JP7014485B2 - Polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel - Google Patents

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Description

本発明は、特定の刺激により硬化する高強度のポリビニルアルコール系相互貫入型ゲルに関する。 The present invention relates to a high-strength polyvinyl alcohol-based interpenetrating gel that cures with a specific stimulus.

ポリビニルアルコールは生分解性、生体適合性、低毒性等に優れた特長を有する水溶性合成ポリマーである。ポリビニルアルコールからなるハイドロゲル材料は種々の方法により架橋されたポリビニルアルコールと水からなるマテリアルであり、コンタクトレンズ(例えば特許文献1)、医療機器コーティング(例えば特許文献2)、臓器モデル(例えば特許文献3)、人工脊椎椎間板核(例えば特許文献4)、地盤改良材(例えば特許文献5)等多岐の用途で利用されている。 Polyvinyl alcohol is a water-soluble synthetic polymer having excellent features such as biodegradability, biocompatibility, and low toxicity. The hydrogel material made of polyvinyl alcohol is a material made of polyvinyl alcohol and water crosslinked by various methods, and is a contact lens (for example, Patent Document 1), a medical device coating (for example, Patent Document 2), and an organ model (for example, Patent Document). 3), artificial spinal disc nucleus (for example, Patent Document 4), ground improving material (for example, Patent Document 5), etc. are used for various purposes.

近年、3Dプリンターに代表されるAdditive Manufacturing Technology(付加製造技術)と言われる材料の造形方法の開発が活発になっており、これらに適応したハイドロゲル材料への要求が高まってきている。例えば医療分野では、3Dプリンターを用いて手術練習等に用いる臓器モデルや再生医療用の精密スキャホールド(例えば非特許文献1)を製造する試みもされている。 In recent years, the development of material modeling methods called Additive Manufacturing Technology represented by 3D printers has become active, and the demand for hydrogel materials adapted to these has been increasing. For example, in the medical field, attempts have been made to manufacture an organ model used for surgical practice and the like and a precision scaffold for regenerative medicine (for example, Non-Patent Document 1) using a 3D printer.

ここで、ポリビニルアルコールのハイドロゲル材料を3Dプリンター等の付加製造技術に適用させるには光、熱等の刺激により速やかに硬化するといった刺激硬化性(以下、「刺激硬化性」とも略称する)が求められる。
ポリビニルアルコールのハイドロゲルの最も古典的な製造方法として凍結融解法があるが、この方法では刺激硬化性を有しないため3Dプリンターに適用できず、さらに耐熱性が低いという課題があった。そこで、光又は熱により架橋し得るポリビニルアルコールのハイドロゲルとして、重合性基をペンダントしたポリビニルアルコールマクロマーが提案されている(特許文献1、2、4)。
Here, in order to apply the polyvinyl alcohol hydrogel material to additional manufacturing technology such as 3D printers, stimulus curability (hereinafter, also abbreviated as "stimulus curability") such that it is rapidly cured by stimuli such as light and heat is required. Desired.
The most classic method for producing a hydrogel of polyvinyl alcohol is the freeze-thaw method, but this method has a problem that it cannot be applied to a 3D printer because it does not have stimulatory curability and has low heat resistance. Therefore, as a polyvinyl alcohol hydrogel that can be crosslinked by light or heat, polyvinyl alcohol macromer pendant with a polymerizable group has been proposed (Patent Documents 1, 2, and 4).

一方、ハイドロゲル材料の用途を拡充するため、その機械的強度の向上も望まれている。ハイドロゲル材料の機械的強度を向上させる手法として、2種類の水溶性高分子の網目構造が相互に貫入した相互貫入型ゲルが提案されている(例えば特許文献6)。特許文献6では、第1のモノマーを架橋剤とともに重合して第1のポリマーネットワークを得て、さらにこの第1のポリマーネットワークに第2のモノマー及び架橋剤を染み込ませて重合することで第2のポリマーネットワークを形成させ相互貫入型ゲルを製造する。また、ハイドロゲル材料の機械的特性を制御し、3Dプリンターへの適用性を高める手法として、モノマー溶液に予め製造した架橋ゲル粒子を添加する、アクリルアミド類を用いたゲル材料も提案されている(例えば特許文献7)。 On the other hand, in order to expand the applications of hydrogel materials, it is also desired to improve their mechanical strength. As a method for improving the mechanical strength of a hydrogel material, a mutual penetration type gel in which a network structure of two types of water-soluble polymers penetrates into each other has been proposed (for example, Patent Document 6). In Patent Document 6, the first monomer is polymerized together with a cross-linking agent to obtain a first polymer network, and the first polymer network is further impregnated with the second monomer and a cross-linking agent to polymerize the second polymer. The polymer network of the above is formed to produce a cross-linking gel. In addition, as a method for controlling the mechanical properties of the hydrogel material and enhancing its applicability to 3D printers, a gel material using acrylamides, in which prefabricated crosslinked gel particles are added to a monomer solution, has also been proposed (). For example, Patent Document 7).

特表平10-513408号公報Special Table No. 10-513408 Gazette 特表2002-506813号公報Special Table 2002-506813 Gazette 特開2011-008213号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-0018213 特表2008-510021号公報Japanese Patent Publication No. 2008-50021 特開2007-246770号公報JP-A-2007-246770 国際公開第2003/093327号International Publication No. 2003/0933227 特開2017-26680号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-26680

ケミカルレビュー(Chemical Reviews)、2016年、第116巻、p.1496-1539Chemical Reviews, 2016, Vol. 116, p. 1496-1539

特許文献1、2、4に記載のポリビニルアルコールマクロマーは、生体適合性及び低毒性を示し、刺激硬化性を有するため3Dプリンターへの適用も可能であるが、硬化させたゲルの機械的強度が低く、用途が限られる。また、特許文献6に記載の相互貫入型ゲルは、第1と第2のポリマーネットワークを同じ重合法で形成する2段階で製造されるため、工程が煩雑である。
一方、特許文献7に記載のゲル材料は、一段階で製造され、機械的強度に優れるものの、アクリルアミド系モノマーを用いる技術であるため光による刺激硬化性が低く、さらに残留モノマーによる毒性に懸念があり、例えば医療用途には適さない。
また、これまでに刺激硬化性を有するポリビニルアルコールマクロマーを含む相互貫入型ゲル技術は知られていない。
The polyvinyl alcohol macromers described in Patent Documents 1, 2 and 4 show biocompatibility and low toxicity, and have stimulatory curability, so that they can be applied to 3D printers, but the mechanical strength of the cured gel is high. Low and limited in use. Further, the mutual penetration type gel described in Patent Document 6 is manufactured in two steps of forming the first and second polymer networks by the same polymerization method, so that the process is complicated.
On the other hand, the gel material described in Patent Document 7 is manufactured in one step and has excellent mechanical strength, but since it is a technique using an acrylamide-based monomer, it has low stimulus curability by light, and there is a concern about toxicity due to residual monomers. Yes, for example, not suitable for medical use.
Further, no interpenetrating gel technique containing polyvinyl alcohol macromer having stimulatory curability has been known so far.

本発明は、刺激硬化性と安全性に優れ、機械的強度が高く、広範な用途に適用可能な高強度のポリビニルアルコール系相互貫入型ゲルを提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide a high-strength polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel which is excellent in stimulant curability and safety, has high mechanical strength, and can be applied to a wide range of applications.

本発明者らは、鋭意検討を行った結果、第1のポリマーネットワーク及び第2のポリマーネットワークを含有する相互貫入型ゲルであって、第1のポリマーネットワークがラジカル重合性基を有するポリビニルアルコールを架橋してなるポリビニルアルコール架橋体であり、第2のポリマーネットワークがカルボキシル基を有する水溶性ポリマーを金属イオンにより架橋してなる水溶性ポリマー架橋体である、ポリビニルアルコール系相互貫入型ゲルにより、上記課題を解決し得ることを見出し、当該知見に基づいてさらに検討を重ねて本発明を完成させた。 As a result of diligent studies, the present inventors have found a cross-penetrating gel containing a first polymer network and a second polymer network, in which the first polymer network is a polyvinyl alcohol having a radically polymerizable group. The above is a polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel, which is a cross-linked polyvinyl alcohol cross-linked product, and the second polymer network is a water-soluble polymer cross-linked product obtained by cross-linking a water-soluble polymer having a carboxyl group with metal ions. We have found that the problem can be solved, and based on the findings, further studies have been carried out to complete the present invention.

すなわち本発明は、下記[1]~[5]に関する。
[1]第1のポリマーネットワーク及び第2のポリマーネットワークを含有するポリビニルアルコール系相互貫入型ゲルであって、
第1のポリマーネットワークが、ラジカル重合性基を有するポリビニルアルコール(1’)を架橋してなるポリビニルアルコール架橋体(1)であり、
第2のポリマーネットワークが、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)を金属イオンにより架橋してなる水溶性ポリマー架橋体(2)である、ポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル。
[2]前記ラジカル重合性基が、ビニル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニルフェニル基、ノルボルネニル基及びこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種である、前記[1]のポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル。
[3]前記ラジカル重合性基の導入率が、前記ポリビニルアルコール(1’)の繰り返し単位に対して0.1~10mol%である、前記[1]又は[2]のポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル。
[4]前記水溶性ポリマー(2’)がアルギン酸、カルボキシメチルセルロース、LMペクチン、カルボキシメチルデンプン及びこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種である、前記[1]~[3]のいずれかのポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル。
[5]第1のポリマーネットワークと第2のポリマーネットワークとの質量比〔第1のポリマーネットワーク/第2のポリマーネットワーク〕の値が、相互貫入型ゲル中、1000~0.01である、前記[1]~[4]のいずれかのポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル。
That is, the present invention relates to the following [1] to [5].
[1] A polyvinyl alcohol-based mutual intrusive gel containing a first polymer network and a second polymer network.
The first polymer network is a polyvinyl alcohol crosslinked product (1) formed by cross-linking polyvinyl alcohol (1') having a radically polymerizable group.
A polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel in which the second polymer network is a water-soluble polymer crosslinked body (2) formed by cross-linking a water-soluble polymer (2') having a carboxyl group with metal ions.
[2] The radically polymerizable group is at least one selected from the group consisting of a vinyl group, a (meth) acryloyloxy group, a (meth) acryloylamino group, a vinylphenyl group, a norbornenyl group and derivatives thereof. The polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel of the above [1].
[3] The polyvinyl alcohol-based mutual penetration type according to the above [1] or [2], wherein the introduction rate of the radically polymerizable group is 0.1 to 10 mol% with respect to the repeating unit of the polyvinyl alcohol (1'). gel.
[4] Any of the above [1] to [3], wherein the water-soluble polymer (2') is at least one selected from the group consisting of alginic acid, carboxymethyl cellulose, LM pectin, carboxymethyl starch and derivatives thereof. Polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel.
[5] The value of the mass ratio [first polymer network / second polymer network] between the first polymer network and the second polymer network is 1000 to 0.01 in the interpenetrating gel, as described above. The polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel according to any one of [1] to [4].

本発明によれば、刺激硬化性と安全性に優れ、機械的強度が高く、広範な用途に適用可能な高強度のポリビニルアルコール系相互貫入型ゲルを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a high-strength polyvinyl alcohol-based interpenetrating gel which is excellent in stimulant curability and safety, has high mechanical strength, and can be applied to a wide range of applications.

以下、本発明について、詳細に説明する。
なお、本明細書において「(メタ)アクリル」とは、「メタクリル」と「アクリル」との総称を意味し、「(メタ)アクリロイル」とは、「メタクリロイル」と「アクリロイル」との総称を意味する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present specification, "(meth) acrylic" means a general term for "methacrylic" and "acrylic", and "(meth) acryloyl" means a general term for "methacrylic acid" and "acryloyl". do.

[ポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル]
本発明のポリビニルアルコール(以下、「PVA」とも略称する)系相互貫入型ゲル(以下、「相互貫入型ゲル」とも略称する)は、第1のポリマーネットワーク及び第2のポリマーネットワークを含有するPVA系相互貫入型ゲルであって、第1のポリマーネットワークが、ラジカル重合性基を有するポリビニルアルコール(1’)(以下、「PVA(1’)」とも略称する)を架橋してなるポリビニルアルコール架橋体(1)(以下、「PVA架橋体(1)」とも略称する)であり、第2のポリマーネットワークが、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)(以下、「水溶性ポリマー(2’)」とも略称する)を金属イオンにより架橋してなる水溶性ポリマー架橋体(2)(以下、「水溶性ポリマー架橋体(2)」とも略称する)である。
なお、本発明において「相互貫入型ゲル」とは、相互貫入型ポリマーネットワーク(Interpenetrating Polymer Network(IPN))構造を有するゲルを意味する。
[Polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel]
The polyvinyl alcohol (hereinafter, also abbreviated as “PVA”)-based interpenetrating gel (hereinafter, also abbreviated as “interpenetrating gel”) of the present invention is a PVA containing a first polymer network and a second polymer network. A polyvinyl alcohol cross-linking in which a first polymer network is cross-linked with polyvinyl alcohol (1') having a radically polymerizable group (hereinafter, also abbreviated as "PVA (1')"), which is a system-based interpenetrating gel. It is a body (1) (hereinafter, also abbreviated as “PVA crosslinked body (1)”), and the second polymer network is a water-soluble polymer (2') having a carboxyl group (hereinafter, “water-soluble polymer (2 ′)”. ) ”) Is crosslinked with metal ions to form a water-soluble polymer cross-linked product (2) (hereinafter, also abbreviated as“ water-soluble polymer cross-linked product (2) ”).
In the present invention, the "interpenetrating gel" means a gel having an interpenetrating polymer network (IPN) structure.

本発明のPVA系相互貫入型ゲルは、刺激硬化性と安全性に優れ、機械的強度が高く、広範な用途に適用可能となる。この理由については定かではないが、以下のように推測される。
ラジカル重合性基を有するPVA(1’)を架橋してなるPVA架橋体(1)を第1のポリマーネットワークとし、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)を金属イオンにより架橋してなる水溶性ポリマー架橋体(2)を第2のポリマーネットワークとし、第1と第2のポリマーネットワークが分子鎖レベルで相互に絡み合った網目構造、すなわち相互貫入型ポリマーネットワーク(Interpenetrating Polymer Network(IPN))構造を形成することによって、機械的強度が向上する。
また、第1のポリマーネットワークは、マクロマーを硬化して形成されるため、モノマーを重合して形成される場合と比較して、ラジカル重合性基の導入率が低くても優れた刺激硬化性を維持できる。そのため、PVA本来の性質を維持し易く、高い生体適合性及び低毒性を示し、安全性を向上することができると考えられる。一方、第2のポリマーネットワークは、金属イオンの架橋により形成されるため、硬化操作そのものが簡便で、硬化速度が速い。また、相互貫入型ゲルに衝撃が加わると金属イオンによる架橋が切断され、衝撃エネルギーを吸収することができ、機械的強度が高くなると考えられる。
The PVA-based mutual penetration type gel of the present invention is excellent in stimulus curability and safety, has high mechanical strength, and can be applied to a wide range of applications. The reason for this is not clear, but it is presumed as follows.
A PVA crosslinked product (1) obtained by cross-linking PVA (1') having a radically polymerizable group is used as a first polymer network, and a water-soluble polymer (2') having a carboxyl group is cross-linked by metal ions. The sex polymer crosslinked product (2) is used as a second polymer network, and the first and second polymer networks are intertwined with each other at the molecular chain level, that is, an interpenetrating polymer network (IPN) structure. By forming the above, the mechanical strength is improved.
Further, since the first polymer network is formed by curing macromer, it has excellent stimulus curability even if the introduction rate of radically polymerizable groups is low as compared with the case where it is formed by polymerizing a monomer. Can be maintained. Therefore, it is considered that the original properties of PVA can be easily maintained, high biocompatibility and low toxicity can be exhibited, and safety can be improved. On the other hand, since the second polymer network is formed by cross-linking metal ions, the curing operation itself is simple and the curing rate is high. Further, when an impact is applied to the mutual intrusive gel, the crosslinks due to metal ions are broken, the impact energy can be absorbed, and it is considered that the mechanical strength is increased.

