JP7157384B2 - 吸水性ヒドロゲルおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
一方、特許文献1に開示された乾燥ゲルも吸水性はあるが、ゲル強度及び吸水速度の点で改善の余地があった。
第2観点として、前記吸水性高分子(D)が架橋型ポリアクリル酸塩及び架橋型ポリビニルスルホン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種である、第1観点に記載のヒドロゲルに関する。
第3観点として、さらに補強材(E)を含む、第1観点又は第2観点に記載のヒドロゲルに関する。
第4観点として、前記補強材(E)が繊維である、第3観点に記載のヒドロゲルに関する。
第5観点として、前記繊維がパルプ、セルロース繊維、レーヨン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、アセテート繊維及びガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種である、第4観点に記載のヒドロゲルに関する。
第6観点として、前記水溶性有機高分子(A)が重量平均分子量100万乃至1000万の完全中和又は部分中和ポリアクリル酸塩である、第1観点乃至第5観点のいずれか一に記載のヒドロゲルに関する。
第7観点として、前記ケイ酸塩(B)がスメクタイト、ベントナイト、バーミキュライト及び雲母からなる群より選ばれる少なくとも1種の水膨潤性ケイ酸塩粒子である、第1観点乃至第6観点のいずれか一に記載のヒドロゲルに関する。
第8観点として、前記分散剤(C)がオルトリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、ピロリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、トリポリリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、テトラリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、ヘキサメタリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、ポリリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、エチドロン酸の完全中和塩又は部分中和塩、ポリ(メタ)アクリル酸ナトリウム、ポリ(メタ)アクリル酸アンモニウム、アクリル酸ナトリウム/マレイン酸ナトリウム共重合体、アクリル酸アンモニウム/マレイン酸アンモニウム共重合体、水酸化ナトリウム、ヒドロキシルアミン、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、フミン酸ナトリウム及びリグニンスルホン酸ナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、第1観点乃至第7観点のいずれか一に記載のヒドロゲルに関する。
第9観点として、水溶性有機溶媒(F)をさらに含む、第1観点乃至第8観点のいずれか一に記載のヒドロゲルに関する。
第10観点として、前記水溶性有機溶媒(F)が不揮発性水溶性有機溶媒である、第9観点に記載のヒドロゲルに関する。
第11観点として、前記不揮発性水溶性有機溶媒がグリセリン、ジグリセリン、エチレングリコール及び1,3-ブチレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも1種である、第10観点に記載のヒドロゲルに関する。
第12観点として、ヒドロゲル中の溶媒の含有率が50質量%以上である、第1観点乃至第11観点のいずれか一に記載のヒドロゲルに関する。
第13観点として、請求項1乃至請求項12のいずれか一に記載のヒドロゲルの吸水度が吸水前後のヒドロゲルの質量比で2倍以上である、吸水性ヒドロゲルに関する。
第15観点として、ゲル中の溶媒の含有率が50質量%未満である、第14観点に記載の乾燥ゲルに関する。
第17観点として、さらに補強材(E)を含む、第16観点に記載のシート状ゲルに関する。
