JP5641695B2 - Thermoresponsive polymer gel and thermoresponsive polymer gel film - Google Patents
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Description
本発明は、熱応答性の高分子ゲル及びそれをフィルム状にした熱応答性高分子ゲルフィルムに関し、特に、熱刺激によって膨潤度が変化する、または表面の水滴接触角が変化する熱応答性高分子ゲルおよび熱応答性高分子ゲルフィルムに関するものである。 The present invention relates to a thermoresponsive polymer gel and a thermoresponsive polymer gel film formed into a film, and in particular, the thermal responsiveness in which the degree of swelling changes due to thermal stimulation or the surface water droplet contact angle changes. The present invention relates to a polymer gel and a thermoresponsive polymer gel film.
近年、熱刺激によって膨潤度や体積等が変化する熱応答性高分子ゲルが提案されている。例えば、特許文献1には、十分な膨潤度変化量を有するべく、架橋点となる微粒子が、均一に分散されていることを特徴とする機能性高分子ゲルが開示されており、特許文献2には、外部刺激に応答して体積変化を生ずる新規な高分子ゲル組成物であって、互いに相互作用して高分子複合体を形成する二種の高分子化合物と液体とを含み、その高分子化合物のうち一種は三次元架橋体を形成し、もう一種は、イオン性官能基を有し、上記液体に溶解すると共に、三次元架橋体に内在することを特徴とする高分子ゲル組成物が開示されており、特許文献3には、液体を吸収・放出して体積変化する刺激応答性高分子ゲルと、刺激応答性高分子ゲルを分散・固定するための高分子ゲル固定用樹脂組成物とを有し、その高分子ゲル固定用樹脂組成物が、重量平均分子量が100,000以上の架橋性高分子と、架橋剤とを含むことを特徴とする高分子ゲル組成物が開示されており、特許文献4には、水を吸収し、膨潤することによってゲル化し、刺激により膨潤度や体積が変化する刺激応答性高分子ハイドロゲルであって、非水溶性高分子が相分離構造により含有されていることを特徴とする刺激応答性高分子ハイドロゲルが開示されている。 In recent years, thermoresponsive polymer gels whose swelling degree, volume, etc. are changed by thermal stimulation have been proposed. For example, Patent Document 1 discloses a functional polymer gel in which fine particles serving as crosslinking points are uniformly dispersed so as to have a sufficient amount of change in swelling degree. Is a novel polymer gel composition that produces a volume change in response to an external stimulus, and includes two kinds of polymer compounds that interact with each other to form a polymer complex and a liquid. One of the molecular compounds forms a three-dimensional cross-linked body, and the other has an ionic functional group, dissolves in the liquid, and is inherent in the three-dimensional cross-linked body. Patent Document 3 discloses a stimulus-responsive polymer gel that changes volume by absorbing and releasing liquid, and a resin composition for fixing a polymer gel for dispersing and fixing the stimulus-responsive polymer gel A resin composition for fixing the polymer gel A polymer gel composition comprising a crosslinkable polymer having a weight average molecular weight of 100,000 or more and a crosslinking agent is disclosed. Patent Document 4 swells by absorbing water. Stimulus-responsive polymer hydrogel that is gelled and changes in swelling degree and volume due to stimulus, and that contains a water-insoluble polymer in a phase-separated structure. A gel is disclosed.
上記従来の熱応答性高分子ゲルは、熱刺激によって膨潤度や体積等は変化するものの、その変化速度は必ずしも速くはなかった。なお、上記各特許文献には、熱刺激によって膨潤度や体積等が変化することの記載はあっても、その変化速度に関する記載はなく、示唆もされていない。すなわち、従来は、膨潤度や体積等が変化する速度に関しては、全く着目されておらず、その速度を向上させようとする努力は何ら試みられていなかった。 Although the degree of swelling and volume of the conventional thermoresponsive polymer gel change due to thermal stimulation, the rate of change is not always high. In addition, although each said patent document has description that a swelling degree, a volume, etc. change with thermal stimulation, there is no description about the change rate, and it is not suggested. That is, conventionally, no attention has been paid to the speed at which the degree of swelling, volume, and the like change, and no effort has been made to improve the speed.
また、上記従来の熱応答性高分子ゲルは、熱刺激によって膨潤度や体積等は変化するものの、ゲル表面の水滴接触角はほとんど変化しなかったか、仮に変化したとしても、その変化量は極めて小さかった。なお、上記各特許文献には、熱刺激によるゲル表面の水滴接触角の変化に関しては、一切記載も示唆もされていない。 In addition, although the degree of swelling and volume of the conventional thermoresponsive polymer gel change due to thermal stimulation, the water droplet contact angle on the gel surface hardly changed or even if it changed, the amount of change was extremely large. It was small. In addition, each said patent document does not describe or suggest at all about the change of the water droplet contact angle of the gel surface by thermal stimulation.
一方、上記特許文献1〜3に記載の高分子ゲルは、全て微粒子化されて液体中に分散しており、したがって、例えば特許文献2又は3に記載の封止部材等に封入しないと、保持できないものであった。そのため、高分子ゲルの体積変化は封止部材によって規制されてしまい、また、微粒子化されて液体中に分散した高分子ゲルでは、フィルム化することはできなかった。 On the other hand, the polymer gels described in Patent Documents 1 to 3 are all finely divided and dispersed in a liquid. Therefore, for example, the polymer gel is retained unless sealed in the sealing member described in Patent Document 2 or 3 It was impossible. Therefore, the volume change of the polymer gel is restricted by the sealing member, and the polymer gel that has been finely divided and dispersed in the liquid cannot be formed into a film.
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、熱刺激によって、速い速度で膨潤度が変化する又はゲル表面の水滴接触角が大きく変化する熱応答性高分子ゲルおよび熱応答性高分子ゲルフィルムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and the thermoresponsive polymer gel and the thermal responsiveness in which the degree of swelling changes at a high speed or the water droplet contact angle on the gel surface changes greatly by thermal stimulation. An object is to provide a polymer gel film.
上記目的を達成するために、第1に本発明は、熱刺激によって、質量が、300秒以内に最大含水状態から当該最大含水状態の20%以下まで減少するか、熱刺激の前後での表面の水滴接触角差が、20°以上であることを特徴とする熱応答性高分子ゲルを提供する(発明1)。 In order to achieve the above-mentioned object, first, the present invention is a method in which the mass is reduced from the maximum water content to less than 20% of the maximum water content within 300 seconds by heat stimulation, or the surface before and after the heat stimulation. A water-responsive polymer gel is characterized in that the water droplet contact angle difference is 20 ° or more (Invention 1).
上記発明(発明1)において、前記熱刺激の温度は、室温以上、100℃以下であることが好ましい(発明2)。 In the said invention (invention 1), it is preferable that the temperature of the said thermal stimulation is room temperature or more and 100 degrees C or less (invention 2).
上記発明(発明1,2)において、前記熱応答性高分子ゲルは、10質量%以上の水分を含むことが好ましい(発明3)。 In the said invention (invention 1 and 2), it is preferable that the said thermoresponsive polymer gel contains a 10 mass% or more water | moisture content (invention 3).
上記発明(発明1〜3)においては、ロタキサン構造を含むことが好ましい(発明4)。 In the said invention (invention 1-3), it is preferable that a rotaxane structure is included (invention 4).
上記発明(発明4)においては、2個以上の環状部分を有するポリマー、及び一方の末端にブロック基を有し他方の末端に重合性官能基を有する、前記ポリマーと包接錯体を形成可能な直鎖状分子を混合して得られた高分子架橋前駆体の前記直鎖状分子の重合性官能基を介して、前記直鎖状分子と熱応答性成分とを共重合させることにより得られる高分子架橋体を含有することが好ましい(発明5)。 In the above invention (Invention 4), an inclusion complex can be formed with the polymer having two or more cyclic moieties, and a polymer having a blocking functional group at one end and a polymerizable functional group at the other end. It is obtained by copolymerizing the linear molecule and a thermoresponsive component via the polymerizable functional group of the linear molecule of the polymer crosslinking precursor obtained by mixing the linear molecule. It is preferable to contain a crosslinked polymer (Invention 5).
上記発明(発明5)において、前記ポリマーの環状部分は、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリンおよびγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれる少なくとも1種、または環状ポリエーテル、環状ポリエステル、環状ポリエーテルアミンおよび環状ポリアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種であることが好ましい(発明6)。 In the above invention (Invention 5), the cyclic portion of the polymer is at least one selected from the group consisting of α-cyclodextrin, β-cyclodextrin and γ-cyclodextrin, or a cyclic polyether, a cyclic polyester and a cyclic polyether. It is preferably at least one selected from the group consisting of amines and cyclic polyamines (Invention 6).
上記発明(発明5,6)においては、前記熱応答性成分が、N−イソプロピルアミド基を有する重合性化合物であることが好ましい(発明7)。 In the said invention (invention 5 and 6), it is preferable that the said thermoresponsive component is a polymeric compound which has N-isopropylamide group (invention 7).
