JP2011153174A - Organic-inorganic composite hydrogel, dried body thereof and method for producing them - Google Patents

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JP2011153174A JP2010014147A JP2010014147A JP2011153174A JP 2011153174 A JP2011153174 A JP 2011153174A JP 2010014147 A JP2010014147 A JP 2010014147A JP 2010014147 A JP2010014147 A JP 2010014147A JP 2011153174 A JP2011153174 A JP 2011153174A
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Akira Obayashi
明 王林
Kazutoshi Haraguchi
和敏 原口
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Kawamura Institute of Chemical Research
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic-inorganic composite hydrogel not only having excellent mechanical properties but also having high swellability with physiological salt solution and high swellability with water, to provide a dried body thereof, and to provide a method for producing them. <P>SOLUTION: The organic-inorganic composite hydrogel having both of the high swellability with the physiological salt solution and the high swellability with the water, and formed of a water-soluble polymer of acrylic monomers, and a water-swellable clay mineral is obtained by using both of a monomer represented by formula (1) (wherein, R<SP>1</SP>is hydrogen or methyl; R<SP>2</SP>is 2-3C alkylene; n is an integer of 10-99; and Y is methoxy or hydroxy) and an ionic monomer as the water-soluble acrylic monomers. The dried body thereof has excellent flexibility. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は医療、衛生用品、農業、食品、建築、土木、機械、運輸、電子部材、家庭用品、縫製などの分野で用いられる高分子ヒドロゲル及びその乾燥体に関するものである。   The present invention relates to a polymer hydrogel used in the fields of medicine, hygiene products, agriculture, food, architecture, civil engineering, machinery, transportation, electronic components, household items, sewing, and the like, and a dried product thereof.

高分子ヒドロゲルは、高分子のつくる三次元ネットワークに多量の水を安定的に保持した材料であり、一般には吸水性材料として知られている。現在では、紙おむつ、生理用品、ソフトコンタクトレンズ、鮮度保持材などの材料として多くの場所で用いられている。近年、高分子ヒドロゲルは機能性材料として大きな展開が期待されている。例えば、ドラックデリバリーシステム(DDS)、細胞培養基材、創傷被覆材、軟骨代替材料など、医療や再生医療材料分野での研究が盛んに行われている。しかし、これまでの高分子ヒドロゲルは、架橋構造に由来する本質的な問題点、即ち、力学的に脆弱という欠点を有するため、強度や耐久性などに要求されている多くの材料として用いることは困難であった。   A polymer hydrogel is a material that stably holds a large amount of water in a three-dimensional network formed by a polymer, and is generally known as a water-absorbing material. At present, it is used in many places as materials such as disposable diapers, sanitary products, soft contact lenses, and freshness-keeping materials. In recent years, polymer hydrogels are expected to develop significantly as functional materials. For example, research in the fields of medical and regenerative medical materials such as drug delivery systems (DDS), cell culture substrates, wound dressings, and cartilage substitute materials has been actively conducted. However, the conventional polymer hydrogel has an essential problem derived from the cross-linked structure, that is, it has a drawback of being mechanically fragile, so that it can be used as many materials required for strength and durability. It was difficult.

近年、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)やポリ(N,N−ジメチルアクリルアミド)のようなアクリルアミド誘導体とヘクトライトなどの水膨潤性無機粘土鉱物をナノメーターレベルで複合化して三次元網目を形成させて得られる有機無機複合ヒドロゲルは、極めて優れた力学物性を示すことが報告されている(特許文献1)。例えば、ジメチルアクリルアミドと粘土鉱物からなる有機無機複合ヒドロゲルは数十から数百kPa引張破断強度と1500%を超える破断伸びを有する。   In recent years, acrylamide derivatives such as poly (N-isopropylacrylamide) and poly (N, N-dimethylacrylamide) and water-swellable inorganic clay minerals such as hectorite have been combined at the nanometer level to form a three-dimensional network. It has been reported that the obtained organic-inorganic composite hydrogel exhibits extremely excellent mechanical properties (Patent Document 1). For example, an organic-inorganic composite hydrogel composed of dimethylacrylamide and clay mineral has a tensile breaking strength of several tens to several hundreds kPa and a breaking elongation exceeding 1500%.

しかし、上述のアクリルアミド誘導体と粘土鉱物からなる有機無機複合ヒドロゲルは、優れた力学物性を有するが、水膨潤性において従来のアクリルアミド誘導体の有機架橋ゲルより高いものの、市販の高吸水樹脂であるポリアクリル酸ナトリウム架橋体と比べて吸水性が劣る。これを改良するため、発明者らは、粘土鉱物の存在下、アクリルアミド誘導体とアクリル酸ナトリウムとの共重合によってカルボン酸基を有する有機無機複合ヒドロゲルを合成し、吸水倍率2000倍を超える有機無機複合ヒドロゲルを見出した(特許文献2)。しかしながら、カルボン酸基を有する有機無機複合ヒドロゲルは市販のポリアクリル酸ナトリウム架橋体と同様にイオン性であるため、純水中での吸水性能が高いものの、食塩水中では吸水性能が大幅に低下する問題を有していた。また、従来のアクリルアミド誘導体を主成分とした有機無機ヒドロゲルは、その乾燥体が硬くて脆いものであるため、柔軟性に要求される創傷被覆材などの医療部材としては取扱にくい欠点を有していた。   However, the organic-inorganic composite hydrogel composed of the above-mentioned acrylamide derivative and clay mineral has excellent mechanical properties but is higher in water swellability than the conventional acrylamide derivative organic cross-linked gel, but is a commercially available highly water-absorbent polyacrylic resin. Water absorption is inferior compared with sodium acid cross-linked product. In order to improve this, the inventors synthesized an organic-inorganic composite hydrogel having a carboxylic acid group by copolymerization of an acrylamide derivative and sodium acrylate in the presence of a clay mineral, and the organic-inorganic composite exceeding 2000 times the water absorption ratio. A hydrogel was found (Patent Document 2). However, since the organic-inorganic composite hydrogel having a carboxylic acid group is ionic like a commercially available sodium polyacrylate crosslinked product, the water absorption performance in pure water is high, but the water absorption performance is greatly reduced in saline. Had a problem. In addition, conventional organic / inorganic hydrogels mainly composed of acrylamide derivatives have a drawback that they are difficult to handle as medical members such as wound dressings required for flexibility because their dried bodies are hard and brittle. It was.

特開2002−53762JP2002-53762 特開2009−046553JP 2009-046553 A

本発明が解決しようとする課題は、水溶性のアクリルモノマー及びイオン性モノマーを含むモノマーの重合体と水膨潤性粘土鉱物とで形成される有機無機複合ヒドロゲルであって、優れた力学物性だけではなく、高い水膨潤性と高い食塩水膨潤性を併せ持つヒドロゲル及びその乾燥体並びにそれらの製造方法を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is an organic-inorganic composite hydrogel formed from a polymer of a monomer containing a water-soluble acrylic monomer and an ionic monomer and a water-swellable clay mineral, and only with excellent mechanical properties. It is another object of the present invention to provide a hydrogel having high water swellability and high saline swellability, a dried product thereof, and a method for producing them.

本発明は、非イオン性アクリルモノマーとイオン性モノマーを含むモノマーの重合体と水膨潤性粘土鉱物とで形成される有機無機複合ヒドロゲルであって、非イオン性アクリルモノマーとして、下記式(1)で表されるモノマーを使用することにより、有機無機複合ヒドロゲルに高い食塩水膨潤性を持たせることができる。また、イオン性モノマーとして、アクリル酸ナトリウムや2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸ナトリウム等を用いることにより、有機無機複合ヒドロゲルに高い水膨潤性を持たせることができる。本発明は非イオン性アクリルモノマーとイオン性モノマーを併用することによって、優れた力学物性だけではなく、高い水膨潤性と高い食塩水膨潤性を併せ持つ有機無機複合ヒドロゲルを得られること、また、このヒドロゲルを低温で乾燥することによって優れた柔軟性と高膨潤性を重ね備える有機無機複合体を見出し、完成させたものである。   The present invention is an organic-inorganic composite hydrogel formed of a polymer of a monomer containing a nonionic acrylic monomer and an ionic monomer and a water-swellable clay mineral, and the nonionic acrylic monomer is represented by the following formula (1): The organic-inorganic composite hydrogel can be given high salt swellability by using a monomer represented by Further, by using sodium acrylate, sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate, or the like as the ionic monomer, the organic-inorganic composite hydrogel can have high water swellability. In the present invention, by using a nonionic acrylic monomer and an ionic monomer in combination, an organic-inorganic composite hydrogel having not only excellent mechanical properties but also high water swellability and high saline swellability can be obtained. The present inventors have found and completed an organic-inorganic composite having excellent flexibility and high swellability by drying a hydrogel at a low temperature.

