(57)【要約】ゲル、およびヒドロゲルをはじめとするゲル様材料が開示される。ゲルは、室温で、場合によっては触媒を使わずに、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）とポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）などのポリグリコールを調合することによって形成することができる。調合材料を用いて、軟質または硬質の、材料、フィルム、および粒子を形成することができる。調合材料をビニル単量体と組み合わせ、重合させることにより、ヒドロゲルを形成することができる。ヒドロゲルは、高い機械強度および高い吸水度を有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料；
ポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含む第二の重合体材料；および
ビニル官能基を有する１種以上の化学種
を含む、ヒドロゲル。
【請求項２】
第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項３】
第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項４】
第一の重合体材料は、第二の重合体材料と水素結合している、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項５】
ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項６】
ビニル官能基を有する前記１種以上の化学種のうち少なくとも１種は、アクリルアミドである、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項７】
ビニル官能基を有する前記１種以上の化学種のうち少なくとも１種は、アクリル酸、メチルアクリル酸、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ビニル、ビニル安息香酸、ビニルベンジルアルコール、ビニルボロン酸ジブチルエステル、ビニルホルムアミド、メタクリル酸ビニル、ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、ビニルスルホン酸、およびビニルトリメトキシシランから選択される、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項８】
ビニル官能基を有する前記１種以上の化学種のうち少なくとも１種は、実質的に重合体である、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項９】
さらに架橋剤を含む、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項１０】
架橋剤は、ジ（エチレングリコール）ジビニルエーテル、ジアクリル酸ジ（エチルグリコール）、およびΝ，Ν’−メチレンビス（アクリルアミド）からなる群より選択される、請求項９に記載のヒドロゲル。
【請求項１１】
ビニル官能基を有する前記１種以上の化学種のうち少なくとも１種は、第一の重合体材料と共有結合している、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項１２】
１回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項１３】
２回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項１４】
５０回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項１５】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍の保水力を有する、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項１６】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約５０倍の保水力を有する、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項１７】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％の保水力を有する、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項１８】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約２０％の保水力を有する、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項１９】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１００％の保水力を有する、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項２０】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０００％の保水力を有する、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項２１】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３である、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項２２】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：６である、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項２３】
ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項２４】
セルロース、ゼラチン、および粘土のうち１種以上をさらに含む、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項２５】
セルロースはカルボキシメチルセルロースを含む、請求項２４に記載のヒドロゲル。
【請求項２６】
約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を示す、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項２７】
約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を示す、請求項２６に記載のヒドロゲル。
【請求項２８】
約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２の衝撃強度を示す、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項２９】
約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の衝撃強度を示す、請求項２８に記載のヒドロゲル。
【請求項３０】
肥料をさらに含む、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項３１】
シリカをさらに含む、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項３２】
ポリエチレンをさらに含む、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項３３】
ポリスチレンをさらに含む、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項３４】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００である、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項３５】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約４００，０００〜６００，０００である、請求項３４に記載のヒドロゲル。
【請求項３６】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約６５０〜約２，０００である、請求項１に記載のヒドロゲル。
【請求項３７】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約５００〜１０００である、請求項３６に記載のヒドロゲル。
【請求項３８】
反応容器に、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、ポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含む第二の重合体材料、およびビニル官能基を有する１種以上の化学種を投入して、第一の重合体材料、第二の重合体材料、およびビニル官能基を有する１種以上の化学種の混合物とすること；および
混合物を撹拌すること
を含む、ヒドロゲルの形成法。
【請求項３９】
第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
第一の重合体材料および第二の重合体材料は、約１：３の重量比でそれぞれ投入される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４２】
第一の重合体材料および第二の重合体材料は、約１：６の重量比でそれぞれ投入される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
前記混合物を加熱することをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
第一の重合体材料、第二の重合体材料、およびビニル官能基を有する化学種の少なくとも１種は、約１５℃〜３０℃の温度で混合される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４５】
ビニル官能基を有する前記１種以上の化学種のうち少なくとも１種は、アクリルアミド、アクリル酸、メチルアクリル酸、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ビニル、ビニル安息香酸、ビニルベンジルアルコール、ビニルボロン酸ジブチルエステル、ビニルホルムアミド、メタクリル酸ビニル、ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、ビニルスルホン酸、およびビニルトリメトキシシランからなる群より選択される、請求項３８に記載の方法。
【請求項４６】
ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４７】
ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料；および
ポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含む第二の重合体材料
を含むゲルであって、
第一の重合体材料は第二の重合体材料と水素結合している、ゲル。
【請求項４８】
ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである、請求項４７に記載のゲル。
【請求項４９】
第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項４７に記載のゲル。
【請求項５０】
第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項４７に記載のゲル。
【請求項５１】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３である、請求項４７に記載のゲル。
【請求項５２】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：６である、請求項４７に記載のゲル。
【請求項５３】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００である、請求項４７に記載のゲル。
【請求項５４】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約４００，０００〜６００，０００である、請求項５３に記載のゲル。
【請求項５５】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約６５０〜約２，０００である、請求項４７に記載のゲル。
【請求項５６】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約５００〜１０００である、請求項５５に記載のゲル。
【請求項５７】
請求項４７に記載のゲルを含むヒドロゲル。
【請求項５８】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍の保水力を有する、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項５９】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約５０倍の保水力を有する、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６０】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％の保水力を有する、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６１】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約２０％の保水力を有する、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６２】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１００％の保水力を有する、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６３】
ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０００％の保水力を有する、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６４】
１回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６５】
２回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６６】
５０回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６７】
肥料をさらに含む、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６８】
シリカをさらに含む、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項６９】
ポリエチレンをさらに含む、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項７０】
ポリスチレンをさらに含む、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項７１】
セルロース、ゼラチン、および粘土のうち１種以上をさらに含む、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項７２】
セルロースはカルボキシメチルセルロースを含む、請求項７１に記載のヒドロゲル。
【請求項７３】
ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項７４】
約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を示す、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項７５】
約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を示す、請求項７４に記載のヒドロゲル。
【請求項７６】
約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２の衝撃強度を示す、請求項５７に記載のヒドロゲル。
【請求項７７】
約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の衝撃強度を示す、請求項７６に記載のヒドロゲル。
【請求項７８】
土壌にヒドロゲルを施すこと
を含む農耕法であって、
前記ヒドロゲルは、第一の重合体材料およびこれと水素結合した第二の重合体材料を含み、
前記第一の重合体材料はポリアクリル酸を含み、前記第二の重合体材料はポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含む、農耕法。
【請求項７９】
第二の重合体材料は、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項７８に記載の方法。
【請求項８１】
第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項７８に記載の方法。
【請求項８２】
ヒドロゲルは、１回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項７８に記載の方法。
【請求項８３】
ヒドロゲルは、２回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項７８に記載の方法。
【請求項８４】
ヒドロゲルは、５０回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項７８に記載の方法。
【請求項８５】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍の保水力を有する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８６】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約５０倍の保水力を有する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８７】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％の保水力を有する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８８】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約２０％の保水力を有する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８９】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１００％の保水力を有する、請求項７８に記載の方法。
【請求項９０】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０００％の保水力を有する、請求項７８に記載の方法。
【請求項９１】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３である、請求項７８に記載の方法。
【請求項９２】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：６である、請求項７８に記載の方法。
【請求項９３】
ヒドロゲルは、架橋剤をさらに含む、請求項７８に記載の方法。
【請求項９４】
ヒドロゲルは、触媒を用いずに形成される、請求項７８に記載の方法。
【請求項９５】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００である、請求項７８に記載の方法。
【請求項９６】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約４００，０００〜６００，０００である、請求項９５に記載の方法。
