JP6921073B2

JP6921073B2 - 膜の製造方法

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Publication number: JP6921073B2
Application number: JP2018526126A
Authority: JP
Inventors: ピョートルグルゼラコウスキー，マリウス; チャン，イエン
Original assignee: アプライド・バイオミメティック・エイ／エス
Priority date: 2015-11-20
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2036-11-21
Also published as: IL259085B; EP3377201B1; US20220118409A1; CN108633260A; AU2016356081B2; AU2016356081A1; CA3003643A1; CA3003643C; US20180345226A1; IL259085A; SG11201803339SA; EP3377201A1; DK3377201T3; JP2018535823A; WO2017085322A1; US11247179B2; GB201520466D0; KR20180087312A

Description

本発明は、膜(membranes)の製造方法に関する。その形成された膜は、有利な特性を有しており、新規であると考えられる。

膜(membrane)形成のために典型的に用いられる合成又は天然ポリマーとしては、数ある中でも、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）及びポリエチレン（ＰＥ）が包含される。これらのポリマーは、様々なキャスティング技術によって膜に成形される。産業、実験室又は家庭の環境において操作される従来の限外ろ過ポリマー膜は、一般に、２μｍ〜５０ｎｍの幅広い表面細孔径（surface pore size）によって特徴付けられ、広範囲な透過流束（fluxes）を送達する(deliver)。膜スキン層の表面細孔が膜の最小細孔である場合、表面細孔径は膜の分画分子量（molecular cut-off）（一般に、その分離膜によって、所定の分子量の溶質の９０％が保持されると当業者に理解される）を決定する。膜の細孔径と分画分子量との関係は標準化されていないが、業界は細孔径、分画分子量及び溶質の保持についての範囲とガイドラインを設定している。一例として、ミリポア（Millipore）社は、「タンジェンシャルフローろ過によるタンパク質濃度及び透析ろ過」と題するガイドラインを発行した。これは、細孔径及び分画分子量を交換可能に用いて、ろ過プロセスを分類している。細孔径と膜を通る液体の透過流束（flux）との間の関係は、膜の細孔径の減少に伴う流量（flow）の急激な減少によって、特徴付けられる。

一般に、５０ｎｍ／１００ｋＤａの分画範囲を特徴とする限外ろ過膜は、いくつかのウイルス及び細菌を除去する。しかしながら、精密ろ過（ＭＦ）膜及び限外ろ過（ＵＦ）膜についてウイルス除去が報告されているにもかかわらず、市場にある膜は、微生物学的に安全でないフィード（feed）について、飲料水の精製用には、承認されていない。これは、細菌の中には１〜２μｍより小さいサイズ（５００ｎｍ）のものがあり、又１７ｎｍ程度の小さいウイルス（例えば、ブタサーコウイルス、一本鎖ＤＮＡウイルス（クラスII））及びＢ型肝炎ウイルス（ＨＢＶ−３０〜４２ｎｍ）よりも大きいと考えられる最小のＤＮＡバクテリオファージのPhi-X174ファージ（４ｋｂ）が観察され得るという事実によるだろう。

ＵＦプロセスにおける保持は、シーディングと電荷除去の両方によって行われる。従って、膜の細孔径が、除去すべき粒子の最小サイズよりも小さい場合のみにおいて、細菌及びウイルス（並びに他の小さな溶質）を除去するために首尾よく適用することができる。

膜(membranes)を制作する多くの異なる方法が知られている。キャスティング法（casting processes）では、それ自体水に不溶性の膜形成ポリマーを、水に溶解する溶剤に溶解する。得られた溶液を、水を入れた急冷タンク（quenching tank）中に流し込む（cast）と、溶剤は水に溶解し、ポリマーは沈殿して固相になる。膜の最終形態は、製造条件及び流し込まれる溶液の成分に依存し、その完成膜は、一般に、膜本体とはかなり異なる特性を有する表面層を有するであろう。膜の重要な性能パラメータは、膜を通る液体の潜在的な透過流速、及び分画分子量点（molecular weight cut-off point）、即ち膜を通過することができる分子の最大分子量である。とりわけ、膜の表面層及び本体の両方の多孔性、密度及び均一性は、これらの性能パラメータを決定する上で重要であり、膜性能を損なうであろう欠陥、特にマクロボイドの形成を防止することが特に重要である。

細孔形成の制御を助けるために、細孔形成添加剤、例えばＬiＣｌ及びポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）又はポリエチレングリコール（ＰＥＧ、ポリエチレンオキシド、ＰＥＯとしても知られている）等の高分子量有機添加剤を使用することが知られている。例えば、ＷＯ２０１１／０６９０５０は、ポリアルキレングリコール、ポリアルキレンオキシド、ポリオキソアルキレン、アクリルアミド、カテコールアミン及びポリエーテルアミンから選択され得るポリマー添加剤の使用を述べている（しかし証明していない）。実際には、これらの添加剤の多くは作用せず、膜の特性の仕立ては依然として困難な作業である。ラリアら（Lalia et al）, Desalination, 326 (2013) 77-95は、様々な方法を議論しているレビュー論文であり、「適切な製造方法を選択することによって、その表面特性及び断面形態を含む膜の細孔構造を“仕立てる”方法に関する広範な知識が存在するという事実にもかかわらず、耐汚染性、耐化学薬品性、高い透過流束及び選択性を伴う高い機械的強度を有する信頼性の高い膜を製造することが依然として難題である。」と結論付けている。

予め形成された膜の後処理においてポリエーテルアミンを使用することが知られており（例えば、ＷＯ２００７／０７８８８０及びＣＮ１０４５８７８４０参照）、そしてそのキャスティング法（casting process）において、ポリエーテルアミンを、キャスティング混合物中の成分と化学的に反応するか又はドープする条件下で、使用することが知られている。従って、例えば、ＵＳ４，７８７，９７６は、ポリエーテルアミンと反応するプレポリマーの使用を含む、膜の製造方法を開示している。この方法では、凝固液と接触して重合可能なプレポリマーと、そのプレポリマーと容易に反応せず、凝固液に実質的に不溶性であるポリマーとを含むキャスティング溶液が形成される。凝固液は、ポリアミンを含む水であってもよい。ポリアミンは、凝固液の添加時にプレポリマーと反応し、固体ポリマーはポリアミンの添加と同時に沈殿する。リムら（Lim et al）, J. Sol-Gel. Sci. Techn. (2007) 43,35-40は、３−イソシアナトプロピルトリエトキシシラン（ＩＰＴＳ）を、ポリエーテルセグメントを含むジアミンと反応させ、続いて複合膜を形成することを記載している。ジャラルら（Jalal et al）, Reactive ＆ Functional Polymers (2014), 85, 1-10は、添加されたジアミンと反応するエポキシ変性ポリシルセスキオキサンの添加によって変性されたポリ（エーテルイミドスルホン）膜を記載している。ガサラら（Gassara et al）, J. Mem. Sci., 2013, 436, 36-46は、アミノオリゴマーによる化学的後処理を用いてポリ（エーテルイミド）膜を処理することを記載している。フォムデュマら（Phomduma et al）, Ad. Mat. Res., 2014, 931-932, pp63-67には、ポリエーテルジアミン−ＰＥＯの水溶液によるポリ（エーテルイミド）膜の形成後処理が記載されている。シディークら（Siddique et al）, J. Mem. Sci. 465 (2014)は、ジェファーミン（Jeffamine）400であるポリエーテルアミンを用いたポリイミド膜の形成後架橋を記載している。また、非キャスティング法において、ポリエーテルアミンを使用することも知られている（例えば、ＷＯ２００２／０４６２９８、ＷＯ２００２／０４６２９９及びＪＰ２００４／２２４９８９参照）。

