Спосіб одержання полімерного композиційного матеріалу

1. Спосіб одержання полімерного композиційного матеріалу синтезом форполімеру з кінцевими ізоціанатними групами на основі поліоксипропіленгліколю (ПОПГ) з молекулярною масою Мm=1500 або суміші Лапролу 1052 з Mm=1000 та Лапролу 2102 з Мm=2000 та діізоціанату 2,4-2,6толуілендіізоціанату (ТДІ) взаємодією його з левамізолом та гідроксіапатитом, який відрізняється тим, що синтез форполімеру з кінцевими ізоціанатними групами здійснюють при співвідношенні NCO і OH груп, що дорівнює 3:2, до одержаного форполімеру додають епоксидно-діанову смолу C2 2 (11) 1 3 79557 Прототипом винаходу є спосіб отримання поліуретанового композиційного матеріалу для пластики кісткових тканин [2], шля хом попереднього синтезу поліуретанового форполімеру, добавки в нього імуномодулюючої добавки [3], прискорювача полімерізації 2,4,6трис(диметиламінометил)фенолу та гідроксіапатиту. Компоненти змішують безпосередньо перед застосуванням. Твердіння реакційної маси відбувається при нормальних умовах. Утворюється вспінений дрібнопористий мягкий матеріал, якому властива біосумісність та біоактивність з пролонгованими протизапальними властивостями Вказаний композиційний матеріал не має достатньої міцності та жорсткості, необхідної для фіксації уламків кісток при травматичних переломах. Завдання винаходу - створення способу приготування полімерного композиційного матеріалу, що забезпечує високу міцність та жорстку фіксацію фрагментів кістки на період репаративного остеогенезу із збереженням біосумісності та протизапальних властивостей, який не потребує повторних хірургічни х втр учань для його видалення. Поставлене завдання вирішується тим, що за способом приготування полімерного композиційного матеріалу проводять синтез форполімеру з кінцевими ізоціанатними групами при співвідношенні NCO до ОН гр уп рівному 3:2, на основі поліоксипропіленгліколю (ПОПГ з молекулярною масою Мm=1500 або суміші Лапролів 1052 (Мm=1000) та Лапролу 2102 (Мm=2000) та діізоціанату 2,4-2,6толуілендіізоціаната (ТДІ) суміщають з левамізолом та гідроксіапатитом, згідно із запропонованим винаходом, до одержанного форполімеру додають епоксидно-діанову смолу (ЕД-20) в співвідношенні 1:(1÷2,3), суміш при перемішуванні витримують протягом 2-3 годин при 90°С під вакуумом, додають 1,4-бутандіол (БД), в кількості яка відповідає мольному співвідношенню ПОПГ:ТДІ:БД=(5÷6):(11÷13):(4÷6), продовжують перемішування при температурі 80-90°С до повного зникнення ізоціанатних груп, додають левамізол та гідроксіапатит, перемішують до отримання однорідної маси, вводять амінний отверджувач епоксидої складової, суміш ретельно перемішують і проводять стверджування реакційної маси при 7080°С протягом 5-6 годин. Для досягнення поставленої задачі в якості амінного отверджувача епоксидної складової використовують речовину із групи: аліфатичних поліамінів - діціанетілдіетилентриамін (УП-0633), ароматичних - аміноадукт епоксидної смоли ЕД-16 з надлишком поліаміну (УП-0620), продукт конденсації формальдегіду з діетилентриаміном (УП-583) та низькомолекулярні олігоамідні смоли (Л-20) продукт взємодії полімеризованих етерів лляної олії із поліетиленполіамінами. Отвердження полімерного композиційного матеріалу проводять також в формах із заданими геометричними розмірами. Проведення синтезу поліуретану в середовищі епоксино-діанової смоли привело до підвищення фізико-механічних властивостей полімерного композиційного матеріалу, його деформаційних влас 4 тивостей, отримання матеріалу, якому властива біосумісність та біоактивність з пролонгованими протизапальними властивостями. Присутність поліуретану, який має поліуретанові групи близькі за хімічною будовою до пептидних гр уп білків обумовлює біосумісність. Проведення синтезу поліуретану в середовищі епоксидно-діанової смоли призводить до отримання співполімеру, який виступає в якості компатибілізатора вказаної суміші, що призводить до підвищення фізико-механічних властивостей композиції. З другої сторони, застосування гідроксиапатиту також сприяє підвищенню фізикомеханічних