<ラジカル重合性基を有するポリビニルアルコール(1’)>
本発明の相互貫入型ゲルは、ラジカル重合性基を有するPVA(1’)(PVA(1’))を架橋してなるPVA架橋体(1)を第1のポリマーネットワークとして含有する。PVA架橋体(1)は、PVA鎖同士をラジカル重合性基由来の構造単位で架橋した架橋構造を有する。
PVA(1’)は、基材となるPVA鎖の側鎖や末端にラジカル重合性基を含有する。前記PVA鎖は、少なくともビニルアルコール単位を含有し、さらにビニルエステル単位を含有してもよい。前記PVA鎖を構成する全構造単位に対するビニルアルコール単位及びビニルエステル単位の合計量は、50mol%超であり、好ましくは80mol%超、より好ましくは90mol%超、更に好ましくは95mol%超である。
<Polyvinyl alcohol having a radically polymerizable group (1')>
The interpenetrating gel of the present invention contains a PVA crosslinked product (1) obtained by cross-linking PVA (1') (PVA (1')) having a radically polymerizable group as a first polymer network. The PVA crosslinked product (1) has a crosslinked structure in which PVA chains are crosslinked with each other by a structural unit derived from a radically polymerizable group.
PVA (1') contains a radically polymerizable group at the side chain or the terminal of the PVA chain as a base material. The PVA chain contains at least vinyl alcohol units and may further contain vinyl ester units. The total amount of the vinyl alcohol unit and the vinyl ester unit with respect to all the structural units constituting the PVA chain is more than 50 mol%, preferably more than 80 mol%, more preferably more than 90 mol%, still more preferably more than 95 mol%.

前記ラジカル重合性基は、ラジカル重合反応により、PVA鎖間で架橋を形成することができる基である。該ラジカル重合性基としては、例えば、ビニル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニルフェニル基、シクロヘキセニル基、シクロペンテニル基、ノルボルネニル基、ジシクロペンテニル基等の環式不飽和炭化水素基及びこれらの誘導体が挙げられる。
なお、本発明における「ビニル基」には、エテニル基だけでなく、アリル基等の鎖式不飽和炭化水素基、ビニルオキシカルボニル基等のエチレンから水素原子を1つ除いた不飽和炭素結合を含む官能基をも含む。中でも、相互貫入型ゲルの刺激硬化性及び機械的強度を向上させる観点から、ビニル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニルフェニル基、ノルボルネニル基及びこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。また、反応性の観点からは、末端不飽和炭素結合を有する官能基が好ましく、(メタ)アクリロイルオキシ基がより好ましい。また、相互貫入型ゲルの耐アルカリ性を向上させる観点からは、(メタ)アクリロイルアミノ基、ビニルフェニル基が好ましい。
The radically polymerizable group is a group capable of forming a crosslink between PVA chains by a radical polymerization reaction. Examples of the radically polymerizable group include a cyclic group such as a vinyl group, a (meth) acryloyloxy group, a (meth) acryloylamino group, a vinylphenyl group, a cyclohexenyl group, a cyclopentenyl group, a norbornenyl group and a dicyclopentenyl group. Examples include unsaturated hydrocarbon groups and derivatives thereof.
The "vinyl group" in the present invention includes not only an ethenyl group but also a chain unsaturated hydrocarbon group such as an allyl group and an unsaturated carbon bond obtained by removing one hydrogen atom from ethylene such as a vinyloxycarbonyl group. Also includes functional groups including. Among them, from the viewpoint of improving the stimulus curability and mechanical strength of the mutual penetration type gel, a group consisting of a vinyl group, a (meth) acryloyloxy group, a (meth) acryloylamino group, a vinylphenyl group, a norbornenyl group and derivatives thereof. At least one selected from the above is preferable. From the viewpoint of reactivity, a functional group having a terminal unsaturated carbon bond is preferable, and a (meth) acryloyloxy group is more preferable. Further, from the viewpoint of improving the alkali resistance of the mutual penetration type gel, a (meth) acryloylamino group and a vinylphenyl group are preferable.

PVA(1’)の製造方法としては、原料となるポリビニルアルコール(以下、「原料PVA」とも略称する)の側鎖や末端官能基などを介してラジカル重合性基を導入する方法、PVAの製造過程でビニルエステル系単量体とビニルエステル系単量体以外の他の単量体とを共重合してラジカル重合性基を導入する方法等が挙げられる。 As a method for producing PVA (1'), a method for introducing a radically polymerizable group via a side chain or a terminal functional group of polyvinyl alcohol (hereinafter, also abbreviated as “raw material PVA”) as a raw material, and a method for producing PVA. Examples thereof include a method of introducing a radically polymerizable group by copolymerizing a vinyl ester-based monomer and a monomer other than the vinyl ester-based monomer in the process.

原料PVAは、ビニルエステル系単量体を重合して得られるポリビニルエステルをけん化し、該ポリビニルエステル中のエステル基を水酸基に変換することによって製造することができる。
前記ビニルエステル系単量体としては、例えば、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、n-酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ミリスチン酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、オレイン酸ビニル等の脂肪族ビニルエステル;安息香酸ビニル等の芳香族ビニルエステルなどが挙げられる。これらの1種を単独で又は2種以上を併用してもよい。中でも、脂肪族ビニルエステルが好ましく、経済的な観点から酢酸ビニルがより好ましく、すなわち前記ポリビニルエステルは、酢酸ビニルを重合したポリ酢酸ビニルであることが好ましい。
The raw material PVA can be produced by saponifying a polyvinyl ester obtained by polymerizing a vinyl ester-based monomer and converting the ester group in the polyvinyl ester into a hydroxyl group.
Examples of the vinyl ester-based monomer include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, n-vinyl butyrate, vinyl isobutyrate, vinyl pivalate, vinyl versatic acid, vinyl caproate, vinyl caprilate, and vinyl caprate. , An aliphatic vinyl ester such as vinyl laurate, vinyl myristate, vinyl palmitate, vinyl stearate, vinyl oleate; and aromatic vinyl ester such as vinyl benzoate. One of these may be used alone or in combination of two or more. Among them, an aliphatic vinyl ester is preferable, and vinyl acetate is more preferable from an economical viewpoint, that is, the polyvinyl acetate is preferably polyvinyl acetate obtained by polymerizing vinyl acetate.

また、前記ポリビニルエステルは、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じてビニルエステル系単量体以外の他の単量体に由来する構造単位を含んでもよい。該他の単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、n-ブテン、イソブチレン等のα-オレフィン;アクリル酸又はその塩;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n-プロピル、アクリル酸i-プロピル、アクリル酸n-ブチル、アクリル酸i-ブチル、アクリル酸t-ブチル、アクリル酸2-エチルヘキシル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクタデシル等のアクリル酸アルキルエステル類;メタクリル酸又はその塩;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸i-プロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸i-ブチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸オクタデシル等のメタクリル酸アルキルエステル類;アクリルアミド、N-メチルアクリルアミド、N-エチルアクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミドプロパンスルホン酸又はその塩、アクリルアミドプロピルジメチルアミン又はその塩若しくは4級塩、N-メチロールアクリルアミド又はその誘導体等のアクリルアミド誘導体; メタクリルアミド、N-メチルメタクリルアミド、N-エチルメタクリルアミド、メタクリルアミドプロパンスルホン酸又はその塩、メタクリルアミドプロピルジメチルアミン又はその塩若しくは4級塩、N-メチロールメタクリルアミド又はその誘導体等のメタクリルアミド誘導体;N-ビニルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド等のN-ビニルアミド誘導体;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n-プロピルビニルエーテル、i-プロピルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、i-ブチルビニルエーテル、t-ブチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル等のビニルエーテル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のニトリル類; 塩化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル; 塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン等のハロゲン化ビニリデン;酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物;マレイン酸又はその塩、エステル若しくは酸無水物;ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;酢酸イソプロペニルなどを挙げることができる。これらの1種を単独で又は2種以上を併用してもよい。前記ポリビニルエステルが他の単量体に由来する構造単位を含む場合、他の単量体に由来する構造単位の含有量は、該ポリビニルエステルを構成する全構造単位に対して20mol%未満であることが好ましく、10mol%未満であることがより好ましく、5mol%未満であることが更に好ましい。 Further, the polyvinyl ester may contain a structural unit derived from a monomer other than the vinyl ester-based monomer, if necessary, as long as the effect of the present invention is not impaired. Examples of the other monomer include α-olefins such as ethylene, propylene, n-butyl and isobutylene; acrylic acid or a salt thereof; methyl acrylate, ethyl acrylate, n-propyl acrylate, i-acrylate. Acrylic acid alkyl esters such as propyl, n-butyl acrylate, i-butyl acrylate, t-butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, dodecyl acrylate, octadecyl acrylate; methacrylic acid or a salt thereof; methyl methacrylate , Ethyl methacrylate, n-propyl methacrylate, i-propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, i-butyl methacrylate, t-butyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, dodecyl methacrylate, octadecyl methacrylate, etc. Alkyl methacrylate esters; acrylamide, N-methylacrylamide, N-ethylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, diacetoneacrylamide, acrylamide propanesulfonic acid or its salts, acrylamidepropyldimethylamine or its salts or quaternary salts, N -Acrylamide derivatives such as methylolacrylamide or derivatives thereof; methacrylamide, N-methylmethacrylate, N-ethylmethacrylate, methacrylamidepropanesulfonic acid or a salt thereof, methacrylamidepropyldimethylamine or a salt thereof or a quaternary salt, N- Methylamide derivatives such as methylolmethacrylamide or derivatives thereof; N-vinylamide derivatives such as N-vinylformamide and N-vinylacetamide; methylvinyl ether, ethylvinyl ether, n-propylvinyl ether, i-propylvinyl ether, n-butylvinyl ether, i -Vinyl ethers such as butyl vinyl ether, t-butyl vinyl ether, dodecyl vinyl ether, stearyl vinyl ether; nitriles such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl halides such as vinyl chloride and vinyl fluoride; halogens such as vinylidene chloride and vinylidene fluoride Vinylidene hydride; allyl compounds such as allyl acetate and allyl chloride; maleic acid or salts thereof, esters or acid anhydrides; vinylsilyl compounds such as vinyltrimethoxysilane; isopropenyl acetate and the like can be mentioned. One of these may be used alone or in combination of two or more. When the polyvinyl ester contains a structural unit derived from another monomer, the content of the structural unit derived from the other monomer is less than 20 mol% with respect to all the structural units constituting the polyvinyl ester. It is preferably less than 10 mol%, more preferably less than 5 mol%.

前記ポリビニルエステルのけん化反応は、特に制限されず、従来と同様の方法で行うことができ、例えば、アルカリ触媒又は酸触媒を用いる加アルコール分解法、加水分解法等が適用できる。中でも、メタノールを溶剤とし苛性ソーダ(NaOH)触媒を用いるけん化反応が簡便であり好ましい。 The saponification reaction of the polyvinyl ester is not particularly limited and can be carried out by the same method as before, and for example, an alcohol-added decomposition method using an alkali catalyst or an acid catalyst, a hydrolysis method and the like can be applied. Above all, a saponification reaction using methanol as a solvent and a caustic soda (NaOH) catalyst is convenient and preferable.

原料PVAの重合度は、特に限定されず、種々の重合度のものを用いることができる。原料PVAの重合度は、相互貫入型ゲルの脆化を抑制する観点から、好ましくは100以上、より好ましくは200以上、更に好ましくは300以上である。そして、後述する未硬化ゲル溶液の高粘度化を抑制し、加工容易性を向上させる観点から、好ましくは10,000以下、より好ましくは5,000以下、更に好ましくは3,000以下である。また、原料PVAは、異なる重合度のものを2種以上混合して用いてもよい。
本明細書におけるPVAの重合度は、JIS K 6726:1994に準じて測定される重合度をいい、PVAを再度けん化し、精製した後に30℃の水中で測定した極限粘度から求めることができる。
The degree of polymerization of the raw material PVA is not particularly limited, and those having various degrees of polymerization can be used. The degree of polymerization of the raw material PVA is preferably 100 or more, more preferably 200 or more, still more preferably 300 or more, from the viewpoint of suppressing embrittlement of the mutual penetration type gel. Then, from the viewpoint of suppressing the increase in viscosity of the uncured gel solution described later and improving the ease of processing, the amount is preferably 10,000 or less, more preferably 5,000 or less, still more preferably 3,000 or less. Further, as the raw material PVA, two or more kinds having different degrees of polymerization may be mixed and used.
The degree of polymerization of PVA in the present specification refers to the degree of polymerization measured according to JIS K 6726: 1994, and can be obtained from the extreme viscosity measured in water at 30 ° C. after PVA is saponified again and purified.

原料PVAのけん化度は、原料PVAの水溶性を向上させる観点からは、好ましくは50mol%以上、より好ましくは60mol%以上、更に好ましくは65mol%以上である。
また、原料PVAとして、後述する未硬化ゲル溶液の高粘度化を抑制し、該未硬化ゲル溶液の保存安定性を向上させる観点からは、好ましくは95mol%以下、より好ましくは90mol%以下であるPVAを用いてもよい。
本明細書におけるPVAのけん化度は、PVAを構成する、けん化によりビニルアルコール単位に変換されうる構造単位(例えば酢酸ビニル単位)とビニルアルコール単位との合計モル数に対して該ビニルアルコール単位のモル数が占める割合(mol%)を意味し、JIS K 6726:1994に準じて測定することができる。
The saponification degree of the raw material PVA is preferably 50 mol% or more, more preferably 60 mol% or more, still more preferably 65 mol% or more, from the viewpoint of improving the water solubility of the raw material PVA.
Further, as the raw material PVA, it is preferably 95 mol% or less, more preferably 90 mol% or less, from the viewpoint of suppressing the increase in viscosity of the uncured gel solution described later and improving the storage stability of the uncured gel solution. PVA may be used.
The degree of saponification of PVA in the present specification is the molar number of the vinyl alcohol units with respect to the total number of moles of the structural units (for example, vinyl acetate units) and the vinyl alcohol units constituting the PVA, which can be converted into vinyl alcohol units by saponification. It means the ratio (mol%) occupied by the number, and can be measured according to JIS K 6726: 1994.

