CZ304799B6 - Termoplastická polymerní kompozice pro skeletální náhrady a způsob její výroby - Google Patents
Termoplastická polymerní kompozice pro skeletální náhrady a způsob její výroby Download PDFInfo
- Publication number
- CZ304799B6 CZ304799B6 CZ2006-70A CZ200670A CZ304799B6 CZ 304799 B6 CZ304799 B6 CZ 304799B6 CZ 200670 A CZ200670 A CZ 200670A CZ 304799 B6 CZ304799 B6 CZ 304799B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- ethylene
- glass transition
- ene
- transition temperature
- percent
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims abstract description 12
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 11
- KWKAKUADMBZCLK-UHFFFAOYSA-N 1-octene Chemical compound CCCCCCC=C KWKAKUADMBZCLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 1-Butene Chemical compound CCC=C VXNZUUAINFGPBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 1-hexene Chemical compound CCCCC=C LIKMAJRDDDTEIG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229920001519 homopolymer Polymers 0.000 claims abstract description 6
- AFFLGGQVNFXPEV-UHFFFAOYSA-N 1-decene Chemical compound CCCCCCCCC=C AFFLGGQVNFXPEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 claims abstract description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 9
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 7
- JFNLZVQOOSMTJK-KNVOCYPGSA-N norbornene Chemical compound C1[C@@H]2CC[C@H]1C=C2 JFNLZVQOOSMTJK-KNVOCYPGSA-N 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 239000004711 α-olefin Substances 0.000 claims description 5
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N n-Octanol Natural products CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920001038 ethylene copolymer Polymers 0.000 claims description 2
- GVJHHUAWPYXKBD-IEOSBIPESA-N α-tocopherol Chemical compound OC1=C(C)C(C)=C2O[C@@](CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)(C)CCC2=C1C GVJHHUAWPYXKBD-IEOSBIPESA-N 0.000 claims 2
- 229940087168 alpha tocopherol Drugs 0.000 claims 1
- 229960000984 tocofersolan Drugs 0.000 claims 1
- 239000002076 α-tocopherol Substances 0.000 claims 1
- 235000004835 α-tocopherol Nutrition 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 abstract 1
- 239000012258 stirred mixture Substances 0.000 abstract 1
- 229960001295 tocopherol Drugs 0.000 abstract 1
- 239000011732 tocopherol Substances 0.000 abstract 1
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 description 7
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 210000003275 diaphysis Anatomy 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000011540 hip replacement Methods 0.000 description 2
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 230000000399 orthopedic effect Effects 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000006386 Bone Resorption Diseases 0.000 description 1
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000024279 bone resorption Effects 0.000 description 1
- 210000000845 cartilage Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002557 mineral fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 210000004560 pineal gland Anatomy 0.000 description 1
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08L23/06—Polyethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08L23/08—Copolymers of ethene
- C08L23/0807—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons only containing four or more carbon atoms
- C08L23/0815—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons only containing four or more carbon atoms with aliphatic 1-olefins containing one carbon-to-carbon double bond
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08L23/08—Copolymers of ethene
- C08L23/0807—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons only containing four or more carbon atoms
- C08L23/0823—Copolymers of ethene with unsaturated hydrocarbons only containing four or more carbon atoms with aliphatic cyclic olefins
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/28—Bones
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2/30756—Cartilage endoprostheses
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/02—Prostheses implantable into the body
- A61F2/30—Joints
- A61F2002/30001—Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
- A61F2002/30003—Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis
- A61F2002/3006—Properties of materials and coating materials
- A61F2002/30065—Properties of materials and coating materials thermoplastic, i.e. softening or fusing when heated, and hardening and becoming rigid again when cooled
