Микрочастицы, характеризующиеся многомодальным распределением пор

Микрочастицы, характеризующиеся многомодальным распределением пор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственная заявка

НАСТОЯЩАЯ ЗАЯВКА ИСПРАШИВАЕТ ПРИОРИТЕТ СОГЛАСНО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ЗАЯВКЕ НА ПАТЕНТ США С РЕГИСТРАЦИОННЫМ НОМЕРОМ 61/863947, ПОДАННОЙ 9 АВГУСТА 2013 Г., КОТОРАЯ ПОЛНОСТЬЮ ВКЛЮЧЕНА В ДАННЫЙ ДОКУМЕНТ ПОСРЕДСТВОМ ССЫЛКИ НА НЕЕ.

Предпосылки создания изобретения

Пористые микрочастицы используют во многих случаях применения для широкого ряда предназначений. Например, микрочастицы часто применяют для доставки активных средств, таких как смягчающие средства, ароматизирующие средства, солнцезащитные средства, средства, отпугивающие насекомых, противомикробные средства, противовоспалительные средства, лекарственные соединения и т.д. Микрочастицы можно аналогично применять в качестве каркаса или основы для обеспечения клеточного роста и регенерации ткани. Независимо от конкретного применения, были предприняты различные попытки создания многомодального распределения пор в таких частицах для улучшения их функциональности. Например, в публикации патента США № 2011/0212179, выданном Liu, описывают применение многомодальных пористых микрочастиц в качестве каркасных структур. Микрочастицы содержат более крупные поры, имеющие размер от приблизительно 50 до 500 микрон, и более мелкие поры, имеющие размер менее 20 микрон. Аналогичная структура описана в патенте США № 6377198, выданном Levene, et al., в котором описывают пористый каркас, имеющий, главным образом, непрерывную полимерную фазу с высоко взаимосвязанным многомодальным распределением крупных и мелких пор круглой формы с диапазонами размеров, упомянутыми выше. Более крупные поры, как утверждается, обеспечивают достаточное открытое пространство для образования функциональной ткани в пределах каркаса, при этом более мелкие поры, как утверждается, образуют каналы между более крупными порами для улучшения контакта от клетки к клетке, проникновения питательных веществ и кислорода к клеткам, удаления метаболических отходов от клеток и поверхностного структурирования для способствования направленному росту клеток.

К сожалению, одна из проблем, свойственных таким пористым микрочастицам, заключается в том, что они образуются посредством весьма сложных и неэффективных технологических стадий. Например, микрочастицы по Liu образуются посредством способа, который включает образование однородного раствора базового полимера в смеси растворителей (например, 1,4-диоксана и воды), добавление макропористого буферного материала (например, NaCl) в раствор, резкое охлаждение капель раствора для отверждения базового полимера в форме частиц, извлечение частиц из устройства для резкого охлаждения и затем промывку макропористого буферного материала от частиц. В дополнение к необходимости осуществления множества стадий промывки, фильтрации, высушивания и т.д., такие методики также требуют применения летучих растворителей, что зачастую нежелательно.

В связи с этим в настоящее время существует потребность в улучшенной методике образования пористых микрочастиц.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения раскрывают микрочастицу, которая содержит полимерный материал. Полимерный материал образован из термопластичной композиции, содержащей непрерывную фазу, включающую матричный полимер. Добавка микровключения и добавка нановключения диспергированы в непрерывной фазе в форме дискретных доменов. Кроме того, в материале определяется поровая сеть, которая включает множество нанопор и микропор.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения раскрывают способ образования микрочастицы, который включает смешивание в расплаве матричного полимера, добавки микровключения и добавки нановключения с образованием термопластичной композиции, при этом композиция содержит дискретные домены добавки микровключения и добавки нановключения, диспергированные в непрерывной фазе, которая включает матричный полимер; образование полимерного материала из термопластичной композиции; растягивание полимерного материала с обеспечением поровой сети, которая содержит множество нанопор и микропор; а также преобразование растянутого полимерного материала в микрочастицу.