即ち、本発明は、水溶性アクリルモノマー(a)の重合体(A)と水膨潤性粘土鉱物(B)とで形成される有機無機複合ヒドロゲルであって、
前記水溶性アクリルモノマー(a)が、式(1)
That is, the present invention is an organic-inorganic composite hydrogel formed of a polymer (A) of a water-soluble acrylic monomer (a) and a water-swellable clay mineral (B),
The water-soluble acrylic monomer (a) has the formula (1)

Figure 2011153174
(式中、Rは、水素原子又はメチル基、Rは炭素数2又は3のアルキレン基、nは10〜99の整数、Yはメトキシ基又は水酸基を表す。)
で表されるモノマーとカルボン酸塩構造及び/又はスルホン酸塩構造を有するモノマー(C)とを含むことを特徴とする有機無機複合ヒドロゲルを提供するものである。
Figure 2011153174
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents an alkylene group having 2 or 3 carbon atoms, n represents an integer of 10 to 99, and Y represents a methoxy group or a hydroxyl group.)
And a monomer (C) having a carboxylate structure and / or a sulfonate structure.

また、本発明は、上記の有機無機複合ヒドロゲルの製造方法であって、前記式(1)で表されるモノマー及び(メタ)アクリルアミド誘導体と、前記水膨潤性粘土鉱物(B)と、水(E)とを含む均一溶液を調製した後、カルボン酸塩構造又はスルホン酸塩構造を有する重合性モノマー(C)を重合開始剤と同時に又は重合開始剤を添加した直後に加えて、前記式(1)で表されるモノマー及び(メタ)アクリルアミド誘導体と前記カルボン酸塩構造又はスルホン酸塩構造を有する重合性モノマーとを重合させることにより前記重合体(A)を製造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を提供するものである。   The present invention also provides a method for producing the organic-inorganic composite hydrogel, wherein the monomer represented by the formula (1) and the (meth) acrylamide derivative, the water-swellable clay mineral (B), water ( E) and a polymerizable monomer (C) having a carboxylate structure or a sulfonate structure is added simultaneously with the polymerization initiator or immediately after the addition of the polymerization initiator, 1) The polymer (A) is produced by polymerizing the monomer represented by 1) and a (meth) acrylamide derivative and a polymerizable monomer having the carboxylate structure or sulfonate structure. A method for producing an inorganic composite hydrogel is provided.

本発明の有機無機複合ヒドロゲルは、水溶性のアクリルモノマーの重合体と水膨潤性粘土鉱物とで形成されるヒドロゲルであるが、水溶性アクリルモノマーとして式(1)で表されるモノマーとイオン性モノマー、例えば、アクリル酸ナトリウム、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸ナトリウムを併用することにより、得られる有機無機複合ヒドロゲルは、式(1)で表されるモノマー及びイオン性モノマーを単独で用いる場合と比べて食塩水中での膨潤性が顕著に改良された。また、本発明は式(1)で表されるモノマーを使用することにより、得られる有機無機複合ヒドロゲルの乾燥体の柔軟性が与えられ、イオン性モノマーを使用することにより、ヒドロゲル乾燥体の食塩水及び純水での高い膨潤性が与えられ、柔軟性と膨潤性とのバランスがとれた有機無機複合体が容易に得られる。本発明の有機無機複合ヒドロゲル及びその乾燥体は優れた食塩水及び純水での膨潤性から、医療用途での創傷被覆材や紙おむつ、生理用品をはじめとする吸水材料として好適に用いられる。   The organic-inorganic composite hydrogel of the present invention is a hydrogel formed from a polymer of a water-soluble acrylic monomer and a water-swellable clay mineral. The water-soluble acrylic monomer is ionic with the monomer represented by the formula (1). By using monomers such as sodium acrylate and sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate together, the resulting organic-inorganic composite hydrogel uses the monomer represented by formula (1) and the ionic monomer alone. Compared with the case, the swellability in saline was significantly improved. In addition, the present invention gives the flexibility of the dried organic-inorganic composite hydrogel obtained by using the monomer represented by the formula (1), and by using the ionic monomer, the salt of the dried hydrogel is obtained. An organic-inorganic composite having high swellability in water and pure water and having a balance between flexibility and swellability can be easily obtained. The organic-inorganic composite hydrogel of the present invention and a dried product thereof are suitably used as water-absorbing materials including wound dressings, disposable diapers and sanitary products in medical applications because of excellent swelling properties with saline and pure water.

実施例1,2及び比較例1,2,3で得られたヒドロゲルの破断強度と伸びを示す図である。It is a figure which shows the breaking strength and elongation of the hydrogel obtained in Examples 1, 2 and Comparative Examples 1, 2, 3. 実施例1及び比較例1で得られたヒドロゲルの生理食塩水での膨潤度を示す図である。FIG. 3 is a graph showing the degree of swelling of the hydrogels obtained in Example 1 and Comparative Example 1 with physiological saline. 実施例1及び比較例1で得られたヒドロゲルの純水での膨潤度を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the degree of swelling of the hydrogel obtained in Example 1 and Comparative Example 1 with pure water. 実施例2及び比較例2,3で得られたヒドロゲルの生理食塩水での膨潤度を示す図である。FIG. 3 is a graph showing the degree of swelling of the hydrogels obtained in Example 2 and Comparative Examples 2 and 3 with physiological saline. 実施例2及び比較例2,3で得られたヒドロゲルの純水での膨潤度を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the degree of swelling of the hydrogels obtained in Example 2 and Comparative Examples 2 and 3 with pure water. 実施例3,4,5で得られたヒドロゲルの破断強度と伸びを示す図である。It is a figure which shows the breaking strength and elongation of the hydrogel obtained in Examples 3, 4, and 5. 実施例3,4,5で得られたヒドロゲルの生理食塩水での膨潤度を示す図である。It is a figure which shows the swelling degree in the physiological saline of the hydrogel obtained in Example 3, 4, and 5. FIG. 実施例3,4,5で得られたヒドロゲルの純水での膨潤度を示す図である。It is a figure which shows the swelling degree in the pure water of the hydrogel obtained in Example 3, 4, and 5. FIG. 実施例6,7,8で得られたヒドロゲルの破断強度と伸びを示す図である。FIG. 3 is a graph showing the breaking strength and elongation of the hydrogels obtained in Examples 6, 7, and 8. 実施例6,7,8で得られたヒドロゲルの生理食塩水での膨潤度を示す図である。FIG. 4 is a graph showing the degree of swelling of the hydrogel obtained in Examples 6, 7, and 8 with physiological saline. 実施例6,7,8で得られたヒドロゲルの純水での膨潤度を示す図である。It is a figure which shows the swelling degree in the pure water of the hydrogel obtained in Example 6,7,8. 実施例9,10,11で得られたヒドロゲルの破断強度と伸びを示す図である。FIG. 3 is a graph showing the breaking strength and elongation of the hydrogels obtained in Examples 9, 10, and 11. 実施例9,10,11で得られたヒドロゲルの生理食塩水での膨潤度を示す図である。It is a figure which shows the swelling degree in the physiological saline of the hydrogel obtained in Example 9,10,11. 実施例9,10,11で得られたヒドロゲルの純水での膨潤度を示す図である。It is a figure which shows the swelling degree in the pure water of the hydrogel obtained in Example 9,10,11.

本発明の有機無機複合ヒドロゲルは、水膨潤性粘土鉱物の水溶液中で水溶性のアクリルモノマー(a)をラジカル重合することによって形成される。   The organic-inorganic composite hydrogel of the present invention is formed by radical polymerization of a water-soluble acrylic monomer (a) in an aqueous solution of a water-swellable clay mineral.

本発明に用いられる水溶性アクリルモノマー(a)は、水に溶解する性質を有し、水に均一分散可能な水膨潤性の粘土鉱物(B)と相互作用を有するものであれば良く、例えば、アクリルアミド、メタクリルアミド、及びこれらの誘導体(N−またはN,N置換(メタ)アクリルアミド)やアクリル酸エステルが好ましく用いられる。   The water-soluble acrylic monomer (a) used in the present invention may have any property that dissolves in water and has an interaction with the water-swellable clay mineral (B) that can be uniformly dispersed in water. , Acrylamide, methacrylamide, and derivatives thereof (N- or N, N-substituted (meth) acrylamide) and acrylates are preferably used.