【請求項９７】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約５００〜約２，０００である、請求項７８に記載の方法。
【請求項９８】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約６５０〜１０００である、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる、請求項７８に記載の方法。
【請求項１００】
乾燥環境下で種子を栽培するように構成されたシステムであって：
ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料および該第一の重合体材料と水素結合したポリグリコールを含む第二の重合体材料で形成された種子容器；および
種子容器に入れられた種子
を含む、システム。
【請求項１０１】
ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０２】
第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０３】
第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０４】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３である、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０５】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：６である、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０６】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００である、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０７】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約４００，０００〜６００，０００である、請求項１０６に記載のシステム。
【請求項１０８】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約５００〜約２，０００である、請求項１００に記載のシステム。
【請求項１０９】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約６５０〜１０００である、請求項１０８に記載のシステム。
【請求項１１０】
土壌に、請求項１００に記載のシステムを施すことを含む、植物の栽培法。
【請求項１１１】
システムは、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、葉の質量が少なくとも２倍ある植物をもたらす、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１２】
システムは、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、葉の質量が少なくとも３倍ある植物をもたらす、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１３】
システムは、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、葉の質量が少なくとも５倍ある植物をもたらす、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１４】
システムは、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、葉の質量が少なくとも１０倍ある植物をもたらす、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１５】
システムは、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、根の質量が少なくとも２倍ある植物をもたらす、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１６】
システムは、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、根の質量が少なくとも３倍ある植物をもたらす、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１７】
システムは、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、根の質量が少なくとも５倍ある植物をもたらす、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１８】
システムは、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、根の質量が少なくとも１０倍ある植物をもたらす、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１９】
土；および
土に含まれるヒドロゲル
を含む土壌であって、
前記ヒドロゲルは、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料および該第一の重合体材料と水素結合したポリグリコールを含む第二の重合体材料を含む、土壌。
【請求項１２０】
ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１２１】
第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１２２】
第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１２３】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３である、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１２４】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：６である、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１２５】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００である、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１２６】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約４００，０００〜６００，０００である、請求項１２５に記載の土壌。
【請求項１２７】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約５００〜約２，０００である、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１２８】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約６５０〜１０００である、請求項１２７に記載の土壌。
【請求項１２９】
ヒドロゲルは、１回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３０】
ヒドロゲルは、２回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３１】
ヒドロゲルは、５０回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しない、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３２】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍の保水力を有する、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３３】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約５０倍の保水力を有する、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３４】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％の保水力を有する、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３５】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約２０％の保水力を有する、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３６】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１００％の保水力を有する、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３７】
ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０００％の保水力を有する、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３８】
ヒドロゲルは、ビニル官能基を有する化学種をさらに含む、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１３９】
ビニル官能基を有する前記化学種は、アクリルアミド、アクリル酸、メチルアクリル酸、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ビニル、ビニル安息香酸、ビニルベンジルアルコール、ビニルボロン酸ジブチルエステル、ビニルホルムアミド、メタクリル酸ビニル、ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、ビニルスルホン酸、およびビニルトリメトキシシランからなる群より選択される、請求項１３８に記載の土壌。
【請求項１４０】
ビニル官能基を有する前記化学種は、重合体である、請求項１３８に記載の土壌。
【請求項１４１】
ビニル官能基を有する前記化学種は、第一の重合体材料と共有結合している、請求項１３８に記載の土壌。
【請求項１４２】
ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる、請求項１１９に記載の土壌。
【請求項１４３】
ポリアクリル酸、およびポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含むゲルであって、前記ポリアクリル酸はポリグリコールと水素結合している、ゲル。
【請求項１４４】
ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである、請求項１４３に記載のゲル。
【請求項１４５】
第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項１４３に記載のゲル。
【請求項１４６】
第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である、請求項１４３に記載のゲル。
【請求項１４７】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３である、請求項１４３に記載のゲル。
【請求項１４８】
第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：６である、請求項１４３に記載のゲル。
【請求項１４９】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００である、請求項１４３に記載のゲル。
【請求項１５０】
第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約４００，０００〜６００，０００である、請求項１４９に記載のゲル。
【請求項１５１】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約６５０〜約２，０００である、請求項１４３に記載のゲル。
【請求項１５２】
第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約５００〜１０００である、請求項１５１に記載のゲル。
【請求項１５３】
請求項１４３に記載のゲルを含む、ヒドロゲル。
【請求項１５４】
環境に配慮したヒドロゲルであって：
ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料；
前記第一の重合体材料と水素結合して相互作用する、ポリグリコールを含む第二の重合体材料；および
１種以上の環境に配慮した重合体、
を含む、環境に配慮したヒドロゲル。
【請求項１５５】
環境に配慮したヒドロゲルの形成法であって：
反応容器に、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、ポリグリコールを含む第二の重合体材料、および１種以上の環境に配慮した重合体を投入して混合物とすること；および
混合物を混合すること
を含む、形成法。
【請求項１５６】
ポリアクリル酸ホモ重合体、および該ホモ重合体と水素結合した、環境に配慮したポリグリコールを含む追加のホモ重合体を含む、環境に配慮したヒドロゲル。
【請求項１５７】
環境に配慮したヒドロゲルの形成法であって：
ポリアクリル酸ホモ重合体を、環境に配慮したポリグリコールを含む追加のホモ重合体と混合することを含み、
前記ポリアクリル酸ホモ重合体は、追加のホモ重合体と水素結合を形成して相互作用する、方法。
【請求項１５８】
ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、および該第一の重合体材料と水素結合した、環境に配慮したポリグリコールを含む第二の重合体材料を含む、環境に配慮したヒドロゲル。
【請求項１５９】
環境に配慮したヒドロゲルの形成法であって：
ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料を、環境に配慮したポリグリコールを含む第二の重合体材料と混合して混合物とすることを含み、
前記混合の際、ポリアクリル酸は前記環境に配慮したポリグリコールと水素結合を形成して相互作用する、形成法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
相互参照
本出願は、米国仮出願第６１／４１１，４６２号（２０１０年１１月８日出願）および米国仮出願第６１／４１２，７８０号（２０１０年１１月１１日出願）の優先権を主張する。これらはどちらも参照としてその全体が援用される。
【背景技術】
【０００２】
三次元構造を有する高分子ゲルおよび親水性ヒドロゲルは、生物医学、薬学、農学、バイオテクノロジー、および工業の複合材料分野で用いられるマトリクスとして、重要性の高い多くの用途が考えられる。こうした高分子ゲルおよびヒドロゲルは、架橋による三次元（「３Ｄ」）構造を取ることができるが、架橋した物質は、有機溶媒および水に対して不溶性になることがある。
【０００３】
高分子ゲルおよびヒドロゲルは、１種以上の触媒の助けを借りて、時には高温で、架橋剤を用いて単量体または多官能性単量体を重合させることにより製造することができるが、そのせいで、原料コストおよび製造コストが高くなってしまう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様は、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、ポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含む第二の重合体材料、およびビニル官能基を有する１種以上の化学種を含むヒドロゲルである。ある実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第一の重合体材料は、第二の重合体材料と水素結合している。別の実施形態において、ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである。別の実施形態において、ビニル官能基を有する化学種のうち少なくとも１種は、アクリルアミドである。別の実施形態において、ビニル官能基を有する化学種のうち少なくとも１種は、アクリル酸、メチルアクリル酸、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ビニル、ビニル安息香酸、ビニルベンジルアルコール、ビニルボロン酸ジブチルエステル、ビニルホルムアミド、メタクリル酸ビニル、ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、ビニルスルホン酸、またはビニルトリメトキシシランが可能である。別の実施形態において、ビニル官能基を有する化学種は、実質的に重合体である。別の実施形態において、ヒドロゲルはさらに架橋剤を含む。別の実施形態において、架橋剤は、ジ（エチレングリコール）ジビニルエーテル、ジアクリル酸ジ（エチルグリコール）またはΝ，Ν’−メチレンビス（アクリルアミド）が可能である。別の実施形態において、ビニル官能基を有する化学種は、第一の重合体材料と共有結合している。別の実施形態において、ヒドロゲルは、１回、２回、または５０回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化していない。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍または少なくとも約５０倍の保水力を有する。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％、または２０％、または１００％、または１０００％の保水力を有する。別の実施形態において、第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３、または約１：６である。別の実施形態において、ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる。別の実施形態において、ヒドロゲルは、さらにセルロース、ゼラチン、および／または粘土を含む。別の実施形態において、セルロースとしてカルボキシメチルセルロースが含まれる。別の実施形態において、ヒドロゲルは、約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２、または約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を示す。別の実施形態において、ヒドロゲルは、約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２、または約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の衝撃強度を示す。別の実施形態において、ヒドロゲルは、さらに肥料、シリカ、ポリエチレン、またはポリスチレンを含む。別の実施形態において、第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００、または約４００，０００〜６００，０００である。別の実施形態において、第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約６５０〜約２，０００、または約５００〜１０００である。
【０００５】
