JP2002053762A - Organic and inorganic composite hydrogel and its producing method - Google Patents

Organic and inorganic composite hydrogel and its producing method

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JP2002053762A
JP2002053762A JP2001144672A JP2001144672A JP2002053762A JP 2002053762 A JP2002053762 A JP 2002053762A JP 2001144672 A JP2001144672 A JP 2001144672A JP 2001144672 A JP2001144672 A JP 2001144672A JP 2002053762 A JP2002053762 A JP 2002053762A
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JP
Japan
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water
organic
hydrogel
inorganic composite
composite hydrogel
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Application number
JP2001144672A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazutoshi Haraguchi
和敏 原口
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Kawamura Institute of Chemical Research
Original Assignee
Kawamura Institute of Chemical Research
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Publication date
Application filed by Kawamura Institute of Chemical Research filed Critical Kawamura Institute of Chemical Research
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel organic and inorganic composite hydrogel which is excellent in uniformity, transparence, mechanical properties, water absorption properties and swell and shrink characteristics, its producing method, and a dried product obtained by removing water from the organic and inorganic composite hydrogel. SOLUTION: The organic and inorganic composite hydrogel comprises (A) a water-soluble organic polymer, (B) a water swelling clay mineral which is possible to uniformly disperse in water, and (C) water as three constituting components, and (C) the water being included into a three-dimensional network comprising the components (A) and (B). Its producing method comprises specified requirements and a dried product is obtained by removing the water from the organic and inorganic composite hydrogel.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水溶性有機高分子
と水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と水との三成分
を構成成分として含み、水溶性有機高分子と水膨潤性粘
土鉱物からなる三次元網目の中に水が包含されている有
機・無機複合ヒドロゲル、その乾燥体、及びその製造方
法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a water-soluble organic polymer, a water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water, and water. The present invention relates to an organic / inorganic composite hydrogel in which water is contained in a three-dimensional network of minerals, a dried product thereof, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】ゲルは液体と固体の中間の性質を有する
もので、有機高分子などの三次元網目(ネットワーク)
の中に溶媒を安定的に取り込んだものである。特に溶媒
として水を用いたゲル(以下、ヒドロゲルもしくは水性
ゲルと呼ぶ)は生体において重要な構成素材であり、こ
れまで食品・包装、衛生用品、化粧品などの医薬・医療
・食品分野の他、農業、土木、工業分野においても広く
利用されている(例えば、長田義仁、梶原莞爾編”ゲル
ハンドブック”株式会社エヌ・ティー・エス、1997
年)。
2. Description of the Related Art Gels have properties intermediate between those of liquids and solids.
The solvent is stably incorporated into the medium. In particular, gels using water as a solvent (hereinafter referred to as hydrogels or aqueous gels) are important constituent materials in living organisms, and have been used in the pharmaceutical, medical and food fields such as food and packaging, sanitary products, cosmetics, and agriculture. (Gel Handbook, edited by Yoshihito Nagata and Kanji Kajiwara, NTT Co., Ltd., 1997
Year).

【0003】ヒドロゲルは少なくとも2種の構成成分を
含んでいる。即ち、種々の方式で橋架けされた三次元網
目と水である。三次元網目の構成成分としては、有機化
合物又は無機物のいずれもが可能である。例えば、有機
化合物のヒドロゲルでは、有機高分子又は有機分子が共
有結合、水素結合、イオン結合、疎水結合などにより架
橋するか、又は物理的絡み合いや微結晶などを架橋点と
して三次元網目を形成している。
[0003] Hydrogels contain at least two components. That is, a three-dimensional mesh and water bridged in various ways. As a constituent component of the three-dimensional network, any of an organic compound and an inorganic substance can be used. For example, in a hydrogel of an organic compound, an organic polymer or an organic molecule is cross-linked by a covalent bond, a hydrogen bond, an ionic bond, a hydrophobic bond, or forms a three-dimensional network by using a physical entanglement or microcrystal as a cross-linking point. ing.

【0004】具体的に三次元網目を形成する有機分子と
しては、疎水結合により架橋が形成される卵白アルブミ
ンや血清アルブミン、ヘリックス形成によるゼラチンや
アガロース、アルカリ土類金属イオンとの配位結合によ
り架橋を形成するポリアクリル酸やポリスチレンスルホ
ン酸、イオン結合により架橋する2種の高分子(ポリカ
チオンとポリアニオン)複合系、水素結合で架橋される
完全けん化ポリビニルアルコール等のほか、熱、放射
線、光、プラズマを照射したり、有機架橋剤添加によ
り、有機高分子間に共有結合による架橋を形成させたも
のが多く知られている。
Specifically, organic molecules forming a three-dimensional network include ovalbumin and serum albumin, which are cross-linked by hydrophobic bonds, and gelatin, agarose, and alkaline-earth metal ions formed by helix formation. Polyacrylic acid and polystyrene sulfonic acid, which form a polymer, two kinds of polymers (polycation and polyanion) complexed by ionic bond, fully saponified polyvinyl alcohol crosslinked by hydrogen bond, etc., heat, radiation, light, Many are known in which cross-links are formed by covalent bonds between organic polymers by irradiating plasma or adding an organic cross-linking agent.

【0005】一方、無機物で三次元網目を形成するもの
としては、金属アルコキシドの加水分解重縮合(いわゆ
るゾル-ゲル反応)により調製される金属酸化物や層間
にカチオンを有する層状粘土鉱物が知られており、イオ
ン相互作用などによる微粒子の凝集により三次元網目を
形成し、無機物と水からなるゲルが調製される。
[0005] On the other hand, as the inorganic substance forming a three-dimensional network, a metal oxide prepared by hydrolysis polycondensation of metal alkoxide (so-called sol-gel reaction) and a layered clay mineral having cations between layers are known. Thus, a three-dimensional network is formed by agglomeration of fine particles due to ionic interaction or the like, and a gel comprising an inorganic substance and water is prepared.

【0006】無機物のヒドロゲルは強度や伸びが小さく
脆い性質を有しているため、単独のヒドロゲル材料とし
て用いられることは少ない。これに対して有機化合物、
特に共有結合などによる有機高分子の三次元網目と水か
らなるヒドロゲルは力学物性が無機物ヒドロゲルより良
好であることや、有機高分子の持つ特性をヒドロゲル中
で発揮できる可能性を有することから、ソフトマテリア
ルや機能性ゲル材料として幅広い産業分野で用途開拓が
進められている。
Since inorganic hydrogels have low strength and low elongation and are brittle, they are rarely used as a single hydrogel material. On the other hand, organic compounds,
In particular, hydrogels consisting of a three-dimensional network of organic polymers formed by covalent bonds and water are softer because they have better mechanical properties than inorganic hydrogels and have the potential to demonstrate the properties of organic polymers in hydrogels. Applications are being explored in a wide range of industrial fields as materials and functional gel materials.

【0007】このような有機架橋ヒドロゲルの有用性を
拡大させる為に、ゲルの均一性、透明性、力学物性、及
び機械的性質等を更に向上させたり、吸収(吸水)特性
を更に向上させたり、ヒドロゲル中で有機高分子の特性
をより効果的に発現させる新しいヒドロゲルの開発が望
まれている。
In order to expand the usefulness of such an organic crosslinked hydrogel, the uniformity, transparency, mechanical properties, mechanical properties, etc. of the gel are further improved, and the absorption (water absorption) properties are further improved. There is a need for the development of new hydrogels that more effectively express the properties of organic polymers in hydrogels.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、優れた、均一性、透明性、力学物性、吸水
性、及び膨潤・収縮特性を有する新規な有機・無機複合
ヒドロゲル、その製造方法及び該ヒドロゲルから水分を
除去して得られる有機・無機複合ヒドロゲルの乾燥体を
提供することにある。
The object of the present invention is to provide a novel organic / inorganic composite hydrogel having excellent uniformity, transparency, mechanical properties, water absorption, and swelling / shrinking properties. It is an object of the present invention to provide a production method and a dried organic / inorganic composite hydrogel obtained by removing water from the hydrogel.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意研究に取り組んだ結果、水溶性有機高
分子と水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と水とを必
須の構成成分とし、有機高分子と粘土鉱物が分子レベル
で複合化された三次元網目の中に水を取り込んだ新規な
ヒドロゲル(以下、有機・無機複合ヒドロゲルと呼ぶ)
が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a water-soluble organic polymer, a water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water, and water are essential. A novel hydrogel that incorporates water into a three-dimensional network in which organic polymers and clay minerals are compounded at the molecular level as a component of (hereinafter referred to as an organic-inorganic composite hydrogel)
Was obtained, and the present invention was completed.

【0010】即ち、本発明は、(A)水溶性有機高分子
と、(B)水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と、
(C)水との三成分を構成成分として含み、(A)と
(B)からなる三次元網目の中に(C)が包含されてい
る有機・無機複合ヒドロゲルである。
That is, the present invention provides (A) a water-soluble organic polymer, and (B) a water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water.
(C) An organic / inorganic hybrid hydrogel containing three components of water as constituents, and (C) contained in a three-dimensional network composed of (A) and (B).

【0011】また本発明は、(B)水膨潤性粘土鉱物/
(A)水溶性有機高分子の重量比が0.01〜10であ
る、(A)と(B)からなる三次元網目の中に(C)が
包含されている有機・無機複合ヒドロゲルである。また
本発明は、(A)水溶性有機高分子が、特に、アクリル
アミド誘導体及び/又はメタクリルアミド誘導体を重合
させて得られる有機高分子であることを特徴とする有機
・無機複合ヒドロゲルである。
The present invention also relates to (B) a water-swellable clay mineral /
(A) An organic-inorganic hybrid hydrogel in which the weight ratio of the water-soluble organic polymer is 0.01 to 10 and (C) is contained in a three-dimensional network composed of (A) and (B). . Further, the present invention is the organic / inorganic composite hydrogel, wherein (A) the water-soluble organic polymer is an organic polymer obtained by polymerizing an acrylamide derivative and / or a methacrylamide derivative.

【0012】また本発明は、上述の有機・無機複合ヒド
ロゲルが、低温側で透明及び/又は体積膨潤状態にあ
り、高温側で不透明及び/又は体積収縮状態に可逆的に
変化する臨界温度(Tc)を有することを特徴とする有
機・無機複合ヒドロゲルである。また本発明は、特に、
水中における臨界温度前後のヒドロゲルの体積比が10
以上であることを特徴とする有機・無機複合ヒドロゲル
である。
[0012] The present invention also provides a method for preparing the above-mentioned organic / inorganic composite hydrogel, which has a critical temperature (Tc) at which the transparent and / or volume swelling state is reversibly changed to a opaque and / or volume shrinking state at a high temperature side. ) Is an organic-inorganic composite hydrogel characterized by having The present invention, in particular,
The volume ratio of the hydrogel around the critical temperature in water is 10
An organic / inorganic composite hydrogel characterized by the above.

【0013】更に、本発明は、{C/(A+B)}×1
00で定義される水含有率が600〜1000重量%、
初期断面積が0.237cm2であるヒドロゲルを用い
て測定した、引っ張り破断荷重が0.1N以上で、引っ
張り破断伸びが100%以上、且つ引っ張り伸び100
%での荷重が0.01N以上である有機・無機複合ヒド
ロゲルや、20℃の水中における平衡膨潤時の水含有率
{Cmax/(A+B)}×100が2000重量%以
上であることを特徴とする有機・無機複合ゲルや、
(A)水溶性有機高分子の10倍量(重量比)の(C)
水を含み、厚み25mmでの可視光の光透過率が80%
以上である有機・無機複合ゲルを含むものである。
Further, the present invention relates to {C / (A + B)} × 1
The water content defined by 00 is from 600 to 1000% by weight,
A tensile break load of 0.1 N or more, a tensile break elongation of 100% or more, and a tensile elongation of 100% were measured using a hydrogel having an initial sectional area of 0.237 cm 2.
%, Wherein the water content {Cmax / (A + B)} × 100 at equilibrium swelling in water at 20 ° C. is 2000% by weight or more. Organic-inorganic composite gel,
(A) 10 times the amount (weight ratio) of water-soluble organic polymer (C)
Contains water and has a visible light transmittance of 80% at a thickness of 25 mm
The organic / inorganic composite gel described above is included.

【0014】また本発明は、これら上記の有機・無機複
合ヒドロゲルから水分を除去して得られる有機・無機複
合ヒドロゲル乾燥体を含む。
The present invention also includes a dried organic / inorganic composite hydrogel obtained by removing water from the above-mentioned organic / inorganic composite hydrogel.

【0015】更に、本発明は、(A’)水溶性有機高分
子(A)のモノマーと、(B)水に均一分散可能な水膨
潤性粘土鉱物と、(C)水とを含む均一溶液を調製し、
(B)の共存下に(A’)の重合を行わせることを特徴
とする、有機・無機複合ヒドロゲルの製造方法である。
Furthermore, the present invention provides a homogeneous solution comprising (A ') a monomer of a water-soluble organic polymer (A), (B) a water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water, and (C) water. Is prepared,
A method for producing an organic-inorganic composite hydrogel, which comprises polymerizing (A ′) in the presence of (B).

【0016】また本発明は、(A’)と(B)と(C)
を含む均一溶液が、更に水と混和する有機溶媒を含んで
おり、(A’)と(B)と(C)水及び水と混和する有
機溶媒とを含む均一溶液を調製し、(B)の共存下に
(A’)の重合を行わせることを特徴とする有機・無機
ヒドロゲルの製造方法である。
The present invention also relates to (A '), (B) and (C)
A homogeneous solution containing (A ′), (B), (C) water and an organic solvent miscible with water is prepared, further comprising an organic solvent miscible with water; A method for producing an organic / inorganic hydrogel, wherein the polymerization of (A ′) is carried out in the presence of

【0017】また本発明は、これらの製法において、
(B)水膨潤性粘土鉱物/(A’)水溶性有機高分子
(A)のモノマーの重量比が0.01〜10である有機
・無機複合ヒドロゲルの製造方法であり、特に、
(A’)水溶性有機高分子(A)のモノマーが、アクリ
ルアミド誘導体及び/又はメタクリルアミド誘導体を含
むものであることを特徴とする有機・無機複合ヒドロゲ
ルの製造方法である。
Further, the present invention relates to these production methods,
(B) a method for producing an organic-inorganic composite hydrogel in which the weight ratio of the water-swellable clay mineral / (A ′) water-soluble organic polymer (A) monomer is 0.01 to 10;
(A ′) A method for producing an organic / inorganic hybrid hydrogel, wherein the monomer of the water-soluble organic polymer (A) contains an acrylamide derivative and / or a methacrylamide derivative.

【0018】また本発明は、得られる有機・無機複合ヒ
ドロゲルが低温側で透明及び/又は体積膨潤状態にあ
り、高温側で不透明及び/又は体積収縮状態に可逆的に
変化する臨界温度(Tc)を有することを特徴とする有
機・無機複合ヒドロゲルの製造方法や、得られる有機・
無機複合ヒドロゲルの水中における臨界温度前後のヒド
ロゲルの体積比が10以上であることを特徴とする有機
・無機複合ヒドロゲルの製造方法をむ。
The present invention also relates to a critical temperature (Tc) at which the resulting organic / inorganic composite hydrogel is transparent and / or swelled at a low temperature and reversibly changes to an opaque and / or volume shrunk at a high temperature. And a method for producing an organic-inorganic composite hydrogel characterized by having
A method for producing an organic-inorganic composite hydrogel, characterized in that the volume ratio of the hydrogel before and after the critical temperature of the inorganic composite hydrogel in water is 10 or more.

【0019】また本発明は、{C/(A+B)}×10
0で定義される水含有率が600〜1000重量%、初
期断面積が0.237cm2であるヒドロゲルを用いて
測定した、引っ張り破断荷重が0.1N以上で、引っ張
り破断伸びが100%以上、且つ引っ張り伸び100%
での荷重が0.01N以上である有機・無機複合ヒドロ
ゲルの製造方法や、20℃の水中における平衡膨潤時の
水含有率{Cmax/(A+B)}×100が2000
重量%以上であることを特徴とする有機・無機複合ゲル
の製造方法を含む。
Further, the present invention relates to {C / (A + B)} × 10
The water content defined as 0 is 600 to 1000% by weight, and the initial breaking area is measured using a hydrogel having 0.237 cm 2 , the tensile breaking load is 0.1N or more, the tensile breaking elongation is 100% or more, And 100% tensile elongation
For producing an organic / inorganic composite hydrogel having a load of 0.01 N or more at 200 ° C., and a water content {Cmax / (A + B)} × 100 at equilibrium swelling in water at 20 ° C. of 2000
% By weight or more.

