CN104582784B - 具有阻气性能的聚氨酯‑聚乙烯耐脱层管材 - Google Patents
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Abstract
一种管，其包含内层、外层和位于该内层和外层之间的阻挡层，其中该阻挡层是通过位于该外层和阻挡层之间的粘结剂层而结合到该外层上的，并且该阻挡层是通过位于该内层和阻挡层之间的粘结剂层而结合到该内层上的，其中该内层包含聚乙烯，该外层包含热塑性聚氨酯和该阻挡层包含充当气体阻碍的材料。
Description
相关申请
本申请要求于2012年8月15日提交的美国申请序列号13/586,288的优先权权益。
发明领域
本发明涉及聚合物管材，其典型的通过共挤出方法形成，该管材具有相同或不同的聚合物材料的多层，每个层彼此连续粘附。
发明背景
包含聚合物材料的管材被用于许多工业和商业应用中，包括医学领域。根据所需性能和预期的应用，使用了多种符合FDA要求的塑料。在管材被用于输送流体来用于人类患者的体内治疗的情况中，聚合物材料的选择会是一个考虑因素。
聚氯乙烯(PVC)是最广泛使用的塑料之一。虽然结构稳定且容易成型为所需形状，但是通常使用增塑剂制备PVC，该增塑剂可以从PVC基质中迁移出来进入体液，并且具有其他不是理想地适宜于医学治疗应用的性能。同样地，由于塑化的PVC管材的内在性能，会引起用于医用治疗中的药物和其他含水流体成分潜在地吸收到PVC管的侧壁上。聚氨酯是用于PVC的潜在替代物。但是，包含聚氨酯和聚乙烯的双层管材存在在低到中等的应力、应变或机械操作条件下两层不能彼此保持粘附，以及不能充分阻止氧迁移穿过层的缺点。Schmitt(“Schmitt”)的美国专利4,627,844，其公开内容涉及本文的主题，公开了一种三层管，并包括在由Tekni-Plex,Inc公司的Natvar Division以商标“SUREPATH151”出售的商品中。如Schmitt所公开的，将PVC外层和低密度聚乙烯(LDPE)流体接触内层与乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)的中间结合层共挤出。但是，虽然Schmitt通过提供LDPE流体接触层而显著降低了添加剂从PVC迁移到流体以及流体的组分吸收到PVC管材的可能性，但是优选取消PVC。其他管材构型在美国专利7,647,949、美国专利4,211,741和美国专利公布2007/0119511中公开，其公开内容涉及本文的主题。就医用管材而言，保持经引导通过该管材的流体中所含试剂的完整性会是一个关注点。类似地，防止流体的组分迁移穿过管材会是一个问题。在这样的应用中，可以将包含气体阻挡材料的材料层并入所述管材中，以阻止气体例如氧迁移到该流体中，因此保护流体中氧敏性试剂。
发明内容
根据本发明，提供了一种管，其包含内层、外层和位于该内层和该外层之间的阻挡层，其中该阻挡层通过位于该外层和该阻挡层之间的粘结剂层结合到该外层，并且该阻挡层通过位于该内层和该阻挡层之间的粘结剂层结合到该内层，其中该内层包含聚乙烯，该外层包含热塑性聚氨酯，该阻挡层包含充当气体阻碍的材料。
该阻挡层优选包含大于约90重量％的乙烯乙烯醇共聚物或聚酰胺或者其共混物。
该粘结剂典型地包含一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，更典型地一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸酯共聚物，和优选一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸甲酯共聚物。
该内层典型地包含大于约90重量％的聚乙烯，该外层包含大于约90重量％的芳族或脂族聚醚基聚氨酯。
该阻挡层典型地包含大于约90重量％的乙烯乙烯醇共聚物或聚酰胺或者其共混物，该粘结剂包含大于约90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物。
该阻挡层可以包含大于约90重量％的乙烯乙烯醇共聚物或聚酰胺或者其共混物，该内层可以包含大于约90重量％的聚乙烯，该外层可以包含大于约90重量％的芳族或脂族聚醚基聚氨酯。
该粘结剂可以包含大于约90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，该内层可以包含大于约90重量％的聚乙烯，该外层可以包含大于约90重量％的芳族或脂族聚醚基聚氨酯。
该阻挡层可以包含大于约90重量％的乙烯乙烯醇共聚物或聚酰胺或者其共混物，该粘结剂可以包含大于约90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，该内层可以包含大于约90重量％的聚乙烯，该外层可以包含大于约90重量％的芳族或脂族聚醚基聚氨酯。
