Гидрофильная термопереключаемая чувствительная к давлению адгезионная композиция

Гидрофильная термопереключаемая чувствительная к давлению адгезионная композиция

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Изобретение в целом относится к «разумным» адгезионным композициям, и, в частности, к водоабсорбирующим адгезионным композициям, состоящим из смеси полимеров, из которых, по крайней мере, один компонент обладает нижней критической температурой смешения (НКТС) с водой. В зависимости от полярности субстрата, такие композиции способны обратимо отлипать или прилипать при изменении температуры выше НКТС (или точки помутнения). Дополнительно, изобретение относится к методам разработки таких композиций, в частности, к методам их получения и настройки адгезии посредством изменения температуры, количества поглощенной влаги и полярности субстрата, а также к методам использования композиций, и к продуктам, производимым на основе таких композиций. Изобретение может быть полезно в любой области, требующей адгезионные композиции, избирательно прилипающие к поверхности гидрофильного или гидрофобного субстрата при изменении температуры и влажности окружающей среды, в том числе в жидкой воде, и обратимо меняющие липкость при изменении температуры относительно точки помутнения.

Уровень техники

Имеется обширная литература о свойствах полимеров, обладающих нижней критической температурой смешения (НКТС) с водой [I. Dimitrov, В. Trzebicka, А.Т.Е. , A. Dworak, С.В. Tsvetanov, Thermoresponsive water soluble copolymers with doubly responsive reversibly interacting entities, Prog. Polym. Sci. 2007, 32, 1275-1343; D. Roy, J.N. Cambre, B.S. Sumerlin, Future perspectives and recent advances in stimuli-responsive materials, Prog. Polym. Sci. 2010, 35, 278-301; C. de las Heras Alarcon, S. Penadam, C. Alexander, Stimuli-responsive polymers for biomedical applications, Chem. Soc. Rev. 2005, 34, 276-285; A. Kumar, A. Srivastava, I.Yu. Galaev, B. Mattiasson, Mattiasson, Smart polymers: Physical forms and bioengineering applications, Prog. Polym. Sci. 2007, 32, 1205-1237]. Обычно, растворимость подавляющего большинства химических веществ в воде увеличивается с повышением температуры. Но вещества, обладающие НКТС, ведут себя как раз наоборот: они растворимы в холодной воде и перестают растворяться при температурах выше НКТС. Полимеры с НКТС содержат как гидрофильные, так и гидрофобные мономерные звенья. Небольшого изменения температуры часто достаточно, для того, чтобы полимерные цепи свернулись в глобулы и стали нерастворимыми. Полярные функциональные группы НКТС полимеров образуют с молекулами воды водородные связи, вызывая растворимость полимеров. С увеличением температуры водородные связи постепенно ослабевают, тогда как энергия гидрофобных взаимодействий проходит через максимум около 40°С [Blokzijl W, Engberts J. Hydrophobic effects. Opinions and facts. Angew Chem Int Ed Engl. 1993; 32: 1545-1579; L. Pauling, The nature of chemical bond and the structure of molecules and crystals: An introduction to modern structural chemistry, Cornell University Press, 3^rd Edition, 1960, 644 р.]. Вот почему НКТС большинства полимеров лежит в окрестностях этой температуры.

Недавний прогресс в области создания чувствительных к давлению адгезивов (ЧДА) на основе полимер-олигомерных и интерполимерных комплексов, сформированных водородными и ионными связями между функциональными группами макромолекул [М.М. Feldstein, Е.Е. Dormidontova, A.R. Khokhlov, Pressure sensitive adhesives based on interpolymer complexes, Prog. Polym. Sci. 2015, 42, 79-153], сделал возможным получение ЧДА на основе полимеров, обладающих НКТС [патентная заявка РФ 2013154323, 9.12.2013, 67 стр.; РСТ Application RU 2013/001107, 11.12.2013, 63 pp.]. Первый пример такого ЧДА был получен смешением поли(N-винилкапролактама) (ПВКЛ) с олигомерным полиэтиленгликолем (ПЭГ) молекулярной массы 400 г/моль. Показано, что смешение ПВКЛ с ПЭГ приводит к образованию стехиометрических нековалентно связанных комплексов, в которых около 60 мол % звеньев ПВКЛ сшиты водородными связями с короткими цепями ПЭГ по обеим концевым ОН-группам [М.М. Feldstein, K.А. Bovaldinova, E.V. Bermesheva, A.P. Moscalets, E.E. Dormidontova, V.Y. Grinberg, A.R. Khokhlov, Thermo-Switchable Pressure-Sensitive Adhesives Based on Poly(N-vinyl caprolactam) Non-Covalently Cross-Linked by Poly(ethylene glycol), Macromolecules 47(16), 2014, 5759-5767]. В водных средах смеси ПВКЛ - ПЭГ абсорбируют большое количество воды. Гидрогели на основе комплексов ПВКЛ - ПЭГ обладают липкостью к гидрофильным субстратам (стекло, сталь, полимерные пленки) при комнатной температуре, но обратимо отлипают от них при температурах выше НКТС ПВКЛ (37°С). Таким образом, стехиометрические комплексы ПВКЛ -ПЭГ демонстрируют термопереключаемую адгезию при НКТС исходного полимера. Примеры переключаемой адгезии гидрогелей некоторых полимеров в зависимости от состояния их функциональных групп отмечались ранее [М. Kamperman, A. Synytska, Switchable adhesion by chemical functionality and topography, J. Mater. Chem. 2012, 22. 19390-19400], хотя термопереключаемые ЧДА на основе полимеров с НКТС до этого не были описаны.

