JP7202910B2 - 繊維強化材料、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
繊維強化材料の含水率が87%以上である。
(含水率[%])={(繊維強化材料の含水質量[g])-(繊維強化材料の乾燥質量[g])}/(繊維強化材料の含水質量[g])
繊維強化材料の含水質量は、水分を含んだ状態での繊維強化材料の質量である。繊維強化材料の乾燥質量は、水分を含んでいない状態の繊維強化材料の質量である。乾燥質量は、例えば、2g以下の繊維強化材料(形状は問わない)を熱風乾燥機で乾燥して水分を除去した質量として求める。より具体的には、熱風乾燥機中で、120℃で1時間静置して乾燥し、デシケーター中で放冷後、直ちに測定するなどして測定することができる。
(飽和含水率[%])={(飽和含水状態の繊維強化材料の含水質量[g])-(繊維強化材料の乾燥質量[g])}/(飽和含水状態の繊維強化材料の含水質量[g])
飽和含水状態の繊維強化材料の含水質量は例えば以下のとおり測定することができる。まず、繊維強化材料を、厚さ1.0mm、長さ40mm、及び幅10mmの短冊状に切り出した試験片を用意する。次に、試験片を5時間以上、イオン交換水に浸漬して飽和含水状態とする。そして、飽和含水状態の試験片の質量を測定し、「含水質量」とする。なお、上記短冊状の繊維強化材料に代えて、2g以下の試料(形状は問わない)を代わりに用いることもできる。
その後、試験片を例えば熱風乾燥機で乾燥して水分を除去する。より具体的には、熱風乾燥機中で、120℃で1時間静置して乾燥し、デシケーター中で放冷後、直ちに質量を測定し、「乾燥質量」とすることができる。
なお、飽和含水率は、上述の繊維強化材料を飽和含水状態とする工程を25℃で行った、25℃における飽和含水率であってもよい。また、上述の繊維強化材料を飽和含水状態とする工程を保管、輸送、店頭における陳列等、繊維強化材料が置かれている環境における雰囲気温度に等しい温度(例えば、5~40℃等)で行った、雰囲気温度における飽和含水率であってもよい。本明細書では、特に飽和含水率の温度を指定していない場合は、雰囲気温度における飽和含水率を意味するものとする。
(飽和含水率[%])={(飽和含水状態の重合体の含水質量[g])-(重合体の乾燥質量[g])}/(飽和含水状態の重合体の含水質量[g])
飽和含水状態の重合体の含水質量は以下のとおり測定する。まず、重合体を厚さ1.0mm、長さ40mm、及び幅10mmの短冊状に切り出した試験片を用意する。次に、試験片を5時間以上、室温(25℃)でイオン交換水に浸漬して飽和含水状態とする。そして、飽和含水状態の試験片の質量を測定し、「含水質量」とする。なお、上記短冊状の試験片に代えて、2g以下の試料(形状は問わない)を代わりに用いることもできる。
その後、試験片を例えば熱風乾燥機で乾燥して水分を除去する。より具体的には、熱風乾燥機中で、120℃で1時間静置して乾燥し、デシケーター中で放冷後、直ちに質量を測定し、「乾燥質量」とする。なお、重合体の飽和含水率は、水を含むゲルを上記試験片として測定してもよい。
なお、繊維強化材料の場合と同様に、25℃における重合体の飽和含水率は、25℃で飽和含水状態とした場合の飽和含水率である。
(式(II)中、R1は、水素原子またはメチル基、R4は、炭素数1~4のアルキレン基を示す)で表わされる(メタ)アクリル酸エステルがより好ましく、親水性(水濡れ性)をより一層向上させる観点から、グリセリンモノ(メタ)アクリレートがさらに好ましい。
(式中、R1は、水素原子又はメチル基を表す。R5は、-CH2-、-CO-又は直接結合を表す。nは、0~20以下の数を表し、R5が-CO-の場合、nは0ではない。nは、2~15であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。)
