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KR100805818B1 - 하이드로겔의 제조방법 및 이에 의하여 제조된하이드로겔의 용도 - Google Patents

하이드로겔의 제조방법 및 이에 의하여 제조된하이드로겔의 용도 Download PDF

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KR100805818B1
KR100805818B1 KR1020060117169A KR20060117169A KR100805818B1 KR 100805818 B1 KR100805818 B1 KR 100805818B1 KR 1020060117169 A KR1020060117169 A KR 1020060117169A KR 20060117169 A KR20060117169 A KR 20060117169A KR 100805818 B1 KR100805818 B1 KR 100805818B1
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KR
South Korea
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hydrogel
meth
acrylate
acrylic acid
molar ratio
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김선정
신광민
박상준
김선일
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 하이드로겔의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 하이드로겔의 용도에 관한 것으로, 구체적으로는 단량체의 조성비를 변화시켜 온도나 pH와 같은 외부 환경 변화에 따라 팽윤도가 넓은 범위에서 조절될 수 있는 초감도 하이드로겔의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 하이드로겔의 용도에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의하여 제조되는 초감도 하이드로겔은 농업, 공업, 의료 및 화장품 산업 분야에서 널리 유용하게 사용될 수 있다.
하이드로겔, 흡수제, 물질 전달, 마이크로밸브, pH 센서

Description

하이드로겔의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 하이드로겔의 용도{Method for preparating hydrogel and uses thereof}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초감도 하이드로겔이 미세전자기계유체장치에서 마이크로밸브로 기능할 수 있는 원리를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초감도 하이드로겔이 팽창되기 전 즉, 마이크로밸브가 열려 유체가 자유롭게 소통할 수 있는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초감도 하이드로겔이 팽창하여 마이크로밸브가 닫힘으로써 유체가 일 방향으로만 소통할 수 있는 상태를 나타내는 모식도이다.
본 발명은 하이드로겔의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 하이드로겔의 용도에 관한 것으로, 구체적으로는 단량체의 조성비를 변화시켜 온도나 pH와 같은 외 부 환경 변화에 따라 팽윤도가 넓은 범위에서 조절될 수 있는 초감도 하이드로겔의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 하이드로겔의 용도에 관한 것이다.
최근 신체 배설물 또는 다량의 액체를 흡수하기 위한 흡수성 재료로 하이드로겔이 큰 주목을 받아왔다. 흡수성 재료로서 하이드로겔을 사용하기 이전에는 목재펄프를 이용하여 유체를 저장할 수 있는 구조물을 제조하는 것이 일반적이었다. 목재펄프는 단위면적당 흡수 가능한 유체의 양이 제한적이기 때문에 보다 많은 양의 펄프를 사용하였고, 그에 따른 제품의 두께도 두껍고 착용하기 불편하였다. 반면, 하이드로겔 재료는 유체를 흡수하는 능력이 펄프에 비해 우수하므로 보다 작고 얇은 구조물을 제조할 수 있는 이점이 있다.
하이드로겔의 팽윤도는 제조 공정 및 주위환경에 따라서 수십 내지 수백% (water wt/dry gel wt)을 나타내며, 특별히 아크릴산을 이용한 하이드로겔의 경우 Dilek Solpan 등은 아크릴산과 아크릴아미드의 하이드로겔이 25℃에서 최대 약 2500%의 팽윤도를 나타내는 것으로 보고하였으며(Journal of Applied Polymer Science 86, 3570-3580, 2002), S. Francis 등은 아크릴산과 카라기난을 이용한 하이드로겔이 최대 약 850%의 팽윤도를 나타내는 것으로 보고하였다 (Radiation Physics and Chemistry 69, 481-486, 2004). 또한 A. A. Ali 등은 γ선 조사방법을 이용하여 아크릴산과 비닐술폰산의 하이드로겔을 제조하여 약 95%의 팽윤도를 나타내는 것을 보고하였다(Radiation Physics and Chemistry 75, 1041-1046, 2006).