Среди работ, посвященных исследованию свойств полимеров с НКТС, наибольшее внимание уделено полимерам N-замещенного акриламида, в частности N-изопропилакриламида (N-ИПАМ) [С.Boutris, E.G. Chatzi, K. Kiparissides, Characterization of the LCST behavior of aqueous poly(N-isopropylacrylamide) solutions by thermal and cloud point techniques, Polymer 1997, 38 (10), 2567-2570; D.E. Lessard, M. Ousalem, X.X. Zhu, Effect of the molecular weight on the Lower Critical Solution Temperature of poly(N,N-diethylacrylamide) in aqueous solutions, Can. J. Chem. 2001, 79(12), 1870-1874; C. Wu, X. Wang, Globule-to-Coil Transition of a Single Homopolymer Chain in Solution, Phys. Rev. Let. 1998,80,4092-4094; F. Afroze, E. Nies, H. Berghmans, Phase transitions in the system poly(N-isopropylacrylamide)/water and swelling behaviour of the corresponding networks, J. Mol. Str. 554 (2000) 55-68; R. Moerkerke, R Koningsveld, H. Bergbans, K. Dusek, K. Sole, Phase Transitions in Swollen Networks, Macromolecules 1996, 28, 1103-1107; M. Heskins, J.E. Guillet, Solution Properties of Poly (N-isopropylacrylamide), J. Macromol. Sci. Part A - Chem., 1968, 2:8, 1441-1455; T. Okano, Y.H. Bae, H. Jacobs, S.W. Kim, Thermally on-off switching polymers for drug permeation and release, J. Control. Release, 11 (1990) 255-265]. При повышении температуры выше 31°С (НКТС) поли(N-ИПАМ) показывает резкий переход от гидрофильного, водорастворимого полимера с гауссовой конформацией цепей, к нерастворимому полимеру с глобулярной конформацией макромолекул [С. Boutris, E.G. Chatzi, K. Kiparissides, Characterization of the LCST behavior of aqueous poly(N-isopropylacrylamide) solutions by thermal and cloud point techniques, Polymer 1997, 38(10), 2567-2570; D.E. Lessard, M. Ousalem, X.X. Zhu, Effect of the molecular weight on the Lower Critical Solution Temperature of poly(N,N-diethylacrylamide) in aqueous solutions, Can. J. Chem. 2001, 79 (12), 1870-1874; C. Wu, X. Wang, Globule-to-Coil Transition of a Single Homopolymer Chain in Solution, Phys. Rev. Let. 1998, 80, 4092-4094].

Слабо сшитые гидрогели на основе N-ИПАМ и его сополимеров активно изучались в связи с потенциальными применениями, такими как самоочищающиеся контактные линзы, сельскохозяйственные материалы для контролируемого высвобождения воды, модификаторы реологических свойств, искусственные мышцы и мембраны для контролируемой подачи лекарств. Значительная работа выполнена по изучению свойств термочувствительных гелей для потенциального использования в качестве систем доставки лекарств. Вызывает интерес ответ этих гелей на небольшие изменения температуры или рН, в результате чего водные растворы, содержащие активный агент, выталкиваются, действуя, таким образом, как "разумный резервуар." Такие гидрогелевые материалы имеют огромный потенциал в качестве уникальных систем для введения лекарств [Т. Okano, Y.H. Bae, Н. Jacobs, S.W. Kim, Thermally on-off switching polymers for drug permeation and release, J. Control. Release, 11 (1990) 255-265].

