JP4962643B2 - Porous material and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は、優れた構造均一性および高い表面開孔率を活かして、分離膜や吸着体として有用に用いることができるナノメーターオーダーからマイクロメーターオーダーに構造制御可能なポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔体とその製造方法、該多孔体からなる分離膜および該多孔体からなる吸着体に関する。 The present invention is based on polymethyl methacrylate, which can be usefully used as a separation membrane and an adsorbent, and can be structurally controlled from nanometer order to micrometer order, taking advantage of excellent structural uniformity and high surface porosity. The present invention relates to a porous body and a method for producing the same, a separation membrane made of the porous body, and an adsorbent made of the porous body.
多孔体は分離膜、吸着体、燃料電池セパレータ、低誘電率材料、触媒担体等に利用されている。このうち分離膜は人工腎臓や血漿分離膜などの医療分野、水処理や炭酸ガス分離などの環境エネルギー分野をはじめとして幅広い用途で利用されている。また、膜分離プロセスは液体から気体などの相転移を伴わないため、蒸留等と比較してエネルギー負荷が小さい分離プロセスとして注目されている。また吸着体に関しても血液浄化カラム等の医療材料、水処理、石油精製、脱臭、脱色など幅広い分野で利用されている。 The porous body is used as a separation membrane, an adsorbent, a fuel cell separator, a low dielectric constant material, a catalyst carrier, and the like. Among these, separation membranes are used in a wide range of applications including medical fields such as artificial kidneys and plasma separation membranes, and environmental energy fields such as water treatment and carbon dioxide separation. In addition, since the membrane separation process does not involve a phase transition from a liquid to a gas or the like, the membrane separation process has attracted attention as a separation process with a smaller energy load compared to distillation or the like. Adsorbents are also used in a wide range of fields including medical materials such as blood purification columns, water treatment, petroleum refining, deodorization, and decolorization.
ポリメチルメタクリレートは、その高い光線透過率から光学デバイスに好適に用いることができる。一方、高い生体適合性とタンパク質の特異吸着性を利用してポリメチルメタクリレート中空糸膜からなる人工腎臓として分離膜としても好適に用いることができる。この、ポリメチルメタクリレートの分離膜はポリメチルメタクリレートのステレオコンプレックスを利用して作製される。 Polymethyl methacrylate can be suitably used for an optical device because of its high light transmittance. On the other hand, it can be suitably used as a separation membrane as an artificial kidney composed of a polymethylmethacrylate hollow fiber membrane by utilizing high biocompatibility and specific protein adsorption. This polymethylmethacrylate separation membrane is produced using a stereocomplex of polymethylmethacrylate.
例えば、特許文献1には、ジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミド等のステレオコンプレックスを形成しうる有機溶媒にアイソタクチックポリメチルメタクリレートとシンジオタクチックポリメチルメタクリレートを溶解した原液を適当な形状の口金から貧溶媒中に吐出することで得ることができる技術が記載されている。 For example, in Patent Document 1, a stock solution in which isotactic polymethyl methacrylate and syndiotactic polymethyl methacrylate are dissolved in an organic solvent capable of forming a stereocomplex such as dimethyl sulfoxide and dimethylformamide is used as a poor solvent from a die having an appropriate shape. A technique that can be obtained by discharging the ink inside is described.
また、特許文献2には、ポリエチレンなどの結晶性ポリマーを加熱溶融し、口金から吐出して延伸する溶融製膜方法が記載されている。この溶融製膜方法は、ポリマーの非晶部分を引き裂き開孔する方法であり、延伸開孔法とも呼ばれ、製膜速度を上げることが可能である。 Patent Document 2 describes a melt film-forming method in which a crystalline polymer such as polyethylene is melted by heating, and is discharged from a die and stretched. This melt film-forming method is a method of tearing and opening an amorphous portion of a polymer, and is also referred to as a stretch hole-opening method, and can increase the film-forming speed.
特許文献3には、別の溶融製膜法として、2種類以上のポリマーを溶融混練して得られたポリマーアロイから部分的にポリマーを除去して多孔化し分離膜とする方法が記載されている。 Patent Document 3 describes another melt film-forming method in which a polymer is partially removed from a polymer alloy obtained by melt-kneading two or more types of polymers to obtain a porous separation membrane. .
非特許文献1には、ポリメチルメタクリレートは溶融混練時にもステレオコンプレックスを形成し、その融点が200℃以上となることが報告されている。 Non-Patent Document 1 reports that polymethyl methacrylate forms a stereocomplex even during melt-kneading and has a melting point of 200 ° C. or higher.
しかし、特許文献1記載の方法はいわゆる溶液製膜と言われるものであり、膜表面の開孔率が膜内部の空孔率と比較して低くなり、その結果膜表面が物質透過のボトルネックとなるため物質透過効率の向上に限界があった。この溶液製膜における開孔率低下は、溶液中のポリマー分子の易動度が溶融ポリマー中の易動度と比較して極めて高いことに起因している。すなわち、紡糸口金から吐出されたポリメチルメタクリレート溶液(原液)は、空気などの気体や凝固液等の液体との界面から相分離が開始する。この際、界面近傍では相分離が急速に進行するため、易動度が高いポリメチルメタクリレート分子は凝集し、スキン層と呼ばれるポリメチルメタクリレートリッチな層が膜表面に形成される。このスキン層は膜内部と比較して空孔率が低ため、溶液製膜で作製した分離膜の表面開孔率は膜内部の空孔率と比較して低くなる傾向にあった。膜表面の開孔率をアップさせるため、スキン層を除去することも考えられるが、スキン層の厚さは数ミクロン以下であり、スキン層のみを除去することは技術的に難易度が高く、ましてや溶液製膜といった連続生産においてスキン層を除去することは現実的ではなかった。 However, the method described in Patent Document 1 is so-called solution casting, and the porosity of the membrane surface is lower than the porosity inside the membrane, and as a result, the membrane surface is a material-permeating bottleneck. Therefore, there was a limit to improving the material permeation efficiency. This decrease in the porosity in solution casting is due to the extremely high mobility of polymer molecules in the solution compared to the mobility in the molten polymer. That is, the phase separation of the polymethyl methacrylate solution (stock solution) discharged from the spinneret starts from the interface with a gas such as air or a liquid such as a coagulation liquid. At this time, since the phase separation rapidly proceeds in the vicinity of the interface, polymethyl methacrylate molecules having high mobility aggregate and a polymethyl methacrylate-rich layer called a skin layer is formed on the film surface. Since this skin layer has a lower porosity than the inside of the membrane, the surface porosity of the separation membrane produced by solution casting tends to be lower than that of the inside of the membrane. It is conceivable to remove the skin layer in order to increase the porosity of the membrane surface, but the thickness of the skin layer is several microns or less, and it is technically difficult to remove only the skin layer, Furthermore, it was not practical to remove the skin layer in continuous production such as solution casting.
また、特許文献2の溶融製膜方法は、溶液製膜と比較して製膜速度を上げることが可能であり、製膜速度を溶液製膜の100倍近くにまで上げることが可能となる。ただし、延伸開孔法が適用できるポリマーはポリエチレンやポリプロピレンなどの結晶性ポリマーの中でも一部に限られており、ポリメチルメタクリレートなどの非晶性ポリマーには適用することが困難であった。また、引き裂きにより開孔するため、孔径を制御することが困難であり、微細かつ均一な開孔が困難であった。 Further, the melt film forming method of Patent Document 2 can increase the film forming speed as compared with the solution film forming, and can increase the film forming speed to nearly 100 times that of the solution film forming. However, the polymers to which the stretch opening method can be applied are limited to some of the crystalline polymers such as polyethylene and polypropylene, and are difficult to apply to amorphous polymers such as polymethyl methacrylate. Further, since the holes are opened by tearing, it is difficult to control the hole diameter, and it is difficult to make fine and uniform holes.
特許文献3の別の溶融製膜法では、スピノーダル分解により得られた微細かつ均一な連続構造を有するアロイから多孔体を得る方法であり、微細かつ均一な開孔が可能な上、溶融樹脂を用いていることから製膜速度も速いという特徴がある。ただし、スピノーダル分解による溶融混練ポリマーアロイはポリマーアロイ系の選択、すなわちポリマーの組み合わせが重要である。特に多孔体を作製するにあたっては、ポリマーの除去も考慮してポリマーアロイ系を選択する必要があり、例えば溶媒を用いてポリマーを除去する場合、多孔体の基材ポリマーは溶解せず除去対象ポリマーのみ選択的に溶解する溶媒が必要となり、ポリマーアロイ系の選択幅が非常に狭くなる。特許文献3にはポリメチルメタクリレートのアロイ系としていくつかの組み合わせが記載されているが、容易なポリマー除去なアロイ系は記載されていない。 In another melt film-forming method of Patent Document 3, a porous body is obtained from an alloy having a fine and uniform continuous structure obtained by spinodal decomposition, and a fine and uniform opening is possible. Since it is used, the film forming speed is also high. However, for melt-kneaded polymer alloy by spinodal decomposition, selection of a polymer alloy system, that is, a combination of polymers is important. In particular, when producing a porous body, it is necessary to select a polymer alloy system in consideration of the removal of the polymer. For example, when removing a polymer using a solvent, the base material polymer of the porous body does not dissolve and the polymer to be removed Only a solvent that selectively dissolves is required, and the selection range of the polymer alloy system becomes very narrow. Although some combinations are described in Patent Document 3 as an alloy system of polymethylmethacrylate, an alloy system capable of easily removing a polymer is not described.
また、非特許文献1には、前記のとおり、ポリメチルメタクリレートは溶融混練時にもステレオコンプレックスを形成し、その融点が200℃以上となることが報告されており、そのため、ステレオコンプレックスが形成されると、溶融混練が困難となるばかりでなく部分的に未溶融部分が発生し、均一な溶融混練アロイが得られないといった問題が生じる。このような不均一なアロイからは均一な多孔体を得ることができないのは言うまでもない。 Further, as described above, Non-Patent Document 1 reports that polymethyl methacrylate forms a stereocomplex even during melt-kneading and has a melting point of 200 ° C. or higher. Therefore, a stereocomplex is formed. As a result, not only melt kneading becomes difficult, but also an unmelted part is partially generated, and a uniform melt kneading alloy cannot be obtained. It goes without saying that a uniform porous body cannot be obtained from such a non-uniform alloy.