水溶性アクリルモノマー(a)としては、得られる有機無機複合ヒドロゲル及びその乾燥体の食塩水膨潤性や柔軟性を向上させるために式(1)で表されるポリエチレングリコール(PEG)鎖又はポリプロピルグリコール(PPG)鎖を有する非イオン性アクリルモノマーが使用される。   As the water-soluble acrylic monomer (a), a polyethylene glycol (PEG) chain represented by the formula (1) or polypropyl is used to improve the saline swelling property and flexibility of the obtained organic-inorganic composite hydrogel and its dried product. Nonionic acrylic monomers with glycol (PPG) chains are used.

Figure 2011153174
(式中、Rは、水素原子又はメチル基、Rは炭素数2又は3のアルキレン基、nは10〜99の整数、Yはメトキシ基又は水酸基を表す。)
Figure 2011153174
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents an alkylene group having 2 or 3 carbon atoms, n represents an integer of 10 to 99, and Y represents a methoxy group or a hydroxyl group.)

本発明で用いられている式(1)で表されるアクリルモノマーのエチレングリコール繰り返し単位数は10〜99個のものを適宜に選択することができる。一般的には、エチレングリコール繰り返し単位数を増えることにつれ、得られる有機無機複合ヒドロゲルの生理食塩水での膨潤度が高くなる傾向を示す。したがって、式(1)のモノマーのエチレングリコール繰り返し単位数は、好ましくは13〜80個であり、15〜60個であることが特に好ましい。   The number of ethylene glycol repeating units of the acrylic monomer represented by the formula (1) used in the present invention can be appropriately selected from 10 to 99. In general, as the number of ethylene glycol repeating units increases, the degree of swelling of the resulting organic-inorganic composite hydrogel in physiological saline tends to increase. Therefore, the number of ethylene glycol repeating units in the monomer of formula (1) is preferably 13 to 80, and particularly preferably 15 to 60.

また、得られる有機無機複合ヒドロゲルの力学強度をもたらすため、水溶性アクリルモノマー(a)としては、(メタ)アクリルアミド、N−置換(メタ)アクリルアミド及びアクリロイルモルホリンなどから選択される1種以上の(メタ)アクリルアミド及びその誘導体を併用することが好ましく、具体的には、N-メチルアクリルアミド、N-エチルアクリルアミド、N-シクロプロピルアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、N-メチルメタクリルアミド、N-シクロプロピルメタクリルアミド、N-イソプロピルメタクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N-メチル-N-エチルアクリルアミド、N-メチル-N-イソプロピルアクリルアミド、N-メチル-N-n-プロピルアクリルアミド、N,N-ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルフォリン、N-アクリロイルピロリディン、N-アクリロイルピペリディン、N-アクリロイルメチルホモピペラディン、N-アクリロイルメチルピペラディンなどが例示される。中でも、膨潤性の観点から、N,N−ジメチルアクリルアミドと式(1)で表されるモノマーとを併用することが好ましく、生体に対する安全性の観点から、アクリロイルモルホリンと式(1)で表されるモノマーとを併用することが好ましく、機能性の観点から、LCST(下限臨界共溶温度)を持つN-イソプロピルアクリルアミド、N,N-ジエチルアクリルアミドと式(1)で表されるモノマーとを併用することが好ましい。   Moreover, in order to bring about the mechanical strength of the obtained organic-inorganic composite hydrogel, the water-soluble acrylic monomer (a) is one or more selected from (meth) acrylamide, N-substituted (meth) acrylamide, acryloylmorpholine and the like ( It is preferable to use meth) acrylamide and its derivatives in combination. Specifically, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N-cyclopropylacrylamide, N-isopropylacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-cyclopropylmethacrylate Amides, N-isopropylmethacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N-methyl-N-ethylacrylamide, N-methyl-N-isopropylacrylamide, N-methyl-Nn-propylacrylamide, N, N-diethylacrylamide , Acryloylmol Examples include folin, N-acryloylpyrrolidine, N-acryloylpiperidine, N-acryloylmethylhomopiperadine, N-acryloylmethylpiperazine. Of these, N, N-dimethylacrylamide and the monomer represented by formula (1) are preferably used in combination from the viewpoint of swelling, and acryloylmorpholine and formula (1) are represented from the viewpoint of safety to living bodies. From the viewpoint of functionality, N-isopropylacrylamide, N, N-diethylacrylamide having LCST (lower critical solution temperature) and a monomer represented by the formula (1) are used in combination. It is preferable to do.

本発明は有機無機複合ヒドロゲル及びその乾燥体の膨潤特性、特に水膨潤性を増すため、更にイオン性モノマーを用いられる。イオン性モノマーとしては、アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、クロトン酸、フマル酸などの不飽和カルボン酸及びその塩類、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、メタクリルアミドスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、p-スチレンスルホン酸及びこれらの塩類、メタクリロキシオキシエチルスルホン酸ナトリウムなどが挙げられる。これらの中でも、水膨潤性の優れた有機高分子が得られやすいとの観点から、アクリル酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸が特に好ましく用いられる。   In the present invention, an ionic monomer is further used in order to increase the swelling property, particularly the water swelling property, of the organic-inorganic composite hydrogel and its dried product. Examples of ionic monomers include unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, maleic acid, itaconic acid, crotonic acid, and fumaric acid, and salts thereof, 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid, methacrylamide sulfonic acid, vinyl sulfonic acid, Examples include allyl sulfonic acid, p-styrene sulfonic acid and salts thereof, and sodium methacryloxyoxyethyl sulfonate. Among these, acrylic acid and 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid are particularly preferably used from the viewpoint that an organic polymer having excellent water swellability can be easily obtained.

本発明において重合の際に用いられる全モノマーに含まれる式(1)で表されるアクリルモノマーの使用比率は、好ましくは1質量%〜70質量%であり、より好ましくは3質量%〜60質量%であり、5質量%〜50質量%が特に好ましい。全モノマー中の式(1)で表されるアクリルモノマーの含有率がこの範囲であると、得られる有機無機複合ヒドロゲル及びその乾燥体の食塩水膨潤性や柔軟性等の物性向上に十分な効果が得られ、またヒドロゲルの力学物性が大幅に低下することがなく、好ましい。   In the present invention, the use ratio of the acrylic monomer represented by the formula (1) contained in all monomers used in the polymerization is preferably 1% by mass to 70% by mass, more preferably 3% by mass to 60% by mass. %, Particularly preferably 5% by mass to 50% by mass. When the content of the acrylic monomer represented by the formula (1) in all monomers is within this range, the organic-inorganic composite hydrogel and the dried product obtained are sufficiently effective for improving physical properties such as saline swelling and flexibility. Is obtained, and the mechanical properties of the hydrogel are not significantly lowered.

また、本発明のモノマー組成において、イオン性モノマーの共重合比率が高すぎると、得られたヒドロゲルの力学物性は低下する。一方、その共重合比率が低すぎると、本発明のヒドロゲルの高い吸水性は発揮出来なくなる。従って、本発明のカルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン性モノマーの共重合比率としては、モノマー全体に対して0.1〜50モル%であることが好ましく、より好ましくは0.3〜40モル%であり、特に好ましくは0.5〜30モル%であり、1〜20モル%であることが最も好ましい。   Further, in the monomer composition of the present invention, if the copolymerization ratio of the ionic monomer is too high, the mechanical properties of the obtained hydrogel are lowered. On the other hand, if the copolymerization ratio is too low, the high water absorption of the hydrogel of the present invention cannot be exhibited. Therefore, the copolymerization ratio of the ionic monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group of the present invention is preferably 0.1 to 50 mol%, more preferably 0.3 to 40 mol%, based on the whole monomer. Particularly preferred is 0.5 to 30 mol%, and most preferred is 1 to 20 mol%.

