JP6809650B2

JP6809650B2 - 有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物、及び有機無機複合ヒドロゲル

Info

Publication number: JP6809650B2
Application number: JP2020528061A
Authority: JP
Inventors: 満幸神崎; 西村　紀夫; 紀夫西村; 理恵山崎
Original assignee: DIC Corp
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2039-12-03
Also published as: CN113195569B; US20220033538A1; CN113195569A; JPWO2020129606A1; WO2020129606A1

Description

本発明は、有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物、及び有機無機複合ヒドロゲルに関する。

ゲルとは、液体と固体の中間の性質を有するものであり、水などの溶媒中に有機高分子などの物質が三次元網目を構成して、安定な状態となっているものである。特に、溶媒が水であるものは、ヒドロゲルと呼んでおり、医療、食品，スポーツ関連などの機能材料としての用途開発が行われてきた。特に均一な透明性、強靱な力学物性、吸水性、生体適合性等を持たせるために、様々な材料との複合化や、架橋構造の工夫がなされてきた。

例えば、水溶性有機高分子と水膨潤性粘土鉱物とが複合化して形成された三次元網目の中に水が包含されている有機無機複合ヒドロゲルに係る発明が記載されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の有機無機複合ヒドロゲルによれば、９５％以上の光透過性、乾燥重量に対して１０倍以上の吸水性、及び１０倍以上の延伸ができることが記載されている。

また、有機無機複合ヒドロゲルからなるコンクリート構造体用充填材が提案されている（例えば、特許文献２参照。）が、コンクリート構造体用の充填材として使用する場合、コンクリートとの高い密着性が要求されることが多く、充填材の力学強度を向上させることが求められてきた。

さらに、コンクリート構造体用充填材として使用する用途として、例えば、漏水に対する止水材としての使用が挙げられるが、この場合、コンクリート構造物の建設現場や補修現場で用いられることが多く、充填材としての保存安定性や水中硬化性が求められてきた。また、従来のヒドロゲルは、大気開放条件下で水が蒸散することにより、最終的に脆い材料へと変化する問題があった。

そこで、粘度変化が小さく保存安定性に優れ、質量変化が小さく、優れた力学物性を有するヒドロゲルを形成可能な材料が求められていた。

特開２００１−１５８６３４号公報特開２０１７−１８６１８２号公報

本発明が解決しようとする課題は、保存安定性及び水中硬化性に優れ、大気開放条件下においても質量変化が小さく、優れた力学物性を有するヒドロゲルを形成可能な組成物を提供することである。

本発明者等は、水溶性有機モノマー、ホスホン酸ヘクトライト、セルロースナノファイバー、水、及び特定溶媒を含有する有機無機複合ヒドロゲル前駆液が、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、水溶性有機モノマー（Ａ）、ホスホン酸変性ヘクトライト（Ｂ）、セルロースナノファイバー（Ｃ）、水（Ｄ）、及び揮発性が６０℃１気圧の開放系において１ｃｍ^２・１時間あたり、０．１ｇ以下（０．１ｇ／ｃｍ^２・ｈｒ・６０℃・１ａｔｍ以下）である溶媒（Ｅ）を含有することを特徴とする有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物を提供するものである。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物は、保存安定性及び水中硬化性に優れ、大気開放条件下においても質量変化が小さく、優れた力学物性を有するヒドロゲルを容易に得られることから、土木工事現場等の各種工業用途へ適用することができる。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物は、水溶性有機モノマー（Ａ）、ホスホン酸変性ヘクトライト（Ｂ）、セルロースナノファイバー（Ｃ）、水（Ｄ）、及び揮発性が６０℃１気圧の開放系において１ｃｍ^２・１時間あたり、０．１ｇ以下（０．１ｇ／ｃｍ^２・ｈｒ・６０℃・１ａｔｍ以下）である溶媒（Ｅ）を含有するものである。

