Brevet FR2028274A1 — publié le 19701009

la présente invention concerne un procédé de préparation d' hydrogels de méthacrylate de glycol par polymérisation de mélanges de monomères et de charges actives. On prépare les hydrogels de méthacrylate de glycol selon 1* 5 invention par polymérisation de mélanges de monomères et de charges contenant moins de 2 ^ d'agents de rétieulation, en particulier de diméthacrylate de glycol, en utilisant comme charges des polymères de méthacrylate de glycol à grains fins préparés par contre par polymérisation en présence de plus de 2 # de dimétha-10 crylate de glycol réticulant. Particulièrement intéressants comme charges sont les polymères préparés en présence d'un liquide dans lequel les monomères sont solubles, tandis que le polymère qui se forme ne l'est pas. Be tels polymères, qui sont macroporeux, se laissent facilement broyer et, s'ils ont été préparés en présence 15 de plus de 40 % d'un liquide précipitant le polymère (par exemple de toluène), se divisent très facilement en particules arrondies de faibles dimensions uniformes qui conviennent particulièrement comme charges pour l'hydrogel de méthacrylate de glycol. les polymères ainsi préparés ont des particules de 0,1 à 100 p. de dia-20 mètre et une distribution très homogène de ces particules quant à leurs dimensions. On utilise à diverses fins les hydrogels de méthacrylate de glycol faiblement réticulés, aptes au gonflement dans l'eau. Primitivement développés comme matériau pour la préparation de pro-25 thèses et de verres de contact souples, ils ont cependant acquis de l'importance dans l'industrie également, par exemple pour la dialyse, lorsqu'ils ont gonflé dans l'eau jusqu'à l'équilibre, la résistance mécanique de ces hydrogels n'est pas trop grande. Il est par conséquent nécessaire de rendre de diverses manières les 30 membrane» ou prothèses d'hydrogels de méthacrylate de glycol plus rigides et plus solides, par exemple à l'aide de tissus de polyesters ou d'autres produits fibreux incorporés par liaison polymère ou de charges actives telles que par exemple la silice finement divisée. Toutes les matières jusqu'à présent utilisées pour 35 le renforcement sont cependant inertes, inaptes au gonflement et forment un corps étranger dans l'hydrogel, ce qui est souvent indésirable. le brevet tchécoslovaque H® 123 4-79 propose dfajouter aux monomères, lors de la préparation de gels de méthacrylate de gly-40 col, comme charge, de menus morceaux d'hydrogel faiblement réticu 70 00559 2 2028274 lé obtenus par broyage de produits de fabrication mal venues ou d'autres déchets» l'hydrogel se lie avec la solution en cours de polymérisation, mais les particules broyées sont de dimensions très variées et la concentration de radicaux libres formés par 5 rupture de liaisons covalentes pendant le broyage est également très variable, la charge a les mêmes propriétés physiques que le reste de l'hydrogel et ne peut donc pas contribuer au renforcement de celui-ci ; l'incorporation d'hydrogel de même nature sert par conséquent principalement à économiser de la matière relati-10 vement coûteuse. les hydrogels plus fortement réticulés utilisés selon l'invention, préparés à l'aide de plus de 2 # de diméthacrylate de glycol et. de préférence en présence d'un, agent de précipitation du polymère et présentant une grosseur de grains régulière, ont 15 par contre fait leurs preuves comme charges réellement renforçantes. Grâce à leur proche parenté chimique avec le mélange de monomères en cours de polymérisation, ils se lient très intimement au reste de l'hydrogel dont ils augmentent en même temps considérablement la solidité parce qu'ils possèdent eux-mêmes une résis-20 tance plus élevée et un plus faible pouvoir de gonflement. On prépare des charges particulièrement appropriées en polymérisant du