JP4968657B2 - ハイドロゲル - Google Patents

Description

本発明はハイドロゲルに関し、さらに詳しくは生体に対する粘着力が大きく、保水性に優れ、粘着力の経時低下が少ないハイドロゲルに関する。

ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略記する。）を用いた高分子ハイドロゲルは、含水率、強度、生体への親和性などに優れることから、ソフトコンタクトレンズ材料、創傷被覆材、経皮吸収製剤の基材、眼、皮膚、関節などの生体ゲル代替材料、生体電極材料、酵素や菌体の固定化担体、保冷用熱媒体、アクチュエーター材料など、広範な用途への応用が検討、実用化されている。
かかるＰＶＡ系ハイドロゲルの製造法としては、ＰＶＡ水溶液を凍結乾燥あるいは繰り返し凍結・融解する方法や、アルデヒド化合物等を架橋剤として用いる方法、ホウ素等の金属化合物によって配位結合や水素結合を形成させる方法、紫外線、放射線等を照射する方法などが知られている。しかし、これらの方法で得られたＰＶＡ系ハイドロゲルは粘着力が不充分であり、創傷被覆材、経皮吸収製剤の基材、生体電極材料等の生体表面への粘着力が必要な用途に対しては適用が困難であった。

そこで、これらの課題を解決するために、水、ＰＶＡおよび二価の金属塩を主成分とする粘着性ハイドロゲル組成物（例えば、特許文献１参照。）や、水、ＰＶＡおよびシクロデキストリンを主成分とする粘着性ハイドロゲル組成物（例えば、特許文献２参照。）などが提案されている。
特開平１−２３０６５９号公報 特開平５−０６６１５１号公報

しかしながら、本発明者が特許文献１、２に記載の粘着性ハイドロゲル組成物について詳細に検討を行ったところ、生体に対する粘着力についてはかなり改善されているものの、保水性が不充分であるため長時間にわたって使用する場合には経時で水分が蒸発し、それとともに粘着力が低下することが判明した。
すなわち、生体に対する粘着力が大きく、保水性に優れ、粘着力の経時低下が少ないハイドロゲルが望まれるところである。

しかるに、本発明者はかかる事情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、側鎖に下記一般式（１）で表される１，２−ジオール構造単位を含有するＰＶＡ系樹脂（Ａ）とアルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）を含有し、ＰＶＡ系樹脂（Ａ）に対するアルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）の含有割合（重量％）が４０〜２５０％であるハイドロゲルが上記目的に合致することを見出し、本発明を完成した。
［式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ独立して水素原子又はアルキル基を示し、Ｒ⁴は単結合またはアルキル基を有していてもよい炭素数１〜３のアルキレン基を示し、ｎは０または正の整数を示す］

本発明のハイドロゲルは生体に対する粘着力が大きく、保水性に優れ、粘着力の経時低下が少ないため長期間にわたり良好な粘着力を保持することから、創傷被覆材、経皮吸収製剤の基材、生体電極材料等の材料として好適である。

まず、本発明で用いられる側鎖に下記一般式（１）で表される１，２−ジオール構造単位を含有するＰＶＡ系樹脂（Ａ）について詳しく説明する。

上記一般式（１）において、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³はそれぞれ独立して水素又はアルキル基である。該アルキル基としては特に限定されないが、例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の炭素数１〜４のアルキル基が好ましい。かかるアルキル基は必要に応じて、ハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の置換基を有していてもよい。また、Ｒ⁴は、単結合またはアルキル基を有していてもよい炭素数１〜３のアルキレン基を示し、ｎは０又は正の整数を示す。

かかるＰＶＡ系樹脂（Ａ）を得るに当たっては、特に限定されないが、（ｉ）ビニルエステル系モノマーと下記一般式（２）で示される化合物との共重合体をケン化する方法、

［式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³はそれぞれ独立して水素又はアルキル基であり、Ｒ⁴は単結合またはアルキル基を有していてもよい炭素数１〜３のアルキレン基であり、Ｒ⁵およびＲ⁶は、それぞれ独立して水素またはＲ⁷−ＣＯ−（式中、Ｒ⁷は、アルキル基である）である。］

（ｉｉ）ビニルエステル系モノマーと下記一般式（３）で示される化合物との共重合体をケン化する方法、

［式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³はそれぞれ独立して水素又はアルキル基であり、Ｒ⁴は単結合またはアルキル基を有していてもよい炭素数１〜３のアルキレン基であり、Ｒ⁵およびＲ⁶は、それぞれ独立して水素またはＲ⁷−ＣＯ−（式中、Ｒ⁷は、アルキル基である）である。］

（ｉｉｉ）ビニルエステル系モノマーと下記一般式（４）で示される化合物との共重合体をケン化及び脱炭酸する方法、

［式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³はそれぞれ独立した水素又はアルキル基である。］

（ｉｖ）ビニルエステル系モノマーと下記一般式（５）で示される化合物との共重合体をケン化及び脱ケタール化する方法、などが好ましく用いられる。

［式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁸、Ｒ⁹はそれぞれ独立した水素又はアルキル基である。］

