DE3752005T2

DE3752005T2 - Polyurethane mit amphiphilen Segmenten

Info

Publication number: DE3752005T2
Application number: DE19873752005
Authority: DE
Inventors: Yasuo Shikinami
Original assignee: Takiron Co Ltd
Current assignee: Takiron Co Ltd
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1987-05-14
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2007-05-15
Also published as: ES2098217T3; EP0245857B1; DE3752005D1; EP0245857A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft amphiphile Segmentpolyurethane und, genauer gesagt, Hydrophilie- Hydrophobie-verjüngte amphiphile Multiblock- Segmentpolyurethane, die im Polymermolekül Alkylenoxid- Segmente enthalten, die angeordnet sind, um eine schrittweise Abnahme in der Hydrophilie von einem Ende des Polymermoleküls zum anderen Ende bei einer entsprechenden Zunahme in der Hydrophobie hervorzurufen. Solche Urethane kann man für verschiedene Zwecke verwenden, beispielsweise als Polymeremulgatoren und Lösungsvermittler für Arzneien, Agrochemikalien, Parfüme, Kosmetika etc. oder als Trennmembranen, Flüssigmembranen, ionenleitende Materialien, Grundstoffe für Wirkstoffe (drugs) mit Langzeitwirkung, Fällungsmittel zur Fraktionierung von Proteinen etc., indem man sich den Unterschied in der Hydrophilie oder Hydrophobie eines jeden Segments im Polymermolekül zunutze macht.
Herkömmliche Alkylenoxid-Block-Copolymere beinhalten beispielsweise
(a = 2 bis 70, b = 10 bis 50), die man durch Block- Copolymerisation von wasserunlöslichem Polypropylenglykol mit Ethylenoxid bildet, und
(a = 2 bis 70, b = 10 bis 50), die man durch Block- Copolymerisation von Polyethylenglykol mit Propylenoxid bildet, wie es in Chemistry Express, Band 1, Nr, 10, Seiten 615 bis 618 (1986) beschrieben ist. Diese Block-Copolymere sind nicht-ionische polymere Tenside, die eine Vielzahl von Kombinationen aus hydrophilen Alkylenoxid-Segmenten (der Ausdruck "Segment", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Alkylenoxid-Segment, falls nicht anders angegeben) und hydrophoben Segmenten enthalten.
Darüber hinaus sind verschiedene Multiblock-Segment- Polynrethane synthetisiert worden, die Segmente aus Polyether-Verbindungen, wie Polyethylenoxide, Polypropylenoxide, Polytetramethylenoxide, als weiche Blöcke und Segmente, die das Reaktionsprodukt eines kurzkettigen Diols oder Diamins und eines Diisocyanats darstellen, als harte Blöcke enthalten. Die physikalischen Eigenschaften dieser Polyurethane sind im Detail untersucht worden, um ihre Verwendung als Fasermaterialien oder elastomere Materialien zu ermöglichen. In diesem Fall hat man die Art der weichen Segmente und harten Segmente, und ihre relativen Verhältnisse, sowohl als die Kristallinität und Morphologie der Polymere, die sich aus den intermolekularen Kräften zwischen den einzelnen Segmenten darin ergeben, hauptsächlich unter dem Gesichtspunkt der mechanischen und physiologischen Charakteristika der Polymere untersucht.
Im allgemeinen beinhaltet die chemische Struktur von Tensiden notwendigerweise eine hydrophile Gruppe und eine lipophile Gruppe in einem Tensidmolekül und solche Tenside werden als amphiphile Verbindungen bezeichnet. Diese umfassen insbesondere Polymere, die stabile kolloide Teilchen wie Micellen aus niedermolekularen Tensiden bilden können, wenn man sie in einer Flüssigkeit löst, die entweder ein Lösungsmittel für das hydrophile Segment oder das hydrophobe Segment sein kann. Solche Polymere werden zur Zeit untersucht. Block-Copolymere, die sowohl hydrophile als auch hydrophobe Segmente aufweisen werden als amphiphile Polymere (zusammen mit Pfropf-Copolymeren, die beide Segmente aufweisen) bezeichnet.
In Block-Copolymeren sind die Eigenschaften eines jeden Segments, und insbesondere dessen Hydrophilie oder Hydrophobie, von Bedeutung und werden durch Wasserstoffbindungen, Van der Waals-Kräfte oder ionische Bindungen zwischen jedem Segment des Copolymers und beispielsweise einer niedermolekularen Verbindung, einem Ion, Wasser, Metall etc., und ebenfalls durch die physikochemischen Eigenschaften der aus dem Polymer und der niedermolekularen Verbindung zusammengesetzten molekularen Aggregate bestimmt (dies beinhaltet beispielsweise die Hydrophilie-Hydrophobie-Wechselwirkung zwischen dem Polymer und Wasser oder einem Lösungsmittel, den Einfluß von Ionen auf die Stereostruktur und Phasentrennung des Polymers, die Wechselwirkung zwischen dem Polymer und einem Tensid, in der Cluster-Bildung dazwischen auftretend, etc.). Im Unterschied zu bekannten Copolymeren, wie sie beispielsweise in Polymers Preprints Japan, Band Nr. 35, Nr. 7 beschrieben sind, enthalten die erfindungsgemäßen amphiphilen Block-Copolymere Segmente die gewählt wurden, um eine spezifische Wechselwirkung zwischen dem Polymer und einer niedermolekularen Verbindung, insbesondere unter Berücksichtigung des Hydrophiliegrads oder Hydrophobiegrads der Segmente, zu ermöglichen.
Da jedoch Segmentpolyurethane Block-Copolymere sind, die eine, aus einer Kombination von vielen durch die Urethanbindung verknüpften Segmenten, gebildete Struktur aufweisen, besitzen diese viele nützliche Eigenschaften (wie Viskoelastizität), die man in anderen Block-Copolymeren mit einer aus direkt verknüpften Segmenten zusammengesetzten Struktur nicht findet. Diese Eigenschaften erlauben - in Kombination mit der Nutzbarmachung der Hydrophilie oder Hydrophobie eines jeden Segments - verschiedene zusätzliche Anwendungen von Segmentpolyurethanen neben ihrer Verwendung als polymere Tenside.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Segmentpolyurethane bereitzustellen, die eine charakteristische Beziehung der Hydrophilie oder Hydrophobie zwischen ihren Alkylenoxid-Segmenten aufweisen, die man an verschiedene Verwendungen anpassen kann, z.B. einschließlich der Verwendung als polymere Emulgatoren oder Löslichkeitsvermittler für Arzneimittel, Agrochemikalien, Parfüme, Kosmetika, und der Verwendung als Trennmembranen, Flüssigmembranen, ionenleitende Materialien, Grundstoffe für Wirkstoffe (drugs) mit Langzeitwirkung, Fällungsmittel zur Fraktionierung von Proteinen.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, amphiphile Segmentpolyurethane bereitzustellen, die eine stark verbesserte Festigkeit und Viskoelastizität aufweisen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein verjüngtes amphiphiles Segmentpolyurethan bereitzustellen, das verbesserte Schmelzpunktcharakteristika und Wechselwirkungen mit anderen chemischen Verbindungen aufweist.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein amphiphiles Segmentpolyurethan als Grundstoff für Wirkstoffzusammensetzungen bereitzustellen, das verbesserte Eigenschaften hinsichtlich einer kontrollierten Freisetzung hat.
Eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in einer verbesserten Trennmembran, die amphiphile Segmentpolyurethane enthält und eine erhöhte Selektivität besitzt.
Als Ergebnis ausgedehnter Untersuchungen hat man nun gefunden, daß diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung durch amphiphile Segmentpolyurethane, dargestellt durch die allgemeine Formel (IV), gelöst werden:
worin (S) ausgewählt wird aus
(a) einem Polyalkylenoxidsegment mit einem Molekulargewicht von 200 bis 5000, das durch die folgende allgemeine Formel (I) dargestellt wird:
(b) einem aliphatischen Polyestersegment mit einem Molekulargewicht von 500 bis 3000, das das durch die folgende allgemeine Formel (II) dargestellte Reaktionsprodukt einer zweibasigen Säure und eines zweiwertigen Alkohols ist:
und
(c) ein Polyestersegment, das ein Molekulargewicht von 500 bis 3000 aufweist und das durch die folgende allgemeine Formel (III) dargestellte Reaktionsprodukt der Ringspaltung eines cyclischen Esters mit einem zweiwertigen Alkohol ist:
worin R&sub1; bis Rx jeweils eine Alkylen-Gruppe mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeutet, die ein Alkylenoxidsegment bildet; Ry eine Alkylen-Gruppe bedeutet, R&sub1;' und R&sub1;", die gleich oder verschieden sein können, jeweils eine Alkylen- Gruppe mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeuten; -OX eine Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus RO-, RCOO-,
bedeutet, worin R eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Vinyl-Gruppe bedeutet und eine Isocyanat-Gerüstgruppe bedeutet; -X' eine Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus -OH, -Cl, -Br und -F bedeutet und (A), (B) und (C), die gleich oder verschieden sein können, jeweils eine Isocyanat-Gerüstgruppe bedeuten; m, n, p, l und l' jeweils eine positive ganze Zahl ist; wobei l und l' gleich oder verschieden sein können;
wobei besagtes Polyurethan ein Hydrophobie- Hydrophilie- verjüngtes Polyurethan ist, in welchem der Grad der Hydrophilie oder Hydrophobie eines jeden Segments so reguliert wird, daß von einem Ende des Polymermoleküls zum anderen ein schrittweises Verhältnis der hydrophilen und hydrophoben Segmenten erhalten wird, und die Hydrophilie oder die Hydrophobie der Segmente sich das gesamte Polymermolekül hindurch verjüngt,
unter der Voraussetzung daß, wenn (S) die Formel (I) erfüllt, dann die Anzahl der Kohlenstoffatome in zwei Mitgliedern der Serien R&sub1; bis Rx, die die unmittelbar benachbarten Polyalkylenoxid-Segmente bilden, gleich sein kann, und irgendein Polyalkylenoxid-Segment, das eine Alkylen-Gruppe der Serien von R&sub1; bis Rx enthält, weggelassen werden kann,
und unter der Voraussetzung daß, wenn (5) die Formeln (II) oder (III) erfüllt, dann die Anzahl der Kohlenstoffatome in zwei Mitgliedern der Serien R&sub2; bis Rx, die unmittelbar benachbarte Polyalkylenoxid-Segmente bilden, gleich sein kann, und irgendein Polyalkylenoxid-Segment, das eine Alkylen-Gruppe der Serien von R&sub2; bis Rx enthält, weggelassen werden kann, und
wobei besagtes Polyurethan mindestens ein ternäres Block-Copolymer ist, das mindestens drei unterschiedliche Segmente umfaßt.
Diese Segmente sind so aufgebaut, daß die Lipophilie oder Hydrophobie zunimmt, wenn man sich dem Polyester-Segment oder Polyalkylen-Segment nähert, welches an einem Ende des Polymers das (S)-Segment bildet, und daß die Hydrophilie des Polyalkylenoxid-Segments zunimmt, wenn man sich dem entgegengesetzten Ende des Polymers nähert.