原料PVAへの前記ラジカル重合性基の導入は、原料PVAの側鎖や末端官能基などを介して行うことが好ましく、原料PVAの側鎖の水酸基又は原料PVAの1,3-ジオール基にラジカル重合性基を含有する化合物(以下、「ラジカル重合性基含有化合物」とも略称する)を反応させることがより好ましい。
原料PVAの側鎖である水酸基に対しては、ラジカル重合性基含有化合物として、例えば(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸無水物、(メタ)アクリル酸ハロゲン化物、(メタ)アクリル酸エステル等の(メタ)アクリル酸又はその誘導体を塩基存在下で、エステル化反応又はエステル交換反応させることにより、(メタ)アクリロイル基を導入できる。
また、原料PVAの側鎖である水酸基に対しては、ラジカル重合性基含有化合物として分子内にラジカル重合性基とグリシジル基とを含む化合物を、塩基存在下でエーテル化反応させる方法も挙げられる。分子内にラジカル重合性基とグリシジル基とを含む化合物としては、グリシジル(メタ)アクリレート、アリルグリシジルエーテル等が挙げられる。これにより、(メタ)アクリロイル基やアリル基を導入することができる。
また、原料PVAの1,3-ジオール基に対しては、ラジカル重合性基含有化合物として、例えばアクリルアルデヒド(アクロレイン)、メタクリルアルデヒド(メタクロレイン)、5-ノルボルネン-2-カルボキシアルデヒド、7-オクテナール、3-ビニルベンズアルデヒド、4-ビニルベンズアルデヒド等の分子内にラジカル重合性基とアルデヒド基とを含む化合物を酸触媒存在下でアセタール化反応させる方法も挙げられる。例えば、3-ビニルベンズアルデヒドや4-ビニルベンズアルデヒド等をアセタール化反応させることでビニルフェニル基を導入することができる。また、N-(2,2-ジメトキシエチル)(メタ)アクリルアミド等を反応させることで(メタ)アクリロイルアミノ基を導入することが可能である。原料PVAを用いてラジカル重合性基を導入する方法は例示された前記反応以外も用いることができ、2種以上の反応を組み合わせて使用してもよい。
The introduction of the radically polymerizable group into the raw material PVA is preferably carried out via a side chain of the raw material PVA, a terminal functional group, or the like, and a radical is applied to the hydroxyl group of the side chain of the raw material PVA or the 1,3-diol group of the raw material PVA. It is more preferable to react with a compound containing a polymerizable group (hereinafter, also abbreviated as "radical polymerizable group-containing compound").
For the hydroxyl group, which is the side chain of the raw material PVA, examples of the radically polymerizable group-containing compound include (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid anhydride, (meth) acrylic acid halide, and (meth) acrylic acid ester. The (meth) acryloyl group can be introduced by subjecting the above (meth) acrylic acid or a derivative thereof to an esterification reaction or an ester exchange reaction in the presence of a base.
Further, for the hydroxyl group which is a side chain of the raw material PVA, a method of subjecting a compound containing a radically polymerizable group and a glycidyl group in the molecule as a radically polymerizable group-containing compound to an etherification reaction in the presence of a base can be mentioned. .. Examples of the compound containing a radically polymerizable group and a glycidyl group in the molecule include glycidyl (meth) acrylate and allyl glycidyl ether. This makes it possible to introduce a (meth) acryloyl group or an allyl group.
For the 1,3-diol group of the raw material PVA, examples of the radically polymerizable group-containing compound include acrylic aldehyde (acrolein), methacryl aldehyde (methacrolein), 5-norbornen-2-carboxyaldehyde, and 7-octenal. , 3-Vinylbenzaldehyde, 4-vinylbenzaldehyde and the like, a method of acetalizing a compound containing a radically polymerizable group and an aldehyde group in the molecule in the presence of an acid catalyst can also be mentioned. For example, a vinylphenyl group can be introduced by acetalizing a 3-vinylbenzaldehyde, 4-vinylbenzaldehyde, or the like. Further, it is possible to introduce a (meth) acryloylamino group by reacting with N- (2,2-dimethoxyethyl) (meth) acrylamide or the like. The method of introducing a radically polymerizable group using the raw material PVA can be used in addition to the above-mentioned reactions exemplified above, and two or more kinds of reactions may be used in combination.

前記ラジカル重合性基を導入する他の方法としては、PVAの製造過程で、ビニルエステル系単量体とビニルエステル系単量体以外の他の重合性単量体とを共重合し、その後けん化することで共重合変性ポリビニルアルコール(以下、「共重合変性PVA」とも略称する)とする方法が挙げられる。共重合変性PVAとしては、カルボン酸変性PVA,アミノ変性PVA等が挙げられる。
カルボン酸変性PVAを構成する単量体としては、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のα,β-不飽和カルボン酸;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル類;無水マレイン酸、無水イタコン酸等のα,β-不飽和カルボン酸無水物等及びその誘導体などが挙げられる。カルボン酸変性PVAは、例えばビニルエステル系単量体とα,β-不飽和カルボン酸無水物等又はその誘導体とを共重合し、その後けん化し、導入されたカルボキシル基に対して、例えばグリシジルメタクリレートを酸性条件で反応させることでエステル結合を生成させメタクリロイル基を導入できる。
また、アミノ変性PVAは、ビニルエステル系単量体とN-ビニルホルムアミド等とを共重合し、その後けん化し、導入されたアミノ基に対して、例えばアクリル酸無水物を塩基存在下でアミド化反応させることによりアクリロイルアミノ基を導入できる。また、前記アミノ変性PVAのアミノ基に対して例えばアジピン酸ジビニルをアミド化反応させることによりビニルオキシカルボニル基を導入できる。共重合変性PVAを経てラジカル重合性基を導入する方法は例示された前記反応以外も用いることができ、2種以上の反応を組み合わせて使用してもよい。
As another method for introducing the radically polymerizable group, a vinyl ester-based monomer and a polymerizable monomer other than the vinyl ester-based monomer are copolymerized in the process of producing PVA, and then saponified. Then, a method of obtaining a copolymer-modified polyvinyl alcohol (hereinafter, also abbreviated as "copolymer-modified PVA") can be mentioned. Examples of the copolymerized PVA include carboxylic acid-modified PVA and amino-modified PVA.
Examples of the monomer constituting the carboxylic acid-modified PVA include α, β-unsaturated carboxylic acids such as (meth) acrylic acid, maleic acid, fumaric acid and itaconic acid; methyl (meth) acrylate and (meth) acrylic acid. Examples thereof include (meth) acrylic acid alkyl esters such as ethyl; α, β-unsaturated carboxylic acid anhydrides such as maleic anhydride and itaconic anhydride, and derivatives thereof. In the carboxylic acid-modified PVA, for example, a vinyl ester-based monomer is copolymerized with α, β-unsaturated carboxylic acid anhydride or a derivative thereof, and then saponified, and the introduced carboxyl group is subjected to, for example, glycidyl methacrylate. Can be reacted under acidic conditions to form an ester bond and introduce a methacryloyl group.
Further, in the amino-modified PVA, a vinyl ester-based monomer and N-vinylformamide or the like are copolymerized and then saponified, and for the introduced amino group, for example, acrylic acid anhydride is amidated in the presence of a base. An acryloylamino group can be introduced by reacting. Further, a vinyloxycarbonyl group can be introduced by, for example, amidating a divinyl adipate with the amino group of the amino-modified PVA. The method of introducing a radically polymerizable group via the copolymerized PVA can be used in addition to the above-mentioned reactions exemplified above, and two or more kinds of reactions may be used in combination.

PVA(1’)としては、製造容易性の観点から、原料PVAの側鎖の水酸基又は1,3-ジオール基を介してラジカル重合性基を導入したPVAが好ましく、原料PVAの側鎖の水酸基に対して(メタ)アクリル酸又はその誘導体をエステル化反応又はエステル交換反応させてなるPVA、原料PVAの1,3-ジオール基に対して分子内にラジカル重合性基とアルデヒド基とを含む化合物をアセタール化反応させてなるPVAがより好ましい。 As the PVA (1'), a PVA having a radically polymerizable group introduced via a hydroxyl group of the side chain of the raw material PVA or a 1,3-diol group is preferable from the viewpoint of ease of production, and a hydroxyl group of the side chain of the raw material PVA is preferable. PVA obtained by subjecting (meth) acrylic acid or a derivative thereof to an esterification reaction or an ester exchange reaction, a compound containing a radically polymerizable group and an aldehyde group in the molecule with respect to the 1,3-diol group of the raw material PVA. PVA obtained by acetalizing the above is more preferable.

PVA(1’)の繰り返し単位に対するラジカル重合性基の導入率は、相互貫入型ゲルの弾性率を向上しつつ、脆化を抑制する観点から、好ましくは10mol%以下、より好ましくは5mol%以下、更に好ましくは3mol%以下である。そして、架橋反応を促進し、相互貫入型ゲルを良好に形成する観点、及び相互貫入型ゲルの弾性率を向上させる観点から、好ましくは0.01mol%以上、より好ましくは0.1mol%以上である。 The introduction rate of the radically polymerizable group with respect to the repeating unit of PVA (1') is preferably 10 mol% or less, more preferably 5 mol% or less, from the viewpoint of suppressing embrittlement while improving the elastic modulus of the mutual penetration type gel. , More preferably 3 mol% or less. Then, from the viewpoint of promoting the cross-linking reaction and satisfactorily forming the mutual penetration type gel and improving the elastic modulus of the mutual penetration type gel, the content is preferably 0.01 mol% or more, more preferably 0.1 mol% or more. be.

PVA(1’)は、ラジカル重合開始剤、すなわち熱ラジカル重合開始剤又は光ラジカル重合開始剤の添加により、それぞれ熱又は光によりラジカルを発生させ前記ラジカル重合性基を重合し、PVA鎖を架橋することにより硬化させ、PVA架橋体(1)とすることが好ましい。また熱ラジカル重合開始剤としてレドックス系開始剤を用いてもよく、レドックス系開始剤を用いる場合には過酸化物系開始剤と還元剤の混合を刺激として硬化させることもできる。 PVA (1') generates radicals by heat or light by addition of a radical polymerization initiator, that is, a thermal radical polymerization initiator or a photoradical polymerization initiator, respectively, to polymerize the radical polymerizable group, and crosslink the PVA chain. It is preferable that the PVA crosslinked product (1) is obtained by curing it. Further, a redox-based initiator may be used as the thermal radical polymerization initiator, and when the redox-based initiator is used, the mixture of the peroxide-based initiator and the reducing agent can be used as a stimulus for curing.

また、前記ラジカル重合性基としてビニル基を有するPVA(1’)の場合、硬化を促進する観点から、例えば分子内に2つ以上のチオール基を有するポリチオールを添加して、チオール-エン反応を利用して架橋してもよい。このようなポリチオールとしては、水溶性を示すものが好ましく、例えばジチオスレイトール等の水酸基を有するポリチオール;3,6-ジオキサ-1,8-オクタンジチオール、ポリエチレングリコールジチオール、マルチアームポリエチレングリコール等の末端チオール化物等のエーテル結合を含有するポリチオールなどが挙げられる。
チオール-エン反応はビニル基とチオール基が1対1で反応するため、チオール基がビニル基に対して等モル以下となるように前記ポリチオールを添加することが好ましい。前記添加量の範囲であれば、相互貫入型ゲルの機械的強度等を制御する観点から、任意に前記ポリチオールの添加量を調整できる。チオール-エン反応による硬化はビニルオキシカルボニル基を有するPVA(1’)についても用いてもよい。
Further, in the case of PVA (1') having a vinyl group as the radically polymerizable group, for example, a polythiol having two or more thiol groups is added in the molecule from the viewpoint of promoting curing to carry out a thiol-ene reaction. It may be used for cross-linking. As such a polythiol, one showing water solubility is preferable, for example, a polythiol having a hydroxyl group such as dithiothreitol; a terminal such as 3,6-dioxa-1,8-octanedithiol, polyethylene glycol dithiol, multi-arm polyethylene glycol or the like. Examples thereof include polythiol containing an ether bond such as a thiol compound.
Since the thiol-ene reaction has a one-to-one reaction between a vinyl group and a thiol group, it is preferable to add the polythiol so that the thiol group is equal to or less than the equivalent amount of the vinyl group. Within the range of the addition amount, the addition amount of the polythiol can be arbitrarily adjusted from the viewpoint of controlling the mechanical strength and the like of the mutual penetration type gel. Curing by thiol-ene reaction may also be used for PVA (1') having a vinyloxycarbonyl group.

<カルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)>
本発明の相互貫入型ゲルは、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)を金属イオンにより架橋してなる水溶性ポリマー架橋体(2)を第2のポリマーネットワークとして含有する。水溶性ポリマー架橋体(2)は、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー鎖同士を金属イオンで架橋した架橋構造を有する。本発明において「水溶性ポリマー」は、カルボキシル基を水酸化ナトリウムで100%中和し、25℃の水100gに溶解させたときの溶解量が0.1gを越えるポリマーを意味する。
第1のポリマーネットワークは、ラジカル重合反応により架橋が形成されるが、これと同じラジカル重合反応による架橋方法で第2のポリマーネットワークを形成しようとすると、第1のポリマーネットワークを形成させた後で第2のポリマーネットワークの原料を染み込ませる工程を要し、工程が煩雑になり、製造に長時間を要する。そこで、本発明では、第1のポリマーネットワークとは異なる金属イオンによる架橋方法で水溶性ポリマー(2’)を架橋し、第2のポリマーネットワークを形成することにより、第1のポリマーネットワークを形成する前であっても第2のポリマーネットワークの原料を予め混合しておくことができ、相互貫入型ゲルを製造する工程を大幅に簡略化することができる。
また、本発明の相互貫入型ゲルは水媒体にて製造することができるため、第2のポリマーネットワークを金属イオンにより架橋して形成することにより、水媒体中で非常に効率よく架橋反応が進行する。そのため、添加剤及び原料を過剰に使用する必要がなく、残存する添加剤や未反応の原料を除くためのゲル洗浄工程を要しない。
<Water-soluble polymer with carboxyl group (2')>
The mutual penetration type gel of the present invention contains a water-soluble polymer crosslinked body (2) formed by cross-linking a water-soluble polymer (2') having a carboxyl group with metal ions as a second polymer network. The water-soluble polymer crosslinked body (2) has a crosslinked structure in which water-soluble polymer chains having a carboxyl group are crosslinked with metal ions. In the present invention, the "water-soluble polymer" means a polymer in which the carboxyl group is 100% neutralized with sodium hydroxide and the dissolved amount exceeds 0.1 g when dissolved in 100 g of water at 25 ° C.
The first polymer network is cross-linked by a radical polymerization reaction, but when an attempt is made to form a second polymer network by the same method of cross-linking by a radical polymerization reaction, after the first polymer network is formed. The process of impregnating the raw material of the second polymer network is required, the process becomes complicated, and it takes a long time to manufacture. Therefore, in the present invention, the first polymer network is formed by cross-linking the water-soluble polymer (2') by a cross-linking method using a metal ion different from that of the first polymer network to form the second polymer network. Even before, the raw materials of the second polymer network can be mixed in advance, and the process of producing the interpenetrating gel can be greatly simplified.
Further, since the mutual penetration type gel of the present invention can be produced in an aqueous medium, the crosslinking reaction proceeds very efficiently in the aqueous medium by forming the second polymer network by crosslinking with metal ions. do. Therefore, it is not necessary to use an excessive amount of additives and raw materials, and a gel cleaning step for removing residual additives and unreacted raw materials is not required.

