Brevet FR2612194A1 — publié le 19880916

La présente invention se rapporte à des polymères hydrophiles et en particulier à certains polyuréthanes hydrophiles gonflables dans l'eau. Dans le brevet US NO 3 975 350 est révélée une classe de polyuréthanes qui sont formulés de manière à offrir une haute hydrophilicité, d'excellentes propriétés de polymère à l'état humide et des variations de l'état sec à l'état humide qui sqnt uniformes de manière tolérable. En général, de tels polyuréthanes hydrophiles sont le produit de (a) une résine polyfonctionnelle ayant un poids équivalent de plus de 170 et jusqu'à 2.000 et un rapport numérique du carbone à l'oxygène ou du carbone à l'azote pouvant atteindre 2,5:1 à 1,2:1 ou un rapport numérique du carbone aux groupes ioniques dans ladite résine de 20:1 à 6:1 et (b) un isocyanate polyfonctionnel aliphatique, alicyclique-aliphatique mélangé, aliphatique-aromatique ou aromatique, un carbonate de nitrile ou leurs mélanges à une fonctionnalité de 2 ou plus en une quantité de 0,02 au delà d'un poids de un équivalent de l'isocyanate par sa fonctionnalité par poids équivalent de résine par sa fonctionnalité jusqu'au poids équivalent de l'isocyanate à la résine. Les polymères ci-dessus sont utiles dans des applications médicales, cosmétiques et industrielles. Ils sont également utiles comme agents de démoulage de diverses substances actives, et dans la production de revêtements hydrophiles ayant un frottement réduit de surface. Un type de polymère compris dans le type général décrit dans le brevet cité et qui est particulièrement concerné par l'invention, est le produit d'un polyoxyéthylène glycol et d'un diisocyanate aliphatique. Le polyuréthane hydrophile résultant s'est révélé éminemment approprié à la fabrication de divers inserts dans le corps comme des cathéters et analogues. Au contact avec les fluides corporels, les polymères subissent un gonflement par l'humidité absorbée, produisant ainsi un ajustement précis entre l'insert et les tissus. Par ailleurs, les polymères sont extrêmement glissants à l'état humide. Cela signifie que les dispositifs médicaux ou articles qui en sont faits peuvent être insérés et enlevés du corps avec un inconfort minimum pour le patient. Le gonflement de ces polymères se produit unifor- mément, c'est-à-dire que la dilatation a lieu dans toutes les directions. Cependant, un gonflement uniforme n'est pas toujours souhaitable. Cela est par exemple le cas lorsqu'un tube fait du polymère doit être utilisé en tant que cathéter intraveineux, à travers l'aiguille. Là, une dilatation uniforme a pour résultat que le tube subit un allongement considérable après insertion dans une veine ou une artère. Cela peut provoquer un gauchissement ou une pliure du cathéter tandis qu'il s'ajuste à l'extension axiale. L'allongement peut également rendre difficile le maintien de l'extrémité du cathéter à l'emplacement souhaité dans le système circulatoire. Un procédé a maintenant été découvert par lequel des polymères hydrophiles d'uréthane peuvent être préparés, qui subissent un gonflement axial différentiel dans des milieux aqueux et ce procédé ainsi que les polymères ainsi préparés constituent un objectif principal et le but de la présente invention. D'autres objets et buts comprennent la fabrication d'articles en plastique avec ces polymères. Un objet particulier de l'invention est un cathéter qui ne gonfle pas longitudinalement en présence de liquides aqueux. Comme on l'a compris ici, un gonflement axial différentiel signifie que le gonflement n'est pas uniforme mais différera le long des axes d'un article en plastique fabriqué avec ces polymères. Les objectifs ci-dessus peuvent être atteints en formant d'abord un polyuréthane thermoplastique hydrophile sensiblement linéaire, de la réaction d'un diisocyanate aliphatique et d'un polyoxyéthylène glycol. Ce polymère est alors soumis à un étirage à une température au delà de son point de transition vitreuse pour favoriser l'alignement des molécules du polymère avec ensuire re- froidissement pour effectuer la fixation des molécules alignées. A l'immersion dans un liquide à base d'eau, le polymère subit un gonflement dans lequel le rapport du gonflement le long de l'axe d'étirage au gonflement le long de l'autre axe est contrôlé par le degré d'étirage. Ainsi, un organe tubulaire ou formant tige produit en un polymère donné peut être suffisamment étiré pour qu'il n'y ait pas d'extension axiale lors du gonflement; même une contraction axiale au gonflement peut se produire avec un étirage suffisant. Cependant, le polymère étiré présentera toujours un gonflement radial. Un tel gonflement directionnel contrôlé rend les polymères éminemment utiles à la fabrication de cathéters à travers l'aiguille car ils ne présentent pas l'allongement non souhaitable obtenu lorsque le gonflement se produit uniformément. Les polyuréthanes thermoplastiques hydrophiles préférés sont préparés ici par réaction d'un diisocyanate aliphatique avec un mélange de