JP6797347B2 - ポリマー複合体 - Google Patents
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Description
本形態に係るポリマー複合体は、非架橋性疎水性ポリマーと、親水性モノマーをモノマー単位として含む親水性ポリマーと、を含む。この際、非架橋性疎水性ポリマーおよび親水性ポリマーは、相互に絡み合ってなる。
非架橋性疎水性ポリマーは、ポリマー複合体に物理的強度、耐膨潤性、および疎水性等を付与する機能を有する。これにより、ポリマー複合体は、高い物理的強度、耐膨潤性を有しうる。また、表面が疎水性を有する支持体等に対する接着性等を発現させることができる。なお、本明細書において、ポリマーについての「疎水性」とは、水中における25℃での溶解度が0.5g/100mL未満、またはそのポリマー表面の水接触角が60度以上であることを意味する。
親水性ポリマーは、ポリマー複合体に親水性を付与する機能を有する。これにより、ポリマー複合体は、ファウリングや帯電を防止することができる。なお、本明細書において、ポリマーについての「親水性」とは、水中における25℃での溶解度が0.5g/100mL以上、またはそのポリマーの水接触角が60度未満であることを意味する。
親水性モノマーは、親水性ポリマーに親水性を付与する機能を有する。なお、本明細書において、モノマーについての「親水性」とは、そのモノマーについて、水中における25℃での溶解度が10g/100mL以上であることを意味する。
疎水性モノマーは、親水性ポリマーの任意の構成成分となるものであり、主に親水性ポリマーの親水性、非架橋性疎水性ポリマーとの相互作用を調整する機能を有する。なお、本明細書において、モノマーについての「疎水性」とは、そのモノマーについて、水中における25℃での溶解度が10g/100mL未満であることを意味する。
親水性ポリマーは、ポリマーとして親水性を有するものであればどのような構成であってもよく、単独重合体であっても、ランダム共重合体、ブロック共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体等の共重合体であってもよい。これらのうち、親水性ポリマーは、親水性部および疎水性部を含むブロック共重合体(ブロックポリマー)であることが好ましい。親水性ポリマー中の親水性を発現する部分はファウリングの発生を防止または抑制する機能を有しうる。また、親水性ポリマー中の疎水性を発現する部分は非架橋性疎水性ポリマーとの相互作用を向上させる機能を有しうる。親水性ポリマーが親水性部および疎水性部を含むブロックポリマーであると、親水性部には親水性能が局在化するため、より高いファウリングの発生防止または抑制機能を有し、疎水性部には疎水性能が局在化するためより高い非架橋性疎水性ポリマーとの相互作用向上機能を有しうる。その結果、好適なファウリングの発生防止または抑制機能を有しつつ、耐久性等に優れるポリマー複合体が得られうる。
親水性部は親水性ポリマーに親水性を付与する機能を有する。なお、本明細書において、親水性部における「親水性」とは、親水性部からなる重合体について、水中における25℃での溶解度が0.5g/100mL以上、または親水性部からなる重合体の水接触角が60度未満であることを意味する。
疎水性部は、ブロックポリマーに疎水性を付与する機能を有する。なお、本明細書において、疎水性部における「疎水性」とは、疎水性部からなる重合体について、水中における25℃での溶解度が0.5g/100mL未満、または疎水性部からなる重合体の水接触角が60度以上であることを意味する。
一実施形態において、ブロックポリマーは、好ましくは精密ラジカル重合により製造される。当該精密ラジカル重合としては、可逆的付加−開裂連鎖移動(RAFT)重合、原子移動ラジカル重合(ATRP)、ニトロキシド媒介重合(NMP)等が挙げられる。これらの重合によりブロックポリマーを製造した場合には、重合に使用される連鎖移動剤や開始剤等に由来する構造が共重合体中に含まれうる。特に、RAFT重合を用いて重合を行った場合、ブロックポリマーは、連鎖移動剤由来構造をさらに含みうる。
ポリマー複合体の製造方法は、ポリマー複合体の形状によっても異なるが、適宜公知の方法により製造することができる。
一実施形態において、ポリマー複合体は、非溶媒誘起相分離法(NIPS)により製造される。前記非溶媒誘起相分離法(NIPS)を用いたポリマー複合体の製造方法は、非架橋性疎水性ポリマー、親水性ポリマー、および溶媒を含む均一溶液を、支持体に塗布して塗膜を調製する工程と、前記塗膜を、非溶媒を含む凝固液に接触させて多孔質を形成する工程と、を含む。
塗膜調製工程は、非架橋性疎水性ポリマー、親水性ポリマー、および良溶媒を含む均一溶液を、支持体に塗布して塗膜を調製する工程である。または、前記均一溶液を、ドーナツ型ノズルからストロー状に吐出させて中空状膜を調製する工程である。