本発明に用いる水膨潤性粘土鉱物は、水又は水溶液中で層間が膨潤する性質を有することが必要である。より好ましくは少なくとも一部が水中で層状に剥離して分散できるものであり、更に好ましくは水中で1ないし10層以内の厚みに、特に好ましくは水中で1ないし3層以内の厚みに層状に剥離して均一分散できる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を用いることができ、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、水膨潤性合成雲母が挙げられる。   The water-swellable clay mineral used in the present invention needs to have a property of swelling between layers in water or an aqueous solution. More preferably, at least a part can be peeled and dispersed in layers in water, more preferably in water to a thickness of 1 to 10 layers, particularly preferably in water to a thickness of 1 to 3 layers. It is a layered clay mineral that can be dispersed uniformly. For example, water-swellable smectite or water-swellable mica can be used. Specifically, water-swellable hectorite containing sodium as an interlayer ion, water-swellable montmorillonite, water-swellable saponite, water-swellable synthetic mica Is mentioned.

本発明に用いる有機無機複合ヒドロゲルを構成する水溶性アクリルモノマー(a)と粘土鉱物との比率は、用いるモノマーや粘土鉱物の種類により適宜選択されるが、溶媒の中で両者が三次元網目を形成する範囲が好ましく、水膨潤性粘土鉱物(B)/水溶性アクリルモノマー(a)の重合体(A)の質量比として好ましくは0.01〜5、より好ましくは0.03〜3、特に好ましくは0.05〜1.5である。かかる質量比の範囲であれば、調製が容易であり、高延伸性を保ったまま、広い範囲において制御された弾性率(柔らかさ)および高強度が得られる。   The ratio of the water-soluble acrylic monomer (a) and the clay mineral constituting the organic-inorganic composite hydrogel used in the present invention is appropriately selected depending on the type of monomer and clay mineral used. The range to be formed is preferable, and the mass ratio of the water-swellable clay mineral (B) / water-soluble acrylic monomer (a) polymer (A) is preferably 0.01 to 5, more preferably 0.03 to 3, especially. Preferably it is 0.05-1.5. Within such a mass ratio range, preparation is easy, and a controlled elastic modulus (softness) and high strength can be obtained over a wide range while maintaining high stretchability.

本発明に用いる有機無機複合ヒドロゲルには、溶媒として水以外にも水と混和する有機溶媒との混合溶媒を含んでいるものも含まれる。   The organic-inorganic composite hydrogel used in the present invention includes a solvent containing a mixed solvent with an organic solvent miscible with water in addition to water.

本発明において有機無機複合ヒドロゲルに含まれる水又は溶媒の量は、目的に応じて設定され一概には規定されないが、好ましくは有機無機複合ヒドロゲル中のアクリルモノマーの重合体と水膨潤性粘土鉱物との合計質量に対する水又は溶媒の質量比が50以下のものが用いられ、さらに好ましくは0.1〜30のものが用いられる。   In the present invention, the amount of water or solvent contained in the organic-inorganic composite hydrogel is set according to the purpose and is not unconditionally defined, but is preferably a polymer of an acrylic monomer in the organic-inorganic composite hydrogel and a water-swellable clay mineral. Those having a mass ratio of water or solvent to the total mass of 50 or less are more preferably 0.1-30.

本発明の有機無機複合ヒドロゲルは、以下の方法で製造できる。層状剥離した水膨潤性粘土鉱物(B)の共存下に有機高分子(A) のモノマーである非イオン性アクリルモノマーとイオン性モノマーの重合を行わせる。重合過程で有機高分子(A)のモノマーと水膨潤性粘土鉱物(B)との相互作用により水膨潤性粘土鉱物(B)がモノマーの架橋剤の働きをして、有機高分子(A)と水膨潤性粘土鉱物(B)との分子レベルでの複合化が達成され、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 can be produced by the following method. Polymerization of a nonionic acrylic monomer, which is a monomer of the organic polymer (A), and an ionic monomer is carried out in the presence of the layer-peeled water-swellable clay mineral (B). During the polymerization process, the water-swellable clay mineral (B) acts as a monomer crosslinking agent due to the interaction between the monomer of the organic polymer (A) and the water-swellable clay mineral (B). Complexation at the molecular level with the water-swellable clay mineral (B) is achieved, and an organic-inorganic hybrid hydrogel gelled by three-dimensional network formation is obtained.

具体的には、水中に微細分散した水膨潤性粘土鉱物(B)の水溶液に、(メタ)アクリルアミド誘導体及び式(1)のアクリルモノマーを加え、低温にしてカルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン性モノマーとラジカル重合開始剤を添加させ、引き続き、所定温度で重合を行わせる。ここで、カルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン性モノマーの添加順序は重要である。先にアクリルアミド誘導体及び式(1)のアクリルモノマーと一緒にカルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン性モノマーを添加すると、粘土鉱物がカルボン酸基又はスルホン酸基と強い相互作用により凝集を生じてしまう。このようにして得られたヒドロゲルは白濁するだけでなく、力学物性も大きく低下する傾向を示す。また、粘土鉱物とカルボン酸基又はスルホン酸基との相互作用により、反応系が著しく増粘し、ゲル化する場合もある。そのため、重合開始剤は反応系内に分散できなくなり、均一なヒドロゲルが得られない。粘土鉱物の凝集を最小限に抑えるため、(メタ)アクリルアミド誘導体及び式(1)のアクリルモノマーを先に粘土鉱物水分散液に加え、続いてカルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン性モノマーと重合開始剤を一度に添加させること又は重合開始剤を加えた後にカルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン性モノマーを添加させることによって、モノマーの分散と共にラジカル重合を行わせ、系全体をゲル化させる方法が有効に用いられる。重合開始剤とカルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン性モノマーを別々に添加する場合は、重合開始剤を加えた直後にモノマーを加えることが好ましい。重合開始剤を加えると、先に水分散液中に添加されている(メタ)アクリルアミド誘導体及び式(1)のアクリルモノマーの重合が開始する。したがって、重合開始剤を添加したら、できるだけ速やかにカルボン酸基又はスルホン酸基を有するイオン性モノマーを添加すると、ランダム共重合が進み、本発明の効果を発揮する上で好ましい。   Specifically, a (meth) acrylamide derivative and an acrylic monomer of formula (1) are added to an aqueous solution of a water-swellable clay mineral (B) finely dispersed in water, and have a carboxylic acid group or a sulfonic acid group at a low temperature. An ionic monomer and a radical polymerization initiator are added, and then polymerization is performed at a predetermined temperature. Here, the addition order of the ionic monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group is important. When an ionic monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group is added together with the acrylamide derivative and the acrylic monomer of formula (1), the clay mineral aggregates due to strong interaction with the carboxylic acid group or the sulfonic acid group. End up. The hydrogel obtained in this way not only becomes cloudy but also exhibits a tendency to greatly reduce the mechanical properties. In addition, the reaction system may remarkably thicken and gel due to the interaction between the clay mineral and the carboxylic acid group or sulfonic acid group. Therefore, the polymerization initiator cannot be dispersed in the reaction system, and a uniform hydrogel cannot be obtained. In order to minimize agglomeration of clay minerals, a (meth) acrylamide derivative and an acrylic monomer of formula (1) are first added to the clay mineral aqueous dispersion followed by an ionic monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group. By adding a polymerization initiator all at once or by adding an ionic monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group after adding a polymerization initiator, radical polymerization is performed together with the dispersion of the monomer, and the entire system is gelled. This method is effectively used. When adding a polymerization initiator and an ionic monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group separately, it is preferable to add the monomer immediately after adding the polymerization initiator. When the polymerization initiator is added, the polymerization of the (meth) acrylamide derivative and the acrylic monomer of the formula (1) previously added to the aqueous dispersion starts. Therefore, when a polymerization initiator is added, it is preferable to add an ionic monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group as soon as possible to promote random copolymerization and exhibit the effects of the present invention.

上記のラジカル重合反応は、ラジカル重合開始剤及び/又は放射線照射など公知の方法により行わせることができる。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。特に好ましくは層状に剥離した水膨潤性粘土鉱物(B)と強い相互作用を有するラジカル重合開始剤である。   The above radical polymerization reaction can be performed by a known method such as radical polymerization initiator and / or radiation irradiation. 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. Particularly preferred is a radical polymerization initiator having a strong interaction with the water-swellable clay mineral (B) exfoliated in layers.