前記水溶性有機モノマー（Ａ）としては、例えば、（メタ）アクリルアミド基を有するモノマー、（メタ）アクリロイルオキシ基を有するモノマー、ヒドロキシル基を有する（メタ）アクリルモノマー等が挙げられる。

なお、本発明において、「（メタ）アクリルアミド」とは、アクリルアミドとメタアクリルアミドの一方又は両方をいい、「（メタ）アクリロイルオキシ」とは、アクリロイルオキシと（メタ）アクリロイルオキシの一方又は両方をいい、「（メタ）アクリレート」とは、アクリレートとメタクリレートの一方又は両方をいい、「（メタ）アクリルモノマー」とは、アクリルモノマーとメタクリルモノマーの一方又は両方をいう。

前記（メタ）アクリルアミド基を有するモノマーとしては、例えば、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−メチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−エチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−シクロプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリロイルモルフォリン、Ｎ，Ｎ’−メチレンビス（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。

前記（メタ）アクリロイルオキシ基を有するモノマーとしては、例えば、メトキシエチル（メタ）アクリレート、エトキシエチル（メタ）アクリレート、メトキシメチル（メタ）アクリレート、エトキシメチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート等が挙げられる。

前記ヒドロキシル基を有する（メタ）アクリルモノマーとしては、例えば、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート等が挙げられる。

これらの中でも、溶解性及び得られる有機無機複合ヒドロゲルの基材付着性及び力学物性の観点から、（メタ）アクリルアミド基を有するモノマーを用いることが好ましく、（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−イソプロピル（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリロイルモルフォリンを用いることがより好ましく、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミド、（メタ）アクリロイルモルフォリンを用いることがさらに好ましく、重合が進行しやすい観点から、Ｎ，Ｎ−ジメチル（メタ）アクリルアミドが特に好ましい。

また、有機無機複合ヒドロゲルの耐水圧性等の力学物性がより向上することから、Ｎ，Ｎ’−メチレンビス（メタ）アクリルアミド、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート等の多官能モノマーを併用することが好ましく、Ｎ，Ｎ’−メチレンビス（メタ）アクリルアミドを併用することがより好ましい。

前記多官能モノマーの使用量は、有機無機複合ヒドロゲルの耐水圧性等の力学物性の観点から、原料モノマー中、０．０１〜０．５質量％の範囲が好ましく、０．０３〜０．３質量％の範囲がより好ましい。

前記ホスホン酸変性ヘクトライト（Ｂ）は、上記水溶性有機モノマーの重合体とともに三次元網目構造を形成し、有機無機ヒドロゲルの構成要素となる。

前記ホスホン酸変性ヘクトライト（Ｂ）としては、例えば、ピロリン酸変性ヘクトライト、エチドロン酸変性ヘクトライト、アレンドロン酸変性ヘクトライト、メチレンジホスホン酸変性ヘクトライト、フィチン酸変性ヘクトライト等を用いることができる。これらのホスホン酸ヘクトライトは、天然由来のもの、合成されたもの、および表面を修飾されたもの等を用いることができるが、得られる有機無機複合ヒドロゲルの強度及び接着性の観点から、ホスホン酸変性合成ヘクトライトを用いることが好ましい。これらのホスホン酸変性ヘクトライトは、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物は、保存安定性等本発明の効果を損なわない範囲において、前記ホスホン酸変性ヘクトライト（Ｂ）以外の水膨潤性粘土鉱物を含有することもできる。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物は、前記セルロースナノファイバー（Ｃ）を含有することにより、保存安定性が優れたものとなる。

前記セルロースナノファイバー（Ｃ）は、各種セルロースを解繊及び／又は微細化したものである。

前記セルロースとしては、パルプ、綿、紙、レーヨン・キュプラ・ポリノジック・アセテートなどの再生セルロース繊維、バクテリア産生セルロース、ホヤなどの動物由来セルロースなどが利用可能である。また、これらのセルロースは必要に応じて表面を化学修飾処理したものであってもよい。

