DE102010034783A1

DE102010034783A1 - Verfahren zur Herstellung von Hydroxypropylcellulose-Formteilen sowie deren Verwendung

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Publication number: DE102010034783A1
Application number: DE102010034783A
Authority: DE
Inventors: Dr. Schmidt Julia; Dr. Scharfenberger Gunter; Dr. Schlesselmann Bernd; Dr. Voigt Wiebke
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2010-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2012-02-23
Also published as: WO2012022422A1

Abstract

Es soll ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxypropylcellulose-Formteilen bereitgestellt werden, bei dem Hydroxypropylcellulose eingesetzt wird, bevorzugt reine Hydroxypropylcellulose, aber auch Hydroxypropylcellulose-Blends bzw. Mischungen mit anderen Polymeren oder Additiven, und wobei das Verfahren besonders effizient und umweltfreundlich ist. Des Weiteren sollen die nach dem Verfahren hergestellten Formteile eine besonders hohe Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung aufweisen, wasserunlöslich sein und für eine vielfache Verwendung geeignet sein, insbesondere in medizinischen Anwendungen, bevorzugt zur Wundversorgung bzw. als Wundauflage. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Herstellung von Hydroxypropylcellulose-Formteilen, insbesondere von -Fasern, -Vliesstoffen, -Faserflächengebilden, -Schwämmen und/oder -Filmen, folgende Schritte: a) den Einsatz von reinem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder von einem Hydroxypropylcellulose-Blend bzw. einer Mischung mit anderen Polymeren oder Additiven, insbesondere mit einem Weichmacher, b) die thermoplastische Verarbeitung aus der Schmelze des Hydroxypropylcellulose-Polymers oder des Hydroxypropylcellulose-Blends und c) die chemische Vernetzung der Hydroxypropylcellulose, insbesondere durch Bestrahlen bzw. strahlungsinduziert oder elektrochemisch oder thermisch.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Hydroxypropylcellulose-Formteilen, insbesondere von Fasern, Vliesstoffen, Faserflächengebilden, Schwämmen und/oder Filmen aus Hydroxypropylcellulose, sowie deren Verwendung, insbesondere als Wundauflage.
Unter einem Faserflächengebilde wird hier insbesondere eine geordnete oder ungeordnete ein- oder mehrlagige Zusammenlagerung einer Vielzahl von Fasern verstanden.
Stand der Technik
Hydroxypropylcellulose (HPC) ist als Werkstoff in medizinischen Anwendungen, insbesondere zur Wundversorgung, bekannt.
Das Patent US 5,545,442 beansprucht ein Verfahren zur Beschichtung einer pharmazeutischen Darreichungsform mit einem hydrophilen vernetzten Polymer. Das Verfahren umfasst das Mischen eines wasserlöslichen Polymers aus Hydroxyethylcellulose oder Hydroxypropylmethylcellulose und eines lichtempfindlichen oder lichtabbaubaren Katalysators sowie das Beschichten dieser Mischung aus wässriger Lösung über eine pharmazeutische Darreichungsform und das Aussetzen der beschichteten Form einer elektromagnetischen Energiequelle.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung von Hydroxypropylcellulose-Formteilen anzugeben, bei dem Hydroxypropylcellulose eingesetzt wird, bevorzugt reine Hydroxypropylcellulose, aber auch Hydroxypropylcellulose-Blends bzw. Mischungen mit anderen Polymeren oder Additiven, und wobei das Verfahren besonders effizient und umweltfreundlich ist.
Des Weiteren sollen die nach dem Verfahren hergestellten Formteile eine besonders hohe Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung (physiologische Kochsalzlösung) aufweisen, wasserunlöslich sein und für eine vielfache Verwendung geeignet sein, insbesondere in medizinischen Anwendungen, bevorzugt zur Wundversorgung bzw. als Wundauflage.