Другие признаки и аспекты настоящего изобретения более подробно рассматриваются ниже.

Краткое описание графических материалов

Полное и достаточное описание настоящего изобретения, включая наилучший способ его осуществления, предназначенное для специалиста в данной области техники, изложено ниже, в частности, в остальной части описания, в которой предусмотрены ссылки на соответствующие фигуры, на которых:

фиг. 1-2 представляют собой SEM-микрофотографии частиц из примера 1, где частицы показаны при 100X на фиг. 1 и при 1000X на фиг. 2;

фиг. 3-4 представляют собой SEM-микрофотографии невытянутой пленки из примера 2, где пленка была отрезана перпендикулярно машинному направлению на фиг. 3 и параллельно машинному направлению на фиг. 4;

фиг. 5-6 представляют собой SEM-микрофотографии вытянутой пленки из примера 2 (пленка была отрезана параллельно ориентации машинного направления);

фиг. 7-8 представляют собой SEM-микрофотографии невытянутой пленки из примера 3, где пленка была отрезана перпендикулярно машинному направлению на фиг. 7 и параллельно машинному направлению на фиг. 8; и

фиг. 9-10 представляют собой SEM-микрофотографии вытянутой пленки из примера 3 (пленка была отрезана параллельно ориентации машинного направления).

Повторяющееся использование ссылочных позиций в настоящем описании и графических материалах предназначено для представления одинаковых или аналогичных признаков или элементов настоящего изобретения.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

Определения

Применяемые в данном документе выражения “вводить”, “введение” и “при введении”, как правило, относятся к процессу доставки вещества субъекту, как например, без ограничения, посредством доставки легочным путем (например, ингаляция), через слизистую оболочку (например, интраназально), внутрикожным путем, внутривенным путем, внутриартериальным путем, интрабилиарным путем, внутриглазным путем, внутрикостным путем, внутримышечным путем и/или любым другим способом физической доставки, описанным в данном документе или известным из уровня техники. При лечении или контроле другим способом заболевания или его симптома введение вещества обычно осуществляется после появления заболевания или его симптомов. При предупреждении заболевания или его симптома введение вещества обычно осуществляется до начала заболевания или его появления симптомов. В некоторых вариантах осуществления такое введение приводит к приведению в контакт доставляемого вещества с целевым участком (например, тканью или органом).

Применяемые в данном документе выражения “контролировать”, “при контроле” и “контроль”, как правило, относятся к положительным эффектам, которые субъект получает от терапии, которая не приводит к излечению инфекции. В некоторых вариантах осуществления, например, субъекту вводят один или несколько типов терапевтических средств для контроля данного заболевания или одного или нескольких симптомов, связанных с ним, так, чтобы предотвратить развитие или усугубление хода заболевания.

Применяемое в данном документе выражение “субъект” может включать млекопитающее, например, не относящееся к приматам (например, коров, свиней, лошадей, кошек, собак, крыс, кроликов и т.д.), или примата (например, обезьяну и человека). В некоторых вариантах осуществления субъектом является человек.

Применяемые в данном документе выражения “образование ткани”, “формирование ткани”, “культивирование ткани” и “восстановление ткани” используют взаимозаменяемо и, как правило, они относятся к процессам или событиям, связанным с заживлением, ростом, возобновлением роста или изменением состояния тканей. Ткани могут включать, без ограничения, мышечные ткани, соединительные ткани, жировые ткани и нервные ткани. Дефекты тканей, подходящие для способов лечения и контроля, предусматриваемых в данном документе, могут включать, без ограничения, нарушения сердца, коронарных сосудов, кровеносных сосудов, спинного мозга, кости, хряща, сухожилия, связки, молочной железы, печени, желчного пузыря, желчного протока, поджелудочной железы, тканей желудочно-кишечного тракта, мочевыделительной системы, кожи, грыжи и зубных тканей субъекта.