Die erfindungsgemäßen amphiphilen Segmentpolyurethane der Strukturformel (IV) haben eine Struktur die eine Verknüpfung von Polyalkylenoxid-Segmenten oder Polyalkylenoxid-Polyester- Segmenten durch eine Urethanbindung umfaßt, wobei der Grad der Hydrophilie oder Hydrophobie eines jeden Segments so reguliert wird, daß ein schrittweises Verhältnis von hydrophilen und hydrophoben Segmenten von einem Ende des Polymermoleküls zum anderen Ende erhalten wird, und die Hydrophilie oder die Hydrophobie der Segmente sich über das gesamte Polymermolekül hinweg verjüngt. Das charakteristischste Merkmal der amphiphilen Segmentpolyurethane der vorliegenden Erfindung ist die verjüngte Hydrophilie-Hydrophobie-Segmentstruktur. Genauer gesagt, ist die grundlegende Eigenschaft der vorliegenden amphiphilen Segmentpolyurethane die verjüngte Variation der Hydrophilie-Hydrophobie der Segmente, die sich aus dem Unterschied der Hydrophilie oder Hydrophobie der jeweiligen Segmente ergibt, und jede Struktur die die Beziehung aus verjüngter Hydrophilie-Hydrophobie in allen benachbarten Segmentgruppen aufweist, fällt in den Bereich der vorliegenden Erfindung. Die erfindungsgemäßen amphiphilen Segmentpolyurethane haben vorzugsweise ein Molekulargewicht von 1 500 bis 20 000, insbesondere von 2 500 bis 15 000.
In der allgemeinen Formel (IV) haben die Alkylenoxide, in denen -(S)- ein Polyalkylenoxid-Segment der Formel (I) mit
-(R&sub1;-O-R&sub1;-O)
ist, Alkylen-Ketten (R&sub1;, R&sub2;, R&sub3; Rx), die jeweils von 2 bis 7 Kohlenstoffatome aufweisen, und umfassen beispielsweise Polyethylenglykol PEG (das eine Alkylen-Kette mit 2 Kohlenstoffatomen hat), Polypropylenglykol PPG (das eine Alkylen-Kette mit 3 Kohlenstoffatomen hat), Polytetramethylenglykol PTMG (das eine Alkylen-Kette mit 4 Kohlenstoffatomen hat), Polypentamethylenglykol PPMG (das eine Alkylen-Kette mit 5 Kohlenstoffatomen hat), Polyhexamethylenglykol PHEMG (das eine Alkylen-Kette mit 6 Kohlenstoffatomen hat) und Polyheptamethylenglykol PHPMG (das eine Alkylen-Kette mit 7 Kohlenstoffatomen hat) lt Diese Polymere haben vorzugsweise einen geringen Polymerisationsgrad, da im Hinblich auf die verwendeten Synthesetechniken höhere Polymere als Segmente schwer einzubauen sind. Das Molekulargewicht des Polyalkylenoxid- Segments (I) ist vorzugsweise 200 bis 5 000, insbesondere 500 bis 3 000.
Dementsprechend ist es bevorzugt, daß die Polyalkylenoxide aus PEG, PPG, PTMG, PHEMG und PHPMG ausgewählt werden. Im allgemeinen synthetisiert man, wie in Fachkreisen wohlbekannt, Polyalkylenoxide durch die Ringspaltungspolymerisation von cyclischen Ether- Verbindungen, und die Polymere weisen die Eigenschaft auf, daß weniger Methylen-Gruppen im Alkylenoxid zu einer höheren Hydrophilie führen, da das Verhältnis der Ethersauerstoffe darin größer ist, während dagegen mehr Methylen-Gruppen im Alkylenoxid zu einer höheren Hydrophobie führen, da das Verhältnis der Ethersauerstoffe darin niedriger ist. Beispielsweise ist das Verhältnis der Ethersauerstoffe und der Kohlenstoffzahlen im Polyhexymethylenglykol, Polytetramethylenglykol, Polypropylenglykol und Polyethylenglykol 1/6, 1/4, 1/3 bzw. 1/2. Dementsprechend werden Alkylenoxide mit einer hohen Zahl von Methylen- Gruppen, z.B. mehr als 3 Kohlenstoffatomen als hydrophob oder lipophil bezeichnet; die hydrophobe Wirkung variiert jedoch in Abhängigkeit von der Zunahme dessen Molekulargewichts. Das liegt daran, daß die Affinität der Ethersauerstoffe in den Alkylenoxiden zu Wasser, und die Assoziation der Ethersauerstoffe und Wasser, durch die sterische Hinderung der Methylengruppenketten gehemmt wird, was Alkylenoxide mit mehr Methylen-Gruppen hydrophob macht. Anders ausgedrückt, erhöht die Zunahme der Methylen-Gruppen in den Alkylenoxiden die Hydrophobie der Alkylenoxide. Als Grund wird der folgende angesehen, ohne dabei durch eine Theorie beschränkt zu sein:
Wenn man ein Alkylenoxid mit Wasser in Kontakt bringt, reduziert sich der Kontakt des Segments mit Wasser so weit wie möglich, da es keine Affinität zwischen der Methyl-Gruppe und Wasser gibt, und das Molekül am stabilsten ist, wenn die hydratisierte Fläche klein ist. Dieses Selbstassoziierungsphänomen wird hydrophobe Wechselwirkung genannt. Um den hydrophoben Kontakt mit Wasser zu verringern, nimmt das Molekül eine Form an, die sein Volumen vergrößert. Dementsprechend hat die Anzahl der CH&sub2;-Einheiten in der Alkyl-Gruppe einen großen Einfluß auf die Zunahme des Volumens. Insbesondere sind Alkylenoxide mit mehr CH&sub2;-Gruppen stärker hydrophob. Darüber hinaus erhöht im Fall von Polyalkylenoxiden ein höherer Polymerisationsgrad die sich aus der Monomereinheit ergebende hydrophobe Wirkung. Daher sind Polyalkylenoxid-Segmente, die Alkylen-Ketten mit 5 oder mehr Kohlenstoffatomen aufweisen, im allgemeinen eher liphophil als hydrophob.
Die folgende Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen dem Polymerisationsgrad und dem theoretischen Wert für den Löslichkeitsparameter (SP-Wert: δ[cal/cm³]1/2), die eine Grundlage zur Bestimmung der Hydrophilie oder Hydrophobie der Polymere im Hinblick auf PEG, PPG, PTMG, PHEMG und PHPMG bilden. Diese Eigenschaften von Polyethylenoxiden können an Hand der Daten dieser Tabelle vom Fachmann leicht verstanden und bestimmt werden. Betrachtet man PPG, so ist die Abnahme des SP-Werts mit der Zunahme des Polymerisationsgrads scharf im Vergleich mit anderen Polymeren infolge der Gegenwart einer Methyl-Gruppe in der Seitenkette. Tabelle 1
In den erfindungsgemäßen Segmentpolyurethanen wählt man die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Alkylen-Kette von R&sub1;, R&sub2;, R&sub3;...Rx in jedem Segment auf geeignete Weise (oder anders ausgedrückt, man wählt die Art des Alkylenoxids in jedem Segment auf geeignete Weise) während man das Molekulargewicht (Polymerisationsgrad) eines jeden Segments auf geeignete Weise reguliert, so daß die Segmente die näher an dem einen Ende des Polymermoleküls sind, eine größere Hydrophilie aufweisen, während jene, die dem entgegengesetzten Ende des Polymermolküls näher sind, eine größere Hydrophobie aufweisen. Dementsprechend ist in den erfindungsgemäßen Segmentpolyurethanen die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Alkylen-Kette R in dem Segment am hydrophilen Ende des Polymermoleküls (oder in der hydrophilen Seite des Polymermoleküls) am kleinsten. Die Anzahl der Kohlenstoffatome in den Alkylen-Ketten in den verbleibenden Segmenten nimmt zu, wenn man sich dem entgegengesetzten und hydrophoben Ende des Polymermoleküls nähert, und die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Alkylen-Kette R zur Bildung des Segments am hydrophoben Ende des Polymermoleküls ist am größten. Im allgemeinen sind die Segmente am hydrophilen Ende des Polymermoleküs aus Alkylenoxiden zusammengesetzt, die eine Alkylen-Kette mit 3 oder weniger Kohlenstoffatomen aufweisen, wie hydrophiles PEG, das einen in Tabelle 1 gezeigten SP-Wert hat, während es erforderlich ist, daß die Segmente, die an das andere Ende des Polymermoleküls (in der hydrophoben Seite) gebunden sind, aus Alkylenoxiden zusammengesetzt sind, die eine Alkylen-Kette mit von 4 bis 7 Kohlenstoffatomen aufweisen, wie hydrophobes PTMG, PHEMG, PHPMG, welche einen geringen SP-Wert haben, wie in Tabelle 1 gezeigt. Das liegt daran, daß das gesamte Polymer, wenn die an das eine Ende des Polymermoleküls gebundenen Segmente aus Alkylenoxiden mit einer Alkylen-Kette mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen zusammengesetzt sind, stärker hydrophob wird, oder daß das gesamte Polymer, wenn die an das andere Ende des Polymermoleküls gebundenen Segmente aus Alkylenoxiden mit einer Alkylen-Kette mit 3 oder weniger Kohlenstoffatomen zusammengesetzt sind, stärker hydrophil wird, wobei solche Polymere nicht amphiphil sind. Im Hinblick auf PPG nimmt, wie in Tabelle 1 gezeigt, die Hydrophobie des PPG mit der Zunahme des Molekulargewichts (Polymerisationsgrad) zu, und daher ist das Molekulargewicht des PPG, wenn die hydrophilen Segmente des Polymermoleküls aus PPG zusammengesetzt sind, vorzugsweise auf etwa 750 oder weniger beschränkt. Darüber hinaus ist der Unterschied der Kohlenstoffatome in den Gruppen R&sub1; bis Rx in benachbarten Segmenten vorzugsweise 3 oder weniger. Beträgt der Unterschied der Kohlenstoffatomzahl 4 oder mehr, nimmt der Unterschied der Hydrophilie oder Hydrophobie zwischen den benachbarten Segmenten in unerwünschter Weise zu; darüber hinaus ist die Synthese von Segmentpolymeren mit solch einem großen Unterschied schwierig. Die vorliegende Erfindung umfaßt Polymere, in denen benachbarte Segmente die gleiche Anzahl von Kohlenstoffatomen in ihren jeweiligen Alkylen- Ketten aufweisen (d.h., die gleiche Art von Alkylenoxiden haben). Genauer ausgedrückt, kann die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Alkylen-Kette, die das jeweilige Segment bildet, gleich oder größer als jene in der Alkylen- Kette sein, die das benachbarte Segment auf der hydrophilen Seite des Polymermoleküls bildet. Für den Fachmann ist leicht einzusehen, daß, selbst wenn die Anzahl der Kohlenstoffatome in den Alkylen-Ketten in benachbarten Segmenten gleich ist, die Hydrophilie oder die Hydrophobie der benachbarten Segmente differenziert werden kann, indem man das Molekulargewicht (Polymerisationsgrad) eines jeden Segments auf geeignete Weise variiert, wie oben erwähnt. Kurze Segmente, die jeweils eine Alkylen-Kette mit der gleichen Kohlenstoffanzahl haben, können durch Urethan-Bindungen gebunden werden, wodurch die physikalische Festigkeit der resultierenden Polymere, einschließlich der Viskoelastizität, Flexibilität, Zähigkeit, infolge der Urethan-Bindungen verbessert werden kann. Das Molekulargewicht eines jeden Segments kann vom Fachmann unter Berücksichtigung nicht nur der Hydrophilie oder Hydrophobie der Polymermoleküle sondern auch ihrer Löslichkeit in Lösungsmitteln, ihrer Kristallinität und ihres Schmelzpunkts, sowohl als ihrer Viskosität im geschmolzenen Zustand, leicht bestimmt werden.
Typische Beispiele amphiphiler Segmentpolyurethane mit ternären oder quaternären Blocks, die verschiedene Alkylenoxide enthalten, werden zur Bezugnahme nachstehend aufgeführt. In den folgenden Formeln bedeuten (A), (B) und (C) jeweils das Isocyanat-Gerüst einer Urethanbindung bedeutet -O- - -, und bedeutet - - -.
