JP3643455B2

JP3643455B2 - 親水性樹脂の製造方法

Info

Publication number: JP3643455B2
Application number: JP33693696A
Authority: JP
Inventors: 康美鯉沼; 潔猪又; 宣男中林; 一彦石原
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; NOF Corp; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; NOF Corp; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH10176021A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、親水性、防汚性、生体適合性及び機械的強度等に優れた親水性樹脂の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より高分子材料に防曇性、帯電防止性、印刷性、着色性や接着性等の特性を付与したり、または前記性能を向上させる目的で、高分子材料を親水化させる技術が開発されている。例えば、材料に界面活性剤等の親水性材料を添加する方法、高分子中にカルボン酸基、ヒドロキシル基、アミノ基等の官能基を有する単量体を共重合させる方法等が知られている。
しかしながら、界面活性剤等の親水性材料を高分子材料に添加する方法では、親水性材料が高分子材料から移行する等の耐久性の問題がある。官能基を有する単量体を共重合させる方法では、耐久性に関しては改善されているが、親水性以外の性能、例えば防汚性や生体適合性等の生理学的性能をも満足するには至っていない。
【０００３】
一方、高分子材料の表面のみを改質し、親水性等の性能を付与する方法としては、高分子材料表面をプラズマ、コロナ、紫外線（ＵＶ）、電子線又は放射線等により処理する技術、高分子表面をグラフト化して該表面を親水化する技術が知られている。特に、プラズマによる処理では、生体適合性改良に利用した例が多く、「表面」（第１８巻、第４号、第１９５頁（１９８０））や「工業材料」（第２５巻、第６８頁（１９７７））に例示されている。
しかし、これらの技術は、高価な処理設備を必要とすること、表面層の改質深度に限度がある等の問題を有する。
【０００４】
これらの問題を改良する目的で、親水性ポリマーや生体適合性ポリマーを基材高分子にコーティングする方法が提案されている。例えば、特開昭４９−４４５９０号公報には、親水性モノマーをグラフトした樹脂を基材高分子にコーティングする方法が開示され、特表平７−５０２０５３号公報には、特定の両性イオン基と材料表面への結合基からなるポリマーを、基材高分子表面にコーティングする方法が開示されている。しかし、該コーティングする方法では、表面層の改良には適するが、基材高分子からコーティング物が剥離したり、コーティング物の耐久性の点で問題を残している。
他の方法として、特表平７−５０４４５９号公報には、双性イオン基を有する高分子と他の高分子材料との配合物の例が挙げられているが、配合する材料との相溶性の相違や配合量により高分子間の分散性が悪くなり、親水性、生体適合性、機械的強度、耐熱性等が必ずしも十分満足できていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、親水性、防汚性、生体適合性を有し、更に耐熱性、機械的強度及び耐久性等を有する親水性樹脂および医用材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、下記一般式（１）（式中Ｒ¹及びＲ²は、水素原子又はメチル基を示し、ｎは、１〜１０の数を示す）で表されるホスホリルコリン基含有（メタ）アクリル酸エステル単量体（１）（以下、単量体（１）と略す）を含む単量体（Ａ）０．１〜９９重量％と、溶解性パラメータが９．０（ｃａｌ／ｃｍ ³ ） ^1/2 以上である重合体（Ｂ）１〜９９．９重量％とを含む原材料を溶媒溶液との混合溶液状態で重合することを特徴とする親水性樹脂の製造方法が提供される。
【０００７】
【化３】