水溶性ポリマー(2’)としては、安全性の観点から、天然由来の多糖類が好ましく、アルギン酸、カルボキシメチルセルロース、LMペクチン、カルボキシメチルデンプン及びこれらの誘導体等が挙げられる。前記誘導体としては、塩、エステル等が挙げられ、例えば水溶性ポリマー(2’)のカルボキシル基がナトリウム、カリウム等のアルカリ金属イオンやアンモニウムイオンと結合した金属塩やアンモニウム塩であってもよく、またアルギン酸プロピレングリコールエステル等のように水溶性ポリマー(2’)のカルボキシル基がエステル化されていてもよい。水溶性ポリマー(2’)は、1種を単独で又は2種以上を併用してもよい。中でも、相互貫入型ゲルの刺激硬化性及び機械的強度を向上させる観点から、アルギン酸及びその誘導体が好ましい。水溶性ポリマー(2’)は種々の市販品を用いることができる。
水溶性ポリマー(2’)の溶液粘度は目的に応じて自由に選択できるが、例えば水溶性ポリマー(2’)がアルギン酸ナトリウムの場合、その1質量%水溶液の粘度(20℃)は、相互貫入型ゲルの機械的強度を高くする観点からは、好ましくは10~1,500mPa・s、より好ましくは30~1,300mPa・s、更に好ましくは50~1,000mPa・s、より更に好ましくは100~700mPa・s、特に好ましくは200~500mPa・sである。
As the water-soluble polymer (2'), naturally-derived polysaccharides are preferable from the viewpoint of safety, and examples thereof include alginic acid, carboxymethyl cellulose, LM pectin, carboxymethyl starch and derivatives thereof. Examples of the derivative include salts and esters. For example, the carboxyl group of the water-soluble polymer (2') may be a metal salt or an ammonium salt bonded to an alkali metal ion such as sodium or potassium or an ammonium ion. Further, the carboxyl group of the water-soluble polymer (2') may be esterified, such as propylene glycol alginate. The water-soluble polymer (2') may be used alone or in combination of two or more. Of these, alginic acid and its derivatives are preferable from the viewpoint of improving the stimulatory curability and mechanical strength of the mutual penetration type gel. As the water-soluble polymer (2'), various commercially available products can be used.
The solution viscosity of the water-soluble polymer (2') can be freely selected according to the purpose. For example, when the water-soluble polymer (2') is sodium alginate, the viscosity (20 ° C.) of the 1% by mass aqueous solution thereof penetrates into each other. From the viewpoint of increasing the mechanical strength of the mold gel, it is preferably 10 to 1,500 mPa · s, more preferably 30 to 1,300 mPa · s, still more preferably 50 to 1,000 mPa · s, still more preferably 100. It is about 700 mPa · s, particularly preferably 200 to 500 mPa · s.

金属イオンとしては多価金属イオンが好ましい。多価金属イオンは、特に制限されず、例えばマグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、銅(II)、鉄(II)、マンガン、亜鉛等の2価金属イオン;アルミニウム、鉄(III)等の3価金属イオンなどが挙げられる。これらの多価金属イオンは酢酸塩、乳酸塩、酒石酸塩、クエン酸塩等の有機酸塩;炭酸塩、硫酸塩、リン酸塩等の無機酸塩;塩化物等のハロゲン化物;又は水酸化物などの状態で使用できる。これらの多価金属イオンのうち、カルシウム、鉄、アルミニウムが好ましく、カルシウムがより好ましい。 As the metal ion, a multivalent metal ion is preferable. The polyvalent metal ion is not particularly limited, and is, for example, a divalent metal ion such as magnesium, calcium, barium, strontium, copper (II), iron (II), manganese, zinc; trivalent such as aluminum and iron (III). Examples include metal ions. These polyvalent metal ions are organic acid salts such as acetates, lactates, tartrates and citrates; inorganic acid salts such as carbonates, sulfates and phosphates; halides such as chlorides; or hydroxides. It can be used in the state of things. Of these polyvalent metal ions, calcium, iron and aluminum are preferable, and calcium is more preferable.

(無機微粒子)
本発明の相互貫入型ゲルは、さらに水不溶性の無機微粒子を含有してもよい。水不溶性の無機微粒子としては、例えば沈降シリカ、ゲル状シリカ、気相法シリカ、コロイダルシリカ等のシリカ;アルミナ、ヒドロキシアパタイト、ジルコニア、酸化亜鉛、チタン酸バリウム等のセラミック;ゼオライト、タルク、モンモリロナイト等の鉱物;硫酸カルシウム等の石膏;酸化カルシウム、酸化鉄等の金属酸化物;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の金属炭酸塩;ケイソウ土、土壌、粘土、砂、砂利などが挙げられる。これらの無機微粒子は1種を単独で又は2種以上を併用してもよい。水不溶性の無機微粒子を含有することで、ゲルにさらに高い機械物性や磁性などの機能を付与することができる。また、無機微粒子を含有する成形された相互貫入型ゲルを乾燥、さらに焼結等を行うことにより成形された無機焼結体を得ることもできる。
無機微粒子の含有量は、特に制限されず、相互貫入型ゲル中、好ましくは99.5質量%以下、より好ましくは99質量%以下、更に好ましくは95質量%以下である。さらに無機微粒子の添加効果を得る観点から、無機微粒子の含有量は、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上である。
(Inorganic fine particles)
The mutual penetration type gel of the present invention may further contain water-insoluble inorganic fine particles. Examples of water-insoluble inorganic fine particles include silica such as precipitated silica, gelled silica, vapor phase silica, colloidal silica; ceramics such as alumina, hydroxyapatite, zirconia, zinc oxide and barium titanate; zeolite, talc, montmorillonite and the like. Minerals; gypsum such as calcium sulfate; metal oxides such as calcium oxide and iron oxide; metal carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate; These inorganic fine particles may be used alone or in combination of two or more. By containing water-insoluble inorganic fine particles, it is possible to impart functions such as higher mechanical properties and magnetism to the gel. Further, it is also possible to obtain a molded inorganic sintered body by drying and further sintering a molded mutual penetration type gel containing inorganic fine particles.
The content of the inorganic fine particles is not particularly limited, and is preferably 99.5% by mass or less, more preferably 99% by mass or less, still more preferably 95% by mass or less in the mutual penetration type gel. Further, from the viewpoint of obtaining the effect of adding the inorganic fine particles, the content of the inorganic fine particles is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.05% by mass or more, still more preferably 0.1% by mass or more.

本発明の相互貫入型ゲルは、溶媒として水を含有するが、さらに水溶性有機溶媒を含有してもよい。該水溶性有機溶媒としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等のモノアルコール;エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン等の多価アルコールなどが挙げられる。
本発明の相互貫入型ゲル中の、溶媒の含有量は、相互貫入型ゲルの柔軟性が向上させる観点から、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは20質量%以上、より更に好ましくは30質量%以上である。そして、溶媒の含有量の上限は特に限定されないが、相互貫入型ゲルの機械的強度を向上させる観点から、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98質量%以下、更に好ましくは95質量%以下である。溶媒として水溶性有機溶媒を含む場合には、前記溶媒の含有量は水と水溶性有機溶媒との合計量である。
相互貫入型ゲル中の溶媒の含有量は、乾燥法を用いて測定することができる。具体的には試料を加熱して一定時間保ち、試料から溶媒を蒸発及び乾燥させ、加熱乾燥前後の試料質量の減少量を溶媒の含有量として求めることができる。
The mutual penetration type gel of the present invention contains water as a solvent, but may further contain a water-soluble organic solvent. Examples of the water-soluble organic solvent include aprotonic polar solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and N-methylpyrrolidone, and monoalcohols such as methanol, ethanol, propanol and isopropanol; ethylene glycol, diethylene glycol and triethylene glycol. Examples thereof include polyhydric alcohols such as glycerin.
The content of the solvent in the mutual penetration type gel of the present invention is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, still more preferably 20% by mass, from the viewpoint of improving the flexibility of the mutual penetration type gel. The above is even more preferably 30% by mass or more. The upper limit of the solvent content is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the mechanical strength of the mutual penetration type gel, it is preferably 99% by mass or less, more preferably 98% by mass or less, still more preferably 95% by mass or less. Is. When a water-soluble organic solvent is contained as the solvent, the content of the solvent is the total amount of water and the water-soluble organic solvent.
The content of the solvent in the interpenetrating gel can be measured using a drying method. Specifically, the sample can be heated and kept for a certain period of time, the solvent can be evaporated and dried from the sample, and the amount of decrease in the sample mass before and after heating and drying can be determined as the content of the solvent.

本発明の相互貫入型ゲル中の、第1のポリマーネットワークと第2のポリマーネットワークとの質量比〔第1のポリマーネットワーク/第2のポリマーネットワーク〕の値は、相互貫入効果を十分に発揮する観点から、好ましくは1000~0.01、より好ましくは500~0.03、更に好ましくは100~0.1、より更に好ましくは50~1、特に好ましくは35~3である。
本発明の相互貫入型ゲル中の、第1のポリマーネットワークと第2のポリマーネットワークとの合計含有量は、相互貫入型ゲルの機械的強度を向上させる観点から、好ましくは1質量%以上、より好ましくは2質量%以上、更に好ましくは5質量%以上である。相互貫入型ゲルの柔軟性が向上させる観点から、好ましくは95質量%以下、より好ましくは90質量%以下、更に好ましくは80質量%以下、より更に好ましくは70質量%以下である。
The value of the mass ratio [first polymer network / second polymer network] between the first polymer network and the second polymer network in the interpenetrating gel of the present invention sufficiently exerts the interpenetrating effect. From the viewpoint, it is preferably 1000 to 0.01, more preferably 500 to 0.03, still more preferably 100 to 0.1, still more preferably 50 to 1, and particularly preferably 35 to 3.
The total content of the first polymer network and the second polymer network in the interpenetrating gel of the present invention is preferably 1% by mass or more, more preferably, from the viewpoint of improving the mechanical strength of the interpenetrating gel. It is preferably 2% by mass or more, more preferably 5% by mass or more. From the viewpoint of improving the flexibility of the mutual penetration type gel, it is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, still more preferably 80% by mass or less, still more preferably 70% by mass or less.

[ポリビニルアルコール系相互貫入型ゲルの製造方法]
本発明の相互貫入型ゲルは、ラジカル重合性基を有するPVA(1’)を架橋してPVA架橋体(1)を得る第1のポリマーネットワークを形成する工程と、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)を金属イオンにより架橋して水溶性ポリマー架橋体(2)を得る第2のポリマーネットワークを形成する工程とを含む製造方法により製造できる。
本発明の相互貫入型ゲルの製造において、第1のポリマーネットワークと第2のポリマーネットワークの形成順序に特に制限はなく、第1のポリマーネットワークを形成した後、第2のポリマーネットワークの形成してもよく、また、第2のポリマーネットワークを形成した後、第1のポリマーネットワークの形成してもよい。また、第1のポリマーネットワークと第2のポリマーネットワークとを同時に形成してもよい。「同時に成形する」とは、ラジカル重合性基を有するPVA(1’)の架橋と、金属イオンによるカルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)の架橋とを同時に行うことを意味する。
[Manufacturing method of polyvinyl alcohol-based mutual intrusive gel]
The interpenetrating gel of the present invention comprises a step of cross-linking PVA (1') having a radically polymerizable group to form a first polymer network to obtain a PVA crosslinked product (1), and a water-soluble polymer having a carboxyl group. It can be produced by a production method including a step of forming a second polymer network in which (2') is crosslinked with metal ions to obtain a water-soluble polymer crosslinked product (2).
In the production of the interpenetrating gel of the present invention, the order of forming the first polymer network and the second polymer network is not particularly limited, and after forming the first polymer network, the second polymer network is formed. Alternatively, the first polymer network may be formed after the second polymer network is formed. Further, the first polymer network and the second polymer network may be formed at the same time. "Molding at the same time" means that the cross-linking of PVA (1') having a radically polymerizable group and the cross-linking of a water-soluble polymer (2') having a carboxyl group by a metal ion are performed at the same time.

前記相互貫入型ゲルの製造は、製造容易性の観点から、ラジカル重合性基を有するPVA(1’)及びカルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)を溶媒中で混合した未硬化ゲル溶液(以下、単に「未硬化ゲル溶液」ともいう)を調製して行うことが好ましい。
前記未硬化ゲル溶液中の、PVA(1’)と水溶性ポリマー(2’)との質量比〔PVA(1’)/水溶性ポリマー(2’)〕の値は、第1及び第2のポリマーネットワークのいずれか一方の相互貫入型ゲル中の含有量が過度に低下することなく、相互貫入効果を十分に発揮する観点から、好ましくは1000~0.01、より好ましくは500~0.03、更に好ましくは100~0.1、より更に好ましくは50~1、特に好ましくは35~3である。
From the viewpoint of ease of production, the interpenetrating gel is produced by mixing a PVA (1') having a radically polymerizable group and a water-soluble polymer (2') having a carboxyl group in an uncured gel solution (2'). Hereinafter, it is preferable to simply prepare a "uncured gel solution").
The mass ratio [PVA (1') / water-soluble polymer (2')] of PVA (1') and the water-soluble polymer (2') in the uncured gel solution is the first and second values. From the viewpoint of sufficiently exerting the mutual penetration effect without excessively reducing the content in the mutual penetration type gel of either one of the polymer networks, it is preferably 1000 to 0.01, more preferably 500 to 0.03. It is more preferably 100 to 0.1, still more preferably 50 to 1, and particularly preferably 35 to 3.

前記未硬化ゲル溶液中のPVA(1’)と水溶性ポリマー(2’)との合計含有量は、相互貫入型ゲルの機械的強度を向上させる観点から、1質量%以上が好ましく、2質量%以上がより好ましく、5質量%以上が更に好ましい。そして、該PVA(1’)の含有量は、未硬化ゲル溶液の高粘度化を抑制し、良好な成形性を得る観点から、50質量%以下が好ましく、45質量%以下がより好ましく、40質量%以下が更に好ましい。 The total content of PVA (1') and the water-soluble polymer (2') in the uncured gel solution is preferably 1% by mass or more, preferably 2% by mass, from the viewpoint of improving the mechanical strength of the mutual penetration type gel. % Or more is more preferable, and 5% by mass or more is further preferable. The content of PVA (1') is preferably 50% by mass or less, more preferably 45% by mass or less, and more preferably 40% by mass, from the viewpoint of suppressing the increase in viscosity of the uncured gel solution and obtaining good moldability. More preferably, it is by mass or less.

前記未硬化ゲル溶液の溶媒としては水を含有する。前記未硬化ゲル溶液は、さらに水溶性有機溶媒を含有してもよく、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン等の非プロトン性極性溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール等のモノアルコール;エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、グリセリン等の多価アルコールなどの水溶性有機溶媒を混合して使用してもよい。該水溶性有機溶媒の含有量は未硬化ゲル溶液中、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。
前記未硬化ゲル溶液中の溶媒の含有量は、50質量%以上が好ましく、55質量%以上がより好ましく、60質量%以上が更に好ましい。そして、該溶媒の含有量は、99質量%以下が好ましく、98質量%以下がより好ましく、95質量%以下が更に好ましい。
Water is contained as the solvent of the uncured gel solution. The uncured gel solution may further contain a water-soluble organic solvent, such as an aprotic polar solvent such as dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide and N-methylpyrrolidone, and a monopoly such as methanol, ethanol, propanol and isopropanol. Alcohol: A water-soluble organic solvent such as a polyhydric alcohol such as ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, or glycerin may be mixed and used. The content of the water-soluble organic solvent in the uncured gel solution is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less.
The content of the solvent in the uncured gel solution is preferably 50% by mass or more, more preferably 55% by mass or more, still more preferably 60% by mass or more. The content of the solvent is preferably 99% by mass or less, more preferably 98% by mass or less, and further preferably 95% by mass or less.