Jedes der Polyurethansegmente der Formel (5), (6), (7) und (12) besitzt PPG als hydrophiles Segment an einem Ende des Polymermoleküls, und daher ist das Molekulargewicht des PPGs 1 000 oder weniger, vorzugsweise etwa 750, während die Molekulargewichte des PHEMG und PHPMG gering sein sollen, so daß man die Hydrophilie der hydrophilen Segmente geeignet erzielen kann. Die Segmentpolyurethane der Formeln (11) und (12) weisen jeweils PHEMG und PHPMG zusammen mit PTMG auf, und daher sind die Molekulargewichte des PHEMG und PHPMG vorzugsweise niedrig. Insbesondere weist Polyurethan (12) PPG als hydrophiles Segment auf und die Gesamtlänge des hydrophoben Segments sollte in Bezug auf die Länge des hydrophilen Segments kurz sein. Die amphiphilen Segmentpolyurethane (1), (3) und (8) sind bevorzugt, das sie leicht synthetisiert werden können und die Polymer-Segmente leicht innerhalb eines weiten Bereichs variiert werden können.
Die amphiphilen Segmentpolyurethane der vorliegenden Erfindung sind mindestens ternäre oder höhere Multiblock- Copolymere, d.h. sie enthalten mindestens drei unterschiedliche Arten von Alkylenoxid-Segmenten. Der Grund dafür ist, daß binäre Block-Copolymere oder dgl., die nur ein hydrophiles Segment und ein hydrophobes Segment jeweils an den Enden des Polymermoleküls aufweisen, keine hydrophilen Bestandteilssegmente und hydrophoben Bestandteilssegmente haben können, die schrittweise von den ersteren zu den letzteren variiert werden, ausgehend von einem Ende des Polymermoleküls, so daß die Hydrophilie oder Hydrophobie des Polymermoleküls sich über das gesamte Polymermolekül hinweg verjüngt, um eine Hydrophilie-Hydrophobie-verjüngte Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung zu erzielen.
Bevorzugt ist das amphilile Segmentpolyurethan, in welchem der Unterschied in der Anzahl der Kohlenstoffatome in besagten Alkylen-Gruppen R&sub1; bis Rx, die das benachbarte Alkylenoxid-Segment bilden, 3 oder weniger ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Alkylen-Gruppe Rx in dem X' benachbarten Alkylenoxid-Segment 2 bis 3 Kohlenstoffatome und besagte Alkylen-Gruppe R&sub1; in besagtem Polyalkylenoxid-Segment hat 4 bis 7 Kohlenstoffatome.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Alkylen-Gruppe Rx in dem X' benachbarten Alkylenoxid-Segment von 2 bis 3 Kohlenstoffatome und die Anzahl der Kohlenstoffatome in jedem der besagten Alkylen-Gruppen Ry, R&sub1;' und R&sub1;" in besagtem Polyester-Segment der Formeln (II) oder (III) beträgt mindestens 5.
Ein weiteres bevorzugtes amphiphiles Segmentpolyurethan ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Isocyanat-Gerüstverbindung in den Serien (A) bis (C) einen mittleren Löslichkeitsparameter hat, der zwischen den Löslichkeitsparameterwerten der benachbarte Segmente liegt.
Als nächstes werden im folgenden Polyester-Segmente beschrieben, in denen die Gruppe -(S)- ein lipophiles Segment ist. In den Polyesterglykolen der vorliegenden Erfindung kann man die Lipophilie vorteilhafterweise auf der Grundlage der Zahl der Methylen-Gruppen in den Segmenten in Bezug auf die Hydrophobie, wie sie auf der Anzahl der Methylen-Gruppen in den Alkylenoxid-Segmenten beruht, variieren, um eine strenge Kontrolle der Hydrophilie-Hydrophobie-Lipophilie-verjüngten Struktur der erfindungsgemäßen Segmentpolyurethane auszuüben. Zu diesem Zweck kann man die Fettsäurepolyester gemäß (II) und (III) verwenden. Aliphatische Polyester der Formel (II) können das Reaktionsprodukt von aliphatischen Dicarbonsäuren und Glykolen sein. Aliphatische Polyester mit niedrigem Molekulargewicht sind brüchig und wachsartig, während die Polyester mit hohem Molekulargewicht zäh und keratinös sind. In der vorliegenden Erfindung verwendet man vorzugsweise wachsartige Polyester mit einem niedrigen Molekulargewicht. Der Schmelzpunkt der wachsartigen Polyester nimmt mit der Zunahme des Molekulargewichts zu und jene, die ein relativ niedriges Molekulargewicht aufweisen, besitzen einen nahezu konstanten Schmelzpunkt. Der Schmelzpunkt ist in jedem Polyester, der eine Dicarbonsäure und einen zweiwertigen Alkohol umfaßt, ein innerer Wert. Zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung werden die Polyester auf jene beschränkt, die ein Molekulargewicht von 500 bis 3 000 haben. Im allgemeinen weisen Polyester mit Seitenketten, die die intramolekularen Abstände vergrößern und die Symmetrie des Moleküls verringern können, einen niedrigen Schmelzpunkt auf, und die meisten davon sind flüssig. Solche flüssigen Polymere kann man leicht in der vorliegenden Erfindung verwenden, vorausgesetzt daß sie so ausgewählt werden, daß sie das erforderliche Gleichgewicht der Hydrophilie-Hydrophobie- Lipophilie in dem gesamten Polymer als auch irgendwelche gewünschten Eigenschaften im Hinblick auf Schmelztemperatur und Viskosität oder andere chemische Eigenschaften wie Affinität mit niedermolekularen Verbindungen liefern.
Spezifische Beispiele der aliphatischen Dicarbonsäuren und Glykole, die zur Herstellung der aliphatischen Polyester der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind im folgenden aufgeführt, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf diese erläuternden Beispiele begrenzt ist. Typische Glykole beinhalten HORyOH, worin Ry bedeutet -(CH&sub2;)&sub2;-, -CH(CH&sub3;)CH&sub2;-, -CH(CH&sub3;)(CH&sub2;)&sub2;-, -(CH&sub2;)&sub4;-, -(CH&sub2;)&sub5;-, -(CH&sub2;)&sub6;-, -(CH&sub2;)&sub2;&sub0;-,
und typische Dicarbonsäuren beinhalten HOOC(CH&sub2;)nCOOH, worin n eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist, wie sie beispielsweise in V. V. Korshak et al., Zh. Obshch. Khim, 26 539 (1956) beschrieben sind. Vorzugsweise ist besagtes Polyester-Segment (S) der allgemeinen Formel (II) das Reaktionsprodukt einer zweibasigen Säure und eines zweiwertigen Alkohols ausgewählt aus Ethylenglykol, Propylenglykol und Tetramethylenglykol.
Unter den durch Kombination dieser Glykole und Dicarbonsäuren erzeugten Polyester werden jene mit einem relativ niedrigen Molekulargewicht (500 bis 3 000) geeigneterweise in der vorliegenden Erfindung verwendet. Obwohl man erwarten würde, daß der Unterschied zwischen der Esterbindung des Polyesters und der Etherbindung des Polyethers einen gewissen Einfluß auf die Hydrophilie oder Hydrophobie der Polymere hat, haben die vorliegenden Erfinder bestätigt, daß die Esterbindung eine starke intermolekulare kohäsive Kraft im Festzustand ausübt und daß die Polyester eine stärkere Affinität zu lipophilen Lösungsmitteln haben als die Polyether. Darüber hinaus sind die Polyester, selbst wenn sie ein geringes Molekulargewicht aufweisen, fest, hart und wachsartig wegen der durch die Esterbindung darin verursachten intermolekularen Kraft, aber wenn man sie schmilzt, gehen diese in eine Flüssigkeit mit einer geringen Viskosität über. Dementsprechend kann man unter Verwendung solcher Polyester- Segmente Polymere erhalten, die eine definierte Variationsbreite hinsichtlich Schmelzpunkt und Viskosität aufweisen. Polymere dieser Art unterscheiden sich von den anderen amphiphilen Segmentpolyurethanen, die nur Polyalkylenoxide mit von 5 bis 7 Kohlenstoffatomen als lipophile Segmente enthalten, da die Polyester- Segmentpolymere im Festzustand härter sind und einen stärker definierten, sichtbaren Schmelzpunkt (Tm) und eine geringe Viskosität in flüssiger Phase im Vergleich zu den letzteren Polymeren aufweisen. Darüber hinaus hat die Verwendung von Polyester-Segmenten dieser Art den Vorteil, daß man viele Arten von Polyestern verwenden kann, einschließlich von flüssigen Polyestern, um verschiedene Segmentpolyurethane, die individuell eine unterschiedliche Lipophilie-Hydrophobie- Hydrophilie-Balance aufweisen, bereitzustellen.
Auf die gleiche Weise kann man aus cyclischen Estern erhaltene Ringspaltungspolymere, die durch die Formel (III) dargestellt werden, verwenden. Die Ringspaltungspolymere haben vorzugsweise ein Molekulargewicht von etwa 200 bis 3 000, stärker bevorzugt von etwa 500 bis 2 000 und können nach einem beispielsweise in Union Carbide Co., britisches Patent Nr. 981 199 (1965) beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Spezifische cyclische Ester beinhalten beispielsweise β-Lactone mit γ-Lactone mit δ-Lactone mit macrocyclische Lactone mit
worin R eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, im allgemeinen eine Methyl-Gruppe, bedeutet und n eine ganze Zahl von 8 bis 16 bedeutet. Polyesterglykole, die das Reaktionsprodukt eines Ringspaltungspolymers aus &epsi;- Caprolacton und Ethylenglykol sind, sind leicht zu erhalten, und jene mit einem Molekulargewicht von 500 bis 2 000 werden vorteilhafterweise in der vorliegenden Erfindung verwendet. Darüber hinaus kann man Poly-β-methyl-δ-valerolactonglykol mit einem Molekulargewicht von 1 000 bis 3 000 als flüssigen Polyester mit geringer Viskosität verwenden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist besagtes Polyester- Segment der allgemeinen Formel (III) das Reaktionsprodukt aus &epsi;-Caprolacton oder β-Methyl-δ-valerolacton und einem zweiwertigen Alkohol, ausgewählt aus Ethylenglykol, Propylenglykol und Tetramethylenglykol.
Im allgemeinen werden Polyalkylenoxide durch Ringspaltungspolymerisation von cyclischen Ether-Verbindungen hergestellt und weisen mit der Abnahme der Zahl der Methylen- Gruppen, die sie enthalten, eine zunehmende Hydrophilie auf, da der Anteil der Ethersauerstoffatome größer wird. Mit einer Zunahme der Anzahl der Methylen-Gruppen in den Alkylenoxiden werden sie stärker hydrophob, da der Anteil der Ethersauerstoffatome darin kleiner ist. Aus den oben angegebenen Gründen sind Alkylenoxide mit mehr Methylen- Gruppen hydrophob.
Im Hinblick auf die Hydrophobie und den Einfluß des Molekulargewichts verhalten sich aliphatische Polyester, die eine Kette aus Methylen-Gruppen enthalten im allgemeinen ähnlich wie die zuvor beschriebenen Ether und Ester trotz einiger Unterschiede. Das Polymer vom Ether-Typ ist den Polyestern in seinen hydrolytischen Eigenschaften überlegen, aber ist dem Polymer vom Ester-Typ in seiner Ultraviolettbeständigkeit unterlegen. Ferner ist das Polymer vom Ester-Typ im Festzustand wegen einer intermolekularen Kohäsivkraft härter als das Polymer vom Ether-Typ, wogegen das Polymer vom Ether-Typ ein weiches und wachsartiges Polymer ist. Daher kann man diese Arten von Polymeren gemäß den verschiedenen Zwecken ausgewählen.