résines contenant une quantité majeure d'un polyoxyéthylène glycol ayant un poid. s moléculaire compris entre environ 1.000 et environ 8.000 et une quantité mineure de diéthylène glycol. Des exemples de polyoxyéthylène glycols sont les diverses "Carbowax" commercialisées dans une gamme de poids moléculaires par Union Carbide Corporation. Des "Carbowax" représentatives sont CARBOWAX 1450R et CARBOWAX 8000R. Des exemples de diisocyanates aliphatiques comprennent le méthylènebis(4-cyclohexylisocyanate), le diisocyanate de tétraméthylène, le diisocyanate d'hexa- méthylène, le diisocyanate de décaméthylène et analogues. L'invention sera illustrée en plus de détail par les exemples non limitatifs qui suivent. EXEMPLE 1 Une solution d'un polyoxyéthylène glycol ayant un poids moléculaire moyen de 668 a été préparée en combinant 1.012,1 g (0,253 équivalent) de CARBOWAX 8000 polyoxyéthylène glycol ayant un poids moléculaire moyen en nombre de 8.000 et vendu par Union Carbide Corporation; 407,3 g (0,562 équivalent) de CARBOWAX 1450R,polyoxy- éthylène glycol ayant un poids moléculaire moyen en nombre de 1450 et vendu par Union Carbide Corporation;.et 216,8 g (4,085 équivalents) de diéthylène glycol. Les composants ont été mélangés sous agitation à une température d'environ C. Après avoir terminé le mélange, on a ajouté, tout en maintenant l'agitation, 633,9 g (4,802 équivalents)de méthylènebis(4-cyclohexylisocyanate), commercialisé sous le nom de DESMODURR W par Mobay Chemical Corporation, Pittsburg, Pennsylvanie 15205, EUA. Pendant l'addition, la température a diminué à 58 C. A ce point, on a introduit 3,4 cc d'un catalyseur de dilaurate dibutyl étain uréthane et on a continué l'agitation pendant 1 à 2 minutes tandis que la température atteignait 70 C. Le mélange réactionnel a alors été transféré à un plateau et placé dans un four à 100 C pendant 1 heure et 30 minutes pour assurer l'accomplissement de la réaction. Le polymère a été enlevé du four et on l'a laissé refroidir à température ambiante. Un échantillon du polymère a été placé dans l'eau distillée pendant 24 heures. La teneur en eau du polymère hydraté résultant atteignait 54,6% en poids. Le polymère ci-dessus préparé a até introduit dans une thermoextrudeuse normale à corps de 25,4 mm d'un type courant dans l'industrie de l'extrusion de tubes médicaux. Un ensemble d'une filière de tube du type à tête transversale a été employé, ayant un orifice de 1,524 mm et une broche formant mandrin de 0,762 mm de diamètre. La température de fusion du polymère était de 103 C. Tandis que le tube sortait de la filière, il a été étiré par un dispositif de traction de brin jusqu'à ce que le diamètre externe mesure 0,813 mm. Le matériau a alors été refroidi de manière à empêcher la relaxation à une plus courte longueur et un plus grand diamètre. Au bout de 24 heures de refroidissement, les propriétés de gonflement du tube ont été examinées. Un certain nombre de sections transversales ont été prélevées et leurs dimensions ont été mesurées optiquement en utilisant un microscope. Alors, les échantillons ont été hydratés dans l'eau distillée pendant 24 heures. Ensuite, les dimensions ont de nouveau été mesurées. Le tube s'est révélé gonfler de +53,0% de diamètre interne, +46,8% de diamètre externe et uniquement de +1,6% négligeables de longueur. L'extrudeuse de 25,4 mm est fabriquée et vendue par Killion Extruders, Inc. à Verona, New Jersey 07044,EUA. EXEMPLE 2 Une solution d'un polyoxyéthylène glycol ayant un poids moléculaire moyen de 2.646 a été préparée en combinant 2.011,6 g (0,503 équivalent) de CARBOWAX 8000 R et 56,3 g (.1,060 équivalents) de diéthylène glycol. Les composants ont été mélangés sous agitation à une tempéra- ture de 70 C. Après avoir terminé le mélange on a ajouté, tout en maintenant l'agitation, 202,2 g (1,532 équivalents) de DESMODURR W, la température a diminué a environ 60 C. A ce point, on a introduit 3,4 cc de dilaurate de dibutyl étain, et on a continué l'agitation pendant environ 1-2 minutes tandis que la température atteignait C. Le mélange réactionnel a été transféré à un plateau et placé dans un four chauffé à environ 100 C; le polymère a été maintenu dans le four à 100 C pendant 1 heure pour assurer l'accomplissement de la réaction. Le plateau a été enlevé du four et on l'a' laissé refroidir jusqu'à la température ambiante. Un échantillon du polymère a été placé dans l'eau distillée pendant 24 heures. La teneur en eau du polymère hydraté résultant a été déterminée et s'est révélée être de 80,0% en poids. Après hydratation, le polymère avait gonflé à environ 350% de son volume d'ori- gine. Le polymère a été extrudé en utilisant le même équipe- ment qu'à l'exemple 1 à l'exception que l'on a utilisé une filière à tige dont l'orifice mesurait 2,54 millimètres et que le brin a été tiré jusqu'à ce qu'il ait 0,71 mm de diamètre. Comme à l'Exemple 1, le matériau a été confiné à sa longueur étirée lors de son refroidissement pendant 24 heures (jusqu'à la température ambiante). Les pièces de section transversale ont été découpées pour des mesures de gonflement. Le diamètre de la tige a augmenté de 114,2% pendant l'hydratation. La longueur des échantillons s'est révélée avoir diminué de 2,0%. La longueur s'est légèrement contractée parce que l'effet de la relaxation, dans ce cas, était légèrement plus important en grandeur et opposé en direction à l'effet du gonflement. EXEMPLE 3 Ce polymère a été préparé d'après la manière de l'Exemple 1,en utilisant les quantités suivantes des réactifs: R CARBOWAX 1450 819,0 g (1,130 équivalents) Diéthylène glycol 380,0 g (7,153 équivalents) DESMODURR W 1. 