BR112017013153B1 - Polímero de poliuretano - Google Patents

Abstract

São descritos polímeros de poliuretano parcialmente reticulados compreendendo segmentos macios de di-isocianatos e hidrocarbonetos alifáticos com um extensor de cadeia de diol de cadeia curta e um reticulante multifuncional de amina e/ou álcool para prover um polímero de poliuretano com propriedades úteis para a produção de dispositivos de implante médicos, tais como válvulas cardíacas. Os polímeros têm uma região elástica linear inesperada na faixa de 5 a 100% e preferivelmente entre 10 a 35%. Em algumas formas de realização, os poliuretanos são uma formulação de gel termicamente conversível que pode ser convertida em uma formulação líquida por aquecimento prolongado para tornar o polímero adequado para técnicas de processamento de solventes tais como fundição, pulverização, rotação, etc. A invenção também provê polímeros de poliuretano de articulação vivos que são modificáveis termicamente a partir de um gel para um líquido e poliuretanos moldados por injeção de reação (RIM) com uma vida flexível melhorada.

Description

[001] Este pedido reivindica a prioridade do pedido de patente provisório sul-africano número 2014/09373 depositado em 19 de dezembro de 2014, que é incorporado aqui como referência.

CAMPO DA INVENÇÃO

[002] Esta invenção refere-se a formulações de poliuretano, incluindo poliuretanos lineares e reticulados, mais particularmente poliuretanos para uso em dispositivos de implante médico e métodos de fabricação de tais poliuretanos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003] Os poliuretanos (PUs) foram amplamente estudados para uso em aplicações médicas tais como cabos de marca-passo, sacos de sangue, cateteres, bexigas, corações artificiais, enxertos vasculares e válvulas cardíacas sintéticas.

[004] Embora existam várias formulações que ofereçam uma grande variedade de propriedades químicas e físicas, elas são principalmente composições termoplásticas e permanecem duas principais desvantagens de PUs usadas em aplicações médicas: são suscetíveis a certas condições que podem causar degradação química de propriedades in vivo e eles podem ser propensos a relaxamento por deformação excessiva (escoamento), especialmente onde a tensão cíclica é incorrida, como nas próteses cardiovasculares.

[005] Houve uma série de tentativas para melhorar as propriedades químicas e mecânicas das PUs. Como a estabilidade química das PUs está intimamente ligada à natureza química das unidades de macroglicol que constituem segmentos macios de PUs, os macroglicóis de poliéster inicialmente usados e verificados ser hidroliticamente instáveis in vivo, foram substituídos por segmentos moles com base em poliéteres. No entanto, estudos subsequentes mostraram que, embora os segmentos de poliéter fossem hidroliticamente estáveis, certos poliéter uretanos eram suscetíveis à degradação oxidativa na presença de íons metálicos e outros oxidantes fortes presentes nos meios fisiológicos. Estudos adicionais para a substituição total ou parcial das funcionalidades de poliéter com carbonatos, siloxanos, hidrocarbonetos e os éteres fluorados continuam.

[006] O uso de segmentos macios de policarbonato foi relatado para aumentar a estabilidade química, mas demonstraram ainda serem suscetíveis à degradação hidrolítica e oxidativa. Apesar de materiais de poliuretano à base de siloxano foram inicialmente considerados como sendo hidroliticamente e oxidativamente estáveis, mas também recentemente demonstraram que se degradam em meio aquoso. As PUs com base em segmento macio de siloxano também tendem a ter menor tenacidade do que suas contrapartes de segmento macio de poliéter. Medtronic Inc. (patente US No. 4.873.308) eliminou o uso de poliéster, poliéter e policarbonatos baseando em um uretano experimental em segmentos macios de hidrocarboneto (dimerol). Os dimeróis são derivados de ácidos dímeros: os ácidos dímeros como o termo são aqui usados são descritos e discutidos no livro "The Dimer Acids", editado por Edward C. Leonard, publicado pela Humko Sheffield Chemical, 1975. Os ácidos dímeros são o produto da reação de uma adição de Diels Aider e outro processo de acoplamento de dois grupos alifáticos, insaturados, predominantemente de ácidos graxos de carbono 18. Os ácidos dímeros assumem a forma de estruturas de cadeia ramificada de anel único, anel duplo e predominantemente com duas funcionalidades de ácido carboxílico. Esta modificação realmente produziu uma bioestabilizada melhorada, mas sendo polímeros não reticulados, eles ainda seriam propensos a deformação plástica significativa.

[007] Nesta descrição, "dobradiça viva" é definida como um polímero que induz um limite de elasticidade na zona de dobradiça. Um ponto de rendimento pode ser definido como um aumento na deformação sem um aumento correspondente na tensão. É uma extensão inicial da amostra de polímero além do seu limite elástico e isso resulta em um alinhamento das moléculas de polímero na dobradiça o que provê uma vida flexível melhorada. Isso resulta em um estreitamento relativo em relação à espessura da amostra em cada lado. A patente por Moe (US 6. 117. 169) que em geral descreve uma válvula cardíaca que possui uma conexão de dobradiça viva descreve válvulas cardíacas onde as cúspides de válvula são integrantes da bainha da válvula e, portanto, parece ser diferente dessa definição. Os polímeros de silicone, às vezes descritos em projetos de válvulas sintéticas, (Referência V. M. Parfeev, I. V. Grushetskii, E. V. Smurova, "Propriedades mecânicas dos elastômeros para válvulas cardíacas de folhetos artificiais", Mechanics of Composite Materials, janeiro a fevereiro de 1983, Volume 19, Ed. 1, pp 92 a 99) geralmente não têm um ponto de rendimento verdadeiro e é também incomum que os poliuretanos tenham um.

[008] Existe, portanto, uma necessidade de polímeros de poliuretano lineares e reticulados quimicamente e mecanicamente estáveis para uso como dispositivos de implante médico que aliviam alguns dos problemas mencionados acima.

[009] A discussão anterior do fundamento da invenção destina-se apenas a facilitar a compreensão da presente invenção. Deve ser apreciado que a discussão não é um reconhecimento ou admissão de que qualquer dos materiais mencionados fazia parte do conhecimento comum em geral na técnica na data de prioridade do pedido.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0010] De acordo com um primeiro aspecto desta invenção é provido um polímero de poliuretano parcialmente reticulado compreendendo di- isocianato de difenila de metileno (MDI) e um segmento macio de hidrocarboneto alifático com um extensor de cadeia de diol selecionado a partir de um ou mais de um butano diol (BDO) e outros extensores de cadeia de diol de cadeia curta e um reticulante selecionado a partir de um ou mais de um reticulante multifuncional de amina e álcool.

[0011] Outras características deste primeiro aspecto fornecem um polímero de poliuretano com um módulo secante de 100% na faixa de 4 a 15 MPa, uma resistência à tração final na faixa de 2 a 25 MPa, com uma deformação máxima de 350 a 600% e uma dureza de 25 a 60 J/m3.

[0012] Outras características adicionais deste primeiro aspecto da invenção proveem que o segmento macio de hidrocarboneto alifático seja um diol de polibutadieno hidrogenado (HPBD) possuindo uma funcionalidade de ~ 1,9 a 2,2 e um peso molecular numérico médio de ~ 2000 a 3000, e para o reticulante multifuncional ser trietanolamina (TEOA) ou trimetilol propano (TMP) na faixa de 3 a 15% do polímero (com base em equivalentes de di- isocianato).