показників матеріалу. Крім того, гідроксіапатит [4] є неорганічною складовою кісткової тканини і обумовлює його високу біоактивність та біосумісність. Поєднання поліуретану із епоксидним олігомером через співполімер, який утворюється внаслідок взаємодії форполімеру із кінцевими ізоціанатими групами з гідроксильною групою епоксидно-діанової смоли, який виступає в ролі компатибілізатора, призводить до утворення суміші реакційноздатної полімерної компоненти композиції, яка складається із поліуретану вказаної будови, епоксидної смоли та співполімеру смоли із поліуретаном, це призводить до утворення матеріалу із регульованими фізико-механічними властивостями. Заявлений спосіб приготування полімерного композиційного матеріалу реалізується наступним чином. На першому етапі проводять синтез форполімеру з кінцевими ізоціанатними групами (МДІ) на основі поліоксипропіленгліколю (ПОПГ) з молекулярною масою Мm=1500 або суміші Лапролів 1052 (Mm=1000) та Лапролу 2102 (Mm=2000) та діізоціанату 2,4-2,6-толуілендіізоціанату (ТДІ), при температурі 70-80°С і співвідношенні NCO/OH=3:2 до постійного значення кількості NCO груп. На другому етапі до одержаного форполімеру додають епоксидно-діанову смолу (ЕД-20) в співвідношенні 1:(1÷2,35), суміш витримують протягом 2-3 годин при 90°С під вакуумом. На третьому етапі додають 1,4-бутандіол (БД), в кількості, яка відповідає мольному співвідношенню ПОПГ:ТДІ:БД=(5÷6):(11÷13):(4÷6), перемішують при температурі 80-90°С до повного зникнення ізоціанатних груп. Одержують в'язку прозору рідину із жовтим відтінком. На четвертому етапі в отриману суміш при ретельному перемішуванні вводять левамізол та гідроксіапатит, який є неорганічною складовою кісткової тканини, не викликає алергічних реакцій і має здатність стимулювати клітини кісткових тканин до регенерації та диференціювання клітин, які беруть участь в остеогенезі. В залежності від введеної кількості гідроксіапатиту матеріал набуває білого кольору. На п'ятому етапі отримання полімерного композиційного матеріалу додають амінний отверджувач. Для ствердження епоксидої складової використовують твердники холодного тверднення - аліфатичні поліаміни - діціанетілдіетилентриамін (УП0633), ароматичні - аміноадукт епоксидної смоли 5 79557 ЕД-16 з надлишком поліаміну (УП-0620), продукт конденсації формальдегіду з діетилентриаміном (УП-583) та низькомолекулярні олігоамідні смоли (Л-20) - продукт взємодії полімерізованих етерів лляної олії із поліетиленполіамінами. Кількість отверджувача розраховують в г на 100г епоксидної смоли за формулю: х=Е* М/n*43, де х - стехіометрічна кількість твердника в г на 100г епоксидного олігомеру; Е - вміст епоксидних груп в епоксидному олігомері; М- молекулярна маса твердника; n - число функціональних груп в молях еквівалентних епоксидній групі; 43 - молекулярна маса епоксидної групи. Зазвичай названі отверджувачі характеризуються стехіометричним коефіцієнтом (Кc), який кількісно дорівнює середній розрахованій кількості твердника, еквівалентному 1г епоксидної групи: 6 Кс=М/n*43, тоді кількість отверджувача розраховують за формулою: х=(0,9÷1,5)Е*Kс. На шостому етапі проводять ствердження реакційної суміші при температурі 70-80°С протягом 5-6 годин. Отримують пластини певної товщини, із яких механічним способом виготовляють вироби заданої геометрії або ствердження проводять в формах з необхідною геометрією. Одержують жорсткий, міцний, жовтий з білим відтінком матеріал, питома вага якого складає 1180-1250кг/м 3. Приклади реалізації способу приготування полімерного композиційного матеріалу та результати фізико-механічних випробувань виготовленого по заявленому способу композиційного матеріалу, які досліджувались за стандартними методиками: міцність при згинанні визначали за ГОСТ 4648-71, міцність до розриву за ГОСТ 11262-80, твердість за Шором ГОСТ 24621-81 приводяться в таблиці. Таблиця Етапи реалізації способу приготуПриклади реалізації способу № етапу вання полімерного композиційного 1 2 3 4 5 6 матеріалу Синтез форполімеру з кінцевими NCO-групами при співвідношенні 70 75 80 74 