monométhacrylate d'éthylèneglycol avec 2 - 30 $£ de diméthacrylate d'éthylèneglyeol en présence d'un liquide tel que par exemple le toluène qui dissout bien les monomères, mais dans lequel 25 le polymère formé n'est ni soluble ni apte à gonfler. La masse friable et poreuse se divise alors facilement, par exemple lors de l'agitation dans de l'eau, en particules régulièrement arrondies dont le diamètre est habituellement inférieur à 10 ja. Au cours de la polymérisation du mélange de monomères, la 30 charge active gonfle dans celui-ci et la polymérisation s'effectue en partie à l'intérieur des particules de la charge, en partie à leur surface. Cela assure une liaison particulièrement solide qui fixe les chaînes de polymère en train de s'allonger aussi chimiquement à la charge î d'une part,, la charge contient des -35 radicaux libres qui n'ont eu aucune occasion d'être inaetivés par recombinaison avec'un autre radical libre pendant leur formation à 1'intérieur du réseau spatial, et d'autre part, d'autres radicaux libres se forment par transfert de chaîne au cours de la polymérisation du monomère pénétrant par diffusion. Les chaînes de 40 l'hydrogel faiblement réticulé croissent ensuite sur tous ces ra 70 00559 2028274 dicaux du polymère. A ce processus participent aussi des groupes vinyle dans les chaînes latérales de la charge qui s'y sont formés par suite du fait que lors d'une addition plus considérable d'agent de réticulation, toutes les possibilités de réticulation 5 ne peuvent pas être mises à profit. la présence de radicaux libres à l'intérieur de la charge se fait sentir par une augmentation considérable de la vitesse de polymérisation. l'aptitude au gonflement dans l'eau diminue proportionnelle-10 ment à l'augmentation de l'addition de charge en accord avec 1' accroissement de la densité moyenne de la réticulation. TABLEAU 1 Gonflement à l'équilibre (ampleur) par rapport à la teneur en charge active 15 Charge, fi Gonflement à l'équilibre (en poids) (ampleur) 0 58,9 5 58,4 10 53,2 20 15 35,3 20 28,0 25 24,3 30 22,8 les propriétés mécaniques des hydrogels avec charge sont 25 considérablement meilleures que celles de polymères de composition identique sans charge ï TABLEAU 2 Indices de résistance et de déformation d'hydrogels de méthacrylate de glycol comportant comme charge des particules arrondies de 30 polymère de même nature plus fortement réticulé à grosseur de grains de 1 -2 p. 70 005S9 4 2028274 Quantité Résistance Bésistance Durée de Module d'élasti- de charge, à la tension à la ruptu- pénétra- cité de cisail- $> (en poids) (kg/cm2) r„e (Kg/cm) tion lement à l'équi- (sec) libre (kg/cm ) 5°C,10 mm s""^ 25 °0 5 mm s~1 4-0°0 300 kg/cm2 25°0 0 9 0,28 1,5 2,9 10 30 3,26 75,0 5,9 Les hydrogels munis des charges ci-dessus décrites sont chimiquement homogènes car la charge ne se distingue que par un de-10 gré de réticulation plus élevé de l'hydrogel qui l'entoure. I* ensemble forme une masse solidement unie par des liaisons chimiques dont la structure est très avantageuse puisqu'elle combine élasticité et résistance sans perte des propriétés physiques a-vantageuses telles que souplesse et aptitude à la diffusion d'eau 15 et d'ions ni de la stabilité chimique et physiologique. Les charges selon l'invention s'utilisent en particulier dans des mélanges avec des monomères dont on a accru la consistance, soit par polymérisation partielle, soit par addition d'un: polymère s oluble du même genre, afin d'empêcher la sédimentation de 20 la charge. Les mélanges de monomères peuvent contenir de l'eau ou un liquide miscible avec l'eau tel que le glycérol ou l'éthylène-glycol ; ces additions permettent de modifier l'aptitude au gonflement et -le degré de gonflement à l'état d'équilibre de l'hydrogel, terminé. 