Die Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung wird in Anlehnung an die DIN 53923 ermittelt. Statt der Aufnahme an Wasser wird die Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung bestimmt.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Herstellung von Hydroxypropylcellulose-Formteilen, insbesondere von -Vliesstoffen, -Fasern, -Faserflächengebilden, -Schwämmen und/oder -Filmen, folgende Schritte:

a) den Einsatz von reinem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder von einem Hydroxypropylcellulose-Blend bzw. einer Mischung mit anderen Polymeren oder Additiven, insbesondere mit einem Weichmacher,
b) die thermoplastische Verarbeitung aus der Schmelze, das heißt nicht aus der Lösung, des Hydroxypropylcellulose-Polymers oder des Hydroxypropylcellulose-Blends und
c) die chemische Vernetzung der Hydroxypropylcellulose, insbesondere durch Bestrahlen bzw. strahlungsinduziert, elektrochemisch oder thermisch.

Dieses Verfahren ermöglicht die thermoplastische Verarbeitung aus der Schmelze von Hydroxypropylcellulose oder von Hydroxypropylcellulose-Blends bzw. Mischungen und zeichnet sich als lösungsmittelfreies Verfahren durch Effizienz und durch eine bessere Umweltbilanz aus. Es werden höhere Durchsätze und ein geringerer Energieverbrauch erreicht, da kein Lösungsmittel verwendet wird, das abgetrennt und gereinigt werden müsste. Ferner können beispielsweise die bei der Verarbeitung anfallenden Abfallprodukte aufgrund der thermoplastischen Eigenschaften des Rohmaterials wieder für die Produktion verwendet werden.
Des Weiteren ist das Verfahren besonders flexibel, da das gleiche Hydroxypropylcellulose-Polymer oder die gleiche Hydroxypropylcellulose-Mischung für die Herstellung verschiedener Formteile verwendet werden kann.
Zudem wird die Vernetzung erst im geformten Produkt durchgeführt, das heißt, die Vorgabe der Form ist einfacher und präziser, als wenn das Produkt durch das Vernetzen aus der Lösung ausfällt.
Insbesondere im Hinblick auf eine bevorzugte Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten vernetzten Formteile als Wundauflage werden angesichts der Vernetzung auch keine Teile des Materials herausgelöst, die die Wunde verunreinigen könnten.
Vorzugsweise werden Hydroxypropylcellulosen für die thermoplastische Verarbeitung mit Molekulargewichten zwischen 20000 und 2000000 g/mol, bevorzugt zwischen 50000 und 500000 g/mol, eingesetzt.
Vorteilhafterweise wird die thermoplastische Verarbeitung aus der Schmelze des Hydroxypropylcellulose-Polymers oder des Hydroxypropylcellulose-Blends bei einer Temperatur zwischen 50°C und 270°C, bevorzugt zwischen 80°C und 230°C, vorgenommen.
Für eine bessere thermoplastische Verarbeitbarkeit beträgt die Viskosität des eingesetzten Hydroxypropylcellulose-Polymers bzw. des eingesetzten Hydroxypropylcellulose-Blends für die Herstellung der Fasern bzw. Vliesstoffe bevorzugt 100 Pas bis 2900 Pas, besonders bevorzugt 150 Pas bis 1400 Pas.
Die Viskosität der Hydroxypropylcellulose-Schmelze kann über die Zusammensetzung der Mischung vorzugsweise mit Hilfe von Weichmachern als Additiv eingestellt werden.
Die Weichmacher sind dabei bevorzugt ausgewählt aus Zitronensäureestern, wie Zitronensäuretriethylester, Zitronensäuretributylester, Tributyl-2-acetylcitrat etc., Triacetinen, Glykolderivaten, wie Polyethylenglykol (PEG), Phthalaten, insbesondere Diethylphthalat, Dibutylphthalat etc., Sebacinsäureestern, wie Sebacinsäuredibutylester, Fettsäuren, Fettsäurealkoholen, Fettsäurealkoholestern und/oder Ölen, wie Stearinsäure sowie deren Salze, Stearylalkohol, Stearinsäurebutylester, Alkansulfonsäurephenylestern, Alkandisulfonsäurediphenylestern, 1,2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylestern. Abhängig vom Anwendungsgebiet werden vorteilhafterweise arzneimittelrechtlich oder zumindest für bzw. als Medizinprodukte zugelassene Weichmacher verwendet.
In bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird dem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder dem Hydroxypropylcellulose-Blend als Additiv ein Vernetzungsinitiator zugesetzt, insbesondere ein Photoinitiator, bevorzugt ausgewählt aus synthetischen Initiatoren oder aus biochemischen Initiatoren, wie Riboflavinderivate.
Um bestimmte Funktionalitäten zu erreichen, wird dem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder dem Hydroxypropylcellulose-Blend bevorzugt zumindest ein Additiv beigefügt.
So kann beispielsweise die Einarbeitung von Polyvinylalkohol die Wasseraufnahme im Vergleich zu reiner Hydroxypropylcellulose verbessern. Polyethylenglykol verringert beispielsweise die Oberflächenspannung oder die Viskosität der Schmelze, so dass eine Verarbeitung bei tieferen Temperaturen die Schonung der Substanzen ermöglicht.
Als weitere oder alternative Additive bzw. Blends können dem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder dem Hydroxypropylcellulose-Blend vorzugsweise folgende synthetische Polymere, Biopolymere, Wirkstoffe und/oder spezielle Additive zugesetzt werden:
Als synthetische Polymere können beispielsweise Polyoxymethylene, Polyamide, wie Polyamid-66, Polyurethane, Polyvinylpyrrolidone, Polyvinylamine, Polyethylenimine, Polyester, wie Polyethylenterephthalat, Polycarbonate, Polysiloxane, wie Polydimethylsiloxan, Polyolefine, wie Polyethylen oder Polypropylen, Polycarbonsäuren, wie Polyacrylsäure, Polyacrylate, Polymethacrylate, wie Polymethylmethacrylat oder Poly-(2-hydroxyethyl-methacrylat), Polyalkylenoxide, wie Polyethylenoxid, Polystyrole, Polyvinylacetate, Polyvinylchlorid, Polycaprolactone, Polylactide, Polyglykolide oder Polyhydroxybuttersäuren eingesetzt werden.
Als Biopolymere kommen beispielsweise Proteine, wie Kollagene, Seiden, Keratine, Albumine, Polysaccharide, wie Stärke, modifizierte Stärke, Cellulosen, Cellulosederivate, wie Celluloseether, Celluloseester, bakterielle Cellulosen, Viskosen, Chitine, Chitosane, Caseine, Pektine, Agar, Guarmehle, Hyaluronsäure oder Alginate in Betracht.
Als Wirkstoffe oder spezielle Additive können beispielsweise Medikamente, wie Antibiotika, Analgetika, wundheilungsfördernde Mittel, antibakterielle, antivirale oder antimikrobielle Präparate, organische Säuren, Enzyme, Vitamine, Nikotin, Proteine, die die Wundheilung positiv beeinflussen, Wachstumsfaktoren, wie Purine oder Pyrimidine, Schaumadditive, Stabilisatoren, wie Hilfsstoffe, die Hydroxypropylcellulose gegen den thermischen Abbau stabilisieren, Kohlenstoffverbindungen, wie Aktivkohlen, Graphene, Carbon nanotubes, Metalle, wie Gold oder Silber, Füllstoffe, Cyclodextrine, anorganische Partikel, Silikonpartikel, Keramiken, wie Kieselgele oder Silicate, eingesetzt werden.
Die oben genannten Polymere können als Homopolymere, als Copolymere, zum Beispiel als Blockcopolymere, Pfropfcopolymere, statistische oder alternierende Systeme, oder in jeglicher Mischung untereinander eingesetzt werden.
Die oben genannten Wirkstoffe oder Additive können in reiner Form, in jeglicher Mischung untereinander und/oder in verkapselter Form zugesetzt bzw. adsorbiert werden.
Besonders bevorzugt sind als Additive Polyvinylalkohole, Polyolefine, Polyethylenglykole, Polyester, Medikamente sowie wundheilungsfördernde Mittel.
Die thermoplastische Verarbeitung erfolgt vorzugsweise mittels Extrusion.
Die Fasern werden bevorzugt mittels Extrusion (Melt-Blow-Verfahren) hergestellt. Die Schwämme werden vorzugsweise auch extrudiert, wobei Additive, wie zum Beispiel Treibmittel oder Gase, zugesetzt werden, um die poröse Struktur zu realisieren.