하이드로겔이 산업 분야에서 효과적으로 응용되기 위해서는, 더욱 큰 팽윤도를 가질 것이 요구되는데, 일반적으로 하이드로겔의 팽윤도를 조절하는 방법으로는 가교 정도를 조절하는 방법이 있지만 가교 정도가 너무 크거나 작게 되면 제조된 흡수성 하이드로겔의 취성이 증가하여 부서지기 쉽게 되거나 구조적 강도가 낮아져서 응용할 수 없게 된다. 따라서 최적의 가교 정도를 유지하면서, 초감도 팽윤성질을 함께 조절하는 제조방법이 필요하게 되었다.
본 발명의 목적은 가교에 의해 응용하기에 충분한 구조적 강도를 가지고 팽윤성질이 조절 가능한 초감도성 하이드로겔의 제조방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상술한 초감도성을 가지는 하이드로겔의 용도를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면에 따르면, 친수성 단량체, 가교제 및 중합 개시제를 포함하는 하이드로겔의 제조에 있어서, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 2-(메타)아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-(메타)아크릴로일에탄술폰산 및 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산과 같은 음이온성 불포화 단량체 및 그의 염; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-에틸(메타)아크릴아미드, N-n-프로필(메타) 아크릴아미드, N-이소프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 비닐피리딘, N-비닐피롤리돈, N-아크릴로일피페리딘 및 N-아크릴로일피롤리딘과 같은 친수성 기를 포함하는 비이온성 불포화 단량체; 및 N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N-디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드 및 그들의 염으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 친수성 단량체에 대하여 가교제를 상기 친수성 단량체의 1중량% 내지 3중량%로 포함시켜 제조하는 하이드로겔의 제조방법을 제시할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 하이드로겔을 유체 흡수 및/또는 방출용 제품(product)의 제조에 이용하는 방법을 제시할 수 있다.
아울러, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 하이드로겔을 pH 센서 또는 마이크로밸브의 제조에 이용하는 방법을 제시할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 친수성 단량체, 가교제, 중합 개시제를 포함하는 하이드로겔의 제조에 있어서, 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 2-(메타)아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-(메타)아크릴로일에탄술폰 산 및 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산과 같은 음이온성 불포화 단량체 및 그의 염; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-에틸(메타)아크릴아미드, N-n-프로필(메타)아크릴아미드, N-이소프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 비닐피리딘, N-비닐피롤리돈, N-아크릴로일피페리딘 및 N-아크릴로일피롤리딘과 같은 친수성 기를 포함하는 비이온성 불포화 단량체; 및 N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N-디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드 및 그들의 염으로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 친수성 단량체에 대하여, 가교제를 상기 친수성 단량체의 1중량% 내지 3중량%로 포함시켜 제조하는 하이드로겔의 제조방법을 제시할 수 있다.
흡수성 재료로서의 하이드로겔 제조에서 팽윤 정도의 조절은 가교 정도를 조절함으로써 가능할 수 있지만 본 발명자들은 가교 정도가 너무 높거나 낮으면 깨어지기 쉽고 또는 구조적 강도가 너무 낮아서 흡수성 재료로서 응용할 수 없는 문제를 해결하기 위하여, 가교제의 양을 최적 범위로 고정시키고 단량체의 조성비를 변화시킴으로써 팽윤 성질을 조절하는 것을 기반으로 하여 넓은 범위의 팽윤도 조절이 가능한 하이드로겔을 제조하였다.
본 발명의 초감도성 하이드로겔을 구성하는 성분으로서, 단량체는 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 비닐술폰산, 스티렌술폰산, 2-(메타)아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산, 2-(메타)아크릴로일에탄술폰산 및 2-(메타)아크릴로일프로판술폰산과 같 은 음이온성 불포화 단량체 및 그의 염; 아크릴아미드, 메타크릴아미드, N-에틸(메타)아크릴아미드, N-n-프로필(메타)아크릴아미드, N-이소프로필(메타)아크릴아미드, N,N-디메틸(메타)아크릴아미드, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 비닐피리딘, N-비닐피롤리돈, N-아크릴로일피페리딘 및 N-아크릴로일피롤리딘과 같은 친수성 기를 포함하는 비이온성 불포화 단량체; 및 N,N-디메틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N-디에틸아미노에틸(메타)아크릴레이트, N,N-디메틸아미노프로필(메타)아크릴아미드 및 그들의 염으로 구성되는 군으로부터 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 친수성의 카르복실 그룹을 가지고 있는 아크릴산 및 생체적합성 특히 혈액 적합성이 뛰어난 비닐 술폰산 나트륨을 단량체로 사용하여 하이드로겔을 제조하였다.
