JP2945966B2 - ｐＨ感応性、感熱性マイクロビーズの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ｐＨ及び熱の両方
に感応し、それらの変化に応じて粒径が変化し、機能材
料として有用なｐＨ感応性、感熱性マイクロビーズを製
造する新規な方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、熱の変化に応じて粒径が変化する
感熱性マイクロビーズは、機能材料として、例えば診断
用マイクロビーズ、徐放化製剤、吸着剤、化粧品などへ
の用途が期待され、注目されている。

【０００３】このような感熱性マイクロビーズは、Ｎ‐
イソプロピルアクリルアミドを架橋性単量体例えばＮ，
Ｎ′‐メチレンビスアクリルアミドの存在下で重合させ
て得ることができ、これまで有機溶媒と界面活性剤の存
在下で行われる逆相懸濁重合法［「マクロモレキュルズ
（Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ）」，第２０巻，第１
３４２ページ（１９８７年）］、水中沈殿重合法［「コ
ロイド＆ポリマー・サイエンス（Ｃｏｌｌｏｉｄ ＆
Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ）」，第２７０巻，第
５３ページ（１９９２年）］及び臨界ミセル濃度以上の
濃度の界面活性剤水溶液中で重合を行う方法［特公平７
−３５４０２号公報、「ビュレタン・オブ・リサーチ
インスティチュート・オブ・ポリマー・アンド・テキス
タイルズ（Ｂｕｌｌ．Ｒｅｓ．Ｉｎｓｔ．Ｐｏｌｙｍｅ
ｒ ＆ Ｔｅｘｔｉｌｅｓ）」，第１６７巻，第６７〜
８０ページ（１９９１年）］などにより製造されてい
る。

【０００４】しかしながら、これらの方法で得られた従
来のマイクロビーズは、温度の変化に応じて粒径が変化
する感熱性マイクロビーズであって、ｐＨの変化に応じ
て粒径が変化するｐＨ感応性の機能は有していない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱の変化の
みでなく、ｐＨの変化によっても粒径が変化するｐＨ感
応性、感熱性マイクロビーズを製造するための新規な方
法を提供することを目的としてなされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、先に架橋
剤の存在下、特定の割合のＮ‐置換アクリルアミド又は
メタクリルアミド誘導体とアクリル酸又はメタクリル酸
とを含む水溶液中に界面活性剤を臨界ミセル濃度以上の
濃度で添加し、その曇点以上の温度でミセル内共重合を
行わせることにより、ｐＨ感応性、感熱性マイクロビー
ズを得ることに成功したが、さらに研究を重ねた結果、
このような共重合体を形成させなくても、ポリアクリル
酸又はポリメタクリル酸とアクリルアミド又はメタクリ
ルアミドとを架橋剤とともに界面活性剤の存在下で同様
に反応させることにより、ｐＨ感応性、感熱性マイクロ
ビーズが得られることを見出し、この知見に基づいて本
発明をなすに至った。

【０００７】すなわち、本発明は、ポリアクリル酸及び
ポリメタクリル酸の中から選ばれた少なくとも１種の重
合体１〜４０モル％と、一般式

【化２】 （式中のＲ¹は水素原子又はメチル基、Ｒ²及びＲ³の少
なくとも一方はアルキル基又はアルコキシアルキル基で
あり、残りは水素原子である）で表わされる不飽和アミ
ドの中から選ばれた少なくとも１種の単量体９９〜６０
モル％との混合物及び架橋剤を含有する水溶液に、さら
にカチオン性界面活性剤又はアニオン性界面活性剤をそ
の臨界ミセル濃度以上の濃度で添加し、その曇点以上の
温度において、ミセル内反応を行わせることを特徴とす
るｐＨ感応性、感熱性マイクロビーズの製造方法を提供
するものである。

