JPH03502661A - 多孔性膜 - Google Patents

多孔性膜

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JPH03502661A JP2500480A JP50048090A JPH03502661A JP H03502661 A JPH03502661 A JP H03502661A JP 2500480 A JP2500480 A JP 2500480A JP 50048090 A JP50048090 A JP 50048090A JP H03502661 A JPH03502661 A JP H03502661A
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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】
多孔性膜 本発明は多孔性高分子構造およびそのような多孔性構造の製造方法に関する。 背景技術 0.01−10μmの範囲にある細孔を有する多孔性高分子構造は通常微細な濾 過に使われる。このような膜構造は、沈降技術を使って熱可塑性ポリマーから調 製され、そして中空繊維または平坦なシートを含む様々な形状で成形され得る。 膜形成のための熱的沈降技術は、高温の溶媒中における熱可塑性ポリマー溶液の 形成で始まる。その後、前記溶液は冷却され、当該ポリマー、溶媒、この溶媒中 の該ポリマー濃度、および冷却速度に存した特定の温度で相分離が起こり、液体 ポリマーが前記溶媒から分離する。 実用化されている沈降技術の全ては、コロイドZ、u、Z、ポリ? −(Kol lold Z、u、Z、Polimere) 43.14−20(1971)で スモルダーズ(Smolders)らによって検討された同様の一般的方法に準 する。この論文では、ポリマー溶液のスピノーダル分解およびパイノーダル分解 が区別されている。 溶媒中のポリマー溶液が際限なく遅い速度で冷却されるとき、ある温度に達しそ れを下回ると相分離が発生し、液体ポリマーが溶媒から分離する。この現象は、 ポリマー溶液のバイノーダル分解と呼ばれている。 前記冷却速度が有限であるとき、一般的に相分離の発生す実用の目的上、全ての 沈降方法はかなり速くなければならず、そのためこれらはスピノーダル分解の範 喘に入る。 殆どの方法において、相対的なポリマーおよび溶媒濃度は、相分離によって結果 的に溶媒の小滴が連続的なポリマー相中に形成されるような程度である。冷却が 引き続いて行われたとき、ポリマーはこの溶媒小滴の周囲で凍結する。相分離が 発生するとき、前記ポリマーの前記溶媒に対する溶解度、および前記ポリマーに 対する溶媒の溶解度は、幾分残存している。 温度が低くなると、前記溶解度は減衰し、溶媒小滴がますますポリマーマトリッ クス中に現れる。ポリマーマトリックス中における前記小滴の結晶化によって結 局収縮や破断が発生し、こうして細孔間の相互連結が形成される。最終的にこの 溶媒は細孔から分離される。 公知の多孔性膜形成の沈降方法は、前記液体ポリマーを前記溶媒から分離させ、 続いて凝固したポリマーが前記溶媒から分離できるように冷却することに依存す る。前記溶媒がポリマーから除去されるとき液体であるか固体であるかは、操作 の行われている温度および溶媒の融点に依る。 本来溶液には溶媒および溶質の存在が必要である。ここで溶媒は連続的な相を構 成し、溶質はこの溶媒中において分子レベルでランダムに分散している。このよ うな状況はポリマー溶液では殆ど知られていない。長いポリマー鎖はそれ自身屈 曲する傾向があり、それぞれが接触する他のポリマー鎖と一時的に相互作用を形 成するかまたは結合する。これら相互作用の形成と破壊が連続的に起こり、次々 に新しい相互作用が形成される。従って、ポリマー溶液が本来の溶液となること は殆どないが、本来の溶液と混合物の中間状態にある。 多くの場合、どれが溶媒であるかおよびどれが溶質であるかを示すのも難しい。 この技術分野においては、もしある相と他の相とが明白に混在せず、光学的に透 明であるならば、ポリマーおよび溶媒の混合物を溶液として呼ぶことが実務上容 認されている。従って、通常、相分離は光学的に検出可能な分離の存在する点あ ると考えられる。 ポリマー、溶媒、およびもしあれば他成分の熱混合物が、通常の語義における溶 液または混合物のいずれでもないというさらに別の場合が存在する。これは表面 活性剤が、ミセルのように配列した構造を形成するのに十分な濃度で存在する場 合である。 米国明細書3.378.508号において、ポリマーはアニオン界面活性剤と共 に加熱される。こうして得られた溶液はその後冷却され、結局スピノーダル分解 技術の教示による膜形成が成される。このアニオン界面活性剤溶媒は、室温で固 体であるため、溶媒の除去は形成膜の細孔から固体界面活性剤を取り除くことに よって行われる。 米国明細書4,247,498号では、広範囲のポリマーおよび溶媒に関して、 該溶液をゆっくり冷却することを伴うスピノーダル分解技術を使用することが開 示されている。米国明細書4.247,498号によると、該溶液をゆっくり冷 却することによって溶媒小滴が幾分合体し、その後ポリマーが該小滴の周囲で凍 結するようになる。前記溶液が冷却されるにつれて、さらに多くの溶媒小滴が形 成される。これら小滴の合体速度は、液体ポリマーマトリックス中における溶媒 の拡散速度に支配される。より高温でより長い時間をかけることによって、該溶 媒をより拡散させ得る。上記のゆっくりとした冷却も該ポリマー中の結晶核の形 成速度に影響する。この結果として、はっきりとしだ流路で相互連結された大き なセル(cell)を含む膜が得られる。米国明細書4,247,498号の多 孔性材料は、空気中に押出されて表面上に被膜を有するブロックを形成する。 米国明細書4,584.448号では、ポリマー溶液の形成に使われる溶媒槽を 相分離が起こる温度より高い液槽温度にして、これに該ポリマー溶液を押出すに 技術によって多孔性表面の形成が達せられることが開示されている。 