DE19623289A1 - Polymethylmethacrylat und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Polymethylmethacrylat sowie ein Verfahren zu seiner Herstel­ lung und daraus hergestellte Produkte.

Es ist bekannt, Polymethylmethacrylate durch radikalische Polymerisation von Methacrylsäuremethylestern bei hohen (Initiatoren: Azo-Verbindungen, Peroxide) oder niedrigen (Initiatoren: Redox-Systeme) Temperaturen herzustellen. Für die Verwendung als gegossenes Halbzeug wird Polymethylmethacrylat (PMMA) immer in Substanz (Substanzpolymerisation, Massepolymerisation) erzeugt. Handelsübliche Polymethyl­ methacrylate haben Molmassen von ca. 120 000 (Spritzgußtypen) bzw. ca. bis zu 2.000.000 g/mol (Explosions-Typen), die durch Zusatz von Reglersubstanzen während der Polymerisation gesteuert werden. Polymethylmethacrylate besitzen hohe Härte, Steifigkeit, Festigkeit und Wärmeformbeständigkeit und haben Anwendungstemperatu­ ren von ca. 80°C bis 110°C. Als Homopolymere sind Polymethylmethacrylate, insbe­ sondere bei höheren Temperaturen (höher als 80°C) spröde und verlieren ihre ausge­ prägte Transparenz.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Polymethylmethacrylat zu schaffen, welches autokla­ vierbar ist, d. h. überhitzten Wasserdampf mit Temperaturen von mindestens 120°C aushält ohne Verlust der vorteilhaften Materialeigenschaften bei niedrigeren Temperatu­ ren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Polymethylmethacrylat, welches ein vernetztes Polymerisat, d. h. ein Polymerisat mit dreidimensionalem Netzwerk ist. Gegenstände, die aus diesem vernetzten Polymethylmethacrylat hergestellt sind, kön­ nen bei hohen Temperaturen, beispielsweise im Autoklaven, sterilisiert, insbesondere dampfsterilisiert (mit überhitztem Wasserdampf von mindestens 120°C entsprechend 1 bar Überdruck) werden. Dieses autoklavierbare Polymethylmethacrylat eignet sich zur Herstellung von Medizinprodukten, bei denen hohe Anforderungen an Biokompatibilität gestellt werden.

Herkömmliches PMMA ist nicht autoklavierbar und wird daher meist mit Ethylenoxyd (EO) sterilisiert. EO adsorbiert bekanntermaßen stark an PMMA. Von EO-Rückständen geht daher die Gefahr biologischer Auswirkungen aus, wie Reizung, Schädigung von Organen, Mutagenität bei Mensch und Tier, Beeinflussung der Fortpflanzungsfähigkeit sowie Karzinogenität bei Tieren.

Mit dem erfindungsgemäßen Polymethylmethacrylat können somit Medizinprodukte, insbesondere Implantate, z. B. Augenimplantate, hergestellt werden. In bevorzugter Wei­ se werden Intraokularlinsen bzw. Teile davon, insbesondere die die Optik betreffenden Teile und Haptikteile hergestellt.

Das dreidimensionale Netzwerk des Polymerisats aus Methylmethacrylat enthält einen Vernetzer in einem Anteil bis zu 30 Gew.-%. In bevorzugter Weise beträgt der Anteil an Vernetzter 5 bis 15 Gew.-%. Vor allem erreicht man dabei ein Polymethylmethacrylat mit dreidimensionalem Netzwerk, das eine hohe Transparenz (Lichtdurchlässigkeit) in einem Wellenlängenbereich über 400 nm aufweist. Auch bei hoher Temperaturbelastung wäh­ rend des Autoklavierens, insbesondere zur Sterilisation von aus diesem durchsichtigen Material hergestellten Produkten, z. B. Intraokularlinsen, ergibt sich keine Beeinträchti­ gung der optischen Qualität, z. B. Transparenz und Formstabilität.

Ein geeigneter Vernetzter ist Ethylenglykoldimethacrylat (EGDMA). Es eignen sich je­ doch auch andere Vernetzer mit zwei und mehr funktionellen Gruppen.

Für die Polymerisation werden als Ausgangsstoffe Methylmethacylat (MMA), insbeson­ dere mit hoher Reinheit (99,9%), der Vernetzer, insbesondere Ethylenglykoldimethacry­ lat ebenfalls mit hoher Reinheit (insbesondere 98%) sowie gegebenenfalls zur Andic­ kung des dünnflüssigen MMA Polymethylmethacrylat (PMMA) verwendet.

