(57)【要約】【課題】  深さ方向にマイクロメートルオーダーやサブマイクロメートルオーダーの連続した傾斜構造を有する共連続構造体および光照射を用いた共連続構造体の生産方法を提供する。【解決手段】  ポリスチレンとメチルメタクリレートとを混合した系に紫外光を照射することにより、ポリスチレンの二量化とメチルメタクリレートの重合とを行うとともに、ポリスチレンとポリメチルメタクリレートとの相分離を生じさせた。その結果、表面から底面まで連続した傾斜構造を有する共連続構造体を得た。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体であって、
少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物を重合および／または架橋させてなり、かつ、上記重合および／または架橋した化合物が相分離した構造を備えることを特徴とする共連続構造体。
【請求項２】
上記傾斜構造が上記共連続構造体の深さ方向に沿って０．１μｍ以上３００μｍ以下の特性長を備えることを特徴とする請求項１に記載の共連続構造体。
【請求項３】
上記化合物の重合および／または架橋を誘発する温度が、反応開始時にはスピノーダル曲線の外側に位置し、反応の進行にしたがってスピノーダル曲線の内側に突入することを特徴とする請求項１または２に記載の共連続構造体。
【請求項４】
少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物に光を照射して、上記化合物を重合および／または架橋させ、かつ、上記重合および／または架橋した化合物を相分離させる工程を備えることを特徴とする、深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体を生産する方法。
【請求項５】
さらに、上記光の強度を調節することによって、上記傾斜構造の特性長を調節することを特徴とする請求項４に記載の共連続構造体を生産する方法。
【請求項６】
上記光の強度が０．０１ｍＷ／ｃｍ２以上１Ｗ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項４または５に記載の共連続構造体を生産する方法。
【請求項７】
上記傾斜構造の特性長が、上記共連続構造体の深さ方向に沿って０．1μｍ以上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の共連続構造体を生産する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、深さ方向の傾斜構造を有する共連続構造体および光照射を用いた共連続構造体の生産方法に関するものであり、特に、特性長をマイクロメートルオーダーやサブマイクロメートルオーダーにまで連続的に規制した深さ方向の傾斜構造を有する共連続構造体、光の強度を調節することにより傾斜構造を制御する共連続構造体の生産方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
傾斜機能材料とは、一つの材料の中で組成や機能が連続的または段階的に変化している構造（傾斜構造）を持つ材料のことをいう。傾斜機能材料は、スペースシャトルに対して、組成を徐々に変化（傾斜）させて熱に強くかつ機械的強さも併せ持つ材料として考案され、航空宇宙分野のほかに、工業材料、オプトエレクトロニクス、エネルギー材料、生体材料等で利用されており、わが国のみならず諸外国で活発な研究がなされている。
【０００３】
傾斜機能材料を作製する手法としては、特性、機能および厚みの異なる成分を機械的に貼り合わせることによる方法が一般的に知られている他（非特許文献１）、高分子中への低分子の拡散による濃度勾配を利用する方法（非特許文献２）や、相溶性・混和性の差を利用した方法（非特許文献３）、化合物の溶液に熱勾配をかけることによる方法（非特許文献４）などが用いられている。
【０００４】
上記傾斜構造は傾斜機能材料を構成する化合物の重合反応および／または架橋反応と相分離との競合によって生じるため、傾斜構造を得るためには重合反応および／または架橋反応と相分離とを独立に制御する必要がある。
【０００５】
また、高分子化合物に照射する光強度を調整することによって、材料の平面方向の傾斜構造を制御する方法が本発明者らによって明らかにされている（非特許文献５）。
【非特許文献１】米国 Materials Research Society（MRS）Bulletin Vol. 20, No.1 (1995年)の特集号
【非特許文献２】秋山 三郎、加納 義久「高分子傾斜構造材料」、高分子、４９巻、１月号、３２−３７頁、2000
【非特許文献３】Ian Hopkinson, Matthew Myatt., Macromolecules, 35, 5153―5160、2002
【非特許文献４】Qui Tran-Cong, Jin Okinaka., Polymer Engineering and Science, 39, 365―374, 1999
【非特許文献５】Hiroya Nishioka, Kaname Kida, Okimichi Yano and Qui Tran-Cong., Macromolecules, 33, 4301-4303, 2000
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術では、特性長をマイクロメートルオーダーやサブマイクロメートルオーダーにまで連続的に規制した傾斜構造を有する共連続構造体を作製することはできないという問題がある。
