JPS60135412A - ヒドロゲル - 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】 本発明は娠れた光学的性質、気体透過性および力学的性
質を有するヒドロゲルに関する。

近年、高分子材料の医療産業分野への利用が進むにつれ
て、親水性本合体への門心が高まり、とくに水不溶性で
、かつ大きな含水性を有する高分子材料が各種膜材料、
カテーテル、カニユーレ、含水性コンタクトレンズなど
に用いられるようになっている。しかしこのような水不
溶性で、かつ大きな含水性を有するヒドロゲルは、含水
率が高くなるにつれて力学的性質が急激に低下したり、
あるいは気体透過性を高めようとするとかえって透明性
が失なわれたりして、これまで光学的性質、気体透過性
および力学的性質を同時に充分満足するようなヒドロゲ
ルをうるに至っていない。

従来から、Ｎ−ビニルラクタムの重合物は透明性および
水溶性に優れていることが知られており、アクリル酸ま
たはメタクリル酸のアルキルエステルをＮ−ビニルラク
タムに加えて重合させることにより、浸れた補強能を付
与することが知られてし）る。しかしながら、もｋもと
Ｎ−ビニルラクタムとアクリル酸またはメタクリル酸の
アルキルエステルとの組合せは、共重合性がわるく、こ
れらを混合して重合させると、それぞれの単独重合体に
近い組成の２種の共重合体の混合物を与える傾向が強い
。すなわち、Ｎ−ビニルラクタムを主体とし、アクリル
酸またはメタクリル酸のアルキルエステルが少量混入し
た共重合体と、アクリル酸またはメタクリル酸のアルキ
ルエステルを主体とし、Ｎ−ビニルラクタムが少量混入
した＃重合体とが生成し、それらは互いに相分師しやす
く、それゆえ含水時に白濁現象をおこしたり、力学的性
質が充分でなかったりする。

これらの問題を解決すべく、取合方法または架橋剤の検
討が行なわれている。たとえばＮ−ビニルラクタムとア
クリル酸またはメタクリル酸のアルキルエステルとを、
それぞれ架橋しやすい架橋剤を用いて架橋Ｎ−ビニルラ
クタムおよび架橋アクリル酸またはメタクリル酸のアル
キルエステルにし、二重架橋重合体とする方法や、架橋
剤としてジカルボン酸ジビニル、アクリル酸ビニル、メ
タクリル酸ビニルなどを使用する方法が提案されている
。

しかしながら、前記重合方法は重合形態が複雑であり、
その上完全に共重合することは離しく、未架橋のトビニ
ルラクタムの重合物が溶出しやすい。またジカルボン酸
ジビニル、アクリル酸ビニル、メタクリル酸ビニルなど
の架橋剤を使用したばあい、該架橋剤が有するビニル基
は、一般に重合性が低く、未重合基として残存ジャスく
、Ｎ−ビニルラクタムの有するＮ−ビニル基と必ずしも
満足のいく重合がおこなわれるとはいえず、Ｎ−ビニル
ラクタムの重合物を完全に架橋することは難しい。

本発明者らは上記のごとき実情に鑑み、優れた光学的性
質、気体透過性および力学的性質を有するヒドロゲルを
うるべく鋭意研究を重ねた！ＭＪ、Ｎ−ビニルラクタム
とアクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエステルと
を式（’Ｉ）：で表わされるＮ−ビニル−６−メチレン
−２−ピロリドン（以下、ＮＶＭＰという）の存在下で
重合させてえられる透明なヒドロゲルにより、前記目的
を達成しうろことを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明においてはＮ−ビニルラクタムを用い
ることにより、製造されたヒドロゲルの親水性を大きく
することができ、アクリル酸またはメタクリル酸のアル
キルエステルを用いることにより、該ヒドロゲルの力学
的性質を良好にすることかできる。またＮ−ビニルラク
タムおよびアクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエ
ステルの双方のモノマーと反応しやすい新規な架橋重合
することによって、Ｎ−ビニルラクタムおよびアクリル
酸またはメタクリル酸のアルキルエステルとを均質に重
合させることができ、結果として光学的性質、力学的性
質に隈れ、水不溶性でかつ親水性の大きい、したがって
気体透過性の大きいヒドロゲルかえられる。