(式中、R5は、-CH2-、-CO-又は直接結合を表す。mは、0~20の数を表し、2~15であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。)
(式中、R7、R8、及びR9は、それぞれ、水素原子又は置換基を有していてもよい炭素数1~10のアルキル基であり、pは、0~4の整数であり、qは、2~6の整数であり、ラクタム環の炭素原子に結合する一つ以上の水素原子が、置換基により置換されていてもよい。当該置換基は、炭素数1~10の置換又は未置換のアルキル基であってよい。)
重合体の重量平均分子量、及び、分子量5000以下の成分の割合は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、測定することができる。
本実施形態の繊維強化材料は優れた潤滑性と、独特の感触を有するため、種々の用途に用いることができる。玩具、運搬用具、介護用具、スポーツ用具、トレーニング用具として好適に用いることができる。また、シート状、管状、その他所望の形状に賦形して使用することができる。
<実施例1~2及び比較例1~2>
ポリプロピレン板上に、0.4mm厚のテフロンシートで作製したコの字型のスペーサーを置いた。コの字型のスペーサーに囲まれた領域の内側に繊維基材としてガーゼを敷いた。表1の組成の単量体組成物の水溶液を繊維基材に注ぎ、繊維基材を水溶液で浸した。上からもう一枚のポリプロピレン板を被せ、2枚のポリプロピレン板でスペーサーを挟んだ状態で締め付け具により固定した。この状態で、スペーサーを介して2枚のポリプロピレン板で注型枠ができ、枠内が繊維基材と単量体水溶液とで満たされた状態となった。注型枠をバイブレーターで振動させて単量体水溶液を脱泡した後、60℃の熱風乾燥機中に1時間静置し、単量体水溶液をゲル化させた。その後、注型枠の締め付け具を外し、繊維強化材料(繊維強化ゲルシート)を取出した。約60℃のイオン交換水が入った容器中に繊維強化ゲルシートを浸漬し、緩やかに撹拌しながら5時間、60℃に保ち、不純物を抽出除去した。更に室温でイオン交換水に浸漬して繊維強化ゲルシートに十分吸水させた。これにより、実施例1~2及び比較例1~2繊維強化ゲルシートを得た。
[ハイドロゲルの含水率]
繊維基材を使用しなかったこと以外、実施例1~2及び比較例1~2と同様の方法でゲルシートをそれぞれ作製した。ゲルシートを25℃で、5時間以上、イオン交換水に浸漬して飽和含水状態としたハイドロゲルシートを得た。イオン交換水からハイドロゲルシートを取り出した後速やかに質量を測定し、「含水質量」とした。その後、ハイドロゲルシートを120℃の熱風乾燥機中で1時間静置して乾燥し、デシケーター中で放冷後、直ちに質量を測定し、「乾燥質量」とした。そして、以下の式より「含水率」を求めた。
(含水率[%])={(含水質量[g])-(乾燥質量[g])}/(含水質量[g])
実施例1~2及び比較例1~2の繊維強化ゲルシートを10mm×40mmの短冊状に切り出し、試験片とした。試験片の含水率をハイドロゲルの含水率と同様に「含水質量」を求めた。なお、試験片の厚みは約1mmであった。
動摩擦測定機(トリニティラボ社製、商品名:TL201Tt)を用いて、ステンレス鋼(SUS)の平板接触子を用いて、荷重400g、速度1000mm/sec、10往復、往復距離10mmの条件で、実施例及び比較例の各繊維強化ゲルシートの摺動抵抗値を測定した。なお、摺動抵抗の測定は、市販のシアノアクリレート系接着剤で、繊維強化ゲルシートの縁部をポリスチレン製シャーレに固定し、繊維強化ゲルシートの上面が浸るところまでシャーレにイオン交換水を添加した状態で、飽和含水状態を保ったまま行った。結果を表1に示す。
実施例1~2及び比較例1~2の各繊維強化ゲルシートのハイドロゲルと同組成のハイドロゲルをそれぞれ用意し、飽和含水状態とした。飽和含水状態のハイドロゲルについて、シート状にならなかった場合をA、シート状になった場合をBとした。
