DE19928927B4

DE19928927B4 - Polyurethane für die Herstellung von Weichschaum

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Publication number: DE19928927B4
Application number: DE19928927A
Authority: DE
Inventors: Detlef Dr.-Ing. Behrend; Thomas Dr.rer.nat. Freier; Klaus Prof. Dr.rer.nat. Peseke; Klaus-Peter Prof. Dr.-Ing. Schmitz; Katrin Dr.rer.nat. Sternberg
Original assignee: Universitat Rostock Institut fur Biomedizinische Technik; Universitaet Rostock
Current assignee: Universitat Rostock Institut fur Biomedizinische Technik; Universitaet Rostock
Priority date: 1999-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: DE19928927A1

Abstract

Polyurethane für die Herstellung von Weichschaum zur Anwendung in der Medizin, insbesondere zur Füllung modellierbarer Brustprothesen, gekennzeichnet dadurch, dass
die Synthese von wasserverschäumbaren, 2,5-disubstituierte Furanringe enthaltenen Polyurethanen ausgehend von Polyurethan-Präpolymeren erfolgt, die
a. durch Polymerisation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan mit Phosgen oder Kohlensäureestern zu Polycarbonaten und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat
b. oder durch Polymerisation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan mit Alkylenoxiden oder durch Polykondensation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan zu Polyethern und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat
c. durch Polykondensation von 5-Hydroxymethyl-2-furancarbonsäure zu Oligo- oder Polyestern und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat und
d. durch Polymerisation von 2,5-Furandicarbonsäure mit Glycolen, wie Diethylenglycal, oder mit Alkylenoxiden, wie Propylenoxid und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat hergestellt werden
und an die Polyurethanoberfläche, die modifiziert wird durch Umsetzung mit
e. Formaldehyd/Ammoniumsalz oder Formaldeyd/Dialkylaminhydrohalogenid,
f. Dimethylmethylenimmoniumsalz,
g. Natriumalkylat ader Natriumhydrid und nachfolgender Einwirkung von Halogenalkylaminhydrohalogenid oder
h. Diisacyanat und nachfolgender Umsetzung mit...

Description

Die Erfindung betrifft die Synthese von Polyurethanen für die Herstellung von Weichschaum zur Füllung modellierbarer Brustprothesen durch Wasserverschäumung in situ. Es werden darüber hinaus Methoden zur Oberflächenmodifizierung der hergestellten Polyurethane dargestellt, die eine Anbindung von Wirkstoffen an die Oberfläche ermöglichen.

Aus der Patentschrift US 5091495 ist bekannt, dass durch Umsetzung von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan und Furyloxiran Furanpolyole zugänglich sind, die mit Isocyanaten in Gegenwart von Wasser, Tensid und Katalysator Polyurethanschäume ergeben, welche flammhemmende Eigenschaften aufweisen. In US 4426460 werden 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan sowie kommerziell erhältliches, polymerisiertes 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan ("Farez") mit Propylenoxid zu Polyolen als Vorstufen für Polyurethanschäume mit flammhemmenden Eigenschaften umgesetzt. US 4318999 beschreibt Polyurethanschäume ausgehend von Polyolen aus der Umsetzung von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan, teilweise im Gemisch mit polymerisiertem 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan ("Farez"), und halogenierten Polyolen. Die Schaumherstellung erfolgt sowohl in US 4426460 als auch in US 4318999 durch Reaktion der Polyole mit Polyisocyanaten in Gegenwart von Freonen.

Nachteil dieses Standes der Technik ist es, dass die genannten Polyurethane nicht in der Medizintechnik einsetzbar sind.

In der Gebrauchsmusterschrift DE 9117117 U1 wird der Begriff Pnlyurethan charakterisiert und die drei Hauptbestandteile (Makroglykol, Diisocyanat, Kettenverlängerer) erläutert. Auf Grund der Wahl des Weichsegments (Polycarbonat mit terminalen OH-Gruppen) können Polycarbonatbasierte Polyurethane als implantierbare Prothesen eingesetzt werden. Die Ausführungen beziehen sich nur auf Polycarbonaturethane im allgemeinen. Es wird nur die übliche und allgemeine Verfahrensweise der Herstellung von Polyurethanen (d. h. Makroglykol + Diisocyanat + Kettenverlängerer) beschrieben. Spezielle Reaktionen, die auf der Polymerisation von Furanderivaten zu Polycarbonaten basieren, sind nicht Gegenstand des Schutzrechts. Auf die Pfropfung und Kopplung von Arzneimitteln an die Oberfläche der Polymere wird lediglich allgemein eingegangen.

In der Offenlegungsschrift DE 3244077 A1 werden neuartige Zusammensetzungen auf Furanbasis vorgestellt, die terminale OH-Gruppen aufweisen und als aktive Komponenten zur Herstellung von verbesserten Urethanschaumstoffen und Isocyanuratschaumstoffen mit einem herabgesetzten Entflammbarkeitspotential dienen. Ausgehend vom 2,5--Bis(hydroxymethyl)furan (BHMF) werden propoxyliertes BHMF, ein propoxyliertes Polymeres von BHMF und ein handelsübliches Homopolymeres von BHMF („Farez-Harz", Quaker Oats Company) zur Darstellung der polymeren Verbindungen herangezogen. Der Einsatz der hergestellten Schaumstoffe in der Medizintechnik ist mit den beschriebenen Eigenschaften nicht möglich.

In dem US-Patent 4973715 werden Furanpolyole vorgestellt, die durch Umsetzung von 2,5-Bis(hydroxy-methyl)furan (BHMF) mit Furyloxiran entstehen, und die mit Diisocyanaten (MDI) in Gegenwart von Wasser Polyurethanschäume ergeben. Es sind 2,5-disubstituierte Furanringe enthaltene Polyetherurethanschaumstoffe erwähnt, wobei lediglich Polyether ausgehend von BHMF beschrieben werden.

Des weiteren wird in der Patentschrift EP 0153376 ein Kunststoffimplantat, insbesondere Brustimplantat, beschrieben, bei dem die Oberfläche des Kunststoffs mit Heparin oder ähnlichen Wirkstoffen mittels chemischer oder physikalischer Fixierungsmethoden modifiziert wird. Dies soll der Vermeidung von Gesundheitsschäden dienen, die Oberflächenmodifizierung von Polyurethanen, insbesondere für in situ modellierbare Brustprothesen, zur Anbindung von Wirkstoffen an die Oberfläche wird nicht erwähnt.

Aufgabe der Erfindung ist die Herstellung von Weichschaum zur Füllung modellierbarer Brustprothesen durch Wasserverschäumung in situ. Darüber hinaus wird die Oberflächenmodifizierung der hergestellten Polyurethane zur Anbindung von Wirkstoffen an die Oberfläche ermöglicht.

Die Lesung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Synthese von wasserverschäumbaren, 2,5-disubstituierte Furanringe enthaltenen Polyurethanen ausgehend von Polyurethan-Präpolymeren. Die Herstellung erfolgt

a. durch Polymerisation von 2,5-Bis(hydroxxmethyl)furan mit Phosgen oder Kohlensäureestern zu Polycarbonaten und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat
b. oder durch Polymerisation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan mit Alkylenoxiden oder durch Polykondensation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan zu Polyethern und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat,
c. durch Polykondensation von 5-Hydroxymethyl-%furancarbonsäure zu Oligo- oder Polyestern und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat und
d. durch Polymerisation von 2,5-Furandicarbonsäure mit G1ycolen, wie Diethylenglycol, oder mit Alkylenoxiden, wie Propylenoxid und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat.

An die Polyurethanoberfläche werden Wirkstoffe ionisch oder kovalent angebunden. Die Modifizierung erfolgt durch Umsetzung mit

e. Formaldehyd/Ammoniumsalz oder Formaldehyd/Dialkylaminhydrohalagenid,
f . Dimethylmethylenimmoniumsalz,
g. Natriumalkylat oder Natriumhydrid und nachfolgender Einwirkung von Halogenalkylaminhydrohalogenid oder
h. Diisocyanat und nachfolgender Umsetzung mit einem Diamin,

Durch die Herstellung von Weichschaum durch Wasserverschäumung aus den im Anspruch 1 beschriebenen Ausgangsstoffen (a-d) ist eine Anwendung in der Medizin, insbesondere zur Füllung modellierbarer Brustprothesen in situ erst möglich. Darüber hinaus wird die Oberflächenmodifizierung der hergestellten Polyurethane zur Anbindung von Wirkstoffen an die Oberfläche durch die Merkmale e-h im Hauptanspruch ermöglicht.

Weitere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen zu finden.

Die Herstellung des Polyurethanschaums erfolgt durch die Umsetzung der Pulyurethan-Präpolymere mit Wasser in Gegenwart von Additiven.

Für die Modifizierung der Polyurethanoberfläche wird statt Formaldehyd auch Paraformaldehyd verwendet.

Die dieser Erfindung zugrundeliegende Synthese von wasserverschäumbaren Polyurethanen für modellierbare Brustprothesen geht aus von der Umsetzung von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan, 5-Hydroxymethyl-2-furancarbonsäure und 2,5-Furandicarbonsäure zu Polyurethan-Präpolymeren auf folgenden Reaktionswegen:
1. Polyesterbasierte Polyurethan-Präpolymere
durch Polymerisation von 2,5-Furandicarbonsäure mit G1ycolen wie Diethylenglycol bzw. mit Alkylenoxiden wie Propylenoxid oder Tetrahydrofuran oder durch Polykondensation von 5-Hydroxymethyl-2-furancarbonsäure zu Oligo- bzw. Polyestern und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat.
2. Polycarbonatbasierte Polyurethan-Präpolymere
durch Polymerisation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan mit Phosgen oder Kohlensäureestern zu Polycarbonaten und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat.
3. Polyetherbasierte Polyurethan-Präpolymere
durch Polymerisation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan mit Alkylenoxiden oder durch Polykondensation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan zu Polyethern und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat.
Die Herstellung der Polyurethanschäume erfolgt durch die Umsetzung der genannten Polyurethan-Präpolymere mit Wasser in Gegenwart von Additiven.
Des weiteren sind für den Einsatz der Polyurethanschäume zur Füllung modellierbarer Brustprothesen Möglichkeiten zur Aktivierung der Polyurethanoberflächen als Voraussetzung für die Anbindung von Wirkstoffen Gegenstand dieser Erfindung. Die Modifizierung der Polyurethanoberflächen erfolgt hierfür auf folgenden Wegen:

1. durch Umsetzung mit Formaldehyd/Ammoniumsalz, vorzugsweise mit Formaldehyd/Ammoniumchlorid, bzw. Formaldehyd/Dialkylaminhydrohalogenid, vorzugsweise mit Formaldehyd/Dimethylaminhydrochlorid, wobei statt Formaldehyd auch Paraformaldehyd verwendet wird.
2. durch Umsetzung mit Dimethylmethylenimmoniumsalz, vorzugsweise mit Dimethylmethylenimmoniumchlorid.
3. durch Umsetzung mit Natriumalkylat, vorzugsweise Natriummethylat, oder Natriumhydrid und nachfolgender Einwrkung von Halogenalkylamihydrohalogenid, vorzugsweise von Bromethyl- aminhydrochlorid.
4. durch Umsetzung mit Diisocyanat, vorzugsweise mit4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, und nachfolgender Umsetzung mit einem Diamin, vorzugsweise 1,6-Diaminohexan.

An die derart modifizierten Oberflächen der Polyurethanschäume kann die Anbindung von Wirkstoffen ionisch oder kovalent erfolgen, um die Biokompatibilität der Brustprothesen den Erfordernissen anzupassen.

Claims

Polyurethane für die Herstellung von Weichschaum zur Anwendung in der Medizin, insbesondere zur Füllung modellierbarer Brustprothesen, gekennzeichnet dadurch, dass die Synthese von wasserverschäumbaren, 2,5-disubstituierte Furanringe enthaltenen Polyurethanen ausgehend von Polyurethan-Präpolymeren erfolgt, die a. durch Polymerisation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan mit Phosgen oder Kohlensäureestern zu Polycarbonaten und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat b. oder durch Polymerisation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan mit Alkylenoxiden oder durch Polykondensation von 2,5-Bis(hydroxymethyl)furan zu Polyethern und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat c. durch Polykondensation von 5-Hydroxymethyl-2-furancarbonsäure zu Oligo- oder Polyestern und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat und d. durch Polymerisation von 2,5-Furandicarbonsäure mit Glycolen, wie Diethylenglycal, oder mit Alkylenoxiden, wie Propylenoxid und Umsetzung derselben mit einem Diisocyanat hergestellt werden und an die Polyurethanoberfläche, die modifiziert wird durch Umsetzung mit e. Formaldehyd/Ammoniumsalz oder Formaldeyd/Dialkylaminhydrohalogenid, f. Dimethylmethylenimmoniumsalz, g. Natriumalkylat ader Natriumhydrid und nachfolgender Einwirkung von Halogenalkylaminhydrohalogenid oder h. Diisacyanat und nachfolgender Umsetzung mit einem Diamin, Wirkstoffe ionisch oder kovalent angebunden werden.
Polyurethane für die Herstellung van Weichschaum nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Herstellung des Polyurethanschaums durch die Umsetzung der Polyurethan-Präpolymere mit Wasser in Gegenwart von Additiven erfolgt.
Polyurethane für die Herstellung von Weichschaum nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass für die Modifizierung der Polyurethanoberfläche statt Formaldehyd auch Paraformaldehyd verwendet wird.