JP2001253947A - 含水ゲルの製造方法および該方法により得られる含水ゲル - Google Patents

含水ゲルの製造方法および該方法により得られる含水ゲル

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JP2001253947A JP2000067265A JP2000067265A JP2001253947A JP 2001253947 A JP2001253947 A JP 2001253947A JP 2000067265 A JP2000067265 A JP 2000067265A JP 2000067265 A JP2000067265 A JP 2000067265A JP 2001253947 A JP2001253947 A JP 2001253947A
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hydrous gel
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Osamu Isozaki
理 磯崎
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  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Biological Treatment Of Waste Water (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微生物菌体担持用および保水材用として好適
な含水ゲルの提供。 【解決手段】 ポリイソシアネート(A)およびエチレ
ンオキサイドが主成分である親水性ポリオール(B)
を、水酸基がイソシアネート基より過剰になるよう配合
し、反応させて得られる架橋したポリウレタン樹脂を適
当な形状に成型し、次いで該成型物を水中に浸漬させる
ことを特徴とする含水ゲルの製造方法、および該方法に
より得られる微生物菌体担持用および保水材用含水ゲ
ル。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、架橋したポリウレ
タン構造を有する含水ゲルの製造方法、および該方法に
より得られる微生物菌体担持用含水ゲルおよび保水材用
含水ゲルに関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、微生物菌体担持用含水ゲルや保水材に使用できる含
水ゲルとして、ポリビニルアルコールやポリエチレング
リコールジアクリレートなどを熱重合した架橋ポリマー
が見受けられるが、これらの親水ゲルは低圧縮強度で系
のPHによっては短期に劣化、崩壊してしまう欠点があ
った。
【0003】
【発明が解決するための手段】本発明は、上記した問題
点を解消するためになされたものであり、特にポリイソ
シアネート(A)および特殊な親水性液状ポリオール
(B)を、水酸基がイソシアネート基より過剰になるよ
う配合し、反応させて得られる架橋したポリウレタン樹
脂を適当な形状に成型し、次いで該成型物を水中に浸漬
させることにより得られる含水ゲルが、高強度で特に菌
担持体や保水材に適したものであることを見出し、本発
明を完成するに至った。
【0004】即ち、本発明は、ポリイソシアネート
(A)およびエチレンオキサイドが主成分である親水性
ポリオール(B)を、水酸基がイソシアネート基より過
剰になるよう配合し、反応させて得られる架橋したポリ
ウレタン樹脂を適当な形状に成型し、次いで該成型物を
水中に浸漬させることを特徴とする含水ゲルの製造方
法、および該方法により得られる微生物菌体担持用含水
ゲルおよび保水材用含水ゲルに関する。
【0005】本発明の微生物菌体担持用含水ゲルおよび
保水材用含水ゲルの製造方法について、以下に説明す
る。
【0006】本発明で使用するポリイソシアネート
(A)は、従来からポリウレタン樹脂の製造に使用され
る1分子中に平均2個以上、好ましくは2〜4個のイソ
シアネート基を含有する数平均分子量100〜2000
の化合物が使用できる。
【0007】ポリイソシアネート(A)としては、例え
ば、ヘキサメチレンジイソシアネートもしくはトリメチ
ルヘキサメチレンジイソシアネートの如き脂肪族ジイソ
シアネート類;水素添加キシリレンジイソシアネートも
しくはイソホロンジイソシアネートの如き環状脂肪族ジ
