JPH1121369A - 多孔質高分子膜の製造方法 - Google Patents

多孔質高分子膜の製造方法

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JPH1121369A
JPH1121369A JP21144697A JP21144697A JPH1121369A JP H1121369 A JPH1121369 A JP H1121369A JP 21144697 A JP21144697 A JP 21144697A JP 21144697 A JP21144697 A JP 21144697A JP H1121369 A JPH1121369 A JP H1121369A
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Shigekuni Sasaki
重邦 佐々木
Noriyoshi Yamada
典義 山田
Fumio Yamamoto
二三男 山本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細空孔を有する多孔質高分子膜を簡便に製
造する方法を提供する。 【解決手段】 粒径50nm以下の微粒子が分散してい
る高分子材料から微粒子を除去することを特徴とする。 【効果】 微細空孔を有する多孔質高分子膜を簡便に得
ることができる。この微細空孔を有する多孔質高分子膜
を用いて例えばセンサへの応用等の発展が期待できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、多孔質高分子膜の製造
方法に関する。特に光産業分野に利用できる微細空孔の
多孔質高分子膜の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】光通信システムの進展に伴い、様々な光
学材料が要求されている。中でも高分子光学材料は、経
済性、扱い易さ等の観点から今後の発展が期待される材
料である。高分子光学材料としては例えばポリメチルメ
タクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレンなどが
知られている。また最近では耐熱性に優れたポリイミド
も光学材料として優れた性能を有するものが開発されて
きている。これらの高分子光学材料は、様々な用途への
展開が検討されているが、最も代表的なものが光導波路
である。光導波路は光を伝搬するコアと、コアを伝搬す
る光を外に逃げないようにするためにコアの周りに使用
するクラッドで基本的には構成されている。クラッドの
屈折率は、光を閉じ込める機能を持たせるためにコアの
屈折率よりも大きい値となるように設計されている。光
を伝搬するコア材料は、当然のことながら光透過性に優
れていないといけない。光透過性に優れるとは、簡単に
表現すると光を吸収せず、また光を散乱しないこととい
うことができる。光を吸収しなくすることは、コアの高
分子材料を使用する波長の光を吸収しない分子構造にす
ることにより実現できる。また光を散乱しなくすること
は、光を散乱する原因となる大きさの不純物をなくする
ことで概ね実現できる。
【0003】我々はポリイミドの屈折率制御法として二
酸化ケイ素微粒子の粒径が50nm以下の微粒子をポリ
イミドに配合させることにより、光透過性を低下させず
に屈折率を制御できることを見いだしている。すなわち
粒径が50nm以下では光散乱がほとんど起こらないこ
とを明らかにしている。
【0004】一方、高分子光学材料はただ光を伝搬する
だけでなく、種々の機能をもたせることも可能である。
例えば高分子光学材料の中に、ある物質と反応して別の
物質に変化する試薬を混ぜ込んでおくことにより、セン
サとしての機能を持たせることができる。高分子光学材
料にその試薬を均一に混ぜ込む方法として高分子材料の
中に空孔をあらかじめ作製しておき後から試薬をその空
孔に分散させる(例えば溶液状態で含浸)ことが考えら
れる。この場合空孔が大きすぎると光が散乱してしまい
センサの機能を果たせなくなる恐れがある。では一体ど
の程度の径の空孔が良いのかということであるが、光を
散乱せず、かつ試薬を分散できる程度の径の空孔が必要
である。
【0005】ではこのような空孔径を有する多孔質高分
子膜をいかに作製するかであるが、従来多孔質高分子膜
としては高分子分離膜が知られている。高分子分離膜と
は空孔の大きさを利用して分子の大きさの異なる気体、
液体を分離するものである。高分子分離膜に使用する多
孔質高分子膜の製造方法としては延伸法、相転換法、エ
ッチング法、in−situ反応法、積層法などが知ら
れている。大矢晴彦、丹羽雅裕共著、高分子学会編集、
共立出版発行の「高分子新素材 one point−
6、高機能分離膜」に具体的な多孔質高分子膜の製造方