本発明の別の態様において、ヒドロゲルの形成法が提供され、この方法は、反応容器に、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、ポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含む第二の重合体材料、およびビニル官能基を有する１種以上の化学種を投入すること、ならびに第一の重合体材料、第二の重合体材料、およびビニル官能基を有する１種以上の化学種を混合することを含む。ある実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第一の重合体材料および第二の重合体材料は、約１：３、または約１：６の重量比でそれぞれ投入される。別の実施形態において、第一の重合体材料、第二の重合体材料、およびビニル官能基を有する１種以上の化学種の混合物は加熱される。別の実施形態において、第一の重合体材料、第二の重合体材料、およびビニル官能基を有する１種以上の化学種は、約１５℃〜３０℃の温度で混合される。別の実施形態において、ビニル官能基を有する化学種のうち少なくとも１種は、アクリルアミド、アクリル酸、メチルアクリル酸、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ビニル、ビニル安息香酸、ビニルベンジルアルコール、ビニルボロン酸ジブチルエステル、ビニルホルムアミド、メタクリル酸ビニル、ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、ビニルスルホン酸、またはビニルトリメトキシシランである。別の実施形態において、ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる。
【０００６】
本発明の別の態様において、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、ポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含む第二の重合体材料を含むゲルが提供され、このゲルにおいて、第一の重合体材料は第二の重合体材料と水素結合している。別の実施形態において、ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである。別の実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３、または約１：６である。別の実施形態において、第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００、または約４００，０００〜６００，０００である。別の実施形態において、第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約６５０〜約２，０００、または約５００〜１０００である。別の実施形態において、このゲルを含むヒドロゲルが提供される。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍または約５０倍の保水力を有する。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％、または２０％、または１００％、または１０００％の保水力を有する。別の実施形態において、ヒドロゲルは、１回、２回、または５０回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化していない。別の実施形態において、ヒドロゲルは、さらに肥料、シリカ、ポリエチレン、またはポリスチレンを含む。別の実施形態において、ヒドロゲルは、さらにセルロース、ゼラチン、および／または粘土の１種以上を含む。別の実施形態において、セルロースとしてカルボキシメチルセルロースが含まれる。別の実施形態において、ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる。別の実施形態において、ヒドロゲルは、約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２、または約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を示す。別の実施形態において、ヒドロゲルは、約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２、または約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の衝撃強度を示す。
【０００７】
本発明の別の態様において、第一の重合体材料と第二の重合体材料を混合して、第一の重合体材料と第二の重合体材料の間に水素結合を形成させることを含むゲルの形成法が提供され、この方法において、第一の重合体材料はポリアクリル酸を含み、第二の重合体材料はポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含む。別の実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第一の重合体材料と第二の重合体材料は、約１５℃〜３０℃の温度で混合される。別の実施形態において、ゲルは、触媒を用いずに形成される。別の実施形態において、ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである。別の実施形態において、第一の重合体材料と第二の重合体材料は、約１：３、または約１：６の重量比で混合される。別の実施形態において、ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる。別の実施形態において、ゲルは、約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２、または約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を示す。別の実施形態において、ゲルは、約１０００ｇ／ｃｍ２〜約４０００ｇ／ｃｍ２、または約２０００ｇ／ｃｍ２〜約３０００ｇ／ｃｍ２の衝撃強度を示す。
【０００８】
本発明の別の態様において、土壌に、第一の重合体材料およびこれと水素結合した第ニの重合体材料を含むヒドロゲルを施すことを含む農耕法が提供され、この方法において、第一の重合体材料はポリアクリル酸を含み、第二の重合体材料はポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含む。ある実施形態において、第二の重合体材料は、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである。別の実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、ヒドロゲルは、１回、２回、または５０回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化していない。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍または約５０倍の保水力を有する。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％の保水力を有する。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約２０％、または１００％、または１０００％の保水力を有する。別の実施形態において、第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３、または約１：６である。別の実施形態において、ヒドロゲルは、さらに架橋剤を含む。別の実施形態において、ヒドロゲルは、触媒を用いずに形成される。別の実施形態において、第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００、または約４００，０００〜６００，０００である。別の実施形態において、第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約５００〜約２，０００、または約６５０〜１，０００である。別の実施形態において、ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる。
【０００９】
本発明の別の態様は、乾燥環境下で種子を栽培するように構成されたシステムであり、このシステムは、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、およびこれと水素結合したポリグリコールを含む第二の重合体材料で形成された種子容器、および種子容器に入れられた種子を含む。ある実施形態において、ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである。別の実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３、または約１：６である。別の実施形態において、第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００、または約４００，０００〜６００，０００である。別の実施形態において、第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約５００〜約２，０００、または約６５０〜１０００である。別の実施形態において、土壌に、乾燥環境下で栽培できるように構成された種子を施すことを含む植物の栽培法が提供され、この種子はさらに、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、およびこれと水素結合したポリグリコールを含む第二の重合体材料で形成された種子容器、および種子容器に入れられた種子を含む。別の実施形態において、この種子から生える植物は、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、葉の質量が少なくとも２倍、または３倍、または５倍、または１０倍ある。別の実施形態において、この種子から生える植物は、種子容器に入っていない種子から生える植物よりも、根の質量が少なくとも２倍、または３倍、または５倍、または１０倍ある。
【００１０】
本発明の別の態様は、土壌であり、この土壌は、土および土に含まれるヒドロゲルを含み、このヒドロゲルは、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、およびこれと水素結合したポリグリコールを含む第二の重合体材料を含む。ある実施形態において、ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである。別の実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３、または約１：６である。別の実施形態において、第一の重合体材料のＭｗは、約２５０，０００〜約１，０００，０００、または約４００，０００〜６００，０００である。別の実施形態において、第二の重合体材料のＭｗは、約５００〜約２，０００、または約６５０〜１０００である。別の実施形態において、ヒドロゲルは、１回、２回、または５０回の水和・脱水サイクル後も実質的に変化していない。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍、または５０倍の保水力を有する。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％、または約２０％、または約１００％、または約１０００％の保水力を有する。別の実施形態において、ヒドロゲルは、さらに、ビニル官能基を有する化学種を含む。別の実施形態において、ビニル官能基を有する化学種は、アクリルアミド、アクリル酸、メチルアクリル酸、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ビニル、ビニル安息香酸、ビニルベンジルアルコール、ビニルボロン酸ジブチルエステル、ビニルホルムアミド、メタクリル酸ビニル、ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、ビニルスルホン酸、またはビニルトリメトキシシランが可能である。別の実施形態において、ビニル官能基を有する化学種は、重合体である。別の実施形態において、ビニル官能基を有する化学種は、第一の重合体材料と共有結合している。別の実施形態において、ポリアクリル酸は、再生ポリアクリル酸から得られる。
【００１１】
本発明の別の態様において、ポリアクリル酸およびポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含むゲルが提供され、このゲルにおいてポリアクリル酸はポリグリコールと水素結合している。ある実施形態において、ポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコールである。別の実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。別の実施形態において、第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：３、または約１：６である。別の実施形態において、第一の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約２５０，０００〜約１，０００，０００、または約４００，０００〜６００，０００である。別の実施形態において、第二の重合体材料のＭｗ（ｇ／ｍｏｌ）は、約６５０〜約２、０００、または約５００〜１０００である。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ポリアクリル酸およびポリエチレングリコール以外のポリグリコールを含むゲルを含み、このゲルにおいてポリアクリル酸はポリグリコールと水素結合している。
【００１２】
本発明の別の態様は、ポリアクリル酸ホモ重合体、およびこれと水素結合した、環境に配慮したポリグリコールを含む追加のホモ重合体を含む、環境に配慮したヒドロゲルである。
【００１３】
本発明の別の態様は、ポリアクリル酸ホモ重合体を、環境に配慮したポリグリコールを含む追加のホモ重合体と混合することを含む、環境に配慮したヒドロゲルの形成法である。ポリアクリル酸ホモ重合体は、追加のホモ重合体と水素結合を形成して相互作用する。
【００１４】
本発明の別の態様は、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、およびこれと水素結合した、環境に配慮したポリグリコールを含む第二の重合体材料を含む、環境に配慮したヒドロゲルである。
【００１５】
本発明の別の態様は、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料を、環境に配慮したポリグリコールを含む第二の重合体材料と混合して重合体混合物を形成することを含む、環境に配慮したヒドロゲルの形成法であり、この方法において、混合の際、ポリアクリル酸は環境に配慮したポリグリコールと水素結合を形成して相互作用する。
【００１６】
本発明の別の態様において、環境に配慮したヒドロゲルが提供され、このヒドロゲルは、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、これと水素結合して相互作用する、ポリグリコールを含む第二の重合体材料、および１種以上の環境に配慮した重合体を含む。
【００１７】
本発明の別の態様において、環境に配慮したヒドロゲルの形成法が提供され、この方法は、反応容器に、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、ポリグリコールを含む第二の重合体材料、および１種以上の環境に配慮した重合体を投入すること、ならびにポリアクリル酸を含む第一の重合体材料、ポリグリコールを含む第二の重合体材料、および１種以上の環境に配慮した重合体を混合することを含む。
【００１８】
本開示のさらなる態様および利点は、以下の詳細な説明により、当業者に容易に明らかとなるだろう。以下の詳細な説明では、本開示の例示にすぎない実施形態が図示および記載される。ご承知のとおり、本開示には、他にも異なる実施形態が可能であり、細かく見れば明白な様々な点において修飾が可能であり、それらは全て本開示から逸脱しない。したがって、図面および説明は、本質的に例示と見なされるべきであって、制限するものではない。
参照としての援用
【００１９】
本明細書中に記載される公報、特許、および特許出願は全て、個々の公報、特許、または特許出願が参照として援用されることを具体的におよび個別に示されたかのように、本明細書中に参照として援用される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の新規特徴は、請求の範囲に具体的に記載される。本発明の特徴および利点は、本発明の原理を利用した例示実施形態を記載する以下の詳細な説明、および添付の図面を参照することでより深く理解されるだろう。
【図１】図１は、本発明の実施形態に従って、モデル成形した三次元（「３Ｄ」）ゲルを示す；
【図２】図２は、本発明の実施形態に従って、ゲルの単量体サブ単位間に形成される水素結合を示す（ヒドロキシル酸素（Ｏ）、水素（Ｈ）、および重合体鎖中の酸素（−Ｏ−）が表示されている）；
【図３】図３は、実施例１の方法により形成されたゲルを示す；
【図４】図４は、ポリアクリル酸試料（上段）およびＰＡＡ−ＰＴＭＥＧ三次元高分子ゲル（下段）のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトル図を示す；
【図５】図５は、ＰＴＭＥＧ試料（上段）およびＰＡＡ−ＰＴＭＥＧ三次元高分子ゲル（下段）のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトル図を示す；
【図６】図６は、ヒドロゲルの圧縮強度を示す；
【図７】図７は、ヒドロゲルに含まれている水の蒸発速度を示す；
【図８】ＰＴＭＥＧ（８ａ）およびＰＡＡ−ＰＴＭＥＧ三次元高分子ゲル（８ｂ）の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）出力を示す；
【図９】ポリエチレン重合体とＰＡＡ−ＰＴＭＥＧ三次元高分子ゲルの混合物のＤＳＣ出力を示す。ポリエチレンとＰＡＡ−ＰＴＭＥＧ三次元高分子ゲルの混合物のガラス転移温度、または融点（Ｔｍ）は、ポリエチレン自身のものと異なっている。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の好適な実施形態が図示および説明されているものの、そうした実施形態は例として提供されているにすぎないことが当業者には明らかだろう。本発明から逸脱しない修飾、変更、および置き換えが、当業者には多数思いつくだろう。本明細書に記載される本発明の実施形態に対する様々な代替物が、本発明の実施において採用され得るものとする。
【００２２】
本明細書中使用される場合、「重合体材料」という用語には、１種以上の単量体サブ単位（本明細書中「単位」とも称する）を有する材料が含まれる。ある実施形態において、重合体材料は、１種以上の繰返しサブ単位を含むことができる。別の実施形態において、重合体材料は、同種の繰返しサブ単位を含むことができる。別の実施形態において、重合体材料は、２種類以上の繰返しサブ単位を含むことができる。別の実施形態において、重合体材料は、互いに結合した単量体サブ単位を含むことができる。別の実施形態において、重合体材料は共有結合で互いに結合した単量体サブ単位を含むことができる。
【００２３】
本明細書中使用される場合、「ゲル」という用語には、互いに結合した１種以上の重合体材料を含む材料を含めることができる。ある実施形態において、ゲル（本明細書中「高分子ゲル」とも称する）は、互いに結合して三次元構造を形成している１種類以上の重合体材料を含むことができる。別の実施形態において、ゲルは、互いに結合して三次元構造（または三次元の網目構造）を形成している２種類の重合体材料を含むことができる。別の実施形態において、ゲルは、水素結合で互いに結合して三次元構造を形成している１種類以上の重合体材料を含むことができる。別の実施形態において、ゲルは、水素結合だけで互いに結合している１種類以上の重合体材料を含むことができる。別の実施形態において、１種類以上の単量体サブ単位を有する第一の重合体材料は、１種類以上の単量体サブ単位を有する第二の重合体材料と水素結合している。別の実施形態において、水素結合は、第一の重合体材料の水素原子と陰性原子（例えば、酸素、窒素、またはフッ素）との間に形成される。
【００２４】
「ヒドロゲル（「アクアゲル」とも称する）」という用語は、本明細書中使用される場合、水を保持できるように構成された任意の物質を示す。ヒドロゲルは、親水性部分、すなわち１つ以上の水分子に対して引力相互作用を働かせることができる基またはサブグループを含むことができる。本明細書中に記載の方法に従って形成されたヒドロゲルは、既存のヒドロゲルの保水力と同等以上の保水力を示し得る。
【００２５】