本発明に用いるトビニルラクタムとしては、たとえばＮ
−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルピペリドン、Ｎ−ビニ
ルカプロラクタムなどやこれらのラクタム環が１個以上
の炭素原子数１〜４の低級アルキル基で置換されたもの
などがあげられるが、これらに限定されるものではない
。これらのトビニルラクタムは単独で用いテモヨく、２
種以上混合して用いてもよい。また、Ｎ−ビニル基を有
する化合物で重合性があり、重合体が親水性を有するも
の、たとえばＮ−ビニルへテリ３１化合物であるＮ−ビ
ニルピリジン、Ｎ−ビニルサクシイミドのようなものを
Ｎ−ビニルラクタムとともにまたはトビニルラクタムに
かえて使用してもよい。

本発明に用いるアクリル酸またはメタクリル酸のアルキ
ルエステルとしては、アクリル酸またはメタクリル酸と
炭素原子数１〜１８のアルキル基ヲ有するアルコール、
ハロゲン置換アルキル基を有するアルコールなどとから
製造されるエステルがあげられる。これらの具体例とし
ては、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エ
チルアクリレート、メチルメタクリレート、プロピルア
クリレート、プロビルメタクリレート、ブチルアクリレ
ート、ブチルメタクリレート、ペンチルアクリレート、
ペンチルメタクリレート、へキシルアクリレート、ヘキ
シルメタクリレート、ヘプチルアクリレート、ヘプチル
メタクリレート、オクチルアクリレート、オクチルメタ
クリレート、ノニルアクリレート、ノニルメタクリレー
ト、デシルアクリレート、デシルメタクリレート、ドデ
シルアクリレート、ドデシルメタクリレート、テトラデ
シルアクリレート、テトラデシルメタクリレート、２−
エチルへキシルアクリレート、２−エチルへキシルメタ
クリレート、トリフルオレエチルアクリレート、トリフ
ルオロエチルメタクリレートなどがあげられ、これらを
単独で用いてもよく、２種以上混合して用いてもよい。

上記Ｎ−ビニルラクタムとアクリル酸またはメタクリル
酸のアルキルエステルとの使用比率は、重量比で約３０
　：　７０〜約９５：５の範囲であることカ好ｔ’しく
、トビニルラクタムの使用量が前記範囲をこえて少なず
ぎると、製造された重合物に満足のいく含水性を付与す
ることは困難であり、したがって気体透過性の乏しいも
のとなってしまう傾向にある。またトビニルラクタムの
使用量が前記範囲をこえて多くなりすぎると、満足のい
く力学的性質かえられず、強度が不足する傾向にある。

本発明においては、上記使用比率の範囲内で双方のモノ
マーが使用されうるが、とりわけ高い含水率で高度の気
体透過性能を発揮させる必要があるばあいには、Ｎ−ビ
ニルラクタムとアクリル酸またはメタクリル酸のアルキ
ルエステルの使用比率は、ｙ［比で約６０　：　４０〜
約９５：５の範囲が好ましい。

本発明に用いる架橋剤であるＮＶＭＰには、重合基とし
てトビニルラクタムの有するＮ−ビニル基と同種のＮ−
ビニル基およびアクリル酸またはメタクリル酸のアルキ
ルエステルの有するアクリル基またはメタクリル基と同
種の重合基であるカルボニル基に隣接した＞Ｏ＝ＯＨ２
基を有していルタ？ｂ　、ＮｖＭｐ中のＮ−ビニル基は
Ｎ−ビニルラクタムと共重合しやすく、カルボニル基に
瞬接した＞ｏ＝ＯＨ２，ｌはアクリル酸またはメタクリ
ル酸のアルキルエステルと共重合しやすいものとなる。

