KR101968500B1 - Method for Predicting Swelling Behaviour of Thermo-responsive Hydrogels - Google Patents

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KR101968500B1 KR1020170049074A KR20170049074A KR101968500B1 KR 101968500 B1 KR101968500 B1 KR 101968500B1 KR 1020170049074 A KR1020170049074 A KR 1020170049074A KR 20170049074 A KR20170049074 A KR 20170049074A KR 101968500 B1 KR101968500 B1 KR 101968500B1
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Abstract

본 개시 내용에서는 가교된 탄성 네트워크 구조를 갖는 하이드로겔 고분자에 분자열역학에 기초한 모델 및 그룹 기여법(group contribution)을 적용하여 다양한 조건(예를 들면, 온도 및 가교제 분율) 하에서 하이드로겔의 물성(팽윤 또는 체적 팽창) 거동을 예측할 수 있는 방법이 제공된다. In this disclosure, molecular thermodynamic-based model and group contribution are applied to hydrogel polymers having a crosslinked elastic network structure to determine the physical properties of the hydrogel under various conditions (e.g., temperature and crosslinking agent fraction) Or volume expansion) behavior is provided.

Description

열-응답성 하이드로겔의 팽윤 거동의 예측 방법{Method for Predicting Swelling Behaviour of Thermo-responsive Hydrogels}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for predicting the swelling behavior of a thermo-responsive hydrogel,

본 개시 내용은 열-응답성 하이드로겔의 팽윤 거동의 예측 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시 내용은 가교된 탄성 네트워크 구조를 갖는 하이드로겔 고분자에 분자열역학에 기초한 모델 및 그룹 기여법(group contribution)을 적용하여 다양한 조건(예를 들면, 온도 및 가교제 분율) 하에서 하이드로겔의 물성(팽윤 또는 체적 팽창) 거동을 예측할 수 있는 방법에 관한 것이다. The present disclosure relates to a method for predicting the swelling behavior of a thermally responsive hydrogel. More specifically, the present disclosure relates to a hydrogel polymer having a crosslinked elastic network structure by applying a molecular thermodynamic-based model and group contribution to the hydrogel polymer under various conditions (e.g., temperature and crosslinking agent fraction) (Swelling or volumetric expansion) behavior of the polymer.

하이드로겔은 일반적으로, 반-고상의 형태학적 특징을 유지하면서 다량의 수분을 흡수(함유)할 수 있는 3차원의 친수성 고분자의 네트워크 구조를 갖는 물질을 의미하여 수성 팽윤성 고분자라고 일컬어진다. 즉, 하이드로겔은 물에 불용성인, 공유 결합적으로 가교된 친수성 고분자를 의미할 수 있다. 이러한 하이드로겔은 1960년 경에 최초로 알려진 이후, 예를 들면 기저귀 등의 위생용품, 콘택트 렌즈, 화장품, 식품, 약물 저장 등의 다양한 분야에서 적용되어 왔다. A hydrogel generally refers to a material having a network structure of a three-dimensional hydrophilic polymer capable of absorbing (containing) a large amount of water while maintaining its semi-solid morphological characteristics, and thus is referred to as an aqueous swelling polymer. That is, the hydrogel may mean a water-insoluble, covalently crosslinked hydrophilic polymer. Such hydrogels have been known for the first time in about 1960 and have been applied in various fields such as sanitary articles such as diapers, contact lenses, cosmetics, foods, drug storage, and the like.

하이드로겔은 이의 분자량의 적어도 15 배의 수분 및 생물학적 유체를 흡수하여 팽윤되는 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 화학적 또는 물리적 가교에 의하여 형성된 하이드로겔은 통상적으로 3차원의 친수성 고분자 네트워크를 형성하는데, 친수성 고분자를 이용하여 형성된 하이드로겔은 소수성 고분자(수분의 존재 하에서 소수성 그룹이 붕괴하여 물 분자에 덜 노출하도록 함)에 비하여 높은 정도로 팽윤한다. It is known that a hydrogel has at least 15 times its molecular weight and has the property of swelling by absorbing water and a biological fluid. A hydrogel formed by chemical or physical crosslinking usually forms a three-dimensional hydrophilic polymer network. A hydrogel formed by using a hydrophilic polymer is a hydrophobic polymer (hydrophobic group collapses in the presence of water so that it is less exposed to water molecules ) Compared with the control.

하이드로겔의 팽윤 거동은 다양한 종류의 물리화학적 자극(예를 들면, pH, 이온 세기, 용매 조성, 겔 구조, 온도 등)에 응답하여 변화하는 경향을 갖고 있다. 하이드로겔의 자극-응답성 평윤 거동의 변화를 이용하여, 바이오, 의약, 약학, 재료, 융합 전기전자 분야 등의 분야, 구체적으로 센서, 액츄에이터, 약물 전달 시스템, 촉매, 농업 가공 제품 등의 분야에서 활용될 수 있는 가능성을 갖고 있기 때문에 많은 주목을 받고 있다. The swelling behavior of hydrogels has a tendency to change in response to various types of physicochemical stimuli (e.g., pH, ionic strength, solvent composition, gel structure, temperature, etc.). In the field of bioscience, pharmaceuticals, pharmaceuticals, materials, fusion electric and electronic fields, specifically sensors, actuators, drug delivery systems, catalysts, agricultural processing products, etc., by using changes in the stimulus-responsive equilibrium behavior of hydrogels It has attracted much attention because it has potential to be utilized.

하이드로겔의 팽윤 거동이 선형 고분자 겔의 상 평형과 밀접한 관련성이 있는 것으로 알려져 있는 바, 겔 네트워크의 팽윤 거동은 이론적으로 선형 사슬 고분자 용액 내 상 평형 이론의 직접적인 연장에 기초하여 기술될 수 있다. 하이드로겔의 팽윤 거동에 대한 예측 방법은 통상적으로 가교된 겔 네트워크 구조로부터의 탄성 기여 요인 및 고분자와 용매 간의 상호작용으로부터의 혼합 기여 요인을 이용하여 제안되어 왔으며, 최근에도 준-화학 열역학적 모델과 같은 이론적 혼합 모델을 Flory-Rehner 탄성 모델과 결합하거나, 격자 유체 모델을 이용한 혼합 기여 또는 PC-SAFT(perturbed-chain statistical association fluid theory)를 적용하여 겔 팽윤 현상을 해석하려는 시도도 이루어진 바 있다. 이와 관련하여, 본 발명자들 역시 고분자 용액 상 평형으로부터 다양한 하이드로겔의 팽윤 거동을 평가하는 방법을 개발한 바 있으며, 더 나아가 팽윤 거동에 대한 염의 영향을 규명하고자 한 바 있다(Bae et al., Polymer 2013, 54, 6776??6784; Bae et al., Polymer 2013, 54, 2138??2145).The swelling behavior of the hydrogel is known to be closely related to the phase equilibrium of the linear polymer gel, and the swelling behavior of the gel network can theoretically be described on the basis of a direct extension of the phase equilibrium theory in the linear chain polymer solution. Prediction methods for the swelling behavior of hydrogels have been conventionally proposed using factors of elastic contribution from the crosslinked gel network structure and mixed contribution factors from the interaction of the polymer and solvent, and recently, as the quasi-chemical thermodynamic model Attempts have been made to analyze the gel swelling phenomenon by combining the theoretical mixing model with the Flory-Rehner elastic model, or by using the lattice fluid model or the PC-SAFT (perturbed-chain statistical association fluid theory). In this regard, the present inventors have also developed a method for evaluating the swelling behavior of various hydrogels from the equilibrium state of the polymer solution, and further investigated the influence of the salt on the swelling behavior (Bae et al., Polymer Bae et al., Polymer 2013, 54, 2138-2145).

별도의 실험 없이도 하이드로겔의 팽윤 거동을 예측할 수 있다면, 실험에 따른 시간 및 비용을 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 물성을 갖는 하이드로겔을 설계하는데 중대한 편리함을 제공할 수 있다. 이러한 이유 때문에 하이드로겔의 물성을 보다 정확하게 예측하는 방법이 꾸준히 요구되고 있으다. 종래 방법은 특정 하이드로겔 시스템에 대하여는 어느 정도 정확성을 높일 수 있으나, 조정가능한 파라미터를 이용하기 때문에 다양한 하이드로겔 시스템에 적용하는데 한계가 존재한다. 이러한 단점을 보완하기 위하여, 증기압, 열용량, 임계 물성, 평형 물성 등과 같은 열 역학적 물성을 예측하기 위한 방안으로서 그룹 기여법(group contribution)이 제시되었다. If the swelling behavior of the hydrogel can be predicted without any special experiment, time and cost according to the experiment can be saved, and the convenience of designing the hydrogel having desired physical properties can be provided. For this reason, a method for accurately predicting the physical properties of the hydrogel is continuously required. Conventional methods can increase accuracy to some extent for certain hydrogel systems, but there are limitations in applying them to various hydrogel systems because they use adjustable parameters. To overcome these drawbacks, a group contribution method has been proposed as a method for predicting thermodynamic properties such as vapor pressure, heat capacity, critical properties, and equilibrium properties.

예를 들면, 미국특허번호 제6,687,621호, 일본특허공개번호 제2003-105090호 등에서는 (i) 기존 고분자 세트 내 개별 고분자에 대한 원하는 물성을 결정하고, (ii) 개별 고분자의 분자 구조 중 적어도 일부분을 특성화하는 정량적 구조 서술자(descriptor)를 일반화한 다음, (iii) 선택된 서술자 그룹을 원하는 물성과 연관시키는 수학적 함수를 특정하거나, 또는 멀티블럭 공중합체로 이루어지는 고분자 재료에 있어서 단량체를 포함하는 조성 및 제조 조건을 입력하면 몬테카를로법과 같은 시뮬레이션 모델을 이용하여 고분자 재료의 형태 및 역할 물성을 예측하는 방법을 개시하고 있는 바, 이러한 방법들을 구현하기 위하여 그룹 기여법 등이 적용되고 있다.For example, U.S. Patent No. 6,687,621 and Japanese Patent Laid-Open No. 2003-105090 disclose a method of determining the desired physical properties for an individual polymer in an existing polymer set, (ii) determining at least a part of the molecular structure of the individual polymer (Iii) specifying a mathematical function that associates the selected group of descriptors with the desired properties, or (iii) specifying a mathematical function that associates the selected group of descriptors with the desired properties, or a composition comprising a monomer in a polymeric material comprising a multiblock copolymer A method of predicting the morphology and the role physical properties of the polymer material by using a simulation model such as the Monte Carlo method is disclosed. In order to implement these methods, a group contribution method is applied.

그러나, 종래의 그룹 기여법을 이용한 방안은 주로 고분자 용액 시스템에 적용되었고, 본 개시 내용에서 타겟으로 하는 가교 고분자 겔 시스템까지 적용하는데 한계가 있었다. However, the conventional method using the group contribution method has mainly been applied to the polymer solution system, and there has been a limitation in applying the crosslinked polymer gel system as a target in the present disclosure.

이와 관련하여, 하이드로겔의 팽윤 거동을 예측하기 위한 방안으로 기존에 알려진 이중격자(double-lattice; DL) 모델의 단점을 보완한 개선된 이중격자(revised double-lattice; MDL) 모델을 통하여 가교된 하이드로겔의 팽윤 거동을 예측하기 위한 방안을 고려할 수 있으나, 여전히 실험적으로 측정되는 하이드로겔의 팽윤 거동과 정확하게 부합되지 않는 문제점이 존재한다. In this regard, as a method for predicting the swelling behavior of the hydrogel, a modified double-lattice (MDL) model, which overcomes the disadvantages of the known double-lattice (DL) model, A method for predicting the swelling behavior of the hydrogel can be considered, but there still exists a problem that the swelling behavior of the hydrogel is not exactly matched with the experimentally measured swelling behavior.

따라서, 종래에 제안된 방식에 비하여 하이드로겔의 거동을 보다 정확하게 예측할 수 있도록 신규 모델식에 근거한 예측 방안에 대한 필요성이 지속적으로 요구되고 있는 실정이다. Accordingly, there is a continuing need for a prediction method based on a new model equation so as to more accurately predict the behavior of the hydrogel than the conventionally proposed method.

따라서, 본 개시 내용에 따른 구체예에서는 신규의 분자열역학에 기초한 모델 및 그룹 기여법(group contribution)을 적용하되, 하이드로겔을 구성하는 고분자 내 적어도 하나의 관능기 또는 모이티(moiety)를 분리하여 특정하고, 이들 각각에 대하여 라이브러리화된 그룹 파라미터를 이용하며, 그리고 하이드로겔 합성 시 가교제(cross-linker)의 분율을 반영함으로써 다양한 조건(하이드로겔의 온도, 가교제의 분율 등) 하에서 하이드로겔의 벌크 물성을 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 불필요한 실험을 수행하지 않고도 원하는 물성의 하이드로겔을 설계할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. Accordingly, in an embodiment according to the present disclosure, a novel molecular thermodynamic-based model and group contribution are applied, wherein at least one functional group or moiety in the polymer constituting the hydrogel is separated and identified And by using library parameterized group parameters for each of them and by reflecting the fraction of the cross-linker in hydrogel synthesis, the bulk properties of the hydrogel under various conditions (hydrogel temperature, fraction of cross-linking agent, etc.) And to provide a method for designing hydrogels of desired physical properties without performing unnecessary experiments.

본 개시 내용의 일 면에 따르면, According to one aspect of the present disclosure,

하이드로겔의 팽윤 거동을 예측하는 방법으로서,As a method for predicting the swelling behavior of a hydrogel,

a) 하이드로겔 고분자를 구성하는 반복 단위를 관능기(functional group) 별로 분리하여 특정하는 단계;a) separating and identifying the repeating units constituting the hydrogel polymer by functional groups;

b) 상기 특정된 관능기 각각에 대하여 실험적으로 측정된 반 데르 발스(van der Waals) 체적에 근거하여 하기 수학식 9에 따라 가교점 간의 탄성 활성 사슬의 평균 수(average number of elastically active chains between cross-linking sites;

Figure 112017037195412-pat00001
)를 결정하는 단계, b) calculating an average number of elastically active chains between cross-linking points according to the van der Waals volume measured experimentally for each of the specified functional groups according to the following equation (9) linking sites;
Figure 112017037195412-pat00001
),

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112017037195412-pat00002
Figure 112017037195412-pat00002

상기 식에서,

Figure 112017037195412-pat00003
는 하이드로겔 내부의 가교제(cross-linker)의 몰 분율이고,
Figure 112017037195412-pat00004
Figure 112017037195412-pat00005
는 각각 하이드로겔 고분자의 반복 단위 및 용매의 반 데르 발스 체적임;In this formula,
Figure 112017037195412-pat00003
Is the mole fraction of the cross-linker in the hydrogel,
Figure 112017037195412-pat00004
And
Figure 112017037195412-pat00005
Is the van der Waals volume of the repeating unit and solvent of the hydrogel polymer, respectively;

c) 상기 특정된 관능기 각각에 대하여 실험적으로 구한 ε*, δε*, δε H 및 δε S 에 근거하여 그룹 기여법을 적용함으로써 에너지 파라미터로서

Figure 112017037195412-pat00006
를 하기 수학식 7에 의하여 결정하는 단계,c) Applying the group contribution method based on ε * , δε * , δε H and δε S experimentally obtained for each of the above specified functional groups,
Figure 112017037195412-pat00006
(7), < / RTI >

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112017037195412-pat00007
Figure 112017037195412-pat00007

상기 식에서, ε* 및 δε*은 각각 일반적인 상호 작용 및 특정 상호 작용에 대한 에너지 파라미터이고, 위첨자 "H" 및 "S"는 각각 엔탈피 기여 및 엔트로피 기여를 지시함; 및Where [epsilon] * and [delta] [epsilon] * are energy parameters for general interaction and specific interaction, respectively, superscripts " H " and " S " indicating enthalpy contribution and entropy contribution, respectively; And

상기 결정된

Figure 112017037195412-pat00008
Figure 112017037195412-pat00009
를, 하이드로겔 네트워크 내부에서의 용매의 화학적 포텐셜에 대한 하기 수학식 10에 대입하여 고정된 온도(T)에서 팽윤 상태에 있는 하이드로겔의 체적 분율(φ g )을 구함으로써 팽윤도(swelling ratio; 1/φ g )를 산출하는 단계,The determined
Figure 112017037195412-pat00008
And
Figure 112017037195412-pat00009
(Swelling ratio: 1) by calculating the volume fraction ( ? G ) of the hydrogel in a swollen state at a fixed temperature (T) by substituting the chemical potential of the solvent in the hydrogel network into the following equation / [ phi] g )

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112017037195412-pat00010
Figure 112017037195412-pat00010

상기 식에서,

Figure 112017037195412-pat00011
는 보편적 파라미터(universal parameter)이고,
Figure 112017037195412-pat00012
으로 설정됨;In this formula,
Figure 112017037195412-pat00011
Is a universal parameter,
Figure 112017037195412-pat00012
Lt; / RTI >

를 포함하는 방법이 제공된다.Is provided.