第2に本発明は、前記熱応答性高分子ゲル(発明1〜7)をフィルム状に形成してなる熱応答性高分子ゲルフィルムを提供する(発明8)。 Secondly, the present invention provides a thermoresponsive polymer gel film formed by forming the thermoresponsive polymer gel (Inventions 1 to 7) into a film (Invention 8).
本発明によれば、熱刺激によって、速い速度で膨潤度が変化する又はゲル表面の水滴接触角が大きく変化する熱応答性高分子ゲルおよび熱応答性高分子ゲルフィルムが得られる。 According to the present invention, a thermoresponsive polymer gel and a thermoresponsive polymer gel film in which the degree of swelling changes at a high speed or the water droplet contact angle on the gel surface changes greatly by thermal stimulation can be obtained.
以下、本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る熱応答性高分子ゲルは、
(1)熱刺激によって、質量が、300秒以内に最大含水状態から当該最大含水状態の20%以下まで減少、好ましくは300秒以内に15%以下まで減少又は100秒以内に20%以下まで減少するか、
(2)熱刺激の前後での表面の水滴接触角差が、20°以上、好ましくは30°以上、さらに好ましくは40°以上である
ものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The thermoresponsive polymer gel according to the present embodiment is
(1) By heat stimulation, the mass decreases from the maximum water content within 300 seconds to 20% or less of the maximum water content, preferably within 15 seconds to 15% or less, or within 100 seconds to 20% or less. Or,
(2) The surface water droplet contact angle difference before and after thermal stimulation is 20 ° or more, preferably 30 ° or more, and more preferably 40 ° or more.
ここで、熱刺激の温度は、室温以上、100℃以下であることが好ましく、特に40〜100℃であることが好ましく、さらには60℃であることが好ましい。 Here, the temperature of the thermal stimulation is preferably room temperature or more and 100 ° C. or less, particularly preferably 40 to 100 ° C., and more preferably 60 ° C.
(1)の特性は、熱応答性高分子ゲルの膨潤度の変化速度を規定するものである。また、この膨潤度が変化(減少)することで、熱応答性高分子ゲルは水分を放出して収縮するため、(1)の特性は、熱応答性高分子ゲルの収縮速度を規定するものでもある。 The characteristic (1) defines the rate of change of the degree of swelling of the thermoresponsive polymer gel. Furthermore, since the degree of swelling changes (decreases), the thermoresponsive polymer gel shrinks by releasing moisture, and the characteristic of (1) defines the shrinkage rate of the thermoresponsive polymer gel. But there is.
最大含水状態とは、熱応答性高分子ゲルを、室温(好ましくは23℃)で、それ以上実質的に含水させることのできないところまで含水させた状態をいう。具体的には、乾燥状態の熱応答性高分子ゲルを室温下(好ましくは23℃)で水に浸し、その膨潤速度から実質的に膨潤が停止したと判断できる状態をいう。例えば、本実施形態においては、室温下(好ましくは23℃)で水に浸し、膨潤度の変化が30分間で5%未満となった状態を最大含水状態とする。 The maximum water-containing state means a state in which the thermoresponsive polymer gel is water-containing at room temperature (preferably 23 ° C.) until it cannot be substantially further water-containing. Specifically, it refers to a state in which a dry thermoresponsive polymer gel is immersed in water at room temperature (preferably 23 ° C.) and the swelling can be determined to be substantially stopped from the swelling speed. For example, in this embodiment, the maximum water-containing state is a state in which the swelling degree is less than 5% in 30 minutes after being immersed in water at room temperature (preferably 23 ° C.).
従来、(1)のように膨潤度の変化速度(収縮速度)の速い熱応答性高分子ゲルは知られていなかった。また、従来は、そのような特性さえも着目されておらず、熱刺激による膨潤度の変化速度(収縮速度)を向上させようとする努力は何ら試みられていなかった。 Conventionally, a thermoresponsive polymer gel having a high rate of change in swelling degree (shrinkage rate) as in (1) has not been known. Conventionally, even such characteristics have not been noticed, and no attempt has been made to improve the rate of change in swelling degree (shrinkage rate) due to thermal stimulation.
一方、(2)の特性は、熱応答性高分子ゲルの親水性〜疎水性の変化度合を示すことができる。例えば、本実施形態では、熱応答性高分子ゲルに加熱の刺激を加えることで、水滴接触角は大きくなるため、水滴接触角差は、熱刺激後の水滴接触角から熱刺激前の水滴接触角を差し引いて算出される。なお、「熱刺激の前後」とは、熱応答性高分子ゲルの応答する温度及び水分含有量によって適宜決定されるものであるが、熱刺激に応答する温度を挟み、低温側の任意の温度と高温側の任意の温度を比較すれば足り、かつ、取りうる可能性のある水分含有量のいずれかで上記所定の水滴接触角差を満たせばよい。例えば、本実施形態では、水分含有量を20質量%とした熱応答性高分子ゲル(好ましくは、熱応答性高分子ゲルフィルム)について23℃と60℃での表面の水滴接触角の差が上記所定の範囲となることが好ましい。 On the other hand, the characteristic of (2) can indicate the degree of change in hydrophilicity to hydrophobicity of the thermoresponsive polymer gel. For example, in this embodiment, since the water droplet contact angle is increased by applying heat stimulation to the thermoresponsive polymer gel, the water droplet contact angle difference is the water droplet contact before the heat stimulation from the water droplet contact angle after the heat stimulation. Calculated by subtracting the corners. “Before and after thermal stimulation” is appropriately determined depending on the temperature and moisture content to which the thermoresponsive polymer gel responds. And any temperature on the high temperature side is sufficient, and the predetermined water droplet contact angle difference may be satisfied by any of the possible water contents. For example, in this embodiment, the difference in the water droplet contact angle on the surface between 23 ° C. and 60 ° C. for a thermoresponsive polymer gel (preferably a thermoresponsive polymer gel film) with a moisture content of 20% by mass is shown. It is preferable to be in the predetermined range.
なお、本実施形態に係る熱応答性高分子ゲルは、上記(1)および(2)の両方の特性を満たしてもよいことはいうまでもない。 In addition, it cannot be overemphasized that the thermoresponsive polymer gel which concerns on this embodiment may satisfy | fill both the characteristics of said (1) and (2).
本実施形態に係る熱応答性高分子ゲルは、熱応答性の高分子成分と水分とを含有するものであるが、熱応答性高分子ゲル中における水分含有量は、10質量%以上であることが好ましく、特に15〜100質量%であることが好ましく、さらには20〜90質量%であることが好ましい。熱応答性高分子ゲル中における水分含有量が10質量%以上であることで、上記(2)の特性や後述する他の特性が効果的に発揮される。 The thermoresponsive polymer gel according to the present embodiment contains a thermoresponsive polymer component and moisture, but the moisture content in the thermoresponsive polymer gel is 10% by mass or more. In particular, it is preferably 15 to 100% by mass, and more preferably 20 to 90% by mass. When the water content in the thermoresponsive polymer gel is 10% by mass or more, the characteristic (2) and other characteristics described later are effectively exhibited.
本実施形態に係る熱応答性高分子ゲルが含有する熱応答性の高分子成分として好ましいものは、図1に模式的に示す方法により製造される熱応答性高分子架橋体(E)である。以下、熱応答性高分子架橋体(E)の製造方法を説明する。 A preferable thermoresponsive polymer component contained in the thermoresponsive polymer gel according to the present embodiment is a crosslinked thermoresponsive polymer (E) produced by the method schematically shown in FIG. . Hereinafter, the manufacturing method of a thermoresponsive polymer crosslinked body (E) is demonstrated.
最初に、2個以上の環状部分を有するポリマー(以下「ポリマー(A)」という。)と、一方の末端にブロック基を有し他方の末端に重合性官能基を有する直鎖状分子(以下「直鎖状分子(B)」という。)とを用意する(図1参照)。 First, a polymer having two or more cyclic moieties (hereinafter referred to as “polymer (A)”) and a linear molecule having a blocking group at one end and a polymerizable functional group at the other end (hereinafter referred to as “polymer (A)”) (Referred to as “linear molecule (B)”) (see FIG. 1).
ポリマー(A)の環状部分は、直鎖状分子(B)を包接することができ、その状態で当該直鎖状分子(B)上を移動できるものである。なお、本明細書において、「環状部分」の「環状」は、実質的に「環状」であることを意味し、直鎖状分子(B)上で移動可能であれば、環状部分は完全には閉環でなくてもよく、例えば螺旋構造であってもよい。また、ポリマー(A)は、後述するとおり比較的大きな分子量を有する環状分子を構成部分とする多量体であり、繰り返し数が少なくても自身の分子量が巨大となる。ポリマー(A)とは、このために行った便宜上の名称であって、2〜10量体程度のオリゴマー領域の繰り返し数のものも含むものである。 The cyclic portion of the polymer (A) can include the linear molecule (B) and can move on the linear molecule (B) in that state. In the present specification, “cyclic” of the “cyclic portion” means substantially “cyclic”, and if the cyclic portion is movable on the linear molecule (B), the cyclic portion is completely May not be closed, for example, may have a helical structure. Further, the polymer (A) is a multimer having a cyclic molecule having a relatively large molecular weight as a constituent part as described later, and its own molecular weight becomes enormous even if the number of repetitions is small. The polymer (A) is a name used for this purpose for convenience, and includes a polymer having a repeating number of oligomer regions of about 2 to 10 mer.