前記セルロースナノファイバー（Ｃ）の解繊及び／又は微細化は、例えば、水又はポリエステル樹脂等の解繊樹脂中にセルロースを添加し、機械的にせん断力を与えることにより行うことができる。

せん断力を与える手段としては、ビーズミル、超音波ホモジナイザー、一軸押出機、二軸押出機等の押出機、バンバリーミキサー、グラインダー、加圧ニーダー、２本ロール等の公知の混練機等を用いることができる。なお、上記の手段は単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

また、前記セルロースナノファイバー（Ｃ）は、セルロースを解繊及び／又は微細化してセルロースナノファイバーを製造したのち、修飾する化合物をさらに添加して、セルロースナノファイバーと反応させることで得られる変性セルロースナノファイバーであってもよい。

修飾する化合物としては、アルキル基、アシル基、アシルアミノ基、シアノ基、アルコキシ基、アリール基、アミノ基、アリールオキシ基、シリル基、カルボキシル基等の官能基をセルロースナノファイバーに化学的に結合させて修飾する化合物等が挙げられる。

また、化学的に結合させなくても、修飾する化合物がセルロースナノファイバーに物理的に吸着する形でセルロースナノファイバーを修飾してもよい。物理的に吸着する化合物としては界面活性剤等が挙げられ、アニオン性、カチオン性、ノニオン性いずれを用いてもよい。

前記セルロースナノファイバー（Ｃ）の繊維径及び繊維のアスペクト比としては特に制限されるものではないが、繊維径は１０００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましい。

前記セルロースナノファイバー（Ｃ）の市販品としては、ダイセルファインケム株式会社製の「セリッシュ」、第一工業製薬株式会社製の「レオクリスタ」、スギノマシン株式会社製の「ＢｉＮＦｉ−ｓ」、日本製紙株式会社の「ｃｅｌｌｅｎｐｉａ」等が挙げられる。

前記溶媒（Ｅ）としては、揮発性が６０℃１気圧の開放系において１ｃｍ^２・１時間あたり、０．１ｇ以下（０．１ｇ／ｃｍ^２・ｈｒ・６０℃・１ａｔｍ以下）であるものが用いられるが、好ましくは０．０５ｇ以下、より好ましくは０．０１ｇ以下のものが用いられる。具体的には、水と混和しやすい溶媒が好ましいことからグリセリン（０．００１ｇ以下／ｃｍ^２・ｈｒ・６０℃・１ａｔｍ）、ジグリセリン（０．００１ｇ以下／ｃｍ^２・ｈｒ・６０℃・１ａｔｍ）、エチレングリコール（０．０１ｇ以下／ｃｍ^２・ｈｒ・６０℃・１ａｔｍ）、プロピレングリコール（０．００１ｇ以下／ｃｍ^２・ｈｒ・６０℃・１ａｔｍ）、ポリエチレングリコール（０．００１ｇ以下／ｃｍ^２・ｈｒ・６０℃・１ａｔｍ）等の多価アルコールが好ましく、グリセリン、ジグリセリンがより好ましい。これらの低揮発性溶媒は、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの低揮発性溶媒は、本発明の有機無機複合ヒドロゲルに均一に含まれることが望ましい。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物中の前記水溶性有機モノマー（Ａ）の含有量は、１〜５０質量％であることが好ましく、５〜３０質量％であることがより好ましい。前記水溶性有機モノマー（Ａ）の含有量が１質量％以上であると、力学物性に優れるヒドロゲルを得ることができることから好ましい。一方、水溶性有機モノマーの含有量が５０質量％以下であると、組成物の調製が容易にできることから好ましい。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物中の前記ホスホン酸変性ヘクトライト（Ｂ）の含有量は、得られるヒドロゲルの力学物性がより向上することから、１質量％以上であることが好ましく、２質量％以上であることがより好ましい。一方、組成物の粘度上昇をより抑制できることから、２０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましい。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物中の前記セルロースナノファイバー（Ｃ）の含有量は、０．１〜５０質量％であることが好ましく、０．５〜３０質量％であることがより好ましく、１〜２０質量％であることがさらに好ましい。セルロースナノファイバーの含有量が０．１質量％以上であると、保存安定性が優れることから好ましい。一方、セルロースナノファイバーの含有量が５０質量％以下であると、前駆体組成物の調製が容易にできることから好ましい。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物中の前記水（Ｄ）と前記溶媒（Ｅ）との質量比（Ｄ／Ｅ）は、大気開放条件下においても質量変化が小さく、耐水圧性等の各種物性に優れる有機無機ヒドロゲルが得られることから、６０／４０〜２０／８０の範囲が好ましく、５０／５０〜３０／７０の範囲がより好ましい。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物は、例えば、前記水溶性有機モノマー（Ａ）、前記変性ヘクトライト（Ｂ）、水（Ｄ）、及び前記溶媒（Ｅ）の混合物に、前記セルロースナノファイバー（Ｃ）を添加することで得られる。