PVA(1’)の架橋反応にはラジカル重合開始剤を用いることが好ましい。ラジカル重合開始剤としては、熱ラジカル重合開始剤、光ラジカル重合開始剤が挙げられ、中でも光ラジカル重合開始剤が好ましい。
熱ラジカル重合開始剤としては、熱によりラジカル重合を開始するものであれば特に制限はなく、ラジカル重合で一般的に用いられるアゾ系開始剤、過酸化物系開始剤等が挙げられる。相互貫入型ゲルの透明性及び物性を向上させる観点から、気体を発生しない過酸化物系開始剤が好ましく、前記未硬化ゲル溶液が水系溶媒である観点から、水溶性の高い過酸化物系開始剤がより好ましい。具体的には、例えば過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム等の無機過酸化物が挙げられる。
また、還元剤と組み合わせたレドックス系開始剤を用いてもよい。レドックス系開始剤であれば過酸化物系開始剤と還元剤の混合という刺激により第1のポリマーネットワークを形成し、硬化させることができる。レドックス系開始剤として組み合わせる還元剤としては公知の還元剤を用いることができるが、これらの中でも水溶性の高いN,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、ハイドロサルファイトナトリウム等が好ましい。
It is preferable to use a radical polymerization initiator for the cross-linking reaction of PVA (1'). Examples of the radical polymerization initiator include a thermal radical polymerization initiator and a photoradical polymerization initiator, and among them, a photoradical polymerization initiator is preferable.
The thermal radical polymerization initiator is not particularly limited as long as it initiates radical polymerization by heat, and examples thereof include an azo-based initiator and a peroxide-based initiator generally used in radical polymerization. From the viewpoint of improving the transparency and physical properties of the mutual penetration type gel, a peroxide-based initiator that does not generate gas is preferable, and from the viewpoint that the uncured gel solution is an aqueous solvent, a peroxide-based initiator having high water solubility is preferred. The agent is more preferred. Specific examples thereof include inorganic peroxides such as ammonium persulfate, potassium persulfate and sodium persulfate.
Further, a redox-based initiator combined with a reducing agent may be used. If it is a redox-based initiator, the first polymer network can be formed and cured by the stimulation of mixing the peroxide-based initiator and the reducing agent. Known reducing agents can be used as the reducing agent to be combined as the redox-based initiator. Among these, highly water-soluble N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine, sodium sulfite, sodium hydrogen sulfite, and hydro Sodium sulfite and the like are preferable.

相互貫入型ゲルの透明性や物性を損なわない範囲内では、水溶性のアゾ系開始剤を用いてもよい。具体的には、例えば2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]二塩酸塩(商品名「VA-044」)、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]二硫酸塩二水和物(商品名「VA-044B」)、2,2’-アゾビス[2-メチルプロピオンアミジン]二塩酸塩(商品名「V-50」)、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]四水和物(商品名「VA-057」)、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン](商品名「VA-061」)、2,2’-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド](商品名「VA-086」)、4,4’-アゾビス(4-シアノペンタン酸)(商品名「V-501」)(以上、和光純薬工業(株)製)等が挙げられる。 A water-soluble azo-based initiator may be used as long as the transparency and physical properties of the mutual penetration type gel are not impaired. Specifically, for example, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride (trade name "VA-044"), 2,2'-azobis [2- (2). -Imidazoline-2-yl) propane] disulfate dihydrate (trade name "VA-044B"), 2,2'-azobis [2-methylpropionamidine] dihydrochloride (trade name "V-50") ), 2,2'-Azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine] tetrahydrate (trade name "VA-057"), 2,2'-azobis [2- (2- (2- (2- (2-) Imidazoline-2-yl) propane] (trade name "VA-061"), 2,2'-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide] (trade name "VA-086"), Examples thereof include 4,4'-azobis (4-cyanopentanoic acid) (trade name "V-501") (all manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).

光ラジカル重合開始剤としては、紫外線、可視光等の活性エネルギー線の照射等によってラジカル重合を開始させるものであれば特に制限はなく、水溶性を示すものが好ましい。具体的には、例えばα-ケトグルタル酸、1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン(商品名「IRGACURE2959」、BASFジャパン(株)製)、フェニル(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ホスフィン酸リチウム塩(商品名「L0290」、東京化成工業(株)社製)、2,2’-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド](商品名「VA-086」、和光純薬工業(株)製)、エオジンY等が挙げられる。 The photoradical polymerization initiator is not particularly limited as long as it initiates radical polymerization by irradiation with active energy rays such as ultraviolet rays and visible light, and those exhibiting water solubility are preferable. Specifically, for example, α-ketoglutaric acid, 1- [4- (2-hydroxyethoxy) -phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propane-1-one (trade name "IRGACURE2959", BASF Japan). Co., Ltd.), Phenyl (2,4,6-trimethylbenzoyl) phosphinic acid lithium salt (trade name "L0290", manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.), 2,2'-azobis [2-methyl-N -(2-Hydroxyethyl) propionamide] (trade name "VA-086", manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), Eodine Y and the like.

前記未硬化ゲル溶液中のラジカル重合開始剤の含有量は、ラジカル重合開始剤の種類により適宜調整することができるが、架橋反応を促進し、相互貫入型ゲルの機械的強度を向上させる観点から、5×10-6質量%以上が好ましく、1×10-5質量%以上がより好ましい。そして、該ラジカル重合開始剤の含有量は、ゲル中に残留するラジカル重合開始剤の低減及び相互貫入型ゲルの脆化を抑制する観点から、3質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下が更に好ましい。 The content of the radical polymerization initiator in the uncured gel solution can be appropriately adjusted depending on the type of the radical polymerization initiator, but from the viewpoint of promoting the crosslinking reaction and improving the mechanical strength of the mutual penetration type gel. 5 × 10 -6 % by mass or more is preferable, and 1 × 10 -5 % by mass or more is more preferable. The content of the radical polymerization initiator is preferably 3% by mass or less, more preferably 1% by mass or less, from the viewpoint of reducing the radical polymerization initiator remaining in the gel and suppressing brittleness of the mutual penetration type gel. It is preferably 0.5% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or less.

前記未硬化ゲル溶液は、さらに単量体を含有してもよい。該単量体としてはアクリルアミド、N-イソプロピルアクリルアミド、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、N,N-ジメチルアクリルアミド等のアクリルアミド類;(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸等のα,β-不飽和カルボン酸;ビニルピリジン;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート;スチレンスルホン酸;ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレートなどの水溶性ラジカル重合性単量体や、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(メタ)アクリレート、N,N’-ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート等のラジカル重合性基を分子内に2つ以上有する架橋剤などが挙げられる。
前記未硬化ゲル溶液中の単量体の含有量は、相互貫入型ゲルの機械的強度を向上させる観点から、20質量%以下が好ましく、10質量%以下がより好ましく、5質量%以下が更に好ましい。
The uncured gel solution may further contain a monomer. The monomers include acrylamides such as acrylamide, N-isopropylacrylamide, 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, N, N-dimethylacrylamide; (meth) acrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid, etc. Α, β-unsaturated carboxylic acid such as fumaric acid; vinylpyridine; hydroxyethyl (meth) acrylate; styrene sulfonic acid; water-soluble radically polymerizable monomer such as polyethylene glycol mono (meth) acrylate, N, N' Examples thereof include cross-linking agents having two or more radically polymerizable groups in the molecule, such as methylenebisacrylamide, ethylene glycol di (meth) acrylate, and N, N'-diethylene glycol di (meth) acrylate.
The content of the monomer in the uncured gel solution is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less, from the viewpoint of improving the mechanical strength of the mutual penetration type gel. preferable.

前記未硬化ゲル溶液は、本発明の効果を損なわない範囲内で、さらにポリマー微粒子、光吸収剤、重合禁止剤、連鎖移動剤、着色剤、防腐剤等の添加剤が含まれていてもよい。これらは、1種を単独で又は2種以上を併用してもよい。
前記未硬化ゲル溶液が光ラジカル重合開始剤を含む場合、光造形法の3Dプリンターによる造形の際の形状の精密性を確保する観点から、該未硬化ゲル溶液はさらに紫外線吸収剤等の光吸収剤を含んでいてもよい。紫外線吸収剤としては、水溶性を示すものであれば特に制限はなく、ケミプロ化成(株)社製「KEMISORB111」、「KEMISORB11S」(以上、商品名)、BASF社製「Tinuvin477-DW」、「UVA805」、「Tinuvin1130」(以上、商品名)等が挙げられる。
光ラジカル重合開始剤を含む未硬化ゲル溶液を硬化させる場合、未硬化ゲル溶液はさらに重合禁止剤を含んでいてもよい。重合禁止剤としては水溶性を示すヒドロキノンやp-メトキシフェノールなどが挙げられるが、これ以外の重合禁止剤を用いてもよい。重合禁止剤を含有することにより未硬化ゲル溶液の保存安定性を高めることができる。
The uncured gel solution may further contain additives such as polymer fine particles, a light absorber, a polymerization inhibitor, a chain transfer agent, a colorant, and a preservative, as long as the effects of the present invention are not impaired. .. These may be used alone or in combination of two or more.
When the uncured gel solution contains a photoradical polymerization initiator, the uncured gel solution further absorbs light such as an ultraviolet absorber from the viewpoint of ensuring the precision of the shape at the time of modeling by a 3D printer of the stereolithography method. It may contain an agent. The ultraviolet absorber is not particularly limited as long as it is water-soluble, and is manufactured by Chemipro Kasei Co., Ltd. "KEMISORB111", "KEMISORB11S" (hereinafter, trade name), BASF Co., Ltd. "Tinuvin 477-DW", " Examples include "UVA805" and "Tinuvin1130" (hereinafter referred to as trade names).
When the uncured gel solution containing the photoradical polymerization initiator is cured, the uncured gel solution may further contain a polymerization inhibitor. Examples of the polymerization inhibitor include hydroquinone and p-methoxyphenol which are water-soluble, but other polymerization inhibitors may be used. By containing a polymerization inhibitor, the storage stability of the uncured gel solution can be enhanced.

(第1のポリマーネットワークの形成)
活性エネルギー線の照射により、ラジカル重合性基を有するPVA(1’)を架橋して第1のポリマーネットワークを形成する場合、照射処理に使用できる活性エネルギー線としては、可視光線、紫外線等が挙げられ、好ましくは高圧水銀灯、低圧水銀灯、キセノンランプ、メタルハライドランプ等の紫外線である。
活性エネルギー線の照射エネルギー量は、好ましくは0.1~10,000mJ/cm2、より好ましくは1~5,000mJ/cm2、更に好ましくは10~2,000mJ/cm2である。
熱により、ラジカル重合性基を有するPVA(1’)を架橋して第1のポリマーネットワークを形成する場合、温度100℃未満で加熱することが好ましい。加熱温度は、用いる熱ラジカル重合開始剤の種類により適宜調整することができ、好ましくは40~90℃、より好ましくは50~80℃である。
(Formation of first polymer network)
When PVA (1') having a radically polymerizable group is crosslinked to form a first polymer network by irradiation with active energy rays, examples of active energy rays that can be used for the irradiation treatment include visible light and ultraviolet rays. It is preferably ultraviolet light such as a high-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, a xenon lamp, and a metal halide lamp.
The irradiation energy amount of the active energy ray is preferably 0.1 to 10,000 mJ / cm 2 , more preferably 1 to 5,000 mJ / cm 2 , and further preferably 10 to 2,000 mJ / cm 2 .
When PVA (1') having a radically polymerizable group is crosslinked by heat to form a first polymer network, it is preferable to heat the PVA (1') at a temperature of less than 100 ° C. The heating temperature can be appropriately adjusted depending on the type of the thermal radical polymerization initiator used, and is preferably 40 to 90 ° C, more preferably 50 to 80 ° C.

(第2のポリマーネットワークの形成)
カルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)に金属イオンを作用させて、該水溶性ポリマー(2’)を架橋して第2のポリマーネットワークを形成する方法としては、前記未硬化ゲル溶液自体を金属イオン溶液中に浸漬する方法、前記未硬化ゲル溶液中のPVA(1’)を架橋して得た第1ポリマーネットワークを金属イオン溶液中に浸漬する方法、未硬化ゲル溶液自体又は前記未硬化ゲル溶液中のPVA(1’)を架橋して得た第1のポリマーネットワーク内部にて金属イオンを発生させる方法等が挙げられる。本明細書において「浸漬」とは、浸漬のほか、添加をも含む概念である。
浸漬に用いる金属イオン溶液の溶媒は、前記未硬化ゲル溶液が水系溶媒である観点から、水が好ましい。該金属イオン溶液中の金属イオンの濃度は、相互貫入型ゲルの機械的強度及びゲル化時間等により適宜調整することができるが、好ましくは0.005g/水100mL以上、より好ましくは0.01g/水100mL以上、更に好ましくは0.02g/水100mL以上である。そして、好ましくは30g/水100mL以下、より好ましくは10g/水100mL以下、更に好ましくは5g/水100mL以下、より更に好ましくは1g/水100mL以下である。
(Formation of second polymer network)
As a method of allowing a metal ion to act on the water-soluble polymer (2') having a carboxyl group and cross-linking the water-soluble polymer (2') to form a second polymer network, the uncured gel solution itself is used. A method of immersing in a metal ion solution, a method of immersing a first polymer network obtained by cross-linking PVA (1') in the uncured gel solution in a metal ion solution, the uncured gel solution itself or the uncured. Examples thereof include a method of generating metal ions inside a first polymer network obtained by cross-linking PVA (1') in a gel solution. As used herein, the term "immersion" is a concept that includes addition as well as immersion.
The solvent of the metal ion solution used for dipping is preferably water from the viewpoint that the uncured gel solution is an aqueous solvent. The concentration of metal ions in the metal ion solution can be appropriately adjusted depending on the mechanical strength of the mutual penetration type gel, the gelation time, etc., but is preferably 0.005 g / 100 mL or more of water, more preferably 0.01 g. / 100 mL or more of water, more preferably 0.02 g / 100 mL or more of water. The amount is preferably 30 g / 100 mL or less of water, more preferably 10 g / 100 mL or less of water, further preferably 5 g / 100 mL or less of water, and even more preferably 1 g / 100 mL or less of water.

未硬化ゲル溶液自体又は第1のポリマーネットワーク内部で金属イオンを発生させる方法として、例えば炭酸カルシウムとグルコノラクトンの組み合わせを用いる方法がある。この組み合わせでは徐々にグルコノラクトンが加水分解されて未硬化ゲル溶液や第1のポリマーネットワーク内部が酸性化して炭酸カルシウムが溶解することでカルシウムイオンを発生させることができる。具体的には、例えばプログレス イン ポリマー サイエンス(Progress in Polymer Sciernce)、2012年、第37巻、p.106-126、バイオマテリアルズ(Biomaterials)、2001年、第22巻、p.511等に記載された方法が挙げられる。 As a method of generating metal ions in the uncured gel solution itself or in the first polymer network, for example, there is a method using a combination of calcium carbonate and glucono lactone. In this combination, glucono lactone is gradually hydrolyzed to acidify the inside of the uncured gel solution and the first polymer network, and calcium carbonate is dissolved to generate calcium ions. Specifically, for example, Progress in Polymer Sciernce, 2012, Vol. 37, p. 106-126, Biomaterials, 2001, Vol. 22, p. The method described in 511 and the like can be mentioned.