英国明細書2,115.425号では、ポリマーに対する溶媒が溶媒混合物であ ることと、そのうちの一つの溶媒が該ポリマーに対してかなり良溶媒であること と、もう一方が貧溶媒であることとによって修飾されたスピノーダル分解技術が 開示されている。前記二溶媒の比率は、温度に関連した該ポリマーに対する所望 の溶解効果を有する混合溶媒が得られるように調節される。この二溶媒の比率の 変化は、最終的に形成される膜の構造に影響する。 上記米国特許3,378.508号において開示された方法は、モノエチレン性 不飽和炭化水素の固体熱可塑性ポリマーおよび水溶性アニオン界面活性剤を、該 ポリマーと界面活性剤が相溶する温度にまで加熱することと、この混合物を該ポ リマーおよび界面活性剤の二つの分離相が混合された状態を形成する温度にまで 冷却することと、該ポリマーから該界面活性剤相を溶解除去することとから構成 されている。 米国特許3.371!、508号によると、前記ポリマーおよび界面活性剤は、 この二物質が相溶し該界面活性剤が該ポリマー中で完全且つ均一に分散するよう な温度に加熱して混合される。 この明細書では、水溶性アニオン界面活性剤、およびモノエチレン性不飽和炭化 水素の固体熱可塑性ポリマーは、該界面活性剤の融点または該ポリマーの軟化点 のいずれか高い方の温度で均一な混合物を形成することが開示されている。 米国特許3,378.507号では、ノニルフェノキシポリ(オキシエチレン) エタノール、ポリオキシエチレン化脂肪アルコール、ポリオキシエチレンとポリ オキシプロピレンとの共重合体、ポリエチレングリコールエーテル、およびアル キル基中に平均18の炭素原子を含むアルキルアミン塩混合物のような非イオン およびカチオン界面活性剤をポリエチレンに合体させる試みについて詳しく述べ られている。 前記非イオン界面活性剤は、ポリエチレンとは相溶性のないことが知られており 、ポリエチレンとは全く混合しなかった。前記カチオン界面活性剤は、ポリエチ レン中に粉砕混入されることができるが、その後このカチオン界面活性剤を水、 エタノール、または他の溶媒によって洗い落とすことはできない。 米国特許3,378.507号による教示に反して、あるカチオンおよび非イオ ン界面活性剤は多孔性材料を形成するのに使用可能であることが知られている。 例えばこの米国明細書では、ノニルフェノキシポリ(オキシエチレン)エタノー ルを使うことはできないと示されているが、これと同種の界面活性剤の少なくと も幾つかは使用可能であることが知られている。 一つの影響ある要因は、前記カチオンまたは非イオン界面活性剤の極性であり、 これは該界面活性剤の親水親油バランスに関連して示されることができる。ある 親水親油バランスの範囲内では、ポリマー溶液から多孔性膜を形成することので きること以上に、この種の界面活性剤には制限がないことが発明者によって見出 された。 発明の開示 本発明によると、 a)(i)熱可塑性ポリマーと、 (11)親水親油バランス値の範囲4.0〜6.0を有するカチオン性または非 イオン性界面活性剤とを含む混合物を、 前記ポリマーおよび界面活性剤が充分に相溶する温度と時間において加熱する工 程と、 b)非平衡状懇にある液相一液相の相分離が起こり、前記ポリマーおよび界面活 性剤の二連続マトリックスが形成され、その結果大きな界面領域を有する二つの 分離相が混合された状態を形成するような温度にまで前記混合物を冷却する工程 と、 C)前記ポリマーから前記界面活性剤相を除去する工程とを具備する多孔性高分 子材料の製造方法が提供される。 上記親水親油バランス値は、界面活性剤としては比較的低い値である。換言すれ ば、ここで適切な界面活性剤は比較的疎水性(即ち親油性)である。上記の好ま しい範囲より低い親水親油バランス値を有する界面活性剤は、余りにも強い溶解 力を存するため、濃厚溶液(dope)が冷却されるときに所望の膜の形成が不 可能である。また、親水親油バランス値のより高い界面活性剤は該ポリマーを溶 解しないであろう。 ノニルフェノキシポリエチレングリコール(ノニルフェノキシルポリ(オキシエ チレン)エタノールとも呼ばれている)は下記構造式で表される。 この系列の第二番目の物質、即ちn−2のノニルフェノキシエトキシエタノール は、本発明の好ま
【7い界面活性剤であり、商業的に入手可能な溶媒であるテリ クN2 (TERICN2、テリクは登録商標)を構成するノニルフェノキシポ リエチレングリコール混合物中の最も一般的な物質である。ノニルフェノキシエ トキシエタノールは下記構造式で表される。 この系における溶媒は、ノニルフェノキシポリエチレングリコール類の分布を有 している。このノニルフェノキシポリエチレングリコール類は、最初はポアソン 分布で表される混合物であるが、最終欽成物での精密な分布は、販売者によって 供給されるような製品を得るための低沸点成分の蒸留のような、更なる加工に依 存する。 この系列の第2番目の物質は、本発明の方法に使うことができ、多孔性構造を付 与する。しかし、nが2を超えるに従って該材料は尚一層極性化し、そして本発 明の方法において使われるとき多孔性構造を形成しないであろう。テリクN2( TERICN2)の場合において親水親油バランス値の好ましい範囲は、5.6 〜5.8である。 使用可能な別の溶媒には、下記一般式で表されるアミンエトキシレートノシンブ o ラム35X2 (SYNPROI、AM 35X2)がある。 この化学式においてx+y−2〜50であり、モしてRはCl3およびC10の 脂肪基混合物(C13とC15の比がおよそ70:30 )で、該混合物の半分 が直鎖状構造で残りの殆どが分枝状構造である。シンプロラム35x2の場合は 、x+y−2である。また別の使用可能な溶媒にはポリオキシエチレン(2)オ レイルアルコールのBRIJ 92がある。シンプロラムおよびBRIJは登録 商標である。 本発明の方法を実施するのに使用可能な親水親油バランスの範囲4.0〜6.0 を有する他の溶媒には以下のものが含まれる。 (a)テリク17^2 (TERIC17^2)のようなセチル−オレイルアル コールのエチルオキシレート化誘導体(b)テリクT2 (TERICT2)の ようなエチレン酸化物とトール油の縮合物 (e)テリク124  (TERIC124)のような高分子量脂肪酸からの自 己乳化(self−ea+ulsll’ying)誘導体(d)モノオレイン酸 ソルビタン (e)モノステアリン酸ソルビタン (r)セスキオレイン酸ソルビタン (g)POE(ポリオキシエチレン)へキシタン脂肪酸エステル (h)アトラスG−70140(ATl?AS G−70140)のようなPO Eセチルオレイルアルコール (i)アトマー885 (ATMER685)非イオン界面活性剤(j) P  OE (2)セチルアルコール(k) P OE (2)ステアリルアルコール (1)シイラソルEN−MB (CJJ?J?ASOL EN−MB)およびシ イラソルEN−HP (CIRRASOL EN−MP)のようなPOE脂肪ア ルコール(++) L/ネックスフ02 (RENEX702) (Dヨうなポ リオキシエチアトラス(ATRAS) 、アトマー(^TMER) 、シイラソ ル(CIR−RASOL) 、およびレネックス(RENEX)は登録商標であ る。 本発明に好ましい熱可塑性ポリマーはポリプロピレンであるが、以下のポリマー を使うこともできるー(a)ポリブチレン (b)ポリニフッ化ビニリデン (c)ポリ塩化ビニリデン (d)ポリアミド (e)ポリ塩化ビニル (f)ポリスチレン (g)ポリメタクリル酸メチル (h)ポリ酸化フェニレン (1)ポリテレフタル酸エチレン (j)ポリアクリロニトリル (k)酢酸セルロース 本発明の好ましい形態において該多孔性高分子材料は、四重の同心円状流路を有 する四層型共押出ヘッドを使って中空繊維として形成される。軸流路(axia l paasagevay)は中空部形成流体(lumen rormlng  fluid)を受容し、その外側の流路は目的の膜を形成する当該ポリマーおよ び界面活性剤溶媒の均一な混合物を含み、さらに外側の同心円伏流路は被覆流体 (coatjng fuld)を有し、そして最も外側の流路は低温の冷却流体 (quench fluid)を有する。上記の中空部形成流体、被覆流体、お よび冷却流体は界面活性剤を含まない。 各流体は独立した計孟ポンプによって押出ヘッドへ流送される。前記四成分は夫 々別々に加熱され、断熱され且つ熱トレースされたバイブ(heat trac ed pipes)中を流送される。 この押出°ヘッドは多くの温度帯を有する。前記中空部形成流体、膜形成濃厚溶 液(dope) 、および被覆流体は、厳重に監視された温度帯において同温度 に調整され、ここで該濃厚溶液を構成する前記ポリマー溶液が形成される。前記 冷却流体は冷却帯(cooling zone)に導入され、ここでその濃厚溶 液は非平衡状態の液相一液相の相分離を起こし、二液体の大きな界面領域を有す る二連続マトリックス(bicont4nuousmatr1x)を形成する。 この界面では前記ポリマー相が固化し、その後手さな界面領域を持つ別々の相に 凝集分離する。 前記中空繊維膜は、完全に成形された状態で押出ヘッドを出る。そして、膜製造 方法に共通な押出後操作において、こをする必要がない。最終形成膜から前記ポ リマーに対する界面活性側番除くために、このポリマーを溶解しない揮発性溶媒 が使用される。 前記中空部形成流体は、大豆油および窒素のような不活性ガス等幅広い範囲の物 質から選ぶことができる。これと同じ物質が被覆流体および冷却流体として使わ れ得る。水はこの冷却流体として使われ得る。このような中空部形成流体、被覆 流体および冷却流体として使うことのできるできる他の物質には、以下のものが 含まれるニー (a)パラフィン油 (b)落花生油 (c)胡麻油 (d)ボレコ油(boleko oil)(e)カラシ油 (f)オリーブ油 (g)セネカ油(seneca oil)(h)ココナツツ油 (1)コーヒー油 (j)菜種油 (k)コーン油 (1)綿実油 (■)グリセリン (n)トリオレイン酸グリセリル (0)トリミリスチン (p)ジョジョバ油(jojoba oil)(q) 7カツサー油(a+ac assar oll)(r)ニーム油(neem oil) (S)  ヒマシ油 (1)菖蒲根部(orrls root oil)(Ll)ベニ油 (V)オレイン酸、バルミチン酸、ステアリン酸、アラキシン酸、アラキドン酸 、ベヘン酸、リグノセリン酸、リノール酸、リルン酸、エライジン酸、バクセン 酸、およびそれらのグリセリンエステルと、それらのナトリウム塩、カリウム塩 、およびカルシウム塩との混合物 (V)ジオクチルフタレートおよび炭素原子6以上のアルコールによる他のフタ ル酸エステル 前記熱可塑性ポリマーおよび界面活性剤溶媒の均一な混合物(即ち濃厚溶液)は 、酸化防止剤を含み得る。ポリプロピレンの場合好ましい酸化防止剤は、化学名 1.3.5−トリメチル−2,4,I3− )リス(3,5−ジ−t−ブチル− 4−ヒドロキシベンジル)ベンゼンを有すルエタノック、1.330 (ET) iANOX、ET)IANOXは登録商標)である。該濃厚溶液中で溶解するど のようなヒンダードフェノールでも使用可能であった。 前記ポリプロピレン/テリクN2 (TERICN2)系の場合、該濃厚溶液中 のポリマー濃度の好ましい範囲は20〜40重量%であるが、15〜50重量% でしよいことが見出だされている。 溶媒粘度は10〜1000wPa、sであり、また前記冷却液体粘度は20〜1 00mPa、sであり得るが、50〜70a+Pa、sであることが好ましい。 上記押出装置を使用すれば、前記中空状繊維は40〜120 i/+In、の速 度で押出され得るが、好ましい速度範囲は50〜85a+/Iojn、である。 本発明の中空繊維膜は、レース状(1acey)またはフィラメント状(r i  lamentous)構造をLvt徴とする。本明細書において“レース状” という語は、その膜が、ストランドに沿った多くの箇所で多数のポリマーストラ ンドが相互に結合することにより構成されていることを意味する。各結合点は該 ストランド断面に比べ極僅かに大きい寸法を有する。各ストランドの長さはスト ランド径の5〜50倍で、そのストランドの断面形状は円形から楕円形まで様々 である。後者の場合、楕円の長軸が短軸の5倍にまでなり得る。レース状または フィラメント状構造という表現は、二連続構造から誘導された三次元的な円筒状 繊維束としても視覚化され得る。 