일 구체예에 따르면, 상기 ε*, δε*, δε H 및 δε S 각각은 상기 하이드로겔 고분자가 단일중합체인 경우에는 하기 수학식 11 및 13, 그리고 상기 하이드로겔 고분자가 공중합체인 경우에는 하기 수학식 11 및 14에 따라 결정될 수 있다.According to one embodiment, each of the ε * , δε * , δε H, and δε S is represented by the following equations (11) and (13) when the hydrogel polymer is a homopolymer, 11 and 14, respectively.

[수학식 11]&Quot; (11) "

Figure 112017037195412-pat00013
Figure 112017037195412-pat00013

상기 식에서, V i 는 분자 i의 체적이고,

Figure 112017037195412-pat00014
는 분자 i 내 관능기(k)의 수이고, 그리고
Figure 112017037195412-pat00015
는 관능기(k)의 체적임,Wherein V i is the volume of the molecule i ,
Figure 112017037195412-pat00014
Is the number of functional groups ( k ) in the molecule i , and
Figure 112017037195412-pat00015
Is the volume of the functional group ( k )

[수학식 13]&Quot; (13) "

Figure 112017037195412-pat00016
Figure 112017037195412-pat00016

상기 식에서, θ k 는 하이드로겔 단일 중합체 내 관능기(k)의 체적 분율임,Wherein R, θ k being the volume fraction of the hydrogel homopolymer within the functional group (k),

[수학식 14]&Quot; (14) "

Figure 112017037195412-pat00017
Figure 112017037195412-pat00017

상기 식에서, x i 는 하이드로겔 공중합체 내 단량체 i의 몰 분율이고,

Figure 112017037195412-pat00018
는 단량체 i 내 관능기(k)의 체적 분율임.Where x i is the mole fraction of monomer i in the hydrogel copolymer,
Figure 112017037195412-pat00018
Is the volume fraction of the functional group ( k ) in the monomer i .

예시적 구체예에 따르면, 상기 하이드로겔은 비이온성 하이드로겔일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the hydrogel may be a non-ionic hydrogel.

예시적 구체예에 따르면, 상기 용매는 물이고, 이때

Figure 112017037195412-pat00019
는 11.44 ㎤/mol로 설정될 수 있다.According to an exemplary embodiment, the solvent is water,
Figure 112017037195412-pat00019
Can be set to 11.44 cm < 3 > / mol.

예시적 구체예에 따르면, 상기 보편적 파라미터

Figure 112017037195412-pat00020
는 0.3으로 설정될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the universal parameter
Figure 112017037195412-pat00020
Can be set to 0.3.

본 개시 내용의 다른 면에 따르면, According to another aspect of the present disclosure,

염-함유 하이드로겔의 팽윤 거동을 예측하는 방법으로서,As a method for predicting the swelling behavior of a salt-containing hydrogel,

a) 염-함유 하이드로겔 고분자를 구성하는 반복 단위를 관능기(functional group) 별로 분리하여 특정하는 단계;a) separating and identifying the repeating units constituting the salt-containing hydrogel polymer by functional groups;

b) 상기 특정된 관능기 각각에 대하여 실험적으로 측정된 반 데르 발스(van der Waals) 체적에 근거하여 하기 수학식 9에 따라 가교점 간의 탄성 활성 사슬의 평균 수(average number of elastically active chains between cross-linking sites;

Figure 112017037195412-pat00021
)를 결정하는 단계, b) calculating an average number of elastically active chains between cross-linking points according to the van der Waals volume measured experimentally for each of the specified functional groups according to the following equation (9) linking sites;
Figure 112017037195412-pat00021
),

[수학식 9]&Quot; (9) "

Figure 112017037195412-pat00022
Figure 112017037195412-pat00022

상기 식에서,

Figure 112017037195412-pat00023
는 하이드로겔 내부의 가교제(cross-linker)의 몰 분율이고,
Figure 112017037195412-pat00024
Figure 112017037195412-pat00025
는 각각 하이드로겔 고분자의 반복 단위 및 용매의 반 데르 발스 체적임;In this formula,
Figure 112017037195412-pat00023
Is the mole fraction of the cross-linker in the hydrogel,
Figure 112017037195412-pat00024
And
Figure 112017037195412-pat00025
Is the van der Waals volume of the repeating unit and solvent of the hydrogel polymer, respectively;

c) 상기 특정된 관능기 각각에 대하여 실험적으로 구한 ε*, δε*, δε H 및 δε S 에 근거하여 그룹 기여법을 적용함으로써 에너지 파라미터로서

Figure 112017037195412-pat00026
를 하기 수학식 15에 의하여 결정하는 단계,c) Applying the group contribution method based on ε * , δε * , δε H and δε S experimentally obtained for each of the above specified functional groups,
Figure 112017037195412-pat00026
(15), < / RTI >

[수학식 15]&Quot; (15) "

Figure 112017037195412-pat00027
Figure 112017037195412-pat00027

상기 식에서, ε* 및 δε*은 각각 일반적인 상호 작용 및 특정 상호 작용에 대한 에너지 파라미터이고, δεsalt/k는 염-특이적(specific) 상호작용 파라미터이며, C는 mol/L 단위의 염 농도이고, 그리고 위첨자 "H" 및 "S"는 각각 엔탈피 기여 및 엔트로피 기여를 지시함; 및Where ε * and δε * are energy parameters for general interactions and specific interactions, respectively, δε salt / k is a salt-specific interaction parameter, C is the salt concentration in mol / L , And superscripts " H " and " S " respectively indicate enthalpy contribution and entropy contribution; And

상기 결정된

Figure 112017037195412-pat00028
Figure 112017037195412-pat00029
를, 하이드로겔 네트워크 내부에서의 용매의 화학적 포텐셜에 대한 하기 수학식 10에 대입하여 고정된 온도(T)에서 팽윤 상태에 있는 하이드로겔의 체적 분율(φ g )을 구함으로써 팽윤도(swelling ratio; 1/φ g )를 산출하는 단계,The determined
Figure 112017037195412-pat00028
And
Figure 112017037195412-pat00029
(Swelling ratio: 1) by calculating the volume fraction ( ? G ) of the hydrogel in a swollen state at a fixed temperature (T) by substituting the chemical potential of the solvent in the hydrogel network into the following equation / [ phi] g )

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112017037195412-pat00030
Figure 112017037195412-pat00030

상기 식에서,

Figure 112017037195412-pat00031
는 보편적 파라미터(universal parameter)이고,
Figure 112017037195412-pat00032
으로 설정됨;In this formula,
Figure 112017037195412-pat00031
Is a universal parameter,
Figure 112017037195412-pat00032
Lt; / RTI >

를 포함하는 방법이 제공된다.Is provided.

본 개시 내용의 구체예에 따라 제공되는 하이드로겔의 팽윤 거동을 예측하는 방법은 분자열역학에 기초한 모델 및 그룹 기여법을 적용함으로써 종래에 알려진 예측 모델에 비하여 현저히 정확도가 개선된 하이드로겔의 물성(팽윤 또는 체적 팽창) 거동에 대한 예측 방법을 제공할 수 있다. 특히, 고분자 하이드로겔을 구성하는 복수의 관능기 또는 모이티(moiety) 각각에 대한 그룹 파라미터를 라이브러리화하고, 하이드로겔 합성 시 가교제(cross-linker)의 분율을 반영함으로써 다양한 조건(하이드로겔의 온도, 가교제의 분율 등) 하에서 벌크 물성을 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 원하는 물성의 하이드로겔을 설계할 수 있기 때문에 불필요한 실험을 생략할 수 있는 장점을 제공한다. 따라서, 향후 초고흡수성 수지(SAP), 생분해성 수지 등에 대한 팽윤도 또는 분해도에 대한 물성 예측 시뮬레이션의 패키지 개발에 효과적으로 적용될 수 있다.The method of predicting the swelling behavior of the hydrogel provided according to embodiments of the present disclosure is based on the molecular thermodynamics based model and group contribution method, and thus the properties of hydrogels with significantly improved accuracy compared to the conventionally known predictive models Or volumetric expansion) behaviors. Particularly, by grouping the group parameters for each of a plurality of functional groups or moieties constituting the polymer hydrogel and reflecting the fraction of the cross-linker in hydrogel synthesis, various conditions (temperature of the hydrogel, Fraction of cross-linking agent, etc.), as well as designing hydrogels of desired physical properties, it is possible to omit unnecessary experiments. Therefore, the present invention can be effectively applied to the development of packages for predicting the physical properties with respect to the swelling degree or the degree of degradation of ultra-high water absorbent resin (SAP), biodegradable resin and the like.

도 1은 본 개시 내용의 일 구체예에서 그룹 기여법을 통하여 하이드로겔의 팽윤도를 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 순서도이고;
도 2는 하이드로겔 고분자로 PNIPA(Poly-N-isopropyl acrylamide; 가교제 몰 분율: 0.0388)을 사용하는 경우, 하이드로겔의 팽윤 거동을 결정하는 일련의 절차를 예시적으로 도시하는 도면이고;
도 3a 및 도 3b 각각은 PNIPA/물 시스템 및 PNCPA/물 시스템에서 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선을 나타내는 그래프이고(실선: 실시예에 따라 산출된 결과, 점선: 종래의 MDL 모델에 따라 산출된 결과, 그리고 부호는 실험 데이터임);
도 4는 다양한 N-치환된 폴리아크릴아미드 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선이고(부호는 실험 데이터이고, 실선은 실시예에 따른 예측 모델을 이용하여 산출된 결과임);
도 5a 내지 도 5c 각각은 PNIPMA/물 시스템, PMEO2MA/물 시스템 및 PVCL/물 시스템에서 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선을 나타내는 그래프이고(부호는 실험 데이터이고, 실선은 실시예에 따른 예측 모델을 이용하여 산출된 결과임);
도 6a 내지 도 6c은 소수성 공단량체를 갖는 공중합체 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선으로서, 각각 P(NIPA-co-NTBA)/물 시스템, P(NIPA-co-ENAG)/물 시스템 및 P(NIPA-co-HEMA)/물 시스템을 의미하며(부호는 실험 데이터이고, 실선은 실시예에 따른 예측 모델을 이용하여 산출된 결과임);
도 7은 친수성 공단량체(NDMA)를 갖는 공중합체 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선이고(부호는 실험 데이터이고, 실선은 실시예에 따른 예측 모델을 이용하여 산출된 결과임); 그리고
도 8a 내지 도 8c는 염-함유 PNIPA 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선으로서, 각각 PNIPA/물/NaCl 시스템, PNIPA/물/NaBr 시스템 및 PNIPA/물/NaI 시스템을 의미한다(부호는 실험 데이터이고, 실선은 실시예에 따른 예측 모델을 이용하여 산출된 결과이며, 그리고 염 농도는 M(mol/L)임).
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a flow chart schematically illustrating the process of calculating the degree of swelling of a hydrogel through a group contribution method in one embodiment of the present disclosure;
FIG. 2 is a view exemplarily showing a series of procedures for determining the swelling behavior of a hydrogel when PNIPA (poly-N-isopropyl acrylamide; crosslinker molar fraction: 0.0388) is used as the hydrogel polymer;
3A and 3B are graphs showing the swelling curves of the hydrogel system in the PNIPA / water system and the PNCPA / water system, respectively (solid line: the result calculated according to the example, the dotted line: the result calculated according to the conventional MDL model, And the sign is experimental data);
Figure 4 is a swelling curve of various N-substituted polyacrylamide hydrogel systems (the sign is experimental data, the solid line is the result calculated using the predictive model according to the embodiment);
Figures 5A-5C are graphs showing the swelling curves of the hydrogel system in the PNIPMA / water system, the PMEO2MA / water system and the PVCL / water system (reference numerals are experimental data and solid lines indicate, Lt; / RTI >
6A-6C are swelling curves of a copolymer hydrogel system with hydrophobic comonomers, wherein P (NIPA-co-NTBA) / water system, P (NIPA-co-ENAG) co-HEMA) / water system (the sign is the experimental data and the solid line is the result calculated using the prediction model according to the embodiment);
Figure 7 is a swelling curve of a copolymer hydrogel system with hydrophilic comonomer (NDMA) (the sign is experimental data and the solid line is the result calculated using the predictive model according to the embodiment); And
8A-8C are swelling curves of a salt-containing PNIPA hydrogel system, respectively, which refer to the PNIPA / water / NaCl system, the PNIPA / water / NaBr system and the PNIPA / water / NaI system Is the result calculated using the prediction model according to the embodiment, and the salt concentration is M (mol / L)).

본 개시 내용은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 개별 구성에 관한 세부 사항은 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.The present disclosure can be all attained by the following description. The following description should be understood to describe preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not necessarily limited thereto. It is to be understood that the accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention and are not to be construed as limiting the present invention. The details of the individual components may be properly understood by reference to the following detailed description of the related description.

또한, 이하에서 언급된 문헌은 본 명세서의 참고자료로 포함되며, 개시 내용의 적어도 일부를 구성하는 것으로 이해될 수 있다. In addition, the following referenced documents are incorporated herein by reference and can be understood to constitute at least a part of the disclosure.

본 명세서에서 사용되는 용어는 하기와 같이 정의될 수 있다. The terms used in this specification can be defined as follows.

"고분자"는 단일중합체 및 공중합체를 모두 포함하며, 공중합체는 랜덤 공중합체 및 블록 공중합체를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. &Quot; Polymer " includes both homopolymers and copolymers, and the copolymer can be understood to include random copolymers and block copolymers.

"하이드로겔"은 일반적으로 하이드로겔은 친수성 단량체의 가교 중합체로서 다량의 물을 흡수할 수 있는 3차원적, 친수성 또는 양친매성 고분자 네트워크를 의미할 수 있는 바, 상기 고분자 네트워크는 단일중합체 또는 공중합체일 수 있고, 공유 화학적 또는 물리적(이온성, 소수성 상호작용, 얽힘 현상 등) 가교 연결의 존재로 인하여 불용성을 나타낸다. 이때, 가교 연결은 네트워크 구조 및 물리적 통합성을 제공하는 바, 하이드로겔은 수성 매질에서 팽윤시키는 수분 등의 매질과 열역학적 상용성을 나타낼 수 있다. 하이드로겔은 수용액 내에서 팽윤하고 수축될 수 있다.A "hydrogel" can generally refer to a three-dimensional, hydrophilic or amphipathic polymer network capable of absorbing a large amount of water as a crosslinked polymer of a hydrophilic monomer, said polymer network comprising a homopolymer or copolymer And exhibit insolubility due to the presence of covalent chemical or physical (ionic, hydrophobic interactions, entanglement, etc.) crosslinking linkages. At this time, the crosslinked link provides network structure and physical integrity, and hydrogels can exhibit thermodynamic compatibility with a medium such as water swelling in an aqueous medium. Hydrogels can swell and contract within an aqueous solution.

