JP2717797B2 - 熱応答材料 - Google Patents

熱応答材料

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JP2717797B2 JP63114401A JP11440188A JP2717797B2 JP 2717797 B2 JP2717797 B2 JP 2717797B2 JP 63114401 A JP63114401 A JP 63114401A JP 11440188 A JP11440188 A JP 11440188A JP 2717797 B2 JP2717797 B2 JP 2717797B2
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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、熱応答材料に関する。さらに詳しくは、温
度により可逆的に変化する吸水能を有し、大過剰の水の
存在下でも加温により収縮して吸収した水を放出する熱
応答材料に関するものである。
[従来の技術] 温度により可逆的に膨潤・収縮する熱応答性含水ゲル
は、温度センサー・吸着材・分離材あるいは玩具などへ
の応用が期待されているが、従来、ポリビニルメチルエ
ーテル放射線架橋体や特定されたポリN−アルキルアク
リルアミド架橋体等ごく僅かな化合物が知られているに
過ぎない。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、従来の化合物は、架橋が困難であった
り、あるいはまた、高価である、などの問題点があり、
その利用範囲が制限されることを免れなかった。
[問題点を解決するための手段] 本発明者らは、上記問題点に鑑みて、安価でかつ簡便
なる製造方法を有する新規な熱応答材料を見い出すべく
鋭意検討した結果、特定の架橋重合体が、低温で吸水膨
潤し高温で放水収縮することを見いだし本発明に到達し
た。
すなわち、本発明は、一般式 (式中、Rは水素またはメチル基、nは2以上の実数、
mは0または正の実数である。) で表されるビニル化合物(A)と、架橋剤(C)、およ
び必要により他の共重合しうる単量体(B)との共重合
体からなり、低温で自重の10倍以上の水を吸水膨潤し高
温で放水収縮することを特徴とする熱応答材料である。
一般式〔I〕において、nは好ましくは2〜10の実数
である。nが2未満では熱応答性を示さないことがあ
る。mは好ましくは0〜5である。
また、nとmの関係は好ましくはn>mである。
また、OC2H4、OC3H6との順序は問わない。結合形式も
ランダム,ブロック等いずれでもよく特に制限はない。
一般式〔I〕示されるビニル化合物(A)は、アクリ
ロイル基含有化合物とグリコール類とのエステル化反応
等により得られるが、従来の方法、例えば次式で示され
るようにヒドロキシエチルメタクリレートおよび/また
はヒドロキシエチルアクリレートとエチレンオキサイド
および/またはプロピレンオキサイドを触媒(酸あるい
はアルカリ触媒)存在下、通常50〜60℃で反応させる方
法によって得ることができる。
本発明において、共重合しうる単量体(B)としては
親水性単量体、イオン性単量体、親油性単量体、及びこ
れら単量体の二種以上の混合物があげられる。
親水性単量体としては、例えばアクリルアミド、メタ
クリルアミド、N−メチルアクリルアミド、ジアセトン
アクリルアミド、N−ビニル2ピロリドン等をあること
ができる。イオン性単量体としては、たとえばカルボン
酸基を含有する重合性単量体、スルホン酸基を含有する
重合性単量体およびリン酸基を含有する重合性単量体な
どの酸基含有単量体およびそれらの塩が挙げられる。
カルボン酸基を含有する重合性単量体としては、不飽
和モノまたはポリカルボン酸[(メタ)アクリル酸(ア
クリル酸および/またはメタクリル酸とをいう。以下同
様の記載を用いる。)。エタアクリル酸、クロトン酸、
ソルビン酸、マレイン酸、イタコン酸、ケイ皮酸な
ど]、それらの無水物[無水マレイン酸など]などがあ
げられる。
スルホン酸基を含有する重合性単量体としては、脂肪
族または芳香族ビニルスルホン酸(ビニルスルホン酸、
アリルスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸、スチレ
ンスルホン酸など)、(メタ)アクリルスルホン酸
[(メタ)アクリル酸スルホエチル、(メタ)アクリル
酸スルホプロピルなど]、(メタ)アクリルアミドスル
ホン酸[2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスル
ホン酸など]などがあげられる。
リン酸基を含有する重合性単量体としては、(メタ)