Обширные исследования показали, что на основе поли(N-ИПАМ) возможно получение ЧДА, которые могут набухать или сжиматься в ответ на внешние стимулы, такие как небольшие температурные изменения или сдвиг рН [J. O'Mahony, K. McCarthy, Е. Monaghan, A novel way to reversibly detackify PSA compositions using thermoresponsive polymers, PSTC (Pressure - Sensitive Tape Council), Advanced Polymer Design for Adhesives, 2007, http://www.pstc.org/files/public/OMahony.pdf: L. Chen, M. Lin, L. Lin, T. Zhang, J. Ma, Y. Song, L. Zhang, Thermal-responsive hydrogel surface: tunable wettability and adhesion to oil at the water/solid interface, Soft Mater. 2010, 6, 2708-2712; S.Y. Lin, K.S. Chen, R.C. Lian, Design and evaluation of drug-loaded wound dressing having thermoresponsive, adhesive, absorptive and easy peeling properties, Biomaterials 2001, 22, 2999-3004; A. Synytska, E. Svetushkina, N. Puretskiy, G. Stoychev, S. Berger, L. Ionov, C. Bellmann, K-J. Eichhorn, M. Stamm, Biocompatible polymeric materials with switchable adhesion properties, Soft Matter, 2010, 6, 5907-5914; G. Sudre, D. Hourdet, F. Cousin, C. Cretan, Y. Tran, Structure of Surfaces and Interfaces of Poly(N,N-dimethylacrylamide) Hydrogels, Langmuir 2012, 28, 12282-12287; M. Humayun, B.R. Ratner, J. Weiland, M. Tunc, X. Cheng, Reversible thermoresponsive adhesives for implants, US Patent 8,080,593 (B2), Dec. 20, 2011]. Целью этих исследований было установить, возможно ли получить ЧДА, обладающие НКТС, и, следовательно, способные превращаться в набухшие гели ниже критической температуры смешения. Получены ЧДА, способные отлипать в процессе набухания в воде, но только при контакте с водой ниже некоторой температуры, давая, таким образом, "умные" переключаемые ЧДА. Показано, что эффект переключения полностью обратим. При нагревании выше критической температуры, композиции высвобождают абсорбированную воду и вновь обретают чувствительную к давлению адгезию. В результате, получены ЧДА, показывающие различные уровни влагопоглощения, задаваемые в соответствии с чувствительностью к температуре. Подобные материалы находят применение в качестве разумных систем доставки лекарств, и которые потенциально могут быть использованы в форме липких лент.

Строго говоря, термопереключаемые полимеры являются частью более обширного класса термоотвечающих полимеров. Отличительной особенностью термопереключаемых ЧДА является обратимость перехода из липкого в нелипкое состояние.

Для термопереключаемых адгезионных продуктов, безболезненно удаляемых с поверхности кожи, весьма желательно иметь гидрофильный термопереключаемый адгезионный материал, использующий полимер с НКТС, и обеспечивающий самопроизвольное отлипание адгезионного продукта от кожи при слегка повышенной температуре в водном окружении, например в ванне или под душем. Неограничивающими примерами таких термопереключаемых ЧДА продуктов могут быть трансдермальные патчи, липкие пластыри, покрытия на раны, или хирургические пленки для закрытия операционного поля. Недостатком термочувствительного ЧДА на основе стехиометрических комплексов ПВКЛ - ПЭГ, описанных в [Патентная заявка РФ 2013154323, 9.12.2013, 67 стр.; РСТ Application RU 2013/001107, 11.12.2013, 63 рр; М.М. Feldstein, K.А. Bovaldinova, E.V. Bermesheva, A.P. Moscalets, E.E. Dormidontova, V.Y. Grinberg, A.R. Khokhlov, Thermo-Switchable Pressure-Sensitive Adhesives Based on Poly(N-vinyl caprolactam) Non-Covalently Cross-Linked by Poly(ethylene glycol), Macromolecules 47(16), 2014, 5759-5767], является то обстоятельство, что их отлипание от кожи при слегка повышенной температуре (около 40°С) требует наличия в гидрогеле 80-90% абсорбированной воды. В этой связи существует необходимость термопереключаемого адгезива, отлипающего при более низких концентрациях поглощенной воды и при температурах ниже 40°С.

Известно, что фазовое поведение полимеров с НКТС можно разделить на три основных типа [F. Meeussen, Е. Nies, H. Berghams, S. Verbrugghe, E. Goethals, F.D. Prez, Phase behavior of Poly(N-vinyl caprolactam) in water, Polymer 2000, 41, 8597-8602]. Поливинилкапролактаму присущ Тип I НКТС, при котором точка НКТС сдвинута в сторону разбавленных растворов полимера. Поли(N-изопропил акриламид) (ПN-ИПАМ) характеризуется НКТС типа II, при котором точка НКТС находится в средней области шкалы содержания абсорбированной воды. В этой связи можно ожидать, что отлипание ЧДА на основе комплексов ПN-ИПАМ - ПЭГ от кожи будет наступать при значительно меньших содержаниях ПЭГ. Тем не менее, это предположение должно быть экспериментально проверено, т.к. комплексообразование ПN-ИПАМ с ПЭГом может существенно изменить положение НКТС на оси содержания поглощенной воды.

