JP7104040B2 - 高分子量の親水性添加剤を含有するイソポーラス自己集合ブロックコポリマーフィルム及びその製造方法 - Google Patents

高分子量の親水性添加剤を含有するイソポーラス自己集合ブロックコポリマーフィルム及びその製造方法 Download PDF

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Description

発明の分野
本発明は、イソポーラス(isoporous)ブロックコポリマー（「ＢＣＰ」）フィルム及びその製造方法に関する。
発明の背景
膜ファウリング及び膜圧縮は、膜濾過プロセスにおけるフラックス劣化の２つの主な原因である。膜ファウリングは、膜性能に対する一般的に知られている障害である。使用中に溶液又は粒子状物質が膜上に堆積すると、それは発生する。膜ファウリングは、膜性能の低下を招く。膜ファウリングメカニズムはよく理解されており、ファウリングによるフラックス劣化は、汚損防止膜の設計、プロセスの改善、及び現場洗浄技術によって、多くのろ過用途で完全に回復することができる。
多くの用途において可逆的である膜ファウリングとは異なり、膜圧縮は、不可逆的なフラックス劣化及び膜の多孔性下部構造における不可逆的な変化をもたらす。従って、膜圧縮は濾過選択性に影響を与える。膜圧縮は、使用中に膜を横切る圧力差によって引き起こされる膜の変形である。膜が高い圧力差にさらされると、水及び溶解成分のフラックスは経時的に膜を通って減少する。フラックスを維持するために、より大きい圧力差を適用しなければならず、その結果、多孔質領域においてさらに高い応力が生じ、その結果、材料の密度を増加させるポリマーの再編成がもたらされ得る。加えて、物理的圧縮は膜の全体的な多孔度を減少させ、それ故に膜のファウリングを悪化させる可能性がある。同じ処理量を維持するためには、適用される供給圧力を経時的に増加させる必要があるため、膜圧縮は克服するのが難しい問題である。より高いエネルギー需要及び膜の耐用年数の短縮に起因して、これらすべてが、事業の資本支出対営業費用（「ＣＡＰＥＸ／ＯＰＥＸ」）、利益が減少する。
既存の膜技術は、そのようなトリブロックポリマー、例えばポリ（イソプレン－ｂ－スチレン－ｂ－４－ビニル－ピリジン）（「ＩＳＶ」）、に基づくブロックコポリマー（ＢＣＰ）膜を利用する。そのようなＢＣＰ膜は、ＷＯ２０１２／１５１４８２Ａ３に開示されており、これは、制御された溶媒蒸発と確立された浸漬沈殿プロセスとの組み合わせによるそのような膜の製造を記載している。しかしながら、従来のポリマーから製造された膜と同様に、ニート(neat)ＩＳＶポリマーから製造されたＢＣＰ膜もまた物理的圧縮の影響を受けやすい。
米国特許出願第２０１０／０２２４５５５Ａ１号（「Ｈｏｅｋら」）は、圧縮に抵抗するように設計された他の膜を開示している。この出願は、ポリマーマトリックス中にナノ粒子を組み込むことによって膜圧縮が改善され得ることを教示している。この参考文献は、これらのナノ粒子を含めることにより、膜材料の剛性及び靭性、及びしたがってその多孔質構造を保存し、且つ、物理的圧縮に抵抗するその能力を改善することを開示している。しかしながら、ナノ粒子を膜のブロックコポリマーマトリックスに組み込むことは、ミクロ相分離ドメインの規則正しい自己集合を乱す傾向がある。さらに、ＢＣＰ膜を製造するためのキャスティングドープ配合物への任意の外来添加剤（例えば、ナノ粒子、孔形成剤）の添加は複雑であり、且つ、従来のポリマーから製造される膜の場合ほど単純ではない。ＩＳＶポリマーのユニークな利点の１つは、キャスティング溶液中で自己組織化しそして均一サイズのミセルを形成するそれらの能力であり、それは今度は膜の表面上に高度に規則正しいアイソポーラス構造を提供する。高度に規則正しい均一サイズの細孔は非常にシャープな分子量カットオフを与え、そして異なるサイズの分子を分離するための優れた選択性を提供する。この観点から、膜の自己組織化構造を維持することが最も重要である。それ故、Ｈｏｅｋ等の開示は、当該技術分野に存在する膜圧縮問題を解決しない。
当技術分野におけるこれら及び他の欠点を解決するために、本発明は、分子の分離において高レベルの選択性を維持しながら圧縮に耐性のあるＢＣＰ膜に関する。そのような膜の製造方法も開示されている。
図面の簡単な説明
本発明及びその付随する利点の多くをより完全に理解することは、添付の図面と関連して考慮したときに以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるにつれて、容易に得られるであろう。