또한, 상기 아크릴산과 비닐 술폰산 나트륨의 공중합체에 가교 구조를 도입하기 위하여 가교제를 사용하는데, 가교제는 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, (폴리)에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, (폴리)프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 디(메타)아크릴레이트, 글리세롤 트리(메타)아크릴레이트, 글리세롤 아크릴레이트 메타크릴레이트, 에틸렌-옥사이드-변성 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 트리알릴 시아누레이트(cyanurate), 트리알릴 이소시아누레이트, 트리알릴 포스페이 트(phosphate), 트리알릴아민, 폴리(메타)알릴옥시알카인, (폴리)에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 글리세롤 디글리시딜 에테르, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 에틸렌디아민, 폴리에틸렌이민(polyethylenimine) 및 글리시딜(메타)아크릴레이트 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 가교제의 양은 전체 단량체의 1 내지 3중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 가교제의 양이 3중량% 이상일 경우 하이드로겔의 취성이 증가하여 깨어지기 쉽고 흡수할 수 있는 유체의 양이 낮아지는 경향이 있으며, 반대로 가교제의 양이 1중량% 이하일 경우, 응용하기에 충분한 구조적 성질을 나타낼 수 없으며 유체를 흡수하는 속도가 낮아지는 문제가 있다.
또한, 원활한 중합 수행을 위해서 암모늄페설페이트, 이가큐어 등의 개시제를 전체 단량체의 1중량% 첨가할 수 있다. 중합방법은 열 또는 UV와 같은 에너지를 이용한 중합방법을 사용할 수 있다.
아크릴산 단량체는 실시예의 초감도성 하이드로겔의 제조 조건에서 중합 및 가교가 되지만, 염을 가지고 있는 비닐 술폰산 단량체 단독으로는 상기 환경에서 가교가 일어나지 않는다. 이것은 염의 방해로 인한 영향으로 생각되는데, 아크릴산과 비닐술폰산 나트륨 공중합체의 구조는 중합용액 속의 비닐술폰산 나트륨의 함량에 따라서 고분자 주쇄에서 가교 위치가 변할 수 있다. 이것은 전체 단량체와 가교제의 비율이 일정하게 고정되어 있지만 고분자 주쇄에서 가교되지 않는 비닐 술폰산 나트륨의 영향으로 팽윤 정도가 변화할 수 있음을 보여준다. 따라서 상기 언급된 제조방법을 이용하여 일반적인 하이드로겔이 나타내는 것보다 훨씬 더 큰 유체에 대한 감도성 (수천에서 수만 %) 즉, 초감도성을 나타내는 하이드로겔을 제조할 수 있다.
일반적으로 사용되는 하이드로겔의 팽윤도를 조절하기 위해서는 가교 정도를 조절하는 방법을 이용한다. 그러나 가교 정도가 낮거나 높으면 구조적 물성이 떨어지거나 취성이 증가하여 재료로서 단점을 가지게 된다. 이러한 이유로 가교 정도를 조절하여 팽윤도를 조절하는 것은 한계가 있다. 이에 본 발명에서는 단량체와 가교제 및 개시제 사이의 최적의 구조적 강도를 보일 수 있는 조성 비율에서, 사용되는 단량체들의 비율을 조절하여 유체에 대해서 높은 감도성을 보이는 하이드로겔을 제조하는 방법을 제시한다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기 하이드로겔을 유체의 흡수 및/또는 방출용 제품의 제조에 이용하는 방법을 제시할 수 있다.
본 발명자 등은 아크릴산과 비닐술폰산 나트륨의 몰비가 5:1, 9:1 및 19:1인 하이드로겔 샘플을 제조하였는데, 각 샘플에서 단량체의 비율은 변화된 반면, 전체 단량체의 농도 및 가교제의 함량은 일정하게 유지되었다. 상기와 같이 제조된 하이드로겔을 이용하여 탈이온수 및 완충 용액에서 온도와 pH를 변화시켜 가면서 팽윤성 실험을 수행한 결과, 아크릴산:비닐술폰산의 몰비가 5:1인 하이드로겔 샘플의 경우에 대부분의 실험에서 팽윤 성질이 가장 좋은 결과를 나타내었으며 아크릴산의 함량이 증가할수록 팽윤비는 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 온도가 증가할수록 팽윤비가 증가하는 경향을 나타내었으며(최대 2만 5천%), pH 변화에 대해서도 염기성(pH 10)으로 갈수록 팽윤비가, 산성(pH 4)일때 보다 80% 가량 더 증가하는 것으로 나타났다(최대 2만 %).