[0013] Contudo, outras características deste primeiro aspecto da invenção proveem o polímero parcialmente reticulado ser produzido em um sistema de solvente compreendendo uma mistura 4:1 de tolueno/DMF ou uma mistura 1:1 de DMAc/Tolueno.

[0014] De acordo com um segundo aspecto desta invenção, é provido um polímero de poliuretano que tem uma região elástica linear em uma faixa de 5 a 100%, de preferência entre 10 a 60%, especificamente entre 10 a 35%. O polímero de poliuretano pode ser reticulado, parcialmente reticulado ou não reticulado.

[0015] De acordo com um terceiro aspecto desta invenção, é provido um poliuretano que é formado fazendo reagir um segmento macio de hidrocarboneto alifático com MDI em um processo em duas etapas seguido pela adição de uma diamina, que pode ser selecionada de uma alquil, aril, alquenila ou alquinil diamina, tal como, mas não limitado a hexametileno diamina (HMDA), etileno diamina (EDA), butano diamina (BDA), trimetil hexametileno diamina (TMDA), 4,4'-metilenobis(2-cloroanilina) (MOCA), dimeril diamina e metileno dianilina hidrogenada (MDAH).

[0016] Outras características deste terceiro aspecto proveem o poliuretano a ser dissolvido em uma mistura 1:1 de orto-diclorobenzeno:N- metil-2-pirrolidona (NMP).

[0017] Em uma modalidade preferida deste segundo aspecto da invenção, é provido um poliuretano com uma resistência à tração final de 18 MPa com um módulo secante de 50% de 4,7 MPa.

[0018] De acordo com um quarto aspecto da invenção é provido um poliuretano que é formado fazendo reagir um segmento macio de hidrocarbonado alifático com MDI seguido pela adição de uma alcanolamina, tais como, entre outros, a etanolamina, 3-amino-1 -propanol, 4-amino-1- butanol, 4-amino-fenol, como extensor de cadeia dissolvido em um sistema solvente apropriado.

[0019] Outras características deste quarto aspecto da invenção proveem o poliuretano a ser formado por um processo de um ou duas etapas; de preferência para o polímero também inclui um extensor de cadeia de diol; de preferência o polímero inclui uma diamina ou extensor de cadeia multifuncional e de preferência um ou mais de um reticulante multifuncional de amina e álcool.

[0020] De acordo com um quinto aspecto da invenção, é provido um polímero de poliuretano com uma formulação de gel termicamente conversível que pode ser convertido em uma formulação líquida por aquecimento prolongado para tornar o polímero adequado para técnicas de processamento de solvente.

[0021] Outras características proveem as técnicas de processamento de solventes a serem selecionadas do grupo compreendendo moldagem, pulverização, fiação, etc. Em uma modalidade preferida, o polímero exibe uma resistência à tração final de 20 a 60 MPa e um módulo de Young de 10 a 90 MPa.

[0022] Outras características deste quinto aspecto da invenção proveem o polímero a ser formado por um processo de um ou duas etapas; de preferência o polímero inclui um extensor de cadeia de diamina ou multifuncional; e para a conversão do gel no líquido a ser feito a uma temperatura de 90 a 125°C.

[0023] De acordo com um sexto aspecto da invenção, é provido um polímero de poliuretano de dobradiça viva compreendendo di-isocianato de difenila de metileno (MDI) e um diol dímero.

[0024] Outras características proveem o polímero de dobradiça viva ter um ponto de rendimento definido na faixa de 10 a 40 MPa, de preferência 20 a 30 MPa com uma deformação de 1 a 10%, de preferência 3 a 7% com uma resistência à tração final de 20 a 60 MPa, de preferência 30 a 60 MPa (por exemplo, 39 MPa a uma deformação de 75%) a 40 a 70 MPa (com uma deformação de 390%) e um módulo de Young na faixa de 90 MPa a 700 MPa.

[0025] Outras características deste sexto aspecto da invenção proveem que o polímero seja reticulado com um ou mais de um tri-poliol ou superior, ou através de alofanatos e/ou biuretos na medida em que tem uma razão de segmento de dureza a maciez de 20 a 80%, de preferência 30 a 70% e mais preferencialmente 40 a 60% (com base em equivalentes) e uma reticulação de 0 a 25%, de preferência 5 a 20%, mais preferencialmente 5 a 15% (com base em equivalentes de di-isocianato).

[0026] Outras características deste sexto aspecto da invenção proveem o polímero a ser sintetizado em um processo de uma ou duas etapas, para que o processo de duas etapas seja realizado em um solvente adequado ou no pré- polímero fundido; e para a estequiometria da reação a ser selecionada de tal forma que todos os grupos de isocianato reativo (NCO) sejam feitos reagir.

[0027] Solventes adequados podem ser selecionados a partir do grupo que compreende dimetil acetamida (DMAc), tolueno, dimetilformamida (DMF), orto-diclorodibenzeno, N-metil-2-pirrolidona (NMP), metil etil cetona (MEK), dioxano e suas misturas adequadas; de preferência DMAc, misturas de orto-diclorobenzeno e NMP, e misturas de tolueno e DMF. O poliuretano pode ainda opcionalmente conter um ou mais de extensores de cadeia de diamina ou diol e /ou reticulantes.

[0028] Ainda outras características da invenção proveem a mistura de poliuretano/solvente de dobradiça viva para ser termicamente modificável a partir de um gel para um líquido.

[0029] De acordo com um sétimo aspecto da invenção é provido um poliuretano moldado por injeção de reação (RIM) que compreende um primeiro componente que compreende um di-isocianato de MDI e éter de politetrametileno glicol (PTMEG), opcionalmente misturado com um ou mais catalisadores, plastificantes, agentes encorpantes e diluentes, e um segundo componente que compreende uma combinação de BDO, outros dióis de cadeia curta e um reticulante, tais como, mas não limitado a, trimetilol propano (TMP) ou outros polióis, permitindo a reticulação significativa e a vida flexível melhorada do poliuretano.

[0030] Em uma modalidade preferida, o poliuretano RIM compreende PTMEG e MDI que são misturados a uma temperatura de reação de 50°C para formar um pré-polímero, em que o pré-polímero é adicionado a uma mistura de BDO e TMP e o poliuretano RIM forma uma válvula cardíaca com uma vida flexível melhorada.

[0031] De acordo com um oitavo aspecto da invenção, é provida uma válvula cardíaca formada a partir de um poliuretano RIM como descrito acima, que tem uma vida flexível melhorada.

[0032] As modalidades da invenção serão agora descritas, apenas a título de exemplo, com referência as Figuras anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0033] A figura 1 é um gráfico de deformação de tensão de uma amostra de poliuretano parcialmente reticulada (Exemplo 1); a figura 2 é um gráfico que mostra a mudança na histerese e peso molecular de um poliuretano de segmento macio PTMEG com aumento da reticulação (Exemplo 3a); a figura 3 é um gráfico que mostra as mudanças na resistência a tração final sob condições oxidativas de um polímero sintetizado com um segmento macio de hidrocarboneto alifático (PU 100) e poliuretanos de controle comerciais, PU A (segmento macio de poliéter) e PU B (policarbonato com 20% de siloxanos como segmento macio) (Exemplo 4); a figura 4 é um gráfico que mostra na resistência de tração final (UTS) sob condições oxidativas de PU328 e controles comerciais, PU A e PU B (Exemplo 5); a figura 5 é um gráfico que ilustra as propriedades mecânicas de diferentes composições de PU com diferentes segmentos macios alifáticos; a figura 6 é um gráfico de tensão deformação da amostra BS- (GI-2000) -3:1-0-0.01-PU BDO (PU248); a figura 7 é um gráfico de tensão deformação da amostra BS- (GI-2000) -6:1-0-0.01-PU BDO (PU263); a figura 8 é um gráfico de tensão deformação da amostra BS- (GI-3000) -6: 10-0.01-PU BDO (PU264); a figura 9 é um gráfico de tensão deformação da amostra BS- (GI-3000) -6: 1-3. 75-0.01-PU BDO; TEOA (PU280); a figura 10 é um gráfico de tensão deformação da amostra BS- (GI-3000) -6: 1-1.00-0.01-PU BDO; TEAO (PU324); a figura 11 é um gráfico de tensão deformação da amostra BS- (GI-3000) -6:1-3. 75-0.01-PU BDO; TEAO (PU328); e a figura 12 é um gráfico de tensão deformação da amostra BS- (GI-1000) -6: 1-0-0.01-PU BDO (PU262).

