Способ получения сшитых полиэлектролитных комплексов Советский патент 1978 года по МПК C08F299/00 C08J5/20 

1

Изобретение относится к области получения сшитых полиэлектролитных комплексов (ПЭК) на основе слабых полиэлектролитов (ПЭ). Материалы из таких комплексов могут быть использованы в медицинской практике для эндопротезирования, в том числе для создания кровеносных сосудов, мягких тканей и т. д.

Известны способы получения полимерных материалов медицинского назначения взаимодействием противоположно заряженных полиэлектролитов, соединенных между собой солевыми связями. В качестве исходных полиэлектролитов используются как сильные, так и слабые поликатионы и полианионы 1.

Однако полимерные материалы из ПЭК изза наличия в них сетки только ионных связей имеют достаточную прочность в ограниченном интервале рН и ионной силы водных растворов. Так, ПЭК на основе сильных ПЭ не могут быть использованы в растворах высокой ионной силы; ПЭК на основе слабых ПЭ неустойчивы в интервале и неустойчины в буферных растворах. Это резко сужает область их использования в медицинских целях, поскольку среды организма, в том числе кровь, обладают высокой ионной силой и буферным действием.

Известен способ упрочнения полимерного материала из ПЭК на основе полимерных карбоновых или фосфиноБЫХ кислот и полимерных аминов, заключающийся в создании сетки ковалентных связей 2.

Это достигается как введением бифункциональных сшивающих агентов, например органических диизоцианатов и 1,2-эпоксисоедннений, так и введением реакционноспособных групп, например эпоксидных, в цепь одного или обоих полимерных компонентов. Сшивание при этом происходит при нагревании ПЭК

в температурном интервале 50-100°С.

Такой метод упрочнения материалов из ПЭК требует для осуществления введения третьего компонента - сшивающего агента, или предварительной модификации полимерных компонентов, что трудоемко и не позволяет варьировать количество сшивок, а следовательно регулировать водонабухаемость материала в широком диапазоне. Кроме того, сшивающие агенты - диизоцианаты и эпоксидные соединения - токсичны, поэтому материал из сшитых по данному способу ПЭК не может быть биосовместимым.

