(57)【要約】膨潤度および保湿性に優れ、生分解性を有するポリ−γ−グルタミン酸ゲルを提供すること。ポリ−γ−グルタミン酸をポリアミンで架橋する際に、水溶性カルボジイミド（例えば、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミド  塩酸塩）およびＮ−ヒドロキシコハク酸イミド（例えば、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド）を縮合剤および縮合補助剤として用いることにより、非常に高い収率でポリ−γ−グルタミン酸ヒドロゲルが得られる。特に分子量百万以上のポリ−γ−グルタミン酸を原料として用いれば、膨潤度に優れ、生分解性を有するポリ−γ−グルタミン酸ヒドロゲルが提供される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ−γ−グルタミン酸ゲルの製造方法であって、水溶性カルボジイミドおよびＮ−ヒドロキシイミドの存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸またはその塩をポリアミンで架橋する工程を包含する、方法。
【請求項２】
前記Ｎ−ヒドロキシイミドがＮ−ヒドロキシコハク酸イミドである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポリ−γ−グルタミン酸またはその塩の重量平均分子量が、１００万以上である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記水溶性カルボジイミドが、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミド  塩酸塩である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ポリアミンが、アルキレンジアミンまたはポリ（エチレンイミン）である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ポリアミンが、炭素数２〜８のアルキレンジアミンである、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ポリアミンが、重量平均分子量１００〜２００００のポリ（エチレンイミン）である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ポリアミンが、１，３−プロパンジアミンである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ポリ−γ−グルタミン酸がポリアミンで架橋されたポリ−γ−グルタミン酸ゲルであって、乾燥ゲル中の、グルタミン酸残基のモル数とポリアミン残基のモル数との和のうちの、ポリアミン残基のモル数の比率が、１０モル％以下である、ポリ−γ−グルタミン酸ゲル。
【請求項１０】
前記乾燥ゲル中の、ポリアミン残基のモル数の比率が、３モル％以下である、請求項９に記載のポリ−γ−グルタミン酸ゲル。
【請求項１１】
ポリ−γ−グルタミン酸がポリ（エチレンイミン）で架橋されたポリ−γ−グルタミン酸ゲル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリアミン架橋ポリ−γ−グルタミン酸ゲルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生分解性を有し、かつ保湿性等に優れた化粧品等の材料として、ポリ−γ−グルタミン酸ヒドロゲルが注目されている。以下、本明細書中において、ポリ−γ−グルタミン酸を「ＰＧＡ」とも記載する。【０００３】
特開２００２−２３３３９１号公報（特許文献１）は、高分子量のポリ−γ−グルタミン酸を生産するバチルス属菌株を開示する。【０００４】
国際公開ＷＯ２００４−７５９３号公報（特許文献２）は、平均分子量が５，０００ｋＤａ以上のポリ−γ−グルタミン酸を開示する。【０００５】
特開２００５−１７９５３４号公報（特許文献３）は、ポリグリシジルエーテルを架橋剤として用いてポリ−γ−グルタミン酸ヒドロゲルを得る方法を開示する。【０００６】
しかし、特許文献３に記載された方法は、触媒なしでグリシジルエーテルの開環反応を行わせるため、比較的高い温度（例えば、５５℃）および長時間（例えば、２０時間）を必要とし、その高温のためにＰＧＡが分解しやすいという欠点がある。【０００７】
また、Ｋｕｎｉｏｋａら（非特許文献１）は、ポリ−γ−グルタミン酸をポリアミンで架橋する方法を開示し、縮合剤として、水溶性カルボジイミド（例えば、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミド  塩酸塩）を用いて、ポリ−γ−グルタミン酸ヒドロゲルを得る方法を開示する。なお、本願明細書中では、水溶性カルボジイミドを「ＷＳＣ」（Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅの頭文字)とも記載する。【０００８】
しかし、この方法は、非常に収率が低いという欠点があった。また、ポリアミン含有量の高いゲルしか得られないという欠点があった。さらに、ゲルの膨潤度が低く、ヒドロゲルとして使用する際の保湿性などに劣るという欠点があった。【０００９】
具体的には、非特許文献１は、その１８９２頁のＴａｂｌｅ  Ｉに以下の配合および得られたゲルのデータを記載する。【００１０】
なお、非特許文献１のＴａｂｌｅ  Ｉには、配合番号およびＰＧＡ（ポリグルタミン酸）の配合量の欄が存在しないが、説明の便宜上、以下の表においては、配合番号およびＰＧＡの量の欄を追加して記載する。表中、ＰＧＡとはポリグルタミン酸であり、１，３−ＰＤは、１，３−プロパンジアミンである。【００１１】