Термопереключаемые ЧДА могут быть также востребованы в промышленности, например, при разработке рациональной технологии отмывки стеклянной или пластиковой тары от липких этикеток.

Раскрытие изобретения

Изобретение направлено на удовлетворение вышеуказанной потребности в данной области.

Задачей изобретения является создание гидрофильных термопереключаемых адгезионных продуктов - композиции и аппликационного материала, использующих полимер с НКТС, обеспечивающих избирательную адгезию к субстратам различной полярности. В частности, такие адгезивы при комнатной температуре должны обладать адгезией к полярным субстратам, смачиваемым водой, и обратимо отлипать от них при повышении температуры выше НКТС. В то же время, такие ЧДА должны обратимо прилипать к нидрофобным поверхностям при температурах выше НКТС, и отлипать от них при температуре, близкой к комнатной.

Главный аспект изобретения относится к гидрофильной термопереключаемой, чувствительной к давлению адгезионной композиции целенаправленно меняющей адгезию в водных средах в зависимости от температуры, на основе стехиометрического водородно-связанного комплекса гидрофильного пленкообразующего полимера, выбранного из полимеров, обладающих нижней критической температурой смешения (НКТС) в воде, с олигомерным нековалентным сшивателем пленкообразующего полимера, содержащим комплементарные реакционно-способные функциональные группы на обоих концах его коротких цепей; в которой содержание пленкообразующего НКТС-полимера и олигомерного нековалентного сшивателя лежит в соотношении от 0,5 до 1. Композиция прилипает в водной среде к гидрофильным субстратам при температурах ниже НКТС и обратимо отлипает от них при температурах выше НКТС, а также прилипает в водной среде к гидрофобным субстратам при температурах выше НКТС и не обладает к ним адгезией при температурах ниже НКТС.

В одном из воплощений настоящего изобретения олигомерный нековалентный сшиватель выбран из короткоцепных полимеров, способных сшивать гидрофильный пленкообразующий НКТС-полимер водородными связями между обеими концевыми комплементарными функциональными группами олигомерной цепи и повторяющимися функциональными группами основной цепи пленкообразующего НКТС-полимера. Гидрофильный пленкообразующий НКТС-полимер и олигомерный нековалентный сшиватель выбраны из полимеров, способных образовывать стехиометрический сетчатый комплекс.

В частном варианте реализации гидрофильный пленкообразующий НКТС-полимер представляет собой поли(N-винил лактам) или поли(N-изопропил акриламид) (ПН-ИПАМ)или их сополимеры. При этом олигомерный нековалентный сшиватель выбран из группы, состоящей из полиспиртов, мономерных или олигомерных алкиленгликолей, полиалкиленгликолей, полиалкиленгликолей с карбоксильными концевыми группами, полиалкиленгликолей с концевыми аминогруппами, простоэфирных спиртов, алкандиолов, гидрохинона, дифенила, бисфенола А, и карбоновых дикислот, а также из группы, состоящей из полиэтиленгликоля и/или полиэтиленгликоля с карбоксильными концевыми группами. В качестве полиспиртов используют глицерин, сорбитол, ксилитол и им подобные полиспирты. Предпочтительно использовать в качестве олигомерного нековалентного сшивателя полиэтиленгликоль с молекулярной массой от 200 до 600 г/моль.

В другом варианте выполнения изобретения композиция может содержать дополнительный пленкообразующий полимер с повторяющимися функциональными группами, способными образовывать водородные связи с комплементарными функциональными группами в повторяющихся звеньях пленкообразующего НКТС-полимера. Дополнительный пленкообразующий полимер может быть выбран из группы, состоящей из полиакриловой кислоты, полиметакриловой кислоты, полималеиновой кислоты, полисульфоновой кислоты, полиалкиленгликолей, поливиниловых спиртов, поливинилфенолов, поли(гидроксиалкил акрилатов), поли(гидроксиалкил метакрилатов), поли(N-винил акриламидов), поли(N-алкилакриламидов), полярных производных целлюлозы, содержащих гидроксильные и карбоксильные группы, альгиновой кислоты, их комбинаций и сополимеров. Производные целлюлозы представляют собой сложные эфиры целлюлозы, содержащие неэтерифицированные целлюлозные мономерные звенья, мономерные звенья ацетата целлюлозы, а также либо мономерные звенья бутирата целлюлозы, либо мономерные звенья пропионата целлюлозы. Производное целлюлозы представляет собой полимер, содержащий мономерные звенья гидроксиал кил целлюлозы, или карбоксиалкил целлюлозы. Акрилатный полимер или сополимер выбран из полимеров и сополимеров акриловой кислоты, метакриловой кислоты, метилакрилата, этилакрилата, метилметакрилата и этилметакрилата. Дополнительный пленкообразующий полимер может быть выбран из водорастворимых производных целлюлозы, гомополимера и сополимеров виниловых спиртов, гомополимера и сополимеров виниловых фенолов, гомополимера и сополимеров алкиленоксидов, гомополимера и сополимеров малеиновой кислоты, альгинатов, крахмалов, природных полисахаридов, и их комбинаций. Молекулярная масса дополнительного пленкообразующего полимера может быть меньше, чем молекулярная масса пленкообразующего НКТС-полимера.