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、VA-044, V-50, V-501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挙げられる。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二トリルなどがもちろん用いられるが、本発明では、モノマーとして用いられているカルボン酸基又はスルホン酸基を有する重合性モノマーは触媒の働きをしているため、上述のラジカル重合触媒を添加しなくてもよい。   Specifically, as the polymerization initiator, water-soluble peroxides such as potassium peroxodisulfate and ammonium peroxodisulfate, water-soluble azo compounds such as VA-044, V-50, V-501, And water-soluble radical initiators having an ethylene oxide chain. On the other hand, as the catalyst, tertiary amine compounds such as N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine and β-dimethylaminopropionitryl are of course used, but in the present invention, they are used as monomers. Since the polymerizable monomer having a carboxylic acid group or a sulfonic acid group functions as a catalyst, the above-mentioned radical polymerization catalyst may not be added.

重合温度は、開始剤の種類にあわせて0℃〜100℃の範囲で設定できる。重合時間も他の重合条件によって異なり、一般に数十秒〜数十時間の間で行われる。   The polymerization temperature can be set in the range of 0 ° C. to 100 ° C. according to the type of initiator. The polymerization time varies depending on other polymerization conditions, and is generally carried out for several tens of seconds to several tens of hours.

本発明のイオン性基及びPEG鎖を有する有機無機複合ヒドロゲルは、有機無機ヒドロゲルの特徴を保持しており、従来の有機架橋ゲルと比べて、高い吸水率を有する他、優れた力学物性などを示している。例えば、強度、伸び、タフネスなどの力学物性において、本発明の有機無機複合ヒドロゲルは、有機架橋ゲルよりすべて優れていることが特徴である。   The organic-inorganic composite hydrogel having an ionic group and a PEG chain of the present invention retains the characteristics of an organic-inorganic hydrogel, and has higher water absorption than conventional organic crosslinked gels, as well as excellent mechanical properties. Show. For example, the organic / inorganic composite hydrogel of the present invention is all superior to the organic crosslinked gel in terms of mechanical properties such as strength, elongation, and toughness.

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及び形状により異なるため、本発明のイオン性基及びPEG鎖を有する有機無機複合ヒドロゲルの力学物性は、一定範囲内の水含有率及び断面積を持つヒドロゲルを用いて試験した結果で表される。本明細書では、具体的には、試験開始時のフィルム状ヒドロゲルの断面積(初期断面積)を0.25cm2にしたものを試験材料として用い、イオン性基とPEG鎖を有する有機無機複合ヒドロゲル中の前記水(E)の含有率(含水率)が90質量%のものについて力学物性の測定を行った。 Since the mechanical properties of the organic-inorganic composite hydrogel vary depending on the water content and shape of the hydrogel, the mechanical properties of the organic-inorganic composite hydrogel having an ionic group and a PEG chain according to the present invention are within a certain range. It is represented by the result of testing using a hydrogel having In this specification, specifically, an organic-inorganic composite hydrogel having an ionic group and a PEG chain is used as a test material having a cross-sectional area (initial cross-sectional area) of a film-like hydrogel of 0.25 cm 2 at the start of the test. The mechanical properties of the water (E) content (water content) of 90% by mass were measured.

本発明のイオン性基及びPEG鎖を有する有機無機複合ヒドロゲルは、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場合、引張強度が10〜300kPaであり、より好ましくは15〜250kPaであり、特に好ましくは20〜200kPaであること、更に引張破断伸びが100〜3000%であり、より好ましくは200〜2500%であり、特に好ましくは300〜2000%であるものが好ましい。   The organic-inorganic composite hydrogel having an ionic group and a PEG chain of the present invention has a tensile strength of 10 to 300 kPa, more preferably 15 to 250 kPa, when measured using the hydrogel having the above water content and initial cross-sectional area. Particularly preferred is 20 to 200 kPa, and further, the tensile elongation at break is 100 to 3000%, more preferably 200 to 2500%, and particularly preferably 300 to 2000%.

本発明のイオン性基及びPEG鎖を有する有機無機複合ヒドロゲルにおいては、純水での最大膨潤度Wgel/Wdryが50以上であることが好ましい。ここで、最大膨潤度Wgel/Wdryとは、乾燥ゲル1g当たりに膨潤したヒドロゲルの質量数である。Wdryはヒドロゲルの固形分であり、Wgelはヒドロゲルを大量の水に浸して、膨潤したゲルの質量である。最大膨潤度Wgel/Wdryは50〜10000であることがより好ましく、100〜6000であることが特に好ましい。   In the organic-inorganic composite hydrogel having an ionic group and a PEG chain of the present invention, the maximum degree of swelling Wgel / Wdry in pure water is preferably 50 or more. Here, the maximum degree of swelling Wgel / Wdry is the mass number of the hydrogel swollen per 1 g of the dried gel. Wdry is the solid content of the hydrogel, and Wgel is the mass of the gel swollen by immersing the hydrogel in a large amount of water. The maximum swelling degree Wgel / Wdry is more preferably 50 to 10,000, and particularly preferably 100 to 6000.

また、本発明のイオン性基及びPEG鎖を有する有機無機複合ヒドロゲルにおいては、生理食塩水での平衡膨潤度Wgel/Wdryが20以上であることが好ましい。より好ましくは25以上であり、特に好ましくは30以上である。   In the organic-inorganic composite hydrogel having an ionic group and a PEG chain of the present invention, the equilibrium swelling degree Wgel / Wdry in physiological saline is preferably 20 or more. More preferably, it is 25 or more, and particularly preferably 30 or more.

本発明のイオン性基及びPEG鎖を有する有機無機複合ヒドロゲルには、透明性に極めて優れているものが含まれる。例えば、ACMOと式(1)のアクリルモノマーとアクリル酸塩又は2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸塩との共重合で得られた有機無機複合ヒドロゲルの光透過率は85%以上である。   The organic-inorganic composite hydrogel having an ionic group and a PEG chain of the present invention includes those that are extremely excellent in transparency. For example, the light transmittance of an organic-inorganic composite hydrogel obtained by copolymerization of ACMO with an acrylic monomer of formula (1) and an acrylate or 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate is 85% or more.

本発明の有機無機複合ヒドロゲルは、重合時に重合容器の形状を変化させたり、重合後に切削加工したりすることにより種々の大きさや形状に調製でき、例えば、フィルム状、平板状、繊維状、棒状、円柱状、中空状、筒状、らせん状、あるいは球状など任意の形状とすることができる。特にフィルム状のヒドロゲルでは、その高い生理食塩水膨潤性から創傷被覆材として好適に用いられる。また、本発明には、得られた有機無機複合ヒドロゲルを慣用の方法で乾燥し、溶媒の一部もしくは全部を除去した有機無機複合体を得ることが出来る。かかる乾燥温度は80℃以下であることが好ましく、より好ましくは60℃以下である。乾燥温度は80℃を超えると、重合体の一部に共有結合による架橋が生じるため、得られる有機無機複合体の食塩水膨潤性が低下する恐れがあり、好ましくない。乾燥時間は用いるヒドロゲルフィルムの厚み、乾燥方法及び乾燥温度によって異なるが、通常数時間から数十時間である。   The organic-inorganic composite hydrogel of the present invention can be prepared in various sizes and shapes by changing the shape of the polymerization vessel at the time of polymerization, or by cutting after polymerization, for example, film shape, flat plate shape, fiber shape, rod shape A cylindrical shape, a hollow shape, a cylindrical shape, a spiral shape, or a spherical shape can be used. In particular, a film-like hydrogel is suitably used as a wound dressing because of its high physiological saline swelling property. In the present invention, the obtained organic-inorganic composite hydrogel can be dried by a conventional method to obtain an organic-inorganic composite from which part or all of the solvent has been removed. Such a drying temperature is preferably 80 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or lower. When the drying temperature exceeds 80 ° C., crosslinking due to a covalent bond occurs in a part of the polymer, so that the salt swellability of the obtained organic-inorganic composite may be lowered, which is not preferable. The drying time varies depending on the thickness of the hydrogel film to be used, the drying method and the drying temperature, but is usually several hours to several tens of hours.