Die in der vorliegenden Erfindung zu verwenden Alkylenoxidpolymere weisen vorzugsweise einen geringen Polymerisationsgrad auf, da diese Strukturelemente zur Bildung der Segmente in den erfindungsgemäßen Segmentpolyurethanen sind. Darüber hinaus kann man diese unter Berücksichtigung der gewünschten Balance aus Hydrophilie-Hydrophobie-Lipophilie, Schmelzpunkt und Viskosität des resultierenden Polymers und irgendeiner gewinschten Affinität zu niedermolekularen Verbindungen geeignet auswählen. In Abhängigkeit von diesen Faktoren beträgt das Molekulargewicht der Segmente im allgemeinen 500 bis 3 000. Wird das Molekulargewicht extrem erhöht, verringert sich der Anteil der Endgruppen beträchtlich, wobei man das segmentierte Polyurethan kaum durch die Urethanbindung der Endgruppen erhält, was dazu führt, daß die Ausbeute beträchtlich sinkt. Da ferner bei solch einem hohen Molekulargewicht die Verteilung der molekularen Gewichtsbereiche zu breit ist, kann man kein vollständiges Polymer einer einheitlichen Segmentlänge erhalten.
Als Isocyanat-Verbindungen (A), (B) und (C) und kann man in dem erfindungsgemäßen Segmentpolyurethan verschiedene Diisocyanate verwenden, einschließlich von z.B. p- Phenylendiisocyanat (SP-Wert: 12,84), 2, 4-Toluylendiisocyanat TDI (SP-Wert: 12,77), 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat MDI (SP- Wert: 12,54), Naphthalin-1,5-diisocyanat (SP-Wert: 13,29), Hexamethylendiisocyanat (SP-Wert: 11,14), Lysindiisocyanat (SP-Wert: 11,76), Xylylendiisocyanat (SP-Wert: 12,35), hydriertes TDI (SP-Wert: 11,19), hydriertes MDI (SP-Wert: 11,37), Dicyclohexyldimethylmethan-p,p'-diisocyanat (SP-Wert: 10,55), Diethylfumaratdiisocyanat (SP-Wert: 12,11), Isophorondiisocyanat (SP-Wert: 11,41). Vorzugsweise verwendet man Diisocyanate mit einem mittleren SP-Wert, der ungefähr den SP-Werten der beiden benachbarten Alkylenoxid-Segmente gleichkommt, um die verjüngte Hydrophilie-Hydrophobie- Struktur des resultierenden Segmentpolyurethans zu verbessern.
In den erfindungsgemäßen Segmentpolyurethanen ist die Endgruppe -X' -OH, -Cl, -Br oder -F in der hydrophilen Segmentseite, während die Gruppe -OX
(worin R eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Vinyl-Gruppe bedeutet; (u) eine Isocyanat- Gerüstverbindung wie zuvor beschrieben bedeutet) in der hydrophoben Segmentseite ist. Der SP-Wert von (u) in der Endgruppe -OX ist vergleichsweise gering, vorzugsweise etwa 12 bis 9, da es sich um die hydrophobe Segmentseite handelt. Als Isocyanat-Verbindung (u) verwendet man vorzugsweise Isophorondiisocyanat.
Die folgende Tabelle 2 zeigt einige typische Beispiele von erfindungsgemäßen Segmentkombinationen, obwohl die vorliegende Erfindung nicht so gedeutet werden sollte, als sei sie in irgendeiner Weise auf diese spezifischen Beispiele begrenzt. In der folgenden Tabelle 2 ist ein systematisches Flußdiagramm für die Synthese von erfindungsgemäßen Polymeren angegeben. Tabelle 2
PAO: Polyalkylenoxid, PES: Polyester, PTMG: Polytetramethylenglykol, PPG: Polypropylenglykol, PEG: Polyethylenglykol
*1: Polyhexamethylenglykol, *2: Poly-&epsi;-caprolacton, *3: Poly-3-methylpentan-1,5- diol-adipat, *4: Polybutylenadipat, *5: Drei PEG-1000 sind miteinander verknüpft,
Isocyanat: Hexamethylendiisocyanat
Das hydrophobe Ende ist mit Butylisocyanat blockiert unddas hydrophile Ende ist -OH. (Der Katalysator ist n-Butylzinndilaurat. Die Urethanbildungsreaktion wird 3 h bei 50ºC in Benzol ausgeführt.)
Im folgenden wird die Wirkung der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert.
Die erfindungsgemäßen amphiphilen Segmentpolyurethane mit einer Urethan-Bindung zwischen Alkylenoxid-Segmenten weisen im allgemeinen eine verstärkte Festigkeit im Vergleich mit Homopolymeren aus Alkylenoxiden oder Block-Copolymeren auf, in denen Alkylenoxide direkt miteinander verknüpft sind. Beispielsweise wird aus Homopolymeren von Alkylenoxiden mit zunehmenden Polymerisationsgrad im allgemeinen ein weißer, wachsartiger und brüchiger Feststoff bis die Grenze erreicht ist, bei der sie als Segmente nützlich sind. Die erfindungsgemäßen Segmentpolyurethane können in Abhängigkeit von der Balance aus Kristallinität und Nicht-Kristallinität der Segmentpolyurethan transparente Elastomere sein, da die viskoelastische Festigkeit sich gemäß der Art oder der Anzahl der Urethan-Bindungen, die zwischen den Segmenten vorliegen, verstärkt. Demenstprechend kann man die Segmentpolyurethane der vorliegenden Erfindung zu unterschiedlich geformten Produkten formen, einschließlich von filmförmigen, plattenartigen, stabartigen oder anders geformten Gegenständen. Dies ist ein charakteristischer Aspekt der vorliegenden Segmentpolyurethane, den man bei irgendwelchen anderen Homopolymeren oder Copolymeren aus Alkylenoxiden nicht antrifft. In Block-Copolymeren aus Alkylenoxiden wechselwirken die benachbarten Segmente miteinander, ein Effekt, der in unerwünschter Weise die delikate Balance in der Hydrophilie oder Hydrophobie eines jeden Segments beeinträchtigt. Während man erwarten könnte, daß in den erfindungsgemäßen Segmentpolyurethanen der Polymerisationseffekt der intramolekularen Segmente und die intermolekulare Wechselwirkung die Kristallinität der Polymere durchbrechen oder deren Erweichungspunkt erniedrigen, reduziert die Urethanbindung zwischen den Segmenten auf vorteilhafte Weise die gegenseitige Störwechselwirkung der Segmente. Dementsprechend ermöglichen die erfindungsgemäßen Polyurethane die effektive Nutzung des Unterschieds in Hydrophilie oder Hydrophobie in jedem Segment, das so aufgebaut ist, daß die Hydrophilie- Hydrophobie sich von einem Ende des Polymermoleküls verjüngt. Nun werden typische Anwendungen der erfindungsgemäßen Polymere vorgesehen, die die überraschenden Vorteile und Wirkungen der erfindungsgemäßen amphiphilen Segmentpolyurethane klar machen, und für den Fachmann leicht andere Verwendungen nahe legen.
Die wichtigste Verwendung der erfindungsgemäßen Segmentpolyurethane liegt in Anwendungen, die es gestatten, die bemerkenswerte Spezifität der Wechselwirkung zwischen Polymersegment und niedermolekularer Verbindung zu nützen. Beispielsweise kann man das spezifische Verhalten des molekularen Aggregats vorteilhafterweise in Grundstoffkomponenten einsetzen, die in der Lage sind, einen Wirkstoff (drug) allmählich freizusetzen.
Die erfindungsgemäßen Segmentpolyurethane sind amphiphile Polymere, in denen die Hydrophilie-Hydrophobie eines jeden Segments schrittweise von einem Ende des Polymermoleklüls zum anderen verjüngt ist, und in denen die Enden des Polymers sind verhältnismäßig hydrophil und hydrophob. Wenn man einen Wirkstoff in solch einem Segmentpolyurethan löst, ist dementsprechend der gelöste Wirkstoff schwach gebunden und wird in der Ethersauerstoff-Position des jeweiligen Segments des Polymers gehalten, infolge von Wasserstoffbindungen, Vander-Waals-Kräften, die beispielsweise dazwischen auftreten. Ist der Wirkstoff hydrophil, wird er zu den Segmenten in der hydrophilen Seite transferiert, die eine verstärkte Hydrophilie aufweisen, und wird dann allmählich von dem Ende der hydrophilen Seite des Polymers freigesetzt. Ist der Wirkstoff hydrophob, wird er zu den Segmenten in der hydrophoben Seite transferiert, die eine verstärkte Hydrophobie aufweisen, und wird dann allmählich von dem Ende der hydrophoben Seite des Polymers freigesetzt. Solch eine Wirkung kann man effizient nur durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Segmentpolyurethane, die aus verknüpften Alkylenoxid-Segmenten mit einer Hydrophilie-Hydrophobieverjüngten Struktur aufgebaut sind, erzielen. Dieser Punkt wird detaillierter im folgenden erklärt werden.
Im allgemeinen weisen niedermolekulare Verbindungen (mit Ausnahme von Kohlenwasserstoffen, die keinen polaren Gruppen haben) sowohl polare als auch nicht-polare Gruppen auf, und diese Gruppen befinden sich in der molekularen Struktur der Verbindungen im Gleichgewicht wie dies im allgemeinen für die Molekularstruktur von Wirkstoffen gilt. In Wirkstoffpräparaten, bei denen ein Wirkstoff in ein Polymer als Grundstoffkomponente inkorporiert wird, ist es wünschenswert, die Effizienz, mit der der Wirkstoff aus der Zusammensetzung freigesetzt wird zu erhöhen, ist es wünschenswert, daß der Wirkstoff eine relativ schwache Affinität zu dem Polymer als Grundstoffkomponente aufweist, und daß der Wirkstoff im Grundstoff einheitlich dispergiert ist, während er noch einen hohen Aktivitätskoeffizienten aufweist. Die Kontrolle über die Freisetzung des Wirkstoffs aus solchen Wirkstoffzusammensetzungen wird durch die Bindungskraft zwischen dem Wirkstoff und dem Grundstoffpolymer, d.h. durch die schwache intermolekulare Wechselwirkung zwischen diesen, sowohl als durch den Dispersionszustand auf einem molekularen Niveau und das thermische und physikochemische Verhalten des Polymers und des Wirkstoffs beeinflußt.
Insbesondere würde bei einer zu starken Bindung zwischen dem Wirkstoff und dem Polymer, z.B. wenn es sich um eine Bindung durch Koordination, um eine kovalente Bindung, eine ionische Bindung oder eine ähnlich starke Bindung handelt, der Wirkstoff durch die Reaktion mit dem Polymer chemisch verändert, wobei der Wirkstoff keinen hohen Aktivitätkoeffizient haben könnte. Wenn jedoch die beiden Komponenten durch eine Wasserstoffbindung (Bindungsenergie: mehrere kcal/mol), Van der Waals-Kräfte (Bindungsenergie: 1 kcal/mol oder weniger) oder eine ähnlich schwache Bindung gebunden werden, reagiert der Wirkstoff kaum mit dem Polymer, so daß der Wirkstoff noch einen freien und hohen Aktivitätsgrad haben kann. Alkylenoxide weisen Ethersauerstoffe auf und es ist wohlbekannt, daß diese Sauerstoffe eine Wasserstoff-Bindung zu einem aktiven Wasserstoffatom von Alkylcarbonsäuren (z.B. olefinische Säure) oder höheren Alkoholen, wobei es sich um Kohlenwasserstoffe handelt, die eine polare Gruppe enthalten, bilden, so daß die Alkylenoxide diese Kohlenwasserstoffe löslich machen können, und sich im Fall von Wirkstoffen eine schwache Bindung zwischen den Alkylenoxiden und den Wirkstoffen ausbildet.