第19観点として、(b1)前記ヒドロゲル中の溶媒の一部を脱溶媒する脱溶媒工程をさらに含む、第18観点に記載のヒドロゲルの製造方法に関する。
該ゲル中の溶媒の含有率が50質量%以上であるとき、(b2)該ゲル中の溶媒の一部又は全量を脱溶媒して、ゲル中の溶媒の含有率を50質量%未満とする脱溶媒工程を含む、乾燥ゲルの製造方法に関する。
該ゲル中の溶媒の含有率が50質量%以上であるとき、(b3)該ゲル中の溶媒の一部又は全量を脱溶媒して、ゲル中の溶媒の含有率を50質量%未満とする脱溶媒工程を含む、シート状ゲルの製造方法に関する。
本発明のヒドロゲルは、水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)及び吸水性高分子(D)並びに所望により補強材(E)及び/又は水溶性有機溶媒(F)を含むが、これらの成分の他に、本発明の所期の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、他の成分を任意に配合してもよい。
本発明の成分(A)は水溶性有機高分子であって、好ましくは有機酸構造、有機酸塩構造又は有機酸アニオン構造を有する水溶性有機高分子である。該有機酸構造、有機酸塩構造又は有機酸アニオン構造を有する水溶性有機高分子は、有機高分子の側鎖として、複数のカルボキシル基、スルホニル基、及びホスホニル基等の有機酸基、有機酸基の塩構造又はアニオン構造を有し、水に自由に溶解する高分子である。
なお、本発明では、(メタ)アクリル酸とは、アクリル酸とメタクリル酸の両方をいう。
また、市販品で入手できる水溶性有機高分子(A)の重量平均分子量は、市販品に記載されている重量平均分子量として、好ましくは100万乃至1000万であり、より好ましくは200万乃至700万である。
本発明の成分(B)はケイ酸塩であって、好ましくは水膨潤性ケイ酸塩粒子である。
ケイ酸塩(B)としては、例えば、スメクタイト、ベントナイト、バーミキュライト、及び雲母等の水膨潤性ケイ酸塩粒子が挙げられ、水又は含水溶媒を分散媒としたコロイドを形成するものが好ましい。なお、スメクタイトとは、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、スチーブンサイト等の膨潤性を有する粘土鉱物の総称である。
本発明の成分(C)は上記ケイ酸塩(B)の分散剤であって、好ましくは水膨潤性ケイ酸塩粒子の分散剤である。
ケイ酸塩の分散剤(C)として、ケイ酸塩の分散性の向上や、層状ケイ酸塩を層剥離させる目的で使用される分散剤又は解膠剤を使用することができ、例えば、リン酸塩系分散剤、カルボン酸塩系分散剤、アルカリとして作用するもの、多価カチオンと反応し不溶性塩又は錯塩を形成するもの及び有機解膠剤等を使用することができる。
その中でも、リン酸塩系分散剤、カルボン酸塩系分散剤及びその他の有機解膠剤が好ましく、ピロリン酸ナトリウム、エチドロン酸ナトリウム、重量平均分子量500乃至2万の低重合ポリアクリル酸ナトリウム及び重量平均分子量500乃至2万のポリエチレングリコール(PEG900等)がより好ましく、重量平均分子量500乃至2万の低重合ポリアクリル酸ナトリウムが最も好ましい。
なお、上記成分(B)として分散剤を含有するケイ酸塩を使用する場合は、成分(C)の分散剤はさらに添加しても、添加しなくてもよい。
本発明の成分(D)は吸水性高分子であって、好ましくは架橋型ポリカルボン酸塩構造又は架橋型ポリビニルスルホン酸塩構造を有する吸水性高分子であり、より好ましくは架橋型ポリカルボン酸塩構造を有する吸水性高分子である。
吸水性高分子(D)としては、架橋型ポリアクリル酸ナトリウム、架橋型ポリビニルスルホン酸ナトリウム、及びアクリル酸ナトリウムとビニルスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸ナトリウム又はビニルホスホン酸ナトリウムとから成る架橋型共重合体等が挙げられる。その中でも、架橋型ポリアクリル酸塩及び架橋型ポリビニルスルホン酸塩が好ましく、架橋型ポリアクリル酸ナトリウムがより好ましい。
また、前記架橋型ポリアクリル酸ナトリウムとしては、好ましくは粉末状あるいは粒状物が挙げられ、好ましくは0.01乃至5mmの粒径の粒状物、より好ましくは0.1乃至1mmの粒状物である。
