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公開番号2024042666
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-28
出願番号2023146236
出願日2023-09-08
発明の名称自立型構造化有機フィルムから形成された勾配膜及びその方法
出願人ゼロックスコーポレイション,XEROX CORPORATION
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類C08J 5/18 20060101AFI20240321BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】ガス吸収、エネルギー貯蔵、及び触媒作用などの様々な用途に使用される規則化網状組織系から合成された傾斜機能材料又は勾配フィルムを提供する。
【解決手段】構造化有機フィルム(SOF)であって、複数のセグメントと、複数のリンカーと、複数のキャッピングセグメントと、前記SOFの第1の表面と、前記SOFの厚さによって前記第1の表面に接続された前記SOFの平行な第2の表面と、を含み、セグメントのキャッピングセグメントに対する比率が、前記平行な第2の表面と比較して、前記第1の表面においてより大きい、構造化有機フィルム(SOF)である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
構造化有機フィルム（ＳＯＦ）であって、
複数のセグメントと、
複数のリンカーと、
複数のキャッピングセグメントと、
前記ＳＯＦの第１の表面と、
前記ＳＯＦの厚さによって前記第１の表面に接続された前記ＳＯＦの平行な第２の表面と、を含み、
セグメントのキャッピングセグメントに対する比率が、前記平行な第２の表面と比較して、前記第１の表面においてより大きい、構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つが、リンカーを介して前記複数のセグメントのうちの少なくとも１つに接続されている、請求項１に記載の構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
【請求項３】
前記複数のセグメントのうちの少なくとも１つが、以下を含む、請求項１に記載の構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
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【請求項４】
前記ＳＯＦ中のキャッピングセグメントの濃度が、前記ＳＯＦ中のセグメントの濃度に対して、約０．１～約５．０モル当量のキャッピングセグメントである、請求項１に記載の構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
【請求項５】
前記複数のセグメント又は前記複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つが、イオン性官能基を含む、請求項１に記載の構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
【請求項６】
前記複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つが、酸性官能基を含む、請求項１に記載の構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
【請求項７】
前記複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つが、スルホン酸を含む、請求項１に記載の構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
【請求項８】
前記複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つが、４－ヒドロキシベンゼンスルホン酸（４ＨＢｅｎＳＡ）を含む、請求項１に記載の構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
【請求項９】
前記複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つが、４－ヒドロキシ安息香酸を含む、請求項１に記載の構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
【請求項１０】
前記複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つが、ヒドロキシベンゼンを含む、請求項１に記載の構造化有機フィルム（ＳＯＦ）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本教示は、概して、自立型構造化有機フィルムに関し、より具体的には、自立型構造化有機フィルムから形成された勾配膜組成物に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
優れた分離性能をもたらす規則化細孔チャネル及び低い物質移動抵抗を有することが示されている共有結合性有機構造体（covalent organic framework、ＣＯＦ）及び構造化有機構造体（structured organic framework、ＳＯＦ）から製造された自立型膜が研究されている。他のアプローチは、ＣＯＦがポリマーマトリックス中に均質に分散しているハイブリッドアプローチを使用するが、結果的にポリマー成分による空隙及びＣＯＦ細孔閉塞がもたらされる。勾配フィルムを調製するために使用されているいくつかの他の方法としては、溶解及び拡散法、押出し、マイクロ流体技法、電気化学技法、並びに遠心分離が挙げられる。
