(57)【要約】  重合体を被覆する方法であって、前記重合体を活性化剤で処理して、反応性重合体を製造する工程、例えば、少なくとも１個のＸ（ハロゲン）基と少なくとも１個のＨを有する重合体を塩基で処理して、ＨＸを脱離させる工程を含む方法。前記反応性重合体を反応性被覆剤、例えば、ＰＶＰと、好ましくは、過硫酸アニオンのような開始剤の存在下で反応させて、本質的に親水性であると思われる被覆重合体を製造する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
重合体を被覆する方法であって、前記重合体を活性化剤で処理して、反応性重合体を製造する工程、および前記反応性重合体を反応性被覆剤と反応させて、被覆重合体を製造する工程を含む、方法。
【請求項２】
前記重合体が少なくとも１個のＸ（ハロゲン）基と少なくとも１個のＨとを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ＸがＦまたはＣｌおよび少なくとも１個のＨである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記重合体が、水素に対してα位の炭素と結合されている少なくとも１個のＸ（ハロゲン）を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１個のＸ基を有する前記重合体が、完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体、あるいはそれらのブレンドである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体、あるいはそれらのブレンドが、混和性非ハロゲン化重合体、重合体ブレンドまたは重合体混合物をさらに含んでなる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
重合体がｐｖｄｆ（ポリフッ化ビニリデン）単独重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ｈａｌａｒ）またはアクリル酸ｎ−ブチルとのエチレン−クロロトリフルオロエチレン三元共重合体、フッ化／塩化ビニルの三元共重合体；フッ化／塩化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
重合体が以下のモノマー：クロロトリフルオロエチレンフッ化ビニル、塩化ビニル；フッ化ビニリデン／塩化ビニリデン；ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンの１以上を含む、それ、又は、それらから製造した、耐塩基侵蝕性を有する重合体である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記重合体がポリ（エチレンクロロトリフルオロエチレン）、すなわちｈａｌａｒ、エチレンとクロロトリフルオロエチレンとの１：１交互共重合体であり、以下の構造：
−（−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＦＣｌ−ＣＦ２−）ｎ−
を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記活性化剤が前記重合体からＨＸを脱離させるように作用して、反応性重合体を製造する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記活性化剤が塩基である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記塩基がアルカリ土類水酸化物である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アルカリ土類水酸化物が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムまたは水酸化カルシウムである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記塩基がアルカリ金属アルコキシドである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記アルカリ金属アルコキシドがナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムプロポキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムプロポキシドである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記塩基が強アミン塩基である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記強アミン塩基がテトラエチレンペンタミンである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記反応性重合体が二重結合を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記反応性被覆剤が親水性重合体である、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記反応性被覆剤が親水性重合体である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記反応性被覆剤がＰＶＰである、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記反応性被覆剤が開始剤の存在下で反応性重合体に対して反応する、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記開始剤が過硫酸塩（Ｓ２Ｏ８２−）である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記過硫酸塩が過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、二過硫酸ナトリウムまたは一過硫酸ナトリウム形態である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