環状部分を構成する分子(環状分子)としては、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン、γ−シクロデキストリン等のシクロデキストリン、あるいは、環状ポリエーテル、環状ポリエステル、環状ポリエーテルアミン、環状ポリアミン、シクロファン等の環状分子が好ましく、これらの環状分子は、ポリマー(A)中または後述の高分子架橋前駆体(C)もしくは後述の熱応答性高分子架橋体(E)中で2種以上混在していてもよい。 The molecules constituting the cyclic part (cyclic molecules) include cyclodextrins such as α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, and γ-cyclodextrin, or cyclic polyethers, cyclic polyesters, cyclic polyetheramines, cyclic polyamines, cyclo A cyclic molecule such as a fan is preferable, and two or more kinds of these cyclic molecules are mixed in the polymer (A) or the polymer cross-linking precursor (C) described later or the heat-responsive polymer cross-linked product (E) described later. It may be.
上記環状分子がシクロデキストリンである場合には、シクロデキストリンの水酸基に、ポリマー(A)の直鎖状分子(B)に対する溶解性を向上させることのできる高分子鎖および/または置換基が導入されたものであってもよい。かかる高分子鎖としては、例えば、オキシエチレン鎖、アルキル鎖、アクリル酸エステル鎖等が挙げられる。一方、上記置換基としては、例えば、アセチル基、アルキル基、トリチル基、トシル基、トリメチルシラン基、フェニル基等が挙げられる。 When the cyclic molecule is a cyclodextrin, a polymer chain and / or a substituent that can improve the solubility of the polymer (A) in the linear molecule (B) is introduced into the hydroxyl group of the cyclodextrin. It may be. Examples of such a polymer chain include an oxyethylene chain, an alkyl chain, and an acrylate chain. On the other hand, examples of the substituent include an acetyl group, an alkyl group, a trityl group, a tosyl group, a trimethylsilane group, and a phenyl group.
上記環状分子のシクロデキストリン以外の具体例としては、クラウンエーテルまたはその誘導体、環状ラクトンまたはその誘導体、カリックスアレーンまたはその誘導体、アザシクロファンまたはその誘導体、チアシクロファンまたはその誘導体、クリプタンドまたはその誘導体等が挙げられる。 Specific examples of the cyclic molecule other than cyclodextrin include crown ether or derivatives thereof, cyclic lactone or derivatives thereof, calixarene or derivatives thereof, azacyclophane or derivatives thereof, thiacyclophane or derivatives thereof, cryptand or derivatives thereof, etc. Is mentioned.
環状分子としては、直鎖状分子が串刺し状に貫通し易いことからα-シクロデキストリン、β-シクロデキストリン、γ-シクロデキストリン、及びクラウンエーテルが好ましく、水中で容易に直鎖状分子と包接錯体を形成することからα−シクロデキストリン、β-シクロデキストリン、及びγ-シクロデキストリンが特に好ましい。 As the cyclic molecule, α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, γ-cyclodextrin, and crown ether are preferable because linear molecules are easy to penetrate in a skewered manner. Α-cyclodextrin, β-cyclodextrin, and γ-cyclodextrin are particularly preferable because they form a complex.
ポリマー(A)中における環状分子の個数は、2個以上であり、好ましくは3〜50個、特に好ましくは3〜5個である。環状分子が2個以上あることで、それによって複数の直鎖状分子(B)を包接することができ、その直鎖状分子(B)を重合させることで、直鎖状分子(B)を構成単位に有する複数の(共)重合体がポリマー(A)を介して互いに結び付けられ、架橋構造が構成される。環状分子が3個以上あると、架橋構造が密になるため、得られる熱応答性高分子架橋体(E)の応力緩和性を阻害することなく、強度を向上させることができるためにより好ましい。 The number of cyclic molecules in the polymer (A) is 2 or more, preferably 3 to 50, particularly preferably 3 to 5. By having two or more cyclic molecules, a plurality of linear molecules (B) can thereby be included, and the linear molecules (B) are polymerized by polymerizing the linear molecules (B). A plurality of (co) polymers included in the structural unit are bonded to each other via the polymer (A) to form a crosslinked structure. Three or more cyclic molecules are more preferable because the cross-linked structure becomes dense and the strength can be improved without impairing the stress relaxation property of the obtained thermoresponsive polymer crosslinked product (E).
ポリマー(A)の構造としては、2個以上の環状分子が連結部分によって連結されている構造が好ましい。連結部分となる原料化合物(連結分子)は、環状分子と包接錯体を作らない又は作り難い分子であることが好ましい。このような連結分子を使用することにより、ポリマー(A)を合成するときに、環状分子の開口部を閉塞せずに、環状分子を連結することができる。 The structure of the polymer (A) is preferably a structure in which two or more cyclic molecules are linked by a linking moiety. The raw material compound (linking molecule) serving as the linking moiety is preferably a molecule that does not form or is difficult to form an inclusion complex with a cyclic molecule. By using such a linking molecule, when the polymer (A) is synthesized, the cyclic molecule can be linked without closing the opening of the cyclic molecule.
かかる連結分子としては、直鎖状であってもよいし、分岐鎖状であってもよいが、ある程度かさ高い側鎖を有することが好ましい。例えば、上記環状分子がα-シクロデキストリンの場合には、メチル基よりかさ高い側鎖を有することが好ましい。すなわち、上記環状分子と包接錯体を作らないという観点から、好ましい連結分子としては、ポリプロピレングリコール、ポリアクリル酸エステル、ポリジメチルシロキサン、ポリイソプレン等が挙げられ、中でも特にポリプロピレングリコールが好ましい。 Such a linking molecule may be linear or branched, but preferably has a side chain that is somewhat bulky. For example, when the cyclic molecule is α-cyclodextrin, it preferably has a side chain that is bulkier than a methyl group. That is, from the viewpoint of not forming an inclusion complex with the cyclic molecule, preferred linking molecules include polypropylene glycol, polyacrylic acid ester, polydimethylsiloxane, polyisoprene and the like, and among them, polypropylene glycol is particularly preferable.
1つの連結分子の数平均分子量(Mn)は、100〜100,000であることが好ましく、特に500〜10,000であることが好ましい。連結分子の数平均分子量が100未満であると、形成されたポリマー(A)の環状分子の開口部同士が近接しすぎるため架橋構造をとり難く、また、インターロック構造に基づく効果が十分に発揮されないおそれがある。また、連結分子の数平均分子量が100,000を超えると、直鎖状分子(B)等との相溶性が悪くなり架橋構造の形成が困難となるおそれがある。 The number average molecular weight (Mn) of one linking molecule is preferably 100 to 100,000, and more preferably 500 to 10,000. If the number average molecular weight of the linking molecule is less than 100, the openings of the cyclic molecules of the formed polymer (A) are too close to each other so that it is difficult to form a cross-linked structure and the effect based on the interlock structure is sufficiently exerted. There is a risk that it will not be. On the other hand, if the number average molecular weight of the linking molecule exceeds 100,000, the compatibility with the linear molecule (B) or the like may be deteriorated and it may be difficult to form a crosslinked structure.
なお、インターロック構造とは、非共有結合および共有結合のいずれも利用しない機械的な結合構造をいう。本実施形態のインターロック構造は、ポリマー(A)の少なくとも2つの環状分子の開口部に、直鎖状分子(B)を構成単位として有する異なる2つの重合体の各々の直鎖状分子の本体部分(後に詳述する)が各々貫通し、該本体部分の各々の末端側がブロック基により保護されていることにより上記開口部から本体部分が抜け出せない構造(ロタキサン構造)になっており、これにより上記2つの重合体が分離できない構造になっている。該インターロック構造により、上記重合体の直鎖状分子(B)の本体部分に沿って環状分子の開口部を通してポリマー(A)が移動できるが、ブロック基により抜け出せないため、上記2つの重合体は従来の共有結合による架橋構造に比べ、架橋部分の自由度が大きいにもかかわらず共有結合の架橋構造と同程度の強度の結合性を有するものとなる。 The interlock structure refers to a mechanical coupling structure that uses neither non-covalent bonding nor covalent bonding. The interlock structure of the present embodiment is the main body of each linear molecule of two different polymers having the linear molecule (B) as a structural unit at the opening of at least two cyclic molecules of the polymer (A). Each part (described in detail later) penetrates, and each terminal side of the main body part is protected by a blocking group, so that the main body part cannot be pulled out from the opening (rotaxane structure). The two polymers cannot be separated. Due to the interlock structure, the polymer (A) can move through the opening of the cyclic molecule along the main body portion of the linear molecule (B) of the polymer. Compared with the conventional crosslinked structure by covalent bond, it has a binding property of the same strength as that of the covalently crosslinked structure, although the degree of freedom of the crosslinked part is large.