【表１】
2007034795.tif 000002
注（１）：非特許文献１の表Ｉ中にはＰＧＡの量は記載されていないが、表の下の脚注に１００ｍｇのＰＧＡが使用されたことが記載されている。
（２）：非特許文献１の表Ｉ中においては「Ｄｒｙ  Ｇｅｌ  Ｗｅｉｇｈｔ」と記載されている。
（３）：非特許文献１の表Ｉ中においては「Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｗａｔｅｒ  Ｃｏｎｔｅｎｔ」と記載されている。
（４）：非特許文献１の表Ｉ中においては「ｇｌｕ」と記載されている。
（５）：非特許文献１の表Ｉ中においては「１，３−ＰＤ」と記載されている。
（６）：上記表中、１，３−ＰＤの配合量は体積で示されている。１，３−ＰＤの比重（０．８８５ｇ／ｍＬ）を用いて重量に換算することが可能である。【００１２】
上記表１のＮｏ．４およびＮｏ．６〜Ｎｏ．９を比較すると、この方法では、ポリアミンモル分率が少ないゲルを製造することができないことが理解される。【００１３】
すなわち、Ｎｏ．４およびＮｏ．８〜Ｎｏ．９の配合では、ポリアミンを多量に配合しており、２．５〜６．５ｍｇのゲルが得られているが、ポリアミンの量を減少させたＮｏ．６では、乾燥ゲルの収量が０になってしまっている。つまり、非特許文献１の方法では、ポリアミンの量が少ない場合にはゲルを得ることができないという欠点がある。このため、ゲルを得るためには、多量のジアミンを使用する必要がある。そして、多量のジアミンを使用すると、必然的に、得られるゲル中のジアミン含有量が多くなる。上記表１中のデータによれば、Ｎｏ．７のジアミンモル分率１７％が最低である。【００１４】
このように、非特許文献１の方法においては、多量のジアミンを配合する必要があり、そして、その結果、得られるゲルとしては、ジアミン含有率の高いゲル（例えば、１７モル％以上）しか得ることができなかった。すなわち、非特許文献１の方法では、ポリアミン含有率の低いゲル（例えば、１０モル％以下）を得ることができなかった。【００１５】
そして、ポリアミン含有率が高すぎるゲルは、膨潤度が低いという欠点を有する。具体的には、上記表１では、膨潤度が最大でも８３４倍（Ｎｏ．７）にしかならない。一般に、ポリ−γ−グルタミン酸ゲルは、良好な保湿性などの性能を発揮するためには、できるだけ高い膨潤度を有するべきであることが知られており、具体的には、例えば、約１０００倍以上の膨潤度を有することが好ましいと考えられていた。このため、上記表１に示された膨潤度は、ポリ−γ−グルタミン酸ゲルとして望ましい値とはいえず、より高い膨潤度を有するゲルが望まれていた。【００１６】
また、そもそも、非特許文献１の方法においては、収率が極めて低いという欠点がある。具体的には、上記表１の実験において用いられた、ポリグルタミン酸の重量とポリアミンの重量との和に対する、得られたゲルの乾燥重量の比率を収率として計算すると、表１のＮｏ．５の配合において、約１０％の収率が得られるが、Ｎｏ．３、４、７、８、９では、収率はわずかに、約１〜３％程度でしかない。そして、Ｎｏ．１、２、６では、計算するまでもなく、収率は０％である。すなわち、非特許文献１の方法では、その収率は、表１に示されたように各種配合を調整した中の最大でも約１０％にしかならないのである。【００１７】
このように、非特許文献１の方法は、極めて収率が低いために、工業的製法として実用化するには程遠いものであった。【００１８】
また、上述したように、従来からポリアミンを架橋剤に用いることは試みられていたが、ポリマーを架橋剤として用いることは考えられていなかった。特に、カチオン性のポリマーであるポリ（エチレンイミン）（本明細書中で「ＰＥＩ」と略す）は、アニオン性のポリマーであるＰＧＡとがポリイオンコンプレックスを形成して不溶化しやすいことが知られていたので、ＰＥＩをＰＧＡの架橋剤として用いることができるとは、考えられていなかった。
【特許文献１】特開２００２−２３３３９１号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００４−７５９３号公報
【特許文献３】特開２００５−１７９５３４号公報
【非特許文献１】Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．Ｖｏｌ．６５，ｐｐ．１８８９−１８９６，１９９７，Ｐｏｌｙ（γ−ｇｌｕｔａｍｉｃ  ａｃｉｄ）Ｈｙｄｒｏｇｅｌ  Ｐｒｅｐａｒｅｄ  ｆｒｏｍ  Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ  Ｐｏｌｙ（γ−ｇｌｕｔａｍｉｃ  ａｃｉｄ）  ａｎｄ  Ａｌｋａｎｅｄｉａｍｉｎｅ  ｗｉｔｈ  Ｗａｔｅｒ−Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｃａｒｂｏｄｉｉｍｉｄｅ、Ｋｕｎｉｏｋａら
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、上記問題点の解決を意図するものであり、ＰＧＡが少量のポリアミンで架橋された、高い膨潤度を有するゲルを提供すること、およびそのゲルを高い収率で得る方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定の縮合補助剤を用いる方法を採用することによって上記課題が解決されることを見出し、これに基づいて本発明を完成させた。【００２１】
具体的には、本発明によれば、以下の方法およびゲルが提供される。【００２２】
（１）  ポリ−γ−グルタミン酸ゲルの製造方法であって、水溶性カルボジイミドおよびＮ−ヒドロキシイミドの存在下で、ポリ−γ−グルタミン酸またはその塩をポリアミンで架橋する工程を包含する、方法。【００２３】
