が十分な吸水能力を発揮しうる。
本明細書において、「平均孔径」の語句は、乾燥した試料について、水銀圧入法により測定・算出された径を意味する。「乾燥した試料」の語句は、温度２５℃、湿度６０％の環境下で時間経過により重量が変化しなくなるまで（例えば、１２時間以上）静置した試料を意味する。また、本明細書において、「気孔率」の語句は、以下の式で算出される値を意味する。
気孔率（％）＝１００×［ＶT−（（ＷS／ＤS）＋（ＷG／ＤG））］／ＶT
ＶT：親水性焼結多孔質体１０の体積
ＷS：親水性焼結多孔質体１０の製造に使用したポリオレフィン焼結多孔質体の重量
ＤS：ポリオレフィン焼結多孔質体におけるポリオレフィンの密度
ＷG：（親水性焼結多孔質体１０の重量）−（親水性焼結多孔質体１０の製造に使用したポリオレフィン焼結多孔質体の重量）
ＤG：グラフト重合に使用された重合性モノマーから生成されるホモポリマーの密度
気孔率（％）＝１００×［ＶT−（（ＷS／ＤS）＋（ＷG／ＤG））］／ＶT
ＶT：親水性焼結多孔質体１０の体積
ＷS：親水性焼結多孔質体１０の製造に使用したポリオレフィン焼結多孔質体の重量
ＤS：ポリオレフィン焼結多孔質体におけるポリオレフィンの密度
ＷG：（親水性焼結多孔質体１０の重量）−（親水性焼結多孔質体１０の製造に使用したポリオレフィン焼結多孔質体の重量）
ＤG：グラフト重合に使用された重合性モノマーから生成されるホモポリマーの密度
上記の式で算出された気孔率に代えて、水銀圧入法で測定及び算出された気孔率であってもよい。上記の式で算出された気孔率は、水銀圧入法で測定及び算出された気孔率に十分な精度で一致する。
本実施形態において、ポリオレフィン焼結多孔質体１２の形状もシート状である。ポリオレフィン焼結多孔質体１２におけるポリオレフィンの例には、エチレン、プロピレン、ブチレンなどのオレフィンの重合体、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）などが含まれる。これらの中でも、優れた強度を有する、優れた耐薬品性を有するといった理由により、超高分子量ポリエチレンが推奨される。本明細書において、「ＵＨＭＷＰＥ」の語句は、平均分子量５０万以上のポリエチレンを意味する。ＵＨＭＷＰＥの平均分子量は、通常、２００〜１０００万の範囲である。平均分子量は、ＡＳＴＭ Ｄ４０２０（粘度法）に規定された方法によって測定することができる。
ＵＨＭＷＰＥ焼結多孔質体は、切削法、塗工法、金型を用いた焼結法などの公知の方法で作製されうる。本実施形態では、いずれの方法によって作製されたＵＨＭＷＰＥ焼結多孔質体もポリオレフィン焼結多孔質体１２として使用できる。
切削法によれば、以下の工程を経てシート状のＵＨＭＷＰＥ焼結多孔質体を作製できる。ＵＨＭＷＰＥ粒子（平均粒径３０〜４００μｍ）を金型に充填し、ＵＨＭＷＰＥの融点付近の温度で焼結させる。これにより、ＵＨＭＷＰＥ粒子の焼結体が得られる。得られた焼結体は、通常、ブロック状である。ブロック状の焼結体を切削加工によってシート状に成形すれば、ポリオレフィン焼結多孔質体１２として使用できるＵＨＭＷＰＥ焼結多孔質シートが得られる。本明細書において、「平均粒径」の語句は、レーザー回折式粒度計によって測定された粒度分布での体積累積５０％に相当する粒径（Ｄ５０）を意味する。
塗工法によれば、以下の工程を経てシート状のＵＨＭＷＰＥ焼結多孔質体を作製できる。ＵＨＭＷＰＥ粒子と溶媒とを含む分散液を調製する。分散液を支持体上に塗布して塗布層を形成する。塗布層を焼成して塗布層に含まれた溶媒を除去する。これにより、ポリオレフィン焼結多孔質体１２として使用できるＵＨＭＷＰＥ焼結多孔質シートが得られる。
金型を用いた焼結法によれば、以下の工程を経てシート状のＵＨＭＷＰＥ焼結多孔質体を作製できる。ＵＨＭＷＰＥ粒子を平板状の金型に充填し、ＵＨＭＷＰＥの融点付近の温度で焼結させる。これにより、シート状のＵＨＭＷＰＥ粒子の焼結体が得られる。