Die Hydrophobie der Alkylenoxide variiert in Abhängigkeit von deren Anzahl an Methylen-Gruppen (oder der Anzahl der Kohlenstoffatome der Alkylen-Gruppen). Obwohl in den Monomereinheiten der hydrophobe Effekt nicht so bemerkbar ist, wird er bemerkenswert, wenn man die Monomereinheiten unter Bildung eines linaren Polymer-Segments verknüpft. Dementsprechend haben die erfindungsgemäßen Segmentpolyurethane, die verschiedene Alkylenoxid-Segmente enthalten, die durch eine Urethanbindung so verknüpft sind, daß die Anzahl der Methylen-Gruppen (oder Kohlenstoffatome der Alkylen-Gruppe) schrittweise zunimmt oder abnimmt, eine sanft Hydrophilie-Hydrophobie-verjüngte Struktur. Aus diesem Grund verteilt sich die Konzentration eines Wirkstoffs im dispergierten Zustand in Übereinstimmung mit der verjüngten Struktur der Segmente, wenn man einen Wirkstoff in dem Polymer in einer Menge dispergiert, die ausreicht, um die Ethersauerstoffatome der Alkylenoxid-Segmente zu sättigen, um eine schwache Bindung zwischen dem Sauerstoff und dem Wirkstoff in Form einer molekularen Dispersion zu bilden. Wenn der zu dispergierende Wirkstoff stärker lipophil ist, wechselwirken die Methylen-Ketten in den Segmentpolyurethanen bequemerweise mit dem Wirkstoff unter Bildung einer effektiven molekularen Dispersion, wobei die Konzentration des Wirkstoffs im molekularen Dispersionszustand unter Bildung eines Konzentrationsgradienten verjüngt sein wird. Somit liefert der sanft verjüngte Gradient der Hydrophilie- Hydrophobie in den Segmentpolyurethanen eine Position, die die höchste Affinität zu einem Wirkstoff mit der höchsten Konzentration in der Nähe des Segments aufweist, welches der Löslichkeitskonstante des Wirkstoffs entspricht, und daher entspricht irgendein Segment des Polymers der Lipophilie oder Hydrophilie irgendeines Wirkstoffs. Insbesondere haben die Segmentpolyurethane der vorliegenden Erfindung immer eine geöffnete Molekülstruktur, die es irgendeinem lipophilen Wirkstoff gestattet, sich von der Seite des lipophilen Segments des Polymers zu bewegen und es irgendeinem hydrophilen Arzneimittel gestattet, sich von der Seite seines hydrophilen Segments zu bewegen.
In den erfindungsgemäßen Polymeren ist jedes Segment durch eine Polyurethan-Bindung getrennt, und jedes getrennte Segment behält sein ursprüngliches thermisches Bewegungsverhalten bei, das durch seine molekulare Bindungskraft, sein Molekulargewicht und seine intermolekularen Kräfte bestimmt wird. Dementsprechend kann man bei einer bestimmten Temperatur die Bewegung eines Wirkstoffs auslösen, der sich in der Nähe eines Segments mit aktiver thermischer Bewegung befindet. Die Schmelztemperatur des gesamten Polymers wird durch die Wechselwirkung zwischen den Segmenten bestimmt, und die Temperatur hängt ebenfalls von der thermischen Bewegung eines jeden Segments ab.
Gemäß der zuvor erwähnten intermolekularen Wechselwirkung kann man verschiedenartige, in den Polymergrundstoff inkorporierte Wirkstoffe aus der Polymerzusammensetzung nach einem spezifisch kontrollierten Freisetzungsmuster freisetzen.
Darüber hinaus kann man wärmeempfindliche Polymere, die bei einer bestimmten Temperatur schmelzen, erhalten, indem man die Sequenz der hydrophilen oder hydrophoben Segmente und deren Molekulargewicht auf geeignete Weise reguliert; und wasserempfindliche Polymere können ebenfalls erhalten werden, indem man den Anteil der Ethersauerstoffe und den Anteil der hydrophilen Segmente auf geeignete Weise reguliert. Wenn man einen Wirkstoff in solch einem Polymer löst, wird es bei der bestimmten Temperatur schmelzen. Wenn man es mit Wasser in Kontakt bringt, kann es infolge der Grenzflächenenergie Mikrokugeln bilden, und in Richtung der wäßrigen Phase selbstemulgierend sein, und beim Kontakt mit einer öligen Verbindung werden die Mikrokugeln aufbrechen und der darin gelöste Wirkstoff kann freigesetzt werden.
Man kann die erfindungsgemäßen Segmentpolyurethane auch als Trennmembran verwenden. Die erfindungsgemäßen Segmentpolyurethane, die eine hohe Viskoelastizitätsfestigkeit aufweisen, können leicht zu Filmen geformt werden. Jedes Struktursegment weist eine unterschiedliche Löslichkeit gegenüber Lösungsmitteln auf, da die Polymere eine Hydrophilie-Hydrophobie-verjüngte Struktur aufweisen, in der jedes Struktursegment schrittweise vom hydrophilen zum hydrophoben, von einem Ende des Polymermoleküls bis zum anderen variiert ist. Dementsprechend kann man ein Lösungsmittel um das Segment herum, das die höchste Affinität zu dem Lösungsmittel aufweist, in Form einer molekularen Dispersion dispergieren, wobei der Segmentteil unter Bildung einer Flüssigphase für die selektive Permeation im Lösungsmittel gelöst wird. Insbesondere die Trennung macht sich den Unterschied in der Löslichkeit, jedoch nicht den Unterschied in der Diffundierbarkeit zunutze. Dementsprechend kann man sogar eine Mischung aus Wasser und einem niederen Alkohol, deren Trennung schwierig ist, in die einzelnen Bestandteile trennen, vorausgesetzt daß, die Hydrophilie oder Hydrophobie eines jeden Segments sorgfältig reguliert wird, so daß jede der jeweiligen Bestandteile die Polymermembran selektiv durchdringen kann. In dem Fall, wenn ein niederer Alkohol wie Ethanol selektiv durchdringen soll, ist es erforderlich, daß das Polymer ein PTMG-Segment (Molekulargewicht: 800 bis 3 000) aufweist, das eine hohe Affinität zum Alkohol zeigt. Man kann jedoch keine effiziente Trennung erwarten, wenn das Polymer nur ein PTMG-Segment in einem Molekül besitzt und es ist daher wünschenswert, mehrere PTMG-Segmente über eine Urethan-Bindung zu verknüpfen, um den Anteil des PTMG-Gehalts im Polymermolekül zu erhöhen oder auf geeignete Weise eine oder mehrere PEG-Ketten darin zu inkorporieren, um die Trenneffizienz der Polymermembran zu erhöhen. Bei der Trennung verringert das Quellen der Membran die Trenneffizienz. Um das Quellen zu verringern, kann man beispielsweise trifunktionelle Isocyanate in das Polymer einführen, um eine Netzwerkstruktur zu bilden, die das Quellen der Membran so weit wie möglich verringert.
Man kann die amphiphilen Segmentpolyurethane der vorliegenden Erfindung auch als ionische Leiter nützen. Beispielsweise kann bei der Zugabe eines Metallsalzes zu dem Segmentpolyurethan das Metallsalz in jedem Segment in der Position des Ethersauerstoffs einen Komplex bilden, wobei die ionische Leitfähigkeit in dem hydrophoben Segment (d.h. dem Segment mit einer Alkylen-Kette mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen) infolge des großen Abstands zwischen den Ethersauerstoffen und der Trennung der daran gebundenen Metallsalze begrenzt ist, während die ionische Leitfähigkeit in dem hydrophilen Segment (d.h. dem Segment mit einer Alkylen-Kette mit 3 oder weniger Kohlenstoffatomen) gut ist, da der Abstand darin kurz ist. Dementsprechend gibt man das Polymer in Wasser, um Micellen zu bilden, die hydrophile Segmente wie PEG, PPG in den äußeren Bereichen aufweisen, läßt LiClO&sub4; oder NaI auf diese nach außen gewandten hydrophilen Segmente unter Bildung von Metallkomplexen einwirken, und formt aus dem resultierenden Polymerkomplex einen Film, wobei man einen ionischen Leiter erhält. In diesem Fall wirken die hydrophoben Segmente im Polymer, die keine Metallkomplexe bilden, als formerhaltendes Gerüst. Die Einstellung des Schmelzpunkts des Polymers durch Einstellung des Molekulargewichts eines jeden Segments ist im Hinblick auf eine geeignete Kontrolle der Stärke der Ionenleitung des Ionenleiters, auf der Grundlage der Grenze des so eingestellten Schmelzpunkts, wirksam.
Ferner kann man die erfindungsgemäßen amphiphilen Segmentpolyurethane als Flüssigmembran nutzen. Im allgemeinen handelt es sich bei einer Flüssigmembran um eine Verbundmembran, in der ein Tensid auf den homogenen Film im Flüssigzustand einwirkt. Das Tensidmolekül aggregiert in der Grenzfläche, wenn man es auf die Flüssigmembran aufbringt, wobei der hydrophile Teil des Moleküls der Lösungsseite und der hydrophobe Teil der homogenen Filmseite gegenüberliegt Wenn man bei der Umkehrosmose eine Salzlösung zuführt, und dazu einen Polyvinylmethylether als Tensid gibt, hängt der Grad der Salzpermeation von dem Hydrophilie-Hydrophobie- Verhältnis des die Flüssigmembran bildenden Tensidmoleküls ab. Tenside, die zu einem hohen prozentualen Wert der Salzentfernung führen, umfassen Polyoxyethylennonylphenol, Polyvinyloctadecylether. Unter den erfindungsgemäßen Segmentpolyurethanen führen jene, die Segmente hoher Hydrophilie und Segmente hoher Hydrophobie umfassen, zu einem hohen Prozentsatz der Salzentfernung. Auch sind erfindungsgemäße Polymere mit PPG-Segmenten im Polymermolekül wegen der Methyl-Seitenkette im PPG-Segment schwierig zu kristallisieren Wenn diese Polymer innere flüssige PPG- Segmente enthalten, obwohl sie fest in ihrer Gesamtform sind, können sie dementsprechend, auf Grundlage der Lösungscharakteristika der flüssigen PPG-Segmente, als eine ölige Emulsionsbereiche enthaltende Flüssigmembran verwendet werden, die keinen Träger erfordert.
Ferner haben die erfindungsgemäßen amphiphilen Segmentpolyurethane als amphiphile Polymere, die eine Hydrophilie-Hydrophobie-Struktur aufweisen, die sich in einer Anordnung von einem Ende des Polymermoleküls zum entgegengesetzten Ende des Polymermoleküls verjüngt, eine höhere Emulgierungskraft als niedermolekulare Tenside und können eine stabile Emulsion bilden. Darüber hinaus weisen die vorliegenden Polymere ein ausgezeichnetes Dispersionsvermögen und eine ausgezeichnete Solubilisation auf, und sind praktisch nicht-toxisch und in keinster Weise hautreizend Dementsprechend kann man die erfindungsgemäßen Polymere in vorteilhafter Weise als Verbundemulsionen des Kern-Schale-Typs beispielsweise als Emulsionen zur medizinischen Verwendung oder Untersuchung (z.B. als Proteinadsorbentien) verwenden. Ferner kann man die erfindungsgemäßen Polymere, die eine große Lösungsfähigkeit besitzen, als Lösungsvermittler für Agrochemikalien, Parfüme, Kosmetika verwenden.
Die folgenden Beispiele sollen besondere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutern, aber nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung des Erfindungsbereichs gedeütet werden.