「ホモ重合体」という用語は、本明細書中使用される場合、同一種類の単量体で構成された任意の重合物を示す。例えば、アクリル酸のホモ重合体とは、アクリル酸のみで構成されている重合体である。「実質的にホモ重合体である」という語句は、本明細書中使用される場合、重合体材料の約８０％、または約８１％、または約８２％、または約８３％、または約８４％、または約８５％、または約８６％、または約８７％、または約８８％、または約８９％、または約９０％、または約９１％、または約９２％、または約９３％、または約９４％、または約９５％、または約９６％、または約９７％、または約９８％、または約９９％、または約９９．５％、または約９９．９％、または約９９．９５％が同一種類の単量体単位で構成されているものを示す。例えば、ポリアクリル酸を含む材料が実質的にホモ重合体である場合、その材料の少なくとも８０％は、アクリル酸単量体単位で構成されている。別の例では、ポリグリコールを含む材料が実質的にホモ重合体である場合、その材料の少なくとも８０％は、同一グリコール単量体単位で構成されている。例えば、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（「ＰＴＭＥＧ」）を含む材料が実質的にホモ重合体である場合、その材料の少なくとも８０％は、ポリテトラメチレンエーテルグリコール単量体単位で構成されている。
【００２６】
「実質的に変化しない」という語句は、本明細書中使用される場合、ゲルまたはヒドロゲルが、水和・脱水サイクル前後でほぼ同じ質量を有することを示す。
【００２７】
上記のゲルまたはヒドロゲル材料は、さらに他の材料（例えば、ポリエチレンまたはポリスチレンなど）と調合することで高い引張強度および衝撃強度を有する重合体複合体を形成することができる。
【００２８】
本明細書で提供されるのは、様々な用途（農業目的の保水システムなど）に利用できるゲルおよびヒドロゲルである。そのようなゲルおよびヒドロゲルを本明細書で提供できるのは、本明細書で提供されるとおりの特定の要素の組み合わせにより、そのような用途に適した性質（高い保水力など）を有するゲルおよびヒドロゲルの形成が予想外に実現したことに、少なくとも部分的に基づいている。例えば、ポリアクリル酸およびポリテトラメチレンエーテルグリコールを含むゲルは、環境に配慮したもので、長期使用しても環境汚染をもたらさない。状況によっては、そのようなゲルおよびヒドロゲルは、室温または室温付近の温度で熱を加えることなく、場合によっては触媒の助けも借りずに、容易に形成され、これにより、製造コスト、さらには地球温暖化を招く可能性のある二酸化炭素排出を最小限にする。
【００２９】
様々な実施形態において、触媒を必要としないゲル製造の組成および方法が開示される。いくつかの実施形態において、ゲルは室温（すなわち、約１５℃〜３０℃の温度）で製造することができ、製造コスト削減を可能にする。他の実施形態において、ゲルは、有機溶媒または水に対して感知できるほどの溶解性を持たない。
【００３０】
いくつかの実施形態において、２種の重合体材料から高分子ゲル（本明細書中「ゲル」とも称する）が形成される。このゲルは柔らかいが強靭な材料となり得る。ゲルは、ゴムまたはゴム様材料の粘度と少なくとも同程度の粘度を有し得る。場合によっては、ゲルは、約１０３Ｐａ・ｓ、または１０４Ｐａ・ｓ、または１０５Ｐａ・ｓ、または１０６Ｐａ・ｓ、または１０７Ｐａ・ｓ、または１０８Ｐａ・ｓ、または１０９Ｐａ・ｓ、または１０１０Ｐａ・ｓ、または１０ｕＰａ・ｓ、または１０１２Ｐａ・ｓよりも高い粘度を有し得る。ある実施形態において、ゲルは、室温で、触媒を使用せず、どのような副生成物も生成することなく、製造することができる。
【００３１】
いくつかの実施形態において、ヒドロゲル製造の組成および方法が開示される。ヒドロゲルは、本明細書中提供されるゲルから形成させることができ、第一の重合体材料（ＰＡＡなど）の一本鎖、およびこれと水素結合した第二の重合体材料（ＰＴＭＥＧなど）の一本鎖を含むことができる。
【００３２】
上記の高分子ゲルを骨格に用いて、特定の親水性単量体を、２種類の重合体材料（ポリアクリル酸（本明細書中「ＰＡＡ」とも称する）およびポリグリコールなど）と混合すること、およびｉｎ  ｓｉｔｕで他の単量体（ビニル基含有単量体など）と重合させることにより、親水性ヒドロゲルを形成させることができる。
【００３３】
上記のヒドロゲル材料は、他の材料（肥料または土など）と調合することで、保水力の改善された調合材料とすることができる。
ゲルおよびヒドロゲル
【００３４】
本発明の１つの態様において、ゲル（本明細書中「ゲル様物質」とも称する）が提供される。ある実施形態において、三次元の（「３Ｄ」）ゲルが提供される。三次元のゲルは、２種以上の重合体材料を含むことができる。場合によっては、ゲルは、互いに水素結合した２種以上の重合体材料を含む。重合体材料は、重合体材料が持つ１つ以上のサブ単位を通じて互いに水素結合できる。
【００３５】
いくつかの実施形態において、ゲルは、互いに水素結合した１種以上の、２種以上の、３種以上の、４種以上の、５種以上の、６種以上の、７種以上の、８種以上の、９種以上の、または１０種以上の重合体材料を含む。
【００３６】
いくつかの例において、第一の重合体材料および第二の重合体材料を含むゲルが提供される。ある実施形態において、第一の重合体材料は、第二の重合体材料と架橋している。別の実施形態において、第一の重合体材料は、第二の重合体材料と水素結合している。別の実施形態において、第一の重合体材料は、水素結合による相互作用のみで第二の重合体材料と連結している。別の実施形態において、第一の重合体材料は直鎖ポリアクリル酸（「ＰＡＡ」）であり、第二の重合体材料はポリグリコールである。別の実施形態において、第一の重合体材料はＰＡＡであり、第二の重合体材料はポリテトラメチレンエーテルグリコール（「ＰＴＭＥＧ」）である。いくつかの実施形態において、ゲルは第三の重合体材料を含む。ある実施形態において、第三の重合体材料は、第二の重合体材料と水素結合している。別の実施形態において、第三の重合体材料は、第一の重合体材料と水素結合している。別の実施形態において、第三の重合体材料は、第一の重合体材料および第二の重合体材料と水素結合している。別の実施形態において、第一の重合体材料はＰＡＡであり、第二の重合体材料はポリグリコールであり、第三の重合体材料はポリアクリルアミド（「ＰＡＭ」）である。別の実施形態において、第一の重合体材料はＰＡＡであり、第二の重合体材料はＰＴＭＥＧであり、第三の重合体材料はＰＡＭである。別の実施形態において、第一の重合体材料はＰＡＡであり、第二の重合体材料はＰＴＭＥＧであり、第三の重合体材料はポリビニルアルコールである。別の実施形態において、第三の重合体材料は第一の重合体材料と共有結合している。
【００３７】
いくつかの実施形態において、ＰＡＡは、再生ポリアクリル酸（使用済みおむつから抽出されたポリアクリル酸など）から得ることができる。場合によっては、再生ポリアクリル酸を本明細書で提供されるゲルおよびヒドロゲルに使用できるように準備する追加の処理が必要になるかもしれない。
【００３８】
ある実施形態において、ゲルは、ポリアクリル酸（またはポリ（アクリル酸）、すなわち「ＰＡＡ」）およびポリグリコールを含む。いくつかの実施形態において、ゲルは、さらにアクリル酸単量体を含む。いくつかの実施形態において、ゲルは、ビニル含有単量体（本明細書中「ビニル含有材料」とも称する）を含み、ビニル含有単量体として、アクリルアミド、メチルアクリル酸、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ビニル、ビニル安息香酸、ビニルベンジルアルコール、ビニルボロン酸ジブチルエステル、ビニルホルムアミド、メタクリル酸ビニル、ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、ビニルスルホン酸、およびビニルトリメトキシシランが挙げられる。いくつかの実施形態において、ゲルは、ビニル含有重合体（本明細書中「ビニル含有材料」とも称する）を含む。ビニル含有材料が酸の場合、ゲルは、その酸の塩誘導体を含む可能性がある。例えば、単量体がアクリル酸の場合、ゲルは、アクリル酸ナトリウム塩またはカリウム塩、あるいはポリアクリル酸ナトリウム塩またはカリウム塩を含む可能性がある。いくつかの実施形態において、ビニル含有材料は、ポリアクリル酸と共有結合している。
【００３９】
ある実施形態において、ゲルは、ポリ（アクリル酸）（「ＰＡＡ」）および１種以上のポリグリコールを含み、１種以上のポリグリコールは、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）、およびポリプロピレンエーテルグリコール（ＰＰＧ）から選択される。ＰＰＧは、高い柔軟性を持つ望ましい高分子ゲルを提供するものの、医療用に応用されることは少ない。なぜならＰＰＧは、イソシアン酸塩と反応するのに触媒が必要だからである。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡおよびＰＥＧを含む。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含む。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡおよびＰＰＧを含む。
【００４０】
ある実施形態において、ゲルは、ヒドロゲルも含めて、第一の重合体材料および第二の重合体材料を含み、第二の重合体材料は−Ｏ−（ＣＨ２）ｎサブ単位を有する（式中、「ｎ」は、２、または３、または４、または５、または６、または７、または８、または９、または１０、または１１、または１２、または１３、または１４、または１５、または１６、または１７、または１８、または１９、または２０以上の数字である。別の実施形態において、「ｎ」は、２以上の数字である。別の実施形態において、「ｎ」は、３以上の数字である。別の実施形態において、「ｎ」は、４以上の数字である。そのような場合、第二の重合体材料としてＰＴＭＥＧが可能である。別の実施形態において、ゲルは、第三の重合体材料を含むことができる。別の実施形態において、ゲルでは、重合体材料間に水素結合相互作用が存在し得る。
【００４１】
ある実施形態において、ゲルは、第一の重合体材料および第二の重合体材料を含み、第二の重合体材料は−Ｏ−（ＣＨ２ＣＨ２）ｍサブ単位を有する（式中、「ｍ」は、１、または２、または３、または４、または５、または６、または７、または８、または９、または１０、または１１、または１２、または１３、または１４、または１５、または１６、または１７、または１８、または１９、または２０以上の数字である。別の実施形態において、「ｍ」は、２以上の数字である。そのような場合、第二の重合体材料としてＰＴＭＥＧが可能である。別の実施形態において、「ｍ」は、３以上の数字である。別の実施形態において、「ｍ」は、４以上の数字である。ある例において、第一の重合体材料として、第二の重合体材料と水素結合している重合体材料が可能である。いくつかの実施形態において、第一の重合体材料としてＰＡＡが可能である。別の実施形態において、ゲルでは、重合体材料間に水素結合相互作用が存在し得る。
【００４２】
ある実施形態において、ポリアクリル酸とポリグリコールを混合することにより三次元のゲル構造を形成させ、これにより２つの成分が成分間の水素結合のみを通じて相互作用している材料を提供することができる。場合によっては、ポリアクリル酸およびポリグリコールを含む混合物を加熱することによりゲルを形成させる。混合物質の性質は、出発物質とは異なる。直鎖ポリアクリル酸は粉末であり、ポリグリコールは室温で粘稠な液体である。ある実施形態において、混合物質は、ゴム様固体（すなわち、ゴムまたはゴム様材料と同様な粘度を有する）である。別の実施形態において、混合物質は、有機溶媒であっても水であってもどのような溶媒にも適切に溶解することができない。
【００４３】
ある実施形態において、ゲルは、ゲルに所望の性質を与えるように選択された平均分子量をそれぞれ有するポリアクリル酸（ＰＡＡ）およびポリグリコールを含む。別の実施形態において、ゲルは、ゲルに所望の性質を与えるように選択された平均分子量をそれぞれ有するＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含む。
【００４４】
いくつかの実施形態において、ゲルは、約１，８００〜約４，０００，０００（ｇ／ｍｏｌ）の平均分子量（Ｍｗ）を有するＰＡＡを含む。ある実施形態において、ゲルは、少なくとも約２５０、または少なくとも約６５０、または少なくとも約１０００、または少なくとも約２０００、または少なくとも約３０００の平均分子量（Ｍｗ）を有するポリグリコールを含む。
【００４５】
いくつかの実施形態において、第一の重合体材料対第二の重合体材料の重量比は、約１：１、または約１：２、または約１：３、または約１：６、または約１：１０、または約１：２０、または約２：１、または約３：１、または約４：１、または約５：１、または約６：１、または約１０：１、または約２０：１、またはそれ以上である。
【００４６】
いくつかの実施形態において、第一の重合体材料および第二の重合体材料を含むゲルは、ポリエチレンと調合される。いくつかの実施形態において、ポリエチレンと第一の重合体材料および第二の重合体材料を含むゲルとの調合物は、ポリエチレン自身の衝撃強度より高い衝撃強度を示す。いくつかの実施形態において、ポリエチレンと第一の重合体材料および第二の重合体材料を含むゲルとの調合物は、ポリエチレン自身の引張強度より高い引張強度を示す。
環境に配慮したゲルおよびヒドロゲル
【００４７】
本発明の１つの態様において、環境に配慮したゲルおよびヒドロゲルが提供される。環境に配慮したゲルおよびヒドロゲルは、無毒および／または生体分解性であると言える。無毒で生体分解性のヒドロゲルは、第一の重合体材料（ポリアクリル酸など）および第二の重合体材料（環境に配慮したポリグリコールなど）を用いて調製することができる。このような無毒で生体分解性のヒドロゲルは、有害成分の生成が排除されていなかったとしても、それを最小限に抑えるので、これにより、例えば有害成分が水源に進入（または到達）する危険性を、排除できないとしても最小限に抑えることができるため、環境に配慮したものとなり得る（本明細書中「環境に配慮したヒドロゲル」とも称する）。いくつかの実施形態において、環境に配慮したポリグリコールは、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）である。いくつかの実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。いくつかの実施形態において、環境に配慮したポリグリコールは、ホモ重合体である。いくつかの実施形態において、第一の重合体材料（ポリアクリル酸など）は、環境に配慮したポリグリコールと水素結合している。いくつかの実施形態において、環境に配慮したポリグリコールは、ポリエチレングリコールを除く。
【００４８】
いくつかの実施形態において、環境に配慮したヒドロゲルは、ポリエチレンと調合される。環境に配慮したヒドロゲルとポリエチレンとの調合物は、ポリエチレン自身の衝撃強度より高い衝撃強度を示す。場合によっては、環境に配慮したヒドロゲルとポリエチレンとの調合物は、ポリエチレン自身の引張強度より高い引張強度を示す。
【００４９】
いくつかの実施形態において、環境に配慮したヒドロゲルは、ゲルおよびヒドロゲルについての以下の記載どおりの性質を示す。いくつかの実施形態において、環境に配慮したヒドロゲルは、以下に記載するとおり、ポリグリコール以外の環境に配慮した重合体（セルロースなど）とさらに組み合わせることができる。いくつかの実施形態において、環境に配慮したヒドロゲルは、以下に記載される方法によって形成される。いくつかの実施形態において、環境に配慮したヒドロゲルは、上記のとおりの組成を有する。いくつかの実施形態において、環境に配慮したヒドロゲルは、材料（肥料または土など）と調合されて、高い保水力を持つ調合材料を提供する。
【００５０】
環境に配慮したポリグリコールを含む環境に配慮したヒドロゲルは、毒性材料を含有しないヒドロゲルは広範囲の用途に応用可能であるという点で、毒性のあるポリグリコールを含むヒドロゲルよりも有利なものとなり得る。例えば、環境に配慮したヒドロゲルは、農業用途または医療用途に用いることもできるし、環境に配慮した重合体と組み合わせて医薬および農業に用いるのに適合した調合物とすることもできる。環境に配慮したヒドロゲルのさらなる用途を説明する。
ゲルおよびヒドロゲルの形成法
【００５１】
本発明の別の態様において、三次元の（「３Ｄ」）ゲルを含むゲル（本明細書中「ゲル様物質」とも称する）の形成法が提供される。ある実施形態において、第一のプロセスを用いて第一の重合体材料を形成し、第二のプロセスを用いて第二の重合体材料を形成する。第一の重合体材料と第二の重合体材料を混合して、ゲルを形成する。重合体材料は、反応容器またはチャンバー（例えば、ビーカー、浴槽、槽、またはバットなど）中で混合することができる。場合によっては、連続撹拌条件下で、重合体材料を反応容器に加えることができる。
【００５２】
ある実施形態において、ゲルまたはゲル様物質の形成法は、第一の重合体材料と第二の重合体材料を組み合わせて、第一および第二それぞれの重合体材料のサブ単位間の水素結合を介して第一の重合体材料と第二の重合体材料が結合しているゲルを形成することを含む。
【００５３】
ある実施形態において、ゲルは、ＰＡＡを含む第一の重合体材料とポリグリコール（例えば、ＰＥＧ、ＰＴＭＥＧ、ＰＰＧ）を含む第二の重合体材料を、室温で混合することにより形成される。場合によっては、第二の重合体材料はポリエチレングリコールを含まない。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡを含む第一の重合体材料とポリグリコール（例えば、ＰＥＧ、ＰＴＭＥＧ、ＰＰＧ）を含む第二の重合体材料を、約１５℃〜３５℃、または１５℃〜３０℃、または２０℃〜３０℃、または２２℃〜２７℃の温度で混合することにより形成される。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡを含む第一の重合体材料とポリグリコールを含む第二の重合体材料を、約１５．０℃、または１５．１℃、または１５．２℃、または１５．３℃、または１５．４℃、または１５．５℃、または１５．６℃、または１５．７℃、または１５．８℃、または１５．９℃、または１６．０℃、または１６．１℃、または１６．２℃、または１６．３℃、または１６．４℃、または１６．５℃、または１６．６℃、または１６．７℃、または１６．８℃、または１６．９℃、または１７．０℃、または１７．１℃、または１７．２℃、または１７．３℃、または１７．４℃、または１７．５℃、または１７．６℃、または１７．７℃、または１７．８℃、または１７．９℃、または１８．０℃、または１８．１℃、または１８．２℃、または１８．３℃、または１８．４℃、または１８．５℃、または１８．６℃、または１８．７℃、または１８．８℃、または１８．９℃、または１９．０℃、または１９．１℃、または１９．２℃、または１９．３℃、または１９．４℃、または１９．５℃、または１９．６℃、または１９．７℃、または１９．８℃、または１９．９℃、または２０．０℃、または２０．１℃、または２０．２℃、または２０．３℃、または２０．４℃、または２０．５℃、または２０．６℃、または２０．７℃、または２０．８℃、または２０．９℃、または２１．０℃、または２１．１℃、または２１．２℃、または２１．３℃、または２１．４℃、または２１．５℃、または２１．６℃、または２１．７℃、または２１．８℃、または２１．９℃、または２２．０℃、または２２．１℃、または２２．２℃、または２２．３℃、または２２．４℃、または２２．５℃、または２２．６℃、または２２．７℃、または２２．８℃、または２２．９℃、または２３．０℃、または２３．１℃、または２３．２℃、または２３．３℃、または２３．４℃、または２３．５℃、または２３．６℃、または２３．７℃、または２３．８℃、または２３．９℃、または２４．０℃、または２４．１℃、または２４．２℃、または２４．３℃、または２４．４℃、または２４．５℃、または２４．６℃、または２４．７℃、または２４．８℃、または２４．９℃、または２５．０℃、または２５．１℃、または２５．２℃、または２５．３℃、または２５．４℃、または２５．５℃、または２５．６℃、または２５．７℃、または２５．８℃、または２５．９℃、または２６．０℃、または２６．１℃、または２６．２℃、または２６．３℃、または２６．４℃、または２６．５℃、または２６．６℃、または２６．７℃、または２６．８℃、または２６．９℃、または２７．０℃、または２７．１℃、または２７．２℃、または２７．３℃、または２７．４℃、または２７．５℃、または２７．６℃、または２７．７℃、または２７．８℃、または２７．９℃、または２８．０℃、または２８．１℃、または２８．２℃、または２８．３℃、または２８．４℃、または２８．５℃、または２８．６℃、または２８．７℃、または２８．８℃、または２８．９℃、または２９．０℃、または２９．１℃、または２９．２℃、または２９．３℃、または２９．４℃、または２９．５℃、または２９．６℃、または２９．７℃、または２９．８℃、または２９．９℃、または３０．０℃、または３１．０℃、または３１．１℃、または３１．２℃、または３１．３℃、または３１．４℃、または３１．５℃、または３１．６℃、または３１．７℃、または３１．８℃、または３１．９℃、または３２．０℃、または３２．１℃、または３２．２℃、または３２．３℃、または３２．４℃、または３２．５℃、または３２．６℃、または３２．７℃、または３２．８℃、または３２．９℃、または３３．０℃、または３３．１℃、または３３．２℃、または３３．３℃、または３３．４℃、または３３．５℃、または３３．６℃、または３３．７℃、または３３．８℃、または３３．９℃、または３４．０℃、または３４．１℃、または３４．２℃、または３４．３℃、または３４．４℃、または３４．５℃、または３４．６℃、または３４．７℃、または３４．８℃、または３４．９℃、または３５．０℃の温度で混合することにより形成される。
