КОМПОЗИЦИЯ ПОЛИУРЕТАНОВАЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ПОВЯЗКИ
POLYURETHANE COMPOSITION FOR PREPARING MEDICAL DRESSING

Изобретение относится к области получения медицинских перевязочных материалов, а именно к получению таких материалов на основе полимерных композиций.
Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в травматологии и хирургии для получения самофиксируемой вязкоупругой пенополиуретановой повязки, предназначенной для закрытия ран различного происхождения. Медицинская повязка легко накладывается на раневую поверхность в независимости от конфигурации и размеров пораженной области и образуется непосредственно на ране пациента, обеспечивая стерильное покрытие и эффект обезболивания, а за счет своей открыто пористой структуры абсорбирует различного рода выделения из раны пострадавшего.
Известна композиция (патент РФ 2245164, МПК 7 A61L 15/26, A61F 13/15. Медицинская повязка. // RU БИПМ 3, 27.01.2005. - С.545), выбранная в качестве аналога, включающая олигоэфирполиол на базе окиси пропилена и окиси этилена, катализатора уретанообразования и изоцианатного компонента и отличающаяся тем, что полиольный компонент содержит активационную добавку, в состав которой входит удлинитель цепи полиуретана; в качестве полиольного компонента используют высокомолекулярный простой полиол; изоцианатный компонент содержит олигоуретанизоцианаты и избыток смеси 4,4'- и 2,4'-изомеров дифенилметандиизоцианата и имеет содержание изоцианатных групп 26,0-29,5 масс.% при следующем соотношении компонентов в масс.ч.:
Высокомолекулярный олигоэфирполиол
100
Вода
2,0-4,0
Катализатор уретанообразования
0,4-2,0
Пенооткрыватель
0,2-1,5
Пеноотвердитель
0,2-1,5
Изоцианатный компонент
30-60
Однако указанная повязка имеет ряд недостатков. Температурный предел ее использования ограничен от 18 до 40°C, поэтому при понижении температуры она требует дополнительного нагревания, что вызывает некие неудобства. Абсорбционная способность повязки снижается при понижении температуры ниже 18°C, так как повязка уменьшается в объеме и при этом число открытых пор снижается. Себестоимость повязки достаточно высока за счет применения значительного количества соединений, входящих в ее состав.
Известна композиция (Патент RU 2379060 C2, МПК A61L 15/26 (2006.01), A61F 13/15 (2006.01), выбранная в качестве прототипа, включающая простой олигоэфирполиол на базе окиси пропилена и окиси этилена, воды, активатора уретанообразования, изоцианатного компонента, состоящего из смеси изомеров дифенилметандиизоцианата с содержанием изоцианатных групп 26,0-32 масс.%, активационной добавки, пенооткрывателя, пеноотвердителя, вспенивателя и отличающаяся тем, что полиольный компонент содержит высокомолекулярный полиэфирполиол, вспенивающий агент и активационную добавку, в состав которой входит удлинитель цепи полиуретана, при следующем соотношении компонентов в масс.ч.:
Высокомолекулярный олигоэфирполиол
100
Вода
2,0-4,0
вспениватель
2,0-4,0
активатор уретанообразования
0,05-0,4
удлинитель цепи
0,2-1,5
пенооткрыватель
0,2-1,5
пеноотвердитель
0,2-1,5
изоцианатный компонент
30-60
Композиция-прототип обладает следующими недостатками.
Для создания повязки в качестве вспенивателя применяются пожароопасные компоненты (н-пентан, изопентан, метилциклопентан и т.д.), что влечет за собой соблюдение строгой техники безопасности как при производстве компонента «А», так и при использовании этого компонента на практике при наложении повязки.