かかる状況から、表面開孔率が高く、かつ生産性が高いポリメチルメタクリレート多孔体を得る方法が要望されていた。 Under such circumstances, there has been a demand for a method for obtaining a polymethyl methacrylate porous body having a high surface porosity and high productivity.
本発明は、高い表面開孔率と微細かつ均一な多孔構造を活かして、人工腎臓等の血液成分分離膜や血液浄化カラムなどの吸着剤として有用に用いることができる、ナノメーターオーダーからマイクロメーターオーダーに孔径制御可能なポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔体およびその製造方法を提供することをその課題とするものである。 The present invention utilizes a high surface porosity and a fine and uniform porous structure, and can be usefully used as an adsorbent for blood component separation membranes such as artificial kidneys and blood purification columns. It is an object of the present invention to provide a porous body mainly composed of polymethylmethacrylate whose pore diameter can be controlled in order and a method for producing the same.
本発明の多孔体は、上記課題を解決するため、次の構成を有するものである。
1.連続孔を有し、該連続孔の孔径が0.001μm以上500μm以下であり、少なくとも一つの表面の開孔率が10%以上80%以下であるポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔体であって、前記ポリメチルメタクリレート中のアイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合が10重量%未満であり、前記多孔体の孔径の10倍以上100倍以下の長さを一辺とする正方形の視野で撮影された顕微鏡画像をフーリエ変換して得られる、横軸が波数、縦軸が強度からなるグラフの曲線において、ピーク半値幅(a)、該ピークの極大波長(b)とするとき0<(a)/(b)≦1.2である多孔体。
2.多孔体の形状が厚さ1μm以上5mm以下のシート状、または厚さ1μm以上5mm以下の中空糸状、または外径1μm以上5mm以下の繊維状、または直径10μm以上5mm以下の粒子状である1に記載の多孔体。
3.1から2のいずれかに記載の多孔体からなる分離膜。
4.分離対象物質が生体成分である3に記載の分離膜。
5.生体成分が血液またはその一部である4に記載の分離膜。
6.1から2のいずれかに記載の多孔体からなる吸着体。
7.吸着対称物質が生体成分である6に記載の吸着体。
8.生体成分が血液またはその一部である7に記載の吸着体。
9.アイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合が10重量%未満であるポリメチルメタクリレートと脂肪族ポリエステルから得られるポリマーアロイ成形品から脂肪族ポリエステルを除去する1から3のいずれかに記載の多孔体の製造方法。
10.脂肪族ポリエステルがポリ乳酸である9に記載の多孔体の製造方法。
11.脂肪族ポリエステルの除去を加水分解により行う9から10のいずれかに記載の多孔体の製造方法。
12.ポリマーアロイが溶融混練により得られる9から11のいずれかに記載の多孔体の製造方法。
13.ポリマーアロイがスピノーダル分解による相分離で得られる9から12のいずれかに記載の多孔体の製造方法。
In order to solve the above problems, the porous body of the present invention has the following configuration.
1. A porous body mainly composed of polymethyl methacrylate having continuous pores, the pore diameter of the continuous pores being 0.001 μm or more and 500 μm or less, and the porosity of at least one surface being 10% or more and 80% or less. The ratio of isotactic polymethyl methacrylate in the polymethyl methacrylate was less than 10% by weight, and was photographed with a square field of view having a length of 10 to 100 times the pore diameter of the porous body as one side. In a graph curve obtained by Fourier transforming a microscope image, the horizontal axis is the wave number and the vertical axis is the intensity, the peak half-value width (a) and the peak maximum wavelength (b) are 0 <(a) / (b) A porous body satisfying ≦ 1.2.
2 . Porous shapes thickness 1μm or more 5mm or less of the sheet, or thickness 1μm or more 5mm or less hollow fiber or outer diameter 1μm or more 5mm or less fibrous or 1 in diameter 10μm 5mm or more or less particulate, The porous body described.
3 . A separation membrane comprising the porous material according to any one of 1 to 2 .
4 . 4. The separation membrane according to 3 , wherein the substance to be separated is a biological component.
5 . 5. The separation membrane according to 4 , wherein the biological component is blood or a part thereof.
6 . An adsorbent comprising the porous material according to any one of 1 to 2 .
7 . The adsorbent according to 6 , wherein the adsorption symmetric substance is a biological component.
8 . 8. The adsorbent according to 7 , wherein the biological component is blood or a part thereof.
9 . 4. The method for producing a porous body according to any one of 1 to 3, wherein the aliphatic polyester is removed from the polymer alloy molded article obtained from the polymethyl methacrylate and the aliphatic polyester , wherein the proportion of isotactic polymethyl methacrylate is less than 10% by weight. .
10 . 10. The method for producing a porous body according to 9 , wherein the aliphatic polyester is polylactic acid.
11 . The method for producing a porous body according to any one of 9 to 10 , wherein the aliphatic polyester is removed by hydrolysis.
12 . The method for producing a porous body according to any one of 9 to 11 , wherein the polymer alloy is obtained by melt kneading.
13 . The method for producing a porous body according to any one of 9 to 12 , wherein the polymer alloy is obtained by phase separation by spinodal decomposition.
本発明によれば、ポリメチルメタクリレートと脂肪族ポリエステルからスピノーダル分解による相分離により得られるポリマーアロイから脂肪族ポリエステルを加水分解などにより除去することで、表面開孔率が10%以上80%以下であり、孔径が0.001μm以上500μm以下に制御された連続孔を有する多孔体を得ることができる。 According to the present invention, by removing aliphatic polyester from a polymer alloy obtained by phase separation by spinodal decomposition from polymethyl methacrylate and aliphatic polyester by hydrolysis or the like, the surface porosity is 10% or more and 80% or less. In addition, a porous body having continuous pores whose pore diameter is controlled to be 0.001 μm or more and 500 μm or less can be obtained.
本発明の方法で得られる多孔体は、ナノメーターオーダーからマイクロメーターオーダーに孔径制御可能な微細かつ均一な多孔構造を有することから、人工腎臓等の血液成分分離膜などの分離膜や吸着体として有用に用いることができる。 Since the porous body obtained by the method of the present invention has a fine and uniform porous structure whose pore diameter can be controlled from the nanometer order to the micrometer order, it can be used as a separation membrane or adsorbent such as a blood component separation membrane such as an artificial kidney. It can be usefully used.
以下に本発明をさらに詳細に説明する。 The present invention is described in further detail below.
本発明における多孔体とは、連続孔を有する多孔体のことを指し、この連続孔を篩いとして活用することで分離膜として利用することが可能である。連続孔とは連続的に貫通した孔のことであり、本発明においては、孔径の5倍以上の長さを有する孔を連続孔とする。分離膜は連続孔の径、すなわち孔径は分離対象物質のサイズにより所望のサイズを設定できるが、本発明の多孔体においては連続孔の孔径を0.001μm以上500μm以下とするものである。連続孔の孔径が0.001μmに満たないと、分離に必要な圧力が高くなるだけでなく、分離に長時間要する等の問題があり、500μmを越えると多孔体の強度が低下し、分離膜として使用が困難となる等の問題がある。 The porous body in the present invention refers to a porous body having continuous pores, and can be used as a separation membrane by utilizing the continuous pores as a sieve. A continuous hole is a hole that penetrates continuously. In the present invention, a hole having a length of 5 times or more the hole diameter is defined as a continuous hole. The separation membrane has a continuous pore diameter, that is, a desired pore size can be set depending on the size of the substance to be separated. In the porous body of the present invention, the pore diameter of the continuous pore is 0.001 μm or more and 500 μm or less. If the pore diameter of the continuous pores is less than 0.001 μm, not only the pressure required for separation is increased, but also there is a problem that it takes a long time for separation, and if it exceeds 500 μm, the strength of the porous body is reduced, and the separation membrane There are problems such as difficulty in use.
連続孔の孔径は0.002μm以上100μm以下が好ましく、0.003μm以上50μm以下がより好ましい。孔径の測定方法は次の通りである。まず、多孔体を液体窒素で冷却し、応力を加え割断する。次に該断面を電子顕微鏡で観察し、得られた電子顕微鏡画像をフーリエ変換し、波数を横軸に強度を縦軸にプロットした際の極大値波数を求め、その逆数から孔径を得るものとする。このとき、電子顕微鏡画像の画像サイズは孔径の5倍以上100倍以下の長さを一辺とする正方形とする。 The pore diameter of the continuous holes is preferably 0.002 μm to 100 μm, and more preferably 0.003 μm to 50 μm. The method for measuring the pore diameter is as follows. First, the porous body is cooled with liquid nitrogen, and stress is applied to cleave it. Next, the cross section is observed with an electron microscope, the obtained electron microscope image is Fourier transformed, the maximum wave number is obtained when the wave number is plotted on the horizontal axis and the intensity is plotted on the vertical axis, and the pore diameter is obtained from the reciprocal thereof. To do. At this time, the image size of the electron microscope image is a square having one side with a length of 5 to 100 times the hole diameter.