本発明は、式(1)で表されるアクリルモノマーを用いることによって、得られる有機無機複合体に柔軟性が与えられる。その柔軟さは、用いる式(1)で表されるアクリルモノマーの使用量及び粘土鉱物の含有率によって異なる。例えば、上述のヒドロゲルフィルムを乾燥することによって得た0.1〜0.3mm厚みの乾燥フィルムでは、135°繰り返し曲げられても割れないことを基準とした場合、用いる式(1)で表されるアクリルモノマーの使用量は全モノマーに対して20質量%以上が好ましく、より好ましくは25質量%以上であり、特に好ましくは30質量%以上である。また、用いる粘土鉱物の含有率は固形分に対して20質量%以下が好ましく、より好ましくは16質量%以下であり、特に好ましくは13質量%以下である。かかる式(1)で表されるアクリルモノマーの使用量及び粘土鉱物の含有率が上述の範囲であれば、得られる有機無機複合体フィルムは人間の体にフィットする柔軟性を持ち、そのままでも、又は水に浸してヒドロゲルフィルムに再生して、創傷被覆材として用いることができる。   In the present invention, flexibility is imparted to the obtained organic-inorganic composite by using the acrylic monomer represented by the formula (1). The softness | flexibility changes with the usage-amount of the acrylic monomer represented by Formula (1) to be used, and the content rate of a clay mineral. For example, a dry film having a thickness of 0.1 to 0.3 mm obtained by drying the hydrogel film described above is represented by the formula (1) used on the basis that it is not broken even if it is bent 135 ° repeatedly. The amount of acrylic monomer used is preferably 20% by mass or more, more preferably 25% by mass or more, and particularly preferably 30% by mass or more based on the total monomers. Further, the content of the clay mineral to be used is preferably 20% by mass or less, more preferably 16% by mass or less, and particularly preferably 13% by mass or less with respect to the solid content. If the amount of the acrylic monomer represented by the formula (1) and the content of the clay mineral are within the above ranges, the obtained organic-inorganic composite film has flexibility to fit the human body, Alternatively, it can be immersed in water and regenerated into a hydrogel film to be used as a wound dressing.

本発明は、次の実施例及び比較例によって更に具体的に説明するが、これに限定されるものではない。
(測定条件)
<破断強度と伸びの測定>
以下の実施例及び比較例において、引張り試験は、島津製作所(株)製卓上型万能試験機AGS-Hを用いて、未精製のフィルム状のヒドロゲル(幅=10mm,厚み=2.5mm)をチャック部での滑りのないようにして引っ張り試験装置に装着し、標点間距離=30mm、引っ張り速度=100mm/分にて測定を行った。
<生理食塩水中で膨潤度の測定>
ヒドロゲルの生理食塩水中での膨潤度は両辺30mm、厚み2.5mmのフィルム状ヒドロゲルを大量の生理食塩水の中に浸して、その質量増加の時間依存性から求めた。また、ヒドロゲルフィルム乾燥体の生理食塩水中での膨潤度は、厚み約0.2mmの乾燥フィルム約0.03gを50mlの37℃の生理食塩水の中に25〜100時間浸して、質量増加しなくなるまでの平衡膨潤度を測定した。
<純水中で膨潤度の測定>
ヒドロゲルの純水中での膨潤度は約0.2gヒドロゲルを大量の水の中に浸して、その質量増加の時間依存性から求めた。また、ヒドロゲルフィルム乾燥体の水中での最大膨潤度は、厚み約0.2mmの乾燥フィルム約0.03gを50mlの水の中に25〜100時間浸して、質量増加しなくなるまでの重さから求めた。
<柔軟性の評価>
ヒドロゲルフィルムから得られた厚み約0.1〜0.2mmの乾燥フィルムにおいて、180°繰り返し曲げられるものは◎で優れた柔軟性を表し、135°繰り返し曲げられるものは○で柔軟性ありを表し、135°曲げて割れたものは×で柔軟性なしを表す。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples and comparative examples, but is not limited thereto.
(Measurement condition)
<Measurement of breaking strength and elongation>
In the following examples and comparative examples, the tensile test was performed by chucking an unpurified film-like hydrogel (width = 10 mm, thickness = 2.5 mm) using a tabletop universal testing machine AGS-H manufactured by Shimadzu Corporation. The test piece was mounted on a tensile test apparatus so that there was no slip at the part, and the measurement was performed at a distance between gauge points = 30 mm and a pulling speed = 100 mm / min.
<Measurement of swelling degree in physiological saline>
The degree of swelling of the hydrogel in physiological saline was determined from the time dependence of the increase in mass of a film-like hydrogel having a side of 30 mm and a thickness of 2.5 mm immersed in a large amount of physiological saline. In addition, the degree of swelling of the dried hydrogel film in physiological saline is about 0.03 g of a dry film having a thickness of about 0.2 mm is immersed in 50 ml of 37 ° C. physiological saline for 25 to 100 hours until the mass does not increase. The equilibrium swelling degree of was measured.
<Measurement of swelling degree in pure water>
The degree of swelling of hydrogel in pure water was determined from the time dependence of the mass increase of about 0.2 g hydrogel immersed in a large amount of water. Further, the maximum swelling degree in water of the dried hydrogel film was determined from the weight until the mass did not increase after immersing about 0.03 g of a dry film having a thickness of about 0.2 mm in 50 ml of water for 25 to 100 hours. .
<Evaluation of flexibility>
In a dry film obtained from a hydrogel film having a thickness of about 0.1 to 0.2 mm, those that can be bent 180 ° repeatedly represent excellent flexibility with ◎, those that can be bent 135 ° repeatedly represent ○ with flexibility, 135 ° Bending and cracking means “no flexibility”.

(試薬)
・粘土鉱物
XLG: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)
XLS:6%ピロリン酸ナトリウム含有水膨潤性合成ヘクトライト(商標ラポナイトXLS、日本シリカ株式会社製)
・アルカリ
Na2CO3:炭酸ナトリウム(和光純薬工業株式会社製)
NaOH:粒状NaOH(和光純薬工業株式会社製)
・モノマー
DMAA:N,N-ジメチルアクリルアミド(和光純薬工業株式会社製)、活性アルミナを用いて重合禁止剤を取り除いてから使用した。
NIPAM:N-イソプロピルアクリルアミド(興人株式会社製)、トルエンとヘキサンの混合溶媒を用いて再結晶し無色針状結晶に精製してから用いた。
ACMO:アクリロイルモルフォリン(興人株式会社製)、活性アルミナを用いて重合禁止剤を取り除いてから使用した。
DEAA:N,N-ジエチルアクリルアミド(興人株式会社製)、活性アルミナを用いて重合禁止剤を取り除いてから使用した。
AAc:アクリル酸(和光純薬工業株式会社製)、試薬そのまま使用した。
AMPS:2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(和光純薬工業株式会社製)、試薬そのまま使用した。
AM-30G:CH2=CHCO(OC2H4)nOCH3 n=3 NKエステルAM-30G(新中村化学株式会社製)、試薬そのまま使用した。
AM-90G:CH2=CHCO(OC2H4)nOCH3 n=9 NKエステルAM-90G(新中村化学株式会社製)、試薬そのまま使用した。
AM-130G:CH2=CHCO(OC2H4)nOCH3 n=13 NKエステルAM-130G(新中村化学株式会社製)、試薬そのまま使用した。
AM-230G:CH2=CHCO(OC2H4)nOCH3 n=23 NKエステルAM-230G(新中村化学株式会社製)、試薬そのまま使用した。
M-450G:CH2=C(CH3)CO(OCH2CH2)nOCH3 n=45 NKエステルM-450G(新中村化学株式会社製)、試薬そのまま使用した。
M-900G:CH2=C(CH3)CO(OCH2CH2)nOCH3 n=90 NKエステルM-900G(新中村化学株式会社製)、試薬そのまま使用した。
PME-2000:CH2=C(CH3)CO(OCH2CH2)nOCH3 n=45 ブレンマPME-2000(日油株式会社製)、試薬そのまま使用した。
PME-4000:CH2=C(CH3)CO(OCH2CH2)nOCH3 n=90 ブレンマPME-4000(日油株式会社製)、試薬そのまま使用した。
BIS: N,N'-メチレンビスアクリルアミド(関東化学株式会社製)、試薬そのまま使用した。
・重合開始剤
KPS:ペルオキソ二硫酸カリウム(関東化学株式会社製)、KPS/水=0.2/10(g/g)の割合で純水で希釈し、水溶液にして使用した。
・重合触媒
TEMED:N,N,N',N'-テトラメチルエチレンジアミン(和光純薬工業株式会社製)
(reagent)
・ Clay minerals
XLG: Water-swellable synthetic hectorite (Trademark LAPONITE XLG, manufactured by Nippon Silica Co., Ltd.)
XLS: 6% sodium pyrophosphate-containing water-swellable synthetic hectorite (Trademark Laponite XLS, manufactured by Nippon Silica Co., Ltd.)
·alkali
Na 2 CO 3 : Sodium carbonate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
NaOH: granular NaOH (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
·monomer
DMAA: N, N-dimethylacrylamide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), activated alumina was used after removing the polymerization inhibitor.
NIPAM: N-isopropylacrylamide (manufactured by Kojin Co., Ltd.), recrystallized using a mixed solvent of toluene and hexane and purified into colorless needle crystals before use.
ACMO: used after removing the polymerization inhibitor using acryloylmorpholine (manufactured by Kojin Co., Ltd.) and activated alumina.
DEAA: N, N-diethylacrylamide (manufactured by Kojin Co., Ltd.) and activated alumina were used after removing the polymerization inhibitor.
AAc: Acrylic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and the reagent were used as they were.
AMPS: 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and the reagent were used as they were.
AM-30G: CH 2 ═CHCO (OC 2 H 4 ) n OCH 3 n = 3 NK ester AM-30G (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), the reagent was used as it was.
AM-90G: CH 2 ═CHCO (OC 2 H 4 ) n OCH 3 n = 9 NK ester AM-90G (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), the reagent was used as it was.
AM-130G: CH 2 ═CHCO (OC 2 H 4 ) n OCH 3 n = 13 NK ester AM-130G (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), the reagent was used as it was.
AM-230G: CH 2 ═CHCO (OC 2 H 4 ) n OCH 3 n = 23 NK ester AM-230G (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), the reagent was used as it was.
M-450G: CH 2 ═C (CH 3 ) CO (OCH 2 CH 2 ) n OCH 3 n = 45 NK ester M-450G (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), the reagent was used as it was.
M-900G: CH 2 ═C (CH 3 ) CO (OCH 2 CH 2 ) n OCH 3 n = 90 NK ester M-900G (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.), the reagent was used as it was.
PME-2000: CH 2 ═C (CH 3 ) CO (OCH 2 CH 2 ) n OCH 3 n = 45 Blemma PME-2000 (manufactured by NOF Corporation), the reagent was used as it was.
PME-4000: CH 2 ═C (CH 3 ) CO (OCH 2 CH 2 ) n OCH 3 n = 90 Blemma PME-4000 (manufactured by NOF Corporation) was used as it was.
BIS: N, N′-methylenebisacrylamide (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) and the reagent were used as they were.
・ Polymerization initiator
KPS: potassium peroxodisulfate (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), diluted with pure water at a ratio of KPS / water = 0.2 / 10 (g / g), and used as an aqueous solution.
・ Polymerization catalyst
TEMED: N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