该聚乙烯典型地包含低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯中的一种或多种，该芳族聚醚基聚氨酯可以包含聚丁二醇基聚氨酯。
该粘结剂可以包含大于约90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，该内层可以包含大于约90重量％的低密度聚乙烯(LDPE)，该外层可以包含大于约90重量％的聚丁二醇基聚氨酯，该中间层可以包含大于约90％的充当气体阻碍的材料。
该粘结剂典型地包含大于约90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物。
该聚氨酯外层的厚度典型地是约0.001英寸(0.0254mm)-约0.025英寸(0.635mm)，该内聚乙烯层厚度典型地是约0.001英寸(0.0254mm)-约0.025英寸(0.635mm)，该阻挡层的厚度典型地是约0.001英寸(0.0254mm)-约0.025英寸(0.635mm)。
在经过高至该管的弹性屈服点的应力和应变时，该内层和外层没有可见的脱层，所述弹性屈服点在机械测试仪中，在约12英寸/分钟的牵引速率，在72°F(22℃)和50％相对湿度的环境条件测量。
优选地，当在60℃水中浸没36小时时，该管没有可见的脱层。
该管优选具有中心轴向流体流道，含水流体经引导通过该流道，该内层具有与该含水流体接触的径向内壁表面，该外层和内层在经过高至该管的弹性屈服点的应力和应变时抵抗脱层，所述弹性屈服点在机械测试仪中，在约12英寸/分钟的牵引速率，在72°F(22℃)和50％相对湿度的环境条件测量。优选在60℃水中浸没36小时之后，该管没有可见的脱层。
在该管中，位于该阻挡层和该外层之间的粘结剂的厚度优选是约0.001英寸(0.0254mm)-约0.025英寸(0.635mm)，位于该阻挡层和该内层之间的粘结剂的厚度优选是约0.001英寸(0.0254mm)-约0.025英寸(0.635mm)。
在本发明的另一方面，提供了一种用于输送含水流体的医用管，其包括：
包含大于约90重量％的聚乙烯的内层，
包含大于约90重量％的芳族聚醚基聚氨酯的外层，
位于该外层和内层之间的阻挡层，其包含大于约90重量％的充当气体阻碍的材料，和
位于该阻挡层和该外层之间以及位于该阻挡层和该内层之间的粘结剂，该粘结剂包含一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物。
在这样一个实施方案中，优选在经过高至该管的弹性屈服点的应力和应变时，该内层和外层没有可见的脱层，所述弹性屈服点在机械测试仪中，在约12英寸/分钟的牵引速率，在72°F(22℃)和50％相对湿度的环境条件测量。
在这样一个实施方案中，优选在60℃水中浸没36小时之后，该管没有可见的脱层。
在这样一个实施方案中，该粘结剂包含一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸酯共聚物。
在本发明的另一方面，提供了一种用于输送含水流体的医用管，其包括：
包含至少约90重量％的聚乙烯的内层，
包含至少约90重量％的芳族聚醚基聚氨酯的外层，
位于该外层和内层之间的阻挡层，其包含大于约90重量％的充当气体阻碍的材料，和
位于该阻挡层和该外层之间以及位于该阻挡层和该内层之间的粘结剂，该粘结剂包含大于约90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，
其中在60℃水中浸没36小时之后，该管材没有可见的脱层。
在本发明的另一方面，提供了用于输送含水流体的医用管，其包括：
包含至少约90重量％的低密度聚乙烯的内层，
包含至少约90重量％的聚丁二醇基聚氨酯的外层，
位于该外层和内层之间的阻挡层，其包含大于约90重量％的充当气体阻碍的材料，和
位于该阻挡层和该外层之间以及位于该阻挡层和该内层之间的粘结剂，该粘结剂包含一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，
其中在经过高至该管的弹性屈服点的应力和应变时，该管材没有可见的脱层，所述弹性屈服点在机械测试仪中，在约12英寸/分钟的牵引速率，在72°F(22℃)和50％相对湿度的环境条件测量，和
其中在60℃水中浸没36小时之后，该管材没有可见的脱层。
在本发明的另一方面，提供了一种形成医用管的方法，该管包括外层、最内层和位于该外层和该最内层之间的中间层，该方法包括：
选择具有所选结构稳定性的第一聚合物材料；
选择对于含水流体是惰性的第二聚合物材料；
选择充当气体阻碍的第三聚合物材料；