アクリル酸ヒドロキシアルキルリン酸モノエステル[2
−ヒドロキシエチル(メタ)アクリロイルホスフェー
ト、フェニル−2−アクリロイロキシエチルホスフェー
トなど]があげられる。これらの酸基を含有する単量体
は単独で使用してもよく、また2種以上併用してもよ
い。
それらの塩としては、アルカリ金属塩(ナトリウム、
カリウム、リチウムなどの塩)、アルカリ土類金属塩
(カルシウム、マグネシウムなどの塩)、アンモニウム
塩およびアミン塩(メチルアミン、トリメチルアミンな
どのアルキルアミンの塩;トリエタノールアミン、ジエ
タノールアミンなどのアルカノールアミンの塩など)お
よびこれらの二種以上が挙げられる。これらのうちで好
ましいものは、例えばアクリル酸、メタクリル酸、ビニ
ルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン
酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン
酸等の酸およびそれらの塩、N,N−ジエチルアミノエチ
ルアクリレート、N,N−ジエチルアミノエチルメタクリ
レート等のアミンおよびそれらの塩等をあげることがで
きる。
親油性単量体としては、たとえばN−n−ブチルアク
リルアミド、N−n−ヘキシルアクリルアミド等のN−
アルキル(メタ)アクリルアミド誘導体、エチルアクリ
レート、メチルメタクリレート等の(メタ)アクリレー
ト誘導体、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、酢
酸ビニル、スチレン、ブタジエン、イソプレン等をあげ
ることができる。
架橋剤(C)としては(1)2個の重合性二重結合を
有する化合物および(2)少なくとも1個の重合性二重
結合を有しかつ単量体と反応性の官能基を少なくとも1
個有する化合物が挙げられる。
(1)の化合物としては下記のものがあげられる。
ビス(メタ)アクリルアミド: N,N′−アルキレン(C1〜C6)ビス(メタ)アクリル
アミドたとえばN,N′−メチレンビスアクリルアミド。
ポリオール類と不飽和モノまたはポリカルボン酸との
ジまたはポリエステル: ポリオール類[エチレングリコール、トリメチロール
プロパン、グリセリン、ポリオキシエチレングリコー
ル、ポリオキシプロピレングリコールなど]のジ−また
はトリ−(メタ)アクリル酸エステル:不飽和ポリエス
テル[上記ポリオール類とマレイン酸などの不飽和酸と
の反応によって得られる]およびジ−またはトリ−(メ
タ)アクリル酸エステル[ポリエポキシドと(メタ)ア
クリル酸との反応によって得られる」など。
カルバミルエステル: ポリイソシアネート[トリレンジイソシアネート、ヘ
キサメチレンジイソシアネート、4,4′−ジフエニルメ
タンジイソシアネートおよびNCO基含有プレポリマー
(上記ポリイソシアネートと活性水素原子含有化合物と
の反応によって得られる)など]とヒドロキシエチル
(メタ)アクリレートとの反応によって得られるカルバ
ミルエステル。
ジまたはポリビニル化合物: ジビニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシ
レン、ジビニルエーテル、ジビニルケトン、トリビニル
ベンゼンなど。
ポリオール類のジ−またはポリ−(メタ)アリルエー
テル: ポリオール類[アルキレングリコール、グリセリン、
ポリアルキレングリコール、ポリアルキレンポリオー
ル、炭水化物など]のジ−またはポリ−(メタ)アリル
エーテルたとえばポリエチレングリコールジアリルエー
テルおよびアリル化デンプン、アリル化セルロース。
ポリカルボン酸のジ−またはポリ−アリルエステル: ジアリルフタレート、ジアリルアジペートなど。
不飽和モノ−またはポリ−カルボン酸とポリオールの
モノ(メタ)アリルエーテルとのエステル: ポリエチレングリコールモノアリルエーテルの(メ
タ)アクリル酸エステルなど。
アリロキシアルカン類: テトラアリロキシエタンなど。
化合物(2)の例としては、(メタ)アクリル酸およ
び/またはその他の共重合性単量体と反応性の基たとえ
ばカルボキシル基、カルボン酸無水物基と反応性の基
(ヒドロキシル基、エポキシ基、カチオン性基など)を
含むエチレン性不飽和化合物があげられる。具体的には
非イオン性基含有不飽和化合物たとえばヒドロキシル基
含有不飽和化合物[N−メチロール(メタ)アクリルア
ミドなど]およびエポキシ基含有不飽和化合物[グリシ
ジル(メタ)アクリレートなど]ならびにカチオン性基
含有不飽和化合物、たとえば4級アンモニウム塩基含有
不飽和化合物[N,N,N−トリメチル−N−(メタ)アク
リロイロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライ
ド、N,N,N−トリエチル−N−(メタ)アクリロイロキ