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2210/00—Particular material properties of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof
- A61F2210/0071—Particular material properties of prostheses classified in groups A61F2/00 - A61F2/26 or A61F2/82 or A61F9/00 or A61F11/00 or subgroups thereof thermoplastic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Řešení se týká termoplastické polymerní kompozice pro skeletální náhrady a způsobu její výroby. Kompozice podle vynálezu sestává z 12 až 91 % hmotn. polyolefinu o teplotě skelného přechodu vyšší než 320 K, kterým je kopolymer ethylenu a bicyklo[2.2.1]hept-2-enu o molární koncentraci bicyklo[2.2.1]hept-2-enu nejméně 25 a nejvýše 75 %, z 2 až 72 % hmotn. polyolefinu o teplotě skelného přechodu nižší než 250 K, kterým je (i) homopolymer ethylenu o hustotě nejméně 0,92 g.cm.sup.-3.n. a nejvýše 0,97 g.cm.sup.-3.n., nebo (ii) kopolymer ethylenu s .alfa.-olefinem vybraným ze skupiny skládající se z propylenu, 1-butenu, 1-hexenu, 1-oktenu a 1-decenu o hustotě nejméně 0,85 g.cm.sup.-3.n. a nejvýše 0,96 g.cm.sup.-3.n., nebo směs homopolymeru ethylenu (i) a kopolymeru ethylenu s .alfa.-olefinem (ii) v libovolném poměru a z 5 až 50 % hmotn. uhlíkových vláken o hmotnostním obsahu uhlíku nejméně 94 %, hustotě nejméně 1,80 g/cm.sup.3.n. a nejvíce 1,92 g/cm.sup.3.n. a průměru vlákna nejméně 4 .mi.m a nejvíce 9 .mi.m. Popsaná kompozice se připraví tak, že se polyolefin o teplotě skelného přechodu vyšší než 320 K a polyolefin o teplotě skelného přechodu nižší než 250 K smíchá v tavenině při teplotě taveniny míchané směsi nejméně 430 K, vzniklá polymerní termoplastická kompozice se ozáří gama paprsky nebo urychlenými elektrony dávkou nejméně 20 kGy a nejvíce 250 kGy, s výhodou v inertní atmosféře, načež se ozářený materiál v tavenině při teplotě nejméně 430 K smísí s uhlíkovými vlákny. Vůči oxidační degradaci lze materiál stabilizovat přídavkem nejméně 0,1 % hmotn. .alfa.-tokoferolu.
Description
Vynález se týká termoplastické polymemí kompozice pro skeletální náhrady a způsobu její výroby pro využití v humánní a veterinární medicíně.
Dosavadní stav techniky
Náhrady defektních kostních tkání materiály nebiologického původu jsou v traumatologii, ortopedii a chirurgii využívány již přibližně sto let. Původně byly skeletální náhrady vyráběny z vhodných kovů, především ze slitin zlata a platiny, později z titanu a speciálně legovaných ocelí. V konstrukci kloubních endoprotéz se posledně jmenované kovové materiály využívají doposud.
Rozvoj medicínské techniky spolu s výsledky výzkumu v oboru biomechaniky vedly v posledních třech desetiletích k rozšíření aplikací polymerních materiálů. Výběr polymerů vhodných pro výrobu skeletálních implantátů je však striktně omezen požadavkem na jejich toleranci živými tkáněmi. Z tohoto důvodu jsou pro náhrady kostních tkání v současnosti využívány především polymethylmetakrylát (PMMA), polytetrafluorethylen (PTFE) a ultravysokomolekulámí polyethylen (UHMWPE).
Materiály doposud užívané pro výrobu skeletálních náhrad sice v klinické praxi vyhovují, avšak zároveň též vykazují jisté nedostatky. Společným nedostatkem všech těchto materiálů jsou jejich mechanické vlastnosti, které jsou diametrálně odlišné od mechanických vlastností kostní tkáně, kterou nahrazují. Všechny kovové materiály vykazují řádově vyšší modul pružnosti než jakákoliv kostní tkáň (např. modul pružnosti kortikalis činí přibližně 18 až 23 GPa, modul pružnosti legovaných ocelí je kolem 200 GPa), a naopak všechny doposud užívané polymemí materiály vykazují řádově nižší modul pružnosti.
Velké rozdíly mezi ohybovou tuhostí rigidních dříků implantátů a ohybovou tuhostí diafýz (na příklad femuru) vedou ke vzniku „napěťového štítu“, který snižuje fyziologicky běžná (přirozená) namáhání v kosti. V důsledku výrazného snížení namáhání kortikalis ve stěně diafýzy v oblastech rozhraní s kostí dochází v řadě případů (i po několika letech) k lokální resorpci kostní tkáně a poté ke snížení stability dříku v diafyzámím kanálu. Zajistit v jistých mezích přirozená přetvoření diafýz (s implantovaným dříkem) lze na příklad použitím kompozitních dříků s gradientem elastických vlastností (s gradientem modulů pružnosti), mající povrchovou lamelu z materiálu o stejném nebo blízkém modulu pružnosti, jako má kortikalis (Petrtýl M„ Pavlánský R.: Hip Implants, US Patent No. 4743263, May 1989; Petrtýl M., Jíra A.: Hip Replacements of the Second Generation, In: Engineering Mechanics, Vol.l 1, 2004, No. 6, pp. 429-440; Petrtýl M. et al.: How to Ensure the Stability of Hip Replacements, In: Proč.: 15th Annual Meeting of the European Orthopaedic Research Society, EORS, June 2005, Lisabon, Portugal).