Der Polymerisationsmechanismus beruht auf radikalischer Polymerisation. Hierzu wird von einer mit PMMA angedickten MMA-Lösung ausgegangen, welcher ein Vernetzer, insbesondere EGDMA in einem Anteil von bis zu 30 Gew.-% zugegeben wird. Zur Initiie­ rung der Polymerisation können wahlweise ein chemischer Starter, UV-Licht, Metall­ komplexe, ein thermischer Start, Röntgenstrahlen, Elektrolyse und radioaktive Strahlen in herkömmlicher Weise zum Einsatz gebracht werden. Ein geeigneter chemischer Starter ist beispielsweise α,α′-Azoisobutyronitril (AIBN). Die Startersubstanz wird in einem Anteil von etwa 0,1% gegeben. Es wird so lange gerührt, bis sich alles gelöst hat.

Die auf diese Weise angesetzte Reaktionsmischung wird in eine Form, insbesondere Plattenform, eingebracht und in dieser bei erhöhter Temperatur, insbesondere bei ca. 40°C etwa 48 Stunden durchpolymerisiert. Eine Nachtemperung des Polymerisats etwa fünf Stunden bei 70°C ist vorteilhaft. Nach Entfernen des Polymerisats aus der Gießform kann eine Nachbehandlung erfolgen, um vorhandenes Restmonomer zu entfernen. Die­ se Nachbehandlung kann in einem Vakuumtrockenschrank bei Temperaturen zwischen 70 und 110°C, z. B. bei 50 mbar, erfolgen.

Herkömmliches unvernetztes PMMA hat folgende Struktur:

Um die Polymerisation zu initiieren, wird, wie schon erläutert, ein chemischer Starter, Energiezufuhr, z. B. UV-Strahlung oder ein oder mehrere Metallkomplexe eingesetzt. Für die vorliegende Erläuterung wird ein chemischer Starter, nämlich AIBN (α,α′- Azoisobutyronitril) verwendet. Der Zerfall des Starters AIBN erfolgt nach folgendem Me­ chanismus:

Das Kettenwachstum der Methylmethacrylat-Monomere erfolgt nach folgendem Mecha­ nismus:

Dieses Kettenwachstum findet solange statt, wie Methylmethacrylat-Monomere vorhanden sind oder ein Kettenabbruch erfolgt. Das Kettenwachstum wird abgebrochen, sobald zwei Radikale miteinander reagieren, also z. B.:

Gemäß der Erfindung wird ein Vernetzer mit wenigstens zwei aktiven Reaktionszentren eingesetzt, um ein Polymerisat mit dreidimensionalem Netzwerk zu erhalten. Für das vorliegende Ausführungsbeispiel wird als Vernetzer EGDMA mit folgender Formel

eingesetzt. Da EGDMA zwei aktive Reaktionszentren hat, kann es mit zwei PMMA- Ketten, die völlig unabhängig voneinander sind, reagieren. Die PMMA-Ketten werden auf diese Weise miteinander verbunden, so daß ein dreidimensionales Netzwerk folgender Struktur entsteht:

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung einer Platte aus vernetz­ tem PMMA erläutert. Die Form, in welcher die Polymerisation durchgeführt wird, besteht im wesentlichen aus zwei Platten, insbesondere Glasplatten, die staub- und fettfrei sind. Die beiden Platten werden durch eine entlang der Ränder verlaufende Dichtung, bei­ spielsweise einen PVC-Schlauch im Abstand voneinander gehalten. Die Dichtung bildet eine flüssigkeitsdichte Umrandung des Polymerisationsraumes, in welchen die Reakti­ onsmischung eingebracht wird. Die Polymerisationsform wird in einem Trockenschrank bei etwa 60°C getempert. Mit Hilfe von beispielsweise Schraubwerkzeugen kann auf die Glasplatten ein zusätzlicher Druck zur hermetischen Abdichtung des Reaktionsraumes ausgeübt werden. Die Form wird dann anschließend in einem Trockenschrank auf etwa 40°C abgekühlt.

Für den Ansatz der Reaktionsmischung wird frisch destilliertes MMA unter Erwärmung auf ca. 40°C bis 60°C durch Auflösen von PMMA-Granulat in einem Magnetrührer an­ gedickt. Das Gewichtsverhältnis von PMMA-Granulat zu MMA beträgt 1/9. Die warme Lösung wird filtriert und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Der abgekühlten MMA/PMMA-Mischung werden als Starter AIBN und als Vernetzter EGDMA zugegeben. Die zugegebene Startermenge beträgt 0,1 Gew.-%, und die zugegebene Menge an Ver­ netzer beträgt 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, insbesondere ca. 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Mischung. Die Gesamtmischung wird so lange gerührt bis sich alles gelöst hat.

Die so gewonnene Reaktionsmischung wird in die vorbereitete auf 40°C erwärmte Form eingefüllt und in einem Trockenschrank bei 40°C 48 Stunden lang durchpolymerisiert. Anschließend wird eine Nachtemperung bei 70°C fünf Stunden lang durchgeführt.