図１は、ＩＳＶ２９のみを用いて形成されたＢＣＰフィルムと、１ＳＶ２９及び５％ＰＶＰ－Ｋ９０を用いて形成されたＢＣＰフィルムとの粘度の比較を示す。 図２Ａ及び図２Ｂは、高分子量添加剤、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ－１５０Ｋ）を組み込んだ、及び組み入れていない、ＢＣＰ膜の顕微鏡スキャンを示す。 図３は、異なる溶媒系中の高分子量添加剤を含む及び含まないＩＳＶ ＢＣＰフィルムの上面を示す。 図４は、ニート(neat)ＩＳＶポリマーフィルムと比較した、本発明によって開示されたＩＳＶフィルムのフラックス低下(flux decline)を示す。 図５は、本発明を具体化するＢＣＰフィルムについてのフラックス低下（ｆｌｕｘ ｄｅｃｌｉｎｅ）の表を示す。 図６は、ポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ－Ｋ９０）又は低分子量ポリエチレングリコール（ＰＥＧ４００）のいずれかを組み込んだ４つのＩＳＶ２２ ＢＣＰフィルムについての７０分の時間間隔にわたるフラックスのチャートを示す。 図７Ａは、ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだＩＳＶ２９ ＢＣＰフィルムの吸着と比較した、ニートポリマーフィルムのタンパク質吸着を示す。 図７Ｂは、７ｎｍ～２０ｎｍの間のＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだＢＣＰフィルムのフィルム選択性のグラフを示す。矢印は、データポイントがどの軸に対応するかを示す。 図７Ｃは、本発明のＢＣＰフィルムにおけるフラックス性能の再現性を示すチャートである。 図７Ｄは、ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだＢＣＰフィルムにおける透過性に対する溶媒系の影響を示す。 図８は、ＰＶＰ－Ｋ９０高分子量添加剤を含むか（白丸）又は含まないか（＋記号）のいずれかである、２つのＩＳＶ４３ ＢＣＰフィルムについて２７０分（４．５時間）の時間間隔にわたって保持されたフラックス（Ｊ／Ｊ０）のチャートである。 図９は、６枚のフィルムの平均純水透過度（ＰＷＰ）を示すチャートである。各キャストは、ＰＶＰ－Ｋ９０を含まないか（左）又はＰＶＰ－Ｋ９０高分子量添加剤を含むか(右)のいずれかである、ＢＣＰ ＩＳＶ４３からのものである。
好ましい実施形態の詳細な説明
図面に示された本発明の好ましい実施形態を説明する際に、明確にするために特定の用語を使用する。しかしながら、本発明は、そのように選択された特定の用語に限定されることを意図するものではなく、各特定の用語は、同様の目的を達成するために同様に動作するすべての技術的均等物を包含することを理解されたい。本発明のいくつかの好ましい実施形態は例示目的で記載されており、本発明は図面に具体的に示されていない他の形態で具体化され得ることが理解される。いくつかの実施形態では、フィルムは膜であり、これ膜はフィルムのサブセットである。本発明の文脈において、「高分子量」は、本発明の材料を含むマジョリティブロックコポリマーの分子量の５０％以上であると定義される。フィルムは、約１ｎｍから２００ｎｍの間と定義されるメソポーラスを有する。本発明の文脈において、イソポーラス(isoporous)とは、実質的に狭い孔径分布を有することを意味する。フィルムは対称又は非対称のどちらかである。
従来のポリマーから製造されたフィルムでは、水分流動、親水性を改善するため、孔径を調整するため、流延溶液の粘度を調整するために、異なる分子量のポリ（ビニルピロリドン）（ＰＶＰ）がフィルムキャスティング溶液に添加される。本明細書に開示されるように、本発明者らは、フィルムの配合物への高分子量ＰＶＰの添加がその圧縮抵抗性（compaction resistance）を改善することを発見した。キャスティング溶液への高分子量（３６０，０００Ｄａ）のポリビニルピロリドン）（ＰＶＰ－Ｋ９０）の少量（０．１～１５重量％）の添加は（ＢＣＰと比較して）、ニートＩＳＶポリマーから製造されたフィルムと比較して、ＢＣＰフィルムの圧縮抵抗を著しく改善する。本発明者らは、これらの有益な効果がPVPに起因し得ると仮定している。ＰＶＰは、分離層内の表面上に留まるだけでなく、下部構造(substructure)内にも留まり、フィルムの剛性、及びしたがってその耐圧縮性を改善する強化剤として作用する。他の可能性は、ＰＶＰの存在が浸漬沈殿プロセスの間の遅延した混合をもたらし、それによりマクロボイドの形成を抑制しそして緻密な分離層を有する海綿状下部構造(substructure)を形成することである。より注目すべきことに、ＰＶＰの添加は、織布／不織布上に支持された下に開放マクロ空隙構造を有するフィルムの高度に規則正しい自己組織化選択的分離層を維持する。添加剤の分子量が前駆体ポリマーの分子量より実質的に高い場合、理論上、自己集合が破壊される可能性が高いため、この結果は当技術分野における従来の知識に反し、及びしたがって驚くべき結果である。