JPH07505417A - 生分解性耐水性高分子材料 - Google Patents

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】 生分解性耐水性高分子材料 本発明は、特に箔、フィルム、ストリップ、塊、成形品等の形をした、生分解性 耐水性高分子材料に関する。

天然の高分子材料、例えばゼラチン又はグルー（膠）を主成分とした耐水性重合 体を製造するためのものであって今まで文献に記載されている方法は、主重合体 （バイオポリマー）の存在において不飽和化合物あるいは不飽和化合物の混合物 をグラフト共重合（ラジカル反応）させる方法に限定されている。これらの方法 によって得られるものは、ゼラチン部分及び非変性のゼラチンを有しないグラフ ト共重合体、単独−もしくは共重合体からなる特性面に乏しい生成物の混合物で あり、それらの生成物のいろいろな組成に原因して、信頼性がありかつ再現可能 な使用を具現することは困難である。

本発明の目的は、明確な材料特性を伴って製造することのできる高分子材料を提 供することにある。

この目的は、本発明に従うと、下記の工程：ａ）多糖類及び（又は）ポリペプチ ドを、それらのヒドロキシル−、アミノ−、イミノ−、チオール−及び（又は） カルボキシル基のところで、架橋性基含有剤との非ラジカル反応によって少なく とも部分的に誘導体化せしめて未架橋の反応生成物を形成すること、及び ｂ）上記工程ａ）で得られた未架橋の反応生成物を前記架橋性基の架橋下に反応 させて架橋反応生成物を形成すること、を含む方法によって製造される生分解性 耐水性高分子材料によって達成することができる。

本発明の生分解性耐水性高分子材料は、そのために、多糖類及び（又は）ポリペ プチドの架橋反応生成物から本質的になっており、それらのヒドロキシル−、ア ミノ−、イミノ−、チオール−及び（又は）カルボキシル基は、少なくとも部分 的に、誘導体化に続きかつそれとは独立して実施可能である工程で架橋可能であ る基を含有する剤との非ラジカル反応によって誘導体化せしめてられたものであ る。

グラフト共重合の場合には、誘導体化のために用いられる剤の誘導化反応及び架 橋反応は互いに平行してかつコントロール困難な形で行われるけれども、本発明 は、２段階の製造方法を選択し、その際、最初に、誘導体化せしめられた多糖類 又はポリペプチドを非ラジカル反応で得、次いで、場合により別の単量体の添加 下に、重合のみならず重縮合及び重付加も反応メカニズムとして包含するところ の目的とする重合反応を行うことができる。

得られる生分解性耐水性高分子材料は、したがって、それらの使用目的にあわせ てそれらの性質を正確に調整することができる。例えば基質の濃度、誘導体化の 程度及び重合条件のような反応条件の選択に依存して、水不溶性であるかもしく は耐水性であり、但し生分解性である重合体を得ることができ、また、これらの 重合体は、成形品、コーティング（被覆）として、そして特に包装材料としても 、使用することができる。

これらの高分子量の製品は、それらの有する極性のある構造的特徴（アミノ酸、 糖類）のため、例えば水及びアルコール、その他のような親水性媒体中において ばかりでなく、例えばハロゲン化炭化水素、エーテル、ケトン等のような疎水性 溶媒中においても不溶性であり、しかし、極性溶媒中で少なくとも部分的に膨潤 可能であるという性質を保持する。

これらの高分子量の主重合体は、誘導体化及び架橋にもがかわらず、それらの本 来の性質であるところの、相応の好気性又は嫌気性作用を有する酵素系によって オリゴマー及び単量体単位まで分解せしめられ得るという性質を依然として保有 し、しがも、経時的には、これらの高分子材料の堆肥化を可能とする。

