JP2001518540A - ゲル材料 - Google Patents
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Abstract
Description
材料を破ったり裂いたりせずとも取り扱うことができるように自己支持性であり
得る。強度の小さいゲル材料には、例えば概して糸目の粗い織物の形式で支持構
造を与えることも可能である。
ことを可能にする成分を含有し得る。このような材料はしばしばヒドロゲルと称
される。ヒドロゲルは自身の重量の数倍の水を吸収することが可能であり、その
結果、ゲルは大いに膨張する。ゲル材料が水を吸収する能力と、水を吸収した際
に膨張することによって損なわれる物理的性質との釣り合いを保つことが、多く
の用途に関して重要であろう。
する別の水溶性ポリマーとを完全に混合して水溶液中で共に橋かけ結合を形成す
ることに関する。混合物中の成分は混和できないこともある。しかしながら、混
合物は、橋かけ反応が起こった時に均質にされ(又は、均質な微視的位相にされ
)、橋かけ反応は混合物の均質性の保持に影響を及ぼす。
ル材料を提供する。この粒子状のポリマー吸収材料は、水中での溶解性を減小さ
せるために橋かけ結合を形成して水へ溶解するよりも水中で膨張するようにした
ポリマー(特にポリエチレンオキシド)の基質中で、粒子状の形を保つように橋
かけ結合される。
%以上となるように橋かけ結合が構成され、且つ水への溶解性を減小させるため
に橋かけ結合を形成して水へ溶解するよりも水中で膨張するようにしたポリマー
によって与えられる基質中で支持される、粒子状ポリマー材料から成る粒子を含
有するゲル材料を提供する。
3に開示されているような基質と吸収材料とが均質に混合されたヒドロゲル組成
物と比べて、ゲル材料の水(溶液のような水性の液体を含む)を吸収する能力が
高まると考えられる。従って、本発明のゲル材料は、使用に先だって及び使用の
最中に手で取り扱うことを可能にする適当な物理的性質を保持すると同時に、比
較対象の材料よりも高い吸水性を達成し得る。特に、本発明のゲル材料はかなり
の量の水(又は他の水溶性材料)を吸収した場合でさえも、その完全さを失わず
に操作することが可能である。
約75%以上、例えば約90%以上である。ゲル含量は、乾燥ポリマーの試料の
重量を正確に計り (約0.1g重量)、試料を、重量比で25:75の水とエタ
ノールとの混合物200mlを含むソックスレー抽出器に配置することによって
測定した。12時間の抽出後、試料を乾燥するまで60℃にて乾燥オーブンに配
置した。乾燥重量を記録した。次にゲル含量を以下のように計算した。
法を使用したり、又はゲルを使用の際に水に曝したりする場合に、少なくとも有
意にポリマー粒子の粒子状構造の保持が確実になるという利点がある。ポリマー
の粒子は、乾燥時であっても、適当な顕微鏡法(場合によっては適当なコントラ
ストを達成したり高めたりするために染色を併用する)を必要に応じて使用すれ
ば、一般に本発明のゲルの基質内で認識可能である。ポリマーの粒子は、本発明
のゲルが液体を吸収した結果として膨張した場合、一般に肉眼でも明確に識別可
能である。例えばもろさを有する線を与えると、ゲル材料は大きな引っ張り歪み
を受けると、この線に沿って破砕する傾向がある。
の間に橋かけ結合が生じる傾向も減小し得る。本発明のゲルが、完全性を損なわ
ずにかなりの量の水を吸収する能力は、粒子状ポリマーと基質ポリマーとの間の
橋かけ結合が実質上存在しないことに一部因るものと考えられている。
ズが、約200μmよりも小さく、より好ましくは、粒子状ポリマー材料のうち
の重量比で約85%以上の粒子のサイズが約200μmよりも小さく、好ましく
は、粒子状ポリマー材料のうちの重量比で約60%以上の粒子のサイズが、約1
00μmよりも小さく、より好ましくは、粒子状ポリマー材料のうちの重量比で
約85%以上の粒子のサイズが、約100μmよりも小さい。好ましくはこれら
の範囲内において、ポリマー粒子のサイズを正確に調節することにより、ゲル材
料は、コポリマー粒子の膨張による材料の構造の望ましくない弱化を起こすこと
なくかなりの量の液体を吸収可能となることが見出された。