吸水性高分子(D)が過剰量であると、水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、及び分散剤(C)の量が相対的に減ることにより、本発明のヒドロゲルの強度が低下するおそれがある。また、吸水性高分子(D)自体の吸水力が高いため、本発明のヒドロゲルの製造の際、溶媒の水を吸収してしまい、各成分の混合が困難になるおそれがある。
本発明のヒドロゲルは、成分(E)として補強材を含有することができる。
本発明では、補強材を用いることにより、シート状に加工した際の形状安定性や形状保持性をより向上させることができ、またゲル特有の伸縮性や吸着性を抑えつつ、柔軟性と吸水性能を維持することができる。
補強材(E)としては、例えば、繊維などが挙げられ、該繊維としては、例えば、パルプ、セルロース繊維、レーヨン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、アセテート繊維及びガラス繊維等が挙げられる。その中でも、セルロース濾紙が好ましい。
補強材(E)は一種単独で、又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明のヒドロゲルは、成分(F)として水溶性有機溶媒を含有することができる。
前記水溶性有機溶媒(F)としては不揮発性水溶性有機溶媒が好ましい。
前記不揮発性水溶性有機溶媒としては、例えば、グリセリン、ジグリセリン、エチレングリコール及び1,3-ブチレングリコール等が挙げられ、好ましくはグリセリン及びジグリセリンである。
また本発明のヒドロゲルは、さらに揮発性水溶性有機溶媒を含有してもよい。揮発性水溶性有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール及びアセトン等が挙げられる。
本発明では、水溶性有機溶媒は一種単独で、又は二種以上を混合して用いてもよい。
本発明のヒドロゲルは、本発明の効果を損なわない限りにおいて、必要に応じて、ゲルを構成する上で吸水機能や強度、加工性などに関して補助的な役割を示す界面活性剤、水溶性高分子、防腐剤等を添加剤として含有することができる。
前記界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤及びノニオン系界面活性剤が挙げられ、好ましくはアニオン系界面活性剤であり、より好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムである。
前記水溶性高分子としては、上記水溶性有機高分子(A)以外の水溶性高分子であって、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリビニルアルコール及びポリ(メタ)アクリルアミド等が挙げられる。
前記防腐剤として好ましいのは、フェノキシエタノール及び1,3-ブチレングリコールである。
本発明の吸水性ヒドロゲルは、水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)及び吸水性高分子(D)を含んでなり、ヒドロゲルの吸水度が吸水前後のヒドロゲルの質量比で2倍以上であるヒドロゲルである。
本発明の吸水性ヒドロゲルは、吸水性をより発現する観点から、吸水度は好ましくは吸水前後のヒドロゲルの質量比で3倍乃至1000倍であり、より好ましくは吸水前後のヒドロゲルの質量比で5倍乃至1000倍であり、最も好ましくは吸水前後のヒドロゲルの質量比で5倍乃至500倍である。
なお、成分(A)乃至成分(F)及び添加剤については、上記の[ヒドロゲル]で記載したとおりである。
本発明のヒドロゲルは、該ヒドロゲル中の溶媒の一部又は全量を脱溶媒することで、乾燥ゲルとすることができる。乾燥ゲルも本発明の対象である。
本発明において、乾燥ゲルは、該ゲル中の溶媒の含有率が50質量%未満であり、具体的には、0質量%乃至49質量%であり、好ましくは0質量%乃至30質量%であり、より好ましくは0質量%乃至20質量%である。なお、本発明の乾燥ゲルには、ゲル中に溶媒を全く含まないものも含まれる。