本発明の相互貫入型ゲルの製造は、製造容易性及び相互貫入型ゲルの取扱い性の観点からは、下記工程を含む方法により行うことが好ましい。
工程1-1:未硬化ゲル溶液中のPVA(1’)をラジカル重合反応により架橋してPVA架橋体(1)を得て第1のポリマーネットワークを形成する工程
工程1-2:工程1-1で得られた第1のポリマーネットワーク中に含まれるカルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)を金属イオンにより架橋して水溶性ポリマー架橋体(2)を得て第2のポリマーネットワークを形成し、相互貫入型ゲルを得る工程
工程1-2は、製造容易性の観点から、工程1-1で得られた第1のポリマーネットワークを金属イオン溶液中に浸漬する方法又は工程1-1で得られた第1のポリマーネットワーク内部にて金属イオンを発生させる方法により、水溶性ポリマー(2’)を架橋して水溶性ポリマー架橋体(2)を得ることが好ましい。
The interpenetrating gel of the present invention is preferably produced by a method including the following steps from the viewpoint of ease of production and handleability of the interpenetrating gel.
Step 1-1: A step of cross-linking PVA (1') in an uncured gel solution by a radical polymerization reaction to obtain a PVA cross-linked product (1) to form a first polymer network Step 1-2: Step 1- The water-soluble polymer (2') having a carboxyl group contained in the first polymer network obtained in 1 is crosslinked with metal ions to obtain a water-soluble polymer crosslinked product (2) to form a second polymer network. In step 1-2, the first polymer network obtained in step 1-1 is immersed in a metal ion solution or in step 1-1 from the viewpoint of ease of production. It is preferable to cross-link the water-soluble polymer (2') to obtain the water-soluble polymer cross-linked product (2) by a method of generating metal ions inside the obtained first polymer network.

また、本発明の相互貫入型ゲルの製造は、硬化操作の簡便性及び硬化速度の観点からは、下記工程を含む方法により行うことが好ましい。
工程2-1:未硬化ゲル溶液中の水溶性ポリマー(2’)を金属イオンにより架橋して水溶性ポリマー架橋体(2)を得て第2のポリマーネットワークを形成する工程
工程2-2:工程2-1で得られた第2のポリマーネットワーク中に含まれるPVA(1’)をラジカル重合反応により架橋してPVA架橋体(1)を得て第1のポリマーネットワークを形成し、相互貫入型ゲルを得る工程
工程2-1は、製造容易性の観点から、未硬化ゲル溶液を金属イオン溶液中に浸漬する方法又は未硬化ゲル溶液中で金属イオンを発生させる方法により、水溶性ポリマー(2’)を架橋して水溶性ポリマー架橋体(2)を得ることが好ましい。
Further, the production of the mutual penetration type gel of the present invention is preferably carried out by a method including the following steps from the viewpoint of the simplicity of the curing operation and the curing rate.
Step 2-1: The water-soluble polymer (2') in the uncured gel solution is crosslinked with metal ions to obtain a water-soluble polymer crosslinked body (2) to form a second polymer network. Step 2-2: PVA (1') contained in the second polymer network obtained in step 2-1 is crosslinked by a radical polymerization reaction to obtain a PVA crosslinked product (1) to form a first polymer network, and mutual penetration is performed. Step to obtain mold gel Step 2-1 is a water-soluble polymer (from the viewpoint of ease of production, by immersing the uncured gel solution in a metal ion solution or by generating metal ions in the uncured gel solution. It is preferable to crosslink 2') to obtain a water-soluble polymer crosslinked product (2).

本発明の相互貫入型ゲルは任意の形状を付与することもできる。例えば未硬化ゲル溶液を所定の型枠等に流し込んだ後、前記の方法に従って第1のポリマーネットワーク及び第2のポリマーネットワークのいずれか一方を形成した後、他方のポリマーネットワークを形成する方法、又は第1のポリマーネットワーク及び第2のポリマーネットワークを同時に形成することにより、形状が付与された本発明の相互貫入型ゲルを得ることができる。 The mutual penetration type gel of the present invention can also be given an arbitrary shape. For example, a method of pouring an uncured gel solution into a predetermined mold or the like, forming either a first polymer network or a second polymer network according to the above method, and then forming the other polymer network, or a method of forming the other polymer network. By forming the first polymer network and the second polymer network at the same time, it is possible to obtain a shape-imparted interpenetrating gel of the present invention.

また、本発明の相互貫入型ゲルは3Dプリンターを用いて精密な形状を付与することもできる。例えば、造形方式として材料押出方式や材料噴射方式を用いる場合、未硬化ゲル溶液をシリンジやプリンターヘッドのノズルから押出し又は噴射して堆積した後に第1のポリマーネットワーク及び第2のポリマーネットワークのいずれか一方を形成し、所望の形状に成形した後、他方のポリマーネットワークを形成することにより、相互貫入型ゲルとすることができる。
材料押出堆積法の好ましい態様の1つとして、金属イオンを含むゼラチンゲル中に未硬化ゲル溶液を吐出することでカルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)を架橋し第2のポリマーネットワークを形成した後、該第2のポリマーネットワークに含まれるラジカル重合性基を有するPVA(1’)を架橋して第1のポリマーネットワークを形成することもできる。この方法では三次元的な精密形状を安定して製造することが容易になる。
さらに光造形法の好ましい態様の1つとして、光ラジカル重合開始剤を含む未硬化ゲル溶液をバスタブ型の容器に入れ、まずラジカル重合性基を有するPVA(1’)の架橋により光造形することで所望の形状に成形した後、金属イオンを含むゼラチンゲル中に浸漬することにより金属イオンを作用させることでカルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)を架橋し、形状が付与された本発明の相互貫入型ゲルを得ることができる。上記した全ての成形方法において、ラジカル重合性基を有するPVA(1’)の架橋と金属イオンによるカルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)の架橋とが同時であってもよい。
Further, the mutual penetration type gel of the present invention can be given a precise shape by using a 3D printer. For example, when a material extrusion method or a material injection method is used as the molding method, either the first polymer network or the second polymer network is used after the uncured gel solution is extruded or injected from a nozzle of a syringe or a printer head and deposited. By forming one, forming it into a desired shape, and then forming a polymer network on the other, a cross-penetrating gel can be obtained.
As one of the preferred embodiments of the material extrusion deposition method, a water-soluble polymer (2') having a carboxyl group is crosslinked by discharging an uncured gel solution into a gelatin gel containing metal ions to form a second polymer network. After that, the PVA (1') having a radically polymerizable group contained in the second polymer network can be crosslinked to form the first polymer network. With this method, it becomes easy to stably manufacture a three-dimensional precision shape.
Further, as one of the preferred embodiments of the stereolithography method, an uncured gel solution containing a photoradical polymerization initiator is placed in a bathtub-type container and first stereolithographically formed by crosslinking PVA (1') having a radically polymerizable group. In the present invention, the water-soluble polymer (2') having a carboxyl radical is crosslinked by allowing metal ions to act by immersing the polymer in a gelatin gel containing metal ions after molding into a desired shape. Mutual penetration type gel can be obtained. In all the above-mentioned molding methods, the cross-linking of PVA (1') having a radically polymerizable group and the cross-linking of a water-soluble polymer (2') having a carboxyl group by a metal ion may be performed at the same time.

本発明の相互貫入型ゲルは、そのまま使用することもできるが、水等の溶媒に浸漬して平衡膨潤状態にした後に用いてもよい。浸漬操作によって未反応原料や非架橋ポリマー成分を除去する効果も期待でき、未反応原料や非架橋ポリマー成分の含有量をより低減できる。未反応原料や非架橋ポリマー成分を更に除きたい場合は、溶媒を交換しての浸漬操作を繰り返せばよい。本発明の相互貫入型ゲルはマクロマーを用いるため、そのまま使用しても通常モノマーが示す毒性をほとんど示さず、製造工程を簡略化する観点からは、浸漬操作の工程は有しないことが好ましい。また、本発明の相互貫入型ゲルは熱風や凍結乾燥などにより乾燥することで水等の溶媒を除去した後、再度水等の溶媒に浸漬して平衡膨潤状態にした後に用いることもできる。本発明の相互貫入型ゲルを一旦乾燥させることでPVA(1’)の結晶化を誘起し、溶媒の含有量を大幅に低減させることができる。これにより本発明の相互貫入型ゲルの機械的強度を大幅に高めることが可能である。 The mutual intrusive gel of the present invention can be used as it is, but it may also be used after being immersed in a solvent such as water to bring it into an equilibrium swelling state. The effect of removing the unreacted raw material and the non-crosslinked polymer component can be expected by the dipping operation, and the content of the unreacted raw material and the non-crosslinked polymer component can be further reduced. If it is desired to further remove the unreacted raw material and the non-crosslinked polymer component, the dipping operation may be repeated by exchanging the solvent. Since the mutual intrusive gel of the present invention uses macromer, it shows almost no toxicity usually exhibited by a monomer even when used as it is, and from the viewpoint of simplifying the manufacturing process, it is preferable not to have a dipping operation step. Further, the mutual penetration type gel of the present invention can also be used after removing a solvent such as water by drying with hot air or freeze-drying, and then immersing the gel in a solvent such as water again to bring it into an equilibrium swelling state. Once the mutual intrusive gel of the present invention is dried, crystallization of PVA (1') can be induced and the solvent content can be significantly reduced. This makes it possible to significantly increase the mechanical strength of the mutual penetration type gel of the present invention.

本発明の相互貫入型ゲルの初期弾性率は、相互貫入型ゲル自体の自己支持性の観点から、好ましくは0.001MPa以上、より好ましくは0.005MPa以上、更に好ましくは0.01MPa以上、より更に好ましくは0.03MPa以上、特に好ましくは0.05MPa以上である。そして、生体類似の機械的特性の観点から、好ましくは500MPa以下、より好ましくは200MPa以下、更に好ましくは100MPa以下である。
本発明の相互貫入型ゲルの引張強度は、相互貫入型ゲル自体の自己支持性の観点から、好ましくは0.05MPa以上、より好ましくは0.08MPa以上、更に好ましくは0.1MPa以上、より更に好ましくは0.2MPa以上である。そして、生体類似の機械的特性の観点から、好ましくは500MPa以下、より好ましくは200MPa以下、更に好ましくは100MPa以下である。
本発明の相互貫入型ゲルの破断歪みは、相互貫入型ゲルの柔軟性の観点から、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、更に好ましくは50%以上、より更に好ましくは100%以上、特に好ましくは300%以上である。そして、生体類似の機械的特性の観点から、好ましくは3000%以下、より好ましくは2000%以下、更に好ましくは1000%以下である。
初期弾性率、引張強度及び破断歪みは、実施例に記載の方法により測定される。
The initial elastic modulus of the mutual penetration type gel of the present invention is preferably 0.001 MPa or more, more preferably 0.005 MPa or more, still more preferably 0.01 MPa or more, and more, from the viewpoint of the self-supporting property of the mutual penetration type gel itself. It is more preferably 0.03 MPa or more, and particularly preferably 0.05 MPa or more. From the viewpoint of mechanical properties similar to those of a living body, it is preferably 500 MPa or less, more preferably 200 MPa or less, and further preferably 100 MPa or less.
The tensile strength of the mutual penetration type gel of the present invention is preferably 0.05 MPa or more, more preferably 0.08 MPa or more, still more preferably 0.1 MPa or more, still more, from the viewpoint of the self-supporting property of the mutual penetration type gel itself. It is preferably 0.2 MPa or more. From the viewpoint of mechanical properties similar to those of a living body, it is preferably 500 MPa or less, more preferably 200 MPa or less, and further preferably 100 MPa or less.
The breaking strain of the mutual penetration type gel of the present invention is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, still more preferably 50% or more, still more preferably 100% or more, from the viewpoint of the flexibility of the mutual penetration type gel. , Particularly preferably 300% or more. From the viewpoint of mechanical properties similar to those of a living body, it is preferably 3000% or less, more preferably 2000% or less, and further preferably 1000% or less.
The initial elastic modulus, tensile strength and breaking strain are measured by the methods described in the examples.

本発明の相互貫入型ゲルは、刺激硬化性と安全性に優れ、機械的強度が高いため、例えばオンデマンドで成形する3Dプリンター用の硬化性材料;医療モデル;紙おむつ、生理用品等の衛生用品;コンタクトレンズ、創傷被覆材等の体外で使用する医療機器;衝撃吸収材料;制振又は防音材料;医療機器の表面コーティング;人工臓器等のより高度な医療機器;現場施工が必要な土壌改良材等の土木又は建築用材料;保水材料等の農業用資材などの様々な分野で好適に用いることができる。 The interpenetrating gel of the present invention has excellent stimulus curability, safety, and high mechanical strength, so that it is a curable material for 3D printers that are molded on demand, for example; medical models; sanitary products such as paper diapers and sanitary products. Medical devices used outside the body such as contact lenses and wound covering materials; Shock absorbing materials; Anti-vibration or soundproofing materials; Surface coating of medical devices; More advanced medical devices such as artificial organs; Soil improvement materials requiring on-site construction It can be suitably used in various fields such as civil engineering or building materials such as; agricultural materials such as water retention materials.

