(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶液中でジアセトンアクリルアミド単位を０．１〜１５モル％含有するジアセトンアクリルアミド共重合変性ポリビニルアルコール系樹脂と水溶性ヒドラジン化合物を反応せしめる際、前記ジアセトンアクリルアミド共重合変性ポリビニルアルコール系樹脂水溶液に固体状のヒドラジン化合物もしくはヒドラジン化合物の水溶液を添加し、型に流し込み、型の中でゲル化させることを特徴とするポリビニルアルコール系含水ゲルの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のポリビニルアルコール系含水ゲル中に酵素又は微生物を固定せしめることを特徴とする酵素又は微生物固定化成形物の製造方法。
【請求項３】
ジアセトンアクリルアミド共重合変性ポリビニルアルコール系樹脂と酵素又は微生物の他に少なくとも１種類の多価金属イオンとの接触によりゲル化能を有する水溶性高分子多糖類を含有する混合水溶液を多価金属イオンとヒドラジン化合物を含有する水溶液中に滴下せしめることを特徴とする酵素又は微生物固定化成形物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形性および強度に優れたポリビニルアルコール系含水ゲルおよび酵素・微生物固定化成形物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
含水ゲルは生体組織への損傷が少なく、物質透過性に富んでいるなどの理由から、目、皮膚、関節などの生体材料や薬物の徐放性担体などの医用材料、および保水剤、保冷剤として研究され、実用化されている。また、近年、含水ゲルに酵素や微生物を固定化して、生体触媒としての利用が検討されている。
【０００３】
ポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略記する）系樹脂を用いた含水ゲルは、含水率が高いこと、成形物の柔軟性が高く機械的強度が高いこと、生体との親和性が高いことなどの点で有用な素材である。
【０００４】
ＰＶＡ系含水ゲルを製造する方法としては種々の方法が知られている。例えば、ＰＶＡ水溶液を凍結し、脱水を行う方法（特開昭５８−３６６３０号公報）、ＰＶＡ水溶液の凍結、融解を繰り返す方法（特開昭５９−５６４４６号公報）などが提案されているが、これらの方法は、ＰＶＡ水溶液を凍結させるための設備が必要であったり、操作が複雑で、長時間を必要としたり、また、ゲルの耐水性や強度をコントロ−ルすることが困難であり、工業的に有利な方法ではない。また、従来よりＰＶＡ水溶液を飽和ほう酸水溶液と接触させてゲル化する方法、ＰＶＡ水溶液にアルデヒド化合物を反応させてゲル化する方法などが知られている。前者はｐＨが８．０以上で反応を行う必要があり、得られたゲルはｐＨの変化により溶解してしまうという欠点があり、後者はｐＨを４．０以下にしないと、ゲル化しないことから、使用できる用途が限定され、含水ゲルに酵素や微生物を固定化する際には、適用が困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の方法で得られるゲルを微生物や酵素の生体触媒担体として利用する場合、凍結やｐＨ調整を行うことにより微生物や酵素の活性を低下させてしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、微生物や酵素の活性を低下させることなく、機械的強度、柔軟性に優れた工業的に有利なＰＶＡ系樹脂の含水ゲルの製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、水溶液中でジアセトンアクリルアミド単位を０．１〜１５モル％含有するジアセトンアクリルアミド共重合ＰＶＡ系樹脂に反応せしめる際、前記ジアセトンアクリルアミド共重合変性ポリビニルアルコール系樹脂水溶液に固体状のヒドラジン化合物もしくはヒドラジン化合物の水溶液を添加し、型に流し込み、型の中でゲル化させることを特徴とするＰＶＡ系含水ゲルの製造方法、その含水ゲル中に酵素又は微生物を固定せしめることを特徴とする酵素又は微生物固定化成形物の製造方法、更には、ジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ系樹脂と酵素・微生物の他に少なくとも１種類の多価金属イオンとの接触によりゲル化能を有する水溶性高分子多糖類を含有する混合水溶液を多価金属イオンとヒドラジン化合物を含有する水溶液中に滴下せしめることを特徴とする酵素又は微生物固定化成形物の製造方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について具体的に説明する。
