Способная к отверждению акриловая композиция, состоящая из двух частей - RU2640234C2

Описание

Настоящее изобретение относится к полимерной композиции, в частности, но не исключительно, к состоящей из двух частей композиции, которая реагирует при смешении двух частей с образованием цемента, который отверждается до твердого состояния, к двухцилиндровому шприцу или пистолету для уплотнения соединений, вмещающему состоящую из двух частей композицию, и к способу получения состоящей из двух частей композиции.

Отверждающиеся композиции, формируемые смешением друг с другом акриловых полимеров и мономеров, подходят для применения в разнообразных областях приложения. Особенно полезным является их использование в стоматологических, медицинских, относящихся к адгезивам и строительных областях приложения, где такие материалы используются на протяжении более 40 лет.

Стоматологические области приложения включают в себя использование таких композиций в базисах зубных протезов, пластинках зубных протезов, зубных прокладках, при стоматологических реконструкционных операциях, в припасовочных оттискных ложках, в винирах для коронок и моста, искусственных зубах, в винирах для натуральных зубов и при реконструкции натуральных зубов, и в наполнителях для реставрации зубов.

Медицинские области приложения включают в себя использование таких композиций в качестве костного цемента. Костный цемент обычно находит применение для заполнения костных полостей и, в частности, в качестве протезирующего цемента, краниального цемента, вертебрального цемента в вертебропластике и кифопластике и при получении формованных изделий, которые отверждаются экстракорпорально и которые впоследствии могут быть введены в тело.

Относящиеся к адгезивам и строительные области приложения применения включают в себя многочисленные области приложения, такие как использование таких композиций при сочленении, цементировании, заполнении зазоров, ламинировании и при формировании пористых материалов.

Отверждающиеся акриловые композиции обычно состоят из твердого компонента и жидкого компонента. Твердый компонент содержит порошок, состоящий из частиц полимера, и, при необходимости, дополнительные добавки, такие как инициаторы и катализаторы полимеризации, наполнители, пигменты и красители. Жидкий компонент содержит жидкий мономер или мономеры и дополнительные добавки, такие как ускорители и стабилизаторы. Перед использованием твердый и жидкий компоненты смешивают друг с другом с формированием жидкой или полутвердой пасты, вязкость которой увеличивается под действием инициаторов и ускорителей полимеризации, и происходит отверждение до твердого состояния.

Типично используемый твердый компонент состоит из малых сферических гранул (обычно примерно 20-150 микрон в диаметре) полиметилметакрилата (PMMA) и малого количества инициатора полимеризации, такого как дибензоилпероксид (BPO), обычно инкапсулированного в грануле PMMA, который, однако, также может быть добавлен в виде отдельного компонента. Жидкий компонент представляет собой обычно мономер, типично метилметакрилат (MMA), который может также содержать активатор полимеризации, такой как N,N-диметил-п-толуидин (третичный амин) (DMPT), и ингибитор, такой как гидрохинон (HQ), чтобы предотвратить самопроизвольную полимеризацию мономера.

Когда твердый и жидкие компоненты смешивают друг с другом, частицы полимера смачиваются мономером, сольватируются и начинают растворяться. Сольватированные частицы полимера высвобождают служащий инициатором дибензоилпероксид в мономер, который реагирует с активатором, если он присутствует, давая радикалы, которые реагируют с мономером и инициируют протекающую при комнатной температуре аддитивную полимеризацию мономера. Смесь изначально имеет относительно низкую вязкость и превращается во все более густую систему, которая, в конце концов, полностью затвердевает.

Данное непрерывное изменение вязкости смеси характеризуется временем превращения в пасту и временем схватывания и достигнутой максимальной температурой экзотермического эффекта, определяемыми согласно BS ISO 5833:2002. Считают, что время превращения в пасту представляет собой промежуток времени после начала перемешивания, необходимый для того, чтобы смесь достигла состояния тестообразной массы, которая не прилипает к пальцу в перчатке при легком прикосновении. Считают, что время схватывания представляет собой время, затраченное на то, чтобы достичь температуры, находящейся посередине между окружающей и максимальной температурой.

Время превращения в пасту и время схватывания и максимальная температура экзотермического эффекта представляют собой очень важные параметры, которые определяют то, как следует использовать отверждающиеся композиции. Композиции, отверждающиеся при комнатной температуре (так называемые самоотверждающиеся или отверждающиеся на холоде системы), имеют время превращения в пасту, которое обычно составляет от 4 до 10 минут, и время схватывания, которое обычно составляет от 10 до 25 минут. Данные параметры эффективно определяют временной период, который доступен оператору для проведения манипуляций с пастой желаемым образом, например, прессования в зубной слепок для изготовления базиса зубного протеза или прессования в костную полость в ходе восстановительной операции на тазобедренном суставе или эндопротезирования тазобедренного сустава, или введения в вертебральную полость в ходе операции на позвоночнике, или нагнетания в зазор или полость в ходе операций промышленного цементирования. Существует очевидное желание максимально увеличить доступное оператору время для проведения работы. В идеале это должно быть достигнуто без увеличения времени схватывания, так как оно определяет конечную точку операции цементирования или фиксации. Следовательно, это заостряет внимание на сокращении времени превращения в пасту. Время превращения в пасту определяется скоростью, с которой у сочетания твердого и жидкого компонентов увеличивается вязкость непосредственно после смешения, и регулируется рядом факторов, таких как гранулометрический размер и форма гранул полимера, молекулярная масса полимера и композиция полимера.

В патентном документе США 5650108 (Nies с соавт.) описано применение бисерной мельницы для обработки смеси гранул и гранул PMMA. Затем полученную полимерную смесь перемешивают с жидким компонентом, что дает композицию, которая превращается в пасту спустя примерно 2 минуты.

В патентном документе США 2007/0213425 A1 (Higham и He) описано применение шаровой мельницы или струйной мельницы для получения молотых гранул PMMA или сополимера PMMA, которые показывают сокращенное время превращения в пасту по сравнению с немолотыми гранулами после смешения с жидким компонентом костного цемента.

В патентном документе США 4268639 (Siedel с соавт.) описаны быстро превращающиеся в пасту самоотверждающиеся композиции на основе смесей PMMA и поли-2-гидроксиэтилметакрилата (PHEMA) в качестве твердого компонента и MMA и/или 2-гидроксиэтилметакрилата (HEMA) в качестве жидкого компонента. Описано время превращения в пасту, составляющее не более 2 минут, и доступное для работы время, составляющее по меньшей мере 6 минут.

В патентном документе США 2007/0032567 A1 (Beyar с соавт.) описаны быстро превращающиеся в пасту композиции костного цемента, для которых в течение 180 секунд после смешения мономерного и полимерного компонентов достигается вязкость, составляющая по меньшей мере 500 паскаль-секунд, и достигается рабочее окно, составляющее по меньшей мере 5 минут. Утверждается, что данные характеристики получены посредством использования гранул с различными распределениями по размеру. Утверждается, что гранулы с диаметром менее 20 микрон облегчают быстрое смачивание мономерной жидкостью и способствуют быстрому переходу в вязкое состояние.

Влияние размера гранул PMMA на реологические свойства костных цементов изучены в работе Hernandez, L.; Goni, I.; Gurruchaga, M., “Effect of size of pmma beads on setting parameters and rheological properties of injectable bone cements”, Transactions - 7th World Biomaterials Congress, Sydney, Australia, 17 May 2004 - 21 May 2004, p 740. Авторы отмечают, что “с увеличением доли мелких гранул… момент начала увеличения вязкости наступает быстрее. Это происходит благодаря сольватации самых мелких гранул PMMA (<20 микрон), что вызывает увеличение вязкости полимеризующейся массы”. Также, “в заключение, мы можем утверждать, что возможно получение инъецируемых костных цементов с оптимальными реологическими свойствами посредством смешения гранул различных размеров”.

Другая работа, которая описывает то, как гранулометрический размер гранул PMMA влияет на реологические свойства акрилового костного цемента, представляет собой статью Lewis G. and Carroll M.J. Biomed Mater Res (Appl Biomater) 63: 191-199, 2002. Авторы приходят к заключению, что одним из факторов, которые сильно влияют на реологические свойства, является относительное количество малоразмерных гранул PMMA (средний диаметр от 0 до 40 микрон).

В исследовании, посвященном времени превращения в пасту стоматологических смол горячего отверждения (McCabe, J.F., Spence D. and Wilson H.J. Journal of Oral Rehabilitation, 1975, том 2, страницы 199-207), приходят к заключению, что “… концепция короткого времени превращения в пасту зависит от присутствия значительного числа мелких гранул”. Для диаметра частиц мелких гранул делается вывод, что D<20 микрон.

Из вышеприведенного описания можно видеть, что чаще всего описываемые способы достижения короткого времени превращения в пасту заключаются в том, чтобы подвергнуть частицы полимера PMMA помолу или преднамеренно включить в твердый компонент способной к отверждению композиции значительную долю частиц полимера PMMA диаметром <20 микрон. Способы помола обладают недостатками, связанными с ограничением по количеству гранул, которые могут быть помолоты за один раз, что ведет к большим временным затратам на производство, если вовлечены значительные количества материала. Кроме того, необходимо решать проблемы, связанные с воспроизводимостью от партии к партии, очисткой мельницы между загрузками и появлением загрязнений при значительном объеме переработки и ручного обслуживания. Контроль относительного количества частиц полимера PMMA диаметром <20 микрон в твердом компоненте не является простым. Гранулы PMMA, используемые в отверждающихся композициях, обычно получают способом суспензионной или дисперсионной полимеризации. Это включает полимеризацию диспергированных капель мономера MMA в жидкой фазе, обычно в воде, с формированием твердых сферических гранул, которые затем отделяют от жидкой фазы на стадии фильтрования, промывают для удаления диспергирующих агентов, сушат и затем просеивают. Однако частицы с диаметром <20 микрон относительно трудно поддаются фильтрованию и промывке, что подразумевает длительные и зачастую связанные с трудоемкой обработкой временные затраты.

Альтернативное средство сбора значительной доли мелких (с диаметром <20 микрон) частиц полимера PMMA состоит в использовании способа просеивания для отделения фракции с наименьшим размером частиц от взвеси, обычно получаемой при суспензионной полимеризации. Однако выходы относительно низки, время просеивания может быть длительным, а также остается проблема того, как поступать с довольно большим количеством материала, образованного более крупными частицами, который удерживается на ситах.

Другой подход к получению значительной доли мелких (с диаметром <20 микрон) частиц полимера PMMA состоит в использовании механических способов дробления гранул производимого обычным способом материала, например, путем помола, измельчения, дробления и так далее. Однако гранулы РММА являются относительно твердыми и, таким образом, для достижения значительного увеличения доли мелких (с диаметром <20 микрон) частиц полимера РММА, обычно требуется длительное время обработки (типично >24 часов для измельчения в шаровой мельнице). Кроме того, воспроизводимость от партии к партии такого способа довольно низка, что иногда требует дополнительной обработки получающегося продукта, например, путем просеивания или перемешивания, чтобы достичь желаемого распределения частиц по размерам.

Это приводит к тому, что промышленное производство PMMA со значительной долей частиц с диаметром <20 микрон является затратным, а иногда трудоемким и ненадежным.

В публикации WO 2010/018412 описано решение проблемы того, как достичь короткого времени превращения в пасту посредством использования сетки коалесцированных полученных эмульсионной полимеризацией акриловых микрочастиц в качестве части твердого полимерного компонента. Сетка коалесцированных полученных эмульсионной полимеризацией микрочастиц формирует пористую или микропористую частицу из акрилового полимера. Частицы полимера формируют сушкой жидкой эмульсии с образованием порошка, причем предпочтительным способом сушки эмульгированных микрочастиц полимера является распылительная сушка. После сушки коалесцированной частицы ее используют в качестве твердого компонента способной к отверждению акриловой композиции, состоящей из двух частей.

В публикации WO 98/24398 (Lautenschlager с соавт.) описана система костного цемента низкой пористости, получаемая смешением друг с другом двух жидких компонентов. Каждый жидкий компонент состоит из растворов PMMA в мономере MMA, причем один раствор содержит инициатор (например, BPO), а другой раствор содержит активатор (например, DMPT). Данная система обладает недостатками ограниченной стабильности при хранении, относительно высокого экзотермического эффекта полимеризации и повышенной усадки, которая является следствием необходимости использования высоких содержаний MMA, требуемых для получения растворов.

В публикации WO 2010/005442 (Hasenwinkel с соавт.) данные недостатки преодолеваются в некоторой степени за счет включения в растворы сшитых гранул PMMA. Однако недостаток ограниченной стабильности при хранении остается.

В патентных документах США 2011/0054392 и EP 2139530 (Nies) описан материал имплантата для улучшенного высвобождения активных ингредиентов, содержащий два компонента. Первый компонент содержит смесь порошка полимера и инициатор BPO, который превращают в стабильную несхватывающуюся пасту добавлением воды, поверхностно-активного агента (например, Tween 80) и водорастворимого полимера (например, карбоксиметилкрахмала). Второй компонент содержит раствор PMMA, растворенного в мономере MMA, с добавкой ускорителя DMPT. Каждый компонент загружен в отдельные отсеки двухцилиндрового шприца, а смешение осуществляется путем продавливания через статический смеситель. Высокое содержание воды обеспечивает высокую пористость в конечном отвержденном продукте, что облегчает улучшенное высвобождение активных ингредиентов. Однако относительно высокая пористость (типично приблизительно 16% и выше) ведет к ухудшению механических свойств, например, пониженной прочности при сжатии, которая является неприемлемой для традиционных костных цементов.

В других документах известного уровня техники, таких как De Wijn, J. Biomed. Mater. Res. Symposium, №7, стр. 625-635 (1976); патент США 4093576; Boger et al. J. Biomed. Mater. Res. Part B: Applied Biomaterials, том 86B, часть 2, стр. 474-482 (2008) и публикация WO 2004/071543, обсуждается включение воды в систему костного цемента, но не с целью доставки посредством двухцилиндрового шприца и смешения продавливанием через статический смеситель.

