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Procédé de préparation d'une composition biocompatible, composition comprenant une polyoléfine et un copolymère à blocs et articles réalisés à partir de ce procédé ou de cette composition
La présente invention concerne un procédé de préparation d'une composition biocompatible à base de polyoléfine.
Depuis longtemps, les compositions à base de polyoléfines sont utilisées dans des applications industrielles très diverses. On peut citer des applications, par exemple, dans les domaines de l'emballage, de l'automobile, de l'ameublement ou des accessoires médicaux.
Dans ce dernier domaine, il est particulièrement intéressant de disposer de matériaux présentant une bonne compatibilité et une parfaite innocuité vis-à-vis des tissus biologiques et des substances médicamenteuses avec lesquels ces matériaux peuvent entrer en contact.
La grande diversité des propriétés des polyoléfines, ainsi que la possibilité d'obtenir des compositions souples sans recours à des plastifiants posant dans certains cas des problèmes de migration, en font un matériau de plus en plus répandu dans beaucoup d'applications médicales.
Afin d'améliorer la biocompatibilité des matériaux polymériques, plusieurs procédés ont été développés.
Certains de ces procédés font appel à des traitements de surface, traitements de nature physique ou chimique. Ces procédés sont en général lourds à mettre en oeuvre industriellement et fort coûteux.
D'autres types de procédés font appel à l'incorporation d'agents modifiants dans la formulation de la composition. Ainsi, la demande de brevet WO 94/03544 décrit-elle des films extrudés à partir d'un mélange comprenant une matrice polymérique et un polymère "hydrosoluble". Si les articles ainsi obtenus présentent en effet un comportement amélioré vis-à-vis des matériaux biologiques, le niveau de biocompatibilité atteint n'est cependant pas suffisant dans tous les cas, et d'autres inconvénients, comme la possibilité de migration des agents modifiants dans le matériau biologique, ne sont pas à exclure.
L'invention a dès lors pour objet un procédé de préparation d'une composition à base de polyoléfine qui lui confère une mouillabilité nettement améliorée, qui confère également de très bonnes propriétés de glissance et d'anti-
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adhérence à la surface de ladite composition à l'état mouillé, et qui permette la mise en contact de la surface de cette composition avec des milieux comprenant des macromolécules organiques, sans adsorption sensible de celles-ci sur cette surface.
Dès lors, l'invention concerne un procédé de préparation d'une composition biocompatible selon lequel on malaxe en phase fondue au moins une polyoléfine et au moins un copolymère à blocs comprenant au moins un bloc de polyéthylène oxyde et au moins un bloc de nature compatible avec la polyoléfine.
Par polyoléfine, on entend désigner tout homopolymère d'oléfine, tout copolymère contenant au moins deux oléfines différentes, tout copolymère comprenant au moins 70% en poids d'unités dérivées d'oléfines ainsi que les mélanges de plusieurs de ces polymères. Il peut s'agir aussi d'un élastomère thermoplastique.
Dans le cadre de cette invention, on entend désigner également par les termes"polymère","homopolymère"ou"copolymère", les oligomères correspondants.
De façon avantageuse la polyoléfine est un polymère ou copolymère d'éthylène ou de propylène. De façon encore plus avantageuse, la polyoléfine est un polymère du propylène. De très bons résultats ont été obtenus avec des copolymères statistiques de polypropylène contenant de 0,5 à 5% en poids d'éthylène.
De préférence, la ou les polyoléfine (s) représente (nt) au moins 70% en poids relativement à l'ensemble de la composition.
Par copolymère à blocs, on désigne tout polymère constitué d'au moins deux types de monomères distincts et présentant au moins une longue séquence d'au moins un des monomères. Les copolymères à blocs utilisables dans le cadre de l'invention peuvent être de tout type. Les copolymères à blocs dont les blocs sont arrangés de façon linéaire sont toutefois préférés. Les copolymères à deux blocs ont fourni d'excellents résultats. L'utilisation de mélanges de différents copolymères à blocs rentre aussi dans le cadre de cette invention. De préférence, on utilise un seul copolymère à blocs.
La quantité relative de copolymère à blocs dans la composition n'est pas limitée. La demanderesse a cependant constaté qu'il était préférable d'utiliser une concentration supérieure ou égale à 0, 1% en poids de copolymère à blocs relativement à l'ensemble de la composition, et supérieure ou égale à 0,5% en poids plus préférentiellement.
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Avantageusement, cette concentration est inférieure ou égale à 10,0% en poids relativement à l'ensemble de la composition, et inférieure ou égale à 5,0% en poids plus préférentiellement.
On appelle bloc de polyéthylène oxyde un bloc contenant essentiellement une séquence d'unités répétitives de formule (O-CH2-CH2) n, n étant supérieur ou égal à 5. Ce bloc peut éventuellement contenir de plus un groupement terminal de nature quelconque. De très bons résultats ont été obtenus avec un goupement terminal de type hydroxyle.