重合体を親水化する方法であって、適用できる場合には、架橋性基を組み込むように重合体を修飾する工程、および架橋性基を有する前記重合体を架橋性親水化剤で処理し、架橋条件を適用する工程を含む、方法。
【請求項２６】
前記架橋性基が二重結合である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記架橋性親水化剤がＰＶＰである、請求項２５または請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
架橋条件に開始剤および／または架橋放射線の使用が含まれる、請求項２５〜２７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２９】
ｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を親水化する方法であって、
ｉ）前記ｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を塩基で処理して、ＨＸを脱離させ、塩基処理済みの重合体を製造する工程；および
ii）前記塩基処理済みの重合体を架橋開始剤の存在下でＰＶＰで処理して、ＰＶＰの架橋表面被膜を有するｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を製造する工程を含む、方法。
【請求項３０】
ＰＶＰの架橋表面被膜を有するｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜。
【請求項３１】
非対称膜形態の、請求項３０に記載の膜。
【請求項３２】
平板形態の、請求項３１に記載の膜。
【請求項３３】
中空繊維形態の、請求項３１に記載の膜。
【請求項３４】
本発明に従って調製される、水および廃水の精密濾過および限外濾過に用いるための機能性膜。
【請求項３５】
本発明に従って調製される、親和性膜として用いるための機能性膜。
【請求項３６】
本発明に従って調製される、タンパク質吸着に用いるための機能性膜。
【請求項３７】
本発明に従って調製される、生体適合性のある機能性膜を必要とする方法に用いるための機能性膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、親水性層が膜表面にグラフト化されている高分子膜、およびそのような膜の調製のための方法に関する。本発明は、特に限外濾過および精密濾過の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下の記述は、共通の一般知識の現状について承認するものではない。
【０００３】
合成高分子膜は、脱塩、ガス分離、濾過および透析などの種々の用途用に、限外濾過および精密濾過の分野ではよく知られている。膜の特性は、膜の形態、すなわち、対称性、細孔形状、孔径などの特性や膜形成に使用する高分子材料の化学的性質によって異なる。
【０００４】
精密濾過、限外濾過および逆浸透などの特定の分離プロセスに種々の膜を使用することができる。精密濾過および限外濾過は、圧力駆動のプロセスであり、それらは膜が保持できるまたは膜を通過することができる粒子もしくは分子の大きさによって区別される。精密濾過では、マイクロメートルおよびマイクロメーター以下の範囲の微細なコロイド粒子を除去することができる。一般に、精密濾過では、最小０．０５μｍの粒子まで濾過することができ、一方、限外濾過では０．０１μｍ以下といった小さい粒子を保持することができる。逆浸透は、さらに小さな尺度で働く。
【０００５】
微多孔質転相膜は、ウイルスや細菌を取り除くという用途に特に適している。
【０００６】
大量の濾液を流さなければならない場合には、広い表面積が必要である。使用する装置の大きさを最小限にとどめるために一般に利用される技術は、多孔質中空繊維形状の膜を形成することである。これらの中空繊維の多数（最大数千本）を束ね、それらをモジュールに納める。精製する溶液、一般に水は、モジュール内の全ての繊維の外面と接触して流れるため、それぞれの繊維が、同時に、水を濾過するように働く。圧力を加えることによって、水が各繊維の中心溝、すなわち、内腔へと送り込まれる一方で、微量夾雑物は繊維の外側に捕捉された状態となる。濾過した水は、繊維内部に貯水し、繊維の末端からくみ出す。
【０００７】
繊維のモジュール構成は、モジュールの単位体積当たりの表面積を極めて大きくすることができるような非常に望ましいものである。
【０００８】
モジュール内の繊維の配置に加え、高分子繊維自体も精密濾過を可能にする適当な微細構造を有していなければならない。
【０００９】
望ましくは、限外濾過および精密濾過膜の微細構造は非対称性である、すなわち、膜全体を通して孔径勾配が均一ではなく、むしろ、膜内部の断面距離に応じて変化する。中空糸膜は、一方または両方の外面では小さな孔が固く一体化し、膜壁の内側縁に向かって孔が大きくなり、より開放されたものになる非対称膜であることが好ましい。
【００１０】
この微細構造は、機械的強度と濾過効率とをうまく両立させることから有利であることが分かっている。
【００１１】
微細構造だけでなく、膜の化学的特性も重要である。そのような重要な特性の１つが膜の親水性または疎水性である。
【００１２】
疎水性表面は、「嫌水性」と定義され、親水性表面は「好水性」と定義される。多孔質膜を流延するのに使用される重合体の多くは、疎水性重合体である。水は、十分な圧力によって、疎水性膜を通して押し出されるが、それに必要な圧力は極めて高く（１５０〜３００ｐｓｉ）、そのような圧力では、膜が損傷を受けるおそれがあり、一般に、一様な湿潤状態が得られない。