本発明の好ましい態様において、該中空繊維膜はストランドが繊維軸方向に若干 配向したレース状構造を有する。これは、中空部ガスブローバック法(lulQ enal gaseousblowbackprocedure)が該繊維を洗 浄するのに実施されるとき、間隙の大きさを平均して増大させ、間隙内に留まる 物質を容易に除去することを可能にするためである。これらの間隙は一般的に軸 方向に伸びた形状で、前記ガスブローバックが適用されるとき、該間隙が軸方向 に延伸された形状から一般的な四角形に歪み、間隙の最小径が拡大する。このガ スブローバックは該繊維をも延伸し、その間隙の最小径を増すこともあろう。 本発明がさらに容易に理解され、実施上の効果をもたらすために、添付図面を参 照して説明する。これらの図面おいて二F1g、lは、一般的なポリマー/溶媒 系を示す状態図であり、Fig、2は、本発明の一態様による多孔性高分子材料 の構造の顕微鏡写真を図式化して表したものである。 Fig、1は、液相一液相および固相一液相の相分離を示す一般的なポリマー/ 溶媒系を表した温度−組成状態図である。 この図の横座標は、左端のポリマーのない組成から、右端の全てがポリマーであ る組成までの範囲における当該混合物の組成を表す。この図の縦座標は、温度を 表す。同図の右方に向かい、直線的に一定の傾斜で上昇する線10は、該線上側 部分の完全な溶液領域と、該線上側部分の固相一液相分離領域との境界を表して いる。この線10上側の領域は当図の左方に広がり、上凸状曲線即ち曲線11の 頂部にまで至る。このため線10および11上側の当図上方の全領域は、結果的 に該溶媒中における完全にポリマーの溶液になる状態を表している。 曲線11の下の上向凸状破線12は、破線12上側の液相一液相非平衡相分離領 域および破線12下側の液相−液相平衝相分離領域間の境界を表している。破線 12は実際の位置が不明確であるため、破線で示されている。 前記破線]2および実線11に囲まれた領域は準安定領域であり、この領域の上 側では該組成物が必ず単相を形成し、またこの領域の下側では該組成物がはっき りと分離した複数の液相を形成する。水平の一点鎖線13と実線11に囲まれた 領域は、相溶性ギャップ(miseibiljty gap)である。実線11 では温度が無制限に遅く低下するときの相分離が表されており、破線】2では無 制限に速く低下するときの相分離が表されている。本発明の製造方法は非平衡的 な過程であるので、前記相溶性ギャップの上側の点から双頭曲線(bfnoda ICIJrVe!、実線11)を直交し前記準平衡領域に入る。そしてこの領域 のどこかで液相−液相二連続マトリックスが形成される。そして尖点曲線(sp lnodal curve、破線12)を直交し前記液相一液相領域に入る。さ らに一点鎖線13を通って下降し、ここでポリマーの多い相が固化し、固相一液 相領域のどこかの点に至る。 前記冷却が行われる水平軸に沿った位置によって得られる構造が決まる。一般的 に、前記位置から双頭曲線および尖点曲線の頂点の左方において細粒状構造が得 られる。細粒状構造は、我々の見地におい゛C1ガスブローバックを使った微多 孔性膜にとって商業的価値がほとんどない。我々の方法では、双頭曲線および尖 点曲線の頂点から右への条件が使用され、これによって最終的にレース状構造が 得られる。我々の見地では、レース状構造を有する熱的沈降によって形成された どの膜も、スピノーダル分解によって調製されなければならない。 Fig、 2は、本発明の方法による好ましい多孔性高分子材料を写した三次元 顕微鏡写真を、図式化して表したものである。 黒地領域14は、像の表面にある固体高分子材料を表す。斜線領域15は、像の 表面の若干下方ににある固体高分子材料を表す。点示領域16は、像の表面から かなり下方にある高分子架橋を表す。これ以外の白地領域は、液泡状構造を表す 。 好ましい態様の記述 ここで、多孔性中空繊維膜の製造に関して、本発明を記載ポリプロピレンのベレ ット2BOOg−テリクN2(TERICN2)7300g、おヨヒ酸化防止剤 エタノックス330(ETHANOX 330)を混合後さらに加熱することに より濃厚溶液(dope)を形成した。 この濃厚溶液の温度を吸引排気下で攪拌しなから220”Cより高くし、確実に 該混合物が均一になるようにした。その後読濃厚溶液を温度220℃で前記四層 流路を有するダイを通して押出した。 中空部形成流体として窒素を、被覆流体および冷却流体として大豆油を使用した 。前記濃厚溶液の流速は22cc/mln、中空部形成流体用ポンプの流速は7 .6cc/lll1n、被覆流体用ポンプの流速は5.0cc/a+in、 、 および冷却流体用ポンプの流速は1750cc/mln、であった。 前記溶媒の除去前における該繊維の充実度(circularfty )は95 %で、破断伸びは175%であった。この溶媒の除去後における該繊維の物理的 特徴は以下の通りであった。 細孔                      340 ミクロン外径                          640 ミクロン充実度 真円度(concentricHy) バブルポイント        >170KPa0.16!り0ン以上の細孔比 率    〉50%平均細孔径          0.20ミク貯50KPa 下での水透過率     > 40cc/a+inノm降伏力             0.8N破断力            1°、ON破断伸び            >150%表面細孔幅(公称)       1ミク貯上記のよ うな形成された繊維の構造は、一般的にレース状であった。 このレース構造において、セル(cell)や細孔(pores)のような先行 技術の膜の記述に使われた用語を用いてその精密な性質を記述することはできな い。米国特許第4.519,909号のような先行技術において、セルは球形に 関し、細孔は円筒形に関する。ある点では、一つの空洞が他と交差するレース構 造の部分が”セル”に相当し得るもので、実際の交差自身は“細孔”に相当する 。位相幾何学的には、このようなレース構造の“セル°は近接する球体に関し、 “細孔°とは相互の交差によって形成される円に関する。