选择第四聚合物材料，其易于通过该材料的共挤出和冷却而结合和粘附到第一和第二聚合物材料；
共挤出所选的第一、第二、第三和第四聚合物材料以形成一定构造的医用管材，该管材具有包含至少约90重量％的第一聚合物材料的外层，包含至少约90重量％的第二聚合物材料的内层，位于该内层和外层之间并且包含至少约90重量％的第三聚合物材料层，位于该外层和第三聚合物材料层之间的第四材料层，和位于该内层和第三聚合物材料层之间的第四材料层。
在这样的方法中，第一聚合物材料典型地选择为聚氨酯，第二聚合物材料选择为聚乙烯，第三聚合物材料选自乙烯乙烯醇共聚物和聚酰胺，该第四聚合物材料是一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物。
在这样的方法中，第一聚合物材料优选选择为聚氨酯，第二聚合物材料选择为聚乙烯，第三聚合物材料选自乙烯乙烯醇共聚物和聚酰胺，第四聚合物材料经选择以使得在60℃的水中浸没36小时之后该医用管材没有可见的脱层。
在这样一种方法中，该粘结剂典型地包含一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸酯共聚物。
在本发明的另一方面，提供了一种将含水流体传输到受试者的方法，其包括：
选择包含内层、外层和位于该内层和外层之间的阻挡层的管，其中该内层包含聚乙烯，该外层包含热塑性聚氨酯，该阻挡层包含乙烯乙烯醇共聚物和聚酰胺中的一种或多种；
其中该管具有被所述层包围的中心流体流道；
引导含水流体通过该管的该中心流体流道，和
将经引导通过该中心流体流道的该含水流体输送至受试者的血管中。
该选择步骤优选包括：
选择该管以使得粘结剂层位于该外层和该阻挡层之间以及该内层和该阻挡层之间。
该选择步骤典型地包括：
共挤出该外层、内层和阻挡层和粘结剂层以形成该管，和选择该粘结剂以包含大于约90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物。
该粘结剂典型地包含一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸酯共聚物。
该粘结剂可以包含一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸甲酯共聚物。
附图说明
附图显示了本发明的一个或多个实施方案，其作为本发明的实施例来显示，其中：
图1是五层管的示意性透视图，其显示了被分开的外层和中间层以更好地显示管材的构造和布置；
图2是沿着图1所示的管10的线2-2所取的横截面图。
具体实施方式
图1中显示了根据本发明的一种共挤出的五层管材10的实施方案，其包含外层1(其包含至少约90重量％的聚氨酯材料，典型地是聚丁二醇基聚氨酯，其一个例子是Lubrizol TPU Pellethane2363-90AE)，流体接触层内3(其包含至少约90重量％的聚乙烯材料，典型地是低密度聚乙烯，其一个例子是Westlake LDPE EM808AA)，中间气体阻挡层5(其包含至少约90重量％的乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚酰胺或者其两种或更多种的混合物或共混物，和包含粘结剂材料的结合层7、9(其将阻挡层5结合到外层1和内层3)。该气体阻挡层5充当气体阻碍，通常例如是氧气、氮气、氢气、氯气、一氧化二氮等。该粘结剂层7、9优选包含这样的材料，其使得该管材10在挤出之后耐脱层，其中在经过在60℃水中浸没36小时，和随后经过通过将该管从它在横截面条件的正圆手工压挤来机械平坦化成为平坦的或卵形横截面形状或条件之后，这样的管材没有可见的脱层。该粘结剂材料最优选经选择以包含一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，其一个例子是酸酐接枝的乙烯丙烯酸甲酯共聚物，其一个具体例子是酸酐接枝的乙烯丙烯酸甲酯共聚物，例如市售的Westlake TymaxGA7001(酸酐接枝的乙烯丙烯酸甲酯共聚物)。
如图1所示，聚氨酯外层1具有径向朝内的表面S1，其结合和粘附到酸酐改性的丙烯酸酯粘结剂层7的径向朝外的表面S2。粘结剂层7具有径向朝内的表面S3，其结合到阻挡层5的径向朝外的表面S4。阻挡层5具有径向朝内的表面S5，其结合到粘结剂另一层9的径向朝外的表面S6。粘结剂层9具有径向朝内的表面S7，其结合到聚乙烯内层3的径向朝外的表面S8。中间阻挡层5粘附到外层1和内层3，以使得当管10经过高至该管的弹性屈服点的应力和应变时，三个层1、3和5保持粘附到层7、9和彼此粘附，所述弹性屈服点在机械测试仪中，在约12英寸/分钟的牵引速率，在72°F(22℃)和50％相对湿度的环境条件测量。用于测量这样的应力和应变的机械测试仪是本领域已知的，其一个例子是Lloyd LR5K plus机械测试仪。弹性屈服点是管材的一个或多个层永久变形的最高点，或者如“Introduction toPhysical Polymer Science，第4版”，L.H.Sperling(作者)，John Wiley&Sons(出版商)，2006中所定义的，其公开内容涉及本文的主题。