（２）  前記Ｎ−ヒドロキシイミドがＮ−ヒドロキシコハク酸イミドである、上記項１に記載の方法。【００２４】
（３）  前記ポリ−γ−グルタミン酸またはその塩の重量平均分子量が、１００万以上である、上記項１に記載の方法。【００２５】
（４）  前記水溶性カルボジイミドが、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピ
ル）−カルボジイミド  塩酸塩である、上記項１に記載の方法。【００２６】
（５）  前記ポリアミンが、アルキレンジアミンまたはポリ（エチレンイミン）である、上記項１に記載の方法。【００２７】
（６）  前記ポリアミンが、炭素数２〜８のアルキレンジアミンである、上記項１に記載の方法。【００２８】
（７）  前記ポリアミンが、重量平均分子量１００〜２００００のポリ（エチレンイミン）である、上記項１に記載の方法。【００２９】
（８）  前記ポリアミンが、１，３−プロパンジアミンである、上記項１に記載の方法。【００３０】
（９）  ポリ−γ−グルタミン酸がポリアミンで架橋されたポリ−γ−グルタミン酸ゲルであって、乾燥ゲル中の、グルタミン酸残基のモル数とポリアミン残基のモル数との和のうちの、ポリアミン残基のモル数の比率が、１０モル％以下である、ポリ−γ−グルタミン酸ゲル。【００３１】
（１０）  前記乾燥ゲル中の、ポリアミン残基のモル数の比率が、３モル％以下である、上記項９に記載のポリ−γ−グルタミン酸ゲル。【００３２】
（１１）  ポリ−γ−グルタミン酸がポリ（エチレンイミン）で架橋されたポリ−γ−グルタミン酸ゲル。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、非常に高い収率でＰＧＡをポリアミンで架橋したゲルが提供される。本発明によれば、ポリアミン残基含有量が少なく、架橋密度が低く、膨潤度が高いゲルが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明を詳細に説明する。【００３５】
（ＰＧＡ）
ポリ−γ−グルタミン酸（ＰＧＡ）は、Ｄ，Ｌ−グルタミン酸が重合されて得られる化合物をいう。ＰＧＡは、また、その塩として本発明に用いることもできる。例えば、ＰＧＡのナトリウム塩が好適に使用可能である。【００３６】
ＰＧＡの分子量は、特に限定されない。ただし、物性などの点から、重量平均分子量１万以上であることが好ましく、１０万以上であることがより好ましい。さらに好ましくは、５０万以上であり、いっそう好ましくは１００万以上であり、ひときわ好ましくは１５０万以上であり、特に好ましくは２００万以上である。また、合成の困難性などの点で、重量平均分子量１３００万以下であることが好ましく、１０００万以下であることがより好ましい。【００３７】
例えば、上記特許文献１（特開２００２−２３３３９１号公報）には、重量平均分子量約１３００万のＰＧＡが記載されており、このＰＧＡを好適に本発明に使用することができる。【００３８】
また、上記特許文献１の従来の技術欄に記載されているように、従来から、分子量１０万〜２００万のＰＧＡが汎用されており、この分子量範囲のＰＧＡを本発明に用いることも可能である。【００３９】
本発明に用いるＰＧＡは、任意の公知の製造方法で製造され得る。例えば、上記特許文献１に記載された方法などが使用可能である。【００４０】
（ポリアミン）
本願明細書において、ポリアミンとは、アミノ基を複数有する化合物を言う。アミノ基は１級アミノ基（−ＮＨ２）であってもよく、２級アミノ基（−ＮＨ−）であってもよい。１級アミノ基が好ましい。アミノ基の数は、特に限定されないが、１つの好ましい実施形態では分子内に２つ（すなわち、ジアミン)である。【００４１】
好ましくは、ポリアミンは、アルキレンジアミンまたはポリエチレンイミンである。【００４２】
アルキレンジアミンにおける炭素数は特に限定されない。好ましくは、２以上である。また、好ましくは１０以下であり、より好ましくは、８以下であり、さらに好ましくは、６以下である。またアルキレンジアミン中のアルキレン基は、直鎖であってもよく、分岐鎖であってもよい。直鎖であることが好ましい。【００４３】
具体的には、好ましいアルキレンジアミンとしては、１，２−エチレンジアミン、１，３−プロピレンジアミン、１，４−ブタンジアミン、１，５−ヘプタンジアミン、１，６−ヘキサンジアミンなどが挙げられる。【００４４】
ポリエチレンイミンは、エチレンイミンを重合して得られるポリマーであって、従来公知の任意のポリエチレンイミンが本発明の方法に使用可能である。好ましくは、１級アミン：２級アミン：３級アミンが１：２：１で含まれるポリマーである。【００４５】
ポリエチレンイミンの重量平均分子量は、特に限定されない。好ましくは、１００以上であり、より好ましくは、２００以上であり、さらに好ましくは、４００以上であり、いっそう好ましくは、５００以上であり、最も好ましくは、６００以上である。また、好ましくは１０万以下であり、より好ましくは、５万以下であり、さらに好ましくは１万以下であり、最も好ましくは５０００以下である。【００４６】
ポリエチレンイミンとしては、市販されているポリマーをそのまま使用することができる。あるいは、公知の方法によりエチレンイミンから重合して得てもよい。【００４７】
ポリアミンの使用量は、特に限定されないが、ＰＧＡ中のグルタミン酸残基１モルに対して、用いるポリアミンの１級アミノ基の合計が０．０００１モル以上となるように配合されることが好ましく、０．００１モル以上がより好ましく、０．００３モル以上がさらに好ましく、特に好ましくは０．００５モル以上である。また、ＰＧＡ中のグルタミン酸残基１モルに対して、用いるポリアミンの１級アミノ基の合計が１モル以下となることが好ましく、０．２モル以下がより好ましく、０．１モル以下がさらに好ましく、０．０６モル以下がいっそう好ましく、０．０４モル以下が特に好ましい。【００４８】