Le bloc de nature compatible avec la polyoléfine est tel que, lorsque le constituant de ce bloc est mélangé avec la polyoléfine, ces deux composants sont capables de coexister de façon intime et permanente, sans montrer de ségrégation au niveau macroscopique. La nature de ce bloc peut être quelconque, branché ou linéaire. Il peut s'agir d'un oligomère, d'un homopolymère aussi bien que d'un copolymère. Rentrent également dans le cadre de cette définition, les blocs constitués de radicaux hydrocarbonés comprenant au moins 10 atomes de carbone.
Parmi les blocs de nature compatible avec la polyoléfine, on peut citer, en plus de la polyoléfine de même nature, des polyoléfines de natures différentes ou d'autres type de polymères, y compris les polymères de diènes et les élastomères.
De très bons résultats ont été obtenus avec des blocs de nature compatible avec la polyoléfine constitués de polyéthylène, de polypropylène ou de radicaux alkyles.
Notons que le copolymère à blocs peut comporter, dans la même molécule, plusieurs blocs de polyéthylène oxyde et/ou plusieurs blocs de nature compatible avec la polyoléfine. D'excellents résultats ont été obtenus avec un copolymère à deux blocs constitué d'un bloc de polyéthylène oxyde et d'un bloc de nature compatible avec la polyoléfine.
La longueur du bloc de polyéthylène oxyde peut être quelconque, mais, de préférence, sa masse moléculaire moyenne est supérieure ou égale à la masse moléculaire moyenne du bloc de nature compatible avec la polyoléfine.
Il est également préférable que la masse moléculaire moyenne du bloc de polyéthylène oxyde soit supérieure ou égale à 400 g/mol. (toutes les masses moléculaires spécifiées dans le cadre de cette invention sont des moyennes en nombre). De même, il est préférable que cette masse soit inférieure ou égale à 20000 g/mol.
La masse moléculaire moyenne du bloc de nature compatible avec la polyoléfine peut également être quelconque, mais est, de manière avantageuse,
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supérieure ou égale à 200 g/mol. De même, elle est avantageusement inférieure ou égale à 10000 g/mol.
Outre la polyoléfine et le copolymère à blocs, la composition peut aussi comprendre d'autres composants, polymériques ou non, par exemple des additifs usuels comme les stabilisants, lubrifiants, colorants, pigments, charges ou agents "anti-blocking". Parmi les composants polymériques additionnels, on peut citer de manière non limitative les polyesters, polyamides et les élastomères styréniques.
La quantité relative des composants additionnels, polymériques ou non, est de préférence telle qu'elle n'excède pas 25% en poids relativement à l'ensemble de la composition. De manière davantage préférée, la composition est essentiellement constituée d'une polyoléfine et d'un copolymère à blocs.
L'incorporation du copolymère à blocs dans la composition peut s'effectuer selon tout procédé connu de l'homme du métier, avant ou pendant l'étape de malaxage en phase fondue.
Par malaxage en phase fondue, on entend ici tout procédé appliquant au moins un type de déformation mécanique à la composition, cette composition étant simultanément à une température au moins égale à la température de fusion du composant polymérique possédant la température de fusion la plus élevée (ou à sa température de transition vitreuse dans le cas d'un composant polymérique amorphe). Cette déformation mécanique est telle qu'elle provoque un mélange distributif et/ou dispersif de la matière.
Parmi les techniques susceptibles d'effectuer ce malaxage en phase fondue figurent toutes les techniques bien connues de l'homme du métier, continues ou discontinues, comme, notamment, le passage dans des mélangeurs externes ou internes, le calandrage, l'injection ou l'extrusion ou la coextrusion et tout procédé de compoundage.
Le malaxage en phase fondue considéré ici peut aussi bien être destiné à fournir un produit intermédiaire, comme des granules, crêpes, boudins ou préformes, qu'un produit fini ou semi-fini, comme un film, une gaine ou un tuyau.
Parmi les techniques utilisables, l'extrusion donne de très bons résultats.
Par extrusion, on entend ici également ses variantes comme la coextrusion.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un article comprenant au moins une étape selon le procédé de préparation décrit ci-dessus.
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Le procédé de fabrication peut comprendre d'autres étapes précédant ou suivant l'étape réalisée au moyen du procédé de préparation de la composition. Il peut s'agir, notamment de prémixage, doublage, soudage, découpage, bobinage,...
L'article concerné peut être de toute nature. Il peut s'agir, par exemple, d'un corps creux, comme un récipient ou un tuyau, ou d'un produit plat. Dans le cas d'un produit plat, le film ou la feuille sont préférés.
L'invention a de plus pour objet un article susceptible d'être obtenu par ce procédé de fabrication.
Le procédé de préparation d'une composition selon l'invention présente également l'avantage de conférer à ladite composition des propriétés de mouillabilité que l'on ne peut autrement atteindre que par des procédés très lourds à mettre en oeuvre comme le greffage ou l'enduction.
Dès lors, l'invention concerne également une composition comprenant une polyoléfine et un copolymère à blocs comprenant au moins un bloc de polyéthylène oxyde et au moins un bloc d'un polymère compatible avec la polyoléfine, composition caractérisée en ce que l'angle de contact de la surface de ladite composition avec l'eau n'est pas supérieur à 35 .