【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明により得られる親水性樹脂は、前記式（１）で表される単量体（１）と、必要に応じて他のエチレン性単量体（２）（以下、単量体（２）と略す）を特定量含む単量体（Ａ）と、特定の溶解性パラメータ（δ）を有する重合体（Ｂ）とを含む原材料を溶媒溶液との混合溶液状態で重合した重合物である。親水性樹脂の分子量は、数平均分子量として３００００以上が好ましい。
前記式（１）において、ｎが１０を超える場合には得られる親水性樹脂の強度及び加工性が低下する。
【００１０】
本発明に用いる前記特定のホスホリルコリン基含有（メタ）アクリル酸エステル単量体である単量体（１）としては、例えば、２−（メタ）アクリロイルオキシエチル−２’−（トリメチルアンモニオ）エチルホスフェート、２−（メタ）アクリロイルオキシプロピル−２’−（トリメチルアンモニオ）エチルホスフェート、２−（メタ）アクリロイルオキシエトキシエチル−２’−（トリメチルアンモニオ）エチルホスフェート、２−（メタ）アクリロイルオキシジエトキシエチル−２’−（トリメチルアンモニオ）エチルホスフェート、２−（メタ）アクリロイルオキシトリエトキシエチル−２’−（トリメチルアンモニオ）エチルホスフェート等を挙げることができる。経済性や入手等の点から２−（メタ）アクリロイルオキシエチル−２’−（トリメチルアンモニオ）エチルホスフェートを好ましく挙げることができる。使用に際しては単独若しくは混合物として用いることができる。単量体（１）の配合割合は、単量体（Ａ）中に５〜１００重量％が好ましい。
【００１１】
本発明において必要に応じて用いることができる前記単量体（２）は、単量体（１）以外の共重合可能な他のエチレン性単量体であれば良いが、後述する重合体（Ｂ）との混合を容易に行うために系が液状を呈するものが好ましく、特に室温で液状の単量体が望ましい。単量体（２）の配合割合は、単量体（Ａ）中に９５重量％以下が好ましい。
単量体（２）としては、例えば、スチレン、核置換スチレン等のスチレン系単量体；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸−ｎ−ブチル、（メタ）アクリル酸−２−エチルヘキシル等の（メタ）アクリル酸エステル；（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシプロピル等のヒドロキシアルキル（メタ）アクリル酸エステル；ジエチレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エステル、トリエチレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エステル、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリル酸エステル等のポリオキシアルキレンモノ（メタ）アクリル酸エステル；（メタ）アクリル酸フルオロアルキル、（メタ）アクリル酸シリルアルキル、（メタ）アクリル酸−Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルピリジン等の単官能モノマー；エチレングリコールジ（メタ）アクリル酸エステル、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリル酸エステル、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリル酸エステル、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリル酸エステル等のポリオキシアルキレンジ（メタ）アクリル酸エステル；ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリル酸エステル、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリル酸アリル、ジビニルベンゼン、ビスアクリルアミド、ジアリルフタレート、アジピン酸ジビニル等の架橋性多官能単量体等が挙げられ、使用に際しては単独若しくは混合物として用いることができる。
【００１２】
本発明に用いる重合体（Ｂ）は、溶解パラメータ（δ）が９．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^1/2以上の重合体であって、この溶解パラメータ（δ）は、例えば、文献；P.A.Small、J.Appl.Chem.,Vol,3,p71(1953)に示される方法により測定された値である。溶解パラメータが９．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^1/2未満の場合には、重合体（Ｂ）の疎水性が高くなり、前記単量体（Ａ）との相溶性が悪くなる。重合体（Ｂ）としては、ポリメチルメタクリレート（以下「ＰＭＭＡ」と略す、δ＝９．３）、ポリスチレン（以下「ＰＳ」と略す、δ＝９．１）、ポリ塩化ビニル（以下「ＰＶＣ」と略す、δ＝９．５５）、ポリ塩化ビニリデン（δ＝１２．２）、クロロプレン（δ＝９．４）、セルロース類（δ＝１０〜１２）（硝酸セルロース（以下「ＮＣ」と略す、δ＝１２）、酢酸セルロース（以下「ＡＣ」と略す、δ＝１１））、ポリエチレンテレフタレート（δ＝１０．７）、ポリブチレンテレフタレート（δ＝９．２）、ナイロン６（以下「Ｎ６」と略す、δ＝１２．７）、ナイロン６６（δ＝１３．６）、ポリウレタン（以下「ＰＵ」と略す、δ＝１０．０）、エポキシ樹脂（δ＝９．７）、不飽和ポリエステル樹脂（δ＝９．０〜１３．０）、スチレン−アクリロニトリル共重合体（δ＝９．５〜１１．９）、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体（δ＝９．０〜１０．０）、ポリカーボネート（以下「ＰＣ」と略す、δ＝１０．３）、ポリアクリロニトリル（以下「ＰＡＮ」と略す、δ＝１２．８）、ポリ（２−ヒドロキシエチルメタクリレート）（δ＝１０．４）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ、δ＝１２．６）等が挙げられる。
【００１３】
本発明の親水性樹脂において、前記単量体（Ａ）と重合体（Ｂ）とを含む原材料を重合させる際の混合割合は、単量体（Ａ）０．１〜９９重量％、好ましくは１０〜６０重量％、重合体（Ｂ）９９．９〜１重量％、好ましくは９０〜４０重量％である。単量体（Ａ）の混合割合が０．１重量％未満では、親水性や生体適合性等の性能の改良が十分なされず、９９重量％を超えると、重合体（Ｂ）が有する物理・化学的性質が得られる親水性樹脂に付与できない。
【００１４】
