Crystallization and properties of poly(ethylene terephtalate) copolymers containing 5-tert-butyl isophtalic units

The influence of incorporating 5-tert-butyl isophthalic units (tBI) in the polymer chain of poly(ethylene terephthalate) (PET) on the crystallization behavior, crystal structure, and tensile and gas transport properties of this polyester was evaluated. Random poly(ethyleneterephthalate-co-5-tert-butyl isophthalate) copolyesters (PETtBI) containing between 5 and 40 mol% of tBI units were examined. Isothermal crystallization studies were performed on amorphous glassy films at 120 8C and on molten samples at 200 8C by means of differential scanning calorimetry. Furthermore, the non-isothermal crystallization behavior of the copolyesters was investigated. It was observed that both crystallinity and crystallization rate of the PETtBI copolyesters tend to decrease largely with the comonomeric content, except for the copolymer containing 5 mol% of tBI units, which crystallized faster than PET. Fiber X-ray diffraction patterns of the semicrystalline PETtBI copolyesters proved that they adopt the same triclinic crystal structure as PET with the comonomeric units being excluded from the crystalline phase. Although PETtBI copolyesters became brittle for higher contents in tBI, the tensile modulus and strength of PET were barely affected by copolymerization. The ncorporation of tBI units slightly increased the permeability of PET, but copolymers containing up to 20 mol% of the comonomeric units were still able to present barrier properties.

Synthesis and NMR characterization of aliphatic-aromatic copolyesters by reaction of poly(ethylene terephthalate) post-consumer and poly(ethylene adipate)

An aliphatic-aromatic copolyester of poly(ethylene terephthalate), PET, and poly(ethylene adipate), PEA, PET-co-PEA, was synthesized by the high temperature melt reaction of post-consumer PET and PEA. As observed by NMR spectroscopy, the reaction yielded random copolyesters in a few minutes through ester-interchange reactions, even without added catalyst. The copolyesters obtained in the presence of a catalyst presented higher intrinsic viscosity than that obtained without the addition of catalyst, due to simultaneous polycondensation and ester-interchange reactions. The structure of the aliphatic-aromatic copolyesters obtained in different PET/PEA ratio is random as observed by NMR analysis.

Micro- and nanostructuring of poly(ethylene-2,6-naphthalate) surfaces, for biomedical applications, using polymer replication techniques

Here we investigate the formation of superficial micro- and nanostructures in poly(ethylene-2,6-naphthalate) (PEN), with a view to their use in biomedical device applications, and compare its performance with a polymer commonly used for the fabrication of these devices, poly(methyl methacrylate) (PMMA). The PEN is found to replicate both micro- and nanostructures in its surface, albeit requiring more forceful replication conditions than PMMA, producing a slight increase in surface hydrophilicity. This ability to form micro/nanostructures, allied to biocompatibility and good optical transparency, suggests that PEN could be a useful material for production of, or for incorporation into, transparent devices for biomedical applications. Such devices will be able to be autoclaved, due to the polymer's high temperature stability, and will be useful for applications where forceful experimental conditions are required, due to a superior chemical resistance over PMMA.

Síntese e caracterização de dispersões aquosas de poliuretanos à base de copolímeros em bloco de poli(glicol etilênico) e poli(glicol propilênico)

Non-polluting polyurethane aqueous dispersions, with 40% of solids content, were synthesized based on block copolymers of poly(ethylene glycol) and poly(propylene glycol) (PEG-b-PPG), with PEG hydrophilic segments content of 7 and 25%, poly(propylene glycol) (PPG), dimethylolpropionic acid (DMPA), isophorone diisocyanate (IPDI), and hydrazine. Different formulations were synthesized by varying the equivalent-grams ratios between isocyanate and hydroxyl groups (NCO/OH) and PPG and (PEG-b-PPG). The presence of high amounts of PEG in the formulations provoked the formation of gels. Average particle size and viscosity of the dispersions were determined. Mechanical properties and water absorption resistance of cast films were evaluated.

Effect of the structure of commercial poly(ethylene oxide-b-propylene oxide) demulsifier bases on the demulsification of water-in-crude oil emulsions: elucidation of the demulsification mechanism

Water-in-crude oil emulsions are formed during petroleum production and asphaltenes play an important role in their stabilization. Demulsifiers are added to destabilize such emulsions,however the demulsification mechanism is not completely known. In this paper, the performances of commercial poly(ethylene oxide-b-propylene oxide) demulsifiers were studied using synthetic water-in-oil emulsions and model-systems (asphaltenes in organic solvent). No change in the asphaltene aggregate size induced by the demulsifier was observed. The demulsification performance decreased as the asphaltene aggregate size increased, so it can be suggested that the demulsification mechanism is correlated to the voids between the aggregates adsorbed on the water droplets surface.