ＷＯ２０１１／０６９０５０ＷＯ２００７／０７８８８０ＣＮ１０４５８７８４０ＵＳ４，７８７，９７６ＷＯ２００２／０４６２９８ＷＯ２００２／０４６２９９ＪＰ２００４／２２４９８９

Lalia et al, Desalination, 326 (2013) 77-95 Lim et al, J. Sol-Gel. Sci. Techn. (2007) 43,35-40 Jalal et al, Reactive ＆ Functional Polymers (2014), 85, 1-10 Gassara et al, J. Mem. Sci., 2013, 436, 36-46 Phomduma et al, Ad. Mat. Res., 2014, 931-932, pp63-67 Siddique et al, J. Mem. Sci. 465 (2014)

我々は、ここに、ポリエーテルアミンと反応性である成分を含まないキャスティング混合物中に特定の種類のポリエーテルアミンを含めることによって、改良された膜が形成され得ることを見出した。得られた膜は、緻密で均一な表面層、均一で透過性の高い本体を有し、欠陥の発生率が低い。

第１の側面において、本発明は、下記各工程を含む膜(a membrane)の製造方法を提供する：
ａ）膜形成ポリマー、水溶性ポリエーテルアミン、及び溶媒を一緒に混合する工程、該混合物は該ポリエーテルアミンと化学的に反応する成分を含まない；及び
ｂ）該混合物をキャストして（casting）、該ポリマーを固体膜に形成する工程。

第２の側面において、本発明は、下記各工程を含む膜の製造方法を提供する：
ａ）膜形成ポリマー、２，５００までの分子量を有するポリエーテルアミン及び溶媒を一緒に混合する工程、該混合物は該ポリエーテルアミンと化学的に反応する成分を含まない；及び
ｂ）該混合物をキャストして、該ポリマーを固体膜に形成する工程。

本発明の方法により製造された膜は新規であると考えられ、従って本発明はこれらの膜それ自体をも提供する。

本発明は、キャスティング溶液（casting solution）がポリエーテルアミンと反応性の成分を含有しない場合であっても、膜をキャストする（casting a membrane）際に、キャスティング溶液中に特定のポリエーテルアミンを含むことにより、結果的に改良された特性を有する膜が得られるという驚くべき知見に基づいている。この効果は、代替ポリエーテルアミンを使用する場合には、観察されない。

ポリエーテルアミン
ポリエーテルアミンは、そのポリエーテル主鎖、一般にはそのポリマー鎖末端、に結合した少なくとも１つの第１級又は第２級アミン基を有するポリエーテルである。この文脈における「ポリマー」は、二量体、三量体及びオリゴマーを含むと理解されるべきである。ポリエーテルアミンには、モノ−、ジ−、トリ−又はマルチ−官能性の第１級及び第２級アミンが含まれる。そのポリエーテルは、典型的には、エチレンオキシド及び／又はプロピレンオキシドモノマー単位を含む。多くのものが市販されており、例えばハンツマン（Huntsman）社によってジェファーミン（JEFFAMINE、登録商標）の名称の下で製造されている製品、又はＢＡＳＦ社のＤ−Ｔ２００〜５０００（又はバクスドア（Baxxodur、登録商標））の製品である。

いくつかのポリエーテルアミンは水溶性であり、これらは本発明の第１の側面において、好ましくは本発明の第２の側面において、使用される。好ましくは、ポリエーテルアミンの溶解度は、２１℃で、少なくとも０．１％Ｗ／Ｖ、特に少なくとも０．２％Ｗ／Ｖである。最も好ましくは、ポリエーテルアミンは、２１℃で、水と混和性である。

水中でのポリエーテルアミンの溶解度は標準的な動的光散乱（Dynamic Light Scattering）法を用いて測定することができ、適切なプロトコルを以下に記載する。ＤＬＳは、ポリエーテルアミン及び水が混合された場合に存在するあらゆる粒子のサイズ及び数を検出し、監視する。ポリエーテルアミンは、水に溶解するのが遅くなることがあるが、その溶解した溶液は、一度溶液が形成された後に放置しても、時間の経過と共に相分離することはない。

本発明における使用に適したポリエーテルアミンとしては、２つ以上のエチレンオキシド及び／又はプロピレンオキシドモノマー単位及び少なくとも１つ、例えば１、２又は３つの第１級又は第２級アミン単位−ＮＨＸを有するものを包含する。ここで、Ｘは、水素原子又はＣ_１−４アルキル基、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル又はイソプロピル基である。ポリエーテルアミンの分子量は、勿論、存在するモノマー単位の数に依存して変化する。本発明の第２の側面において、好ましくは本発明の第１の側面において、その分子量は２，５００まで、例えば２，０００まで、又は１，５００まで、又は１，０００までである。それは、例えば１３０〜２，５００、例えば１３０〜２，０００、例えば１５０〜１，０００、例えば１５０〜６００の範囲内であり得る。一般に、ポリエーテルアミンの水溶性と分子量との間に相関性が存在する：分子量はポリエーテルアミンの親水性に影響を及ぼし、エチレンオキシドモノマー単位の含有量がより高い又はプロピレンオキシドモノマー単位の含有量がより低いポリエーテルアミンは、一般に、より親水性が高くなり、従って水溶性となるであろう。

ポリエーテルアミンは、例えば、下記略式（schematic formula）を有するモノアミン又はジアミンであってもよい：

又は下記略式を有するモノアミン、ジアミン又はトリアミンであってもよい：

各式中、Ｙ、Ｙ'及びＹ”は、それぞれ独立して、その少なくとも１つが、第１級又は第２級アミン基を含む末端基を表し、ＰＡＯは、少なくとも２つのエチレンオキシド及び／又はプロピレンオキシドモノマー単位からなるポリアルキレンオキシド鎖を表す。適切なアミン含有末端基としては、（i）−ＮＨＸ基（Ｘは、Ｃ_１−４アルキル基例えばメチル基、又は特に水素原子を表す）、及び（ii）Ｃ_１−４アルキル基（−ＮＨＸ基によって置換されていても又は−ＮＨ−基によって割り込まれていてもよい）が包含される。末端基がアミノ基を含まない場合、それは、例えば、水素原子、Ｃ_１−４アルキル基、−ＯＨ基、又は−ＯＣ_１−４アルキル基であり得る。ＰＡＯ鎖は、直鎖であってもよく、この場合、ポリエーテルアミンは、下記略式を有することができる：

式中、ａは存在するプロピレンオキシド（ＰＯ）モノマー単位の数を表し、ｂは存在するエチレンオキシド（ＥＯ）モノマー単位の数を表し、ａ又はｂのいずれかがゼロであってよいこと、及びＰＯモノマー単位及びＥＯモノマー単位の双方が存在する場合、これらは、ランダム、交互又はブロックの順序で配列していてよいことが、理解されるであろう。あるいは、ＰＡＯ鎖は分岐していてもよく、この場合、ポリエーテルアミンは、下記一般式を有することができる：

式中、Ｒは水素原子又はメチル基を表し、Ｒ'は水素原子、メチル基又はエチル基を表し、ｄは０又は１であり、ｃ、ｅ及びｆは存在するＰＯモノマー単位及び／又はＥＯモノマー単位の数である。

市販のポリエーテルアミンとしては、以下の各式の化合物を包含する：

式中、ＲはＨ又はＣＨ_３であり、ｘ及びｙはポリエーテル鎖中のＥＯ／ＰＯモノマー単位の数である。ハンツマン（Huntsman）社のジェファーミン（JEFFAMINE、登録商標）Ｍシリーズのポリエーテルアミンはこのタイプのものである。

式中、ｘはポリエーテル鎖中のＰＯモノマー単位の数である。ハンツマン社のジェファーミンＤシリーズのポリエーテルアミンはこのタイプのものである。

式中、ｘ及びｚはポリマー鎖中の２つのブロック中のＰＯモノマー単位の数であり、ｙはポリエーテル鎖中のＥＯモノマー単位の数である。ハンツマン社のジェファーミンＥＤシリーズのポリエーテルアミンはこのタイプのものである。

