JPH0562881B2 - - Google Patents
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- JPH0562881B2 JPH0562881B2 JP61268019A JP26801986A JPH0562881B2 JP H0562881 B2 JPH0562881 B2 JP H0562881B2 JP 61268019 A JP61268019 A JP 61268019A JP 26801986 A JP26801986 A JP 26801986A JP H0562881 B2 JPH0562881 B2 JP H0562881B2
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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- C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
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Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 発明の目的
［産業上の利用分野］
この発明は、ロボツトや医療福祉機器、義肢等
の駆動源に好適な小型高効率のアクチユエータ用
材料として使用し得る強度のある可逆伸縮性高分
子材料の製造法に関するものである。
の駆動源に好適な小型高効率のアクチユエータ用
材料として使用し得る強度のある可逆伸縮性高分
子材料の製造法に関するものである。
［従来の技術］
可逆伸縮性高分子材料はゴムのように引張り
力・圧縮力に対して伸縮し、力を除去すると形状
が復元するものであり、これらの中には化学的な
環境条件、例えばPH（水素イオン濃度）の変化
により形態・構造が可逆的に変化して収縮或いは
膨潤するという性質を有するものがある。これら
は単に弾力・強度があるだけでなくPH等の化学
エネルギーから力学エネルギーへの変換機能を有
するため、PH等の化学的信号により作動する駆
動源、いわゆるメカノケミカルアクチユエータと
して用い得ることが知られている。
力・圧縮力に対して伸縮し、力を除去すると形状
が復元するものであり、これらの中には化学的な
環境条件、例えばPH（水素イオン濃度）の変化
により形態・構造が可逆的に変化して収縮或いは
膨潤するという性質を有するものがある。これら
は単に弾力・強度があるだけでなくPH等の化学
エネルギーから力学エネルギーへの変換機能を有
するため、PH等の化学的信号により作動する駆
動源、いわゆるメカノケミカルアクチユエータと
して用い得ることが知られている。
従来知られたメカノケミカルアクチユエータの
主材料として用い得るメカノケミカル高分子材料
としては、複数ポリマーの高温加圧による合成法
やラジカル重合法が知られている。後者には、例
えば本件出願人の昭和60年特許願第68087号「可
逆伸縮性高分子膜の製造方法」に記載した技術が
ある。
主材料として用い得るメカノケミカル高分子材料
としては、複数ポリマーの高温加圧による合成法
やラジカル重合法が知られている。後者には、例
えば本件出願人の昭和60年特許願第68087号「可
逆伸縮性高分子膜の製造方法」に記載した技術が
ある。
［発明が解決しようとする問題点］
後者は例えばメタクリル酸とビスアクリルアミ
ドとを用いラジカル重合法により製造するもので
あり、環境のPHが低い（酸性）ときは収縮し、
引張りに強く、PHが高い（アルカリ性）ときは
膨潤し引張りに弱いという性質を有し、この強い
状態では数Kg／cm2の引張り力に耐えるが、弱い状
態では特に材料を固定する治具との機械的整合性
が充分でなく、伸縮する材料を固定する際、応力
集中による破壊が起り易い。また、前者によつて
得られるものも強度の点で十分ではないため、い
ずれも実用段階での用途が限定され、かつ応答速
度がいく分遅いという問題があり、更に大きい引
張り力に耐え、かつ応答速度が速くロボツトや医
療福祉機器、義肢等に使用可能なメカノケミカル
高分子材料の開発が望まれている。
ドとを用いラジカル重合法により製造するもので
あり、環境のPHが低い（酸性）ときは収縮し、
引張りに強く、PHが高い（アルカリ性）ときは
膨潤し引張りに弱いという性質を有し、この強い
状態では数Kg／cm2の引張り力に耐えるが、弱い状
態では特に材料を固定する治具との機械的整合性
が充分でなく、伸縮する材料を固定する際、応力
集中による破壊が起り易い。また、前者によつて
得られるものも強度の点で十分ではないため、い
ずれも実用段階での用途が限定され、かつ応答速
度がいく分遅いという問題があり、更に大きい引
張り力に耐え、かつ応答速度が速くロボツトや医
療福祉機器、義肢等に使用可能なメカノケミカル
高分子材料の開発が望まれている。
