JPS586725B2 - 自己補強性ヒドロゲル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高分子材料を吸水膨潤せしめてなるヒドロゲル
に関し、さらに詳しくは大きな機械的強度を有する自己
補強性ヒドロゲルに関する。

ここで言うヒドロゲルは吸水した高分子材料の干衡膨潤
時における次式 で求められる吸水率が１０％以上、好ましくは２０％以
上のものをいい、本発明のヒドロゲルは親水性一疎水性
の二相構造を有する複合材料であり、とくに人工臓器、
コンタクトレンズ、分離膜（例えば血液透析膜）などの
医療用器具として用いられるが、その他、一般のゲルと
してクロマトグラフ用ゲルなどにも用いられる。

親水性のアクリル系およびメタクリル系樹脂を基材とす
るヒドロゲルは生体と接触させ、または生体に埋没して
使用されるとき、生体との親和性がよく、またこれに血
液が接触する場合も溶血や凝血を生じさせる度合いが少
い特徴を有するため、医療用材料として注目されている
。

しかしながら、従来の親水性（メタ）アクリル系樹脂を
基材とするヒドロゲルは一般に機械的強度が低く、この
ことが該ヒドロゲルの利用面で大きな障害となっている
場合が多い。

従来よりこの点を改良するための研究が行なわれている
が、十分な成果は得られていなかった。

本発明者は親水性（メタ）アクリル系高分子の幹に、あ
る範囲の大きさの疎水性高分子の枝を適当に導入するこ
とにより、親水性（メタ）アクリル系樹脂を基材とする
ヒドロゲルの好ましい性質を保持し（とくに抗凝血性な
どは一層向上し）かつ著しく向上した機械的強度を有す
るヒドロゲルを得ることができることを見い出し、本発
明に至った。

すなわち、本発明によれば一般式素またはメチル基、Ｒ
２はアルキレン基またはＣＨ２ＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２
）ｎ一基（ただしｎは１〜３０の整数）である〕で表わ
される化合物と末端に重合可能な二重結合を有する分子
量１０００〜１０００００の疎水性高分子化合物および
必要により他の単量体とより得られる共重合物を吸水膨
潤せしめた自己補強性ヒドロゲルにより上記の目的が達
せられることが判明した。

本発明における親水性（メタ）アクリル系高分子の幹を
形成するために、一般式 びＲ２は前記と同じである）で表わされる親水性（メタ
）アクリル系単量体（親水性単量体）を使用する。

この単量体を重合して得られる親水性高分子は化学的安
定性が大きく、生体との親和性がよいという特長を有し
ている。

Ｒ２のアルキレン基では炭素原子数が２〜４のものがも
つとも適している。

親水性（メタ）アクリル系高分子の幹に疎水性高分子の
枝を導入するために本発明では末端に重合可能な二重結
合を有する分子量１０００以上１０００００以下の疎水
性高分子化合物を使用する。

これにより該疎水性高分子化合物の末端の二重結合部分
で前記の親水性単量体と共重合させて疎水性高分子の枝
をつくるわけである。

ここで用いる疎水性高分子化合物は一例をあげれば次の
如き構造を有している。

上記化合物は末端に反応性二重結合を有するスチレン重
合体であるが、この他にα−メチルスチレン、ブタジエ
ン、イソプレン、メチルメタクリレート、メチルアクリ
レート、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどの
重合体の末端に重合可能な二重結合を有したものも有効
に使用できる。

このような高分子化合物はたとえば特開昭４７−２１４
８６号公報に記載されているような方法で製造すること
ができる。

このような高分子化合物が親水性（メタ）アクリル系高
分子の幹に枝として結合し、生成共重合物が水を吸収し
膨潤して機械的強度の向上した（枝高分子を有しない場
合に比較して向上した）ヒドロゲルを与えるためには、
枝を形成する高分子化合物が水に膨潤しにくい疎水性物
質であることが必要である。

具体的には該疎水性高分子は３０℃の水中に浸した場合
、平衡吸水率が１０％以下であることが必要である。

この疎水性高分子化合物の分子量は１０００〜１０００
００の範囲内であるべきである。

もし分子量が１０００未満であると補強力が小さく、ま
た疎水性高分子化合物の親水性幹高分子に対する使用重
量あたりのヒドロゲルの平衡含水率の低下が大きくなる
。

一方、疎水性高分子化合物の分子量が１０００００を越
えると、疎水性高分子化合物の親水性幹高分子に対する
使用重量あたりの補強性が小さくなる。

疎水性高分子化合物のさらに好ましい分子量範囲は２０
００〜５００００の間である。

なおここで云う分子量は蒸気圧法または浸透圧法により
測定される。

親水性（メタ）アクリル系単量体に重合能を有する疎水
性高分子化合物を共重合させると得られる共重合物を基
材とするヒドロゲルの強度は向上するが、ヒドロゲルを
構成する基材高分子材料中での疎水性高分子化合物は重
量基準で５％以上７５％以下、好ましくは５０％以下が
適当であり、もつとも好ましくは１０〜３０％である。