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

合成例、実施例及び比較例において使用した主な成分を以下に示す。
(原料ポリビニルアルコール)
・PVA117:ポリビニルアルコール(商品名「PVA117」、重合度1700、けん化度約98~99mol%、(株)クラレ製)
なお、原料PVAの重合度は、JIS K 6726:1994に準じて測定される。
(ラジカル重合性基含有化合物)
・メタクリル酸ビニル:東京化成工業(株)製
・5-ノルボルネン-2-カルボキシアルデヒド:東京化成工業(株)製
(カルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’))
・アルギン酸ナトリウム(NSPMR)(商品名「ダックアルギンNSPMR」、1質量%水溶液の粘度(温度:20℃)300~400mPa・s、キッコーマンバイオケミファ(株)製)
・アルギン酸ナトリウム(NSPLLR)(商品名「ダックアルギンNSPLLR」、1質量%水溶液の粘度(温度:20℃)40~50mPa・s、キッコーマンバイオケミファ(株)製)
(ラジカル重合開始剤)
・IRGACURE2959:1-[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-フェニル]-2-ヒドロキシ-2-メチル-1-プロパン-1-オン(光ラジカル重合開始剤、商品名「IRGACURE2959」、BASFジャパン(株)製)
・α-ケトグルタル酸:(光ラジカル重合開始剤、和光純薬工業(株)製)
(金属イオン水溶液)
・塩化カルシウム水溶液:濃度1g塩化カルシウム/水100mL、和光純薬工業(株)製
(ポリチオール)
・2,6-ジオキサ-1,8-オクタンジチオール:東京化成工業(株)製
(単量体)
・アクリルアミド(AAm):和光純薬工業(株)製
・N,N-ジメチルアクリルアミド(DAAm):和光純薬工業(株)製
・2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS):和光純薬工業(株)製
(架橋剤)
・N,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAA):和光純薬工業(株)製
The main components used in the synthetic examples, examples and comparative examples are shown below.
(Raw material polyvinyl alcohol)
-PVA117: Polyvinyl alcohol (trade name "PVA117", degree of polymerization 1700, degree of saponification of about 98-99 mol%, manufactured by Kuraray Co., Ltd.)
The degree of polymerization of the raw material PVA is measured according to JIS K 6726: 1994.
(Radical polymerizable group-containing compound)
-Vinyl methacrylate: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.-5-norbornene-2-carboxyaldehyde: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (water-soluble polymer having a carboxyl group (2'))
-Sodium alginate (NSPMR) (trade name "Duck Algin NSPMR", viscosity of 1% by mass aqueous solution (temperature: 20 ° C.) 300-400 mPa · s, manufactured by Kikkoman Biochemifa Co., Ltd.)
-Sodium alginate (NSPLLR) (trade name "Duck Argin NSPLLR", viscosity of 1% by mass aqueous solution (temperature: 20 ° C.) 40 to 50 mPa · s, manufactured by Kikkoman Biochemifa Co., Ltd.)
(Radical polymerization initiator)
IRGACURE2959: 1- [4- (2-Hydroxyethoxy) -phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propane-1-one (photoradical polymerization initiator, trade name "IRGACURE2959", BASF Japan Ltd. ) Made)
-Α-Ketoglutaric acid: (photoradical polymerization initiator, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
(Aqueous metal ion solution)
・ Calcium chloride aqueous solution: Concentration 1 g Calcium chloride / 100 mL of water, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. (Polythiol)
-2,6-Dioxa-1,8-octanedithiol: manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. (monomer)
・ Acrylamide (AAm): manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. ・ N, N-dimethylacrylamide (DAAm): manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. ・ 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS): Jun Wako Made by Yakuhin Kogyo Co., Ltd. (crosslinking agent)
-N, N'-methylenebisacrylamide (MBAA): manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.

[ラジカル重合性基を有するポリビニルアルコール(1’)の合成]
[合成例1]
40g(単量体繰り返し単位:911mmol)のPVA117を1Lのジムロート冷却管を備えたセパラブルフラスコに入れ、350mLのDMSOを加えてメカニカルスターラーにて撹拌を開始した。ウオーターバスにより80℃まで昇温後、80℃で撹拌を4時間続けた。前記PVAが溶解したことを目視で確認した後、80℃で加熱撹拌しながらメタクリル酸ビニル1.2g(10.8mmol)を加え、さらに80℃で3時間撹拌した。放冷後、2Lのメタノール中に撹拌しながら反応溶液を注ぎいれた。撹拌を止め、1時間そのまま放置した。得られた固体を回収した後、さらに1Lのメタノールに1時間浸漬して洗浄した。この洗浄作業を合計3回行った。回収した固体を室温で一晩真空乾燥してメタクリロイル化PVA117を得た。該メタクリロイル化PVA117のラジカル重合性基(メタクリロイルオキシ基)の導入率はPVAの繰り返し単位に対して1.2mol%であった(以下、「MA-PVA117(1.2)」と略称する)。
[Synthesis of polyvinyl alcohol (1') having a radically polymerizable group]
[Synthesis Example 1]
40 g (monomer repeating unit: 911 mmol) of PVA117 was placed in a separable flask equipped with a 1 L Dimroth condenser, 350 mL of DMSO was added, and stirring was started with a mechanical stirrer. After raising the temperature to 80 ° C. in a water bath, stirring was continued at 80 ° C. for 4 hours. After visually confirming that the PVA was dissolved, 1.2 g (10.8 mmol) of vinyl methacrylate was added while heating and stirring at 80 ° C., and the mixture was further stirred at 80 ° C. for 3 hours. After allowing to cool, the reaction solution was poured into 2 L of methanol with stirring. Stirring was stopped and the mixture was left as it was for 1 hour. After recovering the obtained solid, it was further immersed in 1 L of methanol for 1 hour for washing. This cleaning work was performed a total of three times. The recovered solid was vacuum dried overnight at room temperature to obtain methacryloylated PVA117. The introduction rate of the radically polymerizable group (methacryloyloxy group) of the methacryloylated PVA117 was 1.2 mol% with respect to the repeating unit of PVA (hereinafter, abbreviated as "MA-PVA117 (1.2)").

[合成例2~3]
合成例1において、表1に示すとおり、メタクリロイルオキシ基の導入率を変更した以外は合成例1と同様にして、メタクリロイル化PVAを製造した。
[Synthesis Examples 2 to 3]
In Synthesis Example 1, as shown in Table 1, methacryloylated PVA was produced in the same manner as in Synthesis Example 1 except that the introduction rate of the methylenedioxy group was changed.

[合成例4]
60g(単量体繰り返し単位:1.36mol)のPVA117を1Lのジムロート冷却管を備えたセパラブルフラスコに入れ、540mLのイオン交換水を加えてメカニカルスターラーにて撹拌を開始した。ウオーターバスにより80℃まで昇温後、80℃で撹拌を4時間続けた。前記PVAが溶解したことを目視で確認した後、40℃まで降温した。40℃で撹拌しながら5-ノルボルネン-2-カルボキシアルデヒド2.5g(20.5mmol)、10体積%硫酸水溶液22mLを加え、さらに40℃で4時間撹拌した。放冷後、1規定NaOH水溶液を80mL添加して中和し、分画分子量3,500の透析膜に入れて脱塩した(5Lのイオン交換水に対して4回実施)。2Lのメタノール中に撹拌しながら脱塩後の水溶液を注ぎいれ、1時間そのまま放置した。得られた固体を回収した後、さらに1Lのメタノールに1時間浸漬して洗浄した。回収した固体を室温で一晩真空乾燥してノルボルネン化PVA117を得た。該ノルボルネン化PVA117のラジカル重合性基(ノルボルネニル基)の導入率はPVAの繰り返し単位に対して1.3mol%であった(以下、「Nor-PVA117(1.3)」と略称する)。
[Synthesis Example 4]
60 g (monomer repeating unit: 1.36 mol) of PVA117 was placed in a separable flask equipped with a 1 L Dimroth condenser, 540 mL of ion-exchanged water was added, and stirring was started with a mechanical stirrer. After raising the temperature to 80 ° C. in a water bath, stirring was continued at 80 ° C. for 4 hours. After visually confirming that the PVA had dissolved, the temperature was lowered to 40 ° C. While stirring at 40 ° C., 2.5 g (20.5 mmol) of 5-norbornene-2-carboxyaldehyde and 22 mL of a 10% by volume sulfuric acid aqueous solution were added, and the mixture was further stirred at 40 ° C. for 4 hours. After allowing to cool, 80 mL of a 1N NaOH aqueous solution was added to neutralize the mixture, and the mixture was placed in a dialysis membrane having a molecular weight cut off of 3,500 and desalted (performed 4 times for 5 L of ion-exchanged water). The desalted aqueous solution was poured into 2 L of methanol with stirring, and the mixture was left as it was for 1 hour. After recovering the obtained solid, it was further immersed in 1 L of methanol for 1 hour for washing. The recovered solid was vacuum dried overnight at room temperature to obtain norborneneized PVA117. The introduction rate of the radically polymerizable group (norborneneyl group) of the norborneneized PVA117 was 1.3 mol% with respect to the repeating unit of PVA (hereinafter, abbreviated as "Nor-PVA117 (1.3)").

Figure 0007014485000001
Figure 0007014485000001

[実施例1]
PVA(1’)として10gのMA-PVA117(1.2)に90mLのイオン交換水を加えて80℃にて4時間撹拌しながら溶解した。室温まで冷却後、このMA-PVA水溶液に1gのアルギン酸ナトリウム(NSPMR)を加えて室温で3時間撹拌した。アルギン酸ナトリウムを含むMA-PVA水溶液に対して水溶性光ラジカル重合開始剤であるIRGACURE2959を0.1質量%となるように加えて溶解し、未硬化ゲル溶液を調製した。
次いで、2mm厚のスペーサーを挟み込んだガラス板間にこの溶液を流し込み、(株)ジーエス・ユアサコーポレーション製メタルハライドランプを用いて145mW/cmにて30秒(照射エネルギー量:1,200mJ/cm)のUV光(波長365nm)を照射した。硬化したゲルをガラス板から取り出し、塩化カルシウム水溶液(1g塩化カルシウム/水100mL)に30分浸漬し、本発明の相互貫入型ゲルを得た。該相互貫入型ゲルは当該条件でも十分に硬化し、強靭なゲルであった。得られた相互貫入型ゲルを用いて、機械的強度の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 1]
90 mL of ion-exchanged water was added to 10 g of MA-PVA117 (1.2) as PVA (1'), and the mixture was dissolved at 80 ° C. with stirring for 4 hours. After cooling to room temperature, 1 g of sodium alginate (NSPMR) was added to this MA-PVA aqueous solution, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. IRGACURE2959, which is a water-soluble photoradical polymerization initiator, was added to and dissolved in a MA-PVA aqueous solution containing sodium alginate in an amount of 0.1% by mass to prepare an uncured gel solution.
Next, this solution was poured between glass plates sandwiching a 2 mm thick spacer, and a metal halide lamp manufactured by GS Yuasa Corporation was used at 145 mW / cm 2 for 30 seconds (irradiation energy amount: 1,200 mJ / cm 2 ). ) UV light (wavelength 365 nm) was irradiated. The cured gel was taken out from the glass plate and immersed in a calcium chloride aqueous solution (1 g calcium chloride / 100 mL of water) for 30 minutes to obtain a mutual penetration type gel of the present invention. The mutual penetration type gel was sufficiently cured even under the conditions and was a tough gel. The obtained mutual intrusive gel was used to evaluate the mechanical strength. The results are shown in Table 2.

[実施例2]
実施例1で調製した未硬化ゲル溶液を2mmの厚みとなるようにトレーに入れ、トレー中の該未硬化ゲル溶液層の上面から塩化カルシウム水溶液(1g塩化カルシウム/水100mL)を噴霧して未硬化ゲル溶液全体を硬化させた。その後、(株)ジーエス・ユアサコーポレーション製メタルハライドランプを用いて145mW/cmにて30秒(照射エネルギー量:1,200mJ/cm)のUV光を照射し、相互貫入型ゲルを得た。該相互貫入型ゲルは当該条件でも十分に硬化し、強靭なゲルであった。得られた相互貫入型ゲルを用いて、機械的強度の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 2]
The uncured gel solution prepared in Example 1 was placed in a tray so as to have a thickness of 2 mm, and an aqueous calcium chloride solution (1 g calcium chloride / 100 mL of water) was sprayed from the upper surface of the uncured gel solution layer in the tray. The entire cured gel solution was cured. Then, using a metal halide lamp manufactured by GS Yuasa Corporation, UV light was irradiated at 145 mW / cm 2 for 30 seconds (irradiation energy amount: 1,200 mJ / cm 2 ) to obtain a mutual penetration type gel. The mutual penetration type gel was sufficiently cured even under the conditions and was a tough gel. The obtained mutual intrusive gel was used to evaluate the mechanical strength. The results are shown in Table 2.

[実施例3]
実施例1において、MA-PVA117(1.2)に代えてMA-PVA117(0.6)を使用した以外は実施例1と同様の方法により、相互貫入型ゲルを得た。該相互貫入型ゲルは当該条件でも十分に硬化し、強靭なゲルであった。得られた相互貫入型ゲルを用いて、機械的強度の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 3]
In Example 1, a mutual penetration type gel was obtained by the same method as in Example 1 except that MA-PVA117 (0.6) was used instead of MA-PVA117 (1.2). The mutual penetration type gel was sufficiently cured even under the conditions and was a tough gel. The obtained mutual intrusive gel was used to evaluate the mechanical strength. The results are shown in Table 2.

[実施例4]
実施例1において、MA-PVA117(1.2)に代えてMA-PVA117(0.3)を使用した以外は実施例1と同様の方法により、相互貫入型ゲルを得た。該相互貫入型ゲルは当該条件でも十分に硬化し、強靭なゲルであった。得られた相互貫入型ゲルを用いて、機械的強度の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 4]
In Example 1, a mutual penetration type gel was obtained by the same method as in Example 1 except that MA-PVA117 (0.3) was used instead of MA-PVA117 (1.2). The mutual penetration type gel was sufficiently cured even under the conditions and was a tough gel. The obtained mutual intrusive gel was used to evaluate the mechanical strength. The results are shown in Table 2.

[実施例5]
実施例1において、アルギン酸ナトリウム(NSPMR)に代えてアルギン酸ナトリウム(NSPLLR)を使用した以外は実施例1と同様の方法により、相互貫入型ゲルを得た。該相互貫入型ゲルは当該条件でも十分に硬化し、強靭なゲルであった。得られた相互貫入型ゲルを用いて、機械的強度の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 5]
In Example 1, a mutual intrusive gel was obtained by the same method as in Example 1 except that sodium alginate (NSPLLR) was used instead of sodium alginate (NSPMR). The mutual penetration type gel was sufficiently cured even under the conditions and was a tough gel. The obtained mutual intrusive gel was used to evaluate the mechanical strength. The results are shown in Table 2.

[実施例6]
PVA(1’)として10gのMA-PVA117(1.2)に90mLのイオン交換水を加えて80℃にて4時間撹拌しながら溶解した。室温まで冷却後、このMA-PVA水溶液に2gのアルギン酸ナトリウム(NSPLLR)を加えて室温で3時間撹拌した。アルギン酸を含むMA-PVA水溶液に対してIRGACURE2959を0.1質量%となるように加えて溶解し、未硬化ゲル溶液を調製した。この溶液を実施例1と同じ条件で硬化させて、相互貫入型ゲルを得た。該相互貫入型ゲルは当該条件でも十分に硬化し、強靭なゲルであった。得られた相互貫入型ゲルを用いて、機械的強度の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 6]
90 mL of ion-exchanged water was added to 10 g of MA-PVA117 (1.2) as PVA (1'), and the mixture was dissolved at 80 ° C. with stirring for 4 hours. After cooling to room temperature, 2 g of sodium alginate (NSPLLR) was added to this MA-PVA aqueous solution, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. IRGACURE2959 was added in an amount of 0.1% by mass to an aqueous solution of MA-PVA containing alginic acid and dissolved to prepare an uncured gel solution. This solution was cured under the same conditions as in Example 1 to obtain a mutual intrusive gel. The mutual penetration type gel was sufficiently cured even under the conditions and was a tough gel. The obtained mutual intrusive gel was used to evaluate the mechanical strength. The results are shown in Table 2.

[実施例7]
PVA(1’)として10gのNor-PVA117(1.3)に90mLのイオン交換水を加えて80℃にて4時間撹拌しながら溶解した。室温まで冷却後、このNor-PVA水溶液に1gのアルギン酸ナトリウム(NSPMR)を加えて室温で3時間撹拌した。さらにポリチオールとして3,6-ジオキサ-1,8-オクタンジチオールを0.48g加えて撹拌した。この溶液に対してIRGACURE2959を0.1質量%となるように加えて溶解し、未硬化ゲル溶液を調製した。この溶液を実施例1と同じ条件で硬化させて、相互貫入型ゲルを得た。該相互貫入型ゲルは当該条件でも十分に硬化し、強靭なゲルを得た。得られた相互貫入型ゲルを用いて、機械的強度の評価を行った。結果を表2に示す。
[Example 7]
90 mL of ion-exchanged water was added to 10 g of Nor-PVA117 (1.3) as PVA (1'), and the mixture was dissolved at 80 ° C. with stirring for 4 hours. After cooling to room temperature, 1 g of sodium alginate (NSPMR) was added to this Nor-PVA aqueous solution, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. Further, 0.48 g of 3,6-dioxa-1,8-octanedithiol as polythiol was added and stirred. IRGACURE2959 was added to this solution in an amount of 0.1% by mass and dissolved to prepare an uncured gel solution. This solution was cured under the same conditions as in Example 1 to obtain a mutual intrusive gel. The mutual penetration type gel was sufficiently cured even under the conditions, and a tough gel was obtained. The obtained mutual intrusive gel was used to evaluate the mechanical strength. The results are shown in Table 2.