また、従来知られたメカノケミカル高分子材料
は、環境が酸性のとき収縮するものはアルカリ性
または中性のときは膨潤し、環境がアルカリ性の
とき収縮するものは酸性または中性のときは膨潤
し、いずれも環境が酸性かアルカリ性で収縮して
強い状態となり、中性の環境においては膨潤し引
張り強さが低下した状態になる。
は、環境が酸性のとき収縮するものはアルカリ性
または中性のときは膨潤し、環境がアルカリ性の
とき収縮するものは酸性または中性のときは膨潤
し、いずれも環境が酸性かアルカリ性で収縮して
強い状態となり、中性の環境においては膨潤し引
張り強さが低下した状態になる。
更に、これら従来のメカノケミカル高分子材料
は膨潤系であつて、“収縮”は単にポリビニルア
ルコール等、主たる網構造を形成するポリマー自
体がその網構造の弾性により、膨潤していたもの
が元の状態に戻る、ということであり、いわば規
準となる大きさに比べて伸長した伸び率が１より
大の状態から、伸び率１の状態に戻ることを意味
し、伸び率を１より小さくする、クーロン力によ
る能動的な収縮を意味するものではない。
は膨潤系であつて、“収縮”は単にポリビニルア
ルコール等、主たる網構造を形成するポリマー自
体がその網構造の弾性により、膨潤していたもの
が元の状態に戻る、ということであり、いわば規
準となる大きさに比べて伸長した伸び率が１より
大の状態から、伸び率１の状態に戻ることを意味
し、伸び率を１より小さくする、クーロン力によ
る能動的な収縮を意味するものではない。
従つて、これらの材料を用いたメカノケミカル
アクチユエータの制御上、これらの材料と逆の特
性、即ち酸性及びアルカリ性の環境で膨潤し、中
性の環境においては収縮して引張り強さが最高の
状態となり、しかも、ゴム状弾性を有し固定用治
具との機械的整合性がよく、応力集中に対し強い
抵抗力を有するメカノケミカル高分子材料の開発
は、非常に重要であり、強く望まれている。
アクチユエータの制御上、これらの材料と逆の特
性、即ち酸性及びアルカリ性の環境で膨潤し、中
性の環境においては収縮して引張り強さが最高の
状態となり、しかも、ゴム状弾性を有し固定用治
具との機械的整合性がよく、応力集中に対し強い
抵抗力を有するメカノケミカル高分子材料の開発
は、非常に重要であり、強く望まれている。
この点を解決するために、この発明の発明者は
新たな収縮性高分子材料の製造法を提案し（昭和
60年特許願第254043号参照）、顕著な効果を得た
が、更に高速応答性が得られれば一層望ましい。
新たな収縮性高分子材料の製造法を提案し（昭和
60年特許願第254043号参照）、顕著な効果を得た
が、更に高速応答性が得られれば一層望ましい。
この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたも
のであつて、それ自身十分な引張り強度を有し、
かつPHの変化により伸縮する特性を有し、10
Kg／cm2以上の引張り力に耐え、応答速度が速く、
メカノケミカルアクチユエータの材料として使用
可能で、しかも、従来のメカノケミカル高分子材
料と逆の特性、即ち酸性かアルカリ性の環境で膨
潤し、中性の環境においては収縮し引張り強さが
最高の状態となる特異な特性を有し、種々のメカ
ノケミカルな自動制御回路の構成を可能とする画
期的な、しかも、この収縮はクーロン力により伸
び率が１より小さくなる能動的収縮であるという
特性を有するメカノケミカルな収縮性高分子材料
であつて、特に速度応答性のものの製造法を提供
することを目的としている。
のであつて、それ自身十分な引張り強度を有し、
かつPHの変化により伸縮する特性を有し、10
Kg／cm2以上の引張り力に耐え、応答速度が速く、
メカノケミカルアクチユエータの材料として使用
可能で、しかも、従来のメカノケミカル高分子材
料と逆の特性、即ち酸性かアルカリ性の環境で膨
潤し、中性の環境においては収縮し引張り強さが
最高の状態となる特異な特性を有し、種々のメカ
ノケミカルな自動制御回路の構成を可能とする画
期的な、しかも、この収縮はクーロン力により伸
び率が１より小さくなる能動的収縮であるという
特性を有するメカノケミカルな収縮性高分子材料
であつて、特に速度応答性のものの製造法を提供
することを目的としている。
(ロ) 発明の構成
［問題を解決するための手段］
この目的に対応して、この発明の収縮性高分子
材料の製造法は、分子量が７万以上でけん化度が
98％以上のポリビニルアルコールの５乃至30重量
％水溶液である第１の水溶液と、分子量が５万以
上のカルボキシル基を有する弱酸性の高分子電解
質の10乃至50重量％の水溶液である第２の水溶液
及びまたは分子量が５万以上のアミノ基を有する
弱塩基性の高分子電解質の10乃至50重量％の水溶
液である第３の水溶液とをモル比で （７〜３）：｛（２〜0.5）或いは０｝ ：｛（２〜0.5）或いは０｝（但し第２の水溶液と
第３の水溶液が同時に０であることはない）で混
合した後、零下15℃乃至零下200℃の環境下で凍