【０００７】
すなわち、上記非特許文献１に記載された技術は主に飛行機や宇宙船の壁材料を設計するために用いられるものであり、マクロスケールの傾斜構造しか作製することはできない。また、非特許文献２、３に記載された技術では、傾斜構造を作製する際に相分離が進みすぎるため連続相を保つことができず、不連続な海島構造となってしまうことから、連続した傾斜構造を有する共連続構造体を作製することはできない。
【０００８】
さらに、非特許文献４に記載された温度差により誘発した相分離速度の空間傾斜を利用する技術では、スピノーダル温度を利用するので混合物の相分離温度にまで昇温する必要があるが、反応温度を上げると相分離の状態が変化してしまう。したがって、結局重合反応と相分離とを独立に制御することはできず、連続した傾斜構造を有する共連続構造体を作製することはできない。
【０００９】
また、非特許文献５には、高分子化合物に照射する光強度を調整することによって、材料の平面方向の傾斜構造を制御する方法が記載されているが、材料の深さ方向にマイクロメートルオーダーやサブマイクロメートルオーダーの連続した傾斜構造を有する共連続構造体を作製する技術については、これまでに得られた知見はない。
【００１０】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、深さ方向にマイクロメートルオーダーやサブマイクロメートルオーダーの連続した傾斜構造を有する共連続構造体および光照射を用いた共連続構造体の生産方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討した結果、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物に照射する光の強度を調節することにより、重合反応と相分離とを競合させ、その結果、試料の深さ方向に切れ目のない連続した傾斜構造を備えた共連続構造体を作製できること見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明に係る共連続構造体は、深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体であって、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物を重合および／または架橋させてなり、かつ、上記重合および／または架橋した化合物が相分離した構造を備えることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、上記共連続構造体は、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物の重合反応および／または架橋反応と相分離とが競合した結果得られる生成物となる。したがって、深さ方向に切れ目なく連続した傾斜構造を備えることができる。
【００１４】
本発明に係る共連続構造体は、上記傾斜構造が上記共連続構造体の深さ方向に沿って
０．１μｍ以上３００μｍ以下の特性長を備えることが好ましい。上記構成によれば、傾斜構造の特性長をサブマイクロメートルからマイクロメートルのスケールにて変化させ、しかも深さ方向に切れ目なく連続した傾斜構造を保つことができる。したがって、共連続構造体の硬さを任意に調節できるのみならず、透過分離機能を有する共連続構造も得ることができる。
【００１５】
本発明に係る共連続構造体は、上記化合物の重合および／または架橋を誘発する温度が、反応開始時にはスピノーダル曲線の外側に位置し、反応の進行にしたがってスピノーダル曲線の内側に突入することを特徴としている。反応温度を上記条件とすることにより、上記共連続構造体は、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物の重合反応および／または架橋反応と相分離とが競合した結果得られる生成物となる。したがって、深さ方向に切れ目なく連続した傾斜構造を備えることができる。
【００１６】
本発明に係る深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体を生産する方法は、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物に光を照射して、上記化合物を重合および／または架橋させ、かつ、上記重合および／または架橋した化合物を相分離させる工程を備えることを特徴としている。
【００１７】
上記構成によれば、光を用いるため、非特許文献４に記載された技術のように、高温で相分離させる必要はなく、常温付近でも一定の温度で光強度を調節するだけで重合反応と相分離とを独立に制御することができ、簡便かつ迅速に傾斜構造を作製することができる。また、光を用いるため、非特許文献２、３に記載された技術のように相分離が進みすぎることはなく、連続した傾斜構造を保つこともできる。
【００１８】
また、本発明に係る共連続構造体の生産方法では、上記光の強度が０．０１ｍＷ／ｃｍ２以上１Ｗ／ｃｍ２以下であることが好ましい。上記光の強度が０．０１ｍＷ／ｃｍ２未満だと重合反応を行うことができず、照射光の強度が１Ｗ／ｃｍ２を超えると重合反応が進みすぎて相分離を発現させることができないので、上記構成によれば、重合反応と相分離とをバランスよく進行させ、深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体を作製することができる。