シエチルアンモニウムクロライドなど]、および3級ア
ミノ基含有不飽和化合物[(メタ)アクリル酸ジメチル
アミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチ
ルなど]などがあげられる。
架橋剤のうちで好ましいものは、ビス(メタ)アクリ
ルアミド、ポリオール類と不飽和モノカルボン酸とのジ
−またはポリ−エステルおよびアリロキシアルカンであ
り、とくに好ましいものはN,N′−メチレンビスアクリ
ルアミド、エチレングリコールジアクリレート、トリメ
チロールプロパントリアクリレートおよびテトラアリロ
キシエタンである。
単量体(B)の重合体中に占めるモル比に特に制限は
ないが、ビニル化合物(A)の割合を越えないことが好
ましい。
架橋剤の量は、ビニル化合物(A)と共重合しうる単
量体(B)の合計量に対し、通常、0.001〜20%、好ま
しくは0.01〜10%である。
共重合体の重合方法としては、公知の方法でよく、た
とえば単量体水溶液および架橋剤を必要によりデンプ
ン、セルロース等の多糖類の存在下重合する水溶液重合
法あるいはグラフト重合法、単量体および架橋剤を水性
溶媒に溶解して水性溶液とした後、必要により分散剤の
存在下、疎水性溶媒(ヘキサン、シクロヘキサン、トル
エン、クロルベンゼンなど)中に分散・懸濁させて重合
するいわゆる逆層懸濁重合法などがあげられる。また、
放射線、電子線、紫外線などにより重合を開始させる公
知の方法も可能である。
また、その製法例としては、たとえば、特公昭49−43
395号、特公昭53−46199号、特公昭53−13495号、特開
昭55−84304号、特開昭56−36504号公報に記載されてい
る。
このようにして得られる熱応答材料は、低温で水を吸
水して膨潤し、大量の水の存在下でも高温で水を放出し
て収縮しうる機能を有している。
したがって、例えば本発明の熱応答材料の用途として
は、温度センサー、水溶性有機物質の濃縮分離剤、メカ
ノケミカル素子材料、玩具調湿剤、結露防止剤などへの
応答、利用が考えられる。
[実施例] 以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明
はこれに限定されるものではない。以下において、部お
よび%はそれぞれ重量部および重量%を示す。評価方法
は次のようにして行った。即ち、サンプル1gを50mlメス
シリンダーにとり、イオン交換水50mlを加え、室温(21
℃)で1時間膨潤させた。次いでメスシリンダーを60℃
の湯浴に漬け、30分置いた。室温と60℃におけるサンプ
ルが占める容積をメスシリンダーの目盛りからそれぞれ
読み取った。
実施例1 CH2=C(CH3)CO(OC2H44OH で表されるビニル化合物30部、N、N′−メチレンビス
アクリルアミド0.3部、水150部ステンレス製ジュワービ
ンに入れ、窒素ガスで置換した後、過硫酸アンモニウム
0.15部を水10部に溶解した液と亜硫酸水素ナトリウム0.
7部を水10部に溶解した液とを同時に添加し、該水溶液
を断熱的に重合した。得られたゲルを細断し、乾燥した
後さらに粉砕して熱応答材料を得た。32〜100メッシュ
の区分を採取し評価サンプルとした。評価結果を表−2
に示す。尚、熱応答性は可逆的であった。
実施例2〜7 ビニル化合物(A)、単量体(B)の組成を表−1の
ようにして行った以外は実施例1と同様にして熱応答材
料を得た。32100メッシュの区分を採取し評価した結果
を表−2に示す。尚、実施例2〜7の何れも熱応答性は
可逆的であった。
[発明の効果] 本発明の熱応答材料は、通常40〜50℃以下の低温域で
吸水膨潤して自重の10倍以上の水を保持し、通常40〜50
℃以上の高温域では放水して体積が収縮し、これが繰り
返しの可能な可逆的熱応答性を有しており、また、従来
の化合物に対し、安価でかつ簡便なる製造方法を有して
いる。
本発明の熱応答材料の用途としては、温度センサー、
水溶性有機物質の濃縮分離剤、メカノケミカル素子材
料、玩具調湿剤、結露防止剤などへの応用、利用が考え
られる。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (式中、Rは水素またはメチル基、nは2以上の実数、
    mは0または正の実数である。) で表されるビニル化合物(A)と、架橋剤(C)、およ
    び必要により他の共重合しうる単量体(B)との共重合
    体からなり、低温で自重の10倍以上の水を吸水膨潤し高
    温で放水収縮することを特徴とする熱応答材料。
  2. 【請求項2】nが2〜10、mが0〜5の実数である請求
    項1記載の熱応答材料。
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