"겔"은 통상적으로 2 연속 상을 갖는 바, 하이드로겔은 액체 상이 물인 겔을 의미한다. 하이드로겔 내 네트워크의 사슬에는 포어가 존재할 수 있고, 상당한 비율의 포어가, 예를 들면 약 1 내지 1000 nm, 구체적으로 약 10 내지 500 nm, 보다 구체적으로 30 내지 100 nm의 치수를 갖는 방식으로 연결될 수 있다.By " gel " is usually a gel having two continuous phases, the hydrogel being the liquid phase. Pores may be present in the chains of the network in the hydrogel and a significant proportion of the pores may be connected in such a way as to have dimensions of, for example, about 1 to 1000 nm, specifically about 10 to 500 nm, more specifically 30 to 100 nm .

"팽윤도(swelling ratio)"는 특정 조성의 샘플(예를 들면, 하이드로겔)이 실질적으로 비수화될 때 이의 체적에 대한 실질적으로 완전히 수화될 때 체적의 비를 의미할 수 있다. 하이드로젤의 팽윤도는 하이드로겔을 구성하는 고분자의 친수성, 가교도, 입자의 다공성 등에 의하여 결정될 수 있다.A " swelling ratio " may mean a volume ratio when the sample of a particular composition (e.g., a hydrogel) is substantially fully hydrated for its volume when it is substantially dehydrated. The degree of swelling of the hydrogel may be determined by the hydrophilicity, degree of crosslinking, porosity of the particles, etc. of the polymer constituting the hydrogel.

"가교된 고분자 네트워크"는 소수성 분자들, 친수성 분자들, 그리고 소수성 분자와 친수성 분자 간에 가교 결합이 형성되는 상호 연결(interconnected) 구조를 의미할 수 있다.A " crosslinked polymer network " can refer to hydrophobic molecules, hydrophilic molecules, and interconnected structures in which crosslinking is formed between hydrophobic and hydrophilic molecules.

어떠한 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 별도의 언급이 없는 한, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.When an element is referred to as " comprising ", it means that it may further include other elements unless otherwise stated.

한편, 이하에서 구체적으로 기재된 선행문헌은 본 명세서의 참고자료로 포함된다. On the other hand, the prior art described in detail below is included as a reference in this specification.

본 개시 내용의 구체예에 따르면, 종래의 모델이 하이드로겔의 거동을 정확하게 예측하는데 한계가 존재하는 점을 극복하기 위하여, 분자를 구성하는 구조에 대한 기여도를 고려하는 그룹 기여법(group contribution method)를 도입한다.According to embodiments of the present disclosure, in order to overcome the limitations of the conventional model in accurately predicting the behavior of a hydrogel, a group contribution method that considers the contribution to the structure that constitutes the molecule, .

"그룹 기여법"은 임의의 물질의 물리적 특성이 개별 관능기(functional group)으로부터의 기여 합으로 기술될 수 있다는 이론적 가정에 기초한다. 즉, 분자의 물성에 대하여 특정 관능기의 기여를 정량적으로 정의할 수 있는 것이다.The " group contribution method " is based on the theoretical assumption that the physical properties of any material can be described as the sum of contributions from individual functional groups. That is, the contribution of a specific functional group to a physical property of a molecule can be quantitatively defined.

이와 관련하여, 그룹 기여도에 대한 정확한 산출은 사용되는 열역학적 모델에 크게 의존한다. 상기의 점을 고려하여, 개선된 이중-격자(MDL) 모델을 기반으로 하되, 복잡한 형태의 고분자/용매 간의 상호작용 에너지를 고려하기 위하여 Sanchez 등의 association 이론(I. C. Sanchez, A. C. Balazs, Macromolecules 1989, 22, 2325-2331)을 결합하여 하이드로겔의 팽윤 거동을 높은 정확도로 예측할 수 있는 신규 모델을 제공한다. In this regard, an accurate calculation of the group contribution is highly dependent on the thermodynamic model used. In view of the above, an association theory (Sanchez, AC Sanchez, AC Balazs, Macromolecules, 1989) is proposed in order to consider the interaction energy between the complex type polymer / solvent based on the improved double- 22, 2325-2331) to provide a new model capable of predicting the swelling behavior of a hydrogel with high accuracy.

이와 관련하여, 그룹 파라미터는 개선된 이중-격자 모델을 이용하여 분자 간 상호작용 에너지 기여도를 산출하고, 또한 개선된 Flory-Rehner 모델을 이용하여 고분자 네트워크의 탄성을 고려한 열역학 모델을 기반으로 하여 단일중합체 하이드로겔 및 공중합체 하이드로겔 시스템에 대한 실험 결과로부터 산출한다. In this regard, the group parameters are calculated by using an improved dual-lattice model to calculate intermolecular interaction energy contributions, and based on a thermodynamic model that takes into account the elasticity of the polymer network using the improved Flory-Rehner model, Hydrogel < / RTI > and copolymer hydrogel systems.

또한, 본 개시 내용의 다른 구체예에 따르면, 고흡수성 수지의 활용 시 주요 변수인 염(salt)에 의한 영향을 고려하기 위하여, 염-특이적(salt-specific) 상호작용 파라미터를 도입함으로써 하이드로겔 시스템의 팽윤 실험 결과 대비 양호한 부합 결과를 도출할 수 있다.Also, according to another embodiment of the present disclosure, in order to take into account the effect of salt, which is a key variable in the utilization of the superabsorbent resin, it is possible, by introducing salt-specific interaction parameters, It is possible to obtain a good agreement result with respect to the swelling test result of the system.

하이드로겔Hydrogel

일반적으로, 하이드로겔은 고분자(예를 들면, 친수성 고분자)가 가교된 형태에 따라 크게 2가지 그룹으로 구분된다: (i) 고분자 상호 간에 공유결합으로 연결된 하이드로겔인 화학적 하이드로겔은 수분이 존재하는 환경에 노출될 경우, 평형에 도달할 때까지 수분에 의한 팽윤이 지속적으로 일어나고; 그리고 (ii) 물리적 하이드로겔로서 친수성 고분자가 화학적 결합인 아닌 물리적 결합(구체적으로, 정전기적 상호 작용, 수소결합, 소수성 상호작용 등)에 의하여 가교되어 있다.In general, hydrogels are classified into two groups according to their cross-linked forms of polymers (for example, hydrophilic polymers): (i) a chemical hydrogel, which is a hydrogel covalently linked with polymers, When exposed to the environment, swelling by moisture continues to occur until equilibrium is reached; And (ii) the hydrophilic polymer as a physical hydrogel is crosslinked by a physical bond (specifically, an electrostatic interaction, a hydrogen bond, a hydrophobic interaction, etc.) which is not a chemical bond.

상술한 가교 구조로 인하여 하이드로겔은 비용해성을 나타내는 바, 이러한 고분자 내 가교 결합없이는 용해되는 경향을 갖게 된다. 특히, 3차원 네트워크 구조는 가교 결합으로 기인하는데, 가교율(crosslinking ratio)을 증가시킴으로써 하이드로겔의 기계적 안정성을 증가시킬 수 있다. 다만, 기계적 안정성은 하이드로겔이 팽윤 상태에 있는 경우에는 감소하는 경향을 갖는다.Due to the crosslinking structure described above, hydrogels exhibit inferiority and tend to dissolve without crosslinking in such polymers. In particular, the three-dimensional network structure is caused by crosslinking, which can increase the mechanical stability of the hydrogel by increasing the crosslinking ratio. However, the mechanical stability tends to decrease when the hydrogel is in a swollen state.

일 구체예에 따르면, 하이드로겔을 구성하는 고분자는 천연 고분자계 재질, 예를 들면 히얄루로닉 산(hyaluronic acid), 알지닉 산(alginic acid), 펙틴, 카라기난, 콘드로이틴(설페이트), 덱스트란(설페이트), 키토산, 폴리라이신(polylysine), 콜라겐, 젤라틴, 카르복시메틸 키틴(carboxymethyl chitin), 피브린, 아가로스, 풀루란, 셀룰로오스 등을 단독으로 또는 조합한 것일 수 있다.According to one embodiment, the polymer constituting the hydrogel may be a natural polymer-based material such as hyaluronic acid, alginic acid, pectin, carrageenan, chondroitin (sulfate), dextran Cellulose, chitosan, polylysine, collagen, gelatin, carboxymethyl chitin, fibrin, agarose, pullulan, cellulose, etc. may be used alone or in combination.

다만, 보다 전형적으로는 합성 고분자계 하이드로겔일 수 있는 바, 예시적인 합성 고분자 재질의 하이드로겔의 제조방법의 일 예에 따르면, 하이드로겔은 전형적으로 친수성(또는 수용성) 고분자의 단량체를 가교제의 첨가 하에 중합 반응(예를 들면, 침전 중합)시켜 제조할 수 있다. 예시적 구체예에 있어서, 하이드로겔을 구성하는 고분자는 단일중합체 및/또는 공중합체 형태일 수 있다. 이와 관련하여, 공중합체인 경우, 공단량체는 친수성 또는 소수성일 수 있다. According to one example of a method for producing an exemplary synthetic polymeric hydrogel, which is more typically a synthetic polymeric hydrogel, a hydrogel is typically prepared by adding a monomer of a hydrophilic (or water-soluble) (For example, precipitation polymerization). In an exemplary embodiment, the polymer constituting the hydrogel may be in the form of a homopolymer and / or a copolymer. In this regard, in the case of copolymerization, the comonomer may be hydrophilic or hydrophobic.

예시적 구체예에 따르면, 에틸렌성 불포화기를 갖는 단량체를 중합하여 하이드로겔 고분자를 제조할 수 있는 바, 이러한 에틸렌성 불포화 단량체는 특별히 제한되지는 않으나 말단에 불포화 이중 결합을 갖는 단량체, 예를 들면 아크릴계 단량체일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the hydrogel polymer can be prepared by polymerizing a monomer having an ethylenically unsaturated group. The ethylenically unsaturated monomer is not particularly limited, but may be a monomer having an unsaturated double bond at the terminal, for example, an acrylic It may be a monomer.

예시적 단량체로서, 아크릴산(acrylic acid), 메타아크릴산(methacrylic acid), 아크릴아미드(acrylamide), 메타아크릴아미드(methacrylamide), 알킬-(메타)아크릴아미드(alkyl-(meth)acrylamide), N-모노-(메타)아크릴아미드(N-mono(meth)acryl-amide), N,N-디-C1-C4 알킬-(메타)아크릴아미드(N,N-di-C1-C4 alkyl-(meth) acrylamide) 등일 수 있다. Exemplary monomers include, but are not limited to, acrylic acid, methacrylic acid, acrylamide, methacrylamide, alkyl- (meth) acrylamide, (Meth) acrylamide, N, N-di-C 1 -C 4 alkyl- (meth) acrylamide ) And the like.

보다 구체적인 단량체 화합물로서, N-부틸(메타)아크릴레이트(N-butyl(meth)acrylate), 메틸(메타)아크릴레이트(methyl(meth)acrylate), 에틸(메타)아크릴레이트(ethyl(meth)acrylate), 아이소보닐(메타)아크릴레이트(isobornyl(meth)acrylate), 사이클로헥실(메타)아크릴레이트(cyclohexyl(meth)acrylate), 하이드록시에틸 아크릴레이트(hydroxyethyl acrylate), 하이드록시에틸 메타아크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(hydroxypropyl acrylate), 하이드록시프로필 메타아크릴레이트(hydroxypropyl methacrylate), 하이드록시부틸 아크릴레이트(hydroxybutyl acrylate), 2-(2-메톡시에톡시)에틸 메타크릴레이트(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), N-(2-하이드록시에틸)아크릴 아미드(N-(2-hydroxyethyl) acrylamide), N-메틸아크릴아미드(N-methyl acrylamide), N-이소프로필아크릴아미드(N-isopropylacrylamide), N-tert-부틸아크릴아미드(N-tert-butylacrylamide, N,N-디메틸아크릴아미드(NDMA), N,N-디에틸아크릴아미드(NDMA), N-부톡시메틸아크릴아미드(Nbutoxymethyl acrylamide), N-메톡시메틸아크릴아미드(N-methoxymethyl acrylamide),, N-메톡시이소프로필아크릴아미드(N-methoxyisopropyl acrylamide), N-사이클로프로필아크릴아미드(N-cyclopropylacrylamide), 에틸-N-아크릴오일글리신(ethyl-N-acryloylglycin), 비닐카프로락탐(vinylcaprolactam), N-메톡시메틸메타크릴아미드(N-methoxymethyl methacrylamide), 2-아크릴아미도글리콜산(2-acrylamidoglycolic acid) 또는 2-카복시에틸 아크릴레이트(2-carboxyethyl acrylate), 2-하이드록시-5-메톡시아세토페논(2-hydroxy-5-methoxyacetophenone), 2-하이드록시에틸다이설파이드(2-hydroxyethyl disulfide) 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있으나, 본 개시 내용이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.More specific monomer compounds include N-butyl (meth) acrylate, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate (Meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, hydroxybutyl acrylate, 2- (2-methoxyethoxy) ethyl methacrylate (2-methoxyethoxy) ethyl methacrylate, N- (2-hydroxyethyl) acrylamide, N-methyl acrylamide, Amide (N-isopropylacrylamide), N-tert- N-dimethylacrylamide (NDMA), N, N-diethylacrylamide (NDMA), N-butoxymethyl acrylamide, N-methoxymethyl Acrylamide, N-methoxymethyl acrylamide, N-methoxyisopropyl acrylamide, N-cyclopropylacrylamide, ethyl-N-acryloylglycin Vinylcaprolactam, N-methoxymethyl methacrylamide, 2-acrylamidoglycolic acid or 2-carboxyethyl acrylate, and the like. 2-hydroxy-5-methoxyacetophenone, 2-hydroxyethyl disulfide and the like can be used alone or in combination, But the present invention is not limited thereto.

또한, 가교제로서 N, N''-메틸렌비스아크릴아미드, 에틸렌글리콜, 글리세린, 폴리옥시에틸렌글리콜, 염화칼슘, 비스아크릴아미드, 디아릴프타레이트, 디아릴아디페이트, 1,4-부탄디올 디글리시딜에테르, 폴리에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 폴리프로필렌글리콜디글리시딜에테르, 트리그리세린디글리시딜에테르, 트리아릴아민, 글리옥살 등을 예시할 수 있으며, 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 상기 나열된 하이드로겔을 구성하는 고분자 및 가교제의 종류는 예시적 목적으로 제공되는 바, 본 개시 내용이 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, examples of the crosslinking agent include N, N "-methylenebisacrylamide, ethylene glycol, glycerin, polyoxyethylene glycol, calcium chloride, bisacrylamide, diarylphthalate, diaryl adipate, Ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, triglycerine diglycidyl ether, triarylamine, glyoxal, etc., and they may be used alone or in combination. The types of the polymers and crosslinking agents constituting the hydrogels listed above are provided for illustrative purposes, and the present disclosure is not limited thereto.

다만, 본 개시 내용의 구체예에 따라 제공되는 모델의 경우, 가교제의 종류까지 그룹기여법으로 고려되지는 않으며, 후술하는 바와 같이 가교점 간의 탄성 활성 사실의 평균 수(

Figure 112017037195412-pat00033
)를 결정하는 과정에서 전체 하이드로겔의 가교제 함량이 고려된다. 즉, 가교제의 종류에 상관없이 가교제의 량에 따른 하이드로겔의 팽윤 현상을 모사하는 것으로 이해될 수 있다. However, in the case of the model provided according to the concrete example of the present disclosure, the type of crosslinking agent is not considered as a group contribution method, and the average number of elastic activity facts between crosslinking points
Figure 112017037195412-pat00033
), The crosslinking agent content of the entire hydrogel is considered. That is, it can be understood that the swelling phenomenon of the hydrogel according to the amount of the crosslinking agent is simulated regardless of the type of the crosslinking agent.