それゆえ本発明においてＮＶＭＰを使用することによっ
て、共重合しにくいＮ−ビニルラクタムとアクリル酸ま
たはメタクリル酸のアルキルエステルとを、相分離を招
来することなく架橋重合させることができ、浸れた光学
的性質、気体透過性および力学的性質を有するヒドロゲ
ルをうろことができる。

本発明に用いるＮＶＭＰの使用量は、Ｎ−ビニルラクタ
ムとアクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエステル
とのモノマー混合物１００部（重量部、以下同様）に対
して、約０．０１〜５部が好ましく、約０．１〜２部で
あることがさらに好ましい。該使用量が約０．０１部未
満になると、双方のモノマーを完全には共重合できず、
その結果、双方のモノマーそれぞれを主として重合した
重合物が生成し、それらの重合物は互いに相分離をおこ
しやすいため、白濁化したり、強度の低下を招いたりす
る。一方、該使用量が約５部をこえると、架橋密度が必
要以上に高くなり、分子間隙が小さくなり、その結果、
気体の透過性の低下を招いたりする。

本発明に用いるアクリル酸またはメタクリル酸のアルキ
ルエステルには、必要に応じてこれらと類似のモノマー
であるアクリル酸ヒドロキシアルキルエステル類、メタ
クリル酸ヒドロキシアルキルエステル類、アクリルｒ１
吃ポリアルキレングリコールモノエステル類、メタクリ
ル酔ポリアルキレングリコールモノエステル類、メタク
リル酸ポリアルキレンゲリコールモノアルキルエーテル
エステル類、アクリルアミド類、メタクリルアミド類、
アクリル１９、メタクリル酸などを併用しうる。これら
の具体例としては、ヒト冒キシエチルアクリレート、ヒ
ドロキシエチルメタクリレート、ヒドロキシプルピルア
クリレート、ヒトジキシプロビルメタクリレート、ヒド
ロキシブチルアクリレート、ヒドロキシブチルメタクリ
レート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、ケ
リエチレングリコールモノメタクリレート、 アクリルアミド、メタクリ ルアミド、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル
メタクリレートなどがあげられる。これらのモノマーは
、アクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエステルが
有する重合基と同様の重合基を有しているので、本発明
に用いる架橋剤ＮＶＭＰで充分架橋できる。

一方、本発明に用いるＮＶＭＰにも必要に応じて公知の
架橋剤、たとえばエチレングリフールジメタクリレート
、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレ
ングリフールジメタクリレート、テトラエチレングリコ
ールジメタクリレート、アクリル酸またはメタクリル酸
のビニルエステル、アクリル酸またはメタクリル酸の７
１Ｊルエステル、Ｎ、Ｎ’−ジビニルビスラクタムなど
と併用してもよい。

本発明のヒドロゲルは、通常の塊状重合、溶液重合など
の方法により製造される。

塊状重合のばあいには、ＮＶＭＰが水に可溶であるため
水などを含ませて重合させると、均一にＮＶＭＰが分散
するため、均一に架橋させることができ好ましい。また
溶液重合の際の重合溶媒としては、Ｎ−ビニルラクタム
、アクリル酸またはメタクリル酸のアルキルエステル、
ＮＶＭＰおよび重合物のいずれをも溶解できる溶媒が好
ましく、このような溶媒の具体例としては、アセトニト
リル、Ｎ−メチルピロリドン、ジメチルスルキシド、ジ
メチルホルムアミド、エタノール、メタノールなどが使
用されうる。なお製造された爪金物を分離するための溶
媒としては、たとえば酢酸エチル、四塩化炭素、ジエチ
ルエーテル、キシレン、ベンゼン、トルエン、シクロヘ
キサンなどのように重合溶媒と混合可能なものが好まし
い。

