A NOVEL METHOD FOR INTRODUCTION OF PLASMA INDUCED HYDROPIIILICITY ON POLYETHYLENE-NAPHTHALATE

A NOVEL METHOD FOR INTRODUCTION OF PLASMA INDUCED HYDROPIIILICITY ON POLYETHYLENE-NAPHTHALATE

MASAYUKI KUZUYA* AND TOMOYUKI YAMASHIRO

Laboratory of Pharmaceutical Physical Chemistry, Gifu Pharmaceutical University, 5-6-1, Mitahora-Higashi, Gifu 502, JAPAN

プラズマ処理によって疎水性ポリマーの表面を処理し、その親水性を向上させることに関心が集まっています。ポリマー表面の濡れ性は、バイオマテリアルにおける生体適合性に関連する重要な特性です。プラズマ処理の利点の一つは、表面限定であるため、バルク特性に影響を与えることなく表面特性のみを変更できる点です。しかしながら、これらの処理によって導入された親水性が処理後、時間とともに減衰することが知られています。これは、プラズマ処理の実用的な使用における難点の一つです。この親水性が時間とともに減衰するメカニズムはいくつかの理由に起因するとされています。交差結合可能なポリマーの場合、親水性基がバルク相に転倒し、疎水性表面が空気界面に向かって再配向することが原因です【1-4】。また、分解性ポリマーでは、親水性の低分子量種の脱離が原因とされています。

分解性ポリマーでは、プラズマ照射されたポリマー表面で生成された親水性の低分子量成分の脱離が発生します【5,6】。

私たちは、親水性ポリマーの前駆体を疎水性ポリマー表面にプラズマ駆動で固定化し、その後、前駆体を加水分解して親水性基を生成するという、新しい方法を検討しました。この方法は、ポリマー表面に耐久性のある濡れ性を導入するためのものです。

図1に示されているように、商業的にGANTREZ AN 139として知られているマレイン酸無水物-メチルビニルエーテル共重合体のポリマー前駆体が、疎水性ポリマーであるポリエチレンナフタレート（PEN）に堆積され、その後、表面から過剰なGANTREZをTHFで除去しました。処理されたPENフィルムは、表面の架橋反応によってPENに浸透させたGANTREZを固定化するために、Arプラズマ照射にさらされました。プラズマ状態は、13.56MHzの誘導結合プラズマを用いて、Ar（0.5Torr）で一定時間維持されました。その後、GANTREZ中のマレイン酸無水物結合の加水分解が行われ、PENを水に浸漬してカルボキシル基を生成しました。

PENのプラズマ誘導反応を理解するために、まずArプラズマ照射によって形成されたPENラジカルの性質を調べました。図2は、プラズマ照射されたPEN粉末のESRスペクトルの進行的変化を示しています。これらのスペクトルに対するコンピュータシミュレーションの結果、スペクトルは主成分としての6重項スペクトル（I）と、少量の4重項（II）からなり、どちらもナフタレン環への水素付加によって形成されたラジカルに割り当てられることが示されました。また、広い単一項（III）は、図3に示されているように、ダングリングボンドサイト（DBS）に割り当てられます。これらのラジカルの形成は、以前に報告された所見【7-9】に基づき、PENがプラズマ照射効果として強く架橋可能なポリマーであることを示唆しています。