예시적 구체예에 따르면, 하이드로겔을 구성하는 고분자의 전체 단량체에 대한 가교제의 함량(몰 분율)은, 예를 들면 약 0.1 내지 10 몰%, 구체적으로 약 0.5 내지 5 몰%, 보다 구체적으로 약 1 내지 3 몰% 범위일 수 있으나, 이는 사용되는 고분자의 종류 등을 고려하여 변화 가능한 만큼, 본 개시 내용이 이에 한정되는 것은 아니다. According to an exemplary embodiment, the content (molar fraction) of the cross-linking agent relative to the entire monomers of the polymer constituting the hydrogel is, for example, about 0.1 to 10 mol%, specifically about 0.5 to 5 mol% May range from 1 to 3 mol%, but the present disclosure is not limited thereto as long as it can be changed in consideration of the kind of polymer used and the like.

또한, 예시적인 반응 온도는 약 0 내지 100℃, 구체적으로 약 5 내지 80℃, 보다 구체적으로 약 10 내지 70℃ 범위일 수 있으나, 본 개시 내용이 이에 한정되는 것은 아니다. In addition, exemplary reaction temperatures may range from about 0 to 100 캜, specifically about 5 to 80 캜, more specifically about 10 to 70 캜, but the present disclosure is not limited thereto.

예시적 구체예에 따르면, 중합을 위하여 개시제로서 암모늄 퍼설페이트, 포타슘 퍼설페이트, 나트륨 퍼설페이트, 리튬 퍼설페이트, 암모늄바이설페이트, 소듐바이설페이트; 1,1-아조비스(1-메틸부티로나이트릴-3-소듐설포네이트), 4,4-아조비스(4-시아노발레릭산) 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있으나, 이는 예시적인 의미로 이해되어야 하며 본 개시 내용이 이에 한정되는 것은 아니다. According to an illustrative embodiment, for polymerization, initiators such as ammonium persulfate, potassium persulfate, sodium persulfate, lithium persulfate, ammonium bisulfate, sodium bisulfate; Azobis (1-methylbutyronitrile-3-sodium sulfonate), 4,4-azobis (4-cyanovaleric acid), etc. may be used alone or in combination, And the present disclosure is not limited thereto.

다만, 본 개시 내용의 구체예에 따라 제공되는 모델의 경우, 개시제의 종류 및 량은 고려하지 않는 것으로 가정할 수 있는 바, 이는 단량체 및 가교제에 비하여 개시제가 하이드로겔의 팽윤 거동에 미치는 영향이 미미하기 때문이다.However, in the case of the model provided according to the specific example of the present disclosure, it can be assumed that the type and amount of the initiator are not taken into consideration. This is because the effect of the initiator on the swelling behavior of the hydrogel, .

예시적 구체예에 있어서, 중합을 위하여 계면활성제로서 알킬 및 알킬아릴폴리옥시 에틸렌에테르, 및 알킬아릴포름알테히드 축합 폴리옥시에틸렌에테르와 같은 에테르형, 글리세린에스테르의 폴리옥시에틸렌에테르, 소르비탄 에스테르의 폴리옥시에틸렌에테르, 및 소르비톨 에스테르의 폴리옥시에틸렌에테르와 같은 에스테르 에테르형, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 글리세린 에스테르, 및 소르비탄 에스테르와 같은 에스테르형, 및 지방산 알카놀아미드, 및 폴리옥시 에틸렌 알킬 아민과 같은 아미드형(함질소형) 등을 사용할 수 있는 바, 전형적으로 TWEEN 20(Polyethylene glycol sorbitan monolaurate) 등을 사용할 수 있다.In an exemplary embodiment, anionic surfactants such as alkyl and alkylaryl polyoxyethylene ethers and surfactants such as alkylaryl formaldehyde condensed polyoxyethylene ethers, ether type, glycerin ester polyoxyethylene ethers, sorbitan esters, Polyoxyethylene ethers, and polyoxyethylene ethers of sorbitol esters; esters such as polyethylene glycol fatty acid esters, glycerin esters, and sorbitan esters; and fatty acid alkanolamides such as polyoxyethylene alkylamines, Amide type (small size), and the like. Typically, TWEEN 20 (polyethylene glycol sorbitan monolaurate) and the like can be used.

예시적 구체예에 따르면, 하이드로겔 고분자는, 예를 들면 이온성 하이드로겔을 완전히 배제하는 것은 아니지만, 구체적으로는 비이온성 하이드로겔일 수 있다. 일 예로서, 하이드로겔을 구성하는 고분자는 PNIPA(Poly(N-isopropylacrylamide)), PNIPMA(Poly(N-isopropylmethacrylate)), PNNPAM(Poly(N,N-propylacrylamide)), PMEO2MA(Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate)), PNMIPA(Poly(N-2-methoxyisopropylacrylamide)), PNDEA(Poly(N,N-diethylacrylamide)), PNDMA(Poly(N,N-dimethylacrylamide)), PENAG(Poly(ethyl N-acryloylglycin)), PVCL(Poly(vinylcaprolactam)), PNTBA(Poly(N-tert-butylacrylamide)), PNCPA(Poly(N-cycloproplyacrylamide)) 및 PHEMA(Poly(hydroxyethl)methacrylate), P(NIPA-co-NTBA), P(NIPA-co-HEMA), P(NIPA-co-ENAG), P(NIPA-co-NDMA) 또는 이의 조합일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the hydrogel polymer may not be completely excluded, for example, an ionic hydrogel, but may be specifically a nonionic hydrogel. For example, the polymer constituting the hydrogel may be selected from the group consisting of poly (N-isopropylacrylamide), poly (N-isopropylmethacrylate), PNNPAM (poly (N, N-propylacrylamide) 2-methoxyethoxy) ethyl methacrylate), PNMIPA (poly (N-2-methoxyisopropylacrylamide)), PNDEA (poly (N, N-diethylacrylamide), PNDMA N-acryloylglycin), PVCL (poly (vinylcaprolactam)), PNTBA (poly-N-tert-butylacrylamide), PNCPA (NIPA-co-ENAG), P (NIPA-co-NDMA) or a combination thereof.

이와 관련하여, 다양한 예시적인 하이드로겔(특히, 비이온성 하이드로겔)의 타입은 하기 표 1과 같다.In this regard, the types of various exemplary hydrogels (particularly nonionic hydrogels) are shown in Table 1 below.

Figure 112017037195412-pat00034
Figure 112017037195412-pat00034

예시적 구체예에 따르면, 하이드로겔은 입자 상 하이드로겔일 수 있는 바, 전형적으로 수백 ㎛에서 수천 ㎛ 범위의 입자 사이즈를 가질 수 있다. 예를 들면, 입자 상 하이드로겔의 사이즈는, 예를 들면 약 100 내지 8000㎛, 구체적으로 약 300 내지 5000㎛, 보다 구체적으로 약 500 내지 3000㎛ 범위일 수 있으나, 반드시 상기 입자 사이즈로 한정되는 것은 아니다. 다른 예시적 구체예에 따르면, 하이드로겔은 벌크 상 하이드로겔일 수 있다. 이외에도, 하이드로겔의 흡수능(absorption capacity)은, 물과 같은 수계 매질에 대하여, 예를 들면 적어도 약 10 g/g, 구체적으로 적어도 약 25 g/g, 보다 구체적으로 약 50 g/g 범위일 수 있다. According to an illustrative embodiment, the hydrogel may be a particulate hydrogel, typically having a particle size in the range of several hundreds of microns to thousands of microns. For example, the size of the particle-like hydrogel may be in the range of, for example, about 100 to 8000 mu m, specifically about 300 to 5000 mu m, more specifically about 500 to 3000 mu m, no. According to another exemplary embodiment, the hydrogel may be a bulk-phase hydrogel. In addition, the absorption capacity of the hydrogel may be, for example, at least about 10 g / g, specifically at least about 25 g / g, more specifically about 50 g / g, for an aqueous medium such as water have.

한편, 도 1은 본 개시 내용의 일 구체예에서 그룹 기여법을 통하여 하이드로겔의 팽윤도를 산출하는 과정을 개략적으로 나타낸다.FIG. 1 schematically shows a process of calculating the degree of swelling of a hydrogel through a group contribution method in one embodiment of the present disclosure.

전술한 바와 같이, 하이드로겔 고분자는 가교 구조로 인하여 탄성을 나타내는 3차원 구조체로서, 다양한 외부 요인에 의하여 팽윤하거나 수축한다. 이러한 하이드로겔의 팽윤 현상은 겔 내부의 가교제 함량으로 표현되는 겔의 가교 구조 및 겔 주변을 둘러싸는 액상 매질(용매 또는 용액)의 종류 및 조성에 따라 변화할 수 있다. 따라서, 하이드로겔의 팽윤 현상에 대한 열역학적 모사는 겔을 형성하는 고분자 및 액상 매질 간의 상호작용(

Figure 112017037195412-pat00035
) 및 겔 자체의 가교 구조를 고려한(
Figure 112017037195412-pat00036
)의 2개의 항의 합, 즉
Figure 112017037195412-pat00037
으로 나타낼 수 있다(
Figure 112017037195412-pat00038
는 헬름홀츠 에너지임).As described above, the hydrogel polymer is a three-dimensional structure exhibiting elasticity due to a crosslinked structure, and swells or shrinks due to various external factors. The swelling phenomenon of the hydrogel may vary depending on the crosslinking structure of the gel represented by the content of the crosslinking agent in the gel and the type and composition of the liquid medium (solvent or solution) surrounding the gel. Therefore, the thermodynamic simulation of the swelling phenomenon of the hydrogel is based on the interaction between the polymer forming the gel and the liquid medium
Figure 112017037195412-pat00035
) And considering the cross-linking structure of the gel itself
Figure 112017037195412-pat00036
), I.e.,
Figure 112017037195412-pat00037
Can be expressed as
Figure 112017037195412-pat00038
Is Helmholtz Energy).

상기 2개의 항은 격자 이론을 기반으로 한 열역학적 모델로 주어질 수 있으며,

Figure 112017037195412-pat00039
는 후술하는 바와 같이 수학식 6으로 표현되는 혼합 헬름홀츠 에너지(또는 MDL), 그리고
Figure 112017037195412-pat00040
은 후술하는 바와 같이 수학식 8로 표현되는 Flory-Rehner 이론을 적용할 수 있다.The two terms can be given as thermodynamic models based on lattice theory,
Figure 112017037195412-pat00039
(Or MDL) represented by Equation (6) as described below, and
Figure 112017037195412-pat00040
The Flory-Rehner theory expressed by Equation (8) can be applied as described later.

이러한 예측 모델을 통하여, 상기 도면에 나타낸 바와 같이, 실험적으로 또는 실험 조건 하에서 수학식 7을 이용하여 가교점 간의 탄성 활성 사슬의 평균 수 또는 가교점 간 길이(

Figure 112017037195412-pat00041
)를 결정(산출)한다. 그 다음, 하이드로겔을 구성하는 고분자 단량체의 분자 구조와 그룹 파라미터를 이용하여 후술하는 수학식 13 또는 14를 적용함으로써 수학식 7의 에너지 파라미터(
Figure 112017037195412-pat00042
)를 산출한다. 이와 같이,
Figure 112017037195412-pat00043
Figure 112017037195412-pat00044
를 구하면 화학적 포텐셜을 구하기 위한 수학식 10에 대입하여 팽윤도를 산출할 수 있다. 이하에서는 하이드로겔의 팽윤도를 구하기 위한 일련의 단계를 보다 상세히 설명한다.Through this prediction model, as shown in the figure, the average number of elastic active chains between crosslinking points or the crosslinking point length (
Figure 112017037195412-pat00041
) Is calculated (calculated). Next, by applying the following equation (13) or (14) using the molecular structure and the group parameter of the polymer monomer constituting the hydrogel, the energy parameter
Figure 112017037195412-pat00042
). like this,
Figure 112017037195412-pat00043
And
Figure 112017037195412-pat00044
, The degree of swelling can be calculated by substituting in Equation (10) for obtaining the chemical potential. Hereinafter, a series of steps for determining the degree of swelling of the hydrogel will be described in more detail.

열역학적 모델Thermodynamic model

하이드로겔(구체적으로 비이온성 하이드로겔) 시스템에 대한 열역학적 모델은 통상적으로 혼합 기여(예를 들면, 하이드로겔과 용매 간) 및 탄성 기여(예를 들면, 가교 등을 고려한 탄성 기여)를 포함한다. 따라서, 헬름홀츠(Helmholtz) 에너지의 순 변화는 하기 수학식 1에 나타내는 바와 같이 전술한 2가지 기여의 합으로 표현될 수 있다. Thermodynamic models for hydrogels (specifically nonionic hydrogel) systems typically include mixed contributions (e.g., between hydrogels and solvent) and elastic contributions (e.g., elastic contributions taking into account cross-linking etc.). Thus, the net change in Helmholtz energy can be expressed as the sum of the two contributions as shown in Equation (1) below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112017037195412-pat00045
Figure 112017037195412-pat00045

상기 식에서, 위첨자 "mix" 및 "el" 각각은 혼합 기여 및 탄성 기여를 의미한다. 혼합 기여는 겔 네트워크와 동일한 조건에서 비가교된, 무한 사슬 길이의 고분자와 용매 간의 분자 간 상호작용에 의하여 정의된다. In the above formula, superscript " mix " and " el " mean mixed contributions and elastic contributions. Mixture contributions are defined by intermolecular interactions between polymers and infinite chain lengths of unmyelinated polymers and solvents under the same conditions as gel networks.

성분 i의 화학적 포텐셜은 하기 수학식 2로 표시될 수 있다.The chemical potential of component i can be expressed by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112017037195412-pat00046
Figure 112017037195412-pat00046

또한, 하이드로겔/용매 시스템에 대한 평형 조건은 하기 수학식 3으로 표시될 수 있다.Further, the equilibrium condition for the hydrogel / solvent system can be expressed by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112017037195412-pat00047
Figure 112017037195412-pat00047

상기 식에서, 위첨자 "in" 및 "out"은 각각 겔 내부 및 겔 외부를 의미한다.In the above formula, the superscripts " in " and " out " refer to the inside of the gel and the outside of the gel, respectively.

- 혼합기여- Mixed contributions

기존 MDL 모델(J. S. Oh, Y. C. Bae, Polymer 1998, 39, 1149-1154)에 있어서, 혼합의 헬름홀츠 에너지는 하기 수학식 4로 표시될 수 있다.In the conventional MDL model (J. S. Oh, Y. C. Bae, Polymer 1998, 39, 1149-1154), the Helmholtz energy of the mixture can be expressed by the following equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) "

Figure 112017037195412-pat00048
Figure 112017037195412-pat00048

상기 식에서, φ i 는 성분 i의 체적 분율이고, a i,j 는 감소된 상호교환 에너지(

Figure 112017037195412-pat00049
)의 함수이고, 그리고 사슬 길이(r i )는 하기 수학식 5로 표시된다.Is the volume fraction of the above formula, φ i is component i, a i, j is a reduced exchange of energy (
Figure 112017037195412-pat00049
), And the chain length ( r i ) is expressed by the following equation (5).

[수학식 5]&Quot; (5) "

Figure 112017037195412-pat00050
Figure 112017037195412-pat00050

보편 상수

Figure 112017037195412-pat00051
Figure 112017037195412-pat00052
는 각각 격자 고분자 시뮬레이션 데이터를 사슬 길이 r 1 =1 및 r 2 =100와 비교함으로써 결정된다. 그러나, 보편 상수는 사슬 길이에 대한 의존성이 크고, r i 가 증가할수록 특정 값으로 수렴한다. 그러나, 하이드로겔 시스템에 대한 보편 상수 값은 혼합 기여가 용매와 무한한 사슬 길이를 갖는 선형 고분자와 용매 간의 상호작용에 의하여 결정되므로, 시뮬레이션 데이터로부터 도출하기는 곤란하다. 따라서, 하이드로겔 시스템에 대하여 수학적으로 최적화된 모델을 도출하기 위하여, 보편 상수
Figure 112017037195412-pat00053
Figure 112017037195412-pat00054
는 각각 0.3 및 0으로 변경될 수 있다(보편 상수의 결정 방법은 후술함).Universal constant
Figure 112017037195412-pat00051
And
Figure 112017037195412-pat00052
Are determined by comparing the lattice polymer simulation data with the chain lengths r 1 = 1 and r 2 = 100, respectively. However, the universal constant has a large dependence on the chain length, and converges to a specific value as r i increases. However, the universal constant value for the hydrogel system is difficult to deduce from the simulation data because the mixing contribution is determined by the interaction between the solvent and the linear polymer having an infinite chain length and the solvent. Thus, to derive a mathematically optimized model for a hydrogel system, a universal constant
Figure 112017037195412-pat00053
And
Figure 112017037195412-pat00054
Can be changed to 0.3 and 0, respectively (a method of determining the universal constant will be described later).

