JPS586726B2 - 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収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乎衡膨潤
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、たとえば人工臓器
、コンタクトレンズなどすぐれた生体適合性が要求され
る医療用材料や、また分離膜（例えば血液透析膜）、ク
ロマトグラブ用ゲルなどに用いられる。

１分子中に１個または１個以上の窒素原子を有する水溶
性ビニル単量体を少量の二官能性単量体などと共重合し
て得られる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組織や粘膜
を刺激することなく生体とのなじみや親和性がよく医療
用基材として注目されている。

これらの事実の一部は特開昭４６−３７４７、特開昭４
７−２５９８、特開昭４７−８５３９にも記載されてい
る。

しかしながら従来の上述のごとき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。

本発明者らは、窒素原子を有する水溶性ビニル単量体を
主とする親水性高分子の幹に、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、上述の含窒
素親水性高分子の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著しく向上し）
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出した。

すなわち、本発明によれば１分子中に１個以上の窒素原
子を有する水溶性ビニル単量体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
水性高分子化合物との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。

本発明においては含窒素親水性高分子の幹を形成するた
めに、１分子中に１個または１個以上の窒素原子を有す
る水溶性ビニル単量体を使用するここでいう水溶性ビニ
ル単量体とは、該単量体が室温（３０℃）で少なくとも
重量比で１０％以上好ましくは３０％以上の量が水に均
一混合する単量体を指す。

本発明において使用する窒素原子を有する水溶性ビニル
単量体の例としては、次のようなものがあげられる。

アクリルアミド、メタアクリルアミドやＮ−メチルアク
リルアミド、Ｎ−エチルアクリルアミド、Ｎ−メチロー
ルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシエチルアクリルアミ
ド、ダイアセトンアクリルアミド等のＮ−モノ置換アク
リルアミド類、Ｎ−Ｎ−ジメチルアクリルアミド、Ｎ−
Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ一エチルーＮ−アミノ
エチルアクリルアミド、Ｎ一エチルーＮ−ヒドロキシエ
チルアクリルアミド、Ｎ．Ｎ−ジメチロールアクリルア
ミド、Ｎ−Ｎ−ジヒドロキシエチルアクリルアミド等の
Ｎ−Ｎ−ジ置換アクリルアミド類、さらにはＮ−アクリ
ロイルモルホリン、Ｎ−アクリロイルピペリジン、Ｎ−
アクリロイルピロリジン複素還式化合物、Ｎ−ビニルピ
ロリドン、Ｎ−ビニルピペリドン等のＮ−ビニル化合物
、及び２−ヒドロキシ−３−メタクリルオキシプロピル
第４級アンモニウム塩、ビニルピリジン４級アンモニウ
ム塩、ジメチルアミノエチルメタクリレート第４級アン
モニウム塩などがある本発明においては含窒素親水性高
分子の幹を形成するために、上記の如き水溶性含窒素ビ
ニル単量体を使用するが、これらの含窒素水溶性単量体
の単独重合又は共重合により形成される高分子の諸性質
（ヒドロゲル吸水率調節、乾燥ヒドロゲルの取扱い安定
性向上、ヒドロゲルの透明性向上、生体親和性向上等）
を改良するため、他の重合可能な親水性単量体および疎
水性単量体を変性剤として含窒素水溶性単量体に対し等
モル以下の範囲で添加して共重合を行なわせる場合があ
る。

この変性剤としての単量体には一般のビニル単量体、ジ
エン単量体などが用いられ、例えば（メタ）アクリル酸
、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、メトキシエ
チル（メタ）アクリレート、エトキシエチル（メタ）ア
クリレート、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メ
タ）アクリレート、ｎ−ブチル（メタ）アクリレート、
（α−メチル）スチレン、（メタ）アクリロニトリル、
ビニルエステル、ビニルエーテル、エチレン、プロピレ
ン、プテン、イソプレン、ブタジエン、無水マレイン酸
などが挙げられる。

さて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１０
００００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
で前記の含窒素水溶性ビニル単量体及び場合によっては
目的に応じてさらに少量の改質用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すなわち、該重
合体の末端に重合可能な末端化剤を反応させて、製造す
ることができる。

ここでいう末端化剤にはアルキル基が６個又はそれ以下
の炭素原子を有するビニルハロアルキルエーテル、６個
またはそれ以下の炭素原子を有するハロアルカノイツク
酸のビニルエステル、ハロゲン化アリル、アクリルハラ
イド、メタクリルノライド、ノロマレイン酸無水物、ハ
ロマレイン酸エステル、ハロゲン化ビニルおよびハロビ
ニルシランを含む。

ノロゲン基はそのクロロ、フルオロ、ブロモ，またはア
イオド基であり得るし、好ましくはクロロ卑である。

このような高分子化合物が含窒素親水恨高分子の幹に枝
として結合し、生成共重合物が汁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
が必贋である。

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。

また、この疎水性高分子化合物の分子量は１０００〜１
０００００の範囲内であるべきである。

もし分子量が１０００未満であると補強性が小さく、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吸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
００〜５０００００間である。

なおここでいう分子量は蒸気圧法または浸透圧法により
測定される含窒素水溶性ビニル単量体（及び少量の改質
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の含有量は重量基準で５％
以上８０％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％
以上で上記の効果が明瞭となり、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、吸水率
の低下も少く、生体との親和性が良好で抗凝血性なども
顕著に改良される。