071,5 g (8,117 équivalents) Octoate stanneux 3,4 cc (catalyseur) Le mélange résultant de polyols avait un poids moléculaire moyen de 289. Al'immersion dans l'eau distillée pendant 24 heures, l'absorption d'eau a atteint 43,7% en poids tandis que le gonflement volumétrique était d'environ %. Un film souflé du polymère a été traité sur un appareil standard pour films soufflés mais afin d'obtenir un rapport important de gonflement, on a utilisé une filière plus petite qu'habituellement. [ Rapport de gonfle- ment = (2 x dimension à plat du film soufflé)/( i x diamètre de la filière). Le rapport de gonflement est le paramètre qui exprime le degré d'agrandissement du film post-filièrej. Dans le procédé d'obtention d'un film soufflé l'agrandisse- ment est obtenu par extrusion d'un-tube, en faisant passer ce tube à travers une paire de rouleaux d'emprise qui pincent le tube et forment un joint d'air. Ensuite, de l'air est forcé dans le tube affaissé à travers l'intérieur du mandrin-filière. Cet air gonfle le tube.[ Cela ressemble au gonflement d'un ballon] De cette manière, des films très minces peuvent être créés. Souvent, le tube est fendu et embobiné pour obtenir des rouleaux de film. Dans ce cas, un rapport important de gonflement a été utilisé de manière que le film soit fortement orienté dans la direction de sa circonférence (ou bien si le tube gonflé a été fendu, de sa largeur). On a utilisé une filière du type film soufflé de millimètres. Le matériau a été gonflé jusqu'à une dimension à plat de 406 mm. Le rapport de gonflement, par conséquent, était de t 2 x (406)/(4, x 50)], d'environ 5:1. L'extrudat a été embobiné pendant l'extru- sion et refroidi sur la bobine pendant 24 heures. Des échantillons ont été prélevés pour des mesures du gonflement. Le changement de largeur dû à l'hydratation était de -34,6% (la valeur négative indique-que la largeur a diminué pendant l'hydratation). Le changement mesuré de longueur était de +11,3%. L'épaisseur a gonflé de 140,4%. Par ce qui précède, on peut voir que les caractéristiques de gonflement de diverses formes plastiques formées avec le polyuréthane révélé ici peuvent être contrô6lées par le'procédé de l'invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Polymère thermoplastique hydrophile qui subit un gonflement différentiel en contact avec un liquide aqueux, caractérisé en ce qu'il est produit par les étapes de: (a) former un polymère thermoplastique hydrophile gonflable dans l'eau; (b) étirer le polymère de l'étape (a) à une température au delà de son point de transition vitreuse pour favoriser l'alignement des molécules du polymère, et (c) refroidir le polymère étiré de l'étape (b) pour produire un polymère gonflable dans l'eau et contraint, dans lequel le rapport du gonflement le long de l'axe d'étirage au gonflement latéral est contrôlé par le degré d'étirage. 2.- Polymère selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère thermoplastique hydrophile gonflable dans l'eau de l'étape (a) est un polyuréthane produit par réaction d'une quantité majeure d'un polyoxy- éthylène glycol ayant un poids moléculaire d'environ 1.000 à 10.000 et une quantité mineure de diéthylène glycol avec un diisocyanate aliphatique. 3.- Polymère selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diisocyanate aliphatique est le méthylènebis(4-cyclohexylisocyanate). 4.- Polymère selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polyoxybthylène glycol a un poids moléculaire moyen en nombre d'environ 1.450. 5.- Polymère selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polyoxyéthylène glycol a un poids moléculaire moyen en nombre compris entre environ 7.500 et 8.000. 6.- Polymère selon la revendication 2, caractérisé en ce que le polyoxyéthylène glycol est un mélange de polyoxyéthylène glycols selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5. 7.- Polymère selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a la forme d'une tige étirée. 8.- Polymère selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a la forme d'un film étiré. 9.- Polymère selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il a la forme d'un tube étiré. 10.- Polymère selon la revendication 9, caractérisé en ce que le tube est un cathéter à travers l'aiguille ne présentant essentiellement pas d'allongement provenant du gonflement lors du contact avec un liquide aqueux.