前記重合においては通常使用される■Ｉ合開始斉す、た
とえばアゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチル
バレロニトリル、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、
クメンハイドロパーオキサイド、過酸化ベンゾイル、過
酸化ア七チル、過酸化ジ−ｔ−ブチル、アゾジシク四へ
キシルカルボニトリル、アゾジイソ酪酸ジメチル、コハ
ク酸過酸化物などが使用され、重合用モノマーに対し、
約０．００１〜５憾、好ましくは約０．０１〜２％使用
される。また該重合の重合方式としてとくに限定けない
が、昇温方式にて行なうのが好ましく、約４０〜５０°
Ｃにて数時間〜数十時間、そののち１０°Ｏ／ｉ＆時間
の昇温にて重合を完結させるのが好ましい。

本発明のヒドロゲルの重合形態をＮ−ビニルラクタム、
アクリ刈ｋまたはメタクリル酸のアルキルエステルの代
表例としてそれぞれＮ−ビニル−２−ピロリドン（以下
、ＭＶＰという）、メチルメタクリレート（以下、ＭＭ
Ａという）を用いて示す。

ＭＶＰよりもＭＭＡの方が反応性にとんでいるがら、第
１段階としてλＩＭＡとＮＶＭＰとが共重合する。

共重合によりえらＪするものの一部分を式に示すと式（
ＩＩ）： ノヨウニなる。第２段階としてＮｖＭＰ中ノＮ−ヒニル
基とＮＶＰが共重合をおこす。共重合によりえられるも
のの一部分を式に示すと、式（１）：ようになる。

このようにして式（１）に示さｔしるようなグラフト状
架橋構造を有する高分子物質が製造され、含水させても
未架橋のＭＶＰ重合物が溶出してくる可能性も少なく、
強度の大きい、相分離のない、透明で気体透過性の優れ
たヒドロゲルをうろことができる。

本発明のヒドロゲルは、その有効性から種々の医療用林
料に利用できるが、架橋重合性が良好であり透明性に優
れていること、Ｎ−ビニルラクタムの重合物の溶出が棲
めて少ないことなどから、とりわけ含水性コンタクトレ
ンズに好適に使用されうる。

本発明のヒドロゲルを含水性コンタクトレンズに月１い
るばあいには、旬常の重合技術および成形技術を用いれ
ばよい。すなわち、えられたヒドロゲルを切削研磨加工
することにより、コンタクトレンズ形状の成形品にして
もよく、また所定のコンタクトレンズに対応した形状を
有する成形型内で前記モノマー混合液を注型重合させ、
成形品にしてもよい。

つぎに本発明のヒドロゲルを実施例にもとづき説明する
が、本発明はこれらに限定されるものではない。

製造例１ 攪拌機、温度計、冷却管および滴下ロートを取付けた２
１の４つロセパラブルフラスコにシュウ酸ジエチル４５
．８．Ｃ０，６モル）、流動パラフィン安定化６０％水
素化ナトリウム（和光純薬■製）１２．０．　（０，３
モル）および無水ジエチルエーテル１００．を入れ、還
流温度にて攪拌しながらトビニル−２−ピロリドン３Ｍ
、’３ｇ（０，６モル）を１．５時間かけて滴下し、そ
ののち３時間加熱攪拌しながら反応させた。その後エチ
ルエーテルを留去させ、さらに６時間反応させることに
より、反応生成中間体固形物をえた。えられた反応生成
中間体固形物をベンゼンにて洗浄し、乾燥させたのち、
該反応生成中間体固形物５８．２５．にキシレン６００
ｇを混合し、さらにバラポルムアルデヒド９．７５ｇ（
０，！１２５モル）をキシレン１００ｇと混合したもの
を攪拌しながら１００°Ｃで加え、６時間反応させた。

えられた反応液を吸引沖過し、沈殿物を分離し、炉液を
硫酸マグネシウムで乾燥させたのち、減圧蒸留にて＋　
、　１ｍｍ％　、７６〜７７°０の無色透明の留分１９
．６．を捕集した。