乾燥する際の温度は好ましくは-100℃乃至200℃であり、より好ましくは-78℃乃至100℃である。
また、乾燥は常圧の他、減圧下で行うことも可能で、その圧力は0.1kPa乃至100kPaであり、好ましくは1kPa乃至100kPaである。
本発明のシート状ゲルは、上記の水溶性有機高分子(A)、上記のケイ酸塩(B)、上記の該ケイ酸塩の分散剤(C)及び上記の吸水性高分子(D)を含む。本発明のシート状ゲルはその強度を向上させるために、さらに上記の補強材(E)を含むことが好ましい。
本発明のシート状ゲルは、切り取りや折り曲げなどの加工がし易いシート状(平板状)のゲルである。本発明のシート状ゲルは、形状加工がし易いため、例えば凹凸状や蛇腹状に加工することで、単位体積当たりに充填するゲル量を上げることができる。
シート状であるとは、実施例5に記載のように、シート作製後、折りたたんだ後でも、折り目で切断されることなく、シート状の形状を維持、尚且つ折り目が残り、加工形状を維持することを言う。
本発明のシート状ゲルは、後述の引張り破断応力測定にて、破断歪率(%)が100%以下、好ましくは80%以下、より好ましくは60%以下、さらに好ましくは40%以下、最も好ましくは20%以下である。
本発明のシート状ゲル中の溶媒の含有率は、上記乾燥ゲルと同一である。
本発明のヒドロゲルの製造方法としては、水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)及び吸水性高分子(D)並びに所望により補強材(E)、水及び水溶性有機溶媒(F)からなる群から選ばれる1種又は2種以上の溶媒、その他の添加剤の各成分を混合する方法であれば特に限定されないが、例えば、水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)及び吸水性高分子(D)を所定の割合で混合し、所望により補強材(E)、水及び水溶性有機溶媒(F)からなる群から選ばれる1種又は2種以上の溶媒、添加剤をさらに添加して混合する方法、又は水溶性有機高分子(A)の水溶液と、ケイ酸塩(B)及び該ケイ酸塩の分散剤(C)の水分散液をあらかじめ調製し、水溶性有機高分子(A)の水溶液に吸水性高分子(D)、所望により補強材(E)及び添加剤とを添加した後に、ケイ酸塩(B)及び該ケイ酸塩の分散剤(C)の水分散液を混合し、場合により、混合する際に、1種又は2種以上の水溶性有機溶媒をさらに添加して混合する方法などが挙げられる。
前記調製液(水溶液及び水分散液)を混合する際の温度は、水溶液又は水分散液の凝固点乃至沸点、好ましくは-5℃乃至100℃であり、より好ましくは0℃乃至50℃である。
前記含有率としては、50質量%乃至99質量%であり、好ましくは60質量%乃至98質量%であり、より好ましくは70質量%乃至95質量%である。
本発明の乾燥ゲルの製造方法は、
(a2)水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)、吸水性高分子(D)、並びに水及び水溶性有機溶媒(F)からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒を含んでなるゲルを形成する形成工程、及び
該ゲル中の溶媒の含有率が50質量%以上であるとき、(b2)該ゲル中の溶媒の一部又は全量を脱溶媒して、ゲル中の溶媒の含有率を50質量%未満とする脱溶媒工程を含む。
また、本発明の乾燥ゲルの製造方法において、形成工程(a2)で形成したゲル中の溶媒の含有率が50質量%未満であるときは、脱溶媒は必ずしも行う必要はないが、脱溶媒を行うことにより、得られる乾燥ゲルの吸水性、柔軟性、形状安定性及び形状保持性の程度を調整することができる。
なお、ゲルを形成する方法や脱溶媒する方法は、上記[ヒドロゲルの製造方法]に記載した通りである。
本発明のシート状ゲルの製造方法は、
(a3)水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)、吸水性高分子(D)、並びに水及び水溶性有機溶媒(F)からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒を含んでなるシート状ゲルを形成する形成工程、及び