結することと常温で解凍することとを１回乃至20
回繰返して含水率80〜96％のゲルを生成し、更に
前記ゲルを破れない範囲で延伸した延伸状態で零
下15℃乃至零下200℃の環境下で凍結することと
常温で解凍することとを１回乃至20回繰返すこと
を特徴としている。
材料の製造法は、分子量が７万以上でけん化度が
98％以上のポリビニルアルコールの５乃至30重量
％水溶液である第１の水溶液と、分子量が５万以
上のカルボキシル基を有する弱酸性の高分子電解
質の10乃至50重量％の水溶液である第２の水溶液
及びまたは分子量が５万以上のアミノ基を有する
弱塩基性の高分子電解質の10乃至50重量％の水溶
液である第３の水溶液とをモル比で （７〜３）：｛（２〜0.5）或いは０｝ ：｛（２〜0.5）或いは０｝（但し第２の水溶液と
第３の水溶液が同時に０であることはない）で混
合した後、零下15℃乃至零下200℃の環境下で凍
結することと常温で解凍することとを１回乃至20
回繰返して含水率80〜96％のゲルを生成し、更に
前記ゲルを破れない範囲で延伸した延伸状態で零
下15℃乃至零下200℃の環境下で凍結することと
常温で解凍することとを１回乃至20回繰返すこと
を特徴としている。
以下この発明の詳細を一実施例について説明す
る。
る。
分子量約７万、けん化度が99.5％のポリビニル
アルコールの20重量％水溶液と、分子量約17万の
ポリアクリル酸の37重量％の水溶液と、分子量約
６万のポリアリルアミンの37重量％の水溶液と、
をモル比で６：１：１の比で混合し、ガラス板の
平板上で10〜500μmの厚さに塗布し、次に零下15
℃の環境に２時間おいて凍結させた後常温の環境
に２時間おいて解凍するという操作を繰返し10回
行ない、膜状体を得た。次に、この膜状体を平板
上で或いは空気若しくは窒素等の気中で収縮しな
いようにかつ膜状体が破れない範囲で一軸延伸或
いは二軸延伸状態で固定し、更に１回〜20回凍
結、解凍を繰返し、最後に風乾して収縮性高分子
材料を得た。この材料は10Kg／cm2以上の引張り力
に耐え得る。
アルコールの20重量％水溶液と、分子量約17万の
ポリアクリル酸の37重量％の水溶液と、分子量約
６万のポリアリルアミンの37重量％の水溶液と、
をモル比で６：１：１の比で混合し、ガラス板の
平板上で10〜500μmの厚さに塗布し、次に零下15
℃の環境に２時間おいて凍結させた後常温の環境
に２時間おいて解凍するという操作を繰返し10回
行ない、膜状体を得た。次に、この膜状体を平板
上で或いは空気若しくは窒素等の気中で収縮しな
いようにかつ膜状体が破れない範囲で一軸延伸或
いは二軸延伸状態で固定し、更に１回〜20回凍
結、解凍を繰返し、最後に風乾して収縮性高分子
材料を得た。この材料は10Kg／cm2以上の引張り力
に耐え得る。
ポリアクリル酸の代りにポリメタクリル酸やポ
リグルタミン酸を用いてもよく、またこれらと類
似のカルボキシル基を有する弱酸性の高分子電解
質を用いることができる。
リグルタミン酸を用いてもよく、またこれらと類
似のカルボキシル基を有する弱酸性の高分子電解
質を用いることができる。
また、ポリアリルアミンの代りにポリビニルア
ミンなどの類似のアミノ基を有する弱塩基性の高
分子電解質を用いることもできる。凍結温度は−
15℃以上ではゲルの生成が良好に行われず、また
−200℃以下では、急速の冷凍では強固なゲルが
できないために、凍結時間が長くなり実用的でな
い。
ミンなどの類似のアミノ基を有する弱塩基性の高
分子電解質を用いることもできる。凍結温度は−
15℃以上ではゲルの生成が良好に行われず、また
−200℃以下では、急速の冷凍では強固なゲルが
できないために、凍結時間が長くなり実用的でな
い。
但し風乾の過程は省略することもできる。
［作用］
このように構成された収縮性高分子材料の製造
法によれば、高分子量のポリビニルアルコールが
主たる網状構造となり、その間にポリアクリル酸
等の酸性の高分子電解質とポリアリルアミン等の
塩基性の高分子電解質とが混合された混合系が形
成される。ポリビニルアルコール水溶液は低温に
より強固な水素結合によるヒドロゲルとなる性質
を有し、一方混合された材料はポリビニルアルコ
ールにからみ合つた状態で複合ポリマーを形成す
る。この水素結合は凍結、解凍の繰返しにより密
にかつ一様に強固なヒドロゲルとなつた状態の複
合ポリマーに起こるため、得られた複合ポリマー
は、前記従来の「メカノケミカル高分子材料」の
10倍以上の強度を有し、10Kg／cm2の引張り力に耐
えPH変化による応答速度も速く、メカノケミカ
ルアクチユエータの材料として使用可能である。
しかも、第１図に示す如く、得られた高分子材料
は中性の環境で収縮し、この収縮は電解質が溶液
中で電解することにより生ずる正・負のイオンに
起因するクーロン力による伸び率0.85程度の能動
的な収縮である。更に本材料はゴム弾性体である
ために、これを固定する治具との機械的整合性が