Производителями полимерных полиизоцианатов (в частности компанией «Huntsman», дифенилметандиизоцианат («Suprasec 2456») которого применяется по прототипу) установлено, что снижение температуры окружающей среды ниже 10°C приводит к кристаллизации и снижению активности полиизоцианатного компонента. В связи с этим необходим либо разогрев компонента или же увеличение времени его перемешивания с полиольным компонентов (перемешивание 60 сек по прототипу), либо же применение достаточного количества активного катализатора или удлинителя цепи (применение алканоламина по прототипу) для прохождения полноценного процесса вспенивания. При этом при снижении температуры ниже 10°C абсорбционные возможности повязки ограничены объемом получаемой полимерной массы, она становится значительно меньше, число открытых пор уменьшается.
В прототипе отсутствуют показатели гелеобразной повязки, характеризующие ее адсорбционные свойства, влияющие на лечебную эффективность медицинского материала.
Себестоимость повязки достаточно высока, поскольку для ее изготовления применяют 9 компонентов, при этом концентрация некоторых из них достаточно высока.
Технической задачей данного изобретения является создание вязкоупругого пенополиуретанового материала; повышение абсорбционных свойств получаемого материала за счет увеличения числа открытых пор; исключение дополнительных болевых ощущений у пациентов за счет определения оптимальной температуры протекания реакции при снижении времени гелеобразования и структурирования повязки, использование нового поколения озоносберегающих вспенивателей, обладающих пожаробезопасными свойствами; повышение биоцидных (в том числе антимикробных и бактерицидных) свойств материала за счет введения в полимерную матрицу бактерицидной добавки; снижение концентрации и состава химических компонентов, в т.ч. удлинителя цепей, приводящее в результате к снижению себестоимости целевого продукта.
Технический результат состоит в создании вязкоупругой пенополиуретановой повязки высоэффективного лечебного действия на основе двухкомпонентной полиэфирдиизоцианатной системы путем миграционной полимеризации и частичной поликонденсации компонентов, а также в подборке их конкретного состава и содержания.
Поставленная задача решается тем, что композиция состоит из полиольного компонента (компонента «А») на основе смеси простых низкомолекулярных полиэфиров (НПЭ) на базе окиси пропилена с глицерином, окиси пропилена с окисью этилена, а также окиси глицерина и сахарозы; воды, катализатора уретанообразования и со-катализатора, пожаробезопасного вспенивающего агента, пенорегурятора, бактерицидной добавки, а также изоцианатного компонента (компонента «Б»), состоящего из смеси изомеров дифенилметандиизоцианата с содержанием изоцианатных групп 26,0-32 масс.%, при следующем соотношении компонентов в масс.ч.:
Компонент «А»:
низкомолекулярный полиэфирполиол №1
80-90
низкомолекулярный полиэфирполиол №2
10-20
вода
1,0-2,0
вспенивающий агент
1,0-3,0
катализатор уретанообразования
0,05-0,3
со-катализатор
0,05-0,3
пенорегулятор
2,0-7,5
бактерицидная добавка
0,8-1,2
Компонент «Б»:
ароматический диизоцианат
35-65
В качестве низкомолекулярных полиэфирполиолов (№1 и №2) с концевыми гидроксильными группами используют простые полиэфиры на базе окиси пропилена с глицерином и окиси пропилена с окисью этилена, а также окиси глицерина и сахарозы. В частности, можно применять полиолы, выпускаемые российскими производителями под названием «PROPOL 1055», «PROPOL 1010», «PROPOL 490», «Лапрол 3003» а также импортные аналоги фирм «Bayer», «Huntsman», «Fushun Jiahua Polyurethane» или «Jiangsu Zhongsham chemical» со стандартными молекулярными массами полиолов в диапазонах для №1: 1000-3000 и для №2: 400-600, применение которых обусловлено спецификой протекающих реакций при получении конечного продукта.