本発明で使用されるジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡは、脂肪酸ビニルエステルとジアセトンアクリルアミドとを共重合して得た重合体を鹸化することにより製造することができる。
【０００９】
上記の共重合に使用する脂肪酸ビニルエステルとして、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニルなどが挙げられ、中でも酢酸ビニルが工業的に好ましいが、これに限定されるものではない。
【００１０】
上記の脂肪酸ビニルエステルとジアセトンアクリルアミドとの共重合方法は、従来より公知のバルク重合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合などの各種の重合方法が可能であり、中でもメタノ−ルを溶剤として用いる溶液重合が工業的に好ましい。
【００１１】
脂肪酸ビニルエステルとジアセトンアクリルアミドとを共重合して得た重合体の鹸化方法は、従来より公知のアルカリ鹸化および酸鹸化を適用することができ、中でも重合体のメタノ−ル溶液またはメタノ−ルと水、酢酸メチル、ベンゼン等の混合溶液に水酸化アルカリを添加して加アルコ−ル分解する方法が工業的に好ましい。
【００１２】
本発明で使用されるジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡは、本発明の効果を阻害しない範囲で、脂肪酸ビニルエステルまたはジアセトンアクリルアミドと共重合可能な、例えば、クロトン酸、アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和モノカルボン酸およびそのエステル・塩・無水物・アミド・ニトリル類、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸などの不飽和ジカルボン酸およびその塩、マレイン酸モノメチル、イタコン酸モノメチル等の不飽和二塩基酸モノアルキルエステル類、炭素数２〜３０のα−オレフィン類、アルキルビニルエ−テル類、ビニルピロリドン類とともに共重合したものであっても良い。この他、得られたジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡを本発明の効果を阻害でアセタ−ル化、ウレタン化、エ−テル化、グラフト化、リン酸エステル化などの反応によって後変性したものでも良い。
【００１３】
本発明で使用されるジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡのジアセトンアクリルアミド単位の含有量は０．１〜１５モル％の範囲であり、好ましくは０．５〜１０モル％である。ジアセトンアクリルアミド単位の含有量が０．１モル％未満であると、含水ゲルの強度は低い。また、上記含有量が１５モル％を超えると、水溶性が低下し作業に問題が生じる。
【００１４】
また、本発明で使用されるジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡの重合度、鹸化度は種々のものとすることができるが、２０℃における４％水溶液粘度が３ｍＰａ・ｓ以上、鹸化度８５モル％以上が好ましい。
【００１５】
本発明で使用される水溶性ヒドラジン化合物としては、各種のものが使用され、例えばヒドラジン、ヒドラジンヒドラ−ト、ヒドラジンの１水和物もしくは塩、フェニルヒドラジン、メチルヒドラジン、エチルヒドラジン、ｎ−プロピルヒドラジン、ｎ−ブチルヒドラジン、エチレン−1,2 −ジヒドラジン、プロピレン−1,3 −ジヒドラジン、ブチレン−1,4 −ジヒドラジンなどの芳香族もしくは脂肪族ヒドラジンおよびその塩、安息香酸ヒドラジド、ギ酸ヒドラジド、酢酸ヒドラジド、プロピオン酸ヒドラジド、ｎ−酪酸ヒドラジド、イソ酪酸ヒドラジド、ｎ−吉草酸ヒドラジド、イソ吉草酸ヒドラジド、ピバリン酸ヒドラジドなどのモノカルボン酸ヒドラジド、シュウ酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、イタコン酸ジヒドラジドなどのジカルボン酸ジヒドラジド、炭酸ジヒドラジンおよびＮ−アミノポリアクリルアミドなどのヒドラジノ基を有する高分子化合物などが挙げられる。これらのヒドラジン化合物は、単独または併用して使用してもよい。
【００１６】
次に、本発明のＰＶＡ系含水ゲルの製造方法について説明する。