.05以上、より好ましくは約0.1以上、特に約0.2以上である。これによ
り、ゲル材料は手で取り扱うのに十分な物理的性質を備えるように形成される。
好ましくは、前述の比は、約25以下であり、より好ましくは約10以下、例え
ば約3以下である。これによりゲルは、使用に先だって及び使用の最中に、手で
取り扱うのに適当な強さを有することが可能となる。
ると共に、それに続いて基質材料が橋かけ結合を形成する処理を受けるという、
溶解方法によって製造可能である。従って、一態様において、本発明は、水溶性
の橋かけ結合形成可能な基質ポリマーと、約55%以上、特に約75%以上のゲ
ル含量を有するように橋かけ結合が形成された粒子状ポリマーと、水溶性溶媒と
を混合する工程と、基質ポリマーのゲル基質を形成するために基質ポリマーに橋
かけ結合を形成する工程であって、粒子状ポリマー材料の粒子が分散され、橋か
け結合が形成された基質ポリマー及び橋かけ結合が形成された粒子状ポリマーの
各々が水を吸収可能である工程とから成る、ゲル材料の製造方法を提供する。以
下に論じるように、ゲル材料の粒子状ポリマー成分の吸収性は、基質ポリマーの
吸収性よりも一般にかなり大きい。この方法には、橋かけ結合を形成する工程の
後に、少なくとも部分的にゲル材料を乾燥させる工程を含み得る。
マーを混合する溶解加工法によっても製造可能である。従って、更なる態様にお
いて、本発明は、(a)基質ポリマーを加熱して基質ポリマーを溶解させる工程
と、(b)溶解させた基質ポリマーを水を吸収可能な粒子状ポリマーと混合する
工程と、(c)基質ポリマー及び粒子状ポリマーの混合物を溶解によって形成し
、ポリマー材料の粒子が分散された基質ポリマーの基質を形成する工程と、(d
)水に対する溶解性を減小させるために基質ポリマーに橋かけ結合を形成し、基
質ポリマーが水に溶解するよりも水中で膨張されるようにする工程とを含む、ゲ
ル材料の製造方法を提供する。
への照射により開始される。橋かけ反応は、紫外線への照射によっても開始され
得る。基質ポリマー及び粒子状ポリマー材料の混合物には、ベンゾフェノンを初
めとする適当な開始剤成分が含有され得る。
合には、一般に水溶性のポリマーである。基質ポリマーにおいて橋かけ結合が形
成されることにより、水に対する溶解性が減小し、その結果、基質ポリマーは水
に溶解するよりもむしろ水中で膨張する傾向がある。基質材料として特に好まし
いポリマーは、ポリエチレンオキシドである。ポリエチレンオキシドの分子量は
、好ましくは約5×106以下である。この値は、ゲル材料に適度に低い粘性を
与えて、材料を製造中に手で取り扱えるようにするという、利点を有し得る。好
ましくはポリエチレンオキシドの分子量は、約104以上、特に約105以上で
あり、得られたゲル材料は十分な引っ張り特性を有する。適当なポリエチレンオ
キシドの例は、約3×106の分子量を有する。
ール類、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、及びアクリル酸並びに関
連する酸のポリマー(それらのエステルや塩も含む)が含まれる。
テルやそれらの塩を含む)、置換セルロース (ヒドロキシエチルセルロース、カ
ルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、及びヒドロキシプロ
ピルセルロース等)、及びポリビニルアルコール類を含む。
、粒子状ポリマーに関して特に好ましい材料は、デンプンとポリアクリル酸(ア
クリル酸のエステルや塩を含む)とのコポリマーから成る。適当な材料が、商標
COS915の名で、ヘキストセラニーズ(Hoechst Celanese)より入手可能で
ある。
.0以上である場合、水を吸収可能であると考えられる。好ましくは、水溶性ポ
リマーは約5.0以上の流体吸収能力を有し、より好ましくは約10.0以上の
流体吸収能力を有する。材料の流体吸収能力は、200mlの流体に材料の試料
を浸漬することによって決定される。試料は、約0.1gの乾燥ポリマーを含有
する。流体吸収能力が、乾燥材料(照射工程後に材料を乾燥させることによって
形成される)又は濡れた材料(照射の工程から得られた条件下にて)に対して決
