NL8204162A - Extrudeerbaar polyurethaan voor prothetische instrumenten. - Google Patents

Description

N/31.177/Kp/Pf/vdM 1 - * y - 1 -

Extrudeerbaar polyurethaan voor prothetische instrumenten.

De uitvinding heeft betrekking op een in hoge .mate met bloed verenigbaar polymeer voor toepassing in vorm-inrichtingen.

Wezenlijke vooruitgang is de afgelopen jaren ge-5 boekt bij de ontwikkeling van vaatprotheses. In het Amerikaan-se octrooischrift 4.131.604 wordt bijv. een groep polyuretha-nen met uitstekende eigenschappen beschreven, die gebruikt kunnen worden voor de vervaardiging van vormbare prothetische instrumenten. Het in het genoemde octrooischrift beschreven 10 polyurethaan schiet echter tekort doordat het niet extrudeerbaar is. Er bestaan veel prothetische instrumenten, alsmede andersoortige instrumenten, die met bloed verenigbaar moeten zijn, welke uitsluitend doelmatig vervaardigd kunnen worden door extrusie- of blaasmatrijsvorming.

15 Natuurlijk moeten instrumenten zoals pacemaker- leidingen, bloedzakken, catheters en I.V.-buizen vervaardigd worden uit een materiaal dat aan een aantal vereisten voldoet.

Het belangrijkste vereisiaais het feit dat het materiaal waar-uit dergelijke instrumenten worden vervaardigd, verenigbaar is 20 met bloed. D.w.z. het materiaal mag niet de vorming van een thrombus induceren, welke de perifere bloedstroom kan doen verstoppen. Verder moet het materiaal natuurlijk niet giftig zijn. Bovendien is het gewenst dat materialen voor instrumenten gebruikt voor de vervaardiging van vaatprotheses in hoge 25 mate veerkracht, sterkte en een vermogen tot buigen zonder breken bezitten. Als boven reeds vermeld is het bovendien voor de vorming van bepaalde instrumenten gewenst, dat het materiaal extrudeerbaar is.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op 30 een groep extrudeerbare polyurethaanpolymeren, welke in het bijzonder zijn ontwikkeld voor toepassing in instrumenten die in hoge mate met bleed verenigbaar moeten zijn.

Dienovereenkomstig heeft volgens de uitvinding het polymeer als in de aanhef omschreven, het kenmerk, dat het 35 een polyurethaanelastomeer is, dat is verkregen als reactie-produkt van: a. een diisocyanaat gekozen uit de groep be- 820 4 1 52 ί 4 - 2 - staande uit isoforondiisocyanaat, trimethylhexamethyleendi-isocyanaat, dicyclohexylmethaandiisocyanaat en dimeerzuurdi-isocyanaat, b. een polytetramethyleenetherpolyol met een 5 molecuulgewicht in het gebied van 500-5000; en c. 1,4-butaandiο1.

De polymeren volgens de uitvinding zijn in wezen lineaire, gesegmenteerde, alifatische polyurethaanelastomeren. Deze groep van polymeren, welke alifatisch zijn en op poly-10 ether zijn gebaseerd met 100 % urethaanbindingen in het mole-culaire skelet, vertonen een superieure levensduur van de buigzaamheid, uitstekende hydrolytische stabiliteit en een hoge mate van verenigbaarheid met bloed. Bovendien kunnen de polymeren tot korrels worden verwerkt en geextrudeerd worden 15 tot instrumenten met uiteenlopende vorm, zoals hartpacemaker-leidingen, bloedzakken, catheters en I.V.-buizen. Deze onge-bruikelijke combinatie van eigenschappen maakt deze groep van polymeren nuttig in inrichtingen welke oppervlakken vertonen die met bloed in contact komen.

20 Het polyurethaanelastomeer volgens de onderhavi- ge uitvinding is een rubberachtig reactieprodukt van alifatische organische diisocyanaten, polyetherpolyolen met hoog molecuulgewicht en een bepaald glycol met laag molecuulgewicht (ketenverlenger). Dit glycol met laag molecuulgewicht is 1,4-25 butaandiol.

Behalve de boven genoemde noodzakelijke bestand-delen wordt bij voorkeur tevens een katalysator en evt. een antioxidant en een smeermiddel voor extrusiedoeleinden toege-voegd.

30 In het algemeen zijn polyurethaanpolymeren het condensatieprodukt van reacties tussen diisocyanaten en ver-bindingen die actieve waterstofatomen bevatten, zoals hydroxyl-groepen.

Een diisocyanaat is een isocyanaatverbinding met 35 een functionaliteit van twee. De polymerisatie vindt plaats in aanwezigheid van een difunctionele hydroxylverbinding (dit kan hetzij een eenvoudig glycol, hetzij een macromoleculair glycol zijn).