他の驚くべき結果は、文献に記載されていることとは対照的に、高分子量ＰＶＰの添加がキャスティング溶液の粘度を有利に低下させる傾向があることである。図１に示されるように、ＩＳＶポリマーの同じ重量％での溶液の粘度は、５％のＰＶＰ－Ｋ９０の添加により粘度がほぼ２０％減少することを示す。具体的には、室温でそして同様の剪断条件として測定したところ、添加剤を含まないＩＳＶ溶液は１４７３ｃＰで測定されたが、５％ＰＶＰ－Ｋ９０を溶液に添加すると粘度は１１８０ｃＰに減少した。本明細書に開示されているように、ニートＩＳＶポリマー（すなわちＰＶＰを含まないＩＳＶポリマー）からキャストしたフィルムのフラックス低下（時間の関数としての％損失）は６０～７０％の範囲である一方、高分子量添加剤を含有するキャスティング溶液から製造されたフィルムのそれは、溶媒系の種類に応じて５～３０％である。ＰＶＰを有するフィルムのタンパク質吸着は、ニートＩＳＶポリマーからのフィルムと比較して約３５％少ない。これは、高分子量の添加剤がポリマーマトリックス中に閉じ込められてフィルムに親水性を付与することが原因と考えられる。これらのフィルムは、タンパク質に対して優れた選択性を示し、大きさは約３倍異なる。例えば、サイログロブリン(thyroglobulin)についての９６％（２０ｎｍ）と比較して、開示された新規のフィルムによってウシ血清アルブミンの５６％（７ｎｍ）しか拒絶されなかった。さらに、ＢＣＰフィルムの孔径は、溶媒系を変えることによって調整することができる。例えば、ジオキサン／テトラヒドロフラン溶媒系中に５％ ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだＩＳＶポリマーフィルムは、透過性の４７％の増加を示した一方で、同じフィルムは、ジオキサン／アセトン溶媒系における同様のキャスティング条件下で透過性の６０％の減少を示した。以下でさらに詳細に論じる図７Ｄを参照のこと。イソポーラスブロックコポリマー（ＢＣＰ）フィルムを形成する方法は、以下のステップ：
少なくとも１つのブロックコポリマーを少なくとも１つの溶媒及び少なくとも１つの高分子量親水性ポリマーと混合することによってポリマー溶液を配合するステップと；
前記ポリマー溶液をフィルムに成形するステップと；
前記溶媒（複数可）の一部を蒸発させるステップと；
前記フィルムを凝固浴に浸漬するステップと；
場合により、前記ＢＣＰフィルムを水ですすぐステップと；
を含む。ポリマー溶液ＢＣＰフィルムキャスティング溶液溶媒のための溶媒は、アセトアルデヒド、酢酸、アセトン、アセトニトリル、ベンゼン、クロロホルム、シクロヘキサン、ジクロロメタン、ジメトキシエタン、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、１，４－ジオキサン、エタノール、酢酸エチル、ギ酸ヘキサン、メタノール、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、プロパノールピリジン、スルホラン、テトラヒドロフラン、又はトルエン、のうちの少なくとも１つを含む。
前述の方法の一実施形態は、以下のように実行することができる。プロセスの第１のステップは、複合構造の作成である。このプロセスは、（１）及び（２）を含むポリマー溶液をポリエステルのような織／不織微孔質基材上に配合し、それによって非常に多孔質の布地を溶液中に埋め込むことを含む。：
（１）ポリ（イソプレン－ｂ－スチレン－ｂ－４－ビニル－ピリジン）（ＩＳＶ）（モル質量５０～５００ｋｇ／ｍｏｌ）のようなブロックコポリマー；
（２）１，４－ジオキサン、及び場合によりテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）又はアセトンなどの溶媒。
他の公知のブロックコポリマーが本明細書に開示された１ＳＶポリマーの代わりになり得ることは当業者には容易に明らかであろう。本明細書に記載のＩＳＶは、以下のような分子量を有する。：
ＩＳＶ２２： ９４，０００Ｄａ；
ＩＳＶ２８： １２４，０００Ｄａ；
ＩＳＶ２９： ９１，０００Ｄａ；
ＩＳＶ４３： ５３，０００Ｄａ。
このステップの後に、押し出されたＢＣＰフィルム中の溶媒を蒸発させること（６０～１６０秒間）が続く。次いで、ＢＣＰフィルムを凝固水浴中に、好ましくは５℃～４５℃の間の温度で浸漬する。この溶液は、よく知られている浸漬沈殿法によって凝固して固体分離層を形成する。結果として得られる多孔質複合体は、多孔質下部構造の上に存在する約５～５０ｎｍの範囲の孔径を有する薄い自己組織化イソポーラス最上層を示す。形成された多孔質複合体は、限外濾過サイズ（約５～２５ｎｍ）の孔をもたらす。