【００１９】
また、本発明に係る共連続構造体の生産方法では、上記傾斜構造が有する特性長が、上記共連続構造体の深さ方向に沿って０．１μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。ここで、特性長とは、連続した傾斜構造が有する径や周期の平均値をいい、構造の空間スケールを表す固有な長さである。上記特性長が０．１μｍ未満だと化合物の相分離構造が形成されず、３００μｍを超えると相分離構造が粗大化してしまうため、深さ方向に連続した傾斜構造を保つことができない。上記構成によれば、特性長が適切な範囲となるので、深さ方向に連続した傾斜構造を保つ共連続構造体を生産することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明に係る共連続構造体は、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物の重合および／または架橋反応と、上記重合および／または架橋した化合物の相分離とをバランスよく競合させたものであるため、上記共連続構造体の深さ方向に切れ目なく連続した傾斜構造を備えることができるという効果を奏する。
【００２１】
また、本発明に係る深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体を生産する方法は、光を照射することによって上記化合物の重合および／または架橋反応と上記重合および／または架橋した化合物の相分離とを競合的に行わせるものであるため、光の強度を調節するだけで深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態について説明すれば以下のとおりであるが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、本発明に係る深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体、深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体の生産方法について詳述する。
【００２３】
（１）共連続構造体
本発明に係る「共連続構造体」とは、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物を重合および／または架橋させてなり、かつ、上記重合および／または架橋した化合物が互いに相分離した構造を備えるものであり、深さ方向に連続した傾斜構造を備えるものである。
【００２４】
上記共連続構造体は、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物の重合および／または架橋反応と、上記重合および／または架橋した化合物の相分離とが競合的に行われた結果得られるものであり、上記化合物が網目構造を作るとともに、重合および／または架橋した化合物の相分離が起こっているので、図１（ａ）〜（ｉ）に示すように、構造体の表面から底面まで切れ目なく連続した傾斜構造を有する。
【００２５】
例えば、図１（ｅ）は、後述する実施例において説明するように、ポリスチレンとメチルメタクリレートとがそれぞれ重合するとともに、二量化されたポリスチレンとポリメチルメタクリレートとが相分離した共連続構造体の縦断面を共焦点レーザー顕微鏡で観察した結果を示すものである。
【００２６】
図１（ｅ）において、黒い球状ドメインとして見出される部分はポリメチルメタクリレートを多く含む相であり、黒い球状ドメイン同士の隙間として見出される相がポリスチレンを多く含む相であるが、ポリスチレンを多く含む相は共連続構造体の深さ方向（図１（ｅ）に示すｚ方向）に向かって表面から底面まで切れ目なく連続してつながっていることが分かる。すなわち、ポリスチレンとメチルメタクリレートとがそれぞれ重合するとともに重合体が相分離することによって傾斜構造が形成され、しかも当該傾斜構造が構造体の表面から底面まで途切れることなくトンネル状に連続した構造となる。
【００２７】
上記モノマーおよび／またはポリマーは、互いに相溶性を有するものであれば組み合わせは特に限定されるものではない。例えば化合物が二種類である場合、相溶性を有するものであればモノマーとモノマー、モノマーとポリマー、ポリマーとポリマーのいずれの組み合わせでも用いることができる。
【００２８】
具体的には、例えば、モノマーとしてはメチルメタクリレート、スチレンとその誘導体、アルキルメタクリレート等を用いることができる。また、ポリマーとしてはポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリアルキルメタクリレート等を用いることもできる。
なお、本明細書中において、「ポリマー」の重合度は特に限定されるものではなく、二量体以上であればよい。すなわち、ポリマーにはダイマー、トリマーなどのオリゴマーも含まれるものとする。また、光反応により、高分子鎖同士が架橋され、ネットワークにもなり得る。
【００２９】
上記「重合」とは、モノマーが２個以上結合してモノマーの整数倍の分子量を持つ化合物を生成する化学反応をいい、「架橋」とは、橋をかけるように、鎖状高分子の分子間で化学結合を形成させることをいう。
【００３０】
また、本明細書における重合および／または架橋には、モノマーの重合と、重合したモノマー同士の架橋とが起こる場合、ポリマーの架橋が起こる場合、ポリマーの鎖長が延長され、さらに鎖長が延長されたポリマー同士が架橋される場合のいずれもが含まれる。
