КЛЕИ НА ОСНОВЕ СИЛИКОН-АКРИЛОВОГО ГИБРИДНОГО ПОЛИМЕРА
GLUES BASED ON SILICON-ACRYL HYBRID POLYMER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к силикон-акриловым гибридным полимерам, композициям клеев, склеивающих при надавливании, содержащим гибридные полимеры, и их областям конечного применения. В частности, изобретение относится к клеям, которые являются идеально подходящими для использования при контакте с кожей и могут быть использованы при изготовлении медицинских лент и систем трансдермальной доставки лекарственных средств.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Композиции клеев, склеивающих при надавливании, (КСН) используют при изготовлении лейкопластырей с клеем, склеивающим при надавливании. Такие ленты в общем случае включают субстрат подложки и композицию клеев КСН.
Одна область, в которой композиции клеев КСН находят себе широкое применение, представляет собой медицинский сегмент, например, различные ленты, бандажи и устройства доставки лекарственных средств. Во множестве таких областей применения, таких как, например, трансдермальные пластыри, имеет место непосредственный контакт между композицией клея КСН и кожей пациента. Клеи для нанесения на кожу демонстрируют устойчивую клейкость при комнатной температуре, удерживают приклеиваемое изделие на коже при легком прижимании и должны легко удаляться, не вызывая боли и не образуя отложений из остатков клея.
В медицинских областях применения требования, накладываемые на композицию клея КСН, являются в особенности жесткими, поскольку необходимо избежать появления раздражения кожи и аллергической реакции. Кроме того, такие клеи должны хорошо приставать к человеческой коже во время потоотделения в жаркую погоду или в среде сочащихся ран.
Непрерывная контролируемая доставка лекарственных средства через дерму, то есть, кожу, обеспечивает получение множества преимуществ в сопоставлении с другими путями введения лекарственных средств. Трансдермальная доставка лекарственных средств представляет собой комфортную, удобную и неинвазивную альтернативу другим способам доставки лекарственных средств, таким как в результате перорального проглатывания медицинского препарата через фиксированные интервалы времени или в результате подкожного инъецирования. Системы трансдермальной доставки лекарственных средств не только обеспечивают контролируемое высвобождение фармацевтического продукта в режиме непрерывного высвобождения, но также и уменьшают побочные эффекты, такие как раздражение желудочно-кишечного тракта, предотвращают инактивацию в результате первого прохождения печени, неудовлетворительное или неустойчивое всасывание из желудочно-кишечного тракта и инактивацию жидкостями желудочно-кишечного тракта. Трансдермальная доставка лекарственных средств также делает возможной высокую степень контроля концентрации любого конкретного лекарственного средства в крови. Данные преимущества улучшают соблюдение больным режима и схемы лечения и увеличивают безопасность и эффективность медицинских препаратов.
В системах трансдермальной доставки лекарственных средств лекарственные средства доставляются из пластыря, наложенного на кожу при использовании клея, склеивающего при надавливании. Известные преимущества устройств непрерывной трансдермальной доставки лекарственных средств стимулировали разработку систем трансдермальной доставки лекарственных средств для введения широкого ассортимента лекарственных средств.
В системах трансдермальной доставки лекарственных средств широко использовали клеи КСН на акрилатной основе, поскольку они имеют относительно низкую стоимость в сопоставлении с другими клеями КСН, солюбилизируют множество типов функциональных лекарственных средств, хорошо пристают к широкому ассортименту различных поверхностей, и при необходимости могут быть составлены их рецептуры, обеспечивающие формирование адгезии к поверхности. Недостатки клеев КСН на акрилатной основе включают неудовлетворительные высокотемпературные эксплуатационные характеристики, неудовлетворительные низкотемпературные эксплуатационные характеристики, неспособность приставать к поверхностям, характеризующимся низкими поверхностными энергиями, и потенциал по формированию избыточной адгезии к коже в областях применения медицинских лент, что в результате может привести к болезненному удалению для пользователя.
Клеи на силиконовой основе демонстрируют хорошие как высоко-, так и низкотемпературные эксплуатационные характеристики, характеризуются превосходными химической инертностью, электроизолирующими свойствами, биосовместимостью и способностью приставать к субстратам, характеризующимся низкой поверхностной энергией. Основной недостаток клеев КСН на силиконовой основе заключается в их высокой стоимости в сопоставлении с другими технологиями. Другие ограничения в сопоставлении с клеями КСН на акрилатной основе включают пониженную клейкость и ограниченное формирование адгезии при необходимости.
Несмотря на известность и использование на современном уровне техники как силиконовых клеев, так и акриловых клеев для нанесения на кожу существуют постоянная потребность и неудовлетворенная нужда в улучшенных клеях КСН, которые могут быть использованы в медицинских областях применения, в частности в областях применения для доставки лекарственных средств. В областях применения для трансдермальной доставки лекарственных средств фармацевтически активный ингредиент обычно демонстрирует очень низкую растворимость в матрице силиконового клея КСН, в то время как растворимость в матрице акрилового клея КСН обычно является большей. В целях оптимизации системы доставки для конкретной области применения иногда желательно добиться достижения промежуточного уровня растворимости. Один простой подход, использовавшийся в компании Noven Pharmaceuticals, Inc в патентах Соединенных Штатов №№ 5474783, 5656286, 6024976, 6221383, 6235306, 6465004 и 6638528, заключается в получении простой смеси силиконовых и акриловых клев КСН. Несмотря на возможность достижения в данном подходе оптимизации растворимости лекарственного средства такая смесь несовместимых полимеров является термодинамически нестабильной. Это может привести к макроскопическому фазовому разделению и изменениям адгезионных свойств с течением времени. Одна попытка преодоления данной проблемы в результате создания силиконового клея КСН, привитого акрилом, была сделана в компании Dow Corning Corp. в соответствии с описанием в международной публикации № WO 2007/145996, в которой используют трехстадийный способ, где силиконовый клей КСН сначала получают в результате загущения каучука и смолы, после этого в данный клей КСН вводят блокирующие концевые группы реагента, реакционно-способного по свободно-радикальному механизму, и в заключение добавляют акриловый мономер, а затем проводят свободно-радикальную полимеризацию в присутствии клея КСН с введенными блокирующими концевыми группами. Данный сложный способ делает удаление остаточного мономера более проблематичным. Высокие уровни содержания акрилового мономера неприемлемы в областях применения для контакта с кожей. В дополнение к этому, несмотря на возможность проведения свободно-радикальной прививки силиконовых и акриловых полимеров она является относительно неконтролируемой. Один дополнительный недостаток данного подхода заключается в необходимости наличия внешнего сшивателя и/или высоких уровней содержания кислотного сомономера для достижения высокой когезионной прочности. Высокий уровень когезии может оказаться необходимым для устранения пластифицирующих эффектов, обусловленных определенными активными ингредиентами или другими лекарственными средами, такими как улучшители проницаемости кожи, что приводит к возникновению хладотекучести клея по периметру пластыря и сохранению остатков клея на коже после удаления пластыря. Внешние сшиватели, такие как дибензоилпероксид, ацетилацетонаты металлов или ортоалкилтитанаты, могут в результате приводить к образованию нежелательных побочных продуктов, являющихся результатом их разложения или взаимодействия с лекарственным средством. Высокие уровни содержания кислоты также нежелательны вследствие наличия потенциала по взаимодействию с лекарственным средством.
Физическая смесь силикона и акрилата известна, однако, такая физическая смесь термодинамически нестабильна и приводила бы к макроскопическому фазовому разделению и изменениям адгезионных свойств с течением времени. Кроме того, непрореагировавшие силиконовый и акриловый компоненты являются несмешиваемыми, это также может приводить к фазовому разделению с течением времени даже в случае совместной ковалентной прививки остальных компонентов.
В настоящем изобретении описывается способ получения новых ковалентно привитых смесей силиконового и акрилового материалов при использовании форполимеризованного акрилового полимера, но имеющего реакционно-способные группы, и объединения его с предшественником силиконового клея КСН. Данные реакционно-способные группы на акриловом материале предпочтительно прививаются на силиконовый клей КСН во время его конечной фазы реакции, известной под наименованием стадии «загущения», благодаря чему реакционно-способные группы на силиконовых каучуке и смоле конденсируются с образованием ковалентных связей. Акриловые реакционно-способные группы таковы, что они способны принимать участие в данном процессе загущения при одновременном самосшивании. Таким образом, акриловый материал прививается на конечный силиконовый клей КСН в одну стадию в результате проведения более контролируемой реакции; никакого акрилового мономера удалять не требуется, и высокие уровни напряжения сдвига могут быть получены в отсутствие внешних сшивателей или высоких уровней содержания кислотного сомономера.
Настоящее изобретение относится к потребности современного уровня техники в клеях КСН, которые демонстрируют преимущества технологий клеев как на акрилатной, как и на силиконовой основе при отсутствии недостатков, присущих предшествующему уровню техники.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение предлагает полимеры и композиции клев, рецептуры которых могут быть непосредственно использованы или составлены для использования в медицинских областях применения, включающих использование в системах трансдермальной доставки лекарственных средств.