Цель предлагаемого изобретения - получение биосовместимого полиэлектролитного

комплекса (материала) с регулируемой водонабухаемостью из сшитых ПЭК на основе полимерных карбоновых кислот и первичных или вторичных полимерных аминов. Поставленная цель достигается термообработкой при 130-250°С полиэлектролитных комплексов, образованных из полиакриловой или полиметакриловой кислоты и из полиэтиленимина или политриметиленимина. Способ заключается в том, что выбирают нары химически и структурно комплементарных противоположно заряженных нолиэлектролитов, в которых солевые связи между ноногенными группами способны переходить в ковалентные с образованием сшивок, затем подвергают термообработке ПЭК, при этом степень сшивки, а следовательно водонабухаемость регулируются изменением температуры термообработки в интервале 130-250 С. Комплементарные пары нолиэлектролитов образованы из полимерных карбоновых кислот (полиакриловая или гюлиметакриловая) и первичных или вторичных полимерных аминов (полиэтилеиимии, политриметиленимин). Полученный полимерный материал обладает такими свойствами, как регулируемое водоиабухание, биологическая совместимость с тканями организма, неновреждающее действие в отношении форменных элементов крови. При этом сшитый материал приобретает устойчивость во всем интервале рН водных растворов ири температуре до 120°С, устойчив к действию концентрированных кислот и щелочей при температуре до 50°С, а также к органическим растворителям и растворам с высокой ионной силой. По описанному способу удается получить полимерный материал из ПЭК со степенью сшивки от 2 до 85%. Свойства сшитого полимерного материала, такие как механическая прочность, набухаемость в водных и солевых растворах, устойчивость в водных растворах кислот и ш,елочей, а также в органических растворителях, существенно зависят от степени сшивки. Поэтому предлагаемый способ позволяет в широких пределах регулировать эти ценные свойства полимерного материала. Пример 1. К раствору 0,72 г полиакриловой кнслоты (ПАК) в воде при перемешивании приливают раствор 0,43 г линейного нолиэтиленимина (ПЭИ) в метаноле. Растворитель испаряют при комнатной температуре. Полученный сухой полимер ( в виде порошка или пленки) подвергают термообработке при 130°С в течение 15 мин. Коэффициент относительного набухания полимера в 0,1 н. НС1 (отношение сэбъема набухшего полимера к объему сухого) равен 15. Материал сохраняет сплошность в концентрированных растворах кислот, щелочей и низкомолекулярных солей. Термогравиметрический контроль свидетельствует о том, что степень сшивки полимера в этих условиях 0,5%. Пример 2. К раствору 0,72 г полиакриловой кислоты в воде при перемешивании приливают раствор 0,43 г линейного полиэтиленимина в метаноле. Растворитель испаряют при комнатной температуре. Полученный полимер подвергают термообработке при 240°С в течение 15 мин. Стенень сшивки полимера в этих условиях 60%. Коэффициент относительного набухания в 0,1 н. НС1 равен 1,6. олимер устойчив в концентрированных расторах кислот, щелочей, низкомолекулярных солей. Пример 3. К раствору 0,72 г ПАК в конентрированном аммиаке при перемещивании приливают водный раствор, содержащий 0,43 г азветвленного полиэтилеиимина. Растворитель испаряют при комнатной температуре. Полученный сухой полимер в виде порошка или пленки подвергают термообработке нри 180°С в течение 15 мин. Степень сшивки полимера в этих условиях 15% коэффициент набухания полимера в 0,1 н. НС равен 2. Полимер устойчив в концентрированных растворах кислот, шелочей, пизкомолекулярных солей при комнатиой температуре. Пример 4. К раствору 0,86 г полиметакриловой кислоты в концентрированном аммиаке нри перемешивании нриливают водный раствор, содержаший 0,43 г ПЭИ разветвленного. Растворитель испаряют при комнатной температуре. Полученный сухой полимер в виде норошка или пленки подвергают термообработке при 170°С в течение 15 мин. Полимер хорошо набухает в воде, устойчив в концентрированных растворах кислот, щелочей и низкомолекулярных солей. Пример 5. К раствору 0,72 г полиакриловой кислоты в воде при перемешивании нриливают раствор 0,57 г политриметиленимина в воде. Растворитель испаряют при комнатной температуре. Полученную полимерную соль подвергают термообработке при 180°С в течение 15 мин. Степень сшивки полимера 15%. Полимер хорошо набухает в воде и сохраняет сплошность в концентрированных растворах кислот, щелочей и низкомолекулярных растворах кислот, щелочей и низкомолекулярных солей. Из приведенных примеров видно, что степень сшивки, а следовательно коэффициент набухания в водных средах, регулируется изменением температуры термообработки. Для каждой температуры существует свое предельное значение степени сшивания, достигамое за сравнительно короткий промежуток времени- 15 мин (см. таблицу). Набухаемость материала из ПЭК на основе полиакриловой кислоты и линейного лолиэтиленимина в 0,1 NHC1 при различных степенях сшивки.

Материалы из ПЭК, сшитых термообработкой, устойчивы в плазме крови и обладают в этой среде малой степенью набухания.

Гематологические испытания in vitro полученных материалов указывают также на хорошую биосовместимость их с кровью. Введение в кровь полимера не вызывает гемолиза (разрушения эритроцитов), так как концентрация гемоглобина в крови, находяш,ейся в контакте с полимером, практически не изменяется.

Кроме того, предлагаемый режим термообработки указанных материалов обеспечивает их одновременную стерилизацию, что очень важно для полимеров медицинского назначения.

6 Формула изобретения

Способ получения сшитых полиэлектролитных комплексов путем взаимодействия полиакриловой или полиметакриловой кислоты с полиэтиленимином или политриметиленимином, отличаюшийся тем, что, с целью получения биосовместимого полиэлектролитного комплекса с регулируемой водонабухаемостью, полученный продукт подвергают термообработке при 130-250°С.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Зезин А. Б., Рогачева В. Ф. Полиэлектролитные комплексы. Сб. Успехи химии и физики полимеров, М. «Химия, 1973, с. 3-30.

2.Патент США № 2832747, кл. 260-283, опублик. 1958.