親水性部分１４は、親水性グラフト鎖をポリオレフィン焼結多孔質体１２の表面に導入することによって形成されうる。本実施形態では、親水性グラフト鎖の原料としての重合性モノマーの存在下で、ポリオレフィン焼結多孔質体１２に電離放射線を照射して親水性グラフト鎖をポリオレフィン焼結多孔質体１２の表面に導入する。詳細には、親水性グラフト鎖の原料としての重合性モノマーを含む原料溶液をポリオレフィン焼結多孔質体１２に接触させつつ、ポリオレフィン焼結多孔質体１２に電離放射線を照射する。この方法は、グラフト重合の分野において、「同時照射法」と呼ばれている。同時照射法によれば、親水性焼結多孔質体１０の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲に親水性グラフト鎖が局在した構造を得ることができる。
電離放射線を用いたグラフト重合法においては、ポリオレフィン焼結多孔質体１２に電離放射線を照射することによってポリオレフィン焼結多孔質体１２にラジカルが形成される。ラジカルと重合性モノマーとが反応し、重合性モノマーに由来するグラフト鎖がポリオレフィン焼結多孔質体１２に結合する。本実施形態では、ポリオレフィン焼結多孔質体１２を形成するポリオレフィンの分子鎖に親水性官能基を有するグラフト鎖が結合する。親水性グラフト鎖が共有結合によってポリオレフィンの分子鎖に結合するので、親水性焼結多孔質体１０は恒久的な親水性を有する。
グラフト重合のための原料溶液には、例えば、親水性グラフト鎖の原料としての重合性モノマーと、溶媒とが含まれている。原料溶液における重合性モノマーの濃度は、例えば、５０〜１００重量％である。重合性モノマーの濃度を適切に調整することによって、所望のグラフト率を持った親水性焼結多孔質体１０が得られる。原料溶液には、１種類の重合性モノマーのみが含まれていてもよいし、２種以上の重合性モノマーが含まれていてもよい。
ポリオレフィン焼結多孔質体１２に導入されるべき親水性グラフト鎖は、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、アルコキシ基、スルホ基、ホスホリルコリン基、リン酸基、及びそれらの塩からなる群より選ばれる少なくとも１つの親水性官能基を含む。親水性グラフト鎖の原料としての重合性モノマーの例には、アクリル酸、メタクリル酸、２−ヒドロキシメチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、３−ヒドロキシプロピルアクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート、２−ヒドロキシメチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、酢酸ビニル、アリルアミン、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエチルアクリレートアクリル酸２−(ジメチルアミノ)エチル、Ｎ−(２−ヒドロキシエチル)アクリルアミド、アクリロイルモルフォリン、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、１−ビニルイミダゾール、２−ビニルピリジン、４−ビニルピリジン、メチルビニルピリジン、エチルビニルピリジン、ビニルピロリドン、ビニルカルバゾール、アミノスチレン、アルキルアミノスチレン、ジアルキルアミノスチレン、トリアルキルアミノスチレン、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド、これらの塩などが含まれる。中でも、アクリル酸、メタクリル酸、２−ヒドロキシメチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシメチルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、アクリルアミド又はメタクリルアミドを使用することが望ましい。これらのモノマーは、単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、グラフト重合を行った後、アルカリ水溶液（例えば、約１規定の水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液など）を用いて中和処理を行うことにより、更に親水化効果を高めることができる。