法及び膜の性質が紹介されている。それによると例えば
延伸膜ではポリテトラフルオロエチレンの0.1μm程
度の糸状結晶ポリマーにケロシンやナフサを潤滑剤とし
て15〜25%程度混入させたものを80℃でカレンダ
ーロールで薄く伸ばし、加熱して潤滑剤を除去した後1
軸あるいは2軸延伸を行っている。そして最後に327
℃で焼結して多孔質膜を得ている。このようにしてでき
た膜は、孔径が0.02〜15μm、空孔率25〜95
%と記されている。またエッチング膜も次のように紹介
されている。ポリカーボネートの均質薄膜に原子炉から
発生した中性子を含む荷電粒子を膜にほぼ垂直にあて
0.3〜5nmの孔をあけている。さらにアルカリでエ
ッチングして空孔を大きくしている。
【0006】通常多孔質高分子膜の空孔の大きさは、延
伸法で紹介したように一定ではなくサブミクロンからミ
クロンの範囲の大きさを有する。また唯一空孔の大きさ
をサブミクロンに制御できるエッチング法では、原子炉
から発生した中性子を含む荷電粒子を高分子膜に照射す
るという非常に扱いづらく、複雑な製造工程を必要とす
る。
【0007】このように従来の多孔質高分子膜は、空孔
径をサブミクロンで制御し、かつ簡便な製造方法は知ら
れていなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、微細空孔を
有する多孔質高分子膜を簡便に製造する方法を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の目
的を達成するため、鋭意検討を行った結果粒径を制御し
た微粒子を配合した高分子材料から微粒子だけを除去す
ることにより微細空孔を有する多孔質高分子膜を簡便に
製造できることを見いだし、本発明を完成するに至っ
た。
【0010】すなわち本発明の第一の発明の多孔質高分
子膜の製造方法は、粒径50nm以下の微粒子が分散し
ている高分子材料から微粒子を除去することを特徴とす
る。本発明の第二の発明の多孔質高分子膜の製造方法
は、粒径50nm以下の二酸化ケイ素微粒子が分散して
いる高分子材料から二酸化ケイ素微粒子をフッ酸で溶解
除去することを特徴とする。本発明の第三の発明の多孔
質高分子膜の製造方法は、粒径50nm以下の二酸化ケ
イ素微粒子が分散しているポリイミドから二酸化ケイ素
微粒子をフッ酸で溶解除去することを特徴とする。
【0011】以下本発明を詳細に説明する。
【0012】本発明に使用する高分子材料は光透過性に
比較的優れた高分子材料なら全て使用できる。光透過性
が80%以上と非常に優れていることが好ましいが、例
えば20%の光透過性でも用途によっては使用可能であ
るため、光透過性で特に限定する必要はない。具体的な
材料としてはポリイミド、エポキシ樹脂、シリコン樹
脂、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカ
ーボネート、ポリエステルなどが使用できるが、耐熱性
の観点からはポリイミド、エポキシ樹脂などが適してい
る。特に光通信に用いる場合は光通信波長で光透過性に
優れているフッ素化ポリイミドが好適である。
【0013】また本発明に使用する微粒子としては二酸
化ケイ素などの金属酸化物微粒子、ポリマー微粒子、有
機化合物微粒子など、分散した微粒子を除去可能な微粒
子なら全て使用できる。
【0014】次に微粒子が分散している高分子材料から
微粒子を除去する方法であるが、分散した微粒子によっ
て異なり、微粒子に適合した除去方法なら全て使用でき
る。例えば二酸化ケイ素微粒子ではフッ酸により溶解除
去が可能である。またポリマー微粒子、有機化合物微粒
子では熱分解による除去、溶媒による溶解除去が適用で
きる。
【0015】次に高分子材料としてポリイミドを、微粒
子として二酸化ケイ素微粒子を用いた空孔径50nm以
下の多孔質高分子膜の製造方法について概説する。
【0016】粒径50nm以下の二酸化ケイ素微粒子を
ポリアミド酸溶液またはポリイミド溶液に分散させた溶
液を作製する。分散の仕方としては有機溶媒中に二酸化
ケイ素微粒子を分散させた溶液(例えば日産化学工業株
式会社製のオルガノシリカゾルなど)とポリアミド酸溶
液またはポリイミド溶液を混合する。また二酸化ケイ素
微粒子を直接ポリアミド酸溶液やポリイミド溶液にボー
ルミルなどを使用して配合する方法も使用できる。二酸
化ケイ素微粒子の配合量は狙いとする空孔密度をいかに
設定するかによって自由に変化させて良い。
【0017】このようにして調整した二酸化ケイ素微粒
子配合ポリアミド酸溶液やポリイミド溶液からフィルム
を作製するには、通常のポリイミドフィルム作製方法と
同様で良い。例えば次の方法で作製できる。シリコンな
どの基板上にポリアミド酸溶液またはポリイミド溶液を
スピンコート法、ディップ法等により、均一な厚さに塗
布する。その後溶媒の揮発のため加熱する。ポリアミド