すなわち、共重合物中の疎水性高分子化合物含有量が５
％以上で効果が明瞭になり、１０〜３０％で強度（ヒド
ロゲルとしたときの強度）が著しく増大し、吸水性の低
下も少なく、生体との親和性も良好である。

抗凝血性などもこの範囲の疎水性高分子化合物含有量の
とき顕著に改良される。

疎水性高分子含有量が７５％を越えるとヒドロゲルとし
ての吸水性および機械的強度が低下し好ましくない。

親水性単量体と末端に二重結合を有する疎水性高分子化
合物との共重合は塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁
重合により得られる。

いずれの場合においても共重合反応終了後、共重合に関
与しなかった疎水性高分子化合物を除去することが好ま
しい。

このためには溶剤抽出法、再沈精製法などが採用される
。

とくに塊状重合で直ちに成形物を製造する場合、共重合
反応に際して二官能性単量体たとえばジビニルベンゼン
、エチレングリコールジメタクリレート、エチレングリ
コールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタク
リレート、ビス（メタ）アクリルアミドなどを添加する
と最終生成物であるヒドロゲルの性能が向上するので好
ましい。

溶液重合法はもつとも一般に採用できる共重合方法であ
り、この場合重合溶剤としては親水性単量体、末端に二
重結合を有する疎水性高分子化合物およびその両者が反
応して生成する共重合物のいずれもが溶解するものを選
ぶことが好ましい。

乳化重合、懸濁重合は塊状重合と同様、末端に二重結合
を有する疎水性高分子化合物が親水性単量体中に溶解す
る場合に採用して有利な場合がある。

重合触媒としては一般のラジカル開始剤たとえばアゾビ
スイソブチロニトリル、ペンゾイルパーオキシド、ジイ
ソプロビルパーオキシジカーボネート、ｔ−プチルパー
オクトエート、アンモニウムパーサルフエート、過酸化
水素などが用いられる。

共重合系は親水性（メタ）アクリル系単量体の１種また
はそれ以上と末端に重合可能な二重結合を有する疎水性
高分子化合物の１種またはそれ以上を含むことができる
が、場合によってはさらに他の単量体（疎水性単量体お
よび／または親水性単量体）を含むことができる。

この第三の単量体または単量体混合物はヒドロゲルが乾
燥した場合の取扱い安定性の向上やヒドロゲルの透明性
改良などの目的で導入されるものである。

この目的のために用いる疎水性単量体の量は最終生成物
の平衡吸水量が１０％未満とならない程度であり、使用
しうる疎水性単量体の例をあげればメチルメタクリレー
ト、エチルメタクリレート、プロビルメタクリレート、
メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロビルア
クリレート、ブチルアクリレートなどのアルキルメタク
リレート、アルキルアクリレート類：メトキシエチルメ
タクリレート、エトキシエチルメタクリレートなどのア
ルコキシアルキルメタクリレート、アルコキシアルキル
アクリレート類：アクリロニトリル、メタクリロニトリ
ル、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルエーテル、
ビニルエステルおよびブタジエン、イソプレンなどのジ
エン系単量体などがある。

また親水性（メタ）アクリル系単量体以外の親水性単量
体は親水性（メタ）アクリル系単量体と等モルまでは使
用することができ、この種の単量体としてはたとえばア
クリルアミド、メタクリルアミド、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、Ｎ−ビニル
ピロリドン、Ｎ−ビニルピリジン、アクリル酸、メタク
リル酸、無水マレイン酸、ジメチルアミンエチルメタク
リレート、第四級アンモニウム塩、２−ヒドロキシ−３
−メタクリルオキシグロビル第四級アンモニウム塩など
がある。

塊状重合で直接鋳込重合を行う場合以外は、共重合物は
プレス成形、押出成形、射出成形で成形加工されるか、
または共重合物を溶液とし流延法で成形される。

特殊な場合では該共重合物を適尚な親水性単量体または
これと溶媒との混合物に溶解し、重合開始剤またはこれ
と二官能性単量体（架橋剤）を加えて鋳込重合を行い成
形することもある。

以上の説明により理解されるごとく、本発明のヒドロゲ
ルを構成する共重合物は前記の一般式で表わされる親水
性（メタ）アクリル系単量体と末端に重合可能な二重結
合を有する疎水性高分子化合物との共重合物からなり、
かつ該共重合物は所望により少量の第三の単量体成分お
よび／または架橋剤成分を含有していることができる。

本発明のヒドロゲルは、その用途に応じてフイルム状、
シート状、管状、棒状、繊維状、粒状など適宜の形状を
有することができる。

以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明する。

実施例 １ ０．０４ｍｌのジフエニルエチレンを含む５００ｍｌの
ベンゼン溶液中へ、濃度１２％のｎ−ブチルリチウムの
ｎ−ヘキサン溶液を赤褐色になるまで滴下しさらに４．
８ｍｌ（６．２×１０−３モル）のｎ−ブチルリチウム
溶液を加えた。

