JPH047302A

JPH047302A - ゲルの製造方法

Info

Publication number: JPH047302A
Application number: JP10979290A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Tamada; 靖玉田; Kenji Yasuda; 健二安田
Original assignee: Japan Synthetic Rubber Co Ltd
Current assignee: JSR Corp
Priority date: 1990-04-25
Filing date: 1990-04-25
Publication date: 1992-01-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ゲルの製造方法に関し、さらに詳しくは、耐
熱性および機械的強度を有するゲルの製造方法に関する
。

〔従来の技術〕

含水ゲルは、生体に対する損傷が少ないため種々の人工
生体組織として利用されている。（Ｍ、Ｆ。

Ｒｅｆｏｊｏ、　５ｙｎｔｈｅｔｉｃ　Ｂｉｏｍｅｄｉ
ｃａｌ　Ｐｌｏｙｍｅｒｓ、　１７１（１９８０）、　
Ｊ、Ｄ、Ａｎｄｒａｄｅ、　）Ｉｙｄｒｏｇｅｌｓ　ｆ
ｏｒ　Ｍｅｄｉｃａｌａｎｄ　Ｒｅ１ａｔｅｄ　Ａｐｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎｓ、　３１（１９７６）、　Ｓ、　Ｄ
。

Ｂｒｕｃｋ　Ｊ、　Ｂｉｏｍｅｄ、　Ｍａｔｅｒ、　Ｒ
ｅｓ、、　７．３８７（１９７３））。

また、含水ゲルは、抗血栓性に優れているた給人工血管
用材料としても用いられ、さらに、物質透過性に優れて
いるため、酵素固定用担体や、細胞包埋用材料としても
利用されている。このように含水ゲルは種々の分野で利
用されて（、Ｙるが、機械的強度が劣るという重大な欠
点を有するため、その利用は制限されたものとなってい
る。

このため、含水ゲルの機械的強度を向上させる試みがい
くつかなされている。例えば、含水ゲルを−５℃以下で
冷凍処理した後、常温空間または常温水中に放置する方
法（特公昭４８−３０４６２号公報）、−６℃以下で凍
結させたのち融解させずに真空乾燥し、含水率を２０〜
９２重量％に調整し、その後再度吸水させる方法（特開
昭５７−１３０５４３号公報）、−１５℃以下で凍結さ
せ、融解させることなく脱水率が５重量％以上となるよ
うに脱水し、その後再度吸水させる方法（特開昭５８−
３６６３０号公報）、−３℃以下で凍結させ、次に５５
℃以下で融解させ、再び凍結および融解を２回以上繰り
返す方法（特開昭５９−５６４４６号公報）、氷点以下
で凍結させた後、氷点以上の温度（０〜１０℃）で１０
時間以上低温で結晶化させる方法（特開昭６０−１７７
０６６号公報）等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

これらの方法によれば、高含水で実用的な機械的強度を
有する含水ゲルが得られるものの、生成したゲルはいず
れも耐熱性がなく、温水中で溶解したり、あるいは機械
的強度が低下するという問題がある。

従って、本発明の目的は、架橋効率にすぐれ、耐熱性を
有し、しかも機械的強度が高く、高含水のゲルとして好
適なゲルの製造方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明は下記一般式（Ｉ）〔式中、Ｒ１は水素原子、低級アルキル基または低級ア
ルコキシ基を示し、Ｒ２は複素環化合物残基、複素環化
合物塩残基またはアリール基を示し、ｍは１〜６の整数
を示し、ｎおよびｐはそれぞれＯまたは１を示す〕で表わされる構成単位を有する重合体（以下「重合体１
」という）の溶液を、低温に保持したのち、光を照射す
ることを特徴とするゲルの製造方法を提供するものであ
る。