Nach Entfernen der Glasplatten erfolgt eine Nachbehandlung der gewonnenen PMMA- Platte im Vakuumtrockenschrank bei einem Druck von 50 mbar bei 75°C bis ca. 24 Stunden oder auch länger. Durch die Nachbehandlung wird vorhandenes Restmonomer entfernt.

Die gewonnene PMMA-Platte hat eine hohe Lichtdurchlässigkeit für Wellenlängen von 400 nm und höher. Dieses Material kann durch Autoklavieren (Dampfsterilisation bei 120°C und mehr entsprechend 1 bar Überdruck) sterilisiert werden, ohne daß das PMMA-Material spröde wird und ohne daß es seine optischen Eigenschaften, z. B. Licht­ durchlässigkeit, verliert.

In der beigefügten Fig. 1 ist die Lichtdurchlässigkeit (Ordinate) in Prozent für Wellen­ längen von 190 bis 800 nm (Abszisse) vor und nach einem Autoklaviervorgang für eine 5 mm dicke Platte aufgetragen. Die strichlierte Linie stellt die Lichtdurchlässigkeit vor dem Autoklaviervorgang dar und die punktierte Linie stellt die Lichtdurchlässigkeit nach dem Autoklaviervorgang dar.

Insbesondere, wenn ein Vernetzeranteil von etwa 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% verwendet wird, eignet sich das daraus gewonnene Methylmethacrylat-Polymerisat mit dem dreidi­ mensionalen Netzwerk für Augenimplantate, insbesondere für Intraokularlinsenrohlinge, wobei diese Rohlinge für die Herstellung des optischen Teils und der Haptik der Intrao­ kularlinsen verwendet werden können. Das Polymerisat behält nämlich auch nach der Sterilisation im Autoklaven seine Transparenz und Härte (keine Versprödung) bei.

In vorteilhafter Weise enthält das für Augenimplantate verwendete Polymethylmethacry­ lat einen UV-Absorber. Dieser kann in der Polymermatrix gelöst und beispielsweise von Bumetrizol (INN) sein. Bumetrizol hat die Formel

Es ist jedoch auch möglich, einen UV-Absorber aufgrund seiner ähnlichen Bauweise, wie das Methacrylatmonomer, vollständig in die Polymermatrix einzubauen. Ein Beispiel hierfür ist 4-Methacryloxy-2-hydroxybenzophenon mit der Formel

Dieser UV-Absorber enthält ein Reaktionszentrum (= CH₂), welches den Einbau in die Polymermatrix ermöglicht.

Ferner können Farbstoffe in der Polymermatrix gelöst sein. Beispielsweise zur Kennt­ lichmachung der insbesondere aus feinen Fäden bestehenden Haptik von Intraokularlin­ sen sind eingelagerte Farbstoffe (Handhabungsfarbstoffe) von Vorteil.

Das erfindungsgemäße Polymethylmethacrylat mit dem dreidimensionalen Netzwerk kann aufgrund seiner Sterilisierbarkeit in einem Autoklaven für die Herstellung von Me­ dizinprodukten verwendet werden.

Claims (12)

1. Polymethylmethacrylat, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Polymerisat mit dreidimensionalem Netzwerk ist.

2. Polymethylmethacrylat, gekennzeichnet durch einen Anteil eines wenigstens zwei funktionelle Gruppen aufweisenden Vernetzers bis zu 30 Gew.-%.

3. Polymethylmethacrylat nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Anteil eines wenigstens zwei funktionelle Gruppen aufweisenden Vernetzers von etwa 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%.

4. Polymethylmethacrylat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Vernetzer Ethylenglykoldimethacrylat ist.

5. Verfahren zur Herstellung von Polymethylmethacrylat mittels radikalischer Poly­ merisation von Methylmethacrylat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer monomeren Methylmethacrylat-Lösung ein Vernetzer gelöst wird und anschließend die Polymerisation gestartet und bei erhöhter Temperatur (ca. 40°C) in einer Form durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die monomere Methylacrylat-Lösung mit Polymethylmethacrylat angedickt wird.

7. Formkörper, insbesondere in Plattenform, welcher aus einem Methylmethacrylat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.

8. Augenimplantat, dadurch gekennzeichnet, daß es ganz oder teilweise aus einem Polymethylmethacrylat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 besteht.

9. Augenimplantat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Intraoku­ larlinse ist.

10. Augenimplantat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Po­ lymethylmethacrylat einen UV-Absorber enthält.

11. Augenimplantat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der UV- Absorber aufgrund wenigstens eines Reaktionszentrums (= CH₂) in die Poly­ mermatrix eingebaut ist.

12. Augenimplantat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der UV- Absorber in der Polymermatrix gelöst ist.