ポリマー(A)の質量平均分子量(Mw)は、環状分子の種類にも依存するが、通常、1,000〜1,000,000であることが好ましく、特に3,000〜100,000であることが好ましい。ポリマー(A)の質量平均分子量が1,000未満であると、環状分子の個数が2未満となる場合が多く、インターロック構造を形成することができないおそれがあり、また、できたとしても架橋部分が非常に近接するためインターロック構造に基づく効果が十分に発揮できないおそれがある。一方、ポリマー(A)の質量平均分子量が1,000,000を超えると、直鎖状分子(B)等との相溶性が悪くなり架橋構造の形成が困難となるおそれがある。 The mass average molecular weight (Mw) of the polymer (A) depends on the kind of the cyclic molecule, but is usually preferably 1,000 to 1,000,000, particularly 3,000 to 100,000. It is preferable. When the mass average molecular weight of the polymer (A) is less than 1,000, the number of cyclic molecules is often less than 2, and there is a possibility that an interlock structure cannot be formed. Since the parts are very close to each other, the effect based on the interlock structure may not be sufficiently exhibited. On the other hand, when the mass average molecular weight of the polymer (A) exceeds 1,000,000, the compatibility with the linear molecule (B) or the like may be deteriorated and it may be difficult to form a crosslinked structure.
ポリマー(A)は常法によって合成することができる。例えば、官能基を有する環状分子と、当該環状分子の官能基と反応し得る反応性基を末端に有する、連結分子とを反応させることにより、ポリマー(A)が得られる。具体的には、環状分子がα−シクロデキストリンであり、連結分子がポリプロピレングリコールであるポリマー(A)を合成する場合、α−シクロデキストリンと、末端に反応性基を有するポリプロピレングリコールとを混合し、所望により触媒を加え、両者を反応させることにより、ポリマー(A)が得られる。 The polymer (A) can be synthesized by a conventional method. For example, the polymer (A) is obtained by reacting a cyclic molecule having a functional group with a linking molecule having a reactive group capable of reacting with the functional group of the cyclic molecule at the terminal. Specifically, when synthesizing a polymer (A) in which the cyclic molecule is α-cyclodextrin and the linking molecule is polypropylene glycol, α-cyclodextrin and polypropylene glycol having a reactive group at the terminal are mixed. The polymer (A) can be obtained by adding a catalyst if desired and reacting both.
連結分子と結合する環状分子の官能基としては、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミノ基、チオール基等が好ましく、連結分子の末端の反応性基としては、例えば、イソシアネート基、エポキシ基、アジリジン基等が好ましい。連結分子としては、例えば、キシ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、トリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等のイソシアネート系化合物、エチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールグリシジルエーテル等のエポキシ系化合物、N,N−ヘキサメチレン−1,6−ビス(1−アジリジンカルボキシアミド)等のアジリジン系化合物を末端に有するものを使用することができる。 As the functional group of the cyclic molecule bonded to the linking molecule, for example, a hydroxyl group, a carboxyl group, an amino group, a thiol group and the like are preferable. As the reactive group at the terminal of the linking molecule, for example, an isocyanate group, an epoxy group, an aziridine Groups etc. are preferred. Examples of the connecting molecule include isocyanate compounds such as xylylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, and epoxy compounds such as ethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, and 1,6-hexanediol glycidyl ether. A compound having an aziridine compound such as N, N-hexamethylene-1,6-bis (1-aziridinecarboxyamide) at the terminal can be used.
直鎖状分子(B)は、ポリマー(A)の環状分子に包接され、共有結合等の化学結合でなく機械的な結合で一体化することができる直鎖状の分子または物質であって、かつ一方の末端にブロック基を有し他方の末端に重合性官能基を有するものである。なお、本明細書において、「直鎖状分子」の「直鎖」は、実質的に「直鎖」であることを意味する。すなわち、直鎖状分子(B)上でポリマー(A)の環状分子が移動可能であれば、直鎖状分子(B)は分岐鎖を有していてもよい。 The linear molecule (B) is a linear molecule or substance that is included in the cyclic molecule of the polymer (A) and can be integrated by a mechanical bond rather than a chemical bond such as a covalent bond. And having a blocking group at one end and a polymerizable functional group at the other end. In the present specification, “linear” of “linear molecule” means substantially “linear”. That is, as long as the cyclic molecule of the polymer (A) can move on the linear molecule (B), the linear molecule (B) may have a branched chain.
直鎖状分子(B)の両末端に該当するブロック基と重合性官能基を除いた部分(本体部分)を構成する分子としては、上記ポリマー(A)の環状分子の開口部に貫通することのできる大きさの分子であればよい。例えば、上記ポリマー(A)の環状分子がα−シクロデキストリンである場合、ポリエチレングリコール、ポリテトラヒドロフラン、ポリエチレン、ポリカプロラクトン等が好ましく、これらから構成される本体部分を有する直鎖状分子(B)は、高分子架橋前駆体(C)または熱応答性高分子架橋体(E)中で2種以上混在していてもよい。 As a molecule constituting the portion (main body portion) excluding the blocking group and the polymerizable functional group corresponding to both ends of the linear molecule (B), it penetrates through the opening of the cyclic molecule of the polymer (A). It is sufficient that the molecule has a size that can be obtained. For example, when the cyclic molecule of the polymer (A) is α-cyclodextrin, polyethylene glycol, polytetrahydrofuran, polyethylene, polycaprolactone and the like are preferable, and the linear molecule (B) having a main body portion composed of these is Two or more kinds may be mixed in the polymer cross-linking precursor (C) or the thermoresponsive polymer cross-linked product (E).
直鎖状分子(B)の本体部分を構成する分子の数平均分子量(Mn)は、100〜300,000であることが好ましく、特に200〜200,000であることが好ましく、さらには300〜100,000であることが好ましい。数平均分子量が100未満であると、環状分子の直鎖状分子(B)上での移動量が小さくなり、得られる熱応答性高分子架橋体(E)において柔軟性が十分に得られないおそれがある。また、数平均分子量が300,000を超えると、溶媒への溶解性が悪くなるおそれがある。 The number average molecular weight (Mn) of the molecules constituting the main part of the linear molecule (B) is preferably 100 to 300,000, particularly preferably 200 to 200,000, and more preferably 300 to Preferably it is 100,000. When the number average molecular weight is less than 100, the amount of movement of the cyclic molecule on the linear molecule (B) becomes small, and the resulting thermoresponsive polymer crosslinked product (E) does not have sufficient flexibility. There is a fear. Moreover, when a number average molecular weight exceeds 300,000, there exists a possibility that the solubility to a solvent may worsen.
ブロック基は、直鎖状分子(B)を包接しているポリマー(A)の環状分子が離脱せず、包接錯体の形態を保持し得る基であれば、特に限定されない。このような基としては、嵩高い基、イオン性基等が挙げられる。 The blocking group is not particularly limited as long as the cyclic molecule of the polymer (A) that includes the linear molecule (B) does not leave and can maintain the form of the inclusion complex. Examples of such groups include bulky groups and ionic groups.
ブロック基としては、例えば、ジアルキルフェニル基類、ジニトロフェニル基類、シクロデキストリン類、アダマンタン基類、トリチル基類、フルオレセイン類、ピレン類、アントラセン類等が好ましく、これらのブロック基は、包接錯体または高分子架橋体中で2種以上混在していてもよい。直鎖状分子(B)の片末端に結合してブロック基を形成するキャッピング剤としては、例えば、ジメチルフェニルイソシアネート、トリチルフェニルイソシアネート、2,4-ジニトロフルオロベンゼン、アダマンタンアミン等が好適に用いられる。 As the blocking group, for example, dialkylphenyl groups, dinitrophenyl groups, cyclodextrins, adamantane groups, trityl groups, fluoresceins, pyrenes, anthracenes and the like are preferable. Or 2 or more types may be mixed in the polymer crosslinked body. As a capping agent that forms a blocking group by binding to one end of the linear molecule (B), for example, dimethylphenyl isocyanate, tritylphenyl isocyanate, 2,4-dinitrofluorobenzene, adamantaneamine and the like are preferably used. .
重合性官能基は、当該重合性官能基を介して直鎖状分子(B)と後述する熱応答性成分(D)とを共重合することができるものであれば、特に限定されない。かかる重合性官能基としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、エポキシ基、アセチレン基、オキセタニル基等が好ましい。 The polymerizable functional group is not particularly limited as long as it can copolymerize the linear molecule (B) and the thermoresponsive component (D) described later via the polymerizable functional group. As such a polymerizable functional group, for example, (meth) acryloyl group, vinyl group, epoxy group, acetylene group, oxetanyl group and the like are preferable.
直鎖状分子(B)は常法によって合成することができる。例えば、一方の末端に重合性官能基を有する直鎖状分子、または両方の末端に互いに異なる重合性官能基を有する直鎖状分子と、ブロック基用のキャッピング剤とを反応させ、一方の末端に上記重合性官能基を残し、他方の末端にブロック基を付加することにより、直鎖状分子(B)を得ることができる。 The linear molecule (B) can be synthesized by a conventional method. For example, a linear molecule having a polymerizable functional group at one end, or a linear molecule having a different polymerizable functional group at both ends, and a capping agent for a blocking group are reacted, and one end is A linear molecule (B) can be obtained by leaving the above-mentioned polymerizable functional group and adding a blocking group to the other end.