本発明で用いられる重合体１は、前記一般式（Ｉ）で表
わされる構成単位を有するものである。

この一般式（１）におけるＲ１のうち、低級アルキル基
としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基
等の炭素数が１〜４のものを、低級アルコキシ基として
は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等の炭素数
１〜４のものを、Ｒ２のうち、複素環化合物残基および
複素環化合物塩残基としては、ピリジン、Ｎ−アルキル
ピリジニウム、キノリン、Ｎ−アルキルキノリニウム、
イソキノリン、Ｎ−アルキルイソキノリニウム、チアゾ
ール、Ｎ−アルキルチアゾリウム、ベンズチアゾール、
Ｎ−アルキルベンズチアゾリウム、イミダゾール、Ｎ−
アルキルイミダゾリウム、ペンズイミダゾーノペＮ−ア
ルキルベンズイミダゾリウム等、およびこれらの化合物
の塩酸塩、臭化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩、過塩素酸塩
、ホウフッ化水素酸塩、メトサルフェート、リン酸塩、
硫酸塩、メタンスルホン酸塩、ｐ−）ルエンスルホン酸
塩等の第４級塩の残基を、アリール基としては、ジメチ
ルアミノフェニル基、メトキシフェニル基、ニトロフェ
ニル基等を挙げることができる。

上記のうち、Ｒ１としては、水素原子、メトキシ基等が
好ましく、Ｒ２としては、ピリジン、Ｎ−アルキルピリ
ジニウム、キノリン、Ｎ−アルキルキノリニウム等の残
基が好ましい。また、一般式（Ｉ）におけるのは１〜３
が好ましい。

このようにして得られる重合体１における、前記一般式
（Ｉ）で表わされる構成単位の含量は、重合体１の全構
成単位の０．３〜２０モル％であることが好ましい。０
．３モル％未満では、重合体１への光の照射による架橋
に長時間を要し、２０モル％を超えると、重合体１の水
溶性が低下する傾向にある。

また、重合体１のポリエチレングリコール換算重量平均
分子量は、５．０００〜５０．０００であることが好ま
しく、５．０００未満では、形成させるゲルの強度が弱
くなる傾向があり、５０．０００を超えると高濃度の溶
液を形成しにくくなる。

重合体１は、例えばビニルエステル類と親水性単量体と
の重合体（「重合体２」という）をけん化してけん化物
（以下、「重合体３」という）を合成し、次いでこれに
一般式（ＩＩ）（式中、＾はホルミル基またはアセタール基を示し、Ｒ
１，Ｒ２、Ｑｌ、ｎおよびｐ　Ｉｔ前記ト同シ）で表わ
される化合物（以下、「化合物■」という）を反応させ
ることにより製造される。

前記重合体２の合成に用いられるビニルエステル類とし
ては、例えば酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビ
ニル等が挙げられ、親水性単量体としては、例えばＮ−
ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルピリジン、Ｎ−ビニルカ
プロラクタム等のＮ−ビニルラクタム類；アクリルアミ
ド、ジメチルアクリルアミド、Ｎ−プロピルオキシメチ
ルアクリルアミド、ジメチルメタクリルアミド、ジメチ
ルアクリルアミド等の（メタ）アクリルアミド類；アク
リル酸、メタクリル酸、ヒドロキシエチルメタクリレー
ト、ジエチレングリコールメタクリレート、ジメチルア
ミノエチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレ
ート等の（メタ）アクリル酸またはそれらのエステル類
；ビニルピリジン等のビニルアミン類が挙げられる。

前記重合体２の重合比は、ビニルエステル順／親水性単
量体が９０〜１００／１０〜０（モル比）、特に９８〜
１００／２〜０　（モル比）であることが好ましい。親
水性単量体が１０モル％を超えると重合体２をもとにし
て製造される重合体１から得られるゲルの強度が弱い等
の問題が生じる場合がある。

