DE4023578A1 - Copolymere von hydroxyethyl(meth)acrylat und n-substituierten (meth)acrylamiden - Google Patents
Copolymere von hydroxyethyl(meth)acrylat und n-substituierten (meth)acrylamidenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Copolymere von Hydroxye
thyl(meth)acrylat und N-substituierten (Meth)acrylamiden.
Vernetzte Polymere von Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) stellen
wertvolle Kunststoffe dar und werden vor allem als Hydrogele,
d.h., in Wasser unter mehrfacher Volumenexpansion quellende
hydrophile polymere Netzwerke, für unterschiedliche An
wendungen, insbesondere im Bereich der Medizin und Pharmazie
eingesetzt. Die bekanntesten Anwendungen stellen die in vielen
Modifikationen vorliegenden weichen Kontaktlinsen dar.
Im allgemeinen werden die folgenden Eigenschaften der Hydro
gele praktisch genützt:
- Ihre hohe Wasseraufnahme unter Bildung eines optisch klaren Hydrogels.
- Ihre Fähigkeit, in Wasser gelöste Wirkstoffe in ihrem Netzwerk aufzunehmen und einzuschließen, und sie danach wieder unter bestimmten Bedingungen verzögert diffusionsgesteuert freizugeben (controlled-release).
- Höhere Biocompatibilität von Gewebeimplantaten durch ihren hohen Wassergehalt.
- Ihre hohe Wasseraufnahme unter Bildung eines optisch klaren Hydrogels.
- Ihre Fähigkeit, in Wasser gelöste Wirkstoffe in ihrem Netzwerk aufzunehmen und einzuschließen, und sie danach wieder unter bestimmten Bedingungen verzögert diffusionsgesteuert freizugeben (controlled-release).
- Höhere Biocompatibilität von Gewebeimplantaten durch ihren hohen Wassergehalt.
Es ist jedoch besonders erstrebenswert, nicht nur eine hohe
Hydrophilie und Wasseraufnahme für sich allein zu erzielen,
sondern in Verbindung mit guten mechanischen Festigkeiten
(Encyclopedia of Polymer Science and Technology 2 nd ed. Vol.
7 "Hydrogels" Seite 787).
Eine Erhöhung der Wasserabsorptionskapazität gelingt
beispielsweise durch Copolymerisation von HEMA mit Methacryl
säure (US 37 87 378) bzw. Diacetonacrylamid (US 38 13 447).
Eine Verbesserung der Zugfestigkeit konnte durch Copolymerisa
tion von HEMA mit n-Pentylmethacrylat, Vinylacetat und Vinyl
priopionat erreicht werden (US 39 92 563). Die Verwendung von
Isobutylmethacrylat und Cyclohexylmethacrylat als Comonomere
bei der Polymerisation von HEMA ist in der US 39 26 892 be
schrieben.
Der Nachteil der bekannten Hydrogele liegt vor allem darin,
daß durch den Einbau der Comonomeren in die HEMA-Polymerkette
entweder die Hydrophilie stark abnimmt, oder aber die Fe
stigkeit des Polymeren abnimmt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Hydrogele
zu finden, die eine möglichst günstige Kombination der beiden
wesentlichen Eigenschaften eines Hydrogels ergeben, nämlich
gute mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig noch ausrei
chender Hydrophilie.
Die Lösung der Aufgabe wurde in Copolymeren aus HEMA oder
Hydroxyethylacrylamid mit N-substituierten Acrylamiden oder
Methacrylamiden gefunden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind demnach Copolymere,
die im wesentlichen aus den Monomeren
- a) Hydroxyethyl(meth)acrylat der Formel I CH₂ = C(R) - CO - O - CH₂ - CH₂ - OH (I)und
- b) N-substituierten (Meth)acrylamiden der Formel II
aufgebaut sind, worin R ein H-Atom oder einen CH₃-Rest und Z₁
einen Alkylrest mit 5 bis 15 C-Atomen, einen Alkyl-Mono-, Di-
oder Triphenylrest mit 1 bis 3 C-Atomen im Alkylteil, einen
Phenylrest oder einen substituierten oder unsubstituierten Cy
cloalkylrest mit 6 bis 12 C-Atomen und Z₂ H bedeutet, oder Z₁
und Z₂ unabhängig voneinander einen Alkylrest mit 3 bis 10 C-
Atomen bedeuten, wobei die Copolymere vernetzt oder unvernetzt
sein können.