Poly(ethylene-co-methyl acrylate)/poly(caprolactone) triol blends for drug delivery systems: characterization and drug release

Poly(ethylene-co-methyl acrylate) (EMA) and poly (caprolactone) triol (PCL-T) blends, a biodegradable aliphatic polyester with low molecular weight and moderate water solubility containing diltiazem hydrochloride (DZ) were studied in terms of the thermal and morphological properties, and drug release mechanism. An increase in the PCL-T content in the EMA/PCL-T/DZ films decreased the degree of DZ crystallinity. Drug release from these films is temperature-dependent, and it is possible to modify the drug release rate by adjusting the EMA/PCL-T composition of the blends. The mechanism of drug release is governed by PCL-T melting and PCL-T leaching from EMA matrix.

Polysaccharide-based Polyion Complex Micelles as New Delivery Systems for Hydrophilic Cationic Drugs

Les micelles polyioniques ont émergé comme des systèmes prometteurs de relargage de médicaments hydrophiles ioniques. Le but de cette étude était le développement des micelles polyioniques à base de dextrane pour la relargage de médicaments hydrophiles cationiques utilisant une nouvelle famille de copolymères bloc carboxymethyldextran-poly(éthylène glycol) (CMD-PEG). Quatre copolymères CMD-PEG ont été préparés dont deux copolymères identiques en termes de longueurs des blocs de CMD et de PEG mais différent en termes de densité de charges du bloc CMD; et deux autres copolymères dans lesquels les blocs chargés sont les mêmes mais dont les blocs de PEG sont différents. Les propriétés d’encapsulation des micelles CMD-PEG ont été évaluées avec différentes molécules cationiques: le diminazène (DIM), un médicament cationique modèle, le chlorhydrate de minocycline (MH), un analogue semi-synthétique de la tétracycline avec des propriétés neuro-protectives prometteuses et différents antibiotiques aminoglycosidiques. La cytotoxicité des copolymères CMD-PEG a été évaluée sur différentes lignées cellulaires en utilisant le test MTT et le test du Bleu Alamar. La formation de micelles des copolymères de CMD-PEG a été caractérisée par différentes techniques telles que la spectroscopie RMN 1H, la diffusion de la lumière dynamique (DLS) et la titration calorimétrique isotherme (ITC). Le taux de relargage des médicaments et l’activité pharmacologique des micelles contenant des médicaments ont aussi été évalués. Les copolymères CMD-PEG n'ont induit aucune cytotoxicité dans les hépatocytes humains et dans les cellules microgliales murines (N9) après 24 h incubation pour des concentrations allant jusqu’à 15 mg/mL. Les interactions électrostatiques entre les copolymères de CMD-PEG et les différentes drogues cationiques ont amorcé la formation de micelles polyioniques avec un coeur composé du complexe CMD-médicaments cationiques et une couronne composée de PEG. Les propriétés des micelles DIM/CMDPEG ont été fortement dépendantes du degré de carboxyméthylation du bloc CMD. Les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation du bloc CMD ≥ 60 %, ont incorporé jusqu'à 64 % en poids de DIM et ont résisté à la désintégration induite par les sels et ceci jusqu'à 400 mM NaCl. Par contre, les micelles de CMD-PEG de degré de carboxyméthylation ~ 30% avaient une plus faible teneur en médicament (~ 40 % en poids de DIM) et se désagrégeaient à des concentrations en sel inférieures (∼ 100 mM NaCl). Le copolymère de CMD-PEG qui a montré les propriétés micellaires les plus satisfaisantes a été sélectionné comme système de livraison potentiel de chlorhydrate de minocycline (MH) et d’antibiotiques aminoglycosidiques. Les micelles CMD-PEG encapsulantes de MH ou d’aminoglycosides ont une petite taille (< 200 nm de diamètre), une forte capacité de chargement (≥ 50% en poids de médicaments) et une plus longue période de relargage de médicament. Ces micelles furent stables en solution aqueuse pendant un mois; après lyophilisation et en présence d'albumine sérique bovine. De plus, les micelles ont protégé MH contre sa dégradation en solutions aqueuses. Les micelles encapsulant les drogues ont maintenu les activités pharmacologiques de ces dernières. En outre, les micelles MH réduisent l’inflammation induite par les lipopolysaccharides dans les cellules microgliales murines (N9). Les micelles aminoglycosides ont été quant à elles capable de tuer une culture bactérienne test. Toutefois les micelles aminoglycosides/CMDPEG furent instables dans les conditions physiologiques. Les propriétés des micelles ont été considérablement améliorées par des modifications hydrophobiques de CMD-PEG. Ainsi, les micelles aminoglycosides/dodecyl-CMD-PEG ont montré une taille plus petite et une meilleure stabilité aux conditions physiologiques. Les résultats obtenus dans le cadre de cette étude montrent que CMD-PEG copolymères sont des systèmes prometteurs de relargage de médicaments cationiques.