イソシアネート類;トリレンジイソシアネートもしくは
4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネートの如き芳
香族ジイソシアネート類の如き有機ジイソシアネートそ
れ自体、またはこれらの各有機ジイソシアネートと多価
アルコール、低分子量ポリエステル樹脂もしくは水等と
の付加物、あるいは上記した如き各有機ジイソシアネー
ト同志の環化重合体、更にはイソシアネート・ビウレッ
ト体等が挙げられるが、それらの代表的な市販品の例と
しては「バーノックD−750、−800、DN−95
0、−970もしくは15−455」[以上、大日本イ
ンキ化学工業社製商品名]、「デスモジュールL、N、
HL、ILもしくはN3390」[西ドイツ国バイエル
社製商品名]、「タケネートD−102、−202、−
110Nもしくは123N」[武田薬品工業社製商品
名]、「コロネートL、HL、EHもしくは203」
[日本ポリウレタン工業社製商品名]、「デュラネート
24A−90CX」[旭化成工業社製商品名」等が挙げ
られる。
【0008】本発明で使用できる親水性ポリオールと
は、1分子中に平均2個以上、好ましくは2〜4個のア
ルコール性水酸基を含有し,数平均分子量500〜50
000の親水性を示すポリオール成分である。
【0009】本発明におけるエチレンオキサイドを主成
分とする親水性ポリオールの具体的な例としては、ポリ
エチレングリコールと他のポリプロピレングリコールな
どのポリアルキレングリコールとの共重合物や、ポリエ
チレングリコール、又はこの共重合物と下記低分子ポリ
オールとを付加させたものを使用することができる。下
記低分子ポリオール単独を重合体に加えて一部使用する
ことも出来る。
【0010】上記低分子ポリオールとしては、例えば、
エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレ
ングリコール、トリメチレングリコール、テトラエチレ
ングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレン
グリコール、1,4−ブタンジオール、1,3−ブタン
ジオール、2,3−ブタンジオール、1,2−ブタンジ
オール、3−メチル−1,2−ブタンジオール、1,2
−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,
4−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、
2,3−ジメチルトリメチレングリコール、テトラメチ
レングリコール、3−メチル−4,3−ペンタンジオー
ル、3−メチル−4,5−ペンタンジオール、2,2,
4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、1,6−
ヘキサンジオール、1,5−ヘキサンジオール、1,4
−ヘキサンジオール、2,5−ヘキサンジオール、1,
4−シクロヘキサンジメタノール、ネオペンチルグリコ
ールなどのグリコール類:グリセリン、トリメチロール
プロパン、トリメチロールエタン、トリメチロールメタ
ン、ジグリセリン、トリグリセリン、1,2,6−ヘキ
サントリオール、ペンタエリスリトール、ジペンタエリ
スリトール、ソルビトール、マンニットなどの3価以上
のアルコールが挙げられる。
【0011】ポリエチレングリコールとポリプロピレン
グリコール等他のポリアルキレングリコールとのランダ
ム共重合物が全ポリオールの50重量%以上である場合
は、液状で取り扱い易く、親水性の度合い調整が容易で
あってより好ましい。
【0012】本発明で使用されるポリイソシアネート
(A)およびポリオール(B)の何れか又は両方の10
重量%以上が3官能以上の化合物でないとポリウレタン
樹脂が十分な架橋構造をとらないので物性上好ましくな
い。
【0013】上記成分(A)と成分(B)との混合割合
は、成分(A)中のイソシアネート基に対して成分
(B)の水酸基が過剰になるように配合される。具体的
には、成分(A)中のイソシアネート基1個に対して水
酸基が約1.01〜2個、好ましくは約1.1〜1.5
個の範囲になるように配合される。水酸基が2個以上に
なると架橋密度が低くなりフリーのポリオールが残存し
てしまうので好ましくない。
【0014】逆にイソシアネート基が過剰になった場合
は、空気中の湿気に対し敏感になるし、発泡し易くな