図１は、ＩＳＶ２９のみを用いて形成されたＢＣＰフィルムと、１ＳＶ２９及び５％ＰＶＰ－Ｋ９０を用いて形成されたＢＣＰフィルムとの粘度の比較を示す。粘度はセンチポアズ（ｃＰ）で計算し、測定は室温で同様の剪断条件下で行った。図１に示すように、一般的な(generic)ＩＳＶ２９フィルムは１４７３ｃＰの粘度を示したが、５％のＰＶＰ－Ｋ９０を有するＩＳＶ２９フィルムは１１８０ｃＰの粘度を示し、約２０％低かった。ＰＶＰ－Ｋ９０を添加した際の粘度のこの減少は、本発明のフィルムの改良された圧縮抵抗性に影響を与える驚くべき、好ましい結果である。
図２Ａ及び２Ｂは、ＢＣＰフィルムのキャスティングにおける高分子量添加剤の使用に関する予備研究を示す。後に続く図及び関連する開示に開示されているように、ＰＥＧ－１５０Ｋの使用は、おそらく溶解性の問題のためにフィルムに欠陥を導入しながら、フィルムの自己組織化が添加剤の導入によって影響されないことを実証するのに成功した。より詳細には、図２Ｂに示すように、３０％ＰＥＧ－１５０Ｋ ＩＳＶ２９ ＢＣＰフィルムの顕微鏡分析は、形成されたフィルムの下部構造中にマクロボイドの存在を示した。添加剤なしではＩＳＶ２９ ＢＣＰフィルムには存在しない好ましい特性である。
図３は、異なる溶媒系における高分子量添加剤を含む及び含まないＩＳＶ ＢＣＰフィルムの最上面の顕微鏡スキャンを示す。画像は、ＤＯＸ／ＴＨＦ及びＤＯＸ／Ａｃｅ溶媒溶液の両方において、５％ＰＶＰ Ｋ９０の添加後にＩＳＶ ＢＣＰフィルムの自己組織化が乱されなかったという驚くべき結果を示している。フィルムの自己組織化は乱されないので、フィルムはキャスティング溶液中に均一な大きさのミセルを形成し、それが今度はフィルムの表面に高度に規則的なイソポーラス構造を提供する。購読に規則的な均一サイズの細孔は非常にシャープな分子量カットオフを与え、そして異なるサイズの分子を分離するための優れた選択性を提供する。
図４は、一般的なＢＣＰフィルムと比較した、本発明によって開示されたフィルムの性能を示す。特に、図４は、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」）を含む新規のＩＳＶポリマーフィルムに対して、当技術分野において以前から知られている「ニート(neat)」ＩＳＶポリマーフィルムの性能を比較する。示されているチャートでは、４つのフィルムがそれらのフラックス低下について比較されている。より良好な性能のフィルムは経時的にフラックスの減少が少ないことを実証するので、フラックス低下はフィルムの性能を測定するのに使用する。図４において、fフラックス（純水透過、ＰＷＰ）は［（リットル／ｍ２／ｈ）／ｂａｒｇ］として測定され、一般にＬＭＨ／barと注釈された。試験されたフィルムのこのフラックス測定値はチャートのｙ軸上に示されている。Ｘ軸は分単位の時間の測定値である。したがって、図４は、フィルムのフラックスが経時的にどのように変化するかを示す。試験された第１のフィルムは、いかなるＰＶＰも含まない、ＩＳＶ２８、当業界で以前から知られているポリ（イソプレン－ｂ－スチレン－ｂ－４－ビニル－ピリジン）フィルムであった（「ニート」ＩＳＶポリマーフィルム）。試験した第２のフィルムは、１．３％のＰＶＰ３６０Ｋ－１、平均分子量３６０，０００Ｄａを有するポリ（ビニルピロリドン）、を含むＩＳＶ２８フィルムであった。試験した第３のフィルムは、１．３％のＰＶＰ３６０Ｋ－２、平均分子量３６０，０００Ｄａを有するポリ（ビニルピロリドン）、を含むＩＳＶ２８フィルムであった。試験した第４のフィルムは、１％のＰＥＧ５８Ｋ、平均分子量５８，０００Ｄａを有するポリエチレングリコール、を含むＩＳＶ２９フィルムであった。次いで、フラックスを２５０分間にわたって測定した。
一般的なＩＳＶフィルム、ＩＳＶ２８ ＢＣＰフィルムは、最初は約６５０ＬＭＨ／ｂａｒのフラックスを示した。しかしながら、２５０分の期間にわたって、ＩＳＶ２８フィルムは３００ＬＭＨ／ｂａｒ未満へのフラックス低下を示した。このフラックスの低下は溶液が通過する際の主にフィルムの圧縮によるものであり、新規に製造されたフィルムの性能を比較することができるベースラインを確立した。試験した第２及び第３のフィルムは、高分子量ＰＶＰを組み込んだＩＳＶ ＢＣＰフィルムを表した。ＩＳＶ２８ ＢＣＰフィルムとは異なり、１．３％ＰＶＰ３６０Ｋ－１を含むＩＳＶ２８フィルムは約３００ＬＭＨ／ｂａｒのフラックスを維持した一方、１．３％ＰＶＰ３６０Ｋ－２を含むＩＳＶ２８フィルムは２５０分間の時間間隔にわたって約２００ＬＭＨ／ｂａｒのフラックスを維持した。試験した４番目のフィルム、１％のＰＥＧ５８Ｋを含むＩＳＶ２９フィルムは、ＩＳＶ２８フィルムに対して経時的に減少したフラックス低下を示し、２５０分後に約４８０ＬＭＨ／ｂａｒの初期フラックスから約３００ＬＭＨ／ｂａｒまで減少した。図４は２つの点を実証している。第一に、高分子量ＰＶＰを配合すると、圧縮によるフラックスの低下からＩＳＶフィルムを保護することにおいて驚くべき改良がもたらされることである。第二に、図４は、これらの驚くべき効果が、別の高分子量添加剤、ＰＥＧと比較して、高分子量ＰＶＰで特に顕著であることを示している。