該ゲル中の溶媒の含有率が50質量%以上であるとき、(b3)該ゲル中の溶媒の一部又は全量を脱溶媒して、ゲル中の溶媒の含有率を50質量%未満とする脱溶媒工程を含む。
前記含有率としては、0質量%乃至49質量%であり、好ましくは0質量%乃至30質量%であり、より好ましくは0質量%乃至20質量%である。
また、本発明のシート状ゲルの製造方法において、形成工程(a3)で形成したシート状ゲル中の溶媒の含有率が50質量%未満であるときは、脱溶媒は必ずしも行う必要はないが、脱溶媒を行うことにより、得られるシート状ゲルの吸水性、柔軟性、形状安定性及び形状保持性の程度を調整することができる。
なお、ゲルを形成する方法や脱溶媒する方法は、上記[ヒドロゲルの製造方法]に記載した通りである。
ゲル中の溶媒の含有率は、脱溶媒前のゲルでは、水と揮発性溶媒の添加量と、成分全体量から算出することができる。脱溶媒後のゲルの溶媒の含有率は、脱溶媒工程の前後のゲルの質量変化全てを水と揮発性溶媒の減少量とみなし、算出することができる。
なお、ゲル中の溶媒の好ましい含有率は、ヒドロゲルの場合は[ヒドロゲルの製造方法]
に記載した通りであり、乾燥ゲルでは[乾燥ゲルの製造方法]に記載した通りである。
ヒドロゲルの吸水度は、例えば、ヒドロゲルが水分を実質的に吸収しなくなるまで、ヒドロゲルを水中に浸して水分を吸収させ、吸水後のヒドロゲルの質量を吸水前のヒドロゲルの質量で割ることにより、吸水度を算出することができる。
なお、好ましい吸水度については[吸水性ヒドロゲル]に記載した通りである。
ゲルの吸水速度は、例えば、乾燥したゲル(ゲル中の溶媒の含有率は50質量%未満である)の小片を純水に浸漬し、時間毎にゲルの質量を測定することで、吸水速度を[浸水1時間毎のゲルの質量変化(g)/試験片の乾燥したゲルの質量(g)=乾燥ゲル1gの吸水量(g)/h]として算出することができる。
本発明のゲルの吸水速度は5g/h乃至50g/hであり、好ましくは15g/h乃至50g/hである。
ゲルの強度や延伸性は、例えば、引張り破断試験により破断までの応力と歪みを測定して求めることができる。
例えば、株式会社島津製作所製オートグラフAGS-X500Nを用いて引張り破断応力測定を行うことができる。測定方法は、厚さ1mmのシート状ゲルを幅10mm、長さ70mmに裁断し、両端10mmを治具で挟み、毎分10mmの速度で引張り、破断までの応力と歪率を測定する。
本発明のゲルの引張り破断応力測定による破断応力は、500kPa乃至10,000kPaであり、強度が要求される用途に関しては、下限値としては、500kPa、800kPa及び1,000kPaが挙げられ、上限値としては、2,000kPa、5,000kPa及び10,000kPaが挙げられる。その一例としては、500kPa乃至5,000kPa及び2,000kPa乃至10,000kPaである。
一方で、延伸性を示す引張り破断歪率は、0.1%乃至50%であり、低歪率が要求される用途に関しては、下限値としては、5%、10%及び20%が挙げられ、上限値としては、20%、30%及び50%が挙げられる。その一例としては、5%乃至20%及び10%乃至50%である。
低重合ポリアクリル酸ナトリウム35%水溶液(重量平均分子量15,000:シグマアルドリッチ社製)7部、グリセリン(純正化学株式会社製)10部、フェノキシエタノール(純正化学株式会社製)0.5部、水70.5部を混合し、均一な溶液になるまで25℃にて撹拌した。これに、ラポナイトXLG(BYKアディティブズ社製)6部を少しずつ加え、均一に分散した後にクエン酸(純正化学株式会社製)の10%水溶液3部を加えた。混合物を激しく撹拌しながら80℃まで昇温し、80℃で30分間撹拌を続けた後、氷水浴下25℃まで冷却しながら撹拌し、クエン酸(純正化学株式会社製)の10%水溶液3部を加えた後、1時間激しく撹拌し目的物を得た。
グリセリン(純正化学株式会社製)10部、クエン酸水素二ナトリウム・1.5水和物(純正化学株式会社製)1.5部、フェノキシエタノール(純正化学株式会社製)0.5部、水86部を混合し、均一な溶液になるまで25℃にて撹拌した。これを激しく撹拌しながら高重合ポリアクリル酸ナトリウム(ビスコメートNP-800:昭和電工株式会社製)2部を少しずつ加えた後、高重合ポリアクリル酸ナトリウムが完全に溶解するまで25℃で激しく撹拌を続け(約5時間)目的物を得た。