【００１３】
疎水性の微多孔質膜は、一般に、それらの優れた耐化学性、生体適合性、低膨潤性、そして優れた分離性能を特徴とする。よって、水濾過用途に使用する場合には、疎水性膜を親水化または「浸潤」して、透水させる必要がある。
【００１４】
また、膜が、一般に、濾過を必要とする水に見られる浸食性の化学種、特に、酸化剤および高ｐＨ条件（すなわち、苛性溶液）に対して高い耐性を有することも重要である。特に、水濾過膜の場合には、耐塩素性であることが非常に望ましい。塩素は、殺菌に用いられ、都市の水道水には必ず含まれている。高処理量の塩素処理水は、低濃度においてさえ、膜を、膜の可使時間中、多量の塩素に曝し、黄変または脆化させる（黄変または脆化は膜劣化の兆候である）。
【００１５】
現在のところ、ポリ（テトラフルオロエチレン）（ＰＴＦＥ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）およびポリ（フッ化ビニリデン）（ＰＶＤＦ）が最も一般的な利用可能な疎水性膜材料である。しかし、膜を形成し、適切に使用するのに必要な所望の物理的特性を保有しながら、より優れた化学安定性と性能を提供する膜材料の探究では、ハロゲン化(halogentated)重合体が好適である可能性が示唆されている。特に、Ｈａｌａｒ限外濾過（ＵＦ）膜は、市場に出回っているどんな未対応の中空糸ＵＦ膜よりもほぼ全ての点において優れていることが分かっている。
【００１６】
合成微多孔質膜は、中空繊維への用途に特に好適であり、転相により生産される。この方法では、少なくとも１種類の重合体を適当な溶剤に溶かし、好適な粘性の溶液を得る。その重合体溶液は、フィルムまたは中空繊維として流延することができ、その後、水などの沈殿浴に浸漬することができる。これにより均一な重合体溶液の固体重合体と液体溶剤相への分離が起こる。沈殿した重合体は、均一な孔のネットワークを有する多孔質構造になっている。膜構造と特性に影響を与える生産パラメーターには、重合体濃度、沈殿媒質および温度、ならびに重合体溶液中の溶剤と非溶剤の量が含まれる。これらの因子を変更して、広範な孔径（０．１μｍ未満〜２０μｍ）の微多孔膜を製造し、種々の化学的、熱的および機械的特性を持たせることができる。
【００１７】
中空糸限外濾過および精密濾過膜は、一般に、拡散誘起相分離（ＤＩＰＳ法）または熱誘起相分離（ＴＩＰＳ法）のいずれかにより生産される。
【００１８】
ＴＩＰＳ法については、ＰＣＴ  ＡＵ９４／００１９８（ＷＯ９４／１７２０４）  ＡＵ  ６５３５２８（なお、これらの内容は引用することにより本明細書の一部とする）に、より詳細に記載されている。
【００１９】
微多孔質系を形成するための最も迅速な方法は、二成分混合物の熱沈殿である。この熱沈殿では、熱可塑性重合体を溶剤に溶かして溶液を作る。この溶剤は重合体を高温で溶解するが、より低温では溶解しない。そのような溶剤は、多くの場合、その重合体の潜伏性溶剤と呼ばれる。溶液が冷却されると、冷却速度に応じた特定温度において相分離が起こり、重合体リッチ相が溶剤から分離する。
【００２０】
本明細書において、「溶剤」とは、当業者には単一成分混合物および複数成分混合物を包含することと理解される。複数成分混合物には、溶剤成分のほかに、１種類以上の非溶剤も含まれ得る。
【００２１】
本件において、本発明者らは、重合体を修飾する方法と、使用することができる適用範囲を向上させるためにハロゲン化重合体から製造しても、材料固有の、化学的、物理的および機械的劣化に対する優れた耐性を保有する高分子膜を見出すことを目指してきた。そのような重合体の１つがｈａｌａｒである。
【００２２】
Ｈａｌａｒ、すなわち、ポリ（エチレン  クロロトリフルオロエチレン）は、以下の構造：
−（−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＦＣｌ−ＣＦ２−）ｎ−
を有する、エチレンとクロロトリフルオロエチレンとの１：１交互共重合体である。
【００２３】
Ｈａｌａｒおよび関連膜は、塩素、過酸化物およびオゾンなどの種に対して極めて優れた耐化学性を有し、広いｐＨ範囲（０〜１４）で安定している。
【００２４】
平板Ｈａｌａｒ膜の生産に利用される方法については、例えば、米国特許第４７０２８３６号に開示されている。Ｈａｌａｒの特性から、限外濾過および精密濾過の分野において非常に望ましいものとなっている。特に、Ｈａｌａｒは、塩素や苛性溶液に対する耐性に関してだけでなく、オゾンやその他の強い酸化剤に対する耐性に関しても極めて優れた特性を有している。
【００２５】
また、Ｈａｌａｒ膜は、機械的および構造的特性にも優れている。Ｈａｌａｒは、ほとんどまたは全く欠陥またはマクロ空隙のないほぼ完全な基礎構造の膜を作る。３００〜１０００Ｉｍｈ／バールの範囲の優れた透過性が実現可能である。Ｈａｌａｒ膜、特に中空糸膜は、１００％を超える優れた破壊伸びと、２Ｎを超える破断力を有す上、高耐屈曲性を示し、ほとんどまたは全く脆化がない。
【００２６】
この良好な完全性を受けて、Ｈａｌａｒ膜では、対数ウイルス捕捉値(log virus retentions)（ＬＲＶ）４以上（すなわち１０，０００個中１個より多いウイルス粒子が除去される）を実現することができた。
【特許文献１】米国特許第４７０２８３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、Ｈａｌａｒおよび関連膜には全く欠点がないというわけではない。それらの膜は、最初は十分な性能を発揮する傾向があるが、使用すると比較的短期間で不可逆汚染、孔の圧密化またはその両方に見舞われる可能性がある。
【００２８】
本件において、本発明者らは、重合体を修飾する方法と、使用することができる適用範囲を向上させるために、Ｈａｌａｒなどのハロゲン化重合体から製造しても、材料固有の、化学的、物理的および機械的劣化に対する優れた耐性を保有する高分子膜を見つけることを目指してきた。最も望ましい修飾が材料は親水化である。