原料溶液における溶媒の例には、メタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール、水などが含まれる。
グラフト重合を実施する際の原料溶液の温度は、例えば、２０〜８０℃の範囲にある。原料溶液の温度を適切に調整することによって、所望のグラフト率を持った親水性焼結多孔質体１０が得られる。また、酸素によってグラフト重合反応が阻害されることを防ぐために、希ガス雰囲気、窒素ガス雰囲気などの不活性ガス雰囲気下でグラフト重合を実施してもよい。
電離放射線の種類は、ラジカルを生じさせることができる限り特に限定されない。電離放射線の例には、α線、β線、γ線、Ｘ線、及び電子線が含まれる。ポリオレフィン焼結多孔質体１２に照射される放射線量は、例えば、３０〜２００ｋＧｙの範囲にある。放射線量が適切な範囲にあると、ポリオレフィン焼結多孔質体１２を形成するポリオレフィンの分子鎖の切断を抑制しつつ、ラジカルの発生量を十分に確保できるので、グラフト重合反応を効率的に進行させやすい。電離放射線の照射時間は、所望のグラフト率を達成できるように適切に調整する。
また、グラフト重合を実施する際に原料溶液に多官能性のビニルモノマーを含有させておき、グラフト重合と同時に架橋反応を生じさせてもよい。安定した架橋構造が形成されるので、グラフト鎖の損傷が減少し、親水性焼結多孔質体１０を繰り返し利用することが可能になる。多官能性ビニルモノマーとしては、ジビニルベンゼン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ジアリルフタレート、トリアリルイソシアヌレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、テトラエチレングリコールアクリレートなどが挙げられる。
親水性焼結多孔質体１０における親水性グラフト鎖の分布は、分光学的手法によって調べることができる。具体的には、シート状の親水性焼結多孔質体１０の断面における親水性グラフト鎖の分布を顕微ラマン分光法（ラマンイメージング）によって調べることができる。例えば、親水性グラフト鎖におけるカルボキシル基の分布をラマンイメージングによって調べることができる。
親水性焼結多孔質体１０は、例えば、１〜２０％の範囲のグラフト率を有する。グラフト率が適切な範囲に収まっているとき、親水性焼結多孔質体１０は、十分な吸水性能を発揮しうる。また、水に浸漬したときに親水性焼結多孔質体１０が過剰に膨潤したり、過剰に変形したりすることを防止できる。本明細書では、グラフト処理の前の基材（ポリオレフィン焼結多孔質体１２）の重量がＧ0、グラフト処理後の親水性焼結多孔質体１０の重量がＧ1で表されるとき、１００×（Ｇ1−Ｇ0）／Ｇ0で表される値をグラフト率（重量グラフト率）と定義する。
親水性焼結多孔質体１０を水に浸漬したときの含水率は、例えば、２０〜７０％の範囲にある。含水率が低すぎると、親水性焼結多孔質体１０を均一に濡らすことが難しい。含水率は、次の方法によって特定される値である。所定の寸法の親水性焼結多孔質体１０を水中に十分な時間（例えば５時間）にわたって浸漬する。親水性焼結多孔質体１０を水中から取り出した後、ろ紙で水分を軽く吸い取り、重量を測定する。浸漬前の親水性焼結多孔質体１０の重量（乾燥時の重量）がＷ0、浸漬後の親水性焼結多孔質体１０の重量がＷ1で表されるとき、１００×（Ｗ1−Ｗ0）／Ｗ0で表される値を含水率と定義する。
本実施形態において、親水性焼結多孔質体１０の気孔率に対する含水率の比率（含水率／気孔率）は、０．５〜１．５の範囲にある。比率（含水率／気孔率）がこの範囲に収まっている場合、親水性焼結多孔質体１０の膨潤を抑制しつつ、親水性焼結多孔質体１０の全面を均一に濡らすことができる。比率（含水率／気孔率）が小さすぎると、親水性焼結多孔質体１０を均一に濡らすことが難しい。比率（含水率／気孔率）が大きすぎると、含水時に親水性焼結多孔質体１０が過剰に膨潤する傾向にある。