本発明の有機無機複合ヒドロゲルの製造方法としては、簡便に三次元網目構造を有する有機無機複合ヒドロゲルが得られることから、前記有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物と、重合開始剤（Ｆ）と、重合促進剤（Ｇ）とを含む分散液（Ｘ）中で、前記水溶性有機モノマー（Ａ）を重合させる方法が好ましい。得られた水溶性有機モノマーの重合体は水膨潤性粘土鉱物ととともに三次元網目構造を形成し、有機無機複合ヒドロゲルの構成要素となる。

前記重合開始剤（Ｆ）としては、特に制限されないが、水溶性の過酸化物、水溶性のアゾ化合物等が挙げられる。

前記水溶性の過酸化物としては、例えば、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド等が挙げられる。

前記水溶性のアゾ化合物としては、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオンアミジン）２塩酸塩、４，４’−アゾビス（４−シアノバレリン酸）等が挙げられる。

これらの中でも、前記ホスホン酸変性ヘクトライト（Ｂ）との相互作用の観点から、水溶性の過酸化物を用いることが好ましく、ペルオキソ二硫酸カリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウム、ペルオキソ二硫酸ナトリウムを用いることがより好ましく、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウムを用いることがさらに好ましい。

なお、前記重合開始剤（Ｆ）は単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

前記分散液（Ｘ）中の前記水溶性有機モノマー（Ａ）に対する前記重合開始剤（Ｆ）のモル比（Ｆ／Ａ）は、水中や空気雰囲気下においても、前記水溶性有機モノマー（Ａ）の重合を十分に進行させることができることから、０．００２５以上が好ましく、０．００５〜０．０４がより好ましく、０．０１〜０．０２がさらに好ましい。

前記重合促進剤（Ｇ）としては、例えば、３級アミン化合物、チオ硫酸塩、アスコルビン酸類等が挙げられる。

前記３級アミン化合物としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、３−ジメチルアミノプロピオニトリルが挙げられる。

前記チオ硫酸塩としては、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸アンモニウムが挙げられる。

前記アスコルビン酸類としては、Ｌ−アスコルビン酸、Ｌ−アスコルビン酸ナトリウムが挙げられる。

これらのうち、水膨潤性粘土鉱物との親和性及び相互作用の観点から、３級アミン化合物を用いることが好ましく、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンを用いることがより好ましい。

なお、前記重合促進剤（Ｇ）は単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

重合促進剤を用いる場合における前記分散液（Ｘ）中の前記重合促進剤（Ｇ）の含有量は、０．０１〜１質量％であることが好ましく、０．０５〜０．５質量％であることがより好ましい。重合促進剤の含有量が０．０１質量％以上であると、得られるヒドロゲルの有機モノマーの合成を効率よく促進できることから好ましい。一方、重合促進剤の含有量が１質量％以下であると、分散液が重合前に凝集せずに使用することができて、取扱性が向上することから好ましい。