Perspektivním řešením tohoto problému jsou kompozity na bázi polymeru tolerovaného živými tkáněmi a ztuženého vhodnými vysokomodulovými vlákny (např. vlákny uhlíkovými). Skladbou kompozitního materiálu je pak možné řídit jeho mechanické vlastnosti podle požadavků uvažované aplikace. Z posledních výsledků materiálového výzkumu vyplývá, že vhodnou matricí pro tyto kompozity jsou kopolymery ethylenu s bicyklo[2.2.1]hept-2-enem. Tyto polymery vykazují poměrně vysokou tuhost a experimentálně již bylo prokázáno, že jsou velmi dobře tolerovány živými tkáněmi. Podstatnou nevýhodou těchto kopolymerů je však jejich nízká houževnatost. Tento nedostatek je možné eliminovat modifikací polymemí složkou, která by byla dispergována ve výše zmíněné matrici.
- 1 CZ 304799 B6
Složení termoplastické polymemí kompozice na bázi výše uvedeného kopolymeru a způsob její výroby a zpracování na polymemí části skeletálních náhrad je předmětem dále popsaného řešení podle vynálezu.
Podstata vynálezu
Podstatou vynálezu je termoplastická polymemí kompozice pro skeletální náhrady a způsob její výroby. Kompozice sestává z 12 až 91 % hmotn. polyolefinů o teplotě skelného přechodu vyšší než 320 K, kterým je kopolymer ethylenu a bicyklo[2.2.1]hept-2-enu o molámí koncentraci bicyklo[2.2.1]hept-2-enu nejméně 25 % a nejvýše 75 %, z 2 až 72 % hmotn. polyolefinů o teplotě skelného přechodu nižší než 250 K, kterým je (i) homopolymer ethylenu o hustotě nejméně 0,92 g.cm3 a nejvýše 0,97 g.cm 3, nebo (ii) kopolymer ethylenu s α-olefinem vybraným ze skupiny skládající se z propylenu, 1-butenu, 1-hexenu, 1-oktenu a 1-decenu o hustotě nejméně 0,85 g.cm-3 a nejvýše 0,96 g.cm-3, nebo směs homopolymeru ethylenu (i) a kopolymeru ethylenu s α-olefinem (ii) v libovolném poměru, a z 5 až 50 % hmotn. uhlíkových vláken o hmotnostním obsahu uhlíku nejméně 94 %, hustotě nejméně 1,80 g/cm3 a nejvíce 1,92 g/cm3 a průměru vlákna nejméně 4 pm a nejvíce 9 pm.
Výše uvedená kompozice se připraví tak, že se polyolefin o teplotě skelného přechodu vyšší než 320 K a polyolefin o teplotě skelného přechodu nižší než 250 K smíchá v tavenině při teplotě taveniny míchané směsi nejméně 430 K, vzniklá polymemí termoplastická kompozice se ozáří gama paprsky nebo urychlenými elektrony dávkou nejméně 20 kGy a nejvíce 250 kGy, s výhodou v inertní atmosféře, načež se ozářený materiál v tavenině při teplotě nejméně 430 K smísí s uhlíkovými vlákny.
Vůči oxidační degradaci je vhodné materiál stabilizovat přídavkem nejméně 0,1 % hmotn. atokoferolu v posledním kroku přípravy.
Hlavním přínosem kompozice podle vynálezu a způsob její přípravy je skutečnost, že umožňuje prostřednictvím úpravy obsahu jednotlivých složek nastavení mechanických vlastností materiálu v dostatečně širokém rozsahu tak, aby z ní vyrobené implantáty vykazovaly stejné deformační chování, jako části kostí nebo i chrupavek, které v konkrétních aplikacích mají nahradit. Doposud známé materiály a způsoby výroby skeletálních náhrad nastavení mechanických charakteristik v tak širokém rozsahu neumožňují.