【０００８】前記した共重合により得られるマイクロビ
ーズは、その単量体組成により曇点が変化するが、本発
明により得られるマイクロビーズは、単量体の使用割合
により曇点が変化しないという特徴を有している。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明方法においては、マイクロ
ビーズの原料として、ポリアクリル酸やポリメタクリル
酸と不飽和アミドと架橋剤とが用いられる。上記ポリア
クリル酸やポリメタクリル酸としては、重量平均分子量
が１，０００〜１０，０００，０００の範囲にあるもの
が好ましく、特に１０，０００〜１，０００，０００の
範囲にあるものが好ましい。なお、この重量平均分子量
は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー法（ＧＰ
Ｃ法）により測定した値である。本発明においては、こ
のポリアクリル酸を単独で用いてもよいし、ポリメタク
リル酸を単独で用いてもよく、また、これらの混合物を
用いてもよい［以後、これらをまとめて、ポリ（メタ）
アクリル酸と称す］。

【００１０】一方、不飽和アミドとしては、前記一般式
（Ｉ）で表わされる化合物が用いられる。この一般式
（Ｉ）で表わされる不飽和アミドにおいて、Ｒ²及びＲ³
のうちのアルキル基としては、炭素数１〜１０の直鎖
状、分枝状、環状のアルキル基が好ましく挙げられる。
このようなものとしては、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、ｓｅｃ‐ブチル基、ｔｅｒｔ‐ブチル基、ペ
ンチル基、ヘキシル基、オクチル基、シクロプロピル
基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシ
ル基などが挙げられる。また、Ｒ²及びＲ³のうちのアル
コキシアルキル基としては、炭素数２〜１０の直鎖状、
分枝状、環状のアルコキシアルキルが好ましく挙げられ
る。このようなものとしては、例えばメトキシメチル
基、メトキシエチル基、メトキシプロピル基、エトキシ
メチル基、エトキシエチル基、エトキシプロピル基、イ
ソプロポキシメチル基、イソプロポキシエチル基、イソ
プロポキシプロピル基、シクロプロポキシメチル基、
２，２‐ジメトキシエチル基、１‐メチル‐２‐メトキ
シエチル基、１‐メトキシメチルプロピル基、メトキシ
エトキシプロピル基などが挙げられる。このＲ²及びＲ³
はたがいに同一であってもよいし、異なっていてもよ
く、また、たがいに結合して窒素原子をヘテロ原子とす
る複素環を形成していてもよい。

【００１１】このような一般式（Ｉ）で表わされる不飽
和アミドの例としては、Ｎ‐エチルアクリルアミド、Ｎ
‐ｎ‐プロピルアクリルアミド、Ｎ‐イソプロピルアク
リルアミド、Ｎ‐シクロプロピルアクリルアミド、Ｎ，
Ｎ‐ジエチルアクリルアミド、Ｎ‐メチル‐Ｎ‐エチル
アクリルアミド、Ｎ‐メチル‐Ｎ‐ｎ‐プロピルアクリ
ルアミド、Ｎ‐メチル‐Ｎ‐イソプロピルアクリルアミ
ド、Ｎ‐アクリロイルピペリジン、Ｎ‐アクリロイルピ
ロリジン、Ｎ‐アクリロイルモルホリン、Ｎ‐メトキシ
プロピルアクリルアミド、Ｎ‐エトキシプロピルアクリ
ルアミド、Ｎ‐イソプロポキシプロピルアクリルアミ
ド、Ｎ‐エトキシエチルアクリルアミド、Ｎ‐（２，２
‐ジメトキシエチル）‐Ｎ‐メチルアクリルアミド、Ｎ
‐１‐メチル‐２‐メトキシエチルアクリルアミド、Ｎ
‐１‐メトキシメチルプロピルアクリルアミド、Ｎ‐ジ
（２‐メトキシエチル）アクリルアミド、Ｎ‐２‐メト
キシエチル‐Ｎ‐ｎ‐プロピルアクリルアミド、Ｎ‐２
‐メトキシエチル‐Ｎ‐エチルアクリルアミド、Ｎ‐メ
トキシエトキシプロピルアクリルアミドなど、及びこれ
らのアクリルアミド誘導体に対応するメタクリルアミド
誘導体を挙げることができる。これらの不飽和アミドは
単独で用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いて
もよい。