一方、先行技術におい てセルとは分離した球に関し、細孔とは連結した円筒形に関する。 このような“細孔′および“セル”と同様に、レース構造はセルより大きな空洞 である気泡を有し、これらはかなり多くの′セル“と連結している。このレース 構造は、該気泡間の空間を占めている。 典型的なレース構造は、0.1〜5μmの間にある実質上球形の“セル”を有し 得る。これは前記セルと相互に連結している0、1〜5μmの実質上円形の“細 孔′を有する。この“細孔°もまた、前記セルを約8〜20μmの気泡に連結す る。 水透過性試験では、外部から中空部への典型的な繊維の透過率が中空部から外部 への透過率の3分の1であることが示された。 ポリプロピレン/テリクN2 (TERICN2)溶液に関して本発明を説明し てきたが、本発明はそれらに限定されないことが理躬されるべきである。ヒマシ 油を含むまたは含まない大豆油を、共溶媒(co−solution)として前 記溶液に加えてもよい。 また、テリクN2に代わッテ、シンプロラム35X2 (SYNPROLLAM に加えてもよい。 表面細孔の修飾は、温度調節および前記被覆流体の組成変更の両方によってなさ れ得る。細孔が軸方向に延伸され、且つ半径方向および円周方向に対称である膜 が調製され得る。 表面の多孔度は、半径方向の多孔性において、“スキン(skin)“の状態か ら半径方向に完全に等方性があるように変化し得るもので、更に膜の残部よりも 多孔性である表面を有する状態(逆に非対称性)まで変化し得る。 押出工程中、前記被覆流体は前記溶融ポリマー溶液とかなり混合する。これは該 被覆流体がないときに、前記冷却流体が混合するときに比べかなりの程度で混合 する。前記被覆流体は、膜の表面多孔度を調節する。この熱被覆流体は、冷却流 体の濃厚溶液に対する急冷効果を改善する。前記被覆流体は、分離され共押出さ れるが、前記の膜の押出および冷却共押出の一部ではない。 膜構造形成の正確な機構は明らかではないが、液相−液相二連純系は、二つの分 離層になるための十分な時間が維持されるならば形成されるようである。この工 程の間、前記系が形成され、レース構造ができ、引き続き相互に連結した細孔を 有する略球形のセル段階が起こり得る。ここで使われるポリマーおよび溶媒混合 物にとって前記セルの大きさの範囲は、冷却速度およびポリマーの多い相と少な い相との間の界面における表面張力に依存する。一方、該細孔の大きさは冷却速 度と若干ではあるがポリマーの分子量とにも依存する。 前記繊維は、前記冷却流体とはかなり異なった直線速度で冷却管内を移動するこ とが注目される。延伸された繊維は、前記冷却流体の平均速度に比べ3〜4倍速 い速度で移動する。 このような平均速度で計算された速度差は、該繊維が冷却流体の最高速度の約2 倍の速度で移動することをも意味する。 上記冷却流体の平均および最高速度は、繊維が存在しない速度として考えられて いる。 上記実施例は中空部形成流体として窒素を使う場合について言及しているが、ど のような飽和蒸気でも幅広く液体として使用可能である。窒素(または飽和蒸気 )が使用されるとき、中空部表面の細孔を小さくし、より非対称性が生ずるよう な効果がある。飽和蒸気の使用は冷却時に細孔内で蒸気が凝縮し、前記冷却流体 が多孔性壁を通過できるようになるであろう特性を有する。また固化した膜に対 しである程度の機械的な圧縮を及ぼすであろう特性を有する。 エタノックス3300.2 kgを伴うテリクN214.13 kg中で溶解し 、中空部形成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を用いて温度230 ℃で押出した。この冷却流体の温度は31.3℃であった。 この繊維の大きさは、中空部径332μm1外径671μmであった。 最終成形繊維は、96kPaにおいて106m1/+in/a+、 398kP aにおいて387a+I/+in/m、 599kPaにおいて478i1/i 1n/iの水透過率を有した。その細孔の平均寸法は0.301μmで、0.1 6μmより大きい細孔が90.7%を占めた。 実施例3 ヘキストボリブロビレンPPN1060F 5.2kgを、酸化防止剤エタノッ クス3300.2 kgを伴うテリクN214.6 kg中で溶解し、中空部形 成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を用いて温度230℃で押出し た。この冷却流体の温度は29.9℃最終成形繊維は、96kPaにおいて12 6m1/m1n/m、 398kPaに゛おいて430m1/sin/a+、  599kPaにおいて543a+l/sin/wの水透過率を有した。その細孔 の平均寸法は0.380μmで、0.16μmより大きい細孔が9562%を占 めた。 実施例4 ヘキストボリブロビレンPPN10eOF 5.2kgを、酸化防止剤エタノッ クス3300.2 kgを伴うテリクN214.6 kg中で溶解し、中空部形 成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を用いて温度230℃で押出し た。この冷却流体の温度は31.7℃であった。 この繊維の大きさは、中空部径323μm1外径640μmであった。 最終成形繊維は、95kPaにおいて94m1/a+in/m、 396kPa において330m1/1n/m、598kPaにおいて448m1/min/m の水透過率を有した。その細孔の平均寸法は0.310μmで、0.16μmよ り大きい細孔が87.9%を占めた。 実施例5 ヘキストボリブロビレンPPNl0f30F 5.2kgを、酸化防止剤エタノ ックス3300.2 kgを伴うテリクN214.8 kg中で溶解し、中空部 形成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を用いて温度230℃で押出 した。この冷却流体の温度は31.8℃であった。 この繊維の大きさは、中空部径320μm1外径627μmであった。 最終成形繊維は、98kPaにおいて80m1/win/a+、 399kPa において28go+l/a1n/a+、 600kPaにおいて393a+l/ win/a+の水透過率を有した。