820 4 1 62

* V

- 3 - . ... kat.alys.ator n Ob=sC==N—R—N==C=0 + HO·—R —OH ...... ......—n ---> (diisocyanaat) (glycol) -C (=0) -NH-R-NH-C (=0) -O-R^O-(polyurethaan)

Voorbeelden van alifatische diisocyanaten welke volgens de uitvinding te gebruiken zijn, zijn: 5 hexamethyleendiisocyanaat (HDI), OCN (CH2)gNCO; isoforondiisocyanaat (IPDI), formule 1; trimethylhexamethyleendiisocyanaat (TMHDI), formule 2; dicyclohexylmethaandiisocyanaat (HMDI), formule 10 3; en dimeerzuurdiisocyanaat (DDI), formule 4.

Dicyclohexylmethaandiisocyanaat (HMDI) is het diisocyanaat dat de voorkeur verdient voor het vormen van polymeren overeenkomstig de uitvinding.

15 Hoewel verschillende alifatische diisocyanaten gebruikt kunnen worden voor de bereiding van een polymeer overeenkomstig de onderhavige uitvinding hebben talloze proeven uitgewezen, dat de keuze van het polyol met hoog molecuul-gewicht beperkt is tot polytetramethyleenetherglycol (PTMEG), 20 H—(0—CH2—CH2—CH2—CH2)n—gezegd is dit polyol met hoog molecuulgewicht het enige polyol dat een polyurethaan bleek op te leveren, dat verenigbaar is met bloed en bovendien de boven besproken andere eigenschappen bezit..In het algemeen moet dit glycol een gemiddeld molecuulgewicht hebben tussen 25 500 en 5000, bij voorkeur tussen 1000 en 3000. In een voorkeur suitvoeringsvorm van de uitvinding is PTMEG met een molecuulgewicht van 20Q0 toegepast.

Zoals reeds vermeld is de ketenverlenger voor het polymeer volgens de onderhavige uitvinding 1,4-butaandiol 30 (HO—CH2—-CH2—CH2—CH2—OH).

Bij gevolg heeft het polyurethaan dat volgens de uitvinding de voorkeur verdient een structuur volgens formule 5 van het formuleblad, waarin n^ een geheel getal is dat zoda-nig is gekozen dat een molecuulgewicht van het macroglycol 35 tussen 500 en 5000 wordt verkregen, x een geheel getal is van 8204162 - 4 - 1-5 en n een geheel getal is dat zo is gekozen, dat een mole-cuulgewicht van de orde van 315.000 wordt verkregen.

Zoals blijkt uit formule 5 bestaat het polymeer vo1gens de onderhavige uitvinding uit drie herhalende eenhe-5 den, het diol, het diisocyanaat en het macroglycol. De verhou-ding tussen deze herhalende eenheden wordt bepaald door de gewenste fysische eigenschappen. Voor buizen, die zacht en elastomeer (70 Shore A) moeten zijn, zijn er bijv. voor elk diol twee diisocyanaat-eenheden en macroglycol. Ter ver-10 krijging van harder materiaal kan de verhouding van diol tot diisocyanaat en. macroglycol worden verhoogd, onder oplevering van een harder materiaal. Voor catheters (50 Shore D) worden bijv. twee butaandioleenheden herhaald per elk isocyanaat en elk macroglycol.

15' De reagentia worden bijeen gebracht in ongeveer de molaire hoeveelheden die noodzakelijk zijn voor het verkrij-gen van het genoemde polymeer.

Ter verkrijging van volledig geharde polyure-thaangietsels in een redelijk korte tijdsduur, is het gebrui-20 kelijk in het mengsel een geschikte katalysator op te nemen om de polymerisatiereactie te bevorderen. Geschikte katalysatoren zijn N-methylmorfoline, trimethylamine, triethylamine, zink-octoaat, dibutyltindilauraat en dioctyltindilauraat. Dioctyl-tindilauraat verdient als katalysator de voorkeur.

25 De werkwijze volgens de onderhavige uitvinding wordt schematisch weergegeven in de bijgaande tekening.

Het polyurethaan wordt bereid uit twee componen-ten, welke worden aangeduid als deel A en deel B. Deel A is het alifatische diisocyanaat. Deel B omvat de andere bestand-30 delen: een macroglycol (de polyetherbasis), de ketenverlenger met laag molecuulgewicht, de katalysator, het antioxidant en het smeermiddel. Natuurlijk vormen de katalysator, het antioxidant en het smeermiddel in chemisch opzicht geen deel van het polymeer.

35 Voor de vorming van een polyurethaanelement worden de geschikte stoechiometrische verhoudingen van deel A en deel B geemulgeerd bij kamertemperatuur door middel van een mengin-richting, onder vorming van een matig reactief thixotroop 8204162 *» - 5 - mengsel met een viskositeit beneden ca. 2,5 Pa.s.

Aangezien door de emulgering lucht in het reac-tiemengsel wordt gebracht, moet deze lucht worden verwijderd. De luchtbellen worden verwijderd door een vat dat de emulsie 5 bevat, onder een stolp te plaatsen en door middel van een af-zuiginrichting de lucht uit de stolp te. evacueren. De stolp wordt geevacueerd tot een druk van ca. 0,3 micron en het mengsel wordt gedurende ca. 8 min onder de stolp gehouden, waar-door het mengsel lijkt te koken. Nadat de emulsie van onder de 10 stolp is verwijderd laat men deze staan totdat de exotherme reactie die plaatsvindt, het geheel op een temperatuur van ca. 400°C heeft gebracht.

