JP4995587B2

JP4995587B2 - ポリε−カプロラクトン発泡体とその製造方法

Info

Publication number: JP4995587B2
Application number: JP2007018601A
Authority: JP
Inventors: 明伸相馬; 孝幸山本; 弘行西井
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2027-01-29
Also published as: JP2008184526A

Description

本発明は、ポリε−カプロラクトン（以下、ＰＣＬということがある。）発泡体とその製造方法に関する。ＰＣＬ発泡体は、例えば、医療分野において、組織再生のための支持体やドラッグデリバリーシステムの母材等として有用である。

ＰＣＬは、熱可塑性の生分解性を有するポリマーの一種であり、土壌や海水中に放置されると、通常、1年から数年程度で分解して消滅することから、環境に負担の少ない素材として注目され、その利用分野の拡大が期待されている。また、ＰＣＬは、分解する際に、毒性を有する生成物を生じないので、医療分野において、例えば、生体内で損傷した組織が修復されるまで一時的に支持体として機能する材料等としても、実用化が検討されている。このように、ＰＣＬの用途の拡大と共に、ＰＣＬ発泡体の需要も高まってきている。

従来、一般に、ポリマー発泡体の代表的な製造方法として、化学的方法と物理的方法が知られている。化学的方法は、熱分解性の化合物を発泡剤としてポリマーに分散させ、加熱し、熱分解させて、発生する気体によってポリマー中に気泡を生成させて、ポリマーに発泡構造を形成させるものである。他方、物理的方法は、例えば、クロロフルオロカーボン類や炭化水素類等の低沸点液体を発泡剤としてポリマー中に分散させた後、加熱し、発泡剤を気化させて、ポリマー中に発泡構造を生成させるものである。

しかし、ポリマー発泡体の製造において、上述したように、従来の発泡剤を用いる方法による場合は、用いる発泡剤によっては、腐食性や毒性を有する気体が発生して、環境を汚染するおそれがある。また、従来の発泡剤を用いる方法によれば、多くの場合、用いた発泡剤に由来する成分が発泡体中に残存するが、特に医療用途においては、非汚染性の要求が強いために、上述した従来の方法によって得られたポリマー発泡体を用いることができない。

そこで、近年、このような問題を解決するために、圧力容器中において、高圧下に基材ポリマーのガラス転移温度以上の温度でポリマーに対して非反応性の気体を超臨界状態にて、即ち、超臨界流体を上記ポリマー中に溶解させた後、圧力容器から圧力を解放することによって、ポリマー中に気泡を形成させる方法が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）

このような方法によれば、ポリマーや環境を汚染することなく、従来にない微孔質の発泡体が得られるが、一方において、形成された気泡径が不均一であるという問題がある。
特表平６−５０６７２４号公報特開平６−３２２１６８号公報

本発明は、上述したような超臨界流体を用いるポリマー発泡体の製造における問題を解決するためになされたものであって、超臨界流体を用いて、気泡径が微細で均一であるＰＣＬ発泡体とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、１〜７００μｍの平均気泡径を有し、アルカリ金属塩化物を含んでなるポリε−カプロラクトン発泡体が提供される。

更に、本発明によれば、ポリε−カプロラクトンにアルカリ金属塩化物を分散させた後、加圧下にこのポリε−カプロラクトンに超臨界状態にある流体を溶解させ、次いで、急速に圧力を解放して、ポリε−カプロラクトン中に気泡を形成させることを特徴とするポリε−カプロラクトン発泡体の製造方法が提供される。

上述した本発明によるポリε−カプロラクトン発泡体の製造方法において、アルカリ金属塩化物は、好ましくは、ポリε−カプロラクトンに０．２〜５容量％の範囲で分散させる。

本発明の方法によれば、ＰＣＬにアルカリ金属塩化物を分散させた後、加圧下にこのＰＣＬに超臨界流体を溶解させ、次いで、急速に圧力を解放して、ＰＣＬ中に気泡を形成させることによって、均一な気泡径を有する微孔質のＰＣＬ発泡体を得ることができる。また、このような本発明の方法によって得られるＰＣＬ発泡体は、実質的に汚染性がなく、しかも、土壌や海水中で分解されやすいので、環境問題を引き起こすこともない。

本発明に用いられるＰＣＬは重量平均分子量が１００００以上であることが好ましい。重量平均分子量が１００００よりも小さいときは、得られる発泡体が実用上、機械的強度において十分でない。一方、後述するように、ＰＣＬを加熱融解し、これにアルカリ金属塩化物を加えて、混練して、ＰＣＬにアルカリ金属塩化物を分散させるが、その際のＰＣＬの粘度の上昇を抑えて、混練性を高めるために、ＰＣＬの重量平均分子量は１０００００以下が好ましい。特に、本発明においては、ＰＣＬは重量平均分子量が
４００００〜１０００００の範囲にあることが好ましい。