La valeur de l'angle de contact de la surface de la composition avec l'eau est mesurée ici par la méthode dite"statique sur une goutte déposée" (sessile drop, équation de YOUNG) à température ambiante et 50% d'humidité relative.
De préférence, l'angle de contact de la surface de la composition avec l'eau n'est pas supérieur à 30 .
La composition selon l'invention comprend en son sein la polyoléfine et le copolymère à blocs tels que décrits précédemment. Il ne s'agit donc pas, par exemple, d'une composition de polyoléfine dont la surface serait modifiée a posteriori, notamment par greffage avec un tel copolymère à blocs ou avec de l'oxyde d'éthylène ou l'un quelconque de ses dérivés.
L'invention a encore pour objet un article comprenant au moins une couche constituée essentiellement d'une composition telle que décrite ci-dessus.
L'article peut notamment comprendre au moins une couche de nature quelconque et une couche superficielle, en contact avec le milieu biologique, cette dernière étant constituée essentiellement d'une composition selon l'invention.
Le domaine d'utilisation de l'article susceptible d'être obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention ou de l'article comprenant au moins une couche
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constituée essentiellement d'une composition selon l'invention peut être quelconque, mais étant donnés les avantages particuliers conférés à ces articles, c'est dans le domaine des accessoires à usage médical que l'on préfère les utiliser.
Par usage médical, on entend toutes les applications ayant un rapport avec l'art de conserver ou de rétablir la santé humaine ou animale. Ceci inclut notamment la chirurgie, la pharmacie, ou la dentisterie.
La nature des accessoires à usage médical peut aussi être quelconque : produit plat, récipient, gaine, tuyau, poche, entre autres.
Dans le cas d'accessoires à usage médical, l'article se présente de façon préférée sous forme d'une poche ou d'un tuyau. Ladite poche et ledit tuyau peuvent contenir ou transporter, par exemple, du sang, du plasma, des solutés divers et tout fluide biologique en général. De façon davantage préférée, il s'agit d'une poche.
Exemple
Le copolymère à blocs utilisé ci-après possède les caractéristiques suivantes : il s'agit d'un copolymère à deux blocs constitué d'un bloc de polyéthylène oxyde et d'un bloc d'un radical alkyle à 18 atomes de carbone et de formule C1sH37 (OCH2CH2) 2oOH (commercialisé sous la marque BRIJ78). La masse moléculaire du bloc de nature miscible avec la polyoléfine est donc égale à 253,5 g/mol. et la masse moléculaire du bloc de polyéthylène oxyde, égale à 898,1 g/mol.
Ce copolymère à blocs a été mélangé avec différentes polyoléfines dans'un malaxeur interne de type PLASTOGRAPHEE BRABENDEE. Le malaxage en phase fondue s'est poursuivi pendant 15 min. à une vitesse de rotation des cames de 50 tr/min.
Le mélange ainsi obtenu a ensuite été introduit entre les plateaux d'une presse conditionnés à la température de malaxage et des films de 150 um d'épaisseur ont été obtenus par pressage pendant 5 min. sous une pression de 200 bars.
L'angle de contact de ces films avec l'eau a ensuite été mesuré par la méthode statique sur une goutte déposée. Pour certaines formulations, l'adhésion des plaquettes sanguines a également été évaluée par examen en microscopie électronique d'éprouvettes plongées pendant une heure dans du sang frais additionné de citrate de Na (les éprouvettes sont lavées par trempage dans une solution tampon phosphate, fixées au moyen d'une solution de glutaraldéhyde, relavées et déshydratées avant examen microscopique).
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Le tableau suivant rassemble les résultats obtenus.
Polyoléfine Température Concentration du Angle de Adhésion des de malaxage copolymère à blocs contact avec plaquettes [ C] [% en poids de la l'eau composition totale] PP KF4001 190 2,5 20-27 pas d'adhésion PP KF0041 190 5,0 30-34 non testé LDPE10042150118-25 nontesté LDPE 150 2,5 18-25 pas d'adhésion
Par comparaison avec ces résultats, des films constitués de 95% de PP et de 5% d'alcool polyvinylique présentent un angle de contact avec l'eau de 38, 8 (méthode dynamique, dite de la plaque de WILHELMY, voir WO 94/03544 cité plus haut), ce qui traduit une mouillabilité inférieure et est un indice de moindre biocompatibilité.
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1 Copolymère statistique de polypropylène EL TEX1) P de type KF 004 commercialisé par SOLVAY POLYOLEFINS EUROPE [melt flow index à 230 C sous 2,16kg : 1, 3 g/10min.
(norme ASTM D 1238), teneur en éthylène : 3,2% en poids].
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'Po) polyéthylène de basse densité ESCORENE de type LLN1004 YB [melt flow index à 1900C sous 2, 16kg : 2, 8 g/l Omin. (norme ASTM D 1238), densité : 0, 918 g/cm' (norme ISO 1183) ]. e