Применяемые в данном документе выражения “лечить”, “лечение” и “при лечении”, как правило, относятся к ослаблению или уменьшению интенсивности развития, степени тяжести и/или продолжительности заболевания или его симптома.

Подробное описание

Далее будет представлено подробное описание со ссылками на различные варианты осуществления настоящего изобретения, один или несколько примеров которых приведены ниже. Каждый пример приведен для пояснения настоящего изобретения и не ограничивает его. В сущности, специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что по отношению к настоящему изобретению могут быть выполнены различные модификации и изменения без отклонения от объема или сущности настоящего изобретения. Например, признаки, показанные или описанные как часть одного варианта осуществления, могут быть использованы в другом варианте осуществления для получения еще одного варианта осуществления. Таким образом, имеется в виду, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, которые подпадают под объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.

Говоря в общем, настоящее изобретение направлено на микрочастицы, характеризующиеся многомодальным распределением пор по размеру, что может обеспечить ряд различных преимуществ в зависимости от конкретного применения. При применении, например, в качестве каркасной структуры, микропоры могут улучшать образование функциональной ткани в пределах каркаса, при этом нанопоры могут способствовать улучшению контакта от клетки к клетке, проникновению питательных веществ и кислорода к клеткам, удалению метаболических отходов от клеток и поверхностному структурированию для способствования направленному росту клеток. Многомодальное распределение пор может также улучшать динамику кровотока через частицы и вокруг частиц in vivo, а также снижать сопротивление кровотоку, степень турбулентности и перепады давления, вызванные частицами, и таким образом снижать градиенты перфузии и потенциальное образование кровяных сгустков (тромбообразование). Многомодальное распределение может также предусматривать участок для секвестрации клеток, адгезии, фиксации или дифференциации в микропорах, поддерживая при этом перфузию через частицы посредством либо микропор, либо нанопор.

Аналогично, при применении при доставке активных средств, микрочастицы могут обеспечить варьирование скорости доставки средства для определенного применения. Например, скорость потока активного средства обычно выше через микропоры, чем через нанопоры. Таким образом, присутствие различных классов по размерам пор может способствовать в создании профиля высвобождения, при котором часть активного средства может высвобождаться относительно быстро через микропоры, при этом другая часть средства может проходить более медленно через нанопоры так, что она доставляется в течение продолжительного периода времени. Однако поровая сеть не просто представляет собой комбинацию различных типов пор. Вместо этого, вследствие ее высокой степени сложности и общего объема пор поровая сеть может образовываться запутанным путем, за счет которого еще больше улучшается способность к регулируемой доставке активного средства в течение продолжительного периода времени.

Следует отметить, что уникальная поровая сеть по настоящему изобретению может быть образована без необходимости в сложных методиках и химических составах растворителей, традиционно применяемых для образования пористых микрочастиц. Вместо этого, микрочастицы содержат полимерный материал, который образован из термопластичной композиции, которую просто растягивают до определенной степени с обеспечением необходимой структуры поровой сети. Более конкретно, термопластичная композиция, применяемая для образования полимерного материала, содержит добавки микровключения и нановключения, диспергированные в непрерывной фазе, которая включает матричный полимер. Добавки обычно выбирают таким образом, чтобы они были частично несовместимы (например, имели различный модуль упругости) с матричным полимером. Подобным образом, добавки микровключения и нановключения могут стать диспергированными в непрерывной фазе в виде дискретных микроразмерных и наноразмерных фазовых доменов, соответственно. При деформационном растяжении на доменах и вокруг доменов могут образовываться области концентрации напряжений, расположение которых зависит от конкретной природы добавок. Например, если добавки включения имеют более высокий модуль, чем матричный полимер, области максимальной концентрации напряжений расположены на полюсах доменов и ориентированы в направлении прикладываемого усилия. Области концентрации напряжений, созданные добавкой микровключения, могут перекрывать те, которые созданы добавкой нановключения. Таким образом, может происходить резкое увеличение локальных напряжений (т. е. усиление напряжений) на границах включений и вокруг них, при этом меньшие добавки нановключения расположены в областях концентрации напряжений добавок микровключения, проявляющих наибольшее усиление напряжений. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что это явление усиления напряжений может инициировать контролируемый и последовательный процесс нарушения адгезии и образования пор на добавках включения или вокруг них, начиная с меньших доменов нановключения, проявляющих наибольшее усиление напряжений, и с передачей на более крупные домены микровключения по мере увеличения прилагаемого извне усилия. Кроме того, поскольку поры расположены вплотную к дискретным доменам, между границами пор может быть образован мостик, функционирующий в качестве внутренних структурных креплений, способствующих предотвращению сжатия пор.