式中、ｘは２又は３である。ハンツマン社のジェファーミンＥＤＲシリーズのポリエーテルアミンはこのタイプのものである。

式中、ｘ、ｙ及びｚは、合わせて、分岐ポリマー鎖中に存在するＰＯモノマー単位の合計数を表し、ｎは０又は１であり、Ｒは水素、メチル又はエチルである。ハンツマン社のジェファーミンＴシリーズのポリエーテルアミンはこのタイプのものである。

上記各市販品において、１つ以上のＮＨ_２末端基は、例えば、下記のような第２級アミン基に変換され得る：

ハンツマン社のジェファーミンＳＤ及びＳＴシリーズのポリエーテルアミンはこのタイプのものである。

ジェファーミン（JEFFAMINE）の商標の下で、入手可能な上記の各タイプの特定の化合物は、以下のものを含む：
モノアミン：Ｍ−６００（ＸＴＪ−５０５）、Ｍ−１０００（ＸＴＪ−５０６）、Ｍ−２０７０。
ジアミン：Ｄ−２３０、ＨＫ−５１１、Ｄ−４００、ＸＴＪ−５８２、Ｄ−２０００、ＸＴＪ−５７８。
ジアミン（ＥＯベース）：ＥＤ−６００（ＸＴＪ−５００）、ＥＤ−９００（ＸＴＪ−５０１）、ＥＤ−２００３（ＸＴＪ−５０２）。
ジアミン（ＰＴＭＥＧベース）：ＸＴＪ−５４２、ＸＴＪ−５４８、ＸＴＪ−５５９。
ジアミン（高反応性）：ＥＤＲ−１４８（ＸＴＪ−５０４）、ＥＤＲ−１７６（ＸＴＪ−５９０）。
トリアミン：Ｔ−４０３。
第２級アミン：ＳＤ−２３１（ＸＴＪ−５８４）、ＳＤ−４０１（ＸＴＪ−５８５）、ＳＤ−２００１（ＸＴＪ−５７６）、ＳＴ−４０４（ＸＴＪ−５８６）。
実験用アミン：ＸＴＪ−４３５、ＸＴＪ−４３６、ＸＴＪ−５６６、ＸＴＪ−５６８。

１つの態様においては、上記式（ＩＸ）のポリエーテルアミンの使用が好ましい。このタイプの１つの好ましい化合物は、ＰＯのモル数が５〜６であって、およそ４４０の分子量を有する化合物である。この化合物は、ジェファーミン（JEFFAMINE、登録商標）Ｔ４０３として市販されている。別の態様においては、式（ＶＩ）のポリエーテルアミンの使用が好ましい。このタイプの１つの好ましい化合物は、式（ＶＩ）のｘが平均６〜７であって、およそ４３０の分子量を有する化合物である。この化合物はジェファーミンＤ４００として市販されている。本発明の方法において使用され得る他の特定のジェファーミンのポリエーテルアミンには、Ｍ６００、Ｍ１０００、ＥＤ６００及びＥＤ２００３が含まれる。

ポリマー
膜を製造するために典型的に使用される任意のポリマーが、本発明において使用され得るが、但し、ポリエーテルアミンと反応性ではない。膜を製造するために一般的に使用されるポリイミド（ＰＩ）及びポリエーテルイミド（ＰＥＩ）ポリマーは、ポリエーテルアミンと反応するので、本発明での使用には適していない。適切なポリマーとしては、例えば、以下のものが包含される：
・セルロースアセテート／トリアセテート
・ポリアミド（芳香族ポリアミドを含む）
・ポリピペラジン
・ポリベンズイミダゾリン
・ポリオール（ポリフェノールを含む）
・ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）
・ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）
・ポリスルホン（ＰＳ）
・ポリ（フタラジノンエーテルスルホンケトン）（ＰＰＥＳＫ）
・ポリ（ビニルブチラール）
・ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）
・ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）
・ポリプロピレン（ＰＰ）
・ポリエチレン（ＰＥ）
・ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）

特に好ましいポリマーはＰＳ、ＰＥＳ、ＰＶＤＦ、ＰＡＮ及びＰＥであり、ＰＳ、ＰＥＳ及びＰＶＤＦがとりわけ好ましい。

溶剤
使用される溶媒又は溶媒の混合物は、勿論、ポリマー及び存在する任意の添加剤の性質に依存する。一般に、溶媒は、ポリマー及び添加剤を溶解すべきであり、急冷浴（quench bath）中で使用される非溶媒（例えば、水又はアルコール）と混和性であるべきである。膜キャスティング法（membrane casting processes）で使用することが知られている溶媒のいずれも使用することができる。適切な溶媒としては、例えば、ＤＭＦ、ＮＭＰ、ジメチルアセトアミド、アセトン、ＤＭＳＯ及びＴＨＦが包含される。溶媒の混合物を使用してもよい。加えて、キャスティング混合物（casting mixture）は、水が最も一般的な例である非溶媒を含むことができるが、他の非溶媒、例えばアルコール、例えばＣ_１−４アルカノール、又はグリコールエーテル、例えばメトキシエタノール、エトキシエタノール又はプロポキシエタノール、特にメトキシエタノールを使用することができる。このような非溶媒は、粘度がキャスティング構成（casting configuration）において重要であり、沈殿速度に影響を及ぼす可能性があるので、一般に粘度調整剤として作用するように含まれる。

キャスティングの追加的添加物
ポリエーテルアミン添加剤と同様に、キャスティング混合物は、当該技術分野において公知の任意の追加の添加剤を含有してもよい。多孔性を高め、ある種の膜の形態を引き起こすために、いわゆる「細孔形成」添加剤が典型的には膜キャスティングドープ（membrane casting dope）に添加される。ＬiＣｌ等の無機添加剤を使用することができる。あるいは、疎水性ポリマー又はブロックコポリマー、例えばポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）及びポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を添加してもよい。一例として、膜形成ポリマーとしてＰＳ、ＰＥＳ又はＰＶＤＦを利用する調合物（formulations）に１０％までのＰＶＰを添加することにより、細孔径が増大し、より高い経膜的透過流束を達成できることが知られている。そのような添加剤を、ポリエーテルアミンに加えて、本発明において使用することができる。

キャスティング混合物は、ポリエーテルアミンと反応性である成分を含有すべきではない。具体的には、それは、ポリエーテルアミンと架橋するか、さもなければ反応する反応性モノマー又はプレポリマーを含むべきではない。

キャスティング工程
本発明方法の工程（ａ）は、ポリマー、ポリエーテルアミン、溶媒及び任意の追加的成分を一緒に混合して、キャスティング溶液又はドープを作製することを含む。ドープは、透明な溶液であってもよく、エマルション又は懸濁液であってもよい。ポリエーテルアミン対ポリマーの重量比は、完成膜の細孔構造を決定する重要なパラメータである。それは、例えば１：０．１〜１：２００Ｗ／Ｗの範囲内であり得るが、好ましくは、ポリマーが、少なくともポリエーテルアミンの重量に等しい重量で存在する。その重量比は、例えば１：１〜１：１００Ｗ／Ｗ、例えば１：２〜１：５０Ｗ／Ｗ、特に１：５〜１：４０Ｗ／Ｗであり得る。

溶媒中のポリマーの濃度は、適切には１〜８０％Ｗ／Ｗ、例えば４〜６０％Ｗ／Ｗ、例えば８〜３５％Ｗ／Ｗ、特に１２〜２１％Ｗ／Ｗの範囲内である。

溶媒中のポリエーテルアミンの濃度は、適切には１〜９０％Ｗ／Ｗ、例えば１〜５％Ｗ／Ｗ、特に０．０１〜３％Ｗ／Ｗの範囲内である。

工程（ａ）は、工程（ｂ）と同時に実施することができるが、１つの好ましい態様では、工程（ａ）を第１工程として実施し、これが完了した後、工程（ｂ）を次の工程として実施する。