3
1/2
4/2
3
1/2
4/2
Один аспект изобретения относится к гибридным силиконовым полимерам. Гибридные полимеры изобретения получают в результате проведения реакции для силиконового полимерного компонента, силиконового смоляного компонента и акрилового полимерного компонента. В одном варианте осуществления гибридный полимер получают в результате проведения совместной химической реакции для силиконового полимерного компонента, силиконового смоляного компонента и акрилового полимерного компонента с получением гибридного силикон-акрилатного полимера, где акриловый полимерный компонент ковалентно самосшивается и ковалентно связывается с силиконовым полимерным и/или силиконовым смоляным компонентами. Во втором варианте осуществления изобретения гибридный полимер получают в результате проведения совместной химической реакции для силиконового полимерного компонента, силиконового смоляного компонента и акрилового полимерного компонента для получения гибридного силикон-акрилатного полимера, где силиконовый смоляной компонент содержит силиконовую смолу, содержащую триорганосилокси-звенья RSiO, где R представляет собой органическую группу, и тетрафункциональные силоксил-звенья SiO с молярным соотношением в диапазоне от 0,1 до 0,9 звена RSiO на каждое звено SiO. В одном предпочтительном варианте осуществления акриловый полимер составляет более, чем приблизительно 90 масс.% алкил(мет)акрилатного компонента, и более, чем приблизительно 0,2 масс.% алкоксисилилфункциональных мономеров, галогенсилансодержащих мономеров и/или полисилоксансодержащих мономеров. Во втором варианте осуществления акриловый полимер включает алкоксисилилфункциональные группы с введенными блокирующими концевыми группами и/или макромер с полисилоксановыми концевыми блоками.
Еще один аспект изобретения относится к способу получения гибридного полимера в результате проведения реакции ступенчатой конденсации. Силиконовый полимерный компонент сначала вводят в реакцию с силиконовым смоляным компонентом для получения в результате силиконового клея КСН, и данный получающийся в результате силиконовый клей КСН после этого вводят в реакцию с акриловым полимером, содержащим реакционно-способную функциональность, для получения гибридного силикон-акрилового полимера.
В еще одном аспекте силиконовый смоляной компонент сначала вводят в реакцию с акриловым полимером, содержащим реакционно-способную функциональность, для получения промежуточного соединения, а после этого с данным промежуточным соединением вводят в реакцию силиконовый полимерный компонент для получения гибридного силикон-акрилового полимера.
В одном дополнительном аспекте силиконовый полимерный компонент сначала вводят в реакцию с акриловым полимером, содержащим реакционно-способную функциональность, для получения промежуточного соединения, а после этого с данным промежуточным соединением вводят в реакцию силиконовый смоляной компонент для получения гибридного силикон-акрилового полимера.
В приведенных выше реакциях компоненты вводят в реакцию в органическом растворителе в присутствии кислотного, основного или металлоорганического катализатора, такого как органическая соль олова, титана, алюминия, висмута, металлоорганические реагенты, такие как литийорганические реагенты и реактивы Гриньяра или их смеси.
Еще один аспект изобретения относится к клеям, склеивающим при надавливании, и клеящимся изделиям, включающим клей, склеивающий при надавливании, и полученным при использовании гибридных полимеров изобретения. Клеи в выгодном случае могут быть использованы для получения клеящихся изделий, включающих клей, склеивающий при надавливании, и предназначенных для использования в медицинских областях применения или промышленных областях применения. Клей может быть использован при изготовлении изделий, таких как пластыри, бандажи и ленты, которые благодаря действию клея приклеиваются к коже. Изделия изобретения обычно будут включать субстрат подложки, имеющий, по меньшей мере, на одной своей поверхности покрытие из клея. В одном варианте осуществления изделие включает клей, склеивающий при надавливании, и терапевтическое средство. В одном предпочтительном варианте осуществления клей используется в качествен носителя для физиологически активного средства. Клей обычно будет содержать гибридные полимеры, содержащие более чем 20% силиконового полимерного компонента, более, чем 20% силиконового смоляного компонента, и менее, чем 60% акрилового полимерного компонента.
Еще один другой аспект изобретения относится к способу введения терапевтического средства пациенту, включающему нанесение на поверхность тела пациента изделия, включающего субстрат подложки, имеющий, по меньшей мере, на одной своей поверхности покрытие из клея, склеивающего при надавливании, и физиологически активное средство. В одном варианте осуществления изделие включает слой клея, в который вводят доставляемое лекарственное средство, наружный слой подложки и внутренний разделительный слой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Фиг. 1 представляет собой график ДМА, сопоставляющий механическое поведение силикон-акриловой смеси предшествующего уровня техники (-◊-) и силикон-акрилатного гибрида изобретения (--) и (-Δ-).
Фиг. 2 представляет собой график ДМА, демонстрирующий механическое поведение гибридного силикон-акрилового полимера, который ввели в реакцию по способу ступенчатой реакции.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Массовый процент обозначает процент в расчете на сухую массу, если однозначно не будет выражено другого.
Изобретение предлагает гибридные полимеры, полученные в результате проведения реакции для смеси силиконового полимерного компонента, силиконового смоляного компонента и акрилового полимерного компонента. Изобретение также предлагает склеивающие при надавливании клеи, содержащие гибридные полимеры. Клеи изобретения обладают свойствами, которые делают их подходящими для использования в областях применения в промышленности, а также для доставки лекарственных средств и в косметике и для деликатного контакта с кожей.
Компоненты, использующиеся для получения гибридного полимера, вводят в реакцию в органическом растворителе в присутствии катализатора, такого как основание, кислота и/или металлоорганический катализатор, такой как органическая соль олова, титана, алюминия, висмута, литийорганика, реактив Гриньяра или их смесь.
Подходящие силиконовые полимерные компоненты, которые могут быть использованы в практике изобретения, включают силиконовые полимеры, которые включают органозамещенный полисилоксан. Диорганозаместители включают, например, диметил, метилвинил, метилфенил, дифенил, метилэтил и (3,3,3-трифторпропил)метил. В одном варианте осуществления диорганозаместители представляют собой диметил. В силиконовый полимер обычно будут вводить блокирующие концевые функциональные группы, такие как гидроксил-, алкоксил-, гидрид-, винилфункциональные группы и группы, подобные им. В одном варианте осуществления блокирующие концевые функциональные группы являются гидроксильными группами. Молекулярная масса полидиорганосилоксана обычно будет находиться в диапазоне от приблизительно 50000 до приблизительно 1000000, предпочтительно от приблизительно 80000 до приблизительно 300000. Если только не будет указано другого, то молекулярная масса в настоящем документе обозначает среднемассовую молекулярную массу Mw.
3
1/2
4/2
3
1/2
4/2
3
3
2
2
3
3
3
2
Подходящие силиконовые смоляные компоненты, которые могут быть использованы в практике изобретения, включают силиконовые смолы MQ, которые содержат от 0,05 до 5 массовых процентов связанных с кремнием гидроксильных групп и содержат триорганосилоксильные звенья RSiO и тетрафункциональные силоксил-звенья SiO с молярным соотношением 0,1-0,9, предпочтительно 0,6-0,9, звена RSiO на каждое звено SiO. Они могут быть использованы в виде твердого вещества или в растворе в органическом растворителе, таком как толуол или ксилол. Предпочтительными органическими группами R силиконовой смолы являются винильные, метильные, фенильные и им подобные группы, а также их смеси. Одной предпочтительной группой R является метильная группа. Для уменьшения количества ОН в смоле смолы также могут быть подвергнуты дополнительной обработке при использовании, например, MeSiOSiMe, ViMeSiOSiMeVi, MeViPhSiOSiPhViMe, MeSiNHSiMe или триорганосилана, такого как MeSiCl, MeViSiCl или MeViPhSiCl, (где Ме=метил; Vi=винил и Ph=фенил).
Подходящие акриловые полимерные компоненты, которые могут быть использованы в практике изобретения, включают акриловые полимеры, которые включают, по меньшей мере, алкоксисилилфункциональный мономер, полисилоксансодержащий мономер, галогенсилилфункциональный мономер или алкилоксигалогенсилилфункциональный мономер. Алкоксисилилфункциональные мономеры, будучи включенными в основную цепь акрилового полимера, претерпевают реакции конденсации с ОН-функциональными группами силиконовой смолы или силиконового полимера в присутствии катализатора. Алкоксисилилфункциональные группы акрилового полимера также могут подвергаться реакции самосшивания в присутствии воды/влаги и катализатора во время реакции конденсации. Данная реакция сшивания приводит к получению стабильных доменов сшитого акрилового полимера, что вносит свой вклад в когезионную прочность конечной клеящейся пленки. Такие акриловые полимерные домены также исполняют функцию множества небольших резервуаров для растворения и хранения молекул лекарственных средств. Под действием катализа кислотой или основанием полисилоксановые цепи претерпевают расщепление цепи и рекомбинацию с другими компонентами в системе гибрида. Как было обнаружено, полимеры, включающие более чем приблизительно 0,2 масс.% алкоксисилилфункциональных мономеров, являются в особенности хорошо подходящими для использования в гибридных композициях клеев изобретения и могут быть использованы при изготовлении клеящихся изделий, таких как, например, лейкопластыри и клеящиеся листы, в результате нанесения клея или клеевой композиции на материал основы, такой как бумага, ткань или пленка пластика.