【００５４】
ある実施形態において、ゲルは、ＰＡＡを含む第一の重合体材料とＰＥＧ、ＰＴＭＥＧ、およびＰＰＧのうち１種類以上を含む第二の重合体材料を、室温で混合することにより形成される。場合によっては、第二の重合体材料はポリエチレングリコールを含まない。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡを含む第一の重合体材料とポリグリコール（例えば、ＰＥＧ、ＰＴＭＥＧ、ＰＰＧ）を含む第二の重合体材料を、約１５℃〜３５℃、または１５℃〜３０℃、または２０℃〜３０℃、または２２℃〜２７℃の温度で混合することにより形成される。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡを含む第一の重合体材料とＰＥＧ、ＰＴＭＥＧ、およびＰＰＧのうち１種類以上を含む第二の重合体材料を、約１５．０℃、または１５．１℃、または１５．２℃、または１５．３℃、または１５．４℃、または１５．５℃、または１５．６℃、または１５．７℃、または１５．８℃、または１５．９℃、または１６．０℃、または１６．１℃、または１６．２℃、または１６．３℃、または１６．４℃、または１６．５℃、または１６．６℃、または１６．７℃、または１６．８℃、または１６．９℃、または１７．０℃、または１７．１℃、または１７．２℃、または１７．３℃、または１７．４℃、または１７．５℃、または１７．６℃、または１７．７℃、または１７．８℃、または１７．９℃、または１８．０℃、または１８．１℃、または１８．２℃、または１８．３℃、または１８．４℃、または１８．５℃、または１８．６℃、または１８．７℃、または１８．８℃、または１８．９℃、または１９．０℃、または１９．１℃、または１９．２℃、または１９．３℃、または１９．４℃、または１９．５℃、または１９．６℃、または１９．７℃、または１９．８℃、または１９．９℃、または２０．０℃、または２０．１℃、または２０．２℃、または２０．３℃、または２０．４℃、または２０．５℃、または２０．６℃、または２０．７℃、または２０．８℃、または２０．９℃、または２１．０℃、または２１．１℃、または２１．２℃、または２１．３℃、または２１．４℃、または２１．５℃、または２１．６℃、または２１．７℃、または２１．８℃、または２１．９℃、または２２．０℃、または２２．１℃、または２２．２℃、または２２．３℃、または２２．４℃、または２２．５℃、または２２．６℃、または２２．７℃、または２２．８℃、または２２．９℃、または２３．０℃、または２３．１℃、または２３．２℃、または２３．３℃、または２３．４℃、または２３．５℃、または２３．６℃、または２３．７℃、または２３．８℃、または２３．９℃、または２４．０℃、または２４．１℃、または２４．２℃、または２４．３℃、または２４．４℃、または２４．５℃、または２４．６℃、または２４．７℃、または２４．８℃、または２４．９℃、または２５．０℃、または２５．１℃、または２５．２℃、または２５．３℃、または２５．４℃、または２５．５℃、または２５．６℃、または２５．７℃、または２５．８℃、または２５．９℃、または２６．０℃、または２６．１℃、または２６．２℃、または２６．３℃、または２６．４℃、または２６．５℃、または２６．６℃、または２６．７℃、または２６．８℃、または２６．９℃、または２７．０℃、または２７．１℃、または２７．２℃、または２７．３℃、または２７．４℃、または２７．５℃、または２７．６℃、または２７．７℃、または２７．８℃、または２７．９℃、または２８．０℃、または２８．１℃、または２８．２℃、または２８．３℃、または２８．４℃、または２８．５℃、または２８．６℃、または２８．７℃、または２８．８℃、または２８．９℃、または２９．０℃、または２９．１℃、または２９．２℃、または２９．３℃、または２９．４℃、または２９．５℃、または２９．６℃、または２９．７℃、または２９．８℃、または２９．９℃、または３０．０℃、または３１．０℃、または３１．１℃、または３１．２℃、または３１．３℃、または３１．４℃、または３１．５℃、または３１．６℃、または３１．７℃、または３１．８℃、または３１．９℃、または３２．０℃、または３２．１℃、または３２．２℃、または３２．３℃、または３２．４℃、または３２．５℃、または３２．６℃、または３２．７℃、または３２．８℃、または３２．９℃、または３３．０℃、または３３．１℃、または３３．２℃、または３３．３℃、または３３．４℃、または３３．５℃、または３３．６℃、または３３．７℃、または３３．８℃、または３３．９℃、または３４．０℃、または３４．１℃、または３４．２℃、または３４．３℃、または３４．４℃、または３４．５℃、または３４．６℃、または３４．７℃、または３４．８℃、または３４．９℃、または３５．０℃の温度で混合することにより形成される。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡを含む第一の重合体材料とＰＥＧ、ＰＴＭＥＧ、およびＰＰＧのうち１種類以上を含む第二の重合体材料を、約２５℃〜約３０℃の温度で混合することにより形成される。
【００５５】
ある実施形態において、ゲル様物質は、ポリアクリル酸（「ＰＡＡ」）とポリテトラメチレングリコール（「ＰＴＭＥＧ」、ポリ（テトラメチレンエーテルグリコール）としても知られる）を混合することにより形成される。ＰＴＭＥＧは、ポリグリコールの中でも特に、医療用および歯科用に認可されているポリウレタンおよび他の重合体材料（本明細書中「重合体」とも称する）を形成するのに用いることができる。別の実施形態において、ゲル様物質は、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）の粉末とポリグリコールの粘性溶液を組み合わせて混合物とし、室温で混合物を撹拌し続けることにより形成される。ある実施形態において、ＰＡＡとポリグリコールを、触媒（例えば、不均一触媒または均一触媒）を使わずに、約１５℃〜３５℃または２０℃〜３０℃の温度で組み合わせてゲルを形成させることができる。ある実施形態において、ゲルは、不均一触媒を使わずに形成させることができる。別の実施形態において、ゲルは、均一触媒を使わずに形成させることができる。
【００５６】
ある実施形態において、ゲルは、ＰＡＡとポリグリコールを、約０．１：１、または０．２：１、または０．３：１、または０．４：１、または０．５：１、または０．６：１、または０．７：１、または０．８：１、または０．９：１、または１：１、または１．１：１、または１．２：１、または１．３：１、または１．４：１、または１．５：１、または１．６：１、または１．７：１、または１．８：１、または１．９：１、または２：１の比（重量比）で混合することにより形成される。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡとポリグリコールを、約０．１：１、または０．１１：１、または０．１２：１、または０．１３：１、または０．１４：１、または０．１５：１、または０．１６：１、または０．１７：１、または０．１８：１、または０．１９：１、または０．２：１、または０．２１：１、または０．２２：１、または０．２３：１、または０．２４：１、または０．２５：１、または０．２６：１、または０．２７：１、または０．２８：１、または０．２９：１、または０．３：１、または０．３１：１、または０．３２：１、または０．３３：１、または０．３４：１、または０．３５：１、または０．３６：１、または０．３７：１、または０．３８：１、または０．３９：１、または０．４：１、または０．４１：１、または０．４２：１、または０．４３：１、または０．４４：１、または０．４５：１、または０．４６：１、または０．４７：１、または０．４８：１、または０．４９：１、または０．５：１の比で混合することにより形成される。
【００５７】
ある実施形態において、ゲルは、ＰＡＡとＰＴＭＥＧ（本明細書中「ＰＴＭＧ」とも称する）を、約０．１：１、または０．２：１、または０．３：１、または０．４：１、または０．５：１、または０．６：１、または０．７：１、または０．８：１、または０．９：１、または１：１、または１．１：１、または１．２：１、または１．３：１、または１．４：１、または１．５：１、または１．６：１、または１．７：１、または１．８：１、または１．９：１、または２：１の比（重量比）で混合することにより形成される。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡとＰＴＭＥＧを、約０．１：１、または０．１１：１、または０．１２：１、または０．１３：１、または０．１４：１、または０．１５：１、または０．１６：１、または０．１７：１、または０．１８：１、または０．１９：１、または０．２：１、または０．２１：１、または０．２２：１、または０．２３：１、または０．２４：１、または０．２５：１、または０．２６：１、または０．２７：１、または０．２８：１、または０．２９：１、または０．３：１、または０．３１：１、または０．３２：１、または０．３３：１、または０．３４：１、または０．３５：１、または０．３６：１、または０．３７：１、または０．３８：１、または０．３９：１、または０．４：１、または０．４１：１、または０．４２：１、または０．４３：１、または０．４４：１、または０．４５：１、または０．４６：１、または０．４７：１、または０．４８：１、または０．４９：１、または０．５：１の比（重量比）で混合することにより形成される。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡとＰＴＭＥＧ（本明細書中「ＰＴＭＧ」とも称する）を、約１：３（ＰＡＡ：ＰＴＭＥＧ）の比（重量比）で混合することにより形成される。
【００５８】
ある実施形態において、ＰＡＡとポリグリコールを混合すると、ＰＡＡ部分とポリグリコール部分との間に架橋を有するゲル、すなわちＰＡＡ重合体とポリグリコール重合体との間に架橋を有するゲルが形成される。架橋の形成は、ポリアクリル酸のＣＯＯＨ基とポリグリコールの−Ｏ−Ｒ−Ｏ−基の間の水素結合形成に依存し得る。ある実施形態において、架橋の形成は、ＰＡＡのＣＯＯＨ基とＰＴＭＥＧの−Ｏ−Ｒ−Ｏ−基の間の水素結合形成に依存し得る。
【００５９】
場合によっては、ＰＴＭＥＧを用いて、高い圧縮強度および引張強度を持つブロック材料（例えば、軟または硬ブロック材料）、フィルム、および粒子を形成することができる。別の実施形態において、有機溶媒系および水性溶媒系の一方または両方を用いて、ポリアクリル酸とポリテトラメチレングリコールから形成された調合材料を調製することもできる。例えば、実施例５および６を参照。
【００６０】
図１を参照して、本発明の実施形態による三次元（「３Ｄ」）高分子ゲル成形体を説明する。別の実施形態において、ゲルは、型（または筐体）中で、ＰＡＡとポリグリコール（ＰＴＭＥＧなど）を混合することにより、または混合物を固めることにより形成することができ、型は、任意の形状および大きさ、例えば円形、三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、七角形、または九角形を有するものである。場合によっては、混合物は、少なくとも約１秒、または少なくとも約２秒、または少なくとも約５秒、または少なくとも約１０秒、または少なくとも約２０秒、または少なくとも約３０秒、または少なくとも約４０秒、または少なくとも約５０秒、または少なくとも約１分、または少なくとも約１０分、または少なくとも約３０分、または少なくとも約５０分、または少なくとも約１時間、または少なくとも約５時間、または少なくとも約２４時間、または少なくとも約２日間、または少なくとも約１０日間、または少なくとも約２０日間、または少なくとも約１ヶ月、またはそれより長く固まらせることができる。
【００６１】
ある実施形態において、ゲルは、ゲルの構成要素の混合物にどのような熱も加えることなく、室温（例えば、約１５℃〜３５℃、または約２０℃〜３０℃）で形成される。別の実施形態において、ゲルは、混合物にどのような熱も加えることなく、ＰＡＡとポリグリコールを室温で混合することで形成される。別の実施形態において、ゲルは、混合物にどのような熱も加えることなく、ＰＡＡとＰＴＭＥＧを混合することで形成される。これにより、製造コストを有利に削減することができる。
【００６２】
ある実施形態において、ゲルは、大気圧または大気圧に近い圧で形成される。別の実施形態において、ゲルは、大気圧または大気圧に近い圧でＰＡＡとポリグリコールを混合することにより形成される。別の実施形態において、ゲルは、大気圧または大気圧に近い圧でＰＡＡとＰＴＭＥＧを混合することにより形成される。これにより、有利なことに高圧装置（圧力チャンバー、コンプレッサー、およびポンプなど）を使用せずに済み、したがって製造コストを削減することができる。代替実施形態において、ゲルは、減圧下でＰＡＡとポリグリコールを混合することにより形成される。別の実施形態において、ゲルは、減圧下でＰＡＡとＰＴＭＥＧを混合することにより形成される。
【００６３】
ある実施形態において、約１５℃〜３５℃または２０℃〜３０℃の温度および大気圧または大気圧に近い圧では、ＰＡＡは結晶性粉末となることができ、ＰＴＭＥＧは、軟ワックスなどの粘稠材料（穏やかな加熱で自由に流動する液体になることが可能）となることができる。
【００６４】
ある実施形態において、ゲルは、約１：３（ＰＡＡ：ＰＴＭＥＧ）の重量比でＰＡＡとＰＴＭＥＧを混合することで形成させることができる。別の実施形態において、得られる混合物を連続撹拌しながらＰＡＡ（例えば、ＰＡＡ粉末）をＰＴＭＥＧに加えることができる。得られる混合物は、手で撹拌しても、電気混合デバイス（例えば、モーター駆動撹拌機）を用いて撹拌してもよい。ある実施形態において、混合は、ＰＡＡが十分に混合物に混ざり込んで撹拌するのが困難になるまで続けることができる。撹拌が困難になるのは、ＰＡＡとＰＴＭＥＧの混合物の粘度が増加するためである。ある実施形態において、混合物の粘度の増加は、ＰＡＡとポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧなど）との混合で起こるゲル化プロセスに伴うものである。
【００６５】
ある実施形態において、ゲルは、ＰＡＡとポリグリコールを混合し、混合物を約５分〜４０分、または約１０分〜３０分、または約１５分〜２０分の時間撹拌することで形成される。別の実施形態において、ゲルは、ＰＡＡとＰＴＭＥＧ（本明細書中「ＰＴＭＧ」とも称する）を混合し、混合物を約５分〜４０分、または約１０分〜３０分、または約１５分〜２０分の時間撹拌することで形成される。
【００６６】
ヒドロゲルは、第一の重合体材料、第二の重合体材料、および第三の材料を約１５℃〜３０℃の温度で混合し、混合物を約５０℃〜１００℃、または約５５℃〜７０℃、または約５８℃〜６２℃の温度まで加熱することで、形成させることができる。場合によっては、ヒドロゲルは、第一の重合体材料、第二の重合体材料、および第三の材料を約１５℃〜３０℃の温度で混合し、混合物を約５５℃、または５６℃、または５７℃、または５８℃、または５９℃、または６０℃、または６１℃、または６２℃、または６３℃、または６４℃、または６５℃の温度まで加熱することで形成される。第一の重合体材料として、ＰＡＡが可能であり、第二の重合体材料として、ＰＴＭＥＧが可能であり、第三の材料として、アクリルアミド（ＡＡｍ）が可能である。ある実施形態において、約１５℃〜３０℃の温度で混合物を形成すると、第一の重合体材料（例えば、ＰＡＡ）と第二の重合体材料（例えば、ＰＴＭＥＧ）の間に水素結合の形成が誘導される。
【００６７】
別の実施形態において、ヒドロゲルは、第一の重合体材料、第二の重合体材料、およびビニル官能基を有する材料を約１５℃〜３０℃の温度で混合し、混合物を約５５℃、または５６℃、または５７℃、または５８℃、または５９℃、または６０℃、または６１℃、または６２℃、または６３℃、または６４℃、または６５℃の温度まで加熱することで形成される。第一の重合体材料として、ＰＡＡが可能であり、第二の重合体材料として、ＰＴＭＥＧが可能であり、単量体としてアクリルアミド（ＡＡｍ）を含む材料が可能である。いくつかの例において、ビニル官能基を有する材料（本明細書中「ビニル含有材料」とも称する）は、アクリル酸、メチルアクリル酸、ビニルアルコール、酢酸ビニル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ビニル、ビニル安息香酸、ビニルベンジルアルコール、ビニルボロン酸ジブチルエステル、ビニルホルムアミド、メタクリル酸ビニル、ビニルピリジン、１−ビニル−２−ピロリドン、ビニルスルホン酸、またはビニルトリメトキシシランである。いくつかの実施形態において、ビニル官能基を有する材料は、ビニル含有重合体（本明細書中「ビニル含有材料」とも称する）が可能である。ビニル含有単量体または重合体が酸である場合、ゲルは酸由来の塩を含む可能性がある。例えば、単量体がアクリル酸である場合、ゲルはアクリル酸のナトリウム塩またはカリウム塩あるいはポリアクリル酸のナトリウム塩またはカリウム塩を含む可能性がある。いくつかの実施形態において、ビニル含有材料は、ポリアクリル酸と共有結合している。
【００６８】
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、第一の重合体材料と第二の重合体材料を組み合わせることで形成され、第一の重合体材料および第二の重合体材料の１種以上は１つ以上の親水性部分（またはサブグループ）を有する。ある実施形態において、第二の重合体材料は、−Ｏ−（ＣＨ２）ｎサブ単位を有することができる（式中、「ｎ」は、１、または２、または３、または４、または５、または６、または７、または８、または９、または１０、または１１、または１２、または１３、または１４、または１５、または１６、または１７、または１８、または１９、または２０以上の数字である）。別の実施形態において、第二の重合体材料は、−Ｏ−（ＣＨ２ＣＨ２）ｍサブ単位を有することができる（式中、「ｍ」は、１、または２、または３、または４、または５、または６、または７、または８、または９、または１０、または１１、または１２、または１３、または１４、または１５、または１６、または１７、または１８、または１９、または２０以上の数字である（上記参照））。第一の重合体材料および第二の重合体材料の１種以上は、第一の重合体材料と第二の重合体材料の間、第一の重合体材料間または第二の重合体材料間、あるいはその両方での水素結合相互作用を通じてひとまとまりになることができる。ある実施形態では、第一の重合体材料と第三の重合体材料が、水素結合相互作用によりひとまとまりになることができる。別の実施形態では、第一の重合体材料が、別の第一の重合体材料と水素結合できる。別の実施形態では、第一の重合体材料および第二の重合体材料の１種以上が、イオン結合または共有結合などの架橋（架橋相互作用）を通じてひとまとまりになることができる。ある実施形態において、第一の重合体材料は、ＰＡＡまたはＰＡＡの塩もしくは誘導体であり、第二の重合体材料は、ポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧまたはＰＴＭＥＧの塩もしくは誘導体）である。別の実施形態において、第一の重合体材料は、ＰＡＡまたはＰＡＡの塩もしくは誘導体であり、第二の重合体材料は、ＰＴＭＥＧまたはＰＴＭＥＧの塩もしくは誘導体である。別の実施形態において、第一の重合体材料は、ＰＡＡまたはＰＡＡの塩もしくは誘導体であり、第二の重合体材料は、ＰＡＭまたはＰＡＭの塩もしくは誘導体である。別の実施形態において、第一の重合体材料は、ポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧまたはＰＴＭＥＧの塩もしくは誘導体）であり、第二の重合体材料は、ＰＡＭまたはＰＡＭの塩もしくは誘導体である。別の実施形態において、第一の重合体材料は、ＰＴＭＥＧまたはＰＴＭＥＧの塩もしくは誘導体であり、第二の重合体材料は、ＰＡＭまたはＰＡＭの塩もしくは誘導体である。