【００３１】
上記「相分離」とは、熱力学的に均一な一つの状態、すなわち一つの相にあった物質系が、温度、圧力などの変数を変化させたとき、二つの相に分離する現象をいう（理化学辞典第５版  ７６９頁、岩波書店）。すなわち、分子相溶性を有する上記二種類以上の化合物を含んでなる系（一相領域）に含まれる少なくとも二種類の化合物が均一に混じり合わず、二以上の相からなる構造を有することをいう。なお、上記重合および相分離は、上記化合物を相溶させた溶液に紫外光、可視光線等の光を照射し、光反応を起こすことによって引き起こすことができる。
【００３２】
このような相分離構造は、一相領域に含まれるに含まれる少なくとも１種類の化合物の分子構造が上記重合によって変化し、一相領域に含まれる当該化合物の分子構造とは異なるものとなることによって生じる。
【００３３】
そのため、図２に示すように、一相領域に含まれる化合物の分子構造の変化が生じる前後において、一相領域に含まれる化合物に関する共存曲線が変化することになる。具体的には、上記一相領域が２種類の化合物からなる場合、光照射による上記化合物の分子構造の変化に応じて、相状態が図２に示すように変化する。
【００３４】
すなわち、上記一相領域に含まれる化合物が任意の組成比である場合において、光反応によって重合および／または架橋を誘発する温度（以下「実験温度」と称する）がＴである条件下において、光照射前の化合物の混合系は一相領域にあるが、光を照射すると化合物の分子構造が変化し、重合反応の進行とともに、重合した化合物が相分離する領域である二相領域が拡大する。そして、実験温度Ｔが二相領域内にあるスピノーダル曲線の内側に突入すると、上記混合系は相分離する。
【００３５】
上記深さ方向に連続した傾斜構造は、上記実験温度Ｔがスピノーダル曲線の内側に位置する場合に得られる。スピノーダル曲線とは、熱力学平衡にある均一相としては存在できないが、準安定相として存在しうる限界を示す曲線をいう。スピノーダル曲線の内側は熱力学的に不安定な状態であり、混合系が強制的に一相としてその混合比、温度に置かれると、相分離が自発的にかつ連続的に進行し、通常の相分離とは異なり核生成−成長を経ずに熱力学の条件と拡散のみで進行する。
【００３６】
したがって、図３（ａ）に示すように、上記実験温度Ｔがスピノーダル曲線の内側にあるときは、上記深さ方向に連続した傾斜構造を得ることができる。図３（ｂ）は、上記実験温度Ｔがスピノーダル曲線の内側にあるときの共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断し上方から共焦点レーザー顕微鏡で観察した結果を示すものであり、連続した傾斜構造が得られていることが分かる。
【００３７】
一方、上記実験温度Ｔが図４（ａ）に示すようにスピノーダル曲線とバイノーダル曲線との間にあるときは、相分離は核生成−成長を経て進行するので、不連続な海島構造となり、深さ方向に連続した傾斜構造を得ることはできない。ここで、バイノーダル曲線とは、相溶領域（一相領域）と分離領域（二相領域）の境界線であり、混合組成によって異なる。図４（ｂ）は、上記実験温度Ｔがスピノーダル曲線とバイノーダル曲線の間にあるときの共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断し上方から共焦点レーザー顕微鏡で観察した結果を示すものであり、不連続な海島構造が得られていることが分かる。
【００３８】
一実施形態において、本発明に係る共連続構造体においては、上記傾斜構造が上記共連続構造体の深さ方向に沿って０．１μｍ以上３００μｍ以下の特性長を備えている。すなわち、共連続構造体の表面から底面までトンネル状に連続する傾斜構造の平均の直径が０．１μｍ以上３００μｍ以下の範囲において変化しうる。上記特性長は、例えば共連続構造体の表面から底面に向かって大きくなるものでもよいし、表面から底面に向かって小さくなるものでもよく、上記範囲で周期的に変化するものであってもよく、変化の態様は特に限定されるものではない。
【００３９】
傾斜構造が、上記の範囲で変化する特性長を有することにより、例えば上記共連続構造体の硬さを特性長に応じて変化させることが可能となる。すなわち、上記した傾斜構造を有する場合、本発明に係る共連続構造体の特性長の傾斜に応じて材料の硬さも連続的に変化するため、角部を持つ任意の物体、例えば缶の縁部等の包装材料として利用されることが考えられる。
【００４０】
また、血液やウイルスろ過などの分離膜、透過膜などとして利用することも可能である。例えば共連続構造体の表面に近い部分の特性長を小さくし、底面に近い部分の特性長を大きくすることなど、被ろ過物の大きさに応じて特性長を変化させることにより、共連続構造体にマイクロメートルオーダーまたはサブマイクロメートルオーダーで透過分離機能を持たせることができる。
【００４１】
このような分離膜、透過膜は、連続した傾斜構造を有しているため、例えば表面から底面まで連続的に特性長が大きくなる傾斜構造を有する場合、表面から底面まで一定の径しか有しない分離膜や透過膜と比べてろ液の流出速度を速くすることができる。したがって、効率的なろ過を行うことができる。
【００４２】
さらに、通常の分離膜や透過膜では、膜の強度を高めたい場合は膜厚を増す必要があるが、膜厚を増せばろ過に要する時間も長くなってしまう。本発明に係る共連続構造体は、上記化合物を重合させたものであり、網目構造を持っているため十分な強度を有しており、膜厚を薄くしても強度を保つことができる。