Poly(ethylene-co-acrylic acid) random copolymers : amphiphilic properties and self-assembly in aqueous medium

Les travaux de recherche présentés ici avaient pour objectif principal la synthèse de copolymères statistiques à base d’éthylène et d’acide acrylique (AA). Pour cela, la déprotection des groupements esters d’un copolymère statistique précurseur, le poly(éthylène-co-(tert-butyl)acrylate), a été effectuée par hydrolyse à l’aide d’iodure de triméthylsilyle. La synthèse de ce précurseur est réalisée par polymérisation catalytique en présence d’un système à base de Palladium (Pd). Le deuxième objectif a été d’étudier et de caractériser des polymères synthétisés à l’état solide et en suspension colloïdale. Plusieurs copolymères précurseurs comprenant différents pourcentages molaires en tert-butyl acrylate (4 à 12% molaires) ont été synthétisés avec succès, puis déprotégés par hydrolyse pour obtenir des poly(éthylène-coacide acrylique) (pE-co-AA) avec différentes compositions. Seuls les copolymères comprenant 10% molaire ou plus de AA sont solubles dans le Tétrahydrofurane (THF) et uniquement dans ce solvant. De telles solutions peuvent être dialysées dans l’eau, ce qui conduit à un échange lent entre cette dernière et le THF, et l’autoassemblage du copolymère dans l’eau peut ensuite être étudié. C’est ainsi qu’ont pu être observées des nanoparticules stables dans le temps dont le comportement est sensible au pH et à la température. Les polymères synthétisés ont été caractérisés par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) ainsi que par spectroscopie Infra-Rouge (IR), avant et après déprotection. Les pourcentages molaires d’AA ont été déterminés par combinaison des résultats de RMN et ii de titrages conductimètriques. A l’état solide, les échantillons ont été analysés par Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et par Diffraction des rayons X. Les solutions colloïdales des polymères pE-co-AA ont été caractérisées par Diffusion dynamique de la lumière et par la DSC-haute sensibilité. De la microscopie électronique à transmission (TEM) a permis de visualiser la forme et la taille des nanoparticules.

Nanostructure des particules polymériques : aspects physiques, chimiques et biologiques