【００６９】
いくつかの例において、ヒドロゲルは、第一の重合体材料、第二の重合体材料、および第三の重合体材料を組み合わせることで形成され、第一、第二、および第三の重合体材料のうちの１種以上は１つ以上の親水性部分（またはサブグループ）を有する。ある実施形態において、第一の重合体材料として、ＰＡＡが可能である。第二の重合体材料は、−Ｏ−（ＣＨ２）ｎサブ単位を有することができる（式中、「ｎ」は、１、または２、または３、または４、または５、または６、または７、または８、または９、または１０、または１１、または１２、または１３、または１４、または１５、または１６、または１７、または１８、または１９、または２０以上の数字である）。場合によっては、「ｎ」は、３以上、または４以上、または５以上の数字である。第二の重合体材料は、−Ｏ−（ＣＨ２ＣＨ２）ｍサブ単位を含んでもよい（式中、「ｍ」は、１、または２、または３、または４、または５、または６、または７、または８、または９、または１０、または１１、または１２、または１３、または１４、または１５、または１６、または１７、または１８、または１９、または２０以上の数字である（上記参照））。場合によっては、「ｍ」は、２以上、または３以上、または４以上の数字である。第一、第二、および第三の重合体材料のうちの２種以上は、水素結合相互作用を通じてひとまとまりになることができる。ある例では、第一の重合体材料と第三の重合体材料が水素結合相互作用によりひとまとまりになることができる。別の例では、第一の重合体材料と第二の重合体材料が水素結合相互作用によりひとまとまりになることができる。別の例では、第二の重合体材料と第三の重合体材料が水素結合相互作用によりひとまとまりになることができる。別の例では、第一の重合体材料、第二の重合体材料、および第三の重合体材料が、水素結合相互作用によりひとまとまりになることができる。別の例では、第一の重合体材料、第二の重合体材料、または第三の重合体材料が、それぞれ別の第一の重合体材料、第二の重合体材料、または第三の重合体材料と水素結合することができる。別の例では、第一、第二、および第三の重合体材料のうちの１種以上が、イオン結合または共有結合などの架橋（架橋相互作用）を通じてひとまとまりになることができる。ある実施形態において、第一の重合体材料は、ＰＡＡまたはＰＡＡの塩もしくは誘導体であり、第二の重合体材料は、ポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧまたはＰＴＭＥＧの塩もしくは誘導体）であり、第三の重合体材料は、ＰＡＭまたはＰＡＭの塩もしくは誘導体である。別の実施形態において、第一の重合体材料は、ＰＡＡまたはＰＡＡの塩もしくは誘導体であり、第二の重合体材料は、ＰＴＭＥＧまたはＰＴＭＥＧの塩もしくは誘導体であり、第三の重合体材料は、ＰＡＭまたはＰＡＭの塩もしくは誘導体である。
【００７０】
いくつかの実施形態において、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ（またはＰＥＧ）、およびＰＡＭを組み合わせて混合物（または調合物）とすることにより、形成される。ある実施形態において、混合物は、その調製中、調製後、またはその両方において加熱される。場合によっては、混合物は加熱されない。他の場合には、混合物は、約１０℃〜１００℃、または約１５℃〜８０℃、または２０℃から５０℃の温度で調製される。
【００７１】
代替実施形態において、無毒で生体分解性のヒドロゲルは、アクリル酸に加えて環境に配慮した重合体を用いることで調製することができる。このような無毒で生体分解性のヒドロゲルは、有害成分の生成が排除されていなかったとしても、それを最小限に抑えるので、これにより、例えば有害成分が水源に進入（または到達）する危険性を、排除できないとしても最小限に抑えることができるため、環境に配慮したものとなり得る（本明細書中「環境に配慮したヒドロゲル」とも称する）。
【００７２】
ある実施形態において、ヒドロゲルは、本明細書に記載される方法で形成したゲルを、環境に配慮した重合体（例えば、天然物質から抽出することができる重合体などの天然の重合体）と組み合わせることで形成させることができる。天然の重合体として、セルロース（例えば、カルボキシメチルセルロース）、ゼラチン、および粘土の１種以上を挙げることができる。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧ）、およびアクリルアミド含有重合体（例えば、ＰＡＭ）の代わりに１種以上の天然重合体を組み合わせることで形成させることができる。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧ）、アクリルアミド含有重合体（例えば、ＰＡＭ）、および１種以上の天然重合体（例えば、セルロースまたはセルロース含有重合体（例えば、カルボキシメチルセルロース）、粘土、およびゼラチンの１種以上）を組み合わせることで形成させることができる。ある実施形態において、天然重合体として、セルロースまたはセルロース誘導体（カルボキシメチルセルロースなど）が可能である。別の実施形態において、天然重合体として、粘土が可能である。別の実施形態において、天然重合体として、ゼラチンが可能である。別の実施形態において、天然重合体として、セルロース、粘土、およびゼラチンの１種以上が可能である。いくつかの実施形態において、天然重合体として、通常条件下で分解しないか、分解しても環境に優しいか、いずれにしろ有害なことはない（例えば、動物にとって無毒である）物質になるように構成された任意の物質が可能である。ある実施形態において、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧ）、および１種以上の環境に配慮した重合体またはそのサブ単位（単量体を含む）を組み合わせることで形成される。
【００７３】
ある実施形態において、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、およびセルロース（例えば、カルボキシメチルセルロースなど）を組み合わせることで形成させることができる。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、およびゼラチンを組み合わせることで形成させることができる。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、および粘土を組み合わせることで形成させることができる。別の実施形態において、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、ならびにセルロース（例えば、カルボキシメチルセルロース）、ゼラチン、および粘土の１種以上を組み合わせることで形成させることができる。
【００７４】
いくつかの実施形態において、ポリグリコールは、環境に配慮したポリグリコール（ＰＴＭＥＧなど）である。環境に配慮したポリグリコールは、例えば、ＰＡＡと組み合わせることで、環境に配慮したヒドロゲルを形成することができる。
【００７５】
いくつかの実施形態において、ＰＡＡ、ポリグリコール、およびポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含むヒドロゲルが提供される。ＰＶＡは、アクリルアミド含有重合体（例えば、ＰＡＭ）の代わりに用いることができる。ある実施形態において、ＰＡＡ、ポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧ）、ＰＶＡ、粘土、およびセルロース（例えば、カルボキシメチルセルロース）を含むヒドロゲルが提供される。そのような場合、ＰＡＡは、上記のとおり、ポリグリコールと水素結合することができる。
【００７６】
いくつかの例において、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧ）、およびアクリルアミド単量体を組み合わせて混合物を形成し、その混合物を加熱することで形成させることができる。そのような場合、混合物を加熱することにより、アクリルアミド単量体が重合する。他の例では、ヒドロゲルは、ＰＡＡ、ポリグリコール（例えば、ＰＴＭＥＧ）、および環境に配慮した重合体または重合体サブ単位（または単量体）を組み合わせて混合物を形成し、その混合物を加熱することで形成させることができる。場合によっては、混合物を加熱することにより、天然または環境に配慮した重合体サブ単位（または単量体）が重合する。
ゲルおよびヒドロゲルの性質
【００７７】
本明細書中記載される方法に従って形成されたゲルおよびヒドロゲルは、様々な用途および応用（例えば、農業用途または目的など）に適した物性（ガラス転移温度、粘度、硬度、伝導率、および引張強度など）を有することができる。
【００７８】
ある実施形態において、ＰＡＡおよびポリグリコールを含むゲルまたはヒドロゲルは、約１０℃〜４０℃、または１５℃〜３０℃の温度でゴム様組織（軟ゴムまたは強靭なゴム）を有する。別の実施形態において、ＰＡＡとＰＴＭＥＧを混合することにより、ゲルまたはヒドロゲルが生成するが、このゲルまたはヒドロゲルの性質は、ＰＡＡ成分およびＰＴＭＥＧ成分の性質と異なる可能性がある。図８を参照すると、ある例において、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧから形成されたゲルは、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で測定して７４℃のガラス転移温度、または融点（Ｔｍ）を示すが、この温度は、ＰＡＡ自身が持つ１２３℃のＴｍともＰＴＭＥＧ自身が持つ１３℃のＴｍとも異なる。別の実施形態において、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧから形成されたゲルは、結晶構造を示さない、つまりそれは非晶質となることができる。
【００７９】
ある実施形態において、ＰＡＡおよびポリグリコールで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、少なくとも約１００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約５００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約２，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約３，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約４，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約５，０００ｇ／ｃｍ、または少なくとも約６，０００ｇ／ｃｍ、または少なくとも約７，０００ｇ／ｃｍ、または少なくとも約８，０００ｇ／ｃｍ、または少なくとも約９，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１０，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１５，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約２０，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約４０，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１００，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約２００，０００ｇ／ｃｍ２の圧縮強度を有することができる。別の実施形態において、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、少なくとも約１００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約５００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約２，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約３，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約４，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約５，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約６，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約７，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約８，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約９，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１０，０００ｇ／ｃｍ２の圧縮強度を有することができる。別の実施形態において、ＰＡＡおよびポリグリコールで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、間違いなく、少なくとも約１，０００ｇ／ｃｍ２、または２，０００ｇ／ｃｍ２、または３，０００ｇ／ｃｍ２、または４，０００ｇ／ｃｍ２、または５，０００ｇ／ｃｍ２、または６，０００ｇ／ｃｍ２、または７，０００ｇ／ｃｍ２、または８，０００ｇ／ｃｍ２の圧縮強度を有することができる。圧縮強度は、応力歪み測定に基づいて評価することができる。別の実施形態において、ＰＡＡおよびポリグリコールで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、約１００ｇ／ｃｍ２〜９，０００ｇ／ｃｍ２の圧縮強度を有することができる。別の実施形態において、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、約１００ｇ／ｃｍ２〜９，０００ｇ／ｃｍ２の圧縮強度を有することができる。
【００８０】
ある実施形態において、ＰＡＡおよびポリグリコールで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、少なくとも約１００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約５００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約２，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約３，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約４，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約５，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約６，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約７，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約８，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約９，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１０，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１５，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約２０，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約４０，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１００，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約２００，０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を有することができる。別の実施形態において、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、少なくとも約１００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約５００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約２，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約３，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約４，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約５，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約６，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約７，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約８，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約９，０００ｇ／ｃｍ２、または少なくとも約１０，０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を有することができる。別の実施形態において、ＰＡＡおよびポリグリコールで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、間違いなく、少なくとも約１，０００ｇ／ｃｍ２、または２，０００ｇ／ｃｍ２、または３，０００ｇ／ｃｍ２、または４，０００ｇ／ｃｍ２、または５，０００ｇ／ｃｍ２、または６，０００ｇ／ｃｍ２、または７，０００ｇ／ｃｍ２、または８，０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を有することができる。引張強度は、応力歪み測定に基づいて評価することができる。別の実施形態において、ＰＡＡおよびポリグリコールで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、約１００ｇ／ｃｍ２〜９，０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を有することができる。別の実施形態において、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧで形成されたゲルまたはヒドロゲルは、約１００ｇ／ｃｍ２〜９，０００ｇ／ｃｍ２の引張強度を有することができる。
【００８１】
十分に長い時間をかけると、高分子ゲルの強化を検出することができる。この加齢プロセスにより、圧縮状態での応力歪み曲線を導くことができる。圧縮状態での応力歪み曲線は本来の応力歪み曲線に平行であるがわずかに高く移動した（そして時間とともに高くなっていく）曲線である。
【００８２】
ＰＡＡおよびポリグリコールを含むゲルまたはヒドロゲルでは、ＰＡＡとポリグリコールの間に水素結合が形成され得る。場合によっては、ＰＡＡおよびポリグリコールを含むゲルにおいて、ＰＡＡとポリグリコールの間に共有結合が形成される。他の場合では、ＰＡＡおよびポリグリコールを含むゲルまたはヒドロゲルにおいて、ＰＡＡとポリグリコールの間にイオン結合が形成される。ＰＡＡおよびポリグリコールを含むゲルまたはヒドロゲルでは、ＰＡＡとポリグリコールの間に、水素結合、共有結合、およびイオン結合の１種以上が形成され得る。