架橋性基は、好ましくは、アクリル−及び（又は）メタクリル残基を包含する。

前記の剤としては、特に、グリシジルアクリレート及び（又は）グリシジルメタ クリレートを挙げることができる。

ポリペプチドを選択するに当たっては、コラーゲン由来のもの、特にゼラチン、 動物グルー、コラーゲン又はコラーゲン水解物の形をしたものがとりわけ有利で ある。さらに加えて、しがしながら、その他のバイオポリペプチド、例えば乳清 蛋白質及び（又は）カゼイン、植物性蛋白質、特に大豆蛋白質のようなものを、 単独もしくは混合して、また、コラーゲン由来のポリペプチドと混合しても、使 用することができる。

ゼラチンなる概念の下において、本願明細書において用いられる定義に従うと、 １段階のタイプＡのプロセスで得られる物質ばかりでなくて、２段階のアルカリ プロセスで得られかつ４０〜３２０ｇ（英国標準規格）のゲル化力を有するもの までが含まれることを理解されたい。

同時に、高分子量の主重合体を製造するに当たって、皮革又は骨グルーの形をし た未精製のコラーゲン質粗材料が出発材料として適当である。同様に、本発明に よる高分子量の主重合体材料を製造するための出発材料として、ゲル化していな いコラーゲン質材料、いわゆるコラーゲン水解物、例えば皮革又は骨のようなコ ラーゲンリッチの原材料から物理的（圧力、温度）、化学的（例えば酸又は灰汁 ）又は生物学的（酵素）方法によって得られるようなものも適当である。適当な 耐水性を達成するためには、平均して、多糖類−もしくはポリペプチド連鎖の単 糖類−もしくはアミノ酸基１０００個について少なくとも１０個の架橋性基を存 在させるべきである。

ポリペプチド部分に関して、架橋性基は、主として、専らアミノ−及びカルボキ シル基を介してポリペプチド連鎖と結合しているのが有利である。

ポリペプチド材料のいろいろな使途に関して、ポリペプチド部分の架橋性基は、 主として、専らカルボキシル基を介してポリペプチド連鎖と結合しているのが有 利であるということが判明した。

一般的に、高分子材料における適当な耐水性及び引っ張り強さは、ポリペプチド 連鎖のアミノ酸１０００個について平均して１５０個までの架橋性基を存在せし める場合に観察することができる。

もしも高分子材料を多糖類−及びポリペプチド部分の混合物から構成するとする と、これらの部分は、好ましくは、互いに架橋せしめられる。好ましくは、この 架橋反応は、架橋反応の生成物が完全に不水溶性となるまで継続され、また、他 方において、架橋反応の生成物が依然として特定の範囲内で水中で膨潤可能であ るように注意するのが好ましい。水膨潤性は、高分子材料を堆肥化する際に分解 反応を促進する。

本発明による高分子材料の化学的及び機械的性質は、非常に正確に調整すること ができ、また、それは特に、誘導体化を行う前、多糖類及び（又は）ポリペプチ ドの官能基の部分を保護基によって部分的に封鎖（ブロック）することによって 可能である。ここで、生化学の分野において一般的な保護基を使用することがで き、また、これらの基は、誘導体化のために望ましい官能基を選択的に利用可能 とする。

特別な場合に、誘導体化せしめられた多糖類及び（又は）ポリペプチドとして、 少なくとも部分的に、場合によりそれ自体の分子連鎖中に異なる架橋性基を有し かつ異なるタイプの架橋反応に関与可能であるような誘導体化生成物を使用する のが有利であることが判明した。

このことを通じて、後の反応で完全に硬化せしめることができるかもしくは、少 なくとも界面において、その他の物質との化学反応をさらに被ることができるよ うな架橋せる高分子材料を製造する可能性が開かれる。

本発明のこれらの及びその他の利点は、以下に記載する実施例によってさらに詳 細に説明する。

コラーゲン出発材料の誘導体化 上記したコラーゲン出発材料の誘導体化工程は、それらの材料を１〜７０重量％ の濃度範囲の水溶液に変換することを包含し、その際、ゼラチンは、それらの品 質に依存して、好ましくは１〜３０重量％の濃度で、グルーは１０〜４０重量％ で、そしてゲル化していないコラーゲン水解物は２０〜７０重量％で、用いられ る。