【００２９】
ＰＶＰなどの薬剤での膜の親水化は、これまでにも試みられていた。米国特許第５，３７６，２７４号と米国特許第５，６２９，０８４号の両方に、ＰＶＰ／開始剤（過硫酸塩）溶液でポリスルホン膜を塗被した後に、浸透した膜を加熱して、ＰＶＰを架橋するということが開示されている。これにより、疎水性膜を親水性膜へと変換して、水溶液の濾過用の膜の湿潤性を向上させることには成功した。しかし、このような処理は極めて短期的性質のみを有するものであり、不可逆的な汚染に至るまでの時間の増加は、ほんの僅かしか達成されない。
【００３０】
Ｈａｌａｒは、極めて不活性であることから、容易に機能化または化学修飾を受け入れない。こうした理由から、Ｈａｌａｒは、環境劣化に対する抵抗力が低い他の膜形成重合体ほど広く利用されていない。まさにこの理由で、これまでのＨａｌａｒを親水化しようとする試みは難しいことであった。
【００３１】
本出願者が行ったｈａｌａｒ膜を親水化するための１つのアプローチは、アルカリ土類水酸化物またはアルコキシドの水溶液（苛性ソーダまたはナトリウムメトキシドなど）に曝すことにより重合体からＨＣｌを除去して、重合体の表面に二重結合を有する活性型ｈａｌａｒを製造するというものであった。この活性型ｈａｌａｒを、次いでヒドロキシルラジカルの供給源として働くフェントン試薬などの酸化剤で処理する。ヒドロキシルラジカルは、二重結合と反応して、非修飾のｈａｌａｒよりも親水性の高いヒドロキシル化型ｈａｌａｒを生成する。これについては、ＡＵ  ２００４９０３６８０（その内容は引用することによりそのまま本願の一部とされる）に開示されている。このヒドロキシル化型ｈａｌａｒは、他の化学種との反応にもより適している。しかし、それでもなお、疎水性膜の長期親水化のための代替アプローチが望ましい。
【００３２】
本発明の目的は、先行技術の不都合な点のうちの少なくとも１つを克服もしくは改善すること、または特に、製造方法に関する有用な代替法を提供することである。
【００３３】
文脈上明らかに他の解釈が必要とされる場合を除き、説明および特許請求の範囲を通じて、「含む」、「含んでなる（こと）」などは、限定的または網羅的な意味ではなく包含的な意味で、すなわち、「限定されるものではないが、含む」という意味で解釈されるものとする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
発明の説明
第１の態様によれば、本発明は、重合体を被覆する方法であって、前記重合体を活性化剤で処理して、反応性重合体を製造する工程、および前記反応性重合体を反応性被覆剤と反応させて、被覆重合体を製造する工程を含む方法を提供する。
【００３５】
好ましくは、前記重合体は、少なくとも１個のＸ基（ここで、Ｘは、ＦまたはＣｌである）と少なくとも１個のＨとを有する。
【００３６】
少なくとも１個のＸ基を有する重合体は、完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体、１以上の完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体、あるいは１以上の完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体と任意の混和性非ハロゲン化重合体、重合体ブレンドまたは重合体混合物とのブレンドであってよい。
【００３７】
好ましくは、重合体は、水素に対してα位の炭素と結合されている少なくとも１個のＸ（ハロゲン）を有する、すなわち、ＸとＨが隣接する炭素原子に存在することが好ましい。
【００３８】
本発明において好適なハロゲン化重合体の具体例は、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）単独重合体、例えば、Ｋｙｎａｒ（登録商標）またはＳｏｌｅｆ（登録商標）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（Ｈａｌａｒ）またはアクリル酸ｎ−ブチルとのエチレン−クロロトリフルオロエチレン三元共重合体；フッ化／塩化ビニルの三元共重合体；フッ化／塩化ビニリデン；ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン(Chlorotrifluoroethlyene)、テトラフルオロエチレンである。
【００３９】
最も好ましくは、重合体は、ｈａｌａｒ、すなわちポリ（エチレン  クロロトリフルオロエチレン）、エチレンとクロロトリフルオロエチレンとの１：１交互共重合体であり、以下の構造：
−（−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＦＣｌ−ＣＦ２−）ｎ−
を有する。
【００４０】
また、以下のモノマー：クロロトリフルオロエチレンフッ化ビニル、塩化ビニル；フッ化ビニリデン／塩化ビニリデン；ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン(chlorotrifluoroethlyene)、テトラフルオロエチレンの１以上を含むか、またはそれらから生成した、それらと混和性である、耐塩基侵蝕性を有する重合体を使用してもよい。
【００４１】
好ましくは、活性化剤は、重合体からＨＸを脱離させるように作用して、反応性重合体を生成させる。好ましくは、活性化剤は塩基である。
【００４２】
好ましくは、塩基は、アルカリ土類水酸化物、より詳細には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムまたは水酸化カルシウムである。また、塩基は、アルカリ金属アルコキシド、例えば、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムプロポキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムプロポキシドなどであってもよい。さらなる代替物として、テトラエチレンペンタミンのような強アミン塩基を使用してもよい。