(実施例1と比較例1)
平底ガラス容器に、純水24.5gと0.96gのXLSを攪拌して均一な溶液を調製した。これにDMAA 4.5g及びPME-2000 0.3gを加え、15分間窒素バブリングした。続いて、氷浴下、KPS水溶液1.5gを攪拌して加えた直後に、AAc 1.2g(モノマー合計に対して26mol%)、炭酸ナトリウム1g、H2O 4g及びTEMED 0.024gの混合溶液を攪拌して加え、均一溶液を得た。得られた均一溶液を予め窒素置換したポリスチレン製容器(8cm×12cm)に酸素に触れないようにして移した後、蓋を密栓し、20℃で静置重合を行った。15時間後にポリスチレン製容器内に伸縮性、強靭性のある均一なフィルム状のヒドロゲルが生成された。ヒドロゲルは大量の水に浸して精製した。得られ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℃の水に浸漬することにより、乾燥前と同じ形状の伸縮性のあるヒドロゲルに戻ることが確認された。
(Example 1 and Comparative Example 1)
In a flat bottom glass container, 24.5 g of pure water and 0.96 g of XLS were stirred to prepare a uniform solution. DMAA 4.5g and PME-2000 0.3g were added to this, and nitrogen bubbling was carried out for 15 minutes. Subsequently, immediately after stirring and adding 1.5 g of KPS aqueous solution in an ice bath, a mixed solution of 1.2 g of AAc (26 mol% with respect to the total amount of monomers), 1 g of sodium carbonate, 4 g of H2O and 0.024 g of TEMED was stirred. In addition, a homogeneous solution was obtained. The obtained uniform solution was transferred to a polystyrene container (8 cm × 12 cm) previously purged with nitrogen so as not to come into contact with oxygen, and then the lid was tightly sealed, followed by standing polymerization at 20 ° C. After 15 hours, a uniform film-like hydrogel having elasticity and toughness was produced in a polystyrene container. The hydrogel was purified by immersion in a large amount of water. The obtained purified hydrogel was dried at 100 ° C. under reduced pressure to obtain a dried hydrogel from which moisture was removed. It was confirmed that when the dried gel was immersed in water at 20 ° C., it returned to a stretchable hydrogel having the same shape as before drying.

以上から、本実施例で得られたゲルは、有機高分子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、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などから、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。   From the above, the gel obtained in this example is a hydrogel composed of an organic polymer, a clay mineral, and water, and a uniform hydrogel, although no crosslinking agent is added in the synthesis of the organic polymer. The three-dimensional network in which organic polymer and clay mineral are combined at the molecular level is obtained by immersing the dried gel obtained by removing water from the hydrogel into water and returning it to its original shape. It was concluded that was formed in water.

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。   The organic polymer synthesized under the same conditions except that no clay mineral coexists became a polymer aqueous solution and did not become a hydrogel.

未精製のフィルム状のヒドロゲルの引っ張り試験を行い、その結果を図1に示す。また、生理食塩水及び純水での膨潤性の測定結果を図2と図3に示す。   An unpurified film-like hydrogel was subjected to a tensile test, and the results are shown in FIG. In addition, measurement results of swelling properties with physiological saline and pure water are shown in FIGS.

イオン性モノマーを用いない以外は実施例1と同様な組成の比較例1では、図2と図3に示したように生理食塩水及び純水での膨潤性は実施例1より劣る。特に純水での膨潤性において実施例1は比較例1より著しく増加した。   In Comparative Example 1 having the same composition as that of Example 1 except that no ionic monomer was used, the swellability with physiological saline and pure water was inferior to that of Example 1 as shown in FIGS. In particular, Example 1 significantly increased the swelling property with pure water compared with Comparative Example 1.

(実施例2と比較例2,3)
表1に示した組成で実施例1と同様にして実施例2のヒドロゲルを合成した。得られたフィルム状のヒドロゲルの引っ張り試験を行い、その結果を図1に示す。また、生理食塩水及び純水での膨潤性の測定結果を図4と図5に示す。
式(1)のPEG鎖を有するアクリルモノマーPME-2000を用いない以外は実施例2と同様な組成の比較例2では、図4に示したように生理食塩水での膨潤性は実施例2より劣る。
また、式(1)のPEG鎖を有するアクリルモノマーPME-2000(エチレングリコール繰り返し単位数45個)の代わりにPEG鎖の短い式(1)のアクリルモノマーAM-30G(エチレングリコール繰り返し単位数3個)を用いた以外は実施例2と同様な組成の比較例3では、図4に示したように生理食塩水での膨潤性は実施例2より劣る。
(Example 2 and Comparative Examples 2 and 3)
A hydrogel of Example 2 was synthesized in the same manner as Example 1 with the composition shown in Table 1. The resulting film-like hydrogel was subjected to a tensile test, and the results are shown in FIG. In addition, measurement results of swelling properties with physiological saline and pure water are shown in FIGS. 4 and 5. FIG.
In Comparative Example 2 having the same composition as in Example 2 except that the acrylic monomer PME-2000 having the PEG chain of the formula (1) was not used, the swelling property with physiological saline as shown in FIG. Inferior.
Also, instead of acrylic monomer PME-2000 having a PEG chain of formula (1) (ethylene glycol repeating unit number 45), acrylic monomer AM-30G of formula (1) having a short PEG chain (ethylene glycol repeating unit number 3) In Comparative Example 3 having the same composition as in Example 2 except that) was used, the swelling property with physiological saline was inferior to that in Example 2 as shown in FIG.