重量基準では、ＰＧＡ１ｇに対して、用いるポリアミンの重量が０．００００２ｇ以上となるように配合されることが好ましく、０．０００２ｇ以上がより好ましく、０．０００５ｇ以上がさらに好ましく、特に好ましくは０．００１ｇ以上である。また、ＰＧＡ１ｇに対して、０．２５ｇ以下となることが好ましく、０．０５ｇ以下がより好ましく、０．２５ｇ以下がさらに好ましく、０．０１５ｇ以下がいっそう好ましく、０．０１ｇ以下が特に好ましい。【００４９】
用いるポリアミンの量が多すぎる場合には、架橋密度が高くなりやすく、膨潤度の低いＰＧＡゲルが得られやすい。用いるポリアミンの量が少なすぎる場合には、架橋密度が低くなりやすく、ゲルの状態が得られにくくなる可能性がある。【００５０】
（水溶性カルボジイミド）
本発明の方法においては、縮合剤として、水溶性カルボジイミドを用いる。本願明細書において、水溶性カルボジイミドとは、分子内にカルボジイミド基（−Ｎ＝Ｃ＝Ｎ−）を有する化合物であって、水溶性を有する化合物をいう。なお、本願明細書中では、水溶性カルボジイミドをＷＳＣとも記載する。本発明に使用可能なＷＳＣの具体例としては、例えば、１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）−カルボジイミドまたはその塩、１−シクロヘキシル−３−（２−モルホリノエチル）カルボジイミド−メト−ｐ−トルエン硫酸またはその塩などが挙げられる。１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＣ）、または１−シクロヘキシル−３−（２−モルホリノエチル）カルボジイミド−メト−ｐ−トルエン硫酸塩（ＣＭＣ）が好ましく使用可能である。【００５１】
ＷＳＣの使用量は、特に限定されないが、使用されるポリアミン１モルに対して、２モル以上が好ましく、３モル以上がより好ましく、６モル以上がさらに好ましく、１２モル以上がいっそう好ましく、２４モル以上が特に好ましい。また、使用されるポリアミン１モルに対して、５０モル以下が好ましく、４０モル以下がより好ましく、３０モル以下がさらに好ましい。【００５２】
また、ＷＳＣの使用量は、上述したとおり、ポリアミンの量を基準として決定することが好ましいが、ＰＧＡの量を基準とした場合の配合量の目安としては、ＰＧＡ中のグルタミン酸残基１モルに対して、０．００１モル以上が好ましく、０．０１モル以上がより好ましく、０．０３モル以上がさらに好ましく、０．０６モル以上が特に好ましい。また、ＰＧＡ中のグルタミン酸残基１モルに対して、１モル以下が好ましく、０．３モル以下がより好ましく、０．１モル以下がさらに好ましい。【００５３】
（Ｎ−ヒドロキシイミド）
本発明の方法に用いるＮ−ヒドロキシイミドは、分子内にＮ−ヒドロキシイミド基：
−（Ｃ＝Ｏ）−（Ｎ−ＯＨ）−（Ｃ＝Ｏ）−
を有する化合物である。すなわち、この化合物は、以下の一般式で表される。
ＲＡ−（Ｃ＝Ｏ）−（Ｎ−ＯＨ）−（Ｃ＝Ｏ）−ＲＢ
ここで、ＲＡおよびＲＢが結合することにより、環構造が形成されてもよい。ＲＡおよびＲＢが結合してＲＡおよびＲＢ中の２つの炭素とＮ−ヒドロキシイミド基とで５員環を形成した化合物が好ましい。また、Ｎ−ヒドロキシイミドは、水溶性であることが好ましい。【００５４】
本発明に使用可能なＮ−ヒドロキシイミドの具体例としては、以下の化合物が例示される：
Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミド、
Ｎ−ヒドロキシマレイン酸イミド、
Ｎ−ヒドロキシヘキサヒドロフタル酸イミド、
Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシシクロヘキサンテトラカルボン酸イミド、
Ｎ−ヒドロキシフタル酸イミド、
Ｎ−ヒドロキシテトラブロ モフタル酸イミド、
Ｎ−ヒドロキシテトラクロロフタル酸イミド、
Ｎ−ヒドロキシヘット酸イミド、
Ｎ−ヒドロキシハイミック酸イミド、
Ｎ−ヒドロキシトリメリット酸イミド、
Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシピロメリット酸イミド、
Ｎ，Ｎ′−ジヒドロキシナフタレンテトラカルボン酸イミド
Ｎ−ヒドロキシイミドは、市販の試薬をそのまま使用することが可能であり、また、従来公知の合成方法により合成してもよい。例えば、特開２００２−４７２７０号方法に記載の方法で合成してもよい。【００５５】
Ｎ−ヒドロキシイミドの中でも、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミドが最も好ましい。【００５６】
Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミドとしては、市販されている試薬などをそのまま使用することができる。なお、本明細書中においては、Ｎ−ヒドロキシコハク酸イミドをＮＨＳともいう。【００５７】
Ｎ−ヒドロキシイミドの使用量は、特に限定されないが、使用されるポリアミン１モルに対して、２モル以上が好ましく、３モル以上がより好ましく、６モル以上がさらに好ましく、１２モル以上がいっそう好ましく、２４モル以上が特に好ましい。また、使用されるポリアミン１モルに対して、５０モル以下が好ましく、４０モル以下がより好ましく、３０モル以下がさらに好ましい。【００５８】
また、Ｎ−ヒドロキシイミドの使用量は、使用されるＷＳＣの量と等モルとすることが好ましい。【００５９】