Les nanotechnologies appliquées aux sciences pharmaceutiques ont pour but d’améliorer l’administration de molécules actives par l’intermédiaire de transporteurs nanométriques. Parmi les différents types de véhicules proposés pour atteindre ce but, on retrouve les nanoparticules polymériques (NP) constituées de copolymères “en bloc”. Ces copolymères permettent à la fois l’encapsulation de molécules actives et confèrent à la particule certaines propriétés de surface (dont l’hydrophilicité) nécessaires à ses interactions avec les milieux biologiques. L’architecture retenue pour ces copolymères est une structure constituée le plus fréquemment de blocs hydrophiles de poly(éthylène glycol) (PEG) associés de façon linéaire à des blocs hydrophobes de type polyesters. Le PEG est le polymère de choix pour conférer une couronne hydrophile aux NPs et son l’efficacité est directement liée à son organisation et sa densité de surface. Néanmoins, malgré les succès limités en clinique de ces copolymères linéaires, peu de travaux se sont attardés à explorer les effets sur la structure des NPs d’architectures alternatives, tels que les copolymères en peigne ou en brosse. Durant ce travail, plusieurs stratégies ont été mises au point pour la synthèse de copolymères en peigne, possédant un squelette polymérique polyesters-co-éther et des chaines de PEG liées sur les groupes pendants disponibles (groupement hydroxyle ou alcyne). Dans la première partie de ce travail, des réactions d’estérification par acylation et de couplage sur des groupes pendants alcool ont permis le greffage de chaîne de PEG. Cette méthode génère des copolymères en peigne (PEG-g-PLA) possédant de 5 à 50% en poids de PEG, en faisant varier le nombre de chaînes branchées sur un squelette de poly(lactique) (PLA). Les propriétés structurales des NPs produites ont été étudiées par DLS, mesure de charge et MET. Une transition critique se situant autour de 15% de PEG (poids/poids) est observée avec un changement de morphologie, d’une particule solide à une particule molle (“nanoagrégat polymére”). La méthode de greffage ainsi que l’addition probable de chaine de PEG en bout de chaîne principale semblent également avoir un rôle dans les changements observés. L’organisation des chaînes de PEG-g-PLA à la surface a été étudiée par RMN et XPS, méthodes permettant de quantifier la densité de surface en chaînes de PEG. Ainsi deux propriétés clés que sont la résistance à l’agrégation en conditions saline ainsi que la résistance à la liaison aux protéines (étudiée par isothermes d’adsorption et microcalorimétrie) ont été reliées à la densité de surface de PEG et à l’architecture des polymères. Dans une seconde partie de ce travail, le greffage des chaînes de PEG a été réalisé de façon directe par cyclo-adition catalysée par le cuivre de mPEG-N3 sur les groupes pendants alcyne. Cette nouvelle stratégie a été pensée dans le but de comprendre la contribution possible des chaines de PEG greffées à l’extrémité de la chaine de PLA. Cette librairie de PEG-g-PLA, en plus d’être composée de PEG-g-PLA avec différentes densités de greffage, comporte des PEG-g-PLA avec des PEG de différent poids moléculaire (750, 2000 et 5000). Les chaines de PEG sont seulement greffées sur les groupes pendants. Les NPs ont été produites par différentes méthodes de nanoprécipitation, incluant la nanoprécipitation « flash » et une méthode en microfluidique. Plusieurs variables de formulation telles que la concentration du polymère et la vitesse de mélange ont été étudiées afin d’observer leur effet sur les caractéristiques structurales et de surface des NPs. Les tailles et les potentiels de charges sont peu affectés par le contenu en PEG (% poids/poids) et la longueur des chaînes de PEG. Les images de MET montrent des objets sphériques solides et l'on n’observe pas d’objets de type agrégat polymériques, malgré des contenus en PEG comparable à la première bibliothèque de polymère. Une explication possible est l’absence sur ces copolymères en peigne de chaine de PEG greffée en bout de la chaîne principale. Comme attendu, les tailles diminuent avec la concentration du polymère dans la phase organique et avec la diminution du temps de mélange des deux phases, pour les différentes méthodes de préparation. Finalement, la densité de surface des chaînes de PEG a été quantifiée par RMN du proton et XPS et ne dépendent pas de la méthode de préparation. Dans la troisième partie de ce travail, nous avons étudié le rôle de l’architecture du polymère sur les propriétés d’encapsulation et de libération de la curcumine. La curcumine a été choisie comme modèle dans le but de développer une plateforme de livraison de molécules actives pour traiter les maladies du système nerveux central impliquant le stress oxydatif. Les NPs chargées en curcumine, montrent la même transition de taille et de morphologie lorsque le contenu en PEG dépasse 15% (poids/poids). Le taux de chargement en molécule active, l’efficacité de changement et les cinétiques de libérations ainsi que les coefficients de diffusion de la curcumine montrent une dépendance à l’architecture des polymères. Les NPs ne présentent pas de toxicité et n’induisent pas de stress oxydatif lorsque testés in vitro sur une lignée cellulaire neuronale. En revanche, les NPs chargées en curcumine préviennent le stress oxydatif induit dans ces cellules neuronales. La magnitude de cet effet est reliée à l’architecture du polymère et à l’organisation de la NP. En résumé, ce travail a permis de mettre en évidence quelques propriétés intéressantes des copolymères en peigne et la relation intime entre l’architecture des polymères et les propriétés physico-chimiques des NPs. De plus les résultats obtenus permettent de proposer de nouvelles approches pour le design des nanotransporteurs polymériques de molécules actives.