Die chemische Vernetzung der thermoplastisch verarbeiteten Hydroxypropylcellulose erfolgt bevorzugt durch Bestrahlen bzw. Härten, insbesondere mittels eines Photoinitiators, mit UV-, e-Strahlung oder γ-Strahlung.
Die erfindungsgemäßen Hydroxypropylcellulose-Formteile, insbesondere -Fasern, -Vliesstoffe, -Faserflächengebilde, -Schwämme und/oder -Filme, weisen bevorzugt eine Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung in einem Bereich von 400 Gew.-% bis 10000 Gew.-% auf, besonders bevorzugt in einem Bereich von 400 Gew.-% bis, 5000 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt eine Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung in einem Bereich von 400 Gew.-% bis 3500 Gew.-%.
Die Hydroxypropylcellulose-Formteile können in jeglicher Form weiter verarbeitet werden. So können sie in jegliche dreidimensionale Form gebracht und auch in Kombination mit Trägern verwendet werden, wie insbesondere durch Aufbringen auf einen Träger oder durch Einbringen in einen Träger, zum Beispiel sogenannte Sandwich-Strukturen. Die erfindungsgemäß hergestellten Hydroxypropylcellulose-Fasern werden bevorzugt zu Vliesstoffen verfestigt.
Selbstverständlich kann auch eine nachträgliche Modifizierung der Hydroxypropylcellulose-Formteile, wie zum Beispiel durch Beschichtungen, insbesondere Sol-Gel-Beschichtungen oder biokompatible Beschichtungen, stattfinden oder eine nachträgliche Anbindung bzw. Ausstattung mit Wirkstoffen, beispielsweise auch durch eine chemische Modifizierung.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Cellulose-Vliesstoffe, -Fasern, -Faserflächengebilde, -Schwämme und/oder -Filme werden bevorzugt verwendet für den medizinischen Bereich, besonders bevorzugt für bzw. als Wundauflagen, Gewebekonstruktionen bzw. Gewebezüchtungen (Tissue Engineering) oder Implantate, jedoch auch für Verpackungen, Kosmetik-, Hygiene- oder Haushaltsprodukte, insbesondere Reinigungsutensilien, und/oder für Filter, Folien, Dämmstoffe und/oder Trägermaterialien, insbesondere für Katalysatoren, Möbel, Bekleidung, insbesondere als Zwischenfutter oder Einlage, zur Schall- und/oder Hitzeprotektion.
Ausführung der Erfindung
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1:
Hydroxypropylcellulose (20 g HPC, Molekulargewicht 370000 g/mol) wurde mit einem Weichmacher, insbesondere Polyethylenglykol (1,4 g PEG 400) vermischt. Dazu wurde ein Photoinitiator zugesetzt.
Die Polymermischung wurde bei 170°C zu einem Film verpresst, welcher mit einer UV-Lampe (Uvahand 250 GS H1, mit einer Intensität von 60 mW/cm² und einer Wellenlänge von 350 bis 600 nm) 1 Minute bestrahlt wurde.
Die Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung des Films betrug abhängig vom Vernetzungsgrad 400 Gew.-% bis 3500 Gew.-%. Die Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung wurde in Anlehnung an die DIN 53923 ermittelt. Statt der in der DIN 53923 beschriebenen Aufnahme an Wasser wurde die Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung bestimmt.
Beispiel 2:
Hydroxypropylcellulose (HPC, Molekulargewicht 80000 g/mol) wurde mit einem Weichmacher, insbesondere 10 Gew.-% Stearinsäure, vermischt.
Fasern wurden mittels thermischer Extrusion hergestellt, wobei der Spinntester („Melt Spinning Tester” von Fuji (Tokyo, Japan) in drei Heizzonen (1: 190°C, 2: 190°C; 3: 210°C) unterteilt war.
Eine anschließende Vernetzung der Hydroxypropylcellulose erfolgte bevorzugt mittels eines Photoinitiators.