Beispiel 1

Eine Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) von 1 mol Polytetramethylenglykol (mittleres Molekulargewicht: 2 000) wurde mit einer Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) von 2 mol xylylendiisocyanat bei 50 bis 55ºC 3 h umgesetzt. Als nächstes gab man eine Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) eines Produkts, das man durch die Umsetzung von 1 mol Polyhexamethylenglykol (mittleres Molekulargewicht: 1 000) und 1,05 mol n-Butylisocyanat bei 60 bis 70ºC über eine Dauer von 3 h erhalten hatte, zu dem resultierenden Reaktionsprodukt und setzte weiter bei 50 bis 55ºC 3 h lang um. Zu dem erhaltenen Reaktionsprodukt gab man eine Benzol- Lösung (20 Gew./Vol.%) von 1 mol 4,4'- Diphenylmethandiisocyanat und 1 mol Polypropylenglykol (mittleres Molekulargewicht: 1 000) und setzte diese Lösung bei 50 bis 55ºC 3 h lang weiter um. Man gab eine Benzol- Lösung (20 Gew./Vol.%) von 1 mol Polyethylenglykol (mittleres Molekulargewicht: 1 000) zu dem letzten Reaktionsprodukt und setzte weiter bei 50 bis 55ºC 3 h lang um. Bei dieser Reaktion wurde das verwendete Benzol vor der Verwendung vollständig durch Destillation entwässert. Ferner gab man 0,01 g Dibutylzinndilaurat als Katalysator hinzu. Das so erhaltene Reaktionsprodukt wurde lyophilisiert, um Benzol zu entfernen, wobei man das gewünschte Polymer mit der folgenden Strukturformel erhielt.
worin das Polyhexamethylenglykol-Segment ein mittleres Molekulargewicht von 1 000 hat, das Polytetramethylenglykol- Segment ein mittleres Molekulargewicht von 2 000 hat; das Polypropylenglykol-Segment ein mittleres Molekulargewicht von 1 000 hat; das Polyethylenglykol-Segment ein mittleres Molekulargewicht von 1 000 hat; ein Xylylendiisocyanat- Gerüst bedeutet; und ein 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat- Gerüst bedeutet.
Das so erhaltene Polymer wurde isoliert und in einer präparativen GPC-Säule gereinigt (ASAHIBAG GS-310P, hergestellt von Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha) um jegliche Verunreinigungen und nicht-umgesetzte Produkte zu entfernen. Das mittlere Molekulargewicht des so erhaltenen amphiphilen ouaternären Block-Segmentpolyurethans betrug 6 300, wobei Mw/Mn 1,2 war. Das Polymer wurde mit einer Butyl-Gruppe in der Polyhexymethylenglykol-Seite blockiert und wies eine Hydroxy-Gruppe in der Polyethylenglykolseite auf. Der Schmelzpunkt war 36,5ºC und wurde visuell gemessen.
Zu 100 g dieses Polymers gab man 0,5 mg Undecylensäure (Smplt 24,5ºC, wasserunlöslich, ethanollöslich), jeweils im geschmolzem Zustand bei 40ºC, und löste die Mischung gleichmäßig. Eine Polyethylenfilm-Grundlage wurde mit der resultierenden Lösung in einer Menge von 500 mg beschichtet, um darauf einen Überzug mit einer Dicke von 200 um zu bilden, und dann brachte man die Oberfläche des Polymerüberzugs auf menschliche/Rattenhaut, wobei man die Migration und Absorption von Undecylensäure im Lauf der Zeit beobachtete. Anfangs wurde die Säure etwas schnell freigesetzt und danach wurde die Säure allmählich mit einer Freisetzungskontrolle nullter Ordnung freigesetzt. Nach 50 h erreichte der Freisetzungsprozentsatz einen Spitzenwert von 65 bis 75 %.
Das obige Ergebnis demonstriert, daß die durch schwache Wasserstoffbindung zwischen dem Ethersauerstoff in dem Alkylenoxid-Segment und der Fettsäure erzielte molekulare Dispersion und die sanft verjüngte Hydrophilie-Hydrophobie- Struktur in dem Polymermolekül bei der kontrollierten Freisetzung der Fettsäure aus dem Polymer wirksam sind. Anhand dieses Beispiels wird dem Fachmann klar, daß die erfindungsgemäßen Polymere zu einer breiten Anwendung bei der kontrollierten Freisetzung und der Lanzeitwirkung von Arzneimitteln oder anderen biologisch aktiven Wirkstoffen befähigt sindlt