В одном из вариантов воплощения настоящего изобретения композиция может содержать, по крайней мере, одну добавку, выбранную из группы, состоящей из абсорбирующих наполнителей, консервантов, регуляторов рН, пластификаторов, мягчителей, загустителей, антиоксидантов, пигментов, красителей, проводящих веществ, преломляющих частиц, стабилизаторов, связующих агентов, клеящих и адгезионных агентов, ингибиторов липкости, ароматизаторов и подсластителей, терапевтических агентов и усилителей проницаемости кожи.

Другой аспект изобретения относится к термопереключаемому чувствительному к давлению аппликационному материалу, обратимо отлипающему в водных средах при повышении температуры, включающему пленку-подложку с нанесенным на ее поверхность слоем представленной выше адгезионной композиции. Аппликационный материал может быть представлен в виде пластыря, этикетки или липкой ленты. Пленка-подложка представляет собой мембрану из полимерного материала с заданным значением параметра водопроницаемости.

Третий аспект изобретения представляет собой способ получения термопереключаемого чувствительного к давлению аппликационного материала с заданной температурой отлипания аппликационного материала от субстрата (контактной поверхности) в водной среде, включающий:

(a) получение адгезионной композиции смешением пленкообразующего НКТС-полимера и олигомерного нековалентного сшивателя и формирование композиции экструзией в расплаве либо поливом из раствора;

(b) построение диаграммы температуры фазового разделения в смеси полученной адгезионной композиции с водой, с последующим определением количества (доли) абсорбированной воды, требующегося для разделения фаз при необходимой температуре,

(c) выбор пленки-подложки с необходимыми параметрами скорости проницаемости воды, подбор количества адгезионной композиции, необходимой для нанесения на пленку-подложку, размеров пленки-подложки, времени, необходимого для отлипания аппликационного материала от субстрата (контактной поверхности) для заданной температуры исходя из соотношения:

где m - масса адгезионной композиции (г), S - площадь поверхности липкого аппликационного материала, покрытой водопроницаемой пленкой - подложкой (см²), V_H2O - скорость проникновения жидкой воды через пленку - подложку (мг/см² мин), w_H2O и w_pol - весовые доли абсорбированной воды и адгезионной композиции, относящиеся к критической температуре смешения (CST) на диаграмме температуры фазового разделения в смеси адгезионной композиции системы адгезионная композиция - вода.

(d) получение аппликационного материала с заданной температурой отлипания от субстрата (контактной поверхности) в водной среде посредством нанесения на выбранную пленку-подложку подобранного количества адгезионной композиции. При этом количество абсорбированной воды, требующейся для разделения фаз полученной адгезионной композиции при необходимой температуре, определяют из диаграммы температуры фазового разделения в смеси полученной адгезионной композиции с водой.

Метод отбора полимерных компонентов для использования в термопереключаемой, чувствительной к давлению адгезионной композиции, и способных служить в качестве компонентов стехиометрического полимер - олигомерного комплекса, включающего в себя: (а) выбор пленкообразующего полимера, обладающего подходящей НКТС; и (b) отбор олигомерного нековалентного сшивателя пленкообразующего полимера, содержащего комплементарные реакционно-способные функциональные группы на обоих концах своих коротких цепей, и способного образовывать стехиометрический водородно-связанный комплекс с по крайней мере одним избранным пленкообразующим полимером; и в которой количество пленкообразующего полимера превышает количество олигомерного нековалентного сшивателя.

Метод настройки температуры переключения, обеспечивающей резкий переход из липкого в нелипкое состояние термопереключаемой чувствительной к давлению адгезионной композиции на основе стехиометрического водородно-связанного комплекса гидрофильного пленкообразующего полимера с олигомерным нековалентным сшивателем.