【００４３】
さらに、本発明に係る共連続構造体は、異種高分子が互いに絡み合ったＩＰＮ（Interpenetrating Polymer Network）であるため、幅広い温度域で力学的損失ｔａｎδを示す（Klempner. D. et al., Advances in Chemistry Series, No.293, American Chemical Society, 1994）。また、上述のように本発明に係る共連続構造体は分子内に傾斜構造を有するため、一つの試料内にｔａｎδの勾配を作ることができる。したがって、本発明に係る共連続構造体は防音フィルター等のダンピング材料に応用することも可能である。
【００４４】
（２）深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体の生産方法
本発明に係る深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体の生産方法（以下「本発明に係る共連続構造体の生産方法」という）は、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物に光を照射して、上記化合物を重合および／または架橋させ、かつ、上記重合および／または架橋した化合物を相分離させる工程を備えるものである。
【００４５】
すなわち、少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物に光を照射することによって、上記化合物の重合および／または架橋と、上記重合および／または架橋した化合物の相分離とを起こすことができ、上記重合および／または架橋と相分離とを競合的に進行させることにより、深さ方向に連続した傾斜構造を作ることができる。
【００４６】
ここで、深さ方向に連続した傾斜構造を作るためには、上記重合および／または架橋と相分離とを独立に制御し、重合および／または架橋と相分離とをバランスよく進行させる必要がある。相分離が進みすぎてしまうと、連続した傾斜構造を保つことができず、連続相が切れて球状の構造となる。例えば、非特許文献２、３に記載された技術では、溶液中に存在する成分の濃度を調整することによって傾斜構造を作製するが、係る技術によっては相分離が進みすぎてしまうため、連続した傾斜構造を作ることはできず、連続相が切れて球状の構造となってしまう。
【００４７】
また、非特許文献４に記載された技術は、熱を用いて相分離を制御しようとするものであるので、実験温度が相分離温度と干渉する。したがって、連続した傾斜構造を作ることはできず、連続相が切れて球状の構造となってしまう。
【００４８】
一方、本発明に係る共連続構造体の生産方法は、光を照射することによって重合および／または架橋と相分離とを進行させるものである。図３に示したように、連続した傾斜構造を備えた共連続構造体を作製するためには、化合物を重合および／または架橋させる際の反応温度がスピノーダル曲線の外側からその内側に突入することが必要であり、図３は反応温度（縦軸）と化合物の組成比（横軸）とによって決定される。
【００４９】
しかしながら、光は図３の決定因子である反応温度、圧力とも独立の要素であるため、光の強度を調節するだけで重合と相分離とを制御することができ、光の強度と照射時間を適切に調節することにより、連続相を保った状態で反応を停止することができる。したがって、深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体を生産することができる。
【００５０】
上記光としては、上記化合物の重合および相分離を惹起することができるものであれば特に限定されるものではなく、可視光線、紫外光等を用いることができる。光源としては、水銀灯等の一般的な光源を用いてもよいし、レーザー光源等を用いてもよい。
【００５１】
上記光の強度は、０．０１ｍＷ／ｃｍ２以上１Ｗ／ｃｍ２以下であることが好ましい。上記光の強度が０．０１ｍＷ／ｃｍ２より弱いと重合反応を行うことができず、上記光の強度が１Ｗ／ｃｍ２を超えると重合反応が進みすぎて相分離を生じさせることができないので、上記構成によれば、重合反応と相分離とをバランスよく進行させ、深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体を作製することができる。
【００５２】
光の強度を上記範囲で変化させることにより、反応速度を速くしたり遅くしたりすることができるので、光の強度の調節によって上記傾斜構造の特性長を任意に調節することができ、連続する傾斜構造内で特性長に変化を持たせた共連続構造体を作製することができる。例えば、共連続体の表面から底面まで連続的に特性長が大きくなる傾斜構造や、表面から底面まで連続的に特性長が小さくなる傾斜構造等を作製することができる。これによって、例えば一つの共連続構造体内で硬さに変化を持たせた包装材料や、透過経路の経口に変化を持たせた分離膜、透過膜等の作製が可能になると考えられる。
【００５３】
上記傾斜構造の特性長は、上記共連続構造体の深さ方向に沿って０．１μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
【００５４】
上記化合物の重合および／または架橋と相分離とを行う場合、アントラセン、桂皮酸、スチルバゾール、クマリン、エチレングリコールメタクリレート等やこれらの誘導体を反応系に加えてもよい。これらは光二量化反応や光架橋反応を行うことができるため、反応の効率化に寄与することができる。