Die Alkylreste Z₁ und Z₂ können linear oder verzweigt sein und
können gegebenenfalls, beispielsweise mit OH bzw. Halogen,
substituiert sein. Bevorzugt sind verzweigte Alkylreste mit 6
bis 12 C-Atomen. Auch die Phenylreste können beispielsweise
mit OH, Halogen, Aminogruppen, Sulfonsäuregruppen oder niede
ren Alkylresten mit 1 bis 3 C-Atomen substituiert sein. Als
Cycloalkylreste sind vor allem mono-, bi- oder tricyclische
Alkylreste mit 6 bis 12 C-Atomen im Ring bevorzugt. Es kommen
beispielsweise die Reste von Cyclohexan, Cyclododecan, Adaman
tan oder der Isobornylrest in Frage.
Besonders bevorzugt als Comonomere b der Formel II sind N-
tert. Hexylacrylamid, N-tert. Octylacrylamid, N-Methylun
decylacrylamid, N-Cyclohexylacrylamid, N-Benzylacrylamid, N-
Diphenylmethylacrylamid und N-Triphenylmethylacrylamid.
Die Herstellung der als Ausgangssubstanzen verwendeten
Acrylamide erfolgt beispielsweise mit Hilfe der Ritterreaktion
analog zu EP-A-2 75 470. Sie sind auch kommerziell erhältlich
(Chemie Linz). Die entsprechenden Methacrylamide sind bei
spielsweise durch Umsetzung von Methacryloylchlorid mit den
entsprechenden Aminen zugänglich.
Der Gehalt an Comonomer b in der HEMA- bzw. Hydroxyethyl
acrylat-Polymerkette ist von den Anforderungen, die an die
erfindungsgemäßen Copolymere gestellt werden, abhängig. Übli
cherweise werden etwa 1 bis 50 Mol % des Comonomeren b oder
eines Gemisches verschiedener Comonomerer b in das Copolymere
eingebaut.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Copolymere erfolgt wegen
der Wasserunlöslichkeit der verwendeten Comonomeren bevorzugt
durch Polymerisation in einem organischen Lösungsmittel wie z. B.
Dimethylformamid, Tetrahydrofuran, Acetamid oder in einem
Gemisch organischer Lösungsmittel. Als Radikalinitiatoren kön
nen alle im Reaktionsmedium löslichen Radikalinitiierungssy
steme, wie z. B. Peroxydiinitiatoren, beispielsweise Peroxodi
carbonate, bzw. anorganische Peroxide, Azoinitiatoren, wie z. B.
Azobisisobutyronitril eingesetzt werden. Auch eine Initiie
rung mit UV-Licht in Gegenwart von photosensitiven Radikal
bildnern ist möglich. Als Regler können beispielsweise Alko
hole, Amine und Thioverbindungen eingesetzt werden.
Für den Fall, daß die erfindungsgemäßen Copolymere vernetzt
sind, können alle bekannten Vernetzer, wie z. B. alle di- und
mehrfunktionellen Vinyl- bzw. Acryl(Methacryl)-Monomeren,
beispielsweise Divinylether, Ethylenglykoldimethacrylat,
Trimethylolpropantrimethacrylat oder Methylenbisacrylamid dem
Polymerisationsgemisch zugesetzt werden. Auch andere Arten der
Vernetzung, wie z. B. Strahlenvernetzung, sind möglich.
Aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften sind die
Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Hydrogele sehr
vielfältig. Eine wichtige Eigenschaft eines Gels stellt dabei
der Phasenübergang "Quellen-Schrumpfen" dar. Dieser Effekt be
ruht auf dem sprunghaften Übergang des Gels vom gequollenen
zum geschrumpften Zustand in Verbindung mit dem Erreichen ei
ner bestimmten Temperatur, eines bestimmten pH-Wertes bzw. ei
ner Lösungsmittelkonzentration im Quellmedium. Durch die ge
zielt einstellbaren hydrophil-hydrophoben Strukturen der Hy
drogele entstehen neue und vorteilhafte Übergänge der Hydro
gele, die für unterschiedliche Anwendungen von Bedeutung sind.
Eine derartige Anwendung stellen beispielsweise Temperatur-,
pH- bzw. Lösungsmittel-sensitive Schalterelemente dar, wie z. B.
Feuchte- oder Tausensoren.
Ein weiteres Anwendungsgebiet sind funktionelle Membranen mit
selektiver Trennleistung, die auf der Wechselwirkung zwischen
den Hydrogelbausteinen und den Komponenten der zu trennenden
Flüssigkeit basieren.