その細孔の平均寸法は0.280μmで、0 .16μmより大きい細孔が80.9%を占めた。 実施例6 ヘキストボロブロビレンPPN10BOF 5.2kgを、酸化防止剤エタノッ クス3300.2 kgを伴うテリクN214.6 kg中で溶解し、中空部形 成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を用いて温度230℃で押出し た。この冷却流体の温度は30.5℃であった。 この繊維の大きさは、中空部径325μm1外径642μmであった。 最終形成繊維は、98kPaにおいて73a+l/sin/I11.399kP aにおいて288al/min/m、 600kPaにおいて393sl/m1 n/mの水透過率を有した。その細孔の平均寸法は0:260μmで、0.16 μmより大きい細孔が80.9%を占めた。 実施例7 ヘキストボリプロピレンPPNl0BOF 8.75 kgを、酸化防止剤エタ ノックス3300.25kgを伴うテリクN2 (TERICN2)18.25 kg中で溶解し、中空部形成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を用 いて温度230℃で押出した。この冷却流体の温度は30.1’Cであった。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径650μmであった。 最終成形繊維は、95kPaで68a+l/sin/i、402kPaで21i b+I/i!n/+、 600kPaで347m1/m1n/mの水透過率を有 した。その細孔の平均寸法は0.270μmで、0.16μmより大きい細孔が 80,1%を占めた。 実施例8 ホエクストボリブロピレンPPN10BOF 5.2kgを、酸化防止剤エタノ ックス3300.2 kgを伴うテリクN214.6 )cg中で溶解し、中空 部形成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を用いで温度230℃で押 出した。この冷却流体の温度は31.5℃であった。 この繊維の大きさは、中空部径310μm、外径599μmであった。 最終成形繊維は、98 kPaにおいて52m1/ll1n/Ill、 397 kPaにおいて241m1/I!lin/m、 598kPaにおいて305a +l/sin/rAの水透過率を有した。゛その細孔の平均寸法は0.322μ mで、0.16μmより大きい細孔が65.7%を占めた。 実施例9 シェルポリプロピレンLYB1005.2kgを、酸化防止剤エタノックス33 00.2 kgを伴う大豆油9.8kgとヒマシ油4.6kgの混合物中で溶解 し、これを中空部形成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を用いて温 度195℃で押出した。この冷却流体の温度は26.2℃であった。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径650μmであった。 最終成形繊維はバブルポイント175kPaを有し、その細孔の平均寸法は0. 3μmで、0.16μmより大きい細孔が87.4%をヘキストポリプロピレン PPP10705.2 kgを、酸化防止剤エタノックス3300.2 kgを 伴う大豆油9 、8 kgおよびヒマシ油4.6kgの混合物中で溶解し、中空 部形成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を用いて温度197℃で押 出した。 この冷却流体の温度は26,0℃であった。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径650μmであった。 最終成形繊維はバブルポイント133kPaを有し、その細孔の平均寸法は0. 45μmで、0.16μmより大きい細孔が100%を占めた。 ヘキストポリプロピレンPPR1060F 5.2kgを、酸化防止剤エタノッ クス3300.2 kgを伴う大豆油10.8kgおよびヒマシ油5、Okgの 混合物中で溶解し、中空部形成流体、被覆流体、および冷却流体として大豆油を 用いて温度186℃で押出した。 この冷却流体の温度は27.5℃であった。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm、外径850μmであった。 最終成形繊維はバブルポイント245kPaを有し、その細孔の平均寸法は0. 19μmで、0.16μmより大きい細孔が86.2%をヘキストボリブロビレ ンPPN10705.2 kgを、酸化防止剤エタノックス3300.2 )c gを伴うテリクN214.6 kg中で溶解し、中空部形成流体、被覆流体、お よび冷却流体として大豆油を用いて温度196℃で押出した。この冷却流体の温 度は25.4℃であった。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径650μmであった。 最終成形繊維はバブルポイント140kPaを有し、その細孔の平均寸法は0. 24μmで、0.16μmより大きい細孔が89.6%をヘキストボリブロビレ ンPPN10704.8 kgを、酸化防止剤エタノックス3300.2 kg を伴うテリクN215.Okg中で溶解し、中空部形成流体、被覆流体、および 冷却流体として大豆油を用いて温度198℃で押出した。この冷却流体の温度は 2087℃であった。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm、外径650μmであった。 最終成形繊維はバブルポイント175kPaを有し、その細孔の平均寸法は0. 23μmで、0.16μmより大きい細孔が82.896をエタノックス330 0.2 kgを伴うこれを中空部形成流体、被覆流体、および冷却流体としての 大豆油を用いて温度238℃で押出した。この冷却流体の温度は21.4℃であ った。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径850μmであった。 最終的な繊維はバブルポイント280kPaを有し、その細孔の平均寸法は0. 