【００１２】さらに、架橋剤としては、多官能性単量
体、好ましくは分子中に２個のビニル基をもつ化合物が
用いられる。このような化合物としては、例えばＮ，
Ｎ′‐メチレンビスアクリルアミド、１，４‐ジアクロ
イルピペラジン、ジビニルベンゼンなどを挙げることが
できる。これらは単独で用いてもよいし、２種以上を組
み合わせて用いてもよい。

【００１３】本発明方法においては、まず、ポリ（メ
タ）アクリル酸１〜４０モル％と前記一般式（Ｉ）で表
わされる不飽和アミド９９〜６０モル％とを、上記架橋
剤とともに含有する水溶液を調製する。ポリ（メタ）ア
クリル酸と不飽和アミドとの割合において、ポリ（メ
タ）アクリル酸の量が１モル％未満では、ｐＨ感応性が
十分に発揮されないし、４０モル％を超えると感熱性が
不十分になる。ｐＨ感応性及び感熱性のバランスの面か
ら、ポリ（メタ）アクリル酸が５〜３０モル％で、不飽
和アミドが９５〜７０モル％の割合が好ましい。また、
架橋剤の使用量については、特に制限はなく、状況に応
じて適宜選定すればよいが、一般的には、前記ポリ（メ
タ）アクリル酸と不飽和アミドとの合計量に対し、０．
０１〜１００ミリモル％の割合で用いられる。さらに、
水溶液の調製において、反応媒体として用いられる水は
イオン交換水、蒸留水、上水など、いずれであってもよ
い。

【００１４】本発明方法においては、このようにして得
られたポリ（メタ）アクリル酸、不飽和アミド及び架橋
剤を含有する水溶液に、さらにカチオン性界面活性剤又
はアニオン性界面活性剤を臨界ミセル濃度以上の濃度で
添加し、均一な水溶液を調製する。カチオン性界面活性
剤としては、例えばトリメチルステアリルアンモニウム
クロリド、トリメチルセチルアンモニウムクロリド、ト
リメチルセチルアンモニウムブロミド、トリメチルｎ‐
テトラデシルアンモニウムクロリドなど、疎水基とし
て、炭素数１２以上の長鎖を有するものが好ましく挙げ
られる。これらのカチオン性界面活性剤は単独で用いて
もよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。一
方、アニオン性界面活性剤としては、例えばハードドデ
シルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ソフトドデシルベ
ンゼンスルホン酸ナトリウム、４‐ｎ‐オクチルベンゼ
ンスルホン酸ナトリウムなどのアルキルベンゼンスルホ
ン酸塩、ノニルフェノール硫酸エステルナトリウム塩な
どの硫酸エステル塩、さらにはジオクチルスルホコハク
酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウムなど、炭素数１
２以上の疎水基を有するものが好ましく挙げられる。こ
れらのアニオン性界面活性剤は単独で用いてもよいし、
２種以上を組み合わせて用いてもよい。

【００１５】重合を開始する方法としては、従来公知の
方法、例えば放射線又は電子線を照射する方法、ラジカ
ル重合開始剤の存在下に加熱する方法、光増感剤の存在
下に光照射する方法などを用いることができるが、これ
らの方法の中でラジカル重合開始剤の存在下に加熱する
方法が好ましい。ラジカル重合開始剤としては、水溶性
のものであればよく、特に制限されず、例えば過硫酸ア
ンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素、ｔｅｒｔ‐
ブチルヒドロパーオキシドなど、あるいは亜硫酸塩、亜
硫酸水素塩、硝酸第二セリウムアンモニウムなどのレド
ックス系開始剤、さらには２，２′‐アゾビス‐２‐ア
ミジノプロパン塩酸塩、２，２′‐アゾビス‐２，４‐
ジメチルバレロニトリル、４，４′‐アゾビス‐４‐シ
アノバレリン酸及びその塩などのアゾ化合物などを用い
ることができる。これらのラジカル重合開始剤は単独で
用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよ
く、また、その使用量は、単量体の合計量に対して、通
常０．０１〜１００重量％、好ましくは０．０５〜８重
量％の範囲である。また、重合温度は、使用する単量体
及び開始剤の種類により異なるが、通常０〜１００℃の
範囲で、かつ重合で生成する高分子水溶液の曇点以上の
温度である。

