(57)【要約】  本発明は、硬化性組成物及びこの用途に係り、より詳しくは、表面及び内部硬化が容易である硬化膜の製造が可能となるように、（ａ）酸素によってキノン系化合物に変性可能な化合物、（ｂ）アミン系高分子化合物及び（ｃ）酸素包接構造体を含むことを特徴とする硬化性組成物、及びこの用途に関する。前記硬化性組成物は、速い速度で硬化が行われ、従来塗膜の界面のみで硬化されるのではなく、塗膜内部まで硬化可能であり、膜全体の物性が均一で、既存の界面で硬化された硬化膜に対して優れた物性を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）酸化によってキノンへ変性可能なカテコール系有機化合物、
（ｂ）アミン系高分子化合物及び
（ｃ）酸素包接構造体を含むことを特徴とする硬化性組成物。
【請求項２】
前記酸素包接構造体は、全体硬化性組成物内で１〜９９重量％で含まれる請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項３】
前記カテコール系有機化合物は、ベンゼン環に２つ以上のヒドロキシ基の官能基を含み、酸素によって酸化可能な化合物である請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項４】
前記カテコール系有機化合物は、Ｌ−ドパ、ピロガロール、ドパミン、ピロカテコール、ノルエピネフリン及び３，４−ジヒドロキシケイ皮酸からなる群から選択された１種以上である請求項３に記載の硬化性組成物。
【請求項５】
前記アミン系高分子化合物は、分子構造内でアミン基を有する高分子である請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項６】
前記アミン基を有する高分子は、ポリエチレンイミン、ポリアミン、ポリアミドアミン、ポリビニルアミン、ポリアミドイミン、ポリアリルアミン、ポリリシン及びキトサンからなる群から選択された１種以上である請求項５に記載の硬化性組成物。
【請求項７】
前記酸素包接構造体は、エアロゲル、ウェブ、シート、フォーム、スフィア、チューブ、多孔性構造体及び格子構造体からなる群から選択された１種以上の形状を有する請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項８】
前記酸素包接構造体は、活性炭、活性炭素繊維、ＴｉＯ２ホロウスフィア、ガラスウェブ、シリカエアロゲル、ヒュームシリカナノ粒子、ＳｉＯ２中空粒子、ＴｉＯ２中空粒子、シリカナノチューブ及びカーボンナノチューブからなる群から選択された１種以上である請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項９】
前記酸素包接構造体は、酸素包接量が１〜９９％である請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項１０】
前記酸素包接構造体は、気孔度が１０〜９９％である請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項１１】
前記酸素包接構造体は、材質が金属、金属酸化物、ガラス、炭素材料及び高分子からなる群から選択された１種以上である請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項１２】
前記硬化性組成物は、酸素存在下で硬化される請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項１３】
前記硬化性組成物は、酸素包接構造体にとって提供された酸素から内部硬化が行われる請求項１に記載の硬化性組成物。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の硬化性組成物を含む接着剤組成物。
【請求項１５】
請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の硬化性組成物を含むコーティング組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面及び内部硬化が容易である硬化膜の製造が可能なキノン硬化型組成物及びこれを含む接着剤組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体模倣（バイオミメティックス、biomimetics）は、自然で見られる生物体の特性を研究及び模倣して新しい技術を開発しようとすることを意味する。生体模倣を研究する生体模倣学は、新しい生体物質を作り、新しい知能システムを設計し、生体構造をそのまま模倣して新しいデバイスを作り、新しい光学システムをデザインするために多く役に立っている。