78 73 1 NCO/OH=3:2 Температура синтезу, °С Час синтезу, год. До постійного значення кількості NCO-груп Введення до форполімеру епоксидно-діанової смоли. Продовження синтезу при вакуумі та перемішу1:1,1 1:1,27 1:1,7 1:1,59 1:1,0 1:2,35 ванні 2 Співвідношення поліуретан: епоксидна смола Температура реакції, °С 90 90 90 90 90 90 Термін проведення процесу,год 2 2,5 3 2,5 2 3 Додавання БД із розрахунку моль- 5:11,5: 5:11:4 5:13:5 6:13:5 5,5:12,5:6 6:11:4 ного співвідношення :4,5 3 ПОПГ:ТДІ:БД Температура реакції, °С 80 85 90 84 90 83 Термін проведення процесу,год. До зникнення NCO-груп При ретельному перемішуванні в реакційну суміш додають: 20,0 10,0 90,0 20,0 100,0 50,0 Гідроксіапатит, % до полімерної 4 складової Левамізол, % до полімерної скла5,0 4,0 4,0 6,0 5,0 5,0 дової Термін проведення процесу,год. До отримання однорідної маси Додавання амінного стверджувана, в г на 100г епоксидної смоли: УП-583 8,2 5 УП-0633 25,0 УП-0620 21,0 Л-20 53,0 35,0 85,0 Отвердження полімерного композиційного матеріалу 6 Температура отвердження, °С 70 75 75 80 80 75 Час отвердження, год. 5 5,5 6,0 5,5 5,0 6,0 7 79557 8Продовження Таблиці Властивості полімерного композиційного матеріалу Матеріал за Полімерний композиційний матеріал, отриманий по прикладам Властивості матеріалу прототипом 1 2 3 4 5 6 Міцність при згинанні, σf, МПа 0,4 25,4 32,4 38,7 36,6 28,1 32,3 Прогинання зразка при пору9,8 7,3 5,4 11,5 9,8 7,4 шенні, мм Міцність до розриву при роз6,5 32,3 27,4 48,5 47,0 34,2 29,1 тягуванні, σp, МПа Відносне подовження до роз540 9,3 9,2 5,8 10,0 5,6 11,0 риву, εр , % Початковий модуль пружності 12,1 606 709 816 988 836 1036 при розтягуванні, МПа Твердість за Шором 65-74 93-97 94-98 95-98 94-99 92-96 94-98 Із таблиці видно, що о триманий матеріал характеризується високою міцністю при розриві (2748Мпа), відносним подовженням від 6 до 11%, значною міцністю при згинанні (25-38Мпа) та суттєвим початковим модулем пружності (6001036Мпа), За своїми фізико-механічними властивостями значно перевищує показники полімерного композиційного матеріалу, отриманого за прототипом. Введення до композиту гідроксіапатиту приводить до підвищення міцності при розриві майже вдвічі і модуля пружності при розтягуванні в 1,8 рази. За своїми міцністними характеристиками запропонований матеріал, із якого виготовлені біорезорбуючі накістні пластини не поступаються титановим. А гідроксіапатит, що включений в їх склад та левамізол позитивно впливають на перебіг репаративного остеогенезу. Крім того, полімерний композиційний матеріал, отриманий запропонованим способом під час тверднення, в наслідок збільшення молекулярної маси епоксидного олігомеру, в ньому відбувається фазове розділення, яке позитивно впливає на подальшу біодеструкцію матеріалу в організмі. Біорезорбуючі накісні пластини, виготовлені із матеріалу, одержаного по запропонованому способу, в протилежність пластинам із титану, дозво Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін ляють реалізувати комплексний підхід до впливу на остеогенез в кістковій рані і дозволяє зменшити вірогідність ускладнень в післяопераційному періоді та запобігти довготривалої побудови кісткової тканини в місцях переломів, в тому числі «післяопераційних». Матеріал, який одержаний запропонованим способом, дозволяє значно швидше отримати зрощення кістки в місцях переломів. Джерела інформації: 1. Reissis N., Kayser M., Benetty G. et al. A hydrophylic polymer system enhanced articular cartilage regentration in vivo // Materials Science. Materials in Medicine. - 1995. - V. 6, # 12. - P. 768772. 2. Пат. 36224 Україна, С2, 7 A61F2/02, Н.А. Галатенко, Збанацька Н.Л., Рожнова Р.А., Левенець Є.Г., Коноваленко В.Ф. Поліуретанова композиція для пластики кісткових тканин // Бюл. № 10, 2003 р. 3. Patent 5,474,779 USA, 1995 Composition of Aiding in the Regeneration of tissue with a prolonged immunomodulation effect / N. Bufius (USA), N. Galatenko (UKR). 4. Каназава Т. Неорганические фосфатные материалы. Киев.: Наукова думка. - 1998. - 297 с. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601