(実施例3,4,5)
表2に示した組成で実施例1と同様にして実施例3,4,5のヒドロゲルを合成した。得られたフィルム状のヒドロゲルの引っ張り試験結果を図6に示す。また、生理食塩水及び純水での膨潤性の測定結果を図7と図8に示す。図に示したように、実施例3,4,5は優れた力学物性を有するだけではなく、生理食塩水及び純水での膨潤度も極めて高かった。
(実施例6,7,8)
表3に示した組成で実施例1と同様にして実施例6,7,8のヒドロゲルを合成した。得られたフィルム状のヒドロゲルの引っ張り試験結果及び生理食塩水、純水での膨潤性の測定結果を図9,10,11に示す。図10と図11に示したように、イオン性モノマーアクリル酸ナトリウムの含有比率が高くなるにつれ、生理食塩水及び純水での膨潤度が増加することがわかった。なお、実施例6で得られた2.5mm厚みのヒドロゲルフィルムの光透過率を測ったところ、92%であった。
(Examples 3, 4, 5)
Hydrogels of Examples 3, 4, and 5 were synthesized in the same manner as in Example 1 with the compositions shown in Table 2. The results of a tensile test of the obtained film-like hydrogel are shown in FIG. In addition, measurement results of swelling properties with physiological saline and pure water are shown in FIGS. As shown in the figure, Examples 3, 4, and 5 not only had excellent mechanical properties, but also had a very high degree of swelling in physiological saline and pure water.
(Examples 6, 7, 8)
Hydrogels of Examples 6, 7, and 8 were synthesized in the same manner as in Example 1 with the compositions shown in Table 3. The results of the tensile test of the obtained film-like hydrogel and the measurement results of the swellability with physiological saline and pure water are shown in FIGS. As shown in FIGS. 10 and 11, it was found that as the content ratio of the ionic monomer sodium acrylate increases, the degree of swelling in physiological saline and pure water increases. The light transmittance of the 2.5 mm thick hydrogel film obtained in Example 6 was measured and found to be 92%.

(実施例9,10,11)
アクリル酸の代わりに2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)を用い、表4に示した組成で実施例1と同様にして実施例9,10,11のヒドロゲルを合成した。得られたフィルム状のヒドロゲルの引っ張り試験結果及び生理食塩水、純水での膨潤性の測定結果を図12,13,14に示す。なお、実施例10で得られた2.5mm厚みのヒドロゲルフィルムの光透過率を測ったところ、88%であった。
(Examples 9, 10, and 11)
Hydrogels of Examples 9, 10, and 11 were synthesized in the same manner as in Example 1 using 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS) instead of acrylic acid, with the composition shown in Table 4. The results of the tensile test of the obtained film-like hydrogel and the measurement results of the swelling property with physiological saline and pure water are shown in FIGS. The light transmittance of the 2.5 mm thick hydrogel film obtained in Example 10 was measured and found to be 88%.

(実施例12と比較例4,5)
表5に示した組成で実施例1と同様にして実施例12のヒドロゲルを合成した。次に得られたヒドロゲルフィルムを50℃で熱風乾燥し、ヒドロゲル乾燥フィルムを得た。式(1)のアクリルモノマーM-450Gを多量に用いた結果、ヒドロゲル乾燥フィルムに柔軟性を与え、135°繰り返し曲げられても、割れることはなかった。また、イオン性モノマーアクリル酸ナトリウムを用いたため、生理食塩水及び純水での膨潤度が高くなった。これに対して、イオン性モノマーを用いない比較例4では、生理食塩水、特に純水での膨潤度が極めて低かった。一方、式(1)のアクリルモノマーを用いない比較例5では、ヒドロゲル乾燥フィルムが硬くて脆いため、90°でも曲げられなかった。なお、これらの測定結果を表5にまとめて示す。
(Example 12 and Comparative Examples 4 and 5)
A hydrogel of Example 12 was synthesized in the same manner as Example 1 with the composition shown in Table 5. Next, the obtained hydrogel film was dried with hot air at 50 ° C. to obtain a dried hydrogel film. As a result of using a large amount of the acrylic monomer M-450G of the formula (1), the hydrogel dry film was given flexibility, and even when it was repeatedly bent by 135 °, it did not crack. Moreover, since the ionic monomer sodium acrylate was used, the degree of swelling in physiological saline and pure water increased. On the other hand, in Comparative Example 4 in which no ionic monomer was used, the degree of swelling in physiological saline, particularly pure water, was extremely low. On the other hand, in Comparative Example 5 in which the acrylic monomer of formula (1) was not used, the hydrogel dry film was hard and brittle, so it could not be bent even at 90 °. These measurement results are summarized in Table 5.

(実施例13,14,15)
表6に示した組成で実施例12と同様にして実施例13,14,15のヒドロゲル乾燥フィルムを調製した。得られた乾燥フィルムは、柔軟性に優れ、生理食塩水及び純水での膨潤度が極めて高かった。なお、これらの測定結果を表6にまとめて示す。
(Examples 13, 14, 15)
Hydrogel dry films of Examples 13, 14, and 15 were prepared in the same manner as in Example 12 with the compositions shown in Table 6. The obtained dry film was excellent in flexibility and had a very high degree of swelling in physiological saline and pure water. These measurement results are summarized in Table 6.

Figure 2011153174
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Claims (6)

水溶性アクリルモノマー(a)の重合体(A)と水膨潤性粘土鉱物(B)とで形成される有機無機複合ヒドロゲルであって、
前記水溶性アクリルモノマー(a)が、式(1)
Figure 2011153174
(式中、Rは、水素原子又はメチル基、Rは炭素数2又は3のアルキレン基、nは10〜99の整数、Yはメトキシ基又は水酸基を表す。)
で表されるモノマーとカルボン酸塩構造及び/又はスルホン酸塩構造を有するモノマー(C)とを含むことを特徴とする有機無機複合ヒドロゲル。
An organic-inorganic composite hydrogel formed of a polymer (A) of a water-soluble acrylic monomer (a) and a water-swellable clay mineral (B),
The water-soluble acrylic monomer (a) has the formula (1)
Figure 2011153174
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 represents an alkylene group having 2 or 3 carbon atoms, n represents an integer of 10 to 99, and Y represents a methoxy group or a hydroxyl group.)
And a monomer (C) having a carboxylate structure and / or a sulfonate structure.
前記式(1)で表されるモノマーを全モノマー成分に対して1質量%〜70質量%含有する請求項1記載の有機無機複合ヒドロゲル。 The organic-inorganic composite hydrogel according to claim 1, wherein the monomer represented by the formula (1) is contained in an amount of 1% by mass to 70% by mass with respect to all monomer components. 前記カルボン酸塩構造及び/又はスルホン酸塩構造を有するモノマー(C)がアクリル酸ナトリウム及び2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸ナトリウムである請求項1記載の有機無機複合ヒドロゲル。 The organic-inorganic composite hydrogel according to claim 1, wherein the monomer (C) having a carboxylate structure and / or a sulfonate structure is sodium acrylate and sodium 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate. 前記カルボン酸塩構造及び/又はスルホン酸塩構造を有するモノマー(C)を全モノマー成分に対して0.1モル%〜50モル%含有する請求項1又は3記載の有機無機複合ヒドロゲル。 The organic-inorganic composite hydrogel according to claim 1 or 3, wherein the monomer (C) having a carboxylate structure and / or a sulfonate structure is contained in an amount of 0.1 mol% to 50 mol% based on the total monomer components. 請求項1〜4のいずれか一つに記載の有機無機複合ヒドロゲルを乾燥することにより得られる有機無機複合体。 The organic inorganic composite obtained by drying the organic inorganic composite hydrogel as described in any one of Claims 1-4. 請求項1〜4記載の有機無機複合ヒドロゲルの製造方法であって、前記式(1)で表されるモノマー及び(メタ)アクリルアミド誘導体と、前記水膨潤性粘土鉱物(B)と、水(D)とを含む均一溶液を調製した後、カルボン酸塩構造又はスルホン酸塩構造を有する重合性モノマー(C)を重合開始剤と同時に又は重合開始剤を添加した直後に加えて、前記式(1)で表されるモノマー及び(メタ)アクリルアミド誘導体と前記カルボン酸塩構造又はスルホン酸塩構造を有する重合性モノマーとを重合させることにより前記重合体(A)を製造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。 It is a manufacturing method of the organic inorganic composite hydrogel of Claims 1-4, Comprising: The monomer represented by the said Formula (1), a (meth) acrylamide derivative, the said water-swellable clay mineral (B), and water (D And a polymerizable monomer (C) having a carboxylate structure or a sulfonate structure is added simultaneously with the polymerization initiator or immediately after the addition of the polymerization initiator, and the above formula (1) is prepared. ) And a (meth) acrylamide derivative and a polymerizable monomer having a carboxylate structure or a sulfonate structure to produce the polymer (A). A method for producing a composite hydrogel.
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