В публикации De Wijn, J. Biomed. Mater. Res. Symposium, №7, стр. 625-635 (1976) и патентном документе США 4093576 описано смешение традиционного порошка полимера с гелеобразующим агентом в порошкообразной форме, например, карбоксиметилцеллюлозой (CMC). Затем добавляют мономер, чтобы сформировать цементную пасту, за чем следует добавление воды, чтобы вызвать гелеобразование с помощью CMC. Затем полученную смесь отверждают с образованием пористого материала. Утверждают, что структура пористого материала с открытыми порами допускает со временем проникновение ткани, что приводит к дополнительной фиксации имплантата окружающей соединительной тканью или костью. Однако пористая природа материала и здесь ведет к ухудшеннию механических свойств по сравнению с традиционными костными цементами.

В статье Boger et al. J. Biomed. Mater. Res. Part B: Applied Biomaterials, том 86B, часть 2, стр. 474-482 (2008) и публикации WO 2004/071543, авторы Bisig et al., описан инъецируемый костный цемент с низким модулем упругости на основе PMMA для остеопоротической кости. Данная система состоит из трех компонентов, а именно порошкообразного и жидкого компонентов традиционного двухкомпонентного костного цемента с добавлением водного раствора гиалуроновой кислоты. Заявлено, что полученные в результате пористые материалы обладают механическими свойствами, близкими к таковым человеческого губчатого вещества кости, значительно уступая механическим свойствам традиционного костного цемента.

Дополнительная проблема может возникать при смешении жидкой первой части и жидкой второй части, например, посредством статического смесителя, соединенного с двойными отсеками шприца или пистолета для уплотнения соединений, если вязкость одной или обеих жидкостей слишком высока или жидкости значительно отличаются друг от друга по вязкости.

Одно решение данной проблемы заключается в уменьшении вязкости жидкой первой части и приведении ее в более близкое соответствие относительно вязкости жидкой второй части.

Высокую вязкость жидкой первой части можно было бы уменьшить просто путем увеличения количества жидкого носителя (например, воды) в жидкой первой части. Однако высокие содержания воды в прореагировавшей акриловой композиции, состоящей из двух частей, увеличивают степень пористости и, следовательно, снижают механические свойства костного цемента.

Неожиданно также были обнаружены способы, которые снижают вязкость жидкой первой части без обращения к нежелательным способам, таким как увеличение количества воды в качестве жидкого носителя.

Один или более объектов настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить решение одной или более из вышеупомянутых проблем.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлена отверждающаяся, состоящая из двух частей акриловая композиция, содержащая стабильную при хранении жидкую первую часть и стабильную при хранении жидкую вторую часть, которые реагируют друг с другом при смешении с формированием цемента, который отверждается, причем композиция дополнительно содержит акриловый мономерный компонент и компонент-инициатор в количестве, эффективном для полимеризации мономерного компонента, где указанный мономерный компонент и указанный компонент-инициатор находятся в отдельных частях указанной состоящей из двух частей композиции, так что мономерный компонент стабилен при хранении, отличающаяся тем, что жидкая первая часть содержит полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы в жидком носителе.

Предпочтительно, полученные эмульсионной полимеризацией частицы в жидком носителе находятся в форме эмульсии акрилового полимера. Жидкий носитель представляет собой предпочтительно воду. Соответственно, эмульсия полимера представляет собой предпочтительно водную эмульсию. Водный носитель может включать в себя другие компоненты. Данные компоненты могут быть растворены в воде, как, например, солюбилизирующие агенты, выбранные из полиэтиленгликоля, глицерина и D-сорбита.

Эмульсия акрилового полимера может обеспечивать непрерывную фазу для жидкой первой части. Эмульсия акрилового полимера типично состоит из полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц, по меньшей мере, одного эмульгатора и воды.

В одном альтернативном ряду вариантов осуществления, изобретение распространяется на способную к отверждению, состоящую из двух частей акриловую композицию, содержащую стабильную при хранении жидкую первую часть и стабильную при хранении жидкую вторую часть, которые реагируют друг с другом при смешении с формированием цемента, который отверждается, причем композиция дополнительно содержит акриловый мономерный компонент и компонент-инициатор в количестве, эффективном для полимеризации мономерного компонента, отличающуюся тем, что жидкая первая часть содержит полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы в жидком носителе.

Обычно, жидкая вторая часть содержит мономерный компонент. Данный ряд вариантов осуществления может также иметь любой из признаков первого или дополнительных аспектов, изложенных здесь, если такие признаки не являются взаимоисключающими.

Преимущества

Преимущественно, композиция включает в себя эмульсию акрилового полимера, которая обеспечивает жидкий носитель для полученных эмульсионной полимеризацией акриловых частиц, типично микрочастиц, суспендированных в нем, так что обычно твердый полимерный порошкообразный компонент композиции предоставлен вместо этого в виде жидкости. Первая часть, представляющая собой жидкую эмульсию, или жидкая вторая часть, каждая, могут также независимо содержать суспендированные в них дополнительные компоненты композиции.

Дополнительно, посредством использования полученных эмульсионной полимеризацией акриловых частиц непосредственно после получения в своей первичной эмульсионной форме в некоторых вариантах осуществления предоставляется дополнительное преимущество, заключающееся в том, что имеется возможность хранить и доставлять каждый компонент отверждающейся композиции в виде жидкости, такой как эмульсия, дисперсия, паста или раствор, в отдельных отсеках двухцилиндрового шприца или пистолета для уплотнения соединений. Затем данные компоненты могут быть традиционным образом смешаны и доставлены к требуемому участку по мере надобности путем последовательного продавливания через смешивающий наконечник, присоединенный к шприцу/пистолету для уплотнения соединений, такой как статический смеситель или винтовой смеситель, присоединенный к шприцу/пистолету для уплотнения соединений, с преодолением, тем самым, неудобства, связанного с ручным смешением. Кроме того, смешение отверждающейся композиции является более воспроизводимым, безопасным и надежным.

Более того, хранение индивидуальных компонентов в соответствующих цилиндрах двухцилиндрового шприца или пистолета для уплотнения соединений предоставляет преимущества того, что избегается встречающийся при ручном смешении риск воздействия вредных мономеров на операторов. Смешение достигается непосредственно в ходе нанесения цемента на желаемый участок.

Кроме того, в некоторых вариантах осуществления также возможно предоставление одноразового смешивающего наконечника, так что двухцилиндровый шприц или пистолет для уплотнения соединений может быть использован неоднократно за счет прикрепления дополнительного смешивающего наконечника. До настоящего времени двойные цилиндры были невозможны, поскольку традиционный порошок не может быть выдавлен в наконечник. Следовательно, перед помещением в одноцилиндровый шприц порошковый и жидкий компоненты необходимо смешивать. Такая смесь нестабильна при хранении, так что вариант позднейшего повторного использования цилиндра, содержащего материал, с заменой головки смешивающего наконечника был невозможен.

Дополнительным преимуществом изобретения является то, что компоненты состоящей из двух частей композиции имеют длительную стабильность при хранении.

Дополнительным преимуществом изобретения является то, что полученные эмульсионной полимеризацией акриловые частицы могут быть использованы непосредственно в жидкой эмульсии с получением отверждающейся композиции с сокращенным временем превращения в пасту без необходимости получения сетки коалесцированных полученных эмульсионной полимеризацией микрочастиц, сформированной сушкой жидкой эмульсии для формирования порошка. Это, следовательно, значительно уменьшает энергозатраты и улучшает эффективность производства.

Для отверждающихся композиций, состоящих из двух частей, по изобретению также достигается низкая максимальная температура экзотермического эффекта в ходе отверждения, в результате чего в случае костных цементов удается избежать тканевого некроза, являющегося хорошо известной проблемой акриловых костных цементов.

Отверждающиеся композиции, сформированные на основе изобретения, также демонстрируют длительное время для выполнения работы, предоставляя тем самым оператору более длительный временной период для манипулирования цементной пастой желаемым образом в ходе ее нанесения.

Преимущественно, вследствие присутствия воды в жидкой первой части, конечная отвержденная затвердевшая цементная композиция является пористой. Пористость допускает приведение в соответствие механических свойств отверждающейся композиции, например, с таковыми позвоночной кости, тем самым позволяя избежать хорошо известных проблем, связанных с имплантацией искусственных материалов, которые имеют более высокий модуль упругости, чем окружающая естественная кость. Однако рецептура может быть также изменена для регулировки уровня пористости и варьирования механических свойств, например, для достижения механических свойств, которые удовлетворяют требованиям ISO 5833:2002.

Кроме того, по причине пористости полимеризационное сжатие при схватывании композиций изобретения может быть меньше, чем обычно можно было бы ожидать для традиционных отверждающихся композиций на основе сочетаний порошок/жидкость.

Другое дополнительное преимущество изобретения при его применении в случае костного цемента состоит в том, что контроль пористости (размера и топографии) допускает осуществление улучшенного контроля в отношении контролируемого высвобождения антибиотиков и других медикаментов в окружающие кость и ткань.

Полимерные гранулы

Как упомянуто выше, жидкая первая часть содержит полученные эмульсионной полимеризацией акриловые частицы, предпочтительно микрочастицы. Предпочтительно, состоящая из двух частей акриловая композиция также содержит по меньшей мере один дополнительный тип акриловых полимерных частиц. Предпочтительно, когда акриловые полимерные частицы по меньшей мере одного дополнительного(ых) типа(ов) представляют собой полимерные гранулы. Предпочтительно, такие гранулы не образованы полученными эмульсионной полимеризацией частицами, но предпочтительно получены традиционной переработкой полимера. Такие полимерные гранулы хорошо известны специалисту в области акриловых полимерных композиций и могут, например, представлять собой таковые, полученные полимеризацией в массе, растворе или суспензии. Типично, гранулы получают суспензионной полимеризацией. В состоящей из двух частей акриловой полимерной композиции может присутствовать более чем один дополнительный тип акриловых полимерных частиц, которые отличаются друг от друга средним размером частиц и/или молекулярной массой. Например, может иметься два, три или четыре таких дополнительных типа акриловых полимерных частиц. Смешение гранул с жидкой первой частью приводит к формированию дисперсии полимерных гранул в жидком носителе. Типично, она представляет собой дисперсию гранулированного полимера в непрерывной эмульсионной фазе.

Подразумевается, что использованный здесь термин “гранулы” не следует интерпретировать ограничительно, если иное не указано и он относится к дискретной полимерной частице любых подходящих размера, формы и текстуры поверхности.

Количества полимера и других компонентов

Типично, полученные эмульсионной полимеризацией частицы и, если они присутствуют, полимерные частицы дополнительных типов образуют по меньшей мере 98% полимера, присутствующего в состоящей из двух частей акриловой композиции перед смешением, более предпочтительно по меньшей мере 99%, наиболее предпочтительно приблизительно 100% полимера, присутствующего в состоящей из двух частей акриловой композиции перед смешением. При смешении мономер полимеризуется и приводит к тому, что смешанная композиция образует цемент, который постепенно отверждается, схватываясь, в конце концов, до твердого состояния.

Типично, содержание твердых веществ жидкой первой части композиции, состоящей из двух частей, находится в диапазоне 10-95% масс./масс., типичнее 20-92% масс./масс., типичнее 30-90% масс./масс.

Предпочтительные диапазоны зависят от свойств, которые желают получить, например, механических свойств. Например, чтобы достичь сопротивления сжатию получаемого в результате твердого тела более 40 МПа, предпочтительный диапазон содержания твердых веществ жидкой первой части композиции, состоящей из двух частей, составляет 60-95% масс./масс., более предпочтительно 65-95% масс./масс., наиболее предпочтительно 70-90% масс./масс.

В сумме полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы и, если они присутствуют, полимерные частицы дополнительных типов образуют 50-99,9% масс./масс. содержания твердых веществ первой части акриловой композиции, состоящей из двух частей, более предпочтительно 60-97,5% масс./масс., наиболее предпочтительно 65-94,5% масс./масс. Остаток обычно состоит из других твердых веществ, которые могут представлять собой наполнители, пигменты, красящие вещества, катализаторы и инициатор, хотя также может присутствовать остаточный эмульгатор.

Отношение количества полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц согласно аспектам изобретения к суммарному количеству упомянутого дополнительного типа акриловых полимерных частиц в случае их присутствия варьируется в зависимости от конечного приложения. Тем не менее в некоторых приложениях, таких как костные цементы, преимущество обеспечивается, когда данное отношение составляет от 2:98 до 50:50 масс./масс., более предпочтительно от 3:97 до 40:60 масс./масс., наиболее предпочтительно от 5:95 до 30:70 масс./масс. Такое отношение дает хороший баланс между короткими временами превращения в пасту и длительными временами для работы. Однако упомянутые значения не должны восприниматься как ограничения, и также возможны другие более высокие отношения по количеству полученных эмульсионной полимеризацией частиц, такое как 100% масс./масс. полученных эмульсионной полимеризацией частиц образуют полимерный компонент первой части или же отношение составляет от 30:70 до 70:30, более предпочтительно от 40:60 до 60:40.

Жидкий носитель первой части достаточен для того, чтобы действовать в качестве жидкого носителя для твердых компонентов независимо от того, эмульгированы они в нем или иным образом суспендированы. Таким образом, жидкость может формировать 5-90% масс./масс. жидкой первой части, более предпочтительно 8-80% масс./масс., наиболее предпочтительно 10-70% масс./масс.

Жидкая вторая часть может включать в себя мономер, воду или другой растворитель в качестве жидкого компонента, который достаточен для того, чтобы обеспечить жидкий носитель для других компонентов, которые могут включать в себя другие компоненты полимерной композиции, известные специалисту, такие как полимер, инициатор (если отсутствует мономер), наполнители, пигменты, красящие вещества, катализаторы, ускорители, пластификаторы и так далее. В этом отношении, хотя возможно использование пасты инициатора в жидком носителе, таком как вода или органический растворитель, необязательно присутствие пластификатора, чтобы сформировать жидкую вторую часть, более предпочтительно наличие акрилового мономера в качестве жидкого носителя во второй части, необязательно с акриловыми полимерными частицами, растворенными в нем, и с другими добавленными компонентами, такими как ускорители, наполнители, красители и так далее. Обычно количество мономера в несмешанной композиции, присутствующего либо во второй части, либо в первой части, находится в диапазоне 10-70% масс./масс., более предпочтительно 15-60% масс./масс., более предпочтительно 20-50% масс./масс.