[0034] A figura 13 é um gráfico de tensão deformação de uma formulação de poliuretano à base de hidrocarboneto feita usando um segmento macio alifático (Exemplo 6); a figura 14 é um gráfico de tensão deformação de um poliuretano ureia (PUU) sintetizada usando um processo em duas etapas (Exemplo 8); a figura 15 é um gráfico de tensão deformação de uma amostra preparada a partir da reação de um poliuretano ureia feito usando um método de síntese de poliuretano de duas etapas à base de solventes (Exemplo 10); a figura 16 é um gráfico de tensão deformação de uma amostra preparada a partir de uma síntese de polimerização em massa de homopolímero por um processo de uma etapa (Exemplo 11);

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0035] Um poliuretano (PU) é um polímero que contém grupos uretano (também chamados de carbamato). Um poliuretano simples pode ser preparado fazendo reagir um di-isocianato (DI) com um diol para formar um polímero contendo grupos uretano: (sublinhado).

[0036] Um PU segmentado é um polímero que pode ser feito para ser elástico (um elastômero termoplástico) realizando a reação acima com um diol polimérico ou oligomérico: HO-R2OH (em que o R2 é um grupo éster/éter/siloxano/hidrocarboneto e referido como um segmento macio) e um excesso de DI, por exemplo:

e subsequentemente com um diol (normalmente um diol monomérico curto como o butanodiol ((BDO): HO-R3-OH) para produzir:

segmento macio segmento rígido

[0037] Separação de fase ocorre em que os segmentos rígidos se associam para formar reticulações virtuais entre os segmentos macios, que transmitem propriedades elastoméricas ao PU. A reticulação virtual é referida nesta descrição como "reticulação do tipo 1".

[0038] O processo de duas etapas acima (envolvendo etapas 2 e 3) pode ser substituído por um chamado processo de um vaso ou de etapa única, onde os três componentes são reagidos em um vaso (simultaneamente em vez de consecutivamente). O mesmo processo pode ser aplicado à extensão com diaminas, conforme descrito abaixo.

[0039] Quando as diaminas (H2N-R4-NH2) são usadas para estender um pré-polímero, um poliuretano ureia (PUU) é formado (pois contém ligações uretano e ureia), como mostrado em (4) abaixo:

segmento rígido segmento macio

[0040] A reação de isocianatos com aminas é muito mais rápida do que a dos álcoois.

[0041] Os grupos de ureia geralmente formam reticulações virtuais mais fortes (através de ligação de hidrogênio) do que uretanos, e muitas vezes dão propriedades mecânicas mais fortes. (NH ... N = 13 kJ/mol> NH ... O = 8 kJ/mol).

[0042] O isocianato livre, no entanto, também pode reagir com o carbamato e o nitrogênio da ureia para formar alofanato e biureto, respectivamente. Estas reações secundárias podem causar a reticulação covalente do material (referido nesta descrição como "reticulação do tipo 2"). Isso pode ser benéfico à medida que acrescenta resistência, mas fornece limitações tais como a capacidade de processamento pós-reação.

[0043] Uma terceira maneira de reticulação (aqui referida como "reticulação do tipo 3") envolve o uso de álcoois ou aminas tri ou multifuncionais, isto é R5-(OH)n ou R6-(NH2)n com n = 3, 4, 5 etc. Se estes forem usados em vez de R3 e/ou R4 (ou em quantidades suficientemente elevadas), reticulação extensiva do polímero acontece. Se apenas uma quantidade relativamente pequena de R5 e/ou R6 for usada em conjunto com R3 e/ou R4, resulta em reticulação parcial ou leve.

[0044] Por exemplo, com um reticulante de triol:

com

ou com reticulante de triamina:

onde:

representa a reticulação entre as cadeias mostradas. A reticulação também pode ser formada pela seção indicada por "XX".

[0045] Isto é "reticulação do tipo 3", em que a porção de reticulação pode ser ela mesma uma cadeia de polímero capeada na extremidade de isocianato ou di-isocianato monomérico (que reagiu com o terceiro (ou 4° ou 5°, etc.) grupo hidroxila ou amina do reticulante por ligações uretano ou ureia, respectivamente.

[0046] Nota: o reticulante está conectado às cadeias principais através de ligações de uretano, ureia, alofanato ou biureto. A terminação dos polímeros lineares, ramificados ou reticulados é por funções de isocianato, hidroxila ou amino, de preferência os dois últimos grupos.

[0047] Quando as alcanolaminas (H2N-R7OH) são usadas para estender um pré-polímero, também é formado um poliuretano ureia, mas com uma distribuição diferente de ligações de uretano e ureia quando somente diaminas são usadas.

[0048] Deve ficar claro que as fórmulas acima atuam como exemplos de poliuretanos segmentados e poliuretano ureias, isto é, que combinações de extensores de diol, diamina e alcanolamina e/ou combinações de reticulantes de poliol ou poliamina podem ser usados para reagir com o di-isocianato com ou sem diol de segmento macio.

[0049] As propriedades do poliuretano podem ser manipuladas alterando a razão de segmento rígido/macio, bem como a percentagem de reticulação usada. Existem definições diferentes:

[0050] Eq (8a) dá a porcentagem da DI usada para reagir com o extensor (e o Xligante onde aplicável) para formar o segmento rígido (HS) em uma base de equivalência.

[0051] O teor do HS também é frequentemente definido em base em massa, caso em que:

[0052] A porcentagem de reticulação (% Xex) pode ser definida como uma porcentagem do extensor + reticulante:

[0053] Ou, de preferência como uma percentagem do DI

[0054] As quantidades são frequentemente expressas em frações de pesos equivalentes ou frações das mesmas, por exemplo para MDI (Massa Molecular = 250,25): Peso equivalente = 250,25/2 = 125,13 por -NCO. Assim, 15,64 g de MDI é 1/8° do peso equivalente.

[0055] Outras reações (secundárias):

[0056] Os isocianatos formam aminas e CO2 em contato com a água; as aminas formadas podem então reagir com outros isocianatos. Assim, todas as reações devem ser feitas com solventes e reagentes secos.