【００５５】
また、光反応の開始剤としては、ルシリンＴＰＯ、Irgacureの誘導体、ジエチルチオサントン、５−nitroacenaphthalene等を必要に応じて用いることができる。
【００５６】
なお、本発明は以上説示した各構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００５７】
本発明について、実施例および図１〜図１０に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更、修正および改変を行うことができる。
【００５８】
（１）深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体を生産する方法
ポリマーとしては、アントラセンとフルオレセインが分子鎖にラベルされているポリスチレン（以下「ＰＳＡＦ」と称する）を用い、モノマーとしてはメチルメタクリレート（以下「ＭＭＡ」と称する）を用いた。また、光反応の開始剤としてルシリンＴＰＯを用い、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート（以下「ＥＧＤＭＡ」と称する）を用いた。フルオレセインは、共焦点レーザー顕微鏡で傾斜構造を観察する際に観察を容易にするために用いる蛍光体であり、顕微鏡で観察するとＰＳＡＦが緑色の蛍光を発する様子を確認することができる。
【００５９】
まず、ＭＭＡに一定量のＰＳＡＦ、ルシリンＴＰＯ、ＥＧＤＭＡを溶解させた。次にこの溶液を二枚のカバーガラスの間に充填し、所定の強度の紫外光を３０℃で６０分間照射し、溶液を硬化させた。これにより得られたフィルムが深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体である。なお、ＰＳＡＦ、ルシリンＴＰＯ、ＥＧＤＭＡの使用量および紫外光の強度については、以下に記載する実施例において説明する。
【００６０】
図１０は、本発明に係る共連続構造体を生産する方法の概要を示す模式図である。ＭＭＡにＰＳＡＦ、ルシリンＴＰＯ、ＥＧＤＭＡを溶解させ、３０℃で例えば３６５ｎｍの紫外光を照射すると、ＰＳＡＦの二量化とＭＭＡの重合とが起こり、ポリスチレンのネットワークとポリメチルメタクリレート（以下「ＰＭＭＡ」と称する）のネットワークが形成され、ＩＰＮとなる。それとともに、ポリスチレンとＰＭＭＡの相分離が生じ、深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体が生じる。なお、図１０における「２５μｍ」は試料の厚みを表している。
【００６１】
（２）深さ方向に連続した傾斜構造を備える共連続構造体
（実施例１：ＰＳＡＦとＭＭＡとを５：９５で混合した場合）
図１（ａ）〜（ｉ）は、ＰＳＡＦとＭＭＡとを５：９５で混合し、ルシリンＴＰＯをＭＭＡに対して２重量％、ＥＧＤＭＡをＭＭＡに対して２重量％となるように混合した系に対し、０．１０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光（波長３６５ｎｍ）を照射して作製した共連続構造体を、傾斜構造を三次元観測するため共焦点レーザー顕微鏡（ＬＳＣＭ，Ｃａｒｌ  Ｚｅｉｓｓ社製）によって観察した結果を示すものである。
【００６２】
図１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ共連続構造体の表面から深さ５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの地点で共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断した断面を上から観察した結果を示している。なお、各図の一辺は２３０．３μｍである。図中、黒い球状の点として見出される部分はＰＭＭＡを多く含む相であり、黒い球状の点同士の隙間として見出される相がＰＳＡＦを多く含む相である。図１（ａ）〜（ｄ）より、傾斜構造の特性長は、表面からの深さに依存して大きくなっていることが分かった。
【００６３】
図１（ｇ）は共連続構造体の表面から深さ１３μｍの地点で共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断した断面を上から観察した結果を示している。また、図１（ｅ），（ｆ）は図１（ｇ）に示す共連続構造体を異なるｘ−ｚ平面で切断したときの縦断面を示しており、図１（ｅ）は図１（ｇ）に二本示した横線のうち実線に沿って切断したときの縦断面、図１（ｆ）は図１（ｇ）に二本示した横線のうち点線に沿って切断したときの縦断面に相当する。図１（ｅ），（ｆ）から、傾斜構造の特性長は、深さ方向（ｚ方向）に向かうにしたがって深さ依存的に、連続的に大きくなっていることが分かる。
【００６４】
図１（ｈ）、（ｉ）は図１（ｇ）に示す共連続構造体を異なるｙ−ｚ平面で切断したときの縦断面を示しており、図１（ｈ）は図１（ｇ）に二本示した縦線のうち実線に沿って切断したときの縦断面、図１（ｉ）は図１（ｇ）に二本示した縦線のうち点線に沿って切断したときの縦断面に相当する。図１（ｈ）、（ｉ）から、傾斜構造の特性長は深さ方向（ｚ方向）に向かうにしたがって深さ依存的に、連続的に大きくなっていることが分かる。
【００６５】
図５は、共連続構造体の表面からの深さと当該共連続構造体が有する傾斜構造の特性長との関係を示す図である。実施例１の条件下では、深さ依存的に特性長が大きくなるということが明らかとなった。