なお、本発明で用いられるビニルエステル系モノマーとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、バーサチック酸ビニル等が挙げられるが、経済的にみて中でも酢酸ビニルが好ましく用いられる。
以下、かかる（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）及び（ｉｖ）の方法について説明する。

［（ｉ）の方法］
本発明で用いられる上記一般式（２）で示される化合物において、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は上記一般式（１）と同様のものが挙げられ、Ｒ⁴は単結合またはアルキル基を有していてもよい炭素数１〜３のアルキレン基であり、Ｒ⁵およびＲ⁶は、それぞれ独立して水素またはＲ⁷−ＣＯ−（式中、Ｒ⁷は、アルキル基、好ましくはメチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基またはオクチル基であり、かかるアルキル基は必要に応じて、ハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の置換基を有していてもよい）である。

式（２）で示される化合物としては、具体的に３，４−ジヒドロキシ−１−ブテン、３，４−ジアシロキシ−１−ブテン、３−アシロキシ−４−ヒドロキシ−１−ブテン、４−アシロキシ−３−ヒドロキシ−１−ブテン、３，４−ジアシロキシ−２−メチル−１−ブテン、４，５−ジヒドロキシ−１−ペンテン、４，５−ジアシロキシ−１−ペンテン、４，５−ジヒドロキシ−３−メチル−１−ペンテン、４，５−ジアシロキシ−３−メチル−１−ペンテン、５，６−ジヒドロキシ−１−ヘキセン、５，６−ジアシロキシ−１−ヘキセンなどが挙げられる。なかでも、共重合反応性および工業的な取り扱いにおいて優れるという点で、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³が水素、Ｒ⁴が単結合、Ｒ⁵、Ｒ⁶がＲ⁷−ＣＯ−でありＲ⁷がアルキル基である３，４−ジアシロキシ−１−ブテンが好ましく、そのなかでも特にＲ⁷がメチル基である３，４−ジアセトキシ−１−ブテンがより好ましい。
なお、３，４−ジアセトキシ−１−ブテンは、工業生産用ではイーストマンケミカル社、試薬レベルではアクロス社の製品を市場から入手することができる。また、ブタジエン法により１，４−ブタンジオールを製造する過程で生じる３，４−ジアセトキシー１−ブテンを使用することも可能である。

かかるビニルエステル系モノマーと３，４−ジアシロキシ−１−ブテンとを共重合するに当たっては、特に制限はなく、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、分散重合、またはエマルジョン重合等の公知の方法を採用することができるが、通常は溶液重合が行われる。
共重合時のモノマー成分の仕込み方法としては特に制限されず、一括仕込み、分割仕込み、連続仕込み等任意の方法が採用されるが、式（２）で示される化合物に由来する構造単位がポリビニルエステル系ポリマーの分子鎖中に均一に分布させられる点から滴下重合が好ましく、特にはＨＡＮＮＡ法に基づく重合方法が好ましい。

かかる共重合で用いられる溶媒としては、通常、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ｎ−プロパノール、ブタノール等の低級アルコールやアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類等が挙げられ、工業的には、メタノールが好適に使用される。
溶媒の使用量は、目的とする共重合体の重合度に合わせて、溶媒の連鎖移動定数を考慮して適宜選択すればよく、例えば、溶媒がメタノールの時は、Ｓ（溶媒）／Ｍ（モノマー）＝０．０１〜１０（重量比）、好ましくは０．０５〜３（重量比）程度の範囲から選択される。

共重合に当たっては重合触媒が用いられ、かかる重合触媒としては、例えばアゾビスイソブチロニトリル、過酸化アセチル、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウリル等の公知のラジカル重合触媒やアゾビスジメチルバレロニトリル、アゾビスメトキシジメチルバレロニトリル、ｔ−ブチルパーオキシネオデカネート、ジーｎ―プロピルパーオキシジカーボネート等の低温活性ラジカル重合触媒等が挙げられ、重合触媒の使用量は、触媒の種類により異なり一概には決められないが、重合速度に応じて任意に選択される。例えば、アゾイソブチロニトリルや過酸化アセチルを用いる場合、ビニルエステル系モノマーに対して０．０１〜０．２モル％が好ましく、特には０．０２〜０．１５モル％が好ましい。
また、共重合反応の反応温度は、使用する溶媒や圧力により３０℃〜沸点程度で行われ、より具体的には、３５〜１５０℃、好ましくは４０〜７５℃の範囲で行われる。