定される。使用され得る流体としては、脱イオン水、0.3N塩類溶液、又は0
.9N塩類溶液が含まれる。流体吸収能力(FAC)は、材料の元の重量に基づ
く、水の吸収により生じたポリマー重量の変化の測定値より計算される(材料は
濡れたまま測定するか、以下に述べるように材料を乾燥させた後で測定する)。
質ポリマーが水を吸収する能力は、生じたポリマー構造の膨張によって、粒子状
ポリマーが流体を吸収して膨張した際に生じ得る応力に対して、基質ポリマーが
抵抗するために重要である。しかしながら、ゲル材料が流体を吸収する際に基質
ポリマーが完全性を保持する能力は、流体を吸収する能力よりも重要であり得る
。基質ポリマーの引っ張り強さは、橋かけ結合の程度に影響される。好ましくは
、基質ポリマーのゲル含量は約30以上、より好ましくは約40以上、特に約5
0以上である。好ましくは、乾燥した形で測定された基質ポリマーのゲル含量は
、約100以下、特に80以下であり、特に70以下である。一般に、基質ポリ
マーのFACは、約100以下であり、通常、約60以下である。
も後でも、基質ポリマーのFACよりもかなり大きい。乾燥状態で測定した材料
の元の重量に基づく粒子状ポリマーのFACは、好ましくは、約100以上、よ
り好ましくは約250以上、特に約500以上である。好ましくは、本発明のゲ
ル材料における基質ポリマーのFACに対する粒子状ポリマーのFACの比は、
約2以上より好ましくは約5以上、特に約10以上である。
っ張り特性及び吸収性を含めたゲル材料の所望特性に従って選択される。基質ポ
リマーの割合が高いことは、ゲル材料が破裂されずに大いに変形可能であること
が必要な用途に適している。基質ポリマーの割合が高いことは、比較的大きな粒
子状ポリマーの粒子が使用される場合にも適している可能性がある。好ましくは
粒子状ポリマー材料に対する基質ポリマ−(乾燥状態で測定)の比は、重量比で
約0.05以上、より好ましくは約0.1以上、特に約0.5以上、例えば約1
.0以上である。好ましくは、粒子状ポリマー材料に対する基質ポリマーの比は
、重量比で約15以下、より好ましくは約10以下、特に約5以下である。好ま
しい組成物において、粒子状ポリマーに対する基質ポリマーは、重量比で約2.
0である。
成分の割合は、ポリマー成分及び水、又は他の水溶性成分の全重量に関して示す
と、約1.0%以上、好ましくは約2.0%以上、例えば約4.0%以上である
ことがしばしば望まれる。上記の割合は、一般に約20%よりも小さく、好まし
くは約15%よりも小さく、より好ましくは12%よりも小さく、例えば10%
よりも小さい。
ている。しかしながら、水の代わりに塩類溶液を用いることが好ましいこともあ
る。適当な塩類には、NaClが含まれる。塩類溶液は一般に、約0.5Nより
も濃度が大きい。濃度はしばしば、約1.5Nよりも小さい。塩類溶液の利用に
は、基質材料に橋かけ結合を形成する前のゲル混合物の粘性が、水を用いた場合
よりも小さくなり、おそらく注入可能なゲルというよりも粘性流体の粘性に似た
ものとなるという利点が存在する。これにより、橋かけ反応に先立って、ゲル材
料から生じた気泡の解放が促進され得る。
ある。ゲル材料は、一般に、材料と、流体を吸収する表面との間の接触を最良に
する形で形成される。流体が表面から吸収される場合、例えばシートやブロック
のように、概ね平坦な形状が適し得る。流体が、溝を初めとする狭い空間から吸
収される場合、例えば鎖、ロッド、コード等の形状のような概ね細長い形状が適
し得る。本発明のゲル材料は傷の治療を初めとする体液を吸収することが望まし
い医療への用途において、特定の用途が見出されている。切開部のような幅の狭
い傷の治療では、ゲル材料には細長い形状のものが適し得る。擦り傷、火傷、又
は同様な表面の傷の治療では、ゲル材料には平坦な形状のものが適し得る。
混合用ボウルに入れて、ミキサーを低速で始動した。4.2gの粒子状デンプン
ポリアクリレートコポリマー(商標名COS915で、ヘキストセラニーズ(Ho
echst Celanese)より入手可能)及び1.8gの分子量3×106ポリエチレン
オキシド(商標名WSR301で、ユニオンカーバイド社(Union Carbide )よ