グリシジルアクリレートもしくはグリシジルメタクリレートのタイプの反応性ア クリレート又はメタクリレートは、変性剤として有利に用いられ、また、４．０ 〜ｌ０００のｐ■の時、特に、グルタミン酸及びアスパラギン酸のγ−もしくは β−カルボキシル基と、そしてリジン及びヒドロリシンのε−アミノ酸と反応す る。

て４１ｉＦｌ＃ｆａ＞である。入手可能なゼラチンの反応性基の含有量は、ゼラ チンのタイプに依存して変更可能であるニータイプＡのゼラチンは、８５ｍモル ／１００ｇの酸性アミノ酸残基（グルタミン酸及びアスパラギン酸）を含有する 。

−タイプＢのゼラチンは、コラーゲン含有の原材料のアルカリコンディショニン グ中にグルタミン又はアスパラギンがグルタミン酸又はアスパラギン酸に脱アミ ノ化せしめられることの結果として、ゼラチンｌｏｎｇについて１２７ｍモルの 酸性アミノ酸残基を含有する。

アルカリ性アミノ酸残基（リシン及びヒドロキシリシン）の含有量は、３８ｍモ ル／１００ｇで、両タイプのゼラチンについて同量であり、そして原材料のアル カリ処理によって変更せしめられない（“Ｔｈｅ　５ｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔ ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｇｅ１ａｔｉｎ″、　Ａ、　Ｇ、　Ｗａｒｄ及びＡ 。

Ｃｏｕｒｔｓ編、Ａｃａｄｅｍｉｃ　Ｐｒｅｓｓ、１９７７年刊を参照されたい ）。

誘導体化の間の反応温度は、好ましくは３０〜８０℃、さらに好ましくは４０〜 ６０℃の範囲である。この温度範囲の上限は、より高い温度ではグリシジル試薬 が加水分解されてジオールを形成する傾向が増大するので、この傾向を回避すべ きであるという事実に由来している。

対応のエステルは、酸性アミノ酸側鎖のところでの誘導体化の場合に反応生成物 として形成される一アルカリ性アミノ酸側鎖の変性の場合、ポリペプチド結合を 有する反応パートナ−と反応性アクリレート又はメタクリレートとの間の対応の １，３−アルカノールアミン誘導体。

以下において、２つの独立した工程、誘導体化及び共重合、によって本発明によ る高分子材料を製造する方法を、一般的な反応式にもとづいてより詳細に説明す る。

反応式 ： ％式％（） Ｘ＝単量体、例えばゼラチン−ＧＭＡの官能基本発明による主重合体材料を製造 するための上記に概略を記した反応式は、グラフト共重合の場合にはそのラジカ ル反応のメカニズムに原因して多数の異なる反応生成物が発生して複雑な反応生 成物の混合物が形成されるのに反して、本発明による高分子材料の選択的製造が 可能であることを説明している。

誘導体化と、誘導体化せしめられた主重合体を架橋させるための独立した重合と からなる本発明の２段階プロセスは、コラーゲン出発材料をベースとするかもし くは多糖類又は２種類の混合物をベースとする耐水性重合体の選択的な、特別仕 様の合成を行うことのいろいろな可能性を発現するものである。

変性のために選択されるｐＨ条件及び最高で２５重量％（ポリペプチド又は多糖 類の重量に対して）の誘導体化度に依存して、水溶性の生成物が得られ、そして これらの生成物は、直ちにもしくは乾燥後、そして例えばレドックス、熱又はＵ ■処理のような適当な重合プロセスによって、不水溶性の、但し依然として膨潤 可能な生成物、例えば箔、ストリップ又は成形品に変換せしめられる。