보편 상수는 준-경험적 특성을 갖고 있음에도 불구하고, 혼합 헬름홀츠 에너지에 대한 결과식은 종래의 MDL 모델에 비하여 실험적 팽윤 곡선에 보다 양호하게 부합하며, 보다 간단한 수학적 형태를 갖는다. 그 결과, 혼합 헬름홀츠 에너지는 하기 수학식 6으로 표시된다.Although the universal constant has quasi-empirical properties, the resulting equation for mixed Helmholtz energy better matches the experimental swelling curve than the conventional MDL model and has a simpler mathematical form. As a result, the mixed Helmholtz energy is expressed by the following equation (6).

[수학식 6] &Quot; (6) "

Figure 112017037195412-pat00055
Figure 112017037195412-pat00055

- 특정 상호작용에 대한 상호교환 에너지 파라미터- Interchange energy parameters for specific interactions

특정 상호작용(예를 들면, 수소 결합)의 수학적 표현은 하이드로겔 시스템의 팽윤 거동을 기술하는데 중대한 역할을 한다. 하이드로겔 시스템 내 상호교환 에너지 파라미터(

Figure 112017037195412-pat00056
)의 온도 의존성은 공지된 문헌(Lee et al., Macromolecules 2014, 47, 8394-8403)에 언급된 바와 같이 S자형(sigmoidal form)을 나타낸다. 그러나, 상기 문헌에서 제시된 표현은 실험 데이터와 어느 정도 부합되기는 하나, 하이드로겔 시스템을 기술하기 위하여 5개의 조정가능한 파라미터를 갖는 준-경험적 특성을 갖고 있다. 이를 위하여, 본 개시 내용의 구체예에서는 하기 수학식 7과 같은 하이드로겔 시스템 내 상호교환 에너지 파라미터(
Figure 112017037195412-pat00057
)에 대한 택일적 표현을 제공한다.The mathematical expression of certain interactions (e. G., Hydrogen bonding) plays a critical role in describing the swelling behavior of the hydrogel system. Interchange Energy Parameters in Hydrogel Systems (
Figure 112017037195412-pat00056
) Represents the sigmoidal form as mentioned in the well-known literature (Lee et al., Macromolecules 2014, 47, 8394-8403). However, the expressions presented in this document have quasi-empirical properties with five adjustable parameters to describe the hydrogel system, although to some extent matched the experimental data. To this end, in an embodiment of the present disclosure, an interchange energy parameter (< RTI ID = 0.0 >
Figure 112017037195412-pat00057
). ≪ / RTI >

[수학식 7]&Quot; (7) "

Figure 112017037195412-pat00058
Figure 112017037195412-pat00058

상기 식에서, ε* 및 δε*은 각각 일반적인 상호 작용 및 특정 상호 작용에 대한 에너지 파라미터이고, 위첨자 "H" 및 "S"는 각각 엔탈피 기여 및 엔트로피 기여를 지시한다. Where [epsilon] * and [delta] [epsilon] * are energy parameters for general interaction and specific interaction, respectively, and superscripts " H " and " S " respectively indicate enthalpy contribution and entropy contribution, respectively.

에너지 파라미터(

Figure 112017037195412-pat00059
)에 대한 구체적인 유도는 후술하기로 한다.Energy parameter (
Figure 112017037195412-pat00059
) Will be described later.

- 탄성 기여- elastic contribution

탄성 기여는 Flory-Rehner 모델을 개선하여 하기 수학식 8로 표시될 수 있다.The elastic contribution can be expressed by the following equation (8) by improving the Flory-Rehner model.

[수학식 8]&Quot; (8) "

Figure 112017037195412-pat00060
Figure 112017037195412-pat00060

상기 식에서, f는 고분자 겔 네트워크 내 가교제의 관능성(functionality)으로 완전한 4-관능성 네트워크를 가정할 경우에는 4에 상당한다. φ g φ o 은 각각 팽윤 상태 및 기준 상태에서 고분자 겔의 체적 분율이다. Where f is the functionality of the crosslinking agent in the polymer gel network and corresponds to 4 assuming a complete 4-functional network. ? g and ? o are the volume fractions of the polymer gel in the swollen state and the reference state, respectively.

조정가능한 파라미터의 수를 감소시키기 위하여 기준 상태에서의 고분자 겔이 완전히 건조되어 φ o 이 1로 설정된다. 따라서, 팽윤도(swelling ratio)는 1/φ g 이다. 가교점 간의 탄성 활성 사슬의 평균 수(average number of elastically active chains between cross-linking sites;

Figure 112017037195412-pat00061
)는 하기 수학식 9와 같이 표시될 수 있다.In order to reduce the number of adjustable parameters, the polymer gel in the reference state is completely dried, and φ o is set to 1. Therefore, the swelling ratio is 1 / ? G. The average number of elastic active chains between crosslinking points (the number of elastically active chains between cross-linking sites;
Figure 112017037195412-pat00061
) Can be expressed by the following equation (9).

[수학식 9]  &Quot; (9) "

Figure 112017037195412-pat00062
Figure 112017037195412-pat00062

상기 식에서,

Figure 112017037195412-pat00063
는 하이드로겔 내부(겔 네트워크 내부)의 가교제(cross-linker)의 몰 분율이고,
Figure 112017037195412-pat00064
Figure 112017037195412-pat00065
는 각각 하이드로겔 고분자의 반복 단위 및 용매의 반 데르 발스 체적이다. In this formula,
Figure 112017037195412-pat00063
Is the mole fraction of the cross-linker inside the hydrogel (inside the gel network)
Figure 112017037195412-pat00064
And
Figure 112017037195412-pat00065
Are the van der Waals volumes of the repeating units of the hydrogel polymer and the solvent, respectively.

이때, 주목할 점은

Figure 112017037195412-pat00066
가 완전히 실험 조건에 의하여 결정되고, 따라서 조정가능한 파라미터가 아니라는 것이다.At this point,
Figure 112017037195412-pat00066
Is completely determined by the experimental conditions and is therefore not an adjustable parameter.

하이드로겔 시스템에 대한 헬름홀츠 에너지의 순 변화는 수학식 6 및 8을 수학식 1에 대입함으로써 얻어질 수 있는 바, 겔 네트워크 내부에서 용매의 화학적 포텐셜은 하기 수학식 10으로 표시된다.The net change in Helmholtz energy for the hydrogel system can be obtained by substituting equations (6) and (8) into equation (1), where the chemical potential of the solvent in the gel network is given by:

[수학식 10]&Quot; (10) "

Figure 112017037195412-pat00067
Figure 112017037195412-pat00067

상기 식에서,

Figure 112017037195412-pat00068
는 보편적 파라미터(universal parameter)이다.In this formula,
Figure 112017037195412-pat00068
Is a universal parameter.

이후, 팽윤 평형 곡선은 수식

Figure 112017037195412-pat00069
으로부터 산출되는 바, 이는 하이드로겔 외부에서 용매의 화학적 포텐셜이 0이기 때문이다.Then, the swelling equilibrium curve
Figure 112017037195412-pat00069
, Because the chemical potential of the solvent outside the hydrogel is zero.

그룹 기여법Group Contribution Act

그룹 기여법의 기본 개념은 이미 존재하는 실험 데이터(즉, 팽윤 데이터)를 이용하여 별도의 실험 데이터 없이도 다른 시스템의 거동을 예측하는 것이다. The basic concept of the group contribution method is to predict the behavior of other systems by using existing experimental data (ie swelling data) without any additional experimental data.

- 그룹 파라미터- Group parameter

일 구체예에 따르면, 하이드로겔 고분자를 구성하는 반복 단위를 관능기(functional group) 별로 분리하여 특정한다. 이와 같이 특정된 하이드로겔을 구성하는 개별 관능기의 사이즈 파라미터는 공지된 문헌(A. Bondi, Physical Properties of Molecular Crystals, Liquids and Glasses; Wiley: New York, 1968 Chapter 4, pp 74-75)에서 보고된 반 데르 발스 그룹 체적으로부터 도출될 수 있다. 하기 표 2에서는 예시적인 하이드로겔을 구성하는 관능기 별 사이즈 파라미터를 나타낸다. According to one embodiment, the repeating units constituting the hydrogel polymer are separated and identified by functional groups. The size parameters of the individual functionalities constituting the hydrogel thus specified are reported in A. Bondi, Physical Properties of Molecular Crystals, Liquids and Glasses, Wiley: New York, 1968 Chapter 4, pp 74-75 Can be derived from the van der Waals group volume. Table 2 below shows the size parameters of the functional groups constituting the exemplary hydrogels.

Figure 112017037195412-pat00070
Figure 112017037195412-pat00070

수학식 7에 기재된 에너지 파라미터(ε*, δε*, δε H 및 δε S ) 각각은 쌍-상호작용(pair-interaction) 그룹 파라미터로 분리하여 하기 수학식 12와 같이 표시할 수 있다.Each of the energy parameters (ε * , δε * , δε H, and δε S ) described in Equation (7) can be expressed as a pair-interaction group parameter and expressed as Equation (12).

[수학식 12]&Quot; (12) "

Figure 112017037195412-pat00071
Figure 112017037195412-pat00071

상기 식에서, θ k θ l 은 각각 고분자 내 관능기(k)의 체적 분율 및 용매 내 관능기(l)의 체적 분율이다. 하이드로겔 시스템만을 고려하면, θ l 은 1로 설정되므로 상기 수학식 12는 하기 수학식 13과 같이 간단히 표시할 수 있다.In the above equation ,? K and ? L are the volume fraction of the functional group ( k ) in the polymer and the volume fraction of the functional group ( l ) in the solvent, respectively. Considering only the hydrogel system, θ l can be set to 1 so as to simply display the equation 12 to the equation (13).

[수학식 13]&Quot; (13) "

Figure 112017037195412-pat00072
Figure 112017037195412-pat00072

공중합체 겔 시스템의 경우, 공단량체의 몰 분율이 포함되며, 이를 반영하여 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.In the case of the copolymer gel system, the mole fraction of the comonomer is included and can be expressed as Equation (14) below.

[수학식 14]&Quot; (14) "

Figure 112017037195412-pat00073
Figure 112017037195412-pat00073

상기 식에서, x i 는 하이드로겔 공중합체 내 단량체 i의 몰 분율이고,

Figure 112017037195412-pat00074
는 단량체 i 내 관능기(k)의 체적 분율이다.Where x i is the mole fraction of monomer i in the hydrogel copolymer,
Figure 112017037195412-pat00074
Is the volume fraction of the functional group ( k ) in the monomer i .

각각의 관능기에 대한 상호작용 에너지 파라미터는 하기의 절차에 의하여 팽윤 실험 데이터로부터 얻을 수 있다.The interaction energy parameter for each functional group can be obtained from the swelling experimental data by the following procedure.

(i) 단계 1(i) Step 1

수학식 9를 이용하여 실험 조건(겔 합성 과정 중 사용된 가교제의 몰 분율 포함)으로부터

Figure 112017037195412-pat00075
를 결정한다.From the experimental conditions (including the molar fraction of the cross-linking agent used in the gel synthesis process) from equation (9)
Figure 112017037195412-pat00075
.

(ii) 단계 2(ii) Step 2

실험 데이터 쌍

Figure 112017037195412-pat00076
을 수학식 10에 대입하여 상호작용 에너지-온도 쌍
Figure 112017037195412-pat00077
을 산출한다.Experimental data pair
Figure 112017037195412-pat00076
Into the equation (10) to calculate the interaction energy-temperature pair
Figure 112017037195412-pat00077
.

(iii) 단계 3(iii) Step 3

목적 함수

Figure 112017037195412-pat00078
를 이용하여, 수학식 7 내에서의 그룹 파라미터들을 단계 2로부터 얻어진
Figure 112017037195412-pat00079
로 피팅시킨다.Objective function
Figure 112017037195412-pat00078
, The group parameters in equation (7) are obtained from step (2)
Figure 112017037195412-pat00079
.

물과 관능기 간의 상호작용 파라미터는 하기 표 3과 같이 나타낼 수 있다.The interaction parameters between the water and the functional groups can be represented as shown in Table 3 below.

Figure 112017037195412-pat00080
Figure 112017037195412-pat00080

상술한 바와 같이, 물과 하이드로겔을 구성하는 개별 관능기 간의 상호작용 에너지 파라미터를 구하면, 이를 기초로 하여 수학식 7로부터 화학적 포텐셜 식의 에너지 파라미터(

Figure 112017037195412-pat00081
)를 구하여 전술한 수학식 10에 대입하고
Figure 112017037195412-pat00082
인 조건 하에서 팽윤도, 즉 1/φ g 를 구할 수 있다.As described above, the interaction energy parameter between the water and the individual functional groups constituting the hydrogel is obtained. From the equation (7), the chemical potential energy parameter
Figure 112017037195412-pat00081
) Is substituted into the above-mentioned equation (10)
Figure 112017037195412-pat00082
The swelling degree, that is, 1 / φ g , can be obtained.

한편, 본 개시 내용의 다른 구체예에 따르면, 염-함유 하이드로겔의 팽윤 거동을 예측하는 방법이 제공된다.On the other hand, according to another embodiment of the present disclosure, a method for predicting the swelling behavior of a salt-containing hydrogel is provided.

하이드로겔 내로 염이 혼입 또는 첨가될 경우, 용매와 겔 네트워크 간의 상호작용의 변화를 유발하며, 이는 하이드로겔의 팽윤 거동을 변화시키는 요인으로 작용한다. 특히, 이온으로 인하여 강한 정전기적 상호작용이 야기되어 고분자 겔의 소수성 부분 주변에 있는 수분의 규칙적 구조를 혼란시킴으로써 안정적인 겔 구조를 붕괴시킬 수 있다. 이러한 염의 대표적인 예로서 나트륨 염(예를 들면, NaCl, NaBr, NaI 등), 암모늄염, 칼륨염, 리튬염, 이의 조합 등을 들 수 있다. 또한, 하이드로겔 고분자 내 염의 혼입량(첨가량)은, 예를 들면 약 3 M까지, 구체적으로 약 0.1 내지 2 M, 보다 구체적으로 약 0.3 내지 1.5 M 범위일 수 있다. When a salt is incorporated or added into the hydrogel, it causes a change in the interaction between the solvent and the gel network, which serves as a factor to change the swelling behavior of the hydrogel. In particular, strong electrostatic interactions are caused by ions, which can disrupt the stable gel structure by disrupting the regular structure of water around the hydrophobic portion of the polymer gel. Representative examples of such salts include sodium salts (for example, NaCl, NaBr, NaI and the like), ammonium salts, potassium salts, lithium salts, combinations thereof and the like. In addition, the amount (addition amount) of the salt in the hydrogel polymer may be, for example, up to about 3 M, specifically about 0.1 to 2 M, more specifically about 0.3 to 1.5 M.

예시적 구체예에 따르면, 염을 함유하는 하이드로겔은 벌크 상 하이드로겔일 수 있는 바, 이는 마이크로 겔의 경우에는 염의 농도가 증가하는 경우에 겔의 안정성이 낮아질 수 있기 때문이다.According to exemplary embodiments, the salt-containing hydrogel may be a bulk-phase hydrogel because, in the case of microgels, the stability of the gel may be lowered when the concentration of the salt is increased.