含窒素水溶性ビニル単量体（及び場合によっては少量の
改質用単量体）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
濁重合のいずれによっても行うことができる。

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
反応に際して架橋剤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。

架橋剤は一分子中に二官能以上有する単量体で、例えば
Ｎ−Ｎ’−メチレンビス（メタ）アクリルアミド、エチ
レングリコールジ（メタ）アクリート、ジエチレングリ
コール（メタ）アクリレート、ジビニルベンゼンなどで
ある。

架橋剤濃度は所望の架橋度に基づいて選ばれるが、好ま
しくは０．１〜２重量％である。

溶液重合法はもつとも一般に採用できる共重合法であり
、この場合重合溶剤としては含窒素水溶性ビニル単量体
、改質用単量体（変性剤）、末端に二重結合を有する疎
水性高分子化合物およびそれら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含窒素水溶性ビニル単量
体は場合によっては添加する改質用単量体の混合物に溶
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、ベンゾイルパーオキシド、ジイ
ソプロピルパーオキシジカーボネート、ｔ−ブチルパー
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。

共重合系は含窒素水溶性単量体の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種またはそれ以上場合によっては改質用単量体の１
種またはそれ以上を含むことができる。

但しここで改質用単量体の総量は含窒素親水性化合物の
特徴を生かすため含窒素水溶性単量体の総量に対し等モ
ル以下であることが望ましく、二重結合を有する疎水性
高分子化合物と共重合した後の共重合物は生体親和性な
どの性質を良好とするため３０℃の水中における平衡吸
水率が１０％以上、好ましくは２０％以上であることが
必要である。

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を行うか、
または共重合物を溶液とし流延法で成形を行う。

また共重合物の溶液を他の基材の上にコートすることも
ある。

特殊な場合では該共重合物を適当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。

以上の説明により埋解されるごとく、本発明のヒドロゲ
ルを構成する共重合物は含窒素水溶性単量体と末端に重
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、スポンジ状などの
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、更に４．
８ｍｌ（６．２ｘ１０−３モル）の該ｎ一ブチルリチウ
ム溶液を加えた。

次に１１５ｇ（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更に
２ｍｌ（０．０２モル）のメタクリルクロライドを反応
させた。

ポリマーをメタノールにて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（Ｔ）を得た。

分子量は蒸気圧滲透王法の測定より１４０００であった
。

この反応性ポリスチレン（Ｔ）４ｇをジメチルホルムア
ミド１２０ｍｌに溶解し１６ｇのＮ−Ｎ−ジメチルアク
リアミド、１４ｇのプチルアクリレート、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、該ポリマー溶液を水中へ滴
下しｎ−ヘキサンで洗條し共重合物を得た。

このようにして得た共重合物中の（１）の含有率は約１
０重量％であった。

この共重合物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。

このフイルムを一週間水に浸漬して平衡膨潤に達せしめ
たところ吸水率は５５％であった。

この膨潤フイルムの引張り強度は３５ｋｇ／ｃｒ２であ
った。

なお（Ｉ）を含有しないポリマーでは平衡膨潤時の吸水
率は７０％でフイルムの強度は３ｋｇ／ｃｒ２であった
。

実施例 ２ 実施例１と同じ反応性ポリスチレン（Ｔ）５ｇを３０ｍ
ｌのジメチルホルムアミドに溶解し、８ｇのダイアセト
ンアクリルアミド及び０．１ｇのアゾビスインブチロニ
トリルを加え、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３０時間重合を行ない、実施
例１と同法でポリマーを精製した。

共重合物中の（Ｉ）の含有率は２０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３
５％で、水中膨潤時のフイルム強度は３５、５ｋｇ／ｃ
ｍ２であった。

実施例 ３ 実施例１にて合成した共重合物４．０７を直径２ｃｍ、
深さ０．６ｃｍの枠内に置き１５０℃、５０気圧下にて
溶触成形し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 ４ 実施例２で得られた膨潤フイルム、ガラス、ポリスチレ
レン、シリコンゴム、およびポリダイアセトンアクリル
アミドの各試験片を室温の水中に２４時間以上保存した
のち時計皿に入れ、３７℃恒温槽中に置いた。

各試験片に０．２５ｍｌの新鮮な犬のＡＣＤ血液を滴下
し、０．１モルの塩化カルシウム水溶液を０．０２５ｍ
Ａ加えて凝血反応を開始した。

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
えて凝血の進行を停止させた。

生成した凝血塊を水中に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
塊を固定させた。

固化した凝血塊をＦ紙の間で押え水分を吸収し、重量を
秤量した。

ガラス上における最大凝血塊重量を１００とした場合、
凝血塊重量が５０となる時間をｔ５０とすれば、ガラス
のｔ５ｏ＝２分、ポリスチレンのｔ５ｏ＝２．５分、ポ
リダイア七トンアクリルアミドのｔ５ｏ＝３．５分、シ
リコーンのｔ５ｏ＝６分、実施例２で得られた膨潤フイ
ルムのｔ５０＝６．５分であった。

これより、本発明のヒドロゲルは優れた抗凝血性を有す
ることがわかる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １分子中に１個または１個以上の窒素原子を有する
   水溶性ビニール単量体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
   子化合物との共重合物に１０重量％以上の水を含ませて
   なる自己補強性ヒドロゲル。