Для ускорения процесса образования пенополиуретана в компонент «А», кроме воды, предварительно вводят катализатор уретанообразования на основе третичных аминов и со-катализатор реакции - оловоорганическое соединение - в соотношении 1:0,8-1. В качестве катализатора применяют, например, диметилциклогексиламин (DMCHA), а в качестве со-катализатора - дибутилдилаурат олова (DBDLO), производимые фирмами «Air Products Chemicals», «Evonik Industries», «Huntsman» или «Momentiv». В качестве катализатора можно применять также 33% раствор триэтилендиамина в дипропиленгликоле (Dabco 33 LV - торговое название фирмы производителя «Air Products Chemicals»). Соотношение катализатора и со-катализатора зависит от температурных особенностей использования повязки и в среднем рассчитано на температуру не ниже 10°C, поскольку хранение второго компонента (компонента «Б») при температуре ниже 10°C может привести к кристаллизации дифенилметандиизоцианата. Понижение температуры до 5°C для компонента «А» приводит только к нарастанию вязкости.
В качестве пенорегулятора используют стандартные силиконовые стабилизаторы (пенорегуляторы открытой пористости) на основе органомодифицированного полисилоксана, в частности стабилизаторы «Tegastab 8734 LF2», «Tegastab 8726 LF» или «Tegastab 8629», стабилизирующие действия которых увеличиваются в порядке их перечисления, производства фирмы «Evonik Industries», либо стабилизаторы для регулирования открытой пористости пены фирмы «Air Products Chemicals».
Для ускорения процесса пенообразования и снижения температуры структурирования повязки и при этом снижения болевых ощущений у пациентов за счет снижения температуры применяют смесь фторсодержащих реагентов, в частности смесь 1,1,1,3,3-пентафторобутана и 1,1,1,2,3,3,3-гептафторопропана при соотношении от 93:7 до 87:13. Такое соотношение вспенивающих агентов позволяет регулировать температуру кипения смеси и тем самым определять их соотношение в полиольном компоненте «А» при разной температуре окружающей среды. При соотношении 93:7 температура кипения смеси составляет 30°C и при изменении соотношений содержания этих реагентов снижается до 24°C при 87:13 соответственно. При таком соотношении компонентов смесь является к тому же пожаробезопасной и не требует дополнительных мер безопасности при нанесении повязки на рану, что необходимо, например, при применении пентана или его изомеров в качестве вспенивателя при получении повязки аналогичного действия.
В качестве бактерицидной добавки используют концентрат коллоидного раствора наноразмерных частиц серебра, йодофоры или раствор мирамистина, выпускаемые российскими производителями. Добавка положительно влияет на процесс заживления раны, при этом выраженный лечебный эффект наступает при концентрации не менее 0,8, но не более 1,2, поскольку выше уже возможна передозировка.
В качестве компонента «Б» используют полимерный дифенилметандиизоцианат, в частности «Suprasec 2456» фирмы «Huntsman» с содержанием изоцианатных групп 29,7. Данный полиизоцианат представляет собой преполимер с модифицированной реакционной способностью на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) с содержанием некоторых изоцианатов с высокой функциональностью. Структура такого рода полиизоцианатов позволяет снизить экзотермический эффект реакции образования пенополиуретана на ране пострадавшего.
Композицию для получения медицинской повязки готовят из двух компонентов «А» и «Б», предварительно приготовив первый из смеси всех необходимых составляющих, а именно полиолов, воды, катализатора и со-катализатора уретанообразования, вспенивающего агента, пенорегурятора, бактерицидной добавки и/или сорбционной добавки, следующим образом:
- компоненты «А» и «Б» смешивают непосредственно перед использованием в специальном двухкомпонентном полиэтиленовом пенопакете в соотношении А:Б=1:0,50-0,65, предварительно удалив перегородку, разделяющую компоненты «А» и «Б» (вариант на практике) или в полиэтиленовом стаканчике (в лабораторных условиях) до момента изменения цвета композиции с коричневого до светло-желтого в течение 10-20 сек (по прототипу 50-60 сек);
- вскрывают пакет, выливают содержимое на раневую поверхность и разравнивают края, применяя шпатель или другой инструмент (на практике). Либо же выливают на ровную полиэтиленовую поверхность (в лабораторных условиях), на которую нанесена нативная плазма (либо вода), которая подкрашена индикатором метиленовым синим, имитирующая раневое отделяемое;
- в течение 3-12 минут в зависимости от температуры окружающей среды и температуры компонентов пенополиуретан застывает на ране (или на полиэтилене) в виде пористой губки, обеспечивая закрытие раны, значительно снижая при этом болевые ощущения у пациента за счет невысокой (до 32-41°C) температуры структурирования ППУ и способствуя оттоку выделений из раны.