Примеры алкоксисилилфункциональных мономеров включают триалкоксисилил- и диалкоксисилилфункциональные акрилаты или метакрилаты. Предпочтительные алкоксисилилфункциональные мономеры представляют собой триметоксилсилил- и диметоксиметилсилилфункциональные акрилаты или метакрилаты.
Примеры полисилоксансодержащих мономеров включают полидиметилсилоксанмоноакрилаты или -монометакрилаты.
Другие подходящие силилфункциональные мономеры включают триэтоксилсилил- и диэтоксиметилсилилфункциональные акрилаты или метакрилаты.
Силилфункциональные мономеры обычно будут использоваться в количествах в диапазоне от 0,2 до 20 массовых процентов от акрилового полимера, более предпочтительно количество силилфункциональных мономеров будет находиться в диапазоне от приблизительно 1,5 до приблизительно 5 массовых процентов от акрилового полимера.
Количество полисилоксансодержащего мономера обычно будет использоваться при величинах в диапазоне от 1,5 до 50 массовых процентов от акрилового полимера, более предпочтительно количество полисилоксансодержащих мономеров будет находиться в диапазоне от 5 до 15 массовых процентов от акрилового полимера.
Еще одним акриловым полимерным компонентом, который может быть в выгодном случае использован в практике изобретения, являются акриловые полимеры, включающие алкоксисилилфункциональные группы с введенными блокирующими концевыми группами или сополимеры, содержащие полисилоксановые блоки или привитые полисилоксаном. Примерами алкоксисилилфункциональных групп с введенными блокирующими концевыми группами являются триалкоксилсилил-, диалкоксисилилфункциональные группы. Предпочтительными алкоксисилилфункциональными группами с введенными блокирующими концевыми группами являются триметоксилсилил-, диметоксиметилсилил-, триэтоксилсилил- и/или диэтоксиметилсилилфункциональные группы. Примерами таких полимеров являются полимеры SA, доступные в компании Kaneka. Подходящими для использования также являются и блок-сополимеры. Одним примером полисилоксанового блок-сополимера является полидиметилсилоксан-акриловый блок-сополимер. Предпочтительное количество силоксанового блока находится в диапазоне от 10 до 50 массовых процентов от совокупного блок-сополимера.
Акриловые полимерные компоненты включают алкил(мет)акрилатные мономеры. Предпочтительные алкил(мет)акрилаты, которые могут быть использованы в практике изобретения, содержат вплоть до приблизительно 18 атомов углерода в алкильной группе, предпочтительно от 1 до приблизительно 12 атомов углерода в алкильной группе. Данные акриловые полимерные компоненты могут включать алкилакрилатный мономер, характеризующийся низкой температурой стеклования (Tg). Мономерами, характеризующимися низким значением Tg, являются те, которым свойственно значение Tg гомополимера, меньшее, чем приблизительно 0ºС. Характеризующиеся низким значением Tg алкилакрилаты, предпочтительные для использования в изобретении, содержат от приблизительно 4 до приблизительно 10 атомов углерода в алкильной группе и включают бутилакрилат, амилакрилат, гексилакрилат, 2-этилгексилакрилат, октилакрилат, изооктилакрилат, децилакрилат, их изомеры и их комбинации. В особенности предпочтительными являются бутилакрилат, 2-этилгексилакрилат и изооктилакрилат. Акриловые мономеры, характеризующиеся низким значением Tg, предпочтительно, но необязательно присутствуют в количествах, больших, чем приблизительно 40 масс.% в расчете на совокупную массу мономеров акрилового полимера. Акриловые полимерные компоненты могут дополнительно включать (мет)акрилатные мономеры, характеризующиеся высокой температурой стеклования. Неограничивающие примеры включают метилакрилат, этилакрилат, метилметакрилат и изобутилметакрилат. Практикующий специалист в соответствующей области техники должен понимать то, что выбор мономеров определяется рассмотрением адгезионных свойств, совместимости с другими компонентами матрицы клея, растворимости лекарственного средства и тому подобного. Таким образом, Tg мономера представляет собой только одну из множества переменных, принимаемых во внимание при разработке любого конкретного полимера.
Акриловый полимерный компонент может дополнительно иметь полиизобутиленовую группу для улучшения характеристик хладотекучести получающегося в результате клея.
Примеры акриловых полимеров, которые включают галогенсилил- или алкоксигалогенсилилфункциональные мономеры, могут быть получены в результате проведения сополимеризации 3-метакрилоксипропилдиметилхлорсилана, 3-метакрилоксипропилдихлорсилана, 3-метакрилоксипропилтрихлорсилана, 3-акрилоксипропилдиметилхлорсилана, 3-акрилоксипропилдихлорсилана и 3-акрилоксипропилтрихлорсилана.
Акриловые полимерные компоненты могут включать азотсодержащие полярные мономеры. Примеры включают N-винилпирролидон, N-винилкапролактам, N-(третичный октил)акриламид, диметилакриламид, диацетонакриламид, N-(третичный бутил)акриламид, N-изопропилакриламид, цианоэтилакрилат, N-винилацетамид и N-винилформамид.
Акриловый полимерный компонент может включать один или несколько гидроксилсодержащих мономеров, таких как 2-гидроксиэтилакрилат, 2-гидроксиэтилметакрилат, гидроксипропилакрилат и/или гидроксипропилметакрилат. Такие гидроксифункциональные мономеры в общем случае используют в количествах, доходящих вплоть до приблизительно 40 масс.%, более часто находящихся в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 масс.%, в расчете на совокупную массу мономеров акрилового полимера.
Акриловые полимерные компоненты при желании могут включать мономеры, содержащие карбоновую кислоту. Подходящие карбоновые кислоты предпочтительно содержат от приблизительно 3 до приблизительно 6 атомов углерода и включают, помимо прочего, акриловую кислоту, метакриловую кислоту, итаконовую кислоту, β-карбоксиэтилакрилат и тому подобное. В особенности предпочтительной является акриловая кислота. Такие карбоксифункциональные мономеры в общем случае используют в количествах, доходящих вплоть до приблизительно 25 масс.%, более часто находящихся в диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 масс.%, в расчете на совокупную массу мономеров акрилового полимера.
Другие подходящие хорошо известные сомономеры включают винилацетат, стирол, циклогексилакрилат, алкилди(мет)акрилаты, глицидилметакрилат и аллилглицидиловый эфир, а также мономеры, такие как, например, поли(стирил)метакрилат.
Одним акриловым полимерным компонентом, который может быть использован в практике изобретения, является акриловый полимер, который включает от приблизительно 90 до приблизительно 99,5 масс.% бутилакрилата и от приблизительно 0,5 до приблизительно 10 масс.% диметоксиметилсилилметакрилата.
Несмотря на описание в примерах одного конкретного способа полимеризации акриловый полимерный компонент настоящего изобретения может быть получен обычными способами полимеризации, известным специалистам в соответствующей области техники. Данные способы включают без ограничения полимеризацию в растворе, суспензионную полимеризацию, полимеризацию в массе и эмульсионную полимеризацию. В практике изобретения выгодными также могут оказаться уменьшение уровня содержания достаточного мономера или удаление или уменьшение уровней содержания растворителя и/или других летучих соединений после полимеризации при использовании способов, которые известны и обычны на современном уровне техники. Клей может быть нанесен из органического раствора, водной дисперсии или из расплава.
Гибридные композиции клеев, склеивающих при надавливании, могут быть получены при использовании любых подходящих способов в зависимости от реакционно-способных групп, присутствующих в силиконовом полимере, силиконовой смоле и акриловых полимерах. Гибридный полимер в удобном случае может быть получен при использовании одностадийного способа. В одном предпочтительном способе клеи получают в результате проведения реакции конденсации для смеси силиконового полимерного компонента, силиконового смоляного компонента и акрилового компонента. Реакция может протекать в отсутствие катализатора или в альтернативном и более предпочтительном варианте в присутствии катализатора.