なお、重合体２の合成は、通常のラジカル重合によって
容易に行うことができる。

また、重合体２をけん化して製造される重合体３のけん
化度は８０〜１００％であることが好ましい。このけん
化度が小さすぎると機械的強度の高いゲルが得にくくな
る。

ここで、重合体２のけん化は、例えばアルカリ性有機溶
媒中で重合体２を加熱することによって行うことができ
る。

このようにして得られる重合体３に反応させる化合物■
としては、例えばピリジン、Ｎ−アルキルピリジニウム
、キノリン、Ｎ−アルキルキノリニウム、インキノリン
、Ｎ−アルキルイソキノリニウム、チアゾール、Ｎ−ア
ルキルチアゾリウム、ベンズチアゾール、Ｎ−アルキル
ベンズチアゾリウム、イミダゾール、Ｎ−アルキルイミ
ダゾリウム、ベンズイミダゾール、Ｎ−アルキルベンズ
イミダゾリウム等、およびこれらの化合物の塩酸塩、臭
化水素酸塩、ヨウ化水素酸塩、過塩素酸塩、ホウフッ化
水素酸塩、メトサルフェート、リン酸塩、硫酸塩、メタ
ンスルホン酸塩、ｐ−トルエンスルホン酸塩等の第４級
塩のような複素環化合物または複素環化合物塩の残基を
有する化合物、ならびにジメチルアミノフェニル基、メ
トキシフェニル基、ニトロフェニル基等のアリール基を
有する化合物を挙げることができる。

重合体３と化合物■との反応は、例えば塩酸、硫酸、リ
ン酸、過塩素酸、ホウフッ化水素酸、メタンスルホン酸
、ｐ−トルエンスルホンｉ１２、酢酸、酪酸等の酸の存
在下、１０〜１００℃で行う。ここで、化合物■の使用
量は、通常、重合体３の構成単位１モルに対して０．０
０３〜０．５モルである。

なお、反応は、一般的には水中で行い、水中の酸濃度は
、通常、０．０１〜５規定である。

本発明において、重合体１の溶液を調製するのに用いる
溶媒としては、ポリビニルアルコール誘導体を溶解でき
るものであればいずれでもよく、例えば水または水と親
和性が高く任意の割合で混合できる有機溶媒との混合溶
媒を挙げることができる。かかる有機溶媒とし・では、
例えばジメチルスルホキシド、グリセリン、エチレング
リコール、プロピレングリコール、トリエチレングリコ
ール、ジメチルホルムアミド、メチルアルコール、エチ
ルアルコール、アセトン、テトラヒドロフラン、アミノ
エタノール、フェノール、ｎ−プロピルアルコール、イ
ソプロピルアルコール等が挙げられる。また、重合体１
の溶液の溶液濃度は１〜５０重量％（以下、単に％で示
す）とするのが好ましい。１％未満では、生成するゲル
の機械的強度が不充分な場合があり、５０％を超えると
、常温における溶液の粘度が著しく増加し、取扱いに不
便である。

この重合体１の溶液を、まず任意の形状の容器または所
定形状の容器に注入し、低温に保持することにより凍結
させる。低温に保持する際の温度は、０℃以下が好まし
く、溶液が少なくとも一度凍結されればよい。０℃を超
える温度では、生成するゲルの機械的強度が劣り、好ま
しくない。冷却方法は、特に制限されないが、例えば塩
化ナトリウム−氷（２３ニア７）（−２１℃）、塩化カ
ルシウム−氷（３０ニア０）（−５５℃）、ドライアイ
ス−メタノール（−７２℃）、液体窒素（−１９６℃）
、液体ヘリウム（−２６９℃）等の冷却剤や冷凍庫など
を利用することができる。

また、冷却速度についても特に制限されず、緩慢７１］
（０，１〜ｂｂ次に、この低温に保持することにより凍結した重合体１
の溶液を、融解させればゲルが形成されるが、例えば特
開昭５８−３６６３０号公報に開示されているように脱
水率が５％以上真空乾燥したり、前記特開昭５９−５６
４４６号公報に開示されているように５５℃以下で融解
させ、再び凍結および融解を２回以上繰り返す方法、前
記特開昭６０−１７７０６６号公報に開示されているよ
うに氷点以上の温度（０〜１０℃）で１０時間以上低温
で結晶化させる方法等により、ゲルを形成させるのが好
ましい。なお、凍結した溶液を融解するには、温度を徐
々に上げ、ゆっくりと行うのが好ましい。