ＰＶＡ系含水ゲルは、水溶液中でジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ系樹脂と水溶性ヒドラジン化合物を反応させて得られるが、ジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡと水溶性ヒドラジン化合物との混合比率はジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ１００重量部に対して、0.１〜３０重量部が好ましい、更に好ましくは０．５〜２０重量部である。
ジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ水溶液の濃度は、必要なゲル強度、成形方法等によって適当な濃度を選択できる。
【００１７】
ジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡと水溶性ヒドラジン化合物を反応させる際、前記ＰＶＡ系樹脂水溶液に固体状のヒドラジン化合物を添加しても、ヒドラジン化合物の水溶液を添加しても良い。また、従来公知のゲルの作成方法で成形したジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡをヒドラジン化合物の水溶液に浸漬しても良い。
【００１８】
前記水溶液には、必要に応じて本発明で使用する以外のＰＶＡやデンプン、メチルセルロ−ス、カルボキシメチルセルロ−ス等のセルロ−ス誘導体、ポリアクリル酸誘導体、ゼラチン、寒天、カラギ−ナン、アルギン酸ナトリウム、マンナン、キトサンなどの他の高分子や増粘剤、クレ−、カオリン、タルク、シリカ、炭酸カルシウム等の無機充填剤、グリセリン、エチレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、ソルビト−ル等の可塑剤、消泡剤、キレ−ト剤、着色剤、さらには活性汚泥、バクテリア、酵母等の微生物、酵素などの１種以上を本発明の効果を損なわない範囲で配合することができる。
【００１９】
次に、本発明の酵素・微生物固定化成形物の製造方法について説明する。
ＰＶＡ系含水ゲル中に酵素・微生物を固定せしめる場合、ジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ系樹脂とヒドラジン化合物を反応せしめる前に、あらかじめ、ＰＶＡ系樹脂の水溶液に酵素、微生物の１種以上を添加し、次いでヒドラジン化合物またはその水溶液を添加して反応させ含水ゲルを成形することにより酵素・微生物固定化成形物を得ることができる。
【００２０】
本発明の酵素・微生物固定化成形物の製造方法では、種々の形状の成形物を得ることができるが、酵素・微生物固定化成形物をバイオリアクタ−として利用する際の形状としては、流動性、充填効果、耐久性、取り扱い性の点から球状が有利である。
【００２１】
球状の含水ゲルを製造するには、ＰＶＡ系樹脂の水溶液、酵素、微生物の１種以上とヒドラジン化合物などを含む混合液を球状の型に流し込み、型の中でゲル化させる方法により製造することができるが、ＰＶＡ系樹脂と酵素、微生物の１種以上の他に、少なくとも１種類の多価金属イオンとの接触によりゲル化能を有する水溶性高分子多糖類を含有する混合水溶液を多価金属イオンとヒドラジン化合物を含有する水溶液中に滴下し、表面張力により球状になることを利用する方法が工業的に有利である。
【００２２】
本発明に用いる少なくとも１種の多価金属イオンとの接触においてゲル化能を有する水溶性高分子多糖類としては、例えばアルギン酸のナトリウム金属塩、カラギ−ナン、マンナン、キトサン等をあげることができるが、これに限られるものでばない。中でもとりわけアルギン酸ナトリウムが好ましい。
【００２３】
さらに、本発明に用いる微生物としては、各種のものを使用することができ、例えば、アスペルギルス（Aspergillus ）属、リゾプス（Rhizopus）属等の糸状菌、シュ−ドモナス（Pseudomonas ）属、アセトバクタ−（Acetobactor ）属、ストレプトマイセス（Streptomyces）属、サッカロマイセス（Saccharomyces ）属、キャンデイダ（Candida ）属等の細菌をはじめ、１種以上の微生物を含む活性汚泥なども使用することができる。
【００２４】
また、酵素としても各種のものを使用することができ、例えば各種のオキシダ−ゼ、レダクタ−ゼ、トランスフェラ−ゼ、ヒドロラ−ゼ、リア−ゼ、イソメラ−ゼおよびリガ−ゼなどの酵素を単独で、または２種以上を組み合わせて使用することができる。
【００２５】