比率（含水率／気孔率）の下限値は、０．５に代えて、０．８１であってもよい。比率（含水率／気孔率）の上限値は、１．５に代えて、１．３３であってもよい。比率（含水率／気孔率）の望ましい範囲は、これらの下限値及び上限値の任意の組み合わせによって定めることができる。
親水性焼結多孔質体１０を水に浸漬したときの吸水高さは、例えば、５〜７０ｍｍ／分の範囲にある。吸水高さは、次の方法によって特定される値である。所定の寸法（例えば、１０ｍｍ×１００ｍｍ）の親水性焼結多孔質体１０の一端を１ｃｍの深さの水に浸し、１分後、水が吸い上げられた高さを測定する。得られた測定値を吸水高さと定義する。
親水性焼結多孔質体１０を水に浸漬したときの面積変化率は、例えば、０〜３％の範囲にある。面積変化率は、次の方法によって特定される値である。所定の寸法（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ）の親水性焼結多孔質体１０を水中に十分な時間（例えば５時間）にわたって浸漬する。親水性焼結多孔質体１０を水中から取り出した後、ろ紙で水分を軽く吸い取り、主表面の面積を測定する。浸漬前の親水性焼結多孔質体１０の主表面の面積（乾燥時の面積）がＳ0、浸漬後の親水性焼結多孔質体１０の主表面の面積がＳ1で表されるとき、１００×（Ｓ1−Ｓ0）／Ｓ0で表される値を面積変化率と定義する。「主表面」の語句は、親水性焼結多孔質体１０において最も広い面積を有する面を意味する。
親水性焼結多孔質体１０を水に浸漬したときの厚さ変化率は、例えば、０〜３％の範囲にある。厚さ変化率は、次の方法によって特定される値である。所定の寸法（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ）の親水性焼結多孔質体１０を水中に十分な時間（例えば５時間）にわたって浸漬する。親水性焼結多孔質体１０を水中から取り出した後、ろ紙で水分を軽く吸い取り、厚さを測定する。浸漬前の親水性焼結多孔質体１０の厚さ（乾燥時の厚さ）がＴ0、浸漬後の親水性焼結多孔質体１０の厚さがＴ1で表されるとき、１００×（Ｔ1−Ｔ0）／Ｔ0で表される値を厚さ変化率と定義する。
親水性焼結多孔質体１０を水に浸漬したときの体積変化率は、例えば、０〜３％の範囲にある。体積変化率は、次の方法によって特定される値である。所定の寸法（例えば、５０ｍｍ×５０ｍｍ）の親水性焼結多孔質体１０を水中に十分な時間（例えば５時間）にわたって浸漬する。親水性焼結多孔質体１０を水中から取り出した後、ろ紙で水分を軽く吸い取り、体積を測定する。浸漬前の親水性焼結多孔質体１０の体積（乾燥時の体積）がＶ0、浸漬後の親水性焼結多孔質体１０の体積がＶ1で表されるとき、１００×（Ｖ1−Ｖ0）／Ｖ0で表される値を体積変化率と定義する。
面積変化率、厚さ変化率及び体積変化率が適切な範囲に収まっていることは、水に浸漬したときに親水性焼結多孔質体１０が過剰に膨潤しないこと、過剰に変形しないことを意味する。
親水性焼結多孔質体１０の通気度は、例えば、０．１〜１００ｃｍ3／ｃｍ2／ｓの範囲にある。通気度は、日本工業規格（ＪＩＳ） Ｌ １０９６（２０１０）に規定された通気性測定法のＡ法（フラジール形法）に準拠して測定することができる。本実施形態において、親水性グラフト鎖は、親水性焼結多孔質体１０の表面に局在している。そのため、グラフト率が低く、親水性焼結多孔質体１０の通気度とグラフト処理前のポリオレフィン焼結多孔質体１２の通気度との差は小さい。
（実施例１）
ＵＨＭＷＰＥ粉末（分子量９００万、融点１３５℃、平均粒子径１１０μｍ）を内径５００ｍｍ、高さ１０００ｍｍの金型に充填した。金型を金属製耐圧容器に入れ、容器内を４×１０3Ｐａにまで減圧した。この後、加熱された水蒸気を容器に導入し、１６０℃、６気圧の条件で５時間加熱した。その後、容器を徐冷して円柱状の焼結多孔質体（ブロック状多孔質体）を得た。この焼結多孔質体を旋盤で０．１ｍｍの厚さに切削した。その結果、ＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。