[0057] As diaminas podem reagir com C02 para formar carbamatos de amônio (florescimento de amina): R-NCO + H2O >R-NH2 + CO2

[0058] Diaminas podem reagir com CO2 para formar carbamato de amônia (florescendo amina) 2 R-NH2 + CO2 ^R-NH-C(O)-O- + +NH3-R e ou com CO2 e H20 no ar para formar bicarbonatos de amônio: 2 R-NH2 + CO2 + H2O ^ RNH3+ + HCO3-

[0059] Estas reações são conhecidas dos especialistas na técnica; cuidado deve ser tomado quando ao trabalhar com esses reagentes para protegê-los da água e do ar. A destilação azeotrópica para remover água da mistura de reação e coberturas de gás inerte são usadas para eliminar ou pelo menos limitar essas reações. Propriedades mecânicas são definidas com segue: Tensão = Força /área (seção transversal) e expresso em MPa. Deformação = (Comprimento - comprimento original)/comprimento original [sem dimensões] ou em percentagem (por exemplo, um valor de deformação de 2 refere-se a uma deformação de 200%) Dureza = área sob a curva de tensão/deformação [J/m3 = Pa]

[0060] A invenção será agora descrita com mais detalhes com referência aos seguintes exemplos não limitativos. Exemplos Lista de reagentes usados nos Exemplos descritos Di-isocianatos (OCN-R1-NCO) • 4,4 Di-isocianato de difenila de metileno (MDI) • Di-isocianato de dimerila1 (DDI) • Di-isocianato de 2,4 e 2,6 tolueno (TDI) • 1,5 Di-isocianato de naftaleno (NDI) • Di-isocianato de bis-tolueno de metileno (MBTDI) • Bis (4,4-ciclo-hexil isocianato) de metileno (HMDI) • 1,4 Di-isocianato de ciclo-hexano (CHDI) • Di-isocianato de isoforona (IPDI)

Dióis oligoméricos (HO-R2-OH)

[0061] À base de éter: • Éter de politetrametileno glicol (PTMEG) (por exemplo, mas não limitado a Massa M nominal de 650, 1000) • Diol de óxido de poli-hexametileno (PHMO) Com base em hidrocarboneto (preferível): • Polibutadieno hidrogenado terminado em hidroxila (HPBD, por exemplo Krasol HLBH-P 2000) • Dímero de diol * (DDO) Extensores de diol (HO-R3-OH) • 1,4 Butanodiol (BDO) • Etileno glicol • Etano diol (EDO) 1 * - Estes são derivados de ácidos diméricos: os ácidos diméricos como o termo é usado aqui são descritos e discutidos no livro "The Dimer Acids", editado por Edward C. Leonard, publicado por Humko Sheffie1d Chemical, 1975. Os ácidos diméricos são o produto de reação de uma adição Die1s-A1der ou outro processo de acoplamento de dois ácidos graxos alifáticos, insaturados e predominantemente de carbono 18. Os ácidos diméricos assumem a forma de anel único, anel duplo ou estruturas de cadeia ramificada predominantemente com duas funcionalidades de ácido carboxílico. • Hexano diol (HDO) Extensores de diamina (H2N-R4-NH2) • Hexametileno diamina (HMDA) • Etileno diamina (EDA) • Butano diamina (BDA) • Trimetil hexametileno diamina (TMDA) • 4,4'-Metilenobís (2-cloroanilina) (MOCA) • Dimeril diamina • Metileno dianilina hidrogenada (MDAH) Reticulantes de poliol (R5-(OH)n com n = 3, 4, 5 etc. • Trimetilol propano (TMP) • Trietanolamina (TEOA) • Pentaeritritol (PERT) • N, N, N, N-Tetracis(2-hidroxietil)etilenodiamina (THEED) Poliamina R6(NH2)n com n = 3, 4, 5 etc. • Melamina • Dietileno Triamina • Espermina, espermidina Extensores de alcananolamina (H2N-R7OH) • Etanolamina • 3-Amino-1-propanol • 4-Amino-1-butanol • 4-Amino fenol Solventes para síntese de PU

[0062] A lista a seguir mostra alguns dos solventes usados nas reações de polimerização em solução. Em alguns casos, os solventes individuais são adequados, pois são capazes de dissolver não só os materiais de partida, mas também os produtos de reação. Em outros casos, por exemplo, o uso de segmentos macios de hidrocarbonetos, uma mistura de solventes pode ser necessária para atingir esse objetivo.

[0063] Solventes adequados, que também foram usados como combinações de solventes, são apresentados abaixo na Tabela 1. Tabela 1: solventes adequados

(1) = Amarelado: Possibilidade de formação de base Schiff entre amina e cetona X = não dissolve O = dissolve N = Não determinado

[0064] Ali os solventes listados na Tabela 1 foram usados como solventes para a síntese de poliuretano ureias com HPBD como segmento macio. Nenhum solvente por si só foi suficiente para manter o polímero em solução ao longo do processo de síntese. Os grupos HPBD não polar e de ureia polar são difíceis de dissolver em um solvente, e as misturas de solventes polares/não polares foram testadas.

[0065] Os solventes foram assim usados em combinação em certos casos, conforme descrito nos Exemplos abaixo, devido à insolubilidade por ureia e/ou HPBD em solventes regulares. As misturas testadas foram: anisol/NMP, clorobenzeno/NMP, orto-diclorobenzeno/NMP, tolueno/DMAc, tolueno/NMP, tolueno/DMF, clorofórmio/DMF, THF/NMP, THF/DMAc. A combinação mais bem-sucedida provou ser orto-diclorobenzeno/NMP.

1. PU parcialmente reticulada

[0066] Em uma modalidade da invenção, é provido um polímero de poliuretano parcialmente reticulado compreendendo di-isocianato de difenila de metileno (MDI) e um segmento macio de hidrocarboneto alifático com um extensor de cadeia de butano diol (BDO) e um reticulante trifuncional de amina e/ou álcool. Este tipo de polímero é único para uretanos de medicina. O polímero parcialmente reticulado exibe um módulo de Young na faixa de 4 a 15 MPa, uma resistência à tração final de 2 a 25 MPa com uma deformação máxima de 350 a 600% e uma dureza de 25 a 60 J/m3.

[0067] O segmento macio de hidrocarbonetos alifáticos é um polibutadieno diol hidrogenado (HPBD) com uma funcionalidade de 1,9 a 2,2, de preferência 1,9 e um peso molecular de 2000 a 3000, de preferência 2100 ou 3000 e o reticulante trifuncional é TMP ou TEAO que forma 3 a 15%, e de preferência 3,75 a 10%, do polímero (com base em equivalentes de di-isocianato).

[0068] O polímero parcialmente reticulado é produzido em um sistema de solvente compreendendo uma mistura 4:1 de tolueno: DMF ou uma mistura 1:1 de DMAc/tolueno.

[0069] O polímero de poliuretano parcialmente reticulado tem uma região elástica linear em uma faixa de 5 a 100%, de preferência 10 a 60%, e mais preferivelmente 10 a 35%.

[0070] Esta modalidade refere-se à adição de reticulantes (de "reticulação do tipo 3" acima descrito), e "titulação" de forma a melhorar as propriedades mecânicas do material (de modo a torná-lo mais forte, mais resistente ou para diminuir a histerese e fluência) enquanto retém a solubilidade do polímero, neste caso, sem converter um gel em um líquido. O último é importante no uso de processamento com base em solução (tal como revestimento por imersão e pulverização) do polímero em um artigo.

Exemplo 1 (PU280)

[0071] O exemplo a seguir mostra a síntese e propriedades mecânicas derivadas pela adição de reticulantes dentro do poliuretano. Os polímeros compreendem MDI, HPBD e BDO (extensor), com a introdução de TEOA (como reticulante) e de dibutilestanho como catalisador. É claro que os princípios também podem ser aplicados a poliuretanos e poliuretanos ureias contendo segmentos macios de hidrocarbonetos e extensores de diamina. Síntese de poliuretano de segmento macio de hidrocarboneto alifático.