Beispiel 2

Eine Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) von 1 mol Polypropylenglykol (mittleres Molekulargewicht: 1 000) wurde mit einer Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) von 2 mol Hexamethylendiisocyanat bei 50 bis 55ºC 3 h umgesetzt. Als nächstes gab man eine Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) eines Produkts, das man durch dreistündige Umsetzung von 1 mol eines Ringspaltungspolymers (mittleres Molekulargewicht: 1 000) aus β-Methyl-δ-valerolacton und Ethylenglykol und 1,05 mol n-Butylisocyanat bei 60 bis 70ºC erhalten hatte, zu dem resultierenden Reaktionsprodukt und setzte weiter 3 h bei 50 bis 55ºC um. Zu dem erhaltenen Reaktionsprodukt gab man eine Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) von 1 mol Polyethylenglykol (mittleres Molekulargewicht: 1 000) und setzte diese Lösung 3 h bei 50 bis Ssltc weiter um. Danach wurde das erhaltene Reaktionsprodukt lyophilisiert, wobei man das gewünschte Polymer mit der folgenden Strukturformel erhielt.
worin das Ringspaltungspolymer-Segment aus β-Methyl-δ- valerolacton und Ethylenglykol ein mittleres Molekulargewicht von 1 000 hat; das Polypropylenglykolsegment ein mittleres Molekulargewicht von 1 000 hat; das Polyethylenglykol ein mittleres Molekulargewicht von 1 000 hat, und ein Hexamethylendiisocyanat-Gerüst bedeutet.
Das erhaltene Polymer wurde isoliert und unter Verwendung einer präparativen GPC-Säule gereinigt, um jegliche Verunreinigungen und nicht-umgesetzte Produkte zu entfernen. Das mittlere Molekulargewicht des so erhaltenen amphiphilen ternären Block-Segmentpolyurethans betrug 3 600, wobei Mw/Mn 1,3 war, und dessen Schmelzpunkt betrug gemäß DSC-Messung 36,4ºC.
Nachdem man 50 g des Polymers in 50 ml Ethanol gelöst hatte, löste man darin Lithiumperchlorat LiClO&sub4; gleichmäßig in einer Menge von 1 mol pro 6 bis 20 Ether-Sauerstoffatornen der Alkylenoxide des Polymers. Als nächstes wurde das Ethanol im Vakuum vollständig verdampft und man erhielt so einen Polymer/Ionenkomplex, der bei Normaltemperatur fest war. Dieser hatte eine Leitfähigkeit von 10&sup7; Ω im Festzustand und von 10&sup5; Ω im Flüssigzustand bei etwa 40ºC oder mehr.
Auf die gleiche Weise bildete man Polymenionenkomplexe, die NaI, KCl, CuCl&sub2;, FeCl&sub3;, NaSCN als Metallsalz enthielten, und untersuchte die Leitfähigkeit eines jeden Komplexes. Die Komplexe hatten im allgemeinen eine Leitfähigkeit von 10&sup7; Ω oder mehr im Festzustand, 10&sup5; bis 10&sup7; Ω im pastösen Zustand bei etwa 30 bis 40ºC und von 10³ bis 10&sup5; Ω im geschmolzenen Zustand bei 40ºC oder mehr. Diese Polymer/Ionenkomplexe eignen sich zur Verwendung als Ionenleiter für Temperatursensoren.
20 g des vorliegenden Polymers wurden geschmolzen und in 100 ml Wasser dispergiert, um darin Mikrokugeln vom Kern- Schale-Typ (durchschnittlicher Durchmesser: 100 µm) zu bilden, wobei man nur die hydrophilen Segmente (PPG, PEG) der Außenseite zu Ionenkomplexen machte. Die resultierenden Mikrokugeln wurden bei etwa 50ºC geschmolzen und geformt, um einen Ionenleiter unterschiedlicher Morphologie zu erhalten, der eine spezifische Leitfähigkeit gemäß dem in JIS K-6911 Paragraph 5 - 13 (JIS: japanische Industrienorm) beschriebenes Testverfahren aufwies.

Beispiel 3

Eine Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) von 1 mol Polypropylenglykol (mittleres Molekulargewicht: 400) wurde mit einer Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) von 2 mol Isophorondiisocyanat bei 50 bis 55ºC 3 h lang umgesetzt. Als nächstes gab man eine Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) eines Produkts, das man durch Umsetzen eines Polyesterpolyols (mittleres Molekulargewicht: 580) aus 1 mol 3-Methylpentan- 1,5-diol und Adipinsäure und 1,05 mol n-Butylisocyanat bei 60 bis 70ºC über 3 h hinweg erhalten hatte, zu dem resultierenden Reaktionsprodukt und setzte weiter 3 h bei 50 bis 55ºC um. Zu dem erhaltenen Reaktionsprodukt gab man eine Benzol-Lösung (20 Gew./Vol.%) von 1 mol Polyethylenglykol (mittleres Molekulargewicht: 1 000) und setzte diese Lösung 3 h bei 50 bis 55ºC weiter um. Das erhaltene Reaktionsprodukt wurde lyophilisiert, wobei man das gewünschte Polymer mit der folgenden Strukturformel erhielt.
worin das MPA-Segment ein mittleres Molekulargewicht von 580 aufweist; das PG-Segment ein mittleres Molekulargewicht von 400 hat; das EG-Segment ein mittleres Molekulargewicht von 1 000 hat; und Isophorondiisocyanat bedeutet.
Das erhaltene Polymer wurde isoliert und unter Verwendung einer präparativen GPC-Säule gereinigt um jegliche Verunreinigungen und nicht-umgesetzte Produkte zu entfernen. Das mittlere Molekulargewicht des so erhaltenen amphiphilen ternären Block-Segmentpolyurethans betrug 2 580, wobei Mw/Mn 1,2 war, und dessen Schmelzpunkt betrug nach einer visuellen Messung 30ºC. Obwohl das Polyurethan Polyethylenglykol als hydrophiles Segment mit Affinität zu Wasser enthielt, war es bei einer Temperatur unterhalb von 30ºC wasserunlöslich. Es schmolz jedoch bei 30ºC oder mehr und wenn man es mit Wasser im flüssigen Zustand in Kontakt brachte, bildete es infolge der Wirkung der Grenzflächenenergie in Wasser mikrosphärische Öltropfen und wurde kräftig in die wäßrige Seite der Phase selbst-emulgiert. Dementsprechend war das hier gebildete Segmentpolyurethan sowohl wärmeempfindlich als auch wasserempfindlich.
Das Segmentpolyurethan wurde geschmolzen und Naphthalenyl- Methylcarbamat-Formalin (Handelsname: SEVIN ), eine Agrochemikalie, wurde in einer Menge von 1 % (nach Gewicht, falls nicht anders angegeben sind alle Prozentwerte Gew.-%- Werte), bezogen auf das Polyurethan, darin gelöst. Diese Agrochemikahe weist pharmazeutische Aktivität gegen Blatthüpfer, Reisinsekten, Blatthalter (leaf holder) und Pflanzenläuse auf und ist bei einer Wasserlöslichkeit von nur 0,1 % nahezu unlöslich in Wasser. Der Dampfdruck bei 25ºC beträgt 5,3 x 10&supmin;³ Pa (4 x 10&supmin;&sup5; mm Hg) und sie bildet ein Pulver mit einem Schmelzpunkt von 142ºC. Diese Agrochemikalie löste sich gut in dem flüssig gemachten Segmentpolyurethan aufgrund des löslichkeitsvermittelnden Effekts der Segmente. Zu der erhaltenen wirkstoffhaltigen Polymerlösung gab man feines Aluminiumhydroxid-Pulver als neutralen anorganischen Füllstoff in einer Menge von 80 % und mischte unter Erhalt eines pulverförmigen Agrowirkstoff (agricultural drug)haltigen Präparats.
Das resultierende Agrowirkstoffpräparat wurde in vitro aufgesprüht und dessen Langzeitfreisetzbarkeit getestet. Man beobachtete praktisch keine Freisetzung der Wirkstoffkomponente, wenn diese trocken war oder mit Wasser bei 30ºC oder weniger in Kontakt gebracht wurde. Wenn man jedoch etwa 5 ml Wasser über 1 g des Präparats, das auf 30ºC oder mehr erwärmt wurde, versprühte, worauf der Polymer- Bestandteil darin schmolz, bildete das Präparat Mikrokugeln in Form öliger Tröpfchen (mittlerer Durchmesser: 30 µm), die von der Pulveroberfläche in die wäßrige Phase selbstemuglierten. Die mikrosphärischen Öltröpfchen wurden auf die Blätter und Stengel von Pflanzen aufgebracht. Wenn diese mit der Haut der oben erwähnten Schädlingsinsekten in Kontakt gebracht wurden, brachen die Mikrokugeln wegen der Hydrophobie der Insektenhaut auf, wodurch die gelöste Wirkstoffkomponente allmählich freigesetzt wurde und in die Insektenkörper eindrang, von diesen absorbiert wurde und diese tötete. In diesem Fall wird die Langzeitwirkung des Agrowirkstoffbestandteils durch die verjüngte Hydrophilie- Hydrophobie-Struktur der Segmente in dem Segmentpolyurethan auf geeignete Weise kontrolliert.
Agrowirkstoffpräparate dieses Typs wirken unter Freisetzung der Wirkstoffkomponente in der Regenzeit oder in der Sommerzeit bei Umgebungstemperaturen von mehr als 30ºC nur dann, wenn es regnet oder wenn Wasser auf die Pflanzen gesprüht wird. Somit wird der Wirkstoff nur in einer Jahreszeit mit hoher Temperatur und hoher Feuchtigkeit effektiv freigesetzt, wenn Schadinsekten zugegen sind, und daher führt dieses Präparat zu keiner Umweltbelastung, verursacht durch die verschwenderische Wirkstoffreisetzung zu einer ungeeigneten Jahreszeit, und ist ferner nahezu unschädlich für den Menschen. Insbesondere handelt es sich bei einem Agrowirkstoffpräparat dieses Typs um eine Präparat mit Langzeitwirkung, das den Wirkstoffbestandteil nur unter gewissen Umweltbedingungen freisetzt und das eine spezifische Freisetzungszeitselektivität aufweist.