次に、このゲルに光を照射して、光二量化反応によりゲ
ルの架橋を行うが、凍結した状態の重合体１の溶液に光
を照射して架橋を行ってもよい。

光の照射は、水、緩衝液等の液中、また空気、窒素等の
気相中のいずれで行ってもよい。

照射する光は、光二量化反応を起こすのに必要な波長、
すなわち、６００　ｎｍ以下、好ましくは、５００ｎ＋
ｎ以下の光を含んでいればよい。このような光の光源と
しては、例えば蛍光灯、タングステンランプ、キセノン
ランプ、アルゴンレーザー水銀灯または太陽光を用いる
ことができる。光の照射は１０〜２５℃程度の室温で行
い、また、照射光の強度や照射時間は作成するゲルの大
きさおよび形状、光源等の種類によって異なるが、通常
、１〜１１００ｆｆ１／ＣＩＩ！の強度で１〜６０分照
射すれば充分である。光の照射が不足するとゲルの耐熱
性が低下する場合があるが、これは、例えば感光性基由
来のゲルの着色（淡黄色）が薄くなることを目安に、照
射光の強度および照射時間を設定することにより、調節
することができる。

このようにして得られるゲルは、固形分が５〜３０％で
５〜３０ｋｇ／ｃＩｌの範囲の引張強度を有し、１２０
℃で２０分程度には充分耐える耐熱性を有する。

〔実施例〕

以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発
明は、これら実施例に限定されるものではない。

実施例１ホルミルスチリルピリジニウム塩４ｇを、平均重合度１
７００、けん化率９９％ポリビニルアルコール５０ｇを
精製水６００ｍ１！に溶解した溶液に加え、８０重量％
リン酸８ｇを加えて室温で２４時間反応させた。反応後
、アセトン中で凝固させ、さらにメタノールで洗浄した
後、メタノールを用いて８時間ソックスレー抽出を行い
、室温で一晩減圧乾燥して、下記一般式で表わされる構
成単位を全構成単位の３モル％有するスチリルピリジニ
ウム化ポリビニルアルコールを合成した。

次いで、スチリルピリジニウム化ポリビニルアルコール
１０ｇを精製水９０ｇに溶解して水溶液を調製し、１０
ｃｍ径のプラスチック製シャーレの中に１０ｍ１！注入
し、−２０℃の冷凍庫中に１２時間静置し凍結した。そ
の後、そのシャーレを４℃の冷蔵庫中で１２時間放置し
融解した。

次に生成したゲルに、３００Ｗ高圧水銀灯により、約２
０ｍＷ／ｃｍの光強度で３０分光を照射した。

得られたゲルの引張強度、耐熱性および透明性を以下の
方法により評価した。結果を表１に示した。

（引張強度）ＴＯＹＯＭｅａｓｕｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ
製テンシロン［ＪＴＭ−１１５００型引張試験機と５　
ｋｇロードセルを使用して、室温下、５ｃｍ／ｍｉｎの
ヘッドスピードで引張試験を行った。試料は、ダンベル
型に成形し、乾燥を防ぐために水を噴霧しながら測定し
た。ゲルの破断強度により評価した。

（耐オートクレーブ性）平山製作所製ＨＡ３００Ｍ型オートクレーブを使用して
、試料を水に浸漬し、１２０℃、２０分加熱した。滅菌
後、形状を保持しているものを可、溶解したものを不可
とした。

（透明性）ゲルの透明性を目視観察により評価した。

実施例２実施例１において、ホルミルスチリルピリジニウム塩の
代わりにホルミルスチリルキノリニウム塩を用いた以外
は実施例１と同様にして、下記−般式で表わされる構成
単位を全構成単位の３モル％有するスチリルキノリニウ
ム化ポリビニルアルコールを合成した。