また、本発明において、アルカリ金属塩化物としては、例えば、塩化ナトリウムや塩化カリウム等が用いられる。上記アルカリ金属塩化物は、ＰＣＬに対して０．２〜５容量％の範囲でＰＣＬに分散される。アルカリ金属塩化物をＰＣＬに対して０．２容量％よりも少ない量にて用いるときは、得られる発泡体において発泡が不十分となるおそれがある。一方、アルカリ金属塩化物をＰＣＬに対して５容量％よりも多い量にて用いた場合は、アルカリ金属塩化物をＰＣＬに分散させないときと同様の、気泡径の不均一な発泡体が形成されるおそれがある。

用いるアルカリ金属塩化物は、その平均粒子径において、特に限定されるものではないが、通常、平均粒子径が１〜７００μｍの範囲にあるものが好ましい。

本発明の方法においては、例えば、ＰＣＬを融点（５９℃）以上に加熱して融解させ、これにアルカリ金属塩化物を加え、適宜の混練手段、例えば、ローラ、カム、ニーダー、バンバリーミキサ等を用いて混錬して、ＰＣＬにアルカリ金属塩化物を均一に分散させ、この後、発泡体の用途等に応じて、適宜の手段によって、例えば、シート等の適宜の形状に成形し、これに超臨界流体を溶解させる。

本発明によれば、ＰＣＬに溶解させる超臨界流体は、ＰＣＬに溶解し得ると共に、ＰＣＬに対して非反応性であれば、特に限定されるものではないが、好ましい代表例として、二酸化炭素、窒素、アルゴン、ヘリウム、空気等を挙げることができる。これらの気体のなかでも、本発明によれば、非可燃性で低毒性で安価である二酸化炭素が特に好ましい。
例えば、二酸化炭素についていえば、臨界温度３１℃、臨界圧力７．４ＭＰａであり、二酸化炭素はこのような臨界温度及び臨界圧力以上において、超臨界流体であって、ＰＣＬへの溶解度が著しく高く、高濃度に溶解させることができる。そこで、急激に圧力を解除することによって、ＰＣＬ中に気泡核が大量に発生し、その気泡核が成長して形成される気泡の密度が高くなるので、微孔質の発泡体を得ることができる。

本発明において、一般に、ＰＣＬに超臨界流体を溶解させる際の圧力は、用いる超臨界流体の種類や操作性等を考慮して、適宜に選ばれるが、通常、５〜１００ＭＰａ程度である。前述したように、二酸化炭素を超臨界流体として用いる場合は、圧力は上記臨界圧力以上であり、限定されるものではないが、通常、６〜１００ＭＰａの範囲である。

また、ＰＣＬに超臨界流体を溶解させる際の温度は、用いる超臨界流体の種類や操作性等によって適宜に選ばれるが、好ましくは、ＰＣＬのガラス転移温度（−６０℃）以上、１２０℃以下である。実用上は、超臨界流体のＰＣＬへの溶解をバッチ式で行う場合は、４０〜５０℃の範囲であり、連続式で行う場合は、７０〜１００℃の範囲であることが好ましい。ＰＣＬに超臨界流体を溶解させる際の温度が１２０℃を越えるときは、ＰＣＬが軟らかくなりすぎるので、気泡が過度に成長し、ガス抜けが生じて、発泡体を形成しなかったり、また、気泡が合一して、気泡の存在密度が異常に低下したりするおそれがある。更に、気泡が成長する過程でＰＣＬが変形する場合もある。一方、ＰＣＬに超臨界流体を溶解させる際の温度がガラス転移温度よりも低いときは、高い発泡倍率を得ることができず、好ましい発泡倍率である６〜２０倍を得ることが困難となる。

本発明によれば、このようにして、ＰＣＬに超臨界流体を溶解させた後、圧力を急激に解放して、ＰＣＬ中に気泡を形成させる。ここに、ＰＣＬに超臨界流体を溶解させる際の温度と圧力を急激に解放する際の温度は、同じでも、異なっていてもよいが、好ましくは、ＰＣＬのガラス転移温度以上、１２０℃以下であり、実用上、最も好ましくは、超臨界流体を溶解させる際の温度と同じ温度範囲であるが、但し、発泡体の製造を連続式にて行う場合は、４〜２５℃の範囲に設定することが好ましい。

このようにして、ＰＣＬ中に気泡を形成させた後、発泡体の形状を固定化するために、必要に応じて、得られたＰＣＬ発泡体をその融点（５９℃）以下の温度、例えば、室温（２５℃）程度に冷却してもよい。

本発明によるＰＣＬ発泡体の製造は、バッチ方式と連続方式のいずれによっても行うことができる。バッチ方式による場合には、例えば、ＰＣＬにアルカリ金属塩化物を加え、これを単軸押出機や二軸押出機等の押出機を用いて混練し、押出成形して、アルカリ金属塩化物を分散させたＰＣＬシートを得、圧力容器中にてこれに超臨界流体を溶解させた後、例えば、大気圧まで、圧力を急激に解放して、ＰＣＬ中に気泡を形成せることによって、ＰＣＬ発泡体シートを得ることができる。