一例として、一方の末端にヒドロキシル基、他方の末端に(メタ)アクリロイル基を有する直鎖状分子と、イソシアネート基を有するジアルキルフェニル基類とを混合し、所望により触媒を加え、両者を反応させることにより、一方の末端にブロック基としてのジアルキルフェニル基、他方の末端に重合性官能基としての(メタ)アクリロイル基を有する直鎖状分子(B)が得られる。 As an example, a linear molecule having a hydroxyl group at one end and a (meth) acryloyl group at the other end and a dialkylphenyl group having an isocyanate group are mixed, and if desired, a catalyst is added and both are reacted. Thus, a linear molecule (B) having a dialkylphenyl group as a blocking group at one end and a (meth) acryloyl group as a polymerizable functional group at the other end is obtained.
以上説明したポリマー(A)と直鎖状分子(B)とを用意したら、ポリマー(A)および直鎖状分子(B)を混合し、その全部又は一部について包接錯体を形成することにより高分子架橋前駆体(C)を製造する。すなわち、ポリマー(A)の環状分子の1個の開口部を直鎖状分子(B)で串刺し状に貫通して、かつ、ポリマー(A)の環状分子の残りの開口部の少なくとも1個を別の直鎖状分子(B)で貫通し、上記2個以上の直鎖状分子(B)が同一のポリマー(A)の複数の環状分子に包接された構造を有する高分子架橋前駆体(C)を製造する(図1参照)。 When the polymer (A) and the linear molecule (B) described above are prepared, the polymer (A) and the linear molecule (B) are mixed to form an inclusion complex for all or part of the polymer (A) and the linear molecule (B). A polymer crosslinking precursor (C) is produced. That is, one opening of the cyclic molecule of the polymer (A) is penetrated like a skewer with the linear molecule (B), and at least one of the remaining openings of the cyclic molecule of the polymer (A) A polymer cross-linking precursor having a structure in which two or more linear molecules (B) are included in a plurality of cyclic molecules of the same polymer (A), penetrating by another linear molecule (B) (C) is manufactured (see FIG. 1).
なお、高分子架橋前駆体(C)は上記の包接錯体が形成された構造を有することを特徴とするが、ポリマー(A)の環状分子の全ての開口部がそのような状態になっていることを要しない。すなわち、混合物としてのポリマー(A)中において、その環状分子の開口部の1個にしか直鎖状分子(B)が串刺し状に貫通されていない構造、さらには、ポリマー(A)の環状分子の開口部に直鎖状分子(B)が全く串刺し状に貫通されていない構造を有していてもよいし、あるいは、ポリマー(A)に包接されない混合物としての直鎖状分子(B)が含まれていてもよい。 The polymer cross-linking precursor (C) has a structure in which the above-mentioned inclusion complex is formed, but all the openings of the cyclic molecule of the polymer (A) are in such a state. You don't need to be. That is, in the polymer (A) as a mixture, the structure in which the linear molecule (B) is penetrated in only one of the openings of the cyclic molecule, and further the cyclic molecule of the polymer (A) The opening may have a structure in which the linear molecule (B) is not penetrated in a skewered manner, or the linear molecule (B) as a mixture not included in the polymer (A) May be included.
上記のような高分子架橋前駆体(C)の製造は、ポリマー(A)および直鎖状分子(B)を溶媒中、例えば水、水酸化ナトリウム水溶液、ジメチルホルムアミド(DMF)と水の混合溶液、メタノールと水の混合溶液等の中に存在させた状態にして(例えば、ポリマー(A)の溶液に直鎖状分子(B)を添加して)、その溶液を撹拌することによって行うことができる。高分子架橋前駆体(C)が得られたことは、溶液の粘度が上昇することによって判断することができる。 The polymer crosslinking precursor (C) as described above is prepared by mixing the polymer (A) and the linear molecule (B) in a solvent, for example, water, aqueous sodium hydroxide, dimethylformamide (DMF) and water. In a mixed solution of methanol and water or the like (for example, by adding the linear molecule (B) to the polymer (A) solution) and stirring the solution. it can. The fact that the polymer crosslinking precursor (C) has been obtained can be judged by an increase in the viscosity of the solution.
撹拌方法については特に制限はなく、常温または適当に制御された温度で、機械的撹拌処理、超音波処理などの方法で撹拌することができ、特に、超音波処理で撹拌することが好ましい。撹拌時間は、数分〜1時間の条件で行うことが好ましい。超音波の照射条件については特に制限はないが、周波数20〜40kHzで行うことが好ましい。 There is no restriction | limiting in particular about the stirring method, It can stir by methods, such as a mechanical stirring process and an ultrasonic treatment, at normal temperature or the temperature controlled appropriately, It is preferable to specifically stir by ultrasonic treatment. The stirring time is preferably performed under conditions of several minutes to 1 hour. Although there is no restriction | limiting in particular about the irradiation conditions of an ultrasonic wave, It is preferable to carry out with a frequency of 20-40 kHz.
上記のようにして高分子架橋前駆体(C)を製造したら、ポリマー(A)の環状分子に包接された直鎖状分子(B)の重合性官能基を介して、当該直鎖状分子(B)と熱応答性成分(D)とを共重合し、熱応答性高分子架橋体(E)を得る(図1参照)。この熱応答性高分子架橋体(E)は、インターロック構造としてのロタキサン構造を含む。 Once the polymer cross-linking precursor (C) is produced as described above, the linear molecule is introduced via the polymerizable functional group of the linear molecule (B) included in the cyclic molecule of the polymer (A). (B) and a thermoresponsive component (D) are copolymerized to obtain a thermoresponsive polymer crosslinked product (E) (see FIG. 1). This thermoresponsive polymer crosslinked product (E) includes a rotaxane structure as an interlock structure.
熱応答性成分(D)としては、上記(1)または(2)の熱応答性を示し、直鎖状分子(B)の重合性官能基を介して直鎖状分子(B)と共重合可能なモノマー、オリゴマーまたはポリマーが選択される。 As the thermoresponsive component (D), it exhibits the thermal response of (1) or (2) above and is copolymerized with the linear molecule (B) via the polymerizable functional group of the linear molecule (B). Possible monomers, oligomers or polymers are selected.
好ましい熱応答性成分(D)としては、N−イソプロピルアミド基を有する重合性化合物が好ましく挙げられる。該重合性化合物としては、モノマーであってもよいし、重合性官能基を有していればオリゴマーやポリマーであってもよい。該重合性化合物がポリマーである場合の質量平均分子量(Mw)は、1000000以下であることが好ましく、特に100000以下であることが好ましい。質量平均分子量(Mw)が大き過ぎると、他の成分との相溶性が悪く重合性の低下や製膜性の低下を生じ、刺激応答速度も低下するおそれがある。 Preferred examples of the thermoresponsive component (D) include polymerizable compounds having an N-isopropylamide group. The polymerizable compound may be a monomer, or an oligomer or polymer as long as it has a polymerizable functional group. When the polymerizable compound is a polymer, the mass average molecular weight (Mw) is preferably 1,000,000 or less, particularly preferably 100,000 or less. If the mass average molecular weight (Mw) is too large, the compatibility with other components is poor, resulting in a decrease in polymerizability and film-forming property, and there is a possibility that the stimulus response speed also decreases.
また、該重合性化合物の重合性官能基は、直鎖状分子(B)と共重合するものであれば特に限定されない。かかる重合性官能基としては、例えば、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、エポキシ基、アセチレン基、オキセタニル基等が挙げられ、重合速度の速さ、入手の容易さを考慮すると(メタ)アクリロイル基、ビニル基が特に好ましい。 The polymerizable functional group of the polymerizable compound is not particularly limited as long as it is copolymerizable with the linear molecule (B). Examples of the polymerizable functional group include a (meth) acryloyl group, a vinyl group, an epoxy group, an acetylene group, and an oxetanyl group, and a (meth) acryloyl group in consideration of the speed of polymerization and availability. A vinyl group is particularly preferred.
以上のことを考慮すると熱応答性成分(D)としては、N−イソプロピルアクリルアミドが最も好ましい。 Considering the above, N-isopropylacrylamide is most preferable as the thermoresponsive component (D).
上記N−イソプロピルアミド基を有する重合性化合物(好ましくはN−イソプロピルアクリルアミド)を熱応答性成分(D)として使用した熱応答性高分子架橋体(E)に水等を含ませた熱応答性高分子ゲルは、上記(1)および(2)の特性を満たし、また、熱刺激によって透明または半透明から白色に顕著に変化するという特性も示す。このとき、熱刺激前後での全光線透過率の差は、50%以上であることが好ましく、特に70%以上であることが好ましい。 Thermal responsiveness in which water or the like is included in the thermoresponsive polymer crosslinked product (E) using the polymerizable compound having N-isopropylamide group (preferably N-isopropylacrylamide) as the thermoresponsive component (D). The polymer gel satisfies the above characteristics (1) and (2), and also exhibits a characteristic that it changes significantly from transparent or translucent to white by thermal stimulation. At this time, the difference in total light transmittance before and after thermal stimulation is preferably 50% or more, and particularly preferably 70% or more.