Когда и мономер, и дополнительный тип акриловых полимерных частиц образуют массу жидкой второй части, отношение акриловый мономер:полимер находится в диапазоне от 99:1 до 60:40 масс./масс.

Отношение количества жидкой первой части к количеству жидкой второй части находится предпочтительно в диапазоне от 2:1 до 1:20 по массе, более предпочтительно от 1:1 до 1:2 по массе.

Предпочтительно, содержание наполнителя в состоящей из двух частей акриловой композиции составляет 0-49,9% масс./масс. акриловой композиции, более предпочтительно 2-39,9% масс./масс., наиболее предпочтительно 5-34,9% масс./масс. Наполнитель может присутствовать в любой из двух частей или может быть распределен в обеих частях.

Ускорители могут присутствовать в несмешанной композиции в диапазоне от 0,1 до 5% по массе, более предпочтительно в диапазоне 0,5-3% по массе.

Суммарное содержание остаточного или добавленного непрореагировавшего инициатора в состоящей из двух частей акриловой композиции составляет предпочтительно 0,1-10% масс./масс. акриловой композиции, предпочтительно 0,15-5% масс./масс., более предпочтительно 0,2-4,0% масс./масс.

Если инициатор используют в одном из компонентов, он может быть инкапсулирован в полимерной грануле или в полимерной эмульсии или добавлен отдельно.

Если полимер растворен в мономере, полимер должен иметь весьма низкие содержания остаточного инициатора во избежание сокращения срока хранения.

Инициатор может присутствовать в полимерных частицах как первого, так и, если они присутствуют, дополнительных типов, которые образуют акриловую полимерную композицию. Инициатор в первых и, если они присутствуют, дополнительных полимерных частицах может быть представлен остаточным количеством непрореагировавшего инициатора, используемого при формировании частиц, которое, таким образом, представляет собой эквивалент избыточного количества инициатора. Альтернативно или дополнительно некоторое количество инициатора может быть добавлено в виде отдельного компонента в состоящую из двух частей композицию. В полученных эмульсионной полимеризацией акриловых частицах содержание остаточного инициатора, присутствующего перед реакцией со второй частью, составляет предпочтительно 0,001-10% масс./масс. полученных эмульсионной полимеризацией акриловых частиц, предпочтительно 0,1-6% масс./масс., более предпочтительно 0,1-5%.

Предпочтительно, инициатор присутствует в количестве, которое будет вызывать полимеризацию мономерного компонента, которая протекает по меньшей мере более чем на 90%, более предпочтительно более чем на 93%, более предпочтительно более чем на 95%.

Жидкий компонент жидкой первой части может представлять собой воду или другую жидкость, такую как мономер, органический растворитель, пластификатор, жидкий полимер, разбавитель, более предпочтительно воду и необязательно акриловый мономер.

Если в первой части присутствуют акриловые полимерные частицы более чем одного типа, полимерные частицы дополнительных типов либо смешивают с эмульсией первой части, чтобы сформировать суспензию в водной эмульсионной фазе, либо растворяют в мономере (в случае, когда инициатор находится во 2-й части), чтобы сформировать раствор, который суспендирован в непрерывной эмульсионной фазе, или, альтернативно, эмульсия суспендирована в непрерывной фазе раствора мономера. В любом случае, полимерные компоненты типично находятся в присутствии других подходящих компонентов полимерной композиции, известных специалисту. Такие добавки к полимерной композиции включают в себя инициаторы, эмульгаторы, катализаторы, пигменты, красящие вещества и наполнители.

Заданные материалы

Инициаторы, которые могут быть использованы для того, чтобы инициировать эмульсионную полимеризацию и, следовательно, те, которые могут образовывать остаточные инициаторы в композиции для инициирования процесса отверждения, представляют собой персульфаты (например, калия, натрия или аммония), пероксиды (например, пероксид водорода, дибензоилпероксид, трет-бутилгидропероксид, трет-амилгидропероксид, ди-2-этилгексилпероксидикарбонат или лауроилпероксид), а также азоинициаторы (например, 4,4'-азобис(4-циановалериановую кислоту)).

В дополнение к вышеописанным эмульсионным инициаторам особенно предпочтительным инициатором для стадии отверждения является дибензоилпероксид.

Инициаторы, которые могут быть использованы для безэмульгаторной эмульсионной полимеризации и, следовательно, которые могут присутствовать в виде остаточных инициаторов, включают в себя ионные водорастворимые инициаторы, такие как персульфат калия, натрия или аммония.

Кроме того, любой один или более из вышеназванных инициаторов может быть добавлен в композицию независимо.

В особенно предпочтительном варианте осуществления частицы эмульсии включают в своей полимерной матрице инициатор. Соответственно, в данном варианте осуществления инициатор не добавляют отдельно к жидкой первой части композиции.

Преимущество обеспечивается тогда, когда инициатор для способной к отверждению композиции может быть добавлен в виде избыточного инициатора в ходе эмульсионной полимеризации частиц, так что некоторая часть инициатора используется в полимеризации частиц эмульсии, но по мере формирования частиц эмульсии избыточный инициатор включается в полимерную матрицу. Впоследствии, после смачивания мономером и растворения в нем, инициатор высвобождается и, таким образом, способен инициировать фазу отверждения. В ядре/оболочке частицы инициатор предпочтительно включен во внешнюю оболочку, то есть в ходе конечной стадии процесса многостадийной эмульсионной полимеризации, и, соответственно, избыточный инициатор используется на конечной стадии полимеризации оболочки. В ходе полимеризации полимерной частицы первого или дополнительного типа также может быть использован более чем один инициатор. В случае применения нескольких инициаторов преимущество обеспечивается, когда один из инициаторов по существу полностью расходуется в полимеризации, а второй инициатор присутствует в избытке и только частично используется, так что избыточное количество второго инициатора включается в частицы. Данная методика может быть осуществлена с помощью инициаторов, имеющих разные периоды полураспада, так что предпочтительно расходуется инициатор с более коротким периодом полураспада (то есть инициатор с более высокой скоростью разложения при данной температуре и реакционной среде). Кроме того, можно использовать более высокую температуру для того, чтобы вызвать завершение полимеризации в присутствии первого инициатора, в то время как меньшая температура может замедлить полимеризацию мономера в присутствии второго инициатора, предусматриваемого в качестве остаточного инициатора. Однако некоторое количество второго инициатора будет неизбежно расходоваться, поскольку для включения инициатора в частицу должна происходить некоторая полимеризация в присутствии второго инициатора. Независимо от того, применяют ли один или более инициаторов, количество инициатора, остающегося в качестве остатка, зависит от времени воздействия на инициатор условий полимеризации и реагентов и от относительной реакционной способности по отношению к первому инициатору, если он присутствует. Специалисту будет понятно, что точное количество остаточного инициатора будет зависеть от экспериментальных условий и может быть с легкостью определено путем проб и ошибок, а затем можно добиться его воспроизводимости путем тщательного контроля количеств мономеров и инициаторов и условий проведения процесса. Время добавления избыточного инициатора также соотносится с молекулярной массой полимера. Если он добавляется в полимеризацию слишком рано, молекулярная масса частицы будет уменьшена. Соответственно, требуемая молекулярная масса будет также влиять на время добавления избыточного инициатора, так что включение избыточного инициатора происходит при том, что достигается молекулярная масса, требуемая для конкретного практического применения.

Во избежание неопределенности отметим, что под “избыточным количеством инициатора” подразумевается часть инициатора, которая не требуется для завершения полимеризации акриловых полимерных частиц и доступна для последующей реакции после окончания первоначальной полимеризации акриловых полимерных частиц.

Предпочтительно, полученные эмульсионной полимеризацией акриловые частицы жидкой композиции включают подходящее соединение-инициатор в своей полимерной матрице, а в случае получаемых многостадийным образом частиц эмульсии инициатор включается в их внешнюю оболочку на конечной стадии.

Варьирование количества инкапсулированного остаточного инициатора или добавленного инициатора (например, дибензоилпероксида) приводит к изменению времени схватывания отверждающейся композиции. Повышенное содержание инициатора приводит к укороченному времени схватывания. Кроме того, варьирование количества ускорителя (например, DMPT) в акриловой мономерной композиции также может влиять на время схватывания. Повышенная концентрация ускорителя приводит к укороченному времени схватывания.

В медицинских и некоторых стоматологических областях приложения преимущество обеспечивается, когда наполнитель представляет собой непрозрачный для рентгеновских лучей наполнитель, так чтобы его можно было наблюдать посредством рентгенографии в ходе лечения или хирургической операции. Подходящие для этой цели наполнители включают в себя сульфат бария и диоксид циркония, либо инкапсулированные в полимерных частицах, либо в свободном виде. При изготовлении зубных протезов или в промышленных областях приложения вместо них можно использовать другие наполнители, и они будут известны специалисту в таких областях техники. Кроме того, вместо наполнителей можно использовать непрозрачные для рентгеновских лучей органические мономеры. Посредством сополимеризации они могут быть введены в любую из акриловых полимерных частиц в ходе их получения или включены в акриловую мономерную композицию. Типичные непрозрачные для рентгеновских лучей органические мономеры включают в себя галогенированные метакрилаты или акрилаты, например, 2,3-дибромпропилметакрилат или 2-метакрилоилоксиэтил-2,3,5-трииодобензоат.

Эмульгаторы, которые могут быть использованы в эмульсионной полимеризации, и, следовательно, те, которые присутствуют в сформированной впоследствии жидкой первой части, представляют собой таковые, которые типичны для традиционной эмульсионной полимеризации, включая анионные (например, диоктилсульфосукцинат натрия, динатриевую соль этоксилированного сложного полуэфира сульфоянтарной кислоты, тетранатриевый N-(1,2-дикарбоксиэтил)-N-октадецилсульфосукцинат, натриевую соль сульфированных алкилфенолэтоксилатов, алкансульфонат натрия, додецилсульфат натрия или 2-этилгексилсульфат натрия), неионогенные (например, простые нонилфениловые эфиры полиэтиленгликоля, простые октилфениловые эфиры полиэтиленоксида или бифункциональные блок-сополимеры этиленоксид/пропиленоксид) или катионные (например, бромид гексадецилтриметиламмония или хлорид алкилполигликольэфираммонийметила) эмульгаторы. Также могут быть использованы реакционноспособные или способные к полимеризации эмульгаторы или поверхностно-активные вещества, подходящие для использования с акриловыми эмульсиями, например, додецилаллилсульфосукцинат натрия, стирольный натриевый додецилсульфонатный простой эфир, додецилэтилсульфонат-метакриламид натрия, метакриловые или винилбензиловые макромономеры полиэтиленоксида или блок-сополимеры этиленоксид/пропиленоксид или бромид метакрилоилэтилгексадецилдиметиламмония.

Смешение дополнительных компонентов жидкой первой части с жидким носителем может быть проведено любым подходящим способом, известным специалисту, служащим для смешения твердых веществ или жидкостей с жидкостью.

Предпочтительно, Z-средний размер частицы для полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц составляет менее 2000 нм при определении по светорассеянию с использованием анализатора размера частиц Malvern Zetasizer nano series S (добавляя одну каплю эмульсии к 1 мл деионизированной воды в измерительной кювете, позволяя исследуемому образцу прийти к равновесию при 25°C и определяя Z-средний размер частиц, используя прилагаемое к прибору программное обеспечение), более предпочтительно менее 1000 нм, наиболее предпочтительно менее 800 нм, в особенности менее 500 нм. Предпочтительный диапазон Z-среднего размера частицы для полученных эмульсионной полимеризацией частиц находится в диапазоне 10-2000 нм, более предпочтительно 20-1000 нм, наиболее предпочтительно 50-500 нм, в особенности 100-450 нм при определении по светорассеянию с использованием анализатора Malvern Zetasizer, как описано выше.

Соотношение ядро-оболочки (C:S) для полученных эмульсионной полимеризацией акриловых частиц типично находится в диапазоне от C:S 95:5 масс.% до C:S 40:60 масс.%, более предпочтительно от C:S 90:10 масс.% до C:S 50:50 масс.%, предпочтительно от C:S 85:15 масс.% до C:S 70:30 масс.%.

Предпочтительно, полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы могут представлять собой частицы, полученные в одну стадию или в несколько стадий, то есть так называемые частицы со структурой ядро/оболочка. В данном отношении использование единственного мономера, такого как метилметакрилат, может являться достаточным для формирования затравки, ядра и оболочки. В этом случае, в особенности, если подразумевается, что композиция и молекулярная масса затравки, ядра и оболочки являются одинаковыми, можно было бы применить стандартные методики одностадийной эмульсионной полимеризации, известные специалисту. Однако для получения частиц эмульсии, для которых необходимо некоторое регулирование своей структуры, в частности своей композиции, размера частицы и молекулярной массы, предпочтительно использовать подход многостадийной эмульсионной полимеризации, приводящей к частицам со структурой ядро/оболочка.

Для получения частиц со структурой ядро/оболочка путем эмульсионной полимеризации удобно применять широко используемый способ первоначального формирования затравочных частиц, которые затем действуют в качестве зародышей для дальнейшего роста, то есть для получения полимерного ядра и затем оболочки. Данная идея описана подробнее в публикации V.L. Dimonie, et al., “Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers”, P.A. Lovell and M.S. El-Aasser, Eds, John Wiley & Sons Ltd, глава 9, страницы 294-326 (1997). Затравочные частицы могут быть сформированы и стабилизированы с использованием либо безэмульгаторных методик (то есть стабилизация частиц происходит благодаря использованию ионогенных водорастворимых инициаторов, таких как персульфат калия, натрия или аммония), либо применяя эмульгаторы. Как только сформированы затравочные частицы, последовательным добавлением дополнительных аликвот мономера и инициатора формируют ядро и оболочку.

Диапазон вязкости по Брукфильду для жидкой первой части и жидкой второй части может составлять от 10 до 10000 сантипуаз, более предпочтительно от 500 до 7000 сантипуаз, еще более предпочтительно от 1000 до 5000 сантипуаз, наиболее предпочтительно от 1500 до 4000 сантипуаз.