4
2
3
Примеры катализатора включают металлоорганические соли металлов, таких как олово, титан, алюминий, висмут, металлоорганические реагенты, такие как литийорганические реагенты и реактивы Гриньяра, органическую и неорганическую кислоту, такую как метансульфоновая кислота, серная кислота, кислую глину, кислотные ионообменные смолы Amberlyst™ (Rohm and Haas), органические и неорганические основания, такие как KОН, NaOH, (NH)CO, карбамат аммония и органические основания, такие как триэтиламин, триэтаноламин. В случае реакционно-способных групп, таких как галогенсиланы в акриловом полимере, реакция конденсации с силиконовым полимером и/или силиконовой смолой может проводится без использования катализатора. Несмотря на возможность проведения реакции конденсации при комнатной температуре один предпочтительный способ заключается в проведении реакции конденсации при нагревании при 50-160ºС. В качестве реакционного растворителя могут быть использованы органические растворители, такие как толуол, гептан или ксилол. В качестве реакционного растворителя или совместного растворителя также могут быть использованы и другие органические растворители, такие как алифатические углеводороды, тетрагидрофуран, этилацетат, метилэтилкетон и тому подобное. Конденсации предпочтительно дают возможность протекать, по меньшей мере, вплоть до существенного аннулирования скорости удаления выделения побочных продуктов конденсации, таких как вода и спирт. Нагревание продолжают вплоть до получения желательных физических свойств, таких как значения вязкости, клейкости и адгезии. Обычно смеси будут давать возможность реагировать в течение периода времени продолжительностью от приблизительно 1 до приблизительно 24 часов.
С точки зрения совместимости с основными лекарственными средствами зачастую желательным является блокирование оставшихся связанных с кремнием гидроксильных групп после прохождения реакций конденсации для силиконового полимера, смолы MQ и акриловых полимерных компонентов. Обычно этого добиваются в результате дополнительного нагревания раствора в присутствии, например, гексаметилдисилазана. Другие подходящие последующие химические обработки раскрываются в патенте Соединенных Штатов № 4655767, выданном компании Dow Corning Corp.; он посредством ссылки включается в настоящий документ. Введение блокирующих концевых групп представляет собой стадию, которая предотвращает катализирование лекарственными средствами или активными веществами дальнейшей конденсации свободных гидроксильных групп, что приводит к потере клейкости. Введение блокирующих концевых групп также является существенным для обеспечения стабильности вязкости рецептуры в случае присутствия свободных гидроксильных групп. Для достижения стабильности вязкости рецептуры клея КСН может потребоваться акцептирование определенных остаточных оснований, таких как КОН, NaOH или органические амины, что предотвращает дальнейшую конденсацию свободных гидроксильных групп. Это может быть достигнуто в результате нейтрализации карбоновыми кислотами, такими как уксусная кислота, или длинноцепными жирными кислотами, такими как олеиновая кислота, стеариновая кислота, или полимерными кислотами, такими как кислотный материал Amberlyst, и тому подобным. В случае использования длинноцепных жирных кислот получающаяся в результате соль оставалась бы в смеси в качестве поверхностно-активного вещества и могла бы также исполнять функцию улучшителя проникновения лекарственного средства.
В случае завершения реакции конденсации уровень содержания твердого вещества в получающейся в результате гибридной композиции клея, склеивающего при надавливании, может быть отрегулирован в результате добавления или удаления растворителя. Присутствующий растворитель может быть полностью удален, и к гибридному продукту клея, склеивающего при надавливании, может быть добавлен другой органический растворитель. Предпочитается гибридные композиции клеев, склеивающих при надавливании, иметь в растворе в органическом растворителе, где органический растворитель составляет от приблизительно 30 до приблизительно 90 массовых процентов от совокупной смеси компонентов.
В то время как цель изобретения заключается в улучшении когезии в результате обеспечения самосшивания без возникновения потребности во внешней добавке, для практикующего специалиста в соответствующей области техники будет очевидным то, что клеи, склеивающие при надавливании, данного изобретения могут быть дополнительно сшиты под действием пероксида по винильным группам на полимерных компонентах. Подобным образом, дополнительное сшивание акриловой фазы после полимеризации при желании может быть достигнуто в результате добавления известных сшивателей, таких как металлоорганические соединения.
В соответствии с использованием в настоящем документе термин «клей, склеивающий при надавливании» относится к вязкоэластичному материалу, который моментально пристает к большинству субстратов при приложении незначительного давления и остается устойчиво клейким. Полимерная композиция может представлять собой клей, склеивающий при надавливании, в значении термина, использующегося в настоящем документе, если она будет обладать свойствами клея, склеивающего при надавливании, как такового или будет обладать функциями клея, склеивающего при надавливании, в результате примешивания добавок, повышающих клейкость, пластификаторов или других добавок.
Подходящими добавками, повышающими клейкость, являются те, которые известны из современного уровня техники, в том числе: (1) алифатические углеводороды; (2) смешанные алифатические и ароматические углеводороды; (3) ароматические углеводороды; (4) замещенные ароматические углеводороды; (5) гидрированные сложные эфиры; (6) политерпены; (7) сложные эфиры канифоли; и (8) древесные смолы или канифоли и их гидрированные формы. Подходящие уровни содержания добавок, повышающих клейкость, в общем случае находятся в диапазоне от приблизительно 1 масс.% до приблизительно 30 масс.% в расчете на массу совокупной композиции клея.
Клеи согласно настоящему изобретению также могут содержать примешанные полимеры для дополнительных увеличения или уменьшения, по мере надобности, растворимости лекарственного средства в полимерной матрице клея. Примеры полимеров, подходящих для примешивания к полимерам клея данного изобретения, включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: другие акрилаты, полисилоксаны, полиизобутилен, полипропиленоксид, полиизопрен, полибутадиен, стирольные блок-полимеры и тому подобное. Примеры стирольных блок-сополимеров включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: стирол-изопрен-стирольный блок-сополимер (СИС), стирол-бутадиен-стирольный сополимер (СБС), стирол-этиленбутен-стирольные сополимеры (СЭБС) и их двухблочные аналоги.
Композиции изобретения могут включать и другие добавки, известные специалистам в соответствующей области техники. Данные добавки могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: пигменты, наполнители, флуоресцентные добавки, добавки, улучшающие текучесть, и выравнивающие добавки, смачиватели, поверхностно-активные вещества, противовспениватели, реологические модификаторы, улучшители проникновения, стабилизаторы и антиоксиданты.
Антиоксиданты обычно добавляют индивидуально или в комбинации для предохранения ингредиентов от разложения во время получения и использования композиций клея и обеспечения долговременной термостойкости. В общем случае в композиции клеев может быть включено вплоть до приблизительно 1 масс.% одного или нескольких антиоксидантов, обычно от приблизительно 0,1 масс.% до приблизительно 0,5 масс.%.
Несмотря на возможность использования склеивающего при надавливании клея изобретения в любом количестве областей применения, например в случае этикеток, клеи являются в особенности хорошо подходящими для использования в медицинских областях применения. Клеи, склеивающие при надавливании, находят себе применение при изготовлении изделий, таких как фиксаторы стомы, лейкопластыри и бандажи, клеевые фиксаторы для дренирования раны, раневые повязки, в качестве склеивающих веществ для других продуктов и тому подобного, что пристает к человеческой коже и остается клейким даже во влажной среде. Склеивающие при надавливании клеи изобретения также могут быть использованы в промышленной ленте и во множестве других областей применения клея КСН.
Клей изобретения является в особенности хорошо подходящим для использования в областях применения для трансдермальной доставки лекарственных средств. Склеивающий при надавливании клей изобретения может быть включен в устройство трансдермальной доставки лекарственных средств, разработанное для доставки терапевтически эффективного количества продукта на кожу пациента, например для излечения раздражения кожи или для доставки терапевтически эффективного количества лекарственного средства через кожу пациента. Термин «трансдермальный» относится к использованию кожи в качестве портала для введения лекарственных средств при местном применении или для диагностических методик, таких как отслеживание химического состава крови. Нанесенное при местном применении лекарственное средство проходит в и/или через кожу. Таким образом, термин «трансдермальный» в настоящем документе в широком смысле используется по отношению к местному введению лекарственного средства, которое оказывает местное воздействие, то есть на поверхности или внутри кожи, так как в случае, например, пластыря для борьбы с дефектами кожи, использующегося для лечения угревой сыпи, и к местному применению лекарственного средства, которое оказывает системное воздействие в результате диффундирования через кожу и поступления в кровоток.
Устройства трансдермальной доставки лекарственных средств изобретения включают носитель (такой как жидкая, гелеобразная или твердая матрица или клей, склеивающий при надавливании), в который включают лекарственное средство, подлежащее доставке, наружный слой подложки и внутренний разделительный слой. В случае отслаивания пациентом разделительной пленки от клея и наложения пластыря лекарственное средство перераспределяется в роговой слой (наружный слой кожи) и проникает через эпидермис и дерму.