【0020】また本発明は、(A)水溶性有機高分子の
10倍量(重量比)の(C)水を含み、厚み25mmで
の可視光の光透過率が80%以上であることを特徴とす
る有機・無機複合ゲルの製造方法を含むものである。
Further, the present invention provides that (C) water containing 10 times the amount (by weight) of the water-soluble organic polymer and (C) water, and that the visible light transmittance at a thickness of 25 mm is 80% or more. It includes a method for producing a characteristic organic / inorganic composite gel.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明でいう(A)水溶性有機高
分子とは、水に溶解するもののほか、水に膨潤する性質
の有機高分子も含まれる。なお、かかる水溶解性や水膨
潤性は特定の高分子濃度、温度、圧力条件や他の添加成
分共存下などで達成されるものであっても良い。また水
溶性有機高分子は単一モノマーからの重合体でも、複数
種のモノマーが重合して得られる共重合体でも良い。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The (A) water-soluble organic polymer referred to in the present invention includes not only a water-soluble organic polymer but also an organic polymer capable of swelling in water. The water solubility and water swellability may be achieved under specific polymer concentration, temperature, pressure conditions, or in the presence of other additional components. The water-soluble organic polymer may be a polymer of a single monomer or a copolymer obtained by polymerizing a plurality of types of monomers.

【0022】本発明に用いられる(A)水溶性有機高分
子は(B)水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と相互
作用を有するものが好ましく、例えば(B)と水素結
合、イオン結合、配位結合、共有結合等を形成できる官
能基を有するものが好ましい。
The (A) water-soluble organic polymer used in the present invention preferably has an interaction with (B) a water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water, for example, hydrogen bond and ionic bond with (B). And those having a functional group capable of forming a coordination bond, a covalent bond, and the like.

【0023】これらの官能基を有する有機高分子として
は、具体的には、アミド基、アミノ基、水酸基、テトラ
メチルアンモニウム基、シラノール基、エポキシ基など
を有する有機高分子が挙げられる。更に本発明に用いる
水溶性有機高分子としては、機能性を有しているものが
特に好ましく、例えば、水溶液中でのポリマー物性(例
えば親水性と疎水性)がLCST(下限臨界共溶温度、
Lower Critical Solution Temperature)前後のわずか
な温度変化により大きく変化する特性をもつ有機高分子
などが挙げられる。
Specific examples of the organic polymer having these functional groups include organic polymers having an amide group, an amino group, a hydroxyl group, a tetramethylammonium group, a silanol group, an epoxy group, and the like. Further, as the water-soluble organic polymer used in the present invention, those having functionality are particularly preferred. For example, the polymer properties (for example, hydrophilicity and hydrophobicity) in an aqueous solution are determined by LCST (lower critical solution temperature,
Organic polymers having the property of changing significantly due to slight temperature changes before and after the lower critical solution temperature).

【0024】(A)水溶性有機高分子の具体例として、
アクリルアミド、N−置換アクリルアミド誘導体、N,
N−ジ置換アクリルアミド誘導体、N−置換メタクリル
アミド誘導体、N,N−ジ置換メタクリルアミド誘導体
の中から選択される一つ又は複数を重合して得られる水
溶性有機高分子が挙げられる。また上記モノマーとその
他の有機モノマーとをあわせて用いることも均一な有機
・無機複合ヒドロゲルを形成する限りにおいて可能であ
る。
As specific examples of (A) the water-soluble organic polymer,
Acrylamide, N-substituted acrylamide derivatives, N,
Water-soluble organic polymers obtained by polymerizing one or more selected from N-disubstituted acrylamide derivatives, N-substituted methacrylamide derivatives, and N, N-disubstituted methacrylamide derivatives are exemplified. It is also possible to use the above-mentioned monomer in combination with another organic monomer as long as a uniform organic / inorganic composite hydrogel is formed.

【0025】かかる水溶性有機高分子としては、ポリ
(アクリルアミド)、ポリ(N−メチルアクリルアミ
ド)、ポリ(N−エチルアクリルアミド)、ポリ(N−
シクロプロピルアクリルアミド)、ポリ(N−イソプロ
ピルアクリルアミド)、ポリ(メタクリルアミド)、ポ
リ(N−メチルメタクリルアミド)、ポリ(N−シクロ
プロピルメタクリルアミド)、ポリ(N−イソプロピル
メタクリルアミド)、
Examples of such water-soluble organic polymers include poly (acrylamide), poly (N-methylacrylamide), poly (N-ethylacrylamide), and poly (N-methylacrylamide).
Cyclopropylacrylamide), poly (N-isopropylacrylamide), poly (methacrylamide), poly (N-methylmethacrylamide), poly (N-cyclopropylmethacrylamide), poly (N-isopropylmethacrylamide),

【0026】ポリ(N,N−ジメチルアクリルアミ
ド)、ポリ(N,N−ジメチルアミノプロピルアクリル
アミド)、ポリ(N−メチル−N−エチルアクリルアミ
ド)、ポリ(N−メチル−N−イソプロピルアクリルア
ミド)、ポリ(N−メチル−N−n−プロピルアクリル
アミド)、ポリ(N,N−ジエチルアクリルアミド)、
ポリ(N−アクリロイルピロリディン)、ポリ(N−ア
クリロイルピペリディン)、ポリ(N−アクリロイルメ
チルホモピペラディン)、ポリ(N−アクリロイルメチ
ルピペラディン)等が例示される。
Poly (N, N-dimethylacrylamide), poly (N, N-dimethylaminopropylacrylamide), poly (N-methyl-N-ethylacrylamide), poly (N-methyl-N-isopropylacrylamide), poly (N-methyl-N-isopropylacrylamide) (N-methyl-NN-propylacrylamide), poly (N, N-diethylacrylamide),
Examples thereof include poly (N-acryloylpyrrolidin), poly (N-acryloylpiperidin), poly (N-acryloylmethylhomopiperadin), and poly (N-acryloylmethylpiperadin).

【0027】本発明に用いられる(A)水溶性有機高分
子としては、水に溶解・膨潤するもののほか、水と水と
混和する有機溶媒との混合溶媒に溶解したり、膨潤する
ものであっても良い。水と水と混和する有機溶媒との混
合溶媒としては、水及び水と混和する(均一相を形成す
る)一種又は複数の有機溶媒とを混合したものが用いら
れる。これらの有機溶媒としては、メタノール、アセト
ン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフランなどの極
性溶媒が例示される。水とこれらの有機溶媒との混合割
合は水膨潤性粘土(B)が均一分散出来る範囲で任意に
選択できる。
As the water-soluble organic polymer (A) used in the present invention, in addition to those that dissolve and swell in water, those that dissolve or swell in a mixed solvent of water and an organic solvent miscible with water. May be. As a mixed solvent of water and an organic solvent miscible with water, a mixture of water and one or more organic solvents miscible with water (forming a homogeneous phase) is used. Examples of these organic solvents include polar solvents such as methanol, acetone, methyl ethyl ketone, and tetrahydrofuran. The mixing ratio of water and these organic solvents can be arbitrarily selected as long as the water-swellable clay (B) can be uniformly dispersed.

【0028】本発明でいう(B)水に均一分散可能な水
膨潤性粘土鉱物とは、粘土鉱物のうち水に膨潤し均一分
散可能なものであり、特に好ましくは水中で分子状(単
一層)又はそれに近いレベルで均一分散可能な層状粘土
鉱物である。例えば、水膨潤性スメクタイトや水膨潤性
雲母などが用いられ、具体的には、ナトリウムを層間イ
オンとして含む水膨潤性ヘクトライト、水膨潤性モンモ
リロナイト、水膨潤性サポナイト、水膨潤性合成雲母な
どが挙げられる。
The (B) water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water as referred to in the present invention is a clay mineral which swells in water and can be uniformly dispersed. ) Or a layered clay mineral that can be uniformly dispersed at a level close thereto. For example, water-swellable smectite and water-swellable mica are used, and specifically, water-swellable hectorite containing sodium as an interlayer ion, water-swellable montmorillonite, water-swellable saponite, water-swellable synthetic mica, and the like. No.

【0029】また本発明において、水膨潤性粘土鉱物は
水溶性有機高分子のモノマーが重合する前の水溶液中で
微細、且つ均一に分散していることが必要であり、特に
水溶液中に溶解していることが望ましい。ここで溶解と
は、粘土鉱物の沈殿もしくは濁った水溶液となるような
大きな粘土鉱物凝集体が無い状態を意味する。より好ま
しくは1〜10層程度のナノメーターレベルの厚みで分
散しているもの、特に好ましくは1又は2層程度の厚み
で分散しているものである。
In the present invention, the water-swellable clay mineral needs to be finely and uniformly dispersed in an aqueous solution before the monomer of the water-soluble organic polymer is polymerized. Is desirable. Here, dissolution means a state in which there is no large clay mineral aggregate such as a clay mineral precipitate or a cloudy aqueous solution. More preferably, it is dispersed with a thickness of about 1 to 10 layers on the nanometer level, and particularly preferably, it is dispersed with a thickness of about 1 or 2 layers.

【0030】本発明の構成成分である(C)水として
は、水、もしくは水と混和する有機溶媒と水との混合溶
媒であってよく、水膨潤性粘土鉱物及び有機モノマーを
均一分散するものが用いられる。混合溶媒を用いた場合
は、ゲル中に水に加えて有機溶媒を含むが、ここでは便
宜上、これらを含めて全てヒドロゲルと称する。
The water (C), which is a constituent of the present invention, may be water or a mixed solvent of water and an organic solvent miscible with water, wherein the water-swellable clay mineral and the organic monomer are uniformly dispersed. Is used. When a mixed solvent is used, an organic solvent is contained in the gel in addition to water, but for convenience, these are all referred to as a hydrogel.

【0031】本発明における有機・無機複合ヒドロゲル
は、(A)水溶性有機高分子と、(B)水に均一分散可
能な水膨潤性粘土鉱物からなる三次元網目の中に(C)
水が取り込まれている構造が形成されている。即ち、
(A)と(B)とが水中で分子レベルで複合化すること
で、(A)が(B)により橋架けされたか、又は(B)
が(A)により橋架けされた、(A)と(B)からなる
三次元架橋物が水を含んで形成されていることを特徴と
する。
The organic / inorganic composite hydrogel of the present invention comprises (C) a three-dimensional network of (A) a water-soluble organic polymer and (B) a water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water.
A structure in which water is taken in is formed. That is,
(A) and (B) are complexed at the molecular level in water, so that (A) is bridged by (B) or (B)
Is characterized in that a three-dimensional crosslinked product consisting of (A) and (B), which is bridged by (A), contains water.

【0032】即ち、本発明における有機・無機複合ヒド
ロゲルは、有機架橋剤無しで形成可能なヒドロゲルであ
り、従来から知られている有機モノマーに有機架橋剤を
添加し重合して得られる有機高分子架橋物のヒドロゲル
(以下有機架橋ヒドロゲルと呼ぶ)とは異なる、優れた
特性を有する。
That is, the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention is a hydrogel that can be formed without an organic crosslinking agent, and is an organic polymer obtained by adding an organic crosslinking agent to a conventionally known organic monomer and polymerizing it. It has excellent properties different from a crosslinked hydrogel (hereinafter referred to as an organic crosslinked hydrogel).

【0033】また本発明における有機・無機複合ヒドロ
ゲルの乾燥体も、いったんはかかる有機・無機複合ヒド
ロゲルを形成することが必要であり、それらを乾燥する
ことで、有機・無機複合ヒドロゲルの乾燥体が得られ
る。
The dried organic / inorganic composite hydrogel of the present invention also needs to form such an organic / inorganic composite hydrogel once, and by drying them, the dried organic / inorganic composite hydrogel is obtained. can get.

【0034】例えば、比較例5〜8に示すように、
(A)と(B)の各々の水溶液を調製した後に、単純に
混合した場合は、たとえ、本発明と同一の成分組成から
なる場合でも、本発明の有機・無機複合ヒドロゲルは得
られない。
For example, as shown in Comparative Examples 5 to 8,
When the respective aqueous solutions (A) and (B) are prepared and then simply mixed, the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention cannot be obtained even if the components have the same composition as the present invention.

【0035】本発明の有機・無機複合ヒドロゲルにおけ
る(A)水溶性有機高分子と(B)水に均一分散可能な
水膨潤性粘土鉱物との比率は、(A)と(B)とからな
る三次元網目を有する有機・無機ヒドロゲルが調製され
れば良く、また用いる(A)や(B)の種類によっても
異なり必ずしも限定されないが、ヒドロゲル合成の容易
さや均一性の点からは、好ましくはB/Aの重量比が
0.01〜10、より好ましくは0.03〜2.0、特
に好ましくは0.1〜1.0である。
The ratio of (A) the water-soluble organic polymer to the (B) water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water in the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention is composed of (A) and (B). It is sufficient that an organic / inorganic hydrogel having a three-dimensional network is prepared, and it differs depending on the type of (A) or (B) to be used, and is not necessarily limited. The weight ratio of / A is 0.01 to 10, more preferably 0.03 to 2.0, and particularly preferably 0.1 to 1.0.

【0036】B/Aの重量比が0.01未満では、本発
明でいうゲル特性が充分でない場合が多く、10を越え
ては、得られたヒドロゲルが脆くなったり、水を多量に
使うなどの製造上の問題が生じる。一方、(A+B)に
対する(C)水の比率は、重合過程での水量調整、もし
くはその後の膨潤や乾燥により、目的に応じて0から非
常に大きい値まで広い範囲で任意に設定できる。
When the weight ratio of B / A is less than 0.01, the gel properties of the present invention are often not sufficient, and when it exceeds 10, the obtained hydrogel becomes brittle or a large amount of water is used. This causes a problem in manufacturing. On the other hand, the ratio of (C) water to (A + B) can be arbitrarily set in a wide range from 0 to a very large value depending on the purpose by adjusting the amount of water in the polymerization process or by swelling and drying thereafter.

【0037】本発明で得られる有機・無機複合ヒドロゲ
ルに含まれる水の最大量、即ち、平衡膨潤時の最大吸水
量(Cmax)は、AやBの成分の種類及び比率、また
温度やpHなどの環境条件などにより異なるが、本発明
の有機・無機複合ヒドロゲルはCmaxが従来の有機架
橋ヒドロゲルに比べて大きいことが特徴である。
The maximum amount of water contained in the organic / inorganic composite hydrogel obtained in the present invention, that is, the maximum water absorption (Cmax) at the time of equilibrium swelling is determined by the types and ratios of the components A and B, temperature and pH The organic / inorganic composite hydrogel of the present invention is characterized in that the Cmax is larger than that of a conventional organic crosslinked hydrogel, although it varies depending on the environmental conditions and the like.

【0038】一般にはB/Aが大きいほどCmaxは小
さくなる。ある条件での(C)の最大量(平衡膨潤吸水
量Cmax)は有機・無機複合ヒドロゲルを、その条件
下で過剰の水の中に長時間保持することにより測定され
る。例えば、ある水含有率で合成した有機・無機複合ヒ
ドロゲルを20℃の温度の過剰な水の中に保持すると、
ヒドロゲル中に更に水が取り込まれ最終的に20℃での
平衡膨潤(最大膨潤)へ達する。
In general, as B / A increases, Cmax decreases. The maximum amount of (C) under a certain condition (equilibrium swelling water absorption Cmax) is measured by keeping the organic-inorganic composite hydrogel in an excess of water for a long time under the condition. For example, when an organic-inorganic composite hydrogel synthesized at a certain water content is held in excess water at a temperature of 20 ° C.,
Water is further incorporated into the hydrogel and eventually reaches equilibrium swelling (maximum swelling) at 20 ° C.

【0039】従って、過剰水中に浸漬したヒドロゲルを
時々取り出して重量測定することにより、ヒドロゲルの
膨潤の時間依存性や平衡膨潤時の水含有率を知ることが
できる。平衡膨潤時の水含有率〔{Cmax/(A+
B)}×100]は、上述したようにAとBの成分種や
組成により、また温度、pH、又は塩濃度などの環境条
件により異なり、例えば100重量%以下の低い値から
100000重量%以上の高い値まで変化することが可
能である。
Therefore, the time dependence of the swelling of the hydrogel and the water content at the time of equilibrium swelling can be known by taking out the hydrogel immersed in excess water occasionally and measuring the weight. Water content at equilibrium swelling [{Cmax / (A +
B)} × 100] varies depending on the component types and compositions of A and B as described above, and depending on environmental conditions such as temperature, pH, or salt concentration, and for example, from a low value of 100% by weight or less to 100,000% by weight or more. It is possible to change to high values of.