えられた蒸留物は、ガスクロマトグラフ分析によると純
度９９．９％であった。また該蒸留物について赤外吸収
スペクトル分析および核磁気共鳴スペクトル分析を行な
い、該蒸留物がＮＶＭＰであることを確認した。

なお前記ガスクロマトグラフ分析、赤外吸収スペクトル
分析およびＩｈｍ気共鳴スペクトル分析の結果を以下に
示す。

ガスクロマトグラフ分析： 分析結果を第１図に示す。なおガスクロマトグラフ分析
は、島津ＧＯ−８Ａ型ガスクロマトグラフ分析装置、ｋ
津ＯＲ−１Ａ型クロマトバック（以上、Ｑ躬島津製作所
製）を用い、カラム長２ｍ、充填剤５ｉｌｉｃｏｎｅ　
Ｏ′Ｖ−１７％　（ガスクロ工業６（転）製）を用い、
カラム温度８０°Ｃ→２８０°Ｏ（昇温速度２０°０／
分）、インジェクション温度６６０°Ｃ１キヤリアガス
　Ｈｅ、流血２に９／ａｍ”、検出法Ｆよりなる条件に
て行ない、純度はクロマトグラフの面積計算からめた。

赤外吸収スペクトル分析： 分析結果を第２図に示す。なお赤外吸収スペクトル分析
は、日本分光Ａ−２０２型赤外吸収分光光度計（日本分
光工業■製）を用いて行なった。

核磁気共鳴スペクトル分析（１ＨＸδ値、ｐｐｍ）　ニ
ア、０７　（ｑｑ　１Ｈ）、５．８８　（ｍ、　１Ｈ）
、５．２６　（ｍ、　１Ｈ）、４．６１　（ｅ、１Ｈ）
、４．２０　（ａ、　ＩＨ）、３．４２　（ｔ、　２Ｈ
）、２．７５　（ｍＳ　ル） なおチャートを第６園に示す。また核磁気共鳴スペクト
ル分析は、日本電子、ｒＮＭ−１ＭＸ６０型核磁−気共
鳴スペクトロメーター（日本′１１Ｌ子件゛表）製）を
用い、スィーブｌゴ１０ｐｐｍ、スィーブ時間２５０秒
四塩化炭素−ヘキサメチルジシロキザン混合溶媒を用い
て行なった。

実施例１ ポリプロピレン製試験管（径＋６ｍｍ　）　中にＮＶＰ
５２．５．　（７５部）　、ＭＭＡ　１７．５．　（２
５部）およびＮＶＭＰ　００７８３ｇ（１−１２部）を
加え、アソヒスイソフチロニトリル（以下、ＡよりＮと
いう）　０．０７９（ＭＶＰ−１−ＭＭＡに対して０．
１％）を加え混合した。そののち４０°Ｃの湯浴中で１
４時間、さらに５０°Ｃの渇洛中で８時間重合させた。

ついで乾燥語中５ｏ’。

にて４時間、そののち１０°Ｏ／１．５時間の割合で１
１０°０まで順次昇温させて重合を完了し、徐冷した。

重合した棒材をポリプ讐ピレン製試験管より取出し、９
０°Ｏにて２時間キユアリングをしたのち、直径１２ｍ
ｍ、斤さ３　、５ｍｒｎのブロックおよび直径１２ｍｍ
５厚さ０．２ｍｍのフィルムを作製した。

えられたフィルムを用いて下記方法により、含水率、線
膨潤率、突き抜き強度、ビッカース硬度（７、５ＮＨｖ
）、酸素透過係数および肉眼判定による透明性を測定し
た。その結果を第１表に示す。