【００４３】
好ましくは、その反応型において、重合体は二重結合を有する。
【００４４】
好ましくは、反応性被覆剤は親水性重合体である。最も好ましくは、反応性被覆剤はＰＶＰである。
【００４５】
好ましくは、反応性被覆剤は、開始剤の存在下で反応性重合体に対して反応する。１つの好ましい開始剤は、過硫酸塩（Ｓ２Ｏ８２−）である。好ましくは、過硫酸塩は、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、二過硫酸ナトリウムまたは一過硫酸ナトリウム形態である。
【００４６】
第２の態様によれば、本発明は、重合体を親水化する方法であって、適用できる場合には、架橋性官能基を組み込むように重合体を修飾する工程、および架橋性官能基を有する前記重合体を架橋性親水化剤で処理し、架橋条件を適用する工程を含む方法を提供する。
【００４７】
あるいは、反応性被覆剤を開始剤の存在下で本来架橋性官能基を有する重合体に塗布して、重合体を親水化してもよい。
【００４８】
好ましくは、架橋性官能基は二重結合である。
【００４９】
好ましくは、架橋性親水化剤はＰＶＰである。
【００５０】
好ましくは、架橋条件に開始剤および／または架橋放射線の使用が含まれる。好ましい開始剤は過硫酸塩である。
【００５１】
第３の態様によれば、本発明は、ｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を親水化する方法であって、
ｉ）前記ｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を塩基で処理して、ＨＸを脱離させ、塩基処理済みの重合体を製造する工程；および
ii）前記塩基処理済みの重合体を架橋開始剤の存在下でＰＶＰで処理して、ＰＶＰの架橋表面被膜を有するｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を製造する工程を含む方法を提供する。
【００５２】
好ましくは、開始剤は過硫酸アニオンである。
【００５３】
第４の態様によれば、本発明は、ＰＶＰの架橋表面被膜を有するｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を提供する。
【００５４】
好ましくは、本発明の膜は、大きな孔を有する面と小さな孔を有する面を備え、膜横断方向に孔径勾配のある非対称膜である。膜は、平板膜、またはより好ましくは中空糸膜であってよい。
【００５５】
第５の態様によれば、本発明は、本発明に従って調製される、水および廃水の精密濾過および限外濾過に用いるための機能性膜を提供する。
【００５６】
第６の態様によれば、本発明は、本発明に従って調製される、親和性膜として用いるための機能性膜を提供する。
【００５７】
第７の態様によれば、本発明は、本発明に従って調製される、タンパク質吸着に用いるための機能性膜を提供する。
【００５８】
第８の態様によれば、本発明は、本発明に従って調製される、生体適合性のある機能性膜を必要とする方法に用いるための機能性膜を提供する。
【００５９】
発明を実施する最良の方法
本発明は、本明細書において、高分子限外濾過膜または精密濾過膜に関して開示される。しかし、記載しているような修飾が望ましい場合には、いずれの適当な高分子材料にも本方法を適用することができるということは、当業者には分かるであろう。好適な重合体から調製されるいずれの物も本発明に従って親水化することができる。
【００６０】
上記のように、本発明は、少なくとも１個のＸ基を有する、完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体、１以上の完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体、あるいは１以上の完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体と任意の混和性非ハロゲン化重合体、重合体ブレンドまたは重合体混合物とのブレンドであってよい、いずれの高分子精密濾過または限外濾過膜に関しても行うことができる。
【００６１】
本発明において好適なハロゲン化重合体の具体例は、ＰＶｄＦ（ポリフッ化ビニリデン）単独重合体、例えば、Ｋｙｎａｒ（登録商標）、Ｓｏｌｅｆ（登録商標）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（Ｈａｌａｒ）またはアクリル酸ｎ−ブチルとのエチレン−クロロトリフルオロエチレン三元共重合体（Ｈａｌａｒ  ＸＰＭ２）；フッ化／塩化ビニルの三元共重合体；フッ化／塩化ビニリデン；ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン(Chlorotrifluoroethlyene)、テトラフルオロエチレンである。
【００６２】
本発明は、本発明の最も好ましい化合物であるｈａｌａｒに特に関連して記載する。Ｈａｌａｒは、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体の１：１交互共重合体である。
−（ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＣｌ２−ＣＣｌＦ）ｎ−
【００６３】
中空繊維形態のＨａｌａｒは、ＰＣＴ  ＡＵ９４／００１９８（ＷＯ  ９４／１７２０４）およびＡＵ  ６５３５２８（それらの内容は引用することにより本明細書の一部とされる）に開示されている方法に従って調製した。試験に使用したＨａｌａｒ膜は、精密濾過（ＭＦ）膜（公称孔径＝０．１μｍ）または限外濾過（ＵＦ）膜（公称孔径＝０．０１μｍ）のいずれかであった。両方の膜の種類に対して使用した重合体、ｈａｌａｒは同じであった。
