JP2010095586A - 有機・無機複合ヒドロゲルの成形方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水溶性有機高分子と層状剥離した粘土鉱物とが複合化して形成された三次元網目を有する有機・無機複合ヒドロゲルを、加圧処理または減圧処理または延伸処理により変形させた状態を保持しながら、乾燥処理または加熱処理を行なうことを特徴とする有機・無機複合ヒドロゲルの成形方法。
【選択図】なし
Description
粘土鉱物には、[Mg5.34Li0.66Si8O20(OH)4]Na0.66 +の組成を有する水膨潤性合成ヘクトライト(商標ラポナイトXLG、ロックウッド株式会社(英国)製)を100℃で2時間真空乾燥して用いた。有機水溶性モノマーとして、N,N−ジメチルアクリルアミド(DMAA)を使用した。DMAAはシリカゲルカラムをDMAA100mlに対して80mlの容積で用いて重合禁止剤を取り除いてから使用した。
反応液の調製において、更に有機架橋剤(N,N’−メチレンビスアクリルアミド)を有機モノマーの2×10−4モル比だけ添加することを除くと参考例1と同様にして、化学架橋を部分的に含有する有機・無機複合ヒドロゲルを調製した。得られたゲルは透明で、参考例1と同様にして測定した力学物性は破断強度が102KPa、破断伸びが660%であった。
参考例1で得られた有機・無機複合ヒドロゲルを直径40mm、厚さ1.5mmの円盤型のシートに切り出し、該ゲルシートをプレス装置のプレス盤の間に、ポリエチレンテレフタレートフィルムで挟んで挿入し、34MPaの圧力を印加した。その後、温度を急速に90℃まで上昇させて10分間保持した。次いで温度を20℃まで冷却すると共に、熱盤に挟んだ状態を保ったまま圧力を開放し3分間保持した後、取り出した。その結果、透明で均一なフィルムが得られた。成形後にフィルム面積及び厚みの緩和が観測され、最終的に変形量の95%が固定化され、面積は25500mm2であった。
得られたフィルムを5×80mmの大きさに切り出し、参考例1と同様にして引っ張り試験を行った。引張り強度および破断伸びは、130kPa及び850%であった。また、得られたフィルムをポリエチレンテレフタレートフィルムの間に挟んだまま、ガスバリア袋に入れ、20℃で1週間保持した後も、形状の収縮や膨張、及び力学物性の変化などは観測されなかった。以上の結果より、合成した有機・無機複合ヒドロゲルを加圧処理し、変形した状態で高温処理することにより、良好な透明性、力学物性等を保ちつつ、薄膜を含む異なる形状に成形できることが明らかとなった。
参考例2で得られた有機・無機複合ヒドロゲルを用いる以外は、実施例1と同様にして、加圧処理とそれに引き続く熱処理を行った。その結果、成形直後のフィルム変形(面積)の99%が固定化され、元のゲルフィルム面積の14倍となった有機・無機複合ヒドロゲルが得られた。実施例1と同様にして測定した引張り強度および破断伸びは、1350kPa、350%であった。
参考例3で得られた有機・無機複合ヒドロゲルを用い、加圧処理を3.4MPa(実施例3)、34MPa(実施例4)とする以外は実施例1と同様にして、加圧処理とそれに引き続く熱処理を行った。その結果、成形直後のフィルム変形(面積)の97%(実施例3)と89%(実施例4)が固定化され、元のゲルフィルム面積の9倍(実施例3)、19倍(実施例4)となった有機・無機複合ヒドロゲルが得られた。実施例1と同様にして測定した引張り強度及び破断伸びは、122kPa及び520%(実施例3)、135kPa及び400%(実施例4)であった。
参考例1で得られた有機・無機複合ヒドロゲルを2×2×80mmに切断し、一軸引っ張り試験装置により800%まで延伸し、その状態で室温(23℃)での乾燥処理12時間(実施例5)と80℃での乾燥熱処理12時間(実施例6)を行った。その後、水中に乾燥ゲルを浸漬し、初期の有機・無機複合ヒドロゲルと同じ含水率になるまで膨潤させた後、水から取り出し、次いで、4日間、密閉容器内で保存した。その結果、実施例5では変形の79%が、実施例6では変形の91%が固定化された繊維状の有機・無機複合ヒドロゲルが得られた。
136MPaの加圧処理と90℃での加熱処理を同一に行う以外は、実施例1と同様にして有機・無機複合ヒドロゲルの成形加工実験を行った。その結果、成形直後の変形の86%が固定化され、最終的な面積は元のゲルフィルムの26倍となった。
