JPH1087751A

JPH1087751A - ｐＨ感応性、感熱性マイクロビーズ及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1087751A
Application number: JP23870096A
Authority: JP
Inventors: Shoji Ito; 昭二伊藤
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1996-09-10
Publication date: 1998-04-07
Anticipated expiration: 2016-09-10
Also published as: JP2884069B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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及びその製造方法を提供
する。【解決手段】一般式【化１】（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、残り
は水素原子である）で表わされる不飽和アミド６０〜９
９モル％とＮ‐ビニルイミダゾール４０〜１モル％との
共重合体の架橋化物から成るｐＨ感応性、感熱性マイク
ロビーズ、及び前記割合の単量体混合物に架橋性単量体
を加え、これらを含む水溶液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
内で共重合を行い、前記マイクロビーズを製造する方法
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規なｐＨ感応
性、感熱性マイクロビーズ及びその製造方法に関するも
のである。さらに詳しくいえば、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、及びこのマイクロビーズを効率よく製造する方法に
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として
は、例えばＮ‐イソプロピルアクリルアミドを架橋性単
量体である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られたマイクロゲルビーズなどが知
られている。そして、このマイクロゲルビーズは、例え
ば（１）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（Ｍａｃｒｏｍｏｌ
ｅｃｕｌｅｓ）」第２０巻，第１３４２ページ（１９８
７年）］、（２）水中での沈殿重合法［「コロイド＆ポ
リマー・サイエンス（Ｃｏｌｌｏｉｄ＆Ｐｏｌｙｍ
ｅｒＳｃｉｅｎｃｅ）」第２７０巻，第５３ページ
（１９９２年）］及び（３）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７−３
５４０２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．Ｐｏｌｙｍｅｒ
＆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。ｐ
Ｈ及び熱の両方に対して感応するマイクロビーズを開発
できれば、機能材料として、さらに用途の拡大が期待で
きる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情のもとで、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ｐＨ感応性、感熱性マ
イクロビーズ、及びこのものを効率よく製造する方法を
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】本発明者は、各種条件に
応じて粒径が変化するマイクロビーズを開発すべく種々
研究を重ねた結果、アクリルアミド又はメタクリルアミ
ドのＮ置換体とＮ‐ビニルイミダゾールとの共重合体の
架橋化物から成るマイクロビーズはｐＨ条件又は温度条
件を変えることによって、その粒径を変化しうることを
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、一般式

【化５】（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６０〜９９
モル％と、一般式

【化６】（式中のＲ⁴、Ｒ⁵及びＲ⁶はそれぞれ水素原子又はアル
キル基であり、それらはたがいに同一であってもよい
し、異なっていてもよい）で表わされるＮ‐ビニルイミ
ダゾールの中から選ばれた少なくとも１種の単量体４０
〜１モル％の共重合体の架橋化物から成るｐＨ感応性、
感熱性マイクロビーズを提供するものである。

【０００８】前記ｐＨ感応性、感熱性マイクロビーズ
は、例えば、前記一般式（Ｉ）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種の単量体と前記一般
式（ＩＩ）で表わされるＮ‐ビニルイミダゾールの中か
ら選ばれた少なくとも１種の単量体と、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種の架橋剤
とを含む水溶液に、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かきまぜながらミ
セル内共重合を行わせることにより、製造することがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のマイクロビーズは、前記
一般式（Ｉ）で表わされる不飽和アミドと一般式（Ｉ
Ｉ）で表わされるＮ‐ビニルイミダゾールとの共重合体
の架橋化物から成るものであって、前記不飽和アミドと
Ｎ‐ビニルイミダゾールとの割合は、不飽和アミドが６
０〜９９モル％、好ましくは７０〜９５モル％の範囲、
Ｎ‐ビニルイミダゾールが４０〜１モル％、好ましくは
３０〜５モル％の範囲である。Ｎ‐ビニルイミダゾール
の量が１モル％未満ではｐＨ感応性が充分に発揮されな
いし、４０モル％を超えると感熱性が不十分になる。

【００１０】また、不飽和アミドとＮ‐ビニルイミダゾ
ールとの共重合体の架橋化物とは、この共重合体が、２
個のビニル基をもつ化合物を介して網目状に架橋した構
造を有するものである。

【００１１】本発明のマイクロビーズは、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をアルカリ性から酸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。本発明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７０〜１０００ｎｍ程度、収縮状態で３０〜
３００ｎｍ程度である。

【００１２】前記一般式（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、Ｒ
²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。

【００１３】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。

【００１４】一方、前記一般式（ＩＩ）で表わされるＮ
‐ビニルイミダゾールにおける、Ｒ⁴、Ｒ⁵及びＲ⁶のアル
キル基としては、炭素数１〜３の直鎖状、分枝状、環状
のアルキル基が好ましい。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、シクロプロピル基などが挙げられる。このＲ⁴、
Ｒ⁵及びＲ⁶はたがいに同一であってもよいし、異なって
いてもよい。このような一般式（ＩＩ）で表わされるＮ
‐ビニルイミダゾールの例としては、１‐ビニルイミダ
ゾール、１‐ビニル‐２‐メチルイミダゾール、１‐ビ
ニル‐２，４‐ジメチルイミダゾールなどを挙げること
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。

【００１５】また、共重合体間に架橋を形成させるため
の架橋剤としては、２個のビニル基をもつ化合物が用い
られるが、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。