이러한 성질을 이용하여 초감도성 하이드로겔 내부에 의약품이나 피부 개선 효과를 나타내는 기능성 물질을 저장 유지시킨 후 온도 변화 등에 의해 외부로 방출시킨다면 약물 전달 시스템의 의약품 캐리어나 화장료나 수분을 전달할 수 있는 화장품 재료로 사용 가능하다. 즉, 이것은 온도 및 pH와 같은 외부 환경 변화에 의한 물질 방출시스템의 기지체로서 하이드로겔을 이용하는 것이다.
구체적으로, 체온(37℃ 부근)에서보다 상온(25℃ 부근) 혹은 저온(5℃ 부근)에서 내부 기능성 물질의 함유량이 높은 상태를 유지하다가 온도 차이를 이용하여 체온 부근에서는 의약품이나 화장료 같은 기능성 물질의 방출을 유도하게 할 수 있는 것이다.
또한, 하이드로겔의 유체 저장 성질은 신체분비물 등을 처리할 수 있는 기저귀, 생리대나 실금 패드, 탈수제 및 건조제와 같은 유체 처리용 흡수제품, 식물 또는 토양을 위한 수분 저장 제품 및 습도 조절 물질에도 사용가능하게 한다.
아울러, 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 상기 하이드로겔을 pH 센서나 마이크로밸브의 제조에 이용하는 방법을 제시할 수 있다.
즉, 상기한 하이드로겔의 pH 변화에 따른 유체 흡수 및 방출 성질을 이용하여 미세전자기계시스템(micro electro mechanical system)과 랩온어칩(Lap on a chip) 등에서 pH 센서 혹은 마이크로 밸브 등으로 사용할 수 있다. 미세전자기계 시스템과 랩온어칩과 같은 시스템은 소형화 집적화되어 있는 시스템으로, 채널을 통한 유체의 흐름을 조절하여 원하는 반응을 조절하고 물질을 처리할 수 있다. 채널 내에서 유체는 수용액의 상태로 이동하게 되며 유체의 흐름을 조절하거나 유체의 pH를 측정하기 위해서는 밸브 또는 pH 센서가 필요하게 되는데, 상기 하이드로겔은 pH 변화에 따라 유체 함유량이 변하게 되므로 밸브 또는 pH 센서로 기능할 수 있는 것이다.
도면을 참조하여 설명하면, 염기성으로 갈수록 팽윤도가 증가하는 샘플의 경우 중성 상태에서 팽윤은 되지만 채널을 막을 수 있을 정도는 되지 못하는 형태의 샘플을 채널에 고정(도 1 참조) 시킨 후 필요에 따라서 채널 내부로 흐르게 되는 수용액의 pH를 염기성으로 바꾸어 흘려주게 되면 상기 하이드로겔은 팽윤되어 채널을 막아버리게 된다. 이때 수용액은 팽윤된 하이드로겔의 작용으로 채널 내부로 흐르지 못하고 다른 곳으로 흘러나가게 된다(도 2 및 도 3 참조). 이어, 상기 하이드로겔이 위치한 채널에 다시 산성의 수용액을 흘려보내게 되면 하이드로겔의 팽윤도가 감소하면서 수축하게 되므로 수용액은 다시 채널 내부로 흐를 수 있다.
또한, 소형화 집적화되어 있는 시스템에서 결과의 재현성을 확보하기 위해서는 탈이온수 등을 이용하여 각 부분 및 연결 채널의 세척작업을 해야 할 필요가 있다. 이때 상기 초감도성 하이드로겔 밸브를 이용하면 보다 적은 양의 하이드로겔을 이용하여, 흐르는 탈이온수의 pH를 변화시켜서 그 흐름을 제어할 수 있기 때문에 채널의 선택적인 세척에 유용하게 쓰일 수 있다.