均一溶液は、非架橋性疎水性ポリマー、親水性ポリマー、良溶媒を含む。その他、必要に応じて、貧溶媒、非溶媒、塩などの添加剤を含んでいてもよい。
非架橋性疎水性ポリマーは、上述したものが用いられうることからここでは説明を省略する。この際、非架橋性疎水性ポリマーは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
親水性ポリマーは、上述したものが用いられうることからここでは説明を省略する。この際、親水性ポリマーは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
良溶媒は、少なくとも非架橋性疎水性ポリマーを溶解する機能を有する。本明細書において、「良溶媒」とは、25℃において、非架橋性疎水性ポリマーの溶解度が10g/100mL以上のものを意味する。
均一溶液には、多孔質の孔径等を制御することを目的として貧溶媒が含まれていてもよい。この際、本明細書において、「貧溶媒」とは、25℃において、非架橋性疎水性ポリマーの溶解度が10g/100mL未満のものであり、かつ、良溶媒や非溶媒と相溶であり、非水系であるのものを意味する。
均一溶液には、多孔質の孔径等を制御することを目的として非溶媒が含まれていてもよい。この際、本明細書において、「非溶媒」とは、25℃において、非架橋性疎水性ポリマーの溶解度が10g/100mL未満のものであり、かつ、良溶媒や貧溶媒と相溶性を有するものを意味する。
前記添加剤としては、塩化リチウムなどの塩類、界面活性剤、糖類、無機化合物等が挙げられる。
支持体としては、特に制限されず、ガラス、ステンレス鋼(SUS)、銅板、ポリエステル(PET)等の良溶媒に不溶な材質の平面板またはシート;ポリエステル繊維、ポリオレフィン、ナイロン繊維、ポリウレタン繊維、アクリル繊維、レーヨン繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、綿、絹等の有機繊維を含む織物、編物、または不織布;ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維を含む織物、編物または不織布等が挙げられる。
調製した均一溶液を支持体に塗布することで塗膜を形成する。
塗布により形成される塗膜は、非架橋性疎水性ポリマー、親水性ポリマー、および良溶媒、並びに必要に応じて貧溶媒および非溶媒を含む。
多孔質形成工程は、形成した塗膜を、非溶媒を含む凝固液に接触させて多孔質を形成する工程である。
凝固液は、非溶媒を含む。その他、孔径の制御等の観点から、良溶媒、貧溶媒を含んでいてもよい。
塗膜の凝固液への接触方法としては、特に制限されず、滴下、浸漬、気体状の非溶媒(例えば水蒸気)との接触等が挙げられる。
一実施形態において、支持体上と、前記支持体上に配置されたポリマー複合体とを含む積層体は、そのまま使用することができる。
一実施形態において、ポリマー複合体は、熱誘起相分離法(TIPS)により製造される。前記熱誘起相分離法(TIPS)を用いたポリマー複合体の製造方法は、非架橋性疎水性ポリマー、親水性ポリマー、および溶媒を含む混合溶液を、高温条件下で支持体に塗布して塗膜を調製する工程と、前記塗膜を冷却して多孔質を形成する工程と、を含む。
塗膜調製工程は、非架橋性疎水性ポリマー、親水性ポリマー、および溶媒を含む混合溶液を、支持体に塗布して塗膜を調製する工程である。
混合溶液は、非架橋性疎水性ポリマー、親水性ポリマー、および溶媒を含む。
支持体については、上述の非溶媒誘起相分離法(NIPS)の場合と同様であることからここでは説明を省略する。
塗布および塗膜については、原則として、上述の非溶媒誘起相分離法(NIPS)の場合と同様である。
冷却工程では、高温で形成した塗膜を冷却する工程である。冷却により溶媒の熱拡散によりを生じさせることで、孔を形成することができる。
溶融共押し出し法は、親水性ポリマーと非架橋疎水性ポリマーとをそれぞれ溶融し、次いで別々のシリット状ノズルから押し出し、ノズル出口付近で積層させることでポリマー複合体を製造する方法である。本方法は、表面親水性と相溶性を両立できる成形方法である。本方法によれば、溶融混練によるポリマー同士の絡み合いや溶融ポリマー同士の接触による絡み合いが比較的強固となるため、容易にほぐすことができない。
良溶媒共溶解キャスト法は、非架橋性疎水性ポリマーと親水性ポリマーと良溶媒とを含む溶液を、支持体にキャストした後、高温環境で良溶媒を揮発させてフィルム状またはシート状の緻密体を製造する方法である。
溶融混練成形法は、非架橋性疎水性ポリマーおよび親水性ポリマーを溶融混練し、次いで、射出成形を行う方法である。本方法によれば、フィルム状、シート状、シャーレ状、マルチウエル状などの他、溶融混練体を糸状に吐出し、不織布状、織物等の形状に成形することができる。不織布状の形状である場合には、良好な耐ファウリング性を有することからろ過材に好適に適用されうる。また、織物の形状である場合には、ろ過材の他、肌にべたつかず、透気、透湿性(蒸れ防止)に優れるため、衣類の材料として好適に適用されうる。