Die Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung der vernetzten Fasern lag abhängig vom Vernetzungsgrad im Bereich von 400 Gew.-% bis 3500 Gew.-%. Die Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung wurde in Anlehnung an die DIN 53923 ermittelt. Statt der in der DIN 53923 beschriebenen Aufnahme an Wasser wurde die Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5545442 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 53923 [0007]
DIN 53923 [0037]
DIN 53923 [0037]
DIN 53923 [0041]
DIN 53923 [0041]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Hydroxypropylcellulose-Formteilen, insbesondere von -Fasern, -Vliesstoffen, -Faserflächengebilden, -Schwämmen und/oder -Filmen, umfassend die Schritte: a) Einsatz von reinem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder von einem Hydroxypropylcellulose-Blend bzw. einer Mischung mit anderen Polymeren oder Additiven, insbesondere mit einem Weichmacher, b) thermoplastische Verarbeitung aus der Schmelze des Hydroxypropylcellulose-Polymers oder des Hydroxypropylcellulose-Blends und c) chemische Vernetzung der Hydroxypropylcellulose, insbesondere durch Bestrahlen bzw. strahlungsinduziert oder elektrochemisch oder thermisch.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Hydroxypropylcellulose mit einem Molekulargewicht zwischen 20000 und 2000000 g/mol, bevorzugt zwischen 50000 und 500000 g/mol, eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermoplastische Verarbeitung aus der Schmelze des Hydroxypropylcellulose-Polymers oder des Hydroxypropylcellulose-Blends bei einer Temperatur zwischen 50°C und 270°C, bevorzugt zwischen 80°C und 230°C, vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder dem Hydroxypropylcellulose-Blend als Additiv zumindest ein Weichmacher zugesetzt wird, ausgewählt aus Zitronensäureestern, Triacetinen, Glykolderivaten, wie Polyethylenglykol, Phthalaten, Sebacinsäureestern, Fettsäuren, Fettsäurealkoholen, Fettsäurealkoholestern und/oder Ölen, wie Stearinsäure sowie deren Salze, Alkansulfonsäurephenylestern, Alkandisulfonsäurediphenylestern, 1,2-Cyclohexandicarbonsäurediisononylestern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder dem Hydroxypropylcellulose-Blend als Additiv ein Vernetzungsinitiator zugesetzt wird, insbesondere ein Photoinitiator, bevorzugt ausgewählt aus synthetischen Initiatoren oder aus biochemischen Initiatoren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder dem Hydroxypropylcellulose-Blend als Additiv synthetische Polymere, Biopolymere, Wirkstoffe und/oder spezielle Additive zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Hydroxypropylcellulose-Polymer oder dem Hydroxypropylcellulose-Blend als Additiv Polyvinylalkohole, Polyolefine, Polyethylenglykole, Polyester, Medikamente und/oder wundheilungsfördernde Mittel zugesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermoplastische Verarbeitung mittels Extrusion erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vernetzung der Hydroxypropylcellulose durch Bestrahlen oder strahlungsinduziert mit UV-, e- oder γ-Strahlung erfolgt.
Hydroxypropylcellulose-Formteile, insbesondere -Fasern, -Vliesstoffe, -Faserflächengebilde, -Schwämme und/oder -Filme, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Aufnahme an 0,9%iger, wässriger Natriumchloridlösung in einem Bereich von 400 Gew.-% bis 10000 Gew.-% aufweisen.
Verwendung der nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellten Hydroxypropylcellulose-Formteile, insbesondere der -Fasern, -Vliesstoffe, -Faserflächengebilde, -Schwämme und/oder -Filme, für den medizinischen Bereich, bevorzugt für bzw. als Wundauflagen, Gewebekonstruktionen bzw. Gewebezüchtungen (Tissue Engineering) oder Implantate, für Verpackungen, Kosmetik-, Hygiene- oder Haushaltsprodukte, insbesondere Reinigungsutensilien, und/oder für Filter, Folien, Dämmstoffe und/oder Trägermaterialien, insbesondere für Katalysatoren, Möbel, Bekleidung, insbesondere als Zwischenfutter oder Einlage, zur Schall- und/oder Hitzeprotektion.