Слой полимера, содержащего лекарственное средство, предпочтительно представляет собой склеивающий при надавливании клей для контакта с кожей изобретения, который представляет собой фармацевтически приемлемый материал, который не имеет функциональных групп, содержащих, например, реакционно-способные водородные фрагменты, или других групп, способных участвовать в реакциях с лекарственным средством во время изготовления или хранения пластыря или изменять адгезионные свойства во время хранения в результате прохождения непредусмотренных химических реакций. Клей изобретения, будучи использованным в качестве контактного клея носителя или контактного клея накладки для трансдермальных пластырей, не вызывает раздражения, легко наносится и легко удаляется.
Термин «лекарственное средство» в настоящем документе должен восприниматься в своем наиболее широком смысле для обозначения любого вещества, которое предназначено для получения определенного благоприятного терапевтического эффекта. Вещество может быть, а может и не быть фармацевтически активным, но будет «биологически активным» в том смысле, что оно оказывает воздействие на человеческий организм. Вещество может быть использовано для лечения или изменения состояния, которое может быть, а может и не быть патологическим, то есть стадией заболевания. Термины «лекарственное средство», «биологически активное средство», «препарат», «медицинский препарат», «терапевтическое средство», «физиологическое средство» и «фармацевтическое средство» в настоящем документе используются взаимозаменяющим образом и включают вещества, предназначенные для использования при диагностике, излечении, смягчении, блокировании, лечении или профилактике состояния или стадии заболевания или оказании воздействия на структуру или функцию организма. В данный термин включаются вещества для профилактики состояния кожи, которые исполняют функцию, например, смягчения и увлажнения. Термин «лечение» в широком смысле используется для включения профилактики, изменения, излечения и контроля состояния.
Лекарственное средство в устройстве доставки лекарственных средств изобретения присутствует в терапевтически эффективном количестве, то есть количестве, эффективном для стимулирования появления желательного терапевтического результата при лечении состояния, для которого препарат данного изобретения должен быть использован. Эффективное количество лекарственного средства обозначает нетоксичное, но достаточное количество лекарственного средства для получения выбранного эффекта в течение конкретного периода времени. Количество, которое составляет терапевтически эффективное количество, варьируется в соответствии с конкретным лекарственным средством, включенным в устройство, излечиваемым состоянием, любыми лекарственными средствами, вводимыми совместно с выбранным лекарственным средством, желательной продолжительностью лечения, площадью поверхности кожи, на которой должно быть размещено устройство, и другими компонентами устройства доставки лекарственных средств. Такое количество легко может быть определено практикующим специалистом в соответствующей области техники.
Система доставки лекарственных средств изобретения в дополнение к лекарственному средству в выгодном случае также может и содержать эффективное количество улучшителя проникновения. Эффективное количество улучшителя проникновения обозначает количество, которое обеспечивает достижение выбранного увеличения проницаемости мембраны, скорости введения и количества доставляемого лекарственного средства. Подходящие улучшители описываются, например, в публикации «Percutaneous Penetration Enhancers», edited by E. H. Smith and H. I. Maibach, CRC Press, New York (1995).
Устройство изобретения размещают на коже и позволяют ему там оставаться в течение периода времени, достаточного для достижения или сохранения предполагаемого терапевтического эффекта. Время, которое составляет достаточное время, может быть выбрано специалистом в соответствующей области техники при учете соображений по интенсивности потока для устройства изобретения и излечиваемого состояния.
Устройства трансдермальной доставки изобретения могут быть изготовлены в форме изделия, такого как лента, пластырь, лист, повязка или любая другая форма, известная специалистам в соответствующей области техники. Система дозирования может быть изготовлена в любой желательной стандартной лекарственной форме. Обычной является круглая форма, поскольку она не имеет углов, которые могут легко отделяться от кожи, в то время как для сведения к минимуму отходов при отрезании от рулона или листа используют квадратную или прямоугольную форму. В дополнение к наличию различных форм полученные стандартные лекарственные формы могут быть изготовлены с различными размерами.
В зависимости от конструкции пластыря и излечиваемого состояния (например, предупреждение беременности, купирование боли, повышенное кровяное давление, отказ от курения, состояние кожи) пластырь будет оставаться на коже в течение вплоть до часа и более, вплоть до приблизительно одной недели. В одном предпочтительном варианте осуществления пластырь разрабатывают для его сохранения на коже на участке применения в течение приблизительно 24 часов при его ежедневной замене. В еще одном предпочтительном варианте осуществления пластырь заменяют один или два раза в неделю. Предпочтительно пластырь будет размещен на коже на участке, отличном от местоположения пластырей, использовавшихся прежде.
Термин «пациент» в настоящем документе используется для включения животных, как людей, так и не людей, в том числе домашних животных, таких как собаки, кошки и лошади, и домашнего скота, такого как крупный рогатый скот и свиньи. Также предусматриваются и сельскохозяйственные и плодоводческие области применения.
Области лечения, где устройство доставки изобретения находит себе применение, и примеры фармацевтических продуктов, которые могут быть включены в устройства изобретения, включают лечение недержания (например, оксибутинин), состояний центральной нервной системы (например, метилфенидат, ротиготин), гормональная терапия и предупреждение беременности (например, эстрадиол, тестостерон, прогестин, прогестерон, левоноргестрел), сердечнососудистая система (например, нитроглицерин, клонидин) и кардиотонические средства (например, дигиталис, дигоксин), купирование боли или противовоспалительные средства (например, фентанил, суфентанил, лидокаин, диклофенак, флурбипрофен), косметика (например, бензоилпероксид, салициловая кислота, витамин С, витамин Е, ароматические масла), средства против тошноты (например, скополамин, гранисетрон), отказ от курения (например, никотин), противовоспалительные состояния, как стероидные средства (например, гидрокортизон, преднизолон, триамцинолон), так и нестероидные средства (например, напроксен, пироксикам), противобактериальные средства (например, пенициллины, такие как пенициллин V, цефалоспорины, такие как цефалексин, эритромицин, тетрациклин, гентамицин, сульфатиазол, нитрофурантоин, и хинолоны, такие как норфлоксацин, флумехин и ибафлоксацин), противопротозойные средства (например, метронидазол), противогрибковые средства (например, нистатин), блокаторы кальциевых канальцев (например, нифедипин, дилтиазем), бронхорасширяющие средства (например, теофиллин, пирбутерол, салметерол, изопротеренол), ингибиторы ферментов, такие как ингибиторы коллагеназы, ингибиторы протеазы, ингибиторы эластазы, ингибиторы липоксигеназыы и ингибиторы ангиотензинконвертирующих ферментов (например, каптоприл, лизиноприл), другие противогипертонические средства (например, пропранолол), антагонисты лейкотриена, противоязвенные средства, такие как Н2-антагонисты, противовирусные средства и/или иммуномодулирующие средства (например, 1-изобутил-1Н-имидазо[4,5-c]хинолин-4-амин, 1-(2-гидрокси-2-метилпропил)-1Н-имидазо[4,5-c]хинолин-4-амин и ацикловир), анестезирующие средства местного действия (например, бензокаин, пропофол), противокашлевые средства (например, кодеин, декстрометорфан), противогистаминные средства (например, дифенгидрамин, хлорфенирамин, терфенадин), наркотические анальгетики (например, морфолин, фентанил, суфентанил), кардиоактивные продукты, такие как атриопептиды, противосудорожные средства (например, карбамазин), иммунодепрессивные средства (например, циклоспорин), психотерапевтические средства (например, диазепам), успокаивающие средства (например, фенобарбитал), противосвертывающие средства (например, гепарин), болеутоляющие средства (например, ацетаминофен), противомигренозные средства (например, эрготамин, мелатонин, суматриптан), антиаритмические средства (например, флекаинид), противорвотные средства (например, метаклопромид, ондансентрон), противоопухолевые средства (например, метотрексат), неврологические средства, такие как анксиолитические средства, кровоостанавливающие средства, средства для похудания и тому подобное, а также их фармацевтически приемлемые соли, сложные эфиры, сольваты и клатраты.
При использовании устройства трансдермальной доставки лекарственных средств изобретения удобно также можно применять и ветеринарные лекарственные средства, а также сельскохозяйственные и плодоводческие средства. Необходимо понимать то, что трансдермальная доставка лекарственных средств в ветеринарных и плодоводческих областях применения делает возможными более точное дозирование и меньшее количество отходов в сопоставлении с ведением в пищу/поливную воду.
Устройство доставки лекарственных средств изобретения может быть получено при использовании обычных способов нанесения надлежащего носителя на подложку. Например, матричное устройство может быть изготовлено в результате получения рецептуры покрытия при перемешивании раствора клея в растворителе с лекарственным средством и любыми лекарственными средами для получения гомогенного раствора или суспензии; нанесения рецептуры на субстрат (подложку или разделительную пленку) при использовании хорошо известных способов нанесения покрытия с применением валика, шабера, планки или экструзионной головки; высушивания субстрата, имеющего покрытие, для удаления растворителя; и ламинирования на лицевую поверхность разделительной пленки или подложки.
Изобретение будет дополнительно описано в следующих далее примерах, которые включаются для целей иллюстрирования и никоим образом не предназначены для ограничения объема изобретения.