図５は、本発明を具体化する様々な加工フィルムのフラックス低下率を計算した、追加のデータを示す。試験されたフィルムの全てにおいて、フィルムを形成するためにＩＳＶ ＢＣＰが使用されている。次に、種々の実施形態は、ＰＶＰ－Ｋ９０の０．５重量％～５重量％の間で、平均分子量３６０，０００Ｄａを有する高分子量ＰＶＰを組み込む。図３に開示されているように、実施形態では、オキサンとアセトンの７０：３０ミックス（ＤＯＸ／Ａｃｅ）、及びジオキサンとテトラヒドロフランの７０：３０ミックス（ＤＯＸ／ＴＨＦ）を包含する、様々な溶媒系が使用された。
図６では、低分子量ＰＥＧ４００添加剤を含むＩＳＶ ＢＣＰと同様に、図５に開示された実施形態のいくつかについてのフラックス低下パターンがチャート化された。次いで、フィルムの圧縮抵抗を示す百分率フラックス低下を以下のように計算した。：
（１－最後の４つのデータ点の平均／最初の４つのデータ点の平均）×１００
図６は、高分子量ＰＶＰ Ｋ９０又は低分子量ＰＥＧ４００を組み込んだことを除いて、同一の４つのＩＳＶ２２ ＢＣＰフィルム（フィルムＩＤ： Ｌ１６０５２０及びＬＩ６０４２２）について７０分の時間間隔にわたるフラックス低下を示す。ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだフィルムは、小分子量ＰＥＧ４００を有するフィルムよりも有意に少ないフラックス低下を示した。
図６において、ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだフィルムは、ＰＥＧ４００を組み込んだものよりも明らかに高い圧縮抵抗を示す。ＰＥＧ４００及びＰＥＧ４００を組み込んだフィルムは、それぞれ約７５０ＬＭＨ／bar及び６９０ＬＭＨ／barの初期フラックスで始まる。７０分後、それらのフラックスは著しく、それぞれ約４５０ＬＭＨ／ｂａｒ及び３５０ＬＭＨ／ｂａｒまで、即ち４０％及び４９％、減少する。このフラックスの低下は、圧縮抵抗が限られていることを示す。ＰＥＧを組み込んだＩＳＶ ＢＣＰフィルムのフィルムフラックスの低下は、このように、当該技術分野において以前から知られているＩＳＶ ＢＣＰフィルムのそれと非常に類似している。対照的に、ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだＩＳＶ ＢＣＰフィルムは、測定された時間間隔にわたって強い圧縮抵抗を示す。１Ａ－ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだフィルムは７０分の時間間隔にわたって約５００ ＬＭＨ／ｂａｒのフラックスを保持した一方で、３Ｂ－ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだフィルムはその時間間隔の間、約４８０ ＬＭＨ／ｂａｒのフラックスを保持した。これは、ＰＶＰ－Ｋ９０の配合がＩＳＶ ＢＣＰフィルムの圧縮抵抗に対して著しくポジティブな効果を及ぼすことを実証している。まとめると、図５及び６は、ＩＳＶ ＢＣＰフィルム中へのＰＶＰ－Ｋ９０の組み込みの驚くべき圧縮抵抗が、ＰＶＰ－Ｋ９０が０．５～５重量％の間で組み込まれるときに特に有意であることを示す。
開示された新規なフィルムの好ましい特徴は、圧縮抵抗性に限定されない。図７Ａから７Ｄに示されるように、開示された新規なフィルムは、より少ない程度のファウリングを示し、製造における高レベルの再現性を示す。そのようにして、使用される溶媒系に基づいてフィルムの孔径を調整するために、フィルムの透過性を調節することができるようにする。ニートポリマーフィルム、ＩＳＶ２９のタンパク質吸着を、ＰＶＰ－Ｋ９０（フィルムＩＤ Ｌ１６０７２９ＪＳ－２Ｂ）をさらに組み込んだ本発明の実施形態、ＩＳＶ２９ ＢＣＰフィルムと比較する。ＩＳＶ２９フィルムでは、ＩｇＧ抗体は、時間間隔にわたって２６１μｇ／ｃｍ２の量で収集されたが、ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだフィルム上で同じ時間間隔にわたって１７１μｇ／ｃｍ２の量で収集されただけであり、したがって約３５％少ない吸着（及びフィルムファウリング）を示した。
図７Ｂは、本発明の新規フィルムにおける粒子状物質の透過に対する高レベルの選択性を示す。同じ作製したフィルム、１．３％ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだＩＳＶ２８ ＢＣＰフィルムを、ＢＳＡ（～７ｎｍ）及びサイログロブリン(thyroglobin)（～２０ｎｍ）について透過性（ＬＭＨ／ｂａｒ）について試験した。その透過性を使用して、ＢＳＡ及びサイログロブリンについての排除(rejection)百分率を計算した。フィルムを最初にＢＳＡで試験し、０．１ＮのＮａＯＨで洗浄し、脱イオン水中に４８時間を超えて浸漬し、次いでサイログロブリンで試験した。図７Ｂに示されるように、フィルムはＢＳＡに対して１５７ＬＭＨ／ｂａｒの透過率及び５６％の排除百分率を示した。しかしながら、より大きい粒径では、フィルムは、サイログロブリンに対してわずか９５ＬＭＨ／ｂａｒの透過性及び９６％の排除百分率を示した。