한편, pH 변화에 따라 초감도성 하이드로겔의 팽윤상태가 변하는 성질을 역 으로 이용하여, 채널에 위치하고 있는 초감도성 하이드로겔 샘플의 팽윤 정도를 측정하면 현재 채널에 흐르고 있는 수용액의 pH에 대한 정보를 얻을 수 있게 된다. 따라서 상기 초감도성 하이드로겔은 소형화 집적화된 시스템에서 기존의 하이드로겔 보다 적은 양으로 pH 를 감지하는 pH 센서 역할을 수행할 수 있다.
본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 범주가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 아크릴산:비닐술폰산의 몰비가 5:1인 하이드로겔의 제조
단량체로서 아크릴산 4.5 g과 25 % 비닐술폰산 나트륨 수용액 6 g, 가교제인 N,N-메틸렌 비스아크릴아미드 0.12 g 및 탈이온수 45.5 g을 충분히 혼합하여 수용액을 준비하였다. 준비된 수용액에 개시제인 암모늄페설페이트 0.06 g을 첨가하여 30분간 마그네틱 교반기로 충분히 혼합한 후 (단량체 농도: 12 %) 수용액의 용존산소를 제거하기 위해 수용액 속으로 질소 가스를 10분간 주입하였다. 이 수용액을 유리 용기에 넣고 공기를 차단하기 위해 유리 뚜껑을 덮어 봉합하였다. 수용액이 들어있는 유리 용기를 오븐에 넣고 24시간 동안 50℃를 유지하게 되는데 이것은 국부적인 반응이 일어나지 않고 전체적으로 단일한 중합반응이 일어나게 하기 위함이다. 그 후에 오븐의 온도를 70℃로 조절하여 24시간 동안 중합반응을 수행하였다. 중합반응으로 하이드로겔이 형성되면 탈이온수를 이용하여 세척하고 건조하여 필름형태의 초감도성 하이드로겔을 제조하였다.
<실시예 2> 아크릴산:비닐술폰산의 몰비가 9:1인 하이드로겔의 제조
단량체로서 아크릴산 5 g과 25 % 비닐술폰산 나트륨 수용액 4 g, 가교제 N,N-메틸렌 비스 아크릴아미드 0.12 g 및 탈이온수 47 g을 충분히 혼합하여 수용액을 준비하였다. 단량체의 조성이 상기 실시예 1과 상이한 것 이외에 실시예 1에서 언급한 방법과 동일한 방법으로 초감도성 하이드로겔을 제조하였다.
<실시예 3> 아크릴산:비닐술폰산의 몰비가 19:1인 하이드로겔의 제조
단량체로서 아크릴산 5.5 g과 25 % 비닐술폰산 나트륨 수용액 2 g, 가교제인 N,N-메틸렌 비스 아크릴아미드 0.12 g 및 탈이온수 48.5 g을 충분히 혼합하여 수용액을 준비하였다. 단량체의 조성이 실시예 1 또는 2와 상이한 것을 제외하고는 실시예 1에서 언급한 동일한 방법으로 초감도성 하이드로겔을 제조하였다.
<시험예 1> 다양한 온도 조건에서의 팽윤비 측정 실험
실시예 1 내지 3에서 제조된 하이드로겔 샘플을 각각 25, 37, 45℃ 조건에서 중량을 측정함으로서 팽윤비를 계산하였으며 완전히 팽윤시키기 위해서 탈이온수 내에서 일주일 동안 팽윤되었다. 중량 변화 측정을 위해서 초감도성 하이드로겔 표면에 존재하는 유체는 거름종이를 통하여 제거되었다. 팽윤비는 다음의 식에 의하여 계산하였다.
팽윤비[%, g/g] = [(팽윤된 하이드로겔 무게(g)-건조된 하이드로겔 무 게(g))/(건조된 하이드로겔 무게(g)] *100
상기 측정 결과를 각각 표 1, 표 2 및 표 3에 나타내었다.