熱応答性成分(D)としてN−イソプロピルアクリルアミドを使用した熱応答性高分子架橋体(E)の一例を図2に模式的に示す。ただし、本発明の熱応答性高分子ゲルは図2の態様に限られるものではない。図2に示す熱応答性高分子架橋体(E)では、直鎖状分子(B)及び熱応答性成分(D)であるN−イソプロピルアクリルアミドを共重合することにより得られたポリマーBD1、BD2、及び2つ以上の環状分子が連結分子で結合されてなるポリマーAXからなる。そして、ポリマーBD1、BD2の直鎖状分子(B)に由来するBX及びBYが、ポリマーAXのそれぞれ別個の環状分子の開口部に貫通し、かつ、BX及びBYの末端に存在するブロック基により抜け出せない構造(インターロック構造)となっている。なお、図2では熱応答性成分(D)は、ポリマーBD1、BD2の主鎖に組み込まれた状態で図示したが、ポリマーBD1、BD2の側鎖に存在してもよいし、ポリマーAX中に存在してもよい。 An example of the thermoresponsive polymer crosslinked body (E) using N-isopropylacrylamide as the thermoresponsive component (D) is schematically shown in FIG. However, the thermoresponsive polymer gel of the present invention is not limited to the embodiment of FIG. In the thermoresponsive polymer crosslinked product (E) shown in FIG. 2, a polymer BD 1 obtained by copolymerizing a linear molecule (B) and N-isopropylacrylamide which is a thermoresponsive component (D), It is composed of BD 2 and polymer A X in which two or more cyclic molecules are bonded by a linking molecule. Then, B X and B Y derived from a linear molecule of the polymer BD 1, BD 2 (B) are each polymer A X through the opening of separate cyclic molecule, and the B X and B Y It has a structure (interlock structure) that cannot be removed by a blocking group present at the end. Incidentally, FIG. 2 in the heat-responsive component (D) has been shown in a state of being incorporated into the main chain of the polymer BD 1, BD 2, may be present in the side chain of the polymer BD 1, BD 2, it may be present in the polymer a X.
重合反応は常法によって行えばよく、通常はラジカル重合によって反応させる。例えば、高分子架橋前駆体(C)および熱応答性成分(D)を含有する溶液に、所望により光重合開始剤を添加して紫外線を照射することにより、あるいは、熱重合開始剤を添加して加熱することにより、直鎖状分子(B)と熱応答性成分(D)とは共重合する。 The polymerization reaction may be performed by a conventional method, and is usually performed by radical polymerization. For example, if desired, a photopolymerization initiator is added to the solution containing the polymer crosslinking precursor (C) and the thermoresponsive component (D) and irradiated with ultraviolet rays, or a thermal polymerization initiator is added. When heated, the linear molecule (B) and the thermoresponsive component (D) are copolymerized.
光重合開始剤としては、通常使用されるものであれば特に制限されることなく、例えば、ベンゾフェノン、アセトフェノン、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンゾインイソブチルエーテル、ベンゾイン安息香酸、ベンゾイン安息香酸メチル、ベンゾインジメチルケタール、2,4−ジエチルチオキサンソン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンジルジフェニルサルファイド、テトラメチルチウラムモノサルファイド、アゾビスイソブチロニトリル、ベンジル、ジベンジル、ジアセチル、β−クロールアンスラキノン、4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、(2,4,6−トリメチルベンジルジフェニル)フォスフィンオキサイド、2−ベンゾチアゾール−N,N−ジエチルジチオカルバメート等を使用することができる。なお、光重合開始剤は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。 The photopolymerization initiator is not particularly limited as long as it is usually used, for example, benzophenone, acetophenone, benzoin, benzoin methyl ether, benzoin ethyl ether, benzoin isopropyl ether, benzoin isobutyl ether, benzoin benzoic acid, Methyl benzoin benzoate, benzoin dimethyl ketal, 2,4-diethylthioxanthone, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, benzyldiphenyl sulfide, tetramethylthiuram monosulfide, azobisisobutyronitrile, benzyl, dibenzyl, diacetyl, β- Chloranthraquinone, 4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl (2-hydroxy-2-propyl) ketone, (2,4,6-trimethylbenzyldiphenyl) Le) phosphine oxide, 2-benzothiazole -N, it can be used N- diethyldithiocarbamate and the like. In addition, a photoinitiator may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
上記紫外線は、高圧水銀ランプ、フュージョンHランプ、キセノンランプなどで得られ、照射量は、通常100〜500mJ/cm2である。 The ultraviolet rays are obtained with a high-pressure mercury lamp, a fusion H lamp, a xenon lamp or the like, and the irradiation amount is usually 100 to 500 mJ / cm 2 .
一方、熱重合開始剤としては、通常使用されるものであれば特に制限されることなく、例えば、過酸化ベンゾイル、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)等を使用することができる。熱重合開始剤を使用する場合の加熱温度は、熱重合開始剤の分解温度によって適宜選択すればよいが、通常0〜130℃程度である。 On the other hand, the thermal polymerization initiator is not particularly limited as long as it is usually used. For example, benzoyl peroxide, azobisisobutyronitrile (AIBN), or the like can be used. The heating temperature in the case of using the thermal polymerization initiator may be appropriately selected depending on the decomposition temperature of the thermal polymerization initiator, but is usually about 0 to 130 ° C.
熱応答性高分子架橋体(E)の精製は常法によって行えばよく、例えば、水、テトラヒドロフランおよびジメチルホルムアミドで順次洗浄すればよい。 The heat-responsive polymer crosslinked product (E) may be purified by a conventional method, for example, sequentially washed with water, tetrahydrofuran and dimethylformamide.
以上の方法によれば、擬ロタキサンの単離精製を経ることなく、ポリマー(A)と直鎖状分子(B)とを混合攪拌するだけで、簡便に高分子架橋前駆体(C)を製造することができ、さらに得られた高分子架橋前駆体(C)の直鎖状分子(B)と熱応答性成分(D)とを共重合することで、インターロック構造を有するロタキサン構造を含む熱応答性高分子架橋体(E)を簡便に製造することができる。 According to the above method, the polymer (A) and the linear molecule (B) are simply mixed and stirred without passing through the isolation and purification of the pseudorotaxane, so that the polymer crosslinked precursor (C) can be easily produced. In addition, the obtained polymer cross-linking precursor (C) includes a rotaxane structure having an interlock structure by copolymerizing the linear molecule (B) and the thermoresponsive component (D). The thermoresponsive polymer crosslinked product (E) can be easily produced.
得られた熱応答性高分子架橋体(E)は、例えば上記所定量の水等を含有させることにより、上記(1)および/または(2)の特性を満たす熱応答性高分子ゲルを得ることができる。また、得られた熱応答性高分子架橋体(E)がフィルム状の場合には、同様に水等を含ませることにより、上記(1)および/または(2)の特性を満たす熱応答性高分子ゲルフィルムを得ることができる。この熱応答性高分子ゲルフィルムは、上記(1)および(2)の特性を満たすとともに、熱刺激によって透明または半透明から白色に顕著に変化するという特性も示す。 The obtained thermoresponsive polymer cross-linked product (E) contains, for example, the predetermined amount of water or the like, thereby obtaining a thermoresponsive polymer gel satisfying the above characteristics (1) and / or (2). be able to. In addition, when the obtained thermoresponsive polymer crosslinked product (E) is in the form of a film, the thermal responsiveness satisfying the above characteristics (1) and / or (2) can be obtained by similarly containing water or the like. A polymer gel film can be obtained. This thermoresponsive polymer gel film satisfies the above characteristics (1) and (2), and also exhibits a characteristic that it changes significantly from transparent or translucent to white by thermal stimulation.
本実施形態に係る熱応答性高分子ゲルのフィルムを得るには、例えば、上記高分子架橋前駆体(C)と熱応答性成分(D)とを混合し、鋳型に流し込むか、あるいはロール・トゥ・ロール方式で基材上に塗布し、その後、加熱または紫外線照射等によって共重合させることによりフィルム状の熱応答性高分子架橋体(E)を形成し、得られたフィルムに水分を含ませればよい。 In order to obtain the film of the thermoresponsive polymer gel according to the present embodiment, for example, the polymer cross-linking precursor (C) and the thermoresponsive component (D) are mixed and poured into a mold, A film-like thermoresponsive polymer crosslinked body (E) is formed by coating on a substrate by a to-roll method and then copolymerizing by heating or ultraviolet irradiation, etc., and the resulting film contains moisture You can do it.
フィルムの厚さは、通常50〜5000μmであり、好ましくは100〜2000μmであり、特に好ましくは150〜1500μmである。 The thickness of a film is 50-5000 micrometers normally, Preferably it is 100-2000 micrometers, Most preferably, it is 150-1500 micrometers.