【0040】本発明における有機・無機複合ヒドロゲル
はCmaxが従来の有機架橋ヒドロゲルに比べて大きい
ことが特徴であり、本発明の有機・無機複合ヒドロゲル
を、例えば、20℃で平衡膨潤させた場合、{Cmax
/(A+B)}×100]としては、通常、2000重
量%以上であり、より好ましくは3000重量%以上、
特に好ましくは4000重量%以上である。
The organic / inorganic composite hydrogel of the present invention is characterized in that Cmax is larger than that of a conventional organic cross-linked hydrogel. When the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention is equilibrium-swelled at, for example, 20 ° C., {Cmax
/ (A + B)} × 100] is usually 2000% by weight or more, more preferably 3000% by weight or more,
Particularly preferably, the content is 4000% by weight or more.

【0041】また本発明における有機・無機複合ヒドロ
ゲルは、膨潤(吸水)速度が従来の有機架橋ヒドロゲル
に対して大きい特徴も有する。これは(A)と(B)と
の三次元架橋が(A)の吸水特性を阻害せず、且つ均一
に形成されることによると推定される。また(A)が下
記に述べるように温度変化によりに膨潤収縮する性質を
有する場合は、膨潤だけでなく収縮する速度も大きい特
徴を有する。
The organic / inorganic composite hydrogel of the present invention also has a feature that the swelling (water absorption) rate is larger than that of a conventional organic crosslinked hydrogel. This is presumed to be due to the fact that the three-dimensional crosslinking between (A) and (B) does not impair the water absorption properties of (A) and is formed uniformly. Further, when (A) has a property of swelling and shrinking due to a temperature change as described below, it has a feature that not only swelling but also shrinking speed is large.

【0042】本発明の有機・無機複合ヒドロゲルには、
低温側で透明及び/又は膨潤状態にあり、且つ高温側で
不透明及び/又は体積収縮状態となる臨界温度(Tc)
を有し、Tcを境にした上下の温度変化により透明性や
体積を可逆的に変化できる特徴を有するものが含まれ
る。
The organic / inorganic composite hydrogel of the present invention comprises:
Critical temperature (Tc) at which it is transparent and / or swollen on the low temperature side and opaque and / or volume shrunk on the high temperature side
And those having a characteristic that the transparency and the volume can be reversibly changed by a temperature change above and below Tc.

【0043】このような有機・無機複合ヒドロゲルは、
有機高分子として水溶液中でLCST(下限臨界共溶温
度)を示す有機高分子を用いて調製できる。有機・無機
複合ヒドロゲルのTcは有機高分子のLCSTと同じ温
度か変化する場合がある。
Such an organic / inorganic composite hydrogel is
The organic polymer can be prepared using an organic polymer exhibiting LCST (lower critical solution temperature) in an aqueous solution. The Tc of the organic / inorganic composite hydrogel may be the same temperature or change as the LCST of the organic polymer.

【0044】本発明の有機・無機複合ヒドロゲルは、従
来の有機架橋ヒドロゲルと比べて、高い吸水率を有する
他、高い透明性、Tc前後での膨張時と収縮時での高い
体積比や透明性の変化、大きい膨潤及び/又は収縮速
度、優れた力学物性や機械的性質などの特徴の一部又は
全部をあわせもつものが含まれる。
The organic / inorganic hybrid hydrogel of the present invention has a higher water absorption, a higher transparency, and a higher volume ratio and higher transparency when expanded and contracted before and after Tc, compared to the conventional organic crosslinked hydrogel. Changes, large swelling and / or shrinking rates, and some or all of the characteristics such as excellent mechanical and mechanical properties.

【0045】例えば、有機架橋ヒドロゲルでは、架橋剤
濃度を上げ架橋密度を大きくすると、架橋が不均一にな
り、透明性が失われる場合がある(比較例4、及び、
T.Tanaka、Scientific Ameri
can、244巻、110〜123頁、1981年)の
に対し、同じ有機高分子を用いた、本発明の有機・無機
複合ヒドロゲルでは、均一性は失われず、高い透明性を
示す。
For example, in the case of an organic cross-linked hydrogel, when the cross-linking agent concentration is increased and the cross-link density is increased, cross-linking becomes non-uniform and transparency may be lost (Comparative Example 4 and
T.Tanaka, Scientific Ameri
can, 244, 110-123, 1981), the organic-inorganic composite hydrogel of the present invention using the same organic polymer does not lose uniformity and shows high transparency.

【0046】具体的には、本発明の有機・無機複合ヒド
ロゲルには、(A)水溶性有機高分子の10倍量(重量
比)の(C)水が含まれている厚み25mmの有機・無
機複合ヒドロゲルにおいて、可視光の光透過率が80%
以上であり、より好ましくは85%以上、特に好ましく
は90%以上であるものが含まれる。また有機・無機複
合ヒドロゲルを乾燥して得られる乾燥体においても水膨
潤性粘土鉱物が微細分散しているため透明性を有するこ
とができる。
Specifically, the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention contains (A) 10 times (weight ratio) of water-soluble organic polymer (by weight) (C) water-containing organic / inorganic composite having a thickness of 25 mm. 80% light transmittance of visible light in inorganic composite hydrogel
And more preferably 85% or more, particularly preferably 90% or more. Also, a dried product obtained by drying the organic / inorganic composite hydrogel can have transparency because the water-swellable clay mineral is finely dispersed.

【0047】また本発明の有機・無機複合ヒドロゲルは
Tcでの明確な転移特性を保持するため、図1に示すよ
うに、架橋密度の比較的高い有機架橋ヒドロゲル(比較
例4)がTc前後で透明性変化が殆ど無いのに対して、
それ以上の力学物性を有し、且つTc前後で高い透明性
変化を可逆的に示す(実施例1)。
In addition, since the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention retains a clear transition characteristic at Tc, as shown in FIG. 1, an organic crosslinked hydrogel having a relatively high crosslink density (Comparative Example 4) is obtained at around Tc. While there is almost no change in transparency,
It has higher mechanical properties and reversibly shows a high change in transparency around Tc (Example 1).

【0048】更に、Tc前後でのヒドロゲルの膨潤、収
縮についても、図2に示すように有機・無機複合ヒドロ
ゲル(実施例1)は有機架橋ヒドロゲル(比較例4)と
比べて、膨潤時と収縮時での体積比が高い特徴を有す
る。本発明の有機・無機複合ヒドロゲルの膨潤時と収縮
時での体積比は、目的に応じて設定することができ、一
般には同じ水溶性有機高分子を用いた有機架橋ヒドロゲ
ルより膨潤/収縮の体積比は大きく、通常は10以上、
好ましくは20以上、より好ましくは30以上である。
Further, regarding the swelling and shrinking of the hydrogel before and after Tc, as shown in FIG. 2, the organic / inorganic composite hydrogel (Example 1) shrinks and shrinks compared to the organic crosslinked hydrogel (Comparative Example 4) It has the characteristic that the volume ratio at the time is high. The volume ratio of the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention at the time of swelling and at the time of contraction can be set according to the purpose. In general, the volume ratio of swelling / shrinking is higher than that of an organic crosslinked hydrogel using the same water-soluble organic polymer. The ratio is large, usually 10 or more,
Preferably it is 20 or more, more preferably 30 or more.

【0049】本発明の有機・無機複合ヒドロゲルには、
強度、伸び、タフネスなどの優れた力学物性をもつもの
が含まれる。特に上記の高い水吸収性、透明性、及び透
明性変化や体積変化などの諸特性と共に、優れた機械的
性質を併せ持つものが含まれることが特徴である。有機
・無機複合ヒドロゲルの力学物性は、ヒドロゲルの水含
有率により異なるため、本発明の有機・無機複合ヒドロ
ゲルの力学物性や機械的性質は、一定範囲内の水含有率
をもつヒドロゲルを用いて試験した結果で表わされる。
The organic / inorganic composite hydrogel of the present invention comprises:
Those having excellent mechanical properties such as strength, elongation, and toughness are included. In particular, it is characterized by including those having excellent mechanical properties, in addition to the above-mentioned properties such as high water absorbency, transparency and transparency change and volume change. Since the mechanical properties of the organic / inorganic composite hydrogel vary depending on the water content of the hydrogel, the mechanical properties and mechanical properties of the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention were tested using a hydrogel having a water content within a certain range. It is expressed by the result.

【0050】具体的には{C/(A+B)}×100が
600〜1000、即ち、(C)水を有機+無機成分
(A+B)に対して600〜1000重量%含むヒドロ
ゲルを用いるか、もしくは(A)水溶性有機高分子の1
0倍量(重量比)の(C)水を含んだものを用いて試験
した結果で表わされる。
Specifically, {C / (A + B)} × 100 is 600 to 1000, that is, (C) a hydrogel containing 600 to 1000% by weight of water based on the organic and inorganic components (A + B), or (A) water-soluble organic polymer 1
It is represented by the result of a test using a solution containing 0 times (weight ratio) (C) water.

【0051】更に、本発明における有機・無機複合ヒド
ロゲルは、破断伸びが大きく、断面積が試験途中で変化
するため、試験開始時のヒドロゲルの断面積(初期断面
積)を0.237cm2(半径0.275cmの円に相
当)にしたものを試験材料として用いて規定した。
Furthermore, since the organic-inorganic composite hydrogel of the present invention has a large elongation at break and the cross-sectional area changes during the test, the cross-sectional area (initial cross-sectional area) of the hydrogel at the start of the test is 0.237 cm 2 (radius). (Corresponding to a circle of 0.275 cm) was used as the test material.

【0052】本発明の有機・無機複合ヒドロゲルには上
記の水含有率と初期断面積、即ち、{C/(A+B)}
×100で定義される水含有率が600〜1000重量
%、初期断面積が0.237cm2であるヒドロゲルを
用いて測定した、引っ張り破断荷重が0.1N以上、好
ましくは0.5N以上、より好ましくは1N以上、特に
好ましくは2N以上であるものが含まれる。
The organic / inorganic composite hydrogel of the present invention has the above water content and initial cross-sectional area, ie, {C / (A + B)}.
A water content defined by × 100 is 600 to 1000% by weight, and a tensile breaking load measured using a hydrogel having an initial cross-sectional area of 0.237 cm 2 is 0.1 N or more, preferably 0.5 N or more. Preferably 1N or more, particularly preferably 2N or more are included.

【0053】また本発明の有機・無機複合ヒドロゲルに
は上記の水含有率と初期断面積のヒドロゲルを用いて測
定した、引っ張り破断伸びが100%以上、より好まし
くは200%以上、更に好ましくは300%以上、特に
好ましくは500%以上であること、更に引っ張り伸び
100%での荷重が0.01N以上、より好ましくは
0.05N以上であること、特に好ましくは0.1N以
上である特徴を有するものが含まれる。
The organic / inorganic composite hydrogel of the present invention has a tensile elongation at break of 100% or more, more preferably 200% or more, and still more preferably 300% or more, as measured using the hydrogel having the above water content and initial cross-sectional area. % Or more, particularly preferably 500% or more, and the load at a tensile elongation of 100% is 0.01 N or more, more preferably 0.05 N or more, and particularly preferably 0.1 N or more. Things included.

【0054】これに対して比較例3や比較例4や比較例
9〜12に示した有機架橋ヒドロゲルは、本発明の有機
・無機複合ヒドロゲルと比べて極めて弱く、引っ張り試
験のチャックへの装着が脆くて出来ない場合が殆どで、
たとえ工夫して装着しても試験直後の破壊により、物性
値は測定できなかった。
On the other hand, the organic crosslinked hydrogels shown in Comparative Example 3, Comparative Example 4, and Comparative Examples 9 to 12 are extremely weak as compared with the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention, and can be mounted on the chuck in the tensile test. In most cases, it is brittle and cannot be made.
Even if the device was devised, the physical properties could not be measured due to destruction immediately after the test.

【0055】また本発明の有機・無機複合ヒドロゲル
は、吸水時にも良好な機械的性質を示し、例えば圧縮や
引っ張り、又は曲げ変形に対して耐えるタフネスを有す
る。具体的には、(A)水溶性有機高分子に対して10
倍量(重量比)の(C)水を含んだ直径5.5mm、長
さ30mmの有機・無機複合ヒドロゲルを厚み方向で1
/3以下の厚みに、好ましくは1/5以下の厚みに圧縮
変形されること、及び/又は長さ方向で2倍以上の長さ
に、好ましくは4倍以上の長さに延伸変形されること、
及び/又は長さ中心点で100度以上の角度に、好まし
くは150度以上の角度に曲げ変形されること等によっ
ても、形状が破壊されないものが含まれる。
The organic / inorganic hybrid hydrogel of the present invention exhibits good mechanical properties even when absorbing water, and has, for example, toughness that resists compression, tension, or bending deformation. Specifically, (A) 10 to water-soluble organic polymer
An organic / inorganic composite hydrogel having a diameter of 5.5 mm and a length of 30 mm containing twice the amount (weight ratio) of water (C) was added in the thickness direction.
Compression deformed to a thickness of 以下 or less, preferably to a thickness of 1 / or less, and / or stretched and deformed to a length of 2 times or more, preferably 4 times or more in the length direction. thing,
And / or those whose shape is not destroyed by bending at an angle of 100 degrees or more at the center point of the length, preferably at an angle of 150 degrees or more.

【0056】これに対して(B)水膨潤性粘土鉱物の代
わりに、有機架橋剤を用いた以外は同一組成の有機架橋
ゲルは、上述のいずれか又は全ての変形操作によって、
クラックが生じて形状が破壊されたり、欠損が生じる。
On the other hand, (B) an organic cross-linked gel having the same composition except that an organic cross-linking agent was used instead of the water-swellable clay mineral was obtained by any or all of the above-mentioned deformation operations.
Cracks are generated, destroying the shape or causing defects.

【0057】本発明の有機・無機複合ヒドロゲルは、有
機高分子と粘土鉱物からなる3次元網目が形成される必
要があり、以下の方法で製造できる。(A’)水溶性有
機高分子(A)のモノマーと、(B)水に均一分散可能
な水膨潤性粘土鉱物と、(C)水とを含む均一溶液を調
製後、(B)の共存下に(A’)の重合を行わせる。こ
れにより(A)と(B)との分子レベルでの微細な複合
化が達成され、三次元網目形成によりゲル化した有機・
無機複合ヒドロゲルが得られる。
The organic / inorganic composite hydrogel of the present invention needs to have a three-dimensional network composed of an organic polymer and a clay mineral, and can be produced by the following method. After preparing a homogeneous solution containing (A ′) a monomer of the water-soluble organic polymer (A), (B) a water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water, and (C) water, coexistence of (B) The polymerization of (A ′) is performed below. As a result, a fine composite of (A) and (B) at the molecular level is achieved, and the organic and
An inorganic composite hydrogel is obtained.

【0058】具体的には、(A’)、(B)、(C)を
必須成分として含む組成の溶液を用い、水中に微細分散
した(B)共存下に(A’)をラジカル重合させる有機
・無機複合ヒドロゲルの製造方法であって、好ましくは
1〜10層、より好ましくは1又は2層程度のナノメー
ターレベルで均一分散した粘土鉱物が、(A’)の架橋
剤の働きをして、(A)と(B)が(C)中で三次元網
目を重合形成する方法である。
Specifically, a solution having a composition containing (A ′), (B) and (C) as essential components is used, and (A ′) is radically polymerized in the presence of (B) finely dispersed in water. A method for producing an organic-inorganic composite hydrogel, wherein clay minerals uniformly dispersed at a nanometer level of preferably 1 to 10 layers, more preferably about 1 or 2 layers act as a crosslinking agent for (A '). (A) and (B) show a method of polymerizing and forming a three-dimensional network in (C).

【0059】上記のラジカル重合反応は、分子状酸素の
不存在下で過酸化物の存在及び/又は紫外線照射など公
知の方法により行わせることができる。更に、この重合
反応は加熱又は紫外線照射により加速することもでき
る。ラジカル重合開始剤及び触媒としては、公知慣用の
ラジカル重合開始剤及び触媒を適時選択して用いること
ができる。好ましくは水分散性を有し、系全体に均一に
含まれるものが用いられる。
The above radical polymerization reaction can be carried out by a known method such as the presence of a peroxide and / or ultraviolet irradiation in the absence of molecular oxygen. Further, the polymerization reaction can be accelerated by heating or irradiation with ultraviolet rays. As the radical polymerization initiator and the catalyst, known and commonly used radical polymerization initiators and catalysts can be appropriately selected and used. Preferably, those having water dispersibility and uniformly contained in the entire system are used.

