JPS591744B2 - 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させ膨潤させたヒドロゲルに
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。

本発明のヒドロゲルは吸水した高分子材料の平衡膨潤時
における次式含水重合物重量−絶乾重合物重量 吸水率＝ 絶乾重合物重量 ×１００（重量％） で求められる吸水率が１０重量％以上、好ましくは２０
重量％以上のものをいい、本発明のヒドロゲルは親水性
−疎水性の二相構造を有する複合材料を基材とし、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つてい
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つた。
本発明者らは、これらの問題を解決すべく鋭意研究の結
果、先に親水性の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を共重合することにより得ら
れる自己補強性ヒドロゲル用基材が上記の目的を達成す
ることを見い出した。

本発明に於いては、これらの点についてさらに研究を重
ね、「主として一般式Ｃｌ（２〕）ＯイトＲ２−ＯＨ〔
ただしＲ、は水素またはメチル基、Ｒ２は置換基として
メチル基を有しあるいは有しないエチレン基である〕で
表わされる化合物からなる親水性（メタ）アクリル系重
合体の存在下で該親水性（メタ）アクリル系重合体との
合計重量を基準にして５〜４０重量％の疎水性の単量体
を重合することにより得られる基材に１０重量％以上の
水を含有する」ことにより、先願と同様の親水性（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
質を保持したままで（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自己補強性
ヒドロゲルが得られることを見い出した。本発明におい
て重要なことは、親水性（メタ）アクリル系重合体の存
在下において、疎水性の単量体を重合することにあり、
これにより得られる自己補強性ヒドロゲルの基材は、親
水性の主として（メタ）アクリル系重合体からなる幹に
疎水性高分子の枝が結合したグラフト重合体か、或は、
これらの親水性（メタ）アクリル系重合体と疎水性の重
合体が密接にからみ合つた構造を有するものと思われる
。

即ち、本発明に於ける自己補強性ヒドロゲルの基材は、
親水性の幹に疎水性の単量体がグラフト重合するか、ま
たは、親水性（メタ）アクリル系重合体の存在下に於い
て疎水性単量体を重合するという重合段階により生ずる
様な密接な分子のからみ合いを生じている共重合体また
は重合体混合物によつてのみ、その目的が達せられる。

この様に著しく改良された性質は単に両者の重合体を混
合したものや単なる親水性単量体と疎水性単量体のラン
ダム共重合では得られないことである。これらの場合に
於いて、前者のグラフト共重合体を形成させた方が特に
効果が高い。それ故、本発明に於ける自己補強性ヒドロ
ゲルの基材を生ずる有利な方法はグラフト重合が生起し
易い条件で行なうことにある。本発明における有利な自
己補強性ヒドロゲルの基材を生ずるグラフト重合法とし
ては、公知の方法を用いることができ、例えばラジカル
開始剤法、放射線照射法、紫男線照射法、オゾン照射法
、プラズマ法、連鎖移動法のいずれの方法によつても良
い。

本発明に用いるラジカル開始剤として、例えば硝酸第２
セリウムアンモニウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カ
リ、過酸化水素、ベンゾイルパーオキサイドなどがある
。また親水性（メタ）アクリル系重合体を製造する段階
に於いて、グラフト重合体を製造する常套手段として、
上記のグラフト重合が生起し易い様な活性点を持つた化
合物をあらかじめ共重合しておくと一層容易にグラフト
重合体が得られる。一方、本発明の自己補強性ヒドロゲ
ルの基材は必ずしもすべての疎水性単量体がグラフト重
合している必要はなく、前記した如く、単に親水性（メ
タ）アクリル系重合体の存在下に於いて通常のラジカル
開始剤を用いて疎水性単量体を重合した場合に生ずる重
合体混合物（グラフト効率はさほど大きくはない）によ
つても得られる。

本発明に於ける今一つの重要なことは、共重合物或は重
合体混合物中の導入される疎水性単位の占める割合を５
〜４０重量％に保つことであり、特に好ましくは１０〜
４０重量％に保つことである。

すなわち、共重合物或は混合物中の疎水性単位の含有量
が５重量％以上で本発明の効果が明瞭になり、１０〜４
０重量％でヒドロゲ゛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、
特に抗凝血性などは一層向上する。疎水性単位の含有量
が４０重量％を越えるとヒドロゲルとしての吸水性が低
下しヒドロゲルの材料として不適当である。本発明にお
ける親水性（メタ）アクリル系重合体は一般式ＣＨ２−
Ｃ−Ｃ−０−Ｒ２−０Ｈ（ただしＲ１ε Ｎ轟Ｖｌ
Ｖ およびＲ２は前記と同じである）で表わされる親水性（
メタ）アクリル系単量体を重合したものであるが場合に
よつ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）との共重合体であつても良く、また少
量の架橋剤を含んでいても良い。

親水性（メタ）アクリル系重合体を構成する親水性（メ
タ）アクリル系単量体以列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
の平衡吸水率が１０重量％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、メチルアクリレート、
エチルアタリレート、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−ツ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
ノ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−メタクリルオキシプロピル第四級アンモ
ニウム塩などがある。

また少量の架橋剤としては、例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の様な二官能
性単量体があり、これらは親水性高分子の存在下で疎水
性のモノマーを重合する時に添加しても良い。

また、本発明でいう疎水性の単量体とは単量体を一種ま
たは、二種以上で重合または共重合して得られる重合体
の平衡吸水率が１０重量％未満になるものを意味し、例
えばスチレン、核置換スチレン、メチル（メタ）アクリ
レート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）
アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレー
ト、などのアルキル（メタ）アクリレート類、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、等のアルコキシアルキル（メタ）アクリ
レート、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、酢
酸ビニルなどのビニルエステル類、塩化ビニル、弗化ビ
ニル、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。