Последовательный характер, при котором может инициироваться образование пор, обеспечивает образование поровой сети с необходимым многомодальным распределением. Например, на доменах микровключения и/или вокруг них может быть образовано множество микропор, имеющих средний размер поперечного сечения (например, ширину или диаметр) от приблизительно 0,5 до приблизительно 30 микрометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 20 микрометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 микрометров до приблизительно 15 микрометров. Кроме того, на вторых доменах и/или вокруг них может быть образовано множество нанопор, имеющих средний размер поперечного сечения (например, ширину или диаметр) от приблизительно 1 до приблизительно 500 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 450 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 400 нанометров. Следует понимать, что множество подтипов пор может находиться в общих диапазонах, приведенных выше. В некоторых вариантах осуществления, например, могут образоваться первые нанопоры, которые имеют средний размер поперечного сечения от приблизительно 50 до приблизительно 500 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 60 до приблизительно 450 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 400 нанометров, при этом могут образоваться вторые нанопоры, которые имеют средний размер поперечного сечения от приблизительно 1 до приблизительно 50 нанометров, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 45 нанометров и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 40 нанометров.

Микропоры и/или нанопоры могут иметь любую правильную или неправильную форму, например, сферическую, удлиненную и т.д., и могут также иметь соотношение сторон (отношение осевого размера к размеру поперечного сечения) от приблизительно 1 до приблизительно 30, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,1 до приблизительно 15 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,2 до приблизительно 5. Средний процентный объем, занимаемый микропорами и нанопорами внутри заданного единичного объема материала, может также составлять от приблизительно 15% до приблизительно 80% на см³, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20% до приблизительно 70% и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 30% до приблизительно 60% на кубический сантиметр материала. В определенных случаях нанопоры могут присутствовать в относительно высоком количестве. Например, нанопоры могут составлять от приблизительно 15 об.% до приблизительно 99 об.%, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 20 об.% до 95 об.% и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 40 об.% до приблизительно 90 об.% от общего объема пор в полимерном материале. Аналогично, микропоры могут составлять от приблизительно 1 об.% до приблизительно 85 об. %, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 об.% до 80 об.% и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 об.% до приблизительно 60 об.% от общего объема пор в полимерном материале.

Поры (например, микропоры, нанопоры или и те, и другие) также могут распределяться практически однородным образом по всему материалу. Например, поры могут быть распределены колонками, ориентированными в направлении, обычно перпендикулярном направлению, в котором прилагается усилие. Эти колонки, как правило, могут быть параллельными друг другу по всей ширине материала. Не ограничиваясь теорией, полагают, что наличие такой однородно распределенной поровой сети может еще больше улучшать характеристики микрочастиц, как например, посредством улучшения их способности к регулируемому высвобождению активного средства.

Далее будут более подробно описаны различные варианты осуществления настоящего изобретения.