酸溶液を用いる場合はイミド化に必要な加熱をさらに行
う。
【0018】次に二酸化ケイ素微粒子の除去であるが、
適当な濃度のフッ酸水溶液に適当な時間浸漬することに
より実現できる。濃度、浸漬時間はフィルムの膜厚によ
り適宜設定する。このようにして微細空孔を有している
多孔質ポリイミド膜が作製できる。この多孔質ポリイミ
ド膜から二酸化ケイ素微粒子が除去されているかは、蛍
光X線分析で明らかにできる。
【0019】
【実施例】以下いくつかの実施例を用いて本発明をさら
に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではない。
【0020】
【実施例1】三角フラスコに2、2−ビス(3、4−ジ
カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン二無水物
(以下6FDAと略記する)88.8g(0.2mo
l)と2、2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,
4’−ジアミノビフェニル(以下TFDBと略記する)
64.0g(0.2mol)及びN、N−ジメチルアセ
トアミド(以下DMAcと略記する)1000gを加え
た。この混合物を窒素雰囲気下、室温で3日間撹拌し、
濃度約15wt%のポリアミド酸溶液(以下6FDA/
TFDBポリアミド酸溶液と略記する)を得た。容量1
00mlのガラス製容器に、6FDA/TFDBポリア
ミド酸溶液8.52gと、粒径10〜20nmの二酸化
ケイ素微粒子をDMAcに20wt%分散させた二酸化
ケイ素微粒子分散溶液(オルガノシリカゾルDMAc−
ST、日産化学工業株式会社製)1.53gを入れ室温
で24時間撹拌し、無色透明な二酸化ケイ素微粒子含有
ポリアミド酸溶液を得た。
【0021】次にこの二酸化ケイ素微粒子含有ポリアミ
ド酸溶液を酸化膜が付いたシリコン基板に滴下し、スピ
ンコート法で均一な厚さの膜とした。続いてこれをオー
ブン中で70℃で2時間、160℃で1時間、250℃
で30分、350℃で1時間加熱し、イミド化を行い、
厚さ約6μmの二酸化ケイ素微粒子含有ポリイミドフィ
ルムを得た。このポリイミドフィルムは二酸化ケイ素微
粒子を20wt%含有している。
【0022】得られた二酸化ケイ素微粒子20wt%含
有ポリイミドフィルムの光透過率(波長500nm)
は、90%であり、二酸化ケイ素微粒子を配合していな
いポリイミドフィルムと同様であった。
【0023】次にこの二酸化ケイ素微粒子20wt%含
有ポリイミドフィルムをフッ酸2.5%溶水液に6時間
含浸させた。これを水道水で30分間洗浄後110℃の
恒温槽中で1時間乾燥させた。
【0024】得られた多孔質ポリイミド膜を蛍光X線で
Siの含有量を測定した結果検出限界以下であり、Si
はほとんど存在していないことが確認できた。このよう
に粒径を制御した二酸化ケイ素微粒子を分散したポリイ
ミドフィルムから二酸化ケイ素微粒子を除去したことに
より微細空孔を有する多孔質ポリイミドフィルムを簡便
に作製することができた。
【0025】
【実施例2】実施例1のポリイミドの替わりにエポキシ
樹脂を用い、二酸化ケイ素微粒子含有エポキシ樹脂膜を
作製した。実施例1と同様にフッ酸で処理を行い、微細
空孔を有する多孔質エポキシ樹脂膜を得た。
【0026】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明の方法を用
いることにより、微細空孔を有する多孔質高分子膜を簡
便に得ることができる。この微細空孔を有する多孔質高
分子膜を用いて例えばセンサへの応用等の発展が期待で
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 二三男 東京都武蔵野市御殿山一丁目1番3号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ 株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】粒径50nm以下の微粒子が分散している
    高分子材料から微粒子を除去することを特徴とする多孔
    質高分子膜の製造方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の微粒子が二酸化ケイ素微粒
    子であり、該微粒子が分散している高分子材料から該微
    粒子をフッ酸で溶解除去することを特徴とする請求項1
    記載の多孔質高分子膜の製造方法。
  3. 【請求項3】請求項2記載の高分子材料がポリイミドで
    あることを特徴とする請求項2記載の多孔質高分子膜の
    製造方法。
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