상온(25℃)에서 초감도성 하이드로겔의 조성비에 따른 팽윤비(%) 변화
시간(분)/ 샘플조성 (몰비) 10 20 30 60 90 120 180
5:1 3185 6314 9328 13071 14357 14757 14914
9:1 1600 3680 5560 8660 10180 10740 11020
19:1 843 2186 3186 5286 6329 7043 7586
체온(37℃)에서 초감도성 하이드로겔의 조성비에 따른 팽윤비(%) 변화
시간(분)/ 샘플조성 (몰비) 10 20 30 60 90 120 180
5:1 4350 8775 12400 16150 17350 17925 18125
9:1 2082 4136 6264 10827 12864 13555 14027
19:1 900 2357 3443 6000 7343 7843 8200
고온(45℃)에서 초감도성 하이드로겔의 조성비에 따른 팽윤비(%) 변화
시간(분)/ 샘플조성 (몰비) 10 20 30 60 90 120 180
5:1 5200 11213 15638 20963 22563 23775 24775
9:1 2391 5664 8118 12482 14700 16100 17300
19:1 1275 2950 4300 7050 8500 9025 9450
<시험예 2> 다양한 pH 조건에서의 팽윤비 측정 실험
실시예 1 내지 3에서 제조된 하이드로겔 샘플을 각각 pH 4, 7 및 10의 조건에서 중량을 측정함으로서 팽윤비를 계산하였으며 완전히 팽윤시키기 위해서 pH 완충용액 내에서 일주일 동안 팽윤되었다. 중량 변화 측정을 위해서 초감도성 하이드로겔 표면에 존재하는 유체는 거름종이를 통하여 제거되었다. 측정 결과는 표 4에 나타내었다.
용액 pH별 초감도성 하이드로겔의 조성비에 의한 최대 팽윤도(%) 변화
pH/ 샘플조성 (몰비) 4 7 10
5:1 13966 18126 21257
9:1 10402 14027 17809
19:1 5383 8200 11475
상기와 같이 제조된 하이드로겔을 이용하여 탈이온수 및 완충 용액에서 온도와 pH를 변화시켜 가면서 팽윤성 실험을 수행한 결과, 하이드로겔 샘플은 아크릴산:비닐술폰산의 몰비가 5:1인 경우에 대부분의 실험에서 팽윤 성질이 가장 좋은 결과를 나타내었으며 아크릴산의 함량이 증가할수록 팽윤비는 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 온도가 증가할수록 팽윤비가 증가하는 경향을 나타내었으며(최대 2만 5천%), pH 변화에 대해서도 염기성(pH 10)으로 갈수록 팽윤비가, 산성(pH 4)일때 보다 80% 가량 더 증가하는 것으로 나타났다(최대 2만 %).
본 발명의 하이드로겔의 제조방법에 따르면, 온도나 pH 등의 외부 환경 변화에 따라 팽윤도가 넓은 범위에서 변화하는 초감도성 하이드로겔을 제조할 수 있다. 이에 따라 제조된 초감도성 하이드로겔은 농업, 공업, 의료, 화장품 등 여러 산업 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 친수성 단량체, 가교제, 중합 개시제를 포함하는 하이드로겔의 제조에 있어서, 친수성 단량체로서 아크릴산 및 비닐술폰산 염의 몰비가 5:1 내지 19:1로 혼합되고, 가교제를 상기 친수성 단량체 100중량부에 대하여 1 내지 3중량부로 포함시켜 제조하는 하이드로겔의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴산 및 비닐술폰산 염의 몰비는 5:1인 하이드로겔의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴산 및 비닐술폰산 염의 몰비는 9:1인 하이드로겔의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 아크릴산 및 비닐술폰산 염의 몰비는 19:1인 하이드로겔의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가교제는 N,N'-메틸렌비스아크릴아미드, (폴리)에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, (폴리)프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 디(메타)아크릴레이트, 글리세롤 트리(메타)아크릴레이트, 에틸렌-옥사이드-변성 트리메틸올프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사(메타)아크릴레이트, 트리알릴 시아누레이트(cyanurate), 트리알릴 이소시아누레이트, 트리알릴 포스페이트(phosphate), 트리알릴아민, 폴리(메타)알릴옥시알카인, (폴리)에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 글리세롤 디글리시딜 에테르, 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 에틸렌디아민, 폴리에틸렌이민(polyethylenimine) 및 글리시딜 (메타)아크릴레이트로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상인 하이드로겔의 제조방법.
  6. 제1항에 제조방법에 의하여 제조된 하이드로겔.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하이드로겔은 의약품 캐리어 또는 화장품 제조용으로 이용되는 하이드로겔.
  8. 제6항에 따른 하이드로겔을 의약품 캐리어 또는 화장품 제조에 이용하는 방법.
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