I. Термопластичная композиция

A. Матричный полимер

Как указано выше, термопластичная композиция содержит непрерывную фазу, в которой диспергированы добавки микровключения и нановключения. Непрерывная фаза содержит один или несколько матричных полимеров, которые обычно составляют от приблизительно 60 вес.% до приблизительно 99 вес.%, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 75 вес.% до приблизительно 98 вес.% и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 80 вес.% до приблизительно 95 вес.% термопластичной композиции. Природа матричного полимера(полимеров), используемого для образования непрерывной фазы, не имеет решающего значения и обычно можно применять любой подходящий полимер, такой как сложные полиэфиры, полиолефины, стирольные полимеры, полиамиды и т.д. В определенных вариантах осуществления в композиции для образования полимерной матрицы можно применять, например, сложные полиэфиры. Как правило, можно применять любой из ряда сложных полиэфиров, таких как сложные алифатические полиэфиры, такие как поликапролактон, сложные полиамидоэфиры, полимолочная кислота (PLA) и ее сополимеры, полигликолевая кислота, полиалкиленкарбонаты (например, полиэтиленкарбонат), поли-3-гидроксибутират (PHB), поли-3-гидроксивалерат (PHV), сополимеры поли-3-гидроксибутирата и 4-гидроксибутирата, поли-3-гидроксибутирата и 3-гидроксивалерата (PHBV), сополимер поли-3-гидроксибутирата и 3-гидроксигексаноата, сополимер поли-3-гидроксибутирата и 3-гидроксиоктаноата, сополимер поли-3-гидроксибутирата и 3-гидроксидеканоата, сополимер поли-3-гидроксибутирата и 3-гидроксиоктадеканоата и алифатические полимеры на основе сукцината (например, полибутиленсукцинат, полибутиленсукцинат адипат, полиэтиленсукцинат и т.д.); сложные алифатическо-ароматические coполиэфиры (например, полибутиленадипаттерефталат, полиэтиленадипаттерефталат, полиэтиленадипатизофталат, полибутиленадипатизофталат и т.д.); сложные ароматические полиэфиры (например, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и т.д.) и так далее.

В определенных случаях термопластичная композиция может содержать по меньшей мере один сложный полиэфир, который является жестким по природе и, следовательно, имеет относительно высокую температуру стеклования. Например, температура стеклования (“T_g”) может составлять приблизительно 0°C или больше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5°C до приблизительно 100°C, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 30°C до приблизительно 80°C и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50°C до приблизительно 75°C. Сложный полиэфир может также иметь температуру плавления от приблизительно 140°C до приблизительно 300°C, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 150°C до приблизительно 250°C и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 160°C до приблизительно 220°C. Температуру плавления можно определять с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (“DSC”) в соответствии с ASTM D-3417. Температуру стеклования можно определять динамическим механическим анализом в соответствии с ASTM E1640-09.

Одним особенно подходящим жестким сложным полиэфиром является полимолочная кислота, которая обычно может быть получена из мономерных блоков любого изомера молочной кислоты, такого как левовращающая молочная кислота (“L-молочная кислота”), правовращающая молочная кислота (“D-молочная кислота”), мезо-молочная кислота или их смеси. Мономерные блоки могут также быть образованы из ангидридов любого изомера молочной кислоты, включая L-лактид, D-лактид, мезо-лактид или их смеси. Можно также использовать циклические димеры таких молочных кислот и/или лактидов. Для полимеризации молочной кислоты можно применять любой известный способ полимеризации, такой как поликонденсация или полимеризация с раскрытием цикла. Можно также применять небольшое количество средства для удлинения цепи (например, диизоцианатного соединения, эпоксидного соединения или ангидрида кислоты). Полимолочная кислота может быть гомополимером или сополимером, например, содержащим мономерные блоки, полученные из L-молочной кислоты, и мономерные блоки, полученные из D-молочной кислоты. Хотя этого и не требуется, степень содержания одного из мономерных блоков, полученных из L-молочной кислоты, и мономерных блоков, полученных из D-молочной кислоты, составляет предпочтительно приблизительно 85 мол.% или больше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 90 мол.% или больше и в некоторых вариантах осуществления приблизительно 95 мол.% или больше. Можно смешивать несколько полимолочных кислот, каждая из которых имеет различное соотношение между мономерным блоком, полученным из L-молочной кислоты, и мономерным блоком, полученным из D-молочной кислоты, при произвольном процентном содержании. Естественно, полимолочную кислоту можно также смешивать с другими типами полимеров (например, полиолефинами, сложными полиэфирами и т.д.).