【００６４】
ＰＶＰが表面に結合されているｈａｌａｒ膜を調製した。これを行うためには、ＰＶＰとその他の不活性ｈａｌａｒ重合体とが反応する機会を作ることがまず必要であった。この過程における第１工程を、ｈａｌａｒを水酸化ナトリウム濃溶液で処理することにより行い、膜表面に、ラジカルと反応することができる二重結合（脱ハロゲン化水素反応によって）を形成した。
【００６５】
ＨＸ（ｈａｌａｒの場合には、ＨＣｌである）の脱離を、より詳細には、予備成形した高分子限外濾過または精密濾過膜を２０重量％苛性溶液で８０〜１２０℃にて３０分〜４時間処理することにより行った。この膜を、その後、苛性溶液から取り出し、溶液のｐＨが中性になるまで１〜２時間水洗した。苛性処理中に繊維の色は白色からダークベージュ色／褐色へと変化した。この色の変化は、経験によって二重結合が形成されているという証拠であることが分かっている。
【００６６】
苛性溶液への曝露時間の長さの影響を調査し、苛性アルカリで２時間以上処理した繊維は、処理後に関して水によって湿潤するということを確証した。
【００６７】
ｈａｌａｒ膜を首尾よく修飾するための条件は、予想外に穏和な条件であることが分かった。Ｈａｌａｒ  ＵＦ膜では、まず第１に、膜を３０重量％苛性アルカリで４０℃にて１６８時間（７日間）の処理を行い、続いて、その膜をＰＶＰで４０℃にて２時間の処理を行うことにより、首尾よく親水化することができた。この反応は、高温にすると加速されるが、ＵＦ膜の場合には透過性に悪影響を及ぼした。
【００６８】
膜は、一度苛性処理を行うと、ＰＶＰや開始剤（過硫酸塩など）から生じるフリーラジカルと反応することが可能となる。
【００６９】
本発明に従って調製される修飾膜は、特性のわずかな損失を受ける。水硬性／機械的特性および耐化学性には、おおむね影響がないと思われる。最適化されていない最初のサンプルをウイルス除去について試験すると、ＬＲＶ＞３．５を示した。
【００７０】
使用中、ｈａｌａｒ膜は、塩素やオゾンのような高濃度の酸化剤に曝される可能性が高い。これらの酸化剤は、膜ウェルを十分に清浄することができるが、ＰＶＰを劣化させるということも分かっており、膜にＰＶＰを結合していないそのような先行技術の系における利点を失わせる。
【００７１】
本発明に従って膜表面に被膜を結合することにより、親水性層の耐酸化性が向上する。その被膜が部分的に酸化を受けたときでさえ、親水化重合体の一部が表面に結合したまま残り、膜の防汚性に有利に作用すると思われる。
試験の結果および考察
【００７２】
試験は全て、下記に示すような、苛性処理とその後の表面修飾からなる同じ基本手順で行った。割合は全て、重量パーセントである。
１．エタノールにより湿潤させる（繊維をまだ水中に保存していない場合）（０．５時間）
２．水で洗浄する（０．５時間）
３．濃ＮａＯＨ溶液に浸漬する（０．５時間）
４．高温下、異なる長さの時間、ＮａＯＨ処理する
５．水で洗浄する（２〜３時間）
６．ＰＶＰ／過硫酸塩溶液に浸漬する（１〜２時間）
７．１００％湿潤雰囲気中、高温下で処理する（１〜２時間）
８．水で洗浄する（＞２時間）
９．２０％グリセロールに浸漬する
【００７３】
ＭＦ繊維
まず、孔径０．１μｍの精密濾過膜において反応を行った。サンプルを温度９０℃いて２１時間（一晩）２０％苛性溶液に曝した。全ての繊維を、過硫酸塩での処理の直後にエタノールで３時間洗浄したことを除き、それ以外は上記のとおり処理を行った。
【００７４】
対照番号１は、全く処理を行っていないサンプルであった。対照番号２は、過硫酸塩処理単独のみ受けたサンプルであった。対照番号３は、ＰＶＰを含めない；開始剤単独による過硫酸塩処理を受けた。
【００７５】
膜サンプルは、最初は白色であったが、苛性処理によって褐色に変化した。過硫酸塩処理／ＰＶＰ処理では、褐色から淡褐色への変色が起こった。
【００７６】
【表１】
2008505197.tif 000002
【００７７】
サンプルの透過性は、そのままで評価した。エタノールにより湿潤させた対照１を除き、サンプルを水でのみ湿潤させた。
【００７８】
苛性アルカリとＰＶＰ／過硫酸塩の両方で処理した全てのサンプルで、透過性が得られたため、それらの処理サンプルが親水性となったことは明らかである。
【００７９】
ＰＶＰまたはＰＶＰ／ＶＡ濃度≦１％のサンプル（ｂ〜ｄ）の透過性が未処理のサンプル（対照番号１）と少なくとも同等の透過性であるならば、ＭＦ膜の多孔性はこれより高い濃度によって影響を受ける。ＰＶＰが最低濃度の膜（ｄ）の透過性も対照と同様である。これにより、膜を親水化するのには、０．２％という低いＰＶＰ濃度で十分であるということが示される。
【００８０】
対照番号３から、ＰＶＰ不在ではそれ以外同じ処理を受けたとしても膜が親水化を受けないということは明らかである。よって、親水化にはＰＶＰが必要であるとの結論に至る。
【００８１】
しかし、驚くべきことに、対照番号２は親水性ではなかった。これにより、少なくともＨａｌａｒ膜の場合には、処理の永続性のためにＰＶＰを膜にグラフト化する必要があるということが示唆される。処理により膜を親水性被覆し得たとしても、試験において見かけ上親水性でないということの理由は、膜をエタノールで洗浄することにあるかもしれない。結合していないＰＶＰは、特に低濃度（０．５％）のエタノールによって洗い流されるであろう。
【００８２】
種々の異なる種類のＰＶＰを用いて、これらの試験を首尾よく繰り返した。Ｋ１５、Ｋ３０、Ｋ９０、Ｋ１２０およびＰＶＰ−ＶＡ（Ｓ６３０）などの数多くの種類のＰＶＰによる親水性繊維の製造に成功し、結果は同様であった。
【００８３】
しかし、最小限のゲル生成および付着量の均一性という観点から最良の結果はＰＶＰ  Ｋ１５で得られた。Ｋ１５は、凝集させることなく、比較的容易に水に溶かすことができ、溶液の粘性には大きな影響は与えない。
【００８４】