グリシジルアクリレート又はグリシジルメタクリレートで変性したゼラチン、グ ルー又は氷解物は水で希釈可能でありかつその水溶液は、重合を行う前、例えば アセトン、アルカノール及びポリオールのような多くの有機溶剤との相溶性を有 しているので（溶解せしめられた生成物の含有量は、約５０重量％まで）、紙、 板紙、木材、合成材料及び金属の分野におけるマニホールドコーティング及び接 着（ブルーイング）タスクを単独で、もしくは追加のラテックスと組み合わせて 使用することができる。

記載した不水溶性の高分子量生成物の主たる構成要素は、蛋白質又はポリペプチ ド連鎖からなっており、それらのものから製造される製品は、好気性又は嫌気性 作用を有する微生物の蛋白分解作用に原因して生分解可能である。

ゼラチンアクリレート又はゼラチンメタクリレートの水性であるがまだ重合せし められていない溶液又は分散液を適用するに当っては、標準的な処理技法のすべ て、例えば噴霧（スプレー）、ローリング、キャスティング、ナイフ法が適当で ある。本発明による多糖類系にも同じものが適用される。高分子量のポリマーコ ンパウンドの生成物の性質をさらに変更するためには、以下の項目に示すように 追加のコモノマーが適当である。

−疎水性化　ニアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル−カチオン化ニトリ メチルアンモニウムプロピルメタクリルアミドクロライド 一アニオン化ニアクリル酸、メタクリル酸例１ １．１００ｇのタイプＢゼラチン（骨２７０ブルーム）を９００ｇの５０℃の水 で溶解し、ＩＮのＮａＯＨを加えてそのｐＨ値を８．５にし、４．４５ｍ１のグ リシジルメタクリレート（ＧＭＡ）を撹拌下に添加し、そして５０℃で１時間撹 拌する。このＧＭＡ量は、ゼラチン１００ｇ当りの３８ｍモルのりシン及びヒド ロキシリシンの含有量に相当する、すなわち、理論的にモル転換（リシン及びヒ ドロキシリシンの含有量に関して）。５０℃で１時間の撹拌後、２ＮのＨｔＳＯ ＋を添加することによってｐＨ値を７．０に調節する。このゼラチン溶液は、必 要時、適当な手法（なかんずく、イオン交換、隔膜濾過）を用いて脱塩、濃縮及 び乾燥又は重合することができる。

例２ 前記例１に記載の手法、但しタイプＡゼラチン（２５０〜３００ブルーム）を使 用。

例３ ３００ｇのタイプＢゼラチン（骨１００ブルーム）を７００ｇの５０℃の水で溶 解し、ＩＮのＮａＯＨを加えてそのｐＨ値を８．５にし、１３．３５＋ｎｌのグ リシジルメタクリレートを撹拌下に添加しくリジン及びヒドロキシリシンの理論 含有量に対して等モルのバッチ）、そして５０℃で１時間撹拌後する。引き続く 処理は前記例１に同じ。

例４ 前記例３に記載の手法、但しタイプＡゼラチン（１００ブルーム）を使用。

例５ ５０％のコラーゲン水解物溶液（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ　Ｇｅ１ａｔｉｎｅ−Ｆａｂ ｒｉｋｅｎＳｔｏｅｓｓ　ＡＧ製の“Ｇｅ１ｉｔａ−３ｏｌ″）にＩＮのＮａＯ Ｈを加えて５０℃でｐＨ８，５に調節し、撹拌下に５重量％のグリシジルメタク リレートを添加し、そして５０℃で１時間撹拌する。引き続いて、２ＮのＨ２Ｓ Ｏ１を加えてｐＨ値を７．０に調節する。変性後の蛋白質溶液は、予め脱塩処理 を行っても行わなくても、乾燥（スプレー乾燥、凍結乾燥）又は重合させること ができる。

例６ 前記例１〜例５で調製した蛋白質溶液を、７０℃で、０．５重量％のＮａｔＳｚ Ｏｓ（１０％水溶液として）と混合する一強度を異にする不水溶性のポリマーゲ ルが０．　５〜２分間以内に形成される。