前記分散液（Ｘ）は、必要に応じて、前記溶媒（Ｅ）以外の有機溶媒、有機架橋剤、防腐剤、増粘剤等を含んでいてもよい。

前記有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、１−ブタノール等のアルコール化合物；エチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル等のエーテル化合物；ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド化合物；アセトン、メチルエチルケトン等のケトン化合物などが挙げられる。

これらの中でも、水膨潤性粘土鉱物の分散性の観点から、アルコール化合物を用いることが好ましく、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコールを用いることがより好ましく、メタノール、エタノールを用いることがさらに好ましい。

なお、これらの有機溶媒は単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

前記分散液（Ｘ）の調製方法としては、例えば、有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物、前記重合開始剤（Ｆ）、前記重合促進剤（Ｇ）等を一括で混合する方法；有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物と、前記重合開始剤（Ｆ）を含有する溶液と、前記重合促進剤（Ｇ）を含有する溶液を別の分散液又は溶液として調製し、使用直前に混合する多液混合方法等が挙げられるが、分散性、保存安定性、粘度制御等の観点から、多液混合方法が好ましい。

前記重合開始剤（Ｆ）を含有する溶液としては、例えば、前記重合開始剤（Ｆ）と水とを混合した水溶液等が挙げられる。

前記重合促進剤（Ｇ）を含有する溶液としては、例えば、前記重合促進剤（Ｇ）と水とを混合した水溶液等が挙げられる。

本発明の有機無機複合ヒドロゲルは、前記分散液（Ｘ）中で、前記水溶性有機モノマー（Ａ）を重合させることにより得られるが、重合方法については、特に制限されず、公知の方法によって行うことができる。具体的には、加熱や紫外線照射によるラジカル重合、レドックス反応を利用したラジカル重合等が挙げられる。

重合温度としては、１０〜８０℃であることが好ましく、２０〜８０℃であることがより好ましい。重合温度が１０℃以上であると、ラジカル反応が連鎖的に進行できることから好ましい。一方、重合温度が８０℃以下であると、分散液中に含まれる水が沸騰せずに重合できることから好ましい。

重合時間としては、前記重合開始剤（Ｆ）や前記重合促進剤（Ｇ）の種類によって異なるが、数十秒〜２４時間の間で実施される。特に、加熱やレドックスを利用するラジカル重合の場合は、１〜２４時間であることが好ましく、５〜２４時間であることがより好ましい。重合時間が１時間以上であると、前記ホスホン酸変性ヘクトライト（Ｂ）と前記水溶性有機モノマー（Ａ）の重合物が三次元網目を形成できることから好ましい。一方、重合反応は２４時間以内にほぼ完了するので、重合時間は２４時間以下が好ましい。

また、本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物は、粘度が高く、窒素雰囲気下以外でも重合することから、水中に前記有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物を流し込み、水中で重合させることもできる。

本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物は、水中や空気雰囲気下においても、簡易に有機無機複合ヒドロゲルを製造できることから、土木工事現場や建築工事現場等の現場施工用途においても好適に使用できる。

本発明の有機無機複合ヒドロゲルは、土木工事や建築工事等の工業用途へ適用できることから、ＪＩＳＫ６２５１：２０１０に準じた引張試験時の破断強度が０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。

以下に本発明を具体的な実施例を挙げてより詳細に説明する。なお、粘度は２５℃の試料をＢ型粘度計（東機産業株式会社製「ＶＩＳＣＯＭＥＴＥＲＴＶ−２０」）を用いて測定した値である。比重はＪＩＳＫ６９０１のピクノメータ法により測定した値である。