[0072] Os reagentes são apresentados abaixo na Tabela 2. O polibutadieno diol hidrogenado (HPBD) foi obtido como uma amostra de Nippon Soda (Japão). Tem uma funcionalidade de 1,9 e um peso molecular de 3000. Tabela 2: Reagentes usados no Exemplo 1

HSeq = 82%

[0073] HPBD (diol) foi adicionado a um recipiente de reação de 250 ml seguido de adição de 100 g de um sistema de solvente de tolueno/DMAc 1: 1 sob uma cobertura de Ar (g). A solução foi aquecida a 75°C e agitada até que o HPBD ter sido completamente dissolvido. Um adaptador Dean Stark foi ajustado e a solução aquecida ao refluxo. 16 g de solvente foram removidos para assegurar a remoção de qualquer água residual. A reação foi resfriada a 75°Cc e o MDOI foi subsequentemente adicionado ao recipiente de reação. Após 30 min, uma solução límpida de viscosidade aumentada foi obtida. O BDO e TEAO foram adicionados (em 12 g de DMAc) à mistura de reação, seguido por um adicional de mais 12 g de DMAc. O sistema foi ainda reagido por 3 horas.

[0074] As películas foram moldadas (moldagem com solução seguida de secagem por evaporação) e o teste de tração foi realizado nas películas secas. Ver a Tabela 3 abaixo para as propriedades e a Figura 1 para uma curva de tensão de deformação do PU parcialmente reticulado. Tabela 3: Propriedades de películas moldadas a partir de um polímero do Exemplo 1

[0075] Os seguintes exemplos mostram a progressão da adição e aumento das reticulações no poliuretano. Os polímeros compreendem MDI, HPBD e BDO (extensor), com a introdução do TMP (como um reticulante). É claro que os princípios também podem ser aplicados em poliuretanos e poliuretano ureias contendo segmentos macios de hidrocarbonetos e extensores de diamina. Exemplo 2a. Síntese de segmento mole de hidrocarboneto alifático.

[0076] Os reagentes são apresentados abaixo na Tabela 4. O polibutadieno diol hidrogenado (HPBD) foi obtido como uma amostra do Cray Valley e faz parte da família de produtos Krasol. Tem uma funcionalidade de 1,9 e um peso molecular de 2100. Tabela 4: Reagentes usados no Exemplo 2a

HSeq = 50%

[0077] O HPBD (diol) foi adicionado a um recipiente de reação de 500 ml contendo 90 g de um sistema de solvente de tolueno 4:1: DMF e agitado até o HPBD ser totalmente dissolvido. 4,4-MDI foi subsequentemente adicionado ao recipiente de reação que foi movido para uma manta de aquecimento. Após 1 hora (Temp = 55 a 95°C) uma solução límpida de viscosidade aumentada foi obtida. A solução BDO (em 38 g do sistema solvente) foi pipetada para a mistura de reação, seguida de 31 g adicionais de solvente. O sistema foi posteriormente feito reagir durante 1,5 horas.

[0078] As películas foram moldadas (moldagem com solução seguida de secagem por evaporação) e testes de tração foi realizado nas películas secas (ver Tabela 5 abaixo para propriedades). Procedimentos semelhantes foram seguidos para produzir os Exemplos 2b e 2c, sendo a diferença que, no Exemplo 2b, o reticulante trifuncional TMP foi adicionado a um nível equivalente de 5%, e no Exemplo 2c a 10% em relação ao isocianato (como definido na Eq 9b descrita acima)

[0079] As propriedades mecânicas dos três exemplos de polímero são mostradas na Tabela 5 abaixo. A melhoria geral da resistência à tração pode ser demonstrada pelo aumento da densidade de reticulação. Tabela 5: Propriedades mecânicas dos polímeros

Exemplo3 (PU206. PU217, PU216, PU215 e PU211)

[0080] Os seguintes exemplos também mostram a progressão da adição e aumento das reticulações em um poliuretano, mas em relação à melhora na histerese. Os polímeros compreendem MDI, PTMEG e BDO (extensor), com a introdução de TEOA (como reticulante). É claro que os princípios também podem ser aplicados a poliuretanos e poliuretano ureias contendo segmentos macios de hidrocarbonetos e extensores de diamina. Exemplo 3a Síntese de um poliuretano de segmento macio de PTMEG (PU206)

[0081] Os reagentes para a síntese são apresentados abaixo na Tabela 6. O PTMEG foi obtido de Sigma Aldrich (Cat # 345288; CAS: 25190-06-1), possui uma funcionalidade de 2 e um peso molecular nominal de 650. Tabela 6: Reagentes usados no Exemplo 3a

Hseq = 48%

[0082] O PTMEG em conjunto com 111 g de solvente DMAc foi adicionado a um recipiente de reação de 250 ml e agitado até que o PTMEG fosse completamente dissolvido. A reação foi aquecida a 65° e MDI (em 10 g de DMAc) foi subsequentemente adicionada ao recipiente de reação. Após 5 min, a reação foi ainda aquecida a 75°C. Após 1 hora, uma solução límpida de viscosidade aumentada foi obtida. A solução de BDO (em 10 g de DMAc) foi adicionada à mistura de reação e reagida adicionalmente durante 1,5 horas.

[0083] As películas foram moldadas (moldagem de solução seguida de secagem por evaporação) seguido de peso molecular e teste de histerese (ver Figura 2).

[0084] Um procedimento semelhante foi seguido para produzir os Exemplos 3b a 3e, em que 3b a 3e contêm 2%, 4%, 6% e 7,5% do TEOA de reticulante trifuncional, respectivamente, em relação ao isocianato (como definido na Eq 9b acima).

[0085] A mudança na histerese (triângulo) e o peso molecular dos polímeros são mostrados na Figura 2. Uma melhoria de ~17% na histerese foi observada com uma reticulação de 6%. No entanto, em geral, uma diminuição em histerese foi observada com aumento da reticulação com aumento do peso molecular (círculo), conforme esperado.

[0086] Logo, a amostra 3e que continha 7,5% de reticulante gelificada um dia após a conclusão da reação. A gelificação poderia ser revertida pela incubação do gel de polímero a 110°C por 24 horas. 1A. Estabilidade oxidativa de poliuretanos de segmento macio de hidrocarboneto

[0087] Nesta modalidade da invenção, é provido, por exemplo, um poliuretano que compreende um MDI (di-isocianato), HPBD (diol) como segmento macio e BDO como extensor de cadeia submetido a tensão oxidativa de modo amostrar a estabilidade oxidativa de poliuretano contendo segmentos macios de hidrocarbonetos. Exemplo 4 Estudo de envelhecimento por tensão oxidativa

[0088] O poliuretano consistindo em MDI, HPBD (diol) e BDO como extensor foi sintetizado no processo de duas etapas a 75°C (segmento macio de hidrocarboneto alifático PU100), como descrito no Exemplo 6, abaixo. Películas foram moldadas do polímero sintetizado como no Exemplo 3, bem como dois poliuretanos comerciais que servem como amostras de controle (PU A - segmento macio de poliéter, PU B - policarbonato com 20% de siloxanos como segmento macio). Os Dogbones foram cortados das películas e submetidos a um estudo oxidativo agressivo: 0,1 M AgNO3, a 90°C por 35 dias. As amostras foram removidas aos 7, 14, 21 e 35 dias para serem analisadas por teste de tração. Os resultados mostram que o polímero sintetizado contendo HPBD (PU100) como descrito acima é resistente a degradação oxidativa, onde os padrões comerciais, PU A e PU B sofrem degradação como mostrado na Figura 3. O PU A degrada-se completamente como esperado, enquanto que PU B sofre alguma degradação inicial, mas conserva alguma estabilidade. Exemplo 5 Estudo de envelhecimento de tensão oxidativa n° 2