生体模倣と係る実際適用事例としては、ニホンヤモリの足裏の剛毛特性を利用したニホンヤモリテープ、鯨のひれの内で凹凸形態の突起を利用した風力タービンであるホエールパワー、カワセミのくちばし模様を倣って騷音が低減された新幹線高速列車、イガイ足糸のタンパク質から模倣されたイガイ接着剤などがある。
イガイ接着剤と係って、詳しく説明すれば次のとおりである。イガイの足糸は、水中で岩、金属及びプラスチックのような多様な表面に強力に接着するが、付いている部分を分析してみると、３，４−ジヒドロキシ−Ｌ−フェニルアラニン（3,4-dihydroxy-L-phenylalanine、DOPA）カテコール前駆体を多量含んでいる。
イガイ足糸が発現する接着機能に対する明確なメカニズムはまだ理解できてないが、足糸に沢山存在するＤＯＰＡ部分が酸化剤や酵素によって促進された相互結合によって接着力が生じると報告されている。一つの理論としては、接着プラークの形成過程中、キノン作用基がラジカル反応を通して周辺の他のキノンと架橋されたり、周辺のアミン、チオールとマイケル付加（Michael addition）を通じて反応して架橋されるか（V. Vreeland, J. H. Waite, and L. Epstein, J Phycol., 34, 1 (1998); C. R. Matos-Perez, J. D. White, and J. J. Wilker, J. Am. Chem. Soc., 134, 9498 (2012); B. P. Lee, J. L. Dalsin, and P. B. Messersmith, Biomacromolecules., 3, 1038 (2002)）、金属イオン配位結合を通して三つのカテコール作用基が一つのＦｅ（ＩＩＩ）イオンと結合することで架橋されるという意見がある（E. Faure, C. Falentin-Daudre, C. Jerome, J. Lyskawa, D. Fournier, P. Woisel, and C. Detrembleur, Prog. Polym. Sci., 38, 236 (2013); D. G. Barrett, D. E. Fullenkamp, L. He, N. Holten-Andersen, K. Y. C. Lee, and P. B. Messersmith, Adv. Funct. Mater., 23, 1111 (2013)）。
イガイ接着剤は、無機物、プラスチック、金属、ガラス及び生体材料など、多様な種類の表面に接着できる能力を取り揃えている。また、湿気のある表面や水中で接着力が落ちる既存の化学接着剤とは違って、イガイ接着剤は水中でも接着可能である。 同時に、生体に直接使っても細胞を攻撃したり免疫反応を起こさないので、医療用としても非常に容易である。
医療用としてのイガイ接着剤は、主に組職接着剤で使用しているし、その試みでイガイ接着タンパク質を抽出して豚の肌で接着力を測定した結果、フィブリン糊よりは優れた接着力を示したが、６〜２４時間の硬化時間と生体温度３７℃を脱した４５℃の硬化温度を必要とし、医療用で使うには多少不向きだった（H.J. Cha et al., Development of bioadhesives from matine mussels, Biotechnol. J. 3, 631-638 (2008)）。
ここで、イガイから抽出した接着タンパク質の自然的特性を模倣したＤＯＰＡのカテコール構造が取り入れられた接着型高分子の研究が進められた。具体的に、カテコール作用基と類似する３，４−ジヒドロキシスチレン（3,4-dihydroxystyrene）を使ったポリ[（３，４−ジヒドロキシスチレン）−コ−スチレン]（poly[(3,4-dihydroxystyrene)-co-styrene]）を使った方法によって接着力及び機械的強度を高めようとしたが、これも安定的な接着力を確保することができなかった。
また他の試みとして、韓国公開特許第２０１５−０１４４８４６号では、カテコール系有機化合物とアミン系高分子を混合して使用し、液相と気相の界面で機能性フィルム（すなわち、硬化膜）を製造し、この機能性フィルムが生体材料として止血剤、生触媒及び分離膜などの多様な分野で適用可能であることを開示した。前記硬化反応は、酸素が存在する機能性フィルムの表面から主に発生し、内部には水が存在してフィルムの物性（例えば、引張強度、耐久性など）が低くて実質的に製品に適用し難いし、硬化速度が遅いため、酸素がある界面のみで機能性フィルムを形成するので、酸素を通さない表面では硬化膜の形成が制限的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】韓国公開特許第２０１５−０１４４８４６号
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】V. Vreeland, J. H. Waite, and L. Epstein, J Phycol., 34, 1 (1998)