参考例1で得られた有機・無機複合ゲルを用い、加圧処理の際に、二枚のゲルシートを用いること、二枚のゲルシートの間に親水化処理したポリプロピレン製不織布(100ミクロン:50g/m2)をおくことを除くと実施例1と同様にして加圧処理とそれに引き続く加熱処理を行った。その結果、全体厚みが280ミクロン、最終面積が112cm2の不織布内蔵のゲルシートが得られた。
参考例1で得られた有機・無機複合ゲルを厚さ1.5mmに切り出し、NGF成形機に固定した。型として底面が半径=7.5mmの試験管を逆さに固定して使用し、加熱せずに型を上昇させて成形した。ゲルが変形した後に加熱を開始し、ゲルを乾燥させた。有機・無機複合ゲルを試験管に貼り付いた状態で取り出し、121℃で20分間オートクレーブ処理を行った後、純水に浸漬し、ゲルフィルムを型から剥がした。剥がしたゲルフィルムは試験管の形状を保っており、試験管底面に接触していた部分の半径は9.0mmであった。
実施例1で得られたゲルフィルムの上から、ゲルフィルムの固形分の2倍量となる量のグリセリンを塗工し、80℃の熱風乾燥機で15時間処理し、ゲルフィルムに含まれていた水を除いた。得られたゲルフィルムは柔軟であり、室温に放置しても乾燥することは無かった。
参考例1で得られた有機・無機複合ヒドロゲルを厚さ2.0mmの円盤型のシートに切り出し、その固形分の2倍量となる量のグリセリンを塗工し、80℃の熱風乾燥機で15時間処理し、ゲルシートに含まれていた水分を除いた。得られたゲルシートの厚さは0.7mmであった。このゲルシートを直径47mmに切り出したものを実施例1と同様にして、加圧処理とそれに引き続く熱処理を行った。その結果、成形直後の変形の97%が固定化され、最終的な面積は元のゲルシートの8倍となった。
実施例1と2で得られたゲルフィルムを水中に24時間浸漬後取り出して面積と厚さを計測したところ、面積は水浸漬前の98%(実施例13)と99%(実施例14)に減少し、厚さは3倍(実施例13)と1.3倍(実施例14)になった。これにより、本発明の成形法を適用した有機・無機複合ヒドロゲルは成形後においてもヒドロゲルとしての特性を有していることがわかった。
参考例1において、粘土鉱物を用いずに、その代わりに有機架橋剤(N,N-メチレンビスアクリルアミド)を有機モノマーの1モル%を用いることを除くと、参考例1と同様にして、有機架橋型高分子ヒドロゲルを調製した。得られたヒドロゲルは全体として非常に脆弱であり、注意深く容器から取り出し、カットして、実施例1と同様にしてゲルシートの加圧処理および引き続く加熱処理を行ったところ、加圧処理の段階で、ゲルシートが粉々に粉砕され、成形加工は行えなかった。
加圧処理後の加熱処理をしないことを除くと、実施例1(比較例2)及び実施例2(比較例3)と同様にして成形実験を行った。その結果、圧縮によって変形した有機・無機複合ヒドロゲルは、取り出し直後から、形状が緩和してもとの形に近づいていき、最終的には厚み1.3mm(比較例2)および厚み0.8mm(比較例3)になった。加圧処理時に実施例1および実施例2と同様な変形が起こったと仮定したときの、その変形量からの固定化率はそれぞれ18.9%、11.5%であった。
参考例1で調製した有機・無機複合ヒドロゲルのゲルシートを、密閉容器中にて90℃に加熱したが、形状変化は殆ど生じなかった。
Claims (4)
- 水溶性有機高分子と層状剥離した粘土鉱物とが複合化して形成された三次元網目を有する有機・無機複合ヒドロゲルを、加圧処理または減圧処理または延伸処理により変形させた状態を保持しながら、乾燥処理または加熱処理を行なうことを特徴とする有機・無機複合ヒドロゲルの成形方法。
- 前記水溶性有機高分子の少なくとも一部が、更に共有結合により架橋されている請求項1記載の有機・無機複合ヒドロゲルの成形方法。
- 前記有機・無機複合ヒドロゲルがシート状基材と複合化されている請求項1又は2のいずれか一つに記載の有機・無機複合ヒドロゲルの成形方法。
- 前記水溶性有機高分子がアクリルアミド及びその誘導体を重合して得られるものである請求項1〜3のいずれか一つに記載の有機・無機複合ヒドロゲルの成形方法。
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