工程（ｂ）は、工程（ａ）の混合物をキャストして（casting）膜を形成することを含み、任意の公知のキャスティング技術を含み得る。キャスティングは、溶媒中のポリマーと添加剤の混合物からの膜形成ポリマーの沈殿である。転相（Phase inversion）は、以下のことで引き起こされる：
・浸漬沈殿−ポリマーと添加剤が溶媒に溶解し、続いて非溶媒媒体中に浸漬されて、膜を形成する。使用される最も一般的な非溶媒媒体は水であるが、他の液体、例えばアルコールも使用することができる。
・熱析出−ポリマーが、所定の温度で溶媒に溶解し、キャストされ、冷却されて、沈殿した膜を形成する。
・蒸発誘起沈殿−ポリマーと添加剤が溶媒に溶解し、その溶液が支持体又はランニングベルト上にキャストされた後に、揮発性物質を蒸発させる。
・電気紡糸（Electrospinning）。
・延伸（Stretching）。
・トラックエッチング(Track etching)。
・界面重合。

好ましくは、工程（ｂ）は、工程（ａ）で生成した混合物を、ポリマーが不溶性の媒体、特に水性媒体である媒体中に浸漬することを含む。

膜は、基材（backing）又は支持体（support）、例えば布地（fabric）、典型的には不織布ポリエステル又はポリプロピレン、の上にキャストされ得るが、任意の形態の基材を使用することができる。キャスティングは、様々な構成の膜を形成するために達成されることができる。例えば、ドクターブレード又はダイコータを用いて、押出ナイフを通してポリマー溶液を押出すことを含んで作製されたフラットシート膜（flat-sheet membranes）；粘性ドープを、押出ノズルを通して、繊維の外側及び内側上の急冷溶液（quenching solution/solutions）中に押し込まれてなる中空糸膜（hollow fiber membranes）；管状膜（tubular membranes）；又はファイバープレート（Fibreplate、登録商標）タイプの膜。

溶媒は、一般に、キャスティングプロセスの一部として除去される。

膜が形成された後、任意の所望の形成後の工程が実行されてもよい。例えば、膜の表面は、任意の所望の方法で官能化されてもよく、所望であれば、様々なコーティングが適用されてもよい。膜は、例えば、飲料水（細菌及びウイルス除去）用の限外ろ過、逆浸透前処理、廃水、食品加工用途、及びタンパク質ろ過等の広範囲の適用における有用性を見出す。１つの好ましい態様において、本発明による膜は、ナノろ過膜又は逆浸透膜用の従来のコーティングを供給されるので、そのような膜のための支持体として作用する。ナノろ過膜及び逆浸透膜は、従来の膜を使用する場合には、著しい圧密化（compaction）をもたらし、従って流量を減少させる、高圧条件下で使用されている。

本発明の方法は、改良された除去能力（rejection capabilities）、所定の分画分子量（molecular cut off）での特に例外的に高い水透過性を有し、膜表面での汚染（fouling）が減少されている膜を、結果的にもたらす。本発明は、細孔のサイズ、数及び構造の正確な制御を可能にし、従って、特定の用途のための膜の設計を可能にする。かくして、本発明は、低エネルギー、小細孔、高多孔性、防汚性／容易洗浄性、及び高透過性の限外ろ過膜の調製における有用性を見出す。

本発明の第１の側面は、各請求項の主題である。本発明の第２の側面は、以下の各項により特徴付けられる。

１．下記各工程を含む膜(a membrane)の製造方法：
ａ）膜形成ポリマー、２，５００までの分子量を有するポリエーテルアミン及び溶媒を一緒に混合する工程、該混合物は該ポリエーテルアミンと化学的に反応する成分を含まない；及び
ｂ）該混合物をキャストして（casting）、該ポリマーを固体膜に形成する工程。

２．ポリエーテルアミンが、２，０００までの分子量を有する、前記項１に記載の方法。

３．ポリエーテルアミンが、１，０００までの分子量を有する、前記項２に記載の方法。

４．ポリエーテルアミンが、１５０〜１，０００の範囲内の分子量を有する、前記項３に記載の方法。

５．ポリエーテルアミンが、水溶性であり、特に水混和性である、前記項のいずれか一項に記載の方法。

６．ポリエーテルアミンが、２つ以上のエチレンオキシド及び／又はプロピレンオキシドモノマー単位及び少なくとも１つの第１級又は第２級アミン単位−ＮＨＸ（ここで、Ｘは、水素原子又はＣ_１−４アルキル基である）を含む、前記項のいずれか一項に記載の方法。

７．ポリエーテルアミンが、以下の略式を有するモノアミン又はジアミン：

又は以下の略式を有するモノアミン、ジアミン又はトリアミン：

（各式中、Ｙ、Ｙ'及びＹ”は、それぞれ独立して、その少なくとも１つが、第１級又は第２級アミン基を含む末端基を表し、ＰＡＯは、少なくとも２つのエチレンオキシド及び／又はプロピレンオキシドモノマー単位からなるポリアルキレンオキシド鎖を表す。）である、前記項のいずれか一項に記載の方法。

８．ポリエーテルアミンが、以下の略式を有する前記項７に記載の方法：

（式中、ａは存在するプロピレンオキシドモノマー単位の数を表し、ｂは存在するエチレンオキシドモノマー単位の数を表す。）；又は一般式：

（式中、Ｒは水素原子又はメチル基を表し、Ｒ'は水素原子、メチル基又はエチル基を表し、ｄは０又は１であり、ｃ、ｅ及びｆは存在するプロピレンオキシド及び／又はエチレンオキシドモノマー単位の数である。）。

９．ポリエーテルアミンが、以下の各式の１つを有する、前記項のいずれか一項に記載の方法。

（式中、ＲはＨ又はＣＨ_３であり、ｘ及びｙはポリエーテル鎖中のプロピレンオキシド及び／又はエチレンオキシドモノマー単位の数である。）；

（式中、ｘはポリエーテル鎖中のプロピレンオキシドモノマー単位の数である。）；

（式中、ｘ及びｚはポリマー鎖中の２つのブロック中のプロピレンオキシドモノマー単位の数であり、ｙはポリエーテル鎖中のエチレンオキシドモノマー単位の数である。）；

（式中、ｘは２又は３である）；

（式中、ｘ、ｙ及びｚは、合わせて、分岐ポリマー鎖中に存在するプロピレンオキシドモノマー単位の合計数を表し、ｎは０又は１であり、Ｒは水素、メチル又はエチルである。）；又は
上記式（Ｖ）〜（ＩＸ）の１つの化合物であって、１つ以上のＮＨ_２末端基が第２級アミン基に変換されている化合物。

１０．ポリエーテルアミンが式（ＩＸ）を有し、そのポリエチレンオキシドのモル数が５〜６の間である；又はポリエーテルアミンが式（ＶＩ）を有し、式（ＶＩ）中のｘが平均で６〜７である、前記項９に記載の方法。

１１．膜形成ポリマーが、セルロースアセテート／トリアセテート；ポリアミド；ポリピペラジン；ポリベンズイミダゾリン；ポリスルホン；ポリオール；ポリアクリロニトリル；ポリエーテルスルホン；ポリスルホン；ポリ（フタルアジノンエーテルスルホンケトン；ポリ（ビニルブチラール）；ポリフッ化ビニリデン；ポリ（テトラフルオロエチレン）；ポリプロピレン；ポリエチレン；及びポリエーテルエーテルケトンから選択される、前記項のいずれか一項に記載の方法。

１２．膜形成ポリマーが、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、又はポリエチレンから選択される、前記項のいずれか一項に記載の方法。

１３．工程（ａ）で使用される溶媒が、ＤＭＦ、ＮＭＰ、ジメチルアセトアミド、アセトン、ＤＭＳＯ、又はＴＨＦであるか、又はそれを含む、前記項のいずれか一項に記載の方法。