また、Ｎ−ヒドロキシイミドの使用量は、上述したとおり、ポリアミンの量を基準として決定することが好ましいが、ＰＧＡの量を基準とした場合の配合量の目安としては、ＰＧＡ中のグルタミン酸残基１モルに対して、０．００１モル以上が好ましく、０．０１モル以上がより好ましく、０．０３モル以上がより好ましく、０．０６モル以上が特に好ましい。また、ＰＧＡ中のグルタミン酸残基１モルに対して、１モル以下が好ましく、０．３モル以下がより好ましく、０．１モル以下がより好ましい。【００６０】
（溶媒）
本発明の方法においては、溶媒は特に限定されない。好ましくは、水である。【００６１】
（その他の成分）
本発明の方法は、好ましくは、上記の各材料のみを用いて溶媒中で行われる。しかし、上記の各材料に加えて、必要に応じて、公知の添加剤等を適当量を配合してもよい。【００６２】
具体的には、たとえば、ＷＳＣおよびＮＨＳ以外の縮合剤、縮合補助剤、触媒、充填材、着色料（顔料または染料）、補強剤（例えば、繊維）、酸化防止剤、離型剤、溶媒、増粘剤などを用途に応じて添加することができる。【００６３】
（架橋反応条件）
架橋反応の条件は特に限定されない。室温でもよく、加温してもよい。ただし、温度が低すぎる場合には、硬化反応に極めて長時間を有するので、加熱を行うことが好ましい。架橋反応の際の温度は、具体的には、好ましくは、１０℃以上であり、より好ましくは、１５℃以上であり、さらに好ましくは、２０℃以上である。また、好ましくは、１００℃以下であり、より好ましくは、５０℃以下である。高すぎる場合には、ＰＧＡが分解しやすい。従って室温付近で行うことが好ましい。【００６４】
架橋反応の際のｐＨは特に限定されないが、好ましくは６以上であり、より好ましくは
７以上である。また、好ましくは１１以下であり、より好ましくは１０以下である。【００６５】
（手順）
上述した各反応材料（ＰＧＡ、ポリアミン、ＷＳＣおよびＮ−ヒドロキシイミド）を溶媒中で架橋反応させることにより、ＰＧＡが架橋したゲルが得られる。各材料の投入順序は特に限定されず、すべての材料を一度に投入してもよく、各材料を任意の順序で投入してもよいが、好ましくは、ＷＳＣの投入を最後に行う。すなわち、ＰＧＡ、ポリアミンおよびＮ−ヒドロキシイミドを含む反応溶液を調製した後にＷＳＣを添加することが、収率の点で好ましい。Ｎ−ヒドロキシイミドの添加の後、ＷＳＣを添加するまでの時間を１分以上とすることが好ましく、より好ましくは、５分以上であり、さらに好ましくは１０分以上である。また、好ましくは３時間以下であり、より好ましくは１時間以下であり、さらに好ましくは３０分以下である。【００６６】
反応材料がすべて投入されると、架橋反応がスタートする。架橋反応の際の反応時間は、架橋反応を十分に行うためには、好ましくは、５分間以上であり、より好ましくは、１０分間以上であり、さらに好ましくは、２０分間以上であり、いっそう好ましくは、３０分間以上であり、特に好ましくは、１時間以上である。ただし、プロセス全体の長さを短縮するためには、好ましくは、５日以下であり、より好ましくは、２日以下であり、さらに好ましくは、１日以下である。いっそう好ましくは、１２時間以下である。特に好ましくは、６時間以下である。【００６７】
架橋反応の際には、必要に応じて、反応溶液を攪拌してもよく、静置しておいてもよい。好ましくは、静置しておく。【００６８】
架橋反応に充分な時間が経過した後、反応溶液中にゲルが得られる。この反応溶液を水（好ましくは蒸留水）で洗うことにより、反応溶液中のＷＳＣおよびＮ−ヒドロキシイミドが除去され、ＰＧＡがポリアミンで架橋されたゲルが得られる。【００６９】
（生成物）
上述した方法により得られたゲルは、ＰＧＡにポリアミンが架橋した構造を有する。ＷＳＣおよびＮ−ヒドロキシイミドは、最終的に得られるゲル中には実質的に存在しない。得られるゲル中の、ポリアミン残基のモル数は、グルタミン酸残基のモル数とポリアミン残基のモル数との和に対して、１５％以下とすることが好ましく、１０％以下がより好ましく、５％以下がさらに好ましく、３％以下がいっそう好ましく、１％以下が特に好ましい。また、０．００１％以上が好ましく、０．０１％以上がより好ましく、０．１％以上がさらに好ましい。【００７０】
（ヒドロゲルの製造）
上述した方法により得られたゲルは、水を加えることにより、ヒドロゲルの形態になる。用途に応じて必要量の水を含ませたヒドロゲル製品とすることが可能である。【００７１】
（性能）
本発明のゲルは、優れた膨潤度を示す。例えば、室温で２日間、蒸留水中に浸漬させた後のゲル膨潤度が１０００倍以上のゲルを得ることが可能であり、配合を適宜調整することにより、２０００倍以上、３０００倍以上、４０００倍以上、５０００倍以上、５５００倍以上または６０００倍以上の膨潤度を有するゲルが製造され得る。膨潤度は高ければ高いほど好ましいが、具体的には、例えば、６５００倍程度まで、あるいは７０００倍程度までの膨潤度のゲルを得ることが可能である。【００７２】
（用途）
本発明のヒドロゲルは、幅広い分野における応用が期待される。例えば、化粧品分野では、モイスチャライザーや保湿剤として使用することができる。農業用品や園芸用品の分野では、土壌改質剤、種子被覆剤、植物栽培用の水分保持剤、動物の堆肥用の固定剤、コンポスト添加剤、糞便や尿などに用いる加失剤として使用することができる。土木工事分野においては、水処理スラッジや下水スラッジ、河川下水道スラッジ用の水コンディショニング剤、固化剤、改質剤、凝固剤、あるいは貯水池用の土壌として使用することができる。医療・衛生分野では血液や体液、紙おむつ、タンポン用の吸収剤として、あるいはデオドラントや放出制御薬剤担体として使用することができる。バイオエンジニアリング分野では、微生物、植物細胞、または動物細胞を培養するための培地基材として、あるいはバイオリアクターのための固定材として使用することができる。
【実施例】
【００７３】
（実施例１〜４：１，３−ＰＤを架橋剤に用いたＰＧＡ架橋物の調製）