本発明において、前記単量体（Ａ）と重合体（Ｂ）とを重合させるには、単量体（Ａ）と重合体（Ｂ）とを溶媒溶液との混合溶液状態で重合させることができる。このような状態とする際に用いられる溶媒としては、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、塩化メチレン、クロロホルム、アセトニトリル、テトラヒドロフラン（以下「ＴＨＦ」と略す）、１，４−ジオキサン、アセトン（以下「ＡＣＴ」と略す）、メチルエチルケトン（以下「ＭＥＫ」と略す）、ベンゼン、トルエン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド（以下「ＤＭＦ」と略す）等が挙げられ、使用に際しては単独若しくは混合物として用いることができる。これらの溶媒は、例えば、単量体（Ａ）１００重量部に対して、９０重量部以下の範囲で用いるのが好ましい。
【００１５】
前記重合は、通常のラジカル重合法により行うことができる。即ち、単量体（Ａ）と重合体（Ｂ）とを含む原材料をラジカル重合開始剤の存在下、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスで置換下又は雰囲気下において重合させることができる。具体的には、前記状態においてラジカル重合開始剤を添加し、一般的な重合反応容器や金属、ガラス、プラスチック製等の所望の型中で重合させる方法等により行うことができる。この重合に際しては、本発明の親水性樹脂の性能に影響を及ぼさない程度に、必要に応じて色素等の着色剤、無機充填剤、紫外線吸収剤、酸化安定剤、更にはこのような機能を有するモノマー等を添加することもできる。
【００１６】
得られた重合体は、そのまま、溶剤による溶液として用いることもでき、また、適当な溶剤による沈澱や洗浄操作を行って生成し親水性樹脂を単離しても良い。更に、得られた親水性樹脂に、必要に応じて溶融成形、切削加工、研磨等を行うこともでき、得られた親水性樹脂にその他の樹脂をブレンドやコーティングして所望の製品形態とすることもできる。
【００１７】
前記重合に用いるラジカル重合開始剤としては、特に限定させるものではないが、例えば、過酸化ベンゾイル、ジイソプロピルペルオキシカーボネート、ｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルペルオキシピバレート、ｔ−ブチルペルオキシジイソブチレート、過酸化ラウロイル、アゾビスイソブチロニトリル（以下、「ＡＩＢＮ」と略す）、アゾビス−２，４−ジメチルバレロニトリル、ベンゾインメチルエーテル（以下「ＢＭＥ」と略す）、ベンゾインエチルエーテル等の有機過酸化物やアゾ化合物；過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の無機過酸化物等が好ましく挙げられる。この重合開始剤の仕込み量は、単量体（Ａ）と重合体（Ｂ）との合計量１００重量部に対して、０．００１〜１０重量％、特に０．０１〜５重量％が望ましい。
前記重合の重合温度は、ラジカル重合開始剤の種類により異なるが、２０〜１４０℃が好ましく、重合時間は６〜１２０時間が望ましい。
【００１８】
本発明により得られる親水性樹脂は、医用材料；ファウンデーション、マニュキュア等の化粧用材料；印刷用フィルム；有機ガラス；医療用化学繊維；船舶用塗料；漁網用防汚塗料等への応用が可能である。また、このような目的のために本発明により得られる親水性樹脂は、成形ポリマーをそのまま、溶融成形、ポリマーの溶解液、粉末、水性乳化液等の形態として使用することができる。
【００１９】
前記医用材料としては、例えば、カテーテル、透析膜、人口臓器、血液回路、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ等が挙げられる。このような医用材料とするには、所望材料に応じて、前記親水性樹脂を公知の方法で所定形状および所定形態とすることにより得ることができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明により得られる親水性樹脂は、前記単量体（Ａ）と重合体（Ｂ）とを含む原材料を溶媒溶液との混合溶液状態で重合させた樹脂であるので、親水性、防汚性、生体適合性に優れ、更に、耐熱性、機械的強度や耐久性等を有する。前記親水性樹脂を含む医用材料は、防汚性、親水性、防曇性、帯電防止性等に優れる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例１
単量体（１）としての２−メタクリロイルオキシエチル−２’−（トリメチルアンモニオ）エチルホスフェート（以下、「ＭＰＣ」と略す）５ｇおよび単量体（２）としてのメチルメタクリレート（以下「ＭＭＡ」と略す）５ｇからなる混合単量体（Ａ）（単量体（Ａ）の配合割合５０重量％）と、ＡＩＢＮ０．１ｇと、エタノール５０ｇとからなる混合液と、１０重量％ＰＭＭＡ（δ＝９．３、重合度ｎ＝７０００〜７５００、重合体（Ｂ））のＴＨＦ溶液１００ｇ（重合体（Ｂ）の配合割合５０重量％）とを、撹拌機、温度計、還流器及び窒素導入管を備えた３００ｍｌの４つ口フラスコに仕込み、恒温槽中で６０℃、２０時間加熱重合させた。重合後、大量のジイソプロピルエーテル中に重合液を投入し、重合物を沈澱させ、濾別、真空乾燥させた。得られた重合体を更に溶媒に溶解させ、５０〜１００℃でホットプレート上でキャストシートを作成し、以下の評価試験を行った。組成を表１に、評価試験結果を表５に示す。
【００２２】
評価試験方法
試験片の作成；１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの試験片および、表面の耐久性を調べるためにこの試験片をラッピングペーパー粒径３μｍで１０回擦り操作を行ったものを各々作成した。
接触角の測定；協和科学（株）製の接触角測定機により水液滴法により接触角を測定した。
防汚性試験；アルブミン６ｍｇ／ｍｌリン酸緩衝液に、作成した試験片又は樹脂粉末を入れて３７℃、３時間浸漬した後試験片又は樹脂粉末を取り出し、生理食塩水で軽くリンスした。ついで、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムの０．５重量％溶液によって試験片又は樹脂粉末から蛋白質を分離した。分離蛋白質は、蛋白質定量用の試薬を注入し、ＵＶ測定法により定量した。
耐熱性試験；試験片を８０℃のオーブン中に２時間放置し、変形、変質の有無を測定した。表中「有り」は、試験片表面の形状の変化があるもの、寸法変化の著しいものを示す。一方、「無し」は、試験片の表面の形状の変化がないもの、寸法変化のほとんど無いものを示す。
抗血栓性試験（血小板粘着状態）；試験片をガラス管の底に入れ、ウサギの多血小板多血漿を注ぎ入れ、３７℃、１時間静置した。その後、試験片を取り出し、リン酸緩衝液で洗浄し、試験片上の粘血した血小板を電子顕微鏡で調べた。評価は、表中に示す評価記号によって表す。表中×は血小板が多いもの、△は若干血小板が認められるもの、○は殆ど血小板が認められないものを示す。
尚、実施例１７〜２１で作成した樹脂については防汚性試験のみを行った。
【００２３】
実施例２〜８
表１に示す組成の単量体（Ａ）、重合体（Ｂ）及び溶媒を用いた以外は、実施例１と同様に重合体およびキャストシートを作成し、各評価試験を行った。評価結果を表５に示す。
【００２４】
実施例９
ＭＰＣの代わりに、２−メタクリロイルオキシエトキシエチル−２’−（トリメチルアンモニオ）エチルホスフェート（ＭＥＰＣ）を用いた以外は実施例１と同様に重合体およびキャストシートを作成し、各評価試験を行った。評価結果を表５に示す。
【００２５】
【表１】