１４．工程（ａ）で調製された混合物が、非溶媒も含む、前記項のいずれか一項に記載の方法。

１５．非溶媒が、水又はアルコールである、前記項１４に記載の方法。

１６．工程（ａ）で調製された混合物が、１つ以上の公知の細孔形成添加剤をも含む、前記項のいずれか一項に記載の方法。

１７．工程（ｂ）が、工程（ａ）で生成した混合物を、ポリマーが不溶性である媒体中に浸漬することを含む、前記項のいずれか一項に記載の方法。

１８．工程（ｂ）で得られた膜に引き続いてコーティングを施す、前記項のいずれか一項に記載の方法。

１９．前記項のいずれか一項に記載の方法により製造可能な膜。

２０．ナノろ過膜又は逆浸透膜である前記項１９に記載の膜。

図１〜１６及び１８〜２６は、実施例に記載された試験の結果を示す。

実施例１〜５の膜と比較して、市販の膜の透過流束速度（flux rates）と分画分子量の比較を示す。実施例１及び比較用の実施例６及び７の膜の透過流束速度と分画分子量の比較を示す。実施例１、８及び９の膜に添加された異なる量のポリエーテルアミンの効果を示す。ＢＳＡ試験における比較用のGE Osmonice社のＵＦ膜の透過流束の低下を示す。ＢＳＡ試験における実施例１の膜の透過流束の低下を示す。実施例１の膜のＢＳＡ除去率を示す。実施例１の膜のＳＥＭ（走査電子顕微鏡）写真を示し、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例２の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例３の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例４の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例５の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。市販されている膜であるMillipore Biomax 30kDa（細孔径１０〜２０ｎｍ）のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。市販されている膜であるSterlitech PVDFのＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。 Sterlitech PES00325100（０．０３μｍ）膜の表面のＳＥＭを示す。実施例８の膜の表面のＳＥＭを示す。実施例９の膜の表面のＳＥＭを示す。各実施例に記載された膜を作製するために使用される特注のパイロットキャスティングラインの概略図を示す。実施例１５の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例１６の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例１７の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例１８の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例１９の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例２０の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。実施例２１の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。ＰＥＯを添加物として用いて作製した、実施例２２の比較用の膜のＳＥＭ顕微鏡写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。アクリルアミドを添加物として用いて作製した、実施例２２の比較用の膜のＳＥＭ写真を示しており、表面は左側に、断面は右側に示されている。

以下の実施例は、本発明を説明するものである。

実施例では、種々のポリエーテルアミンを使用した。それぞれの場合において、それらの水への溶解度を、ＤＬＳ及び以下のプロトコルを用いて測定した。マルバーン社のゼータサイザーナノ−Ｓ（Malvern ZetaSizer Nano-S）光散乱（ＤＬＳ）装置を使用して、水中のポリエーテルアミンの所定の濃度での粒子の形成を観察した。溶解度を測定するべくポリエーテルアミンの濃度を増加させたときの粒子数の増加を測定するために、計数率と減衰器のモニタリングの組み合わせを使用した。基準物質としてポリスチレンラテックス（ＲＩ：１．５９０；吸収：６３３ｎｍで０．０１０）を、及び分散剤として水（粘度：０．９７８１ｃＰ；ＲＩ：１．３３０）を、使用した。測定は、２１℃で、Science Brandの使い捨てマイクロキュベット（サンプル容量１００μＬ）で行った。各試料は５回測定され、各測定は１１回の平均とした。ポリエーテルアミン及び水が完全に混和しない場合、ＤＬＳ測定は、目に見える相分離が観察される時点まで続けた。

実施例１．ＰＳ
膜（細孔サイズ２０〜３０ｎｍ）
実施例１の膜を以下のように調製した：５６７ｇのポリスルホン（BASF社ULTRASON（登録商標）S6010）、２６５ｇの２−メトキシエタノール（Sigma-Aldrich社284467）及び６３ｇのポリエーテルアミン（Huntsman社JT403、分子量４４０、水に混和性）を、７０℃で、８時間の機械的撹拌下に、２４２２ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Sigma-Aldrich社D158550）中に溶解した。室温迄冷却したら、ドープを脱気し、ドクターブレード（ギャップ０．２５μｍ）を用いて、３０ｆｐｍ（フィート／分）で、不織ポリエステル裏地（Hirose社05TH100）上にキャストした。膜は、溶解したポリマードープが水（非溶媒）中に浸漬されている急冷タンク（quench tank）内で形成された。キャスティング工程は、Cut Membranes Canadaによって構築されたパイロットキャスティングラインを使用して実施した。その模式図を図１７に示す。図１７において、１は水を入れた急冷タンクであり；２は裏地３のロールであり、それはグラナイト石支持体４上を通過する。ドープは、ドクターブレード５を使用して、６で添加される。追加のローラー８は、ドープを、急冷タンクを通して布地上に運び、完成した膜は、電動モータによって駆動されるローラー７によって、取り込まれる。

実施例２．ＰＳ
膜（細孔径１２ｎｍ）
実施例２の膜を以下のように調製した：６９６．７８ｇのポリスルホン（BASF社ULTRASON（登録商標）S6010）、２６５ｇの２−メトキシエタノール（Sigma-Aldrich社284467）及び６３ｇのポリエーテルアミン（Huntsman社JT403）を、７０℃で、８時間の機械的撹拌下に、２２９２ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Sigma-Aldrich社D158550）中に溶解した。室温迄冷却したら、ドープを脱気し、ドクターブレード（ギャップ０．２５μｍ）を用いて、３０ｆｐｍで、不織ポリエステル裏地（Hirose社05TH100）上にキャストした。膜は、溶解したポリマードープが水中に浸漬されている急冷タンク内で形成された。キャスティング工程は、前述のパイロットキャスティングラインを使用して実施した。

実施例３．ＰＥＳ
膜（細孔径２０〜３０ｎｍ）
実施例３の膜を以下のように調製した：６３０ｇのポリエーテルスルホン（BASF社ULTRASON（登録商標）S6020p）、３３１ｇのイソプロパノール（Sigma-Aldrich社278475）及び３３．１８ｇのポリエーテルアミン（Huntsman社JD400、分子量４３０、水に混和性）を、７０℃で、８時間の機械的撹拌下に、２３２１ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Sigma-Aldrich社D158550）中に溶解した。室温迄冷却したら、ドープを脱気し、ドクターブレード（ギャップ０．２５μｍ）を用いて、３０ｆｐｍで、不織ポリエステル裏地（Hirose社05TH100）上にキャストした。膜は、溶解したポリマードープが水中に浸漬されている急冷タンク内で形成された。キャスティング工程は、前述のパイロットキャスティングラインを使用して実施した。

実施例４．ＰＶＤＦ
膜（細孔径５０〜１００ｎｍ）
実施例４の膜を以下のように調製した：４６４ｇのポリフッ化ビニリデン（Solvay社Solef（登録商標）1015/1001）、塩基性条件下でＰＶＤＦが架橋されないようにするために使用される１８．２ｇのギ酸（Sigma-Aldrich社F0507）及び５４ｇのポリエーテルアミン（Huntsman社JT403）を、７０℃で、８時間の機械的撹拌下に、２７７８ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Sigma-Aldrich社D158550）中に溶解した。室温迄冷却したら、ドープを脱気し、ドクターブレード（ギャップ０．２５μｍ）を用いて、３０ｆｐｍで、不織ポリエステル裏地（Hirose社05TH100）上にキャストした。膜は、溶解したポリマードープが水中に浸漬されている急冷タンク内で形成された。キャスティング工程は、前述のパイロットキャスティングラインを使用して実施した。

実施例５．ＰＳ
膜（細孔径２０〜４０ｎｍ）
実施例５の膜を以下のように調製した：５６７ｇのポリスルホン（BASF社ULTRASON（登録商標）S6010）、２６５ｇの２−メトキシエタノール（Sigma-Aldrich社284467）及び６３.０４ｇのポリエーテルアミン（Huntsman社JM600、分子量６００、水に混和性）を、７０℃で、８時間の機械的撹拌下に、２４２０ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Sigma-Aldrich社D158550）中に溶解した。室温迄冷却したら、ドープを脱気し、ドクターブレード（ギャップ０．２５μｍ）を用いて、３０ｆｐｍで、不織ポリエステル裏地（Hirose社05TH100）上にキャストした。膜は、溶解したポリマードープが水中に浸漬されている急冷タンク内で形成された。キャスティング工程は、前述のパイロットキャスティングラインを使用して実施した。