【０００３】
伝統的な膜は、ポリマー鎖の絡み合い及び可撓性質によって形成された細孔を含むポリマー材料をベースとすることができる。これらの膜は、ポリフッ化ビニリデン（polyvinylidene fluoride、ＰＶＤＦ）などの疎水性ポリマーから分子レベルで設計されている。これらのナノファイバー膜はエレクトロスピニングによって製造され、この製造を容易に操作して勾配フィルム又は膜の厚さにわたって気孔率勾配を呈するフィルムを製造することはできない。
【０００４】
多孔質勾配フィルムの製造のための追加の方法としては、塩浸出、細孔材料が凍結乾燥によって作製されるクリオゲル技術、氷結晶の除去を含む低温処理、及び足場様細孔をもたらす凍結工程中の温度勾配が挙げられる。別の例では、勾配フィルムは、ポリジメチルシロキサン（polydimethylsiloxane、ＰＤＭＳ）成分を勾配ゼラチンメッシュテンプレートに組み込むことによって調製することができ、ＰＤＭＳの分布はフィルムの厚さに沿って徐々に変化する。次いで、好適なサイズのモノエポキシ末端ポリジメチルシロキサン（mono－epoxy terminated polydimethylsiloxane、ＰＤＭＳ－Ｅ）グラフト化ゼラチン（PDMS－E grafted gelatin、ＰＧＧ）のコロイド粒子を使用して、勾配メッシュテンプレートを充填し、結果として３５～８９％の平均気孔率及び５０～１６０ミクロンの範囲の孔径の減少がもたらされる。
【０００５】
現在知られている傾斜機能材料を製造する方法に関する問題としては、様々な要因、例えば、溶媒、試薬の濃度、ｐＨ、温度、並びに反応物間の共有結合相互作用及び非共有結合相互作用の両方に干渉し得るレベリング剤又は界面活性剤などの添加剤に対する感受性が挙げられる。他の問題としては、極性系又は非極性系における試薬の適合性又は溶解の欠如が挙げられる。
【０００６】
したがって、ガス吸収、エネルギー貯蔵、及び触媒作用などの様々な用途に使用される規則化網状組織系から合成された傾斜機能材料又は勾配フィルムを製造することが望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
以下は、本教示の１つ以上の実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、簡略化された概要を提示する。この概要は、広範な概略ではなく、本教示の主要又は重要な要素を特定することも、本開示の範囲を明示することも意図していない。むしろ、その主な目的は、単に、後に提示される詳細な説明の前置きとして、１つ以上の概念を簡略化された形式で提示することにすぎない。
【０００８】
構造化有機フィルム（structured organic film、ＳＯＦ）が開示される。本構造化有機フィルムは、複数のセグメント、複数のリンカー、及び複数のキャッピングセグメントを含む。本構造化有機フィルムは、ＳＯＦの第１の表面も含む。本フィルムは、ＳＯＦの厚さによって第１の表面に接続されたＳＯＦの平行な第２の表面を含み、セグメントのキャッピングセグメントに対する比率は、平行な第２の表面と比較して、第１の表面においてより大きい。
【０００９】
本構造化有機フィルムの実施態様は、複数のリンカーの全てが複数のセグメントに結合している場合を含んでもよい。複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つは、リンカーを介して複数のセグメントのうちの少なくとも１つに接続されている。ＳＯＦ中のイオン性キャッピングセグメントの濃度は、ＳＯＦ中の非イオン性セグメントの濃度に対して、約０．１～約５．０モル当量のイオン性キャッピングセグメントである。ＳＯＦの厚さは、約１００ｎｍ～約５００μｍである。複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つは、酸性官能基を含んでもよい。複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つは、スルホン酸を含んでもよい。複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つは、４－ヒドロキシベンゼンスルホン酸（4－hydroxybenzene sulfonic acid、４ＨＢｅｎＳＡ）を含んでもよい。複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つは、４－ヒドロキシ安息香酸を含んでもよい。複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つは、ヒドロキシベンゼンを含んでもよい。
【００１０】
自立型フィルムを含む膜は、第１の表面及び第２の表面を含んでもよく、複数のセグメント、複数のリンカー、及び複数のキャッピングセグメントを含んでもよい。本膜の実装形態は、セグメントのキャッピングセグメントに対する比率は、第２の表面と比較して、第１の表面においてより大きい場合を含んでもよい。セグメントのキャッピングセグメントに対する比率は、第２の表面と比較して、第１の表面においてより小さい可能性がある。複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つは、スルホン酸を含んでもよい。複数のキャッピングセグメントのうちの少なくとも１つは、４－ヒドロキシベンゼンスルホン酸（４ＨＢｅｎｓＡ）を含んでもよい。本膜中のイオン性キャッピングセグメントの濃度は、本膜中の非イオン性セグメントの総濃度に対して、約０．１～約５．０モル当量のイオン性キャッピングセグメントである。自立型フィルムの厚さは、約１００ｎｍ～約５００μｍとすることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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