또한, 체적 상 전이 온도는 염의 첨가에 따라 감소하며, 이때 변화는 대체적으로 염 농도와 선형 관계에 있다. 하전된 겔의 염-응답성 팽윤 거동은 문헌(예를 들면, F. G. Donnan, Chem. Rev. 1924, 1, 73-90)에 기재된 이론에 의하여 기술될 수 있음에도 불구하고, 하이드로겔(특히, 비이온성 하이드로겔)에 대한 염의 영향에 대하여 종래의 전통적인 이론의 한계로 인하여 거의 기술된 바 없다. In addition, the volumetric phase transition temperature decreases with the addition of salt, and the change is generally linear with salt concentration. Although the salt-responsive swelling behavior of the charged gel can be described by the theory described in the literature (for example, FG Donnan, Chem. Rev. 1924, 1, 73-90), hydrogels On hydrogels) due to the limitations of conventional conventional theories.

따라서, 상기 구체예에서는 이러한 문제점을 해소할 목적으로, 염-특이적 파라미터를 상호작용 에너지 파라미터 식에 도입하는 바, 이는 하기 수학식 15로 표시될 수 있다.Therefore, in the above specific example, a salt-specific parameter is introduced into the interaction energy parameter expression for the purpose of solving this problem, which can be expressed by the following equation (15).

[수학식 15]&Quot; (15) "

Figure 112017037195412-pat00083
Figure 112017037195412-pat00083

상기 식에서, ε* 및 δε*은 각각 일반적인 상호 작용 및 특정 상호 작용에 대한 에너지 파라미터이고, δεsalt/k는 염-특이적(specific) 상호작용 파라미터이며, C는 mol/L 단위의 염 농도이고, 그리고 위첨자 "H" 및 "S"는 각각 엔탈피 기여 및 엔트로피 기여를 지시한다.Where ε * and δε * are energy parameters for general interactions and specific interactions, respectively, δε salt / k is a salt-specific interaction parameter, C is the salt concentration in mol / L , And superscripts " H " and " S " denote enthalpy contribution and entropy contribution, respectively.

보편적 파라미터(universal parameter)의 결정 방법How to determine the universal parameter

앞서 기술한 수학식 10에 따른 화학적 포텔셜 식에서 보편적 파라미터는 하기와 같이 구할 수 있다.The universal parameters in the chemical formal equation according to Equation 10 described above can be obtained as follows.

초기 MDL 모델 및 Flory-Rehner 모델에 있어서, 2 성분계 하이드로겔 시스템 내 용매의 화학적 포텐셜은 하기 수학식 16으로 나타낼 수 있다.In the initial MDL model and the Flory-Rehner model, the chemical potential of the solvent in the two-component hydrogel system can be represented by the following equation (16).

[수학식 16]&Quot; (16) "

Figure 112017037195412-pat00084
Figure 112017037195412-pat00084

상기 식에서, r 1 =1 및 r 2 =100인 사슬 길이를 이용하여 격자 고분자 모사 데이터를 피팅(fitting)함으로써

Figure 112017037195412-pat00085
=0.1415 및
Figure 112017037195412-pat00086
=1,7986로 결정된다. 이후, 산술 조작을 통하여 수학식 16은 하기 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.By fitting the lattice polymer simulation data using the chain lengths r 1 = 1 and r 2 = 100,
Figure 112017037195412-pat00085
= 0.1415 and
Figure 112017037195412-pat00086
= 1,7986. Then, through the arithmetic operation, the expression (16) can be expressed as the following expression (17).

[수학식 17]&Quot; (17) "

Figure 112017037195412-pat00087
Figure 112017037195412-pat00087

상기 식에서, In this formula,

Figure 112017037195412-pat00088
.
Figure 112017037195412-pat00088
.

전술한 수학식 17의 답은 하기 수학식 18로 나타낼 수 있다.The answer of the above-mentioned equation (17) can be expressed by the following equation (18).

[수학식 18]&Quot; (18) "

Figure 112017037195412-pat00089
Figure 112017037195412-pat00089

상기 수학식 18은 판별식(discriminant)이 음인 경우에는 허수 항(imaginary term)을 포함하는 바, 이는 특정 경우에 있어서는 초기 MDL 모델이 팽윤 곡선을 적절히 기술할 수 없음을 의미한다(예를 들면,

Figure 112017037195412-pat00090
가 100이고 φ g 0이 1인 경우, 산출된 팽윤도는 17.66을 초과할 수 없음). 또한, 초기 MDL 모델 내에서의 보편적 파라미터(상수)는 무한한 사슬 길이를 갖는 고분자라는 가정에 위배된다. 이러한 결함을 해소하기 위하여,
Figure 112017037195412-pat00091
는 0으로 설정되고
Figure 112017037195412-pat00092
는 0.3으로 설정된다. 상기 값을 이용하여 수학식 17은 전술한 수학식 10과 같이 선형 방정식으로 나타낼 수 있게 된다. Equation (18) implies an imaginary term when the discriminant is negative, which means that in certain cases the initial MDL model can not adequately describe the swelling curve (e.g.,
Figure 112017037195412-pat00090
Is 100 and φ g 0 is 1, the calculated degree of swelling can not exceed 17.66). In addition, the universal parameter (constant) in the initial MDL model is contrary to the assumption that the polymer has an infinite chain length. In order to solve such a defect,
Figure 112017037195412-pat00091
Is set to zero
Figure 112017037195412-pat00092
Is set to 0.3. Using Equation (17), Equation (17) can be expressed as a linear equation as shown in Equation (10).

상호작용 에너지 파라미터의 유도Induction of interaction energy parameters

Sanchez 등에 따르면, 상호작용 에너지 파라미터는 하기 수학식 19로 표현된다.According to Sanchez et al., The interaction energy parameter is expressed as: " (19) "

[수학식 19]&Quot; (19) "

Figure 112017037195412-pat00093
Figure 112017037195412-pat00093

상기 식에서, ε/kT 및 δε/kT는 각각 비특이적 및 특이적 상호작용 파라미터이다. Wherein, ε / k T and δε / T k is a non-specific and specific interaction parameter, respectively.

고분자 세그먼트와 용매 간의 특이적 상호작용의 분율 f는 하기 수학식 20으로 표현된다.The fraction f of the specific interaction between the polymer segment and the solvent is expressed by the following equation (20).

[수학식 20]&Quot; (20) "

Figure 112017037195412-pat00094
Figure 112017037195412-pat00094

상기 식에서, g는 2가지 상태의 축퇴(degeneracy) 비이다.Where g is the degeneracy ratio of the two states.

이때, 제시된 모델 내에서 조정가능한 파라미터의 수를 감소시키기 위하여 g가 1에 상당한 것으로 가정할 수 있다. 에너지 파라미터에 관한 수학식 19에 엔트로피 기여 및 에너지 기여를 도입함으로써, 상기 수학식 19는 하기 수학식 21로 표현될 수 있다.At this time, it can be assumed that g is equal to 1 in order to reduce the number of adjustable parameters in the presented model. By introducing an entropy contribution and an energy contribution to (19) with respect to the energy parameter, Equation (19) can be expressed by Equation (21).

[수학식 21]&Quot; (21) "

Figure 112017037195412-pat00095
Figure 112017037195412-pat00095

상기 에너지 파라미터의 수학적 형태는 상기 수학식 21의 첫 번째 항을 간단히 함으로써 얻어질 수 있다. 이후, 수학적 조작을 통하여 상호작용 에너지 파라미터의 최종 형태는 전술한 수학식 7로 표현될 수 있다. 다만, 이해의 편의를 위하여, 상기 수학식 7은 하기 수학식 22로 재표현될 수 있다.The mathematical form of the energy parameter can be obtained by simplifying the first term of Equation (21). Then, the final shape of the interaction energy parameter through a mathematical operation can be expressed by Equation (7). However, for the convenience of understanding, Equation (7) can be rewritten as Equation (22).

[수학식 22]&Quot; (22) "

Figure 112017037195412-pat00096
Figure 112017037195412-pat00096

전술한 바와 같이, 히이드로겔 시스템의 팽윤 거동을 예측하기 위한 그룹 기여법의 정확성은 열역학적 모델에 의존한다. 그러나, 종래에 제시된 MDL 모델에서의 보편적 상수는 하이드로겔에 적용하는데 적합하지 않기 때문에 본 개시 내용의 구체예에서는 Sanchez 등의 association 이론에 기초하여 상호작용 에너지 파라미터에 대한 새로운 표현을 도입한다. 이때, 그룹 상호작용 파라미터는 단일중합체 및 공중합체 하이드로겔 시스템 모두로부터 실험적 팽윤 곡선에 의하여 결정된다. 그 결과, 실험 데이터에 상당하는 예측 값을 얻을 수 있다. 더 나아가, 염-함유 하이드로겔의 경우, 추가적인 염-특이적 파라미터를 도입함으로써 염에 의하여 유도되는 체적 상 전이 거동을 산출할 수 있다. 본 개시 내용에서 제시된 그룹 기여법은 입수 가능한 실험 데이터와 잘 부합하며, 하이드로겔 시스템의 자극-응답성 팽윤 거동에 효과적으로 적용 가능하다.As mentioned above, the accuracy of the group contribution method to predict the swelling behavior of the hydro gel system depends on the thermodynamic model. However, since the universal constants in the MDL model presented in the prior art are not suitable for application to hydrogels, embodiments of the present disclosure introduce new expressions of interaction energy parameters based on association theory such as Sanchez et al. At this time, the group interaction parameters are determined by the experimental swelling curve from both the homopolymer and copolymer hydrogel systems. As a result, a predicted value corresponding to the experimental data can be obtained. Furthermore, in the case of salt-containing hydrogels, the salt-induced volume phase transition behavior can be calculated by introducing additional salt-specific parameters. The group contribution method presented in this disclosure is in good agreement with available experimental data and is effectively applicable to the stimulus-responsive swelling behavior of hydrogel systems.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 제시하지만, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the present invention is not limited thereto.

실시예 1Example 1

하이드로겔 시스템Hydrogel system

가. 단일중합체 하이드로겔end. Homopolymer hydrogel

- PNIPA 겔/물 시스템- PNIPA gel / water system

본 실시예에서 사용된 PNIPA 하이드로겔은 Y. D. Yi, K. S. Oh, Y. C. Bae, Polymer 1997, 38, 3471-3476에 기재된 방법에 따라 제조되었다. 구체적으로, TCI Co.에서 시판 중인 NIPA(분자량: 113.6)을 재결정 및 진공 오븐 내에서 2일 동안 건조시킨 후에 단량체로 사용하였다. 가교제로서, TCI Co.에서 시판 중인 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드(BIS, 분자량: 154.17)를 재결정한 후에 사용하였다. 전체 NIPA 단량체에 대한 가교제의 몰 분율은 0.0388이었다.The PNIPA hydrogel used in this example was prepared according to the method described in Y. D. Yi, K. S. Oh, Y. C. Bae, Polymer 1997, 38, 3471-3476. Specifically, NIPA (molecular weight: 113.6) commercially available from TCI Co. was recrystallized and dried in a vacuum oven for 2 days and then used as a monomer. As a crosslinking agent, N, N'-methylenebisacrylamide (BIS, molecular weight: 154.17) commercially available from TCI Co. was used after recrystallization. The molar fraction of cross-linker to total NIPA monomer was 0.0388.

개시제로서 1 중량%의 암모늄 퍼설페이트(APS) 용액을 사용하였고, 비이온성 계면활성제로서 TWEEN 20을 사용하였다. 상기 반응물을 질소 블로잉하면서 4 시간 동안 70℃에서 침전 중합시켰다. 이때, 용매로서 증류된 탈이온수를 사용하였다. 중합 결과, 서브-마이크론의 PNIPA 겔 비드가 수득되었다. 상기 PNIPA 겔의 분자 구조는 하기 일반식 1과 같다.A 1 wt% ammonium persulfate (APS) solution was used as an initiator and TWEEN 20 was used as a nonionic surfactant. The reaction product was subjected to precipitation polymerization at 70 DEG C for 4 hours while nitrogen blowing. At this time, deionized water distilled as a solvent was used. As a result of the polymerization, sub-micron PNIPA gel beads were obtained. The molecular structure of the PNIPA gel is shown in the following general formula (1).

[일반식 1][Formula 1]

Figure 112017037195412-pat00097
Figure 112017037195412-pat00097

상기 일반식 1에서 알 수 있듯이, PNIPA는 하나의 CH2 그룹, 하나의 CONH 그룹, 하나의 이소프로필 그룹 및 하나의 CH 그룹을 함유한다. 따라서, PNIPA의 반 데르 발스 체적은 64.13 ㎤/mol이다. 물의 반데르 발스 체적은 Bondi의 그룹 기여법으로부터 산출된 바와 같이 11.44 ㎤/mol이다. As can be seen from the above general formula (1), PNIPA contains one CH 2 group, one CONH group, one isopropyl group and one CH group. Therefore, the van der Waals volume of PNIPA is 64.13 cm3 / mol. The van der Waals volume of water is 11.44 cm3 / mol as calculated from the group contribution method of Bondi.

전술한 수학식 9에 적용함으로써

Figure 112017037195412-pat00098
는 72.24(=64.13/(2·0.0388·11.44))이었다.By applying the above equation (9)
Figure 112017037195412-pat00098
Was 72.24 (= 64.13 / (2. 0.0388.11.44)).

다른 파라미터는 하기와 같이 구하였다.Other parameters were obtained as follows.

θ CH2 =1·10.23/64.13=0.1595 ? CH2 = 1.10.23 / 64.13 = 0.1595

θ CONH =1·13/64.13=0.2027 ? CONH = 1.13 / 64.13 = 0.2027

θ isopropyl =1·34.1/64.13=0.5317 ? isopropyl = 1.34.1 / 64.13 = 0.5317

θ CH =1·6.8/64.13=0.1060 ? CH = 1. 6.8 / 64.13 = 0.1060

에너지 파라미터는 하기와 같이 구하였다.The energy parameters were obtained as follows.

Figure 112017037195412-pat00099
Figure 112017037195412-pat00099

Figure 112017037195412-pat00100
및 에너지 파라미터를 수학식 10에 대입하면, 남은 미지의 변수는 온도 및 φ g 인 바, 일정한 온도에서 PNIPA의 팽윤도는
Figure 112017037195412-pat00101
으로부터 얻어진다.
Figure 112017037195412-pat00100
And the energy parameter are substituted into equation (10), the remaining unknown variables are temperature and phi g , and the swelling degree of PNIPA at a constant temperature is
Figure 112017037195412-pat00101
/ RTI >

- N-치환된 폴리아크릴아미드 겔/물 시스템- N-Substituted Polyacrylamide Gel / Water System

단량체를 변경한 것을 제외하고는 전술한 방법을 통하여 하기 표 4에 나타낸 바와 같이 N-치환된 폴리아크릴아미드 겔을 제조하였고, 이들 각각의 팽윤도를 산출하였다.N-substituted polyacrylamide gels were prepared as described in the following Table 4, except that the monomers were changed, and the degree of swelling of each of them was calculated.

Figure 112017037195412-pat00102
Figure 112017037195412-pat00102

- N-치환된 폴리아크릴아미드 이외의 단일중합체 겔/물 시스템- Uni-polymeric gel / water systems other than N-substituted polyacrylamides

단량체를 변경한 것을 제외하고는 전술한 방법을 통하여 N-치환된 폴리아크릴아미드 이외의 단일중합체 겔/물 시스템, 구체적으로 PNIPMA/물 시스템, PMEO2MA/물 시스템 및 PVCL/물 시스템을 제조하였으며, 이들 각각의 팽윤도를 산출하였다.A single polymer gel / water system other than the N-substituted polyacrylamide, specifically the PNIPMA / water system, the PMEO2MA / water system and the PVCL / water system were prepared via the methods described above, except that the monomers were changed, And each degree of swelling was calculated.