なお、シート状にならなかった場合とは、イオン交換水に浸漬して飽和膨潤状態とした際、又はイオン交換水から引き上げる際に、バラバラになって崩れる、又は不定形な塊状となってしまい、シートの状態を維持できなかった場合をいう。
飽和含水状態の繊維強化ゲルシートの表面を指で擦り、感覚を官能評価した。ウナギのように滑る状態を「ヌルヌル」とし、潤滑性はあってもウナギのようではない場合は「スベスベ」、潤滑性がない場合を「すべらない」とした。
テフロンの摺動抵抗:0.40N
テフロン表面にシリコンオイルを塗った場合の摺動抵抗:0.19N
GLMA:グリセリンモノアクリレート
NVP:N-ビニルピロリドン
HEMA:メタクリル酸2-ヒドロキシエチル
MBAAm:N,N’-メチレンビスアクリルアミド(架橋剤)
V-50:2,2-アゾビス(2-メチルプロピオナミジン)ジヒドロクロリド(重合開始剤、富士フィルム和光純薬株式会社製、商品名)
ガーゼ:株式会社ヨコイ製(綿製、2プライ)
Claims (13)
- 繊維基材と、重合体及び水を含むハイドロゲルとが一体化された繊維強化材料であって、含水率が87%以上であり、
前記重合体が水溶性の単量体に由来する構造単位(X)を含み、
前記構造単位(X)が、エチレン性不飽和基と二個以上の水酸基とを有する単量体(A)に由来する構造単位、及びエチレン性不飽和基とラクタム環を有する単量体(B)に由来する構造単位の少なくとも一方を含み、
前記単量体(A)が下記式(II)で表される化合物を含み、
(式(II)中、R 1 は、水素原子またはメチル基、R 4 は、炭素数1~4のアルキレン基を示す。)
前記単量体(B)がN-ビニルピロリドン、N-ビニル-5-メチルピロリドン、N-ビニルピペリドン、N-ビニル-ε-カプロラクタム、及び1-(2-プロペニル)-2-ピペリドンからなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記構造単位(X)が、前記単量体(B)に由来する構造単位を含む場合、前記重合体は架橋剤により化学架橋した構造を有し、
前記架橋剤は、多官能(メタ)アクリル酸アミド及び多官能(メタ)アクリル酸エステルの少なくとも一方を含む、繊維強化材料。 - 繊維基材と、重合体を含む樹脂組成物とが一体化された繊維強化材料であって、25℃における飽和含水率が87%以上であり、
前記重合体が水溶性の単量体に由来する構造単位(X)を含み、
前記構造単位(X)が、エチレン性不飽和基と二個以上の水酸基とを有する単量体(A)に由来する構造単位、及びエチレン性不飽和基とラクタム環を有する単量体(B)に由来する構造単位の少なくとも一方を含み、
前記単量体(A)が下記式(II)で表される化合物を含み、
(式(II)中、R 1 は、水素原子またはメチル基、R 4 は、炭素数1~4のアルキレン基を示す。)
前記単量体(B)がN-ビニルピロリドン、N-ビニル-5-メチルピロリドン、N-ビニルピペリドン、N-ビニル-ε-カプロラクタム、及び1-(2-プロペニル)-2-ピペリドンからなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記構造単位(X)が、前記単量体(B)に由来する構造単位を含む場合、前記重合体は架橋剤により化学架橋した構造を有し、
前記架橋剤は、多官能(メタ)アクリル酸アミド及び多官能(メタ)アクリル酸エステルの少なくとも一方を含む、繊維強化材料。 - 含水率が、飽和含水率の90%以上である、請求項2に記載の繊維強化材料。
- 前記重合体の25℃における飽和含水率が95%以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載の繊維強化材料。
- 前記構造単位(X)が、前記単量体(A)に由来する構造単位を含み、前記重合体は、架橋剤により架橋されたものである、請求項1~4のいずれか一項に記載の繊維強化材料。
- 前記重合体は、架橋剤に由来する構造単位(Y)を含み、