上述のポリマー複合体は、フミン質や油成分、タンパク質、血中成分等を原因とするファウリングを防止または抑制することから、水処理技術、血液透析技術、生化学・培養技術、機能性不織布や織物関連技術に適用されうる。
水性ポリマーとして、疎水性部−親水性部−疎水性部のトリブロックポリマーを合成した。
親水性ポリマーとして、疎水性部−親水性部のジブロックポリマーを合成した。
親水性ポリマーとして、親水性部からなるポリマーを合成した。
合成例1で合成した親水性ポリマー1gと、非架橋性疎水性ポリマーであるポリエーテルスルホン18gと、溶媒であるN,N−ジメチルアセトアミド100gと、を均一に混合し、ガラス板に厚さ150μmとなるように塗布した。得られた塗膜を直ちに25℃の水中に投入した。その結果、塗膜は乳白色となって凝固し、多孔質膜となった。得られた多孔質膜をガラスから剥離し、十分に水洗し、40℃の恒温器内にて5時間乾燥することで、多孔質膜の形状を有するポリマー複合体を製造した。この際、ガラス板と接触していなかった面(「表面」)は光沢を有しており、多孔質膜の接触していた面(裏面)は光沢を有していなかった。
合成例1で合成した親水性ポリマーを2g用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
合成例1で合成した親水性ポリマーを5g用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
合成例1で合成した親水性ポリマーを7.2g用いたことを除いては、実施例1と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
非架橋性疎水性ポリマーとして、コーネックス(芳香族ポリアミド、帝人株式会社製)を用いたことを除いては、実施例3と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
非架橋性疎水性ポリマーとして、UDEL P−1700(ポリスルホン、アモコジャパン株式会社製)を用いたことを除いては、実施例3と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
親水性ポリマーとして、合成例2で合成した親水性ポリマーを用いたことを除いては、実施例3と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
親水性ポリマーとして、合成例3で合成した親水性ポリマーを用いたことを除いては、実施例3と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
親水性ポリマーとして、合成例2で合成した親水性ポリマーを用いたことを除いては、実施例6と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
親水性ポリマーとして、合成例3で合成した親水性ポリマーを用いたことを除いては、実施例6と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
均質膜の形状を有するポリマー複合体を製造した。
親水性ポリマーとして、合成例2で合成した親水性ポリマーを用いたことを除いては、実施例11と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
親水性ポリマーとして、合成例3で合成した親水性ポリマーを用いたことを除いては、実施例11と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
非架橋性疎水性ポリマーとして、ディックスチレンCR−3500(ポリスチレン、DIC株式会社製)を用いたことを除いては、実施例11と同様の方法でポリマー複合体を製造した。
合成例1で合成した親水性ポリマーを用いなかったことを除いては、実施例1と同様の方法で非架橋性疎水性ポリマーの多孔質膜を製造した。
非架橋性疎水性ポリマーとして、コーネックス(芳香族ポリアミド、帝人株式会社製)を用いたことを除いては、比較例1と同様の方法で非架橋性疎水性ポリマーの多孔質膜を製造した。
非架橋性疎水性ポリマーとして、UDEL P−1700(ポリスルホン、アモコジャパン株式会社製)を用いたことを除いては、比較例1と同様の方法で非架橋性疎水性ポリマーの多孔質膜を製造した。
合成例1で合成した親水性ポリマーを用いなかったことを除いては、実施例11と同様の方法で非架橋性疎水性ポリマーの均質膜を製造した。
非架橋性疎水性ポリマーとして、ディックスチレンCR−3500(ポリスチレン、DIC株式会社製)を用いたことを除いては、比較例4と同様の方法で非架橋性疎水性ポリマーの緻密膜を製造した。