り入手可能)を注意深くゆっくり加え、凝塊形成を防止するようにした。混合物
が一様に観察されるまで概ね約30分間、引き続き減速で混合した。次に、生じ
たゲルをジャーに移し、24時間の間平衡化させた。
合物から約20cmの位置に配置された43.5W・cm−1の紫外線ランプか
ら発された光に照射することにより開始される。橋かけ結合が形成されたゲル材
料を、送風機を用いて、部屋の空気の温度条件及び湿度条件で乾燥させた。得ら
れた乾燥ゲル材料のゲル含量及び流体吸収能力 (脱イオン水に及び0.3N N
aCl溶液に24時間曝した後で測定)を測定した。それらを表2に示す。
たれていることが理解される。これは、米国特許第3898143号の表1に含
まれるデータとよい対照をなし得る。
0分間紫外線を照射したが、橋かけ結合を形成する工程の後のゲル材料の乾燥工
程は除いた。ポリエチレンオキシドとデンプンポリアクリレートポリマーとの相
対的な量は変化させた。得られた濡れたシート状材料の流体吸収能力を、水に2
4時間曝した後で測定した。その結果を表3に示す。
の量に強く依存することが理解される。これらのパラメータ間にほぼ線形の関係
が存在することは、ポリエチレンオキシドとデンプンポリアクリレートコポリマ
ー成分との間には相互関係がほとんどなく、特に橋かけ結合が存在しないことを
示唆している。
及びデンプンポリアクリレートポリマーの相対量を重量比で70:30に保持し
たまま、それらの全量を変化させた。得られたゲル材料の物理的性質を表4に示
す。
ートコポリマーの代わりに他の材料を用いた。得られたゲル材料の流体吸収能力
を、水に24時間曝した後で、乾燥させずに測定した。その結果を表5に示す。
の第2の試料を、ベンゾフェノンを組成物から省き、鋳型に配置されたゲル材料
に25kGyの線量のガンマ照射を行った点を除いて、同様な方法で調製した。
を水に24時間曝した後で乾燥させずに測定した流体吸収能力と、第1の試料及
び第2の試料のヤング率(伸び弾性率)とを表6に示す。
.0以上である場合、水を吸収可能であると考えられる。好ましくは、ポリマー は約5.0以上の流体吸収能力を有し、より好ましくは約10.0以上の流体吸
収能力を有する。材料の流体吸収能力は、200mlの流体に材料の試料を浸漬
することによって決定される。試料は、約0.1gの乾燥ポリマーを含有する。
流体吸収能力が、乾燥材料(照射工程後に材料を乾燥させることによって形成さ
れる)又は濡れた材料(照射の工程から得られた条件下にて)に対して決定され
る。使用され得る流体としては、脱イオン水、0.3N塩類溶液、又は0.9N
塩類溶液が含まれる。流体吸収能力(FAC)は、材料の元の重量に基づく、水
の吸収により生じたポリマー重量の変化の測定値より計算される(材料は濡れた
まま測定するか、以下に述べるように材料を乾燥させた後で測定する)。
Claims (25)
- 【請求項1】 ゲル材料の製造方法であって、 水溶性の橋かけ結合を形成可能な基質ポリマーと、約55%以上のゲル含量
を有するように橋かけ結合が形成される粒子状ポリマー材料と、水溶性溶媒とを
混合する工程と、 粒子状ポリマー材料の粒子が分散された前記基質ポリマーのゲル基質を形成
するために基質ポリマーに橋かけ結合を形成する工程であって、橋かけ結合が形
成された基質ポリマー及び橋かけ結合が形成された粒子状ポリマー材料の各々が
、水を吸収可能であることと、 から成る方法。 - 【請求項2】 橋かけ結合を形成する工程の後に、材料を乾燥させる工程を
含む請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 粒子状ポリマー材料が混合物中に重量比で約0.5%以上の
量で存在する請求項1又は請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 ゲル材料の製造方法であって、 (a) 基質ポリマーを加熱して基質ポリマーを溶解させる工程と、 (b) 溶解した基質ポリマーを、水を吸収可能な粒子状ポリマー材料と混
合する工程と、 (c) 基質ポリマーと粒子状ポリマー材料との混合物を溶解状態で形成し