【００１６】本発明のマイクロビーズは、例えば以下の
方法に従って製造することができる。まず、前記一般式
（Ｉ）で表わされる不飽和アミドの所定量と一般式（Ｉ
Ｉ）で表わされるＮ‐ビニルイミダゾールの所定量と、
２個のビニル基をもつ化合物から成る架橋剤を含む水溶
液を調製する。この際、反応媒体として用いられる水は
イオン交換水、蒸留水、上水などが用いられる。

【００１７】この際の不飽和アミドとＮ‐ビニルイミダ
ゾールとの使用割合は、所望のマイクロビーズの物性に
応じて選択されるが、通常、前者が７０〜９５モル％、
後者が３０〜５モル％の範囲内で選ばれる。また架橋剤
の量は、通常単量体の合計量に対し、０．０１〜５０モ
ル％の範囲である。

【００１８】次に、この水溶液に、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。この界面活性剤としては、カチオン性、アニオン性
のいずれでもよく、また場合によってはそれ以外のもの
を用いることもできる。このカチオン性界面活性剤とし
ては、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１
２以上の長鎖を有するものが挙げられる。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。また、アニオン性界面活性
剤の例としては、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１２以上の疎水基を有するも
のが挙げられる。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。

【００１９】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‐
ブチルヒドロペルオキシドなど、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、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い。また、
その使用量は、単量体の合計量に対して、通常０．０１
〜１０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こ
とが必要である。この重合反応はかきまぜながら行うこ
とが必要である。

【００２０】このようにすると、共重合反応が分散され
たミセル内で起こり、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、限外ろ過や透
析などにより、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。

【００２１】

【発明の効果】本発明のマイクロビーズは、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
化する特性を有しており、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。また、本発明方法によると、この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。

【００２２】

【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）を以下に示
す光子相関分光法により求めた。

【００２３】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。

【００２４】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２００ｇ、Ｎ‐イソプロピルアクリル
アミド８．５１ｇ（０．０７５３モル）、１‐ビニルイ
ミダゾール０．３７ｇ（０．００４１モル）、Ｎ，Ｎ′
‐メチレンビスアクリルアミド０．１２ｇ（０．０００
８モル）及びハードドデシルベンゼンスルホン酸ナトリ
ウム０．７０ｇ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。

【００２５】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ｐＨ６．５前後の共重合体マイクロビーズ分散液を
得た。この分散液中の共重合体マイクロビーズ含有量は
４．３重量％であり、また共重合体におけるＮ‐イソプ
ロピルアクリルアミド単位と１‐ビニルイミダゾール単
位とのモル比は９５：５であった。

【００２６】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イミダゾリル基が解
離状態であるｐＨ２．９に調整し、また０．１モル水酸
化ナトリウム水溶液を加えて側鎖イミダゾリル基を未解
離状態にし、蒸留水で希釈してｐＨ８．９に調整し、酸
性、中性及びアルカリ性の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。

【００２７】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（０．０７４８モル）に、１‐ビニルイ
ミダゾールの量を０．７５ｇ（０．００８モル）に変え
た以外は、実施例１と同様にして、ｐＨ６．５の共重合
体マイクロビーズ分散液を得た。この共重合体における
Ｎ‐イソプロピルアクリルアミド単位と１‐ビニルイミ
ダゾール単位とのモル比は９０：１０であった。

【００２８】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酸性、中性、アルカリ性の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。

【００２９】実施例３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８．１２ｇ（０．０７１９モル）に、１‐ビニルイ
ミダゾールの量を２．２８ｇ（０．０２５３モル）に変
えた以外は、実施例１と同様にして、ｐＨ６．５の共重
合体マイクロビーズ分散液を得た。この共重合体におけ
るＮ‐イソプロピルアクリルアミド単位と１‐ビニルイ
ミダゾール単位とのモル比は７０：３０であった。

【００３０】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酸性、中性、アルカリ性の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。

【００３１】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１‐ビニルイミダゾールを
用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして、ｐＨ
６．５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
た酸性、中性、アルカリ性の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。

【００３２】

【表１】

【００３３】［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１‐ビニルイミダゾール単位との
モル比は、比較例＝１００：０、実施例１＝９５：５、
実施例２＝９０：１０、実施例３＝７０：３０である。

【００３４】表１から分かるように、本発明のマイクロ
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 (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩ // Ｃ０８Ｆ 226/06 Ｃ０８Ｆ 226/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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６０〜９９
モル％と、一般式【化２】（式中のＲ⁴、Ｒ⁵及びＲ⁶はそれぞれ水素原子又はアル
キル基であり、それらはたがいに同一であってもよい
し、異なっていてもよい）で表わされるＮ‐ビニルイミ
ダゾールの中から選ばれた少なくとも１種の単量体４０
〜１モル％の共重合体の架橋化物から成るｐＨ感応性、
感熱性マイクロビーズ。
【請求項２】一般式【化３】（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種の単量体と、一般式【化４】（式中のＲ⁴、Ｒ⁵及びＲ⁶はそれぞれ水素原子又はアル
キル基であり、それらはたがいに同一であってもよい
し、異なっていてもよい）で表わされるＮ‐ビニルイミ
ダゾールの中から選ばれた少なくとも１種の単量体と、
１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種の架橋剤とを含む水溶液に、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
の温度でかきまぜながらミセル内共重合を行わせること
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。