25 Comme décrit antérieurement pour le cas des hydrogels à base de polymères de méthacrylate de glycol, la polymérisation du mélange des monomères et de la charge peut être provoquée de n'importe quelle manière. On peut utiliser par exemple comme initiateurs de polymérisation le percarbonate de diisopropyle, le peroc-30 toate de tert-butyle, le peroxyde de dibenzoyle, le peroxodisul-fate-d'ammonium,, l'azo-bis-isobutyronitrile etc..., éventuellement avec addition.de divers activateurs et accélérateurs, par exemple sous forme; de systèmes d'oxydo-réduction. Le réseau spatial de la 70 00559 2028274 charge contenant des radicaux libres ou des restes de l'initiateur de la polymérisation de celle-ci, il suffit souvent d'ajouter seulement un activateur ou bien de chauffer ou d'irradier (par exemple avec des rayons UV ou des rayons gamma) seulement le 5 mélange de monomères et de charge. lia charge active s'utilise avantageusement à raison de 1 -35 $> car une quantité encore plus élevée fait perdre au mélange sa consistance pâteuse et rend son traitement ultérieur difficile. On obtient les meilleures propriétés physiques avec 10 - 15 # 10 (en poids) de charge, le mélange de monomères, de charge et d'initiateurs n'entrant en activité qu'à des températures modérément élevées peut être stocké à froid, au-dessous de 0°0, jusqu*à 2 mois sans polymériser. Un tel stockage n'affecte sensiblement pas les propriétés du produit final. 15 Grâce à leur composition chimique qui est la même que celle de l'hydrogel pur exempt de charge et à leur structure chimique presque identique, les hydrogels munis de charges selon l'invention ont les mêmes propriétés physiologiques avantageuses, toute possibilité de réactions secondaires susceptibles de se produire 20 avec des charges inorganiques étant exclue. Cela est important dans le cas de diverses prothèses dont l'hydrogel reste longtemps en contact avec des - tissus vivants et en particulier dans celui d'hydrogels spongieux à pores fins tels qu'il s'en forme par exemple en présence de plus d'eau que l'hydrogel n'est capable d* 25 absorber. Ces prothèses spongieuses conviennent particulièrement bien pour quelques utilisations (par exemple pour dés prothèses mammaires) dans lesquelles des charges inorganiques seraient en contact avec une surface trop étendue de tissu vivant. Les mélanges pâteux concentrés contenant la charge active 30 selon l'invention, qui peuvent être stockés à froid pendant des temps prolongés, surtout si l'on n'ajoute l'initiateur de polymérisation que juste avant utilisation, conviennent particulièrement bien à la réalisation de diverses prothèses chirurgicales et dentaires ainsi qu'à l'obturation de fuites de récipients, de tu-35 bes et de navires etc..., à la consolidation ou au scellement de . récipients ou de tubes et à l'application de eouehes"souples sur des prothèses dentaires. Pour augmenter l'adhérence aux polymères thermoplastiques durs tels.que le méthacrylate dé polyméthyle, on peut aussi ajouter le monomère correspondant (par exemple du mé-40 thacrylate de méthyle) ou un solvant inerte tel que le diacétate 70 005S9 6 2028274 de glycérol, susceptible de dissoudre tant le monomère que le polymère dur. EXEMPLE 1 On dissout en agitant 5 parties en poids de méthacrylate de 5 polyéthylèneglycol non réticulé de poids moléculaire élevé sous forme de poudre sèche dans 95 parties de monométhacrylate d'éthy-lèneglycol contenant 0,30 fi de diméthacrylate d'éthylèneglycol. On incorpore à la solution ainsi obtenue, en agitant, 10 parties de polymère finement divisé de méthacrylate d'éthylèneglycol ré-10 ticulé à l'aide de 20 fi de diméthacrylate d'éthylèneglycol, d'une grosseur de grains de 1 - 2 ja. Au liquide blanc très visqueux, on ajoute comme initiateur 0,1 partie de peroxyde de dibenzoyle et on le verse dans un moule. La polymérisation sous un gaz inerte (par exemple du gaz