Особой проблемой в случае, когда жидкая первая часть состоит из смеси полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц и акриловой полимерной части дополнительного типа, например, акриловой полимерной гранулы, является то, что вязкость жидкой первой части может быть относительно высока по сравнению с жидкой второй частью, в особенности когда жидкая вторая часть представляет собой относительно маловязкий концентрированный раствор, образованный акриловым полимером, растворенным в акриловом мономере. Как упомянуто выше, проблема может возникать, если вязкость одной или обеих жидкостей слишком высока или вязкости двух или более жидкостей значительно отличаются друг от друга.

В настоящем изобретении, следовательно, преимущество обеспечивается контролем вязкости жидкой первой части, так что вязкость снижается до уровня, который обеспечивает подходящую вязкость для доставки состоящего из двух частей костного цемента из отдельных соответствующих контейнеров устройства, имеющего два или более контейнера, такого как двухцилиндровый шприц, к выходу данного устройства. Типично, такие устройства также требуют смеситель для смешения экструдатов нескольких контейнеров друг с другом перед выходом, такого как статический смеситель. Возрастающая вязкость отверждающейся композиции по мере того, как она проходит через смеситель в направлении выхода устройства, может зависеть от вязкости жидкой первой части. Контроль вязкости жидкой первой части может достигаться регулировкой компонентов первой части путем:

(i) предоставления полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц первой части по изобретению с относительно большим Z-средним размером частицы; и/или

(ii) предоставления второй или дополнительной совокупности полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц в первой части, имеющих соответствующие Z-средние размеры частиц, отличающиеся от первых полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц по изобретению; и/или

(iii) предоставления двух или более дополнительных типов совокупностей акриловых полимерных частиц в первой части, причем указанные дополнительные типы имеют соответствующие размеры частиц, выраженные как средний диаметр, отличающиеся друг от друга.

Соответственно, Z-средний размер частицы полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц и/или второй или дополнительных совокупностей полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц может независимо составлять более 100 нм, более предпочтительно более 200 нм, например, находиться в диапазоне 100-900 нм, наиболее предпочтительно 200-800 нм.

Более того, размер частиц, выраженный как средний диаметр, для дополнительных акриловых полимерных частиц может составлять 10-1000 микрон, предпочтительно 15-600 микрон, более предпочтительно 20-400 микрон, наиболее предпочтительно 25-300 микрон.

Следовательно, согласно второму аспекту настоящего изобретения предоставлена отверждающаяся, состоящая из двух частей акриловая композиция, содержащая стабильную при хранении жидкую первую часть и стабильную при хранении жидкую вторую часть, которые реагируют друг с другом при смешении с формированием цемента, который отверждается, причем композиция дополнительно содержит акриловый мономерный компонент и компонент-инициатор в количестве, эффективном для полимеризации мономерного компонента, отличающаяся тем, что жидкая первая часть содержит в жидком носителе первую совокупность полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц и вторую или дополнительную(ые) совокупность(и) полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц, имеющих Z-средний(е) размер(ы) частиц(ы), отличающийся(еся) от первых полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц.

Предпочтительно, указанный мономерный компонент и указанный компонент-инициатор находятся в отдельных частях указанной состоящей из двух частей композиции, так что мономерный компонент является стабильным при хранении.

Следовательно, согласно третьему аспекту настоящего изобретения предоставлена отверждающаяся, состоящая из двух частей акриловая композиция, содержащая стабильную при хранении жидкую первую часть и стабильную при хранении жидкую вторую часть, которые реагируют друг с другом при смешении с формированием цемента, который отверждается, причем композиция дополнительно содержит акриловый мономерный компонент и компонент-инициатор в количестве, эффективном для полимеризации мономерного компонента, отличающаяся тем, что жидкая первая часть содержит в жидком носителе первую совокупность полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц и второй или более дополнительный(ые) тип(ы) совокупностей акриловых полимерных частиц, причем указанные дополнительные типы имеют отличающиеся друг от друга соответствующие размеры частиц, выраженные как средний диаметр.

Предпочтительно, указанный мономерный компонент и указанный компонент-инициатор находятся в отдельных частях указанной состоящей из двух частей композиции, так что мономерный компонент является стабильным при хранении.

Предпочтительно, когда имеется две или более совокупности полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц, то имеется по меньшей мере 1 масс.% каждого типа, более предпочтительно 5 масс.%, наиболее предпочтительно 10 масс.%. Например, когда имеется два типа, характерные отношения находятся в диапазоне 1-99:99-1 масс.%, более предпочтительно 10-90:90-10 масс.%. В качестве дополнительного примера, когда имеется три типа, предпочтительно отношения находятся в диапазоне 1-98:98-1:98-1 масс.%, более предпочтительно 5-90:90-5:90-5 масс.%.

Предпочтительно, когда имеется две или более совокупности дополнительных типов акриловых полимерных частиц, то имеется по меньшей мере 1 масс.% каждого типа, более предпочтительно 5 масс.%, наиболее предпочтительно 10 масс.%. Например, когда имеется два типа, предпочтительно отношения находятся в диапазоне 1-99:99-1 масс.%, более предпочтительно 10-90:90-10 масс.%. В качестве дополнительно примера, когда имеется три типа, характерные отношения находятся в диапазоне 1-98:98-1:98-1 масс.%, более предпочтительно 5-90:90-5:90-5 масс.%.

Предпочтительно, сопротивление сжатию твердого тела, полученного смешением указанной первой и второй части, в любом аспекте настоящего изобретения превышает 40 МПа, более предпочтительно превышает 70 МПа. Типичный диапазон величин сопротивления сжатию, обнаруживаемый для полученного твердого тела, составляет 40-130 МПа, более предпочтительно 70-130 МПа.

Определения

Под “находятся в отдельных частях” подразумевается, что если указанный мономерный компонент находится в первой части, тогда указанный компонент-инициатор находится во второй части и наоборот.

Использованный здесь термин “жидкость” не требует определения, поскольку он хорошо понятен специалисту. Однако во избежание неопределенности отметим, что он включает в себя текучий материал, такой как суспензия или паста, который, таким образом, может быть доставлен через выход шприца или пистолета для уплотнения соединений при приложении давления. Характерно, термин “жидкость” применяется при температурах по меньшей мере от 5 до 35°C, более характерно от 5 до 30°C.

Под “стабильный при хранении” подразумевается, что мономер или жидкость не полимеризуется в обычно приемлемых температурных и временных условиях хранения, то есть при от 5 до 30°C и в течение от 1 до 250 дней, более характерно от 15 до 25°C и в течение от 1 до 170 дней.

Термин “совокупность” обычно понятен специалисту, но во избежание неопределенности отметим, что он относится ко множеству полимерных частиц, имеющих определенный средний размер частицы, среднемассовую молекулярную массу, распределение частиц по размеру и распределение по молекулярной массе, которое обычно получается из мономера(ов), которые совместно участвовали в одном(их) и том(ех) же процессе(ах) полимеризации.

Как упомянуто выше, полимерная композиция изобретения может включать в себя дополнительные типы акриловых полимерных частиц.

Способ получения таких дополнительных частиц обычно представляет собой традиционную суспензионную или дисперсионную полимеризацию, дающую обычно сферические полимерные частицы или гранулы. Однако также возможны другие способы получения, например, полимеризация в массе или полимеризация в растворе с последующим испарением растворителя.

Здесь под акриловым полимером, относится ли это к полученным эмульсионной полимеризацией акриловым полимерным частицам или к по меньшей мере одному дополнительному типу акриловых полимерных частиц, подразумевают независимо для каждого типа гомополимер полиалкил(алк)акрилата или (алк)акриловой кислоты или сополимеры алкил(алк)акрилата или (алк)акриловой кислоты с одним или более другими виниловыми мономерами. Типично, используют гомополимер метилметакрилата или сополимер метилметакрилата с одним или более другими виниловыми мономерами. Под другими виниловыми мономерами подразумевают дополнительный алкил(алк)акрилат или (алк)акриловую кислоту, такие как этилметакрилат, метилакрилат, этилакрилат, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, трет-бутилакрилат, н-бутилметакрилат, изобутилметакрилат, трет-бутилметакрилат, 2-этилгексилметакрилат, 2-этилгексилакрилат, лаурилметакрилат, лаурилакрилат, циклогексилакрилат, циклогексилметакрилат, изоборнилакрилат, изоборнилметакрилат, метакриловая кислота, акриловая кислота; гидроксилфункциональные акрилаты, такие как 2-гидроксиэтилметакрилат, гидроксипропилэтилметакрилат, 2-гидроксиэтилакрилат или гидроксипропилакрилат; виниловые соединения, такие как стирол, винилпирролидинон, винилпиридин; и совместимые сшивающие мономеры, такие как аллилметакрилат, дивинилбензол, этиленгликольдиметакрилат, этиленгликольдиакрилат, 1,4-бутандиолдиметакрилат, 1,4-бутандиолдиакрилат, 1,6-гександиолдиметакрилат и 1,6-гександиолдиакрилат, в особенности совместимые акриловые сшивающие мономеры.

Сополимеры, содержащие функционализированные мономеры, представляют особый интерес, поскольку они могут содействовать диспергированию в жидкой второй части наполнителей, придающих непрозрачность для рентгеновских лучей, используемых в композициях костного цемента (например, сульфата бария, диоксида циркония и так далее). Подходящие функционализированные мономеры хорошо известны в области диспергирования пигментов в чернилах и покрытиях. Примерами являются амины, такие как N,N-диметиламиноэтилметакрилат, N,N-диэтиламиноэтилметакрилат, трет-бутиламиноэтилметакрилат, и кислоты, такие как метакриловая кислота и акриловая кислота.

Сшивающие мономеры могут быть использованы для того, чтобы сшить акриловые полимерные частицы одного из типов. Для полученных эмульсионной полимеризацией частиц сшивка может быть осуществлена в ядре и в оболочке или только в ядре, или только в оболочке. Сшивка служит цели тонкой регулировки свойств способной к отверждению состоящей из двух частей акриловой композиции.

Среднемассовая молекулярная масса (Mw) полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц составляет предпочтительно от 25000 дальтон до 3000000 дальтон, более предпочтительно от 100000 дальтон до 1500000 дальтон, предпочтительно от 250000 до 1000000, например, от 250000 до 600000 дальтон. С этой целью молекулярная масса может быть определена гель-проникающей хроматографией (GPC).

Хотя молекулярные массы полимеров в полимерных компонентах способной к отверждению композиции могут влиять на время превращения в пасту и доступное для работы время, данное изобретение не ограничено какой-либо конкретной молекулярной массой. В любом случае уменьшение молекулярной массы и/или увеличение размера частицы дополнительных акриловых полимерных частиц может быть использовано для того, чтобы увеличить доступное для работы время отверждающейся композиции.

Среднемассовая молекулярная масса (Mw) полимерных частиц дополнительного типа, если они присутствуют, составляет предпочтительно от 10000 дальтон до 3000000 дальтон, более предпочтительно от 30000 дальтон до 1000000 дальтон, предпочтительно от 50000 до 700000, например, от 60000 до 600000 дальтон. С этой целью молекулярная масса может быть определена гель-проникающей хроматографией (GPC).

Здесь под акриловым мономером подразумевают любой подходящий алкил(алк)акрилат или (алк)акриловую кислоту, такие как метилметакрилат, этилметакрилат, метилакрилат, этилакрилат, метакриловая кислота или акриловая кислота, н-бутилакрилат, изобутилакрилат, трет-бутилакрилат, н-бутилметакрилат, изобутилметакрилат, трет-бутилметакрилат, 2-этилгексилметакрилат, 2-этилгексилакрилат, лаурилметакрилат, лаурилакрилат, циклогексилакрилат, циклогексилметакрилат, изоборнилакрилат, изоборнилметакрилат; гидроксилфункциональные акрилаты, такие как 2-гидроксиэтилметакрилат, гидроксипропилэтилметакрилат, 2-гидроксиэтилакрилат или гидроксипропилакрилат; виниловые соединения, такие как стирол, винилпирролидинон, винилпиридин; и совместимые сшивающие мономеры, такие как аллилметакрилат, дивинилбензол, этиленгликольдиметакрилат, этиленгликольдиакрилат, 1,4-бутандиолдиметакрилат, 1,4-бутандиолдиакрилат, 1,6-гександиолдиметакрилат и 1,6-гександиолдиакрилат, в особенности совместимые акриловые сшивающие мономеры. Обычно используют метилметакрилат.

Необязательно, акриловый мономер по изобретению снабжен сопутствующим подходящим ингибитором, таким как гидрохинон (HQ), метилгидрохинон (MeHQ), 2,6-ди-трет-бутил-4-метоксифенол (Topanol O) и 2,4-диметил-6-трет-бутилфенол (Topanol A). Ингибитор присутствует для предотвращения спонтанной полимеризации мономера. Подходящий ингибитор представляет собой гидрохинон в количестве 60 частей на миллион (ч/млн), обеспечивая длительный срок хранения при комнатной температуре.

Необязательно, также могут присутствовать активаторы или ускорители полимеризации, такие как N,N-диметил-пара-толуидин (DMPT) и N,N-дигидроксиэтил-пара-толуидин (DHEPT) (оба третичные амины) или растворимые в органической среде катализаторы на основе переходных металлов. Присутствие активаторов или ускорителей зависит от конечной области приложения. Когда необходимо “холодное отверждение”, такое как в стоматологической или относящейся к костному цементу областях приложения, то обычно необходим ускоритель. Однако в случае промышленных областей приложения также возможным является применение “термоотверждаемых” систем. Например, отверждение зубных протезов можно активировать нагреванием.

Здесь под алкилом подразумевают C₁-C₁₈-алкил, где термин “алкил” и “алк” охватывает циклоалкил и гидроксилфункциональный C₁-C₁₈-алкил. Здесь под “алк” подразумевают C₀-C₈-алк.

В одном предпочтительном варианте осуществления жидкая первая часть акриловой полимерной композиции содержит эмульсию полученных полимеризацией акриловых полимерных частиц и только единственный тип дополнительных акриловых полимерных частиц, причем первыми обычно определяется время превращения в пасту, а последними обычно определяется доступное для работы время.