多孔体中の連続孔の孔径は均一であることが好ましく、大小さまざまな孔径があるような不均一な場合は分離特性が低下するおそれがあり好ましくない。孔径の均一性は横軸に孔径、縦軸にその孔径を有する連続孔の数をプロットした曲線のピーク半値幅で判断できる。すなわち、孔径が均一な膜の場合、曲線はシャープなピークを形成し、半値幅は狭くなる。一方、孔径が不均一な場合には曲線はブロードなピークを形成し、半値幅は広くなる。この、横軸に孔径、縦軸に孔数をプロットしたグラフのピーク半値幅による孔径均一性評価は、横軸である孔径の逆数、すなわち波数としても同様の評価が可能であることから、多孔体の電子顕微鏡画像をフーリエ変換したグラフを用いて評価するものとする。ここで、フーリエ変換に用いる電子顕微鏡画像は、上記の孔径測定に用いた画像を用いることとする。また、ピークの半値幅はピーク極大波数の増加に伴い増大する傾向にあるので、ピークの半値幅(a)、ピーク極大波数(b)とから計算される(a)/(b)の値を孔径の均一性評価の指標とした。優れた分離特性を発現するためには、孔径均一性は高い方が好ましく、前記(a)/(b)の値においては1.2以下であることが好ましく、1.1以下であることがより好ましく、1.0以下であることがさらに好ましい。また、ポリマーアロイの構造は均一である程良いので、(a)/(b)の下限値は特に限定されない。本発明におけるピークの半値幅とは、ピークの頂点(点A)からグラフ縦軸に平行な直線を引き、該直線とスペクトルのベースラインとの交点(点B)としたとき、(点A)と(点B)を結ぶ線分の中点(点C)におけるピークの幅である。なお、ここで言うピークの幅とは、ベースラインに平行で、かつ(点C)を通る直線上の幅のことである。 The pore diameter of the continuous pores in the porous body is preferably uniform, and if the pore diameter is uneven such that there are various pore sizes, the separation characteristics may be lowered, which is not preferred. The uniformity of the hole diameter can be judged by the peak half-value width of a curve in which the hole diameter is plotted on the horizontal axis and the number of continuous holes having the hole diameter is plotted on the vertical axis. That is, in the case of a film having a uniform pore diameter, the curve forms a sharp peak and the half width is narrow. On the other hand, when the pore diameter is not uniform, the curve forms a broad peak and the half-value width becomes wide. The pore diameter uniformity evaluation based on the peak half width of the graph in which the pore diameter is plotted on the horizontal axis and the number of holes on the vertical axis is the same as the reciprocal of the pore diameter, that is, the wave number on the horizontal axis. Assume that the electron microscope image of the body is evaluated using a graph obtained by Fourier transform. Here, the electron microscope image used for the Fourier transform is the image used for the above pore diameter measurement. Also, since the peak half-value width tends to increase as the peak maximum wave number increases, the value of (a) / (b) calculated from the peak half-value width (a) and peak maximum wave number (b) It was used as an index for evaluating the uniformity of the pore diameter. In order to develop excellent separation characteristics, it is preferable that the pore diameter uniformity is high, and the value of (a) / (b) is preferably 1.2 or less, and 1.1 or less. More preferred is 1.0 or less. In addition, the uniform structure of the polymer alloy is better, so the lower limit of (a) / (b) is not particularly limited. In the present invention, the half width of the peak means that when a straight line parallel to the vertical axis of the graph is drawn from the apex of the peak (point A) and the intersection (point B) of the straight line and the baseline of the spectrum is (point A) And the width of the peak at the midpoint (point C) of the line segment connecting (point B). The peak width referred to here is a width on a straight line parallel to the base line and passing through (point C).
多孔体を分離膜として使用する際は、表面の開孔率が物質透過等の分離特性に大きな影響を与えるため、特に重要である。したがって、本発明の多孔体において、少なくとも一つの表面の開孔率は10%以上80%以下とするものである。開孔率が10%に満たないと多孔体内部の空孔率が高くても、表面が物質透過におけるボトルネックとなり、所望の特性が得られないという問題があり、開孔率が80%を越えると多孔体の強度が低下し、最終的には構造を維持できなくなる危険性があるという問題がある。 When using a porous body as a separation membrane, the surface porosity is particularly important because it has a great influence on separation characteristics such as material permeation. Therefore, in the porous body of the present invention, the porosity of at least one surface is 10% or more and 80% or less. If the porosity is less than 10%, even if the porosity inside the porous body is high, there is a problem that the surface becomes a bottleneck in material permeation and desired characteristics cannot be obtained. If it exceeds, there is a problem that the strength of the porous body is lowered and there is a risk that the structure cannot be maintained eventually.
開孔率は12%以上70%以下が好ましく、15%以上60%以下がより好ましい。従来の溶液製膜では、膜表面の開孔率は5%前後であり、10%以上とすることは困難であった。これは、前述の通り溶液中のポリマー分子の易動度が溶融ポリマー中の易動度と比較して極めて高いことに起因している。すなわち、相分離が開始する原液と空気などの気体との気−液界面および原液と凝固液との液−液界面において、ポリメチルメタクリレート分子が急速に析出、凝集するため、ポリメチルメタクリレートリッチな開孔率の低いスキン相を形成するためと考えられている。かかる表面開孔率の問題に対し鋭意検討した結果、ポリメチルメタクリレートと脂肪族ポリエステルからスピノーダル分解による相分離により得られるポリマーアロイから脂肪族ポリエステルを加水分解などにより除去することで、表面開孔率が10%以上80%以下であり、孔径が0.001μm以上500μm以下に制御された多孔体を得ることに成功した。これは、ポリメチルメタクリレートを溶融状態で相分離させることで、溶液状態における相分離と比較してポリメチルメタクリレート分子の易動度が抑制でき、その結果空孔率が低いスキン相が形成されず、表面開孔率を10%以上とすることができるものである。 The porosity is preferably 12% to 70%, more preferably 15% to 60%. In conventional solution casting, the porosity of the membrane surface is around 5%, and it is difficult to make it 10% or more. This is because the mobility of the polymer molecules in the solution is extremely higher than the mobility in the molten polymer as described above. That is, polymethylmethacrylate molecules are rapidly precipitated and aggregated at the gas-liquid interface between the undiluted solution and the gas such as air and the liquid-liquid interface between the undiluted solution and the coagulating solution at which phase separation starts. This is considered to form a skin phase having a low porosity. As a result of diligent investigation on the problem of the surface area ratio, the surface area ratio can be obtained by removing the aliphatic polyester from the polyalmethacrylate and the aliphatic polyester by phase separation by spinodal decomposition by hydrolysis or the like. Was 10% or more and 80% or less, and succeeded in obtaining a porous body whose pore diameter was controlled to be 0.001 μm or more and 500 μm or less. This is because polymethyl methacrylate is phase-separated in a molten state, so that the mobility of polymethyl methacrylate molecules can be suppressed as compared with phase separation in a solution state, and as a result, a skin phase having a low porosity is not formed. The surface open area ratio can be 10% or more.
本発明における表面開孔率とは、多孔体の少なくとも一つの表面における単位面積あたりの開孔部の面積の割合のことを指す。この表面開孔率は多孔体表面の電子顕微鏡画像を解析することで行うこととする。すなわち、多孔体表面における孔径の5〜100倍の長さを一辺とする正方形の視野で観察した電子顕微鏡画像を画像解析ソフト(ScionImage(Scion Corporation社)、MatroxInspector(Matrox社)など)で開口部と非開口部を二値化で区別し、開孔部分の面積を算出することで開孔率が得られる。また、本発明における空孔率とは、多孔体の単位体積あたりの空孔部分の体積の割合のことを指す。 The surface porosity in the present invention refers to the ratio of the area of the aperture per unit area on at least one surface of the porous body. This surface porosity is determined by analyzing an electron microscope image on the surface of the porous body. That is, an electron microscope image observed in a square field of view with a length of 5 to 100 times the pore diameter on the surface of the porous body is opened with image analysis software (ScionImage (Scion Corporation), MatroxInspector (Matrox), etc.) And the non-opening part are distinguished by binarization, and the hole area is obtained by calculating the area of the opening part. Moreover, the porosity in this invention refers to the ratio of the volume of the void | hole part per unit volume of a porous body.
多孔体は分離膜の他に、その表面積の大きさを利用して吸着体として利用することもできる。特にポリメチルメタクリレートは血液適合性が高く、タンパク質などを特異的に吸着する特徴を有しており、本発明の多孔体は血液浄化カラムなどに好適である。 In addition to the separation membrane, the porous body can also be used as an adsorbent by utilizing the size of its surface area. In particular, polymethyl methacrylate has high blood compatibility and has a characteristic of specifically adsorbing proteins and the like, and the porous body of the present invention is suitable for blood purification columns and the like.
多孔体の形状としては特に限定されるものではないが、分離膜として用いる場合は中空糸膜として利用できる中空糸状や、平膜やコイル膜として利用できるシート状が好ましい。このうち中空糸膜は分離膜の面積を大きくとることができるため特に好ましい。また、吸着体として用いる場合はシート状や中空糸状の他に、編み地や不織布として使用できる繊維状やビーズなどの粒子状であることが好ましい。 The shape of the porous body is not particularly limited, but when used as a separation membrane, a hollow fiber shape that can be used as a hollow fiber membrane, or a sheet shape that can be used as a flat membrane or a coil membrane is preferable. Among these, the hollow fiber membrane is particularly preferable because the area of the separation membrane can be increased. Moreover, when using as an adsorbent, it is preferable that it is a particulate form, such as a fiber form and a bead which can be used as a knitted fabric or a nonwoven fabric other than a sheet form or a hollow fiber form.