上記熱応答性高分子ゲルおよび熱応答性高分子ゲルフィルムは、例えば、感熱センサー、医療用材料、温度応答性粘着剤、温度調整フィルム、熱応答性遮光フィルムなど幅広い分野に利用が期待できる。 The heat-responsive polymer gel and the heat-responsive polymer gel film can be expected to be used in a wide range of fields such as a heat-sensitive sensor, a medical material, a temperature-responsive adhesive, a temperature adjustment film, and a heat-responsive light-shielding film.
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example etc. demonstrate this invention further more concretely, the scope of the present invention is not limited to these Examples etc.
〔実施例1〕
(1)ポリマー(A)の合成
α−シクロデキストリン(ナカライテスク社製)5gをジメチルホルムアミド50mlに溶解させ、この溶液にトリレン2,4−ジイソシアネート末端ポリプロピレングリコール(Aldrich社製,Mn:1,000)3.4gと、錫触媒であるジブチル錫ジラウレート(東京化成社製)200mgとを加え、一晩室温で攪拌した。
[Example 1]
(1) Synthesis of polymer (A) 5 g of α-cyclodextrin (manufactured by Nacalai Tesque) was dissolved in 50 ml of dimethylformamide, and to this solution was added tolylene 2,4-diisocyanate-terminated polypropylene glycol (manufactured by Aldrich, Mn: 1,000). ) 3.4 g and 200 mg of dibutyltin dilaurate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), which is a tin catalyst, were added and stirred overnight at room temperature.
上記反応溶液をエーテルに注いで沈殿させ、回収した固体を乾燥させた後、水で洗浄して再び乾燥させ、環状分子としてα−シクロデキストリン、連結分子としてポリプロピレングリコールを有し、連結分子を介して環状分子が3〜5個繋がったポリマー(A)4.6gを得た。 The reaction solution is poured into ether and precipitated, and the collected solid is dried, washed with water and dried again, and has α-cyclodextrin as a cyclic molecule and polypropylene glycol as a linking molecule. Thus, 4.6 g of polymer (A) in which 3 to 5 cyclic molecules were connected was obtained.
(2)直鎖状分子(B)の合成
ポリエチレングリコール(和光純薬工業社製,Mn:1000)5gを塩化メチレン50mlに溶解させ、この溶液に3,5−ジメチルフェニルイソシアネート(Aldrich社製)1.6gと、錫触媒であるジブチル錫ジラウレート(東京化成社製)200mgとを加え、一晩室温で攪拌した。
(2) Synthesis of linear molecule (B) 5 g of polyethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Mn: 1000) is dissolved in 50 ml of methylene chloride, and 3,5-dimethylphenyl isocyanate (manufactured by Aldrich) is dissolved in this solution. 1.6 g and 200 mg of dibutyltin dilaurate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) as a tin catalyst were added and stirred overnight at room temperature.
次いで、上記溶液に2−メタクリロイルオキシエチルイソシアネート(昭和電工社製,カレンズMOI)1.7gと、錫触媒であるジブチル錫ジラウレート(東京化成社製)100mgとを加え、さらに一晩室温で攪拌した。 Next, 1.7 g of 2-methacryloyloxyethyl isocyanate (manufactured by Showa Denko KK, Karenz MOI) and 100 mg of dibutyltin dilaurate (manufactured by Tokyo Kasei Co., Ltd.) as a tin catalyst were added to the above solution, and the mixture was further stirred overnight at room temperature. .
得られた溶液を濃縮した後、−75℃に冷却したジエチルエーテル中に注ぐことにより沈澱させ、その沈澱物を回収した。これにより、一方の末端に3,5−ジメチルフェニル基からなるブロック基を有し、他方の末端にメタクリロイル基を有するポリエチレングリコール(MA−PEG−DPI;直鎖状分子(B))3.8gを得た。 The resulting solution was concentrated and then precipitated by pouring into diethyl ether cooled to -75 ° C, and the precipitate was recovered. Accordingly, 3.8 g of polyethylene glycol (MA-PEG-DPI; linear molecule (B)) having a blocking group composed of a 3,5-dimethylphenyl group at one end and a methacryloyl group at the other end. Got.
(3)高分子架橋前駆体(C)の製造
ポリマー(A)300mgを0.4wt%の水酸化ナトリウム水溶液1mlに溶解させ、この溶液に直鎖状分子(B)112mgを加え、機械的に攪拌しながら超音波照射(35Hz)を300秒行ったところ、溶液が白濁し、粘性が上昇した。このような粘度上昇した白濁物は、ポリマー(A)の環状分子が直鎖状分子(B)を包接してなる高分子架橋前駆体(C)であると考えられる。
(3) Production of polymer cross-linking precursor (C) 300 mg of polymer (A) was dissolved in 1 ml of 0.4 wt% sodium hydroxide aqueous solution, and 112 mg of linear molecule (B) was added to this solution mechanically. When ultrasonic irradiation (35 Hz) was performed for 300 seconds with stirring, the solution became cloudy and the viscosity increased. Such a cloudy substance having an increased viscosity is considered to be a polymer crosslinking precursor (C) in which the cyclic molecule of the polymer (A) includes the linear molecule (B).
(4)熱応答性高分子架橋体(E)の製造
高分子架橋前駆体(C)と考えられる上記白濁物に、熱応答性成分(D)としてN−イソプロピルアクリルアミド2.0gを加え、均一になるまで攪拌した。次いで、光重合開始剤である1−ヒドロキシ-シクロヘキシル−フェニル−ケトン及びベンゾフェノンの1:1共融混合物(チバスペシャリティーケミカルズ社製,IRUGACURE 500)40μlを加え、撹拌後、真空ポンプにて脱気を行った。その後、上記操作により得られた混合溶液を、図5に示すように、ガラス板上のシリコーンゴム製型(厚さ1mm)の内側に流し込み、空気が入らない様にガラス板で蓋をし、紫外線を3分間照射(照射条件:照度3.0mW/cm2,光量300mJ/cm2)することにより、ゲル状のフィルムを得た。
(4) Production of thermoresponsive polymer crosslinked product (E) To the above-mentioned cloudy substance considered to be a polymer crosslinked precursor (C), 2.0 g of N-isopropylacrylamide is added as a thermoresponsive component (D), and uniform. Stir until. Next, 40 μl of a 1: 1 eutectic mixture of 1-hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone and benzophenone (manufactured by Ciba Specialty Chemicals, IRUGACURE 500), which is a photopolymerization initiator, was added, and after deaeration with a vacuum pump Went. Thereafter, as shown in FIG. 5, the mixed solution obtained by the above operation is poured into the silicone rubber mold (thickness 1 mm) on the glass plate, and the glass plate is covered so that air does not enter, A gel-like film was obtained by irradiating ultraviolet rays for 3 minutes (irradiation conditions: illuminance: 3.0 mW / cm 2 , light amount: 300 mJ / cm 2 ).
得られたゲル状のフィルムは、上記高分子架橋前駆体(C)における直鎖状分子(B)の重合性官能基(メタクリロイル基)を介して、直鎖状分子(B)と熱応答性成分(D)とが共重合してなる熱応答性高分子架橋体(E)(ポリマー(A)の環状分子に、末端にブロック基を有する高分子の側鎖が包接され、熱応答性成分(D)の重合体がその高分子の主鎖を構成してなる熱応答性高分子架橋体(E))であると考えられる。 The obtained gel-like film is thermally responsive to the linear molecule (B) via the polymerizable functional group (methacryloyl group) of the linear molecule (B) in the polymer crosslinking precursor (C). Thermally responsive polymer crosslinked product (E) obtained by copolymerization with component (D) (polymer (A) is encapsulated with a polymer side chain having a blocking group at its end, and is thermally responsive. It is considered that the polymer of the component (D) is a thermoresponsive polymer crosslinked product (E)) comprising the polymer main chain.
得られたゲル状のフィルムからなる熱応答性高分子架橋体(E)は、図5に示す上側のガラス板を取り外すことにより取り出し、水、テトラヒドロフランおよびジメチルホルムアミドに順次浸漬して洗浄し、その後乾燥させて透明の熱応答性高分子架橋体フィルム(厚さ:1.0mm,非延伸)を得た。 The obtained thermoresponsive polymer cross-linked product (E) comprising a gel-like film is taken out by removing the upper glass plate shown in FIG. 5 and washed by sequentially immersing in water, tetrahydrofuran and dimethylformamide. It was dried to obtain a transparent thermoresponsive polymer crosslinked product film (thickness: 1.0 mm, non-stretched).
さらに、該熱応答性高分子架橋体フィルムに対して、室温下(23℃)、水分含有量が20質量%になるように水分を含有させることにより、透明な熱応答性高分子ゲルフィルムを得た。 Furthermore, a transparent thermoresponsive polymer gel film is obtained by adding moisture to the thermoresponsive polymer crosslinked film at room temperature (23 ° C.) so that the moisture content is 20% by mass. Obtained.