Effect of polymer architecture on Curcumin 1 encapsulation and release from PEGylated polymer nanoparticles: toward a drug delivery nano-platform to the CNS

We developed a nanoparticles (NPs) library from poly(ethylene glycol)–poly lactic acid comb-like polymers with variable amount of PEG. Curcumin was encapsulated in the NPs with a view to develop a delivery platform to treat diseases involving oxidative stress affecting the CNS. We observed a sharp decrease in size between 15 and 20% w/w of PEG which corresponds to a transition from a large solid particle structure to a “micelle-like” or “polymer nano-aggregate” structure. Drug loading, loading efficacy and release kinetics were determined. The diffusion coefficients of curcumin in NPs were determined using a mathematical modeling. The higher diffusion was observed for solid particles compared to “polymer nano-aggregate” particles. NPs did not present any significant toxicity when tested in vitro on a neuronal cell line. Moreover, the ability of NPs carrying curcumin to prevent oxidative stress was evidenced and linked to polymer architecture and NPs organization. Our study showed the intimate relationship between the polymer architecture and the biophysical properties of the resulting NPs and sheds light on new approaches to design efficient NP-based drug carriers.

Carbon nanotubes induced crystallization of poly(ethylene terephthalate)

We have investigated the crystallization characteristics of melt compounded nanocomposites of poly(ethylene terephthalate) (PET) and single walled carbon nanotubes (SWNTs). Differential scanning calorimetry studies showed that SWNTs at weight fractions as low as 0.03 wt% enhance the rate of crystallization in PET, as the cooling nanocomposite melt crystallizes at a temperature 10 °C higher as compared to neat PET. Isothermal crystallization studies also revealed that SWNTs significantly accelerate the crystallization process. WAXD showed oriented crystallization of PET induced by oriented SWNTs in a randomized PET melt, indicating the role of SWNTs as nucleating sites.

Biodegradation of polyethylene glycol (PEG) in three tropical soils using radio labelled PEG

Polyethylene glycol (PEG) may be added to forage based diets rich in tannins for ruminant feeding because it binds to tannins and thus prevent the formation of potentially indigestible tannin-protein complexes. The objective of this work was to determine the in vitro biodegradation (mineralization, i.e., complete breakdown of PEG to CO2) rate of PEG. C-14-Polyethylene glycol (C-14-PEG) was added to three different tropical soils (a sandy clay loam soil, SaCL; a sandy clay soil, SaC; and a sandy loam soil, SaL) and was incubated in Bartha flasks. Free PEG and PEG bound to tannins from a tannin rich local shrub were incubated under aerobic conditions for up to 70 days. The biodegradation assay monitored the (CO2)-C-14 evolved after degradation of the labelled PEG in the soils. After incubation, the amount of (CO2)-C-14 evolved from the C-14-PEG application was low. Higher PEG mineralization values were found for the soils with higher organic matter contents (20.1 and 18.6 g organic matter/kg for SaCL and SaC, respectively) than for the SaL soil (11.9 g organic matter/kg) (P < 0.05). The extent of mineralization of PEG after 70 days of incubation in the soil was significantly lower (P < 0.05) when it was added as bound to the browse tannin than in the free form (0.040 and 0.079, respectively). (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

A carbene insertion approach to functionalised poly(ethylene oxide)-based gels

Carbenes photogenerated from the novel bisdiazirine, 1, 3-bis(3-(trifluoromethyl)diazirin-3-yl) benzene 1, have been applied successfully to cross-linking of mono-methyl poly(ethylene oxide) (MePEO5000) in the presence of dichloromethane, leading to the simultaneous incorporation of alkylhalide functionalities. The PEO-based gels swell in a wide range of solvents with polarity index values varying from 3.1 to 9.0. Reaction of the alkylhalide functionalities present in the gels with 4-phenylazophenol provided loading capacities of up to 0.20 mmol g(-1) and demonstrated the potential of these materials for gel-phase synthesis applications. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Highly asymmetric phase diagram of a poly(1,2-octylene oxide)-poly(ethylene oxide) diblock copolymer system comprising a brush-like poly(1,2-octylene oxide) block

The phase diagram of a series of poly(1,2-octylene oxide)-poly(ethylene oxide) (POO-PEO) diblock copolymers is determined by small-angle X-ray scattering. The Flory-Huggins interaction parameter was measured by small-angle neutron scattering. The phase diagram is highly asymmetric due to large conformational asymmetry that results from the hexyl side chains in the POO block. Non-lamellar phases (hexagonal and gyroid) are observed near f(PEO) = 0.5, and the lamellar phase is observed for f(PEO) >= 0.5.