【0060】具体的には、重合開始剤として、水溶性の
過酸化物、例えばペルオキソ二硫酸カリウムやペルオキ
ソ二硫酸アンモニウム、水溶性のアゾ化合物、例えばV
A−044、V−50、V−501(いずれも和光純薬
工業株式会社製)の他、ポリエチレンオキシド鎖を有す
る水溶性のラジカル開始剤などが例示される。一方、触
媒としては、3級アミン化合物であるN,N,N’,
N’−テトラメチルエチレンジアミンや、β−ジメチル
アミノプロピオニトリルなどが好ましく用いられる。
Specifically, water-soluble peroxides such as potassium peroxodisulfate and ammonium peroxodisulfate, and water-soluble azo compounds such as V
In addition to A-044, V-50, and V-501 (all manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), a water-soluble radical initiator having a polyethylene oxide chain is exemplified. On the other hand, as the catalyst, tertiary amine compounds N, N, N ′,
N′-tetramethylethylenediamine, β-dimethylaminopropionitrile and the like are preferably used.

【0061】重合温度は、重合触媒や開始剤の種類に合
わせて0℃〜100℃の範囲で設定できる。重合時間も
触媒、開始剤、重合温度、重合溶液量(厚み)など重合
条件によって異なり、一般に数十秒〜数時間の間で行え
る。また系全体で均一に重合を行わせるために、例えば
(B)と水を予め均一混合したものに、(A’)と水に
溶かした重合開始剤を加え均一溶液を調製後、最後に水
に溶かした重合触媒を添加する方法をとるなどの工夫を
行うことは有効である。
The polymerization temperature can be set in the range of 0 ° C. to 100 ° C. according to the type of the polymerization catalyst and the initiator. The polymerization time also varies depending on the polymerization conditions such as the catalyst, initiator, polymerization temperature, and amount (thickness) of the polymerization solution, and can be generally carried out for several tens seconds to several hours. In order to uniformly conduct polymerization in the entire system, for example, (A ′) and a polymerization initiator dissolved in water are added to a mixture obtained by uniformly mixing (B) and water in advance to prepare a uniform solution. It is effective to take measures such as taking a method of adding a polymerization catalyst dissolved in water.

【0062】上記のラジカル重合反応において更に公知
の界面活性剤を共存させ、得られる有機・無機複合ヒド
ロゲルを微粒子形態で製造することも可能である。本発
明の有機・無機複合ヒドロゲルの重合では、(A’)の
重合収率が高く、且つ重合して得られる水溶性有機高分
子はヒドロゲル内部に粘土鉱物と共に取り込まれ、水可
溶性成分として溶出する量が少ない。このことは、水洗
浄後の重合収率が高いことによって確認される。かかる
結果は、(B)共存下での(A’)の重合において、微
細分散した粘土層が水溶性有機高分子の効果的な架橋剤
として働くことによる効果と推定される。
In the above radical polymerization reaction, it is also possible to coexist a known surfactant to produce the resulting organic / inorganic composite hydrogel in the form of fine particles. In the polymerization of the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention, the polymerization yield of (A ′) is high, and the water-soluble organic polymer obtained by polymerization is incorporated into the hydrogel together with the clay mineral and elutes as a water-soluble component. The amount is small. This is confirmed by the high polymerization yield after water washing. These results are presumed to be due to the effect of the finely dispersed clay layer acting as an effective crosslinking agent for the water-soluble organic polymer in the polymerization of (A ′) in the presence of (B).

【0063】更に本発明においては、有機・無機複合ヒ
ドロゲルの特性を改良する目的で、必要に応じて水溶液
中に必須成分である(A’)、(B)と共に有機架橋剤
を含ませても良い。含まれる有機架橋剤濃度は特に限定
されず、目的に応じて選択できる。必要に応じて含ませ
ることが可能な有機架橋剤としては、従来から公知の
N,N’−メチレンビスアクリルアミド、N,N’−プ
ロピレンビスアクリルアミド、ジ(アクリルアミドメチ
ル)エーテル、1,2−ジアクリルアミドエチレングリ
コール、1,3−ジアクリロイルエチレンウレア、エチ
レンジアクリレート、N,N’−ジアリルタータルジア
ミド、N,N’−ビスアクリリルシスタミンなどの二官
能性化合物や、トリアリルシアヌレート、トリアリルイ
ソシアヌレートなどの三官能性化合物が例示される。
Further, in the present invention, for the purpose of improving the characteristics of the organic / inorganic composite hydrogel, an organic crosslinking agent may be contained in the aqueous solution together with the essential components (A ′) and (B), if necessary. good. The concentration of the organic crosslinking agent contained is not particularly limited, and can be selected according to the purpose. Organic crosslinking agents that can be included as needed include N, N′-methylenebisacrylamide, N, N′-propylenebisacrylamide, di (acrylamidomethyl) ether, 1,2-di Bifunctional compounds such as acrylamide ethylene glycol, 1,3-diacryloylethylene urea, ethylene diacrylate, N, N′-diallyl tartardiamide, N, N′-bisacrylylcystamine, triallyl cyanurate, Trifunctional compounds such as triallyl isocyanurate are exemplified.

【0064】本発明の有機・無機複合ヒドロゲルの製造
においては、容器の形状を変化させることで種々の形状
をもったヒドロゲルを調製できる。例えば、繊維状、棒
状、平板状、円柱状、らせん状、球状など任意の形状を
有する有機・無機複合ヒドロゲルが調製可能である。
In the production of the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention, hydrogels having various shapes can be prepared by changing the shape of the container. For example, an organic / inorganic composite hydrogel having an arbitrary shape such as a fiber shape, a rod shape, a flat plate shape, a columnar shape, a spiral shape, and a spherical shape can be prepared.

【0065】また本発明における有機・無機複合ヒドロ
ゲル及びその乾燥体には(A)、(B)、(C)以外に
必要に応じて、例えば陰イオン活性剤や有機染料や有機
顔料のような有機分子、水溶性ポリマーや水に溶解しな
い繊維状物質のような有機高分子、炭素、シリカやチタ
ニアのような無機微粒子成分などを製造の任意の段階で
含ませることが可能である。更に目的に応じて他素材と
複合化(分散、積層など)することも可能である。
The organic / inorganic composite hydrogel and the dried product thereof according to the present invention may contain, if necessary, other than (A), (B) and (C), for example, anionic activators, organic dyes and organic pigments. An organic molecule such as an organic molecule, a water-soluble polymer or a fibrous substance that does not dissolve in water, carbon, an inorganic fine particle component such as silica or titania, and the like can be contained at any stage of production. Further, it can be combined with other materials (dispersion, lamination, etc.) according to the purpose.

【0066】本発明には、本発明の有機・無機複合ヒド
ロゲルから水分を除去して得られる有機・無機複合ヒド
ロゲルの乾燥体が含まれる。水分を除去する方法は特に
限定されないが、温度、気流、減圧等の条件を適宜、変
化させて行える。具体的には、熱風循環乾燥機や減圧乾
燥機などが用いられる。ヒドロゲルからの水分の除去量
も特に限定されず、完全に水分を除去したものから、必
要に応じて水分を残存させたものまで任意に調製するこ
とができる。
The present invention includes a dried organic / inorganic composite hydrogel obtained by removing water from the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention. The method for removing water is not particularly limited, but can be performed by appropriately changing conditions such as temperature, air flow, and reduced pressure. Specifically, a hot air circulation dryer, a reduced pressure dryer, or the like is used. The amount of water removed from the hydrogel is also not particularly limited, and can be arbitrarily prepared from those from which water is completely removed to those from which water is left as necessary.

【0067】本発明の有機・無機複合ヒドロゲルの乾燥
体は粘土鉱物を含んでいるが、粘土鉱物が微細に分散し
た状態のため、透明であることが可能である。従って、
ヒドロゲル又はその乾燥物に色のついた水溶液などを吸
収させる場合は、吸収の様子を光透過や光反射により検
知することが可能である特徴を有する。また予め、他の
有機成分や無機成分をヒドロゲル中に分散させておく場
合も、分散状態を明確に把握できる利点がある。
Although the dried organic-inorganic composite hydrogel of the present invention contains a clay mineral, it can be transparent because the clay mineral is finely dispersed. Therefore,
When a colored aqueous solution or the like is absorbed in a hydrogel or a dried product thereof, it is characterized in that the state of absorption can be detected by light transmission or light reflection. Also, when another organic component or inorganic component is dispersed in the hydrogel in advance, there is an advantage that the dispersion state can be clearly understood.

【0068】有機・無機複合ヒドロゲルはヒドロゲル又
は乾燥途中又はゲル乾燥体としてから、粉砕、分級、成
形などを行うことができ、搬送、加工及び使用目的に適
した形態をとることができる。具体的には、球状、鱗片
状、粉末状、フィルム状、繊維状、ペレット状などであ
る。また大きさについても、例えば粉末状の場合、平均
粒径が通常10〜1000μmのものが用いられるが、
特に限定されない。
The organic / inorganic composite hydrogel can be pulverized, classified, shaped, etc. from the hydrogel or during the drying or as a dried gel, and can be in a form suitable for transportation, processing and intended use. Specifically, it is in the form of a sphere, scale, powder, film, fiber, pellet, or the like. Regarding the size, for example, in the case of powder, those having an average particle size of usually 10 to 1000 μm are used,
There is no particular limitation.

【0069】有機・無機複合ヒドロゲル乾燥体は、水、
水溶液、湿気など水分と接触させることで再びヒドロゲ
ルに可逆的に戻すことができる。本発明の新規な有機・
無機複合ヒドロゲル及びその乾燥体は、生活用品、医薬
・医療、農業、土木、工業分野等の広い分野で有用であ
る。
The dried organic / inorganic composite hydrogel is composed of water,
It can be reversibly returned to the hydrogel again by contact with water such as aqueous solution and humidity. The novel organic compounds of the present invention
The inorganic composite hydrogel and its dried product are useful in a wide range of fields such as daily necessities, medicine / medical care, agriculture, civil engineering, and industrial fields.

【0070】[0070]

【実施例】次いで本発明を実施例により、より具体的に
説明するが、もとより本発明は、以下に示す実施例にの
み限定されるものではない。
EXAMPLES Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

【0071】(実施例1)粘土鉱物として、[Mg
5.34Li0.66Si20(OH)]Na
0.66の組成を有する水膨潤性合成ヘクトライト(商
標ラポナイトXLG、日本シリカ株式会社製)を100
℃で2時間真空乾燥して用いた。有機モノマーは、N−
イソプロピルアクリルアミド(IPAA:興人株式会社
製)をトルエンとヘキサンの混合溶媒(1/10重量
比)を用いて再結晶し無色針状結晶に精製してから用い
た。
(Example 1) As a clay mineral, [Mg
5.34Li0.66Si8O20(OH)4] Na +
0.66Water-swellable synthetic hectorite having the composition of
(Laponite XLG, manufactured by Nippon Silica Co., Ltd.)
Vacuum-dried at 2 ° C. for 2 hours before use. The organic monomer is N-
Isopropylacrylamide (IPAA: Kojin Co., Ltd.)
Manufactured by Toshiba) in a mixed solvent of toluene and hexane (1/10 weight
Ratio) and purified to colorless needle crystals before use
Was.

【0072】重合開始剤は、ペルオキソ二硫酸カリウム
(PPS:関東化学株式会社製)をPPS/水=0.3
84/20(g/g)の割合で純水で希釈し、水溶液に
して使用した。触媒は、N,N,N’,N’−テトラメチ
ルエチレンジアミン(TMEDA:関東化学株式会社
製)をTMEDA/水=160μl/20gの割合で薄
めて使用した。水はイオン交換水を蒸留した純水を用い
た。水は全て高純度窒素を予め3時間以上バブリングさ
せ含有酸素を除去してから使用した。
As the polymerization initiator, potassium peroxodisulfate (PPS: manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was prepared by adding PPS / water = 0.3
It was diluted with pure water at a ratio of 84/20 (g / g) and used as an aqueous solution. As the catalyst, N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (TMEDA: manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was diluted at a ratio of TMEDA / water = 160 μl / 20 g and used. As the water, pure water obtained by distilling ion-exchanged water was used. All water was used after bubbling high purity nitrogen for at least 3 hours to remove the contained oxygen.

【0073】20℃の恒温室において、内部を窒素置換
した内径25mm、長さ80mmの平底ガラス容器に、
純水16.96gとテフロン(登録商標)製攪拌子を入
れ、攪拌しながら0.662gのラポナイトXLGを気
泡が入らないように注意しながら少量ずつ加え、無色透
明の溶液を調製した。
In a constant temperature chamber at 20 ° C., a flat-bottomed glass container having an inner diameter of 25 mm and a length of 80 mm whose inside was replaced with nitrogen was placed
16.96 g of pure water and a Teflon (registered trademark) stirrer were put therein, and 0.662 g of Laponite XLG was added little by little while stirring so as to prevent air bubbles from entering, thereby preparing a colorless and transparent solution.

【0074】これにIPAA2.0gを加え5分間攪拌
して無色透明溶液を得た。次いで、PPS水溶液1.0
6gとTMEDA水溶液2.0gを攪拌して加え、15
秒ほど更に攪拌して(D)無色透明溶液を得た。(D)
の一部(3ml×3)を底の閉じた内径5.5mm、長
さ150mmのガラス管容器3本に酸素にふれないよう
にして移した後、上部に密栓をし、20℃で15時間静
置して重合を行った。
To this, 2.0 g of IPAA was added and stirred for 5 minutes to obtain a colorless and transparent solution. Next, an aqueous solution of PPS 1.0
6 g and 2.0 g of TMEDA aqueous solution were added with stirring, and
The mixture was further stirred for about 2 seconds to obtain (D) a colorless transparent solution. (D)
A portion (3 ml × 3) was transferred to three glass tube containers having a closed bottom with an inner diameter of 5.5 mm and a length of 150 mm so as not to be exposed to oxygen. The polymerization was carried out by standing still.

【0075】残りの溶液(D)も平底ガラス容器内で2
0℃、15時間静置し重合を行った。なお、これらの溶
液調製から重合までの操作は全て酸素を遮断した窒素雰
囲気下で行った。15時間後に平底ガラス容器内、及び
ガラス管容器内に弾力性、タフネスのある無色透明・均
一な円柱状、及び棒状のゲルが生成しており、両容器か
ら注意深く取り出した。
The remaining solution (D) was also placed in a flat-bottomed glass container.
The mixture was allowed to stand at 0 ° C. for 15 hours to carry out polymerization. The operations from the preparation of the solution to the polymerization were all performed in a nitrogen atmosphere in which oxygen was cut off. After 15 hours, elastic, tough, colorless, transparent and uniform columnar and rod-like gels were formed in the flat bottom glass container and the glass tube container, and were carefully removed from both containers.

【0076】ゲル中に粘土鉱物などによる不均一又は不
透明な凝集は何ら観測されなかった。ゲルを100℃の
真空乾燥機で重量一定になるまで乾燥させることによ
り、{C/(A+B)}×100=750重量%の水を
含むヒドロゲルであることがわかった。取り出したヒド
ロゲルに以下の精製操作を3回繰り返して、精製ヒドロ
ゲルを得た。
No uneven or opaque aggregation due to clay minerals or the like was observed in the gel. The gel was dried to a constant weight with a vacuum dryer at 100 ° C., and it was found that the hydrogel contained {C / (A + B)} × 100 = 750% by weight of water. The following purification operation was repeated three times on the removed hydrogel to obtain a purified hydrogel.

【0077】精製は(2Lの水に2日浸漬して取り出
し、次いで70℃の水1Lに2時間浸漬して取り出し)
を繰り返した。精製ヒドロゲルを100℃、減圧下にて
乾燥して水分を除いたヒドロゲル乾燥体を得た。ゲル乾
燥体を20℃に水に浸漬することにより、乾燥前と同じ
形状の弾性のあるヒドロゲルに戻ることが確認された。
The purification is carried out by immersing in 2 L of water for 2 days and then immersing in 1 L of water at 70 ° C. for 2 hours and removing.
Was repeated. The purified hydrogel was dried at 100 ° C. under reduced pressure to obtain a dried hydrogel from which water was removed. It was confirmed that when the dried gel was immersed in water at 20 ° C., it returned to an elastic hydrogel having the same shape as before drying.

【0078】ゲル乾燥体のKBr法によるフーリエ変換
赤外線吸収スペクトル(FT−IR)測定を行い(日本
分光株式会社製フーリエ変換赤外分光光度計FT/IR
−550を使用)、ポリ(N−イソプロピルアクリルア
ミド)に固有な赤外線吸収(例えば1460cm-1、1
550cm-1、1650cm-1、2920cm-1、29
70cm-1)及びラポナイトXLGに固有な赤外線吸収
(例えば460cm-1、650cm-1、1005c
-1)が観測された。
The dried gel was measured for Fourier transform infrared absorption spectrum (FT-IR) by the KBr method (Fourier transform infrared spectrophotometer FT / IR manufactured by JASCO Corporation).
-550), infrared absorption specific to poly (N-isopropylacrylamide) (eg, 1460 cm −1 , 1
550 cm −1 , 1650 cm −1 , 2920 cm −1 , 29
70cm -1) and Laponite XLG inherent infrared absorption (e.g. 460cm -1, 650cm -1, 1005c
m -1 ) was observed.