多孔体を分離膜として用いる場合、その厚さが薄すぎると分離特性が低下するだけでなく強度が不十分となり、使用時に破壊する可能性があり好ましくない。逆に厚すぎると分離に長時間を要するため好ましくない。したがって、多孔体の形状がシート状または中空糸状の場合、多孔体の厚さは1μm以上5mm以下が好ましく、5μm以上2mm以下がより好ましく、10μm以上1mm以下がさらに好ましい。一方、吸着体として用いる場合、繊維や粒子のサイズが大きいと該繊維や該粒子をケースに充填する際の充填率が低くなり、単位体積あたりの吸着面積が低くなるため好ましくない。逆に繊維や粒子のサイズが小さすぎると繊維が切れたり、粒子が処理液にリークするなどの危険性があるため好ましくない。したがって、多孔体の形状が繊維状の場合、外径は1μm以上5mm以下が好ましく、5μm以上1mm以下がより好ましく、10μm以上500μm以下がさらに好ましい。また、多孔体の形状が粒子状の場合、粒子径は10μm以上5mm以下が好ましく、25μm以上1mm以下がより好ましく、50μm以上500μm以下がさらに好ましい。 When the porous body is used as a separation membrane, if the thickness is too thin, not only the separation characteristics are deteriorated but also the strength becomes insufficient, and there is a possibility that the porous body may be broken during use. Conversely, if it is too thick, it takes a long time for separation, which is not preferable. Therefore, when the porous body is in the form of a sheet or a hollow fiber, the thickness of the porous body is preferably 1 μm or more and 5 mm or less, more preferably 5 μm or more and 2 mm or less, and further preferably 10 μm or more and 1 mm or less. On the other hand, when used as an adsorbent, if the size of the fiber or particle is large, the filling rate when the fiber or particle is filled in the case is low, and the adsorption area per unit volume is low. On the other hand, if the size of the fiber or particle is too small, there is a risk that the fiber is cut or the particle leaks to the treatment liquid, which is not preferable. Therefore, when the porous body is fibrous, the outer diameter is preferably 1 μm to 5 mm, more preferably 5 μm to 1 mm, and even more preferably 10 μm to 500 μm. Moreover, when the shape of the porous body is particulate, the particle diameter is preferably 10 μm or more and 5 mm or less, more preferably 25 μm or more and 1 mm or less, and further preferably 50 μm or more and 500 μm or less.
かかる構造を有するポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔体を得る好ましい方法としては、アイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合が10重量%未満のポリメチルメタクリレートと脂肪族ポリエステルからスピノーダル分解による相分離により得られるポリマーアロイから脂肪族ポリエステルを加水分解などにより除去することで得ることができる。 A preferable method for obtaining a porous body mainly composed of polymethyl methacrylate having such a structure is obtained by phase separation by spinodal decomposition from polymethyl methacrylate having a ratio of isotactic polymethyl methacrylate of less than 10% by weight and aliphatic polyester. It can be obtained by removing aliphatic polyester from the polymer alloy obtained by hydrolysis or the like.
本発明において、ポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔体とは、脂肪族ポリエステルを除去した後の多孔体全重量の50重量%以上がポリメチルメタクリレートで構成されていることを指す。 In the present invention, the porous body composed mainly of polymethyl methacrylate means that 50% by weight or more of the total weight of the porous body after removing the aliphatic polyester is composed of polymethyl methacrylate.
ポリメチルメタクリレートは、その側鎖の立体配置の違いから、アイソタクチックポリメチルメタクリレート、シンジオタクチックポリメチルメタクリレート、アタクチックポリメチルメタクリレートの3種がある。このうち、アイソタクチックポリメチルメタクリレートとシンジオタクチックポリメチルメタクリレートを混合すると融点200℃以上のステレオコンプレックスを形成する。このステレオコンプレックスが形成されると、溶融混練が困難となるばかりでなく部分的に未溶融部分が発生し、均一な溶融混練アロイが得られないといった問題が生じる。このような不均一なアロイからは均一な多孔体を得ることができないのは言うまでもない。また、アイソタクチックポリメチルメタクリレートは通常のラジカル重合で合成することが困難であることから比較的高価であるため特別な理由がない限り、経済的にも多量に使用することは好ましくない。そこで、本発明の多孔体においてはポリメチルメタクリレート中のアイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合を10重量%未満にすることが好ましく、9重量%以下がより好ましく、8重量%以下がさらに好ましい。 There are three types of polymethyl methacrylate, isotactic polymethyl methacrylate, syndiotactic polymethyl methacrylate, and atactic polymethyl methacrylate, because of the difference in the configuration of their side chains. Among these, when isotactic polymethyl methacrylate and syndiotactic polymethyl methacrylate are mixed, a stereo complex having a melting point of 200 ° C. or higher is formed. When this stereocomplex is formed, not only melt kneading becomes difficult, but also an unmelted portion is partially generated, and a problem that a uniform melt kneading alloy cannot be obtained arises. It goes without saying that a uniform porous body cannot be obtained from such a non-uniform alloy. In addition, isotactic polymethyl methacrylate is relatively expensive because it is difficult to synthesize by ordinary radical polymerization, so it is not preferable to use a large amount economically unless there is a special reason. Therefore, in the porous body of the present invention, the proportion of isotactic polymethyl methacrylate in polymethyl methacrylate is preferably less than 10% by weight, more preferably 9% by weight or less, and even more preferably 8% by weight or less.
本発明におけるポリメチルメタクリレート中のアイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合はプロトン核磁気共鳴スペクトルにより測定する。多孔体を重クロロホルムに溶解し、内部標準物質としてテトラメチルシランを加え、プロトン核磁気共鳴スペクトルを測定する。ここで、テトラメチルシランのシグナルを基準としたケミカルシフトにおいて、α−メチルプロトンのシグナルとして1.33ppm、1.21ppm、1.10ppmの3種類ピークのうち1.33ppmのシグナルがアイソタクチックポリメチルメタクリレート由来のものである。したがって、ポリメチルメタクリレート中のアイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合は次式により求められる。
W=X/(X+Y+Z)×100
In the present invention, the proportion of isotactic polymethyl methacrylate in the polymethyl methacrylate is measured by proton nuclear magnetic resonance spectrum. The porous material is dissolved in deuterated chloroform, tetramethylsilane is added as an internal standard substance, and the proton nuclear magnetic resonance spectrum is measured. Here, in the chemical shift based on the signal of tetramethylsilane, the signal of 1.33 ppm out of the three kinds of peaks of 1.33 ppm, 1.21 ppm and 1.10 ppm as the signal of α-methyl proton is isotactic poly It is derived from methyl methacrylate. Therefore, the ratio of isotactic polymethyl methacrylate in polymethyl methacrylate is obtained by the following formula.
W = X / (X + Y + Z) × 100
ここで、W、X、Y、Zは次を意味する。
W:ポリメチルメタクリレート中のアイソタクチックポリメチルメタクリレートの重量%
X:プロトン核磁気共鳴スペクトルにおける1.33ppmのピーク面積
Y:プロトン核磁気共鳴スペクトルにおける1.21ppmのピーク面積
Z:プロトン核磁気共鳴スペクトルにおける1.10ppmのピーク面積。
Here, W, X, Y, and Z mean the following.
W:% by weight of isotactic polymethyl methacrylate in polymethyl methacrylate
X: 1.33 ppm peak area in proton nuclear magnetic resonance spectrum Y: 1.21 ppm peak area in proton nuclear magnetic resonance spectrum Z: 1.10 ppm peak area in proton nuclear magnetic resonance spectrum
ポリメチルメタクリレートの分子量については特に限定はないが、低すぎると多孔体の強度が低く、分離膜に用いることができなくなるため好ましくない。逆に分子量が高すぎると溶融時の粘度が高くなり溶融製膜が困難となるため、重量平均分子量は1万以上200万以下が好ましく、2万以上150万以下がより好ましく、3万以上100万以下がさらに好ましい。 The molecular weight of polymethyl methacrylate is not particularly limited. However, if the molecular weight is too low, the strength of the porous body is low, and it is not preferable because it cannot be used for a separation membrane. On the other hand, if the molecular weight is too high, the viscosity at the time of melting becomes high and it becomes difficult to form a melt film. Therefore, the weight average molecular weight is preferably 10,000 to 2,000,000, more preferably 20,000 to 1,500,000, more preferably 30,000 to 100. Even less than 10,000 is more preferable.
本発明のポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔体は、ポリメチルメタクリレートと脂肪族ポリエステルからなるポリマーアロイ(多孔体の前駆体)から脂肪族ポリエステルを除去することで得られる。したがって、微細かつ均一な連続孔を形成されるためには該ポリマーアロイの構造も微細かつ均一であることが必要である。微細かつ均一なポリマーアロイを得るためにはスピノーダル分解による相分離によるアロイ化が有効である。 The porous body mainly composed of polymethyl methacrylate of the present invention can be obtained by removing aliphatic polyester from a polymer alloy (precursor of porous body) composed of polymethyl methacrylate and aliphatic polyester. Therefore, in order to form fine and uniform continuous holes, the structure of the polymer alloy needs to be fine and uniform. In order to obtain a fine and uniform polymer alloy, alloying by phase separation by spinodal decomposition is effective.
次に、スピノーダル分解について説明する。 Next, spinodal decomposition will be described.
一般に、2成分の樹脂からなるポリマーアロイには、これらの組成に対して、ガラス転移温度以上、熱分解温度以下の実用的な全領域において相溶する相溶系や、逆に全領域で非相溶となる非相溶系や、ある領域で相溶し、別の領域で相分離状態となる部分相溶系があり、さらにこの部分相溶系には、その相分離状態の条件によってスピノーダル分解によって相分離するものと、核生成と成長によって相分離するものがある。 In general, polymer alloys composed of two-component resins are compatible with these compositions in a practical system where the glass transition temperature is higher than the thermal decomposition temperature or lower, and vice versa. There is a non-compatible system that dissolves and a partially compatible system that is compatible in one region and in a phase separated state in another region. In this partially compatible system, phase separation is performed by spinodal decomposition depending on the conditions of the phase separated state. Some are phase separated by nucleation and growth.
スピノーダル分解による相分離とは、異なる2成分の樹脂組成および温度に対する相図においてスピノーダル曲線の内側の不安定状態で生じる相分離のことを指し、また核生成と成長による相分離とは、該相図においてバイノーダル曲線の内側であり、かつスピノーダル曲線の外側の準安定状態で生じる相分離のことを指す。 Phase separation by spinodal decomposition refers to phase separation that occurs in an unstable state inside the spinodal curve in phase diagrams for different two-component resin compositions and temperatures, and phase separation by nucleation and growth refers to the phase separation. In the figure, it refers to phase separation that occurs in the metastable state inside the binodal curve and outside the spinodal curve.
