JPH0332729A - 温度応答性濾過膜 - Google Patents

温度応答性濾過膜

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JPH0332729A
JPH0332729A JP1170669A JP17066989A JPH0332729A JP H0332729 A JPH0332729 A JP H0332729A JP 1170669 A JP1170669 A JP 1170669A JP 17066989 A JP17066989 A JP 17066989A JP H0332729 A JPH0332729 A JP H0332729A
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JP
Japan
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membrane
temperature
polymer chains
filtration membrane
pores
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JP1170669A
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English (en)
Inventor
Yoshito Ikada
義人 筏
Hiroo Iwata
博夫 岩田
Yoshikimi Uyama
宇山　良公
Jiyoukiyuu Gen
丞烋 玄
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BIOMATERIAL UNIVERSE KK
Original Assignee
BIOMATERIAL UNIVERSE KK
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/30—Polyalkenyl halides
    • B01D71/32—Polyalkenyl halides containing fluorine atoms
    • B01D71/34—Polyvinylidene fluoride
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
    • B01D2325/02—Details relating to pores or porosity of the membranes
    • B01D2325/0282—Dynamic pores-stimuli responsive membranes, e.g. thermoresponsive or pH-responsive

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は温度により応答し濾過特性を調節することがで
きるように考案された高分子膜に関するものである。近
年外部からの刺激に応答して形状などが変化するゲルな
どの高分子材料や濾過特性の変化する高分子膜の開発に
関する研究が多く進められている。これらの材料が実用
化されれば、医用材料とか流体工学など広い分野での応
用が期待される。外部刺激の形態としては少なくとも１
）エネルギーの賦与、２）物質の添加、の２つに分類で
きる。１）のエネルギーについては、例えば、（１〉圧
迫、衝撃などの力学的エネルギーの賦与、さらに（２）
電気エネルギーの付加、（３）電場や磁場の印加〈４〉
光エネルギーの照射、（５）熱エネルギーの付加、（６
〉超音波の賦与などが現実的に考えられる方法である。
２）の物質の添加に付いては直接化学反応に関与する特
殊な試薬を添加する、あるいは除去するという操作の他
、水素イオン濃度（ｐＨ）の変化をはじめ各種イオン濃
度の変化による刺激、周囲の湿度を含めた水分の濃度変
化による外部刺激なども包含する。
外部刺激に応答するゲル、膜、弁などが開発されても、
これらの制御に遠隔操作を要する場合は、外部刺激を伝
えるための何らかのパイプが必要になる。しかしながら
、例えば人体内で使用される人工臓器などにおいては、
ｐＨの変化、体温の変化、インスリン４度の変化、グル
コース濃度の変化など、該人工臓器が直接接触する周囲
の外部刺激に応答するだけで目的が達せられる場合には
これは必要でない。さらにゲル、弁、模などの高分子材
料が外部の気温、温度、光量、汚染物質の濃度などに応
答して自動的に制御目的が達成できる場合にも、外部か
ら人為的に刺激を伝える必要はない。このようにここで
いう外部刺激に対して自発的に応答する高分子材料は、
従来、遠隔地の水？ｉｔ調整などの制御をもっばら電気
信号に頼るという概念とは全く発想を異にした新しい素
材の開発に関するものである。
本発明者らは外部刺激のうちで温度変化に着目し、周囲
の温度変化に応答し膜透過量を制御できる高分子膜の開
発のため鋭意研究を進めた結果本発明を完成するに至っ
た。
本発明によれば、多孔性濾過膜の表面層および細孔部に
適切な高分子鎖を植え付ける。一般に高分子鎖は、周囲
の溶媒の種類や温度によって異なったコンホメーション
をとる。高分子鎖にイオン性官能基が存在する高分子鎖
解貢のような場合には、水素イオン濃度をはじめ各種イ
オン濃度の変化によっても異なったコンホメーションを
とる。
このような現象を応用すれば、種々の外部刺激応答性高
分子材料を開発することが可能であるが、応答による変
化が顕著であるかとか即応容性であるかなどで評価した
場合、これまでに満足できる材料は作成し得なかった。
本発明者らは、ポリイソプロピルアクリルアミドなど、
常温付近で下限臨界共溶温度（ＬＣＳＴ）により、ｗ４
Ｍかつ即応谷内なコンホメーション変化に基づく相変化
がおこることに注目した。多孔性濾過膜の表面層および
細孔部に植え付けた高分子鎖は第１図に示すように、Ｌ
Ｃ９Ｔ以上の温度では、実効孔径が大きくなり膜透過物
質の量は増大する０反対に、ＬＣ８Ｔ以下の温度では、
植え付けた高分子鎖が細孔を閉じ、透過量は減少する。
多孔性濾過膜に用いる材料の基質は特に限定されるもの
ではなく、セルロース、ポリ酢酸ビニル、ナイロン、ポ
リプロピレン、ポリサルホンなどの高分子材料が考えら