ＵＨＭＷＰＥ粉末（分子量９００万、融点１３５℃、平均粒子径１１０μｍ）を内径５００ｍｍ、高さ１０００ｍｍの金型に充填した。金型を金属製耐圧容器に入れ、容器内を４×１０3Ｐａにまで減圧した。この後、加熱された水蒸気を容器に導入し、１６０℃、６気圧の条件で５時間加熱した。その後、容器を徐冷して円柱状の焼結多孔質体（ブロック状多孔質体）を得た。この焼結多孔質体を旋盤で０．１ｍｍの厚さに切削した。その結果、ＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。
一方、反応容器にモノマー成分として１０ｇのメタクリル酸と、溶媒として１０ｇの純水とを入れ、グラフト重合のための原料溶液を調製した。原料溶液の温度を２５℃に保ち、窒素のバブリングを１時間行うことで、原料溶液に残存している酸素を除去した。原料溶液における酸素濃度は３００ｐｐｍ未満であった。次に、原料溶液の温度を３０℃に保ち、ＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを原料溶液に浸漬させるとともに、６０ｋＧｙの強度の電子線をＵＨＭＷＰＥ多孔質シートに照射した。これにより、シート状の親水性焼結多孔質体を得た。シート状の親水性焼結多孔質体を６０℃の純水中に３０分間浸漬し、未反応モノマー及びホモポリマーを除去した。この洗浄操作を計３回繰り返した後、２５℃で２４時間乾燥させ、実施例１の親水性焼結多孔質体を得た。
（実施例２）
実施例１で作製した焼結多孔質体を０．５ｍｍの厚さに切削し、実施例２のＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。その後、実施例１と同じ条件でグラフト重合を実施し、実施例２の親水性焼結多孔質体を得た。
実施例１で作製した焼結多孔質体を０．５ｍｍの厚さに切削し、実施例２のＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。その後、実施例１と同じ条件でグラフト重合を実施し、実施例２の親水性焼結多孔質体を得た。
（実施例３）
ＵＨＭＷＰＥ粉末（分子量９００万、融点１３５℃、平均粒子径１５０μｍ）を用いたことを除き、実施例１と同じ方法で焼結多孔質体を作製した。この焼結多孔質体を０．５ｍｍの厚さに切削し、実施例３のＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。その後、実施例１と同じ条件でグラフト重合を実施し、実施例３の親水性焼結多孔質体を得た。
ＵＨＭＷＰＥ粉末（分子量９００万、融点１３５℃、平均粒子径１５０μｍ）を用いたことを除き、実施例１と同じ方法で焼結多孔質体を作製した。この焼結多孔質体を０．５ｍｍの厚さに切削し、実施例３のＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。その後、実施例１と同じ条件でグラフト重合を実施し、実施例３の親水性焼結多孔質体を得た。
（実施例４）
ＵＨＭＷＰＥ粉末（分子量９００万、融点１３５℃、平均粒子径６０μｍ）を用いたことを除き、実施例１と同じ方法で焼結多孔質体を作製した。この焼結多孔質体を０．５ｍｍの厚さに切削し、実施例４のＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。その後、実施例１と同じ条件でグラフト重合を実施し、実施例４の親水性焼結多孔質体を得た。
ＵＨＭＷＰＥ粉末（分子量９００万、融点１３５℃、平均粒子径６０μｍ）を用いたことを除き、実施例１と同じ方法で焼結多孔質体を作製した。この焼結多孔質体を０．５ｍｍの厚さに切削し、実施例４のＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。その後、実施例１と同じ条件でグラフト重合を実施し、実施例４の親水性焼結多孔質体を得た。
（実施例５）
ＵＨＭＷＰＥ粉末（平均分子量２００万、融点１３５℃、平均粒子径３０μｍ、粒子形状：球状）をグリセリン及び界面活性剤と混合し、分散液を調製した。分散液の固形分は４０体積％とした。次に、表面にコロナ処理を施したポリイミドフィルム（カプトン１００Ｈ）上にアプリケータを用いて分散液を塗布した。塗布層の厚さ（溶媒を含む）は２００μｍであった。ポリイミドフィルム上の塗布層を１８０℃の雰囲気温度の乾燥炉に入れ、２０分間焼結させた。これにより、実施例５のＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。その後、実施例１と同じ条件でグラフト重合を実施し、実施例５の親水性焼結多孔質体を得た。
