刺激の合成における重要なモノマーとしてのマレイン酸

Scientific Reports volume 13、記事番号: 3511 (2023) この記事を引用

ポリ(アクリル酸-co-アクリルアミド-co-マレイン酸) (p(AA-co-AM-co-MA)) 高吸水性ポリマーは、アクリル酸 (AA)、アクリルアミド (AM)、およびマレイン酸 (MA) から合成されました。フリーラジカル共重合による。 結果は、高吸水性体の構造中のマレイン酸の存在が、スマートな高吸水性体の作成において重要かつ優れた役割を果たしていることを示しました。 超吸収体の構造、形態、強度は、FT-IR、TGA、SEM、レオロジー分析を使用して特性評価されました。 超吸収体の吸水能力を決定するために、さまざまな要因の影響が調査されました。 最適化された条件によれば、蒸留水（ＤＷ）中での超吸収体の吸水能力は１３４８ｇ／ｇであり、１．０重量％のＮａＣｌを含む溶液（ＳＣＳ）中では１０６ｇ／ｇであった。 超吸収体の保水能力も調査した。 超吸収体の動的膨張は、フィック拡散とショットの擬似二次モデルによって特定されました。 さらに、超吸収体の再利用可能性を蒸留水と食塩水中で研究しました。 超吸収体の能力を模擬尿素およびブドウ糖溶液で調査したところ、非常に良好な結果が得られました。 高吸収体の応答能力は、温度、pH、イオン強度の変化に対する膨潤および収縮挙動によって確認されました。

世界で最も重要な工業用材料の 1 つは高吸水性ポリマー (SAP) です。 SAP の製造に対する世界的な需要は、病院のベッドパッド、乳児用および大人用のおむつ 1 のほか、農業 2、食品加工 3、上下水処理 3、組織工学 4、センサー 5、ドラッグデリバリー 6 にも使用されているため、非常に豊富です。 SAP は親水性ヒドロゲルの一種で、乾燥重量の数百倍に達する大量の水やその他の水溶液を吸収して保持することができます。 これらの三次元ポリマーネットワークは、化学的または物理的架橋のため、水や生理学的溶液には溶解しません7。 天然素材を用いた高吸収体の製造が注目されているが、材料の価格が高いため、まだ工業化されていない。 それでも、AA と AM は、製造が容易で、低コストで入手可能であり、重合が速いため、超吸収剤を合成するのに業界で最適なモノマーです 8,9。 AA および AM は、高い親水性、優れた柔軟性、キレート性、生分解性を備えています10。 さらに、ポリマーネットワークにおける AA と AM の共重合により、ゲルの強度が向上することがわかりました 11。 一方、マレイン酸 (MA) は、低コスト、優れた相溶性、非毒性のため、最近ポリマーの製造で人気を集めているもう 1 つの工業的に合成された化合物です 12,13。 したがって、これらの安価な分子と価値のある特性を備えた新規な超吸収体の調製は非常に重要です。

敏感なヒドロゲルは、物理的、化学的、生物学的刺激に応答した材料の吸収/放出および膨潤/脱膨潤挙動により、多くの注目を集めています。 中でも、温度、pH、イオン強度は、シンプルであり、複雑な装置や高価な材料を必要としないため、非常に重要です17。 温度感受性ヒドロゲルの調製に関しては、親水性官能基と疎水性官能基の存在が決定的な役割を果たすことが証明されています18。 親水性モノマーが N-イソプロピルアクリルアミド (イソプロピル疎水性部分を持つ) と共重合すると、温度に敏感なヒドロゲルが生成されます 19。 また、キトサン、セルロース、ゼラチン、ポロクサマーとその誘導体は、熱応答性ヒドロゲルの合成に適した出発材料です20。 一方で、アニオン性およびカチオン性官能基の存在が、pH 感受性ヒドロゲルの合成において重要な役割を果たしていることが特定されています 21、22、23。 アクリル酸誘導体がカルボキシメチルデキストラン、アルブミン、ゼラチン、アルギン酸塩、キトサンなどの天然ポリマーと反応すると、pH 応答性ヒドロゲルが合成されます 21、22、23。 したがって、スマートハイドロゲルの調製において、熱および pH に敏感な生産特性における新しいモノマー構造を見つけることは非常に重要です。 AA、AM、MA モノマーからはスマートな超吸収体はありません。