【非特許文献２】C. R. Matos-Perez, J. D. White, and J. C. R. Matos-Perez, J. D. White, and J. J. Wilker, J. Am. Chem. Soc., 134, 9498 (2012)
【非特許文献３】B. P. Lee, J. L. Dalsin, and P. B. Messersmith, Biomacromolecules., 3, 1038 (2002)
【非特許文献４】E. Faure, C. Falentin-Daudre, C. Jerome, J. Lyskawa, D. Fournier, P. Woisel, and C. Detrembleur, Prog. Polym. Sci., 38, 236 (2013)
【非特許文献５】D. G. Barrett, D. E. Fullenkamp, L. He, N. Holten-Andersen, K. Y. C. Lee, and P. B. Messersmith, Adv. Funct. Mater., 23, 1111 (2013)
【非特許文献６】H.J. Cha et al., Development of bioadhesives from matine mussels, Biotechnol. J. 3, 631-638 (2008)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、本発明者らは、カテコール構造を有する化合物とアミン系高分子の硬化速度を高め、得られた機能性フィルムの物性を高めるために、多様な研究を行った結果、酸素供給が円滑に行われる空気／溶液界面上だけでなく、溶液の内部でも硬化されるように酸素供給が可能な物質、すなわち、酸素包接構造体を混合して使用することで、内部硬化が同時に行わって前記フィルムの物性を改善し、硬化時間を縮めることができることを確認して本発明を完成した。
したがって、本発明の目的は、空気／溶液界面及び溶液内部硬化が可能であり、速い硬化速度を有する硬化膜の製造が可能な硬化性組成物を提供することである。
また、本発明の他の目的は、前記硬化性組成物の用途を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明は（ａ）酸化によってキノンへ変性可能なカテコール系有機化合物、（ｂ）アミン系高分子化合物及び（ｃ）酸素包接構造体を含むことを特徴とする硬化性組成物を提供する。
この時、前記酸素包接構造体は、酸素を１〜９９％含んだエアロゲル、ウェブ、シート、フォーム、スフィア、チューブ、多孔性構造体または格子構造体を含むことを特徴とする。
また、本発明は、前記硬化性組成物を接着剤及びコーティング剤としての用途を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による硬化性組成物は、酸素包接構造体を含まない既存の組成に対して速い速度で硬化され、溶液の内部でも酸素包接構造体が放出する酸素によって硬化されることにより、全体的に均一に硬化させる役目をし、既存の組成に比べて接着剤及びコーティング剤で使用する際、優れた物理的特性を発揮する。その特性としては、接着力、凝集力、強度等を挙げることができる。前記硬化性組成物は、硬化膜が求められる多岐にわたる産業で応用及び適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】エアロゲルの量による水の溶存酸素量の変化を示すグラフである。
【図２】エアロゲルを含まないカテコール系有機化合物溶液（比較例１）と濃度ごと（１％、２％、３％）にエアロゲルを含む実施例１、２、３を比べる写真で、（ａ）は交ぜた後５分以内に撮った写真で、（ｂ）は２４時間以後撮った写真である。
【図３】（ａ）はエアロゲルを含まない溶液に向い合う二つの金属断面に適用した比較例１の接着断面写真で、（ｂ）はエアロゲルを含む溶液に向い合う金属断面に適用した実施例１の接着断面写真である。（ｃ）と（ｄ）は、それぞれ（ａ）と（ｂ）の断面を断面走査電子顕微鏡で観察したイメージである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明をもっと詳しく説明する。
本発明による硬化性組成物は、キノン硬化メカニズムを通して硬化が進められる。
前記「キノン硬化メカニズム」は、下記反応式１で表されたように、酸化によってカテコールの構造がキノンに転換され、このキノンがアミン基（ＮＨ２）を含む高分子化合物と連鎖的ネットワーク形成反応を通して硬化することを意味する。
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このようなキノン硬化は、従来の熱硬化または光硬化のように、外部で印加してくれるエネルギーの消費、すなわち、熱またはＵＶ光照射などがなくても空気中の酸素によって容易に反応が行われる。