В одном конкретном варианте осуществления полимолочная кислота имеет следующую общую структуру:

Одним конкретным примером подходящего полимера полимолочной кислоты, который можно применять в настоящем изобретении, является коммерчески доступный от Biomer, Inc., Крайлинг, Германия) под названием BIOMER™ L9000. Другие подходящие полимеры полимолочной кислоты коммерчески доступны от Natureworks LLC, Миннетонка, Миннесота (NATUREWORKS®) или Mitsui Chemical (LACEA™). Еще одни подходящие полимолочные кислоты описаны в патентах США №№ 4797468; 5470944; 5770682; 5821327; 5880254 и 6326458.

Полимолочная кислота обычно имеет среднечисловую молекулярную массу (“M_n”) в диапазоне от приблизительно 40000 до приблизительно 180000 грамм на моль, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 50000 до приблизительно 160000 грамм на моль и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 80000 до приблизительно 120000 грамм на моль. Аналогично, полимер также обычно имеет среднемассовую молекулярную массу (“M_w”) в диапазоне от приблизительно 80000 до приблизительно 250000 грамм на моль, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100000 до приблизительно 200000 грамм на моль и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 110000 до приблизительно 160000 грамм на моль. Отношение среднемассовой молекулярной массы к среднечисловой молекулярной массе (“M_w/M_n”), т.е. “коэффициент полидисперсности”, также является достаточно низким. Например, коэффициент полидисперсности обычно варьирует в диапазоне от приблизительно 1,0 до приблизительно 3,0, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,1 до приблизительно 2,0 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1,2 до приблизительно 1,8. Среднемассовую и среднечисловую молекулярные массы можно определять способами, известными специалистам в данной области.

Полимолочная кислота может также иметь кажущуюся вязкость от приблизительно 50 до приблизительно 600 паскаль-секунда (Па·с), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 100 до приблизительно 500 Па·с и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 200 до приблизительно 400 Па·с, определенную при температуре 190°C и скорости сдвига в 1000 сек^-1. Показатель текучести расплава полимолочной кислоты (на сухое вещество) может также варьировать в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 40 грамм за 10 минут, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 20 грамм за 10 минут и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 15 грамм за 10 минут, определенный при нагрузке 2160 грамм и при 190°C.

Некоторые типы чистых сложных полиэфиров (например, полимолочная кислота) могут поглощать воду из окружающей среды так, что содержание влаги в них составляет от приблизительно 500 до 600 частей на миллион (“ppm”) или даже выше, исходя из сухого веса исходной полимолочной кислоты. Содержание влаги можно определять с помощью ряда способов, известных из уровня техники, например, в соответствии с ASTM D 7191-05, как описано ниже. Поскольку присутствие воды во время переработки расплава может гидролитически разрушать сложный полиэфир и снижать его молекулярную массу, иногда желательно высушивать сложный полиэфир перед смешиванием. В большинстве вариантов осуществления, например, желательно, чтобы содержание влаги в сложном полиэфире составляло приблизительно 300 частей на миллион ("ppm") или меньше, в некоторых вариантах осуществления приблизительно 200 ppm или меньше, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 100 ppm перед смешиванием с добавками микровключения и нановключения. Высушивание сложного полиэфира может проходить, например, при температуре от приблизительно 50°C до приблизительно 100°C и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 70°C до приблизительно 80°C.