よく、伸縮の際の応力集中による破壊が極めて起
りにくいことが大きな特徴である。
法によれば、高分子量のポリビニルアルコールが
主たる網状構造となり、その間にポリアクリル酸
等の酸性の高分子電解質とポリアリルアミン等の
塩基性の高分子電解質とが混合された混合系が形
成される。ポリビニルアルコール水溶液は低温に
より強固な水素結合によるヒドロゲルとなる性質
を有し、一方混合された材料はポリビニルアルコ
ールにからみ合つた状態で複合ポリマーを形成す
る。この水素結合は凍結、解凍の繰返しにより密
にかつ一様に強固なヒドロゲルとなつた状態の複
合ポリマーに起こるため、得られた複合ポリマー
は、前記従来の「メカノケミカル高分子材料」の
10倍以上の強度を有し、10Kg／cm2の引張り力に耐
えPH変化による応答速度も速く、メカノケミカ
ルアクチユエータの材料として使用可能である。
しかも、第１図に示す如く、得られた高分子材料
は中性の環境で収縮し、この収縮は電解質が溶液
中で電解することにより生ずる正・負のイオンに
起因するクーロン力による伸び率0.85程度の能動
的な収縮である。更に本材料はゴム弾性体である
ために、これを固定する治具との機械的整合性が
よく、伸縮の際の応力集中による破壊が極めて起
りにくいことが大きな特徴である。
特に重要なこととして、従来のメカノケミカル
材料は溶液交換に対し伸縮する応答が、例えば
100μmの膜厚で１分以上と比較的遅かつたが、こ
こで得られた収縮性高分子材料は同じ膜厚でも５
秒程度で応答する。水・アセトン交換では更に２
倍は速い。
材料は溶液交換に対し伸縮する応答が、例えば
100μmの膜厚で１分以上と比較的遅かつたが、こ
こで得られた収縮性高分子材料は同じ膜厚でも５
秒程度で応答する。水・アセトン交換では更に２
倍は速い。
第２図はこの発明の製造法で得られた第１図に
示したものと同じ収縮性高分子材料の応答速度を
示すもので、第３図に示す従来の製造法（昭和60
年特許願第254043号）で得られた収縮性高分子材
料に比べて、応答速度が速くなつている。
示したものと同じ収縮性高分子材料の応答速度を
示すもので、第３図に示す従来の製造法（昭和60
年特許願第254043号）で得られた収縮性高分子材
料に比べて、応答速度が速くなつている。
(ハ) 発明の効果
以上の説明から明らかな通り、この発明によれ
ば、それ自身十分な引張り強度を有し、かつPH
の変化により伸縮する特性を有し、10Kg／cm2の引
張り力に耐え、応答速度が速く、メカノケミカル
アクチユエータの材料として使用可能なすぐれた
収縮性高分子材料の製造法を得ることができる。
ば、それ自身十分な引張り強度を有し、かつPH
の変化により伸縮する特性を有し、10Kg／cm2の引
張り力に耐え、応答速度が速く、メカノケミカル
アクチユエータの材料として使用可能なすぐれた
収縮性高分子材料の製造法を得ることができる。
第１図はこの発明の収縮性高分子材料の製造法
の一実施例によつて得られた高分子材料の酸アル
カリによる伸縮を示すグラフ、第２図はこの発明
の製造法によつて得られた高分子材料の応答速度
を示すグラフ、及び第３図は従来の製造法によつ
て得られた高分子材料の応答速度を示すグラフで
ある。
の一実施例によつて得られた高分子材料の酸アル
カリによる伸縮を示すグラフ、第２図はこの発明
の製造法によつて得られた高分子材料の応答速度
を示すグラフ、及び第３図は従来の製造法によつ
て得られた高分子材料の応答速度を示すグラフで
ある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 分子量が７万以上でけん化度が98％以上のポ
リビニルアルコールの５乃至30重量％水溶液であ
る第１の水溶液と、分子量が５万以上のカルボキ
シル基を有する弱酸性の高分子電解質の10乃至50
重量％の水溶液である第２の水溶液及びまたは分
子量が５万以上のアミノ基を有する弱塩基性の高
分子電解質の10乃至50重量％の水溶液である第３
の水溶液とをモル比で （７〜３）：｛（２〜0.5）或いは０｝ ：｛（２〜0.5）或いは０｝（但し第２の水溶液と
第３の水溶液が同時に０であることはない）で混
合した後、零下15℃乃至零下200℃の環境下で凍
結することと常温で解凍することとを１回乃至20
回繰返して含水率80〜96％のゲルを生成し、更に
前記ゲルを破れない範囲で延伸した延伸状態で零
下15℃乃至零下200℃の環境下で凍結することと
常温で解凍することとを１回乃至20回繰返すこと
を特徴とする収縮性高分子材料の製造法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61268019A JPS63120702A (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 収縮性高分子材料の製造法 |