나. 공중합체 하이드로겔I. Copolymer hydrogel

- P(NIPA-co-HEMA) 겔/물 시스템- P (NIPA-co-HEMA) gel / water system

P(NIPA-co-HEMA) 하이드로겔은 H. Cicek, A. Tuncel, J. Poly. Sci. Part A: Polym. Sci. 1998, 36, 527-541에 기재된 방법에 따라 제조되었다. 이때, 가교제의 몰 분율은 0.0177이었다. 상기 P(NIPA-co-HEMA) 겔의 분자 구조는 하기 일반식 2와 같다.P (NIPA-co-HEMA) hydrogel was prepared according to H. Cicek, A. Tuncel, J. Poly. Sci. Part A: Polym. Sci. 1998, 36, 527-541. At this time, the molar fraction of the cross-linking agent was 0.0177. The molecular structure of the P (NIPA-co-HEMA) gel is shown in the following general formula (2).

[일반식 2][Formula 2]

Figure 112017037195412-pat00103
Figure 112017037195412-pat00103

상기 일반식 2에서 알 수 있듯이, PHEMA는 하나의 CH3 그룹, 하나의 C 그룹, 하나의 COO 그룹, 하나의 OH 그룹, 그리고 3개의 CH2 그룹을 함유한다. 보고된 HEMA 단량체의 몰 분율은 0.473이다. PHEMA의 반 데르 발스 체적은 70.86 ㎤/mol이고, P(NIPA-co-HEMA)의 반 데르 발스 체적은 67.31 (=64.13·0.527+70.86·0.473) ㎤/mol이었다. 따라서,

Figure 112017037195412-pat00104
는 166.3941 (=67.31/(2·0.0177·11.44))이었다.As can be seen from the above general formula 2, PHEMA contains one CH 3 group, one C group, one COO group, one OH group, and three CH 2 groups. The reported mole fraction of HEMA monomer is 0.473. The van der Waals volume of PHEMA was 70.86 cm3 / mol and the van der Waals volume of P (NIPA-co-HEMA) was 67.31 (= 64.13.0.527 + 70.86.0473) cm3 / mol. therefore,
Figure 112017037195412-pat00104
Was 166.3941 (= 67.31 / (2. 0.0177.11.44)).

각각의 그룹의 체적 분율은 하기와 같다.The volume fraction of each group is as follows.

Figure 112017037195412-pat00105
Figure 112017037195412-pat00105

수학식 14를 이용하면, ε*= 0.1099, δε*=0.8901, δε H = -8350.52, 및 δε S =-26.1648이었다. Using Equation (14),? * = 0.1099,?? * = 0.8901,?? H = -8350.52, and?? S = -26.1648.

- 다양한 공중합 폴리아크릴아미드 겔/물 시스템- various copolymerized polyacrylamide gel / water systems

단량체를 변경한 것을 제외하고는 전술한 방법을 통하여 하기 표 5에 나타낸 바와 같이 다양한 공중합 폴리아크릴아미드 겔을 제조하였고, 이들 각각의 팽윤도를 산출하였다.Various copolymerized polyacrylamide gels were prepared as described in Table 5 below, except that the monomers were changed, and the degree of swelling of each of them was calculated.

Figure 112017037195412-pat00106
Figure 112017037195412-pat00106

팽윤 거동 평가Evaluation of Swelling Behavior

가. 단일중합체 겔/물 시스템end. Uni-polymer gel / water system

도 3a 및 도 3b 각각은 앞서 제조된 PNIPA/물 시스템 및 PNCPA/물 시스템에서 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선을 나타낸다. 3A and 3B each show the swelling curve of the hydrogel system in the PNIPA / water system and the PNCPA / water system prepared above.

상기 도면에 따르면, 실시예에 따라 예측된 하이드로겔의 팽윤 거동은 실험 데이터에 따른 팽윤 거동과 높은 정확도로 부합된다. 반면, 종래의 MDL 모델을 이용하여 예측된 하이드로겔의 팽윤 거동은 상당한 편차를 나타내고 있음을 알 수 있다. 특히, MDL 모델이 특정 하이드로겔 고분자 시스템(PNCPA/물 시스템)에 대하여는 어느 정도 실험 데이터와 근사한 경향을 나타낸 반면(도 3b), 다른 하이드로겔 고분자 시스템(PNIPA/물 시스템)에 대하여 현저히 큰 편차를 나타내었다(도 3a). 그러나, 실시예에 따른 예측 모델의 경우, 다양한 단일중합체/물 시스템에 대하여 높은 정확도의 예측 결과를 제공할 수 있음을 확인하였다.According to the figure, the swelling behavior of the hydrogel predicted according to the embodiment is in accordance with the swelling behavior and the high accuracy according to the experimental data. On the other hand, it can be seen that the swelling behavior of the hydrogel predicted using the conventional MDL model shows a considerable variation. In particular, while the MDL model showed a somewhat similar tendency to the experimental data for a specific hydrogel polymer system (PNCPA / water system) (Fig. 3b), a significantly larger deviation for the other hydrogel polymer systems (PNIPA / water system) (Fig. 3A). However, it has been found that prediction models according to the embodiments can provide high accuracy prediction results for various single polymer / water systems.

한편, 선형 고분자의 상 평형 거동 및 열-감응도는 치환된 관능기(R1 및 R2)에 의존한다는 점이 보고된 바 있다(Y. Cao, X. X. Zhu, J. Luo, H. Liu, Macromolecules 2007, 40, 6481-6488). 예를 들면, 관능기의 소수성을 증가시킬 경우, 고분자 사슬이 물에 비용해되는 정도가 증가한다. 소수성 관능기가 팽윤 영역을 감소시킴에 따라 하이드로겔의 체적 상 전이 거동 역시 유사한 경향을 나타낸다. On the other hand, it has been reported that the phase equilibrium behavior and heat-sensitivity of the linear polymer depend on the substituted functional groups (R1 and R2) (Y. Cao, XX Zhu, J. Luo, H. Liu, Macromolecules 2007, 6481-6488). For example, increasing the hydrophobicity of functional groups increases the degree to which the chain of polymers is costly in water. As the hydrophobic functional groups reduce the swelling area, the volumetric phase transfer behavior of the hydrogel also shows a similar tendency.

이와 관련하여, 표 4에 기재된 다양한 단일중합체(N-치환된 폴리아크릴아미드) 겔/물 시스템에 대하여 팽윤 거동을 예측하였으며, 이를 실험 데이터와 비교하여 도 4에 나타내었다.In this regard, swelling behavior was predicted for the various homopolymer (N-substituted polyacrylamide) gel / water systems described in Table 4 and compared to experimental data and shown in FIG.

상기 도면에 따르면, 고분자 겔 시스템의 체적 상 전이 온도는 치환된 관능기의 친수성을 따른다: PNMIPA > PNCPA > PNIPA > PNDEA > PNNPAM (메톡시이소프로필(methoxyisopropyl) > 사이클로프로필(cyclopropyl) > 이소-프로필(iso-propyl) > 2 에틸기(ethyl groups) > n-프로필(n-propyl)). According to the figure, the volumetric phase transition temperature of the polymer gel system depends on the hydrophilicity of the substituted functional groups: PNMIPA> PNCPA> PNIPA> PNDEA> PNNPAM (methoxyisopropyl) cyclopropyl> isopropyl iso-propyl> ethyl groups> n-propyl).

특히, 상기 도면에 나타난 바와 같이, 실시예에 따라 예측된 하이드로겔의 팽윤 거동은 실제 실험 데이터와 잘 부합하였다. 이처럼, 본 개시 내용의 구체예에 따른 예측 모델은 관능기가 단일중합체 겔/물 시스템의 팽윤 거동에 미치는 영향을 정확하게 기술하고 있음이 확인되었다. Particularly, as shown in the figure, the swelling behavior of the hydrogels predicted according to the examples was in good agreement with the actual experimental data. Thus, it has been found that the predictive model according to embodiments of the present disclosure accurately describes the effect of functional groups on the swelling behavior of a single polymer gel / water system.

한편, N-치환된 폴리아크릴아미드 이외의 단일중합체 겔/물 시스템인 PNIPMA/물 시스템, PMEO2MA/물 시스템 및 PVCL/물 시스템 각각의 팽윤 거동에 대한 예측 결과 및 실험 결과를 도 5a 내지 도 5c에 나타내었다.On the other hand, the predicted results and experimental results on the swelling behavior of each of the PNIPMA / water system, the PMEO2MA / water system and the PVCL / water system, which are single polymer gel / water systems other than N-substituted polyacrylamide, are shown in FIGS. 5A to 5C Respectively.

상기 도면으로부터 확인되는 바와 같이, 실시예에 따라 예측된 하이드로겔의 팽윤 거동은 실험 데이터에 잘 부합함을 알 수 있다.As can be seen from the figure, it can be seen that the swelling behavior of the hydrogels predicted according to the examples is in good agreement with the experimental data.

나. 공중합체 겔/물 시스템I. Copolymer gel / water system

관능기를 치환하는 것 이외에 단일중합체 겔 네트워크의 소수성을 공중합에 의하여 변화시킬 수 있는 바, 소수성 공단량체의 분율을 증가시킬 경우, 팽윤 영역이 감소하게 된다. 본 실시예에서는 친수성 또는 소수성 공단량체와의 공중합 반응을 통하여 N-알킬 아크릴아미드 겔의 팽윤 거동을 제어하기 위한 실험을 수행하였다. 상기 표 5에 기재된 공중합 하이드로겔 시스템에 대한 팽윤 거동을 측정하였고, 그 결과를 도 6a 내지 도 6c, 그리고 도 7에 나타내었다. Besides the substitution of functional groups, the hydrophobicity of the homopolymer gel network can be changed by copolymerization, and when the fraction of the hydrophobic comonomer is increased, the swelling area is reduced. In this example, experiments were conducted to control the swelling behavior of N-alkyl acrylamide gels through copolymerization with hydrophilic or hydrophobic comonomers. The swelling behavior of the copolymer hydrogel system shown in Table 5 was measured, and the results are shown in FIGS. 6A to 6C and FIG. 7. FIG.

도 6a 내지 도 6c은 소수성 공단량체를 갖는 공중합체 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선으로서, 각각 P(NIPA-co-NTBA)/물 시스템, P(NIPA-co-ENAG)/물 시스템 및 P(NIPA-co-HEMA)/물 시스템을 의미한다. 또한, 상기 도면 각각에 혼입된 공단량체의 몰 분율을 기재하였다. 6A-6C are swelling curves of a copolymer hydrogel system with hydrophobic comonomers, wherein P (NIPA-co-NTBA) / water system, P (NIPA-co-ENAG) co-HEMA) / water system. In addition, the mole fractions of comonomers incorporated into each of the above figures are shown.

상기 도면에 따르면, 실시예에 따른 모델을 이용하여 산출된 팽윤 거동 데이터 및 실험 데이터는 높은 정확도로 부합되었다. 또한, 공단량체의 분율이 증가함에 따라 체적 상 전이 온도는 감소하였다.According to the figure, the swelling behavior data and the experimental data calculated using the model according to the embodiment were met with high accuracy. Also, the volumetric phase transition temperature decreased with increasing fraction of comonomer.

도 7은 친수성 공단량체(NDMA)를 갖는 공중합체 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선이며, 혼입된 공단량체의 몰 분율을 기재하였다. Figure 7 is the swelling curve of a copolymer hydrogel system with hydrophilic comonomer (NDMA), which describes the mole fraction of entrained comonomer.

상기 도면에 따르면, 친수성 공단량체인 NDMA의 몰 분율이 증가함에 따라 체적 상 전이 온도가 증가하였는 바, 이는 친수성 공단량체가 공중합 겔과 물 사이에 유리한 상호작용을 형성하기 때문이다.According to the figure, as the molar fraction of the hydrophilic comonomer NDMA increases, the volume phase transition temperature increases, because the hydrophilic comonomer forms a favorable interaction between the copolymer gel and water.

실시예 2Example 2

본 실시예에서는 하이드로겔의 체적 상 전이 거동에 대한 염-혼입의 영향을 살펴보기 위하여 실시예 1에서 제조된 PNIPA에 다양한 염(NaCl, NaBr, 및 NaI)을 첨가하였으며, 이의 첨가량을 변화시키면서 실시예에 따라 수학식 7 대신에 수학식 15를 도입하여 예측된 하이드로겔 시스템의 팽윤 거동 및 실험 데이터를 비교하였다. 이와 관련하여, 도 8a 내지 도 8c는 염-함유 PNIPA 하이드로겔 시스템의 팽윤 곡선으로서, 각각 PNIPA/물/NaCl 시스템, PNIPA/물/NaBr 시스템 및 PNIPA/물/NaI 시스템을 의미한다. 이때, 얻어진 그룹 파라미터인 δεNaCl/k, δεNaBr/k 및 δεNaI/k는 각각 -0.7865, -0.4971, 및 -0.2823이었다. In this example, various salts (NaCl, NaBr, and NaI) were added to the PNIPA prepared in Example 1 to examine the effect of salt-mixing on the volume phase transition behavior of the hydrogel. According to the examples, the swelling behavior and the experimental data of the predicted hydrogel system were compared by introducing Equation (15) instead of Equation (7). In this regard, Figures 8a-8c are swelling curves of a salt-containing PNIPA hydrogel system, respectively, referring to PNIPA / water / NaCl system, PNIPA / water / NaBr system and PNIPA / water / NaI system, respectively. At this time, the obtained group parameters?? NaCl / k,?? NaBr / k and?? NaI / k were -0.7865, -0.4971, and -0.2823, respectively.