ＵＦ繊維
ＭＦ繊維で、処理がうまくいくということを確認したところで、それを、一般にさらに小さな孔を有するＵＦ繊維に適用した。ＭＦ繊維と同一パラメーターを用いて数多くの試みがなされ、ＭＦ繊維と同一条件下で膜の親水化を繰り返した。
【００８５】
しかし、ＭＦ膜の被覆がうまくいく条件と同じ条件を用いた場合に、ＵＦ膜ではそれらが本来持っている透過性のかなりの量、最大７０〜８０％が失われるということが分かった。特定の理論にとらわれるものではないが、これは、膜表面に得られた二重結合密度の高さが十分でないことが原因と考えられる。二重結合密度を高めるために、種々の温度、時間および濃度を調査した。温度を高めることよりもむしろ、苛性アルカリの濃度を高め、接触時間を長くすることにより二重結合密度を高めることが可能であり、最も望ましいことが分かった。
【００８６】
曝露をできるだけ短時間にすることが一番経済的であるが、苛性溶液は濃度が高まると粘性が高まるため、物質移動にとってはより低い濃度であることが有利である。関連する安全性の懸念もある。約２０％〜３０％苛性アルカリ、４０℃にて異なる長さの時間であることが好適であることが分かった。
【００８７】
残る処理は、過硫酸塩処理を実施する温度を苛性処理の温度に合わせて４０℃に下げたことを除き、変更しなかった。実施した試験の詳細は、表２に記載している。
【表２】
2008505197.tif 000003
【表３】
2008505197.tif 000004
【００８８】
２０％苛性アルカリで処理したサンプルは、３０％苛性アルカリで同じ時間処理したものよりもかなり明るい色を示した。これにより、苛性アルカリ濃度を高めることによって表面の二重結合密度が高まったということがはっきりと示される。
【００８９】
親水性についての結果によってもこのことが裏付けられる。サンプル１ａ〜１ｅは、２ａ〜２ｅと同じ処理時間受けたが、それらの結果は劇的に異なる。一連の１ａ〜１ｅはどれも親水性ではなかったが、一方一連の２ａ〜２ｅは、種々の程度の親水性を有していた。
【００９０】
サンプル２ａ〜２ｅの透過性をエタノールで湿潤させる前と後に測定して、孔が潰れたことによる違いなのか、または湿潤していないことによる違いなのかを評価した。
【００９１】
膜が崩壊しておらず、孔の詰まりもなかった（この点については全てのサンプルにおいて明らかにすべきである）と考えると、特定の繊維サンプルの最大有効透過性は、エタノールで入念に湿潤させた後の透過性と関係があると思われる（標準誤差の範囲内）。よって、水で湿潤させることによって得られた、完全有効透過性（エタノール湿潤）に対する割合％を苛性アルカリへの曝露時間に対してプロットすることにより関係が見られるであろう。実際には、３０％苛性アルカリの時間の長さと完全透過性（エタノール湿潤）に対する割合としての水湿潤透過性（親水性）との間に非常にはっきりとした関係が存在する。
【００９２】
サンプルを、ＰＶＰ処理前に３０％苛性アルカリに４０℃にて曝した時間が長くなるほど、最終的な膜の親水性は高まった。このことにより、膜表面の二重結合密度を高めるための理論が裏付けられる。
【００９３】
さらに重要なことには、サンプル２ｅの透過性が有効透過性の約９０％であり、この値は完全親水性と考えられるサンプルの有効透過性に十分に近い（試験誤差内）。
【００９４】
本発明を特定の実施形態に関して記載してきたが、当業者ならば、本明細書において開示する本発明の概念は、開示するそれらの特定の実施形態のみに限定されないということが分かるであろう。
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月5日(2006.5.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１個のＸ（ハロゲン）基と少なくとも１個のＨとを有する重合体を被覆する方法であって、前記重合体を活性化剤で処理して、前記重合体からＨＸを脱離させ、反応性重合体を製造する工程、および前記反応性重合体を反応性被覆剤と反応させて、被覆重合体を製造する工程を含む、方法。
【請求項２】
ＸがＦまたはＣｌおよび少なくとも１個のＨである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記重合体が、水素に対してα位の炭素と結合されている少なくとも１個のＸ（ハロゲン）を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１個のＸ基を有する前記重合体が、完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体、あるいはそれらのブレンドである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
完全もしくは部分的ハロゲン化単独重合体、共重合体または三元共重合体、あるいはそれらのブレンドが、混和性非ハロゲン化重合体、重合体ブレンドまたは重合体混合物をさらに含んでなる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
重合体がｐｖｄｆ（ポリフッ化ビニリデン）単独重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ｈａｌａｒ）またはアクリル酸ｎ−ブチルとのエチレン−クロロトリフルオロエチレン三元共重合体、フッ化／塩化ビニルの三元共重合体；フッ化／塩化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
重合体が以下のモノマー：クロロトリフルオロエチレンフッ化ビニル、塩化ビニル；フッ化ビニリデン／塩化ビニリデン；ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンの１以上を含む、それ、又は、それらから製造した、耐塩基侵蝕性を有する重合体である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記重合体がポリ（エチレンクロロトリフルオロエチレン）、すなわちｈａｌａｒ、エチレンとクロロトリフルオロエチレンとの１：１交互共重合体であり、以下の構造：