该的管材10的层1、3、5、7、9保持彼此粘附，以使得在经过在60℃水中浸没36小时，和随后通过将所述管从它在横截面条件的正圆手工压挤来机械平坦化成为平坦的或卵形横截面形状或条件时，该层没有可见的脱层。
如图1和2所示，层1，3，5形成了结构稳定的壁，其包围和包纳着中空流体通道20，含水溶液经引导通过该通道，并且沿着轴向A方向流动，与内层3的径向朝内的表面S9接触。粘结剂层7、9将结构层、内层3、中间层5和外层1结合和保持在一起。
内层3提供了径向内流体接触表面S9，内层3的厚度典型地是横截面厚度T1为约0.001英寸(0.0254mm)-约0.025英寸(0.635mm)。中间层5典型的横截面厚度T3是约0.001英寸(0.0254mm)-约0.025英寸(0.635mm)。外层1典型的横截面厚度T5是约0.001英寸(0.0254mm)-约0.025英寸(0.635mm)。粘结剂层7、9典型的横截面厚度T2、T4是约0.001英寸(0.0254mm)-约0.025英寸(0.635mm)。
聚乙烯材料优选是支化的低密度聚乙烯(LDPE)，例如可获自Westlake ChemicalCorporation的Westlake EM808。该聚乙烯材料可以是线性低密度聚乙烯(LLDPE)，例如可获自Dow Chemical Company的Dowlex 2035G。聚乙烯材料也可以是高密度聚乙烯(HDPE)，例如可获自Chevron Corporation的Chevron 9506HDPE、Chevron 9406HDPE和Chevron9503HDPE。该聚乙烯材料可以是两种或更多种前述聚乙烯材料的混合物或共混物。
聚氨酯弹性体(TPU)典型地是多元醇和异氰酸酯的反应产物，并且通常包括硬和软链段区域的组合。可以使用芳族聚醚基TPU或脂族聚醚基TPU，例如聚丁二醇基聚氨酯。这些TPU的这种例子包括可获自Lubrizol Corporation的Pellethane 2363-90AE系列。
管材10每个层各自的厚度可以通过常规的多层挤出工具和装置来控制，并且典型地包括经配置来生产多层管材例如图1所示的五层管的模具组。这种合适的挤出设备经选择以提供沿着全部层1、3、5、7、9的基本上整个轴向长度L的层1、3、5、7、9的均匀厚度。
选择优选层1、3、5、7、9所包含的聚合物材料，以使得沿着和围绕管材的轴A是手动挠性的。还选择该聚合物材料，以在经过环氧乙烷(EtO)和γ辐射灭菌处理之后，保持管材10的整体性(即不发生脱层)和它的透明度或透明性。
前述说明书目的是说明而非限制本发明的范围，本领域技术人员将理解，通过上面的说明书可以预期其等价物和可以对其进行改变和调整，而不脱离本发明的主旨，全部这样的等价物、改变和调整落入其权利要求的范围内。
Claims (17)
1.管(10)，其包括内层(3)、外层(1)和位于该内层(3)和该外层(1)之间的阻挡层(5)，其中该阻挡层(5)通过位于该外层(1)和该阻挡层(5)之间的粘结剂的层(7)结合到该外层(1)，并且该阻挡层通过位于该内层(3)和该阻挡层(5)之间的粘结剂的层(9)结合到该内层(3)，其中该内层(3)包含大于90重量％的聚乙烯，该外层(1)包含大于90重量％的芳族或脂族聚醚基聚氨酯，该阻挡层(5)包含大于90重量％的乙烯乙烯醇共聚物或聚酰胺或者其共混物，该粘结剂包含大于90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，其中在经过高至该管的弹性屈服点的应力和应变时，该内层和外层没有可见的脱层，所述弹性屈服点在机械测试仪中，在12英寸(28.8cm)/分钟的牵引速率，在72°F(22℃)和50％相对湿度的环境条件测量。
2.根据权利要求1所述的管，其中该粘结剂包含一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸酯共聚物。
3.根据权利要求2所述的管，其中该粘结剂包含一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸甲酯共聚物。
4.根据权利要求1所述的管，其中该聚乙烯包含低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和高密度聚乙烯中的一种或多种，其中该芳族聚醚基聚氨酯包含聚丁二醇基聚氨酯。