Op dat moment wordt de emulsie bij voorkeur uit-gegoten in een pan, waarin de emulsie uitvloeit, onder vorming 15 van ongeharde vellen. De pan met de vellen wordt vervolgens op het vuur geplaatst en gedurende 4 h of langer bij een temperatuur van tenminste 110°C verhit totdat het elastomeer is gehard. De vellen worden daarop versneden of gekorreld in een normale korrelinrichting, onder oplevering van korrels met een 20 lengte van ongeveer 6,4 mm. Deze korrels worden daarop ge-bruikt in apparatuur die geschikt is voor extrusie tot het gewenste produkt.

Vo1gens een alternatieve uitvoeringsvorm van de uitvinding is het ook mogelijk de korrels op te lossen in een 25 oplosmiddel, zoals dimethylaceetamide, tetrahydrofuran, 1,4-dioxaan of m-pyrrol. De oplossing kan dan worden gebruikt om een artikel te maken door middel van de oplosmiddelgietmethode.

De uitvinding wordt thans nader toegelicht aan de hand van het volgende niet begrenzende voorbeeld.

30 VOORBEELD.

Dicyclohexylmethaandiisocyanaat (HMDI) in een hoeveelheid van 67,75 g werd tot reactie gebracht met het mengsel van de volgende vijf bestanddelen: 229, 2 g polytetra-methyleenetherglycol met een molecuulgewicht van 2000, en 35 12,35 g 1,4-butaandiol. Dit reactiemengsel bevatte tevens 3,0 g antioxidant. Het gebruikte antioxidant is verkrijgbaar onder de merknaam IRGANOX 1010 van Ciba-Geigy. De chemische naam van dit antioxidant is tetrakis /methyleen(3,5-di-tert-butyl-4- 8204162 - - 6 - hydroxyhydrocinnamaat)_7methaan.. Tevens was in dit reactiemeng-sel aanwezig 0/5 g smeermiddel, dat verkrijgbaar is onder de merknaam GLYCOLUBE VL van Glyco Chemical Company te New York, U.S.A. Tenslotte was ook 0,006 g van een op tin gebaseerde 5 katalysator aanwezig, welke verkrijgbaar is onder de merknaam COTIN 430 van Cosan Chemical Corporation te Carlstadt, New Jersey, U.S.A.

De boven genoemde bestanddelen werden gemengd met het HMDI, ontlucht totdat alle ingesloten gassen waren

10 verwijderd. Het mengsel werd daarop gedurende 3 h bij 110°C

onder een stikstofatmosfeer gehard in de vorm van vellen.

Daarop werden de vellen in stukken gesneden in een standaard- korrelinrichting, onder vorming van korrels die geschikt zijn voor extrusie. De fysische eigenschappen van het geharde elas- 2 15 tomeer waren als volgt: treksterkte 315 kg/cm , rek 650 %, hardheid (Shore A) 70-75.

De korrels werden daarop verwerkt in een labo-ratoriumextrusie-inrichting. De verwerkingsomstandigheden van de gebruikte 24/1 schroef met een diameter van 25 mm, waren 20 als volgt:

achter; 149°C

midden: 160°C

voor: 160°C

matrijs: 166°C

25 hals: waterkoeling.

Slangen met afmetingen die geschikt zijn voor toepassing als pacemakerleidingen, werden geextrudeerd. De slangen vertoonden alle gewenste fysische eigenschappen, die voor de gewenste toepassing vereist zijn.

30 820 4 1 62

Claims (5)

1. Een in hoge mate met bloed verenigbaar poly-meer voor toepassing in vorminrichtingen, met h e t k e n m e r k , dat het polymeer een polyurethaanelastomeer 5 is en verkregen is als reactieprodukt van; a. een diisocyanaat gekozen uit de groep be-staande uit isoforondiisocyanaat, trimethylhexamethyleendiiso-cyanaat, dicyclohexylmethaandiisocyanaat en dimeerzuurdiiso-cyanaat; 10 b. een polytetramethyleenetherpolyol met een molecuulgewicht in het gebied van 500-5000; en c. 1,4-butaandiol.

2. Polymeer volgens conclusie 1, met het k e n m e r k , dat het diisocyanaat dicyclohexylmethaandiiso-15 cyanaat is.

3. Polymeer volgens conclusie 2, met het k e n m e r k , dat het polymeer is opgelost in een oplos-middel.

4. Polymeer volgens conclusie 2, met het 20kenmerk/ dat het polymeer de vorm van korrels heeft.

5. Twee-componentensysteem voor het vormen van een polyurethaanelastomeer, met het kenmerk, dat het systeem omvat als eerste component a) dicyclohexylmethaandiisocyanaat en als 25 tweede component b) een stoechiometrische hoeveelheid polytetramethyleenetherpolyol en 1,4-butaandiol. 30 8204162