かかるスピノーダル曲線とは、組成および温度に対して、異なる2成分の樹脂を混合した場合、相溶した場合の自由エネルギーと相溶しない2相における自由エネルギーの合計との差(ΔGmix)を濃度(φ)で二回偏微分したもの(∂2ΔGmix/∂φ2)が0となる曲線のことであり、またスピノーダル曲線の内側では、∂2ΔGmix/∂φ2 <0の不安定状態であり、外側では∂2ΔGmix/∂φ2>0である。 The spinodal curve refers to the difference (ΔGmix) between the free energy when compatibilized and the sum of the free energies in the two phases that are not compatible (ΔGmix) when mixing two different resin components with respect to the composition and temperature. φ) is a curve in which the partial differential of twice (∂2ΔGmix / ∂φ2) is 0, and inside the spinodal curve is an unstable state where ∂2ΔGmix / 不 安定 φ2 <0, and outside is ∂ 2ΔGmix / ∂φ2> 0.
またかかるバイノーダル曲線とは、組成および温度に対して、系が相溶する領域と相分離する領域の境界の曲線のことである。 The binodal curve is a boundary curve between the region where the system is compatible and the region where the system is separated with respect to the composition and temperature.
ここで本発明における相溶する場合とは、分子レベルで均一に混合している状態のことであり、具体的には異なる2成分の樹脂を主成分とする相がいずれも0.001μm以上の相構造を形成していない場合を指し、また、非相溶の場合とは、相溶状態でない場合のことであり、すなわち異なる2成分の樹脂を主成分とする相が互いに0.001μm以上の相構造を形成している状態のことを指す。相溶するか否かは、例えばLeszek A Utracki, 1990, “Polymer Alloys and Blends”, Municn: Carl Hanser Publications, pp-64に記載のように、電子顕微鏡、示差走査熱量計(DSC)、その他種々の方法によって判断することができる。 Here, the case of being compatible in the present invention is a state in which they are uniformly mixed at the molecular level. Specifically, both phases having different two-component resins as main components are 0.001 μm or more. The case where the phase structure is not formed is indicated, and the case where the phase is incompatible is the case where the phase is not in a compatible state, that is, the phases mainly composed of two different resin components are 0.001 μm or more. It refers to the state of forming a phase structure. Whether or not they are compatible is determined by, for example, an electron microscope, a differential scanning calorimeter (DSC), or other various methods as described in Leszek A Utracki, 1990, “Polymer Alloys and Blends”, Municn: Carl Hanser Publications, pp-64. It can be judged by the method.
詳細な理論によると、スピノーダル分解では、一旦相溶領域の温度で均一に相溶した混合系の温度を、不安定領域の温度まで急速にした場合、系は共存組成に向けて急速に相分離を開始する。その際、濃度は一定の波長に単色化され、構造周期(Λm)で両分離相が共に連続して規則正しく絡み合った両相連続構造を形成する。この両相連続構造形成後、その構造周期を一定に保ったまま、両相の濃度差のみが増大する過程をスピノーダル分解の初期過程と呼ぶ。 According to detailed theory, in spinodal decomposition, once the temperature of a mixed system that has been uniformly mixed at the temperature of the compatible region is rapidly increased to the temperature of the unstable region, the system will rapidly phase-separate toward the coexisting composition. To start. At that time, the concentration is monochromatized to a constant wavelength, and a two-phase continuous structure is formed in which both separated phases are continuously intertwined regularly with a structure period (Λm). After the formation of the two-phase continuous structure, the process in which only the concentration difference between the two phases increases while keeping the structure period constant is called the initial process of spinodal decomposition.
さらに上述のスピノーダル分解の初期過程における構造周期(Λm)は熱力学的に下式のような関係がある。
Λm〜[│Ts−T│/Ts]−1/2
(ここでTsはスピノーダル曲線上の温度)
Furthermore, the structural period (Λm) in the initial process of the above-mentioned spinodal decomposition has a thermodynamic relationship as shown in the following equation.
[Lambda] m- [| Ts-T | / Ts] -1/2
(Where Ts is the temperature on the spinodal curve)
ここで本発明でいうところの両相連続構造とは、混合する樹脂の両成分がそれぞれ連続相を形成し、互いに三次元的に絡み合った構造を指す。この両相連続構造の模式図は、例えば「ポリマーアロイ 基礎と応用(第2版)(第10.1章)」(高分子学会編:東京化学同人)に記載されている。 Here, the two-phase continuous structure referred to in the present invention refers to a structure in which both components of the resin to be mixed each form a continuous phase and are entangled three-dimensionally. A schematic diagram of this two-phase continuous structure is described, for example, in “Polymer Alloy Fundamentals and Applications (Second Edition) (Chapter 10.1)” (edited by the Society of Polymer Science: Tokyo Kagaku Dojin).
スピノーダル分解では、この様な初期過程を経た後、波長の増大と濃度差の増大が同時に生じる中期過程、濃度差が共存組成に達した後、波長の増大が自己相似的に生じる後期過程を経て、最終的には巨視的な2相に分離するまで進行するが、本発明においては、最終的に巨視的な2相に分離する前の所望の構造周期に到達した段階で構造を固定すればよい。また中期過程から後期過程にかける波長の増大過程において、組成や界面張力の影響によっては、片方の相の連続性が途切れ、上述の両相連続構造から分散構造に変化する場合もある。 In spinodal decomposition, after going through such an initial process, it goes through a medium-term process in which an increase in wavelength and an increase in concentration difference occur simultaneously, and a later process in which an increase in wavelength occurs in a self-similar manner after the concentration difference reaches the coexisting composition. In the present invention, the structure is fixed when the desired structure period is reached before the separation into the macroscopic two phases. Good. In addition, in the process of increasing the wavelength from the mid-stage process to the late-stage process, depending on the influence of the composition and the interfacial tension, the continuity of one phase may be interrupted and the above-described biphasic continuous structure may be changed to a dispersed structure.
スピノーダル分解を実現させるためには、2成分以上からなる樹脂を相溶状態とした後、スピノーダル曲線の内側の不安定状態とすることが必要である。 In order to realize the spinodal decomposition, it is necessary to make the resin composed of two or more components into a compatible state and then to make the unstable state inside the spinodal curve.
まず、この2成分以上からなる樹脂で相溶状態を実現する方法としては、共通溶媒に溶解後、この溶液から噴霧乾燥、凍結乾燥、非溶媒物質中の凝固、溶媒蒸発によるフィルム生成等の方法により得られる溶媒キャスト法や、部分相溶系を、相溶条件下で溶融混練することによる溶融混練法が挙げられる。本発明では、溶液製膜と比較して、高速な製膜プロセスである溶融製膜に適用可能な溶融混練による相溶化が好ましい。 First, as a method of realizing a compatible state with a resin composed of two or more components, methods such as spray-drying, freeze-drying, coagulation in a non-solvent substance, and film formation by solvent evaporation after dissolving in a common solvent And a melt casting method by melting and kneading a partially compatible system under compatible conditions. In the present invention, compared with solution casting, compatibilization by melt kneading applicable to melt casting, which is a high-speed film forming process, is preferable.
溶融混練により相溶化させるには、通常の押出機が用いられるが、2軸押出機を用いることが好ましい。相溶化のための温度は、部分相溶系の樹脂が相溶する条件である必要がある。 For compatibilization by melt kneading, an ordinary extruder is used, but a twin screw extruder is preferably used. The temperature for compatibilization needs to be a condition in which the partially compatible resin is compatible.
次に溶融混練により相溶状態としたポリマーアロイをスピノーダル曲線の内側の不安定状態として、スピノーダル分解せしめるに際し、不安定状態とするための温度、その他の条件は樹脂の組み合わせによっても異なり、一概にはいえないが、相図に基づき、簡単な予備実験をすることにより設定することができる。本発明においては、前記の如く、初期過程の構造周期を特定の範囲に制御した後、中期過程以降でさらに構造発展させて本発明で規定する特定の両相連続構造とすることが好ましい。 Next, the polymer alloy made compatible by melt-kneading is considered to be an unstable state inside the spinodal curve, and when the spinodal decomposition is performed, the temperature and other conditions for making the unstable state vary depending on the combination of the resins. However, it can be set by a simple preliminary experiment based on the phase diagram. In the present invention, as described above, it is preferable to control the structural period of the initial process to a specific range and then further develop the structure after the intermediate process to obtain a specific biphasic continuous structure defined in the present invention.
この初期過程において本発明で規定する特定の構造周期に制御する方法に関しては、特に制限はないが、ポリマーアロイを構成する個々の樹脂成分のガラス転移温度のうち最も低い温度以上で、かつ上述の熱力学的に規定される構造周期を小さくなるような温度で熱処理することが好ましい。ここでガラス転移温度とは、示差走査熱量計(DSC)にて、室温から20℃/分の昇温速度で昇温時に生じる変曲点から求めることができる。 The method for controlling the specific structural period defined in the present invention in this initial process is not particularly limited, but it is not less than the lowest temperature among the glass transition temperatures of the individual resin components constituting the polymer alloy, and is described above. Heat treatment is preferably performed at such a temperature that the structural period defined thermodynamically becomes small. Here, the glass transition temperature can be obtained from an inflection point generated at the time of temperature increase from room temperature at a temperature increase rate of 20 ° C./min with a differential scanning calorimeter (DSC).