【００８３】
ある実施形態において、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含むゲルまたはヒドロゲルでは、ＰＡＡとＰＴＭＥＧの間に水素結合が形成される。場合によっては、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含むゲルまたはヒドロゲルにおいて、ＰＡＡとＰＴＭＥＧの間に共有結合が形成される。他の場合では、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含むゲルまたはヒドロゲルにおいて、ＰＡＡとＰＴＭＥＧの間にイオン結合が形成される。ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含むゲルまたはヒドロゲルでは、ＰＡＡとＰＴＭＥＧの間に、水素結合、共有結合、およびイオン結合の１種以上が形成され得る。
【００８４】
ある実施形態において、ＰＡＡおよびポリグリコールを含むゲルまたはヒドロゲルでは、ＰＡＡとポリグリコールの間に形成された水素結合が三次元の網目構造となっている。別の実施形態において、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含むゲルまたはヒドロゲルでは、ＰＡＡとＰＴＭＥＧの間に形成された水素結合が三次元の網目構造となっている。
【００８５】
図２を参照して、本発明の実施形態に従って、ＰＡＡとＰＴＭＥＧの間に水素結合があるゲルのモデルを示す。図には酸素原子および水素原子が表示されている。炭素原子は、平行ではない線（結合）の交点に位置する。
【００８６】
ある実施形態において、ヒドロゲルとともに使用するゲルが提供される。ヒドロゲルは、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％、または２０％、または３０％、または４０％、または５０％、または６０％、または７０％、または８０％、または９０％、または１００％、または１５０％、または２００％、または２５０％、または３００％、または３５０％、または４００％、または４５０％、または５００％、または５５０％、または６００％、または６５０％、または７００％、または７５０％、または８００％、または８５０％、または９００％、または９５０％、または１０００％、またはそれより高い吸水度（または保水力）を有することができる。場合によっては、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％、または２０％、または３０％、または４０％、または５０％、または６０％、または７０％、または８０％、または９０％、または１００％、または１５０％、または２００％、または２５０％、または３００％、または３５０％、または４００％、または４５０％、または５００％、または５５０％、または６００％、または６５０％、または７００％、または７５０％、または８００％、または８５０％、または９００％、または９５０％、または１０００％、またはそれより高い吸水度（または保水力）を有する、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含むヒドロゲルが提供される。別の実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０％、または２０％、または３０％、または４０％、または５０％、または６０％、または７０％、または８０％、または９０％、または１００％、または１５０％、または２００％、または２５０％、または３００％、または３５０％、または４００％、または４５０％、または５００％、または５５０％、または６００％、または６５０％、または７００％、または７５０％、または８００％、または８５０％、または９００％、または９５０％、または１０００％、またはそれより高い吸水度（または保水力）を有する、ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、およびポリアクリルアミド（「ＰＡＭ」）を含むヒドロゲルが提供される。
【００８７】
ある実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の約１０％まで、または２０％まで、または３０％まで、または４０％まで、または５０％まで、または６０％まで、または７０％まで、または８０％まで、または９０％まで、または１００％まで、または１５０％まで、または２００％まで、または２５０％まで、または３００％まで、または３５０％まで、または４００％まで、または４５０％まで、または５００％まで、または５５０％まで、または６００％まで、または６５０％まで、または７００％まで、または７５０％まで、または８００％まで、または８５０％まで、または９００％まで、または９５０％まで、または１０００％まで、またはそれより高い割合まで吸水度（または保水力）を有するヒドロゲルが提供される。別の実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の約１０％まで、または２０％まで、または３０％まで、または４０％まで、または５０％まで、または６０％まで、または７０％まで、または８０％まで、または９０％まで、または１００％まで、または１５０％まで、または２００％まで、または２５０％まで、または３００％まで、または３５０％まで、または４００％まで、または４５０％まで、または５００％まで、または５５０％まで、または６００％まで、または６５０％まで、または７００％まで、または７５０％まで、または８００％まで、または８５０％まで、または９００％まで、または９５０％まで、または１０００％、またはそれより高い割合まで吸水度（または保水力）を有する、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含むヒドロゲルが提供される。別の実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の約１０％まで、または２０％まで、または３０％まで、または４０％まで、または５０％まで、または６０％まで、または７０％まで、または８０％まで、または９０％まで、または１００％まで、または１５０％まで、または２００％まで、または２５０％まで、または３００％まで、または３５０％まで、または４００％まで、または４５０％まで、または５００％まで、または５５０％まで、または６００％まで、または６５０％まで、または７００％まで、または７５０％まで、または８００％まで、または８５０％まで、または９００％まで、または９５０％まで、または１０００％まで、またはそれより高い割合まで吸水度（または保水力）を有する、ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、およびポリアクリルアミド（「ＰＡＭ」）を含むヒドロゲルが提供される。
【００８８】
ある例において、ヒドロゲルとともに使用するゲルが提供される。ある実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の約１０倍まで、または２０倍まで、または３０倍まで、または４０倍まで、または５０倍まで、または６０倍まで、または７０倍まで、または８０倍まで、または９０倍まで、または１００倍まで、または２００倍まで、または３００倍まで、または４００倍まで、または５００倍まで、または６００倍まで、または７００倍まで、または８００倍まで、または９００倍まで、または１０００倍まで、または２０００倍まで、または３０００倍まで、または４０００倍まで、または５０００倍まで、または６０００倍まで、または７０００倍まで、または８０００倍まで、または９０００倍まで、または１０，０００倍まで、または２０，０００倍まで、または４０，０００倍まで、または８０，０００倍まで、または１００，０００倍まで、またはそれより高い割合まで吸水度（または保水力）を有するヒドロゲルが提供される。別の実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の約１０倍まで、または２０倍まで、または３０倍まで、または４０倍まで、または５０倍まで、または６０倍まで、または７０倍まで、または８０倍まで、または９０倍まで、または１００倍まで、または２００倍まで、または３００倍まで、または４００倍まで、または５００倍まで、または６００倍まで、または７００倍まで、または８００倍まで、または９００倍まで、または１０００倍まで、または２０００倍まで、または３０００倍まで、または４０００倍まで、または５０００倍まで、または６０００倍まで、または７０００倍まで、または８０００倍まで、または９０００倍まで、または１０，０００倍まで、または２０，０００倍まで、または４０，０００倍まで、または８０，０００倍まで、または１００，０００倍まで、またはそれより高い割合まで吸水度（または保水力）を有する、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含むヒドロゲルが提供される。別の実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の約１０倍まで、または２０倍まで、または３０倍まで、または４０倍まで、または５０倍まで、または６０倍まで、または７０倍まで、または８０倍まで、または９０倍まで、または１００倍まで、または２００倍まで、または３００倍まで、または４００倍まで、または５００倍まで、または６００倍まで、または７００倍まで、または８００倍まで、または９００倍まで、または１０００倍まで、または２０００倍まで、または３０００倍まで、または４０００倍まで、または５０００倍まで、または６０００倍まで、または７０００倍まで、または８０００倍まで、または９０００倍まで、または１０，０００倍まで、または２０，０００倍まで、または４０，０００倍まで、または８０，０００倍まで、または１００，０００倍まで、またはそれより高い割合まで吸水度（または保水力）を有する、ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、およびポリアクリルアミド（「ＰＡＭ」）を含むヒドロゲルが提供される。
【００８９】
ある例において、ヒドロゲルとともに使用するゲルが提供される。ヒドロゲルは、少なくとも１回、または２回、または３回、または４回、または５回、または６回、または７回、または８回、または９回、または１０回、または１１回、または１２回、または１３回、または１４回、または１５回、または１６回、または１７回、または１８回、または１９回、または２０回、または２１回、または２２回、または２３回、または２４回、または２５回、または２６回、または２７回、または２８回、または２９回、または３０回、または３１回、または３２回、または３３回、または３４回、または３５回、または３６回、または３７回、または３８回、または３９回、または４０回、または４１回、または４２回、または４３回、または４４回、または４５回、または４６回、または４７回、または４８回、または４９回、または５０回、または７０回、または８０回、または９０回、または１００回、またはそれより多い回数の水和・脱水サイクル後も実質的に変化しないように提供される（例えば、実施例２１を参照）。
【００９０】
ある例において、ヒドロゲルとともに使用するゲルが提供される。ある実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍、または２０倍、または３０倍、または４０倍、または５０倍、または６０倍、または７０倍、または８０倍、または９０倍、または１００倍、または２００倍、または３００倍、または４００倍、または５００倍、または６００倍、または７００倍、または８００倍、または９００倍、または１０００倍、または２０００倍、または３０００倍、または４０００倍、または５０００倍、または６０００倍、または７０００倍、または８０００倍、または９０００倍、または１０，０００倍、または２０，０００倍、または４０，０００倍、または８０，０００倍、または１００，０００倍、またはそれより高い割合の吸水度（または保水力）を有するヒドロゲルが提供される。別の実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍、または２０倍、または３０倍、または４０倍、または５０倍、または６０倍、または７０倍、または８０倍、または９０倍、または１００倍、または２００倍、または３００倍、または４００倍、または５００倍、または６００倍、または７００倍、または８００倍、または９００倍、または１０００倍、または２０００倍、または３０００倍、または４０００倍、または５０００倍、または６０００倍、または７０００倍、または８０００倍、または９０００倍、または１０，０００倍、または２０，０００倍、または４０，０００倍、または８０，０００倍、または１００，０００倍、またはそれより高い割合の吸水度（または保水力）を有する、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧを含むヒドロゲルが提供される。別の実施形態において、ヒドロゲル自身の重量の少なくとも約１０倍、または２０倍、または３０倍、または４０倍、または５０倍、または６０倍、または７０倍、または８０倍、または９０倍、または１００倍、または２００倍、または３００倍、または４００倍、または５００倍、または６００倍、または７００倍、または８００倍、または９００倍、または１０００倍、または２０００倍、または３０００倍、または４０００倍、または５０００倍、または６０００倍、または７０００倍、または８０００倍、または９０００倍、または１０，０００倍、または２０，０００倍、または４０，０００倍、または８０，０００倍、または１００，０００倍、またはそれより高い割合の吸水度（または保水力）を有する、ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、およびポリアクリルアミド（「ＰＡＭ」）を含むヒドロゲルが提供される。
【００９１】
本明細書中提供されるゲルおよびヒドロゲルは、様々な形（例えば、断面が円形、三角形、正方形、長方形、五角形、六角形、または八角形の形）を有することができる。場合によっては、ゲルおよびヒドロゲルは、所望の形をした型（または鋳型）を用いて成形することができる。ヒドロゲルは、少なくとも約１００ナノメートル（ｎｍ）、または５００ｎｍ、または１マイクロメートル（μｍ）、または１００μｍ、または５００μｍ、または１ｍｍ、または１０ｍｍ、または５０ｍｍ、または１ｃｍ、または５０ｃｍ、または１ｍ、または５ｍ、または１０ｍ、または１００ｍ、またはそれより大きい大きさ（例えば、直径）を有することができる。
ゲルおよびヒドロゲルの用途
【００９２】
本明細書中提供されるゲルおよびヒドロゲルは、多彩な用途に使用できる。ある実施形態において、本明細書中記載される方法に従って形成されたゲルまたはヒドロゲルは、顔面再形成用インプラントとして使用することができる。この場合、ゲルまたはヒドロゲルは、プレートに成形されるだろう。
【００９３】
場合によっては、本明細書中記載される方法に従って形成されたゲルまたはヒドロゲルは、人工皮膚として使用することができる。この場合、ゲルまたはヒドロゲルは、薄膜に成形されるだろう。人工皮膚に応用できれば、例えば、傷の処置において有益である。
【００９４】
場合によっては、本明細書中記載される方法に従って形成されたゲルまたはヒドロゲルは、細胞培養マトリクスに使用することができる。ゲルまたはヒドロゲルを栄養で満たして細胞増殖を促進することができる。
【００９５】
場合によっては、本明細書中記載される方法に従って形成されたゲルまたはヒドロゲルは、薬物送達の支持体として使用することができる。ゲルまたはヒドロゲルを薬液で満たして経時的にその薬液を少しずつ放出させることができる。
【００９６】
場合によっては、本明細書中記載される方法に従って形成されたゲルまたはヒドロゲルは、ポリエチレンまたはポリスチレンと調合するための相溶剤として使用することができ、これによりポリエチレン自身またはポリスチレン自身が持つ引張強度および衝撃強度よりも高い引張強度および衝撃強度を有する複合体を形成することができる。
【００９７】
場合によっては、本明細書中記載される方法に従って形成されたゲルまたはヒドロゲルは、人工土として使用することができる。人工土は、ゲルまたはヒドロゲルと栄養分（肥料など）を組み合わせることで形成することができる。人工土は、さらに、人工土で成長する植物を生やす種子を含むことができる。状況によっては、種子はヒドロゲルで取り囲まれていてもよい。
【００９８】
場合によっては、本明細書中記載される方法に従って形成されたゲルは、ヒドロゲル、ガス貯蔵もしくは保持用ゲル、または液体（例えば、水および油など）貯蔵もしくは保持用ゲルを形成するのに、あるいはそれらの構成要素として使用することができる。場合によっては、ヒドロゲルは、流出油を回収するのに使用することができる。
【００９９】
ある実施形態において、本明細書中提供されるゲルは、水を貯蔵および保持するためのヒドロゲルとして使用するように構成することができる。別の実施形態において、本明細書中提供されるゲルは、気体（例えば、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ＮＨ３）を貯蔵、保持、または吸収するように構成することができる。別の実施形態において、本明細書中提供されるゲルは、粘性液体（例えば、油など）を貯蔵、保持、または吸収するように構成することができる。別の実施形態において、本明細書中提供されるゲルは、液体（例えば、溶媒など）を貯蔵、保持、または吸収するように構成することができる。
【０１００】
図３を参照して、本発明の実施形態に従って、ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧから形成されたゲルを説明する。ゲルは上記のとおりの強度を有することができる。ゲルは、自身を様々な用途に応用できるようにする液体の性質を有することができる。例えば、図３のゲルは、ヒドロゲル、医療用デバイス（例えば、インプラント）、および機械装置に使用することができる。別の例として、ゲルは、２つ以上の物体間の電気絶縁壁または断熱壁として使用することができる。
【０１０１】
場合によっては、ゲルはヒドロゲルとともに使用するように構成することができる。別の実施形態において、ゲルは医療用デバイスとともに使用するように構成することができる。別の実施形態において、ゲルは肥料または農薬とともに使用するように構成することができる。
【０１０２】
本明細書中提供される、重合体材料、ゲル、およびヒドロゲル（ゲルおよびヒドロゲルの構成要素も含む）、ならびに方法は、他の重合体材料、ゲル、ヒドロゲル、ならびに方法で修飾、またはそれらと組み合わせることができる。他の方法としては、例えば、以下のような使用法および製造法が挙げられる：Ｈｅｎｎｉｎｋ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｒｅｖｉｅｗ，  ５４  （２００２）  １３−３６；  Ｈｏｆｆｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  ４３  （２００２）  ３−１２；米国特許第３，１３７，５９２号明細書（Ｐｒｏｔｚｍａｎ  ｅｔ  ａｌ．），  同第３，３３２，８９７号明細書（Ｋｕｍａｒ），  同第３，４９６，２５４号明細書（Ｗｉｃｈｔｅｒｌｅ），  同第３，９８１，１００号明細書（Ｗｅａｖｅｒ  ｅｔ  ａｌ．），  同第４，１３４，８７１号（Ｏｔａｎｉ  ｅｔ  ａｌ．），  同第４，５５２，９４０号明細書（Ｖａｎ  Ｅａｎａｍ），  同第４，７８３，５１０号明細書（Ｓａｏｔｏｍｅ），  同第５，０３９，４５９号明細書（Ｋｉｎｄｔ−Ｌａｒｓｅｎ  ｅｔ  ａｌ．），  同第５，０７９，３５４号明細書（Ｇｒｏｓｓ  ｅｔ  ａｌ．），  同第５，３８５，９８３号明細書（Ｇｒａｈａｍ），  同第５，５２３，３７２号明細書（Ｆｉｓｋ），  同第５，８８３，２１１号明細書（Ｓａｓｓｉ），  同第６，２７１，２７８号明細書（Ｐａｒｋ），  同第６，２８６，２５４号明細書（Ｏｂｏｎａｉ  ｅｔ  ａｌ．），  同第６，３３９，０３９号明細書（Ｐｏｒａｔｈ  ｅｔ  ａｌ．），  同第６，６０２，９５２号明細書（Ｂｅｎｔｌｅｙ  ｅｔ  ａｌ．），  同第６，１２０，８０３号明細書（Ｗｏｎｇ  ｅｔ  ａｌ．），  同第６，６１５，５３９号明細書（Ｏｂｏｎａｉ  ｅｔ  ａｌ．），  同第６，８２２，１３５号明細書（Ｓｏｅｒｅｎｓ  ｅｔ  ａｌ．），  同第７，４５９，５０１号明細書（Ｄｏａｎｅ  ｅｔ  ａｌ．），および同第７，５９１，９７４号明細書（Ｓａｖｉｃｈ  ｅｔ  ａｌ．）；  ならびにＰＣＴ／ＵＳＯＯ／４０１６３（Ｂｅｎｔｌｅｙ  ｅｔ  ａｌ．）、これらはその全体を参照として本明細書中に援用される。