図７Ｃは、開示された方法及び新規のＢＣＰフィルムの再現性の要約を提供する。添加剤としてのＰＶＰ－Ｋ９０はＩＳＶポリマーからキャストしたフィルムの再現性を有意に改善する。ここで、添加剤を含まないＩＳＶフィルムは、２１８±１９５ＬＭＨ／barの５つの別々のフィルムにわたって平均した純水透過性を示し、５％ＰＶＰ－Ｋ９０を有するＩＳＶフィルムは、４５１±２４ＬＭＨ／barの８つのフィルムにわたって平均して純水透過性を示す。したがって、図７Ｃは、高分子量添加剤を含まないものと比較して本発明のＢＣＰフィルムの再現性が優れていることを実証している。
図７Ｄは、ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだ新規フィルムが濾過中に使用される溶媒系の変化によってどのように影響を受けるかを示す。ニートＩＳＶ２８ ＢＣＰフィルムを、５％ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだＩＳＶ２８ ＢＣＰフィルムと比較した。フィルムの透過性は、ＤＯＸ／ＴＨＦ（７０／３０）及びＤＯＸ／Ａｃｅ（７０／３０）溶媒環境中で試験した。ＩＳＶ２８ ＢＣＰフィルムは、４４５ＬＭＨ／barから５３７．５ＬＭＨ／barまで増加する、透過性のわずかな変化を示したが、５％ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだＩＳＶ２８ ＢＣＰフィルムは、６５８ＬＭＨ／barから２１７ＬＭＨ／barへの透過性の著しい減少を示した。透過率は孔径に比例するので、図７Ｂに開示されるもののような既知のデータと共にそれらの透過性の尺度を使用することは、使用される溶媒系に基づいてＰＶＰ－Ｋ９０を含むフィルムの孔径を調整するために使用され得る。
図８において、ＢＣＰに対して５％（質量基準）のＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだフィルムは、ＰＶＰ－Ｋ９０を含まないものよりも明らかに高い圧縮抵抗を示す。ＰＶＰ－Ｋ９０を含まないＩＳＶ４３フィルムは、約２０２ＬＭＨ／ｂａｒの初期フラックスを有する。２７０分後、そのフラックスは、およそ１３５ＬＭＨ／ｂａｒに、すなわち３３％低下、著しく減少する。このフラックスの低下は大幅な圧縮を示す。対照的に、ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだＩＳＶ４３ ＢＣＰフィルムは、測定された時間間隔にわたって強力な圧縮抵抗を示す。ＰＶＰ－Ｋ９０を組み込んだフィルムは、２７０分の時間間隔にわたって約２６７ＬＭＨ／barのフラックスを保持し、わずか６％の低下であった。ＰＶＰ－Ｋ９０の組み込みは、ＩＳＶ ＢＣＰフィルムの圧縮抵抗性に対して著しくポジティブな効果をもたらす。
図９は、ＩＳＶ４３ ＢＣＰフィルムにＰＶＰ－Ｋ９０を含めることによるフィルムのフラックス増加を示すチャートである。高分子量添加剤を含まない６枚のＩＳＶ４３フィルムの平均フラックスは２０３±１６ＬＭＨ／barであった。ＢＣＰに対して５％（質量基準）のＰＶＰ－Ｋ９０を有する６つのＩＳＶ４３フィルムの平均フラックスは３５５±５９ＬＭＨ／bar、即ちＰＶＰ－Ｋ９０を含まないフィルムと比較して８２％の増加、であった。
乾燥時の孔の崩壊（及びしたがってフラックスの喪失）を防ぐためにフィルム／膜をグリセロール溶液にさらすことは、当技術分野において周知である。ＰＶＰ－Ｋ９０を含まないＩＳＶ４３フィルムと比較して、ＰＶＰ－Ｋ９０を含むＩＳＶ４３フィルムは、１：１（質量基準）のグリセロール：水にさらした後の乾燥時に、それらのフラックスのより多くを保持する。ＰＶＰ－Ｋ９０を含まない２枚の未乾燥ＩＳＶ４３フィルムの平均フラックスは１９９ＬＭＨ／barの平均フラックスを有した。１：１グリセロール：水への暴露後に乾燥させたＰＶＰ－Ｋ９０を含まない４つのＩＳＶ４３フィルムの平均フラックスは１６８ＬＭＨ／ｂａｒ、即ち８５％のフラックス保持率、であった。ＰＶＰ－Ｋ９０を含む２枚の未乾燥ＩＳＶ４３フィルムの平均フラックスは２７９ＬＭＨ／barの平均フラックスを有した。１：１のグリセロール：水にさらした後に乾燥させたＰＶＰ－Ｋ９０を有する４つのＩＳＶ４３フィルムの平均フラックスは２６８ＬＭＨ／bar、即ち９６％のフラックス保持率、であった。この結果は、親水性高分子量ポリマーを含ませることがグリセロール溶液への暴露後の乾燥時のフラックス保持を増加させることを示している。この効果は添加剤の親水性によるものであり得、それはグリセロールの保持を補助し得る。この効果は、フラックスの増加及び圧縮抵抗と共に、イソポーラスＢＣＰフィルム中に高分子量親水性ポリマー添加剤を含めることの予想外の利点を実証する。