Метод производства термопереключаемой чувствительной к давлению адгезионной композиции, включающий: (a) (i) отбор пленкообразующего полимера, обладающего необходимой величиной НКТС; (ii) выбор олигомерного нековалентного сшивателя, содержащего комплементарные реакционно-способные группы на обоих концах его коротких цепей, и способного образовывать стехиометрический водородно-связанный комплекс с по крайней мере одним из избранных пленкообразующих полимеров; и в которой содержание пленкообразующего полимера выше количества олигомерного нековалентного сшивателя; и (с) получение адгезионной композиции посредством смешения компонентов комплекса в растворе или в расплаве с последующей сушкой поливочного раствора или экструзией расплава,

Адгезионные композиции, получаемые способами по изобретению, обеспечивают ряд значительных преимуществ по сравнению с прототипом. В частности, эти композиции обеспечивают одно или более из следующих преимуществ: в сравнении с известными техническими решениями, они обладают необычайно сильной адгезией, удобны в обращении; их легко модифицировать в процессе получения, в силу чего такие свойства, как адгезия, температура переключения, когезионная прочность, абсорбция воды, прозрачность, и набухание можно регулировать и оптимизировать; их можно составлять так, что липкость будет увеличиваться или уменьшаться в присутствии влаги, в результате чего композиции, которые будут сначала не липкими до их увлажнения, и липкими в гидратированном состоянии ниже температуры переключения, снова станут нелипкими выше НКТС; они будут легко удаляться с поверхности кожи без боли и травмирования кожи, и не оставлять следов; выдерживать продолжительный период ношения или действия; и смогут обеспечивать устойчивое и контролируемое выделение различных активных веществ.

Композиция характеризуется тем, что адгезия возникает в результате образования стехиометрического комплекса между пленкообразующим НКТС-полимером и олигомерным нековалентным сшивателем. При этом наилучшая адгезия возникает в смесях пленкообразующего НКТС-полимера и олигомерного нековалентного сшивателя, в которых стехиометрический комплекс полностью сформирован.

Определения и терминология

Следует понимать, что, если не указано обратное, это изобретение не ограничивается конкретными полимерами, олигомерами, сшивающими агентами, добавками, процессами получения, или адгезионными продуктами. Должно быть также понятно, что используемая здесь терминология служит лишь для описания конкретных вариантов осуществления изобретения, и не ограничивается ими.

В описании и формуле настоящего изобретения используется следующая терминология, в соответствии с приведенными ниже определениями.

Формы единственного числа включают в себя и формы множественного числа за исключением тех случаев, когда из контекста совершенно очевидно следует обратное. Так, например, термин "гидрофильный полимер" означает не только единственный гидрофильный полимер, но также два или более гидрофильных полимера, которые могут быть, а могут и не быть смешаны в единую композицию. Термин "пластификатор" означает не только единственный пластификатор, но также два или более пластификатора, которые могут быть, а могут и не быть смешаны в единую композицию, и так далее.

"Гидрофобный" полимер абсорбирует только до 1 мас. % воды при 100% относительной влажности, тогда как "гидрофильные" полимеры поглощают по меньшей мере 1 мас. % воды при 100% относительной влажности.

"Водонабухающий" полимер способен абсорбировать воду в количестве, составляющем по крайней мере 50% от его собственной массы. Таким образом, водонабухающий полимер, весящий х грамм может абсорбировать по крайней мере 0.5х грамм воды, давая гидратированный полимер, весящий по крайней мере 1.5х грамм при весовом соотношении полимера к воде по крайней мере 3:1.

Термин "сшитый" здесь означает полимерную композицию, содержащую внутримолекулярные и/или межмолекулярные нековалентные связи. Нековалентное связывание включает водородное связывание, электростатическое связывание, и ионное связывание.

Термин "полимер", как он здесь используется, включает как линейный, так и разветвленный полимеры и гомополимеры, также как и сополимеры. Последние включают все типы сополимерных структур (например, блоксополимеры, чередующиеся сополимеры, статистические сополимеры, и т.д.), также как сополимеры "высшего порядка" (например, терполимеры). Соединения, упоминаемые здесь как "олигомеры", представляют собой полимеры, имеющие молекулярную массу ниже примерно 1000 г/моль, предпочтительно ниже примерно 800 г/моль.

Используемый термин "водонерастворимый" относится к полимеру, соединению или композиции, чья растворимость в воде, измеренная при 20°С меньше чем 5 мас. %, предпочтительно менее, чем 3 мас. %, и еще более предпочтительно менее чем 1 мас. %. Используемый термин "нерастворимый" относится к полимеру, соединению или композиции, чья растворимость в воде, полярных органических растворителях, и, возможно, неполярных органических растворителях, измеренная при 20°С, составляет менее чем 5 мас. %, предпочтительно менее чем 3 мас. %, и еще более предпочтительно менее чем 1 мас. %.

Используемый термин "гидрогель" в обычном смысле означает водонабухаемые полимерные матрицы, которые могут абсорбировать существенное количество воды с образованием упругих гелей, где "матрицы" представляют собой трехмерные сетки макромолекул, удерживаемых вместе ковалентными или нековалентными сшивками. После помещения в водное окружение, сухие гидрогели набухают до степени, позволяемой степенью сшивки.