得られた共重合体は次いでケン化されるのであるが、かかるケン化にあたっては上記で得られた共重合体をアルコール等の溶媒に溶解し、アルカリ触媒又は酸触媒を用いて行われる。代表的な溶媒としては、２０℃での誘電率３２以下の溶媒が使用され、具体的にはメタノール、エタノール、プロパノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、酢酸メチル、酢酸エチル、ベンゼン、キシレン、アセトン、トリクロロエチレン、イソプロピルアセテート等が挙げられるが、工業的にはメタノールやメタノール／酢酸メチルの混合液が特に好ましく用いられる。アルコール中の共重合体の濃度は系の粘度により適宜選択されるが、通常は１０〜６０重量％の範囲から選ばれる。ケン化に使用される触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムメチラート、リチウムメチラート等のアルカリ金属の水酸化物やアルコラートの如きアルカリ触媒、硫酸、塩酸、硝酸、メタスルフォン酸、ゼオライト、カチオン交換樹脂等の酸触媒が挙げられる。

かかるケン化触媒の使用量については、ケン化方法、目標とするケン化度等により適宜選択されるが、アルカリ触媒を使用する場合は通常、ビニルエステル系モノマーおよび式（２）で示される化合物の合計量１モルに対して０．１〜３０ミリモル、好ましくは２〜１７ミリモルの割合が適当である。
また、ケン化反応の反応温度は特に限定されないが、１０〜６０℃が好ましく、より好ましくは２０〜５０℃である。

［（ｉｉ）の方法］
本発明で用いられる上記一般式（３）で示される化合物において、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は上記一般式（１）と同様のものが挙げられ、Ｒ⁴は単結合またはアルキル基を有していてもよい炭素数１〜３のアルキレン基であり、Ｒ⁵およびＲ⁶は、それぞれ独立して水素またはＲ⁷−ＣＯ−（式中、Ｒ⁷は、アルキル基、好ましくはメチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基またはオクチル基であり、かかるアルキル基は必要に応じて、ハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の置換基を有していてもよい）である。

式（３）で示される化合物としては、具体的にはグリセリンモノアリルエーテル、２，３−ジアセトキシ−１−アリルオキシプロパン、２−アセトキシ−１−アリルオキシ−３−ヒドロキシプロパン、３−アセトキシ−１−アリルオキシ−２−ヒドロキシプロパン、グリセリンモノビニルエーテル、グリセリンモノイソプロペニルエーテル、などが挙げられる。なかでも、共重合反応性および工業的な取り扱いにおいて優れるという点で、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³が水素、Ｒ⁴がメチレン、Ｒ⁵、Ｒ⁶が水素であるグリセリンモノアリルエーテルや、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³が水素、Ｒ⁴がメチレン、Ｒ⁵、Ｒ⁶がＲ⁷−ＣＯ−でありＲ⁷がメチル基である２，３−ジアセトキシ−１−アリルオキシプロパンが好ましく、そのなかでもグリセリンモノアリルエーテルがより好ましい。

かかるビニルエステル系モノマーと一般式（３）で示される化合物とを共重合およびケン化するに当たっては、上記（ｉ）の方法と同様に行われる。
なお、重合触媒の使用量については、アゾビスイソブチロチトリルや過酸化アセチルを用いる場合、ビニルエステル系モノマーに対して０．０５〜０．７モル％とすることが好ましく、特には０．１〜０．５モル％とすることが好ましい。

［（ｉｉｉ）の方法］
本発明で用いられる上記一般式（４）で示される化合物において、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は上記一般式（１）と同様のものが挙げられる。中でも入手の容易さ、良好な共重合性を有する点で、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³が水素であるビニルエチレンカーボネートが好適である。

ビニルエステル系モノマーと一般式（４）で示される化合物とを共重合およびケン化するに当たっては、上記（ｉ）の方法と同様に行われる。
なお、共重合反応の反応温度は、使用する溶媒によるが、４０℃〜沸点程度とすることが好ましく、ケン化反応の反応温度は１０〜１５０℃（さらには１０〜６０℃、特には２０〜５０℃）が好ましい。

脱炭酸については、通常、ケン化後に特別な処理を施すことなく、上記ケン化条件下で該ケン化とともに脱炭酸が行われ、エチレンカーボネート環が開環することで１，２−ジオール成分に変換される。
また、一定圧力下（常圧〜１×１０⁷Ｐａ）で且つ高温下（５０〜２００℃）でビニルエステル部分をケン化することなく、脱炭酸を行うことも可能であり、かかる場合、脱炭酸を行った後、上記ケン化を行うこともできる。

［（ｉｖ）の方法］
本発明で用いられる上記一般式（５）で示される化合物において、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³は上記一般式（１）と同様のものが挙げられ、Ｒ⁸、Ｒ⁹はそれぞれ独立して水素又はアルキル基であり、該アルキル基としては特に限定されないが、例えばメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基等の炭素数１〜４のアルキル基が好ましい。かかるアルキル基は必要に応じて、ハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の置換基を有していてもよい。中でも入手の容易さ、良好な共重合性を有する点で、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³が水素で、Ｒ⁸、Ｒ⁹がメチル基である２，２−ジメチル−４−ビニル−１，３−ジオキソランが好適である。