いくつかの実施形態では、フィルムは分離又は濾過用途に使用される。
いくつかの実施形態では、フィルムは、シリンジフィルター、カプセル、カートリッジ、フラットシート、らせん巻き、又は中空糸として包装される。
いくつかの実施形態において、ブロックコポリマーは複雑なアーキテクチャを含む。複雑なアーキテクチャは、非線形ブロック配置を有する、すなわち、少なくとも１つのブロック内に又は隣接して１つより多い化学物質／構成／構造を有するアーキテクチャとして定義される。
本発明をその特定の形態及び実施形態に関連して説明してきたが、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、上で論じたもの以外の様々な修正に頼ることができることが理解されよう。例えば、他の高分子量添加剤としては、ポリ（アクリレート）、ポリ（メタクリレート）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリルアミド）、ポリ（ビニルピリジン）、ポリ（ビニルアルコール）、ポリ（ビニルピロリドン）、天然由来のポリマー（セルロース、キトサン、複合炭水化物を包含するがこれらに限定されない）、ポリ（エーテル）、ポリ（無水マレイン酸）、ポリ（スチレンスルホネート）、ポリ（アリルアミン塩酸塩）、ポリ（スルホン）、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（エチレングリコール）、又はこれらの置換等価物、を包含してよい。高分子量添加剤は、少なくとも５０％のブロックコポリマー分子量の分子量を有し得る。さらに、具体的に示され説明されたものの代わりに他の要素を用いてもよく、他の特徴とは無関係に特定の特徴を用いてもよい。場合によっては、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、要素の特定の位置を逆にするか又は挿入することができる。

Claims (19)

  1. 少なくとも１つのブロックコポリマーと、少なくとも１つの高分子量親水性ポリマーとを含む、細孔の少なくとも一部がメソポーラスである、ブロックコポリマー（ＢＣＰ）フィルムであって、ここで、
    前記高分子量親水性ポリマーの分子量は、前記少なくとも１つのブロックコポリマーの分子量の５０％以上であり、かつ、前記ＢＣＰに対して０．１重量％～１５重量％の範囲で存在する、
    ＢＣＰフィルム。
  2. 少なくとも１つのブロックコポリマーが少なくとも１つの親水性ブロックを含む、
    請求項１に記載のＢＣＰフィルム。
  3. 少なくとも１つのブロックコポリマーが５重量％～２５重量％の範囲で存在する、請求項１に記載のＢＣＰフィルム。
  4. フィルムが対称又は非対称のいずれかである、請求項１に記載のＢＣＰフィルム。
  5. フィルムが経時的に減少したフラックス低下を示す、請求項１に記載のＢＣＰフィルム。
  6. 少なくとも１つの高分子量親水性ポリマーが、ポリ（アクリレート）、ポリ（メタクリレート）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリルアミド）、ポリ（ビニルピリジン）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリ（ビニルアルコール）、天然由来のポリマー、ポリ（エーテル）、ポリ（無水マレイン酸）、ポリ（スチレンスルホネート）、ポリ（アリルアミン塩酸塩）、ポリ（スルホン）、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（エチレングリコール）、又はこれらのいずれの置換等価物、を含む、請求項１に記載のＢＣＰフィルム。
  7. ＢＣＰフィルムのタンパク質吸着は低下している、請求項１に記載のＢＣＰフィルム。
  8. 湿潤剤溶液への曝露後の乾燥時に、フィルムのフラックス保持力は高まっている、請求項１に記載のＢＣＰフィルム。
  9. 高分子量親水性ポリマーはポリ（ビニルピロリドン）であり、ポリ（ビニルピロリドン）の平均分子量じゃ３６０，０００Ｄａである、請求項１に記載のＢＣＰフィルム。
  10. 少なくとも１つのＢＣＰは、ＡＢ又はＡＢＣトリブロックコポリマーである、請求項１に記載のＢＣＰフィルム。
  11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載のＢＣＰフィルムを含む、分離又はろ過デバイス。