【００６６】
（実施例２：ＰＳＡＦとＭＭＡとを１０：９０で混合した場合）
次に、ＰＳＡＦとＭＭＡとを１０：９０で混合し、ルシリンＴＰＯをＭＭＡに対して２重量％、ＥＧＤＭＡをＭＭＡに対して２重量％となるように混合した系に対し、０．１０ｍＷ／ｃｍ２、０．０５ｍＷ／ｃｍ２，０．０３ｍＷ／ｃｍ２の紫外光（波長３６５ｎｍ）を照射して共連続構造体を作製した。図６は、当該共連続構造体の表面からの深さと当該共連続構造体が有する傾斜構造の特性長との関係を示す図である。
【００６７】
図６より、上記いずれの強度の紫外光を照射した場合も、共連続構造体の表面からの深さに依存して傾斜構造の特性長は大きくなる傾向を示すことが分かった。
【００６８】
また、図７（ａ）〜（ｄ）は、０．０５ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射して作製した共連続構造体の傾斜構造を表すものであり、図１（ａ）〜（ｄ）と同様に、共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断した断面を上から観察した結果を示している。図７（ａ）〜（ｄ）より、上記実験系においても、傾斜構造の特性長は、表面からの深さに依存して大きくなっていることが分かった。
【００６９】
（実施例３：ＰＳＡＦとＭＭＡとを２０：８０で混合した場合）
次に、ＰＳＡＦとＭＭＡとを２０：８０で混合し、ルシリンＴＰＯをＭＭＡに対して２重量％、ＥＧＤＭＡをＭＭＡに対して２重量％となるように混合した系に対し、０．０４ｍＷ／ｃｍ２、０．１７ｍＷ／ｃｍ２の紫外光（波長３６５ｎｍ）を照射して共連続構造体を作製した。
【００７０】
図８（ａ）〜（ｄ）は、０．０４ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射して作製した共連続構造体の傾斜構造を表すものであり、図１（ａ）〜（ｄ）と同様に、共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断した断面を上から観察した結果を示している。図８（ａ）〜（ｄ）より、上記実験系で０．０４ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射した場合は、実施例１、２とは異なり、傾斜構造の特性長は、表面からの深さに依存して小さくなっていることが分かった。
【００７１】
図９（ａ）〜（ｄ）は、０．１７ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射して作製した共連続構造体の傾斜構造を表すものであり、図１（ａ）〜（ｄ）と同様に、共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断した断面を上から観察した結果を示している。図９（ａ）〜（ｄ）より、上記実験系で０．１７ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射した場合は、実施例１、２と同様に、傾斜構造の特性長は、表面からの深さに依存して大きくなっていることが分かった。
【００７２】
このように、深さ方向の傾斜構造が示す変化の態様が異なるのは、傾斜構造は出発物質となる化合物の溶液の粘度、照射する光の強度、光の照射時間の影響を受けるからであると考えられる。すなわち、上記化合物の溶液に含まれるポリマーの量が少なく、溶液の粘度が低い場合は表面（紫外光が照射される側）からの深さが深いほど光が届きにくいため、相分離が起こりにくくなり、傾斜構造の特性長は大きくなる。実施例１、２はこの場合に相当する。
【００７３】
一方、実施例３では上記化合物の溶液に含まれるポリマーの量が多い（２０％）ため、化合物の溶液の粘度が高い。このように粘度が高い溶液に、図８に示す場合のように弱い紫外光を照射すると、溶液中の化合物によって吸収される光の量は表面で多く、表面からの深さが深くなるほど少なくなる。したがって、表面に近い部分の方が相分離が進行しやすくなり、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように傾斜構造の特性長は表面に近い方が大きくなる。
【００７４】
また、このように粘度が高い溶液に図９に示す場合のように強い紫外光を照射すると、表面に近い部分では、強い紫外光により重合反応の進行が速くなるため、固まりやすくなり、相分離が十分進行する時間が不足する。一方、表面からの深さが深い部分は固まりにくいため、表面に近い部分よりも相分離しやすいことになる。したがって、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、傾斜構造の特性長は表面からの深さに依存して大きくなる。
【００７５】
これらの結果から、傾斜構造は出発物質となる化合物の溶液の粘度、照射する光の強度によって変化することが分かる。また、光の照射時間も傾斜構造に影響を与えるので、所望の傾斜構造を得るためには、出発物質となる化合物の組成に応じて照射する光の強度を調節し、照射時間は連続相を保つことができる時間の範囲内で調節すればよいと言える。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