ビニルエステル系モノマーと上記一般式（５）で示される化合物とを共重合およびケン化するに当たっては、上記（ｉ）の方法と同様に行われる。
なお、共重合反応の反応温度は、使用する溶媒によるが、４０℃〜沸点程度とすることが好ましく、ケン化反応の反応温度は１０〜１５０℃（さらには１０〜６０℃、特には２０〜５０℃）が好ましい。

上記共重合体のケン化物の脱ケタール化については、上記ケン化がアルカリ触媒を用いて行われる場合は、ケン化した後、更に酸触媒を用いて水系溶媒（水、水／アセトン、水／メタノール等の低級アルコール混合溶媒等）中で脱ケタール化が行われ、１，２−ジオール成分に変換される。脱ケタール化に用いられる酸触媒としては、酢酸、塩酸、硫酸、硝酸、メタスルフォン酸、ゼオライト、カチオン交換樹脂等が挙げられる。
また、上記ケン化が酸触媒を用いて行われる場合は、通常、ケン化後に特別な処理を施すことなく、上記ケン化条件下で該ケン化とともに脱ケタール化が行われ、１，２−ジオール成分に変換される。

また、本発明に用いるＰＶＡ系樹脂（Ａ）においては、本発明の目的を阻害しない範囲においてその他の不飽和モノマーを共重合性成分として共重合することもできる。該不飽和モノマーとして、例えばエチレンやプロピレン、イソブチレン、α−オクテン、α−ドデセン、α−オクタデセン等のα−オレフィン等のオレフィン類、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸等の不飽和酸類あるいはその塩あるいはモノ又はジアルキルエステル等、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等のニトリル類、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド類、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸等のオレフィンスルホン酸あるいはその塩、アルキルビニルエーテル類、ジメチルアリルビニルケトン、Ｎ−ビニルピロリドン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、ポリオキシエチレン（メタ）アリルエーテル、ポリオキシプロピレン（メタ）アリルエーテル等のポリオキシアルキレン（メタ）アリルエーテル、ポリオキシエチレン（メタ）アクリレート、ポリオキシプロピレン（メタ）アクリレート等のポリオキシアルキレン（メタ）アクリレート、ポリオキシエチレン（メタ）アクリルアミド、ポリオキシプロピレン（メタ）アクリルアミド等のポリオキシアルキレン（メタ）アクリルアミド、ポリオキシエチレン（１−（メタ）アクリルアミド−１，１−ジメチルプロピル）エステル、ポリオキシエチレンビニルエーテル、ポリオキシプロピレンビニルエーテル、ポリオキシエチレンアリルアミン、ポリオキシプロピレンアリルアミン、ポリオキシエチレンビニルアミン、ポリオキシプロピレンビニルアミン等が挙げられる。

更に、Ｎ−アクリルアミドメチルトリメチルアンモニウムクロライド、Ｎ−アクリルアミドエチルトリメチルアンモニウムクロライド、Ｎ−アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、２−アクリロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、２−メタクリロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、２−ヒドロキシ−３−メタクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、アリルトリメチルアンモニウムクロライド、メタアリルトリメチルアンモニウムクロライド、３−ブテントリメチルアンモニウムクロライド、ジメチルジアリルアンモニウムクロリド、ジエチルジアリルアンモニウムクロライド等のカチオン基含有モノマー、アセトアセチル基含有モノマー、酢酸イソプロペニル、１−メトキシビニルアセテート、１，４−ジアセトキシ−２−ブテン、エチレンカーボネート等も挙げられる。又、重合温度を１００℃以上にすることにより、ＰＶＡ主鎖中に１，２−ジオールを１．６〜３．５モル％程度導入したものを使用することが可能である。

かくして得られるＰＶＡ系樹脂（Ａ）のケン化度は、９５モル％以上（さらには９７モル％以上、特には９８モル％以上であることが好ましく、かかるケン化度が９５モル％未満では１価乃至２価の金属塩と配合した際のハイドロゲル生成が困難となるため好ましくない。

本発明のＰＶＡ系樹脂（Ａ）の平均重合度（ＪＩＳ Ｋ６７２６に準拠して測定）は１５０〜４５００（さらには３００〜２８００、特には５００ 〜２６００）のものが好ましく、かかる平均重合度が１５０未満ではハイドロゲルの粘着力、柔軟性が不十分となる場合があり、４５００を超えるものは１，２−ジオール構造単位を多く導入することが困難となる場合があるため、好ましくない。

また、本発明のＰＶＡ系樹脂（Ａ）中の一般式（１）で表される１，２−ジオール構造単位の含有量は、０．５〜３０モル％（さらには１．０〜１５モル％、特には１．５〜１０モル％）のものが好ましく、かかる含有量が０．５未満では本発明の効果である粘着性・柔軟性の維持、保水力の改善が充分ではなく、３０モル％を超えるものはポリビニルアルコール系樹脂の重合度が低くなりすぎたりするためか、ハイドロゲルの強度、粘着力が低くなる場合があるため、好ましくない。