前記重合体における前記構造単位(Y)の含有量が、前記構造単位(X)100質量部に対して、1質量部以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載の繊維強化材料。 - 前記繊維基材が、綿、絹、セルロース繊維、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ナイロン繊維、炭素繊維、ガラス繊維からなる群から選択される1種以上の繊維を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載の繊維強化材料。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の繊維強化材料を含む、医療用具。
- 人工関節、又はカテーテルである、請求項8に記載の医療用具。
- 繊維基材と、重合体及び水を含むハイドロゲルとが一体化された繊維強化材料の製造方法であって、
単量体組成物の水溶液を繊維基材に含侵させた繊維強化材料前駆体に、加熱又は光照射を行って、前記単量体組成物を重合する工程を備え、
前記繊維強化材料の含水率が87%以上であり、
前記重合体が水溶性の単量体に由来する構造単位(X)を含み、
前記構造単位(X)が、エチレン性不飽和基と二個以上の水酸基とを有する単量体(A)に由来する構造単位、及びエチレン性不飽和基とラクタム環を有する単量体(B)に由来する構造単位の少なくとも一方を含み、
前記単量体(A)が下記式(II)で表される化合物を含み、
(式(II)中、R 1 は、水素原子またはメチル基、R 4 は、炭素数1~4のアルキレン基を示す。)
前記単量体(B)がN-ビニルピロリドン、N-ビニル-5-メチルピロリドン、N-ビニルピペリドン、N-ビニル-ε-カプロラクタム、及び1-(2-プロペニル)-2-ピペリドンからなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記構造単位(X)が、前記単量体(B)に由来する構造単位を含む場合、前記重合体は架橋剤により化学架橋した構造を有し、
前記架橋剤は、多官能(メタ)アクリル酸アミド及び多官能(メタ)アクリル酸エステルの少なくとも一方を含む、製造方法。 - 前記単量体組成物は、水溶性の単量体(X)と、架橋剤とを含み、
前記単量体組成物における前記架橋剤の含有量が、前記単量体(X)100質量部に対して、1質量部以下である、請求項10に記載の製造方法。 - 繊維基材と、重合体及び水を含むハイドロゲルとが一体化された繊維強化材料の製造方法であって、
繊維基材と重合体を含む樹脂組成物とが一体化され、且つ含水率が87%未満である低含水量繊維強化材料に水を吸収させることによりその含水率を87%以上とする工程を備え、
前記重合体が水溶性の単量体に由来する構造単位(X)を含み、
前記構造単位(X)が、エチレン性不飽和基と二個以上の水酸基とを有する単量体(A)に由来する構造単位、及びエチレン性不飽和基とラクタム環を有する単量体(B)に由来する構造単位の少なくとも一方を含み、
前記単量体(A)が下記式(II)で表される化合物を含み、
(式(II)中、R 1 は、水素原子またはメチル基、R 4 は、炭素数1~4のアルキレン基を示す。)
前記単量体(B)がN-ビニルピロリドン、N-ビニル-5-メチルピロリドン、N-ビニルピペリドン、N-ビニル-ε-カプロラクタム、及び1-(2-プロペニル)-2-ピペリドンからなる群から選択される少なくとも一種を含み、
前記構造単位(X)が、前記単量体(B)に由来する構造単位を含む場合、前記重合体は架橋剤により化学架橋した構造を有し、
前記架橋剤は、多官能(メタ)アクリル酸アミド及び多官能(メタ)アクリル酸エステルの少なくとも一方を含む、製造方法。 - 前記繊維強化材料を50℃以上の温水に浸漬して不純物を除去する工程を更に備える、請求項10~12のいずれか一項に記載の製造方法。
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