【００１０】
前記キノン硬化メカニズムが可能となるように、本発明による硬化性組成物は、反応物質として酸素によってキノン系化合物に酸化可能なカテコール系有機化合物とアミン系高分子化合物を含む。前記カテコール系有機化合物とアミン系高分子化合物との反応によって硬化するが、この時、硬化は主に酸素と反応することができる界面のみで行われ、硬化のために塗布する硬化膜の内部で制限的に行われることにより、これを接着またはコーティング素材で使用するためには多くの制約があった。
ここで、本発明では、界面だけでなく硬化膜内部でも硬化され、硬化反応速度を向上させられるように酸素包接構造体を使用しようとする。
酸素包接構造体とは、構造体内で酸素を含有できるもので、前記カテコール系有機化合物の酸化反応が進められるように酸素を供給できる物質を意味する。
使用可能な酸素包接構造体は、本発明で特に限定しないが、酸素包接量が高くて、酸素を容易に硬化膜の内部に供給できるものが好ましい。
酸素包接構造体の酸素包接量は、１〜９９％であり、好ましくは、３〜９０％である。また、前記酸素は、空気中に含んでいる酸素だけでなく、高純度または高圧縮された酸素が使われてもよい。
酸素包接構造体は、カテコール有機化合物の酸化反応が円滑に行われるようにするために、酸素を容易に供給できるように、構造体内で気孔が存在する多孔性特性を有することが好ましい。この時、構造体の形状によって変わるが、１０〜９９％、好ましくは、１５〜９６％の気孔度を有することが有利である。
同時に、本発明の酸素包接構造体は、硬化性組成物の塗布後に形成される硬化膜の物性を低下しないことが好ましく、これの物性を向上させることがもっと好ましい。前記酸素包接構造体は、硬化膜内で均一に塗布され、内部硬化が同時に速い速度で行われるようにすることが好ましい。粒子が大き過ぎたり、重い場合、一側（下部）のみで硬化が発生し、他側（上部、側面部）では界面のみで発生するおそれがある。
【００１１】
好ましい酸素包接構造体は、酸素供給が可能な性状であればいずれも可能であり、本発明で特に限定しない。代表的に、エアロゲル、ウェブ、シート、フォーム、スフィア、チューブ、多孔性構造体または格子構造体が挙げられ、好ましくは、ゲル、ウェブ、マイクロスフィアの形態である。
前記用語「エアロゲル」は、固体状態の物質であって、ゲルで液体の代わりに気体で満たされているものを意味する。前記エアロゲルは、９０〜９９．９％が空気で構成され、密度は３〜１５０ｍｇ／ｃｍ３であり、網状で０．１〜１００ｎｍ水準の気孔を有する多孔性構造を形成し、それ自体で親水性を有する。前記エアロゲルは、多様な物質で製造可能であり、これらはシリカ、アルミニウム、クロム、スズ、炭素、ナトリウム、カルシウムなどで製造されたエアロゲル及びこれらの２以上の物質で製造されたエアロゲルを挙げることができる。
前記用語「ウェブ（ｗｅｂ）」は、繊維集合体またはフィルムを物理的、化学的手段によって機械的または適当な水分や熱で相互結合させたものを意味する。このようなウェブは、ガラス、金属、高分子、またはこれらのハイブリッド材質の各種繊維を相互の特性によって絡まるようにしてシート状のウェブを形成した後、機械的または物理的方法で結合して作った平面構造の成形製品を意味する。前記ウェブの平均気孔は、１ｎｍ〜１００μｍで、１〜７０％の気孔度を有し、１ｎｍ〜１０００μｍの厚さを有する。
前記用語「シート」は、湿式コーティング、押出工程、シート成形またはカレンダ成形を通して製造された多孔性シートを意味する。前記シートは、金属、金属酸化物、高分子またはこれらのハイブリッド材質が可能であり、平均気孔は、１ｎｍ〜１００μｍで、１〜７０％の気孔度を有し、１ｎｍ〜１０００μｍの厚さを有する。
前記用語「フォーム」は、スポンジとも言い、容積の９０％以上が気孔、すなわち完全な気孔（open cell）を形成するものであって、立体網目構造を成して各個の気孔が完全に連続化した構造を有する。前記スポンジは、発泡加工を通して製造されたもので、その材質としては、発泡加工ができる金属または高分子であればいずれも可能であり、一例としてＴｉスポンジ、ポリエチレンスポンジ、ポリウレタンスポンジ、ゴムスポンジ、ポリビニルアルコールスポンジなどが挙げられる。材質によって優れた親水性を有する。スポンジの密度は、１〜３００ｍｇ／ｃｍ３であり、気孔はナノ水準からマイクロン水準まで、様々な大きさの気孔を有する。
前記用語「スフィア（microsphere）」は、球体形態の粒子を意味し、その大きさによって直径がナノサイズのナノスフィア、ミクロメーター水準のマイクロスフィアであり、その形態によって、内部が空いている中空形態のホロウスフィア、内部まで気孔が形成された多孔質スフィアであってもよい。一例として、内部が空いていて、ナノ水準の直径の大きさを有するホロウナノスフィアが挙げられる。前記スフィアの直径は、気孔は１ｎｍ〜１００μｍで、１０〜９９％の気孔度を有し、１ｎｍ〜１０００μｍの厚さを有する。