以下に、１，３−プロピレンジアミンを用いた実施例を説明する。【００７４】
（実施例１）
水３ｍＬに０．４５３ｇのＰＧＡのナトリウム塩（ＰＧＡＮａ）および１２０μＬの１，３−ＰＤ水溶液［０．１８５３ｇ／１０ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）］（＝２．２２３６ｍｇ相当）を入れ、ゆっくりと３０分程度攪拌することで溶解させ、そこへ１ｍＬの水に溶解させた０．０２０７ｇのＮＨＳを添加した。１５分経過後、０．８８ｍＬの水に溶解させた０．０３４６ｇのＷＳＣを添加することでＰＧＡ架橋物を調製した。なお、ＰＧＡ架橋物に含まれる水の全量を５ｍＬとした。【００７５】
架橋反応を十分に進行させた（一日間）後、２Ｌの蒸留水に浸漬させ、途中で水の交換をしながらゲルを膨潤させた。（一日間）膨潤により架橋剤が除去された状態のゲルを凍結乾燥することで、ゲル膨潤度およびゲル収率を測定したところ、それぞれ７８０倍および９７％であった。また、十分な膨潤を行うために蒸留水中に２日間浸漬させた場合のゲル膨潤度およびゲル収率はそれぞれ６６２０倍および９２％であった。また、得られたゲルの物性評価を行った結果、粘弾性測定より求めたゲル化時間（弾性率と粘性率がクロスオーバーするまでの時間）は７．８分、定常状態のゲル弾性率Ｇ’は１３０Ｐａであった。圧縮試験の結果からは初期弾性率Ｅ０が求まり、１．９ｋＰａであった。【００７６】
上述したとおり、ほぼ１００％に近い収率でゲルが得られたことから、得られたゲルの組成は、当然に、出発原料中のＰＧＡおよび１，３−ＰＤの配合比がほぼそのままゲルの組成になっていると考えられる。すなわち、ゲル中の１，３−ＰＤ残基は、約１％であることが理解される。【００７７】
すなわち、非特許文献１の技術では得ることが不可能な架橋剤密度の低いゲルが実施例１において得られたことがわかった。【００７８】
（実施例１Ａ）
実施例１における分子量２００万のＰＧＡの代わりに重量平均分子量５０万のＰＧＡを用いてゲル架橋物を調製した。その結果、ゲル膨潤度およびゲル収率はそれぞれ２４４０倍および７９％であった。【００７９】
（実施例１Ａ’）
実施例１Ａにおいて、１，３−ＰＤ水溶液の配合量を２４０μＬ（＝４．４４７２ｍｇ相当）に変更し、それ以外は実施例１Ａと同様に実験を行った。その結果、良好なゲル架橋物が得られた。【００８０】
上記背景技術の項に説明したとおり、非特許文献１における収率は、数％〜１０％程度に過ぎなかったのである。この従来技術と比較すれば、上記実施例１における９７％というゲル収率、および実施例１Ａにおける７９％というゲル収率は、従来技術からとても予想され得ない、極めて高い収率であることが理解される。【００８１】
しかも、そもそも、非特許文献１においては、１，３−ＰＤの添加量が少ない場合には、ゲルを得ることはできなかったのである。具体的には、例えば、ＰＧＡ１００ｍｇに対して、１，３−ＰＤを１０μＬ（約９μｇ、ＰＧＡ１００重量部に対して約９重量部）添加した場合に、ゲルを得ることはできなかったのである。すなわち、収率は０％である。他方、上記実施例１および実施例１Ａにおいては、ＰＧＡ１００重量部に対して１，３−ＰＤをわずか１重量部添加した配合において９７％および７９％の収率でゲルが得られており、これは驚くべき高収率であると評価する以外にはない。【００８２】
（実施例１Ｂ）  
実施例１において、分子量：２００万のＰＧＡの代わりに重量平均分子量５００万のＰＧＡを用いてゲル架橋物を調製した。その結果、良好なゲル架橋物が得られた。【００８３】
（実施例１Ｂ’）
実施例１Ｂにおいて、１，３−ＰＤ水溶液の配合量を２４０μＬ（＝４．４４７２ｍｇ相当）に変更し、それ以外は実施例１Ｂと同様に実験を行った。その結果、良好なゲル架橋物が得られた。【００８４】
（実施例２）
水３ｍＬに０．４５３ｇのＰＧＡＮａ［分子量：２００万］および実施例１での１２０μＬの代わりに２４０μＬの１，３−ＰＤ水溶液［０．１８５３ｇ／１０ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）］（＝４．４４７２ｍｇ相当）を入れ、室温でゆっくりと３０分程度攪拌することで溶解させ、そこへ１ｍＬの水に溶解させた０．０２０７ｇのＮＨＳを添加した。１５分経過後、０．７６ｍＬの水に溶解させた０．０３４６ｇのＷＳＣを添加することでＰＧＡ架橋物を調製した。なお、ＰＧＡ架橋物に含まれる水の全量を５ｍＬとした。架橋反応を十分に進行させた（一日間）後、２Ｌの蒸留水に浸漬させ、途中で水の交換をしながらゲルを十分に膨潤させた。（２日間）膨潤により架橋剤が除去された状態のゲルを凍結乾燥することで、ゲル膨潤度およびゲル収率を測定したところ、それぞれ２４００倍および９５％であった。また、得られたゲルの物性評価を行った結果、粘弾性測定より求めたゲル化時間（弾性率と粘性率がクロスオーバーするまでの時間）は７．７分、定常状態のゲル弾性率Ｇ’は５９０Ｐａであった。圧縮試験の結果からは初期弾性率Ｅ０が求まり、２．６ｋＰａであった。【００８５】
（実施例３）
水３ｍＬに０．４５３ｇのＰＧＡＮａ［分子量：２００万］および実施例１での１２０μＬの代わりに６０μＬの１，３−ＰＤ水溶液［０．１８５３ｇ／１０ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）］（＝１．１１１８ｍｇ相当）を入れ、室温でゆっくりと３０分程度攪拌することで溶解させ、そこへ１ｍＬの水に溶解させた０．０２０７ｇのＮＨＳを添加した。１５分経過後、０．７６ｍＬの水に溶解させた０．０３４６ｇのＷＳＣを添加することでＰＧＡ架橋物を調製した。また、得られたゲルの物性評価を行った結果、粘弾性測定より求めたゲル化時間（弾性率と粘性率がクロスオーバーするまでの時間）は１１分、定常状態のゲル弾性率Ｇ’は５２Ｐａであった。圧縮試験の結果からは初期弾性率Ｅ０が求まり、０．２４ｋＰａであった。【００８６】