18μmで、0.16μmより大きい細孔が83.4%をシェルポリプロピレン LYEilOO5,2kgを、酸化防止剤エタノックス3300.2 kgを伴 うテリクN214.6 kg中で溶解し、中空部形成流体、被覆流体、および冷 却流体として大豆油を用いて、温度190℃で押出した。この冷却流体の温度は 26.5℃であった。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径650μmであった。 最終成形繊維はバブルポイント310kPaを有し、その細孔の平均的寸法は0 .24μmで、0.16μmより大きい細孔が79%をヘキストポリプロピレン PPN1060F 350gを、酸化防止剤エタノックス3301 gを伴うヒ マシ油100gとジオクチルフタレートの混合物中で溶解し、これを中空部形成 流体、被覆流体、および冷却流体としてヒマシ油とジオクチルフタレートの混合 物を用いて温度190℃で押出した。この冷却流体の温度は28.9℃であった 。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径650μmであり、微 多孔性構造を有していた。 実施例17 ヘキストボリブロビレンPPN1060F 300gを、酸化防止剤エタノック ス3301 gを伴うオレイン酸450gおよびユニケム社(Unlchea) 製ダイマー酸ブリボール1017 (diaper acidPripol 1 017)ジオクチルフタレートの混合物中で溶解し、これを中空部形成流体並び に被覆流体としてオレイン酸を、および冷却流体として粘度560セフ+gイズ のエチルセルロースと水の混合物を夫々用いて、温度190℃で押出した。この 冷却流体の温度は32℃であった。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径650μmであり、微 多孔性構造を有していた。 実施例18 ヘキストボリブロビレンPPN1060F 525gを、酸化防止剤エタノック ス3301.5 gを伴うヒマシ油975g中で溶解し、これを中空部形成流体 、被覆流体および冷却流体としてジオクチルフタレートを用いて190℃で押出 した。この冷却流体の温度を25℃から33℃に徐々に上昇させた。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm、外径650μmであり、微 多孔性構造を有していた。 実施例19 ヘキストボリブロビレンPPN1060F 450gを、酸化防止剤エタノック ス3301.5 gを伴うジブチルフタレート1.05kg中で溶解し、これを 中空部形成流体、被覆流体および冷却流体としてジオクチルフタレートを用いて 、温度を25℃から33℃まで徐々に上昇させながら押出した。この冷却流体の 温度を25℃から33℃に徐々に上昇させた。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径650μmであり、微 多孔性構造を有していた。 実施例20 ヘキストポリブロビレンPPN1060F 500gを、酸化防止剤エタノック ス33010kgを伴うジオクチルフタレート350gとジブチルフタレ−)1 050gの混合物中で溶解し、これを中空部形成流体および被覆流体としてジオ クチルフタレートを、冷却流体としてジオクチルフタレート99%およびジブチ ルフタレート1%に混合物を夫々用いて、温度230’Cにおいて押出した。こ の冷却流体の温度は32.6℃であった。 この繊維の名目上の大きさは、中空部径320μm1外径650μmであり、微 多孔性構造を有していた。 最終成形繊維はバブルポイント460kPaを有し、その細孔の平均寸法は0. 10μmで、0.16μmより大きい細孔が15%を占めた。 浄書(内容に変更なし) 一〇′ F/θ、/ 国際調査報告 ANNEX TOM WiズQL 5EARO(REIXmcuD庁日引に■α aLん斗qスτにえNO6にコ層     1OS337850) DのOFAM征■

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多孔性高分子材料を製造する方法であって、a)(i)熱可塑性ポリマー と、 (ii)親水親油バランス値の範囲4.0〜6.0を有するカチオン性または非 イオン性界面活性剤とを含む混合物を、 前記ポリマーおよび界面活性剤が充分に相溶する温度と時間において加熱する工 程と、 b)非平衡状態にある液相−液相の相分離が起こり、前記ポリマーおよび界面活 性剤の二連続マトリックスが形成され、その結果大きな界面領域を有する二つの 分離相が混合された状態を形成するような温度にまで前記混合物を冷却する工程 と、 c)前記ポリマーから前記界面活性剤相を除去する工程とを具備する方法。
  2. (2)前記溶融混合物を中空繊維への成形に適した押出ヘッドに導入する請求項 1記載の方法。
  3. (3)中空部形成流体を前記成形された溶融混合物の中空部に導入する段階を更 に具備する請求項2記載の方法。
  4. (4)前記成形された溶融混合物の外表面周囲に被覆流体を導入する段階を更に 具備する請求項2または3記載の方法。
  5. (5)前記被覆流体の周囲に冷却流体を導入する段階を更にに具備する請求項4 記載の方法。
  6. (6)前記押出ヘッドが、前記繊維が成形される第一温度帯と、その成形繊維を 冷却および固化させる第二温度帯とを有する請求項2記載の方法。
  7. (7)前記中空部形成流体および前記被覆流体が、前記第一温度帯にある押出ヘ ッドに導入され、また前記冷却流体が前記第二温度帯にある押出ヘッドに導入さ れる請求項6記載の方法。
  8. (8)前記繊維径が該中空繊維形状の形成後に減少し、初期繊維径に対する最終 繊維径の比率が0.25〜10の範囲である請求項2記載の方法。
  9. (9)前記繊維が、前期冷却流体の直線速度とは異なる速度で押出ヘッド中を移 動する請求項5記載の方法。
  10. (10)前記繊維が、前記冷却流体の平均速度の3〜4倍速い速度で移動する請 求項9記載の方法。
  11. (11)前記中空部形成流体が、窒素ガスまたは飽和蒸気である請求項3記載の 方法。