Примеры конкретных составов заявляемой композиции и свойства полученных повязок представлены в таблицах 1-2.
Количество компонентов было подобрано таким образом, чтобы обеспечить оптимальные параметры вспенивания и отверждения композиций, а также получить необходимые физико-механические свойства и структуру образующегося пенополиуретана. Это можно проследить из конкретного проиллюстрированного примера.
Получение медицинской повязки на основе пенополиуретановой (ППУ) композиции представлено на примере рецептуры №3 (табл.1).
3
2
Компонент «А» готовят путем последовательного смешивания исходных компонентов в следующем порядке: к 80 масс.ч. низкомолекулярного полиэфирполиола №1 (PROPOL 1055) добавляют 20 масс.ч. низкомолекулярного полиэфирполиола PROPOL 490 (оба изгот. ОАО «Завод полиолов»), 5 масс.ч. пенорегулятора Tegastab 8734 LF2 («Evonik Industries»), 0,3 масс.ч. катализатора Tegoamin DMCHA («Evonik Industries») и 0,3 масс.ч. со-катализатора DBDLO («Air Products Chemicals»), а также 1 масс.ч. воды. Данную смесь перемешивают с помощью скоростной мешалки (число оборотов, которой составляет 1000-1500 об/мин) в течение 20-30 секунд, затем добавляют 3 мас.ч. вспенивающего агента - смеси пентафторобутана и гептафторопропана в соотношении 93:7 и, снижая число оборотов мешалки до 1000, перемешивают смесь в течение 10-15 секунд. Далее вводят 0,8 масс.ч. бактерицидной добавки Ag-Бион-2 (изг. Институт нанотехнологий МФК) и продолжают смешивание еще в течение 10-20 секунд. Полученный компонент «А» термостатируют при комнатной температуре в течение часа. Далее готовят ППУ композицию, состоящую из ранее приготовленного компонента «А» и полиизоцианатного компонента «Б». Дозирование компонентов проводят в полиэтиленовый мешочек (контейнер) емкостью 250-300 мл. В качестве компонента «Б» используют полимерный дифенилметандиизоцианат, в частности «Suprasec 2456» фирмы «Huntsman» с содержанием изоцианатных групп 29,7. На 100 масс.ч. компонента «А» берут 59,2 масс.ч. компонента «Б». Смешивание проводят в мешочке (контейнере), интенсивно перетирая вручную компоненты между собой в течение 10-20 секунд. Смешанную композицию сразу же наносят на смоделированную раневую поверхность. Через несколько минут нанесенная композиция превращается в пористую губку, прочно удерживающуюся на поверхности раны и четко повторяющую контур части тела, на которую она была нанесена. В течение первых 3 минут губка характеризуется достаточной липкостью, которая полностью исчезает через 5-10 минут после нанесения. Полученная пенолиуретановая повязка имеет мелкоячеистую неоднородную структуру без раковин, с небольшими включениями более крупных ячеек и характеризуется следующими показателями технологической пробы: время старта - 40 секунд, время гелеобразования - 145 секунд, время роста пены - 175 секунд, время отлипа - 5 минут, температура при формировании пены составила 37°C. ППУ повязка после формирования структуры имеет пористость 68%, кажущаяся плотность составляет 95 кг/м, сорбционная емкость по воде - 8,05 г/г, Паропроницаемость 5,2 мг/см час, водопоглощение за 24 час - 68%.