例７ 前記例１〜例４で調製したゼラチン溶液を、０．２５重量％の適当なＵＶ開始剤 （例えばＣｉ　ｂａ−Ｇｅ　ｉ　ｇｙ社製のＩｒｇａｃｕｒｅ　６５１　１０％ アセトン溶液として）と混合し、例えばポリエステル、ポリメタクリレートのよ うな不活性なキャリヤ箔上にナイフ装置を使用して、湿潤時膜厚ｌＯＯ〜５００ μｍで適用し、そしてＵＶ光に２分間露光する（タイプＨｅｒａｅｕｓ　ＮＮ１ ５４４　ＶＫ、　１５Ｗ）　ｏ乾燥後、透明な不水溶性フィルムが得られる。

」 前記例７からの注加用溶液に対して、軟化剤としてのポリオール類（グルセリン 、ソルビトール、ポリエチレングリコール）を１０〜４０％（ゼラチン重量に対 して）の濃度で添加することにより、極めてフレキシブルな不水溶性の膜が得ら れる。

」 ６００ｇのロウ状モロコシデンプン（高アミロペクチン含有量、Ｎａｔｉｏｎａ ｌ　５ｔａｒｃｈ社製のタイプＡｍ１ｏｃａ　ＡＪＨ−５０４）を５０℃で、１ ２０ｇのＮａ２５Ｏｔと８００岨の水の溶液中に懸濁させる。５ｏ％ＮａＯＨを 添加することによって、ｐＨ値を１０．５〜１１．０に設定する。０゜０３のデ ンプン置換度（Ｄｓ）、すなわち、デンプン中に存在するアンヒドログルコース 単位の遊離ヒドロキシル基の１％、を達成するために、１３ｍ１のグリシジルメ タクリレートを徐々に添加する。

５０℃で２時間の反応時間の後、ｐｌ値を７．　０まで下げ、デンプンを吸引濾 過し、引き続いて水で数回洗浄し、そして循環式のドライヤキャビネット中で４ ０〜４５℃で乾燥する。

匹↓且 １０ｇの前記例９に従ってｍ製しがっグリシジルメタクリレートで変性したロウ 状モロコシデンプンを７０℃で３０分間、１０％の水性分散液の形でプレゲル化 し、そして０．　５％のＮ＆＠５ｔ（ｈ（バッチに対して）ともども撹拌しなが ら単独重合させる。約５分後、粘度が急激に上昇し、さらに５分後では、がなり の粘稠なバッチはもはや撹拌不可能である。

西±１ １０ｇの前記例、９に従って調製しかつグリシジルメタクリレートで変性したロ ウ状モロコンデンプンを、前記例２に従ってグリシジルメタクリレートで変性し た１０ｇのタイプＡ、２７０ブルームのゼラチン中に、徐々に撹拌混入する。ｌ Ｏｍ＋の水性１０％ＮａｔＳｔＯｅ溶液を添加することによって、共重合を開始 させる。約５分間の撹拌の後、不水溶性のポリマーゲルが形成される。

例１２ 前記例６〜例１１に従い製造した高分子量の生型合体は試験管内試験において生 分解可能である：箔又は粒子を、３７℃のＯ，１％ＨＣＩ中で、２重量％のペプ シンと一緒にインキュベートする。これらの重合体物質は、誘導体化の程度及び 重合条件に応じて、２時間〜７日間以内に完全に溶解する。

例１３ 高分子量の耐水性生重合体箔（５重量％のＧＭＡを用いて誘導体化せしめられた ２７０ブルームの骨ゼラチン箔をｕ■硬化させて製造）の腐朽可能性は、実際の 試験によって証明することができる：供試ストリップを標準の炭の糸状菌で覆い 、そして４０℃でインキュベートする。４週間後、箔は跡かたもなく分解する。