前記球状の酵素・微生物固定化成形物の製造方法においては、先ず、ＰＶＡ系樹脂と水溶性高分子多糖類とのＰＶＡ系混合水溶液を調製するが、この混合水溶液中におけるＰＶＡ系樹脂の濃度は、ＰＶＡ系樹脂以外の添加成分の種類や濃度、液温、滴下装置によって適切な濃度を設定することが重要である。前記ＰＶＡ系混合水溶液を常温で使用する場合は、得られるＰＶＡ系ゲルの成形性および強度の点から、ＰＶＡ系混合水溶液中におけるＰＶＡ系樹脂の濃度は２〜４０重量％が好ましい。
【００２６】
ＰＶＡ系混合水溶液中におけるＰＶＡ系樹脂の濃度は高いほど、より強固なゲルが生成するが、ＰＶＡ系樹脂の濃度が高くなりすぎると、溶液粘度も高くなり、取り扱いが困難になるため、必要なゲル強度が得られる範囲で、ＰＶＡ系樹脂の濃度は低い方が有利である。
【００２７】
次に、ＰＶＡ系混合水溶液中における水溶性高分子多糖類の濃度は、各種の濃度とすることができるが、水溶性高分子多糖類の種類により異なる。最も好適であるアルギン酸ナトリウムを例にすると、混合水溶液全体に対して０．２〜４重量％が好ましく、０．５〜２重量％が更に好ましい。アルギン酸ナトリウムが０．２重量％未満では、ＰＶＡ系混合水溶液の球状化性能が低下する傾向があり、また、４重量％より大きい場合は、固い球状成形物が得られるが、溶液粘度が高くなったり、原料コストが高くなるおそれがある。
【００２８】
また、前記ＰＶＡ系樹脂と水溶性高分子多糖類との混合水溶液に所望の酵素・微生物を混入、攪拌する際、酵素・微生物の添加濃度は各種の濃度を採用することができるが、酵素・微生物を含む菌液の濃度は、混合水溶液全体に対して３〜２０重量％の範囲が好ましい。酵素・微生物の添加濃度が高すぎると、ゲル形成の妨げとなり、酵素・微生物の添加濃度が低すぎると、生体触媒としての性能が満足できなくなるため、好ましくない。
【００２９】
次に、以上のＰＶＡ系混合水溶液とともに使用する多価金属イオン含有化合物、ヒドラジン化合物を含む水溶液について述べる。
【００３０】
多価金属イオン含有化合物としては、各種のものを使用することができるが、例えば、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン等のアルカリ土類金属イオンあるいはアルミニウムイオン、セリウムイオン、ニッケルイオン等の多価金属イオンのうち少なくとも一種を含有する化合物が挙げられるが、とりわけ塩化カルシウムが好ましい。また、多価金属イオン含有化合物の濃度は種々の濃度とすることができるが、０．０５〜１．０モル／L が好ましい。
【００３１】
また、ヒドラジン化合物については、前記の種々の化合物を使用することができ、種々の濃度とすることができるが、０．１〜２０．０重量％にすることが好ましく、０．５〜１０重量％が更に好ましい。濃度が０．１重量％未満では、ゲルの強度が低くなるため、好ましくないが、必要なゲル硬度が得られる範囲で、濃度は低い方がコスト的に有利である。
【００３２】
ＰＶＡ系混合水溶液と、多価金属イオン含有化合物、ヒドラジン化合物を含む水溶液とは任意の温度、ｐＨで使用することができ、通常は使用する酵素・微生物に最適な温度、ｐＨに調整し、ゲルの作成を行うのが好ましい。
【００３３】
以上のようにして得られるＰＶＡ系混合水溶液を多価金属イオン含有化合物、ヒドラジン化合物を含む水溶液に滴下するが、この滴下の手段としては各種の手段が採用される。例えば、ＰＶＡ系混合水溶液を注射器などに充填し、注射針などの管状の口金から押し出して滴下したり、あるいはＰＶＡ系混合水溶液を噴霧口金を有する容器に入れ、噴霧口金から噴霧する手段などをあげることができる。
【００３４】
滴下されたＰＶＡ系混合水溶液の液滴は、多価金属イオン含有化合物、ヒドラジン化合物を含む水溶液に接触すると、表面張力によって球体となり、さらに球体の最表面が薄膜状に固化して、ＰＶＡ系混合水溶液の粘度を調整することによって、直径１〜２０mmに任意に変えることができる。多価金属イオン含有化合物、ヒドラジン化合物を含む水溶液は静置でも良いが、スタ−ラ−等で強制攪拌することにより、ＰＶＡ系混合水溶液の成形物と多価金属イオン含有化合物との反応を促進し、球状成形物同士の融着をほぼ完全に防止することができる。
【００３５】
次いで、球状化したＰＶＡ系混合水溶液の成形物は、ヒドラジン化合物を含む水溶液中に放置することによって、ジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ中のカルボニル基とヒドラジノ基が反応し、ＰＶＡ系樹脂が架橋し、安定で強固なゲルを形成する。ゲル形成のための放置時間、温度はＰＶＡ系樹脂、ヒドラジン化合物の種類、濃度、ｐＨ値などにより異なる。
【００３６】
このようにして、得られるＰＶＡ系ゲルは、長時間にわたって変形、破損しない強度を有し、水や各種薬剤に対しても侵されることなく、連続使用が可能となり、種々の酵素・微生物に最適なｐＨで製造できるため、活性の高い酵素・微生物固定化成形物としての実用性が高い。