次に、本発明で用いられるアルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）について説明する。
アルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）としては、硝酸ベリリウム、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウム、硝酸ストロンチウム、硝酸バリウムなどのアルカリ土類金属の硝酸塩が挙げられる。
これらのアルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）の中でも、硝酸マグネシウム、硝酸カルシウムが側鎖１，２―ジオールを有するポリビニルアルコールの結晶性を低下させる効果やジオール成分との相互作用が強く、金属塩を従来のポリビニルアルコールに比べ、より多く内包させることが出来る為か、ハイドロゲルの保水性、柔軟性、粘着性向上、ゲル強度向上の点で好適に用いられる。

本発明は、上述の一般式（１）で表される１，２−ジオール構造単位を含有するＰＶＡ系樹脂（Ａ）とアルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）を含有してなるハイドロゲルであり、かかるＰＶＡ系樹脂（Ａ）に対する金属塩（Ｂ）の含有割合（重量％）は、４０〜２５０％、好ましくは４０〜１７０％、更に好ましくは４０〜１５０％である。金属塩（Ｂ）の含有量がＰＶＡ（Ａ）に対して１％未満となる場合、ハイドロゲルの強度、保水性、粘着力の経時変化の低減効果等が低くなり、また２５０％を超えるとハイドロゲルの柔軟性が低下する場合があるため好ましくない。

次に本発明のハイドロゲルの製造法について説明する。
ＰＶＡ系樹脂の水溶液を調整する際に、該ＰＶＡ水溶液中に各種無機塩を添加させながら溶解作業を行う必要がある。通常、未変性ＰＶＡは、鹸化度９５モル％以上になると常温水には、溶解し難くなる。従って、このような常温で溶解し難いＰＶＡを無機塩存在下で溶解するには、温度を９７℃以上に上げたり、オートクレーブや高圧クッカー等を使用して１１０℃程度で溶解しなければならないという問題があった。しかし、本発明の側鎖１，２―ジオールを有するＰＶＡならば、無機塩存在下でも、オートクレーブや高圧クッカーを用いなくても充分に溶解することが可能性であり、また、従来のＰＶＡの様な溶解時の発泡の問題なく、無機塩含有ＰＶＡ水溶液の調整時の作業性を大幅に改善することが可能となった。
本発明のハイドロゲルの製造法は特に限定されないが、例えばＰＶＡ系樹脂（Ａ）とアルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）を含有する水溶液を冷却ゲル化させる方法が好ましく用いられる。
かかる冷却ゲル化法による本発明のハイドロゲルの製造法において、ＰＶＡ系樹脂（Ａ）とアルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）を含有する水溶液の濃度は１０〜８０％（重量％）（さらには２５〜７５％、特には４０〜７５％）であることが好ましい。かかる濃度が１０重量％未満ではハイドロゲルの保水性、強度、粘着力が低くなりすぎる場合があり、逆に８０重量％を超えるとハイドロゲルの粘着性が低下したり、柔軟性が低下する場合があるため好ましくない。

かかる水溶液を使用目的に応じた任意の形状の容器や鋳型中に、あるいは金属板、ガラス板、プラスチック板やフィルム上に流延した後、低温条件下に置くことで本発明のハイドロゲルが得られる。その場合の温度は４０℃〜−３０℃（さらには２５〜−２０℃、特には８〜−１０℃）であることが好ましい。かかる温度が４０℃より高いとハイドロゲルの生成が困難となる場合があり、逆に−３０℃より低温の場合は工業的な生産性の面において問題となる場合があるため好ましくない。

かくして得られたハイドロゲルは、ゲル強度を向上させる目的で各種後処理を施してもよい。かかる後処理としては、冷却状態で真空乾燥し水分含有量を調整する方法、一旦融解させた後、再び冷却ゲル化させ、そのサイクルを繰り返して結晶化度を向上させる方法、氷点以上の温度に一定時間保持して結晶成長させる方法、放射線、電子線、紫外線を照射して架橋密度を上げる方法などが挙げられ、これらを組み合せることも可能である。

本発明におけるハイドロゲルは、上述したように一般式（１）で表される１，２−ジオール構造単位を含有するＰＶＡ系樹脂（Ａ）と、アルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）および水を含有するものであり、固体でありながら分子間に多量の水分を安定して含有するため、弾力性と柔軟性を有するものである。
かかるハイドロゲル中の水の含有量は、通常、２０〜９０％（重量％）である。
また、かかるハイドロゲルは保水性および粘着力保持性に優れており、後述で定義される離水率が２０％以下、好ましくは１７％以下である。また、後述で定義される３６時間後の粘着面積保持率が６０％以上、好ましくは７０％以上である。
なお、ハイドロゲルの構造および大きさは特に限定されないが、例えば粒径１〜１０ｍｍの粒状物として、あるいは厚さ０．５〜５ｍｍのシート状物として使用される。