またこの初期過程から構造発展させる方法に関しては、特に制限はないが、ポリマーアロイを構成する個々の樹脂成分のガラス転移温度のうち最も低い温度以上で熱処理する方法が通常好ましく用いられる。さらにはポリマーアロイが相溶化状態で単一のガラス転移温度を有する場合や、相分解が進行しつつある状態でポリマーアロイ中でのガラス転移温度がポリマーアロイを構成する個々の樹脂成分のガラス転移温度間にある場合には、そのポリマーアロイ中のガラス転移温度のうち最も低い温度以上で熱処理することがより好ましい。またポリマーアロイを構成する個々の樹脂成分として結晶性樹脂を用いる場合、該熱処理温度を結晶性樹脂の結晶融解温度以上とすることは、熱処理による構造発展が効果的に得られるため好ましく、また該熱処理温度を結晶性樹脂の結晶融解温度±20℃以内とすることは上記構造発展の制御を容易にするために好ましく、さらには結晶融解温度±10℃以内とすることがより好ましい。ここで樹脂成分として2種以上の結晶性樹脂を用いる場合、該熱処理温度は、結晶性樹脂の結晶融解温度のうち最も高い温度を基準として、かかる結晶融解温度±20℃以内とすることが好ましく、さらにはかかる結晶融解温度±10℃以内とすることがより好ましい。但し、シートの延伸時に熱処理する際には、該熱処理温度を結晶性樹脂の昇温結晶化温度以下とすることが好ましい。ここで結晶性樹脂の結晶融解温度とは、示差走査熱量計(DSC)にて、室温から20℃/分の昇温速度で昇温時に生じる融解曲線のピーク温度から求めることができ、また結晶化樹脂の昇温結晶化温度とは、結晶融解温度以上で融解したサンプルを急冷し得られたサンプルを用いて、示差走査熱量計(DSC)にて、室温から20℃/分の昇温速度で昇温時に生じる結晶化曲線のピーク温度から求めることができる。またスピノーダル分解による構造生成物を固定化する方法としては、急冷等による短時間での相分離相の一方または両方の成分の構造固定が挙げられる。 The method for developing the structure from this initial process is not particularly limited, but a method of heat treatment at the lowest temperature or higher among the glass transition temperatures of the individual resin components constituting the polymer alloy is usually preferably used. Furthermore, when the polymer alloy is in a compatibilized state and has a single glass transition temperature, or when the phase decomposition is in progress, the glass transition temperature in the polymer alloy is the glass transition of the individual resin components that make up the polymer alloy. When the temperature is between the temperatures, it is more preferable to perform heat treatment at a temperature equal to or higher than the lowest temperature among the glass transition temperatures in the polymer alloy. Further, when a crystalline resin is used as the individual resin component constituting the polymer alloy, it is preferable that the heat treatment temperature is equal to or higher than the crystal melting temperature of the crystalline resin, since the structural development by the heat treatment can be effectively obtained. It is preferable to set the heat treatment temperature within the crystal melting temperature of the crystalline resin within ± 20 ° C. in order to facilitate the control of the structural development, and more preferably within the crystal melting temperature within ± 10 ° C. Here, when two or more crystalline resins are used as the resin component, the heat treatment temperature is preferably within the crystal melting temperature ± 20 ° C. based on the highest temperature among the crystal melting temperatures of the crystalline resin. Furthermore, it is more preferable that the crystal melting temperature is within ± 10 ° C. However, when the heat treatment is performed at the time of stretching the sheet, the heat treatment temperature is preferably set to be equal to or lower than the temperature rising crystallization temperature of the crystalline resin. Here, the crystal melting temperature of the crystalline resin can be determined from the peak temperature of the melting curve generated at the time of temperature increase from room temperature at a temperature increase rate of 20 ° C./min with a differential scanning calorimeter (DSC). The temperature rising crystallization temperature of the fluorinated resin is a temperature rising rate of 20 ° C./min from room temperature with a differential scanning calorimeter (DSC) using a sample obtained by quenching a sample melted at a temperature higher than the crystal melting temperature. It can obtain | require from the peak temperature of the crystallization curve produced at the time of temperature rising. Moreover, as a method of immobilizing the structure product by spinodal decomposition, structure immobilization of one or both components of the phase-separated phase in a short time by rapid cooling or the like can be mentioned.
また本発明でポリメチルメタクリレートとのアロイ化に用いられる樹脂としては、ポリメチルメタクリレート相溶性と多孔化のための除去工程を考慮すると脂肪族ポリエステルが好ましく、特にポリ乳酸を用いることがポリメチルメタクリレートとの相溶性に優れる観点から好適である。 The resin used for alloying with polymethyl methacrylate in the present invention is preferably an aliphatic polyester in consideration of polymethyl methacrylate compatibility and a removal step for making it porous, and polylactic acid is particularly preferably used with polylactic acid. From the viewpoint of excellent compatibility with.
ポリメチルメタクリレートアロイにおける脂肪族ポリエステル比率はスピノーダル分解における連続構造の形成を容易にする観点から、5重量%以上95重量%以下が好ましく、10重量%以上90重量%以下がより好ましく、20重量%以上80重量%以下がさらに好ましい。 From the viewpoint of facilitating the formation of a continuous structure in spinodal decomposition, the aliphatic polyester ratio in the polymethyl methacrylate alloy is preferably 5% by weight or more and 95% by weight or less, more preferably 10% by weight or more and 90% by weight or less, and more preferably 20% by weight. More preferably, it is 80% by weight or less.
本発明の多孔体の前駆体であるポリマーアロイを成形する際には、通常、ポリマーアロイを形成すると同時または形成した後であってかつ、多孔を形成する前に成形し、その後脂肪族ポリエステルを除去して多孔を形成する方法が採用される。成形形状は、任意の形状が可能であるが、前記の通り分離膜や吸着剤として用いる場合、中空糸状、シート状、繊維状、粒子状が好ましい。 When molding a polymer alloy that is a precursor of the porous body of the present invention, it is usually molded simultaneously with or after the formation of the polymer alloy and before the formation of the pores, and then the aliphatic polyester is formed. A method of removing and forming a pore is employed. The shape can be any shape, but as described above, when used as a separation membrane or adsorbent, a hollow fiber shape, a sheet shape, a fiber shape, and a particle shape are preferable.
ポリマーアロイを成形する際の成形方法としては、例えば、押出成形、射出成形、インフレーション成形、ブロー成形などを挙げることができるが、中でも押出成形は、押出時に相溶解させ、吐出後、スピノーダル分解しシート延伸時に熱処理し、その後の巻き取り前の自然冷却時に構造固定ができること、さらに様々な形状の口金を活用して中空糸状、シート状、繊維状に成形でき、その後中空糸分離膜や平膜とすることができるため好ましい。また、射出成形も射出時の可塑化工程で相溶解させ、射出後、スピノーダル分解し金型内で熱処理と構造固定化が同時にできることから好ましい。 Examples of the molding method for molding the polymer alloy include extrusion molding, injection molding, inflation molding, blow molding, etc., among which extrusion molding is phase-dissolved during extrusion, and spinodal decomposition is performed after ejection. It can be heat-treated when the sheet is stretched and the structure can be fixed during natural cooling before winding, and can be formed into a hollow fiber, sheet, or fiber using various shapes of the die, and then hollow fiber separation membrane or flat membrane This is preferable. Also, injection molding is preferable because it can be dissolved in the plasticizing step at the time of injection, and after injection, the spinodal can be decomposed to simultaneously perform heat treatment and structural fixation in the mold.
ポリメチルメタクリレートと脂肪族ポリエステルのポリマーアロイからの脂肪族ポリエステルの除去方法としては、溶媒を用いて脂肪族ポリエステルを溶解させて除去する方法や、脂肪族ポリエステルを分解させて除去する方法がある。このうち、脂肪族ポリエステルの分解による方法は、低分子量物質へ分解して除去するため、孔径が小さい場合でも効率的に除去できるため好ましい。脂肪族ポリエステルは、加水分解により容易に分解除去できることからも好ましい。ポリメチルメタクリレートはアルカリに対する耐性が高いことから、アルカリ水溶液によって脂肪族ポリエステルを加水分解するのが好適である。アルカリ水溶液で脂肪族ポリエステルを加水分解する際に、加熱することで分解速度を早めることも可能である。また、中空糸分離膜のような連続生産の場合、アルカリ水溶液漕を通過させることによりオンラインで多孔化することも可能である。アルカリの例としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどが挙げられる。 As a method for removing the aliphatic polyester from the polymer alloy of polymethyl methacrylate and aliphatic polyester, there are a method of dissolving and removing the aliphatic polyester using a solvent and a method of decomposing and removing the aliphatic polyester. Among these, the method by decomposition of the aliphatic polyester is preferable because it is decomposed and removed to a low molecular weight substance, and can be efficiently removed even when the pore diameter is small. The aliphatic polyester is also preferable because it can be easily decomposed and removed by hydrolysis. Since polymethyl methacrylate has high resistance to alkali, it is preferable to hydrolyze the aliphatic polyester with an alkaline aqueous solution. When the aliphatic polyester is hydrolyzed with an alkaline aqueous solution, the decomposition rate can be increased by heating. Further, in the case of continuous production such as a hollow fiber separation membrane, it is possible to make the pores online by passing an alkaline aqueous solution soot. Examples of the alkali include potassium hydroxide, sodium hydroxide, sodium carbonate, potassium carbonate and the like.
本発明の多孔体は、その微細かつ均一な連続多孔を活かして分離膜として利用でき、その用途の一例として、医療やバイオツールなどの生体成分処理用途、水処理用途、果汁濃縮などの食品用途、蒸留などの代替としてケミカルプロセス用途、ガス分離用途、燃料電池セパレータなどの電子情報材料用途などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、本発明の多孔体は吸着体としても利用でき、その用途に一例として、分離膜と同様、医療やバイオツールなどの生体成分処理用途や水処理用途の他に、脱臭、脱色用途などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。特に生体成分処理用としては、ポリメチルメタクリレートの優れた血液適合性を活かし、血液浄化用モジュールに好適に利用できる。血液浄化用モジュールとは、血液を体外に循環させる際に、吸着、濾過、透析および拡散等によって血中の老廃物や有害物質を取り除く機能を有したモジュールのことをいう。そのような血液浄化用モジュールとして、人工腎臓や血漿分離膜、毒素吸着カラムなどがある。特にポリメチルメタクリレートのタンパク質特異吸着性を利用して、透析や濾過では除去できない血液中の不要タンパク質を除去も期待できる。 The porous body of the present invention can be used as a separation membrane by taking advantage of its fine and uniform continuous porosity, and as an example of its use, it can be used for food components such as medical treatment and biotool treatment, water treatment, fruit juice concentration, etc. Examples of alternatives such as distillation include, but are not limited to, chemical process applications, gas separation applications, and electronic information material applications such as fuel cell separators. Moreover, the porous body of the present invention can also be used as an adsorbent, and as an example of its use, in addition to separation membranes, in addition to biological component treatment applications such as medical treatment and biotool and water treatment applications, there are also deodorization and decolorization applications. Although it is mentioned, it is not limited to these. Especially for treatment of biological components, it can be suitably used for blood purification modules by taking advantage of the excellent blood compatibility of polymethylmethacrylate. The blood purification module refers to a module having a function of removing waste and harmful substances in the blood by adsorption, filtration, dialysis, diffusion and the like when circulating blood outside the body. Such blood purification modules include artificial kidneys, plasma separation membranes, and toxin adsorption columns. In particular, by utilizing the protein-specific adsorptivity of polymethylmethacrylate, it can be expected to remove unwanted proteins in blood that cannot be removed by dialysis or filtration.