Примеры получения других составов, представленных в таблице 1, аналогичны и отличаются только массовым содержанием исходных веществ, а образующийся при смешивании составов с полиизоцианатным компонентом пенополиуретан характеризуется иными технологическими и физико-механическими свойствами в пределах заявленных соотношений.
Таким образом, оптимальной является композиция для получения полимерного медицинского материала, включающая смесь полиэфирполиолов, на базе окиси пропилена с глицерином и окиси пропилена с окисью этилена, а также окиси глицерина и сахарозы, катализатор и со-катализатор уретанообразования, пенорегулятор и полимерный диизоцианат; отличающаяся тем, что в качестве полиэфирполиолов используют низкомолекулярные полиолы с молекулярной массой 400-600 и 1000-3000, композиция содержит бактерицидную добавку, а в качестве вспенивающего агента - смесь 1,1,1,3,3-пентафторобутана и 1,1,1,2,3,3,3-гептафторопропана (от 93:7 до 87:13) и не содержит удлинитель цепи при следующем соотношении компонентов в масс.ч.:
Компонент «А»
низкомолекулярный полиэфирполиол №1
80-90
низкомолекулярный полиэфирполиол №2
10-20
вода
1,0-2,0
вспенивающий агент
(смесь 1,1,1,3,3-пентафторобутана
и 1,1,1,2,3,3,3-гептафторопропана
(от 93:7 до 87:13))
1,0-3,0
катализатор уретанообразования
0,05-0,3
со-катализатор
0,05-0,3
пенорегулятор
2,0-7,5
бактерицидная добавка
0,8-1,2
Компонент «Б»:
ароматический диизоцианат
35-65
Приведенные данные в табл.1, 2, а также их сравнение с данными по прототипу в табл.3 показали, что заявленным изобретением решены следующие технические задачи:
- повышение абсорбционных свойств получаемого материала за счет увеличения числа открытых пор (выше 70%), позволяющих увеличить сорбционную емкость повязки;
- определение оптимальной температуры протекания реакции (около 39,5°C) при снижении времени гелеобразования и структурирования повязки за счет использования заявленных вспенивателей, что в свою очередь приводит к исключению дополнительных болевых ощущений у пациентов;
- повышение биоцидных (в том числе антимикробных и бактерицидных) свойств материала за счет введения в полимерную матрицу бактерицидной добавки;
- снижение концентрации и состава химических компонентов (до 7 компонентов), приводящее в результате к снижению себестоимости целевого продукта;
- обеспечение герметизации раны за счет прилипания к здоровой коже и высокой конгруэнтности к рельефу раны;
- облегчение ухода за раной за счет однократного наложения пенополиуретанового покрытия.
Таблица №3
Состав композиции по прототипу, параметры технологической пробы и свойства полученных материалов
Характеристика полиольного компонента
Состав композиции по прототипу (масс. частях), № примера
1
2
3
4
5
Полиол высоко молекулярный
100
100
100
100
100
33% раствор триэтилендиамина
0,525
0,525
0,525
0,05
0,05
Дибутил-олово-дилауринат
0
0
0
0,05
0,05
вода
3,15
3,15
3,15
3,15
3,15
Удлинитель цепи
0,273
0,273
0,273
0,273
0,273
Пенооткрыватель
0,525
0,525
0,525
0,525
0,525
Пеноотвердитель
0,525
0,525
0,525
0,525
0,525
Н-пентан
0
0
3
0
0
Количество полиизоцианатного компонента, масс.ч. на 100 в.ч. полиола
33
33
28
28,5
28,2
Параметры технологической пробы
Время перемешивания компонентов, с
50-60
50-60
50-60
50-60
50-60
Время старта, с
25
80
25
21
22
Время роста пены,с
140
180
115
109
120
Время отлипа пены, мин
21
70
15
15
12
Температура композиции при формировании пены, °С
50
40
48
50
42
Характеристика пены
Кажущаяся плотность, кг/м<sup>3</sup>
60
100
48
51
44