前記用語「チューブ」は、円柱、円筒状または螺旋円筒状の構造を有し、チューブ内部及びチューブ間の空間に酸素が包接されてもよいものを意味する。好ましくは、前記チューブは、金属ナノチューブ、金属酸化物ナノチューブ及び炭素ナノチューブが挙げられ、直径が１〜５０００ｎｍであることが可能であり、１ｎｍ〜１０００μｍの長さを有する。
前記用語「多孔性構造体」は、体積の１５〜９５％程度が気孔からなる材料で、既存の緻密な材料が有することのできない新しい特性を有するか又は与えることができる構造を指す。
前記用語「格子構造体（lattice structure）」は、格子形態で互いに繋がって配列された気孔が積層された構造を有する構造体を意味する。気孔は互いに繋がって開放された気孔を形成してもよく、平均気孔は１ｎｍ〜１００μｍで、１０〜９９％の気孔度を有し、１ｎｍ〜１０００μｍの厚さを有する。前記格子構造体は、ワイヤを積層する方式、３次元的に組み立てる方式または気孔を形成するための構造体を製造した後、除去する方式などの公知の方法が用いられてもよい。
【００１２】
酸素包接構造体の材質は特に限定されず、金属、金属酸化物、ガラス、炭素材料及び高分子からなる群から選択された１種以上又は２種以上が複合化された形態が挙げられる。
金属材質としては、硬化性組成物の溶媒で水が用いられ、酸素を包接しなければならないので、前記水及び酸素に対する腐食性がない材質が好ましいが、特に限定されない。一例としてＷ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｂｅ、Ｚｒ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｒｈ、Ｐａ、Ｌａ、Ｉｒ、Ｋｒ、Ｎｄ、Ｎｂ、Ｓｅ、Ｓｃ、Ｒｕ、Ｉｎ、Ｙ、Ｚ及びステンレス鋼からなる群から選択された１種以上、またはこれらからなる２種以上の混合物のいずれかが挙げられ、好ましくは、Ｔｉである。
金属酸化物としては、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、及びＢａＣａ（ＣＯ３）２からなる群から選択された１種以上の化合物が挙げられ、好ましくは、ＳｉＯ２である。
ガラスは、ソーダ石灰ガラス、カルシウム石灰ガラス、鉛ガラス、バリウムガラス、ケイ酸ガラスなど公知のガラスが挙げられ、本発明では特に限定されない。
炭素材料は、炭素繊維、カーボンブラック、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、黒鉛、グラフェン、活性炭素等が挙げられ、本発明では特に限定されない。
高分子材質としては、天然高分子及び合成高分子いずれも可能であり、前記合成高分子としては、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂いずれも使用可能である。一例として、熱可塑性樹脂では、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアクリレート、ナイロン、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリアミド、ポリイミド、ポリアセタール、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリケトンなどがあり、熱硬化性樹脂では、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などが可能である。その他にも、公知の多様な高分子材質が使用されてもよく、本発明では特に限定されない。
【００１３】
好ましくは、本発明で示す酸素包接構造体は、材質及び性状の全てを考慮した時、活性炭、活性炭素繊維、ＴｉＯ２ホロウスフィア、ガラスウェブ、シリカエアロゲル、ヒュームシリカナノ粒子、ＳｉＯ２中空粒子、ＴｉＯ２中空粒子、シリカナノチューブ及びカーボンナノチューブなどが可能である。
このような酸素包接構造体は、酸素包接率によって変わるが、固形分含量を基準として硬化性組成物内で１〜９９重量％、好ましくは、２〜９９重量％で使用する。もし、その含量が前記範囲未満であれば硬化膜内部が硬化しないことがあり、前記範囲を超える場合、硬化膜の物性が低下するおそれがあるため、前記範囲内で適切に使用することが好ましい。
酸素包接構造体の形状がウェブ、シート、フォームの場合は、固形分含量を基準として硬化性組成物内で１０〜９９重量％が好ましく、１５〜９９重量％がより好ましい。すなわち、ウェブ、シート、フォームの場合、高分子自体がこれらにコーティングされるため、酸素包接構造体の固形分基準含量が相対的に高い。
酸素包接構造体の形状がエアロゲル、スフィア、チューブ、格子構造体、高分子繊維の場合は、固形分含量を基準として硬化性組成物内で１〜５０重量％が好ましく、１〜２０重量％がより好ましい。