【0079】またゲル乾燥体の熱重量分析(セイコー電
子工業株式会社社製TG−DTA220:空気流通下、
10℃/分で600℃まで昇温)を行い、B/A=0.
333(重量比)を得た。
Thermogravimetric analysis of the dried gel (TG-DTA220, manufactured by Seiko Instruments Inc .:
The temperature was raised to 600 ° C. at a rate of 10 ° C./min), and B / A = 0.
333 (weight ratio) was obtained.

【0080】以上から、本実施例で得られたゲルは、仕
込み組成に沿った成分比を有する、有機高分子(ポリ
(N−イソプロピルアクリルアミド))と粘土鉱物と水
からなるヒドロゲルであること、有機高分子の合成にお
いて架橋剤を添加していないにもかかわらず、無色、透
明、均一なヒドロゲルとなること、ヒドロゲルから水分
を除いて得られるゲル乾燥体(固体)を水に浸漬するこ
とにより再びもとの形状のヒドロゲルに戻ること等か
ら、有機高分子と粘土鉱物が分子レベルで複合化した三
次元網目が水中で形成されていると結論された。なお、
粘土鉱物を共存させない以外は同様な条件で合成した有
機高分子は高分子水溶液となりヒドロゲルとはならなか
った。
As described above, the gel obtained in the present example is a hydrogel comprising an organic polymer (poly (N-isopropylacrylamide)), a clay mineral and water, having a component ratio according to the charged composition. A colorless, transparent, and uniform hydrogel can be obtained without adding a cross-linking agent in the synthesis of an organic polymer. By immersing a dried gel (solid) obtained by removing water from the hydrogel into water It was concluded that a three-dimensional network in which the organic polymer and the clay mineral were complexed at the molecular level was formed in water from the fact that the hydrogel returned to the original shape again. In addition,
The organic polymer synthesized under the same conditions except that no clay mineral coexisted became an aqueous polymer solution and did not become a hydrogel.

【0081】未精製の棒状の有機・無機複合ヒドロゲル
(断面積=0.237cm2)をチャック部での滑りの
無いようにして引っ張り試験装置(株式会社島津製作所
製、卓上型万能試験機AGS−H)に装着し、評点間距
離=20mm、引っ張り速度=100mm/分にて引っ
張り試験を行った結果、破断荷重が1.1N、破断伸び
が550%、引っ張り伸び100%での荷重が0.09
Nであった。
An unpurified rod-shaped organic / inorganic composite hydrogel (cross-sectional area = 0.237 cm 2 ) was tested without any slippage at the chuck portion (Table top universal testing machine AGS-, manufactured by Shimadzu Corporation). H), and a tensile test was performed at a distance between scores of 20 mm and a tensile speed of 100 mm / min. As a result, the breaking load was 1.1 N, the breaking elongation was 550%, and the load at 100% tensile elongation was 0. 09
N.

【0082】長さ10mmに切り出した棒状の有機/無
機複合ヒドロゲルを精製した後、20℃から50℃の範
囲の6点の温度の水に浸漬し、1日間静置して体積を測
定し、温度による膨潤、収縮の変化を測定した。結果
を、比較例4(有機架橋ヒドロゲル)の結果と合わせて
図1に示す。
After purifying a rod-shaped organic / inorganic composite hydrogel cut to a length of 10 mm, the rod was immersed in water at six temperatures ranging from 20 ° C. to 50 ° C., allowed to stand for one day, and its volume was measured. Changes in swelling and shrinking with temperature were measured. FIG. 1 shows the results together with the results of Comparative Example 4 (organic crosslinked hydrogel).

【0083】本実施例で得られた有機・無機複合ヒドロ
ゲルは上記のようなタフネスを持つと共に臨界温度(T
c)を有し、Tc以下の温度では膨潤し、Tc以下の温
度では収縮した。20℃と50℃での膨潤時と収縮時の
体積比は24の高い値を示した。
The organic / inorganic composite hydrogel obtained in this example has the above toughness and the critical temperature (T
c), swelling at a temperature below Tc, and shrinking at a temperature below Tc. The volume ratio between swelling and shrinking at 20 ° C. and 50 ° C. showed a high value of 24.

【0084】平底ガラス容器から取り出した円柱状の有
機・無機複合ヒドロゲルを精製した後、20℃〜50℃
の5点の温度での水に浸漬したものを厚み2mmで切り
出し、日本電色工業株式会社製NDH−300Aを用い
て光透過率測定を行った。結果を比較例4の結果と併せ
て図2に示す。本実施例で得られた有機・無機複合ヒド
ロゲルはTcを境にして明確な透明性の変化を示し、T
c以下の温度で高い透明性を、Tc以下の温度で不透明
(白濁)となった。
After purifying the columnar organic-inorganic composite hydrogel taken out of the flat bottom glass container, the temperature was 20 ° C. to 50 ° C.
What was immersed in water at the temperature of 5 points was cut out at a thickness of 2 mm, and the light transmittance was measured using NDH-300A manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. The results are shown in FIG. 2 together with the results of Comparative Example 4. The organic / inorganic composite hydrogel obtained in this example shows a clear change in transparency at the boundary of Tc.
The film became highly transparent at a temperature of c or lower and became opaque (cloudy) at a temperature of Tc or lower.

【0085】(実施例2〜4)粘土鉱物(ラポナイトX
LG)の量を0.132g(実施例2)、0.264g
(実施例3)、1.322g(実施例4)に変えた以外
は、実施例1と同様にして重合を行い、有機・無機複合
ヒドロゲルを調製した。実施例2〜4では、いずれも室
温で無色透明な均一ヒドロゲルが得られた。
Examples 2 to 4 Clay mineral (Laponite X)
LG) in an amount of 0.132 g (Example 2), 0.264 g
(Example 3) Polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that the amount was changed to 1.322 g (Example 4) to prepare an organic / inorganic composite hydrogel. In Examples 2 to 4, colorless and transparent uniform hydrogels were obtained at room temperature.

【0086】実施例1と同様にして測定したヒドロゲル
評価結果を以下に示す。{C/(A+B)}×100は
940重量%(実施例2)、880重量%(実施例
3)、600重量%(実施例4)、またB/A比は0.
065(実施例2)、0.135(実施例3)、0.6
6(実施例4)であった。
The results of the hydrogel evaluation measured in the same manner as in Example 1 are shown below. {C / (A + B)} × 100 is 940% by weight (Example 2), 880% by weight (Example 3), 600% by weight (Example 4), and the B / A ratio is 0.1%.
065 (Example 2), 0.135 (Example 3), 0.6
6 (Example 4).

【0087】得られたヒドロゲルの温度を上昇させる
と、いずれも35℃付近に臨界温度(Tc)を有し、T
c以下では無色透明で、Tc以上では白濁不透明になり
収縮した。20℃と50℃の水中での膨潤時と収縮時の
体積比は31(実施例2)と13(実施例4)であっ
た。また、収縮は温度変化により1分以内の短い時間で
起こり、膨潤も比較例3より短時間で生じた。
When the temperature of the obtained hydrogel was increased, all of them had a critical temperature (Tc) around 35 ° C.
When the temperature was equal to or less than c, the film was colorless and transparent. The volume ratio between the times of swelling and shrinking in water at 20 ° C. and 50 ° C. was 31 (Example 2) and 13 (Example 4). The shrinkage occurred in a short time within 1 minute due to the temperature change, and the swelling occurred in a shorter time than in Comparative Example 3.

【0088】また引っ張り試験測定の結果は、破断荷重
が0.65N(実施例3)、7.0N(実施例4)、破
断伸びが430%(実施例3)、650%(実施例
4)、伸び100%での荷重が0.033N(実施例
3)、0.40N(実施例4)であった。また得られた
ヒドロゲルを5mm角に切断後、20℃の水中で平衡膨
潤させたヒドロゲルに含まれる水含有率{Cmax/
(A+B)}×100は、11300重量%(実施例
2)、7200重量%(実施例3)、5000重量%
(実施例4)であった。
The results of the tensile test were as follows: breaking load was 0.65 N (Example 3), 7.0 N (Example 4), breaking elongation was 430% (Example 3), 650% (Example 4). The load at an elongation of 100% was 0.033 N (Example 3) and 0.40 N (Example 4). Further, after cutting the obtained hydrogel into 5 mm squares, the water content of the hydrogel which was equilibrium-swelled in water at 20 ° C. ΔCmax /
(A + B)} × 100 is 11300% by weight (Example 2), 7200% by weight (Example 3), 5000% by weight
(Example 4).

【0089】(実施例5〜7)有機モノマーとして、実
施例5では前記のIPAAを、実施例6ではN,N−ジ
メチルアクリルアミド(DMAA:和光純薬工業株式会
社)を、実施例7ではN,N−ジエチルアクリルアミド
(DEAA:和光純薬工業株式会社)を用いた。なお、
DMAA及びDEAAはシリカゲルカラム(メルク社
製)を有機モノマー100mlに対して80mlの容積
で用いて重合禁止剤を取り除いてから使用した。
(Examples 5 to 7) As the organic monomer, the IPAA described above was used in Example 5, N, N-dimethylacrylamide (DMAA: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used in Example 6, and NAA was used in Example 7. , N-diethylacrylamide (DEAA: Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was used. In addition,
DMAA and DEAA were used after removing the polymerization inhibitor using a silica gel column (manufactured by Merck) at a volume of 80 ml per 100 ml of organic monomer.

【0090】20℃の恒温室において、内部を窒素置換
した内径25mm、長さ80mmの平底ガラス容器に、
純水18.96gとテフロン製攪拌子を入れ、攪拌しな
がら0.662gのラポナイトXLGを気泡が入らない
ように注意しながら少量ずつ加え、無色透明の溶液を調
製した。これにIPAA2.0g(実施例5)、又はD
MAA2.0g(実施例6)、又はDEAA2.0g
(実施例7)を加え無色透明溶液になるまで攪拌した。
In a constant temperature chamber at 20 ° C., a flat-bottomed glass container having an inner diameter of 25 mm and a length of 80 mm whose inside was replaced with nitrogen was placed
18.96 g of pure water and a stirrer made of Teflon were added, and 0.662 g of Laponite XLG was added little by little while stirring so as to prevent air bubbles from entering, thereby preparing a colorless and transparent solution. 2.0 g of IPAA (Example 5) or D
2.0 g of MAA (Example 6) or 2.0 g of DEAA
(Example 7) was added and the mixture was stirred until a colorless and transparent solution was obtained.

【0091】これにTMEDA160μlを加え、次い
で、PPS水溶液1.06gを攪拌して加え、5分間攪
拌して無色透明溶液(D’)を得た。(D’)溶液から
攪拌子を取り除き、密栓状態にして20℃で静置し、系
全体をゲル化(容器を横にしても内容物が動かない状
態)させた。以上の操作は全て酸素を遮断した窒素雰囲
気下で行った。その後、N2雰囲気を保ちながら70℃
の水槽中で2時間静置し重合した。2時間後、平底ガラ
ス容器に生成した円柱状のゲルを容器から注意深く取り
出した。
To this, 160 μl of TMEDA was added, followed by stirring with 1.06 g of an aqueous PPS solution, followed by stirring for 5 minutes to obtain a colorless and transparent solution (D ′). (D ′) The stirrer was removed from the solution, the solution was sealed, and the solution was allowed to stand at 20 ° C. to gel the entire system (the contents did not move even when the container was placed horizontally). All of the above operations were performed in a nitrogen atmosphere in which oxygen was cut off. Then, while maintaining the N 2 atmosphere, 70 ℃
And left standing for 2 hours in a water bath to polymerize. After 2 hours, the columnar gel formed in the flat bottom glass container was carefully removed from the container.

【0092】実施例5と実施例7は弾力性、タフネスの
ある均一白濁ゲルが、実施例6では同じく弾力性、タフ
ネスのある透明ゲルが得られた。白濁ゲル中に粘土鉱物
などによる不均一又は不透明な凝集はいずれも観測され
なかった。
In Examples 5 and 7, a uniform opaque gel having elasticity and toughness was obtained. In Example 6, a transparent gel having elasticity and toughness was obtained. No heterogeneous or opaque aggregation due to clay minerals or the like was observed in the cloudy gel.

【0093】実施例1と同様にして測定した{C/(A
+B)}×100はいずれも750重量%、B/Aはい
ずれも0.33であり、有機高分子、粘土鉱物、水から
なる均一な有機/無機複合ヒドロゲルであることがわか
った。実施例5と実施例7の白濁ヒドロゲルは温度を下
げても透明に変化することはなかった。また実施例6の
透明ヒドロゲルは温度を0〜70℃で変化させても白濁
することなく、透明のままであった。
ΔC / (A) measured in the same manner as in Example 1.
+ B) Δ × 100 was 750% by weight in all cases, and B / A was 0.33 in all cases, indicating that the organic / inorganic composite hydrogel was composed of an organic polymer, a clay mineral, and water. The cloudy hydrogels of Example 5 and Example 7 did not change to transparent even when the temperature was lowered. In addition, the transparent hydrogel of Example 6 remained transparent without becoming cloudy even when the temperature was changed from 0 to 70 ° C.

【0094】(実施例8〜12)有機モノマーとして、
実施例8では前記のN−イソプロピルアクリルアミド
(IPAA)を、実施例9では前記のN,N−ジメチル
アクリルアミド(DMAA)を、実施例10では前記の
N,N−ジエチルアクリルアミド(DEAA)を、実施
例11ではアクリロイルモルフォリン(ACMO;興人
株式会社製)を、実施例12ではN,N−ジメチルアミ
ノプロピルアクリルアミド(DMAPA;興人株式会社
製)を用いた。
Examples 8 to 12 As organic monomers,
In Example 8, the N-isopropylacrylamide (IPAA) was used. In Example 9, the N, N-dimethylacrylamide (DMAA) was used. In Example 10, the N, N-diethylacrylamide (DEAA) was used. In Example 11, acryloylmorpholine (ACMO; manufactured by Kojin Co., Ltd.) was used, and in Example 12, N, N-dimethylaminopropylacrylamide (DMAPA; manufactured by Kojin Co., Ltd.) was used.

【0095】なお、IPAA(実施例8)は、IPAA
の0.75倍量(重量比)のトルエンを加え、40℃で
溶解後室温に戻してから7.5倍量(重量比)のヘキサ
ンを加え良く攪拌し、針状の無色結晶を得た。最後に溶
媒を濾過と室温真空乾燥により取り除いて得たIPAA
を使用した。DMAA(実施例9)、DEAA(実施例
10)及びACMO(実施例11)は実施例6及び実施
例7と同様にして重合禁止剤を取り除いて使用した。
Note that IPAA (Embodiment 8)
0.75 times (weight ratio) of toluene was added, the mixture was dissolved at 40 ° C., and after returning to room temperature, 7.5 times (weight ratio) of hexane was added and stirred well to obtain needle-like colorless crystals. . Finally, IPAA obtained by removing the solvent by filtration and vacuum drying at room temperature
It was used. DMAA (Example 9), DEAA (Example 10) and ACMO (Example 11) were used in the same manner as in Examples 6 and 7 except that the polymerization inhibitor was removed.

【0096】またDMAPA(実施例12)はアセトン
をDMAPAの20体積%加え、粘性を低くしてから活
性アルミナカラム(80cc/100mlモノマー)で
重合禁止剤を取り除き、その後、ロータリーエバポレー
ターでアセトンを取り除いて使用した。
For DMAPA (Example 12), acetone was added by 20% by volume of DMAPA to lower the viscosity, then the polymerization inhibitor was removed with an activated alumina column (80 cc / 100 ml monomer), and then the acetone was removed with a rotary evaporator. Used.

【0097】使用する水は全てイオン交換水を蒸留した
純水に、予め高純度窒素ガスを3時間以上バブリングさ
せ、含有酸素を除去してから使用した。なお、本実施例
においては重合前の全ての操作(溶液準備からヒドロゲ
ルを取り出すまでの全操作)を酸素を除去した窒素雰囲
気又は窒素気流下で行った。また触媒及び開始剤水溶液
の準備においても上記操作と同様に酸素を遮断した窒素
雰囲気で行った。
All the water used was pure water obtained by distilling ion-exchanged water, and high-purity nitrogen gas was bubbled therein for at least 3 hours to remove the contained oxygen. In this example, all operations before polymerization (all operations from solution preparation to removal of the hydrogel) were performed in a nitrogen atmosphere or a nitrogen stream from which oxygen was removed. The preparation of the catalyst and the aqueous solution of the initiator was also performed in a nitrogen atmosphere in which oxygen was cut off in the same manner as the above operation.