【００３７】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
なお、実施例中の各物性は、以下に記す方法により測定したものである。
【００３８】
１．ゲルの機械的強度
ゲル成形物を平面上に静置し、重力による形状の変化が起こるかどうか、また指でゲルを押さえてゲルが崩壊するかを観察し、次の基準で評価した。
評価基準
○：重力による形状変化が起こらず、指で押さえてもゲルが崩壊しない。
△：重力による形状変化は起こらないが、指で押さえるとゲルが崩壊した。
×：重力により、ゲルが変形した。
２．耐久性
球状ゲル成形物１００個に対して水３００ｇを加え、３０℃にして攪拌し、７日経過後のゲルの残存率を測定し、次の基準で評価した。
評価基準
○：９５％以上
△：９５％未満、４０％以上
×：４０％未満
【００３９】
３．浄化性能
酵素・微生物を固定化した実施例、比較例の球状ゲル成形物のみについて、直径１５cm、高さ７０cmの出入口をメッシュで塞いだ円筒状容器に充填して、バイオリアクタ−とした。該バイオリアクタ−に常温でＣＯＤ濃度が５５０mg/Lの廃水を毎時１．０L の速度で流通させた。流通直後と７日経過後の出口側浄化水のＣＯＤ濃度を測定し、次の基準で評価した。
評価基準
○：１００mg/L未満
△：１００mg/L以上、５００mg/L未満
×：５００mg/L以上
４．総合評価
上記の各評価を総合して次の基準で評価した。
評価基準
○：ゲル強度、耐久性、浄化性能が優れている。
×：ゲル強度、耐久性、浄化性能が実用レベルに達していない。
【００４０】
合成例１
攪拌機、温度計、および滴下ロ−ト還流冷却器を取り付けたフラスコ中に、酢酸ビニル６７２重量部、ジアセトンアクリルアミド１０重量部、およびメタノ−ル１７８重量部を仕込み、系内の窒素置換を行った後、内温を６０℃まで昇温した。この系に２，２−アゾビスイソブチリロニトリル１重量部をメタノ−ル５０重量部に溶解した溶液を添加し、重合を開始した。重合開始後、５時間かけて、ジアセトンアクリルアミド５５重量部をメタノ−ル３５重量部に溶解した溶液を一定速度で滴下し、６時間後に重合禁止剤としてｍ−ジニトロベンゼンを添加し、重合を停止した。重合収率は７８％であった。得られた反応混合物にメタノ−ル蒸気を加えながら残存する酢酸ビニルを留出し、ジアセトンアクリルアミド共重合成分を含有する酢酸ビニル系重合体の５０％メタノ−ル水溶液を得た。この混合物５００重量部にメタノ−ル５０重量部と水酸化ナトリウムの４％メタノ−ル溶液１０重量部とを加えてよく混合し、４０℃で鹸化反応を行った。得られたゲル状物を粉砕し、メタノ−ルでよく洗浄した後に乾燥して、ジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡを得た。また、元素分析測定により、この樹脂中のジアセトンアクリルアミド単位の含有率は５．０モル％であることが判明した。この樹脂の２０℃における４％水溶液粘度は２６．８ｍＰａ・ｓ、鹸化度は９８．４モル％であった。なお、この粘度はＢ型粘度計を用いて６０ｒｐｍの回転速度で測定した。
【００４１】
合成例２〜５
表１に示すように仕込み組成を変えた以外は合成例１と同様にして表１に示す各種のジアセトンアクリルアミド共重合変性ポリビニルアルコールを得た。
【００４２】
【表１】
0003908327.tif 000002
【００４３】
実施例１
合成例１で得られた変性度５．０モル％のジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ１０ｇを水１００ｇに溶解し、これに１ｇのＮ−アミノポリアクリルアミドを添加して、良く攪拌して均一な混合液を作成した後、直径１cmの球形の金型に流し込み、１０℃で２時間放置してゲル化させた。
【００４４】
得られたゲルの強度、耐久性を表２に示す。得られたゲルは、指で押さえても優れた弾性と柔軟性を示し、崩壊せず、耐久性も優れていた。なお、本実施例では微生物（菌）を添加しなかったので、微生物の作用に基づく浄化性は期待できなかったため、浄化性能の評価は省略した。
【００４５】
【表２】
0003908327.tif 000003
【００４６】
実施例２
合成例２で得られた変性度１．０モル％のジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ１０ｇを水１００ｇに溶解し、これに１ｇのＮ−アミノポリアクリルアミドを添加して、良く攪拌して均一な混合液を作成した後、直径１cmの球形の金型に流し込み、１０℃で２時間放置してゲル化させた。
【００４７】