【００１６】このような重合様式においては、共重合反
応はミセル内で起こり、架橋構造を有する共重合体エマ
ルションが効率よく得られる。重合終了後、メタノール
やエタノールを加えてミセル構造を破壊したのち、限外
ろ過法や透析法などを用いて、界面活性剤及び未反応単
量体を除去することにより、所望のｐＨ感応性、感熱性
マイクロビーズを得ることができる。

【００１７】このようにして得られたマイクロビーズ
は、ｐＨ及び熱の両方の変化に応じて粒径が変化する特
性を有している。すなわち、ｐＨを酸性からアルカリ性
に変化させると粒径が増大し、また温度を下げていくと
ある温度以下で粒径が急激に増大する。このマイクロビ
ーズの大きさは、製造条件により異なるが、光子相関分
光法により求めた流体力学的直径（Ｄｓ）が、通常中性
において、膨潤状態で１５０〜１０００ｎｍ程度、収縮
状態で２０〜２００ｎｍ程度である。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、ｐＨ及び熱の両方に対
して感応し、それらの変化に応じて粒径が変化する特性
を有するｐＨ感応性、感熱性マイクロビーズを効率よく
製造することができる。このマイクロビーズは、機能材
料として、例えば診断用マイクロビーズ、徐放化製剤、
吸着剤、化粧品などに有用である。

【００１９】

【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定さ
れるものではない。なお、得られたマイクロビーズの粒
径については、その流体力学的直径（Ｄｓ）を光子相関
分光法により求めた。

【００２０】すなわち、マイクロビーズ分散液を２〜５
倍に希釈し、５μｍのフィルターを通して、１×１×５
ｃｍの光散乱用セルに移した。セルの温度は１５〜７０
℃の範囲で制御した。ディジタル・コリレータによって
得られた時間相関関数を、キュムラントの方法でフィッ
トさせた。得られた平均の拡散定数から、Ｅｉｎｓｔｅ
ｉｎ−Ｓｔｏｋｅｓの式により、流体力学的直径（Ｄ
ｓ）を求めた。また、測定装置としては、大塚電子
（株）製ＬＰＡ３０００／３１００を用いた。

【００２１】実施例１ キャピラリー栓を付けたＵ字管付５００ｍｌの三角フラ
スコ中に、蒸留水２００．７０ｇ、Ｎ‐イソプロピルア
クリルアミド８．０７ｇ、ポリアクリル酸（重量平均分
子量１５０，０００）の２５重量％水溶液２．２８ｇ、
Ｎ，Ｎ′‐メチレンビスアクリルアミド０．１２ｇ及び
ハードドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．７０
ｇを加え、窒素ガスを３０分間激しく通じた。次いで、
過硫酸アンモニウム０．０５ｇを加え、窒素気流下にか
きまぜながら、６０℃に加熱して重合を開始した。６０
℃で２時間重合を行ったのち、空気を吹き込んで重合を
停止し、共重合体エマルションを形成させた。このよう
にして得られた共重合体はミセル内に存在するので、透
析膜を用い純水に対して透析を４日間行い、界面活性剤
及び未反応単量体が完全に除去されたｐＨ５．７前後の
共重合体マイクロビーズ分散液を得た。