Mimo to bylo experimentálně prokázáno, že kopolymery ethylenu a bicyklo[2.2.1]hept-2-enu jsou velmi dobře tolerovány živými tkáněmi. Nadmolekulámí strukturu polymemích směsí kopolymeru ethylenu a bicyklo[2.2.1]hept-2-enu s polyethylenem, nebo s kopolymery ethylenu a vyšších a-olefinů, získanou při jejich míchání v tavenině je možné účinně stabilizovat účinkem vhodné dávky ionizujícího záření tak, že se již při dalším následném zpracování směsi v tavenině nemění.
Kromě toho směsi uvedených polymerů, kde matricí je kopolymer ethylenu a bicyklo[2.2.1]hept2-enu, modifikované ionizujícím zářením vykazují v porovnání se směsmi o identickém složení, avšak neozářenými, výrazně vyšší houževnatost při zachování stejné úrovně ostatních mechanických charakteristik. Při míchání uvedených polymemích směsí s minerálními vlákny jako ztužujícím prostředkem nedochází v případě směsí upravených ionizujícím zářením k enkapsulaci vláken polymerem dispergované fáze, která je provázena snížením ztužujícího účinku vláken.
-2CZ 304799 B6
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Z kopolymerů ethylenu a bicyklo[2.2.1]hept-2-enu (složka A, rázová pevnost v tahu = 23 kJ.m“2, Youngův modul = 2 600 MPa) s obsahem ethylenových jednotek 72,5 mol. % a kopolymerů ethylenu a 1-oktenu (složka B) o hustotě 0,902 g.cm“3 byly mícháním v tavenině připraveny ío směsi o poměru složek A:B = 70:30 (Směsi 1 až 3) a 50:50 (Směsi 4 až 6). Míchání bylo provedeno v komoře W 50EH laboratorního hnětiče Brabender Plasti-Corder PLE 651 při teplotě
190 °C, rychlosti otáčení hnětáků 60 min“1 po dobu 8 min (Směs 1, 4). Ze získaného materiálu byly lisováním připraveny desky o tloušťce 1,5 mm, které byly následně vystaveny účinkům γzáření (Směs 2, 5) a exponovány celkovou dávkou 25 kGy. Ozářený materiál byl následně opět přepracován v komoře laboratorního hnětiče při 190 °C, 60 min“1 a po dobu 4 min byl míchán s 5 % hmotn. uhlíkových vláken o průměru 7,2 pm, délce 6 mm a obsahu uhlíku 95 % (Směs 3, 6). Vybrané mechanické vlastnosti směsí (měřené při 23 °C) v různém stadiu přípravy finálního materiálu jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1. Vybrané mechanické vlastnosti směsí kopolymer ethylenu a bicyklo[2.2.1]hept-2-enu a kopolymerů ethylenu a 1-oktenu.
| Směs | Rázová pevnost v tahu [kJ.m'2] | Youngův modul [MPa] | Tažnost [%] | Pevnost v tahu [MPa] |
| A:B = 70:30 | ||||
| Směsi | 41 | 1300 | 5 | 35 |
| Směs 2 | 52 | 1300 | 5 | 35 |
| Směs 3 | 100 | 1350 | 7 | 39 |
| A:B = 50:50 | ||||
| Směs 4 | 38 | 580 | 12 | 17 |
| Směs 5 | 65 | 590 | 17 | 17 |
| Směs 6 | 185 | 650 | 75 | 24 |
Příklad 2
Postupem uvedeným v příkladě 1 byla připravena směs o poměru složek A:B = 70:30, která byla následně ozářena γ-paprsky o celkové dávce 25 kGy. Takto zpravený materiál byl zpracováván v komoře laboratorního hnětiče za přídavku 30 % hmotn. uhlíkových vláken (C) při teplotě 190 °C, rychlosti 60 min“1 po dobu 8 min. Složení výsledného materiálu je ve vyjádření hmotnostního poměru složek A:B = 49:21:30 (Směs 7). Souběžně byla připravena analogická směs, avšak z materiálu, který nebyl upraven zářením (Směs 8). Hodnoty rázové houževnatosti, rázové pevnosti v tahu a Youngova modulu pružnosti v tahu (při 23 °) jakožto vlastností charakterizujících houževnatost a tuhost materiálu jsou porovnány v Tabulce 2 s hodnotami příslušných směsí obsahujících pouze 5 % uhlíkových vláken.