エチドロン酸二ナトリウム20%水溶液(キレストPH-212:キレスト株式会社製)7.5部、フェノキシエタノール(純正化学株式会社製)0.5部、水72部を混合し、均一な溶液になるまで25℃にて撹拌した。これに、ラポナイトXLG(BYKアディティブズ社製)20部を少しずつ加えた。混合物を激しく撹拌しながら80℃まで昇温し、80℃で30分間撹拌を続けた後、氷水浴下25℃まで冷却し、目的物を得た。
水98部を激しく撹拌しながら高重合ポリアクリル酸ナトリウム(アロンビスMX:東亞合成株式会社製、重量平均分子量200万乃至300万)2部を少しずつ加えた後、完全に溶解するまで25℃で激しく撹拌を続け(約5時間)目的物を得た。
製造例1で製造した6%ラポナイトXLG水分散液20mL、水20mLを加え、25℃で10分間撹拌した。これに、製造例2で製造した2%ポリアクリル酸ナトリウム水溶液20mLを加え、25℃で1分間激しく撹拌した。混合物を直径12cmのシャーレに均一に流し込み、蓋をせず室温で72時間乾燥し、目的物を得た。目的物における溶媒の含有率は、乾燥前は94質量%であり、乾燥後は27質量%であった。
製造例4で製造した2%ポリアクリル酸ナトリウム水溶液48.2部、水48.2部、グリセリン1.2部を加え、均一になるまで激しく撹拌した。これを氷冷下で冷却し、製造例3で製造した20%ラポナイトXLG水分散液2.4部を加え1分間激しく撹拌した。これをステンレスバットに流し込み、80℃のオーブンで15時間乾燥し、目的物を得た。目的物における溶媒の含有率は、乾燥前は97質量%であり、乾燥後は22質量%であった。
製造例1で製造した6%ラポナイトXLG水分散液20mL、アクアリックCA0.5g(株式会社日本触媒製)、ポリビニルアルコール(クラレポバールPVA217:株式会社クラレ製)0.5g、水20mLを加え、25℃で10分間撹拌した。これに、製造例2で製造した2%ポリアクリル酸ナトリウム水溶液20mLを加え、25℃で1分間激しく撹拌した。混合物を直径12cmのシャーレに均一に流し込み、蓋をせず室温で72時間乾燥し、目的物を得た。目的物における溶媒の含有率は、乾燥前は96質量%であり、乾燥後は28質量%であった。
補強材(セルロース濾紙を破砕して使用)1.5部に水50部とグリセリン1.2部を加え、撹拌しながら補強材を分散させた。これに、製造例2で製造した2%ポリアクリル酸ナトリウム水溶液44.2部、アクアリックCA(日本触媒株式会社製)0.4部を順次加え、均一になるまで激しく撹拌した。これを氷冷下で冷却し、製造例3で製造した20%ラポナイトXLG水分散液2.2部、次いで界面活性剤(テイカパワーBN2060:テイカ株式会社製)0.5部を加え1分間激しく撹拌した。これをステンレスバットに流し込み、80℃のオーブンで15時間乾燥し、目的物を得た。目的物における溶媒の含有率は、乾燥前は95質量%であり、乾燥後は22質量%であった。
比較例1および実施例1で各々製造したシート状ゲル1及び3約1gを純水1リットルに浸し、所定時間ごとにゲル質量を測定した。吸水によるゲルの質量変化及び時間毎の吸水速度を表1に示す。
比較例2および実施例2で各々製造した1mm厚のシート状ゲルを使用して引張り破断試験を行った。試験方法は、株式会社島津製作所製オートグラフAGS-X500Nを用いて、1mm厚のシート状ゲルを幅10mm、長さ70mmに裁断し、両端10mmを治具で挟み、毎分10mmの速度で引張り、破断までの応力と歪率を測定した。比較例2および実施例2のシート状ゲルそれぞれの破断応力及び破断歪率を表2に示す。測定結果は3回測定の平均値を算出した。
比較例2および実施例2で各々製造した1mm厚のシート状ゲル(図1の左側が比較例2のシート状ゲル、右側が実施例2のシート状ゲル:図2、図3も同様)を蛇腹状に折り畳み、両端をクリップで10分間固定した(図2)。10分後片方のクリップをはずし、シート状ゲルの折り曲げ状態を比較した(図3)。