【００１４】
本発明による硬化性組成物は、上述したように、キノン硬化のためにカテコール系有機化合物及びアミン系高分子化合物を含む。
カテコール系有機化合物は、ベンゼン環に二つのヒドロキシ基が連結された構造を有する化合物を意味し、酸素との反応を通してキノン状態で酸化される特徴を有する化合物であればこれに該当し、ヒドロキシ基が連結されていない炭素に多様な作用基を有することができる。前記カテコール系有機化合物としては、下記化学式で、Ｌ−ドパ（Ｌ−Ｄｏｐａ）、ピロガロール（Ｐｙｒｏｇａｌｌｏｌ）、ドパミン（Ｄｏｐａｍｉｎｅ）、ピロカテコール（Ｐｙｒｏｃａｔｅｃｈｏｌ）、ノルエピネフリン（ｎｏｒｅｐｉｎｅｐｈｒｉｎｅ）及び３，４−ジヒドロキシケイ皮酸（３，４−ｄｉｈｙｄｒｏｘｙｃｉｎｎａｍｉｃ  ａｃｉｄ、ＤＨＣＡ）からなる群から選択された１種以上が挙げられ、好ましくは、酸素による酸化特性が速いピロガロールである。
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【００１５】
前記カテコール含有化合物は、前記単一化合物であってもよいが、これらが分子構造内で存在するものであれば、いかなる形態の化合物でも可能である。一例として、高分子の主鎖または側鎖にカテコール系有機化合物が官能基で付着した形態を有しているものが挙げられる。
前記カテコール系有機化合物の含量は、最終的に得られる硬化膜の物性及び用途によって変わることがあるが、固形分含量を基準として硬化性組成物内で３〜９０重量％が挙げられ、好ましくは、５〜５０重量％である。その含量が前記範囲未満であれば、キノン硬化が充分に起こらず、硬化膜の物性（強度及び接着力など）が低下する。一方、前記範囲を超える場合、相対的に他の組成の含量が減少し、また硬化膜の物性が低下するおそれがあるため、前記範囲内で適切に使用する。
アミン系高分子化合物は、分子構造内でアミン基を含む物質であって、前記アミン基が反応式１で表されたように、酸化されたカテコール系有機化合物のキノンと化学結合を通して硬化する。
硬化膜を形成するために、好ましくは、主鎖、側鎖または末端にアミン基を有するアミン系高分子が使われる。代表的なアミン系高分子は、本発明では限定されず、公知の全ての高分子が使用可能である。好ましくは、前記アミン系高分子としては、ポリエチレンイミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｉｍｉｎｅ）、ポリアミン（ｐｏｌｙａｍｉｎｅｓ）、ポリアミドアミン（ｐｏｌｙａｍｉｄｅａｍｉｎｅ）、ポリビニルアミン（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｍｉｎｅ）、ポリアミドイミン（ｐｏｌｙａｍｉｄｏｉｍｉｎｅ）、ポリアリルアミン（ｐｏｌｙａｌｌｙｌａｍｉｎｅ）、ポリリシン（ｐｏｌｙ−Ｌ−ｌｙｓｉｎｅ）、キトサン（ｃｈｉｔｏｓａｎ）単独、これらの共重合体、これらのブレンドから選択された１種が挙げられ、より好ましくは、ポリイミン系高分子であるポリエチレンイミン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｉｍｉｎｅ）、ポリアミン系高分子であるポリエチレンアミン、ポリエチレンジアミン、ポリジアミンプロパン、ポリヘキサメチレンジアミンなどであり、さらに好ましくは、ポリエチレンイミンである。
前記アミン系高分子化合物の含量は、最終的に得られる硬化膜の物性及び用途によって変わることがあるが、固形分含量を基準として硬化性組成物内で３〜９０重量％が挙げられ、好ましくは、６０〜９０重量％である。その含量が前記範囲未満であれば、硬化膜形成が難しくなり、一方、前記範囲を超える場合、相対的に他の組成の含量が減少し、また硬化膜の物性が低下するおそれがあるため、前記範囲内で適切に使用する。
前述した酸素包接構造体、カテコール系有機化合物及びアミン系高分子化合物を含む硬化性組成物は、その用途によって異なるが、多様な分野で公知された添加剤をさらに含んでもよい。
【００１６】
使用可能な添加剤としては、可塑剤、着色剤、防腐剤、熱分散剤、生体適合剤、防腐剤、安定化剤などが挙げられ、特にこれらに限定されない。添加剤の含量は、硬化に影響を及ぼさない範囲内で添加され、好ましくは、全体組成物内で１０重量％以下である。
前述した硬化性組成物は、カテコール誘導体の酸化によってキノンに転換され、これらがアミン系高分子化合物と硬化反応を起こして硬化膜が製造される。
前記硬化膜は、表面だけでなく内部で硬化が起きて、接着力、凝集力、強度、耐久性に優れ、硬化時間も大幅に短縮される利点がある。硬化膜を形成できる分野であれば、いかなる分野でも利用可能であり、本発明では特に限定されない。