-3 CZ 304799 B6
Tabulka 2. Vliv ztužení uhlíkovými vlákny a modifikace ozářením na vybrané vlastnosti směsí kopolymer ethylenu a bicyklo[2.2.1]hept-2-enu a kopolymerů ethylenu a 1-oktenu.
| Rázová houževnatost Charpy [kJ.m'2] | Rázová pevnost v tahu [kJ.m'2] | Youngův modul [MPa] | |
| Směs 2 | 27 | 52 | 1300 |
| Směs 7 | 28 | 57 | 6600 |
| Směs 1 | 23 | 41 | 1300 |
| Směs 8 | 11 | 23 | 6600 |
Průmyslová využitelnost vynálezu
Termoplastická polymemí kompozice podle vynálezu je využitelná pro výrobu skeletálních náhrad v humánní a veterinární medicíně.
Claims (4)
1. Termoplastická polymemí kompozice pro skeletální náhrady, vyznačená tím, že sestává z 12 až 91 % hmotn. polyolefinů o teplotě skelného přechodu vyšší než 320 K, kterým je kopolymer ethylenu a bicyklo[2.2.1]hept-2-enu o molámí koncentraci bicyklo[2.2.1]hept-2-enu nejméně 25 % a nejvýše 75 %, z 2 až 72 % hmotn. polyolefinů o teplotě skelného přechodu nižší než 250 K, kterým je (i) homopolymer ethylenu o hustotě nejméně 0,92 g.cm'3 a nejvýše 0,97 g.cm3, nebo (ii) kopolymer ethylenu s a-olefmem vybraným ze skupiny skládající se z propylenu, 1-butenu, 1-hexenu, 1-oktenu a 1-decenu o hustotě nejméně 0,85 g.cm“3 a nejvýše 0,96 g.cm3, nebo směs homopolymeru ethylenu (i) a kopolymerů ethylenu s α-olefmem (ii) v libovolném poměru, a z 5 až 50 % hmotn. uhlíkových vláken o hmotnostním obsahu uhlíku nejméně 94 %, hustotě nejméně 1,80 g/cm3 a nejvíce 1,92 g/cm3 a průměru vlákna nejméně 4 pm a nejvíce 9 pm.
2. Způsob výroby termoplastické kompozice pro skeletální náhrady podle nároku 1, vyznačený tím, že se polyolefin o teplotě skelného přechodu vyšší než 320 K a polyolefin o teplotě skelného přechodu nižší než 250 K smíchá v tavenině při teplotě taveniny míchané směsi nejméně 430 K, vzniklá polymemí termoplastická kompozice se ozáří gama paprsky nebo urychlenými elektrony dávkou nejméně 20 kGy a nejvíce 250 kGy, načež se ozářený materiál v tavenině při teplotě nejméně 430 K smísí s uhlíkovými vlákny.
3. Způsob výroby termoplastické kompozice pro skeletální náhrady podle nároku 2, vyznačený tím, že ozařování polymemí termoplastické kompozice gama paprsky nebo urychlenými elektrony se provádí v inertní atmosféře.
4. Způsob výroby termoplastické kompozice pro skeletální náhrady podle nároku 2, vyznačený tím, že během míšení polymemí termoplastické kompozice s uhlíkovými vlákny se materiál stabilizuje vůči oxidační degradaci přídavkem nejméně 0,1 % hmotn. a-tokoferolu.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2006-70A CZ304799B6 (cs) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Termoplastická polymerní kompozice pro skeletální náhrady a způsob její výroby |
| PCT/CZ2007/000007 WO2007087760A1 (en) | 2006-01-31 | 2007-01-31 | Thermoplastic polymer composition for skeletal replacements and method of its production |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2006-70A CZ304799B6 (cs) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Termoplastická polymerní kompozice pro skeletální náhrady a způsob její výroby |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ200670A3 CZ200670A3 (cs) | 2007-08-08 |
| CZ304799B6 true CZ304799B6 (cs) | 2014-10-29 |
Family
ID=38024556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2006-70A CZ304799B6 (cs) | 2006-01-31 | 2006-01-31 | Termoplastická polymerní kompozice pro skeletální náhrady a způsob její výroby |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ304799B6 (cs) |
| WO (1) | WO2007087760A1 (cs) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3162698A (en) * | 1962-06-19 | 1964-12-22 | Union Carbide Corp | Thermoplastic compositions having improved stress cracking properties |
| GB1018778A (en) * | 1962-08-09 | 1966-02-02 | Montedison Spa | Olefin copolymers |
| US3494897A (en) * | 1963-12-05 | 1970-02-10 | Union Carbide Corp | Ethylene/bicyclo(2.2.1)hept-2-ene copolymers |