（含水率） 平衡含水フィルムおよび乾燥フィルムの取量を測定し、 なる式にもとづき算出。

（線膨潤率） 平衡含水フィルムおよび乾燥フィルムの直径を測定し、 平衡含水フィルム直径 乾燥フィルム直径 なる式にもとづき算出。

（突き抜き強度） インストロン型の圧縮試験機を用いて含水状態のフィル
ムの中央部へ直径１／１６インチの押圧Φ１をあて、破
断時の本社を測定。

（ビッカース硬度（７，５ＮＨｖ）） 微小硬度計（■明石製作所動、型式　ＭＶＫ　）を用い
て測定。

（ｌ！！素透過係数） 製科研式フィルム酸素透過率計（理化精機工業■製）を
用いて測定。

実施例２ 実施例１でえられた直径１２ｍｍ、厚さｉ！＋、５ｍｍ
のフロラクラ切削研磨加工してコンタクトレンズ形状を
有する成形品を作製し、さらにこれを生理食塩水中で膨
潤させ、含水性コンタクトレンズをえた。

えられたコンタクトレンズは無色透明で、力学的性質に
もしれ、含水性フンタクトレンズとして充分満足できる
ものであった。

実施例６〜５および比較例１ ＮＶＰ　ＳＭＭＡおよび架橋剤を第１表のとおり配合し
、実施例１と同様にして試料を作製し、その物性を測定
した。その結果を第１表に示す。

なお第１表中のＥＤＭＡはエチレングリコールジ実施例
６および比較例２〜４ ＭＶＰ　７５部、ＭＭＡ２５部、第２表に示す架橋剤を
上記ＮＶＰとＭＭＡの総モル数に対して０．５モル％（
０，６〜０．６部に相当）およびＮＶＰとＭＭＡとの合
計猷に対して０．１％のＡよりＮを加え、実施例１と同
様にして試料を作製した。

えられた試料を乾燥重量て１．採取し、２８時間煮沸し
て煮沸後の乾燥重量を測定した。その結果を第２表に示
す。

第　２　表 第１表の実施例１と比較例１との比較から、従来の架橋
剤ＥＤＭＡのがわりＮＶＭＰを当モル量使用することに
より、えられたヒドロゲルは含水率が若干増加している
にもがかわらず、突き抜き強度、ビッカース硬度などの
方学的性質が向上しており、さらに酸素透過性において
も険ｎていることがわかる。

一方第２表から、架橋剤としてＮＶＭＰを用いると、他
の従来の架橋剤を用いたばあいと比較して、点線処理に
よる重量減少が少なく、ＮＶＰやＭＭＡの重合物の溶出
の少ない、安定したヒト田ゲルかえられることがわかる
。

【図面の簡単な説明】

第１１４〜第６図は、それぞれ本発明に用いるＮＶＭＰ
のガスクロマトグラフ分析、赤外ｅａスペクトル分析お
よび核磁気共鳴スペクトル分析によりえられたチャート
である。 第１図 時間（介） 手続補正書（自発） １事件の表示 昭和５８年特許願第２４８３４４号 ２発明の名称 ヒドロデル ３補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　愛知県名古屋市西区束枇杷島町５番地名　称　
質■コンタクトレンズ株式会社代表者　−ギＭ′ゾ ４代理人　〒５４０ 電話（０８）　９４３−８９２２ｆ代）ｉｑｌ羅０５補
正の対象 （１〉　明細書の発明の詳細な説明の欄６補正の内容 （１）　明細書５頁１２行の「架橋重合」を「架橋剤で
あるＮＶＭＰを用いて架橋重合］と補正する。 ■　同１１頁３行の「アクリルアミド」を「Ｎ、Ｎ−ツ
メチルアクリルアミド」と補正する。 口）　同１１頁３〜４行の［メタクリルアミド」を１’
　Ｎ　、　Ｎ−ツメチルメタクリルアミド」と補正する
。 以　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １Ｎ−ビニルラクタムとアクリル酸またはメタクリル酸
   のアルキルエステルとを式（１）：で表ワサれるＮ−ビ
   ニル−６−メチレン−２−ピロリドンの存在下で重合さ
   せてえられる透明なヒドロゲル。