DE10225840A1 - A low wear plastics material, especially, including a polymer matrix containing a latent heat storage material uniformly dispersed in it useful for medical applications, e.g. sliding components for human knee joints - Google Patents

A low wear plastics material, especially, including a polymer matrix containing a latent heat storage material uniformly dispersed in it useful for medical applications, e.g. sliding components for human knee joints

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DE10225840A1 DE2002125840 DE10225840A DE10225840A1 DE 10225840 A1 DE10225840 A1 DE 10225840A1 DE 2002125840 DE2002125840 DE 2002125840 DE 10225840 A DE10225840 A DE 10225840A DE 10225840 A1 DE10225840 A1 DE 10225840A1
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Abstract

A low wear plastics material, especially for medical applications, including a polymer matrix containing a latent heat storage material uniformly dispersed in it, i.e. an ultrahigh molecular weight polyethylene is new. An Independent claim is included for an implant and implant components, pans, e.g. frying pans, inlays, and sliding components for human knee joints, obtained from the low wear plastics material (new).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neuartiges verschleißarmes Kunststoffmaterial und dessen Verwendung für Anwendungen im medizinischen Bereich. Ferner betrifft die Erfindung Implantate und Implantatkomponenten, die unter Verwendung des vorgenannten Kunststoffmaterials hergestellt sind. The present invention relates to a novel low-wear Plastic material and its use for applications in the medical field. Furthermore, the invention relates to implants and implant components, which under Use of the aforementioned plastic material are made.

Endoprothesen, wie beispielsweise Gelenkprothesen, sind bereits seit Jahren in der medizinischen Praxis eingeführt und werden in der Regel aus Metallen, Legierungen, Keramiken, Kunststoffmaterialien oder aus Kombinationen dieser Werkstoffe gefertigt, wobei den Kunststoffmaterialien eine immer größere Bedeutung zukommt. Endoprostheses, such as joint prostheses, have been in use for years introduced into medical practice and are usually made of metals, Alloys, ceramics, plastic materials or combinations of these Manufactured materials, with the plastic materials an ever larger Importance.

Das in der Endoprothetik zum Einsatz kommende Kunststoffmaterial umfasst häufig ein Polyethylen mit einer ultrahohen Molmasse (UHMWPE). UHMWPE zeichnet sich zwar durch eine Vielzahl von vorteilhaften Eigenschaften aus, es erfüllt jedoch nicht die für eine lange Lebensdauer von Gelenkprothesen notwendigen hohen mechanischen Anforderungen an Festigkeit und Verschleiß. The plastic material used in endoprosthetics includes often an ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE). UHMWPE is characterized by a variety of advantageous properties, it however does not meet the requirements for a long lifespan of joint prostheses necessary high mechanical requirements for strength and wear.

Als Ursache für den Verschleiß von Gelenkimplantaten und Gelenkimplantatkomponenten auf Kunststoffbasis können insbesondere die unter Bewegung und Belastung einer Prothese auftretenden und einen Abrieb bewirkenden mechanischen Reibungsphänomene sowie die durch die Reibungen entstehende Reibungswärme genannt werden, die eine thermische Alterung des Kunststoffmaterials bewirkt. As the cause of wear of joint implants and Plastic-based joint implant components can include those under movement and Mechanical prosthesis occurring and causing abrasion Friction phenomena and the frictional heat generated by the friction be called, which causes a thermal aging of the plastic material.

Die durch den Verschleiß entstehenden Abriebpartikel können sich in der benachbarten Knochensubstanz ablagern und dort zu einem Knochenabbau (Osteolyse) führen. Dieser kann eine Lockerung des Implantats zur Folge haben und zu einem Totalausfall des Implantats führen, der einen Ersatz des Implantats mit einer weiteren Operation des Patienten notwendig macht. The wear particles resulting from wear can accumulate in the deposit neighboring bone substance and there to a bone breakdown (osteolysis) to lead. This can result in a loosening of the implant a total failure of the implant, leading to a replacement of the implant another operation of the patient is necessary.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein verschleißarmes Kunststoffmaterial zu schaffen. Proceeding from this, the invention is based on the object of being low-wear To create plastic material.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kunststoffmaterial, umfassend eine Polymermatrix, in welcher ein Latentwärmespeichermaterial dispergiert enthalten ist. According to the invention, this object is achieved by a plastic material, comprising a polymer matrix in which a latent heat storage material is dispersed is included.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Kompositmaterial, in welchem ein Latentwärmespeichermaterial in dispergierter Form enthalten ist, nach großen Belastungen nur geringe Verschleißerscheinungen aufweist. Surprisingly, it has been shown that the invention Composite material in which a latent heat storage material in dispersed form is included, only slight signs of wear after heavy loads having.