（実施例１：有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（１）の調製）
平底ガラス容器に、純水４０ｇ、精製グリセリン６３ｇ、ホスホン酸変性合成ヘクトライト（ビックケミー・ジャパン株式会社製「ラポナイトＲＤＳ」）４．８ｇ、ホスホン酸変性合成ヘクトライト（ビックケミー・ジャパン株式会社製「ラポナイトＳ−４８２」）１．４４ｇ、ジメチルアクリルアミド（以下、「ＤＭＡＡ」と略記する。）２０ｇ、及びＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド０．０２ｇを入れて、撹拌により分散液を調製した。次いでこの分散液にセルロースナノファイバー（ダイセルファインケム株式会社製「セリッシュＫＹ１００Ｇ」、以下「ＣＮＦ（１）」と略記する。）１０ｇを少量ずつ撹拌しながら添加して、有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（１）を調製した。この有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（１）の初期粘度は１２００ｍＰａ・ｓであり、比重は１．１４０であった。

［保存安定性の評価］
上記で得た有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（１）を密封して５０℃恒温器に保管し、１週間後取り出して、再度２５℃での粘度（保管後粘度）を測定し、下記の基準により保存安定性を評価した。
○：保管後粘度（ｍＰａ・ｓ）が、初期粘度（ｍＰａ・ｓ）の２００％未満
×：保管後粘度（ｍＰａ・ｓ）が、初期粘度（ｍＰａ・ｓ）の２００％以上

［分散液（Ｘ）の調製］
平底ガラス容器に、グリセリン１０ｇ、テトラメチルエチレンジアミン（以下、「ＴＥＭＥＤ」と略記する。）８０μＬを入れて撹拌し、均一なＴＥＭＥＤ水溶液を調製した。
２００ｍＬのガラスビーカーに、上記で得た有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（１）１１０ｇ入れ、そこに過硫酸ナトリウム（以下、「ＮＰＳ」と略記する。）０．５ｇを入れて、溶解するまで撹拌した。さらに、上記で調製したＴＥＭＥＤ水溶液を加えていき、均一に混合するまで撹拌を続け、分散液（Ｘ−１）を調製した。

［水中硬化性の評価］
上記で得られた分散液（Ｘ−１）２０ｇを、２３℃の水１００ｇを入れた２００ｍｌのガラスビーカーに静かに流し込み、上記で測定したゲル化時間経過時にゲルの形成状態を確認し、下記評価基準に従って評価した。なお、得られたヒドロゲルは、ガラス棒で押しても破壊されなかった。
◎：組成物が速やかに沈降し、ヒドロゲルを形成した。
○：組成物の一部は水に分散したが、沈降したものはヒドロゲルを形成した。
×：組成物が水中に分散、希釈され、ヒドロゲルが得られなかった。

［ヒドロゲルの耐水圧性の評価］
上記で得られた水溶液（Ｘ−１）を直径１００ｍｍ、厚さ１００ｍｍの円柱の中心部直径２６ｍｍ部分が中空になっているコンクリート円柱の中空部分に充填して２４時間静置することにより、コンクリート構造体用充填材、及びゲル−コンクリート構造体を得た。
この構造体を用いて、ＪＩＳＡ１４０４：２０１５建築用セメント透水試験に準じた方法で、円柱の天面全体に水で加圧し、ゲルが破損することなく、円柱の底面に水の浸入が起こらない水圧を測定し、下記の基準により評価した。
◎：０．４ＭＰａ以上
○：０．２ＭＰａ以上０．４ＭＰａ未満
×：０．２ＭＰａ未満又はゲルが脆いため測定不能

［ヒドロゲルの質量変化率の評価］
上記で得られた分散液（Ｘ−１）を、直ちに厚さ５ｍｍのガラス板を２ｍｍのスペーサーを介して２枚合わせたものの２ｍｍの隙間に流延し、室温でそのまま２４時間静置して、厚さ２ｍｍの有機無機複合ヒドロゲル（１）を製造した。２４時間後に流延した液体の状態を確認したところ、均一で無色透明の有機無機複合ヒドロゲルのシートが得られた。
上記で作製した有機無機複合ヒドロゲルのシートを２５℃恒温室で１ヶ月間静置し、質量変化率（％）を測定し、下記の基準により評価した。
質量変化率（％）＝（Ｗ_２−Ｗ_１）／Ｗ_１×１００（％）
Ｗ_１：１ヶ月間静置前のシートの質量
Ｗ_２：１ヶ月間静置後のシートの質量