【0098】20℃の水浴中に設置した内部を窒素置換
した二口フラスコに、上記の溶存酸素を除去した純水8
5.3gとテフロン攪拌子を入れ、攪拌しながら2.9
8gのラポナイトXLGを気泡が入らないように注意し
ながら少量ずつ加え、無色透明の溶液を調製した。これ
にIPAA9.0g(実施例8)、又はDMAA9.0
g(実施例9)、又はDEAA9.0g(実施例1
0)、又はACMO9.0g(実施例11)、又はDM
APA9.0g(実施例12)を加え、均一透明溶液に
なるまで攪拌した。
In a two-necked flask whose inside was replaced with nitrogen and placed in a water bath at 20 ° C., pure water 8 from which the dissolved oxygen had been removed was added.
Put 5.3 g and a Teflon stirrer, and stir 2.9
8 g of Laponite XLG was added little by little while taking care not to introduce air bubbles, to prepare a colorless and transparent solution. This was added to 9.0 g of IPAA (Example 8) or 9.0 A of DMAA.
g (Example 9) or 9.0 g of DEAA (Example 1)
0), or 9.0 g of ACMO (Example 11), or DM
9.0 g of APA (Example 12) was added, and the mixture was stirred until a uniform transparent solution was obtained.

【0099】XLG/モノマーの重量比はいずれも0.
331である。ついで、フラスコを氷浴中にて冷却した
状態にして、別途、氷浴冷却していたTMEDA72μ
lを加え30秒間攪拌させた後、次いで、同様に別途、
氷浴中で冷却していた実施例1と同じPPS水溶液4.
77gを攪拌して加え、30秒間攪拌させ均一透明溶液
を得た。該溶液を15℃の水浴で20時間静置し重合を
完了させた。
The weight ratio of XLG / monomer was 0.1.
331. Then, the flask was cooled in an ice bath, and TMEDA 72 μm, which had been separately cooled in an ice bath, was used.
1 and stirred for 30 seconds, and then similarly separately,
3. The same PPS aqueous solution as in Example 1 which was cooled in an ice bath.
77 g was added with stirring, and the mixture was stirred for 30 seconds to obtain a uniform transparent solution. The solution was left standing in a 15 ° C. water bath for 20 hours to complete the polymerization.

【0100】実施例8から実施例12のいずれにおいて
もフラスコ内に、系全体がゲル化(容器を横にしても内
容物が動かない状態)した弾力性のあるヒドロゲルが得
られた。ヒドロゲル中に不均一又は不透明な粘土鉱物や
ポリマーによる凝集はいずれも観測されなかった。重合
して得られたヒドロゲルの透明性を氷浴温度(約1℃)
にて調べた結果、実施例8、9、11及び12が均一透
明で、実施例10が均一な半透明であった。
In each of Examples 8 to 12, an elastic hydrogel in which the entire system was gelled (the contents did not move even when the container was placed sideways) was obtained in the flask. No heterogeneous or opaque aggregation of clay minerals or polymers was found in the hydrogel. The transparency of the hydrogel obtained by polymerization is determined by the ice bath temperature (about 1 ° C).
As a result, Examples 8, 9, 11, and 12 were uniformly transparent, and Example 10 was uniformly translucent.

【0101】厚み25mmにカットしたヒドロゲルの可
視光での光透過率を日本電色工業株式会社製NDH−3
00Aを用いて測定した結果、全透過率が95%(実施
例8)、81%(実施例9)、40%(実施例10)、
85%(実施例11)、90%(実施例12)であっ
た。
The transmittance of visible light of the hydrogel cut to a thickness of 25 mm was measured using NDH-3 manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.
As a result of measurement using 00A, the total transmittance was 95% (Example 8), 81% (Example 9), 40% (Example 10),
It was 85% (Example 11) and 90% (Example 12).

【0102】次いで、氷浴を50℃の温水浴に変えて透
明性変化を調べた。実施例9、11及び12では透明性
は殆ど変化しなかったが、実施例8と実施例10では共
に全透過率が10%以下の不透明に変化した。
Next, the ice bath was changed to a warm water bath at 50 ° C., and the change in transparency was examined. In Examples 9, 11 and 12, the transparency was hardly changed, but in Examples 8 and 10, the total transmittance was changed to opaque with a total transmittance of 10% or less.

【0103】一方、重合して得られたヒドロゲルを直径
5.5mm、長さ30mmの棒状に切り出し、厚み方向
に1/3及び1/5にまで圧縮する試験と、長さ方向に
2倍及び4倍にまで延伸する試験と、長さ中心点で10
0度、150度及びそれ以上の角度に曲げ変形する試験
を行った。その結果、実施例9〜12のいずれのサンプ
ルも上記の試験において、形状が破壊されたり、クラッ
クが生じたり、欠損が生じることはなく、元の状態に戻
った。
On the other hand, a hydrogel obtained by polymerization was cut into a rod shape having a diameter of 5.5 mm and a length of 30 mm, and was compressed to 1/3 and 1/5 in the thickness direction. Test to stretch to 4 times and 10 at center of length
A test for bending deformation at 0, 150 and more angles was performed. As a result, in each of the samples of Examples 9 to 12, in the above-mentioned test, the shape was not broken, cracks occurred, or defects did not occur, and the samples returned to the original state.

【0104】また曲げ変形試験では180度以上の変形
でもいずれも破壊、クラックなどが生じることなく、試
験後もとの状態に戻った。さらに得られたヒドロゲルを
直径5.5mm(断面積0.237cm)、長さ50
mmに切り出し、上下10mmを傷つけず、且つ滑らぬ
ように丸形のサンドペーパーで挟み、実施例1と同じ引
っ張り試験装置を用いて、標点間距離=30mm、引っ
張り速度=100mm/分にて引っ張り試験を行った。
Further, in the bending deformation test, even in the case of a deformation of 180 ° or more, none of them was broken or cracked, and returned to the original state after the test. Further, the obtained hydrogel was 5.5 mm in diameter (0.237 cm 2 in cross-sectional area) and 50 in length.
mm, the upper and lower 10 mm are not damaged and are sandwiched between round sandpapers so as not to slip, and using the same tensile test apparatus as in Example 1, at a distance between gauge points = 30 mm and a pulling speed = 100 mm / min. A tensile test was performed.

【0105】その結果、実施例8では破断荷重が2.9
N、破断伸びが1001%、引っ張り伸び100%での
荷重が0.103Nであり、実施例9では破断荷重が
2.4N、破断伸びが1112%、引っ張り伸び100
%での荷重が0.089Nであり、実施例10では破断
荷重が4.8N、破断伸びが892%、引っ張り伸び1
00%での荷重が0.173Nであった。
As a result, in Example 8, the breaking load was 2.9.
N, the breaking elongation was 1001%, and the load at 100% tensile elongation was 0.103N. In Example 9, the breaking load was 2.4N, the breaking elongation was 1112%, and the tensile elongation was 100%.
%, The breaking load was 4.8 N, the breaking elongation was 892%, and the tensile elongation was 1 in Example 10.
The load at 00% was 0.173N.

【0106】また、得られたヒドロゲルを5mm角に切
断後、20℃水中で平衡膨潤させたヒドロゲルに含まれ
る水含有率{Cmax/(A+B)}×100は、62
00重量%(実施例8)、5000重量%(実施例
9)、3700重量%(実施例10)、4700重量%
(実施例11)であった。また、実施例1と同様に精製
して得られた乾燥体の重量測定により、モノマーの重合
収率は実施例8〜11のいずれもが99%以上であり、
高い収率であることが示された。
The water content {Cmax / (A + B)} × 100 contained in the hydrogel obtained by cutting the obtained hydrogel into 5 mm square and swelling equilibrium in water at 20 ° C. is 62.
00% by weight (Example 8), 5000% by weight (Example 9), 3700% by weight (Example 10), 4700% by weight
(Example 11). The weight of the dried product obtained by purification in the same manner as in Example 1 was measured, and the polymerization yield of the monomer was 99% or more in all of Examples 8 to 11,
High yields were shown.

【0107】(実施例13)有機モノマーとしてエタノ
ールとトルエンを用いて精製したアクリルアミド(AA
M:関東化学株式会社製)3.15gを用いること、水
膨潤性粘土鉱物XLGを2.8g用いること(XLG/
モノマー=0.89重量比)、水として計50gを用い
ること、開始剤としてペルオキソ二硫酸カリウムを0.
05g用いること、触媒としてN、N’−メチレンビス
アクリルアミドを40μl用いること、及び重合温度を
23℃にしたこと以外は、実施例8と同様にして重合実
験及び評価試験を行った。
(Example 13) Acrylamide (AA) purified using ethanol and toluene as organic monomers
M: manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) 3.15 g, water-swellable clay mineral XLG 2.8 g (XLG /
Monomer = 0.89 weight ratio), using a total of 50 g as water, and using potassium peroxodisulfate as an initiator in 0.1 g.
A polymerization experiment and an evaluation test were performed in the same manner as in Example 8, except that 05 g was used, N, N'-methylenebisacrylamide was used as a catalyst, and 40 μl of the polymerization temperature was set to 23 ° C.

【0108】その結果、測定温度1℃での透明性(全透
過率)が25mm厚において85%であり、且つタフネ
スのある均一透明な有機・無機複合ヒドロゲルが得られ
た。また透明性の測定温度を50℃にしても全透過率は
殆ど変化しなかった。
As a result, a transparent (organic / inorganic) composite hydrogel having a transparency (total transmittance) at a measurement temperature of 1 ° C. and a toughness of 85% at a thickness of 25 mm and having a toughness was obtained. Even when the temperature for measuring the transparency was set to 50 ° C., the total transmittance hardly changed.

【0109】(実施例14)粘土鉱物としてXLGを
1.788g用いること、またそれと共に有機架橋剤
(N、N’−メチレンビスアクリルアミド:BIS:関
東化学株式会社製)を有機モノマーの0.5モル%用い
ること、重合温度を30℃とすること以外は実施例9と
同様にして重合溶液の調製及び重合実験と評価試験を行
った。
(Example 14) 1.788 g of XLG was used as a clay mineral, and an organic crosslinking agent (N, N'-methylenebisacrylamide: BIS: manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was used in combination with 0.5% of organic monomer Preparation of a polymerization solution, polymerization experiment and evaluation test were carried out in the same manner as in Example 9 except that mol% was used and the polymerization temperature was 30 ° C.

【0110】その結果、透明で且つタフネスのある有機
・無機複合ヒドロゲルゲルが得られた。厚さ25mmで
の全透過率(測定温度1℃)は90%であり、測定温度
を50℃にしても殆ど透明性は変化しなかった。直径
5.5mm、長さ30mmに切り出した棒状ヒドロゲル
は厚み方向1/5までの圧縮変形試験、また長さ方向4
倍の延伸変形試験、また長さ中心での180度までの曲
げ変形試験のいずれにおいても、形状が破壊されること
はなく、試験後もとの形状に戻った。
As a result, a transparent and tough organic-inorganic composite hydrogel gel was obtained. The total transmittance at a thickness of 25 mm (measuring temperature 1 ° C.) was 90%, and the transparency was hardly changed even when the measuring temperature was 50 ° C. A rod-shaped hydrogel cut to 5.5 mm in diameter and 30 mm in length was subjected to a compression deformation test up to 1/5 in the thickness direction, and to a length of 4 mm.
In each of the double stretching deformation test and the bending deformation test up to 180 degrees at the center of the length, the shape was not broken and returned to the original shape after the test.

【0111】(実施例15〜17)水の代わりに水とメ
タノールの混合溶媒を用いること、水:メタノールの混
合溶媒比率(重量比)が80:20(実施例15)、6
0:40(実施例16)、40:60(実施例17)で
あること、及び重合温度を15℃とすること以外は、実
施例2と同様にして、重合実験を行った。
(Examples 15 to 17) A mixed solvent of water and methanol was used instead of water, and the mixed solvent ratio (weight ratio) of water: methanol was 80:20 (Example 15).
A polymerization experiment was performed in the same manner as in Example 2 except that the ratios were 0:40 (Example 16), 40:60 (Example 17), and the polymerization temperature was 15 ° C.

【0112】その結果、実施例15〜17のいずれにお
いてもポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)とXL
Gと水とメタノールとからなる均一でタフネスのある有
機・無機複合ヒドロゲルが得られた。重合後のヒドロゲ
ルの透明性(氷浴温度:約1℃で測定)は、実施例15
が透明、実施例16と17が不透明であった。特に実施
例17は完全な白色であった。
As a result, in each of Examples 15 to 17, poly (N-isopropylacrylamide) and XL
A uniform and tough organic-inorganic composite hydrogel composed of G, water and methanol was obtained. The transparency of the hydrogel after polymerization (measured at an ice bath temperature of about 1 ° C.) was determined in Example 15.
Was transparent and Examples 16 and 17 were opaque. In particular, Example 17 was completely white.

【0113】その後、実施例1と同様な方法により純水
を用いて精製を行った。精製後、20℃の水中で膨潤さ
せた有機・無機複合ヒドロゲルを用いて、水温を変化さ
せてTcを測定した。その結果、実施例15〜17で得
られた有機・無機複合ヒドロゲルはいずれも33℃に臨
界温度(Tc)を示し、それより以下の温度では無色透
明で膨潤しており、Tc以上では白色不透明へ変化し、
体積収縮を生じた。
Thereafter, purification was carried out in the same manner as in Example 1 using pure water. After purification, Tc was measured using an organic / inorganic composite hydrogel swollen in water at 20 ° C. while changing the water temperature. As a result, all of the organic / inorganic composite hydrogels obtained in Examples 15 to 17 exhibited a critical temperature (Tc) at 33 ° C., below which colorless and transparent and swollen, and above Tc, white and opaque. Changes to
Volume contraction occurred.

【0114】以上の結果より、水と水と混和する有機溶
媒との混合溶媒を用いても、本発明における有機・無機
複合ヒドロゲルが得られることが示された。なお、乾燥
体の熱重量分析の結果、B/A(重量比)はいずれも
0.066であった。
From the above results, it was shown that the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention can be obtained even when a mixed solvent of water and an organic solvent miscible with water is used. As a result of thermogravimetric analysis of the dried product, B / A (weight ratio) was 0.066 in all cases.

【0115】(実施例18〜21)重合温度が50℃で
あること以外は実施例18では実施例8と、実施例19
では実施例9と、実施例20では実施例10と、実施例
21では実施例11と同様にして重合を行い、いずれも
タフネスのある均一な有機・無機複合ヒドロゲルを得
た。
(Examples 18 to 21) In Example 18, except that the polymerization temperature was 50 ° C., Example 8 and Example 19
Then, polymerization was carried out in the same manner as in Example 9, Example 20, Example 10 and Example 21 in Example 11, and a uniform organic / inorganic composite hydrogel having toughness was obtained in each case.

【0116】重合直後の重合温度における透明性は実施
例19及び実施例21では透明、実施例18と実施例2
0では白色不透明であった。その後、1℃まで冷却した
場合、実施例18、実施例19、実施例21では透明、
実施例20では不透明〜半透明であった。得られたヒド
ロゲルを厚み25mmにカットして1℃にて測定した可
視光の全透過率は84%(実施例18)、93%(実施
例19)、30%(実施例20)、88%(実施例2
1)であった。
The transparency at the polymerization temperature immediately after the polymerization was transparent in Examples 19 and 21, and Example 18 and Example 2 were transparent.
At 0, it was white and opaque. Then, when cooled to 1 ° C., Examples 18, 19 and 21 are transparent,
Example 20 was opaque to translucent. The resulting hydrogel was cut to a thickness of 25 mm and the total transmittance of visible light measured at 1 ° C. was 84% (Example 18), 93% (Example 19), 30% (Example 20), 88% (Example 2
1).

【0117】(実施例22)有機モノマーとして、N−
イソプロピルアクリルアミド(IPAA)を4.5g、
N,N−ジメチルアクリルアミド(DMAA)を3.9
4g用いる以外は実施例8と同様にして、水(85.3
g)、XLG(2.98g)、TMEDA(72μ
l)、PPS(水溶液で4.77g)を含む均一溶液を
調製し、15℃で重合させた。弾力性のある均一な半透
明のヒドロゲルが得られた。
Example 22 As an organic monomer, N-
4.5 g of isopropylacrylamide (IPAA),
3.9 N, N-dimethylacrylamide (DMAA)
Water (85.3) was prepared in the same manner as in Example 8 except that 4 g was used.
g), XLG (2.98 g), TMEDA (72 μm)
l), a homogeneous solution containing PPS (4.77 g as an aqueous solution) was prepared and polymerized at 15 ° C. A resilient, uniform, translucent hydrogel was obtained.