実施例６（比較用）．ＰＳポリエチレンイミン０．８ｋＤａ
膜（細孔径２０〜５０ｎｍ）
実施例６の膜を以下のように調製した：６３０ｇのポリスルホン（BASF社ULTRASON（登録商標）S6010）、２６５ｇの２−メトキシエタノール（Sigma-Aldrich社284467）及び８．２９ｇの０．８ｋＤａポリエチレンイミン（Sigma-Aldrich社408719）を、７０℃で、８時間の機械的撹拌下に、２４１２ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Sigma-Aldrich社D158550）中に溶解した。室温迄冷却したら、ドープを脱気し、ドクターブレード（ギャップ０．２５μｍ）を用いて、３０ｆｐｍで、不織ポリエステル裏地（Hirose社05TH100）上にキャストした。膜は、溶解したポリマードープが水中に浸漬されている急冷タンク内で形成された。キャスティング工程は、前述のパイロットキャスティングラインを使用して実施した。

実施例７（比較用）．ＰＳポリアリルアミン６５ｋＤａ
膜
実施例７の膜を以下のように調製した：６３０ｇのポリスルホン（BASF社ULTRASON（登録商標）S6010）、２６５ｇの２−メトキシエタノール（Sigma-Aldrich社284467）及び３３．１８ｇの６５ｋＤａポリアリルアミン（Sigma-Aldrich社479144）を、７０℃で、８時間の機械的撹拌下に、２３８７ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Sigma-Aldrich社D158550）中に溶解した。室温迄冷却したら、ドープを脱気し、ドクターブレード（ギャップ０．２５μｍ）を用いて、３０ｆｐｍで、不織ポリエステル裏地（Hirose社05TH100）上にキャストした。膜は、溶解したポリマードープが水中に浸漬されている急冷タンク内で形成された。キャスティング工程は、前述のパイロットキャスティングラインを使用して実施した。

実施例８（細孔径２０〜３０ｎｍ）
実施例８の膜を以下のように調製した：５６７ｇのポリスルホン（BASF社ULTRASON（登録商標）S6010）、２６５ｇの２−メトキシエタノール（Sigma-Aldrich社284467）及び３３．１５ｇのポリエーテルアミン（Huntsman社JT403）を、７０℃で、８時間の機械的撹拌下に、２４５０ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Sigma-Aldrich社D158550）中に溶解した。室温迄冷却したら、ドープを脱気し、ドクターブレード（ギャップ０．３０μｍ）を用いて、３０ｆｐｍで、不織ポリエステル裏地（Hirose社05TH100）上にキャストした。膜は、溶解したポリマードープが水中に浸漬されている急冷タンク内で形成された。キャスティング工程は、前述のパイロットキャスティングラインを使用して実施した。

実施例９（細孔径２０〜３０ｎｍ）
実施例９の膜を以下のように調製した：５６７ｇのポリスルホン（BASF社ULTRASON（登録商標）S6010）、２６５ｇの２−メトキシエタノール（Sigma-Aldrich社284467）及び１６．６ｇのポリエーテルアミン（Huntsman社JT403）を、７０℃で、８時間の機械的撹拌下に、２４６７ｇのＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Sigma-Aldrich社D158550）中に溶解した。室温迄冷却したら、ドープを脱気し、ドクターブレード（ギャップ０．２８μｍ）を用いて、３０ｆｐｍで、不織ポリエステル裏地（Hirose社05TH100）上にキャストした。膜は、溶解したポリマードープが水中に浸漬されている急冷タンク内で形成された。キャスティング工程は、前述のパイロットキャスティングラインを使用して実施した。

実施例１０（細孔径２０〜３０ｎｍ）
Hirose社から供給された裏地の代わりに、Awa社から供給された不織ポリエステル裏地（AWA＃2）を使用したことを除いて、実施例１の方法に正確に従った。

実施例１１〜１４：膜の特性評価及び試験

実施例１１：純水の透過流束及び分画分子量
Amicon撹拌式セル（EMD Millipore社5124、撹拌式セルModel 8400、４００ｍｌ）を用いて純水の透過流束試験を行った。膜をセルにはめ込み、そのセルを脱イオン水で満たし、０〜５バールの圧力の圧縮空気で加圧した。透過液を１２秒間収集し、既知の表面積及び圧力に基づいて、透過度ＧＦＤ／ＰＳＩを算出した。

膜の分画分子量及び除去特性を、デキストランを溶質として使用して、試験した。更に、牛血清アルブミン（ＢＳＡ）及びペプシンの除去を、除去率及び汚染性の試験に使用した。

分画分子量の試験は、ＰＢ緩衝液（ｐＨ７．５）中の様々な分子量（１ｋＤａ〜１００００ｋＤａ）のデキストラン（America Polymer Standards Corporation）の混合物を用いて、行った。試験膜を、Amicon撹拌式セル（EMD Millipore社5121、Model 8010、１０ｍｌ）中に据え付けた。０．５ｇ／リットルの濃度のデキストランの混合物を含むフィード溶液５ｍｌを、蠕動ポンプ（Cole-Palmer社Masterflex L/Sモデル番号4551-10）を用いて、０．０９４ｍｌ／minで、膜を貫流させ、最初の０．５ｍｌの透過液を捨て、続く０．５ｍｌの透過液をクロマトグラフィー及びフィードとの比較のために集めた。攪拌と組み合わせた低い流速は、濃度分極による影響を受けない測定を可能にする。透過液及びフィードを、３カラム設定（PL Aquagel-OH、それぞれ、１０００〜６０，０００；２０，０００〜２００，０００；及び２００，０００〜１０，０００，０００）のＲＩＤ検出器を用いたＨＰＬＣ（Agilent Technologies社、1260 Infinity）を使用して、分子量分布について評価した。フィードの分布を、所定の溶出体積での透過液の分布と比較して、下記式における除去率に帰着させた：
Ｒ＝ＲＩＤ（フィード）−ＲＩＤ（透過液）／ＲＩＤ（フィード）

特定の膜の分画分子量は、９０％の除去率が観察される溶質の分子量として定義される。

図１は、マーケットリーダーであるMillipore社BioMax 30kDのＰＥＳ膜を含む種々の市販の膜の膜性能データを、異なる膜形成ポリマーの調合物にポリエーテルアミンを添加した膜と比較して示すものである。分画分子量は、種々のポリエーテルアミンを用いて容易に操作することができること、及び得られた膜は、対応する分画分子量において、競合する膜よりも改良された透過性によって特徴付けられることが明らかである。商業的に入手可能な限外ろ過膜は、非常に高い圧力（３０ＰＳＩ＋）で作動されるように設計されているが、本発明による膜は、１〜１００＋ＰＳＩの範囲で首尾よく作動することができる。

図２は、実施例１に従って、ポリエーテルアミンをドープ添加剤として用いて調製した膜の膜性能データを、他のポリアミン含有添加剤を用いて調製した比較用の実施例６及び７の膜と比較して示すものである。ポリエーテルアミンがドープ添加剤として使用された膜は、ポリアミン含有添加剤を用いて調製された膜と比較して、改良された透過性によって特徴付けられることが明らかである。

図３は、実施例１、８及び９で調製した膜に添加した異なる量のポリエーテルアミンの効果を示す。

実施例１２：ＢＳＡ除去及び汚染性試験
ＢＳＡ（ウシ血清アルブミン）除去及び汚染性の検討を、GE Osmonics社のHigh Pressure ROセル（Sterlitech 1230060）を使用して、リサイクリングモードのタンジェンシャルフロー下で行った。合計４リットルの溶液を使用して０．１５ＧＰＭの定常値でクロスフローを維持するために、システムの圧力を膜の透過性に合わせた。