Под “акриловой композицией” подразумевают композицию, в которой по меньшей мере 50% суммарного количества присутствующих мономера и остатков мономера присутствуют в виде или являются производными одного или более вышеопределенных акриловых мономеров, более предпочтительно подразумевается, что они присутствуют в количестве по меньшей мере 70%, наиболее предпочтительно 95% или в особенности 99% от суммарного количества.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения первая часть содержит полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы в жидком носителе (предпочтительно, представляя собой эмульсию PMMA) и инициатор, а вторая часть содержит акриловый мономер (предпочтительно, мономер MMA) и ускоритель.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения первая часть содержит полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы в жидком носителе (предпочтительно, представляя собой эмульсию PMMA) и инициатор, а вторая часть содержит раствор акрилового полимера (предпочтительно PMMA), не содержащего инициатора, в акриловом мономере (предпочтительно MMA) с ускорителем.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения первая часть содержит акриловые полимерные гранулы (предпочтительно гранулы PMMA) и полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы в жидком носителе (предпочтительно, представляя собой эмульсию PMMA) и инициатор, а вторая часть содержит акриловый мономер (предпочтительно, мономер MMA) и ускоритель.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения первая часть содержит акриловые полимерные гранулы (предпочтительно гранулы PMMA) и полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы в жидком носителе (предпочтительно, представляя собой эмульсию PMMA) и инициатор, а вторая часть содержит раствор акриловых полимерных гранул (предпочтительно гранул PMMA), не содержащих инициатора, в акриловом мономере (предпочтительно мономере MMA) и ускоритель.

В дополнительном предпочтительном варианте осуществления изобретения первая часть содержит раствор акриловых полимерных гранул (предпочтительно гранул PMMA), не содержащих инициатора, в акриловом мономере (предпочтительно мономере MMA) и полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы, не содержащие инициатора, в жидком носителе (предпочтительно, представляя собой эмульсию PMMA), а вторая часть содержит пасту инициатора. Пасты инициатора коммерчески доступны обычно в виде смеси с водой или пластификатором.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлен способ получения способной к отверждению состоящей из двух частей акриловой композиции, содержащей стабильную при хранении жидкую первую часть и стабильную при хранении жидкую вторую часть, которые реагируют друг с другом при смешении с формированием цемента, который отверждается до твердого состояния, включающий в себя стадии:

(a) эмульсионной полимеризации по меньшей мере одной акриловой мономерной композиции в присутствии избыточного инициатора для получения эмульсии акрилового полимера с остаточным инициатором; или

(b) эмульсионной полимеризации по меньшей мере одной акриловой мономерной композиции для получения эмульсии акрилового полимера, и необязательно добавления инициатора к эмульсии;

(c) необязательно, смешения эмульсии со стадии (a) или (b) с акриловыми полимерными частицами по меньшей мере одного дополнительного типа и/или раствором акрилового полимера указанного дополнительного типа в акриловом мономере для получения жидкой первой части, содержащей акриловый полимер, подходящей для отверждения с заданной скоростью при совместном присутствии акриловой мономерной композиции и инициатора;

(d) приведения в контакт первой части, содержащей акриловый полимер, либо с акриловым мономером, либо с инициатором, так что указанная первая часть находится в совместном контакте с инициатором и акриловым мономером, что, тем самым, приводит к формированию цемента, который будет отверждаться.

Конкретнее, согласно другому дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлен способ получения способной к отверждению состоящей из двух частей акриловой композиции, содержащей стабильную при хранении жидкую первую часть и стабильную при хранении жидкую вторую часть, которые реагируют друг с другом при смешении с формированием цемента, который отверждается до твердого состояния, включающий в себя стадии:

(a) эмульсионной полимеризации по меньшей мере одной акриловой мономерной композиции в присутствии избыточного инициатора для получения эмульсии акрилового полимера с остаточным инициатором; или

(b) эмульсионной полимеризации по меньшей мере одной акриловой мономерной композиции для получения эмульсии акрилового полимера, и добавления инициатора к эмульсии;

(c) эмульсионной полимеризации по меньшей мере одной акриловой мономерной композиции для получения эмульсии акрилового полимера без избыточного инициатора;

(d) необязательно, смешения эмульсии со стадии (a) или (b) с акриловыми полимерными частицами по меньшей мере одного дополнительного типа или смешения эмульсии со стадии (c) с раствором акрилового полимера указанного дополнительного типа в акриловом мономере для получения, таким образом, жидкой первой части, содержащей акриловый полимер, подходящей для отверждения с заданной скоростью при совместном присутствии акрилового мономера и инициатора. Преимущество обеспечивается, когда в настоящем изобретении мономер и инициатор содержатся в отдельных частях состоящей из двух частей акриловой композиции, так что мономер добавляется из 2-й части, когда непрореагировавший инициатор присутствует в первой части, и так что инициатор добавляется из 2-й части, когда в первой части вместо непрореагировавшего инициатора присутствует мономер.

Предпочтительно, стадия (a) включает стадию эмульсионной полимеризации с образованием затравки, ядра и по меньшей мере одной оболочки. В особенно предпочтительном способе вводится избыток инициатора на стадию (a) эмульсионной полимеризации, так что остаточный инициатор инкапсулируется в частицах эмульсии. Предпочтительно, при многостадийной эмульсионной полимеризации избыточный инициатор вводится в ходе конечной стадии, так что он присутствует во внешней оболочке полученной многостадийным способом частицы. Однако, альтернативно, инициатор может быть добавлен к эмульсии акрилового полимера позднее.

Преимуществом полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц по первому, второму или третьему аспекту изобретения является быстрое время превращения в пасту, которое достигается в присутствии акриловой мономерной композиции. Однако доступное для работы время и время схватывания пасты необходимо варьировать в зависимости от области приложения. Если требуются весьма короткие доступное для работы время и время схватывания, тогда можно использовать только полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы по первому, второму или третьему аспекту изобретения. Тем не менее в большинстве областей приложения будут требоваться более длительные доступное для работы время и время схватывания, и этого можно достичь, варьируя количество, тип и размер частицы в случае акриловых полимерных частиц дополнительного типа. Как известно, полимерные частицы с меньшим средним размером частицы (например, типично <20 микрон) также дают короткое доступное для работы время, но путем увеличения количество частиц с более крупным размером частицы и путем увеличения самого размера частицы можно достичь более продолжительного доступного для работы времени. Соответственно, размер частицы и количество дополнительных акриловых полимерных частиц зависит от конечной области приложения, что будет понятно специалисту.

Обычно, акриловая полимерная частица дополнительного типа существует в форме твердой полимерной частицы, известной как полимерная гранула. Такие гранулы, как упомянуто выше, обычно получают суспензионной полимеризацией, хотя полимеризация в растворе и в массе также представляют собой возможные способы получения. Такие гранулы могут также содержать инкапсулированный остаточный инициатор, как описано выше для полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц. Хотя средний размер частицы для таких гранул варьируется, как упомянуто выше, в зависимости от конечной области приложения, характерный средний размер для таких гранул находится в диапазоне 10-1000 микрон, более характерный 20-600 микрон, наиболее характерно 25-200 микрон. Чем больше средний размер частицы, тем продолжительнее доступное для работы время. Специалисту будет также понятно, что молекулярная масса полимера и присутствие ускорителей также могут влиять на доступное для работы время и время схватывания. Обеспечивающий преимущество аспект настоящего изобретения представляет собой, следовательно, уменьшенное время превращения в пасту, достигаемое за счет присутствия полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц первого типа, при том, что изобретение не ограничено заданным доступным для работы временем или временем схватывания, поскольку оно будет зависеть от области приложения.

Независимо от вышеизложенного, обеспечивающей особое преимущество областью приложения акриловой композиции по аспектам изобретения является ее применение в композициях костного цемента. Такие композиции применяют в вертебропластике и для них требуется весьма короткое время превращения в пасту, так чтобы операция могла протекать без неоправданной задержки. Кроме того, для таких применений требуется короткое время схватывания, так чтобы иммобилизация пациента на месте проведения операции излишне не затягивалась. Конкурирующим требованием является достаточное доступное для работы время для эффективного осуществления процедуры. Сокращение времени для превращения в пасту имеет эффект увеличения доступного для работы времени. Похожей областью приложения композиций настоящего изобретения является стоматологическое лечение, где требуется похожее короткое время превращения в пасту.

Тем не менее короткое время превращения в пасту можно рассматривать как обычно желательное во многих промышленных областях приложения и, следовательно, изобретение не ограничено костным цементом и стоматологическими областями приложения, хотя они представляют собой предпочтительные варианты осуществления.

Соответственно, изобретение распространяется на применение жидкой первой части, как определено в первом, втором или третьем аспекте изобретения, в качестве агента, уменьшающего время превращения в пасту, в отверждающейся состоящей из двух частей акриловой композиции.

Полученные эмульсионной полимеризацией частицы хорошо известны в области модификаторов ударопрочности. По этой причине модификаторы ударной прочности, такие как бутадиен или бутилакрилат, обычно вводят в качестве сомономера в одну из оболочек получаемой многостадийным способом частицы со структурой ядро/оболочка. Однако в отверждающихся состоящих из двух частей композициях настоящего изобретения модификатор ударопрочности может не требоваться. Соответственно, полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы настоящего изобретения могут не содержать остатков сомономера модификатора ударопрочности.

Первая часть акриловой композиции настоящего изобретения может быть предоставлена отдельно в виде жидкости либо с добавленными дополнительными компонентами, либо без таких компонентов, определение которым дано здесь, для последующего использования в качестве жидкой первой части в отверждающейся композиции.

Соответственно, согласно четвертому аспекту настоящего изобретения предоставлена жидкая композиция, содержащая полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы, необязательно смешанные с полученными неэмульсионной полимеризацией акриловыми полимерными частицами по меньшей мере одного дополнительного типа и необязательно смешанные с по меньшей мере одной дополнительной совокупностью полученных эмульсионной полимеризацией акриловых полимерных частиц, и отличающаяся тем, что в жидкой композиции имеется инициатор полимеризации в количестве, достаточном, чтобы вызвать отверждение жидкой композиции при контакте с реакционно-способной мономерной жидкостью.

На применение настоящего изобретения не налагаются особые ограничения по температуре. Обычно, однако, его применяют при температурах, доступных оператору, то есть температурах, наблюдающихся при нормальных рабочих условиях, с которыми оператор может сталкиваться в помещении или вне помещения, например, при окружающей температуре.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлена композиция твердого цемента, полученная смешением состоящей из двух частей акриловой композиции по первому, второму или третьему аспекту настоящего изобретения.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлен способ получения акрилового цемента из состоящей из двух частей акриловой композиции по первому, второму или третьему аспекту настоящего изобретения, путем смешения указанных первой и второй частей.

Вышеупомянутый способ может представлять собой способ ручного смешения. Однако предпочтительным является использование приспособленного шприца или пистолета для уплотнения соединений.

Следовательно, согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлен шприц или пистолет для уплотнения соединений, имеющий по меньшей мере два цилиндра, содержащий жидкую первую часть согласно первому, второму, третьему или четвертому аспекту настоящего изобретения в своем первом цилиндре и жидкую вторую часть согласно любому аспекту настоящего изобретения в своем втором цилиндре, а также содержащий дополнительные компоненты первого, второго, третьего или четвертого аспекта, как раскрыто в настоящем документе.

Изобретение распространяется на состоящий из двух частей костный цемент или зубной цемент, или строительный цемент, или конструкционный адгезив, или ламинирующий адгезив, или стыковочную или герметизирующую композицию согласно первому, второму или третьему аспектам настоящего изобретения.

Предпочтительно, в композиции костного цемента или зубного цемента ее компоненты представляют собой биосовместимые компоненты, по меньшей мере после того, как композиция схватывается до твердого состояния.

Согласно другому дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлена состоящая из двух частей композиция согласно первому, второму или третьему аспекту настоящего изобретения для использования при лечении кости человека или животного.

Согласно другому дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлена состоящая из двух частей композиция согласно первому, второму или третьему аспекту настоящего изобретения для использования при замещении кости человека или животного.

Согласно другому дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлена состоящая из двух частей композиция согласно первому, второму или третьему аспекту настоящего изобретения для использования при лечении зубов человека или зубов животного, копыта, ногтя или рога.

Согласно другому дополнительному аспекту настоящего изобретения предоставлена состоящая из двух частей композиция согласно первому, второму или третьему аспекту настоящего изобретения для использования при замещении зубов человека или зубов животного, копыта, ногтя или рога.

Далее варианты осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на прилагаемые примеры.

Примеры

Способы снятия характеристик

Z-средний размер частицы эмульсии определяли с использованием анализатора размера частиц Malvern Zetasizer nano series S.

Приведенную вязкость (RV, дл/г) измеряли в хлороформе (раствор с концентрацией 1 масс.%), используя вискозиметр Ubbelohde, тип OB, при 25°C.

Содержание в масс.% остаточного дибензоилпероксида определяли титрованием.

Вискозиметрию по Брукфильду (BV, сантипуаз (сП)) проводили с использованием вискозиметра Брукфильда, модель RVDV-E, при 25°C, работающим со стержнем номер 5 со скоростью 20 об/мин, за исключением примеров с 47 и далее, в которых стержень и скорость подбирали в зависимости от измеряемого диапазона вязкости.

Среднемассовую молекулярную массу, Mw, определяли гель-проникающей хроматографией, используя полиметилметакрилатные стандарты для калибровки. В качестве подвижной фазы использовали тетрагидрофуран.

Размер частиц акрилового гранулированного полимера, выраженный как средний диаметр, измеряли лазерным дифракционным гранулометром Coulter LS230.

Время превращения в пасту и время схватывания и максимальная температура экзотермического эффекта определяется согласно BS ISO 5833:2002.

Считают, что время превращения в пасту представляет собой промежуток времени после начала перемешивания, необходимый для того, чтобы смесь достигла состояния тестообразной массы, которая не прилипает к пальцу в перчатке при легком прикосновении.

Считают, что время схватывания представляет собой время, затраченное на то, чтобы достичь температуры посередине между окружающей и максимальной температурой.

Прочность при изгибе и модуль изгиба определяли испытанием на трехточечный изгиб согласно ISO 1567:1997. Сопротивление сжатию определяли согласно ISO 5833:2002.