[比較例1]
PVA(1’)として10gのMA-PVA117(1.2)に90mLのイオン交換水を加えて80℃にて4時間撹拌しながら溶解した。室温まで冷却後、これにIRGACURE2959を0.1質量%となるように加えて溶解し、未硬化ゲル溶液を調製した。この溶液を実施例1と同じ条件にて硬化させ、ゲルを得た。該ゲルは、アルギン酸ナトリウムを含まない未硬化ゲル溶液を硬化させて得られたため、金属イオンによる架橋により形成される第2のポリマーネットワークは含有しない。得られたゲルを用いて、機械的強度の評価を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Example 1]
90 mL of ion-exchanged water was added to 10 g of MA-PVA117 (1.2) as PVA (1'), and the mixture was dissolved at 80 ° C. with stirring for 4 hours. After cooling to room temperature, IRGACURE2959 was added to this in an amount of 0.1% by mass and dissolved to prepare an uncured gel solution. This solution was cured under the same conditions as in Example 1 to obtain a gel. Since the gel was obtained by curing an uncured gel solution containing no sodium alginate, it does not contain a second polymer network formed by cross-linking with metal ions. The obtained gel was used to evaluate the mechanical strength. The results are shown in Table 2.

[比較例2]
比較例1において、MA-PVA117(0.6)を使用した以外は比較例1と同様にしてゲルを得た。
[Comparative Example 2]
In Comparative Example 1, a gel was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that MA-PVA117 (0.6) was used.

[比較例3]
比較例1において、MA-PVA117(0.3)を使用した以外は比較例1と同様にしてゲルを得た。
[Comparative Example 3]
In Comparative Example 1, a gel was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that MA-PVA117 (0.3) was used.

[比較例4]
14gのアクリルアミド(AAm)を86mLのイオン交換水に対し、架橋剤としてAAmに対して0.06質量%のN,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAA)と、1.7gのアルギン酸ナトリウム(NSPMR)を加えて室温で撹拌し溶解した。この溶液に対してIRGACURE2959を0.1質量%となるように加えて溶解し、未硬化ゲル溶液を調製した。この溶液を実施例1と同じ条件で硬化させたが、ゲルが得られなかった。そのため、機械的強度の評価は行なわなかった。
[Comparative Example 4]
14 g of acrylamide (AAm) to 86 mL of ion-exchanged water, 0.06 mass% of N, N'-methylenebisacrylamide (MBAA) and 1.7 g of sodium alginate (NSPMR) as a cross-linking agent. Was added and stirred at room temperature to dissolve. IRGACURE2959 was added to this solution in an amount of 0.1% by mass and dissolved to prepare an uncured gel solution. This solution was cured under the same conditions as in Example 1, but no gel was obtained. Therefore, the mechanical strength was not evaluated.

[比較例5]
14gのアクリルアミド(AAm)を86mLのイオン交換水に対し、架橋剤としてAAmに対して0.06質量%のN,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAA)と、1.7gのアルギン酸ナトリウム(NSPMR)を加えて室温で撹拌し溶解した。さらにポリチオールとして3,6-ジオキサ-1,8-オクタンジチオールを0.48g加えて撹拌した。この溶液に対してIRGACURE2959を0.1質量%となるように加えて溶解し、未硬化ゲル溶液を調製した。この溶液を実施例1と同様に硬化させ、ゲルを得た。得られたゲルを用いて、機械的強度の評価を行った。結果を表2に示す。
[Comparative Example 5]
14 g of acrylamide (AAm) to 86 mL of ion-exchanged water, 0.06 mass% of N, N'-methylenebisacrylamide (MBAA) and 1.7 g of sodium alginate (NSPMR) as a cross-linking agent. Was added and stirred at room temperature to dissolve. Further, 0.48 g of 3,6-dioxa-1,8-octanedithiol as polythiol was added and stirred. IRGACURE2959 was added to this solution in an amount of 0.1% by mass and dissolved to prepare an uncured gel solution. This solution was cured in the same manner as in Example 1 to obtain a gel. The obtained gel was used to evaluate the mechanical strength. The results are shown in Table 2.

[比較例6]
特許文献7を参考に相互貫入型ゲルを以下のように作製した。
1mol/Lの2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸(AMPS)、0.04mol/LのN,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAA)、及び光ラジカル重合開始剤として0.001mol/Lのα-ケトグルタル酸を含む水溶液100mLにUV光を7時間照射して重合を行い、架橋度4mol%のポリAMPSゲル(PAMPSゲル)を得た。得られたPAMPSゲルを熱乾燥機に1日入れて乾燥させ、乳鉢に入れて粉砕することでPAMPSゲルの微粒子を得た。
一方、1mol/LのN,N-ジメチルアクリルアミド(DAAm)と、架橋剤としてDAAmに対して0.01mol%のMBAAと、モノマー溶液に対して0.1質量%のIRGACURE2959とを含むモノマー溶液を調製した。
前記PAMPSゲルの微粒子と前記モノマー溶液との質量比(PAMPSゲルの微粒子:モノマー溶液)が1:30となるような量で、前記モノマー溶液に、前記PAMPSゲルの微粒子を投入した。この溶液を実施例1と同じUV光の照射条件で硬化させたが、強靭なゲルが得られなかった。そのため、機械的強度の評価は行なわなかった。
[Comparative Example 6]
A mutual penetration type gel was prepared as follows with reference to Patent Document 7.
1 mol / L 2-acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid (AMPS), 0.04 mol / L N, N'-methylenebisacrylamide (MBAA), and 0.001 mol / L α as a photoradical polymerization initiator. -Polymerization was carried out by irradiating 100 mL of an aqueous solution containing ketoglutaric acid with UV light for 7 hours to obtain a polyAMPS gel (PAMPS gel) having a degree of cross-linking of 4 mol%. The obtained PAMPS gel was placed in a heat dryer for one day to dry, and then placed in a mortar and pulverized to obtain fine particles of PAMPS gel.
On the other hand, a monomer solution containing 1 mol / L of N, N-dimethylacrylamide (DAAm), MBAA of 0.01 mol% with respect to DAAm as a cross-linking agent, and IRGACURE2959 of 0.1% by mass with respect to the monomer solution. Prepared.
The fine particles of the PAMPS gel were added to the monomer solution in an amount such that the mass ratio of the fine particles of the PAMPS gel to the monomer solution (fine particles of the PAMPS gel: monomer solution) was 1:30. This solution was cured under the same UV light irradiation conditions as in Example 1, but a tough gel was not obtained. Therefore, the mechanical strength was not evaluated.

[ゲルの機械的強度の評価]
実施例1~7で得られた相互貫入型ゲル及び比較例1~3及び5で得られたゲルの機械的強度を次の手順により引張試験を行い、初期弾性率、引張強度及び破断歪みを測定した。
特開2015-004059号公報に記載された方法に従って、JIS K-6251-3規格のダンベルカッターを用いて、2mm厚で作成した各ゲルシートから試験片を切り出した。食紅を使用して試験片に標点を2つ付け、ノギスでその標点間距離を測定した。マイクロメータを使用して、試験片の幅と厚みを測定した。イーストン社製引張試験機(5566型)に試験片をセットして、画像データを取得しながら試験を行った。得られた画像データから、応力と歪みの相関図を作成し、初期弾性率、引張強度及び破断歪みの数値を得た。結果を表2に示す。
[Evaluation of mechanical strength of gel]
The mechanical strengths of the mutual penetration type gels obtained in Examples 1 to 7 and the gels obtained in Comparative Examples 1 to 3 and 5 were subjected to a tensile test according to the following procedure to determine the initial elastic modulus, tensile strength and breaking strain. It was measured.
A test piece was cut out from each gel sheet prepared to have a thickness of 2 mm using a dumbbell cutter of JIS K-6251-3 standard according to the method described in JP-A-2015-004059. Two gauge points were attached to the test piece using food coloring, and the distance between the gauge points was measured with a caliper. The width and thickness of the test piece were measured using a micrometer. The test piece was set on an Easton tensile tester (type 5566), and the test was conducted while acquiring image data. From the obtained image data, a correlation diagram between stress and strain was created, and numerical values of initial elastic modulus, tensile strength and breaking strain were obtained. The results are shown in Table 2.

Figure 0007014485000002

表2中の各表記は以下のとおりである。
*1:工程Aは第1ポリマーネットワークを形成する工程であり、工程Bは第2ポリマーネットワークを形成する工程である。
*2:重合性単量体としてアクリルアミド類と、架橋剤としてN,N’-メチレンビスアクリルアミド(MBAA)を用いて第1のポリマーネットワークを形成した。
*3:特許文献7を参考に相互貫入型ゲルを作製した。
*4:全体が硬化していない(ゲルとして取り扱えない)ため機械的強度の評価を行わなかった。
Figure 0007014485000002

Each notation in Table 2 is as follows.
* 1: Step A is a step of forming the first polymer network, and step B is a step of forming the second polymer network.
* 2: A first polymer network was formed using acrylamides as a polymerizable monomer and N, N'-methylenebisacrylamide (MBAA) as a cross-linking agent.
* 3: A mutual penetration type gel was prepared with reference to Patent Document 7.
* 4: The mechanical strength was not evaluated because the whole was not cured (it cannot be handled as a gel).

表2より、実施例1~7は、比較例1~6と比べて初期弾性率及び引張強度が高く、機械的強度に優れることが分かる。
比較例1~3は、いずれも相互貫入型ゲルを形成していないため、実施例1~7と比べて初期弾性率及び引張強度が低く、機械的強度が劣る。
比較例4~5は、重合性単量体を重合してゲルの形成を試みた。しかしながら、刺激硬化性のPVAマクロマーを用いていないため、硬化が不十分であり、また、硬化したとしても、実施例1~7と比べて初期弾性率及び引張強度が低く、機械的強度が劣る。
比較例6は、モノマーを重合するため硬化性に劣り、実施例1と同じUV光の照射条件では硬化が不十分であった。
From Table 2, it can be seen that Examples 1 to 7 have higher initial elastic moduli and tensile strength than Comparative Examples 1 to 6, and are excellent in mechanical strength.
Since none of Comparative Examples 1 to 3 formed a mutual penetration type gel, the initial elastic modulus and tensile strength were lower than those of Examples 1 to 7, and the mechanical strength was inferior.
In Comparative Examples 4 to 5, an attempt was made to form a gel by polymerizing a polymerizable monomer. However, since the stimulus-curable PVA macromer is not used, the curing is insufficient, and even if the curing is performed, the initial elastic modulus and the tensile strength are lower than those of Examples 1 to 7, and the mechanical strength is inferior. ..
Comparative Example 6 was inferior in curability because the monomer was polymerized, and the curing was insufficient under the same UV light irradiation conditions as in Example 1.

本発明によれば、刺激硬化性と安全性に優れ、機械的強度が高いため、例えばオンデマンドで成形する3Dプリンター用の硬化性材料;医療モデル;紙おむつ、生理用品等の衛生用品;コンタクトレンズ、創傷被覆材等の体外で使用する医療機器;衝撃吸収材料;制振又は防音材料;医療機器の表面コーティング;人工臓器等のより高度な医療機器;現場施工が必要な土壌改良材等の土木又は建築用材料;保水材料等の農業用資材などの様々な分野で好適に用いることができる。 According to the present invention, since it is excellent in stimulus curability and safety and has high mechanical strength, for example, a curable material for a 3D printer to be molded on demand; a medical model; a sanitary product such as a paper diaper and a sanitary product; a contact lens. , Medical equipment used outside the body such as wound dressing; Shock absorbing material; Anti-vibration or soundproofing material; Surface coating of medical equipment; More advanced medical equipment such as artificial organs; Civil engineering such as soil improvement materials that require on-site construction Alternatively, it can be suitably used in various fields such as building materials; agricultural materials such as water retention materials.

Claims (4)

第1のポリマーネットワーク及び第2のポリマーネットワークを含有するポリビニルアルコール系相互貫入型ゲルであって、
第1のポリマーネットワークが、ラジカル重合性基を有するポリビニルアルコール(1’)を架橋してなるポリビニルアルコール架橋体(1)であり、
第2のポリマーネットワークが、カルボキシル基を有する水溶性ポリマー(2’)を金属イオンにより架橋してなる水溶性ポリマー架橋体(2)であり、
前記ラジカル重合性基が、ビニル基、(メタ)アクリロイルオキシ基、ビニルフェニル基、ノルボルネニル基及びこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種であり、
前記ラジカル重合性基の導入率が、前記ポリビニルアルコール(1’)の繰り返し単位に対して0.01~10mol%である、ポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル。
A polyvinyl alcohol-based interpenetrating gel containing a first polymer network and a second polymer network.
The first polymer network is a polyvinyl alcohol crosslinked product (1) formed by cross-linking polyvinyl alcohol (1') having a radically polymerizable group.
The second polymer network is a water-soluble polymer crosslinked body (2) formed by cross-linking a water-soluble polymer (2') having a carboxyl group with metal ions.
The radically polymerizable group is at least one selected from the group consisting of a vinyl group, a (meth) acryloyloxy group, a vinylphenyl group, a norbornenyl group and derivatives thereof .
A polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel in which the introduction rate of the radically polymerizable group is 0.01 to 10 mol% with respect to the repeating unit of the polyvinyl alcohol (1') .
前記ラジカル重合性基の導入率が、前記ポリビニルアルコール(1’)の繰り返し単位に対して0.1~10mol%である、請求項1に記載のポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル。 The polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel according to claim 1, wherein the introduction rate of the radically polymerizable group is 0.1 to 10 mol% with respect to the repeating unit of the polyvinyl alcohol (1'). 前記水溶性ポリマー(2’)がアルギン酸、カルボキシメチルセルロース、LMペクチン、カルボキシメチルデンプン及びこれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載のポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル。 The polyvinyl alcohol-based mutual penetration according to claim 1 or 2, wherein the water-soluble polymer (2') is at least one selected from the group consisting of alginic acid, carboxymethyl cellulose, LM pectin, carboxymethyl starch and derivatives thereof. Mold gel. 第1のポリマーネットワークと第2のポリマーネットワークとの質量比〔第1のポリマーネットワーク/第2のポリマーネットワーク〕の値が、相互貫入型ゲル中、1000~0.01である、請求項1~3のいずれかに記載のポリビニルアルコール系相互貫入型ゲル。 Claims 1 to 0.01, wherein the value of the mass ratio [first polymer network / second polymer network] between the first polymer network and the second polymer network is 1000 to 0.01 in the interpenetrating gel. The polyvinyl alcohol-based mutual penetration type gel according to any one of 3.
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