Beispiel 4

14 amphiphile Segmentpolyurethane, die jeweils die in der folgenden Tabelle 3 gezeigt Segmentstruktur aufwiesen, wurden auf ähnliche Weise synthetisiert und der Schmelzpunkt eines jeden Polymers wurde durch Differentialthermoanalyse gemessen. Die Resultate sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3
*: IPDI (Isophorondiisocyanat) wurde als Isocyanat- Komponente verwendet; und HMDI (Hexamethylendiisocyanat) wurden in anderen Fällen verwendet; die hydrophobe Endgruppe wurde mit der N-C&sub4;H&sub9;NHCOO-Gruppe blockiert.
Der Unterschied im Molekulargewicht im gleichen Segment ergibt sich aus dem Unterschied des Molekulargewichts der verwendeten Isocyanat-Komponente.
PEG: Polyethylenglykol
PPG: Polypropylenglykol
PTMG: Polytetramethylenglykol
PCL: Poly-s-caprolactonglykol
PMPA: Poly-3-methylpentan-1,5-dioladipat
Wie diese Ergebnisse zeigen, sind die erfindungsgemäßen amphiphilen Segmentpolyurethane aus mit einer Urethan-Bindung verknüpften Alkylenoxid-Segmenten zusammengesetzt und haben eine Hydrophilie-Hydrophobie-verjüngte Struktur, in der die Segmente schrittweise von hydrophilen zu hydrophoben, von einem Ende des Polymermoleküls zum entgegengesetzten Ende variieren. Aus diesem Grund weisen sie eine höhere Emulgierungskraft als niedermolekulare Tenside auf und können eine stabile Emulsion bilden. Darüber hinaus haben sie ein ausgezeichnetes Dispersionsvermögen und eine ausgezeichnete Solubilisierungskraft und sind praktisch nicht toxisch. überdies haben Segmentpolyurethane mit hohem Molekulargewicht eine hohe Viskoelastizitätsfestigkeit, sind leicht formbar und sind frei von einer gegenseitigen Störwechselwirkung der Segmente. Dementsprechend kann man den Unterschied in der Hydrophilie oder Hydrophobie der jeweiligen Segmente effektiv zur selektiven Permeation von Lösungsmitteln, zur Langzeitwirkung von Wirkstoffen und zu vielen anderen wertvollen Anwendungen, die über jene in obigen Beispielen spezifisch erläuterten hinausgehen, nutzen. Man kann die erfindungsgemäßen amphiphilen Segmentpolyurethane an die verschiedenen Verwendungen, einschließlich der Verwendung als polymere Emulgatoren, als Trennmembranen, als zur allmählichen und langanhaltenden Freisetzung befähigte Wirkstoffgrundstoffe, als Flüssigmembranen, als lonenleiter, anpassen und diese sind somit extrem nützliche Polymere.
Nachdem die Erfindung nun im Detail und unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist dem Fachmann klar, daß darin verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von deren Idee und Bereich abzuweichen.

Claims

1. Ein amphiphiles Segmentpolyurethan, dargestellt durch die folgehde allgemeine Formel (IV):

worin (S) ausgewählt wird aus

(a) einem Polyalkylenoxidsegment mit einem Molekulargewicht von 200 bis 5000, das durch die folgende allgemeine Formel (I) dargestellt wird:

(b) einem aliphatischen Polyestersegment, das ein Molekulargewicht von 500 bis 3000 aufweist und das durch die folgende allgemeine Formel (II) dargestellte Reaktionsprodukt einer zweibasigen Säure und eines zweiwertigen Alkohols ist:

und

(c) ein Polyestersegment, das ein Molekulargewicht von 500 bis 3000 aufweist und das durch die folgende allgemeine Formel (III) dargestellte Reaktionsprodukt der Ringspaltung eines cyclischen Esters mit einem zweiwertigen Alkohol ist:

worin R&sub1; bis Rx jeweils eine Alkylen-Gruppe mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeutet, die ein Alkylenoxidsegment bildet; Ry eine Alkylen-Gruppe bedeutet, R&sub1;' und R&sub1;", die gleich oder verschieden sein können, jeweils eine Alkylen-Gruppe mit 2 bis 7 Kohlenstoffatomen bedeuten; -OX eine Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus RO-, RCOO-,

bedeutet, worin R eine Alkyl-Gruppe mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen oder eine Vinyl-Gruppe bedeutet und eine Isocyanat-Gerüstgruppe bedeutet; -X' eine Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus -OH, -Cl, -Br und -F bedeutet, und (A), (B) und (C), die gleich oder verschieden sein können, jeweils eine Isocyanat-Gerüstgruppe bedeuten; m, n, p, l und l' jeweils eine positive ganze Zahl ist; wobei l und l' gleich oder verschieden sein können;

wobei besagtes Polynrethan ein Hydrophobie- Hydrophilie- verjüngtes Polyurethan ist, in welchem der Grad der Hydrophilie oder Hydrophobie eines jeden Segments so reguliert ist, daß von einem Ende des Polymermoleküls zum anderen ein schrittweises Verhältnis der hydrophilen und hydrophoben Segmenten erhalten wird, und die Hydrophilie oder die Hydrophobie der Segmente sich das gesamte Polymermolekül hindurch verjüngt,

unter der Voraussetzung daß, wenn (S) die Formel (I) erfüllt, dann die Anzahl der Kohlenstoffatome in zwei Mitgliedern der Serien R&sub1; bis Rx, die die unmittelbar benachbarten Polyalkylenoxid-Segmente bilden, gleich sein kann, und irgendein Polyalkylenoxid-Segment, das eine Alkylen-Gruppe der Serien von R&sub1; bis Rx enthält, weggelassen werden kann,

und unter der Voraussetzung daß, wenn (S) die Formeln (II) oder (III) erfüllt, dann die Anzahl der Kohlenstoffatome in zwei Mitgliedern der Serien R&sub2; bis Rx, die unmittelbar benachbarte Polyalkylenoxid-Segmente bilden, gleich sein kann, und irgendein Polyalkylenoxid- Segment, das eine Alkylen-Gruppe der Serien von R&sub2; bis Rx enthält, weggelassen werden kann, und

wobei besagtes Polyurethan mindestens ein ternäres Block-Copolymer ist, das mindestens dreß unterschiedliche Segmente umfaßt.

2. Das amphiphile Segmentpolyurethan gemäß Anspruch 1, worin in benachbarten Segmenten der Unterschied in der Anzahl der Kohlenstoffatome der Alkylen-Gruppen R&sub1; bis Rx, die die Alkylenoxid-Einheit der Segmente bilden, 3 oder weniger ist.

3. Das amphiphile Segmentpolyurethan gemäß Anspruch 1, worin besagte Alkylen-Gruppe Rx in dem zu -X' benachbarten Alkylenoxid-Segment 2 bis 3 Kohlenstoffatome hat und besagte Alkylen-Gruppe R&sub1; in besagtem Polyalkylenoxid-Segment 4 bis 7 Kohlenstoffatome hat.

4. Das amphiphile Segmentpolyurethan gemäß Anspruch 1, worin besagte Alkylen-Gruppe Rx in dem zu -X' benachbarten Alkylenoxid-Segment 2 bis 3 Kohlenstoffatome hat und die Anzahl der Kohlenstoffatome in jeder der besagen Alkylen-Gruppen Ry, R&sub1;' und R&sub1;" in besagtem durch die Formeln (II) oder (III) dargestellten Polyester-Segment mindestens 5 ist.

5. Das amphiphile Segmentpolyurethan gemäß Anspruch 1, worin besagtes durch die allgemeine Formel (I) dargestellte Polyalkylenoxid-Segment (S) ausgewählt wird aus einem Polyethylenglykol, einen Polypropylenglykol, einem Polytetramethylenglykol, einem Polypentamethylenglykol, einem Polyhexamethylenglykol und einem Polyheptamethylenglykol; besagtes durch die allgemeine Formel (II) dargestellte Polyester-Segment (S) das Reaktionsprodukt einer zweibasigen Säure und eines zweiwertigen Alkohols, ausgewählt aus Ethylenglykol, Propylenglykol und Tetramethylenglykol ist; und besagtes und durch die allgemeine Formel (III) dargestellte Polyester-Segment (S) das Reaktionsprodukt aus &epsi;-Caprolacton oder β-Methyl-δ-valerolacton und Ethylenglykol ist.

6. Das amphiphile Segmentpolyurethan gemäß Anspruch 1, worin jede Isocyanat-Gerüstverbindung in den Serien (A) bis (C) einen mittleren Löslichkeitsparameterwert zwischen den Löslichkeitsparameterwerten der benachbarten Segmente aufweist.

7. Das amphiphile Segmentpolyurethan gemäß Anspruch 11 das ein Molekulargewicht von 1 500 bis 20 000 hat.

8. Verwendung des amphiphilen Segmentpolyurethans gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 bei der Herstellung einer Trennmembran.

9. Verwendung des amphiphilen Segmentpolyurethans gem:ß den Ansprüchen 1 bis 7 bei der Herstellung einer Flüssigmembran.

10. Verwendung des amphiphilen Segmentpolyurethans gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 als ionischer Leiter.

11. Verwendung des amphiphilen Segmentpolyurethans gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 als Wirkstoffgrundstoff, der zu einer allmählichen und lang anhaltenden Freisetzung befähigt ist.

12. Verwendung des amphiphilen Segmentpolyurethans gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 als polymerer Emulgator.