次に、実施例１と同様にしてスチリルキノリニウム化ポ
リビニルアルコールのゲルを製造し、実施例１と同様な
試験を行った。結果を表１に示した。

実施例３実施例１と同様に調製したスチリルピリジニウム化ポリ
ビニルアルコール水溶液を一２０℃の冷凍庫中に１２時
間静置し凍結し、その後６時間真空乾燥した。さらに室
温の精製水１００ｍ１’中に１２時間放置し融解した後
、実施例１と同様に光を照射してゲルを製造し、実施例
１と同様な試験を行った。結果を表１に示した。

実施例４実施例２と同様に調製したスチリルキノリニウム化ポリ
ビニルアルコール水溶液を実施例３と同様に処理し、得
られたゲルについて実施例１と同様な試験を行った。結
果を表１に示した。

実施例５実施例１と同様に調製したスチリルピリジニウム化ポリ
ビニルアルコール水溶液を一２０℃の冷凍庫中に１２時
間静置し凍結し、その後室温に５時間放置し融解した。

次いで、−２０℃の冷凍庫中に１２時間静置し再度凍結
し、また室温で５時間放置し再度融解するという操作を
４回繰り返したのち、実施例１と同様に光を照射してゲ
ルを製造し、実施例１と同様な試験を行った。結果を表
１に示した。

実施例６実施例１と同様に合成したスチリルピリジニウム化ポリ
ビニルアルコール１０ｇを水／ジメチルスルホキシド＝
２／８　（重量比）の混合溶媒９０ｇに溶解して溶液を
調製した。この溶液を実施例１と同様に凍結し、融解し
、光を照射したのち、生成したゲルについて実施例１と
同様の試験を行った。結果を表１に示した。

比較例１実施例１と同様に調製したスチリルピリジニウム化ポリ
ビニルアルコール水溶液を一２０ｔの冷凍庫中に１２時
間静置し凍結したのち、４℃の冷蔵庫中に１２時間放置
し融解し、生成したゲルについて、実施例１と同様な試
験を行った。結果を表１に示した。

比較例２実施例１と同様に調製したスチリルピリジニウム化ポリ
ビニルアルコール水溶液を一２０ｔの冷凍庫中に１２時
間静置し凍結したのち、６時間真空乾燥し、さらに室温
の精製水１００ｍ１中に１２時間放置し融解したのち、
生成したゲルについて実施例１と同様の試験を行った。

結果を表１に示した。

比較例３実施例１と同様に調製したスチリルピリジニウム化ポリ
ビニルアルコール水溶液を一２０℃の冷凍庫中に１２時
間静置し凍結し、その後室温に５時間放置し融解し、再
び一２０℃の冷凍庫中に１２時間静置し再度凍結し、ま
た室温で５時間放置し再度融解するという操作を４回繰
り返したのち、生成したゲルについて、実施例１と同様
な試験を行った。結果を表１に示した。

比較例４実施例１と同様に調製したスチリルピリジニウム化ポリ
ビニルアルコール水溶液をプラスチック製シャーレの中
に１０−注入し、３００Ｗ高圧水銀灯により、約２０ｍ
Ｗ／ｃＩＩ！の光強度で３０分間光を照射した。生成し
たゲルについて、実施例１と同様な試験を行った。結果
を表１に示した。

以下余白〔発明の効果〕本発明によれば、架橋効率にすぐれ、耐熱性を有し、し
かも機械的強度が高く、高含水のゲルとして好適なゲル
を製造することができる。また、得られたゲルはオート
クレーブ滅菌等も可能であり、人工生体組織、薬剤放出
担体、酵素固定担体、細胞包埋用材料、眼内レンズ、コ
ンタクトレンズ、蓄熱材、クツション材等として種々の
分野において有用である。

以上

Claims

【特許請求の範囲】１、下記一般式（ I ） ▲数式、化学式、表等があります▼（ I ）〔式中、Ｒ＾１は水素原子、低級アルキル基または低級
アルコキシ基を示し、Ｒ＾２は複素環化合物残基、複素
環化合物塩残基またはアリール基を示し、ｍは１〜６の
整数を示し、ｎおよびｐはそれぞれ０または１を示す〕で表わされる構成単位を有する重合体の溶液を、低温に
保持したのち、光を照射することを特徴とするゲルの製
造方法。