[0089] O poliuretano sintetizado de acordo com a formulação e o método do Exemplo 1 também foi submetido a um estudo de oxidação nas mesmas condições e controla como descrito no Exemplo 4. Como é evidente a partir dos resultados (mostrado na Figura 4), o poliuretano contendo HPBD- diol como segmento macio é estavelmente resistente à oxidação mesmo com uma composição diferente em relação à densidade de reticulação e à razão entre o segmento rígido e o segmento macio. Uma análise de ANOVA e no teste-t foram realizadas nos resultados obtidos do estudo de oxidação e os resultados mostram que, para o poliuretano contendo HPBD-diol, não houve alteração estatisticamente significativa no UTS entre o dia 0 e o dia 62 (valor p = 0,186 (ANOVA). Os valores correspondentes para PU B mostram que houve uma diminuição de ~70% no UTS entre o dia 0 e o dia 62 (valor p = 1,45E-05 (ANOVA) 3,26E-05 (teste-t). Este resultado demonstra a durabilidade melhorada do poliuretano contendo HPBD-diol em relação ao poliuretano de controle. 18. Faixa de propriedades mecânicas de poliuretanos com um segmento macio de hidrocarboneto alifático como nesta patente

[0090] Em outras modalidades da invenção, um polímero de poliuretano compreendendo di-isocianato de difenila de metileno (MDI) e um segmento macio de hidrocarboneto alifático (HPBD-diol) com um extensor de cadeia de butano diol (BDO) é provido. As modalidades podem ou não conter um álcool trifuncional como reticulante e dibutilestanho como catalisador (ver chave de legenda a seguir). Este tipo de polímero é único para uretanos de medicina. O polímero parcialmente reticulado exibe um módulo de Young na faixa de 4 a 110 MPa, uma resistência à tração final de 8 a 30 MPa com uma deformação máxima de 348 a 594% e uma dureza de 40 a 77 J/m3.

[0091] Todos estes poliuretanos foram sintetizados de acordo com o método de duas etapas como descrito no Exemplo 1 com os reagentes e estequiometria adequados, e os resultados são mostrados nas Figuras 5 a 12. Chave da legenda: • BS (GI- #) = PM do segmento macio, isto é, 1000, 2000 ou 3000 • 6:1 ou 3:1 = Razão de MDI para HPBD-diol • 0 ou 1,00 ou 3,75 = percentagem de reticulação como Equivalente de HS • 0 ou 0,01 = se o catalisador foi usado ou não e sua porcentagem como Equivalente de HS • BDO = extensor de cadeia usado • TEOA = reticulante usado

2. Segmentos macios de hidrocarbonetos

[0092] Em uma outra modalidade da invenção, um poliuretano formado por reação de polibutadieno diol hidrogenado como um segmento macio de hidrocarbonado alifático com MDI em um processo em duas etapas é descrito. A reação é realizada na razão 1:1 de orto-diclorobenzeno e N- metil-2- pirrolidona (em uma razão de 5,8:4,2). Isto é seguido pela adição de hexametileno diamina (HMDA) dissolvida em uma mistura 1:1 do sistema de solvente orto-diclorobenzeno/NMP. O polímero formado tem uma resistência à tração final de 18 MPa com um módulo secante de 50% de 4,7 MPa.

[0093] Os poliuretanos foram historicamente feitos de segmentos macios que contêm grupos éster e éter que são, respectivamente, hidrolíticamente e oxidativamente instáveis in vivo. Os uretanos mais recentes que contêm segmentos macios com grupos carbonato ou siloxano foram reivindicados a ser estáveis, mas há evidências de que também são suscetíveis à degradação hidrolítica.

[0094] O uso de segmentos macios de hidrocarbonetos puramente essencialmente saturados irá resultar em polímeros com estabilidade hidrolítica e oxidativa melhorada. Conforme mostrado nos Exemplos 1, 2 e 3 acima, titulando a quantidade de reticulação para o PU, uma melhora na resistência, dureza e histerese do PU podem ser alcançadas. Além disso, o uso de ureia na formação do PU também irá resultar na melhoria das propriedades mecânicas e possivelmente resultará em géis termicamente conversíveis, como nos Exemplos 1 e 3.

Exemplo 6 (PU044)

[0095] Esta formulação de poliuretano foi feita usando um segmento macio alifático. O segmento macio é um polibutadieno diol hidrogenado (HPBD, Cray Valley, 2100 massa em mol). A reação foi feita em um processo de duas etapas em orto-diclorobenzeno e N-metil-2-pirrolidona. As matérias- primas usadas são apresentadas na Tabela 7 abaixo. Todos os materiais foram obtidos da Sigma Aldrich, exceto o HPBD (Cray Valley). O MDI foi destilado antes do uso. Tabela 7: Reagentes usados no Exemplo 6

HSeq = 50%

[0096] HTPB e 62 g de solvente (58:42, diclorobenzeno:NMP) foram adicionados ao recipiente de reação e agitados até ficar homogêneos. O MDI foi adicionado à solução que foi agitada durante 80 minutos sem aquecimento e mais 20 minutos a 60°C. A HMDA foi dissolvida em 60 g de solvente (50/50 diclorobenzeno/NMP) e adicionada gota a gota à mistura de reação em agitação. Uma solução límpida resultou.

[0097] As películas foram moldadas em folhas de Mylar 3 horas após a adição de HMDA. As películas foram secas a 60°C durante a noite e amostras de dogbone foram cortadas usando a matriz de ASTM 1708. O gráfico de tensão deformação é como a Figura 13. A resistência à tração final (UTS) foi de 18,1 Mpa com um módulo secante de 50% de 4,7 MPa.

3. Uso de alcanolaminas como extensores de cadeia

[0098] Nesta modalidade da invenção é provido, por exemplo, um poliuretano ureia compreendendo um MDI (di-isocianato), HPBD (diol) como segmento macio e 4-amino-1-butanol como extensor de cadeia para mostrar uma resistência melhorada sobre um PU que possui BDO como extensor de cadeia.

Exemplo 7 Alcananolamina(4-amino-1-butanol) como extensor de cadeia (PU231)

[0099] O poliuretano consistindo em MDI, HPBD (diol) e 4-amino-1- butanol como extensor foi sintetizado no processo de duas etapas a 75°C como descrito no Exemplo 1 de acordo com a formulação dada na Tabela 8 abaixo. Isso também pode ser feito em um processo de uma etapa. Tabela 8: Reagentes usados no Exemplo 7

HSeq = 65%

[00100] As películas foram submetidas a placas de petri de vidro 24 horas após a adição de 4-amino-1-butanol. As películas foram secas a 75°C durante a noite e as amostras de dogboas foram cortadas usando uma matriz de ASTM 1708. Os dados de tração são mostrados abaixo (Tabela 9) e comparados com um PU sintetizado com BDO como extensor de cadeia (2a). Claramente, um aumento no UTS é observado com o uso da alcanolamina como extensor de cadeia. Tabela 9: Propriedades mecânicas dos polímeros

4. Gelificação conversível

[00101] Em uma outra modalidade da invenção é provido um polímero de poliuretano com uma formulação de gel termicamente conversível que pode ser convertido em uma formulação líquida por aquecimento prolongado. Isso torna o polímero adequado para técnicas de processamento de solventes, tais como moldagem, pulverização e rotação. O polímero tem uma resistência à tração final de 20 a 60 MPa (de preferência 33,7 MPa) e um módulo de Young de 10 a 90 MPa (de preferência 86,3 MPa).