本発明のハイドロゲルは保水性および生体への粘着性に優れるものであるが、さらにこれらの特性を向上させるためにグリセリン、エチレングリコールなどの多価アルコール類、シクロデキストリン、プルラン、グアガムなどの多糖類、ゼラチン、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体、デンプン類、ポリアクリル酸およびそのナトリウム塩、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミドなどの水溶性高分子類を併用することも可能である。また、ゲル強度や硬度を向上させるため、シリカ、クレー、タルク、炭酸カルシウムなどの無機粉体、天然繊維、合成繊維などの短繊維、あるいはその織物や不織布などをハイドロゲル製造時に水溶液中に共存させることで、これらの材料とハイドロゲルからなる複合材料とすることも可能である。

また、本発明のハイドロゲルを経皮吸収製剤の基材あるいは創傷被覆材として適用させる場合には、ハイドロゲル中に経皮吸収性薬剤、経皮吸収促進剤、消毒剤、抗菌剤、血行改善薬、生理活性物質などを含有させれば良く、その製造法としては、ゲル化前の水溶液に薬剤を添加しゲル化させる方法が好ましい。
その他、本発明の目的を阻害しない範囲において、吸水性樹脂、ｐＨ調節剤、界面活性剤、防腐剤、防黴剤、消泡剤、多価アルコール等を添加することも可能である。
また、本発明のハイドロゲルの用途として生体研究用、生体治療用、生体診断用等の生体電極用のイオン導電性粘着剤、及び経皮吸収製剤用、冷却治療用等の含水貼附剤の基剤として用いられたり、帯電を防止能を有するハイドロゲル組成物にも有効である。

以下に、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
尚、例中、「部」、「％」とあるのは、断りのない限り重量基準を意味する。

製造例１：ＰＶＡ系樹脂（Ａ１）
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル１０００ｇ、メタノール５０ｇ、３，４−ジアセトキシ−１−ブテン１２０ｇ（６モル％対仕込み酢酸ビニル）を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを０．０３モル％（対仕込み酢酸ビニル）投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ重合を開始した酢酸ビニルの重合率が７２％となった時点で、ｍ−ジニトロベンゼンを所定量添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈し、濃度４０％に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を４０℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの２％メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位及び３，４−ジアセトキシ−１−ブテン構造単位の合計量１モルに対して８ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出し、粒子状となった時点で、濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、ＰＶＡ系樹脂（Ａ１）を得た。
得られたＰＶＡ系樹脂（Ａ１）のケン化度は、残存酢酸ビニル及び３，４−ジアセトキシ−１−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量で分析を行ったところ、９９．５モル％であり、平均重合度は、ＪＩＳ Ｋ ６７２６に準して分析を行ったところ、１４５０であった。また、１，２−ジオール構造単位の含有量は¹Ｈ−ＮＭＲ（内部標準物質；テトラメチルシラン）で測定して算出したところ６．２モル％であった。なお、ＮＭＲ測定には日本ブルカー社製「ＡＶＡＮＣＥ ＤＰＸ４００」を用いた。

製造例２：ＰＶＡ系樹脂（Ａ２）
製造例１において、ケン化の途中でサンプルを抜き取ることによりＰＶＡ系樹脂（Ａ２）（部分鹸化物：ケン化度 ９７．５モル％）を得た。

製造例３：ＰＶＡ系樹脂（Ａ３）
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル１３００ｇ、メタノール
１９０ｇ、３，４−ジアセトキシ−１−ブテン６０．５ｇ（２．２８モル％対仕込み酢酸ビニル）を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを０．０６モル％（対仕込み酢酸ビニル）投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、６７℃で重合を開始したと同時に３，４−ジアセトキシー１−ブテンの５．４％メタノール溶液を均一に滴下仕込みを行ない酢酸ビニルの重合率が８５．３％となった時点で、ｍ−ジニトロベンゼンを所定量添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈し、濃度４０％に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を４０℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの２％メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位及び３，４−ジアセトキシ−１−ブテン構造単位の合計量１モルに対して ９ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出し、粒子状となった時点で、濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、ＰＶＡ系樹脂（Ａ３）を得た。
得られたＰＶＡ系樹脂（Ａ３）のケン化度は、残存酢酸ビニル及び３，４−ジアセトキシ−１−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量で分析を行ったところ、９９．６モル％であり、平均重合度は、ＪＩＳ Ｋ ６７２６に準して分析を行ったところ、１３２０であった。また、１，２−ジオール構造単位の含有量は¹Ｈ−ＮＭＲで測定して算出したところ３．２モル％であった。