る。又、残存したイソシアネート基やイソシアネート基
が水分で分解して生成するアミンが微生物に対し悪影響
を与える場合が有るので好ましくない。
【0015】本発明で使用するポリウレタン樹脂は、ポ
リイソシアネート(A)および親水性ポリオール(B)
とを上記した配合割合で混合したものを、10℃以上、
好ましくは40〜200℃で数分から数時間反応させて
製造される。得られた樹脂は透明な固形樹脂である。
【0016】本発明の微生物菌体担持用含水ゲルおよび
保水材用含水ゲルは、ポリイソシアネート(A)および
エチレンオキサイドが主成分である親水性ポリオール
(B)を、水酸基がイソシアネート基より過剰になるよ
う配合し反応させて得られる架橋したポリウレタン樹脂
を適当な形状(シート状、球状、立方体、長方体、円筒
状など)に成型した後、水中に浸漬させることにより製
造される。
【0017】該成型は、例えば、架橋する前の液状混合
物をガラス板、シリコン加工シートなどの離型性基材に
塗布し、硬化させた後離型性基材から剥離することによ
り単独成型加工被膜を得ることができる。また、上記以
外にも液状混合物を、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リ塩化ビニル、アルミニウムなどのシートや加工基材に
塗布し、次いで硬化させ固形状とすることもできる。該
シートには両面塗装することができる。
【0018】硬化の条件は、通常、温度10〜200℃
の範囲で1分〜24時間の範囲で十分である。また、塗
布物の膜厚は10〜10000ミクロン、特に50〜3
000ミクロンの範囲が好ましい。膜厚が10ミクロン
未満になるとシート化した後剥離し難いし、また、強度
が不足する。一方、10000ミクロンを超えると後の
裁断がし難くなる。
【0019】このようにして得られた微生物菌体担持用
含水ゲルや保水材用含水ゲルは、圧縮強度0.1kg/
cm2 以上、好ましくは圧縮強度1kg/cm2 〜10
0kg/cm2 を有し、また架橋ポリウレタン樹脂はも
との水を含まない時の重さよりも2倍〜50倍の重さに
吸水する。
【0020】次に、特に有用な微生物菌体担持用含水ゲ
ルについて以下に説明する。該含水ゲルへの微生物の担
持は、例えば、微生物が懸濁している発酵槽またはバイ
オリアクターに投入するだけで簡単に行なうことができ
る。また、培地中にあらかじめ担持体を投入しておき、
微生物を植菌後培養する方法でも行なうことができる。
或いは培養槽に該担体を投入し、微生物の担持を行った
後、バイオリアクターに投入することもできる。培養
槽、発酵槽、バイオリアクター等に投入する該担持体の
量は、特に規定されるわけではないが、通常、培地の1
容量%から60容量%の範囲内が好ましい。
【0021】該担持体は、流動層型のバイオリアクター
または攪拌型の発酵槽等に使用するのが最も適している
が、固定床型のバイオリアクター、発酵槽等に応用する
ことも可能である。
【0022】本発明の微生物菌体担持用担持体は、発泡
体であることから表面積が大きいといった構造を有する
ので微生物の担持に適しており、微生物を大量に担持さ
せることができる。該担持体に担持させうる微生物は、
特に限定されず、嫌気性微生物、好気性微生物のどちら
にも用いることができる。微生物の種類としては、アス
パルキルス属、ペニシリウム属、フザリウム属などのカ
ビ類、サッカロミセス属、ファフィア属、カンジダ属な
どの酵母類:ザイモモナス属、ニトロソモナス属、ニト
ロバクター属、パラコッカス属、ビブリオ属、メタノサ
ルシナ属、バチルス属などの細菌類等を挙げることがで
きる。
【0023】
【実施例】本発明について、実施例を掲げて詳細に説明
する。本発明は提供した実施例に限定されるものではな
い。
【0024】実施例1 数平均分子量3000(水酸基当量1500)のPEG
(ポリエチレングリコール)/PPG(ポリプロピレン
グリコール)=60/40(重量比)のランダム共重合
体1500g、グリセリン0.1モルとトリレンジイソ
シアネート0.6モルを混合し、混合物100gをガラ
ス板上に流し塗りし100℃1時間焼き付けて、膜厚3
mmの架橋ポリウレタンフィルムを得た。これを3mm
角に裁断し、排水の曝気槽担体として水量の10重量%
添加使用したところ、水を吸って含水ゲルに変化し、活
性汚泥単独と比べ約2倍の硝化活性(窒素酸化物を硝酸
イオンに変換)を示した。
【0025】実施例2 実施例1の混合物をガラス板に1mm膜厚に塗布し24