[00102] A conversão do gel para o líquido pode ser dano a uma faixa de temperatura de 90 a 125°C (de preferência cerca de 120°C). O polímero pode ser formado por um processo de uma ou duas etapas e pode ser formado usando uma diamina, triol, triamina ou extensor de cadeia insolubilizante.

Exemplo 8 (PU021)

[00103] Um poliuretano ureia foi sintetizado usando o processo de duas etapas como descrito anteriormente, e de acordo com a formulação dada na Tabela 10 abaixo.

[00104] A reação foi realizada sem aquecimento externo. A solução de reação (em DMAc), que gelificou após a adição de HMDA, foi subsequentemente aquecida durante a noite a 120°C. O aquecimento resultou em uma solução livre de gel, mesmo quando resfriada a temperatura ambiente a partir da qual as amostras foram moldadas para avaliação mecânica.

[00105] A resistência de tração final do PUU foi de 33,7 MPa com um módulo de Young de 86,3 MPa. Tabela 10: Reagentes usados no Exemplo 8

[00106] Conforme mostrado no gráfico de tensão deformação (Figura 14), o polímero não apresentou um ponto de rendimento bem definido.

Exemplo 9 (PU015b)

[00107] Este poliuretano ureia parcialmente reticulado foi sintetizado com o processo de duas etapas a 55°C (formulação na Tabela 11 abaixo). A solução gelificou 2 dias após a síntese, em que foi aquecida a 120°C durante a noite. A solução voltou a uma fase líquida estável à temperatura ambiente e as películas foram moldadas. A resistência à tração final do polímero foi de 26,45 MPa com um módulo de Young de 16,80 MPa. Tabela 11: Reagentes usados no Exemplo 9

Hseq = 55% (ver também Exemplo 3e e 8)

5. Polímero de dobradiça viva

[00108] Em outra modalidade da invenção, um compósito de polímero de poliuretano de dobradiça viva compreendendo di-isocianato de difenila de metileno (MDI) e um diol dímero. O polímero tem um ponto de rendimento definido na faixa de 10 a 40 MPa, de preferência 20 a 30 MPa em uma deformação de 1 a 10%, de preferência 3 a 7% com uma resistência à tração final de 20 a 60 MPa, de preferência 30 a 60 MPa (por exemplo, 38,8 MPa, com uma deformação de 74%) a 40 a 70 MPa (com 390% de deformação) e um módulo de Young na faixa de 90 MPa a 700 MPa é fornecido.

[00109] O polímero de dobradiça viva, quando reticulado com um triou poliol superior, através de alofanatos e/ou biuretos, tem uma razão de segmento duro a macio de 20 a 80%, de preferência 30 a 70% e mais preferencialmente 40 a 60% (com base em equivalentes) e uma reticulação de 0 a 25%, de preferência 5 a 20%, mais preferencialmente 5 a 15% (com base em equivalentes de di-isocianato).

[00110] O polímero de dobradiça viva pode ser sintetizado em um processo de uma etapa (para homopolímeros) ou um processo de duas etapas. No processo de duas etapas, pode ser usado um solvente adequado. Solventes adequados podem ser selecionados a partir de, mas não se limitando a, dimetil acetamida (DMAc), tolueno, dimetilformamida (DMF), orto- diclorodibenzeno, N-metil-2-pirrolidona (NMP), metil etil cetona (MEK), dioxano e suas misturas adequado. Um solvente preferido é DMAc, ou um sistema de solvente compreendendo orto-diclorobenzeno/NMP ou tolueno/DMF.

[00111] A estequiometria da reação é selecionada de tal forma que todos os grupos de isocianato reativo (NCO) são feitos reagir com dímero diol (Parte A). Além disso, o poliuretano pode opcionalmente ser formado a partir de outros extensores de cadeia de diamina ou diol e/ou reticulantes (Parte B). Nesse caso, a estequiometria é selecionada que Parte A e Parte B reagem com grupos isocianato.

[00112] Nesta modalidade da invenção, e em um exemplo descrito abaixo, o polímero de poliuretano de dobradiça viva no solvente é capaz de ser termicamente reverso de um gel para um líquido. No entanto, deve ser notado que a conversão de gel não implica a característica de dobradiça viva ou vice-versa, mas, como descrito em um exemplo abaixo, a conversão de gel e propriedades de dobradiças vivas podem ocorrer em um polímero.

[00113] O polímero de dobradiça viva descrito abaixo é o tipo de poliuretano que possui um limite de rendimento bem definido além do seu limite elástico. Dependendo dos reagentes específicos e formulação usados, ele pode ser conseguido com um poliuretano segmentado ou não segmentado. Tanto a solução quanto a polimerização em massa podem ser usadas para obter estes polímeros.

[00114] Tais materiais são úteis em válvulas cardíacas e em muitas outras aplicações onde é necessária flexão repetida. O polímero pode ser usado para fabricar uma válvula cardíaca com uma dobradiça viva na base das cúspides da válvula cardíaca. Deve ser notado que a resistência à fadiga flexível é reforçada pelo alinhamento das cadeias de polímero além do ponto de rendimento definido como um aumento na deformação sem um aumento correspondente no estresse. Isto é acompanhado por um pescoço e alinhamento molecular na localização flexível para formar a dobradiça. Um requisito fundamental é que o polímero possua um ponto de rendimento aceitável.

[00115] A propriedade desejada de sistemas de dobradiças vivas, nomeadamente a sua elevada resistência à fadiga flexível no ponto de dobradiça, resulta do alinhamento das cadeias de polímero através da linha da dobradiça.

Exemplo 10 (PU017) Polimerização em emulsão

[00116] Neste exemplo, o polímero formado exibe as seguintes propriedades: • Reticulação parcial; • Gelificação termicamente conversível; e • é um poliuretano ureia (PUU) como HMDOA e MOCA foi usado, que, em combinação com a formação de ureia, foi provavelmente responsável pela gelificação termicamente conversível

[00117] O poliuretano ureia foi feito usando o método de síntese de poliuretano de duas etapas à base de solvente. O solvente usado neste experimento foi dimetil acetamida (DMAc) (Sigma Aldrich) que foi azeotropicamente seca (por destilação tolueno adicionado sob pressão reduzida antes do uso). Os reagentes usados foram estequiometricamente calculados para assegurar que todas as porções reagentes de NCO reagiram. As matérias-primas usadas são apresentadas abaixo na Tabela 12. Todos os materiais foram obtidos da Sigma Aldrich, exceto o Diol dímero (Croda). O MDI foi destilado antes do uso e a TEOA e a HMOA foram secas sobre peneiras moleculares de 3Â. Tabela 12: Reagentes usados no Exemplo 10

HSeq = 57%; Xeq = 7%

[00118] A reação foi realizada em um balão de fundo redondo de 500 ml em uma manta de aquecimento. Todas as adições foram realizadas sob fluxo constante de nitrogênio. Após a adição do solvente e a MOCA, o dímero diol foi adicionado e a solução foi agitada para obter homogeneidade. Após a adição do MDI, a solução foi aquecida a 60°C e agitada durante 1 hora. A HMDA e TEOA foram posteriormente dissolvidas em DMAc e adicionadas ao longo de 30 segundos. Partículas de gel formadas e um sistema de 2 fases foi obtido. A solução foi aquecida durante a noite a 120°C, o que resultou na conversão do gel a um estado líquido, mesmo que seja resfriada até a temperatura ambiente.