ＵＨＭＷＰＥ粉末（平均分子量２００万、融点１３５℃、平均粒子径３０μｍ、粒子形状：球状）をグリセリン及び界面活性剤と混合し、分散液を調製した。分散液の固形分は４０体積％とした。次に、表面にコロナ処理を施したポリイミドフィルム（カプトン１００Ｈ）上にアプリケータを用いて分散液を塗布した。塗布層の厚さ（溶媒を含む）は２００μｍであった。ポリイミドフィルム上の塗布層を１８０℃の雰囲気温度の乾燥炉に入れ、２０分間焼結させた。これにより、実施例５のＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを得た。その後、実施例１と同じ条件でグラフト重合を実施し、実施例５の親水性焼結多孔質体を得た。
（比較例１）
実施例１と同じ方法でＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを作製した。このＵＨＭＷＰＥ多孔質シートに６０ｋＧｙの電子線を照射した。
実施例１と同じ方法でＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを作製した。このＵＨＭＷＰＥ多孔質シートに６０ｋＧｙの電子線を照射した。
一方、グラフト重合のための原料溶液として、実施例１で使用したものと同じ原料溶液を準備した。原料溶液の温度を６０℃に保ちつつ、電子線の照射が完了したＵＨＭＷＰＥ多孔質シートを原料溶液に１秒間浸漬した。これにより、シート状の親水性焼結多孔質体を得た。その後、実施例１と同じ後処理を行い、比較例１の親水性焼結多孔質体を得た。
（比較例２）
原料溶液へのＵＨＭＷＰＥ多孔質シートの浸漬時間が１分間であったことを除き、比較例１と同じ方法で比較例２の親水性焼結多孔質体を得た。
原料溶液へのＵＨＭＷＰＥ多孔質シートの浸漬時間が１分間であったことを除き、比較例１と同じ方法で比較例２の親水性焼結多孔質体を得た。
（比較例３）
グラフト率が２％となるようにＵＨＭＷＰＥ多孔質シートへの電子線の照射時間を調整したことを除き、実施例２と同じ方法で比較例３の親水性焼結多孔質体を得た。
グラフト率が２％となるようにＵＨＭＷＰＥ多孔質シートへの電子線の照射時間を調整したことを除き、実施例２と同じ方法で比較例３の親水性焼結多孔質体を得た。
先に説明した方法に沿って、実施例及び比較例の親水性焼結多孔質体のグラフト率、含水率、吸水高さ、面積変化率、厚さ変化率、体積変化率、気孔率及び通気度を算出又は測定した。通気度の測定は、グラフト重合前のＵＨＭＷＰＥ多孔質シート（表１における矢印の左側の値）及びグラフト重合を経て得られた親水性焼結多孔質体（表１における⇒の右側の値）の両方について実施した。通気度の測定には、直径７５ｍｍの円形状のＵＨＭＷＰＥ多孔質シート及び親水性焼結多孔質体を使用した。結果を表１に示す。
また、顕微ラマン分光法によって実施例１及び比較例２の親水性焼結多孔質体の断面におけるグラフト鎖の分布を調べた。具体的には、クライオミクロトーム（−６０℃）にて親水性焼結多孔質体の断面を作製した。顕微ラマン分光装置（WITec社製 alpfa300RSA）を用い、次の測定条件にて親水性焼結多孔質体の断面のラマンマッピング像を得た。ラマンマッピング像からグラフト鎖の分布（親水性焼結多孔質体の表面からの深さ）を見積もった。結果を表１に示す。
（ラマン測定の条件）
励起波長 ：５３２ｎｍ
測定波数範囲：約６０〜３７００ｃｍ-1
Grating ：６００ｇｒ／ｍｍ
対物レンズ ：×５０
測定範囲 ：１５０×１００μｍ
測定点 ：３００×２００点
測定時間 ：０．０５ｓｅｃ／スペクトル
検出器 ：ＥＭＣＣＤ
励起波長 ：５３２ｎｍ
測定波数範囲：約６０〜３７００ｃｍ-1
Grating ：６００ｇｒ／ｍｍ
対物レンズ ：×５０
測定範囲 ：１５０×１００μｍ
測定点 ：３００×２００点
