JP6749750B2 - 自己修復材料及びその製造方法 - Google Patents
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項1.高分子ゲルを含んで構成される自己修復材料であって、
前記高分子ゲルは、ホスト基及びゲスト基による相互作用によって架橋された架橋構造体と、水よりも沸点が高い親水性の溶媒とを含む、自己修復材料。
項2.前記溶媒は、水酸基を有する有機化合物を含む、上記項1に記載の自己修復材料。
項3.前記溶媒は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン及びジエチレングリコールモノエチルエーテルの群から選ばれる少なくとも1種を含む、上記項1又は2に記載の自己修復材料。
項4.前記架橋構造体は、下記一般式(1a)
下記一般式(2a)
及び、下記一般式(3a)
項5.上記項1〜4のいずれか1項に記載の自己修復材料の製造方法であって、
ホスト基及びゲスト基による相互作用によって架橋された架橋構造体及び水を含むヒドロゲルを、水よりも沸点が高い親水性の溶媒に浸漬することにより、前記水の一部又は全部を前記溶媒に置換して前記高分子ゲルを製造する工程を具備する、自己修復材料の製造方法。
本実施形態の自己修復材料は、高分子ゲルを含んで構成される。特に、高分子ゲルは、ホスト基及びゲスト基による相互作用によって架橋された架橋構造体と、水よりも沸点が高い親水性の溶媒とを含む。これより、本実施形態の自己修復材料は、時間の経過及び温度環境等が変化しても乾燥が起こりにくいため、長期にわたって安定な自己修復機能を有することが可能である。
次に、自己修復材料の製造方法について説明する。
この場合、安定なヒドロゲルが形成されやすくなり、最終的に得られる本実施形態の自己修復材料も耐乾燥性に優れ、自己修復性等の諸物性も損なわれにくい。
ヒドロゲルの調製
サンプル瓶(3mL)に、単量体(1)として6−アクリルアミド−β−シクロデキストリン(βCD−AAm)、単量体(2)としてN−(1−アダマンチル)アクリルアミド(Ad−AAm)及び単量体(3)としてアクリルアミド(AAm)(和光純薬工業株式会社製)をそれぞれ、0.12mol/kg、0.12mol/kg及び3.76mol/kg(トータル4mol/kg)の濃度になるように混合した。この混合液を、超音波を照射しながら5分間撹拌した。これを一度ろ過した後、重合開始剤として過硫酸アンモニウム(全単量体に対して0.25mol%)、及び、N,N,N’,N’−テトラメチルエチレンジアミン(全単量体に対して5mol%)、水を加えて混合物を調製した。水は、混合物全体に対して69.64質量%となるようにした。この混合物を室温で1時間放置することにより、重合反応を行った。得られた重合体を洗浄することで、約4cm3の略直方体状のヒドロゲルを得た。当該ヒドロゲルは、βCD−AAm由来の繰り返し構成単位及びAd−AAm由来の繰り返し構成単位を、いずれも重合体中に3モル%の割合で含む。
100mLビーカにグリセリンを80ml入れ、そこで上記ヒドロゲルが完全に浸漬するようにした。この状態で、室温(25℃)で12時間、静置することで、ヒドロゲルに含まれる水をグリセリン(G)に置換した。これにより、高分子ゲルを得た。
重合体中、βCD−AAm由来の繰り返し構成単位及びAd−AAm由来の繰り返し構成単位がいずれも2.5モル%となるようにヒドロゲルを調製したこと以外は実施例1と同様の手順で高分子ゲルを得た。
重合体中、βCD−AAm由来の繰り返し構成単位及びAd−AAm由来の繰り返し構成単位がいずれも4.0モル%となるようにヒドロゲルを調製したこと以外は実施例1と同様の手順で高分子ゲルを得た。
アクリルアミド(AAm)の代わりに2−ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)、すなわち、式(4)におけるRが「−COO−C2H4OH」に変更したこと以外は実施例1と同様の手順で高分子ゲルを得た。
溶媒置換として、グリセリンの代わりにジエチレングリコール(DEG)に変更したこと以外は実施例4と同様の手順で高分子ゲルを得た。
溶媒置換として、グリセリンの代わりにジプロピレングリコール(DPG)に変更したこと以外は実施例4と同様の手順で高分子ゲルを得た。