carbonique) dure 45 minutes à 80°C. Avant la 15 polymérisation, le mélange a la composition suivante : Méthacrylate d'éthylèneglycol 80,9 fi (en poids) Polymère soluble de méthacrylate de glycol 9,0 fi Charge active (polymère fortement réticulé) 10,0 fi Peroxyde de dibenzoyle 0,1 fi 20 L'hydrogel formé a, à l'état d'équilibre avec l'eau, une ré sistance à la tension plus de trois fois supérieure à celle du même hydrogel sans charge. EXEMPLE 2 On prépare par polymérisation de monométhacrylate d'éthylène-25 glycol (contenant 0,15 de diméthacrylate d'éthylèneglycol), en interrompant la polymérisation avant la gélification, un prépolymère d'un indice de réfraction n|° = 1,4530 et d'une viscosité dynamique de 163 ePo. On mélange, en agitant constamment, 79,90 parties de ce prépolymère avec 20 parties de polymère fortement 30 réticulé finement divisé selon l'exemple 1 et 0,1 partie de peroc-toate de tert-butyle. La pâte épaisse d'un blanc laiteux peut être transformée §n hydrogel solide, souple, élastique et insoluble par polymérisation par chauffage à une température de 65 - 70°C sous un gaz inerte. 35 EXEMPLE 3 Le mélange de polymérisation contenant la charge selon 1* exemple 1 ou 2 est mélangé avec du sulfate de magnésium en fins cristaux (40 fi de mélange et 60 fi de sel). Le mélange est ensuite versé dans un moule et polymérisé par chauffage sous un gaz iner 70 00559 2028274 te. Puis le polymère blanc est lavé à l'eau jusqu'à ce que tout le sulfate de magnésium soit dissous et éliminé. L'hydrogel spongieux ainsi obtenu a des pores de 300 - 400 ju. de diamètre. Un choix approprié de substances cristallines solubles dans l'eau 5 - au lieu de sels, on peut utiliser par exemple aussi du sucre -permet d'obtenir des objets macroporeux à diamètre de pores varié. EXEMPLE 4 25 fi de polymère de méthacrylate d'éthylèneglycol réticulé 10 à l'aide de 15 fi de diméthacrylate de glycol sont ajoutés conjointement avec 0,5 fi de naphténate de cobalt à 74,5 fi de prépolymère selon l'exemple 2. La polymérisation s'amorce à température ambiante en l'espace de 10 minutes. L'hydrogel muni de charge ainsi obtenu est plus rigide que le produit selon l'exemple 1. 15 -RTRMPT.Tiî 5 On incorpore en agitant 10 parties de polymère finement divisé de monométhacrylate de diéthylèneglycol réticulé à l'aide de 24 fi de diméthacrylate de diéthylèneglycol, d'une grosseur de grains de 5 - 8 p., dans 89 parties de monométhacrylate de diéthy-20 lèneglycol contenant 0,45 fi de diester correspondant. Puis on ajoute au mélange homogène 0,40 partie de percarbonate de diiso-propyle et 0,6 partie de naphténate de cobalt. La polymérisation débute à température ambiante en l'espace de 10 minutes. En comparaison avec l'hydrogel selon l'exemple 1, l'hydrogel obtenu a, 25 à l'état d'équilibre avec l'eau, un pouvoir de gonflement plus élevé et une résistance mécanique correspondante plus faible et la vitesse de diffusion de l'eau et des petits ions dans cet hydrogel est plus élevée. 70 00559 8 2028274 KETEHDIOAIIOHS 1) Procédé de préparation d'hydrogels de méthacrylate de glycol par polymérisation de mélanges de monomères et de charges actives, lesdits mélanges contenant moins de 2 fi d'un agent de réticulation par rapport aux monomères purs, caractérisé par le 5 fait que l'on utilise comme charges des polymères hydrophiles de la même nature, mais réticulés à l'aide de plus de 2 fi d'agent de réticulation, sous forme de fines particules régulières de 0,1 à 100 ju de diamètre. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait 10 que l'on augmente la consistance du mélange de monomères à l'aide d'un polymère de méthacrylate de glycol non réticulé solubie. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on augmente la consistance du mélange de monomères par prépolymérisation interrompue avant la gélification.