Các diisocyanate dùng trong y khoa nói riêng và trong các ứng dụng chung có hai loại chính là thơm và béo. Trong đó, loại diisocyanate thơm được sử dụng thông dụng hơn, tiêu biểu là MDI. Trong quá trình tổng hợp PU, các vòng thơm có khuynh hướng sắp xếp lại với nhau và có sự hình thành liên kết hydro giữa các nhóm urethane (hoặc urea). Vì thế, các đoạn isocyanate thường tự tổ chức lại, để hình thành các pha bán kết tinh. Tính đàn hồi của vật liệu PU phụ thuộc rất nhiều vào mức độ kết tinh và sự tách biệt của các pha này. Cho nên, việc lựa chọn loại diisocyanate sử dụng ảnh hưởng rất nhiều đến các đặc tính cơ học của polyurethane. Rất nhiều nghiên cứu đã thực hiện để tìm mối tương quan giữa tính chất cơ học của polyurethane với cấu trúc của các đoạn cứng, cấu trúc của diisocyanate, một trong số đó là nghiên cứu của Schollenberger.
Trong nghiên cứu của mình, Schollenberger đã tổng hợp PU dưới những điều kiện tương tự nhau, chỉ thay đổi loại diisocyanate (4 loại) và đo giá trị mô-đun tại độ giãn dài 300% của vật liệu PU tạo thành. Trong đó, PU chứa 1,4-phenylene diisocyanate (1,4-PDI) là loại có mô-đun cao nhất (cứng nhất) 23.4 MPa, do cấu trúc chặt, cứng (khó di chuyển) và tính đối xứng cao của 1,4-PDI. Trong khi đó, cấu trúc 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (4,4'-MDI) tương tự với 1,4-PDI nhưng sự xuất hiện của nhóm methylene nối giữa hai vòng thơm làm cho hai gốc phenyl có khả năng chuyển động tự do hơn, hình thành cấu trúc 3 chiều trong không gian, cản trở sự sắp xếp phân tử và sự hình thành các pha cứng, giảm mô-đun của PU tạo thành. Đối với 1,3-PDI, vì tính đối xứng thấp nên sự sắp xếp phân tử không hiệu quả. Còn đối với 2,4-toluene diisocyanate (2,4-TDI), việc thêm một nhóm methyl càng làm cản trở việc sắp xếp.
Tuy nhiên, các diisocyanate thơm cũng có một số hạn chế nhất định. Đầu tiên, vật liệu PU ngả vàng khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời do có sự hình thành các chất di-quinone, chất tạo màu. Sự biến đổi này không làm thay đổi nhiều tính chất sinh học, cơ lý nhưng làm giảm tính thẫm mỹ. Một hạn chế quan trọng khác là các vật liệu PU chứa MDI, có thể dẫn đến sự phân hủy và tạo thành methylene diamine (MDA), nghi ngờ gây ung thư; trong khi đó, các diisocyanate thơm khác vẫn chưa được xem xét kỹ lưỡng. Một giải pháp được đề nghị là chuyển sang dùng HMDI, dạng hydro hóa của MDI, một diisocyanate béo. Tuy nhiên tính tương thích trong cơ thể sống và các tính chất cơ lý giảm. Điều này được giải thích do cyclohexane (HMDI) rất dễ thay đổi thuận nghịch cấu dạng (thuyền và ghế); không như cấu trúc cứng, khó chuyển động của vòng thơm (MDI) do sự liên hợp của các electron π khắp vòng thơm; nên dẫn đến sự khó sắp xếp.
Tham khảo từ tài liệu Biomedical Applications of Polyurethanes, Patrick Vermette, Hans J. Griesser, Gaétan Laroche and Robert Guidoin, Landes Bioscience, 2001, trang 9 - 10
(vtp-vlab-caosuviet)