Термин "гидрогелевая композиция" относится к композиции, содержащей гидрогель, или целиком состоящей из гидрогеля. В этом качестве, "гидрогелевые композиции" охватывают не только гидрогели сами по себе, но также композиции, содержащие гидрогель и один или более негидрогелевых компонентов, или композиций.

Термины "липкий" и "липкость" являются качественными. Однако, термины "по существу нелипкий", "слегка липкий", и "липкий", как они здесь используются, могут быть количественно охарактеризованы, используя величины, полученные с помощью методов определения липкости PKI, определения липкости TRBT, или определения липкости ЧДА /Polyken Probe (Solutia, Inc.). Используемый термин "по существу нелипкий" относится к композиции, имеющей величину липкости менее чем около 25 г-см/с, термин "слегка липкий" относится к композиции, имеющей величину липкости в диапазоне от около 25 г-см/с до около 100 г-см/с, и термин "липкий" относится к композиции, имеющей величину липкости по крайней мере 100 г-см/с.

Термин "пластификатор" используется в обычном смысле слова и обозначает соединение относительно малой молекулярной массы, которое смешивается с полимером или полимерной смесью и понижает их температуру стеклования и модуль упругости.

Термин "чувствительный к давлению адгезив" (ЧДА) относится к полимерным материалам, образующим прочную адгезионную связь с любой поверхностью при приложении очень небольшого внешнего давления (1-10 Па) в течение краткого периода времени (1-5 секунд).

Термин "биоадгезив" означает гидрогель, проявляющий чувствительную к давлению адгезию к чрезвычайно гидратированным биологическим тканям, таким как мукозальная биологическая ткань.

Термин «гидрофильный» и «гидрофобный» характеризует полярность химического вещества и его способность взаимодействовать с молекулами воды и растворяться в воде. Гидрофильные (от греч. "филео" - любить, имеющие положительное сродство к воде) вещества имеют полярную молекулу, включающую электроотрицательные атомы (кислород, азот, фосфор и др.). В результате отдельные атомы таких молекул также обретают частичные заряды и образуют водородные связи с молекулами воды. Примеры: сахара, аминокислоты, органические кислоты. Гидрофобные (от греч. "фобос" - страх, имеющие отрицательное сродство к воде) вещества неполярны и не смешиваются с полярным растворителем, каковым является вода, но хорошо растворимы в органических растворителях, например, в эфире. Примером могут служить углеводороды (бензин, керосин, парафин), животный жир, растительное масло.

Некоторые полимеры, несущие притягивающиеся группы, называются "умными", "разумными" или "чувствительными к стимулам", поскольку они демонстрируют критические явления, такие как, например, фазовые переходы, которые могут быть вызваны внешними стимулами: изменениями температуры, рН, сменой растворителя, ионным составом, электрическим и магнитным полями, светом и т.д.

Термин "термоотвечающий адгезив" дает определение адгезионным композициям, изменяющим прочность их адгезионной связи с изменением температуры.

Термин "термопереключаемый адгезив" обозначает термоотвечающий адгезив, обратимо изменяющий его адгезионную прочность.

Большинство синтетических макромолекул легче растворяются при нагревании, но некоторые водорастворимые полимеры осаждаются из раствора при нагревании. Это необычное свойство, называемое обратной температурно-зависимой растворимостью, характерно для полимеров, которые растворяются при охлаждении, и показывают фазовое разделение при нагревании выше температуры фазового перехода, известной как "нижняя критическая температура смешения (НКТС)".

Термин "нижняя критическая температура смешения (НКТС)" означает минимальную критическую температуру, ниже которой компоненты смеси совместимы, а выше которой они не смешиваются. Величина НКТС зависит лишь от структуры и молекулярной массы полимера. В противоположность этому, «критическая температура смешения (КТС)» является также функцией состава композиции полимер - растворитель. В зависимости от состава смеси, ниже КТС полимер растворим в растворителе, тогда как выше КТС полимер и растворитель не совместимы и образуют двухфазную смесь.

"Точка помутнения" раствора полимера, обладающего НКТС, представляет собой температуру, при которой начинается фазовый распад смеси и появляются две фазы, приводя к помутнению. Такое поведение типично для неионогенных поверхностно-активных веществ и полимеров, содержащих поли(алкил амидные) или полиоксиэтиленовые цепи, чье температурное поведение показывает обратимую растворимость в воде и, поэтому "затуманивание" в некоторой точке при подъеме температуры. Ниже НКТС испытуемый раствор должен быть прозрачным в слое толщиной 40 мм. Гель-фаза сначала обычно образуется с появлением белесого или молочного тумана (облака). Точкой помутнения является температура, при которой эта фаза начинает возникать.

Термин "комплекс" или "интерполимерный комплекс" относится к ассоциатам макромолекул двух или более комплементарных полимеров, которые образуются в результате притягательных взаимодействий между их функциональными группами.