ПРИМЕРЫ
3
4/2
Силиконовые полимеры (130000-160000) и метилсиликоновую смолу MQ (соотношение количеств M/Q (MeSiO/SiO) составляло приблизительно 0,8), использующиеся в примерах от 2 до 6, получали в соответствии с методиками предшествующего уровня техники (Silicon in Organic, Organometallic and Polymer Chemistry by M. Brook, US 2676182, US 2814601). Силиконовый полимер и метильную смолу MQ, использующиеся в примерах 10-12, получали из коммерческих источников.
Пример 1
Первоначальную загрузку, содержащую 90,0 г бутилакрилата, 7,0 г метилметакрилата, 3,0 г триметоксисилилпропилакрилата, 0,17 г 2,2′-азобисизобутиронитрила (АИБН) (инициатор полимеризации) и 100,0 г этилацетата (растворитель), перемешивали и загружали в 1-литровую 4-горлую круглодонную колбу, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали, термометром, конденсатором, водяной баней и капельными воронками для медленного ввода. Первоначальную загрузку нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании. По истечении 15 минут после начала кипения в условиях флегмообразования в течение периода в 2 часа равномерно добавляли смесь мономеров, содержащую 270 г бутилакрилата, 21,0 г метилметакрилата, 9,0 г триметоксисилилпропилакрилата. Кроме того, по истечении 15 минут после начала кипения в условиях флегмообразования в течение периода в 4 часа непрерывно и равномерно добавляли 51,15 г этилацетата и 1,20 г АИБН. По окончании добавления содержимое колбы выдерживали при кипении в условиях флегмообразования в течение 1 часа. По окончании периода выдерживания содержимое охлаждали до комнатной температуры и полимерный раствор выгружали. Растворитель этилацетат удаляли в результате ротационного выпаривания в вакууме и добавляли свежий ксилол, доводя уровень содержания твердого вещества до 50%.
Пример 2
4
2
3
Смесь силиконового полимера полидиметилсилоксана (Mw 130000, 48% в толуоле, 90 г), акрилового полимера SA-100S от компании Kaneka (50% в толуоле, 40 г) и основного катализатора (NH)CO (1,0 г) перемешивали при 60°C в течение 2 часов. Добавляли метилсиликоновую смолу MQ (32,0% в толуоле, 135 г) и реакционную смесь перемешивали при 60°C в течение 12 часов. После этого реакционную смесь нагревали до 115°C в течение 2 часов при медленном продувании газообразного азота. Добавляли гексаметилдисилазан (5,0 г) и реакцию продолжали при 115°C в течение 2 часов. Продукт охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний.
Пример 3
Смесь силиконового полимера полидиметилсилоксана (Mw 160000, 48% в ксилоле, 100,0 г), акрилового полимера, полученного в соответствии с примером 1, (Mw 230000, 50% в ксилоле, 43,0 г), метилсиликоновой смолы MQ (55,3% в ксилоле, 50 г) и уксусной кислоты (0,5 г) перемешивали при 50°C в течение 3 часов и при 135°C в течение 3 часов. Продукт охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость.
Пример 4
4
2
3
Смесь силиконового полимера полидиметилсилоксана (Mw 160000, 48% в ксилоле, 100,0 г), акрилового полимера, полученного в соответствии с примером 1, (Mw 230000, 50% в ксилоле, 43,0 г), метилсиликоновой смолы MQ (55,3% в ксилоле, 50 г) и основного катализатора (NH)CO (1,0 г) перемешивали при 60°C в течение 6 часов и при 115°C в течение 2 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (5,0 г) и реакцию продолжали при 115°C в течение 2 часов. Продукт охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний.
Пример 5
Смесь силиконового полимера полидиметилсилоксана (Mw 160000, 48% в ксилоле, 100,0 г), акрилового полимера, полученного в соответствии с примером 1, (Mw 230000, 50% в ксилоле, 43,0 г), метилсиликоновой смолы MQ (55,3% в ксилоле, 50 г) и порошка КОН (0,05 г) перемешивали при комнатной температуре в течение 6 часов и при 140°C в течение 2 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (5,0 г) и реакцию продолжали при 140°C в течение 2 часов. Продукт охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний. После охлаждения реакционной смеси до комнатной температуры для нейтрализации КОН добавляли кислотную ионообменную смолу Amberlyst (5 г). Продукт отфильтровывали для удаления каких-либо твердых частиц и упаковывали в стеклянную емкость.
Пример 6
Смесь силиконового полимера полидиметилсилоксана (Mw 160000, 48% в ксилоле, 100,0 г), акрилового полимера, полученного в соответствии с примером 1, (Mw 230000, 50% в ксилоле, 43,0 г), метилсиликоновой смолы MQ (55,3% в ксилоле, 50 г) и ионообменной смолы Amberlyst (1,0 г) перемешивали при 80°C в течение 6 часов. Продукт отфильтровывали для удаления каких-либо твердых частиц и упаковывали в стеклянную емкость.
Пример 7 (сравнительный пример)
Первоначальную загрузку, содержащую 100,0 г бутилакрилата, 0,5 г 2,2′-азобисизобутиронитрила (АИБН) и 100,0 г этилацетата, получали и загружали в 1-литровую 4-горлую круглодонную колбу, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали, термометром, конденсатором, водяной баней и капельными воронками для медленного добавления. Смесь нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании. По истечении 30 минут после начала кипения в условиях флегмообразования в течение периода в 2 часа добавляли 30 г этилацетата и 0,5 г АИБН. По окончании добавления содержимое колбы выдерживали при кипении в условиях флегмообразования в течение 1 часа. По окончании периода выдерживания растворитель этилацетат удаляли в результате ротационного выпаривания в вакууме и добавляли свежий толуол, доводя уровень содержания твердого вещества до 50%.
Пример 8
Первоначальную загрузку, содержащую 98,0 г бутилакрилата, 2,0 г (3-акрилоксипропил)метилдиметоксисилана, 0,5 г 2,2′-азобисизобутиронитрила (АИБН) и 100,0 г этилацетата, получали и загружали в 1-литровую 4-горлую круглодонную колбу, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали, термометром, конденсатором, водяной баней и капельными воронками для медленного добавления. Смесь нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании. По истечении 30 минут после начала кипячения в условиях флегмообразования в течение периода в 2 часа добавляли 30 г этилацетата и 0,5 г АИБН. По окончании добавления содержимое колбы выдерживали при кипячении в условиях флегмообразования в течение 1 часа. По окончании периода выдерживания растворитель этилацетат удаляли в результате ротационного выпаривания в вакууме и добавляли свежий толуол, доводя уровень содержания твердого вещества до 50%.
Пример 9
Первоначальную загрузку, содержащую 90,0 г бутилакрилата, 7,0 г полидиметилсилоксана, имеющего концевые монометакрилоксипропильные фрагменты, (MCR-M17, Gelest), 3,0 г (3-акрилоксипропил)метилдиметоксисилана, 0,4 г 2,2′-азобисизобутиронитрила (АИБН) и 100,0 г этилацетата, получали и загружали в 1-литровую 4-горлую круглодонную колбу, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали, термометром, конденсатором, водяной баней и капельными воронками для медленного добавления. Смесь нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании. По истечении 30 минут после начала кипячения в условиях флегмообразования в течение периода в 2 часа добавляли 30 г этилацетата и 0,4 г АИБН. По окончании добавления содержимое колбы выдерживали при кипячении в условиях флегмообразования в течение 1 часа. По окончании периода выдерживания растворитель этилацетат удаляли в результате ротационного выпаривания в вакууме и добавляли свежий толуол, доводя уровень содержания твердого вещества до 50%.
Пример 10 (сравнительный пример)
4
2
3
Смесь силиконового полимера полидиметилсилоксана (18,7 г), метилсиликоновой смолы MQ (17,0 г), (NH)CO (0,5 г) и ксилола (100 мл) перемешивали при 60°C в течение 2 часов, а после этого при 115°C в течение 2 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (5,0 г) и реакцию продолжали при 115°C в течение 2 часов. Добавляли и хорошо перемешивали акриловый полимер, полученный в соответствии с примером 7, (50,0% в ксилоле, 18,0 г). Продукт охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний.
Пример 11
4
2
3
Смесь силиконового полимера полидиметилсилоксана (18,7 г), метилсиликоновой смолы MQ (17,0 г), (NH)CO (0,5 г), акрилового полимера, полученного в соответствии с примером 8, (50,0% в ксилоле, 18,0 г) и ксилола (100 мл) перемешивали при 60°C в течение 2 часов, а после этого при 115°C в течение 2 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (5,0 г) и реакцию продолжали при 115°C в течение 2 часов. Продукт охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний. Продукт охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний.