国際調査報告 １１．鮎□　ＰＣＴ／ＥＰ　９３１００５６３Ｆｗ　＊−磨７＋ｖｅｌｈｅｍ＋ ｗ　２１１　ｋｗｙｎ　Ａｍｗｙ　＋−ｋｍＷｈｒｍａ　ｄ１ンｑｗｗｈ轄Ｐｓ −−−ｗ　Ｎ＋、１１１１国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　バベル、ビルフリートドイツ連邦共和国、デー−６９３０ニー ベルバッハ、アム　リンクブルネン　３９

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. １．箔、フィルム、ストリップ、塊、成形品等の形をしたものであって、下記の 工程： ａ）多糖類及び（又は）ポリペプチドを、それらのヒドロキシルー、アミノー、 イミノー、チオールー及び（又は）カルボキシル基のところで、架橋性基含有剤 との非ラジカル反応によって少なくとも部分的に誘導体化せしめて未架橋の反応 生成物を形成すること、及び ｂ）上記工程ａ）で得られた未架橋の反応生成物を前記架橋性基の架橋下に反応 させて架橋反応生成物を形成すること、を含む方法によって製造された、生分解 性耐水性高分子材料。
2. ２．前記架橋性基がアタリルー及び（又は）メタクリル残基を包含することを特 徴とする、請求の範囲第１項に記載の高分子材料。
3. ３．前記した剤が、グリシジルアクリレート及び（又は）グリシジルメタクリレ ートを包含することを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の高分子材料。
4. ４．前記ポリペプチドが、コラーゲン由来のもの、特にゼラチン、動物グルー、 コラーゲン又はコラーゲン水解物及び（又は）乳清　蛋白質、カゼイン、植物性 蛋白質、特に大豆蛋白質であることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第３項の いずれか１項に記載の高分子材料。
5. ５．平均して、多糖類−もしくはポリペプチド連鎖の単糖類もしくはアミノ酸１ ０００個について少なくとも１０個の架橋性基が存在していることを特徴とする 、請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の高分子材料。
6. ６．ポリペプチド部分の架橋性差が、主として、ポリペプチドの連鎖に対して専 らアミノー及びカルボキシル基を介して結合していることを特徴とする、請求の 範囲第１項〜第５項のいずれか１項に記載の高分子材料。
7. ７．ポリペプチド部分の架橋性基が、主として、ポリペプチドの連鎖に対して専 らカルボキシル基を介して結合していることを特徴とする、請求の範囲第１項〜 第５項のいずれか１項に記載の高分子材料。
8. ８．平均して、ポリペプチド連鎖のアミノ酸１０００個について１５０個までの 架橋性基が存在していることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第７項のいずれ か１項に記載の高分子材料。
9. ９．多糖類の部分がポリペプチド部分と架橋せしめられていることを特徴とする 、請求の範囲第１項〜第８項のいずれか１項に記載の高分子材料。
10. １０．架橋反応生成物が不水溶性を呈するまで前記架橋反応が継続せしめられる ことを特徴とする、請求の範囲第１項〜第９項のいずれか１項に記載の高分子材 料。
11. １１．架橋反応生成物が水膨潤可能であることを特徴とする、請求の範囲第１項 〜第１０項のいずれか１項に記載の高分子材料。
12. １２．前記した剤の遊離の単量体及び（又は）プレポリマーの存在下における架 橋反応において得られることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第１１項のいず れか１項に記載の高分子材料。
13. １３．前記架橋反応が、重合一、重縮合一又は重付加反応であることを特徴とす る、請求の範囲第１項〜第１２項のいずれか１項に記載の高分子材料。
14. １４．前記多糖類及び（又は）ポリペプチドの官能基が、誘導体化を行う前、保 護基によって部分的に封鎖されていることを特徴とする、請求の範囲第１項〜第 １３項のいずれか１項に記載の高分子材料。
15. １５．誘導体化せしめられた多糖類及び（又は）ポリペプチドとしてかつ部分的 に、場合によりそれ自体の分子連鎖中に異なる架橋性基を有しかつ異なるタイプ の架橋反応に関与可能である誘導体化生成物を使用することを特徴とする、請求 の範囲第１項〜第１４項のいずれか１項に記載の高分子材料。