なお、実施例7〜10、12及び13は、それぞれ参考例1〜6とする。
実施例および比較例で製造したポリマー複合体等について、種々の評価を行った。
実施例1〜14および比較例1〜5で製造したポリマー複合体等について、タンパク質吸着性および耐久性(耐水性)について評価した。
ポリマー複合体等を直径10mmの円形状に切り取り、試料を作製した。前記試料を、免疫グロブリンG(IgG)水溶液(濃度:0.03μg/mL)0.5mLに浸漬し、室温(25℃)で3時間静置した。その後、試料を取り出し、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)により5回洗浄した。
ポリマー複合体等を直径10mmの円形状に切り取った後、当該ポリマー複合体等を55℃の水中で24時間静置(洗浄)したものを試料として用いることを除いては、上記洗浄前のタンパク質吸着性の評価と同様の方法で評価を行った。
上記のように、直径10mmの円形状ポリマー複合体を、55℃の水中で24時間静置(洗浄)した後の直径を測定した。直径変化が少ないほど、ポリマー複合体等の耐久性(耐水性)が高いことを示す。
実施例1〜6および比較例1〜3のポリマー複合体等については、接触角の評価も行った。
Claims (5)
- 非架橋性疎水性ポリマーと、親水性モノマーをモノマー単位として含む親水性ポリマーと、を含み、前記親水性ポリマーが、疎水性部−親水性部−疎水性部のトリブロック体のブロックポリマーであり、前記非架橋性疎水性ポリマーの質量に対する前記親水性ポリマーの質量の比(親水性ポリマーの質量/非架橋性疎水性ポリマーの質量)が、0.05以上0.7以下であり、
前記非架橋性疎水性ポリマーおよび前記親水性ポリマーが、相互に絡み合ってなる、ポリマー複合体。 - 前記親水性ポリマーが、疎水性部に下記式(3)で表される疎水性モノマー、アルキル(メタ)アクリレート、不飽和炭素−炭素二重結合を有する炭化水素、炭素数が4以上のアルキル基を有する(メタ)アクリルアミドからなる群から選択される少なくとも1種の疎水性モノマーを含む、請求項1に記載のポリマー複合体。
(上記式(3)中、R 1 は水素原子またはメチル基である。
R 5 は炭素数1〜3のアルキル基である。
Aは炭素数2〜3のアルキレン基である。) - 前記親水性ポリマーが、疎水性部にアルコキシエチルアクリレート、アルコキシプロピルアクリレート、アルコキシイソプロピルアクリレート、アルコキシエチルメタクリレート、アルコキシプロピルメタクリレート、アルコキシイソプロピルメタクリレートからなる群から選択される少なくとも1種の疎水性モノマーを含む、請求項1または2に記載のポリマー複合体。
- 前記親水性ポリマーが、親水性部に下記式(1)で表される親水性モノマー、下記式(2)で表される親水性モノマー、エーテル含有モノマー、水酸基含有モノマー、イオン性モノマーからなる群から選択される1種の親水性モノマーを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリマー複合体。
(上記式(1)中、R 1 は水素原子またはメチル基である。
R 2 およびR 3 は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜10アルキル基、炭素数1〜10アルコキシ基、炭素数1〜10アルキルチオ基、炭素数2〜10アルキルカルボニル基、炭素数2〜10アルキルオキシカルボニル基、炭素数6〜20アリール基、炭素数6〜20アリールオキシ基、炭素数6〜20アリールチオ基、炭素数7〜20アリールカルボニル基、−A−N(R 4 )2、または−A−O−R 4 である。
Aは炭素数2〜3のアルキレン基である。また、R 4 は、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜10アルキル基、炭素数1〜10アルコキシ基、炭素数1〜10アルキルカルボニル基、または炭素数1〜10アルキルチオ基である。)
(上記式(2)中、R 1 は水素原子またはメチル基である。Aは炭素数2〜3のアルキレン基である。nは2〜50の整数である。) - 前記非架橋性疎水性ポリマーは、スルホン系ポリマー、アミド系ポリマー、イミド系ポリマー、ポリエステル系ポリマー、セルロース系ポリマー、(メタ)アクリル系ポリマー、スチレン系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマー、ケトン系ポリマー、ビニリデン系ポリマー、液晶ポリマーからなる群から選択される少なくとも1種のポリマーである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリマー複合体。
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