多孔体の分離膜、吸着体以外に低誘電率材料としてプリント回路基材および積層板に利用できるほか、インバーターやスイッチング電源から高周波成分の漏洩電流を防ぐカバーやシール部材などにも利用できる。また、広い表面積を活かして吸着体、触媒担体等にも利用可能である。 In addition to porous separation membranes and adsorbents, it can be used as a low dielectric constant material for printed circuit boards and laminates, and can also be used for covers and seal members that prevent high-frequency component leakage current from inverters and switching power supplies. Further, it can be used for adsorbents, catalyst carriers, etc. by utilizing a large surface area.
以下実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
ポリメチルメタクリレートに三菱レイヨン(株)製「UT300」、脂肪族ポリエステルとして、D体量が1.4%であり、GPC測定によるPMMA換算の重量平均分子量が26万であるポリ乳酸樹脂を重量比50/50で使用し、リップ間隔0.2mmに調整したT−ダイ付き二軸溶融混練機HK-25D((株)パーカーコーポレーション製)に供し、240℃で溶融製膜を実施した。ドラム温度を60℃とし、巻き取り速度を調整することにより、約150μm厚のアロイシートを作製した。
Example 1
Polymethylmethacrylate "UT300" manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. as an aliphatic polyester, polylactic acid resin having a D-form weight of 1.4% and a weight average molecular weight of 260,000 in terms of PMMA by GPC measurement The melt was formed at 240 ° C. at a temperature of 240 ° C. using a twin-screw melt kneader HK-25D (manufactured by Parker Corporation) with a T-die adjusted to a lip spacing of 0.2 mm. By setting the drum temperature to 60 ° C. and adjusting the winding speed, an alloy sheet having a thickness of about 150 μm was produced.
該シートを10cm角に切り出し、20重量%濃度の水酸化カリウム水溶液100mLに3日間浸漬させポリ乳酸を加水分解除去し、多孔化した。超純水500mLに1時間浸漬し、さらに超純水200mLでリンスした後、凍結乾燥することでポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔質シートを得た。 The sheet was cut into a 10 cm square and immersed in 100 mL of a 20 wt% aqueous potassium hydroxide solution for 3 days to hydrolyze and remove polylactic acid to make it porous. After immersing in 500 mL of ultrapure water for 1 hour and further rinsing with 200 mL of ultrapure water, the porous sheet which has polymethylmethacrylate as a main component was obtained by freeze-drying.
該多孔質シートの断面を透過型電子顕微鏡を用い、倍率10,000倍で観察して得られた一片3μmの正方形の画像をフーリエ変換し、波数を横軸に強度を縦軸にプロットしたグラフのピーク波数と半値幅から孔径と均一性の指標である(a)/(b)を求めた。また、該シートを重クロロホルムに溶解し、プロトン核磁気共鳴スペクトルを測定し、ポリメタクリレート中のアイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合(重量%)を求めた。 A graph in which a cross-section of the porous sheet is observed by using a transmission electron microscope at a magnification of 10,000 times, and a square image of 3 μm is obtained by Fourier transform, and the wave number is plotted on the horizontal axis and the intensity is plotted on the vertical axis. (A) / (b), which is an index of pore diameter and uniformity, was obtained from the peak wavenumber and the half-value width. Further, the sheet was dissolved in deuterated chloroform, and the proton nuclear magnetic resonance spectrum was measured to determine the ratio (% by weight) of isotactic polymethyl methacrylate in the polymethacrylate.
また、該多孔質シートの表面開孔率は走査型電子顕微鏡S-5500型((株)日立製作所製)を用い倍率10万倍で観察することで実施した。なお、観察の前処理として、観察試料は白金でスパッタリングを行った。得られた観察画像は一辺500nmの正方形にトリミングし、画像解析ソフトScionImage(Scion Corporation社製)で二値化(Thereshhold)および面積計算(Analyze Particles)を実行し、表面開孔率を求めた。顕微鏡観察画像、画像解析ソフトで二値化した画像(開孔部分を黒色で表示)を図1、2に示す。 The surface area of the porous sheet was observed by observing at a magnification of 100,000 using a scanning electron microscope S-5500 type (manufactured by Hitachi, Ltd.). As a pretreatment for observation, the observation sample was sputtered with platinum. The obtained observation image was trimmed into a square having a side of 500 nm, and binarization (Thereshhold) and area calculation (Analyze Particles) were executed with the image analysis software ScionImage (manufactured by Scion Corporation) to obtain the surface porosity. The microscope observation image and the image binarized with the image analysis software (the opening portion is displayed in black) are shown in FIGS.
表1に示すとおり、実施例1で得られた多孔質シートは、表面開孔率が15.61%と高く、かつ均一な多孔構造を有するポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔体からなる膜であった。 As shown in Table 1, the porous sheet obtained in Example 1 has a surface porosity as high as 15.61% and a film composed of a porous body mainly composed of polymethyl methacrylate having a uniform porous structure. Met.
(実施例2)
溶融混練温度を200℃とした他は実施例1と同様の方法でポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔質シートを得た。
(Example 2)
A porous sheet containing polymethyl methacrylate as a main component was obtained in the same manner as in Example 1 except that the melt kneading temperature was 200 ° C.
該多孔質シートの断面を透過型電子顕微鏡を用い、倍率1,000倍で観察して得られた一片2μmの正方形の画像をフーリエ変換し、波数を横軸に強度を縦軸にプロットしたグラフのピーク波数と半値幅から孔径と均一性の指標である(a)/(b)を求めた。また、該シートを重クロロホルムに溶解し、プロトン核磁気共鳴スペクトルを測定し、ポリメタクリレート中のアイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合(重量%)を求めた。 A graph in which a square image of a 2 μm piece obtained by observing the cross section of the porous sheet with a transmission electron microscope at a magnification of 1,000 times is Fourier transformed, and the wave number is plotted on the horizontal axis and the intensity is plotted on the vertical axis (A) / (b), which is an index of pore diameter and uniformity, was determined from the peak wavenumber and the half-value width. Further, the sheet was dissolved in deuterated chloroform, and the proton nuclear magnetic resonance spectrum was measured to determine the ratio (% by weight) of isotactic polymethyl methacrylate in the polymethacrylate.
また、実施例1と同様に該多孔質シートの表面開孔率は走査型電子顕微鏡S−5500型((株)日立製作所製)を用い倍率1万倍で観察することで実施した。なお、観察の前処理として、観察試料は白金でスパッタリングを行った。得られた観察画像は一辺5000nmの正方形にトリミングし、画像解析ソフトScionImage(Scion Corporation社製)で二値化(Thereshhold)および面積計算(Analyze Particles)を実行し、表面開孔率を求めた。顕微鏡観察画像、画像解析ソフトで二値化した画像(開孔部分を黒色で表示)を図3、4に示す。 Similarly to Example 1, the surface porosity of the porous sheet was observed by observing at a magnification of 10,000 using a scanning electron microscope S-5500 type (manufactured by Hitachi, Ltd.). As a pretreatment for observation, the observation sample was sputtered with platinum. The obtained observation image was trimmed into a square with a side of 5000 nm, and binarization (Thereshhold) and area calculation (Analyze Particles) were executed with image analysis software ScionImage (manufactured by Scion Corporation) to determine the surface open area ratio. FIGS. 3 and 4 show a microscope observation image and an image binarized by image analysis software (the opening portion is displayed in black).
表1に示すとおり、実施例2で得られた多孔質シートは、表面開孔率が23.63%と高く、かつ均一な多孔構造を有するポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔体からなる膜であった。 As shown in Table 1, the porous sheet obtained in Example 2 has a surface porosity as high as 23.63% and a film composed of a porous body mainly composed of polymethyl methacrylate having a uniform porous structure. Met.
(比較例1)
ポリメチルメタクリレートに三菱レイヨン(株)製「UT300」、グリニャール触媒重合により得た重量平均分子量5万のアイソタクチックポリメチルメタクリレート、脂肪族ポリエステルとして、D体量が1.4%であり、GPC測定によるPMMA換算の重量平均分子量が26万であるポリ乳酸樹脂を、それぞれ重量比30/20/50で使用し、リップ間隔0.2mmに調整したT−ダイ付き二軸溶融混練機HK−25D((株)パーカーコーポレーション製)に供し、240℃で溶融製膜を実施した。ドラム温度を60℃とし、巻き取り速度を調整することにより、約150μm厚のアロイシートを作製した。
(Comparative Example 1)
“UT300” manufactured by Mitsubishi Rayon Co., polymethyl methacrylate, isotactic polymethyl methacrylate having a weight average molecular weight of 50,000 obtained by Grignard catalyzed polymerization, aliphatic polyester, D-form weight of 1.4%, GPC A polylactic acid resin having a weight average molecular weight of 260,000 in terms of PMMA by measurement was used at a weight ratio of 30/20/50, respectively, and a twin-screw melt kneader with a T-die adjusted to 0.2 mm HK-25D (Made by Parker Corporation), and melt film formation was performed at 240 ° C. By setting the drum temperature to 60 ° C. and adjusting the winding speed, an alloy sheet having a thickness of about 150 μm was produced.