[00119] As amostras foram moldadas e deixadas secar a 60°C durante a noite e as amostras de dogbone foram cortadas usando um cortador de ASTM 01708. O gráfico de tensão deformação é mostrado na Figura 15. O polímero mostrou um ponto de rendimento para (4% de deformação, 29 MPa), UTS foi de 38,8 MPa (a 0,74 (ou 74%) de deformação) com um módulo inicial de Young de 678 MPa.

Exemplo 11 Polimerização em massa de homopolímero

[00120] Um homopolímero (apenas dímero diol + MDI) foi sintetizado em massa por um processo de 1 etapa. A síntese foi realizada pela adição de uma quantidade estequiométrica de MDI ao dímero diol em uma razão de 1:1. Os dois reagentes foram misturados manualmente em um béquer. A solução se tornou branca e espessada rapidamente. Após 4 horas de reação, o polímero resultante foi cortado em pequenos pedaços e moldados por compressão por calor a 180°C em películas.

[00121] As amostras dos dogbone (ASTM 1708) foram então cortadas para testes de tração. Conforme mostrado no gráfico de tensão deformação (Figura 16), uma resistência à tração final de 63,8 MPa (com uma deformação de 390%) foi alcançada com um módulo de Young de 90 MPa (módulo secante, 29 MPa, 30% de alongamento). A dissolução da película em DMAc mostrou-se difícil.

6. IPNs de PU/Silicone

[00122] As redes poliméricas interpenetrantes (IPNs) são redes de dois (ou mais) polímeros que são individualmente reticulados e ocupam o mesmo volume, mas não estão quimicamente ligados uns aos outros. O emaranhamento é físico e não pode ser separado sem quebrar ligações químicas. As semi-IPNs são semelhantes, mas com a distinção de que em SIPNs apenas um dos polímeros é reticulado.

7. Válvulas cardíacas de poliuretano moldadas por injeção de reação (RIM)

[00123] Nesta modalidade da invenção é provido, por exemplo, um poliuretano moldado por injeção de reação (RIM) que compreende um MDI (di-isocianato) e uma combinação de PTMEG formando um primeiro componente, e BDO e TMP ou diol ou poliol oligomérico com extensores e reticulantes formando um segundo componente. O MDI pode ser opcionalmente misturado com catalisadores, plastificantes, agentes encorpantes e/diluentes.

[00124] O PTMEG e o MDI são misturados a uma temperatura de reação de 50°C para formar um pré-polímero e o pré-polímero é misturado com uma mistura de BDO e TMP e injetado e reagido em um molde para formar o produto de válvula formado.

[00125] A moldagem por injeção de reação (RIM) é um processo pelo qual 2 (A e B) ou mais reagentes que são mantidos separadamente são injetados através de um dispositivo de mistura em uma cavidade do molde.

[00126] Após a reação e solidificação, a parte moldada é removida do molde. A RIM é geralmente usada para fazer peças reticuladas, mas as formulações que produzem polímeros lineares não são excluídas. Os reagentes geralmente são usados em massa e não em solução.

[00127] Ali os princípios de estrutura/propriedade, tais como o uso de segmentos macios de hidrocarbonetos e grupos de ureia para melhorar as propriedades do material se aplicam, mas as composições podem diferir no grau de reticulação a partir de formulações à base de solução, uma vez que os materiais da RIM são muitas vezes destinados a ser altamente reticulados.

[00128] A RIM também pode ser realizada misturando todos os componentes e depois injetando a mistura de reação em um molde, conforme abaixo.

Exemplo 12

[00129] O poliuretano com base em PTMEG, MDI, BDO e TMP foi usado como material para o processo RIM (ver Tabela 13 abaixo). A reação foi realizada usando em um método de duas etapas em massa. PTMEG e MDI foram adicionados a um balão e reagidos a 50°C durante 40 minutos. BDO e TMP foram misturados e adicionados ao pré-polímero com mistura. A mistura foi colocada em um forno a vácuo (a 25°C) durante 4 minutos para desgaseificar e aspirado em uma seringa. O poliuretano foi então injetado no molde da válvula. Um produto de poliuretano reticulado foi obtido. Tabela 13: Reagentes usados no Exemplo 12

HSeq = 64%; Xeq = 5,84% Nota: Os termos Massa e Peso são usados indistintamente neste documento, e indicam massa em gramas. O termo peso molecular também é frequentemente usado para massa molecular (g/mol).

[00130] Ao longo do relatório descritivo e das reivindicações, a menos que o conteúdo exija o contrário, a palavra "compreender" ou as variações, tais como "compreende" ou "compreendendo", serão entendidos implicar a inclusão de um número inteiro declarado ou grupo de inteiros, mas não a exclusão de qualquer outro inteiro ou grupo de inteiros.

Claims (8)

1. Polímero de poliuretano parcialmente reticulado para um dispositivo de implante médico, caracterizado pelo fato de que compreende di-isocianato de difenila de metileno (MDI) e um segmento macio de diol de polibutadieno hidrogenado (HPBD) possuindo uma funcionalidade de 1,9 a 2,2 e um peso molecular médio em número de 2000 a 3000, dito polímero compreendendo um extensor de cadeia que é selecionado a partir de um ou mais de uma diamina, uma alcanolamina, butano diol (BDO) e outros extensores de cadeia de diol de cadeia curta; dito polímero compreendendo ainda um reticulante selecionado a partir de um ou ambos de trietanolamina (TEOA) ou trimetilol propano (TMP) na faixa de 3 a 15% do polímero (com base em equivalentes de di-isocianato); e dito polímero tendo uma região elástica linear em uma faixa de 5% a 100%.

2. Polímero de poliuretano de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o extensor de cadeia é selecionado a partir de um ou mais de 1,4-butano diol (BDO), etano diol (EDO) e hexano diol (HDO).

3. Polímero de poliuretano de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o extensor de cadeia compreende uma diamina selecionada a partir do grupo que consiste em hexametileno diamina (HMDA), etileno diamina (EDA), butano diamina (BDA), trimetil hexametileno diamina (TMDA), 4,4'- Metilenobis(2-cloroanilina) (MOCA), dimeril diamina e metileno dianilina hidrogenada (MDAH).

4. Polímero de poliuretano de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o extensor de cadeia compreende uma alcanolamina selecionada a partir do grupo que consiste em etanolamina, 3- amino-1-propanol, 4-amino-1-butanol e 4-amino-fenol.

5. Polímero de poliuretano de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que é formado por um processo de uma ou duas etapas.

6. Polímero de poliuretano de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente um reticulante selecionado a partir do grupo que consiste em uma amina multifuncional e um reticulante de álcool.

7. Polímero de poliuretano de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que tem uma formulação de gel termicamente conversível que é convertida em uma formulação líquida por aquecimento prolongado para tornar o polímero adequado para técnicas de processamento de solventes.

8. Polímero de poliuretano de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a conversão do gel para o líquido é alcançada em uma faixa de temperatura de 90°C a 125°C.

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