得られたゲルの強度、耐久性を表２に示す。得られたゲルは、指で押さえても優れた弾性と柔軟性を示し、崩壊せず、耐久性も優れていた。なお、本実施例では微生物（菌）を添加しなかったので、微生物の作用に基づく浄化性は期待できなかったため、浄化性能の評価は省略した。
【００４８】
実施例３
合成例３で得られた変性度８．０モル％のジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ１０ｇを水１００ｇに溶解し、これに１ｇのＮ−アミノポリアクリルアミドを添加して、良く攪拌して均一な混合液を作成した後、直径１cmの球形の金型に流し込み、１０℃で２時間放置してゲル化させた。
【００４９】
得られたゲルの強度、耐久性を表２に示す。得られたゲルは、指で押さえても優れた弾性と柔軟性を示し、崩壊せず、耐久性も優れていた。なお、本実施例では微生物（菌）を添加しなかったので、微生物の作用に基づく浄化性は期待できなかったため、浄化性能の評価は省略した。
【００５０】
実施例４
合成例１で得られた変性度５．０モル％のジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ樹脂に濃度が１０重量％になるように水を加え全量４００ｇにし、９５℃で１２０分間処理し、ＰＶＡを溶解した後、室温まで放冷した。これに、４重量％アルギン酸ナトリウム水溶液２００ｇを加えて充分に混合し、ＰＶＡ系混合水溶液を調製した。一方、１１．１ｇの塩化カルシウムと５０ｇのＮ−アミノポリアクリルアミドを１L の水で溶解し、多価金属化合物とヒドラジン化合物との水溶液を調製した。
【００５１】
上記のＰＶＡ系混合水溶液を、先端に内径１mmの注射針で取り付けた内径２mmφのビニル管１本を使用したロ−ラ−ポンプで１mL／分で送液し、スタ−ラ−で攪拌した上記の多価金属化合物とヒドラジン化合物との水溶液に水表面から１５cmの高さより滴下した。滴下した液は直ちに球状化して沈降した。
【００５２】
更に、球状化した成形物を多価金属化合物とヒドラジン化合物との水溶液中に４０℃で１時間浸漬することによって、球状のＰＶＡ系ゲルを得ることができた。このゲルは粘着性もなく、直径は３〜４mmであった。ゲル強度および耐久性について評価した結果を表２に示す。
【００５３】
表２から明らかなように、強度および耐久性は良好であった。なお、本実施例では微生物（菌）を添加しなかったので、微生物の作用に基づく浄化性は期待できなかったため、浄化性能の評価は省略した。
【００５４】
実施例５
合成例２の変性度１．０モル％のジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡを使用した以外は実施例４と同様にして球状ゲルを作製し、ゲル強度および耐久性の評価を行った。その結果を表２に示す。
表２から明らかなように、強度および耐久性は良好であった。なお、本実施例では微生物（菌）を添加しなかったので、微生物の作用に基づく浄化性は期待できなかったため、浄化性能の評価は省略した。
【００５５】
実施例６
合成例１で得られた変性度５．０モル％のジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ樹脂に濃度が１０重量％になるように水を加え全量４００ｇにし、９５℃で１２０分間処理し、ＰＶＡを溶解した後、室温まで放冷した。これに、４重量％アルギン酸ナトリウム水溶液２００ｇを加えて充分に混合し、さらにサッカロマイセス属の菌体を０．５g-wet cells/mLを含む活性汚泥を６０ｇ加え、充分に攪拌し、ＰＶＡ系混合水溶液を作製し、水酸化ナトリウムでｐＨ６．０に調製した。
一方、１１．１ｇの塩化カルシウムと５０ｇのＮ−アミノポリアクリルアミドを１L の水で溶解し、さらに塩酸を添加し、ｐＨ６．０の多価金属化合物およびヒドラジン化合物水溶液を調製した。
【００５６】
ＰＶＡ系混合水溶液を、先端に内径１mmの注射針を取り付けた内径２mmφのビニル管１本を使用したロ−ラ−ポンプで１mL／分で送液し、スタ−ラ−で攪拌した上記の多価金属化合物とヒドラジン化合物との水溶液に水表面から１５cmの高さより滴下した。滴下した液は直ちに球状化して沈降した。
【００５７】
更に、球状化した成形物を多価金属化合物とヒドラジンとの化合物水溶液中に４０℃で１時間浸漬することによって、球状のＰＶＡ系ゲルを得ることができた。このゲルは粘着性もなく、直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能について評価した結果を表３に示す。
【００５８】
【表３】
0003908327.tif 000004
【００５９】