連続方式による場合には、例えば、ＰＣＬにアルカリ金属塩化物を加え、これを単軸押出機や二軸押出機等の押出機を用いて混練しながら、超臨界流体を押出機内に注入して、超臨界流体をＰＣＬに溶解させた後、押出機から押出して、通常、大気圧まで、圧力を急激に解放して、ＰＣＬ中に気泡を形成せることによって、ＰＣＬ発泡体シートを得ることができる。

本発明の方法において、得られるＰＣＬ発泡体の気泡径は、超臨界流体をＰＣＬに溶解させる際の温度、圧力、時間等の条件のほか、圧力を解放する際の温度や時間等を調節することによって容易に制御できるが、通常、平均気泡径が１〜７００μｍであって、気泡径が小さく、しかも、気泡径のばらつきも小さい。また、発泡体の密度は、通常、０．０３〜１．１３ｇ／ｃｍ³ 程度である。更に、本発明の方法によって得られる発泡体は実質的に非汚染性である。

本発明によれば、ＰＣＬに予め、アルカリ金属塩化物を均一に分散させることによって、ＰＣＬとアルカリ金属塩化物との界面が均一に存在することなり、この界面に超臨界流体が効率よく溶解するので、圧力を急激に解放したときに気泡径の均一性にすぐれた
発泡体を得ることができるとみられる。

本発明の方法によって得られるＰＣＬ発泡体は、前述したように、実質的に非汚染性であるので、例えば、修復患部の基材やドラッグデリバリーシステムの母材等の医療材料として好適に用いることができる。

以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例によって何ら限定されるものではない。以下において、発泡体の形態の観察及び密度、平均孔面積、平均円相当孔径及び発泡後の質量変化率の測定は下記のようにして行った。

（発泡体の形態観察）
得られた発泡体を液体窒素中で割断し、その断面を走査型電子顕微鏡（キーエンスＶＥ−７８００によって加速電圧１ＫＶにて観察した。

（密度の測定）
電子比重計（ミラージュ貿易ＭＤ−２００Ｓ）を用いて測定した。

（発泡倍率の算出）
発泡前のＰＣＬの密度／得られたＰＣＬ発泡体の密度によって求めた。

（平均孔面積及び平均円相当孔径の測定)
ミタニコーポレーション製画像解析ソフトウェア (Winroof ver. 5.0) を用い、走査型電子顕微鏡画像データ (SEM) について２値化処理を行って、気泡部分を抽出し、各孔の孔面積と円相当孔径を測定し、更に、その平均値と標準偏差を計算した。

実施例１
ＰＣＬペレット（重量平均分子量７００００、ポリスチレン換算、和光純薬工業（株）製)に１容量％の塩化ナトリウム（孔径８０μｍのメッシュを通過した粒子）を加え、１００℃でＰＣＬを融解させて、均一に混合した後、温度１００℃、圧力５ＭＰａで５分間熱板プレスして、厚さ０．８ｍｍのシートに成形した。

このシートを圧力容器に入れ、温度４０℃、圧力２０ＭＰａの条件下に二酸化炭素を超臨界流体として２０分間接触させて、ＰＣＬに二酸化炭素を溶解させた後、同じ温度で急激に圧力を解放してＰＣＬ中に気泡を形成させ、かくして、発泡体を得た。この発泡体の物性を表１に示し、ＳＥＭ画像を図１に示す。
比較例１
ＰＣＬに塩化ナトリウムを分散させなかった以外は、実施例１と同様にして、発泡体を得た。この発泡体の物性を表１に示し、ＳＥＭ画像を図２に示す。

表１に示す結果から、本発明による発泡体の気泡径が均一であることが明らかである。

本発明によるＰＣＬ発泡体の一例のＳＥＭ画像である。比較例としてのＰＣＬ発泡体の一例のＳＥＭ画像である。

Claims

ポリε−カプロラクトンにアルカリ金属塩化物を０．２〜５容量％の範囲で分散させた後、加圧下にこのポリε−カプロラクトンに超臨界状態にある流体を溶解させ、次いで、急速に圧力を解放して、ポリε−カプロラクトン中に気泡を形成させることを特徴とするポリε−カプロラクトン発泡体の製造方法。
超臨界状態にある流体が二酸化炭素である請求項１に記載のポリε−カプロラクトン発泡体の製造方法。
ポリε−カプロラクトンにアルカリ金属塩化物を０．２〜５容量％の範囲で分散させた後、加圧下にこのポリε−カプロラクトンに超臨界状態にある流体を溶解させ、次いで、急速に圧力を解放して、ポリε−カプロラクトン中に気泡を形成させることによって得られるポリε−カプロラクトン発泡体。
超臨界状態にある流体が二酸化炭素である請求項３に記載のポリε−カプロラクトン発泡体。