以上のように、本発明に係る共連続構造体は少なくとも二種類のモノマーおよび／またはポリマーからなる群から選ばれる二種類以上の化合物の重合および／または架橋反応と上記重合および／または架橋した化合物の相分離とが競合した結果得られる生成物であるので、深さ方向に切れ目なく連続したマイクロメートルオーダーやサブマイクロメートルオーダーの傾斜構造を備える。
【００７７】
そのため、本発明は包装材料や、血液、ウイルス等の生体材料の分離膜、透過膜等に基本的な改革をもたらすことが期待される。したがって、医薬、バイオ産業、一般材料分野等において広く利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】ＰＳＡＦとＭＭＡとを５：９５で混合した系に対して０．１０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射して作製した共連続構造体の傾斜構造を観察した結果を示すものである。（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ共連続構造体の表面から深さ５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの地点で共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断した断面を上から観察した結果を示す図である。（ｇ）は共連続構造体の表面から深さ１３μｍの地点で共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断した断面を上から観察した結果を示す図である。（ｅ），（ｆ）は（ｇ）に示す共連続構造体を異なるｘ−ｚ平面で切断したときの縦断面を示す図であり、（ｈ）、（ｉ）は（ｇ）に示す共連続構造体を異なるｙ−ｚ平面で切断したときの縦断面を示す図である。
【図２】光照射による化合物の分子構造の変化に応じて、相状態が変化する様子を示す模式図である。
【図３】（ａ）は実験温度Ｔがスピノーダル曲線の内側にある状態を示す相図であり、（ｂ）は上記実験温度Ｔがスピノーダル曲線の内側にあるときの共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断し上方から観察した結果を示す図である。
【図４】（ａ）は実験温度Ｔがスピノーダル曲線とバイノーダル曲線との間にある状態を示す相図であり、（ｂ）は上記実験温度Ｔがスピノーダル曲線とバイノーダル曲線の間にあるときの共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断し上方から観察した結果を示す図である。
【図５】ＰＳＡＦとＭＭＡとを５：９５で混合した系に対して０．１０ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射して作製した共連続構造体の表面からの深さと当該共連続構造体が有する傾斜構造の特性長との関係を示す図である。
【図６】ＰＳＡＦとＭＭＡとを１０：９０で混合した系に対して０．１０ｍＷ／ｃｍ２、０．０５ｍＷ／ｃｍ２，０．０３ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射して作製した共連続構造体の表面からの深さと当該共連続構造体が有する傾斜構造の特性長との関係を示す図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、ＰＳＡＦとＭＭＡとを１０：９０で混合した系に対して０．０５ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射した場合に、それぞれ表面から深さ３．６μｍ、９μｍ、１２．６μｍ、１６．２μｍの地点で共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断し、断面を上から観察した結果を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、ＰＳＡＦとＭＭＡとを２０：８０で混合した系に対して０．０４ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射した場合に、それぞれ表面から深さ５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの地点で共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断し、断面を上から観察した結果を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、ＰＳＡＦとＭＭＡとを２０：８０で混合した系に対して０．１７ｍＷ／ｃｍ２の紫外光を照射した場合に、それぞれ表面から深さ５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍの地点で共連続構造体をｘ−ｙ平面で切断し、断面を上から観察した結果を示す図である。
【図１０】本発明に係る共連続構造体を生産する方法の概要を示す模式図である。
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１０】
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【図１】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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