製造例４：ＰＶＡ系樹脂（Ａ４）
製造例１において、３，４−ジアセトキシ−１−ブテンの配合量を３００ｇ（１５モル％対仕込み酢酸ビニル）とし、水酸化ナトリウムの２％メタノール溶液の添加量を、共重合体中の酢酸ビニル構造単位および３，４−ジアセトキシ−１−ブテン構造単位の合計量１モルに対して１１ ミリモルとなる割合にした以外は、製造例１と同様に重合およびケン化を行ない、ケン化度 ９９．２モル％、平均重合度９５０、１，２−ジオール構造単位の含有量１４．９モル％のＰＶＡ系樹脂（Ａ４）を得た。

製造例５：ＰＶＡ系樹脂（Ａ５）
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル１５００ｇ、メタノール
１５０ｇ、グリセリンモノアリルエーテル１３８ｇ（６モル％対仕込み酢酸ビニル）を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを０．３モル％（対仕込み酢酸ビニル）投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が８１％となった時点で、ｍ−ジニトロベンゼンを所定量添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈し、濃度５５％に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を４０℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの２％メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位１モルに対して６ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出し、粒子状となった時点で、濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、ＰＶＡ系樹脂（Ａ５）を得た。
得られたＰＶＡ系樹脂（Ａ５）のケン化度は、９７．８モル％であり、平均重合度は、４６０であった。また、１，２−ジオール構造単位の含有量は５．８モル％であった。

製造例６：ＰＶＡ系樹脂（Ａ６）
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル１３００ｇ、メタノール１９０ｇ、ビニルエチレンカーボネート４０．１ｇ（２．２８モル％対仕込み酢酸ビニル）を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを０．０６モル％（対仕込み酢酸ビニル）投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、６７℃で重合を開始したと同時にビニルエチレンカーボネートを含む１０．１７％メタノール溶液を仕込みHANNA法に従って重合を行ない、重合率８５．３％までに１１６ｍｌ仕込んだ。酢酸ビニルの重合率が８５．３％となった時点で、ｍ−ジニトロベンゼンを所定量添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈し、濃度３０％に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を４０℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの２％メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位１モルに対して９ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出し、粒子状となった時点で、濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、ＰＶＡ系樹脂（Ａ６）を得た。
得られたＰＶＡ系樹脂（Ａ６）のケン化度は、９９．６モル％であり、平均重合度は、１３６０であった。また、１，２−ジオール構造単位の含有量は３．１モル％であった。

製造例７：ＰＶＡ系樹脂（Ａ７）
還流冷却器、滴下漏斗、撹拌機を備えた反応缶に、酢酸ビニル１０００ｇ、メタノール１００ｇ、２，２−ジメチル−４−ビニル−１，３−ジオキソラン１４．９ｇ（１モル％対仕込み酢酸ビニル）を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを０．０４５モル％（対仕込み酢酸ビニル）投入し、撹拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、６５℃で重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が９０％となった時点で、ｍ−ジニトロベンゼンを所定量添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液を得た。
次いで、該溶液をメタノールで希釈し、濃度３０％に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を４０℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの２％メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位１モルに対して９ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行すると共にケン化物が析出し、遂には粒子状となった。かかるケン化物を３Ｎの塩酸（水／メタノール＝１／１の混合溶媒）中に分散させ、６０℃で脱ケタール化を行ない、生成したＰＶＡ系樹脂（Ａ７）を濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的物を得た。
得られたＰＶＡ系樹脂（Ａ７）のケン化度は、９９．３モル％であり、平均重合度は、１１１０であった。また、１，２−ジオール構造単位の含有量は０．９５モル％であった。

実施例１
ＰＶＡ系樹脂（Ａ１）１００部および硝酸カルシウム（Ｂ）１３０部を含む濃度６５％の水溶液（８０℃で１時間加熱溶解）を調製し、かかる水溶液をＰＥＴフィルム上に流延し、これを−１０℃のフリーザー中に一昼夜おいてゲル化させ、厚さ約１ｍｍ、重量固形分６４％のハイドロゲルシートを得た。かかるシートを用いて、以下の項目を評価した。結果を表１に示す。

（離水率）
得られたハイドロゲルシートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、２３℃、５５％ＲＨの恒温恒湿器中に４８時間吊り下げ、離水率（％）を測定した。なお、離水率（％）の算出にあたっては、試験前のハイドロゲルシートの重量（Ｙ₁）および試験後のハイドロゲルシートの重量（Ｙ₂）（いずれもｇ）を求め、下式にて離水率（％）を求めた。
離水率（％）＝[（Ｙ₁―Ｙ₂）／Ｙ₁]×１００

（粘着面積保持率）
得られたハイドロゲルシートを５ｃｍ×５ｃｍに切り出し、被験者１０名の肩に貼付し３６時間後と４８時間後のハイドロゲルシートと皮膚との粘着面積（Ｘ）（ｃｍ²）を測定、下式にて粘着面積保持率（％）を算出した。表１には１０名の平均値を示す。
粘着面積保持率（％）＝（Ｘ／２５）×１００