〔比較例1〕
実施例1におけるポリマー(A)の替わりにポリエチレングリコールジアクリレート44mg(架橋剤に該当)を使用する以外、実施例1と同様にして熱応答性高分子架橋体フィルム(厚さ:1.0mm,非延伸)を作製した。さらに、該熱応答性高分子架橋体フィルムに対して、室温下(23℃)、水分含有量が20質量%になるように水分を含有させることにより、透明な熱応答性高分子ゲルフィルムを得た。
[Comparative Example 1]
Except for using 44 mg of polyethylene glycol diacrylate (corresponding to a crosslinking agent) in place of the polymer (A) in Example 1, a thermoresponsive polymer crosslinked film (thickness: 1.0 mm, Non-stretched). Furthermore, a transparent thermoresponsive polymer gel film is obtained by adding moisture to the thermoresponsive polymer crosslinked film at room temperature (23 ° C.) so that the moisture content is 20% by mass. Obtained.
〔試験例1〕(膨潤率の測定)
実施例および比較例で得られた熱応答性高分子ゲルフィルムを水に浸漬し、30分間での膨潤度の変化が5%以下になったのを確認し、水温を昇温速度1℃/minで室温から50℃まで上昇させた。そのとき、各温度での熱応答性高分子架橋体フィルムの質量を測定し、膨潤率を算出した。
[Test Example 1] (Measurement of swelling rate)
The thermoresponsive polymer gel films obtained in the examples and comparative examples were immersed in water, and it was confirmed that the change in the degree of swelling in 30 minutes was 5% or less. The temperature was raised from room temperature to 50 ° C. in min. At that time, the mass of the thermoresponsive polymer crosslinked film at each temperature was measured, and the swelling rate was calculated.
膨潤率は、乾燥したフィルムの質量(Wdry)と膨潤後のフィルムの質量(Wswell)との差から求めた。計算式は以下の通りである。
膨潤率[%]={(Wswell−Wdry)/Wdry}×100
これにより得られた温度と膨潤率との関係を図3のグラフに示す。
The swelling ratio was determined from the difference between the mass of the dried film (W dry ) and the mass of the film after swelling (W swell ). The calculation formula is as follows.
Swelling ratio [%] = {(W swell -W dry) / W dry} × 100
The relationship between the temperature thus obtained and the swelling rate is shown in the graph of FIG.
図3のグラフより、実施例の熱応答性高分子ゲルフィルムは、室温(23℃)で膨潤率1500%の状態から、40℃に達した時点で膨潤率20%以下に変化していることが分る。これに対して、比較例の熱応答性高分子ゲルフィルムは、室温(23℃)で膨潤率600%を超える一方、40℃でも膨潤率300%である。すなわち、実施例の熱応答性高分子ゲルフィルムは、比較例のものと比較して、温度に応じて非常に大きい膨潤・収縮挙動を示すことが分かる。 From the graph of FIG. 3, the thermoresponsive polymer gel film of the example changes from a state where the swelling rate is 1500% at room temperature (23 ° C.) to a swelling rate of 20% or less when the temperature reaches 40 ° C. I understand. On the other hand, the heat-responsive polymer gel film of the comparative example has a swelling rate exceeding 600% at room temperature (23 ° C.), while the swelling rate is 300% at 40 ° C. That is, it can be seen that the thermoresponsive polymer gel films of the examples exhibit very large swelling / shrinking behavior depending on the temperature as compared with the comparative example.
〔試験例2〕(収縮挙動の評価)
実施例および比較例で得られた熱応答性高分子ゲルフィルム(室温:23℃)を50℃の水に浸漬し、膨潤率S(t)を経時的に測定して、収縮率Snを算出した。
[Test Example 2] (Evaluation of shrinkage behavior)
The thermoresponsive polymer gel films (room temperature: 23 ° C.) obtained in the examples and comparative examples were immersed in water at 50 ° C., the swelling rate S (t) was measured over time, and the shrinkage rate Sn was calculated. did.
収縮率Snは、以下の式によって求めた。
収縮率Sn=時間(t)での膨潤率S(t)/最大含水状態での膨潤率S(max)
これにより得られた時間と収縮率Snとの関係(収縮挙動)を図4のグラフに示す。なお、最大含水状態とは、室温(23℃)において水に浸したときの膨潤度の変化が30分間で5%未満となった状態をいうものとする。
The shrinkage rate Sn was obtained by the following formula.
Shrinkage rate Sn = swelling rate S (t) at time (t) / swelling rate S (max) at maximum water content
The relationship between the time thus obtained and the shrinkage rate Sn (shrinkage behavior) is shown in the graph of FIG. The maximum water content state refers to a state in which the change in the degree of swelling when immersed in water at room temperature (23 ° C.) is less than 5% in 30 minutes.
図4のグラフより、実施例の熱応答性高分子ゲルフィルムは、比較例の熱応答性高分子ゲルフィルムと比較して、温度刺激に対する収縮速度が著しく速く、本発明の要件を満たすことが分かる。 From the graph of FIG. 4, the thermoresponsive polymer gel film of the example has a significantly faster shrinkage rate to the temperature stimulus than the thermoresponsive polymer gel film of the comparative example, and satisfies the requirements of the present invention. I understand.
〔試験例3〕(水滴接触角の測定)
実施例および比較例で得られた熱応答性高分子架橋体フィルムの表面の純水に対する接触角を、23℃(室温)および60℃(加熱)にて、接触角計(KRUSS社製,DSA100)を用いて測定した。結果を表1に示す。
[Test Example 3] (Measurement of water droplet contact angle)
A contact angle meter (made by KRUSS, DSA100) was used at a contact angle of 23 ° C. (room temperature) and 60 ° C. (heating) with respect to pure water on the surface of the thermoresponsive polymer crosslinked product film obtained in Examples and Comparative Examples. ). The results are shown in Table 1.
表1より、比較例と比べて実施例の熱応答性高分子ゲルフィルムでは、加熱により接触角の差が40°以上に達し、表面状態が親水性から疎水性に大きく変化し、本発明の要件を満たすことが分かる。 From Table 1, in the thermoresponsive polymer gel film of the example as compared with the comparative example, the difference in contact angle reached 40 ° or more by heating, and the surface state changed greatly from hydrophilic to hydrophobic. You can see that it meets the requirements.
本発明に係る熱応答性高分子ゲルおよび熱応答性高分子ゲルフィルムは、感熱センサー、医療用材料、温度応答性粘着剤、温度調整フィルム、熱応答性遮光フィルムなど幅広い分野に利用が期待できる。 The thermoresponsive polymer gel and the thermoresponsive polymer gel film according to the present invention can be expected to be used in a wide range of fields such as a heat-sensitive sensor, a medical material, a temperature-responsive adhesive, a temperature control film, and a heat-responsive light-shielding film. .
Claims (6)
熱刺激によって、質量が、300秒以内に最大含水状態から当該最大含水状態の20%以下まで減少するか、
熱刺激の前後での表面の水滴接触角差が、20°以上である
ことを特徴とする熱応答性高分子ゲル。 Contains a polymer cross-linker that includes a rotaxane structure in which the opening of the cyclic part is skewered with a linear molecule and a thermoresponsive component bonded to the linear molecule of the rotaxane, and also contains moisture A thermo-responsive polymer gel,
By thermal stimulation, the mass decreases from the maximum water content to less than 20% of the maximum water content within 300 seconds,
A heat-responsive polymer gel characterized in that the water droplet contact angle difference on the surface before and after thermal stimulation is 20 ° or more.
前記ポリマーの環状部分は、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリンおよびγ−シクロデキストリンからなる群から選ばれる少なくとも1種、または環状ポリエーテル、環状ポリエステル、環状ポリエーテルアミンおよび環状ポリアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、
前記直鎖状分子の重合性官能基は、(メタ)アクリロイル基、ビニル基、エポキシ基、アセチレン基またはオキセタニル基であり、
前記熱応答性成分は、前記直鎖状分子の重合性官能基と重合可能な官能基を有するものである
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の熱応答性高分子ゲル。 A polymer having two or more cyclic moieties, and an opening in the cyclic moiety having a blocking group that does not leave the cyclic moiety that encloses the linear molecule at one end and a polymerizable functional group at the other end Polymerization of the linear molecule of the polymer cross-linking precursor obtained by mixing the polymer and a linear molecule capable of forming a rotaxane structure inclusion complex penetrating the linear part with a linear molecule. Containing a crosslinked polymer obtained by copolymerizing the linear molecule and the thermoresponsive component via a functional group, and containing moisture;
The cyclic portion of the polymer is at least one selected from the group consisting of α-cyclodextrin, β-cyclodextrin and γ-cyclodextrin, or from the group consisting of cyclic polyether, cyclic polyester, cyclic polyetheramine and cyclic polyamine. At least one selected,
The polymerizable functional group of the linear molecule is a (meth) acryloyl group, a vinyl group, an epoxy group, an acetylene group, or an oxetanyl group,
The thermoresponsive component according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermoresponsive component has a functional group capable of being polymerized with a polymerizable functional group of the linear molecule. Molecular gel.
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