フィード：脱イオン水中、ＢＳＡ（Fitzgerald社30-AB70）１ｇ／リットル、５０ｍＭＮａＣｌ（Sigma-Aldrich社S9888）。

ＢＳＡを用いて除去及び汚染性について試験した膜を、特定の圧力下でタンジェンシャルフロー形態で試験した。透過液及びフィードのサンプリングを３０分間隔で同時に行い、除去率を、Quick Start（登録商標）Bradfordプロテインアッセイ（BIORAD社）を用いて測定した。

透過流束は、ＧＦＤ／ＰＳＩ値を計算するために、既知の表面積を用いて標準化された単位時間で、透過液を収集することによって測定した。実施例１の膜及びGE Osmonics社の３０ｋＤａポリスルホン膜（Sterlitech（登録商標））を用いて、準備した膜の比較透過流束低下試験（ＢＳＡによる汚染）を行った。透過流速の低下は、一定量の透過水（リットル／ｍ^２）にわたってモニターされた。

試験１：GE Osmonics社３０ｋＤａ膜
３２psiでの初期流量＝０．０６７ＧＦＤ
試験条件＝５０ｍＭＮａＣｌ＋１ｇ／ＬＢＳＡフィード溶液、操作圧力＝３２psi。全フィード量は４リットルであり、フィード汚染（feed fouling）のリサイクルモードをシステムに適用した。結果を、図４に示す。

試験２：実施例１のポリエーテルアミン膜、２５ｋＤａ
４．５psiでの初期流量＝８．４ＧＦＤ
試験条件：５０ｍＭＮａＣｌ＋１ｇ／ＬＢＳＡフィード溶液、操作圧力＝４．５psi。全フィード量は４リットルであり、フィード汚染のリサイクルモードをシステムに適用した。

示された結果から、両方の膜に対して必要な圧力は、GE Osmonics社３０ｋＤａのＰＳ膜を通す透過を駆動するのに必要な３２ＰＳＩと、実施例１の膜はこの膜の高い透過性による４ＰＳＩとで、異なっていることが明らかである。両方の膜は９０％以上のＢＳＡ除去率を特徴とするが、実施例１の膜は９８％以上のＢＳＡ除去率を示している。実施例１の膜の結果は図６に示されている。実施例１の膜の初期透過性はGE Osmonics社の膜よりも８９倍高く、両方の膜は１００リットル／ｍ^２以上の透過流束低下を示した。実施例１の膜は、GE Osmonics社の膜の３倍の定常状態透過流束値を示した。

実施例１３：ＳＥＭ
FEI XL30環境制御型走査型電子顕微鏡及びＳＥＭピンスタブ（Ted Pella、Inc. 16111）を使用して、走査電子顕微鏡法を実施した。膜サンプルを切断し、カーボンテープ（Ted Pella、Inc. 16085-1）を用いてスタブに取り付けた。ＳＥＭチャンバー内の帯電を避けるために、試料を金の薄層で被覆した。金を、VG/Polaron SC 7620上で、３０秒間スパッターした。各膜試料について、表面及び断面の画像を収集した。

検討された膜において、ポリエーテルアミンを使用する利点は、上記の実施例１０及び１１に示された性能数値によって説明され、膜表面の多孔性及び膜断面を示す顕微鏡写真で視覚化される。実施例１〜５に従って調製した膜を、市販の競合製品とさらに比較した。実施例１〜５に従って調製した膜のＳＥＭ画像をそれぞれ図７〜１１に示す。これらの図のそれぞれは、左側にその表面を、右側にその断面を示している。図７〜１１に示す画像は、図１２に示すMillipore社Biomax 30kDa（細孔径１０〜２０ｎｍ）及び図１３に示すSterlitech社のＰＶＤＦ膜である、各市販品の膜と比較して、細孔径及び細孔径分布が改良され又は競合できることを示す。実施例１〜５に従って調製された限外ろ過膜のさらなる有益な特性、即ちミクロボイド及びマクロボイドの欠如は、図７〜１１の断面画像で観察することができる。これは、圧密化が通常観察される、より高い圧力での膜安定性にとって重要である。これは、ＮＦ膜及びＲＯ膜のコーティングのための支持材料として膜を使用する場合に特に重要であり、より高い圧力が著しい圧密化及び流量の減少をもたらす。

膜の構造に対するポリエーテルアミンの有益な影響は、図１０に示すポリエーテルアミンで調製した実施例４のＰＶＤＦベースの膜の断面画像を、図１３に示すSterlitech社から購入したＰＶＤＦ膜の断面顕微鏡写真と比較するときに、際立って見える。

図１４は、Sterlitech（PES00325100）の市販のＰＥＳベースの膜（０．０３μｍ）を示す。この膜は、３０ｎｍの細孔径によって特徴付けられると言われているが、これは図１４において示される表面の多孔性によって支持されていない。図９、１５及び１６は、それぞれ実施例３、８及び９の膜を示し、比較において、優れた表面特性を明らかに示している。

実施例１４：細菌除去試験：E.coli BL21（DE3）を除去するための実施例１及び１０の膜の使用
大腸菌（E. Coli）懸濁液を以下のように調製した。５００ｍｌのＬＢブロス（ナノ純水５００ｍｌ中にトリプトン５ｇ、ＮａＣｌ２．５ｇ及び酵母２．５ｇ）を調製した。試料を２つの１Ｌ培養フラスコに分注し（各フラスコ中２５０ｍｌ）、オートクレーブした。培養フラスコを、一晩培養を開始するまで冷却した。一晩培養物は、無菌技術を用いて、２５０μｌの滅菌カナマイシン及び１０μｌのカナダ培養種（Canadian culture seed）を各フラスコに添加することによって調製した。培養物を、３７℃、２２５ｒｐｍで１６時間培養した。ＯＤ_６００は２．１４として測定された。その一晩培養物を滅菌遠心分離瓶に分配し、５０００ｒｐｍで１０分間遠心分離した。上清を注ぎ出した。残った細胞ペレットを、元の培養液の容量で用いた滅菌ＰＢＳ中に分配し、５０００ｒｐｍでさらに１０分間遠心分離した。上清を廃棄した後、細胞ペレットをＰＢＳ中に分配した。細胞を振盪して細胞の均一な分布を得、ＰＢＳを用いて体積を５００ｍｌにした。この時点でのＯＤ_６００は２．２５７と測定された。ＰＢＳ緩衝液中のこの懸濁液をフィードとして使用し、ＯＤ_６００＝２．１４、推定細胞数は約１０^９ＣＦＵ／ｍｌである。

膜の試験手順：
１．実施例１の７６ｍｍの膜をスタンプし、Amiconセル（モデル8400）に組み込んだ；実施例１の膜の純水透過流束を５psiで試験した。
２．５０ｍｌのＰＢＳ緩衝液を実施例１の膜に５psi未満で通してすすぎ、流量データ（flow data）を３０秒間測定した。ＰＢＳを、光学濃度（ＯＤ）測定のため及び細胞計数ネガティブコントロールとして、収集した。
３．２００ｍｌの大腸菌をフィードとして使用した。試験は、３００ｒｐｍで撹拌しながら、５psiで実施し、開始点で流量データを記録し、次いで、細菌除去パーセンテージを決定するために、プレーティング用の１〜２ｍｌの透過液を回収した。寒天プレートは、製造者の指示に従って調製した。異なる時間に、ＯＤ測定用のサンプルを収集した。
４．大腸菌フィードがなくなるまで試験を行い、膜を脱イオン水で完全に洗浄した後、５psiで純水透過流束を再試験し、それを試験前の透過流束と比較した。

以下の結果が得られた：
フィード：ＣＦＵ／ｍｌ＝２１×１０^７／０．２ｍｌ＝１．０５×１０^９
透過液：ＣＦＵ／ｍｌ＝２０．５／０．２ｍｌ＝１．０２５×１０^２
これは、１−１．０２５×１０^２／１．０５×１０^９、又は０．９９９９９９９の細菌除去率％に相当する。