表３より明らかなように、強度、耐久性および浄化性能のすべてにおいて良好であった。
【００６０】
実施例７
合成例２で得られた変性度１．０モル％のジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡを使用した以外は実施例６と同様にして球状ゲルを作製した。このゲルは粘着性もなく、直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能の評価を行った。結果を表２に示す。
表２から明らかなように、強度、耐久性および浄化性能は良好であった。
【００６１】
実施例８
多価金属化合物とヒドラジン化合物との水溶液の作製の際に、５０ｇのＮ−アミノアクリルアミドの代わりに５０ｇのアジピン酸ジヒドラジドを使用した以外は実施例６と同様にして球状ゲルを作製した。このゲルは粘着性もなく、直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能の評価を行った。結果を表３に示す。
表３から明らかなように、強度、耐久性および浄化性能は良好であった。
【００６２】
実施例９
ＰＶＡ系樹脂の水溶液濃度を５重量％にした以外は実施例６と同様にして球状ゲルを作製した。このゲルは粘着性もなく、直径は１〜２mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能の評価を行った。結果を表３に示す。
表３から明らかなように、強度、耐久性および浄化性能は良好であった。
【００６３】
実施例１０
多価金属化合物とヒドラジン化合物との水溶液の作製の際に、Ｎ−アミノアクリルアミドの使用量を１０ｇにした以外は実施例６と同様にして球状ゲルを作製した。このゲルは粘着性もなく、直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能の評価を行った。結果を表３に示す。
表３から明らかなように、強度、耐久性および浄化性能は良好であった。
【００６４】
比較例１
合成例４で得られた変性度０．０５モル％のジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ１０ｇを水１００ｇに溶解し、これに１ｇのＮ−アミノポリアクリルアミドを添加して、良く攪拌して均一な混合液を作成した後、直径１cmの球形の金型に流し込み、１０℃で２時間放置したが、ゲル化しなかった。
【００６５】
比較例２
合成例５で得られた変性度１８．０モル％のジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡは水に溶解しなかったため、含水ゲルを作成することができなかった。
【００６６】
比較例３
合成例１で得られたジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ系樹脂の代わりに鹸化度９８．５モル％、２０℃における４％水溶液粘度が２８．６ｍＰａ・ｓの未変性ＰＶＡを使用した以外は、実施例６と同様にして球状ゲルを作製した。このゲルは粘着性もなく、直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能の評価を行った。ゲル強度、耐久性および浄化性能の評価を行った。結果を表３に示す。
表３から明らかなように、ゲル強度は弱く、また耐久性も問題があることがわかった。
【００６７】
比較例４
合成例１で得られたジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ系樹脂の代わりに合成例４で得られたジアセトンアクリルアミド共重合変性ＰＶＡ系樹脂を使用した以外は、実施例６と同様にして球状ゲルを作製した。このゲルは粘着性もなく、直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能の評価を行った。結果を表３に示す。
表３から明らかなように、ゲル強度は弱く、また耐久性も問題があることがわかった。
【００６８】
比較例５
ＰＶＡ系樹脂を使用しない以外は、実施例６と同様にして球状ゲルを作製しようとしたが、ゲルは得られなかった。
【００６９】
比較例６
Ｎ−アミノアクリルアミドを使用しない以外は実施例６と同様にして球状ゲルを作製した。このゲルは粘着性もなく、直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能の評価を行った。結果を表３に示す。
表３から明らかなように、ゲル強度は弱く、また耐久性も問題があることがわかった。
【００７０】
比較例７