一例として、各種接着のための接着剤、コーティング剤、気体及び液体を選択的に透過させることができる分離膜に適用可能であり、バイオ医療分野でタンパク質及び細胞を内包する生触媒、出血を止めたり出血を予防するための止血剤、水分を遮断するバリアー（Ｂａｒｒｉｅｒ）、組職を構築するためのスキャフォールド（ｓｃａｆｆｏｌｄ）などに適用可能である。また、産業的用途として、紙、金属、繊維、木材、プラスチック、ガラス、セラミックスなど広範囲被着剤の接着が可能であり、汎用的用途とともに航空機、自動車、船舶、ロケット、熱器具、機械部品、電子機器、電子部品、光ファイバ、レンズなど機能性接着剤としても使用可能である。
【００１７】
一例として、本発明による硬化性組成物は、接着剤で使用可能である。
接着剤とは、物体と物体を接合する特殊な性質を持つもので、接着剤としての役目をするためには、第一に、接着しようとする物体によく密着しなければならず、第二に、接着後に接着剤自体が適当な強度でなければならないなどの性質が必要である。本発明による硬化性組成物は、カテコールのキノン化及びこれとアミンとの反応によって瞬間的に反応が起きて接着が進められ、高い接着強度で被着物間の接着力を高める。
前記被着物は、本発明ではその材質は限定されず、一例として、金属、紙、繊維、シリコン基板、ガラスなど様々な所に適用可能であり、本発明による硬化性組成物の塗布後に形成された硬化膜は、高い水準のせん断強度を有して接着力に優れることが分かる（実験例２〜４参照）。
本発明による硬化性組成物は、接着剤の中でも医療用接着剤として好ましく使用することができる。
医療用接着剤は、肌及び組職に直接接触しなければならないため、厳しい条件下で毒性となる危害性があってはならず、より厳密な生体適合性と生分解性とが必要である。現在実用化されている医療用接着剤は、シアノアクリレート瞬間接着剤、フィブリン糊、ゼラチン糊及びポリウレタン系接着剤などがあるが、前記条件を充分に満すことができない。近年、ポリエチレンイミン系（ＰＥＩ）接着剤が示されているが、この材質の接着剤は医療用で使うには毒性があるという問題がある。
【００１８】
本発明の硬化性組成物は、アミン系高分子化合物とカテコール系有機化合物の使用によって、従来の医療用接着剤の代替材質として好ましく使用することができる。
特に、医療用接着剤の中でも組職再接合に使用可能である。損傷された組職の再接合は、縫合糸、ステープラー、ワイヤなど機械的接合材を利用して行ったが、本発明による硬化性組成物を使用する場合、傷部位に容易に適用することができる。その結果、縫合糸及びステープラーと比べて二次的傷が少なく、痛症が少なく、縫合糸などの除去が必要ない上、止血効果、空気流出防止効果などの優れた利点がある。
医療用接着剤として使用するためには、治療用薬物をさらに含んでもよい。前記治療用薬物としては、難溶性薬物、治療用ペプチド、タンパク質または抗体を含む薬物として、人間成長ホルモン、エリトロポイエチン、インターフェロン、インスリン、インターロイキン、カルシトニン、成長因子（Ｇ−ＣＳＦ）、アンジオプロテイン、ＶＥＧＦ−Ｔｒａｐ、単一クローン抗体、抗体断片を含んでもよく、血止めタンパク質、抗生剤、鎮痛剤が硬化性組成物にさらに含まれてもよく、舌の下に応急投与が必要な狭心症治療剤、喘息及びアレルギー鼻炎、舌下免疫治療で使われるアレルゲン抽出物、抗ヒスタミン、ハングアレルギー剤などが挙げられ、特に限定されない。
以下、本発明の好ましい実施例及び比較例を説明する。しかし、下記実施例は本発明の好ましい一実施例に過ぎず、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
【００１９】
実験例１：酸素包接構造体による溶存酸素変化分析
酸素包接構造体による溶存酸素量の変化を確認するために、エアロゲル（主材シリカ、気孔度９０％以上、親水性、Guangdong Alison High-tech社製）を１５ｍＬ 水に１０、２０、３０ｍｇ／ｍＬの濃度で分散して溶存酸素量を分析した。
図１は、温度２５．６±０．２℃の水に溶けている溶存酸素量を測定した結果である。
図１を参照すれば、酸素包接構造体を使わない水には６．６ｐｐｍの酸素が溶けているが、酸素包接構造体をそれぞれ１０、２０、３０ｍｇ／ｍＬの濃度で含んでいる場合、６．９、７．１、７．２ｐｐｍの溶存酸素量を示した。
図１で示すように、酸素包接体を含み、この濃度が高くなるほど水の溶存酸素量が増加し、これを通して酸素包接構造体にとって酸素を提供できることを確認することができた。
【００２０】
実験例２：酸素包接構造体の使用可否によるカテコール化合物の酸化促進可否
酸素包接構造体の使用可否によるカテコール化合物の酸化促進可否を確認するために、４つのチューブを用意して、チューブごとに酸素包接構造体の含量を変化させて溶液の酸化程度（色の変化）を比べた。キノン有機化合物の場合、濃い茶色を帯び、カテコール有機化合物の色が茶色に変わるほど、酸化が進められたことを示す。