れるが、コーティングとか表面グラフト重合などの方法
で容易に高分子鎖を植え付け得ることが必要であり、力
学的強度や寸法安定性に優れていることで広く利用され
ているポリフッ化ビニリデンなどの素材が適切である。
多孔質濾過膜の表面粗および細孔部に高分子鎖を植え付
ける方法については、塗布とか、コーティングするだけ
でもよいが、表面部との結合安定性を高めるためには表
面グラフト重合とかカップリング反応による化学結合に
よるのが望ましい。
表面部に植え付ける高分子鎖の種類についても特に限定
されるのではなく、通常の高分子では、温度によるコン
ホメーション変化が小さいため、メチルビニルエーテル
やアクリルアミドのＮＷ換体などの重合体を用いること
が考えられるが、ポリイソプロピルアクリルアミドなと
常温付近でＬＣ９Ｔをもつ高分子を用いるのが実用的で
あり、小さい温度変化により膜透過量の制御効果が得ら
れる。　制９４温度域を調節するためには。ポリイソプ
ロピルアクリルアミドなどの高分子とアクリルアミド、
ブチルメタクリレートなどの親水性あるいは疎水性の高
分子との適切な組成比を選んだブロック共重合体を用い
る。
以下に本発明による濾過膜の利点を列挙する。
１・特殊な材料を使用して膜を製作するするのではなく
、既成の膜の表面部を改質するだけであるので簡単かつ
廉価に製造することができる。
２・安定な高分子基質を選び、表面部に植え付ける高分
子鎖も安定な共有結合あるいは表面ゲラブトｍ合を施す
方法が採用できるため、人体内に埋め込む医用材料とし
て応用しても毒性を心配する必要がほとんどない。
３・温度変化による高分子鎖のコンホメーション変化を
利用しているため応答時間が迅速であり、かつ可逆的で
ある。
４・高分子鎖の種類とか、組成比の異なる共重合体を選
ぶことにより応答温度領域を任意に校定することが可能
である。
以下に実施例により本発明を説明する。
実施例１ 孔径０．２２マイクロメーターの多孔質ポリフッ化ビニ
リデン膜に１０分間、低温アルゴンプラズマ処理したの
ち、１０’Ｃにおいて光重合法を用いイソプロピルアク
リルアミドの表面グラフト重合を行った。得られた表面
グラフト化膜の水の透過速度は３５°Ｃにおいては３０
°Ｃに比べて２０倍、４０℃においては３０℃に比べて
３４ｆ１の高い値を示すことがわかった。なお、ポリイ
ソプロピルアクリルアミドの１０重量パーセント水溶液
のＬＣ８Ｔは３０〜３３℃である。
実施ｇ４２ 実施例１と同様の方法でポリイソプロピルアクリルアミ
ドとアクリルアミドを４対１のモル比のモノマー水溶液
を用いてグラフト重合を行った。
得られたグラフト化膜の水の透過速度は６０°Ｃにおい
ては５２℃に比べて４倍、７０°Ｃにおいては、５２℃
に比べて１８倍を示すことがわがった。なお、ポリイソ
プロピルアクリルアミドとアクリルアミドのモル比４対
１で共重合反応によって得られた共重合体の１０パーセ
ント水溶液のＬＣ５Ｔは５３〜５５℃であることがわか
った。
実施例３ 実施例１と同様の方法でポリイソプロピルアクリルアミ
ドとアクリルアミドとを７対３のモル比のモノマー水溶
液を用いてグラフト重合を行った。
得られたグラフト化膜の水の透過速度は５０″Ｃにおい
ては４２℃に比べて６倍、６０℃においては、４２℃に
比べて１９倍を示すことがわがった。なお、ポリイソプ
ロピルアクリルアミドとアクリルアミドのモル比７対３
で共重合反応によって得られた共重合体の１０重量パー
セント水溶液のＬＣ３Ｔは４５〜４７°Ｃであることが
わかった。
実施例４ 実施例１と同様の方法でポリイソプロピルアクリルアミ
ドとノルマルブチルアクリレートとを４９対１のモル比
のモノマー水溶液を用いてグラフト重合を行った。帰ら
れたグラフト化膜の水の透過速度は３０°Ｃにおいては
２０℃に比べて９倍、３５℃においては、２４℃に比べ
て２３倍を示すことがわかった。なお、ポリイソプロピ
ルアクリルアミドとノルマルブチルアクリレートとのモ
ル比４９対１で共重合反応によって得られた共重合体の
Ｌｏｌｌ量パｌセパ−セント水溶液８Ｔは２４〜２６°
Ｃであることがわかった。
実施例５ 実施例１で帰られたグラフト化膜の水通過量を３０°Ｃ
の水、４０℃の水を５秒以内の短時間で交互に入れ替え
て、それぞれの温度での透過量の測定を計１０回繰り返
したところ、いずれの瀾定回次においても、４０℃にお
いては３０℃に比べて３４倍の速度をもつことがわかっ
た。以上のことより、本発明による透過膜は応答時間は
充分に速くかっ温度変化に対して可逆的に応答すること
がわかる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による透過膜の概念図を示したものであ
り、１は多孔性膜基質の断面を示し、２は高分子鎖を示
している。３はＬＣ３Ｔ以下の温度での孔径、４はＬＣ
３ＴＣ１０温度での孔径を意味する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １・多孔性濾過膜の表面層および細孔部に高分子鎖を植
    え付け該高分子鎖の下限臨界共溶温度（ＬＣＳＴという
    。）における顕著なコンホメーション変化を利用して孔
    径を変化せしめ、該温度近傍の狭い温度域で膜透過特性
    を調節することを特徴とする温度応答性濾過膜 ２・多孔性濾過膜の表面層および細孔部に表面グラフト
    重合法により高分子鎖を植え付けることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項記載の温度応答性濾過膜 ３・力学的強度や寸法安定性に優れたポリフッ化ビニリ
    デンの多孔性濾過膜にポリイソプロピルアクリルアミド
    の高分子鎖を植え付けることを特徴とする特許請求の範
    囲第１項より第２項記載の温度応答性濾過膜 ４・多孔性濾過膜の表面層及び細孔部に植え付ける高分
    子鎖に、ポリイソプロピルアクリルアミドと他の親水性
    あるいは疎水性高分子との組成比をもつ共重合体を選ぶ
    ことにより応答温度を任意に調節することを特徴とする
    特許請求の範囲第１項より第３項記載の温度応答性濾過
    膜
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