Термин "стехиометрия" относится к пропорциям, в которых химические вещества вступают в химические реакции, или нековалентно связываются друг с другом. В этом смысле, "стехиометрический комплекс" означает комплекс определенного химического состава, в котором все компоненты комплекса соединены в строго определенной пропорции.

Стехиометрические полимер - олигомерные водородно-связанные комплексы образуются посредством механизма самосборки полимерных и олигомерных цепей в трехмерные сетчатые супрамолекулярные структуры. По существу, стехиометрический интерполимерный комплекс ведет себя как новое химическое вещество и проявляет свойства, нетипичные для исходных компонентов. Показано, что стехиометрический состав полимер - олигомерного комплекса задается длиной олигомерных цепей [A. Patel, D. Schlueter, М. Karakelle, Switchable tackiness coating compositions for ophthalmic implants, Patent Application WO 2002/019992; D. Ma, H. Chen, D. Shi, Z. Li, J. Wang, Preparation and characterization of thermo-responsive PGMS surfaces grafted with poly(N-isopropylacrylamide) by bemzophenone-initiated photopolymerization, J. Colloid Interface Sci. 2009, 332, 85-90]. Относительно длинноцепочечные олигомеры образуют существенно более редкие Н-связанные сетки, чем их короткоцепные аналоги.

Термин "когезия" относится к межмолекулярному взаимодействию между подобными или комплементарными, взаимодействующими макромолекулами. Движущая сила межмолекулярной когезии - водородное, электростатическое и/или ионное связывание между комплементарными макромолекулами. В полимерных композиционных материалах топологические зацепления длинных цепей служат дополнительным фактором, способствующим высокой силе когезии.

В интерполимерных комплексах высокая энергия когезии возникает благодаря формированию ионных, электростатических или водородных связей, сшивающих цепи полимера в трехмерную сетку. Водородное связывание существенно слабее, чем электростатическое или ионное связывание, тогда как ионные связи намного более слабы, чем ковалентные связи. Однако сравнительно слабые межмолекулярные связи имеют преимущество перед сильными ковалентными связями в отношении механической прочности и адгезии полимерных смесей. Будучи однажды разорванной, ковалентная связь неспособна к повторному восстановлению. Напротив, ионные, электростатические и водородные связи имеют временный характер и демонстрируют способность разрыва и воссоздания на новом месте под прилагаемым механическим напряжением или напряжением разрыва. В результате, вязкоупругая деформация и разрушение сеток ЧДА, вовлекающих ионное, электростатическое и водородное связывание, могут требовать затраты намного большей механической энергии, чем в ковалентно сшитых адгезионных композициях. Таким образом, непостоянный характер сравнительно более слабого межмолекулярного взаимодействия значительно способствует прочности адгезионных связей.

Интерполимерные комплексы - это нековалентно сшитые трехмерные сетки полимера (гели), получающиеся в результате ионного, электростатического или водородного связывания между комплементарными функциональными группами в их макромолекулах. Если оба комплементарных полимера содержат ионогенные функциональные группы, то их совместный продукт называют полиэлектролитным комплексом. Отличительная особенность "водородной связи" между протон-донорной и протон-акцепторной комплементарными группами заключается в том, что обе реакционно-способные группы и продукт их взаимодействия не несут электрического заряда. "Электростатическая связь" является взаимодействием протон-донорной и протон-акцепторной групп, которые первоначально не заряжены, но их взаимодействие сопровождается переносом протона и возникновением заряда. И, наконец, "ионная связь" является взаимодействием противоположно заряженных (катионной и анионной) групп с формированием ионной (солевой) связи.

Термин "свободный объем" полимера используется для определения незанятого или вакантного пространства, доступного для сегментального движения макромолекул. Свободный объем материала - разница между общим объемом и объемом, занимаемым ядром и вибрационными составляющими строительных блоков (атомов). В полимерной физике понятие свободного объема издавна используется для интерпретации и объяснения молекулярной подвижности макромолекул наряду с такими фундаментальными свойствами и величинами, как переход из высокоэластического состояния в стеклообразное, температура перехода стеклования, вязкоупругое поведение, адгезия и релаксация, диффузия, и другие транспортные свойства полимерных систем. Наряду с энергией межмолекулярной когезии, свободный объем - фактор, определяющий значения плотности энергии когезии (параметра растворимости) и параметра взаимодействия Флори-Хаггинса.

Желательно получить водонабухаемые, термопереключаемые, чувствительные к давлению адгезионные полимерные композиции (адгезионные гидрогели), которые способны формировать гомогенные пленки либо после полива раствора на защитный слой с последующей сушкой, или под внешним давлением, например, путем экструзии. Пленкообразующая способность требует, чтобы полимерная смесь была свободна от ковалентных сшивающих связей. Смешивание полимеров представляет удобный способ получения композиционных материал