  12. (12)前記冷却流体が、大豆油、パラフィン油、落花生油、胡麻油、ボレコ油 、カラシ油、オリーブ油、セネカ油、ココナッツ油、コーヒー油、菜種油、コー ン油、綿実油、グリセリン、トリオレイン酸グリセリル、トリミリスチン、ジョ ジョバ油、マカッサー油、ニーム油、ヒマシ油、菖蒲根油、ベニ油、およびオレ イン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、アラキドン酸、ベヘン酸 、リグノセリン酸、リノール酸、リノレン酸、エライジン酸、バクセン酸、およ びそれらのグリセリンエステルと、それらのナトリウム塩、カリウム塩、および カルシウム塩との混合物を含む群より選ばれたものである請求項4記載の方法。
  13. (13)前記冷却流体が、大豆油、水、パラフィン油、落花生油、胡麻油、ボレ コ油、カラシ油、オリーブ油、セネカ油、ココナッツ油、コーヒー油、菜種油、 コーン油、綿実油、グリセリン、トリオレイン酸グリセリル、トリミリスチン、 ジョジョバ油、マカッサー油、ニーム油、カストロール油、菖蒲根油、ベニ油、 およびオレイン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、アラキドン酸 、ベヘン酸、リグノセリン酸、リノール酸、リノレン酸、エライジン酸、バクセ ン酸、およびそれらののグリセリンエステルと、それらのナトリウム塩、カリウ ム塩、およびカルシウム塩との混合物を含む群より選ばれたものである請求項5 記載の方法。
  14. (14)前記冷却流体が前記被覆流体と同一である請求項13記載の方法。
  15. (15)前記中空部形成流体が前記冷却流体および前記被覆流体と同一である請 求項14記載の方法。
  16. (16)前記中空部形成流体および前記冷却流体が、前記押出ヘッドに導入され る以前に該溶融混合物の温度に加熱される請求項7記載の方法。
  17. (17)前記ポリマーが、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリビニリデン、ポ リ二フッ化ビニリデン、ポリ二塩化ビニリデン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、 ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチル、ポリ酸化フェニレン、ポリテレフタル 酸エチレン、ポリアクリロニトリル、および酢酸セルロースを含む群から選ばれ たものである請求項1記載の方法。
  18. (18)前記界面活性剤が、ノニルフェノキシエトキシエタノール、アミンエト キシレート、ポリオキシエチレン(2)オレイルアルコール、セチルーオレイル アルコールのエチルオキシレート化誘導体、エチレンオキシドとトール油の縮合 物、高分子量脂肪酸からの自己乳化誘導体、モノオレイン酸ソルビタン、モノス テアリン酸ソルビタン、セスキオレイン酸ソルビタン、ポリオキシエチレンヘキ シタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンセチルオレイルアルコール、アトマ −685非イオン界面活性剤、ポリオキシエチレン(2)セチルアルコール、ポ リオキシエチレン(2)ステアリルアルコール、ポリオキシエチレン脂肪アルコ ール、ポリオキシエチレン(2)合成一級C13/C15アルコールを含む群か ら選ばれたものである請求項1記載の方法。
  19. (19)前記繊維形成混合物が酸化防止剤を含む前記請求項のうちいずれか一つ に記載の方法。
  20. (20)1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチ ル−4−ヒドキシベンジル)ベンゼン、および可溶性ヒンダードフェノールを含 む群より選ばれたものである請求項19記載の方法。
  21. (21)前記ポリマーがポリプロピレンであり、前記溶媒がノニルフェノキシエ トキシエタノールであり、該溶媒中のポリマー濃度が15〜50重量%である請 求項1記載の方法。
  22. (22)多数のポリマーストランドが各ストランドにそって離間した場所で相互 に結合されてなるレース状またはフィラメント状構造を特徴とする多孔性高分子 材料。
  23. (23)前記結合の大きさが当該結合位置におけるストランド断面よりも若干大 きい請求項22記載の多孔性材料。
  24. (24)前記各ストランドの長さが、該ストランド径の5〜50倍である請求項 22または23記載の多孔性材料。
  25. (25)前記ストランドのうち少なくとも幾つかの断面形状が円形である請求項 22〜24のうちいずれか一つに記載の多孔性材料。
  26. (26)前記ストランドのうち少なくとも幾つかの断面形状が楕円形である請求 項22〜24のうちいずれか一つに記載の多孔性材料。
  27. (27)前記楕円の長軸が該短軸の少なくとも5倍である請求項26記載の多孔 性材料。
  28. (28)前記ストランドのうち少なくとも幾つかが軸配向し、その軸方向に相互 結合したストランドによって通常楕円形の隙間が明確に形成される請求項22〜 27のうちいずれか一つに記載の多孔性材料。
  29. (29)0.1〜0.5μmの小孔によって相互に結合した0.1〜5μmの多 数のセルと、8〜20μmの多数の気泡とを含む構造を有する請求項22〜28 のうちいずれか一つに記載の多孔性材料。
  30. (30)各気泡がかなり多数のセルと連結している請求項29記載の多孔性材料 。
  31. (31)前記レース状構造が前記気泡間の空間を占有している請求項29または 30記載の多孔性材料。
  32. (32)一方向の材料の透過率が逆方向の透過率の3分の1である請求項22〜 31のうちいずれか一つに記載の多孔性材料。
  33. (33)中空繊維形状である請求項22〜32のうちいずれか一つに記載の多孔 性材料。
  34. (34)請求項1記載の方法によって製造される高分子多孔性材料。
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