、ポリマーの粒子が分散された基質ポリマーの基質を形成する工程と、 (d) 水に対する溶解性を減小させるために基質ポリマーに橋かけ結合を
形成して、水に溶解するよりも水中で膨張されるようにする工程と から成る方法。 - 【請求項5】 基質ポリマーがポリエチレンオキシドを含む請求項1乃至4
のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項6】 ポリエチレンオキシドの分子量が約5×106以下である請
求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 粒子状ポリマー材料はアクリル酸又はアクリル酸エステル若
しくはアクリル酸塩を含む請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項8】 粒子状ポリマー材料はデンプンを含む請求項1乃至7のいず
れか一項に記載の方法。 - 【請求項9】 粒子状ポリマー材料中のゲル含量が約75%以上である請求
項1乃至8のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項10】 粒子状ポリマー材料の粒子のうちの重量比で約60%以上
の粒子のサイズが約100μmよりも小さい請求項1乃至9のいずれか一項に記
載の方法。 - 【請求項11】 粒子状ポリマー材料の粒子のうちの重量比で約85%以上
の粒子のサイズが約100μmよりも小さい請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 混合物中に基質ポリマーが重量比で約2%以上の量で存在
する請求項1乃至11のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項13】 粒子状ポリマー材料に対する基質ポリマーの比が重量比で
約0.1以上である請求項1乃至12のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項14】 粒子状ポリマー材料に対する基質ポリマーの比が重量比で
約10以下である請求項1乃至13のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項15】 基質ポリマーに橋かけ結合を形成する工程が、紫外線照射
によって開始される請求項1乃至14のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項16】 水を吸収可能であると共に、約55%以上のゲル含量を有
するように橋かけ結合が形成され、水に対する溶解性を減小させるために橋かけ
結合を形成して水に溶解するよりも水中で膨張されるようにしたポリマーにより
与えられた基質中で支持される、粒子状ポリマー材料の粒子を含有するゲル材料
。 - 【請求項17】 粒子状ポリマー材料のゲル含量が約75%以上である請求
項16に記載の材料。 - 【請求項18】 粒子状ポリマー材料の粒子のうちの重量比で約60%以上
の粒子のサイズが約100μmよりも小さい請求項16又は請求項17に記載の
材料。 - 【請求項19】 基質ポリマーがポリエチレンオキシドを含む請求項16乃
至18のいずれか一項に記載の材料。 - 【請求項20】 ポリエチレンオキシドの分子量が約5×106以下である
請求項19に記載の材料。 - 【請求項21】 粒子状ポリマー材料に対する基質ポリマーの比が重量比で
約0.1以上である請求項16乃至20のいずれか一項に記載の材料。 - 【請求項22】 粒子状ポリマー材料に対する基質ポリマーの比が重量比で
約10以下である請求項16乃至21のいずれか一項に記載の材料。 - 【請求項23】 シートの形に形成される請求項16乃至22のいずれか一
項に記載の材料。 - 【請求項24】 粒子状ポリマー材料はアクリル酸又はアクリル酸エステル
若しくはアクリル酸塩を含む請求項16乃至23のいずれか一項に記載の材料。 - 【請求項25】 粒子状ポリマー材料はデンプンを含む請求項16乃至24
のいずれか一項に記載の材料。
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