B. Добавка микровключения

Используемое в данном документе выражение “добавка микровключения”, как правило, относится к любому аморфному, кристаллическому или полукристаллическому материалу, который способен диспергироваться в полимерной матрице в форме дискретных доменов микроразмерного размера. Например, перед растягиванием домены могут иметь средний размер поперечного сечения от приблизительно 0,05 мкм до приблизительно 30 мкм, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,1 мкм до приблизительно 25 мкм, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 мкм до приблизительно 20 мкм и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 мкм до приблизительно 10 мкм. Выражение “размер поперечного сечения”, как правило, относится к характеристическому размеру (например, ширине или диаметру) домена, который практически перпендикулярен его главной оси (например, длине) и также обычно практически перпендикулярен направлению напряжения, прилагаемого во время растягивания. Хотя они, как правило, образуются из добавки микровключения, следует также понимать, что микроразмерные домены также могут образовываться из комбинации добавок микровключения и нановключения и/или других компонентов композиции.

Добавка микровключения, как правило, является полимерной по природе и характеризуется относительно высокой молекулярной массой для содействия улучшению прочности расплава и устойчивости термопластичной композиции. Как правило, полимер микровключения в целом может быть несмешиваемым с матричным полимером. Таким образом, добавка может стать более диспергированной в виде дискретных фазовых доменов в непрерывной фазе матричного полимера. Дискретные домены способны поглощать энергию, являющуюся результатом воздействия внешней силы, что увеличивает общее сопротивление разрыву и прочность получаемого в результате материала. Домены могут иметь ряд различных форм, таких как эллиптическая, сферическая, цилиндрическая, пластинчатая, трубчатая и т.д. В одном варианте осуществления, например, домены имеют, по сути, эллиптическую форму. Физический размер отдельного домена обычно достаточно мал, чтобы минимизировать распространение трещин по полимерному материалу при приложении внешнего усилия, но достаточно велик, чтобы инициировать микроскопическую пластическую деформацию и допустить образование зон интенсивности сдвига и/или усилия на включениях частиц и вокруг них.

Хотя полимеры могут быть несмешиваемыми, тем не менее, можно выбрать добавку микровключения, характеризующуюся параметром растворимости, который является относительно подобным таковому у матричного полимера. Это может улучшить совместимость между поверхностями и физическое взаимодействие границ дискретной и непрерывной фаз, и тем самым снижает вероятность разрушения композиции. В связи с этим, отношение параметра растворимости для матричного полимера к таковому у добавки составляет, как правило, от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,5 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,8 до приблизительно 1,2. Например, добавка микровключения может характеризоваться параметром растворимости от приблизительно 15 до приблизительно 30 МДж^1/2/м^3/2 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 18 до приблизительно 22 МДж^1/2/м^3/2, при этом полимолочная кислота может характеризоваться параметром растворимости приблизительно 20,5 МДж^1/2/м^3/2. Выражение “параметр растворимости” при использовании в данном документе относится к “параметру растворимости Гильдебранда”, который представляет собой квадратный корень из плотности энергии когезии и вычисляется согласно следующему уравнению:

,

где

∆H_υ = теплота испарения,

R = постоянная идеального газа,

T = температура,

V_m = молекулярный объем.

Параметры растворимости Гильдебранда для многих полимеров также доступны из Solubility Handbook of Plastics, Wyeych (2004), которая включена в данный документ посредством ссылки.