【００２２】次に、このマイクロビーズ分散液の一部を
とり、０．１モル塩酸を加えて側鎖アクリル酸基が未解
離状態であるｐＨ２．９に、また０．１モル水酸化ナト
リウム水溶液を加えて側鎖アクリル酸基を解離状態に
し、蒸留水で希釈してｐＨ１０．２に調整し、異なった
ｐＨ値の３種のマイクロビーズ分散液を得た。これら３
種のマイクロビーズ分散液について、２０〜５０℃の範
囲で温度を変化させ、各温度におけるマイクロビーズの
流体力学的直径（Ｄｓ）を求めた。結果を表１に示す。
この分散液中におけるＮ‐イソプロピルアクリルアミド
単位とアクリル酸単位とのモル比は９０：１０であっ
た。

【００２３】実施例２ 実施例１において、Ｎ‐イソプロピルアクリルアミドの
量を８．４５ｇに、ポリアクリル酸（重量平均分子量１
５０，０００）の２５重量％水溶液の量を６．８４ｇに
変えた以外は、実施例１と同様にして、ｐＨ５．８の共
重合体マイクロビーズ分散液を得た。この分散液中にお
けるＮ‐イソプロピルアクリルアミド単位とアクリル酸
単位とのモル比は７０：３０であった。このマイクロビ
ーズ分散液を用い、実施例１と同様にして得られた異な
ったｐＨ値の３種のマイクロビーズ分散液について、２
０〜５０℃の範囲で温度を変化させ、各温度におけるマ
イクロビーズの流体力学的直径（Ｄｓ）を求めた。結果
を表１に示す。

【００２４】比較例 実施例１において、Ｎ‐イソプロピルアクリルアミドの
量を８．９６ｇに変え、かつポリアクリル酸を用いなか
ったこと及び反応温度を５０℃に変えた以外は、実施例
１と同様にして、ｐＨ６．５の重合体マイクロビーズ分
散液を得た。このマイクロビーズ分散液を用い、実施例
１と同様にして得られた異なったｐＨ値の３種のマイク
ロビーズ分散液について、２０〜５０℃の範囲で温度を
変化させ、各温度におけるマイクロビーズの流体力学的
直径（Ｄｓ）を求めた。結果を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】［注］ 重合体におけるＮ‐イソプロピル
アクリルアミド単位とアクリル酸単位とのモル比は、比
較例＝１００：０、実施例１＝９０：１０、実施例２＝
７０：３０である。

【００２７】表１から分かるように、本発明方法で得ら
れたマイクロビーズはｐＨ及び熱の両方に対して感応す
るのに対し、比較例のマイクロビーズは熱に対して感応
するものの、ｐＨに対してはほとんど感応しない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C08J 3/12 - 3/16 C08F 220/56,2/10 C09K 3/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポリアクリル酸及びポリメタクリル酸の
   中から選ばれた少なくとも１種の重合体１〜４０モル％
   と、一般式 【化１】 （式中のＲ¹は水素原子又はメチル基、Ｒ²及びＲ³の少
   なくとも一方はアルキル基又はアルコキシアルキル基で
   あり、残りは水素原子である）で表わされる不飽和アミ
   ドの中から選ばれた少なくとも１種の単量体９９〜６０
   モル％との混合物及び架橋剤を含有する水溶液に、さら
   にカチオン性界面活性剤又はアニオン性界面活性剤をそ
   の臨界ミセル濃度以上の濃度で添加し、その曇点以上の
   温度において、ミセル内反応を行わせることを特徴とす
   るｐＨ感応性、感熱性マイクロビーズの製造方法。
2. 【請求項２】 ポリアクリル酸及びポリメタクリル酸の
   中から選ばれた少なくとも１種の重合体の重量平均分子
   量が１，０００〜１０，０００，０００の範囲である請
   求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】 架橋剤が分子中に２個のビニル基をもつ
   化合物の中から選ばれた少なくとも１種である請求項１
   又は２記載の製造方法。