次に１．１５ｇ（１．１モル）のスチレンを冷却及び滴
下速度を調節することにより５０℃に保ちながら加えた
。

滴下終了後３０分間この温度を維持し、２０℃にて０、
８８ｇ（０．０２モル）のエチレンオキシドを加えさら
に２ｍｌ（０．０２モル）のメタクリルクロライドを反
応させた。

反応混合物をメタノール中に滴下させることによりポリ
マーを沈澱させ片末端に二重結合を有する反応性ポリス
チレン（１）を得た。

分子量は蒸気圧浸透圧法の測定より１４０００であり、
またこのポリマーの平衡吸水率は１．０％であった。

この反応性ポリスチレン（１）４ｇをジメチルホルムア
ミド（ＤＭＦと略す）１２０ｍｌに溶解し３０ｇの２−
ヒドロキシエチルメタクリレート、０．０９ｇのエチレ
ングリコールジメタクリレート及び０．２ｇのジインプ
ロピルパーオキシジカーボネートを窒素気流下でガラス
アンプルに仕込み、封管後６０℃の恒温槽中にて３０時
間重合を行ない、反応終了後ポリマー溶液をベンゼン中
へ滴下し共重合物を得た。

このようにして得た共重合物中の（１）の含有量は６．
７重量％であり、この共重合体をジメチルホルムアミド
に溶解しキャスト法で製膜して透明フイルムを得た。

このフイルムを７日間水に浸漬して平衡膨潤に達せしめ
たところ吸水率は５０．４％であった。

この膨潤フイルムの引張り強度は３．０ｋｇ／ｃｍ２で
あった。

なお（１）を含有しないホモポリマーでは平衡膨潤時の
吸水率は５５．７％でありフイルムの強度は０．７ｋｇ
／ｃｍ２であった。

実施例 ２ 実施例１におけると同様の反応性ポリスチレン（１）を
１０ｇ、７０ｍｌのＤＭＦに溶解し、１５ｇの２−ヒド
ロキシエチルメタクリレート、０．０５ｇのエチレング
リコールジメタクリレート及び０．１ｇのジイソプロピ
ルパーオキシジカーボネートを窒素気流下にてアンプル
中に仕込み封管後６０℃の恒温槽中にて４８時間重合を
行ない、実施例１と同様な方法でポリマーを精製した。

共重合物中の（１）の含有量は１７．３重量％であり、
該共重合物を実施例１と同法にてフイルムとし、水に浸
漬してヒドロゲルとしての性能を測定したところ吸水率
は４１．４％で、水中膨潤のフイルム強度は２０．２ｋ
ｇ／ｃｍ２であった。

実施例 ３ 実施例１および２にて合成した共重合物５．０ｇをテト
ラハイドロフラン７．０ｍｌメタノール３．０ｍｌの混
合溶媒に溶解後５０ｇの２−ヒドロキシエチルメタクリ
レート０．２５ｇのエチレングリコールジメタクリレー
ト及び０．０５ｇのｔ−プチルパーオクトエートを加え
２４時間６０℃の恒温槽中にて重合を行なった。

これにより得られた共重合物は吸水させると無色透明の
自己補強性ヒドロゲルを形成した。

実施例 ４ 実施例１および２にて合成した共重合物４．０ｇを直径
２ｃｍ，深さ０．６ｃｍの枠内に置き１６７℃、３５気
圧下にて溶融成形し無色透明のレンズ様デスクを得た。

このデスクを水中に膨潤させて自己補強性ヒドロゲルを
得た。

実施例 ５ 実施例２で得られた膨潤フイルム、ガラス、ポリスチレ
ン、ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）の各試験
片を時計皿に入れ、３７℃の恒温槽中に置いた。

各試験片に０．２５ｍｌの新鮮なＡＣＤ血液を滴下し、
０．１モル塩化カルシウム水溶液を０．０２５ｍｌ加え
て反応を開始した。

よく攪拌しガラス板で時計皿を被い所定時間毎に水を加
えて反応を停止させた。

生成した凝血を水中に５分間浸漬したのち３７％ホルム
アルデヒド水溶液に５分間浸し、さらに水で洗い凝血を
固化させた。

固化した凝血をｐ紙の間で水分を吸収し、重量を秤量し
た。

結果を第１図に示した。なお縦軸の血液凝固率（％）は
ガラス上における最大凝血値を１００％として算出した
。

第１図より実施例２で得られた本発明のヒドロゲル（曲
線４）はガラス（曲線１）、ポリスチレン（曲線２）、
ポリ（ヒドロキシエチルメタクリレート）（曲線３）よ
りも抗凝血性に関して優れた性質を有することがわかる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例２で得られた本発明のヒドロゲル及びそ
の他の素材の抗凝血性を示した図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. しＲ１は水素またはメチル基、Ｒ２はアルキレン基また
   は−ＣＨ２ＣＨ２（ＯＣＨ２ＣＨ２）ｎ一基（ただしｎ
   は１〜３０の整数）である〕で表わされる化合物と末端
   に重合可能な二重結合を有する分子量１０００〜１００
   ０００の疎水性高分子化合物および必要により他の単量
   体とより得られる共重合物に１０重量％以上の水を含ま
   せてなる自己補強性ヒドロゲル。