В примерах с 1 по 4 описано получение акриловых эмульсий с содержаниями твердого вещества от 32 масс.% до 54 масс.%.

Пример 1

Получение эмульсии акрилового полимера с 32 масс.% твердого вещества

В пятилитровую круглодонную стеклянную колбу, снабженную входом для подачи азота, холодильником и приводимой в действие электричеством лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 2000 грамм деионизированной воды. Воду нагревают до 80°C при помощи водяной бани при перемешивании со скоростью 200 оборотов в минуту (об/мин). Через паровое пространство колбы над поверхностью жидкости пропускают ток азота.

Получают эмульгированную мономерную смесь, состоящую из 1000 грамм метилметакрилата, 1,8 грамм 1-додекантиола, 5,0 грамм лаурилсульфата натрия и 100 грамм деионизированной воды. Данную смесь перемешивают в течение 60 минут до и в ходе всего добавления, чтобы сохранить ее в эмульгированном состоянии.

При температуре воды 80°C получают полимерную затравку (стадия 1), добавляя в колбу 100 грамм эмульгированной мономерной смеси с последующим введением 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде. После слабого экзотермического эффекта реакция протекает в течение тридцати минут до возвращения температуры к 80°C.

Затем поверх полимерных затравочных частиц наращивают ядро (стадия 2), добавляя в колбу сначала 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением 250 грамм эмульгированной мономерной смеси в течение приблизительно 45 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных 30 минут после окончания добавления мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C. Затем данную стадию повторяют дважды.

При перемешивании в течение 45 минут 37,0 грамм дибензоилпероксида (BPO) с активностью 75% растворяют в оставшейся эмульгированной мономерной смеси.

Затем поверх ядра наращивают оболочку, содержащую BPO, (стадия 3) путем добавления в колбу сначала 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением эмульгированной мономерной смеси, содержащей добавленный BPO, в течение приблизительно 30 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных пятнадцати минут после добавления всей мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C.

Затем полученную в результате эмульсию акрилового полимера охлаждают до температуры ниже 40°C и фильтруют через мембрану с размером отверстий 150 микрон.

Эмульсия акрилового полимера имеет содержание твердого вещества 32 масс.%, приведенную вязкость 1,8 дл/г, содержание остаточного дибензоилпероксида 1,66 масс.% и Z-средний размер частицы эмульсии 177 нм.

Пример 2

Получение эмульсии акрилового полимера с 38 масс.% твердого вещества

В пятилитровую круглодонную стеклянную колбу, снабженную входом для подачи азота, холодильником и приводимой в действие электричеством лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 1200 грамм деионизированной воды. Воду нагревают до 80°C при помощи водяной бани при перемешивании со скоростью 200 оборотов в минуту (об/мин). Через паровое пространство колбы над поверхностью жидкости пропускают ток азота.

Получают эмульгированную мономерную смесь, состоящую из 1000 грамм метилметакрилата (MMA), 1,0 грамма 1-додекантиола, 5,0 грамм лаурилсульфата натрия и 200 грамм деионизированной воды. Данную смесь перемешивают в течение 60 минут до и в ходе всего добавления, чтобы сохранить ее в эмульгированном состоянии.

При температуре воды 80°C получают полимерную затравку (стадия 1), добавляя в колбу 100 грамм эмульгированной мономерной смеси с последующим введением 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде. После слабого экзотермического эффекта реакция протекает в течение тридцати минут до возвращения температуры к 80°C. К оставшейся эмульгированной мономерной смеси добавляют при перемешивании 1 г лаурилсульфата натрия.

Затем поверх полимерных затравочных частиц наращивают ядро (стадия 2), добавляя в колбу сначала 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением 250 грамм эмульгированной мономерной смеси в течение приблизительно 45 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных 30 минут после окончания добавления мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C. Затем данную стадию повторяют дважды.

При перемешивании в течение 45 минут 35,0 грамм дибензоилпероксида с активностью 75% растворяют в оставшейся эмульгированной мономерной смеси.

Затем поверх ядра наращивают оболочку, содержащую BPO, (стадия 3) путем добавления в колбу сначала 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением эмульгированной мономерной смеси, содержащей добавленный BPO, в течение приблизительно 30 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных пятнадцати минут после добавления всей мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C.

Затем полученную в результате эмульсию акрилового полимера охлаждают до температуры ниже 40°C и фильтруют через мембрану с размером отверстий 150 микрон.

Эмульсия акрилового полимера имеет содержание твердого вещества 38 масс.%, приведенную вязкость 2,1 дл/г, вязкость по Брукфильду 50 сП, содержание остаточного дибензоилпероксида 1,98 масс.% и Z-средний размер частицы эмульсии 186 нм.

Пример 3

Получение эмульсии акрилового полимера с 50 масс.% твердого вещества

Повторяют методику примера 2, за исключением того, что вместо 1200 грамм в пятилитровую круглодонную колбу вносят 600 грамм деионизированной воды.

Полученная в результате эмульсия акрилового полимера имеет содержание твердого вещества 50 масс.%, приведенную вязкость 1,6 дл/г, вязкость по Брукфильду 540 сП, содержание остаточного дибензоилпероксида 2,10 масс.% и Z-средний размер частицы эмульсии 205 нм.

Пример 4

Получение эмульсии акрилового полимера с 54 масс.% твердого вещества

Повторяют методику примера 2, за исключением того, что вместо 1200 грамм в пятилитровую круглодонную колбу вносят 400 грамм деионизированной воды.

Полученная в результате эмульсия акрилового полимера имеет содержание твердого вещества 54 масс.%, приведенную вязкость 1,49 дл/г, вязкость по Брукфильду 7920 сП, содержание остаточного дибензоилпероксида 2,20 масс.% и Z-средний размер частицы эмульсии 191 нм.

В примерах 5, с 7 по 12 и 19 описано получение жидкой первой части смешением эмульсий акрилового полимера, полученных в примерах со 2 по 4, с акриловыми гранулированными полимерами. Отверждающиеся композиции получают впоследствии смешением жидкой первой части с жидкой второй частью.

Пример 5

Получение жидкой первой части с использованием эмульсии акрилового полимера с 38 масс.% твердого вещества

В полипропиленовый стакан на 250 мл, снабженный электрическим мотором для перемешивания и лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 70 г поли(метилметакрилата) (PMMA) в виде полимерных гранул (Colacryl® B866, полученный от Lucite International Speciality Polymers & Resins Limited, с RV 2,4 дл/г, Mw 421200, содержанием остаточного дибензоилпероксида 2,94 масс.%, средним размером частиц 39 микрон). Перемешивание начинают со скоростью 100 об/мин и в течение от 60 до 90 секунд добавляют 30 г эмульсии акрилового полимера с 38 масс.% твердого вещества из примера 2. Затем скорость мешалки увеличивают до 800-1000 об/мин и продолжают перемешивание в течение дополнительных от 3 до 5 минут до получения однородной жидкой смеси. Вязкость по Брукфильду жидкой смеси составляет 7000 сП. Жидкая смесь стабильна, причем после хранения в течение нескольких дней при 23°C отсутствует расслоение.

Пример 6

Получение способной к отверждению композиции

Способную к отверждению композицию получают смешением 17,2 г жидкой первой части примера 5 с 7 мл мономера MMA, содержащего 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора и 1% N,N-диметил-пара-толуидина (DMPT) в качестве ускорителя (жидкая вторая часть). Использованное соотношение смешения составляет 14 г полимера (эквивалентная сухая масса) на 7 мл мономерной жидкости. Перед смешением два компонента приводят в состояние равновесия в течение по меньшей мере 10 часов в термостате при 23°C. Затем требуемое количество жидкой первой части помещают в полипропиленовый стакан с последующим внесением жидкой второй части. Отсчет времени начинают от момента добавления жидкой второй части к жидкой первой части. Затем осуществляют ручное смешение в течение 30 секунд с помощью металлического шпателя, после чего материал закрывают и оставляют выстаиваться. Периодически материал оценивают на исходную консистенцию смеси и определяют время превращения в пасту и время схватывания. Также с использованием термопары, введенной в середину отверждающейся массы, измеряют температуру экзотермического эффекта.

Для демонстрации преимуществ изобретения над известным уровнем техники получали нижеследующие сравнительные примеры.

Сравнительный пример 1

Используют сам по себе гранулированный полимер PMMA (Colacryl® B866), описанный в примере 5, без добавления эмульсии акрилового полимера. Данный гранулированный полимер PMMA в количестве 14 г смешивают с 7 мл мономера MMA, содержащего 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора и 1% N,N-диметил-пара-толуидина (DMPT) в качестве ускорителя, и испытывают, как описано выше.

Сравнительный пример 2

Данный пример эквивалентен примеру 6, за исключением того, что эмульсию акрилового полимера примера 2 перед использованием подвергают распылительной сушке с образованием порошка. Соотношение смешения гранулированного полимера PMMA (Colacryl® B866) к высушенной распылением эмульсии с содержанием твердого вещества 38 масс.% примера 2 составляет 86/14 масс.%. Затем 14 г данной смеси гранулированного полимера и микропористого акрилового полимерного порошка смешивают с 7 мл мономера MMA, содержащего 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора и 1% N,N-диметил-пара-толуидина (DMPT) в качестве ускорителя, и испытывают, как описано выше.

Результаты приведены в таблице 1. Можно видеть, что пример 6 показывает меньшую температуру экзотермического эффекта и более короткое время превращения в пасту и время схватывания по сравнению со сравнительным примером 1. Более того, пример 6 показывает время превращения в пасту, схожее со сравнительным примером 2, но имеет большее время схватывания, давая, тем самым, большее доступное для работы время для применения отверждающейся композиции до того, как она схватится до твердого состояния. Пример 6 также имеет меньшую температуру экзотермического эффекта, чем сравнительный пример 2.

Примеры с 7 по 12

Получение жидкой первой части с использованием эмульсии акрилового полимера с 50 масс.% твердого вещества

В полипропиленовый стакан на 250 мл, снабженный электрическим мотором для перемешивания и лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят поли(метилметакрилат) (PMMA) в виде полимерных гранул (Colacryl® B866, полученный от Lucite International Speciality Polymers & Resins Limited, с RV 2,4 дл/г, Mw 421200, содержанием остаточного дибензоилпероксида 2,94 масс.%, средним размером частиц 39 микрон). Перемешивание начинают со скоростью 100 об/мин и в течение от 60 до 90 секунд добавляют эмульсию акрилового полимера с 50 масс.% твердого вещества из примера 3. Затем скорость мешалки увеличивают до 800-1000 об/мин и продолжают перемешивание в течение дополнительных от 3 до 5 минут до получения однородной жидкой смеси. Количества гранулированного полимера PMMA и эмульсии акрилового полимера, использованные в каждом примере, приведены в таблице 2 наряду с вязкостью по Брукфильду каждой жидкой смеси. Все жидкие смеси стабильны, причем после хранения в течение нескольких дней при 23°C отсутствует расслоение.

Примеры с 13 по 18

Получение отверждающихся композиций

Отверждающиеся композиции получают смешением жидкой первой части примеров с 7 по 12 с мономером MMA, содержащим 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора и 1% N,N-диметил-пара-толуидина (DMPT) в качестве ускорителя (жидкая вторая часть). Использованное соотношение смешения составляет 14,0 г полимера (эквивалентная сухая масса) на 7,0 мл мономерной жидкости. Перед смешением два компонента приводят в состояние равновесия в течение по меньшей мере 10 часов в термостате при 23°C. Затем требуемое количество жидкой первой части помещают в полипропиленовый стакан с последующим внесением жидкой второй части. Отсчет времени начинают от момента добавления жидкой второй части к жидкой первой части. Затем осуществляют ручное смешение в течение 30 секунд с помощью металлического шпателя, после чего материал закрывают и оставляют выстаиваться. Периодически материал оценивают на исходную консистенцию смеси и определяют время превращения в пасту и время схватывания. Также с использованием термопары, введенной в середину отверждающейся массы, измеряют температуру экзотермического эффекта. Результаты приведены в таблице 3.

Можно видеть, что температура экзотермического эффекта, время превращения в пасту и время схватывания, все, уменьшаются по мере увеличения количества эмульсии акрилового полимера при переходе от примера 18 к примеру 13. Более того, примеры с 13 по 18 показывают меньшие температуры экзотермического эффекта и более короткое время превращения в пасту и время схватывания по сравнению со сравнительным примером 1, демонстрируя преимущества изобретения над известным уровнем техники.

Пример 19

Получение жидкой первой части с использованием эмульсии акрилового полимера с 54 масс.% твердого вещества

В полипропиленовый стакан на 250 мл, снабженный электрическим мотором для перемешивания и лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 65 г поли(метилметакрилата) (PMMA) в виде полимерных гранул (Colacryl® B866, полученный от Lucite International Speciality Polymers & Resins Limited, с RV 2,4 дл/г, Mw 421200, содержанием остаточного дибензоилпероксида 2,94 масс.%, средним размером частиц 39 микрон). Перемешивание начинают со скоростью 100 об/мин и в течение от 60 до 90 секунд добавляют 35 г эмульсии акрилового полимера с 54 масс.% твердого вещества из примера 4. Затем скорость мешалки увеличивают до 800-1000 об/мин и продолжают перемешивание в течение дополнительных от 3 до 5 минут до получения однородной жидкой смеси. Жидкая смесь стабильна, причем после хранения в течение нескольких дней при 23°C отсутствует расслоение.

Пример 20

Получение отверждающейся композиции

Отверждающуюся композицию получают смешением 16,7 г жидкой первой части примера 19 с 7 мл мономера MMA, содержащего 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора и 1% N,N-диметил-пара-толуидина (DMPT) в качестве ускорителя (жидкая вторая часть). Использованное соотношение смешения составляет 14 г полимера (эквивалентная сухая масса) на 7 мл мономерной жидкости. Перед смешением два компонента приводят в состояние равновесия в течение по меньшей мере 10 часов в термостате при 23°C. Затем требуемое количество жидкой первой части помещают в полипропиленовый стакан с последующим внесением жидкой второй части. Отсчет времени начинают от момента добавления жидкой второй части к жидкой первой части. Затем осуществляют ручное смешение в течение 30 секунд с помощью металлического шпателя, после чего материал закрывают и оставляют выстаиваться. Периодически материал оценивают на исходную консистенцию смеси и определяют время превращения в пасту и время схватывания. Также с использованием термопары, введенной в середину отверждающейся массы, измеряют температуру экзотермического эффекта. Результаты приведены в таблице 4.