Добавка микровключения может также иметь определенный показатель текучести расплава (или вязкость) для того, чтобы обеспечить достаточную поддержку дискретных доменов и полученных пор. Например, если показатель текучести расплава добавки слишком высок, она проявляет склонность к нерегулируемому растеканию и диспергированию по непрерывной фазе. Это приводит к слоистым, пластинчатым доменам или совместным с непрерывной фазой структурам, которые сложно поддерживать и которые также склонны к преждевременному разрушению. Наоборот, если показатель текучести расплава добавки слишком низок, она склонна к комкованию и образованию очень больших эллиптических доменов, которые трудно диспергировать при перемешивании. Это может вызвать неравномерное распределение добавки по всей непрерывной фазе. В связи с этим, авторы настоящего изобретения обнаружили, что отношение показателя текучести расплава добавки микровключения к показателю текучести расплава матричного полимера составляет, как правило, от приблизительно 0,2 до приблизительно 8, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 6 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 1 до приблизительно 5. Добавка микровключения может, например, иметь показатель текучести расплава от приблизительно 0,1 до приблизительно 250 грамм на 10 минут, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 0,5 до приблизительно 200 грамм на 10 минут и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 150 грамм на 10 минут, определенный при нагрузке 2160 грамм и при 190°C.

Помимо упомянутых выше свойств для обеспечения желаемой поровой сети можно также выбирать механические характеристики добавки микровключения. Например, если смесь матричного полимера и добавки микровключения наносить с внешним усилием, можно инициировать концентрации напряжений (например, включая нормальные или сдвиговые напряжения) и зоны выделения сдвига и/или пластической деформации на дискретных фазовых доменах и вокруг них в результате концентрации напряжений, которые возникают из разницы в модулях упругости добавки и матричного полимера. Большие концентрации напряжений вызывают более интенсивную локализованную пластическую деформацию на доменах, что позволяет им становиться значительно удлиненными при приложении усилий. Эти удлиненные домены могут позволить композиции проявлять более гибкое и мягкое поведение, чем матричный полимер, например, когда он является жесткой полиэфирной смолой. Для усиления концентраций напряжения добавку микровключения можно выбрать так, чтобы она имела относительно низкий модуль упругости Юнга по сравнению с матричным полимером. Например, отношение модуля упругости матричного полимера к таковому у добавки составляет, как правило, от приблизительно 1 до приблизительно 250, в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 100 и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 2 до приблизительно 50. Модуль упругости добавки микровключения может, например, варьировать в диапазоне от приблизительно 2 до приблизительно 1000 мегапаскаль (МПа), в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 5 до приблизительно 500 МПа и в некоторых вариантах осуществления от приблизительно 10 до приблизительно 200 МПа. Напротив, модуль упругости полимолочной кислоты, например, составляет, как правило, от приблизительно 800 МПа до приблизительно 3000 МПа.

Хотя можно применять широкий ряд добавок микровключения, имеющих определенные выше свойства, особенно подходящие примеры таких добавок могут включать синтетические полимеры, такие как полиолефины (например, полиэтилен, полипропилен, полибутилен и т.д.); стирольные сополимеры (например, стирол-бутадиен-стирол, стирол-изопрен-стирол, стирол-этилен-пропилен-стирол, стирол-этилен-бутадиен-стирол и т.д.); политетрафторэтилены; полиэфиры (например, рециклизованный сложный полиэфир, полиэтилентерефталат и т.д.); поливинилацетаты (например, полиэтиленвинилацетат, поливинилхлорид ацетат и т.д.); поливиниловые спирты (например, поливиниловый спирт, полиэтиленвиниловый спирт и т.д.); поливинилбутирали; акриловые смолы (например, полиакрилат, полиметилакрилат, полиметилметакрилат и т.д.); полиамиды (например, нейлон); поливинилхлориды; поливинилиденхлориды; полистиролы; полиуретаны и т.д. Подходящие полиолефины могут, например, включать этиленовые полимеры (например, полиэтилен низкой плотности (“LDPE”), полиэтилен высокой плотности (“HDPE”), линейный полиэтилен низкой плотности (“LLDPE”) и т.д.), гомополимеры пропилена (например, синдиотактический, атактический, изотактический и т.д.), сополимеры пропилена и так далее.

В одном конкретном варианте осуществления полимер представляет собой полимер пропилена, такой как гомополипропилен или со