実施例２〜７
実施例１において、ＰＶＡ系樹脂（Ａ１）に替えて、製造例２〜７によるＰＶＡ系樹脂（Ａ２〜Ａ７）を用いた以外は実施例１と同様にしてハイドロゲルシートを得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。

実施例８
実施例１において、ＰＶＡ系樹脂（Ａ１）１００部、硝酸カルシウム（Ｂ）２００部とした以外は実施例１と同様にしてハイドロゲルシート得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。

実施例９
実施例１において、硝酸カルシウム（Ｂ）に替えて硝酸マグネシウム（Ｂ）を用いた以外は実施例１と同様にしてハイドロゲルシートを得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。

比較例１
実施例１において、硝酸カルシウム（Ｂ）を用いなかった以外は実施例１と同様にしたがハイドロゲルシートは得られなかったので、評価は出来なかった。

比較例２
実施例１において、ＰＶＡ系樹脂（Ａ１）に替えて、ケン化度９９．９モル％、平均重合度１４００の未変性ＰＶＡ系樹脂を用い無機塩含有のＰＶＡ水溶液を調整時に高圧クッカーを用いて１１０℃、４０分かけて溶解作業を行った以外は実施例１と同様にしてハイドロゲルシートを得て、同様に評価を行った。結果を表１に示す。

〔表１〕樹脂組成物の特性

本発明のハイドロゲルは生体に対する粘着力が大きく、保水性に優れ、粘着力の経時低下が少ないため長時間にわたり良好な粘着力が得られることから、創傷被覆材、経皮吸収剤の基材、生体電極材料等の材料として非常に有用である。

Claims (10)

1. 側鎖に下記一般式（１）で表される１，２−ジオール構造単位を含有するポリビニルアルコール系樹脂（Ａ）とアルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）を含有し、ポリビニルアルコール系樹脂（Ａ）に対するアルカリ土類金属の硝酸塩（Ｂ）の含有割合（重量％）が４０〜２５０％であることを特徴とするハイドロゲル。
   ［式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ独立して水素原子又はアルキル基を示し、Ｒ⁴は単結合またはアルキル基を有していてもよい炭素数１〜３のアルキレン基を示し、ｎは０または正の整数を示す］
2. ポリビニルアルコール系樹脂（Ａ）がビニルエステル系モノマーと一般式（２）で表される化合物との共重合体をケン化して得られたことを特徴とする請求項１記載のハイドロゲル。
   ［式中、Ｒ¹、Ｒ²及びＲ³はそれぞれ独立して水素原子又はアルキル基を示し、Ｒ⁴は単結合またはアルキル基を有していてもよい炭素数１〜３のアルキレン基を示し、Ｒ⁵および
   Ｒ⁶はそれぞれ独立して水素又はＲ⁷−ＣＯ−（式中、Ｒ⁷はアルキル基である）である］
3. 一般式（２）で表される化合物が３，４−ジアシロキシ−１−ブテンであることを特徴とする請求項２記載のハイドロゲル。
4. ポリビニルアルコール系樹脂（Ａ）がビニルエステル系モノマーと一般式（３）で表される化合物との共重合体をケン化して得られたことを特徴とする請求項１記載のハイドロゲル。
   ［式中、Ｒ^１、Ｒ^２及びＲ^３はそれぞれ独立して水素原子又はアルキル基を示し、Ｒ^４は単結合またはアルキル基を有していてもよい炭素数１〜３のアルキレン基を示し、Ｒ^５およびＲ^６はそれぞれ独立して水素又はＲ^７−ＣＯ−（式中、Ｒ^７はアルキル基である）である］
5. 一般式（３）で表される化合物がグリセリンモノアリルエーテルであることを特徴とする請求項４記載のハイドロゲル。
6. ポリビニルアルコール系樹脂（Ａ）がビニルエステル系モノマーと一般式（４）で表される化合物との共重合体をケン化及び脱炭酸して得られたことを特徴とする請求項１記載のハイドロゲル。
   ［式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³はそれぞれ独立した水素原子又はアルキル基である。］
7. 一般式（４）で表される化合物がビニルエチレンカーボネートであることを特徴とする請求項６記載のハイドロゲル。
8. ポリビニルアルコール系樹脂（Ａ）がビニルエステル系モノマーと一般式（５）で表される化合物との共重合体をケン化及び脱ケタール化して得られたことを特徴とする請求項１記載のハイドロゲル。
   ［式中、Ｒ¹、Ｒ²、Ｒ³、Ｒ⁸、Ｒ⁹はそれぞれ独立した水素原子又はアルキル基である。］
9. 一般式（５）で表される化合物が２，２−ジアルキル−１，３−ジオキソランであることを特徴とする請求項８記載のハイドロゲル。
10. ポリビニルアルコール系樹脂（Ａ）のケン化度が９５モル％以上であることを特徴とする請求項１〜９いずれか記載のハイドロゲル。