Можно видеть, что пример 20 обнаруживает меньшую температуру экзотермического эффекта и более короткое время превращения в пасту и время схватывания по сравнению со сравнительным примером 1.

Примеры 21 и 22

Получение отверждающихся композиций с использованием жидкой второй части, содержащей растворенный полимер

Концентрированный раствор 10 масс.% гомополимера PMMA в мономере MMA получают растворением 10 г гранулированного полимера PMMA (не содержит остаточного инициатора и имеет молекулярную массу Mw 426700 дальтон и приведенную вязкость 2,8 дл/г) в смеси 89 г мономера MMA (стабилизирован 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора) и 1,0 г N,N-диметил-пара-толуидина (DMPT) в качестве ускорителя. Вязкость по Брукфильду концентрированного раствора составляет 220 сП.

Отверждающиеся композиции получают смешением жидкой первой части примеров 7 и 8 с данной жидкой второй частью. Использованное соотношение смешения составляет 14,0 г полимера (эквивалентная сухая масса) в жидкой первой части на 7,0 г жидкой второй части. Перед смешением компоненты приводят в состояние равновесия в течение по меньшей мере 10 часов в термостате при 23°C. Затем требуемое количество жидкой первой части помещают в полипропиленовый стакан с последующим внесением жидкой второй части. Отсчет времени начинают от момента добавления жидкой второй части к жидкой первой части. Затем осуществляют ручное смешение в течение 30 секунд с помощью металлического шпателя, после чего материал закрывают и оставляют выстаиваться. Периодически материал оценивают на исходную консистенцию смеси и определяют время превращения в пасту и время схватывания. Также с использованием термопары, введенной в середину отверждающейся массы, измеряют температуру экзотермического эффекта. Результаты приведены в таблице 5.

Можно видеть, что примеры 21 и 22 обнаруживают значительно меньшую температуру экзотермического эффекта и более короткое время превращения в пасту и время схватывания по сравнению со сравнительным примером 1. Эффект предварительного растворения некоторого количества PMMA в жидкости мономера MMA с образованием концентрированного раствора в качестве жидкой второй части состоит в том, что получается дополнительное уменьшение температуры экзотермического эффекта и сокращение времени превращения в пасту и времени схватывания по сравнению с эквивалентным примером без какого-либо количества PMMA, растворенного в жидкости мономера MMA, как в примерах 13 и 14.

Примеры с 23 и 41

Получение отверждающихся композиций с различными механическими свойствами

Нижеследующие примеры показывают влияние варьирования композиции жидкой первой части и отношения количества жидкой первой части к количеству жидкой второй части на механические свойства полученных в результате отверждающихся композиций. Прочность при изгибе и модуль изгиба определяли испытанием на трехточечный изгиб согласно ISO 1567:1997. Сопротивление сжатию определяли согласно ISO 5833:2002.

Жидкие первые части примеров с 23 по 41 получали по методике, аналогичной использованной в примерах с 10 по 12, за исключением примеров, включающих в себя добавление сульфата бария. В данных особых примерах (примеры 30, 38 и 39) требуемое количество сульфата бария добавляют к смеси, содержащей гранулированный полимер PMMA и эмульсию акрилового полимера, в течение 60-90 секунд при перемешивании со скоростью 100 об/мин перед увеличением скорости мешалки до 800-1000 об/мин и перемешиванием в течение дополнительных от 3 до 5 минут до того, как получится однородная жидкая смесь. Концентрированный раствор 16 масс.% гомополимера PMMA в мономере MMA, использованный в качестве жидкой второй части примеров с 23 по 41, за исключением примеров 31, 32, 39 и 40, получают растворением 16 г гранулированного полимера PMMA (не содержит остаточного инициатора и имеет молекулярную массу Mw 426700 дальтон и приведенную вязкость 2,8 дл/г) в смеси 82,4 г мономера MMA (стабилизирован 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора) и 1,6 г N,N-диметил-пара-толуидина (DMPT) в качестве ускорителя. Вязкость по Брукфильду концентрированного раствора составляет 4250 сП.

Концентрированные растворы 20 масс.% сополимеров поли(MMA-со-DMAEMA) в мономере MMA, использованные в качестве жидкой второй части примеров 31, 32, 39 и 40, получают растворением 20 г сополимера поли(MMA-со-DMAEMA) (не содержит остаточного инициатора) в смеси 78,4 г мономера MMA (стабилизирован 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора) и 1,6 г N,N-диметил-пара-толуидина (DMPT) в качестве ускорителя. В примерах 31 и 39 сополимер имеет приведенную вязкость 0,50 дл/г и молекулярную массу Mw 69900 дальтон. Вязкость по Брукфильду концентрированного раствора составляет 175 сП. В примерах 32 и 40 сополимер имеет приведенную вязкость 1,52 дл/г и молекулярную массу Mw 260000 дальтон. Вязкость по Брукфильду концентрированного раствора составляет 4420 сП.

Жидкие вторые части примеров 40 и 41 включают в себя добавку сульфата бария. Их получают сначала растворением соответствующего гомополимера PMMA или сополимера поли(MMA-со-DMAEMA) в мономере MMA (стабилизирован 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора) и N,N-диметил-пара-толуидине (DMPT) в качестве ускорителя в стеклянной колбе, оборудованной мешалкой. Затем требуемое количество сульфата бария добавляют при перемешивании при 500-600 об/мин и оставляют на 1 час для диспергирования сульфата бария в концентрированном растворе мономер/полимер.

Отверждающиеся композиции примеров с 23 по 41 получают смешением вручную двух компонентов, как описано для примеров 21 и 22. Использованные соотношения смешения составляют либо 14,0 г полимера (эквивалентная сухая масса) в жидкой первой части на 7,0 г жидкой второй части, либо 14,0 г полимера (эквивалентная сухая масса) в жидкой первой части на 14,0 г жидкой второй части.

В таблице 6 представлены подробности по композиции каждого компонента, использованными соотношениям смешения и механическим свойствам, полученным для каждой отверждающейся композиции. Можно видеть, что величина механических свойств примеров с 23 по 28 изменяется в зависимости от относительного количества использованной эмульсии акрилового полимера. Это происходит вследствие присутствия воды в эмульсии акрилового полимера, которая ведет к возникновению пористости в конечной отвержденной затвердевшей композиции. Повышенная пористость из-за увеличения доли эмульсии акрилового полимера ведет к ухудшению механических свойств по сравнению со сравнительным примером 3, в случае которого отсутствует добавка воды. Данная пористость допускает приведение в соответствие механических свойств отверждающейся композиции, например, таковым позвоночной кости, тем самым позволяя избежать хорошо известных проблем, связанных с имплантацией искусственных материалов, которые имеют более высокий модуль упругости, чем окружающая естественная кость. Однако рецептура может быть также изменена для регулировки уровня пористости и варьирования механических свойств, например, для достижения механических свойств, которые удовлетворяют требованиям ISO 5833:2002.

В примерах с 42 по 45 описано получение акриловых эмульсий с 50 масс.% твердого вещества и разным Z-средним размером частиц.

Пример 42

Получение эмульсии акрилового полимера с содержанием твердого вещества приблизительно 50 масс.% и Z-средним размером частиц 195 нм

В пятилитровую круглодонную стеклянную колбу, снабженную входом для подачи азота, холодильником и приводимой в действие электричеством лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 600 грамм деионизированной воды. Воду нагревают до 80°C при помощи водяной бани при перемешивании со скоростью 200 оборотов в минуту (об/мин). Через паровое пространство колбы над поверхностью жидкости пропускают ток азота.

Получают эмульгированную мономерную смесь, состоящую из 1000 грамм метилметакрилата (MMA), 0,5 грамма 1-додекантиола, 5,0 грамм лаурилсульфата натрия и 300 грамм деионизированной воды. Данную смесь перемешивают в течение 60 минут до и в ходе всего добавления, чтобы сохранить ее в эмульгированном состоянии.

При температуре воды 80°C получают полимерную затравку (стадия 1), добавляя в колбу 100 грамм эмульгированной мономерной смеси с последующим введением 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде. После слабого экзотермического эффекта реакция протекает в течение тридцати минут до возвращения температуры к 80°C. К оставшейся эмульгированной мономерной смеси добавляют при перемешивании 1 г лаурилсульфата натрия.

Затем поверх полимерных затравочных частиц наращивают ядро (стадия 2), сначала добавляя в колбу 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением 300 грамм эмульгированной мономерной смеси в течение приблизительно 30 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных 15 минут после окончания добавления мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C. Затем данную стадию повторяют дважды.

При перемешивании в течение 45 минут в оставшейся эмульгированной мономерной смеси растворяют 35,0 грамм дибензоилпероксида (BPO) с активностью 75%.

Затем поверх ядра наращивают оболочку, содержащую BPO, (стадия 3) сначала добавляя в колбу 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением эмульгированной мономерной смеси, содержащей добавленный BPO, в течение приблизительно 20 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных пятнадцати минут после добавления всей мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C.

Затем полученную в результате эмульсию акрилового полимера охлаждают до температуры ниже 40°C и фильтруют через мембрану с размером отверстий 150 микрон.

Полученная в результате эмульсия акрилового полимера имеет содержание твердого вещества 50 масс.%, приведенную вязкость 2,3 дл/г, вязкость по Брукфильду 287 сП, содержание остаточного дибензоилпероксида 2,50 масс.% и Z-средний размер частиц эмульсии 195 нм.

Пример 43

Получение эмульсии акрилового полимера с содержанием твердого вещества приблизительно 50 масс.% и Z-средним размером частиц 306 нм

В пятилитровую круглодонную стеклянную колбу, снабженную входом для подачи азота, холодильником и приводимой в действие электричеством лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 600 грамм деионизированной воды. Воду нагревают до 80°C при помощи водяной бани при перемешивании со скоростью 200 оборотов в минуту (об/мин). Через паровое пространство колбы над поверхностью жидкости пропускают ток азота.

Получают эмульгированную мономерную смесь, состоящую из 1000 грамм метилметакрилата, 0,5 грамма 1-додекантиола, 5,0 грамм лаурилсульфата натрия и 300 грамм деионизированной воды. Данную смесь перемешивают в течение 60 минут до и в ходе всего добавления, чтобы сохранить ее в эмульгированном состоянии.

При температуре воды 80°C получают полимерную затравку (стадия 1), добавляя в колбу 40 грамм эмульгированной мономерной смеси с последующим введением 20 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде. После слабого экзотермического эффекта реакция протекает в течение тридцати минут до возвращения температуры к 80°C.

Затем поверх полимерных затравочных частиц наращивают ядро (стадия 2), сначала добавляя в колбу 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением 300 грамм эмульгированной мономерной смеси в течение приблизительно 30 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных 15 минут после окончания добавления мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C. Затем данную стадию повторяют дважды.

При перемешивании в течение 45 минут в оставшейся эмульгированной мономерной смеси растворяют 35,0 грамм дибензоилпероксида (BPO) с активностью 75%.

Затем поверх ядра наращивают оболочку, содержащую BPO, (стадия 3) сначала добавляя в колбу 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением эмульгированной мономерной смеси, содержащей добавленный BPO, в течение приблизительно 20 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных пятнадцати минут после добавления всей мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C.

Затем полученную в результате эмульсию акрилового полимера охлаждают до температуры ниже 40°C и фильтруют через мембрану с размером отверстий 150 микрон.

Полученная в результате эмульсия акрилового полимера имеет содержание твердого вещества 49,4 масс.%, приведенную вязкость 2,0 дл/г, вязкость по Брукфильду 62 сП, содержание остаточного дибензоилпероксида 2,30 масс.% и Z-средний размер частиц эмульсии 306 нм.

Пример 44

Получение эмульсии акрилового полимера с содержанием твердого вещества приблизительно 50 масс.% и Z-средним размером частиц 582 нм

В пятилитровую круглодонную стеклянную колбу, снабженную входом для подачи азота, холодильником и приводимой в действие электричеством лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 600 грамм деионизированной воды. Воду нагревают до 80°C при помощи водяной бани при перемешивании со скоростью 200 оборотов в минуту (об/мин). Через паровое пространство колбы над поверхностью жидкости пропускают ток азота.

Получают эмульгированную мономерную смесь, состоящую из 980 грамм метилметакрилата, 0,5 грамма 1-додекантиола, 5,0 грамм лаурилсульфата натрия и 300 грамм деионизированной воды. Данную смесь перемешивают в течение 60 минут до и в ходе всего добавления, чтобы сохранить ее в эмульгированном состоянии.

При температуре воды 80°C получают полимерную затравку (стадия 1), добавляя в колбу 20 грамм метилметакрилата с последующим введением раствора 0,3 г персульфата калия в 10 мл деионизированной воды, и осуществляют реакцию при 80°C в течение 1 часа.

Затем поверх полимерных затравочных частиц наращивают ядро (стадия 2), сначала добавляя в колбу 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением 300 грамм эмульгированной мономерной смеси в течение приблизительно 30 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных 15 минут после окончания добавления мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C. Затем данную стадию повторяют дважды.

При перемешивании в течение 45 минут в оставшейся эмульгированной мономерной смеси растворяют 35,0 грамм дибензоилпероксида (BPO) с активностью 75%.

Затем поверх ядра наращивают оболочку, содержащую BPO, (стадия 3) сначала добавляя в колбу 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением эмульгированной мономерной смеси, содержащей добавленный BPO, в течение приблизительно 20 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных пятнадцати минут после добавления всей мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C.

Затем полученную в результате эмульсию акрилового полимера охлаждают до температуры ниже 40°C и фильтруют через мембрану с размером отверстий 150 микрон.

Полученная в результате эмульсия акрилового полимера имеет содержание твердого вещества 48,0 масс.%, приведенную вязкость 1,94 дл/г, вязкость по Брукфильду 21 сП, содержание остаточного дибензоилпероксида 2,28 масс.% и Z-средний размер частиц эмульсии 582 нм.