| US07/031,675 US4717800A (en) | 1986-11-10 | 1987-03-30 | Expansible macromolecular material and porous macromolecular membrane |
| US07/102,853 US4753761A (en) | 1986-11-10 | 1987-09-30 | Method for production of expansible macromolecular material and porous macromolecular membrane |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61268019A JPS63120702A (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 収縮性高分子材料の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63120702A JPS63120702A (ja) | 1988-05-25 |
| JPH0562881B2 true JPH0562881B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=17452766
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61268019A Granted JPS63120702A (ja) | 1986-11-10 | 1986-11-10 | 収縮性高分子材料の製造法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4717800A (ja) |
| JP (1) | JPS63120702A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0196239A (ja) * | 1987-10-01 | 1989-04-14 | Dow Corning Corp | 膨張−収縮性ヒドロゲル組成物およびその製造方法 |
| JPH02154804A (ja) * | 1988-12-05 | 1990-06-14 | Bridgestone Corp | メカノケミカル・アクチュエータ |
| US6485462B1 (en) | 1997-08-27 | 2002-11-26 | Science Incorporated | Fluid delivery device with heat activated energy source |
| JP4922476B2 (ja) * | 2006-08-03 | 2012-04-25 | シチズンホールディングス株式会社 | 工作機械の主軸 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3876581A (en) * | 1972-10-10 | 1975-04-08 | Erickson Polymer Corp | Hydrophilic polymer composition for prosthetic devices |
| DE2410848C3 (de) * | 1974-03-07 | 1981-09-17 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Verfahren zur Herstellung von offenporigen Formkörpern aus Polyvinylalkohol- Acetalschwamm |
| FR2374353A1 (fr) * | 1976-12-14 | 1978-07-13 | Comp Generale Electricite | Membranes en acide polyacrylique a usage electrochimique |
| DE3026144A1 (de) * | 1980-07-10 | 1982-02-18 | Hoechst Ag, 6000 Frankfurt | Verfahren zur herstellung von polyvinylalkohol und danach erhaltener polyvinylalkohol |
-
1986
- 1986-11-10 JP JP61268019A patent/JPS63120702A/ja active Granted
-
1987
- 1987-03-30 US US07/031,675 patent/US4717800A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63120702A (ja) | 1988-05-25 |
| US4717800A (en) | 1988-01-05 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |