DE2022781A1

DE2022781A1 - Verfahren zur Herstellung von Hydrogelen

Info

Publication number: DE2022781A1
Application number: DE19702022781
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Jindrich Kopecek; Dr Bohuslav Lim; Dipl-Ing Jiri Vacik
Original assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Current assignee: Czech Academy of Sciences CAS
Priority date: 1969-06-13
Filing date: 1970-05-09
Publication date: 1970-12-17
Also published as: DE2022781B2; FR2051003A5; GB1283813A; JPS4825749B1; NL7008452A; NL144951B; BE750954A

Description

" Verfahren zur Herstellung von Hydrogelen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Kon nichtionogene und ionogene Gruppen enthaltenden Hydrogelen.
Hydrogele aus spärlich vernetzten Polymeren aus Glykolmethakrylaten oder Glykolakrylaten bewahrten sich als geeignete Materialien für einen andauernden Kontakt mit lebendigen Geweben oder mit Schleimhduten sowohl in porös er, als auch schwammartiger oder kompakter Form. Die gute Verträglichkeit wird nicht nur durch deren rein physikalische Eigenschaften verursacht, mit welchen sie lebendigen Geweben ähnelt, sondern auch durch ihre chemische Reaktionstrdgheit, Bestandigkeit und gleichzeitige Neutralität.
Ihre Eignung für verschiedene prothetische Anwendungen ist jedoch - recht unterschiedlich, so daß es in einigen Spezial fallen angebracht erscheint, ihr Quelivermögen und ihre Permeabilität so zu modifizieren, daß diese Eigenschaften dem gegebenen Milieu am besten entsprechen. Hierbei handelt es sich bouptsdchlich um die vorherschenden pH-Werte und die Konzentrationen verschiedener andere Ione, gegebenenfalls auch um andere Faktoren, die durch die Art des Organs und den Typ sowie das Alter des Individuums bedingt sind, für welches das Hydrogel bestimmt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue terndre Kopoly merisate herzustellen, welche allen Anforderungen sowohl in Hinsicht auf ihre chemische Bestandigkeit als auch bezüglich ihrer Anpassungsfähigkeit im gegebenen Milieu, für welches sie bestimmt sind, entsprechen und die darUberhinaus keine Reizwirkungen hervorrufen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß diese Hydrogele durch Kopolymerisation von 50 oder mehr Prozenten eines Glykolmonomethakrylots bzw. eines Glykolmonoakrylats, bzw. eines Glyzerinmonomethakrylats oder -akryláts mit einem saueren oder einem basischen Monomer zubereitet werden FUr medizinische, insbesondere prothetische Anwendungen ist es hierbei von Vorteil1 das Verhältnis der sauren und der basischen Komponenten derart zu wählen, daß das Molverhaltnis der sauren und der basischen Gruppen im Kopolymerisat zumindest 1:1 ist oder daß die sauren Gruppen die basischen Gruppen in der Anzahl Uberwiegen. Die Hydrogele können spdrlich vernetzt oder unvernetzt sein.
Die basischen Komponenten werden vorzugsweise so gewahlt, daß sie unter den Bedingungen der Anwendung der Hydrogele stabil sind, d. h. man verwendet vor allem schwach oder mittelmußig basische Substanzen. Als saure Komponenten werden dann vor allem solche gewählt, die eine Karboxylgruppe emthaltan. FUr technische Anwendungen - außerhalb der Medizin - können je nach Bedarf auch solche Mengenverhältnisse gewählt werden, bei denen im fertigen Kopolymerisat die basischen Komponenten überwiegen.
Ein Vorteil des Verfahrens gemaß der Erfindung besteht vor allem in der breiten Möglichkeit, die Eigenschaften der resultierenden Gele, bzw. den Charakter des fundamentalen nichtionogenen polymeren Skeletts zu beeinflussen, und zwar in einem größeren Ausmaß als bei der Kopolymerisation des Glykolmethakrylats, bzw. des Akrylats mit nichtionogenen Ko-Monomeren. Bei polymeren Skeletten, die ionogene Gruppen enthalten, beeinflussen die elektrostatischen Kräfte die Bindungs- und Raumanordnung der Makromoleküle, ganz besonders bei spärlich vernetzten Gebilden. Es handelt sich hierbei sowohl um abetossende - zwischen Gruppen mit gleichartigen Ladungen -als auch um anziehende - zwischen Gruppen mit ungleichartigen Ladungen - elektrostatische Kräfte. Diese Kräfte machen sich sowohl zwischen den Nachbarmolekülen als auch innerhalb der e<nnzelnen Makromoleküle geltend. Bei löslichen, d. h. unvernetzten Polymeren, beeinflussen diese Kräfte vor allem die Viskosität; bei vernetzten Polymeren deren Quellfähigkeit, mechanische Festigkeit, Elastizitat, Dehnbarkeit, Elustizitätsmodul usw.
Die Anwesenheit der ionogenen Gruppen saurer oder basischer Natur in verschiedenen Verhältnissen verursacht eine erhöhte Abhängigkeit dieser Eigenschaftenn vom pH-Wert des Milieus, was erfindung gemaß zur Verbesserung der Funktion der Hydrogele im lebenden Organismus ausgenützt werden kann. Einen bedeutenden Einfluß auf diese Eigenschaften zeigt bei ionogenen Ampholyten auch die Anwesenheit niedermolekularer Elektrolyte auf.
Bei technischer Anwendung besteht nach der Erfindung die Möglichkeit, die Permselektivität von Membranen zu beeinflussen, die aus Ampholyten hergestellt sind, bei denen die nichtionogene Komponente überwiegt. Zum Unterschied von bekannten Ampholyten, welche keinen nennenswerten Anteil einer nichtionogenen hydrophilen Komponente beinhalten, erzielt man bei den gemaß dieser Erfindung zubereiteten Hydrogelen ein weit höhere Maßhaltigkeit und Beständigkeit gegenüber Rißbildung als Folge eines Auf- und Entquellvorganges. Diese Beständigkeit kann bei gleichem Molgehalt der ionogenen Komponenten auch durch Anwendung eines weniger hydrophilen fundamentalen Glykolmethakrylats oder Akrylats, z. B. des Propylenglykolmonomethakrylats, erhöht werden. Hydrogele dieses Typs behalten unter allen Bedingungen auch in angequollenem Zustand ihre Durchsichtigkeit.
Die Anziehungskrafte zwischen den Gruppen mit ungleichartigen Ladungen verursachen eine Verfestigung der durch die ionischen Querbindungen gebildeten Struktur, die allerdings teilweise oder vollstandig durch Zugabe eines Elektrolyten in geeigneter Konzentration, namentlich durch Zugabe neutraler Salze starker Säuren mit schwachen Basen, aufgehoben werden kann. Unvernetzte Kopoly merisate können gemaß dieser Erfindung infolge des Einflusses dieser ionischen Querbindungen in Wasser oder verdUnnten wässrigen Lösungen unlöslich, in höher konzentrierten wässrigen Salzlösungen hingegen aber löslich seino Auf ahnliche Weise können unvernetzte Kopolymerisate mit einem molaren Uberschuß an Karboxylgruppen in neutralem oder saurem Milieu unlöslich, im alkalischen Milieu aber löslich sein. Diese änderungen der Löslichkeit können zu verschiedenen technischen Zwecken ausgenUtzt werden, wie zX B.
zur Zubereitung hydrophiler Anstrichmittel, zur Verhinderung des Anlaufens von Glas im Winter, zur Herstellung entfernbarer Appretoren in der Textilindustrie, zur Herstellung zeitweiliger Glasanstriche bei der Lackierung der umliegenden Flächen im Spritzverfahren, zur Herstellung entfernbarer halbdurchlössiger Membranen, welche durch poröse inerte Skelette getragen werden und vielem anderen mehr.
Ausführungsbeispiele Beispiel 1 Eine 80 %ige Lösung eines Gemisches von Glykolmonomethakrylat, Methakrylsäure und Diäthylaminomethakrylat (Molverhältnis 8 : 1 :1) in n-Butylalkohol, welches 0,2 Gew. % Glykoldimethakrylat und 0,02 Gew. % Methyl-azo-bis-isobutyrat enthält, wurde für 8 Stunden in einer gläserne flachen Form auf 600C erwärmt. Das entstandene Hydrogel wird vor Anwendung mit Wasser durchwaschen. Es eignet sich zu prothetischen und technischen Zwecken, z. B.zur Dialyse.
Beispiel 2 Eine 70 %ige Lösung eines Gemisches von Propylenglykolmonometha krylat, Akrylsduxe und 2-Vinylpyridin (Molverhältnis 3 : 1 : 1) in n-Butylalkohol, welches 0,3 Gew. % Methylen-bis-akrylamid und 0,02 Gew. % Methyl-azo-bis-isobutyrat enthalt, wird fUr 8 Stunden auf 600C erwärmt, Das Hydrogel weist eine nur geringfügig kleinere Quellfahigkeit als das Hydrogel aus dem Beispiel 1 auf.
Beispiel 3 Eine 80 %ige wössrige Lösung eines Gemisches von Glyzerinmonomethakrylat, Akrylsäure und Dimethylaminoäthylmethakrylat (MolverhUltnis 7 : 2 : 1), welches 0,5 Gew. % Diglykoldimethakrylat und 0,05 Gew. % Diisopropylperkarbonat enthält, wird 8 Stunden auf 600C erwärmt. Das entstandene Hydrogel eignet sich vor allem zu prothetischen Zwecken, da es vom physiologischem Standpunkt aus getestet als einwandfrei angesehen werden kann, Beispiel 4 Eine 60 %ige Lösung eines Gemisches von TriglykolmonomethakrylatZ Methakrylsäure und p-Dimethylaminostyrol (Molverhältmis 7 : 1 :2) in n-Propanol, welches 0,5 Gew. % Triglykoldimethakrylat und 0,05 Gew. % Methyl-azo-bis-isobutyrat enthält, wurde 8 Stunden auf 60°C erwärmt. Das sehr quellfähige Hydrogel eignet sich zur Gelfiltration und als Material zum selektiven Auffangen einiger schwacher organischer Säuren, bzw. Aminosäuren.
Beispiel 5 Eine 80 %ige Lösung Gemisches von Diglykolmonomethakrylat, Itakonsäure und p-Diäthylaminostyrol (Molverhältnis 4 : 2 : 1) in n-Butylalkohol, welches 0,5 Gew. % Diglykoldimethakrylat und 0,07 Gew. % Diisopropylperkarbonat enthält, wird 8 Stunden auf 60°C erwärmt. Das Hydrogel eignet sich z. B. für medizinische Zwecke, so z. B. als Träger schwach basischer und amphoterer Arzneimittel bei oraler oder anderer Verabfolgung.
Es versteht sich, daß es in allen Beispielen unumgänglich notwendig ist, bei allen Monomeren die bekannten und üblichen Maßnahmen hinsichtlich Reinheit und Polymerisationsaktivität einzuhalten und den totalen Ausschluß molekularen Sauerstoffs sicherzustellen.

Claims

1: Verfahren zur Herstellung von nichtionogene und ionogene

Gruppen enthaltenden Hydrogelen, g e k e n n zu e i c h -n e t dadurch, daß ein Monomerengemisch, welches neben dem gegebenenfalls anwesendem Lösungsmittel und dem Initiator zumindest 50 Gew. % - bezogen auf den Gesamtgehalt von Monomeren im Gemisch - des Methekrylats bzw. des Akrylats des Glykols oder des Glyzerins, bzw. einer anderen zumindest Dihydroxyverbindung, noch weitere zwei Ko-Monomere beinhaltet, von denen einer saure und der andere basische Gruppen enthält, einer Radikalpolymerisation unterworfen wird.

2 Verfahren gemäß Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t dadurch, daß das Monomerengemisch zumindest ebensoviel Mole an sauren Monomeren wie an basischen enthält.