Durch die hydrophoben Gruppen der erfindungsgemäßen Copolyme
ren sind auch starke Wechselwirkungen zu öligen Bestandteilen
in beispielsweise Hautkosmetika, wie z. B. Cremes oder Lotions
bei gleichzeitiger, für Hydrogele typischer wasserspeichernder
Wirkung, gegeben.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Copolymeren neben
ihren guten mechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig guter
Wasserabsorptionskapazität, ist in der Möglichkeit ihrer An
wendbarkeit als Matrix für Controlled-Release Anwendungen ge
geben. Durch die Anwesenheit hydrophober Gruppen wird die
Wechselwirkung zu pharmazeutischen oder anderen biologischen
Wirkstoffen derart beeinflußt, daß eine gezielte Steuerung der
Abgaberate des Wirkstoffes möglich ist, wodurch auch die Dif
fusionscharakteristik dieses Wirkstoffes in der Hydrogelmatrix
gezielt gesteuert werden kann.
In den nachfolgenden Beispielen wurden für die eingesetzten
Substanzen folgende Abkürzungen verwendet:
HEMA = Hydroxyethylmethacrylat
EGDMA = Ethylenglycoldimethacrylat
DMF = N,N-Dimethylformamid
AIBN = alpha, alpha-Azobisisobutylronitril
TBA = N-tert. Butyl-Acrylamid
MUA = N-(1-Methylundecyl)-Acrylamid
DPMA = N-Diphenylmethyl-Acrylamid
TMPA = N-Triphenylmethyl-Acrylamid
BA = N-Benzyl-Acrylamid
EGDMA = Ethylenglycoldimethacrylat
DMF = N,N-Dimethylformamid
AIBN = alpha, alpha-Azobisisobutylronitril
TBA = N-tert. Butyl-Acrylamid
MUA = N-(1-Methylundecyl)-Acrylamid
DPMA = N-Diphenylmethyl-Acrylamid
TMPA = N-Triphenylmethyl-Acrylamid
BA = N-Benzyl-Acrylamid
Ein Gemisch aus 22,5 g HEMA (Fa. Fluka, Gehalt 95%; Kp 205-
208°C; = 1,071; = 1,453), 2,4 g TBA (Chemie Linz),
0,038 g EGDMA (Fa. Riedel de Haen AG, Gehalt 98%; =
1,455) und 20,1 g DMF wurde in einen Glasreaktor eingebracht
und durch Durchblasen von Stickstoff vom gelösten Sauerstoff
befreit. Anschließend wurde die Monomerenlösung mit 122 mg
AIBN (Fa. Fluka), gelöst in 5 ml DMF, initiiert und bei 60°C
polymerisiert. Nach 24 Stunden wurde das 50%ige Gel aus dem
Reaktor entfernt und die Absorptionskapazität (EWC
"equilibrium water content") bestimmt. Dazu wurde ein
kreisförmiger Probekörper von 13 mm Durchmesser und 3 mm Dicke
in Wasser bis zum Gleichgewichtszustand gequollen. Die Ab
sorptionskapazität (EWC in Gew.-% Wasser) entspricht der
Gewichtsdifferenz zwischen gequollenem und ungequollenem Pro
bekörper, bezogen auf das Gewicht des gequollenen Probekör
pers.
Analog zu Beispiel 1a wurden Copolymere hergestellt, wobei je
doch unterschiedliche Mengen an HEMA, TBA und DMF, wie in Ta
belle 1 angeführt, eingesetzt wurden.
Ein Gemisch aus 22,5 g HEMA, 4,6 g MUA (Chemie Linz), 0,038 g
EGDMA und 22,3 g DMF wurde in einen Glasreaktor eingebracht
und durch Durchblasen von Stickstoff vom gelösten Sauerstoff
befreit. Anschließend wurde die Monomerenlösung mit 122 mg
AIBN, gelöst in 5 ml DMF, initiiert und bei 60°C polymeri
siert. Nach 24 Stunden wurde das 50%ige Gel aus dem Reaktor
entfernt und die Absorptionskapazität bestimmt.
Analog zu Beispiel 2a wurden Copolymere hergestellt, wobei je
doch unterschiedliche Mengen an HEMA, MUA und DMF, wie in Ta
belle 2 angeführt, eingesetzt wurden.
Ein Gemisch aus 22,5 g HEMA, 4,6 g DPMA (Chemie Linz), 0,038 g
EGDMA und 22,3 g DMF wurde in einen Glasreaktor eingebracht
und durch Durchblasen von Stickstoff vom gelösten Sauerstoff
befreit. Anschließend wurde die Monomerenlösung mit 122 mg
AIBN, gelöst in 5 ml DMF, initiiert und bei 60°C polymeri
siert. Nach 24 Stunden wurde das 50%ige Gel aus dem Reaktor
entfernt und die Absorptionskapazität bestimmt.
Analog zu Beispiel 3a wurden Copolymere hergestellt, wobei je
doch unterschiedliche Mengen an HEMA, DPMA und DMF, wie in Ta
belle 3 angeführt, eingesetzt wurden.