−（−ＣＨ２−ＣＨ２−ＣＦＣｌ−ＣＦ２−）ｎ−
を有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記活性化剤が塩基である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記塩基がアルカリ土類水酸化物である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記アルカリ土類水酸化物が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムまたは水酸化カルシウムである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記塩基がアルカリ金属アルコキシドである、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記アルカリ金属アルコキシドがナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムプロポキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムプロポキシドである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記塩基が強アミン塩基である、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記強アミン塩基がテトラエチレンペンタミンである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記反応性重合体が二重結合を有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記反応性被覆剤が親水性重合体である、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記反応性被覆剤が親水性重合体である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記反応性被覆剤がＰＶＰである、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
前記反応性被覆剤が開始剤の存在下で反応性重合体に対して反応する、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記開始剤が過硫酸塩（Ｓ２Ｏ８２−）である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記過硫酸塩が過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、二過硫酸ナトリウムまたは一過硫酸ナトリウム形態である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
重合体を親水化する方法であって、適用できる場合には、架橋性基を組み込むように重合体を修飾する工程、および架橋性基を有する前記重合体を架橋性親水化剤で処理し、架橋条件を適用する工程を含む、方法。
【請求項２４】
前記架橋性基が二重結合である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記架橋性親水化剤がＰＶＰである、請求項２３または請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
架橋条件に開始剤および／または架橋放射線の使用が含まれる、請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
ｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を親水化する方法であって、
ｉ）前記ｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を塩基で処理して、ＨＸを脱離させ、塩基処理済みの重合体を製造する工程；および
ii）前記塩基処理済みの重合体を架橋開始剤の存在下でＰＶＰで処理して、ＰＶＰの架橋表面被膜を有するｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜を製造する工程を含む、方法。
【請求項２８】
ＰＶＰの架橋表面被膜を有するｈａｌａｒ精密濾過または限外濾過膜。
【請求項２９】
非対称膜形態の、請求項２８に記載の膜。
【請求項３０】
平板形態の、請求項２９に記載の膜。
【請求項３１】
中空繊維形態の、請求項２９に記載の膜。
【請求項３２】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法に従って調製される、水および廃水の精密濾過および限外濾過に用いるための機能性膜。
【請求項３３】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法に従って調製される、親和性膜として用いるための機能性膜。
【請求項３４】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法に従って調製される、タンパク質吸着に用いるための機能性膜。
【請求項３５】
請求項１〜２７のいずれか一項に記載の方法に従って調製される、生体適合性のある機能性膜を必要とする方法に用いるための機能性膜。
【国際調査報告】
2008505197.tif 000005
2008505197.tif 000006
2008505197.tif 000007