該シートを10cm角に切り出し、20重量%濃度の水酸化カリウム水溶液100mLに3日間浸漬させポリ乳酸を加水分解除去し、多孔化した。超純水500mLに1時間浸漬し、さらに超純水200mLでリンスした後、凍結乾燥することでポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔質シートを得た。 The sheet was cut into a 10 cm square and immersed in 100 mL of a 20 wt% aqueous potassium hydroxide solution for 3 days to hydrolyze and remove polylactic acid to make it porous. After immersing in 500 mL of ultrapure water for 1 hour and further rinsing with 200 mL of ultrapure water, the porous sheet which has polymethylmethacrylate as a main component was obtained by freeze-drying.
該多孔質シートの断面を透過型電子顕微鏡を用い、倍率1,000倍で観察して得られた一片18μmの正方形の画像をフーリエ変換し、波数を横軸に強度を縦軸にプロットしたグラフのピーク波数と半値幅から孔径と均一性の指標である(a)/(b)を求めた。また、該シートを重クロロホルムに溶解し、プロトン核磁気共鳴スペクトルを測定し、ポリメタクリレート中のアイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合(重量%)を求めた。表1に示すとおり、比較例1で得られた多孔質シートは、アイソタクチックポリメチルメタクリレートの比率が高かったため、均一なアロイが得られず、結果として孔径が不均一な多孔体からなる膜となった。 A graph in which a square image of a piece of 18 μm obtained by observing the cross section of the porous sheet with a transmission electron microscope at a magnification of 1,000 times is Fourier transformed, and the wave number is plotted on the horizontal axis and the intensity is plotted on the vertical axis (A) / (b), which is an index of pore diameter and uniformity, was determined from the peak wavenumber and the half-value width. Further, the sheet was dissolved in deuterated chloroform, and the proton nuclear magnetic resonance spectrum was measured to determine the ratio (% by weight) of isotactic polymethyl methacrylate in the polymethacrylate. As shown in Table 1, since the porous sheet obtained in Comparative Example 1 had a high ratio of isotactic polymethyl methacrylate, a uniform alloy could not be obtained, and as a result, a film made of a porous material having non-uniform pore sizes It became.
(比較例2)
溶融混練温度を200℃とした他は比較例1と同様の方法でポリメチルメタクリレートを主成分とする多孔質シートを得た。
(Comparative Example 2)
A porous sheet containing polymethyl methacrylate as a main component was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the melt kneading temperature was 200 ° C.
該多孔質シートの断面を透過型電子顕微鏡を用い、倍率300倍で観察して得られた一片60μmの正方形の画像をフーリエ変換し、波数を横軸に強度を縦軸にプロットしたグラフのピーク波数と半値幅から孔径と均一性の指標である(a)/(b)を求めた。また、該シートを重クロロホルムに溶解し、プロトン核磁気共鳴スペクトルを測定し、ポリメタクリレート中のアイソタクチックポリメチルメタクリレートの割合(重量%)を求めた。表1に示すとおり、比較例2で得られた多孔質シートは、アイソタクチックポリメチルメタクリレートの比率が高かったため、均一なアロイが得られず、結果として孔径が不均一な多孔体からなる膜となった。 A peak of a graph in which a square image of a piece of 60 μm obtained by observing the cross section of the porous sheet with a transmission electron microscope at a magnification of 300 times is Fourier transformed, and the wave number is plotted on the horizontal axis and the intensity is plotted on the vertical axis (A) / (b), which is an index of the hole diameter and uniformity, was determined from the wave number and the half-value width. Further, the sheet was dissolved in deuterated chloroform, and the proton nuclear magnetic resonance spectrum was measured to determine the ratio (% by weight) of isotactic polymethyl methacrylate in the polymethacrylate. As shown in Table 1, since the porous sheet obtained in Comparative Example 2 had a high ratio of isotactic polymethyl methacrylate, a uniform alloy could not be obtained, and as a result, a membrane composed of a porous body having non-uniform pore sizes It became.
(比較例3)
〔溶液製膜による中空糸膜の作製〕
グリニャール触媒重合により得た重量平均分子量5万のアイソタクチックポリメチルメタクリレート3.5重量部、住友化学(株)製シンジオタクチックポリメチルメタクリレート(“スミペックス”AK−150)13.7重量部、三菱レイヨン(株)製シンジオタクチックポリメチルメタクリレート(“ダイヤナール”BR−85)3.8部ジメチルスルホキシド79部に加え、加熱溶解した。この原液を温度110℃の紡糸口金部へ送り、二重スリット管口金から、注入気体である窒素とを同時に吐出させた。この時、口金と凝固浴との距離を190mmとして、40℃の水からなる凝固浴中に浸漬した後、水洗し、50m/minの速度で巻き取り、内径200μm、膜厚30μmの中空糸膜を得た。得られた中空糸膜は凍結乾燥を行った。
(Comparative Example 3)
[Production of hollow fiber membranes by solution casting]
3.5 parts by weight of isotactic polymethyl methacrylate having a weight average molecular weight of 50,000 obtained by Grignard catalyzed polymerization, 13.7 parts by weight of syndiotactic polymethyl methacrylate (“SUMIPEX” AK-150) manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd. In addition to 3.8 parts dimethylsulfoxide 79 parts of Mitsubishi Rayon Co., Ltd. syndiotactic polymethylmethacrylate ("Dyanal" BR-85), it was dissolved by heating. This stock solution was sent to a spinneret part having a temperature of 110 ° C., and nitrogen as an injection gas was simultaneously discharged from the double slit tube base. At this time, the distance between the die and the coagulation bath is 190 mm, immersed in a coagulation bath made of water at 40 ° C., washed with water, wound up at a speed of 50 m / min, hollow fiber membrane having an inner diameter of 200 μm and a film thickness of 30 μm. Got. The obtained hollow fiber membrane was freeze-dried.
〔表面開孔率の測定〕
上記凍結乾燥を行った中空糸膜を片刃カミソリで長手方向に半切し中空糸内表面を露出させた。中空糸内表面の開孔率を走査型電子顕微鏡S−5500型((株)日立製作所製)を用い倍率20万倍で観察を実施した。なお、観察の前処理として、観察試料は白金でスパッタリングを行った。得られた観察画像は一辺250nmの正方形にトリミングし、画像解析ソフトScionImage(Scion Corporation社製)で二値化(Thereshhold)および面積計算(Analyze Particles)を実行し、表面開孔率を求めた。比較例3で得られた中空糸膜内表面の表面開孔率は10%以下と低い値であった。顕微鏡観察画像、画像解析ソフトで二値化した画像(開孔部分を黒色で表示)を図5、6に示す。
[Measurement of surface area ratio]
The freeze-dried hollow fiber membrane was half-cut in the longitudinal direction with a single blade razor to expose the inner surface of the hollow fiber. The porosity of the inner surface of the hollow fiber was observed at a magnification of 200,000 times using a scanning electron microscope S-5500 type (manufactured by Hitachi, Ltd.). As a pretreatment for observation, the observation sample was sputtered with platinum. The obtained observation image was trimmed to a square with a side of 250 nm, and binarization (Thereshhold) and area calculation (Analyze Particles) were executed with image analysis software ScionImage (manufactured by Scion Corporation) to determine the surface open area ratio. The surface porosity of the inner surface of the hollow fiber membrane obtained in Comparative Example 3 was a low value of 10% or less. A microscopic observation image and an image binarized by image analysis software (opened portions are displayed in black) are shown in FIGS.
〔孔径および(a)/(b)の測定〕
孔径は、上記凍結乾燥した中空糸膜を液体窒素中で割断し、割断面を走査型電子顕微鏡S−5500型((株)日立製作所製)を用い倍率10万倍で観察を実施した。なお、観察の前処理として、観察試料は白金でスパッタリングを行った。得られた観察画像は一辺500nmの正方形にトリミングし、画像解析ソフトScionImage(Scion Corporation社製)でフーリエ変換し、波数を横軸に強度を縦軸にプロットしたグラフのピーク波数と半値幅から孔径と均一性の指標である(a)/(b)を求めた。
[Measurement of pore diameter and (a) / (b)]
For the pore diameter, the freeze-dried hollow fiber membrane was cleaved in liquid nitrogen, and the fractured surface was observed at a magnification of 100,000 using a scanning electron microscope S-5500 type (manufactured by Hitachi, Ltd.). As a pretreatment for observation, the observation sample was sputtered with platinum. The obtained observation image was trimmed to a square with a side of 500 nm, Fourier-transformed with image analysis software ScionImage (manufactured by Scion Corporation), and the pore diameter from the peak wave number and half-value width of the graph with the wave number plotted on the horizontal axis and the intensity plotted on the vertical axis And (a) / (b), which is an index of uniformity.
これらの評価結果を表2に示す。 These evaluation results are shown in Table 2.
本発明の製造方法で得られる多孔体は、孔径を微細かつ均一に制御することが可能であり、その結果、分離膜や吸着剤などとして用いたときに優れた特性を有するポリメチルメタクリレート多孔体を得ることができる。さらに、微細で均一な連続孔を有することを活かして、低誘電率材料としてプリント回路基材および積層板に利用できるほか、インバーターやスイッチング電源から高周波成分の漏洩電流を防ぐカバーやシール部材などにも利用できる。 The porous body obtained by the production method of the present invention is capable of finely and uniformly controlling the pore diameter, and as a result, the polymethyl methacrylate porous body having excellent characteristics when used as a separation membrane or an adsorbent. Can be obtained. In addition, it can be used for printed circuit substrates and laminates as a low dielectric constant material by making use of fine and uniform continuous holes, as well as covers and seal members that prevent high-frequency component leakage current from inverters and switching power supplies. Can also be used.
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