本発明に於けるヒドロゲルは上述した基材に１０重量％
以上の水を含ませることによつて得られるが、ヒドロゲ
ルの用途に応じてフイルム状、シート状、管状、棒状、
繊維状、粒状などの適宜の形状に成形して使用される。

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 ０．１０ｉｂエチレングリコールジメタアクリレートを
含有した精製２−ヒドロキシエチルメタクリレート（１
００ｆ）、４００ｄのジメチルホルムアミド、及び０．
６ｆのジイソプロピルパーオキシジカーボネイトを窒素
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、沈殿、ｆ別、乾燥して親水性（
メタ）アクリル重合体であるポリ２−ヒドロキシエチル
メタクリレート（１）を得た。

重合体（）の７ｆに３７のアクリロニトリル又はスチレ
ンを添加し、窒素気流下で封管後、室温、コバルト６０
のガンマ線を８×１０４ｒ照射して放射線重合を行なつ
た。

得られた重合体（アクリロニトリル単位を含む重合体を
８、スチレン単位を含む重合体を（）と略す）をジメチ
ルホルムアミドに浩解し、キヤスト法にて製膜し、透明
なフイルムを得た。このフイルムを７日間水に浸漬した
場合の吸水率及びこの膨潤フイルムの引張り強度を表１
に示した。表１中対照は重合体（１）をジメチルホルム
アミド浩液から製膜したものである。実施例 ２実施例
１で得られた重合体（１）の３．５ｔ１ジメチルホルム
アミド１５ｄ１ベンゾイルパーオキサイド０．０１７及
びスチレン又はメタクリル酸メチル１．５（ｉ／を加え
、窒素置換後封管し、８０℃で２０時間重合を行なつた
。

実施例１と同様な方法にてフイルムを作製し、さらにそ
の吸水率及び膨潤フイルムの引張り強度を測定し、表２
に示した。表２中、対照は重合体（１）を製膜したもの
である。実施例 ３温度計、還流冷却器、窒素導入管お
よび攪拌器を装着した１ｔのフラスコ中に精製した２−
ヒドロキシプロピルアクリレート２５ｙ１２−ヒドロキ
シエチルメタアクリレート５ｔ１エタノール１５０ｄ，
．ｔ−ブチルパーオクトエート０．２ｆを入れ、８０℃
１５時間均一系にて重合した。

得られた共重合体の収率は９４％であつた。上で得られ
た重合体溶液に４００Ｔｎｅの蒸溜水を攪拌下に加えて
稀釈し、次にメタクリル酸メチル７．０ｒを入れ、系を
よく窒素置換した後、１規定硝酸中に溶解した０．１モ
ル硝酸第２セリウムアンモニウム３０ｍ！を加え２５℃
で重合した。得られたグラフト共重合体（）の液状組成
物を、イオン交換法によつて酸や塩類を除いたのち、ガ
ラス板上に流延し乾燥してフイルム状基材を作製し、こ
れを含水して強じんな膨潤フイルムが得られた。実施例
４ ０．５％のエチレングリコールジメタアクリレートを添
加した２−ヒドロキシエチルメタアクリレートを二枚の
ガラス板よりなるモールド内でジイソプロピルパーオキ
シジカーボネートを開始剤に用いてキヤスト重合して０
．１Ｗ！ＦＬ厚のフイルム状重合体を得た。

該フイルムを５０（Ｆｆ）のメタクリル酸メチルの含水
エタノール醇液に１時間浸漬した。この単量体を含浸し
た膨潤フイルムをポリエチレンフイルム袋（厚さ０．０
３關）に入れ、窒素置換して融封したのち、エレクトロ
ンビームジエネレイタ一からの電子線を１．５Ｘ１０６
ｒａｄ照射した。被照射フイルムをベンゼン中でよく抽
出后、乾燥してフイルム状基材を作製し、これを含水し
て透明で強じんな膨潤フイルムが得られた。重量増加よ
り求めたメタアクリル酸メチルのグラフト重合率は２１
％であつた。フイルム強度はグラフト重合の結果明らか
に向上した。実施例 ５ 実施例１で得られた重合体１及びを、各々ジメチルホル
ムアミド溶液から製膜したフイルム状のヒドロゲル、実
施例３で得られたグラフト重合体の膨潤フイルム、ガラ
スおよびシリコーンフイルムの各試験片を時計皿に入れ
３７℃の恒温槽に置いた。

各試験片に０．２５Ｔｎ！の新鮮な犬のＡＣＤ血液を滴
下し、０．１モル塩化カルシウム水醇液を０．０２５Ｔ
！！！加えてふりまぜ、凝血反応を開始した。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遂行を停
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洛液に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▲紙の間
で押えて水分を吸収し、重量を秤量した。ガラス試料上
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Ｔ５Ｏとすれば、谷試料の値は表
３の如くであつた。表３より、本発明のグラフト重合体
のヒドロゲルはガラス、シリコーン及びポリ２−ヒドロ
キシエチルメタクリレート（１）のヒドロゲルに比べて
凝血速度が遅く優れた抗凝血性を有することがわかる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 主として一般式▲数式、化学式、表等があります▼
   〔ただしＲ＿１は水素またはメチル基、Ｒ＿２は置換基
   としてメチル基を有しあるいは有しないエチレン基であ
   る。 〕で表わされる化合物からなる親水性（メタ）アクリル
   系重合体の存在下で該親水性（メタ）アクリル系重合体
   との合計重量を基準にして５〜４０重量％の疎水性の単
   量体を重合することにより得られる基材に１０重量％以
   上の水を含有してなる自己補強性ヒドロゲル。