5.根据权利要求1所述的管，其中该聚氨酯外层的厚度是0.001英寸(0.0254mm)-0.025英寸(0.635mm)，该聚乙烯内层的厚度是0.001英寸(0.0254mm)-0.025英寸(0.635mm)，该阻挡层的厚度是0.001英寸(0.0254mm)-0.025英寸(0.635mm)。
6.根据权利要求1所述的管，其中当在60℃的水中浸没36小时时，该管没有可见的脱层。
7.根据权利要求1所述的管，其中该管具有中心轴向流体流道，含水流体经引导通过该流道，该内层具有与该含水流体接触的径向内壁表面。
8.根据权利要求1所述的管，其中在60℃的水中浸没36小时之后，该管没有可见的脱层。
9.根据权利要求1所述的管，其中位于该阻挡层和该外层之间的粘结剂的厚度是0.001英寸(0.0254mm)-0.025英寸(0.635mm)，其中位于该阻挡层和该内层之间的粘结剂的厚度是0.001英寸(0.0254mm)-0.025英寸(0.635mm)。
10.用于输送含水流体的医用管(10)，其包括：
包含大于90重量％的聚乙烯的内层(3)，
包含大于90重量％的芳族聚醚基聚氨酯的外层(1)，
位于该外层和内层之间的阻挡层(5)，其包含大于90重量％的充当气体阻碍的材料，和
位于该阻挡层和该外层之间的粘结剂(7)以及位于该阻挡层和该内层之间的粘结剂(9)，该粘结剂包含大于90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，
其中在经过高至该管的弹性屈服点的应力和应变时，该内层和外层没有可见的脱层，所述弹性屈服点在机械测试仪中，在12英寸(28.8cm)/分钟的牵引速率，在72°F(22℃)和50％相对湿度的环境条件测量。
11.根据权利要求10所述的管，其中在60℃的水中浸没36小时之后，该管没有可见的脱层。
12.根据权利要求10所述的管，其中该粘结剂包含一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸酯共聚物。
13.用于输送含水流体的医用管(10)，其包括：
包含至少90重量％的聚乙烯的内层(3)，
包含至少90重量％的芳族聚醚基聚氨酯的外层(1)，
位于该外层(1)和内层(3)之间的阻挡层(5)，其包含大于90重量％的充当气体阻碍的材料，和
位于该阻挡层(5)和该外层(1)之间的粘结剂(7)以及位于该阻挡层(5)和该内层(3)之间的粘结剂(9)，该粘结剂包含大于90重量％的一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物，
其中在60℃的水中浸没36小时之后，所述管(10)没有可见的脱层，和
其中在经过高至该管的弹性屈服点的应力和应变时，该内层和外层没有可见的脱层，所述弹性屈服点在机械测试仪中，在12英寸(28.8cm)/分钟的牵引速率，在72°F(22℃)和50％相对湿度的环境条件测量。
14.形成医用管(10)的方法，该管包括外层(1)、最内层(3)和位于该外层(1)和该最内层(3)之间的中间层(5)，该方法包括：
选择具有所选结构稳定性的第一聚合物材料；
选择对于含水流体为惰性的第二聚合物材料；
选择充当气体阻碍的第三聚合物材料；
选择第四聚合物材料，其易于通过该材料的共挤出和冷却而结合和粘附到第一和第二聚合物材料；
共挤出所选的第一、第二、第三和第四聚合物材料以形成一定构造的医用管(10)，该管具有包含至少90重量％的第一聚合物材料的外层(1)，包含至少90重量％的第二聚合物材料的内层(3)，位于该内层和外层之间并且包含至少90重量％的第三聚合物材料的层(5)，位于该外层(1)和第三聚合物材料层(5)之间的第四聚合物材料层(7)，和位于该内层(3)和第三聚合物材料层(5)之间的第四聚合物材料层(9)，第四聚合物材料层包含大于90重量％的第四聚合物材料，
其中在经过高至该管的弹性屈服点的应力和应变时，该内层和外层没有可见的脱层，所述弹性屈服点在机械测试仪中，在12英寸(28.8cm)/分钟的牵引速率，在72°F(22℃)和50％相对湿度的环境条件测量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中第一聚合物材料选择为聚氨酯，第二聚合物材料选择为聚乙烯，第三聚合物材料选自乙烯乙烯醇共聚物和聚酰胺，该第四聚合物材料是一种或多种乙烯丙烯酸系共聚物。
16.根据权利要求14所述的方法，其中第一聚合物材料选择为聚氨酯，第二聚合物材料选择为聚乙烯，第三聚合物材料选自乙烯乙烯醇共聚物和聚酰胺，第四聚合物材料经选择以使得在60℃的水中浸没36小时之后该医用管没有可见的脱层。
17.根据权利要求16所述的方法，其中第四聚合物材料包含一种或多种酸酐接枝的乙烯丙烯酸酯共聚物。
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