Пример 12
Смесь силиконового полимера полидиметилсилоксана (18,7 г), метилсиликоновой смолы MQ (17,0 г), порошка KОН (0,03 г), акрилового полимера, полученного в соответствии с примером 8, (50,0% в ксилоле, 18,0 г) и ксилола (100 мл) перемешивали при 140°C в течение 2 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (5,0 г) и реакцию продолжали при 115°C в течение 2 часов. Продукт охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний. Продукт отфильтровывали, охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний.
Пример 13
4
2
3
Смесь силиконового полимера полидиметилсилоксана (3,9 г), метилсиликоновой смолы MQ (3,9 г), (NH)CO (0,2 г), акрилового полимера, полученного в соответствии с примером 9, (1,95 г) и толуола (20 мл) перемешивали при 60°C в течение 12 часов и при 115°C в течение 2 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (0,7 г) и реакцию продолжали при 115°C в течение 2 часов. Продукт охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний. Продукт отфильтровывали, охлаждали до комнатной температуры и упаковывали в стеклянную емкость для проведения испытаний.
Пример 14
Смесь мономеров из бутилакрилата (БА) (BASF), 196,0 г, и 3-акрилоксипропилметилдиметоксисилана (3-АПМДС) (Gelest Inc.), 4,0 г, получали в гептанах и переводили в капельную воронку. Получали и переводили в капельную воронку раствор инициатора лауроилпероксида (Sigma-Aldrich), 1,0 г, в гептане, 80,0 г. Первоначальную загрузку, состоящую из 20% смеси мономеров, гептанов, 160,0 г, и лауроилпероксида, 0,2 г, отвешивали в литровую круглодонную четырехгорлую колбу, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали с лопастью в форме банана, термометром, конденсатором, масляной баней и капельными воронками. Первоначальную загрузку нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании. По истечении 5 минут выдерживания при кипячении в условиях флегмообразования смесь мономеров и раствор инициатора медленно непрерывно добавляли в течение 2 и 3 часов, соответственно, при одновременном выдерживании кипячения в условиях флегмообразования. По завершении добавления содержимое колбы перемешивали в течение 2 часов при кипячении в условиях флегмообразования. В результате перемешивания трет-амилпероксипивалата (трет-АПП, 75%) (Akzo Nobel), 2,0 г, в гептанах, 22,0 г, получали раствор акцептора, который медленно добавляли в течение 1 часа при кипячении в условиях флегмообразования. После добавления смесь перемешивали в течение 2 часов. По истечении 2 часов выдерживания содержимое колбы охлаждали до комнатной температуры и проводили анализ твердого вещества.
Пример 15
Смесь мономеров из бутилакрилата (БА) (BASF), 196,0 г, и метакрилоксиметилтриметоксисилана (Gelest Inc.), 4,0 г, получали в гептане и переводили в капельную воронку. Получали и переводили в капельную воронку раствор инициатора лауроилпероксида (Sigma-Aldrich), 1,0 г, в гептанах, 80,0 г. Первоначальную загрузку, состоящую из 20% смеси мономеров, гептанов, 160,0 г, и лауроилпероксида, 0,2 г, отвешивали в литровую круглодонную четырехгорлую колбу, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали с лопастью в форме банана, термометром, конденсатором, масляной баней и капельными воронками. Первоначальную загрузку нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании. По истечении 5 минут выдерживания при кипячении в условиях флегмообразования смесь мономеров и раствор инициатора медленно непрерывно добавляли в течение 2 и 3 часов, соответственно, при одновременном выдерживании кипячения в условиях флегмообразования. По завершении добавления содержимое колбы перемешивали в течение 2 часов при кипячении в условиях флегмообразования. В результате перемешивания трет-амилпероксипивалата (трет-АПП, 75%) (Gelest Inc.), 2,0 г, в гептанах, 22,0 г, получали раствор акцептора, который медленно добавляли в течение 1 часа при кипячении в условиях флегмообразования. После добавления смесь перемешивали в течение 2 часов. По истечении 2 часов выдерживания содержимое колбы охлаждали до комнатной температуры и проводили анализ твердого вещества.
Пример 16
Силиконовый полимер полидиметилсилоксан, 18,0 г, (Mw 130000), метилсиликоновую смолу (MQ), 18,0 г, и гептан, 77,8 г, отвешивали в круглодонную четырехгорлую колбу объемом 250 мл, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали с лопастью в форме банана, термометром, конденсатором, масляной баней и капельной воронкой. Смесь перемешивали при комнатной температуре. В колбу добавляли основный катализатор KОН, 1 н., 0,12 г, и смесь нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании в течение 5-6 часов. На следующий день к смеси при перемешивании добавляли акриловый полимер (пример 14), 9,0 г, и проводили нагревание до кипения в условиях флегмообразования в течение 5-6 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (Dow Corning), 3,05 г, и проводили перемешивание еще в течение 2 часов. Раствор охлаждали до комнатной температуры и проводили анализ твердого вещества и вязкости.
Пример 17
Силиконовый полимер полидиметилсилоксан, 18,0 г, (Mw 130000), метилсиликоновую смолу (MQ), 18,0 г, и гептан, 77,8 г, отвешивали в круглодонную четырехгорлую колбу объемом 250 мл, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали с лопастью в форме банана, термометром, конденсатором, масляной баней и капельной воронкой. Смесь перемешивали при комнатной температуре. В колбу добавляли основный катализатор KОН, 1 н., 0,12 г, и смесь нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании в течение 5-6 часов. На следующий день к смеси при перемешивании добавляли акриловый полимер (пример 14), 9,0 г, и проводили нагревание до кипения в условиях флегмообразования в течение 5-6 часов. К смеси при перемешивании добавляли олеиновую кислоту (Sigma-Aldrich), 2,44 г, и проводили нагревание до кипения в условиях флегмообразования в течение 2 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (Dow Corning), 3,05 г, и проводили перемешивание еще в течение 2 часов. Раствор охлаждали до комнатной температуры и проводили анализ твердого вещества и вязкости.
Пример 18
Силиконовый полимер полидиметилсилоксан, 18,0 г, (Mw 130000), метилсиликоновую смолу (MQ), 18,0 г, гептан, 77,8 г, отвешивали в круглодонную четырехгорлую колбу объемом 250 мл, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали с лопастью в форме банана, термометром, конденсатором, масляной баней и капельной воронкой. Смесь перемешивали при комнатной температуре. В колбу добавляли основный катализатор KОН, 1 н., 0,12 г, и смесь нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании в течение 5-6 часов. На следующий день к смеси при перемешивании добавляли акриловый полимер (пример 15), 9,0 г, и проводили нагревание до кипения в условиях флегмообразования в течение 5-6 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (Dow Corning), 3,05 г, и проводили перемешивание еще в течение 2 часов. Раствор охлаждали до комнатной температуры и проводили анализ твердого вещества и вязкости.
Пример 19
Метилсиликоновую смолу (MQ), 18,0 г, акриловый полимер (из примера 14), 9,0 г, и гептан, 77,8 г, отвешивали в круглодонную четырехгорлую колбу объемом 250 мл, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали с лопастью в форме банана, термометром, конденсатором, масляной баней и капельной воронкой. Смесь перемешивали при комнатной температуре. В колбу добавляли основный катализатор KОН, 1 н., 0,12 г, и смесь нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании в течение 5-6 часов. На следующий день к смеси при перемешивании добавляли силиконовый полимер полидиметилсилоксан, 18,0 г, (Mw 130000) и проводили нагревание до кипения в условиях флегмообразования в течение 5-6 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (Dow Corning), 3,05 г, и проводили перемешивание еще в течение 2 часов. Раствор охлаждали до комнатной температуры и проводили анализ твердого вещества и вязкости. Конечный продукт представлял собой стабильный раствор.
Пример 20
Силиконовый полимер полидиметилсилоксан, 18,0 г, (Mw 130000), акриловый полимер (из примера 14), 9,0 г, и гептан, 77,8 г, отвешивали в круглодонную четырехгорлую колбу объемом 250 мл, снабженную перемешивающим устройством из нержавеющей стали с лопастью в форме банана, термометром, конденсатором, масляной баней и капельной воронкой. Смесь перемешивали при комнатной температуре. В колбу добавляли основный катализатор KОН, 1 н., 0,12 г, и смесь нагревали до кипения в условиях флегмообразования при перемешивании в течение 5-6 часов. На следующий день к смеси при перемешивании добавляли метилсиликоновую смолу (MQ), 18,0 г, и проводили нагревание до кипения в условиях флегмообразования в течение 5-6 часов. Добавляли гексаметилдисилазан (Dow Corning), 3,05 г, и проводили перемешивание еще в течение 2 часов. Раствор охлаждали до комнатной температуры и проводили анализ твердого вещества и вязкости.