【0118】ヒドロゲル中に不均一又は不透明な粘土鉱
物やポリマーによる凝集はいずれも観測されなかった。
重合して得られたヒドロゲルを25mm幅にカットし、
その透明性を温度を変化させながら測定した結果、半透
明(全透過率40〜35%程度)から不透明(全透過率
5%以下)への変化(LCST)が約40℃〜50℃に
て生じた。IPAA単独を用いた実施例8では32℃〜
34℃で透明(全透過率90%)から、不透明(全透過
率6%)まで急速に変化したのに比べると、変化は高温
側にずれるとともに、幅広くなった。
No aggregation due to heterogeneous or opaque clay minerals or polymers was observed in the hydrogel.
Cut the hydrogel obtained by polymerization to a width of 25 mm,
As a result of measuring the transparency while changing the temperature, a change (LCST) from semi-transparent (total transmittance of about 40 to 35%) to opaque (total transmittance of 5% or less) was obtained at about 40 ° C to 50 ° C. occured. In Example 8 using IPAA alone, 32 ° C.
At 34 ° C., the change shifted from a transparent state (total transmittance: 90%) to an opaque state (total transmittance: 6%) rapidly, and the change shifted to a higher temperature side and became wider.

【0119】一方、重合して得られたヒドロゲルを直径
5.5mm、長さ30mmの棒状に切り出し、厚み方向
に1/3及び1/5にまで圧縮する試験と、長さ方向に
2倍及び4倍まで延伸する試験と、長さ中心点で100
度、150度及びそれ以上の角度に曲げ変形する試験を
行った。その結果、いずれの試験においても、形状が破
壊されたり、クラックが生じたり、欠損が生じることは
なく、元の状態に戻った。また曲げ変形試験では180
度以上の変形でもいずれも破壊、クラックなどが生じる
ことなく、試験後、元の状態に戻った。
On the other hand, a hydrogel obtained by polymerization was cut into a rod shape having a diameter of 5.5 mm and a length of 30 mm, and was compressed to 1/3 and 1/5 in the thickness direction. Test to stretch to 4 times and 100 at center of length
, 150 ° and more. As a result, in each of the tests, the shape returned to its original state without being destroyed, cracked, or broken. In the bending deformation test, 180
After the test, the specimen returned to the original state without breaking, cracking, etc.

【0120】(実施例23及び24)水膨潤性粘土鉱物
XLGと有機モノマーIPAAの量を、実施例23では
XLG=2.98g、IPAA=0.45g、XLG/
IPAA=6.62重量比であること、実施例24では
XLG=0.0596g、IPAA=4.5g、XLG
/IPAA=0.013としたこと以外は、いずれも実
施例8と同様にして実験を行った。その結果、実施例2
3も実施例24も、均一溶液を調製でき、また重合の結
果、均一な透明ゲルが得られた。厚み25mmにカット
したゲルの全透過率は95.1%(実施例23)と9
8.2%(実施例24)であった。
(Examples 23 and 24) The amounts of the water-swellable clay mineral XLG and the organic monomer IPAA were determined. In Example 23, XLG = 2.98 g, IPAA = 0.45 g, XLG /
IPAA = 6.62 weight ratio, and in Example 24, XLG = 0.0596 g, IPAA = 4.5 g, XLG
An experiment was performed in the same manner as in Example 8 except that / IPAA was set to 0.013. As a result, Example 2
In both Example 3 and Example 24, a homogeneous solution could be prepared, and as a result of polymerization, a uniform transparent gel was obtained. The total transmittance of the gel cut to a thickness of 25 mm was 95.1% (Example 23) and 9
8.2% (Example 24).

【0121】(実施例25及び26)水膨潤性粘土鉱物
としてXLGの代わりに実施例25ではXLS(XLS
に6重量%のピロリン酸ナトリウムを解膠剤を含ませた
もの:日本シリカ工業株式会社製)、実施例26では合
成スメクタイトSWN(コープケミカル株式会社製)を
用いる以外は、いずれも実施例8と同様にして実験を行
った。その結果、実施例25も実施例26も、均一溶液
を調製でき、また重合の結果、均一な透明ゲルが得られ
た。厚み25mmにカットしたゲルの全透過率は90.
4%(実施例25)と83.8%(実施例26)であっ
た。
(Examples 25 and 26) Instead of XLG as a water-swellable clay mineral, Example 25 uses XLS (XLS
In which 6% by weight of sodium pyrophosphate was added with a deflocculant: Nippon Silica Kogyo Co., Ltd .; in Example 26, synthetic smectite SWN (manufactured by Corp Chemical Co., Ltd.) was used. An experiment was performed in the same manner as described above. As a result, in both Example 25 and Example 26, a homogeneous solution could be prepared, and as a result of polymerization, a uniform transparent gel was obtained. The total transmittance of the gel cut to a thickness of 25 mm is 90.
4% (Example 25) and 83.8% (Example 26).

【0122】(比較例1)粘土鉱物を添加しないこと以
外は実施例1と同様にして、20℃で15時間重合を行
った。平底ガラス容器及びガラス管容器のいずれでも、
ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)が水に溶解し
た無色透明溶液が得られたのみで、ゲルは生じなかっ
た。また、溶液の温度を上昇させると約32℃以上で白
濁したポリマーゲルが水と分離した状態で得られ、次い
で温度を20℃に下げると再び水溶液に戻った。
Comparative Example 1 Polymerization was carried out at 20 ° C. for 15 hours in the same manner as in Example 1 except that no clay mineral was added. For both flat bottom glass containers and glass tube containers,
Only a colorless and transparent solution of poly (N-isopropylacrylamide) dissolved in water was obtained, and no gel was formed. When the temperature of the solution was raised, a polymer gel which became cloudy at about 32 ° C. or higher was obtained in a state separated from water, and when the temperature was lowered to 20 ° C., the solution returned to an aqueous solution again.

【0123】尚、得られた溶液中のポリマーの確認は5
Lの水に薄め、50℃の水槽中に保持して、溶解物を白
濁凝集させ、遠心分離(20℃、10,000rpm、
60分)にて分離し、更に、水、アセトン、ヘキサンを
用いて再沈精製を行った後のサンプルの分析(赤外線吸
収スペクトル測定、核磁気共鳴スペクトル測定)により
行った。
Incidentally, the confirmation of the polymer in the obtained solution was 5
L, diluted in water and kept in a water bath at 50 ° C. to make the lysate cloudy and aggregated, and centrifuged (20 ° C., 10,000 rpm,
(60 minutes), and further subjected to reprecipitation and purification using water, acetone, and hexane, followed by analysis of the sample (infrared absorption spectrum measurement, nuclear magnetic resonance spectrum measurement).

【0124】(比較例2)NaOHを添加してpH11
にした以外は比較例1と同様にして、重合を行った結
果、比較例1と同様にポリ(N−イソプロピルアクリル
アミド)の無色透明溶液が得られゲルは一切生じなかっ
た。このことより、実施例1の粘土鉱物添加に伴うpH
増加の影響が無いことが確認された。
(Comparative Example 2) NaOH was added to adjust pH 11
Polymerization was carried out in the same manner as in Comparative Example 1, except that the colorless transparent solution of poly (N-isopropylacrylamide) was obtained as in Comparative Example 1, and no gel was formed. From this, the pH accompanying the addition of the clay mineral of Example 1 was obtained.
It was confirmed that there was no effect of the increase.

【0125】(比較例3及び4)粘土鉱物を用いない
で、IPAAモノマーを添加した後、有機架橋剤をIP
AAの1モル%(比較例3)、5モル%(比較例4)添
加して用いること以外は実施例1と同様にして、20℃
で15時間重合を行った。有機架橋剤としては、N,
N’−メチレンビスアクリルアミド(BIS)(関東化
学株式会社製)をそのまま使用した。比較例3では無色
透明ゲルが、比較例4では白濁したゲルが得られた。実
施例1と同様にして測定した結果、{C/(A)}×1
00は990重量%(比較例3)と935重量%(比較
例4)であり、有機架橋ヒドロゲルであることが確認さ
れた。
(Comparative Examples 3 and 4) Without using a clay mineral, after adding an IPAA monomer, an organic crosslinking agent was added to the IPAA.
20 ° C. in the same manner as in Example 1 except that 1 mol% (Comparative Example 3) and 5 mol% (Comparative Example 4) of AA were used.
For 15 hours. Organic crosslinking agents include N,
N'-methylenebisacrylamide (BIS) (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was used as it was. In Comparative Example 3, a colorless transparent gel was obtained, and in Comparative Example 4, a cloudy gel was obtained. As a result of measurement in the same manner as in Example 1, {C / (A)} × 1
00 was 990% by weight (Comparative Example 3) and 935% by weight (Comparative Example 4), confirming that it was an organic crosslinked hydrogel.

【0126】比較例3では、Tcが33℃付近であり、
Tcより低温側で透明、膨潤状態にあり、Tcより高温
側で白濁、収縮状態を示した。20℃と50℃での膨潤
時と収縮時の体積比は約8であった。一方、比較例4で
は温度を変化させても全て白濁状態のままであった。約
33℃を境に低温側で膨潤、高温側で収縮状態となった
が、20℃と50℃での膨潤時と収縮時の体積比は約5
であった。比較例4での温度変化による体積及び全透過
率の変化の様子を図1及び図2に実施例1の結果と合わ
せて示す。
In Comparative Example 3, Tc was around 33 ° C.
It was transparent and swelled at a temperature lower than Tc, and clouded and contracted at a temperature higher than Tc. The volume ratio between swelling and shrinking at 20 ° C. and 50 ° C. was about 8. On the other hand, in Comparative Example 4, even when the temperature was changed, all were in a cloudy state. Although it swelled on the low temperature side and contracted on the high temperature side at about 33 ° C., the volume ratio between swelling and shrinking at 20 ° C. and 50 ° C. was about 5
Met. FIGS. 1 and 2 show the state of changes in volume and total transmittance due to a temperature change in Comparative Example 4 together with the results of Example 1. FIG.

【0127】(比較例5及び6)比較例1で得られたポ
リ(N−イソプロピルアクリルアミド)1gを水10g
に溶かした水溶液に、粘土鉱物(ラポナイトXLG)
0.331g(比較例5)又は0.066g(比較例
6)を攪拌しながら添加して、実施例1及び実施例2と
同一組成の有機高分子と粘土鉱物と水からなる複合体を
調製しようとしたが、いずれの場合も、均一なタフネス
のあるヒドロゲルは得られなかった。
(Comparative Examples 5 and 6) 1 g of the poly (N-isopropylacrylamide) obtained in Comparative Example 1 was added to 10 g of water.
Mineral solution (Laponite XLG)
0.331 g (Comparative Example 5) or 0.066 g (Comparative Example 6) was added with stirring to prepare a composite composed of an organic polymer, a clay mineral, and water having the same composition as in Examples 1 and 2. In all cases, however, no hydrogel with uniform toughness was obtained.

【0128】(比較例7)DEAAモノマーを用いる以
外は、比較例1と同様にして得られたポリ(N,N−ジ
エチルアクリルアミド)0.15gを水14.85gに
溶かした透明水溶液に、粘土鉱物(ラポナイトXLG)
0.2gを水9.8gに溶かした透明溶液を徐々に攪拌
しながら添加し、混合物を調製した。XLG水溶液を
0.88g(B/A=0.117)まで添加した場合、
XLG添加量に応じて溶液中に白色浮遊物が析出し、白
濁溶液に変化していった。更に添加を続けて、例えば添
加量=3.88g(B/A=0.517)でも混合物は
白濁溶液のままであった。
(Comparative Example 7) Clay was added to a transparent aqueous solution obtained by dissolving 0.15 g of poly (N, N-diethylacrylamide) obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that DEAA monomer was used in 14.85 g of water. Minerals (Laponite XLG)
A clear solution in which 0.2 g was dissolved in 9.8 g of water was added while gradually stirring to prepare a mixture. When the aqueous solution of XLG is added up to 0.88 g (B / A = 0.117),
A white floating substance precipitated in the solution depending on the amount of XLG added, and turned into a cloudy solution. When the addition was further continued, for example, even when the added amount was 3.88 g (B / A = 0.517), the mixture remained a cloudy solution.

【0129】これらの白濁混合溶液は水中に白色凝集物
が浮遊した不均一溶液であり、これを加熱すると約28
℃を境にそれ以上の温度で更に白濁度が増すことが観測
された。しかしいずれの場合も均一なヒドロゲルは得ら
れなかった。更に粘土添加量を増したり、初期ポリマー
溶液濃度を増したものを用いた場合も、実施例で得られ
るような均一でタフネスのあるヒドロゲルは得られなか
った。
These turbid mixed solutions are heterogeneous solutions in which white aggregates are suspended in water.
It was observed that the turbidity further increased at a temperature higher than the temperature of ℃. However, in each case, a uniform hydrogel was not obtained. Further, even when the amount of added clay or the concentration of the initial polymer solution was increased, a uniform and tough hydrogel as obtained in the examples could not be obtained.

【0130】(比較例8)XLG水溶液10gにポリ
(N,N−ジエチルアクリルアミド)水溶液を徐々に添
加すること以外は比較例7と同様にして、有機高分子と
粘土鉱物と水を含む混合物を調製した。添加混合により
白濁溶液となり、Tc以上への加温で更に白濁度の増し
た不均一溶液となるだけで、いずれの場合も均一なタフ
ネスのあるヒドロゲルは得られなかった。
Comparative Example 8 A mixture containing an organic polymer, a clay mineral and water was prepared in the same manner as in Comparative Example 7, except that an aqueous solution of poly (N, N-diethylacrylamide) was gradually added to 10 g of an aqueous solution of XLG. Prepared. The addition and mixing resulted in a cloudy solution, and heating to a temperature higher than Tc only resulted in a heterogeneous solution with further increased cloudiness. In each case, a hydrogel with uniform toughness was not obtained.

【0131】(比較例9〜12)粘土鉱物を用いない
で、DEAA(比較例9と10)又はACMO(比較例
11と12)を添加した後、有機架橋剤N,N’−メチ
レンビスアクリルアミド(BIS)をDEAA又はAC
MOの1モル%(比較例9と11)、5モル%(比較例
10と12)添加して用いること以外は実施例10又は
実施例11と同様にして、15℃の水浴で20時間静置
し重合を完了させた。
(Comparative Examples 9 to 12) DEAA (Comparative Examples 9 and 10) or ACMO (Comparative Examples 11 and 12) was added without using a clay mineral, and an organic crosslinking agent N, N'-methylenebisacrylamide was used. (BIS) for DEAA or AC
Except for using 1 mol% (Comparative Examples 9 and 11) and 5 mol% (Comparative Examples 10 and 12) of MO, the same procedure as in Example 10 or Example 11 was carried out for 20 hours in a water bath at 15 ° C. To complete the polymerization.

【0132】比較例9から比較例12のいずれにおいて
もフラスコ内に、系全体がゲル化(容器を横にしても内
容物が動かない状態)したヒドロゲルが得られた。ヒド
ロゲル中に不均一な凝集はいずれも観測されなかった。
重合して得られたヒドロゲルの透明性を氷浴温度(約1
℃)にて調べた結果、比較例例9と11は均一透明で、
比較例10と12が不透明であった。厚み25mmにカ
ットしたヒドロゲルの可視光での光透過率を日本電色工
業株式会社製NDH−300Aを用いて測定した結果、
全透過率が98%(比較例9)、24%(比較例1
0)、98%(比較例11)、22%(比較例12)で
あった。
In each of Comparative Examples 9 to 12, a hydrogel was obtained in which the entire system was gelled (the contents did not move even when the container was turned sideways) in the flask. No non-uniform aggregation was observed in the hydrogel.
The transparency of the hydrogel obtained by polymerization is determined by the ice bath temperature (about 1
° C), Comparative Examples 9 and 11 were uniformly transparent,
Comparative Examples 10 and 12 were opaque. The light transmittance of visible light of the hydrogel cut to a thickness of 25 mm was measured using Nippon Denshoku Industries Co., Ltd. NDH-300A,
Total transmittance 98% (Comparative Example 9), 24% (Comparative Example 1)
0), 98% (Comparative Example 11) and 22% (Comparative Example 12).