測定時間 ：０．０５ｓｅｃ／スペクトル
検出器 ：ＥＭＣＣＤ
実施例１〜５の親水性焼結多孔質体は、その全体が均一に水に濡れ、十分な含水率を達成できたにもかかわらず、体積変化率も小さかった。実施例１において、親水性グラフト鎖は、親水性焼結多孔質体の表層部（親水性焼結多孔質体の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲）に局在していた。実施例１〜５の親水性焼結多孔質体において、気孔率に対する含水率の比率は、いずれも０．５〜１．５の範囲に収まっていた。
一方、比較例１及び比較例３の親水性焼結多孔質体は水に浸漬したときに均一に濡れず、その含水率は低くかった。比較例２において、親水性グラフト鎖は、親水性焼結多孔質体の全体に均一に存在していた。また、比較例２の親水性焼結多孔質体の通気度は、グラフト前のＵＨＭＷＰＥ多孔質シートの通気度から大幅に低下した。比較例２の親水性焼結多孔質体の面積変化率及び体積変化率は非常に大きかった。これらの結果は、グラフト率が高いこと、及び、ＵＨＭＷＰＥ多孔質シートの全体がグラフト化されたことに起因していると考えられる。
本明細書に開示された親水性焼結多孔質体は、加湿エレメント、プリンタのインク吸収体、フィルタ、隔膜、支持体などに使用できる。
１０ 親水性焼結多孔質体
１２ ポリオレフィン焼結多孔質体
１４ 親水性部分
１２ ポリオレフィン焼結多孔質体
１４ 親水性部分
Claims (6)
- ポリオレフィン焼結多孔質体と、
前記ポリオレフィン焼結多孔質体の表面に導入された親水性グラフト鎖と、
を備えた親水性焼結多孔質体であって、
前記親水性グラフト鎖は、前記親水性焼結多孔質体の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲に局在しており、
前記親水性焼結多孔質体を水中に浸漬し、浸漬前の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ0、浸漬後の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ1、１００×（Ｗ1−Ｗ0）／Ｗ0で表される値を含水率と定義したとき、前記親水性焼結多孔質体の気孔率に対する前記含水率の比率が０．５〜１．５の範囲にある、親水性焼結多孔質体。 - １〜２０％の範囲のグラフト率を有する、請求項１に記載の親水性焼結多孔質体。
- 水中に浸漬させたときの体積変化率が３％以下である、請求項１又は２に記載の親水性焼結多孔質体。
- 前記親水性グラフト鎖は、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、アルコキシ基、スルホ基、ホスホリルコリン基、リン酸基、及びそれらの塩からなる群より選ばれる少なくとも１種の官能基を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の親水性焼結多孔質体。
- 前記ポリオレフィン焼結多孔質体におけるポリオレフィンが超高分子量ポリエチレンである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の親水性焼結多孔質体。
- 親水性焼結多孔質体の製造方法であって、
親水性グラフト鎖の原料としての重合性モノマーの存在下で、ポリオレフィン焼結多孔質体に電離放射線を照射して前記親水性グラフト鎖を前記ポリオレフィン焼結多孔質体の表面に導入する工程を含み、
前記親水性グラフト鎖は、前記親水性焼結多孔質体の表面から深さ１０μｍの位置までの範囲に局在しており、
前記親水性焼結多孔質体を水中に浸漬し、浸漬前の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ0、浸漬後の前記親水性焼結多孔質体の重量をＷ1、１００×（Ｗ1−Ｗ0）／Ｗ0で表される値を含水率と定義したとき、前記親水性焼結多孔質体の気孔率に対する前記含水率の比率が０．５〜１．５の範囲にある、親水性焼結多孔質体の製造方法。
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