【００３２】
比較例１及び２
表３に示す原材料（表３中ＭＡはメタクリル酸を示す）に、ＡＩＢＮ０．１ｇおよびベンゼン１００ｍｌを添加し、実施例１と同様な重合条件で重合させた後、エーテル中で再沈澱生成を行い各重合体を調製した。得られた重合体について実施例１と同様な評価試験を行った。結果を表５に示す。
【００３３】
比較例３〜６
放電装置（電極間６ｃｍ、電極間電圧２７０Ｖ、周波数６０Ｈｚ）に、表３に示す重合体材料を設置して、０．０４Ｔｏｒｒのアルゴン雰囲気中で５秒間グロー放電を行った。グロー放電によって得られたポリマーを空気中に晒した後試験管に入れ、単量体（２）としてのアクリルアミド（以下「ＡＤＤ」と略す）の１０重量％水溶液１００ｇを加え、アルゴンガスで置換した後、減圧封管した。次いで、試験管を８０℃の恒温槽中に１時間静置した後、ポリマー表面をメタノールで洗浄し、真空乾燥してグラフト処理した重合体を得た。得られた重合体について実施例１と同様に評価試験を行った。組成と処理条件を表３に、試験結果を表５に示す。
【００３４】
比較例７〜１２
表３に示す単量体原材料を用いて、実施例１と同様に重合を行い、得られた共重合体をエーテル中で沈澱生成を繰り返して重合体を精製した。得られた重合体のエタノール溶液に、表３に示される重合体材料から成るフィルムを浸漬させ、５０℃で３時間保持した。その後フィルムを取り出し、室温、窒素気流のもとで、１０分間ＵＶ照射を行った。次に得られたフィルムをイソプロピルアルコール中で洗浄して乾燥させ親水性樹脂のシートを調製した。得られたシートについて実施例１と同様に評価試験を行った。組成と処理条件を表３に、試験結果を表５に示す。
【００３５】
【表３】