（実施例４）
水３ｍＬに０．４５３ｇのＰＧＡＮａ［分子量：２００万］および実施例１での１２０
μＬの代わりに３０μＬの１，３−ＰＤ水溶液［０．１８５３ｇ／１０ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）］（＝０．５５５９ｍｇ相当）を入れ、室温でゆっくりと３０分程度攪拌することで溶解させ、そこへ１ｍＬの水に溶解させた０．０２０７ｇのＮＨＳを添加した。１５分経過後、０．７６ｍＬの水に溶解させた０．０３４６ｇのＷＳＣを添加することでＰＧＡ架橋物を調製した。また、得られたゲルの物性評価を行った結果、粘弾性測定より求めたゲル化時間（弾性率と粘性率がクロスオーバーするまでの時間）は１６分、定常状態のゲル弾性率Ｇ’は２０Ｐａであった。【００８７】
上記実施例１〜４の配合を以下の表に示す。【００８８】
【表２】
2007034795.tif 000003
ａ）０．０１８５３ｇ／ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）水溶液を調製の上、添加した。
ｂ），ｃ）水溶液とした上で添加することで、全量が反応に関与するようにした。
ｄ）  溶媒の全量
＊）  ＰＧＡＮａのモル数はモノマーユニット換算。【００８９】
ＰＧＡの分子量は、重量平均分子量である。【００９０】
上述したとおり、特段のｐＨ調節の作業を行わなかったが、ゲルの調製を再現性よく且つ収率良く行うことが可能であった。【００９１】
以下の表に、上記実施例１、１Ａおよび１Ｂのゲル化時間、弾性率等の測定結果を示す
。【００９２】
【表３】
2007034795.tif 000004
ａ）架橋反応開始後、十分な時間（１日程度）放置したものをサンプルとして使用。弾性率測定の際に周波数依存がないことを確認の上、１Ｈｚの周波数を用いてレオメーターにより測定した。【００９３】
（考察）
上記実験結果から、以下のことが理解される。【００９４】
架橋剤量により、ゲル化時間の制御が可能である。【００９５】
ゲル化時間に対してはＰＧＡ分子量よりも架橋剤量の影響が大きい。【００９６】
弾性率測定結果より、架橋剤量およびＰＧＡ分子量の増加に伴った架橋物強度の上昇が確認された（すなわち、同じ架橋物強度のためには、高分子量ＰＧＡを用いれば架橋剤濃度を低下させることが出来る）。【００９７】
圧縮試験結果より導いた初期弾性率の変化はレオメーターを用いて測定した粘弾性測定結果と高い相同性を示した。【００９８】
（比較例１）
ＮＨＳを添加しなかった以外は実施例１と同様に実験を行った。しかし、架橋物は得られず、収率は０％であった。【００９９】
（比較例２）
比較例１において、反応液のｐＨを６に調整した以外は、比較例１と同様に実験を行った。ＷＳＣはｐＨ約６程度で活性が高くなることが知られているため、ｐＨを調節した。その結果、反応溶液の粘度は上昇したが、架橋物は得られず、収率は０％であった。【０１００】
（実施例５〜９：ＰＥＩを架橋剤に用いた高分子量ＰＧＡ架橋物の調製）
以下に、ポリ（エチレンイミン）を用いた実施例を説明する。【０１０１】
（実施例５）
水３ｍＬに０．４５３ｇのＰＧＡＮａ（重量平均分子量：２００万）および１２０μＬのＰＥＩ（重量平均分子量：６００、和光純薬工業株式会社製、試薬グレード）水溶液［０．８８ｇ／１０ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）］（＝２．６４ｍｇ相当）（ＰＧＡモノマーユニット換算に対して０．２５ｍｏｌ％のＰＥＩ）を入れ、ゆっくりと３０分程度攪拌することで溶解させ、そこへ１ｍＬの水に溶解させた０．０２０７ｇのＮＨＳを添加した。１５分経過後、０．８８ｍＬの水に溶解させた０．０３４６ｇのＷＳＣを添加することでＰＧＡ架橋物を調製した。なお、ＰＧＡ架橋物に含まれる水の全量を５ｍＬとした。【０１０２】
また、得られたゲルの物性評価を行った結果、粘弾性測定より求めたゲル化時間（弾性率と粘性率がクロスオーバーするまでの時間）は２．６分、定常状態のゲル弾性率Ｇ’は４００Ｐａであった。圧縮試験の結果からは初期弾性率Ｅ０が求まり、２．３ｋＰａであった。【０１０３】
（実施例６）
水３ｍＬに０．４５３ｇのＰＧＡＮａ［重量平均分子量：２００万］および１２０μＬのＰＥＩ（重量平均分子量：１８００、和光純薬工業株式会社製、試薬グレード）水溶液［０．８８ｇ／１０ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）］（＝２．６４ｍｇ相当）（ＰＧＡモノマーユニット換算に対して０．２５ｍｏｌ％のＰＥＩ）を入れ、ゆっくりと３０分程度攪拌することで溶解させ、そこへ１ｍＬの水に溶解させた０．０２０７ｇのＮＨＳを添加した。１５分経過後、０．８８ｍＬの水に溶解させた０．０３４６ｇのＷＳＣを添加することでＰＧＡ架橋物を調製した。なお、ＰＧＡ架橋物に含まれる水の全量を５ｍＬとした。また、得られたゲルの物性評価を行った結果、粘弾性測定より求めたゲル化時間（弾性率と粘性率がクロスオーバーするまでの時間）は２．３分、定常状態のゲル弾性率Ｇ’は２００Ｐａであった。【０１０４】
（実施例７）
水３ｍＬに０．４５３ｇのＰＧＡＮａ［重量平均分子量：２００万］および１２０μＬのＰＥＩ（重量平均分子量：１００００、和光純薬工業株式会社製、試薬グレード）水溶液［０．８８ｇ／１０ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）］（＝２．６４ｍｇ相当）（ＰＧＡモノマーユニット換算に対して０．２５ｍｏｌ％のＰＥＩ）を入れ、ゆっくりと３０分程度攪拌することで溶解させ、そこへ１ｍＬの水に溶解させた０．０２０７ｇのＮＨＳを添加した。１５分経過後、０．８８ｍＬの水に溶解させた０．０３４６ｇのＷＳＣを添加することでＰＧＡ架橋物を調製した。なお、ＰＧＡ架橋物に含まれる水の全量を５ｍＬとした。また、得られたゲルの物性評価を行った結果、粘弾性測定より求めたゲル化時間（弾性率と粘性率がクロスオーバーするまでの時間）は１１分、定常状態のゲル弾性率Ｇ’は３９Ｐａであった。【０１０５】