  12. デバイスは、シリンジフィルター、カプセル、カートリッジ、フラットシート、らせん巻き材料、又は中空繊維のうちのいずれか１つとして包装されている、請求項１1に記載の分離又はろ過デバイス。
  13. 以下のステップ：
    （ａ）少なくとも１つのブロックコポリマーを少なくとも１つの溶媒及び少なくとも１つの高分子量親水性ポリマーと混合することによってポリマー溶液を配合するステップ；
    （ｂ）前記ポリマー溶液をフィルムに成形するステップ；
    （ｃ）前記少なくとも１つの溶媒の一部を蒸発させるステップ；
    （ｄ）前記フィルムを凝固浴に浸漬するステップ；かつ、
    （ｅ）場合により、前記フィルムを水ですすぐステップ；
    を含む、メソポーラスのブロックコポリマー（ＢＣＰ）フィルムを形成するための方法であって、細孔の少なくとも一部がメソポーラスであり、ここで、
    前記高分子量親水性ポリマーの分子量は、前記少なくとも１つのブロックコポリマーの分子量の５０％以上であり、かつ、前記ＢＣＰに対して０．１重量％～１５重量％の範囲で存在する、
    方法。
  14. 少なくとも１つのブロックコポリマーが少なくとも１つの親水性ブロックを含む、
    請求項１３に記載の方法。
  15. 少なくとも１つのブロックコポリマーが、
    ポリ（ブタジエン）、ポリ（イソブチレン）、ポリ（イソプレン）、ポリ（エチレン）、ポリ（スチレン）、ポリ（メチルアクリレート）、ポリ（ブチルメタクリレート）、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（メチルメタクリレート）、ポリ（ｎ－ブチルアクリレート）、ポリ（２－ヒドロキシエチルメタクリレート）、ポリ（グリシジルメタクリレート）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリルアミド）、ポリ（スルホン）、ポリ（フッ化ビニリデン）、ポリ（Ｎ、Ｎ－ジメチルアクリルアミド）、ポリ（２－ビニルピリジン）、ポ
    リ（３－ビニルピリジン）、ポリ（４－ビニルピリジン）、ポリ（エチレングリコール）、ポリ（プロピレングリコール）、ポリ（塩化ビニル）、ポリ（テトラフルオロエチレン）、ポリ（エチレンオキサイド）、ポリ（プロピレンオキサイド）、ポリ（Ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリ（ジメチルアミノエチルメタクリレート）、ポリ（アミド酸）、ポリ（ジメチルシロキサン）、ポリ（乳酸）、ポリ（イソシアネート）、ポリ（エチルシアノアクリレート）、ポリ（アクリロニトリル）、ポリ（ヒドロキシスチレン）、ポリ（メチルスチレン）、ポリ（エチレンイミン）、ポリ（スチレンスルホネート）、ポリ（アリルアミン塩酸塩）、ポリ（ペンタフルオロスチレン）、ポリ（２－（ペルフルオロヘキシル）エチルメタクリレート）、又はこれらの置換等価物、
    を含む少なくとも１つのブロックを有する、請求項１３に記載の方法。
  16. 溶媒が、
    ａ． アセトアルデヒド、
    ｂ． 酢酸、
    ｃ． アセトン、
    ｄ． アセトニトリル、
    ｅ． ベンゼン、
    ｆ． クロロホルム、
    ｇ． シクロヘキサン、
    ｈ． ジクロロメタン、
    ｉ． ジメトキシエタン、
    ｊ． ジメチルスルホキシド、
    ｋ． ジメチルアセトアミド、
    ｌ． ジメチルホルムアミド、
    ｍ． １，４－ジオキサン、
    ｎ． エタノール、
    ｏ． 酢酸エチル
    ｐ． ギ酸
    ｑ． ヘキサン、
    ｒ． メタノール、
    ｓ． Ｎ－メチル－２－ピロリドン、
    ｔ． プロパノール、
    ｕ． ピリジン、
    ｖ． スルホラン、
    ｗ． テトラヒドロフラン、又は
    ｘ． トルエン、
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の方法。
  17. フィルムが基板の上に形成される、請求項１３に記載の方法。
  18. 高分子量親水性ポリマーが、ポリ（アクリレート）、ポリ（メタクリレート）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（アクリルアミド）、ポリ（ビニルピリジン）、ポリ（ビニルピロリドン）、ポリビニルアルコール、天然由来ポリマー、ポリ（エーテル）、ポリ（無水マレイン酸）、ポリ（スチレンスルホネート）、ポリ（アリルアミン塩酸塩）、ポリ（スルホン）、ポリ（エーテルスルホン）、ポリ（エチレングリコール）、又はこれらの置換等価物、を含む、請求項１３に記載の方法。
  19. ブロックコポリマーが、５重量％～２５重量％の範囲で存在する、請求項１３に記載の方法。
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