【００３６】
比較例１３〜１６
表４に示す単量体原材料を比較例７〜１２と同様に重合して重合体とし、得られた重合体のエタノール１０重量％溶液１００ｇと、表４に示す重合体材料とを室温で混合してポリマーブレンドを調製した。得られたポリマーブレンドを、５０〜１００℃でホットプレート上でキャストシートを作成した。得られたキャストシートについて、実施例１と同様な評価試験を行った。結果を表５に示す。
【００３７】
比較例１７〜２４
表４に示す、実施例１〜８で用いた重合体（Ｂ）としての重合体材料のみの１０重量％溶液１００ｇを、５０〜１００℃のプレート上でキャストシートとし、得られたキャストシートについて、実施例１と同様な評価試験を行った。結果を表５に示す。
【００３８】
【表４】

【００３９】
【表５】

【００４０】
表５の結果から、本発明の実施例では、接触角が小さく、また表面研磨後も接触角が小さくて、表面だけでなく重合体の深部まで比較例に比べて親水性であることがわかる。更に、蛋白質の吸着試験から、実施例は吸着量が少なく、また表面研磨後も吸着量が少ないことがわかる。一方、ポリマーブレンドによりシートを作成した比較例１３〜１６は蛋白質吸着量が少ないが、シートの耐熱性試験が変化することがわかる。これに対して、実施例１〜９は蛋白質吸着量も少なく耐熱性も変化がない。更にまた、比較例１６〜１８、２１及び２２に比べ、実施例１〜３、５及び６は抗血栓性試験において血小板粘着が少ないことがわかる。

Claims

下記一般式（１）（式中Ｒ¹及びＲ²は、水素原子又はメチル基を示し、ｎは、１〜１０の数を示す）で表されるホスホリルコリン基含有（メタ）アクリル酸エステル単量体（１）を含む単量体（Ａ）０．１〜９９重量％と、

溶解性パラメータが９．０（ｃａｌ／ｃｍ³）^1/2以上である重合体（Ｂ）１〜９９．９重量％とを含む原材料を溶媒溶液との混合溶液状態で重合することを特徴とする親水性樹脂の製造方法。