상기 도면에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따라 예측된 모델은 실험 데이터와 잘 부합하였는 바, 이는 단지 하나의 추가적인 파라미터를 도입함으로써 양호한 예측 모델을 제공할 수 있음을 의미한다. 또한, 염의 첨가량이 증가함에 따라 체적 상 전이 온도는 감소하였으며, 이러한 변화는 염 농도에 거의 선형적으로 이루어짐을 알 수 있다.As shown in the figure, the model predicted according to the embodiment is in good agreement with the experimental data, which means that it can provide a good predictive model by introducing only one additional parameter. In addition, the volumetric phase transition temperature decreased as the amount of salt added increased, and this change was found to be almost linear in salt concentration.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

Claims (17)

하이드로겔의 팽윤 거동을 예측하는 방법으로서,
a) 하이드로겔 고분자를 구성하는 반복 단위를 관능기(functional group) 별로 분리하여 특정하는 단계;
b) 상기 특정된 관능기 각각에 대하여 실험적으로 측정된 반 데르 발스(van der Waals) 체적에 근거하여 하기 수학식 9에 따라 가교점 간의 탄성 활성 사슬의 평균 수(average number of elastically active chains between cross-linking sites;
Figure 112018086570795-pat00107
)를 결정하는 단계,
[수학식 9]
Figure 112018086570795-pat00108

상기 식에서,
Figure 112018086570795-pat00109
는 하이드로겔 내부의 가교제(cross-linker)의 몰 분율이고,
Figure 112018086570795-pat00110
Figure 112018086570795-pat00111
는 각각 하이드로겔 고분자의 반복 단위 및 용매의 반 데르 발스 체적임;
c) 상기 특정된 관능기 각각에 대하여 실험적으로 구한 ε*, δε*, δε H 및 δε S 에 근거하여 그룹 기여법을 적용함으로써 에너지 파라미터로서
Figure 112018086570795-pat00112
를 하기 수학식 7에 의하여 결정하는 단계,
[수학식 7]
Figure 112018086570795-pat00113

상기 식에서, ε* 및 δε*은 각각 일반적인 상호 작용 및 특정 상호 작용에 대한 에너지 파라미터이고, 위첨자 "H" 및 "S"는 각각 엔탈피 기여 및 엔트로피 기여를 지시함; 및
상기 결정된
Figure 112018086570795-pat00114
Figure 112018086570795-pat00115
를, 하이드로겔 네트워크 내부에서의 용매의 화학적 포텐셜에 대한 하기 수학식 10에 대입하여 고정된 온도(T)에서 팽윤 상태에 있는 하이드로겔의 체적 분율(φg )을 구함으로써 팽윤도(swelling ratio; 1/φg )를 산출하는 단계,
[수학식 10]
Figure 112018086570795-pat00116

상기 식에서,
Figure 112018086570795-pat00117
는 보편적 파라미터(universal parameter)로서 0.3으로 설정되고, 그리고
Figure 112018086570795-pat00118
으로 설정됨;
를 포함하는 방법.
As a method for predicting the swelling behavior of a hydrogel,
a) separating and identifying the repeating units constituting the hydrogel polymer by functional groups;
b) calculating an average number of elastically active chains between cross-linking points according to the van der Waals volume measured experimentally for each of the specified functional groups according to the following equation (9) linking sites;
Figure 112018086570795-pat00107
),
&Quot; (9) "
Figure 112018086570795-pat00108

In this formula,
Figure 112018086570795-pat00109
Is the mole fraction of the cross-linker in the hydrogel,
Figure 112018086570795-pat00110
And
Figure 112018086570795-pat00111
Is the van der Waals volume of the repeating unit and solvent of the hydrogel polymer, respectively;
c) Applying the group contribution method based on ε * , δε * , δε H and δε S experimentally obtained for each of the above specified functional groups,
Figure 112018086570795-pat00112
(7), < / RTI >
&Quot; (7) "
Figure 112018086570795-pat00113

Where [epsilon] * and [delta] [epsilon] * are energy parameters for general interaction and specific interaction, respectively, superscripts " H " and " S " indicating enthalpy contribution and entropy contribution, respectively; And
The determined
Figure 112018086570795-pat00114
And
Figure 112018086570795-pat00115
(Swelling ratio: 1) by calculating the volume fraction ( ? G ) of the hydrogel in a swollen state at a fixed temperature (T) by substituting the chemical potential of the solvent in the hydrogel network into the following equation / [ phi] g )
&Quot; (10) "
Figure 112018086570795-pat00116

In this formula,
Figure 112018086570795-pat00117
Is set to 0.3 as a universal parameter, and
Figure 112018086570795-pat00118
Lt; / RTI >
≪ / RTI >
염-함유 하이드로겔의 팽윤 거동을 예측하는 방법으로서,
a) 염-함유 하이드로겔 고분자를 구성하는 반복 단위를 관능기(functional group) 별로 분리하여 특정하는 단계;
b) 상기 특정된 관능기 각각에 대하여 실험적으로 측정된 반 데르 발스(van der Waals) 체적에 근거하여 하기 수학식 9에 따라 가교점 간의 탄성 활성 사슬의 평균 수(average number of elastically active chains between cross-linking sites;
Figure 112018086570795-pat00119
)를 결정하는 단계,
[수학식 9]
Figure 112018086570795-pat00120

상기 식에서,
Figure 112018086570795-pat00121
는 하이드로겔 내부의 가교제(cross-linker)의 몰 분율이고,
Figure 112018086570795-pat00122
Figure 112018086570795-pat00123
는 각각 하이드로겔 고분자의 반복 단위 및 용매의 반 데르 발스 체적임;
c) 상기 특정된 관능기 각각에 대하여 실험적으로 구한 ε*, δε*, δε H 및 δε S 에 근거하여 그룹 기여법을 적용함으로써 에너지 파라미터로서
Figure 112018086570795-pat00124
를 하기 수학식 15에 의하여 결정하는 단계,
[수학식 15]
Figure 112018086570795-pat00125

상기 식에서, ε* 및 δε*은 각각 일반적인 상호 작용 및 특정 상호 작용에 대한 에너지 파라미터이고, δεsalt/k는 염-특이적(specific) 상호작용 파라미터이며, C는 mol/L 단위의 염 농도이고, 그리고 위첨자 "H" 및 "S"는 각각 엔탈피 기여 및 엔트로피 기여를 지시함; 및
상기 결정된
Figure 112018086570795-pat00126
Figure 112018086570795-pat00127
를, 하이드로겔 네트워크 내부에서의 용매의 화학적 포텐셜에 대한 하기 수학식 10에 대입하여 고정된 온도(T)에서 팽윤 상태에 있는 하이드로겔의 체적 분율(φg )을 구함으로써 팽윤도(swelling ratio; 1/φg )를 산출하는 단계,
[수학식 10]
Figure 112018086570795-pat00128

상기 식에서,
Figure 112018086570795-pat00129
는 보편적 파라미터(universal parameter)로서 0.3으로 설정되고, 그리고
Figure 112018086570795-pat00130
으로 설정됨;
를 포함하는 방법.
As a method for predicting the swelling behavior of a salt-containing hydrogel,
a) separating and identifying the repeating units constituting the salt-containing hydrogel polymer by functional groups;
b) calculating an average number of elastically active chains between cross-linking points according to the van der Waals volume measured experimentally for each of the specified functional groups according to the following equation (9) linking sites;
Figure 112018086570795-pat00119
),
&Quot; (9) "
Figure 112018086570795-pat00120

In this formula,
Figure 112018086570795-pat00121
Is the mole fraction of the cross-linker in the hydrogel,
Figure 112018086570795-pat00122
And
Figure 112018086570795-pat00123
Is the van der Waals volume of the repeating unit and solvent of the hydrogel polymer, respectively;
c) Applying the group contribution method based on ε * , δε * , δε H and δε S experimentally obtained for each of the above specified functional groups,
Figure 112018086570795-pat00124
(15), < / RTI >
&Quot; (15) "
Figure 112018086570795-pat00125

Where ε * and δε * are energy parameters for general interactions and specific interactions, respectively, δε salt / k is a salt-specific interaction parameter, C is the salt concentration in mol / L , And superscripts " H " and " S " respectively indicate enthalpy contribution and entropy contribution; And
The determined
Figure 112018086570795-pat00126
And
Figure 112018086570795-pat00127
(Swelling ratio: 1) by calculating the volume fraction ( ? G ) of the hydrogel in a swollen state at a fixed temperature (T) by substituting the chemical potential of the solvent in the hydrogel network into the following equation / [ phi] g )
&Quot; (10) "
Figure 112018086570795-pat00128

In this formula,
Figure 112018086570795-pat00129
Is set to 0.3 as a universal parameter, and
Figure 112018086570795-pat00130
Lt; / RTI >
≪ / RTI >
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 ε*, δε*, δε H 및 δε S 각각은 상기 하이드로겔 고분자가 단일중합체인 경우에는 하기 수학식 11 및 13에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법:
[수학식 11]
Figure 112017037195412-pat00131

상기 식에서, V i 는 분자 i의 체적이고,
Figure 112017037195412-pat00132
는 분자 i 내 관능기(k)의 수이고, 그리고
Figure 112017037195412-pat00133
는 관능기(k)의 체적임,
[수학식 13]
Figure 112017037195412-pat00134

상기 식에서, θ k 는 하이드로겔 단일 중합체 내 관능기(k)의 체적 분율임.
According to claim 1 or 2, wherein the ε *, δε *, δε H and δε S each of which characterized in that determined in accordance with, the following equation 11 and 13 when the hydrogel polymer is a homopolymer:
&Quot; (11) "
Figure 112017037195412-pat00131

Wherein V i is the volume of the molecule i ,
Figure 112017037195412-pat00132
Is the number of functional groups ( k ) in the molecule i , and
Figure 112017037195412-pat00133
Is the volume of the functional group ( k )
&Quot; (13) "
Figure 112017037195412-pat00134

Wherein R, θ k being the volume fraction of the hydrogel homopolymer within the functional group (k).
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 ε*, δε*, δε H 및 δε S 각각은 상기 하이드로겔 고분자가 공중합체인 경우에는 하기 수학식 11 및 14에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법:
[수학식 11]
Figure 112017037195412-pat00135

상기 식에서, V i 는 분자 i의 체적이고,
Figure 112017037195412-pat00136
는 분자 i 내 관능기(k)의 수이고, 그리고
Figure 112017037195412-pat00137
는 관능기(k)의 체적임,
[수학식 14]
Figure 112017037195412-pat00138

상기 식에서, x i 는 하이드로겔 공중합체 내 단량체 i의 몰 분율이고,
Figure 112017037195412-pat00139
는 단량체 i 내 관능기(k)의 체적 분율임.
According to claim 1 or 2, wherein the ε *, δε *, δε δε H and S are each characterized in that the determination according to the following equation (11) and 14 in a case where the hydrogel polymer is a copolymer of:
&Quot; (11) "
Figure 112017037195412-pat00135

Wherein V i is the volume of the molecule i ,
Figure 112017037195412-pat00136
Is the number of functional groups ( k ) in the molecule i , and
Figure 112017037195412-pat00137
Is the volume of the functional group ( k )
&Quot; (14) "
Figure 112017037195412-pat00138

Where x i is the mole fraction of monomer i in the hydrogel copolymer,
Figure 112017037195412-pat00139
Is the volume fraction of the functional group ( k ) in the monomer i .
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하이드로겔은 비이온성 하이드로겔인 것을 특징으로 하는 방법.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the hydrogel is a non-ionic hydrogel. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 용매는 물이고, 이때
Figure 112017037195412-pat00140
는 11.44 ㎤/mol로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1 or 2, wherein the solvent is water,
Figure 112017037195412-pat00140
Is set to 11.44 cm < 3 > / mol.
삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하이드로겔 고분자는 단일중합체 또는 공중합체인 것을 특징으로 하는 방법.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the hydrogel polymer is a homopolymer or a copolymer. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하이드로겔 고분자는 단량체를 가교제의 첨가 하에 중합 반응시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.3. The method according to claim 1 or 2, wherein the hydrogel polymer is prepared by polymerizing a monomer with addition of a crosslinking agent. 제9항에 있어서, 상기 단량체는 N-부틸(메타)아크릴레이트(N-butyl(meth)acrylate), 메틸(메타)아크릴레이트(methyl(meth)acrylate), 에틸(메타)아크릴레이트(ethyl(meth)acrylate), 아이소보닐(메타)아크릴레이트(isobornyl(meth)acrylate), 사이클로헥실(메타)아크릴레이트(cyclohexyl(meth)acrylate), 하이드록시에틸 아크릴레이트(hydroxyethyl acrylate), 하이드록시에틸 메타아크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate), 하이드록시프로필 아크릴레이트(hydroxypropyl acrylate), 하이드록시프로필 메타아크릴레이트(hydroxypropyl methacrylate), 하이드록시부틸 아크릴레이트(hydroxybutyl acrylate), 2-(2-메톡시에톡시)에틸 메타크릴레이트(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate), N-(2-하이드록시에틸)아크릴 아미드(N-(2-hydroxyethyl) acrylamide), N-메틸아크릴아미드(N-methyl acrylamide), N-이소프로필아크릴아미드(N-isopropylacrylamide), N-tert-부틸아크릴아미드(N-tert-butylacrylamide, N,N-디메틸아크릴아미드(NDMA), N,N-디에틸아크릴아미드(NDMA), N-부톡시메틸아크릴아미드(Nbutoxymethyl acrylamide), N-메톡시메틸아크릴아미드(N-methoxymethyl acrylamide),, N-메톡시이소프로필아크릴아미드(N-methoxyisopropyl acrylamide), N-사이클로프로필아크릴아미드(N-cyclopropylacrylamide), 에틸-N-아크릴오일글리신(ethyl-N-acryloylglycin), 비닐카프로락탐(vinylcaprolactam), N-메톡시메틸메타크릴아미드(N-methoxymethyl methacrylamide), 2-아크릴아미도글리콜산(2-acrylamidoglycolic acid) 또는 2-카복시에틸 아크릴레이트(2-carboxyethyl acrylate), 2-하이드록시-5-메톡시아세토페논(2-hydroxy-5-methoxyacetophenone), 2-하이드록시에틸다이설파이드(2-hydroxyethyl disulfide) 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 9, wherein the monomer is selected from the group consisting of N-butyl (meth) acrylate, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) (meth) acrylate, isobornyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, hydroxyethyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate Acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxypropyl methacrylate, hydroxybutyl acrylate, 2- (2-methoxyethoxy) ethylmethacrylate, (2-methoxyethoxy) ethyl methacrylate, N- (2-hydroxyethyl) acrylamide, N-methyl acrylamide, N- N-isopropylacrylamide, N-tert-butyl Acrylamide, N, N-dimethylacrylamide (NDMA), N, N-diethylacrylamide (NDMA), N-butoxymethyl acrylamide, N-methoxymethyl acrylamide N-methoxymethyl acrylamide, N-methoxyisopropyl acrylamide, N-cyclopropylacrylamide, ethyl-N-acryloylglycine, Vinyl caprolactam, N-methoxymethyl methacrylamide, 2-acrylamidoglycolic acid or 2-carboxyethyl acrylate, 2-hydroxy-5-methoxyacetophenone, 2-hydroxyethyl disulfide, or a combination thereof. 제8항에 있어서, 상기 하이드로겔을 구성하는 고분자는 PNIPA(Poly(N-isopropylacrylamide)), PNIPMA(Poly(N-isopropylmethacrylate)), PNNPAM(Poly(N,N-propylacrylamide)), PMEO2MA(Poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate)), PNMIPA(Poly(N-2-methoxyisopropylacrylamide)), PNDEA(Poly(N,N-diethylacrylamide)), PNDMA(Poly(N,N-dimethylacrylamide)), PENAG(Poly(ethyl N-acryloylglycin)), PVCL(Poly(vinylcaprolactam)), PNTBA(Poly(N-tert-butylacrylamide)), PNCPA(Poly(N-cycloproplyacrylamide)) 및 PHEMA(Poly(hydroxyethl)methacrylate), P(NIPA-co-NTBA), P(NIPA-co-HEMA), P(NIPA-co-ENAG), P(NIPA-co-NDMA) 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.The polymer of claim 8, wherein the polymer constituting the hydrogel is selected from the group consisting of poly (N-isopropylacrylamide), poly (N-isopropylmethacrylate), PNNPAM (poly (N, N-propylacrylamide) N-diethylacrylamide), PNDMA (Poly (N, N-dimethylacrylamide)), PENAG (poly (N-dimethylacrylamide) Poly (N-acryloylglycine), PVCL (poly (vinylcaprolactam)), PNTBA (poly (N-tert-butylacrylamide) NIPA-co-NTBA), P (NIPA-co-HEMA), P (NIPA-co-ENAG), P (NIPA-co-NDMA) or a combination thereof. 제9항에 있어서, 상기 하이드로겔 고분자를 구성하는 전체 단량체에 대한 가교제의 함량은 0.1 내지 10 몰% 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.[10] The method of claim 9, wherein the content of the cross-linking agent for the entire monomers constituting the hydrogel polymer is selected from the range of 0.1 to 10 mol%. 제1항에 있어서, 상기 하이드로겔은 입자 상 하이드로겔이고, 상기 입자 상 하이드로겔의 입자 사이즈는 100 내지 8000 ㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the hydrogel is a particulate hydrogel and the particle size of the particulate hydrogel is in the range of 100 to 8000 [mu] m. 제2항에 있어서, 상기 하이드로겔은 벌크 상 하이드로겔인 것을 특징으로 하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the hydrogel is a bulk hydrogel. 제2항에 있어서, 상기 염은 나트륨염, 암모늄염, 칼륨염, 리튬염 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 방법.3. The method of claim 2, wherein the salt is a sodium salt, an ammonium salt, a potassium salt, a lithium salt or a combination thereof. 제15항에 있어서, 상기 하이드로겔 고분자 내에 염은 3 M까지 혼입되는 것을 특징으로 하는 방법.16. The method of claim 15, wherein the salt in the hydrogel polymer is incorporated up to 3 M. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 하이드로겔의 흡수능(absorption capacity)은, 수계 매질에 대하여 적어도 10 g/g인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1 or 2, wherein the absorption capacity of the hydrogel is at least 10 g / g based on the aqueous medium.
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