図3において、右側の実施例2のシート状ゲルでは折り目がしっかり残るが、左側の比較例2のシート状ゲルでは折り目が付かず、徐々に広がってしまった。
よって、実施例2のシート状ゲルは蛇腹状に折り畳んでも割れない程度の柔軟性を有する一方、蛇腹状の形状を概ね保持する性質(形状保持性)を有することを示した。
例えば、創傷被覆材、ハップ剤、止血材等の外用薬基材、外科用シーラント材料、再生医療用足場材料、人工角膜、人工水晶体、人工硝子体、人工皮膚、人工関節、人工軟骨、豊胸用材料等のインプラント材料、並びにソフトコンタクトレンズ用材料等の医療材料、組織培養又は微生物培養等の培地材料、パック用シート等の化粧品素材、子供用・成人用オムツやサニタリーナプキン等のサニタリー用材料、芳香剤又は消臭剤用ゲル素材、菓子又はイヌ用ガム材料、クロマトグラフィー担体用材料、バイオリアクター担体用材料、分離機能膜材料、建材用不燃材料、耐火被覆材、調湿材、保冷剤、耐震緩衝材、土石流防止材、又は土嚢等の建築・土木材料、土壌保水剤、育苗用培地、又は農園芸用の水耕栽培用支持体等の緑化材料、子供用玩具又は模型等の玩具材料、文具用材料、スポーツシューズ、プロテクター等のスポーツ用品の衝撃吸収材料、靴底のクッション材、防弾チョッキ用緩衝材、自動車等の緩衝材、輸送用緩衝材、パッキング材料、緩衝・保護マット材料、電子機器内部の衝撃緩衝材、光学機器、半導体関連部品等の精密部品の運搬台車用緩衝材、産業機器の防振・制振材料、モーター使用機器やコンプレッサー等の産業機器の静音化材料、タイヤ用や輪ゴム用のゴム代替材料、並びにプラスチック代替材料等の環境調和材料装置の摩擦部分のコーティング材、塗料添加物、廃泥のゲル化剤又は逸泥防止剤等の廃棄物処理、接着材、密封用シール材、1次電池、2次電池、キャパシタ用のゲル電解質材料、並びに色素増感型太陽電池用ゲル電解質材料又は燃料電池用材料等の電子材料、写真用フィルム用材料等を挙げることができる。
Claims (18)
- 水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)及び吸水性高分子(D)を含んでなるヒドロゲルであって、さらに補強材(E)を含み、該補強材(E)が繊維である、ヒドロゲル。
- 前記吸水性高分子(D)が架橋型ポリアクリル酸塩及び架橋型ポリビニルスルホン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1に記載のヒドロゲル。
- 前記繊維がパルプ、セルロース繊維、レーヨン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、ビニロン繊維、アラミド繊維、アセテート繊維及びガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1又は請求項2に記載のヒドロゲル。
- 前記水溶性有機高分子(A)が重量平均分子量100万乃至1000万の完全中和又は部分中和ポリアクリル酸塩である、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のヒドロゲル。
- 前記ケイ酸塩(B)がスメクタイト、ベントナイト、バーミキュライト及び雲母からなる群より選ばれる少なくとも1種の水膨潤性ケイ酸塩粒子である、請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のヒドロゲル。
- 前記分散剤(C)がオルトリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、ピロリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、トリポリリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、テトラリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、ヘキサメタリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、ポリリン酸の完全中和塩又は部分中和塩、エチドロン酸の完全中和塩又は部分中和塩、ポリ(メタ)アクリル酸ナトリウム、ポリ(メタ)アクリル酸アンモニウム、アクリル酸ナトリウム/マレイン酸ナトリウム共重合体、アクリル酸アンモニウム/マレイン酸アンモニウム共重合体、水酸化ナトリウム、ヒドロキシルアミン、炭酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム、ポリエチ