（実施例２：有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（２）の調製）
実施例１で使用したＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド０．０２ｇを、ポリエチレングリコールジアクリレート（共栄社化学株式会社製「ライトアクリレート４ＥＧ−Ａ」）０．５ｇに変更した以外は、実施例１と同様にして、有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（２）を調製した。この有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（２）の初期粘度は１２００ｍＰａ・ｓであり、比重は１．１４０であった。

実施例１の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（１）を、有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（２）に変更した以外は、実施例１と同様にして、水溶液（Ｘ−２）及び有機無機複合ヒドロゲルを製造し、各種評価を行った。

（比較例１：比較用組成物（Ｒ１）の調製）
実施例１で添加したセルロースナノファイバーを添加しなかった以外は、実施例１と同様にして、有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（２）を調製した。この有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（Ｒ１）の初期粘度は５００ｍＰａ・ｓであり、比重は１．１２０であった。

実施例１の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（１）を、比較用組成物（Ｒ１）に変更した以外は、実施例１と同様にして、水溶液（ＲＸ−１）及びヒドロゲルを製造し、各種評価を行った。

（比較例２：比較用組成物（Ｒ２）の調製）
平底ガラス容器に、純水９０ｇ、ホスホン酸変性合成ヘクトライト（ビックケミー・ジャパン株式会社製「ラポナイトＲＤＳ」）３．８ｇ、ホスホン酸変性合成ヘクトライト（ビックケミー・ジャパン株式会社製「ラポナイトＳ−４８２」）０．９６ｇ及びＤＭＡＡ２０ｇを入れて、撹拌により均一透明な水溶液を調製した。次いでこの水溶液にＣＮＦ（１）１０ｇを少量ずつ撹拌しながら添加して、比較用組成物（Ｒ２）を調製した。この比較用組成物（Ｒ２）の初期粘度は１０ｍＰａ・ｓであり、比重は１．０２４であった。

実施例１の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物（１）を、比較用組成物（Ｒ２）に変更した以外は、実施例１と同様にして、水溶液（ＲＸ−２）及びヒドロゲルを製造し、各種評価を行った。

上記で得られた評価結果を表１に示す。

実施例１及び２の本発明の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物は、保存安定性及び水中硬化性に優れ、得られるヒドロゲルの耐水圧性及び非乾燥性に優れることが確認された。

一方、比較例１は、本発明の必須成分であるセルロースナノファイバー（Ｃ）を含有しない例であるが、保存安定性が不十分であることが確認された。

一方、比較例２は、本発明の必須成分である溶媒（Ｅ）を含有しない例であるが、水中硬化性が不十分であり、得られるヒドロゲルの非乾燥性が劣ることが確認された。

Claims

水溶性有機モノマー（Ａ）、ホスホン酸変性ヘクトライト（Ｂ）、セルロースナノファイバー（Ｃ）、水（Ｄ）、及び揮発性が６０℃１気圧の開放系において１ｃｍ^２・１時間あたり、０．１ｇ以下（０．１ｇ／ｃｍ^２・ｈｒ・６０℃・１ａｔｍ以下）である溶媒（Ｅ）を含有する有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物であって、前記溶媒（Ｅ）がグリセリン、ジグリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、及びポリエチレングリコールからなる群より選ばれる１以上の溶媒であることを特徴とする有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物。
前記水（Ｄ）と前記溶媒（Ｅ）との質量比（Ｄ／Ｅ）が６０／４０〜２０／８０の範囲である請求項１記載の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物。
前記水溶性有機モノマー中の多官能モノマーが、０．０１〜０．５質量％である請求項１又は２記載の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物。
請求項１〜３いずれか１項記載の有機無機複合ヒドロゲル前駆体組成物の反応物であることを特徴とする有機無機複合ヒドロゲル。