酸素包接構造体の中では、エアロゲル（主材シリカ、気孔度９０％以上、親水性、Guangdong Alison High-tech社製）を選択し、水１Ｌにピロガロール２５．２ｇを入れてピロガロール溶液（０．２Ｍ）を製作した。各チューブに酸素包接構造体を各０（製造例１）、１０、２０、３０ｍｇ（製造例２、３、４）ずつ入れた。各チューブに０．２Ｍのピロガロール溶液１ｍＬを入れてピロガロール／エアロゲル混合溶液を製造し、均一に混合するために３０秒間撹拌した。その直後と、２４時間以後との色の変化を確認した。カテコール化合物の酸化程度を比べた写真を図２に示す。
図２の（ａ）は、エアロゲルを交ぜた後、３０秒撹拌直後の写真であり、（ｂ）は２４時間以後の写真である。Ｏｎｌｙ  ＰＧは、製造例１のピロガロール溶液、１０ｍｇ／ｍＬ、２０ｍｇ／ｍＬ、及び３０ｍｇ／ｍＬそれぞれは、ピロガロール／エアロゲル混合溶液である。
図２の（ａ）では、比較例１の「Ｏｎｌy ＰＧ」はカテコール化合物の酸化がゆっくり行われるため、交ぜた直後には透明な色を維持した。これと比べて、エアロゲルを含んだピロガロール／エアロゲル混合溶液は、エアロゲルの気孔を通して溶液の内部で酸素を供給することにより、カテコール誘導体が速く酸化されることを確認した。
図２の（ｂ）は、２４時間以後の酸化を示す写真である。ピロガロール溶液は薄い黄色に変わったことを確認することができ、エアロゲルを含んだピロガロール／エアロゲル混合溶液は、空気／液体界面だけでなく、沈んだエアロゲル上部でも特異的に酸化がさらに進められたことを示す。
図２の（ａ）及び（ｂ）の結果を通して、本発明によって酸素包接構造体を使用する場合、空気／液体の界面だけでなく、酸素包接構造体の周辺でも酸素を供給され、カテコール誘導体の酸化が促進されることを確認することができた。
【００２１】
実験例３：酸素包接構造体の種類による金属試片の接着力分析
（１）硬化性組成物
水を溶媒で利用してＰＥＩ（ポリエチレンイミン、Ｍｗ：７５０ｋＤａ）２０ｗt／ｖｏｌ％溶液を製造した。水を溶媒で利用してピロガロール０．２Ｍ溶液を製造した。多様な酸素包接構造体を表１のように、ピロガロール溶液とＰＥＩ溶液と混合して硬化性組成物を製造した。
酸素包接構造体は、エアロゲル（主材シリカ、親水性、気孔度９０％以上、Guangdong Alison High-tech社製）、ヒュームシリカナノ粒子（主材シリカ、親水性、エボニック社、ＡＥＲＯＳＩＬ  ２００）、シリカ中空粒子（主材シリカ、親水性、直径８０ｎｍ、ＲＳ、高麗イノテック社）、シリカナノチューブ（主材シリカ、親水性、直径１００ｎｍ、ＳＮＴ、高麗イノテック社）及びガラスウェブ（主材シリカ、親水性、１０３５ＭＳ、Ａｓａｈｉｋａｓｅｉ社）を採用して評価した。
（２）接着力測定
接着性を確認するために、二つのＣｕプレート（厚さ１．２ｍｍ）を３０×１５ｍｍ２の大きさで準備した。一つの試片に１０×１５ｍｍ２広さで用意した溶液を２０ｕＬずつ薄く塗って、二つの試片を接着して５０℃で５時間放置し、キノン硬化を誘導した。
ガラスウェブを酸素包接構造体とともに用いた例（実施例５）の場合、ガラスウェブを接着試片面積の大きさである１０×１５ｍｍ２で切って使った。
万能試験機（Universal Testing Machine、INSTRON5583）を利用して前記実施例及び比較例で製造された基板に５ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張力を加え、せん断強度を測定した。結果は５つのサンプルを測定して平均値を示し、その値が高いほど接着力に優れることを意味する。
（３）結果
表１で硬化性組成物の組成及びこれによるせん断強度に対する結果を示す。比較例１は、酸素包接構造体を使わず、比較例２は市販の接着剤（シアノアクリレート）を使用したことを意味する。
【表１】
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表１を参照すれば、本発明によって酸素包接構造体を使った実施例１〜５で製造された硬化膜の場合、せん断強度に優れることが分かる。
【００２２】
図３の（ａ）は、エアロゲルを含まない比較例１の接着断面を示す写真であり、角の部分は酸素によって硬化されたが、内部は空気が遮断されて硬化しなかったことを意味する。
図３の（ｂ）は、エアロゲルを含む実施例１の接着断面を示すイメージであり、（ａ）と比べた場合、色が均一に変わって内側まで硬化されたことを意味する。
図３の（ｃ）は、比較例１に対する断面走査顕微鏡イメージであり、（ｄ）は実施例１の断面走査顕微鏡イメージである。（ｃ）と（ｄ）を比べることで、滑らかな表面を示す（ｃ）に比べて、（ｄ）は粒子を含んでいる表面を示すことで、エアロゲルの存在を確認することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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