溶媒置換として、グリセリンの代わりに水とグリセリンの混合溶媒(体積比v:vで1:1)に変更したこと以外は実施例4と同様の手順で高分子ゲルを得た。
実施例1で得られたヒドロゲルの溶媒置換をせずに、ヒドロゲルをそのまま高分子ゲルとした。
高分子ゲル中の溶媒量は、高分子ゲルの乾燥前後の重量の差分により算出した。高分子ゲルの乾燥は、100℃の雰囲気下で24時間静置させることで行った。
各実施例及び比較例で得られた高分子ゲルについて、外観を目視で確認して透明性の判断をした。なお、透明性は目視で判断し、高分子ゲルを直視し、反対側を透視できた場合を「透明」と判定し、白濁して反対側を透視できないものは透明性がないと判断した。
各実施例及び比較例で得られた高分子ゲルについて、相対湿度65%、室温(25℃)で28日間にわたって保管した後、保管前を基準として28日保管後の重量減少の割合によって耐乾燥性を評価した。具体的には、上記条件で28日間静置させた後の重量減少が80%以下である場合を耐乾燥性「あり」と判断し、重量減少が80%を超える場合を耐乾燥性はないものとした。
各実施例及び比較例で得られた高分子ゲルの「ストローク―試験力曲線」(島津製作所社製「AUTOGRAPH」(型番:AGS−10KNJ MS形)から高分子ゲルの破断点を観測し、この破断点を終点とし、終点までの最大試験力を破断力とした。この引張り試験は、高分子ゲルの上端を固定し下端を引張り速度200mm/minで稼動させるダウン方式で実施した。また、その際のストローク、すなわち、高分子ゲルを引っ張った際の最大長さを、引張り前の高分子ゲル長さで除した値を延伸率として算出した。
上記引張り試験で破断した高分子ゲルの破断部どうしを速やかに再接触させ、この状態で24時間以上、室温下で静置した。ただし、比較例1のヒドロゲルの場合は、室温静置では乾燥するため、「湿潤環境下」で静置させた。その後、破断部どうしの再接合を確認した後、再び上記引張り試験を行った。このような高分子ゲルの「引張り試験−破断−再接合」のサイクルを数回繰り消し、各回(修復回数毎)の延伸率を算出した。
上記引張り試験で破断した高分子ゲルの破断部どうしを速やかに再接触させ、この状態で24時間以上、室温下で静置した。その後、破断部どうしの再接合を確認した後、再び上記引張り試験を行った。このような高分子ゲルの「引張り試験−破断−再接合」のサイクルを数回繰り消し、各回(修復回数毎)の破断力を算出して、この破断力の推移から破断力の保持性を判定した。
各実施例及び比較例の高分子ゲルを、室温(25℃)で28日間にわたって保管して乾燥処理を行った後、各々の高分子ゲルを切断し、再度、切断部どうしを接触させて、再接着するかどうかについて評価を行った。
Claims (3)
- 高分子ゲルを含んで構成される自己修復材料であって、
前記高分子ゲルは、ホスト基及びゲスト基による相互作用によって架橋された架橋構造体と、水よりも沸点が高い親水性の溶媒とを含み、
前記ホスト基は、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からなる群より選ばれる少なくとも1種から形成される基であり、
前記ゲスト基は、n−ブチル基、n−ドデシル基、t−ブチル基、及びアダマンチル基からなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記溶媒は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン及びジエチレングリコールモノエチルエーテルの群から選ばれる少なくとも1種を含む、自己修復材料。 - 前記架橋構造体は、下記一般式(1a)
- 請求項1又は2に記載の自己修復材料の製造方法であって、
ホスト基及びゲスト基による相互作用によって架橋された架橋構造体及び水を含むヒドロゲルを、水よりも沸点が高い親水性の溶媒に浸漬することにより、前記水の一部又は全部を前記溶媒に置換して前記高分子ゲルを製造する工程を具備し、
前記溶媒は、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン及びジエチレングリコールモノエチルエーテルの群から選ばれる少なくとも1種を含む、自己修復材料の製造方法。
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