（実施例８）
水３ｍＬに０．４５３ｇのＰＧＡＮａ［分子量：２００万］および６０μＬのＰＥＩ（重量平均分子量：６００）水溶液［０．８８ｇ／１０ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）］（＝１．３２ｍｇ相当）（ＰＧＡモノマーユニット換算に対して０．１２５ｍｏｌ％のＰＥＩ）を入れ、ゆっくりと３０分程度攪拌することで溶解させ、そこへ１ｍＬの水に溶解させた０．０２０７ｇのＮＨＳを添加した。１５分経過後、０．８８ｍＬの水に溶解させた０．０３４６ｇのＷＳＣを添加することでＰＧＡ架橋物を調製した。なお、ＰＧＡ架橋物に含まれる水の全量を５ｍＬとした。また、得られたゲルの物性評価を行った結果、粘弾性測定より求めたゲル化時間（弾性率と粘性率がクロスオーバーするまでの時間）は４．０分、定常状態のゲル弾性率Ｇ’は５２Ｐａであった。圧縮試験の結果からは初期弾性率Ｅ０が求まり、１．５ｋＰａであった。【０１０６】
（実施例９）
水３ｍＬに０．４５３ｇのＰＧＡＮａ［分子量：２００万］および２４０μＬのＰＥＩ（重量平均分子量：６００）水溶液［０．８８ｇ／１０ｍＬ（＝０．２５ｍｍｏｌ／ｍＬ）］（＝５．２８ｍｇ相当）（ＰＧＡモノマーユニット換算に対して０．５ｍｏｌ％のＰＥＩ）を入れ、ゆっくりと３０分程度攪拌することで溶解させ、そこへ１ｍＬの水に溶解させた０．０２０７ｇのＮＨＳを添加した。１５分経過後、０．８８ｍＬの水に溶解させた０．０３４６ｇのＷＳＣを添加することでＰＧＡ架橋物を調製した。なお、ＰＧＡ架橋物に含まれる水の全量を５ｍＬとした。得られたゲルの膨潤度は２０００倍であった。また、得られたゲルの物性評価を行った結果、粘弾性測定より求めたゲル化時間（弾性率と粘性率がクロスオーバーするまでの時間）は１．８分、定常状態のゲル弾性率Ｇ’は１１００Ｐａであった。圧縮試験の結果からは初期弾性率Ｅ０が求まり、６．４ｋＰａであった。【０１０７】
上記実施例５〜９の配合を以下の表に示す。【０１０８】
【表４】
2007034795.tif 000005
調製条件
架橋剤：ＰＥＩ  （重量平均分子量：６００，１８００，１００００）
ＰＧＡの重量平均分子量：２００万
ａ）  ポリエチレンイミンの１モノマーユニットの分子量は４４。ポリエチレンイミン中、一級アミン：二級アミン：三級アミン＝１：２：１の比率で含まれている。一級アミンが２個含まれる繰り返し単位をユニットとすると、８個のモノマーユニットからなる１ユニット中に２個の一級アミンが含まれる計算になり、１ユニットの分子量は３５２となる。この計算方法により、他のジアミン類との比較およびＰＥＩの分子量の影響を検討することが可能となった。
ｂ），ｃ）  水溶液とした上で添加することで、全量が反応に関与するようにした。
ｄ）  溶媒の全量
＊）  ＰＧＡＮａのモル数はモノマーユニット換算【０１０９】
【表５】
2007034795.tif 000006
ａ）レオメーターを用いて貯蔵弾性率（弾性率）Ｇ’の値と損失弾性率（粘性率）Ｇ’’の値を測定し、液体（Ｇ’＜Ｇ’’）が架橋反応の進行に伴ってＧ’＞Ｇ’’（固体）となるまでの時間をゲル化時間とした。（測定不能領域は、各サンプルともおよそ３０分程度であった）
ｂ）架橋反応開始後、十分な時間（１日程度）放置したものをサンプルとして使用。弾性率測定の際に周波数依存がないことを確認の上、１Ｈｚの周波数を用いてレオメーターにより測定した。
ｃ）作製したゲルを用いて圧縮試験により測定を行った。【０１１０】
（比較例３）
ＮＨＳを添加しなかった以外は実施例５と同様に実験を行った。しかし、架橋物は得られず、収率は０％であった。【０１１１】
（比較例４）
比較例３において、反応液のｐＨを６に調整した以外は、比較例３と同様に実験を行った。ＷＳＣはｐＨ約６程度で活性が高くなることが知られているため、ｐＨを調節した。その結果、反応溶液の粘度は上昇したが、架橋物は得られず、収率は０％であった。【０１１２】
（考察）
架橋活性化剤であるＷＳＣのほかに架橋活性化補助剤であるＮ−ヒドロキシイミド（上記実施例ではＮＨＳ）を用いることにより、迅速にＰＥＩで架橋されたＰＧＡからなるゲルを調製できた。【０１１３】
架橋剤としてのＰＥＩの分子量が大きい場合には、架橋物強度は低下する傾向にあることが上記結果から理解される。従って、強度の高い架橋物が所望される場合には、低めの分子量のポリアミンを架橋剤として用いることが有利であることが理解される。【０１１４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載および技術常識に基づいて、特許請求の範囲に等価な範囲を理解することができる。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明のゲルは、膨潤度に優れることから、従来公知のヒドロゲルが用いられていた用途に有効に使用することができる。例えば、保湿性に優れることから、化粧品等の分野において応用が期待される。また、吸水率が高いことから、衛生用品等の分野において応用が期待される。
【国際調査報告】
2007034795.tif 000007
2007034795.tif 000008
2007034795.tif 000009
2007034795.tif 000010
2007034795.tif 000011
2007034795.tif 000012