Пример 21
Силикон-акриловые гибридные полимеры, полученные в соответствии с примерами 2-6, 12, 16, 17 и 21, оценивали по их адгезионным эксплуатационным характеристикам на панелях из нержавеющей стали (НС) и полиэтилене низкой плотности (ПЭНП) в соответствии с методами испытаний Совета по самоклеющимся лентам PSTC-16 на сопротивление отслаиванию, PSTC-101 на начальную клейкость петли и PSTC-107 на сопротивление сдвигу при 22ºС и 50%-ной относительной влажности. В таблице 1 суммарно представлены результаты испытаний для различных силикон-акриловых гибридных клеев в сопоставлении с двумя чистыми силиконовыми склеивающими при надавливании клеями, доступными в компании Dow Corning под торговым наименованием продуктов BIO-PSA 7-4202 и 7-4302.
Таблица 1
Образцы
2
3
4
5
6
12
16
17
21
7-4202
7-4302
НС, 180º, отслаивание (унция/ дюйм (г/мм))
20 мин
16,91 (18,87)
7,58 (8,46)
2,38 (2,66)
11,24 (12,55)
17,24 (19,24)
33,75 (37,67)
34,21 (38,18)
23,09 (25,77)
11,24 (12,55)
12,53 (13,99)
7,73 (8,63)
24 часа
14,86 (16,59)
19,11 (21,33)
2,25 (2,51)
6,50 (7,25)
17,77 (19,83)
32,47 (36,24)
38,95 (43,47)
19,88 (22,19)
6,50 (7,25)
13,75 (15,35)
6,29 (7,02)
1 неделя
18,21 (20,32)
14,43 (16,11)
2,49 (2,78)
3,33 (3,72)
17,90 (19,98)
37,00 (41,30)
39,96 (44,60)
27,1 (30,25)
3,33 (3,72)
14,45 (16,13)
8,46 (9,44)
ПЭНП, 180º, отслаивание (унция/дюйм (г/мм))
20 мин
14,54 (16,23)
8,97 (10,01)
1,33 (1,48)
13,53 (15,10)
16,17 (18,05)
26,80 (29,91)
9,04 (10,09)
7,91 (8,83)
13,53 (15,10)
13,79 (15,39)
7,40 (8,26)
24 часа
15,90 (17,75)
14,32 (15,98)
2,60 (2,90)
7,88 (8,80)
17,75 (19,81)
32,47 (36,24)
30,84 (34,42)
24,31 (27,13)
7,88 (8,80)
12,75 (14,23)
10,92 (12,19)
1 неделя
18,41 (20,55)
17,80 (19,87)
1,47 (1,64)
12,53 (13,99)
18,17 (20,23)
30,57 (34,12)
28,66 (31,99)
25,71 (28,70)
12,53 (13,99)
15,19 (16,95)
9,29 (10,37)
Начальная клейкость петли (унция/ дюйм (г/мм))
15,46 (17,26)
4,19 (4,68)
12,93 (14,43)
10,62 (11,85)
19,95 (22,27)
35,26 (39,35)
19,04 (21,25)
16,58 (18,50)
10,62 (11,85)
0,77 (0,86)
4,67 (5,21)
Сдвиг (4,4 фунт/ дюйм<sup>2</sup> (30,3 кПа), час)
2,74
>168
0,28
>168
9,53
>168
>168
>168
>168
34,45
1,17
Для данных силиконовых и силикон-акриловых гибридных клеев также получали и результаты измерений в испытаниях на клейкость при использовании прибора TA Instruments Texture Analyzer либо при нулевом времени выдерживания, либо при 10-секундном выдерживании. Результаты продемонстрированы в таблице 2.
Таблица 2
Образцы
2
3
4
5
6
7-4202
7-4302
Пиковое усилие (г), отсутствие выдерживания
18,78
78,45
121,79
21,01
51,10
53,14
34,34
Пиковое усилие (г), 10-секундное выдерживание
28,68
169,74
167,49
30,17
89,89
60,96
46,08
Как демонстрируют данные в таблицах 1 и 2, изобретение предлагает клеи, демонстрирующие широкий диапазон характеристик в отношении склеивания при надавливании. Одна предпочтительная композиция - пример 12 - демонстрирует очень высокие уровни характеристик отслаивания, клейкости и сдвига и превосходят коммерческие чистые силиконовые клеи КСН, продемонстрированные для сопоставления.
Пример 22
Анализировали эксплуатационные характеристики силикон-акрилового смесевого клея из сравнительного примера 10 и силикон-акриловых гибридных клеев (примеры 11 и 12). Таблица 3 демонстрирует данные по отслаиванию, клейкости и сдвигу для композиций из примеров 10, 11 и 12, определенные в соответствии с приведенным выше описанием. Динамический механический анализ (ДМА) для сравнительного примера 10 и примеров 11 и 12 выявил различное механическое поведение, как это продемонстрировано на фигуре 1. Наиболее примечательное различие между силикон-акриловой непрореагировавшей смесью и силикон-акриловым прореагировавшим гибридом наблюдается для кривых модуля накопления. Модуль накопления для силикон-акриловой смеси (пример 10) уменьшался по мере увеличения температуры, и какое-либо плато модуля отсутствовало. Однако, модули накопления для силикон-акриловых гибридов (примеры 11 и 12) демонстрируют наличие плато после прохождения через область стеклования по мере увеличения температуры. Плато модуля для силикон-акриловых гибридных полимеров отчетливо свидетельствует о прохождении реакции между силановой функциональностью на акриловом полимере и силиконовым полимером и/или смолой MQ, что увеличивает совокупную плотность сшивания.
Данные по ДМА на фиг. 1 также демонстрируют достижение более высоких уровней прохождения реакции между тремя компонентами при использовании более сильного основания (KОН, пример 12) в сопоставлении с более слабым основанием (карбонат аммония, пример 11), о чем свидетельствует намного более высокое значение модуля плато для примера 12 в сопоставлении с примером 11. Улучшенная реакция в случае более сильного основания также приводит к получению превосходных характеристик отслаивания, клейкости и сдвига (сопоставьте данные в таблице 3 для примеров 11 и 12).
Таблица 3
Образцы
10
11
12
НС, 180º, отслаивание (унция/дюйм (г/мм))
20 мин
12,24 (13,66)
10,82 (12,08)
33,75 (37,67)
24 часа
13,52 (15,09)
12,21 (13,63)
32,47 (36,24)
1 неделя
14,92 (16,65)
13,49 (15,06)
37,00 (41,30)
ПЭНП, 180º, отслаивание (унция/дюйм (г/мм))
20 мин
12,74 (14,22)
10,57 (11,80)
26,80 (29,91)
24 часа
12,12 (13,53)
9,54 (10,65)
32,47 (36,24)
1 неделя
14,41 (16,08)
12,44 (13,88)
30,57 (34,12)
Начальная клейкость петли (унция/дюйм (г/мм))
17,09 (19,07)
25,57 (28,54)
35,26 (39,35)
Сдвиг (час), 1/2'' (12,7 мм) х 1'' (25,4 мм) х 1000 г/комнатная температура (4,4 фунт/дюйм<sup>2</sup> (30,3 кПа))
1,12
0,19
>168
Как продемонстрировано на фиг. 2, пример 16 выявил другое механическое поведение. Модули накопления для силикон-акрилового гибрида, полученного в результате ступенчатого добавления каждого компонента, продемонстрировали наличие плато после прохождения через область стеклования по мере увеличения температуры. Данное плато свидетельствовало о прохождении реакции между силановой функциональностью на акриловом полимере и силиконовым полимером и/или смолой MQ, что увеличивает совокупную плотность сшивания.
Несколько силикон-акриловых гибридных полимеров, полученных в соответствии с примером 16, подвергали испытанию на фазовое разделение. Образцы оставляли в пробирке, и в таблице 4 регистрируют количество дней, которое требовалось для разделения на два различных слоя. Как демонстрируют данные в таблице 4, гибридный полимер, полученный ступенчатым образом, воспроизводимо не обнаруживал видимого фазового разделения в течение более чем 30 дней.
Таблица 4
Номер образца
16
Видимое фазовое разделение(в днях)
>30, >30, >30, >30, >30
Испытание на фазовую стабильность для образца из примера 16 проводили также при использовании центрифуги Beckman Coulter Allegra X-12 Centrifuge. Приблизительно восемь унций (227 грамма) гибридного полимера из примера 16 помещали в сосуд, и сосуд загружали в чашкодержатель. После этого образец из примера 16 вращали в центрифуге при 2000 об/мин в течение 30 минут. Какое-либо фазовое разделение отсутствовало даже после центрифугирования, и образец оставался гомогенным (не претерпевал фазового разделения) в течение более чем одного месяца.
Без отклонения от сущности и объема данного изобретения может быть выполнено множество его модификаций и вариаций, что будет очевидно для специалистов в соответствующей области техники. Конкретные варианты осуществления, описывавшиеся в настоящем документе, представлены только в порядке примера, и изобретение должно быть ограничено только положениями прилагаемой формулы изобретения совместно с полным объемом эквивалентов, на который такая формула изобретения имеет право.