レングリコール、ポリプロピレングリコール、フミン酸ナトリウム及びリグニンスルホン酸ナトリウムからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のヒドロゲル。 - 水溶性有機溶媒(F)をさらに含む、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のヒドロゲル。
- 前記水溶性有機溶媒(F)が不揮発性水溶性有機溶媒である、請求項7に記載のヒドロゲル。
- 前記不揮発性水溶性有機溶媒がグリセリン、ジグリセリン、エチレングリコール及び1,3-ブチレングリコールからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項8に記載のヒドロゲル。
- ヒドロゲル中の溶媒の含有率が50質量%以上である、請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載のヒドロゲル。
- 請求項1乃至請求項10のいずれか1項に記載のヒドロゲルの吸水度が吸水前後のヒドロゲルの質量比で2倍以上である、吸水性ヒドロゲル。
- 水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)及び吸水性高分子(D)を含んでなる乾燥ゲルであって、さらに補強材(E)を含み、該補強材(E)が繊維である、乾燥ゲル。
- ゲル中の溶媒の含有率が50質量%未満である、請求項12に記載の乾燥ゲル。
- 水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)及び吸水性高分子(D)を含んでなるシート状ゲルであって、さらに補強材(E)を含み、該補強材(E)が繊維である、シート状ゲル。
- (a1)水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)、吸水性高分子(D)、並びに水及び水溶性有機溶媒(F)からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒を含んでなるヒドロゲルを形成する形成工程を含む、ヒドロゲルの製造方法であって、該ヒドロゲルはさらに補強材(E)を含み、該補強材(E)が繊維である、ヒドロゲルの製造方法。
- (b1)前記ヒドロゲル中の溶媒の一部を脱溶媒する脱溶媒工程をさらに含む、請求項15に記載のヒドロゲルの製造方法。
- (a2)水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)、吸水性高分子(D)、並びに水及び水溶性有機溶媒(F)からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒を含んでなるゲルを形成する形成工程、及び
該ゲル中の溶媒の含有率が50質量%以上であるとき、(b2)該ゲル中の溶媒の一部又は全量を脱溶媒して、ゲル中の溶媒の含有率を50質量%未満とする脱溶媒工程を含む、乾燥ゲルの製造方法であって、該乾燥ゲルはさらに補強材(E)を含み、該補強材(E)が繊維である、乾燥ゲルの製造方法。 - (a3)水溶性有機高分子(A)、ケイ酸塩(B)、該ケイ酸塩の分散剤(C)、吸水性高分子(D)、並びに水及び水溶性有機溶媒(F)からなる群から選ばれる少なくとも1種の溶媒を含んでなるシート状ゲルを形成する形成工程、及び
該ゲル中の溶媒の含有率が50質量%以上であるとき、(b3)該ゲル中の溶媒の一部又は全量を脱溶媒して、ゲル中の溶媒の含有率を50質量%未満とする脱溶媒工程を含む、シート状ゲルの製造方法であって、該シート状ゲルはさらに補強材(E)を含み、該補強材(E)が繊維である、シート状ゲルの製造方法。
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