Effect of the addition of short chain polymers on the chemical structure, mechanical, thermal and biological properties of polyurethanes synthesized with aliphatic diisocyanates and castor oil

Abstract

The objective of this research was to synthesize biocompatible polyurethanes, with suitable mechanical properties to be used as biomaterials. Polyurethanes were synthesized with polyols derived from castor oil and isophorone diisocyanate (IPDI), hexamethylene diisocyanate and 4,4’-methylenebis (cyclohexyl isocyanate), with the addition of polycaprolactone/chitosan (PCL/Ch). The materials were evaluated for their mechanical properties by determining the stress-strain curves, thermogravimetric analysis, differential scanning calorimetry analysis and contact angle. The biological response of the materials was evaluated by measuring in vitro cell viability on the L-929 mouse fibroblast cell line. The mechanical properties of polyurethanes vary according to the type of polyol and diisocyanate used. The best results were obtained with transesterification-modified polyols with cycloaliphatic diisocyanates. The best results were found for polyurethane synthesized with IPDI and the modified polyol (P.3): 17 MPa of maximum stress at break, 0.937 MPa of Young’s modulus, elongation greater than 250%. Polyurethanes do not have toxic effects and cell viability values exceed 70% on the L-929 fibroblast line. The addition of PCL/Ch improves the cell viability of polyurethanes. The results indicate that the polyurethanes synthesized with polyols derived from castor oil can be used in the design of biomaterials due to the mechanical and biological properties obtained.

El objetivo de esta investigación fue sintetizar poliuretanos biocompatibles, con propiedades mecánicas adecuadas para ser utilizados como biomateriales. Los poliuretanos se sintetizaron con polioles derivados del aceite de ricino e isoforona diisocianato (IPDI), hexametilen diisocianato y 4,4'-metilenbis (ciclohexil isocianato), con la adición de policaprolactona/quitosano (PCL/Ch). Los materiales fueron evaluados por sus propiedades mecánicas mediante la determinación de las curvas de tensión-deformación, análisis termogravimétrico, análisis de calorimetría diferencial de barrido y ángulo de contacto. La respuesta biológica de los materiales se evaluó midiendo la viabilidad celular in vitro en la línea celular de fibroblastos de ratón L-929. Las propiedades mecánicas de los poliuretanos varían según el tipo de poliol y diisocianato utilizado. Los mejores resultados se obtuvieron con polioles modificados por transesterificación con diisocianatos cicloalifáticos. Los mejores resultados se encontraron para el poliuretano sintetizado con IPDI y el poliol modificado (P.3): 17 MPa de tensión máxima a la rotura, 0,937 MPa de módulo de Young, elongación superior al 250%. Los poliuretanos no tienen efectos tóxicos y los valores de viabilidad celular superan el 70% en la línea de fibroblastos L-929. La adición de PCL/Ch mejora la viabilidad celular de los poliuretanos. Los resultados indican que los poliuretanos sintetizados con polioles derivados del aceite de ricino pueden ser utilizados en el diseño de biomateriales debido a las propiedades mecánicas y biológicas obtenidas.