鹸化度９８．５モル％、２０℃における４％水溶液粘度が２８．６ｍＰａ・ｓの未変性ＰＶＡを使用した以外は、濃度１０重量％になるように水を加え全量４００ｇにし、９５℃で１２０分間処理し、ＰＶＡを溶解した後、室温まで放冷した。これに、４重量％アルギン酸ナトリウム水溶液２００ｇを加えて充分に混合し、さらにサッカロマイセス属の菌体を０．５g-wet clls/mL を含む活性汚泥を６０ｇ加え、充分に攪拌し、ＰＶＡ系混合水溶液を作製し、水酸化ナトリウムでｐＨ６．０に調製した。一方、飽和ほう酸水溶液１L に１１．１ｇの塩化カルシウムを加え溶解し、さらに塩酸でｐＨを調製し、ｐＨ６．０のほう酸および多価金属化合物の水溶液を調製した。
【００７１】
ＰＶＡ系混合水溶液を、先端に内径１mmの注射針を取り付け内径２mmφのビニル管１本を使用したロ−ラ−ポンプで１mL／分で送液し、スタ−ラ−で攪拌した上記のほう酸および多価金属化合物の水溶液に水表面から１５cmの高さより滴下した。滴下した液はただちに球状化して沈降した。
更に、球状化した成形物をほう酸および多価金属化合物の水溶液中に４０℃で３時間浸漬することによって、球状のＰＶＡ系ゲルを得ることができた。このゲルの直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能について評価した結果を表３に示す。
表３により明らかなように、ゲル強度は弱く、また耐久性も問題があり、これは微生物の最適ｐＨではほう酸によるＰＶＡのゲル化が起こっていないからであると考えられる。
【００７２】
比較例８
ＰＶＡ系混合水溶液およびほう酸、多価金属化合物の水溶液のｐＨを９．０に調製した以外は、比較例７と同様にして球状のＰＶＡ系ゲルを作製した。このゲルの直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能について評価した結果を表３に示す。
表３により明らかなように、ゲル強度、耐久性もやや劣り、浄化性能についても、ＣＯＤ濃度が５２０mg/Lと、ほとんど廃水中の有機物類が浄化されていないことがわかった。これは、ＰＶＡ系ゲルの製造中にｐＨの変化により菌体の分解活性が低下したためと考えられる。
【００７３】
比較例９
鹸化度９８．５モル％、２０℃における４％水溶液粘度が２８．６ｍＰａ・ｓの未変性ＰＶＡに濃度１０重量％になるように水を加え全量４００ｇにし、９５℃で１２０分間処理し、ＰＶＡを溶解した後、室温まで放冷した。これに、４重量％アルギン酸ナトリウム水溶液２００ｇを加えて充分に混合し、さらにサッカロマイセス属の菌体を０．５ｇ-wet cells/mL を含む活性汚泥を６０ｇ加え、充分に攪拌し、ＰＶＡ系混合水溶液を作製し、水酸化ナトリウムでｐＨ６．０に調製した。一方、１１．１ｇの塩化カルシウムと２５％グルタルアルデヒド水溶液５０ｇを１L の水で溶解し、さらに塩酸でｐＨ６．０の多価金属化合物およびグルタルアルデヒドの水溶液を調製した。
【００７４】
ＰＶＡ系混合水溶液を、先端に内径１mmの注射針を取り付けた内径２mmφのビニル管１本を使用したロ−ラ−ポンプで１mL／分で送液し、スタ−ラ−で攪拌した上記の多価金属化合物およびグルタルアルデヒドの水溶液に水表面から１５cmの高さより滴下した。滴下した液は直ちに球状化して沈降した。
更に、球状化した成形物を多価金属化合物およびグルタルアルデヒドの水溶液中に４０℃で３時間浸漬することによって、球状のＰＶＡ系ゲルを得ることができた。このゲルの直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能について評価した結果を表３に示す。
【００７５】
表３により明らかなように、ゲル強度は弱く、また耐久性も問題があり、これは微生物の最適ｐＨではグルタルアルデヒドによるＰＶＡのゲル化が起こっていないからであると考えられる。
【００７６】
比較例１０
ＰＶＡ系混合水溶液および多価金属化合物とグルタルアルデヒドの水溶液のｐＨを３．０に調製した以外は、比較例９と同様にして球状のＰＶＡ系ゲルを作製した。このゲルの直径は３〜４mmであった。ゲル強度、耐久性および浄化性能について評価した結果を表３に示す。
表３により明らかなように、ゲル強度、耐久性は良好であったが、浄化性能については、ＣＯＤ濃度が５１０mg/Lと、ほとんど廃水中の有機物類が浄化されていないことがわかった。これは、ＰＶＡ系ゲルの製造中にｐＨの変化により菌体の分解活性が低下したためと考えられる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によると、工業的に有利な強度の高いＰＶＡ系含水ゲルを製造することができ、得られる含水ゲルを微生物や酵素の固定化担体として使用する際、製造時に微生物や酵素の活性を低下させず、所望の活性を長期間にわたって維持することができる。