【0133】一方、比較例9〜12で重合容器として内
径5.5mm、長さ150mmのガラスチューブを用い
て上記の条件で重合して、棒状の有機架橋ヒドロゲルを
得た。得られたヒドロゲルを長さ30mmの棒状に切り
出し、厚み方向に1/3にまで圧縮する試験と、長さ方
向に2倍まで延伸する試験と、長さ中心点で100度の
角度に曲げ変形する試験を行った。
On the other hand, in Comparative Examples 9 to 12, polymerization was carried out under the above conditions using a glass tube having an inner diameter of 5.5 mm and a length of 150 mm as a polymerization vessel to obtain a rod-shaped organic crosslinked hydrogel. Cut out the obtained hydrogel into a rod shape with a length of 30 mm and compress it to 1/3 in the thickness direction, stretch it up to 2 times in the length direction, and bend and deform it to an angle of 100 degrees at the center point of the length A test was conducted.

【0134】その結果、比較例9〜12のいずれのサン
プルも上記の試験において、クラックが生じ、形状が壊
れたり、欠損が生じた。更に比較例9〜12で得られた
ヒドロゲルを直径5.5mm(断面積0.237c
)、長さ50mmに注意深く切り出し、上下10m
mを傷つけず、且つ滑らぬように丸形のサンドペーパー
で挟み、実施例1と同じ引っ張り試験装置を用いて、標
点間距離=30mm、引っ張り速度=100mm/分に
て引っ張り試験を行おうとしたが、サンプルが脆くチャ
ックに装着前に殆どのサンプルが壊れた。また、チャッ
クに軽く装着したものでも試験直後に破断し、物性値は
得られなかった。
As a result, in each of the samples of Comparative Examples 9 to 12, in the above test, cracks were generated, the shape was broken, and defects were generated. Further, the hydrogels obtained in Comparative Examples 9 to 12 were 5.5 mm in diameter (0.237 c in cross-sectional area).
m 2 ), carefully cut out to 50mm in length, 10m up and down
m is sandwiched between round sandpapers without damaging and slipping, and a tensile test is performed using the same tensile test device as in Example 1 at a distance between gauge points of 30 mm and a tensile speed of 100 mm / min. However, the sample was fragile and most of the sample was broken before mounting on the chuck. In addition, even a device lightly attached to the chuck was broken immediately after the test, and no physical property value was obtained.

【0135】(比較例13及び14)内径5.5mm、
長さ150mmのガラスチューブ容器を用いる以外は、
比較例13では比較例3と、また比較例14では比較例
4と同様の方法により、外径5.5mmの棒状の有機架
橋ヒドロゲルを重合して得た。得られたヒドロゲルを長
さ30mmに切り出し、厚み方向に1/3まで圧縮する
試験と、長さ方向に2倍まで延伸する試験と、長さ中心
点で100度の角度に曲げ変形する試験を行った。
Comparative Examples 13 and 14: 5.5 mm inner diameter,
Except for using a glass tube container with a length of 150 mm,
In Comparative Example 13, a rod-shaped organic crosslinked hydrogel having an outer diameter of 5.5 mm was obtained by polymerization in the same manner as in Comparative Example 3 and in Comparative Example 14 in Comparative Example 4. A test to cut out the obtained hydrogel to a length of 30 mm and compress it to 1/3 in the thickness direction, a test to stretch to 2 times in the length direction, and a test to bend and deform to an angle of 100 degrees at the center of the length. went.

【0136】その結果、比較例13と14のいずれのサ
ンプルも上記の試験において、クラックが生じ、形状が
壊れたり、欠損が生じた。さらに長さ50mmに切り出
し、上下10mmを傷つけず、且つ滑らぬように丸形の
サンドペーパーで挟み、実施例1と同じ引っ張り試験装
置を用いて、標点間距離=30mm、引っ張り速度=1
00mm/分にて引っ張り試験を行おうとしたが、サン
プルが脆くチャックに装着前にいずれのサンプルが壊
れ、物性値は得られなかった。
As a result, in each of the samples of Comparative Examples 13 and 14, in the above test, cracks were generated, the shape was broken, and defects were generated. Furthermore, cut out to a length of 50 mm, sandwiched by round sandpaper so that the upper and lower 10 mm were not damaged and slipped, and using the same tensile test apparatus as in Example 1, the distance between the gauges was 30 mm and the pulling speed was 1
An attempt was made to carry out a tensile test at 00 mm / min. However, the samples were brittle and any of the samples broke before being mounted on the chuck, and no physical property values were obtained.

【0137】更に、得られた有機架橋ヒドロゲルを約5
mm角に切断後、20℃の水中で平衡膨潤させた有機架
橋ヒドロゲルに含まれる水含有率{Cmax/(A)}
×100は1500重量%(比較例13)、800重量
%(比較例14)であった。
Further, the obtained organic cross-linked hydrogel was added to about 5
Water content in the organic crosslinked hydrogel equilibrium-swelled in water at 20 ° C. after cutting into mm square water content {Cmax / (A)}
× 100 was 1500% by weight (Comparative Example 13) and 800% by weight (Comparative Example 14).

【0138】[0138]

【発明の効果】本発明は、均一性、透明性、力学物性、
機械的性質や吸水性、膨潤・収縮特性等の優れた機能性
を有する新規な有機・無機複合ヒドロゲル、その製造方
法及び該ヒドロゲルから水分を除去して得られる有機・
無機複合ヒドロゲルの乾燥体を提供することができる。
According to the present invention, uniformity, transparency, mechanical properties,
Novel organic / inorganic hybrid hydrogel having excellent functions such as mechanical properties, water absorption, and swelling / shrinking properties, a method for producing the same, and an organic / inorganic composite obtained by removing water from the hydrogel.
A dried inorganic composite hydrogel can be provided.

【0139】本発明で得られる有機・無機複合ヒドロゲ
ルには、強靱でタフネスのあるヒドロゲルや、透明又は
均一白色のヒドロゲルや、低温側で透明及び/又は体積
膨潤状態にあり、高温側で不透明及び/又は体積収縮状
態に可逆的に変化する臨界温度(Tc)を有するものが
含まれ、該有機・無機複合ヒドロゲルのゲル乾燥体は、
水に浸漬することにより可逆的にヒドロゲルに戻すこと
ができるものであり、生活用品、医薬・医療、農業、土
木、工業分野等の広い分野で有用である。
The organic / inorganic composite hydrogel obtained in the present invention includes a tough and tough hydrogel, a transparent or uniform white hydrogel, a transparent and / or volume-swelled state at a low temperature, and an opaque and And / or a material having a critical temperature (Tc) that reversibly changes to a volume contraction state.
It can be reversibly converted back into a hydrogel by immersion in water, and is useful in a wide range of fields such as daily necessities, medicine / medical care, agriculture, civil engineering, and industrial fields.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施例1で得られた有機・無機複合ヒドロゲ
ル及び比較例4で得られた有機架橋ヒドロゲルの水中で
の温度による膨潤時と収縮時の体積変化を示す図であ
る。縦軸はヒドロゲルの体積(mm)を横軸は温度
(℃)を示す。
FIG. 1 is a diagram showing a change in volume of an organic-inorganic composite hydrogel obtained in Example 1 and an organic cross-linked hydrogel obtained in Comparative Example 4 during swelling and contraction in water depending on temperature. The vertical axis indicates the volume (mm 3 ) of the hydrogel, and the horizontal axis indicates the temperature (° C.).

【図2】 実施例1で得られた有機・無機複合ヒドロゲ
ル及び比較例4で得られた有機架橋ヒドロゲルの温度に
よる透明性の変化を示す図である。縦軸が全透過率
(%)を横軸が温度(℃)を示す。
FIG. 2 is a graph showing changes in transparency of the organic / inorganic composite hydrogel obtained in Example 1 and the organic crosslinked hydrogel obtained in Comparative Example 4 depending on the temperature. The vertical axis indicates the total transmittance (%) and the horizontal axis indicates the temperature (° C.).

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (A)水溶性有機高分子と、(B)水に
均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物と、(C)水との三成
分を構成成分として含み、(A)と(B)からなる三次
元網目の中に(C)が包含されている有機・無機複合ヒ
ドロゲル。
1. A composition comprising three components of (A) a water-soluble organic polymer, (B) a water-swellable clay mineral which can be uniformly dispersed in water, and (C) water. An organic / inorganic hybrid hydrogel in which (C) is contained in a three-dimensional network consisting of B).
【請求項2】 (B)水膨潤性粘土鉱物/(A)水溶性
有機高分子の重量比が0.01〜10である請求項1に
記載の有機・無機複合ヒドロゲル。
2. The organic / inorganic hybrid hydrogel according to claim 1, wherein the weight ratio of (B) a water-swellable clay mineral / (A) a water-soluble organic polymer is 0.01 to 10.
【請求項3】 (A)水溶性有機高分子が、アクリルア
ミド誘導体及び/又はメタクリルアミド誘導体を重合さ
せて得られる有機高分子である請求項1又は2に記載の
有機・無機複合ヒドロゲル。
3. The organic / inorganic hybrid hydrogel according to claim 1, wherein (A) the water-soluble organic polymer is an organic polymer obtained by polymerizing an acrylamide derivative and / or a methacrylamide derivative.
【請求項4】 低温側で透明及び/又は体積膨潤状態に
あり、高温側で不透明及び/又は体積収縮状態に可逆的
に変化する臨界温度(Tc)を有することを特徴とする
請求項1〜3のいずれか一つに記載の有機・無機複合ヒ
ドロゲル。
4. A material having a critical temperature (Tc) that is transparent and / or volume swelled on a low temperature side and reversibly changes to an opaque and / or volume shrunk state on a high temperature side. 3. The organic / inorganic composite hydrogel according to any one of 3.
【請求項5】 水中における臨界温度(Tc)前後のヒ
ドロゲルの体積比が10以上であることを特徴とする請
求項4に記載の有機・無機複合ヒドロゲル。
5. The organic / inorganic hybrid hydrogel according to claim 4, wherein the volume ratio of the hydrogel before and after the critical temperature (Tc) in water is 10 or more.
【請求項6】 {C/(A+B)}×100で定義され
る水含有率が600〜1000重量%、初期断面積が
0.237cm2であるヒドロゲルを用いて測定した、
引っ張り破断荷重が0.1N以上、引っ張り破断伸びが
100%以上、且つ引っ張り伸び100%での荷重が
0.01N以上であることを特徴とする請求項1〜5の
いずれか一つに記載の有機・無機複合ヒドロゲル。
6. Measured using a hydrogel having a water content defined by {C / (A + B)} × 100 of 600 to 1000% by weight and an initial sectional area of 0.237 cm 2 .
The tensile breaking load is 0.1 N or more, the tensile breaking elongation is 100% or more, and the load at 100% tensile elongation is 0.01 N or more, characterized by the above-mentioned. Organic / inorganic composite hydrogel.
【請求項7】 20℃の水中における平衡膨潤時の水含
有率{Cmax/(A+B)}×100が2000重量
%以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか
一つに記載の有機・無機複合ゲル。
7. The method according to claim 1, wherein the water content at equilibrium swelling in water at 20 ° C. {Cmax / (A + B)} × 100 is 2000% by weight or more. Organic-inorganic composite gel.
【請求項8】 (A)水溶性有機高分子の10倍量(重
量比)の(C)水を含み、厚み25mmでの可視光の光
透過率が80%以上であることを特徴とする請求項1〜
5のいづれか一つに記載の有機・無機複合ゲル。
8. A method according to claim 1, wherein (A) contains 10 times (weight ratio) of water-soluble organic polymer (weight ratio), (C) water, and has a visible light transmittance of 80% or more at a thickness of 25 mm. Claim 1
5. The organic-inorganic composite gel according to any one of 5.
【請求項9】 請求項1〜8のいずれか一つに記載の有
機・無機複合ヒドロゲルから水分を除去して得られる有
機・無機複合ヒドロゲルの乾燥体。
9. A dried organic / inorganic composite hydrogel obtained by removing water from the organic / inorganic composite hydrogel according to any one of claims 1 to 8.
【請求項10】 (A’)水溶性有機高分子(A)のモ
ノマーと、(B)水に均一分散可能な水膨潤性粘土鉱物
と、(C)水とを含む均一溶液を調製し、(B)の共存
下に(A’)の重合を行わせることを特徴とする、有機
・無機複合ヒドロゲルの製造方法。
10. A homogeneous solution comprising (A ′) a monomer of a water-soluble organic polymer (A), (B) a water-swellable clay mineral capable of being uniformly dispersed in water, and (C) water, A method for producing an organic-inorganic composite hydrogel, which comprises polymerizing (A ') in the presence of (B).
【請求項11】 (A’)と(B)と(C)を含む均一
溶液が、更に水と混和する有機溶媒を含んでいることを
特徴とする請求項10に記載の有機・無機ヒドロゲルの
製造方法。
11. The organic / inorganic hydrogel according to claim 10, wherein the homogeneous solution containing (A ′), (B) and (C) further contains an organic solvent miscible with water. Production method.
【請求項12】 (B)水膨潤性粘土鉱物/(A’)水
溶性有機高分子(A)のモノマーの重量比が0.01〜
10である請求項10又は11に記載の有機・無機複合
ヒドロゲルの製造方法。
12. The weight ratio of the (B) water-swellable clay mineral / (A ′) monomer of the water-soluble organic polymer (A) is 0.01 to 0.01.
The method for producing an organic-inorganic hybrid hydrogel according to claim 10 or 11, wherein
【請求項13】 (A’)水溶性有機高分子(A)のモ
ノマーが、アクリルアミド誘導体及び/又はメタクリル
アミド誘導体を含むものであることを特徴とする請求項
10〜12のいづれか一つに記載の有機・無機複合ヒド
ロゲルの製造方法。
13. The organic compound according to claim 10, wherein (A ′) the monomer of the water-soluble organic polymer (A) contains an acrylamide derivative and / or a methacrylamide derivative. -A method for producing an inorganic composite hydrogel.
【請求項14】 得られる有機・無機複合ヒドロゲル
が、低温側で透明及び/又は体積膨潤状態であり、高温
側で不透明及び/又は体積収縮状態に可逆的に変化する
臨界温度(Tc)を有することを特徴とする請求項10
〜13のいずれか一つに記載の有機・無機複合ヒドロゲ
ルの製造方法。
14. The obtained organic / inorganic hybrid hydrogel has a critical temperature (Tc) that is transparent and / or volume-swelled on a low temperature side and reversibly changes to an opaque and / or volume-shrinked state on a high temperature side. 11. The method according to claim 10, wherein
14. The method for producing an organic-inorganic composite hydrogel according to any one of items 13 to 13.
【請求項15】 得られる有機・無機複合ヒドロゲルの
水中における臨界温度(Tc)前後のヒドロゲルの体積
比が10以上であることを特徴とする請求項14に記載
の有機・無機複合ヒドロゲルの製造方法。
15. The method for producing an organic / inorganic composite hydrogel according to claim 14, wherein the volume ratio of the obtained organic / inorganic composite hydrogel before and after the critical temperature (Tc) in water is 10 or more. .
【請求項16】 得られる有機・無機複合ヒドロゲル
の、{C/(A+B)}×100で定義される水含有率
が600〜1000重量%、初期断面積が0.237c
2であるヒドロゲルを用いて測定した、引っ張り破断
荷重が0.1N以上で、引っ張り破断伸びが100%以
上、且つ引っ張り伸び100%での荷重が0.01N以
上である請求項10〜14のいずれか一つに記載の有機
・無機複合ヒドロゲルの製造方法。
16. The obtained organic / inorganic hybrid hydrogel has a water content defined by {C / (A + B)} × 100 of 600 to 1000% by weight and an initial cross-sectional area of 0.237c.
It was measured using hydrogels m 2, and tensile breaking load of 0.1N or more, a tensile elongation at break of 100% or more, and a tensile load at 100% elongation of claims 10 to 14 is at least 0.01N The method for producing an organic / inorganic composite hydrogel according to any one of the above.
【請求項17】 得られる有機・無機複合ヒドロゲル
の、20℃の水中における平衡膨潤時の水含有率{Cm
ax/(A+B)}×100が2000重量%以上であ
ることを特徴とする請求項10〜14のいずれか一つに
記載の有機・無機複合ゲルの製造方法。
17. The water content of the obtained organic / inorganic composite hydrogel at equilibrium swelling in water at 20 ° C. ΔCm
The method for producing an organic-inorganic composite gel according to any one of claims 10 to 14, wherein ax / (A + B)} x100 is 2000% by weight or more.
【請求項18】 得られる有機・無機複合ヒドロゲル
が、(A)水溶性有機高分子の10倍量(重量比)の
(C)水を含み、厚さを25mmとした時の、可視光の
光透過率が80%以上であることを特徴とする請求項1
0〜14のいづれか一つに記載の有機・無機複合ゲルの
製造方法。
18. The obtained organic / inorganic composite hydrogel contains (A) 10 times (weight ratio) of water-soluble organic polymer (weight ratio), (C) water, and has a thickness of 25 mm. The light transmittance is 80% or more.
The method for producing an organic-inorganic composite gel according to any one of 0 to 14.
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