| CS245125B1 (en) * | 1984-11-09 | 1986-08-14 | Miroslav Petrtyl | Adaptable isoelastic hip endoprosthesis |
-
2006
- 2006-01-31 CZ CZ2006-70A patent/CZ304799B6/cs not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-01-31 WO PCT/CZ2007/000007 patent/WO2007087760A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3162698A (en) * | 1962-06-19 | 1964-12-22 | Union Carbide Corp | Thermoplastic compositions having improved stress cracking properties |
| GB1018778A (en) * | 1962-08-09 | 1966-02-02 | Montedison Spa | Olefin copolymers |
| US3494897A (en) * | 1963-12-05 | 1970-02-10 | Union Carbide Corp | Ethylene/bicyclo(2.2.1)hept-2-ene copolymers |
| CS245125B1 (en) * | 1984-11-09 | 1986-08-14 | Miroslav Petrtyl | Adaptable isoelastic hip endoprosthesis |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007087760A1 (en) | 2007-08-09 |
| CZ200670A3 (cs) | 2007-08-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Saito et al. | Experimental studies on a new bioactive bone cement: hydroxyapatite composite resin | |
| US6436137B2 (en) | Compositions, processes and methods of improving the wear resistance of prosthetic medical devices | |
| Espigares et al. | New partially degradable and bioactive acrylic bone cements based on starch blends and ceramic fillers | |
| ES2334045T3 (es) | Articulos de polietileno de alto peso molecular y procedimientos para formar articulos de polietileno de alto peso molecular. | |
| US5962549A (en) | Bioactive composite material for repair of hard and soft tissues | |
| US9745462B2 (en) | Polyethylene materials | |
| JPS5913211B2 (ja) | 多孔性生物工学用熱可塑性プラスチック製補綴具及び製造方法 | |
| Leonor et al. | Novel starch thermoplastic/Bioglass® composites: Mechanical properties, degradation behavior and in-vitro bioactivity | |
| Deb et al. | The effect of cross-linking agents on acrylic bone cements containing radiopacifiers | |
| AU2012203503B2 (en) | Ultra high molecular weight polyethylene articles and methods of forming ultra high molecular weight polyethylene articles | |
| Abdul Haq et al. | Improvement of mechanical properties of polycaprolactone (PCL) by addition of nano-montmorillonite (MMT) and hydroxyapatite (HA) | |
| JP2016506263A (ja) | 補綴具 | |
| EP2052749A2 (de) | Polymethylmethacrylat-Knochenzement | |
| CZ304799B6 (cs) | Termoplastická polymerní kompozice pro skeletální náhrady a způsob její výroby | |
| RU2281300C1 (ru) | Композиция для биомедицинского материала, способ его получения и материал биомедицинского назначения | |
| Gamal et al. | Effect of using Nano-particles of Magnesium Oxide and Titanium Dioxide to Enhance Properties of Hip Joint Bone Cement | |
| KR20240135936A (ko) | 합성섬유가 없는 뼈와 유사한 기계적 물성의 수술 연습용 복합소재 및 그 제조방법 | |
| Wang et al. | Effects of Polymer Molecular Weight and Ceramic Particle Size on Flexural Properties of Hydroxyapatite Reinforced Polyethylene | |
| AU2014201581B2 (en) | Ultra high molecular weight polyethylene articles and methods of forming ultra high molecular weight polyethylene articles | |
| Sendemir et al. | Production of hydroxylapatite reinforced polymer composites for biomedical applications | |
| Gil et al. | P008 Influence of the casting temperatures on the abrasive wear of the different metals used in dental prosthetic | |
| Knets et al. | P009 Strength of bonding between ultrahigh molecular mass polyethylene-hydroxylapatite composites and the surface of bone cortex | |
| Lan | Analyses of Experimental Property Datasets for Poly (Methyl Methacrylate) Bone Cement | |
| Reis¹ et al. | STIFF AND BIOACTIVE COMPOSITES BASED ON STARCH, POLYETHYLENE AND SiO₂-CaO P₂O,-MgO GLASSES AND GLASS-CERAMICS 2 | |
| Zsoldos et al. | Acetabular cups made from ultrahigh-molecular weight polyethylene and Kevlar for use in medicine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20150131 |