Ein Gemisch aus 22,5 g HEMA, 6,0 g TPMA (Chemie Linz), 0,038 g
EGDMA und 22,3 g DMF wurde in einen Glasreaktor eingebracht
und durch Durchblasen von Stickstoff vom gelösten Sauerstoff
befreit. Anschließend wurde die Monomerlösung mit 122 mg AIBN,
gelöst in 5 ml DMF, initiiert und bei 60°C polymerisiert. Nach
24 Stunden wurde das 50%ige Gel aus dem Reaktor entfernt und
die Absorptionskapazität bestimmt.
Analog zu Beispiel 4a wurden Copolymere hergestellt, wobei je
doch unterschiedliche Mengen an HEMA, TPMA und DMF, wie in Ta
belle 4 angeführt, eingesetzt wurden.
Ein Gemisch aus 22,5 g HEMA, 3,1 g BA (Chemie Linz), 0,038 g
EGDMA und 20,8 g DMF wurde in einen Glasreaktor eingebracht
und durch Durchblasen mit Stickstoff vom gelösten Sauerstoff
befreit. Anschließend wurde die Monomerlösung mit 122 mg
AIBN, gelöst in 5 ml DMF, initiiert und bei 60°C polymeri
siert. Nach 24 Stunden wurde das 50%ige Gel aus dem Reaktor
entfernt und die Absorptionskapazität bestimmt.
Analog zu Beispiel 5a wurden Copolymere hergestellt, wobei je
doch unterschiedliche Mengen an HEMA, BA und DMF, wie in Ta
belle 5 angeführt, eingesetzt wurden.
Claims (11)
1. Copolymere, die im wesentlichen aus den Monomeren
- a) Hydroxyethyl(meth)acrylat der Formel I CH₂ = C(R) - CO - O - CH₂ - CH₂ - OH (I)und
- b) N-substituierten (Meth)acrylamiden der Formel II
aufgebaut sind, worin
R ein H-Atom oder einen CH₃-Rest und
Z₁ einen Alkylrest mit 5 bis 15 C-Atomen, einen Alkyl-Mono-, Di- oder Triphenylrest mit 1 bis 3 C-Atomen im Alkylteil, einen substituierten oder unsubstituierten Phenylrest oder einen substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylrest mit 6 bis 12 C-Atomen und Z₂ H bedeutet, oder
Z₁ und Z₂ unabhängig voneinander einen Alkylrest mit 3 bis 10 C-Atomen bedeuten,
wobei die Copolymere vernetzt oder unvernetzt sein können.
R ein H-Atom oder einen CH₃-Rest und
Z₁ einen Alkylrest mit 5 bis 15 C-Atomen, einen Alkyl-Mono-, Di- oder Triphenylrest mit 1 bis 3 C-Atomen im Alkylteil, einen substituierten oder unsubstituierten Phenylrest oder einen substituierten oder unsubstituierten Cycloalkylrest mit 6 bis 12 C-Atomen und Z₂ H bedeutet, oder
Z₁ und Z₂ unabhängig voneinander einen Alkylrest mit 3 bis 10 C-Atomen bedeuten,
wobei die Copolymere vernetzt oder unvernetzt sein können.
2. Copolymere gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Z₁ im Monomer b gemäß Formel II einen verzweigten Alkylrest
mit 6 bis 12 C-Atomen bedeutet.
3. Copolymere gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Monomer b N-tert. Hexylacrylamid ist.
4. Copolymere gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Monomer b N-tert. Octylacrylamid ist.
5. Copolymere gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Monomer b N-Methylundecylacrylamid ist.
6. Copolymere gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Cycloalkylrest ein mono-, bi- oder tricyclischer
Alkylrest mit 6 bis 12 C-Atomen im Ring ist.
7. Copolymere gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Monomer b N-Cyclohexylacrylamid ist.
8. Copolymere gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Monomer b N-Benzylacrylamid ist.
9. Copolymere gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Monomer b N-Diphenylmethylacrylamid ist.
10. Copolymere gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Monomer b N-Triphenylmethylacrylamid ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4023578A DE4023578A1 (de) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | Copolymere von hydroxyethyl(meth)acrylat und n-substituierten (meth)acrylamiden |
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|---|---|---|---|
| DE4023578A DE4023578A1 (de) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | Copolymere von hydroxyethyl(meth)acrylat und n-substituierten (meth)acrylamiden |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4023578A1 true DE4023578A1 (de) | 1992-01-30 |
Family
ID=6410963
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE4023578A Withdrawn DE4023578A1 (de) | 1990-07-25 | 1990-07-25 | Copolymere von hydroxyethyl(meth)acrylat und n-substituierten (meth)acrylamiden |
Country Status (1)
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