【０１０３】
例えば、本明細書中記載される方法および組成物は、コンタクトレンズ（例えば、米国特許第３，４９６，２５４号に記載されるもの）とともに用いるか、またはコンタクトレンズと連動して機能するように修飾することができる。別の実施形態として、エチレングリコールおよびポリエチレングリコールを出発物質として用いてゲルを形成することができる。別の例として、エチレングリコールモノメタクリラートとこれに対応するジメタクリラートを、実施形態のゲルとともに用いて様々な材料（コンタクトレンズなど）を形成することができる。別の例として、キトサンと架橋したポリエチレングリコール重合体を、本明細書中提供されるゲルおよびヒドロゲルとともに用いることができる。別の例として、アクリルアミドおよびポリエチレングリコールの重合体を、本明細書中提供されるゲルおよびヒドロゲルとともに用いることができる。別の例として、本発明の実施形態のゲルをポリアクリルアミド骨格とともに用いて水素結合させることにより、電気泳動用熱可逆性ヒドロゲルを形成することができる。別の例として、様々な用途（コンタクトレンズなど）のために、親水性単量体（ヒドロキシアルキルメタクリラート）および二価アルコール（例えば、１，４−ブタンジオール）を、本発明の実施形態のゲルとともに用いることができる。別の例として、ＰＡＡを様々な中和度、分子量、および濃度のポリエチレングリコール（「ＰＥＧ」）水溶液と組み合わせることにより、様々な材料を形成することができる。ＰＡＡとＰＥＧの比率を調節することで、所望の物性（粘度、強度、および伝導率など）を有するゲルを形成することができる。また、ＰＡＡとＰＥＧの比率は、ゲル生成の際に副生成物が形成されるのを排除できないにしても最小限にするように選択することができる。
土および種子
【０１０４】
いくつかの実施形態において、土および土に含ませたヒドロゲルを含む、土壌が提供される。提供されるヒドロゲルは、本明細書中記載されるとおりの組成を有し得る。ある例において、ヒドロゲルは、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料およびポリグリコールを含む第二の重合体材料を含む。いくつかの実施形態において、ポリグリコールは、環境に配慮したポリグリコールである。場合によっては、ポリグリコールはＰＴＭＥＧである。
【０１０５】
いくつかの実施形態において、第一の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。いくつかの実施形態において、第二の重合体材料は、実質的にホモ重合体である。第一の重合体材料は、第二の重合体材料と水素結合することができる。
【０１０６】
いくつかの実施形態において、乾燥した環境で栽培できるように構成された種子が提供される。種子は、本明細書中記載されるゲルまたはヒドロゲルを含む種子容器を含むシステムで提供される。種子は種子容器に入れられる。例えば、種子容器は、ポリアクリル酸を含む第一の重合体材料およびポリグリコールを含む第二の重合体材料で形成することができる。状況によっては、ポリグリコールは環境に配慮したポリグリコールである。場合によっては、環境に配慮したポリグリコールはＰＴＭＥＧである。いくつかの実施形態において、第一の重合体材料と第二の重合体材料は互いに水素結合している。場合によっては、第一の重合体材料は実質的にホモ重合体であり、および／または第二の重合体材料は実質的にホモ重合体である。場合によっては、第一の重合体材料および第二の重合体材料は、さらにビニル含有材料と組み合わされている。
【０１０７】
いくつかの実施形態において、ヒドロゲル含有種子容器に入れられた種子からは、そうでない種子から育つよりも葉の質量が重い植物が育つ。いくつかの例において、ヒドロゲル含有種子容器に入れられた種子からは、そうでない種子から育つよりも根の質量が重い植物が育つ。他の例において、植物の栽培法が提供され、この方法は、ヒドロゲル含有種子容器に入れられた種子および土壌を提供することを含む。いくつかの実施形態において、ヒドロゲル含有種子容器で栽培される種子からは、そうでない種子から育つよりも、根の質量が、少なくとも約２倍、または約３倍、または約５倍、または約６倍、または約８倍、または約１０倍以上ある植物が育つ。場合によっては、ヒドロゲル含有種子容器で栽培される種子からは、そうでない種子から育つよりも、葉の質量が、少なくとも約２倍、または約３倍、または約５倍、または約６倍、または約８倍、または約１０倍以上ある植物が育つ。
【０１０８】
ヒドロゲルは、土壌に撒くことができる。土壌は、様々な形および大きさ（例えば、円形、三角形、正方形、または長方形の区画）を有することができる。土壌は、少なくとも０．１ｆｔ２、または１ｆｔ２、または２ｆｔ２、または３ｆｔ２、または４ｆｔ２、または５ｆｔ２、または２５ｆｔ２、または５０ｆｔ２、または１００ｆｔ２、または５０００ｆｔ２、または１，０００ｆｔ２、または１０，０００ｆｔ２、またはそれより広い面積を有することができる。
【実施例１】
【０１０９】
ＰＡＡ（Ｍｗ：約４００，０００ｇ／ｍｏｌ）１１．５ｇとＰＴＭＥＧ（Ｍｗ：約６５０ｇ／ｍｏｌ）３７．０ｇを混合し、室温で溶媒なしで固体のまま２４時間撹拌してゲルを形成させる。ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧはＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手した。ゲルのフーリエ変換赤外（本明細書中「ＦＴＩＲ」または「ＩＲ」とも称する）スペクトルは、ゲル中に水素結合が存在することを示す。また、ＩＲスペクトルは、ゲルの加齢変性により、経時的に変化を示す。ゲルは、有機溶媒（例えば、アセトン）、強塩基（例えば、ＮａＯＨ）、および強酸（例えば、Ｈ２ＳＯ４）による攻撃（すなわち、腐食、分解）に抵抗する；ゲルを有機溶媒、強塩基、および強酸にさらし（酸および塩基それぞれ別に試験を行い、酸および塩基にさらしたゲルで続けて試験を行う）ても、ゲルの性質（例えば、粘度、強度）は保持される。
【０１１０】
図４に、ポリアクリル酸（ＰＡＡ、上段）およびＰＡＡとＰＴＭＥＧから形成されたゲル（下段）のフーリエ変換赤外（ＦＴＩＲ）スペクトル図を示す。図５に、ＰＴＭＥＧ試料（上段）およびＰＡＡとＰＴＭＥＧから形成されたゲル（下段）のＦＴＩＲスペクトル図を示す。三次元高分子ゲルのＩＲの特長は、ＰＡＡとＰＴＭＥＧの間に水素結合があることを示している。ＦＴＩＲスペクトル図では、ＯＨの特長がゲルの形成により弱くなっており、水素結合形成を示している。図８に、ＰＴＭＥＧ（図８ａ）およびＰＡＡ−ＰＴＭＥＧ三次元高分子ゲル（図８ｂ）の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）出力を示す。
【実施例２】
【０１１１】
約２５℃で、ＰＡＡ粉末（Ｍｗ：約４００，０００ｇ／ｍｏｌ）１５．０ｇを、ＰＴＭＥＧ（Ｍｗ：約６５０ｇ／ｍｏｌ）１５．０ｇと混合する。ＰＡＡおよびＰＴＭＥＧはＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社から入手する。均一なゴム様のほぼ透明な固体が形成されるまで、混合は継続して行う。所望の形状の型または鋳型を用いることで、このゲル材料の形状を選択することができる（図１を参照）。
【実施例３】
【０１１２】
通常の親水性単量体重合条件（すなわち、触媒および架橋剤を用いて加熱する）下でＰＡＡ重合体とＰＴＭＥＧ重合体を混合することにより、親水性ヒドロゲルを生成させる。
【０１１３】
本明細書中記載される方法により、ヒドロゲルを調製する。ポリ（アクリル酸）（Ｍｗ：約４００，０００ｇ／ｍｏｌ）１１．２ｇ、ＰＴＭＥＧを５０ｇ、およびジャガイモデンプン２００ｇを水２０００ｍｌに分散させる。撹拌しながら、この混合液に、アクリル酸１６７ｇ、アクリルアミド１００ｇ、Ν，Ν’−メチレンビス（アクリルアミド）３ｇ、および過硫酸カリウム６ｇを加える。約２０分、撹拌を続け、テトラメチルエチレンジアミン１ｍｌを加える。ついで、ヒドロゲルが形成されるまで反応器を６０℃に加熱する。形成したヒドロゲルを水で洗い、１〜１．５ｃｍ３ずつに小分けする。乾燥したヒドロゲルの吸水度は、約４００ｇＨ２Ｏ／ｇヒドロゲルである。
【０１１４】
図６に、ヒドロゲルの圧縮試験結果を示す。図中、ｙ軸（測定強度）の単位はグラム（ｇ）である。図７に、ヒドロゲルに含有される水および独立した水（または「自由な」水）の、室温での蒸発速度を比較して示す。ヒドロゲル中の水は、「自由な」水より蒸発速度が遅い。このことは、ヒドロゲルに保水力があることを示している。
【実施例４】
【０１１５】
ポリ（アクリル酸）（Ｍｗ：約４００，０００ｇ／ｍｏｌ）５ｇ、ＰＴＭＥＧを２２．３ｇ、およびジャガイモデンプン２００ｇを、水２０００ｍｌに分散させる。撹拌しながら、この混合液に、アクリル酸２００ｇ、アクリルアミド８０ｇ、Ν，Ν’−メチレンビス（アクリルアミド）１ｇ、および過硫酸カリウム６ｇを加える。約２０分、撹拌を続け、テトラメチルエチレンジアミン１ｍｌを加える。ついで、ヒドロゲルが形成されるまで反応器を６０℃に加熱する。形成したヒドロゲルを水で洗い、１〜１．５ｃｍ３ずつに小分けする。乾燥したヒドロゲルの吸水度は、約４００ｇＨ２Ｏ／ｇヒドロゲルである。
【実施例５】
【０１１６】
ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、アクリルアミド（ＡＡｍ）、および架橋剤を水中で混合することにより、ヒドロゲルを形成させる。架橋剤として、ジ（エチレングリコール）ジビニルエーテル、ジ（エチルグリコール）ジアクリラート、およびΝ，Ν’−メチレンビス（アクリルアミド）が可能である。以下を用いてヒドロゲルを調製する：ＮａＯＨ（水溶液）（７．３８０ｇのＮａＯＨを水２００ｍｌに溶解させたもの）、およびアクリルアミド（ＡＡｍ）、および架橋剤。重合は、６０℃で３〜４時間行う。ヒドロゲルの強度を評価し、以下の表に示す：
【０１１７】
【表１】
2013544929.tif 000002
【実施例６】
【０１１８】
ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ（またはＰＥＧ）、アクリルアミド（ＡＡｍ）、および架橋剤を水中で混合することにより、ヒドロゲルを形成させる。ヒドロゲルの強度を評価する。以下の表に、ＰＴＭＥＧとＰＥＧのいずれかを用いて形成させたヒドロゲルの強度を示す：
【０１１９】
【表２】
2013544929.tif 000003
【実施例７】
【０１２０】
ＰＡＡ、ＰＴＭＥＧ、アクリルアミド（ＡＡｍ）、および架橋剤を水中で混合することにより、ヒドロゲルを形成させる。ヒドロゲルの強度をヒドロゲル形成に用いたＰＡＡ量と対比させて評価する。以下の表に、ヒドロゲル形成に用いたＰＡＡ量の関数としてヒドロゲルの強度を示す：
【０１２１】
【表３】
2013544929.tif 000004
【実施例８】
【０１２２】
以下の表に示すとおり、セルロースとポリアクリルアミドヒドロゲルを混合することにより、ヒドロゲル・セルロース組成物を形成させる。ＰＡＡもＰＴＭＥＧも使用しなかった。このようにして形成させた様々なヒドロゲル・セルロース混合物を表に示す（「ＨＰＭＣ」はヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、「ＨＰＣ」はヒドロキシプロピルセルロースであり、「ＭＣ」はメチルセルロースである）：
【０１２３】
【表４】
2013544929.tif 000005
【実施例９】
【０１２４】
以下の表に示すとおり、水中で、アクリルアミドおよび架橋剤の存在下、セルロースとＰＡＡ−ＰＴＭＥＧヒドロゲルを混合することにより、ヒドロゲル・セルロース組成物を形成させる。このようにして形成させた様々なヒドロゲル・セルロース混合物を表に示す：
【０１２５】
【表５】
2013544929.tif 000006
【実施例１０】
【０１２６】
材料を以下の表に示すとおりの量で用いてポリアクリルアミドゲルを調製する：
【０１２７】
【表６】
2013544929.tif 000007
【実施例１１】
【０１２８】
カルボキシメチルセルロース１５ｇを水２０００ｍＬに溶解し、この溶液を撹拌しながら５Ｌ反応器に入れる。撹拌を続けながら、この溶液に、過硫酸カリウム５ｇ、アクリル酸２００ｇ、エチレンジメチルアクリラート１ｇ、およびポリ（アクリル酸）（Ｍｗ：約４００，０００ｇ／ｍｏｌ）１１ｇを加える。反応器を約６０℃に加熱し、ここにＰＴＭＥＧ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール、Ｍｗ：約６５０ｇ／ｍｏｌ）２２ｇを加える。重合が完了するまで混合物をさらに約１時間撹拌する。こうして形成されたヒドロゲルを反応器から出し、約１〜１．５ｃｍ３ずつに小分けする。ヒドロゲルの吸水性を試験する。
【実施例１２】
【０１２９】
ゼラチン２０ｇを水２０００ｍＬに溶解し、この溶液を撹拌しながら５Ｌ反応器に入れる。撹拌を続けながら、この溶液に、過硫酸カリウム５ｇ、アクリル酸２００ｇ、エチレンジメチルアクリラート０．５ｇ、およびポリ（アクリル酸）（Ｍｗ：約４００，０００ｇ／ｍｏｌ）１０ｇを加える。反応器を約６０℃に加熱し、ここにＰＴＭＥＧ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール、Ｍｗ：約６５０ｇ／ｍｏｌ）２０ｇを加える。重合が完了するまで混合物をさらに約１時間撹拌する。こうして形成されたヒドロゲルを反応器から出し、約１〜１．５ｃｍ３ずつに小分けする。ヒドロゲルの吸水性を試験する。
【実施例１３】
【０１３０】
実施例１２に記載の方法によりヒドロゲルを調製するが、ゼラチンの代わりにポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いる。
【実施例１４】
【０１３１】
実施例１２に記載の方法によりヒドロゲルを調製するが、ゼラチンの代わりにＰＶＡ、粘土、およびカルボキシメチルセルロースを用いる。
【実施例１５】
【０１３２】
アクリル酸１００ｇを水３００ｇに溶解させる（溶液Ａ）。次いで、溶液Ａを冷やしながら、これに水酸化カリウム５４ｇを溶解させる。機械撹拌器、温度制御装置、および加熱マントルを備えた２Ｌ丸底フラスコに、混合物を入れる。ついで、Ν，Ν’−メチレンビス（アクリルアミド）０．３ｇおよび過硫酸カリウム１．５ｇを加える。撹拌しながら、２２Ｌ丸底フラスコに、さらに、ポリアクリル酸１０ｇおよびＰＴＭＥＧを２０ｇ、加える。重合反応を６５℃で約２時間行う。
【実施例１６】
【０１３３】
アクリル酸３ｋｇを水４．５Ｌに溶解させる（溶液Ａ）。また、水酸化カリウム１６２０ｇを冷水４．５Ｌに溶解させる（溶液Ｂ）。溶液Ａと溶液Ｂを撹拌しながら混合する。機械撹拌器、温度制御装置、および加熱マントルを備えた２２Ｌ丸底フラスコに、混合物を入れる。ついで、Ν，Ν’−メチレンビス（アクリルアミド）９．０ｇおよび過硫酸カリウム４５ｇを加える。撹拌しながら、２２Ｌ丸底フラスコに、さらに、ポリアクリル酸３０ｇおよびＰＴＭＥＧ６０ｇを加える。重合反応を５０〜５５℃で約３時間行う。生成したヒドロゲルのバルクをグラインダーで切断し、７０℃で乾燥させる。生成物は、自身の乾燥重量の２００〜２５０倍の水道水を吸収する。
【実施例１７】
【０１３４】
実施例１６と同様にして、ただし、水酸化カリウムを１１６７ｇだけ用いて、ヒドロゲルを形成させる。
【実施例１８】
【０１３５】
アクリル酸３ｋｇを水４．５Ｌに溶解させる（溶液Ａ）。また、１．１６ｋｇのＭｉｒａｃｌｅ−Ｇｒｏ（登録商標）Ｐｌａｎｔ  Ｆｏｏｄ２４−８−１６を冷水４．５Ｌに溶解させる（溶液Ｂ）。溶液Ａと溶液Ｂを撹拌しながら混合する。機械撹拌器、温度制御装置、および加熱マントルを備えた２２Ｌ丸底フラスコに、混合物を入れる。ついで、Ν，Ν’−メチレンビス（アクリルアミド）９．０ｇおよび過硫酸カリウム４５ｇを加える。撹拌しながら、２２Ｌ丸底フラスコに、さらに、ポリアクリル酸３０ｇおよびＰＴＭＥＧ６０ｇを加える。重合反応を５０〜５５℃で約３時間行う。バルク生成物をグラインダーで切断する。
【実施例１９】
【０１３６】
アクリル酸３ｋｇを水４．５Ｌに溶解させる（溶液Ａ）。また、水酸化カリウム１１６７ｇおよび３０％水酸化アンモニウム水溶液９７３．７ｇを冷水４．５Ｌに溶解させる（溶液Ｂ）。溶液Ａと溶液Ｂを撹拌しながら混合する。機械撹拌器、温度制御装置、および加熱マントルを備えた２２Ｌ丸底フラスコに、混合物を入れる。ついで、Ν，Ν’−メチレンビス（アクリルアミド）９．０ｇおよび過硫酸カリウム４５ｇを加える。撹拌しながら、２２Ｌ丸底フラスコに、さらに、ポリアクリル酸３０ｇおよびＰＴＭＥＧ６０ｇを加える。重合反応を５０〜５５℃で約３時間行い、ヒドロゲルを形成させる。
【実施例２０】
【０１３７】
実施例１に記載のとおりに調製した固形ゲルを、固形ポリエチレンと混合し約１２時間撹拌する。ついで、得られる物質を示差走査熱量測定（ＤＳＣ）で測定する。ＤＳＣ出力を図９に示す。ＤＳＣ出力はポリエチレン重合体と調合されたＰＡＡ−ＰＴＭＥＧ高分子ゲルのＴｍを示し、これはポリエチレン自身のＴｍと異なっている。
【実施例２１】
【０１３８】
ヒドロゲルの水和および脱水のサイクル試験を行う。水和および脱水のサイクル試験は、ビーカー中で行う。ビーカー重量は５１．００ｇである。乾燥ＰＡＡ−ＰＴＭＥＧヒドロゲル０．２９ｇをこの試験に用いる。水和試験ごとに、水８０ｍｌをビーカーに加え、室温で約５時間かけて、水をヒドロゲルに十分に吸収させる。それから吸収されなかった水を除去する。ついで、ビーカーと湿潤ヒドロゲルの重量合計を記録する。脱水は、温度を一晩約８０℃に維持して行い、ついで、乾燥ヒドロゲルとビーカーの重量合計を記録する。この水和と脱水を、１８日間連続して繰り返す。この試験の結果を以下の表にまとめる。水和・脱水サイクルの回数に関わらずヒドロゲルの重量に変化が見られないことが指摘される。
【０１３９】
【表７】
2013544929.tif 000008
【実施例２２】
【０１４０】
温室テント試験を行う。鉢植え用土３００ｇを、異なる量の乾燥ＰＡＡ−ＰＴＭＥＧヒドロゲル（低濃度用に０．８４ｇ、および高濃度用に２．４ｇ）と混合する。土を一晩水に浸けて、土および乾燥ヒドロゲルを水で飽和させる。ついで、ポットを乾燥させてレタスの種子５粒を土の表面に蒔く。それから、鉢植え用土を種に薄く掛ける。このように準備したポットを温室テントに入れる。温室テントには、毎日１回水１００ｍｌが給水される。対照ポットには、ヒドロゲルを含まない土３００ｇを入れる。試験温度および湿度は、それぞれ、第一の温室テントが７８．９°Ｆおよび湿度４６％、第二のテントが８６．７°Ｆおよび湿度３６％である。種蒔きから３２日後、以下の表のとおりの植物の平均生物量が記録される。結果から、ポットにヒドロゲルを用いると、植物の生物量（根および葉の質量から測定したもの）は有意に増えることが示される。
【０１４１】
第一テント（温度：７８．９°Ｆ、湿度：４６％）
【０１４２】
【表８】
2013544929.tif 000009
【０１４３】
第二テント（温度：８６．７°Ｆ、湿度：３６％）
【０１４４】
【表９】
2013544929.tif 000010
【０１４５】
本発明の好適な実施形態が、本明細書中に図示および記載されてきたものの、そのような実施形態が例示として提供されたにすぎないことが、当業者には明らかであるだろう。本発明から逸脱しない修飾、変更、および置き換えが、当業者には多数思いつくだろう。本明細書中記載される本発明の実施形態に対する様々な代替物を用いて本発明を行うこともできることが理解されるはずである。以下の請求の範囲により発明の範囲を定義し、これらの請求の範囲内にある方法および構造ならびにその等価物は本発明に包含されるものとする。
【図１】
2013544929.tif 000011
【図２】
2013544929.tif 000012
【図３】
2013544929.tif 000013
【図４】
2013544929.tif 000014
【図５】
2013544929.tif 000015
【図６】
2013544929.tif 000016
【図７】
2013544929.tif 000017
【図８】
2013544929.tif 000018
【図９】
2013544929.tif 000019
【国際調査報告】
2013544929.tif 000020
2013544929.tif 000021