時間放置後に架橋ポリウレタンフィルムを得た。これを
1mm角に裁断し、次いで水を加えたところ、2時間後
に3mm角の吸水ゲルとなった。ついで、500ml三
角フラスコにGY−10培地(酵母エキス1g/L、グ
ルコース100g/Lからなる)100mlとこの含水
ゲル10gを加えた後、2重量%の濃度でザイモモナス
モビリスIFO 13756を加え、30℃で24時
間静置賦活培養を行った。賦活後、担持体の表面を蒸留
水で洗浄後、賦活発酵液を新しい培地と交換し、24時
間、静置培養を行った結果、発酵液1000Lあたり6
4gのアルコールを生産した。
【0026】実施例3 数平均分子量7500のPEG/PPG=80/20
(重量比)で一部グリセリンを使用して分岐させたラン
ダム共重合体(水酸基当量2300)2300gとヘキ
サメチレンジイソシアネート0.49モルを混合し、混
合物100gをガラス板に5mm膜厚に塗布し150℃
1時間反応し架橋したポリウレタンフィルムを得た。こ
れを水に浸漬し生成した含水ゲルを5mm角に裁断しビ
オラの鉢に土の25重量%分添加した。水をやらないで
10日放置しても枯れずに生育が順調で良好であった。
【0027】比較例1 実施例3において親水ゲルを添加しない以外は実施例3
と同様にして水をやらないで10日放置したものはビオ
ラがほとんど枯れて悪かった。
【0028】
【発明の効果】本発明方法によれば、成分(A)および
(B)の混合物が8時間以上の可使時間を有しているた
め成型が容易である効果がある。本発明方法によれば、
水中に浸漬する前は固形樹脂状であり、現場で水中に浸
漬すると体積が何倍にも増加して親水ゲルになるので運
搬等の取り扱いに便利であるという効果がある。本発明
方法によれば、ポリウレタン樹脂が架橋しているので非
常に高強度の含水ゲルが得られる。本発明方法によれ
ば、微生物菌体担持用および保水材用として好適な含水
ゲルが得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 11/08 C12N 11/08 G Fターム(参考) 4B033 NA01 NA12 NB34 NB63 NC04 ND02 4D003 AA01 AA12 AB01 EA01 EA14 EA15 EA19 EA30 EA38 EA40 FA02 4F070 AA53 AB13 CA01 CB02 4J002 CK041 DE026 GA00 GA01 GD03 HA06 4J034 BA03 BA07 DB04 DB05 DB07 DG02 DG03 DG04 DG05 DG06 DG08 DG09 DG10 HA07 HA11 HC03 HC12 HC16 HC22 HC64 JA02 QC08 QD03 RA01 RA17

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポリイソシアネート(A)およびエチレ
    ンオキサイドが主成分である親水性ポリオール(B)
    を、水酸基がイソシアネート基より過剰になるよう配合
    し、反応させて得られる架橋したポリウレタン樹脂を適
    当な形状に成型し、次いで該成型物を水中に浸漬させる
    ことを特徴とする含水ゲルの製造方法。
  2. 【請求項2】 ポリイソシアネート(A)とポリオール
    (B)のいずれか又は両方に3官能以上の化合物が10
    重量%以上含まれる請求項1記載の製造方法。
  3. 【請求項3】 該親水性ポリオールがポリエチレングリ
    コールと他のポリアルキレングリコールとのランダム共
    重合体を50重量%以上含有する請求項1記載の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3の何れかの項に記載の方法
    により得られる微生物菌体担持用含水ゲル。
  5. 【請求項5】 請求項1〜3の何れかの項に記載の方法
    により得られる保水材用含水ゲル。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5692061B2 (ja) * 2009-03-11 2015-04-01 旭硝子株式会社 軟質ポリウレタンフォーム製微生物担持体の製造方法および軟質ポリウレタンフォーム製微生物担持体

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