実施例１０の膜を用いて同じ手順を実施した。この場合、絶対細菌除去が得られた。

実施例１５〜２１：異なるポリエーテルアミンの比較
Huntsman社によって製造された以下のポリエーテルアミンのそれぞれを用いて実施例１の手順を繰り返した。各実験について、得られた膜の走査電子顕微鏡法を実施例１３に記載されたように行い、得られた顕微鏡写真（膜の表面は左側及び断面は右側）を図１８〜２２に示す。

実施例１５：ジェファーミン（JEFFAMINE、登録商標）Ｍ１０００、分子量１，０００、水に混和性（図１８）
実施例１６：ジェファーミンＤ４００、分子量４３０、水に混和性（図１９）
実施例１７：ジェファーミンＥＤ６００、分子量６００、水に混和性（図２０）
実施例１８：ジェファーミンＥＤ２００３、分子量２，０００、水に混和性（図２１）
実施例１９（比較用）：ジェファーミンＴ３０００、分子量３，０００、水への溶解度０．０５０％Ｗ／Ｖ（図２２）
実施例２０（比較用）：ジェファーミンＤ４０００、分子量４，０００、水への溶解度０．００２５％Ｗ／Ｖ（図２３）
実施例２１（比較用）：ジェファーミンＴＭ５０００、分子量５，０００、水への溶解度０．０４０％Ｗ／Ｖ（図２４）

この結果は、本発明に従って特定のポリエーテルアミンをキャスティングプロセス中の添加剤として使用する場合には、ミクロボイド及びマクロボイドの欠如とともに、均一な細孔径及び細孔径分布を有する高品質の表面が得られることを明らかに示している。対照的に、本発明によらない代替的なポリエーテルアミンの使用は、目に見えて劣った膜をもたらす。

実施例２２（比較用）
ポリエーテルアミン添加剤を同じ量の異なる添加剤で置き換えた以外は、実施例１の手順を繰り返した。使用した添加剤は、ＷＯ２０１１／０６９０５０に記載されているタイプのもの（ポリアルキレンオキシド、アクリルアミド及びカテコールアミン）であった。すべての場合において、ドープ溶液は相分離又はミクロ相分離し、不安定なドープ溶液をもたらし、結果的に、膜が形成されないか又は欠陥で特徴付けられる膜が形成されることが判明した。ポリアルキレンオキシド（ＰＥＯ１００，０００、Sigma-Aldrich社181986）の場合、ドープ溶液は非常に濁っており、ミクロ相分離しており、得られた膜は図２５に示されるように一様でなく欠陥があった。透過流束試験では、その膜は、（実験計画の範囲内で）測定できない分画分子量及び低い純水流量特性によって、特徴付けられた。添加剤としてアクリルアミド（Sigma-Aldrich社A3553）を使用した膜の場合、形成された膜は、実施例１の膜と比較して、細孔径が増加しており、従ってより高い分画分子量、及びより低い純水の透過流束特性によって、特徴付けられた。図２６は、その膜の表面及び断面のＳＥＭを示す。添加物がカテコールアミン（ドーパミン塩酸塩、Sigma-Aldrich社H8502）の場合、脱気段階の間にドープが相分離して、有用な膜をキャストすることが不可能であることが判った。

Claims

下記各工程を含む膜の製造方法：
ａ）膜形成ポリマー、そのポリエーテル主鎖に結合した少なくとも１つの第１級又は第２級アミン基を有するポリエーテルであって、水に対する溶解度が、２１℃で、少なくとも０．１％Ｗ／Ｖである水溶性ポリエーテルアミン及び溶媒を一緒に混合する工程、該混合物は該ポリエーテルアミンと化学的に反応する成分を含まない；及び
ｂ）該混合物をキャストして、該ポリマーを固体膜に形成する工程。
ポリエーテルアミンの水に対する溶解度が、２１℃で、少なくとも０．２％Ｗ／Ｖである、請求項１に記載の方法。
ポリエーテルアミンが、２１℃で水と混和性である、請求項２に記載の方法。
ポリエーテルアミンが、２，５００までの分子量を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
ポリエーテルアミンが、１，０００までの分子量を有する、請求項４に記載の方法。
ポリエーテルアミンが、１５０〜１，０００の範囲内の分子量を有する、請求項５に記載の方法。
ポリエーテルアミンが、２つ以上のエチレンオキシド及び／又はプロピレンオキシドモノマー単位及び少なくとも１つの第１級又は第２級アミン単位−ＮＨＸ（ここで、Ｘは、水素原子又はＣ_１−４アルキル基である）を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
ポリエーテルアミンが、下記式を有するモノアミン又はジアミン：

又は下記式を有するモノアミン、ジアミン又はトリアミン：

（各式中、Ｙ、Ｙ'及びＹ”は、それぞれ独立して、その少なくとも１つが、第１級又は第２級アミン基を含む末端基を表し、ＰＡＯは、少なくとも２つのエチレンオキシド及び／又はプロピレンオキシドモノマー単位からなるポリアルキレンオキシド鎖を表す。）である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
ポリエーテルアミンが、下記式を有する請求項８に記載の方法：

（式中、ａは存在するプロピレンオキシドモノマー単位の数を表し、ｂは存在するエチレンオキシドモノマー単位の数を表す。）；又は一般式：

（式中、Ｒは水素原子又はメチル基を表し、Ｒ'は水素原子、メチル基又はエチル基を表し、ｄは０又は１であり、ｃ、ｅ及びｆは存在するプロピレンオキシド及び／又はエチレンオキシドモノマー単位の数である。）。
ポリエーテルアミンが、以下の各式の１つを有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法：

（式中、ＲはＨ又はＣＨ_３であり、ｘ及びｙはポリエーテル鎖中のプロピレンオキシド及び／又はエチレンオキシドモノマー単位の数である。）；

（式中、ｘはポリエーテル鎖中のプロピレンオキシドモノマー単位の数である。）；

（式中、ｘ及びｚはポリマー鎖中の２つのブロック中のプロピレンオキシドモノマー単位の数であり、ｙはポリエーテル鎖中のエチレンオキシドモノマー単位の数である。）；

（式中、ｘは２又は３である）；

（式中、ｘ、ｙ及びｚは、合わせて、分岐ポリマー鎖中に存在するプロピレンオキシドモノマー単位の合計数を表し、ｎは０又は１であり、Ｒは水素、メチル又はエチルである。）；又は
上記式（Ｖ）〜（ＩＸ）の１つの化合物であって、１つ以上のＮＨ_２末端基が第２級アミン基に変換されている化合物。
ポリエーテルアミンが式（ＩＸ）を有し、そのポリエチレンオキシドのモル数が５〜６の間である；又はポリエーテルアミンが式（ＶＩ）を有し、式（ＶＩ）中のｘが平均で６〜７である、請求項１０に記載の方法。
膜形成ポリマーが、セルロースアセテート／トリアセテート；ポリアミド；ポリピペラジン；ポリベンズイミダゾリン；ポリスルホン；ポリオール；ポリアクリロニトリル；ポリエーテルスルホン；ポリスルホン；ポリ（フタラジノンエーテルスルホンケトン；ポリ（ビニルブチラール）；ポリフッ化ビニリデン；ポリ（テトラフルオロエチレン）；ポリプロピレン；ポリエチレン；及びポリエーテルエーテルケトンから選択される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
膜形成ポリマーが、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、又はポリエチレンから選択される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
工程（ａ）で使用される溶媒が、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルアセトアミド、アセトン、ＤＭＳＯ、又はＴＨＦであるか、又はそれを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
工程（ｂ）が、工程（ａ）で生成した混合物を、そのポリマーが不溶性である媒体中に浸漬することを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
媒体が、水性媒体である、請求項１５に記載の方法。
工程（ｂ）で得られた膜に、続いてコーティングが施される、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法によって製造可能な膜。
ナノろ過膜又は逆浸透膜である、請求項１８に記載の膜。