Пример 45

Получение эмульсии акрилового полимера с содержанием твердого вещества приблизительно 50 масс.% и Z-средним размером частиц 694 нм

В пятилитровую круглодонную стеклянную колбу, снабженную входом для подачи азота, холодильником и приводимой в действие электричеством лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 600 грамм деионизированной воды. Воду нагревают до 80°C при помощи водяной бани при перемешивании со скоростью 200 оборотов в минуту (об/мин). Через паровое пространство колбы над поверхностью жидкости пропускают ток азота.

Получают эмульгированную мономерную смесь, состоящую из 985 грамм метилметакрилата, 0,5 грамма 1-додекантиола, 3,0 грамм лаурилсульфата натрия и 300 грамм деионизированной воды. Данную смесь перемешивают в течение 60 минут до и в ходе всего добавления, чтобы сохранить ее в эмульгированном состоянии.

При температуре воды 80°C получают полимерную затравку (стадия 1), добавляя в колбу 15 грамм метилметакрилата с последующим введением раствора 0,3 г персульфата калия в 10 мл деионизированной воды, и осуществляют реакцию при 80°C в течение 1 часа.

Затем поверх полимерных затравочных частиц наращивают ядро (стадия 2), сначала добавляя в колбу 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением 300 грамм эмульгированной мономерной смеси в течение приблизительно 30 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных 15 минут после окончания добавления мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C. Затем данную стадию повторяют дважды.

При перемешивании в течение 45 минут в оставшейся эмульгированной мономерной смеси растворяют 35,0 грамм дибензоилпероксида (BPO) с активностью 75%.

Затем поверх ядра наращивают оболочку, содержащую BPO, (стадия 3) сначала добавляя в колбу 10 миллилитров раствора 2 масс.% персульфата калия в деионизированной воде с последующим непрерывным добавлением эмульгированной мономерной смеси, содержащей добавленный BPO, в течение приблизительно 20 минут, используя перистальтический насос. Реакция протекает в течение дополнительных пятнадцати минут после добавления всей мономерной смеси до возвращения температуры к 80°C.

Затем полученную в результате эмульсию акрилового полимера охлаждают до температуры ниже 40°C и фильтруют через мембрану с размером отверстий 150 микрон.

Полученная в результате эмульсия акрилового полимера имеет содержание твердого вещества 48,0 масс.%, приведенную вязкость 1,90 дл/г, вязкость по Брукфильду 19 сП, содержание остаточного дибензоилпероксида 2,60 масс.% и Z-средний размер частиц эмульсии 694 нм.

Пример 46

Результаты примеров с 42 по 45 показывают, что вязкость по Брукфильду эмульсий акрилового полимера уменьшается с увеличением размера частиц. Используя эквивалентные количества (100 г каждой) эмульсий примеров с 42 по 44, получали эмульсионную смесь акрилового полимера. Вязкость по Брукфильду составляла 40 сП. В таблице 7 дано сравнение вязкости для отдельных эмульсий примеров 42, 43 и 44 с вязкостью смеси эмульсий примера 46.

Примеры с 47 по 65

Примеры с 47 по 65 включают получение жидкой первой части смешением эмульсий акрилового полимера примеров 42, 43, 44 или 46 либо с отдельными акриловыми гранулированными полимерами (примеры с 48 по 50, с 52 по 54 и с 56 по 58), либо со смесями акриловых гранулированных полимеров (примеры 47, 51, 55 и с 59 по 65). Акриловые гранулированные полимеры (подробно описанные в таблице 8) выбирают либо из гомополимеров PMMA с разным размером частиц, выраженным как средний диаметр (обозначены как (i), (ii) и (iii)), либо из сополимеров, то есть сополимеров метилметакрилата и 2-этилгексилакрилата (поли(MMA-co-2EHA)) (обозначены как (iv), (v) и (vi)) и сополимеров метилметакрилата и стирола (поли(MMA-co-sty)) (обозначены как (vii), (viii) и (ix)). Способ получения жидкой первой части примеров с 47 по 61 описан ниже.

В полипропиленовый стакан на 250 мл, снабженный электрическим мотором для перемешивания и лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 70 г акрилового гранулированного полимера. Перемешивание начинают со скоростью 100 об/мин и в течение от 60 до 90 секунд добавляют 30 г эмульсии акрилового полимера. Затем скорость мешалки увеличивают до 600-1000 об/мин и продолжают перемешивание в течение дополнительных от 3 до 5 минут до получения однородной жидкой смеси. Если используют смесь акриловых гранулированных полимеров, смесь сначала получают сухим смешением эквивалентных масс каждого гранулированного полимера в подходящем контейнере.

Этот же способ получения используют в примерах с 62 по 65, за исключением того, что отношение количества акрилового гранулированного полимера к эмульсии акрилового полимера изменяется от 70 г:30 г до 76 г:24 г.

После получения вязкость по Брукфильду каждой жидкой первой части измеряли и заносили в таблицы с 9 по 14.

Оценку поведения при смешении и дозировании посредством статического смесителя, соединенного с отсеками шприца или пистолета для уплотнения соединений, проводили следующим образом. Жидкими первыми частями примеров с 47 по 65 и жидкой второй частью примера 78 заполняли отдельные отсеки полипропиленового картриджа на 50 мл с отношением объемов отсеков 1:1, доступного от Nordson EFD. Спиральный смеситель Nordson EFD серии 190 (11 смешивающих элементов, диаметр 6,35 мм, длина 8,6 см) присоединяли к сдвоенным отсекам картриджа и содержимое отсеков дозировали в виде гомогенного потока через спиральный смеситель на плоскую поверхность для исследования. Регистрировали степень течения каждой смеси через статический смеситель от входа до выхода. Характеристики полученного в результате экструдата также оценивали и обнаруживали, что во всех примерах непрерывного течения экструдат сохранял свою исходную форму. Результаты приведены в Таблицах с 9 по 14.

Результаты в таблицах с 9 по 14 показывают, как можно уменьшить вязкости по Брукфильду жидкой первой части. Можно сделать следующие наблюдения.

1. Сравнение примера 47 с примерами с 48 по 50 или примера 51 с примерами с 52 по 54, или примера 55 с примерами с 56 по 58 показывает, что жидкая первая часть, полученная смешением эмульсии акрилового полимера со смесью акриловых гранулированных полимеров, показывает меньшую вязкость по Брукфильду, чем жидкая первая часть, содержащая акриловый гранулированный полимер единственного типа.

2. Сравнение примеров 47, 51 и 55 показывает, что вязкость по Брукфильду жидкой первой части уменьшается с увеличением размера частицы эмульсии акрилового полимера.

3. Пример 61 показывает, что жидкая первая часть, полученная объединением смеси эмульсий акрилового полимера со смесью акриловых гранулированных полимеров, показывает меньшую вязкость по Брукфильду, чем жидкая первая часть примеров 47 и 51.

Примеры с 62 по 65 (таблица 14) показывают, как вязкость по Брукфильду жидкой первой части увеличивается с увеличением отношения количества акриловых гранул к эмульсии акрилового полимера.

Примеры с 66 по 77

Данные примеры показывают эффект уменьшения вязкости для жидкой первой части, полученной смешением данной эмульсии акрилового полимера со смесями, имеющими различные отношения акриловых гранулированных полимеров с различными размерами частиц. Результаты представлены в Таблице 15. Проводили две серии экспериментов. Одна серия была основана на использовании гомополимеров PMMA с разным размером частиц, выраженным как средний диаметр (обозначены как (i), (ii) и (iii)). Вторая серия была основана на использовании сополимеров поли(MMA-co-2EHA) с разным размером частиц, выраженным как средний диаметр (обозначены как (iv), (v) и (vi)). Подробности касательно полимеров с (i) по (vi) приведены в Таблице 8. Общий способ получения каждой жидкой первой части описан ниже.

В полипропиленовый стакан на 250 мл, снабженный электрическим мотором для перемешивания и лопастной мешалкой из нержавеющей стали, вносят 70 г смеси акриловых гранулированных полимеров. Композиция смеси акриловых гранулированных полимеров, использованной в каждом примере, представлена в таблице 15. Перемешивание начинают со скоростью 100 об/мин и в течение от 60 до 90 секунд добавляют 30 г эмульсии акрилового полимера из примера 44. Затем скорость мешалки увеличивают до 600-1000 об/мин и перемешивание продолжают в течение дополнительных от 3 до 5 минут до получения однородной жидкой смеси.

Сравнение примеров с 66 по 72 с примерами с 56 по 58 показывает, что использование смеси двух или более гранулированных полимеров PMMA с разным размером частиц, выраженным как средний диаметр, дает жидкую первую часть, которая демонстрирует меньшую вязкость по Брукфильду, чем в случае использования лишь единственного гранулированного полимера PMMA. Примеры с 73 по 77 показывают, что похожий эффект уменьшения вязкости создается при использовании смесей двух или более гранулированных сополимеров поли(MMA-co-2EHA) с разным размером частиц, выраженным как средний диаметр.

Пример 78

Получение жидкой второй части, содержащей растворенный полимер и агент, придающий непрозрачность для рентгеновских лучей, для применения при изготовлении отверждающихся композиций.

Жидкую вторую часть получают следующим образом. Сначала в смеси 79,2 г мономера MMA (стабилизирован 60 ч/млн гидрохинона (HQ) в качестве ингибитора) и 0,8 г N,N-диметил-пара-толуидина (DMPT) в качестве ускорителя растворяют 10 г сополимера поли(MMA-co-DMAEMA) (не содержит остаточного инициатора, RV=0,50 дл/г) и 10 г сополимера поли(MMA-co-DMAEMA) с большей молекулярной массой (не содержит остаточного инициатора, RV=1,52 дл/г). Затем 60 г данного концентрированного раствора мономер/полимер переносят в стеклянную колбу, снабженную мешалкой, и в течение двух минут при перемешивании при 500-600 об/мин добавляют 40 г сульфата бария. Перемешивание продолжают в течение 5 часов для диспергирования сульфата бария в концентрированный раствор мономер/полимер. Вязкость по Брукфильду полученной жидкой второй части составляет 2734 сП.

Пример 79

Получение отверждающейся композиции с использованием жидкой первой части примера 60 и жидкой второй части примера 78

Ниже описано получение отверждающейся композиции путем объединения жидкой первой части примера 60 с жидкой второй частью примера 78. Перед смешением два компонента приводят в состояние равновесия в течение по меньшей мере 10 часов в термостате при 23°C. В полипропиленовый стакан помещают 14,0 г жидкой первой части примера 60 с последующим внесением 14,0 г жидкой второй части примера 78. Затем осуществляют ручное смешение при 23°C в течение 30 секунд, используя металлический шпатель, после чего материал закрывают и оставляют выстаиваться. Периодически материал оценивают на исходную консистенцию смеси. Когда достигается время превращения в пасту, пастообразную смесь извлекают из стакана и дополнительно смешивают вручную в течение 30 секунд. Для получения образцов для механических испытаний пастой набивают металлические формы, выдержанные при 23°C, и позволяют ей отвердеть под давлением (2 бар). Образцы извлекают из формы через 30 минут по прошествии времени схватывания. Результаты приведены в таблице 16.

Можно видеть, что отверждающаяся композиция примера 79 показывает механические свойства, которые превышают минимальные требования ISO 5833:2002 “Имплантаты для хирургии - Цементы из акриловых смол” (“Implants for surgery - Acrylic resin cements”), то есть имеют сопротивление сжатию ≥70 МПа, модуль изгиба ≥1,8 ГПа и прочность при изгибе ≥50 МПа.

Принимаются во внимание на все статьи и документы, относящиеся к данной заявке, которые зарегистрированы одновременно с данным описанием или предшествуют ему, и которые свободны для открытого рассмотрения в связи с данным описанием, и содержание всех таких статей и документов включено в данную заявку путем ссылки.

Все признаки, раскрытые в данном описании (включая любые прилагаемые пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), и/или все стадии любого способа или процесса, раскрытого таким образом, могут быть объединены в любое сочетание, за исключением сочетаний, в которых по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или стадий являются взаимоисключающими.

Каждый признак, раскрытый в данном описании (включая любые прилагаемые пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), могут быть заменены альтернативными признаками, служащими той же, эквивалентной или подобной цели, если иное не указано особо. Таким образом, если иное не указано особо, каждый раскрытый признак представляет собой лишь один пример общего ряда эквивалентных или подобных признаков.

Изобретение не ограничено деталями вышеизложенного(ых) варианта(ов) осуществления. Изобретение распространяется на любой новый признак или на любое новое сочетание признаков, раскрытых в данном описании (включая любые прилагаемые пункты формулы изобретения, реферат и чертежи), либо на любую новую стадию или любое новое сочетание стадий любого способа или процесса, раскрытого таким образом.

Реферат

Изобретение относится к способной к отверждению, состоящей из двух частей акриловой композиции костного цемента. Композиция содержит стабильную при хранении жидкую первую часть и стабильную при хранении жидкую вторую часть, которые реагируют друг с другом при смешении с формированием цемента, который отверждается. Композиция дополнительно содержит акриловый мономерный компонент и некоторое количество компонента-инициатора для полимеризации мономерного компонента. Мономерный компонент и компонент-инициатор обычно находятся в отдельных частях состоящей из двух частей композиции, так что мономерный компонент стабилен при хранении. Жидкая первая часть содержит в жидком носителе полученные эмульсионной полимеризацией акриловые полимерные частицы. Также описан способ получения способной к отверждению, состоящей из двух частей акриловой композиции. Композиция особенно полезна при применении в шприце или пистолете для уплотнения соединений, имеющем по меньшей мере два цилиндра. Твердая цементная композиция костного цемента, полученная отверждением состоящей из двух частей акриловой композиции, является пористой и допускает осуществление контролируемого высвобождения антибиотиков и медикаментов в окружающие кость и ткань. Технический результат – низкая температура экзотермического эффекта во время отверждения, схватывания композиции костного цемента, что предотвращает, в частности, некроз тканей и обеспечение пористых костных цементов, что обеспечивает цементам механические характеристики, совпадающие с характеристиками окружающей кости. 11 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 табл., 79 пр.

Формула