Das in dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial dispergierte Latentwärmespeichermaterial nimmt Volumina in dem Matrixmaterial ein, die im Folgenden als Kavitäten bezeichnet werden. That dispersed in the plastic material according to the invention Latent heat storage material occupies volumes in the matrix material that are referred to below Cavities are called.

Führt man einem festen Latentwärmespeichermaterial, beispielsweise einem Wachs, Wärme zu, so beginnt dieses bei Erreichen seiner Schmelztemperatur seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig zu ändern. Während dieses Phasenwechsels absorbiert das Latentwärmespeichermaterial eine bestimmte Wärmemenge, die sogenannte Schmelzwärme. Da sich hierbei die Temperatur des Latentwärmespeichermaterials und seiner näheren Umgebung trotz Wärmezufuhr nur geringfügig ändert, spricht man auch von latenter (versteckter) Wärme. Gleichermaßen wird im umgekehrten Phasenwechsel, also von flüssig nach fest, die gespeicherte Latentwärme wieder bei nahezu konstanter Temperatur an die Umgebung abgegeben. If you run a solid latent heat storage material, such as one Wax, heat too, this begins when its melting temperature is reached to change its state of matter from solid to liquid. During this Phase change, the latent heat storage material absorbs a certain Amount of heat, the so-called heat of fusion. Since the temperature of the Latent heat storage material and its immediate vicinity despite the supply of heat changes only slightly, one speaks of latent (hidden) warmth. Likewise, in the reverse phase change, i.e. from liquid to solid, the stored latent heat back to the at an almost constant temperature Environment.

Latentwärmespeichermaterialien werden bislang als Kälte- oder Wärmespeicher, beispielsweise in der Lebensmittel-, Textil- und Bauindustrie sowie teilweise auch für elektronische Bauteilkomponenten, verwendet. In der Medizin finden Latentwärmespeichermaterialien als singuläre Werkstoffe Anwendung in Kälte- oder Wärmekissen. Latent heat storage materials have so far been used as cold or heat stores, for example in the food, textile and construction industries and sometimes also for electronic component components. Find in medicine Latent heat storage materials as singular materials used in refrigeration or Heating pads.

Es hat sich gezeigt, dass die dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial zugeführte Wärme von dem in ihm dispergierten Latentwärmespeichermaterial beim Erreichen der Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichermaterials absorbiert wird, so dass lokale Erwärmungen des Kunststoffmaterials oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichermaterials im Wesentlichen vermieden werden und so eine thermisch bedingte Alterung des Kunststoffmaterials weitgehend unterbunden wird, was die Verschleißarmut des erfindungsgemäßen Kompositmaterials erklärt. It has been shown that the plastic material according to the invention supplied heat from the latent heat storage material dispersed in it Reaching the phase transition temperature of the latent heat storage material is absorbed, so that local heating of the plastic material above the phase transition temperature of the latent heat storage material in Can be substantially avoided and so a thermal aging of the Plastic material is largely prevented, which reduces the wear of the composite material according to the invention explained.

Ein geringer, aber nicht zu vernachlässigender Anteil der von einem Latentwärmespeichermaterial absorbierten Wärmemenge wird als sogenannte sensible (fühlbare) Wärme gespeichert. Daher sollte das Latentwärmespeichermaterial gleichzeitig über eine entsprechend hohe spezifische Wärmekapazität verfügen. A small but not negligible part of that of one The amount of heat absorbed by latent heat storage material is called the so-called sensitive (sensible) heat stored. Therefore, the latent heat storage material at the same time have a correspondingly high specific heat capacity.

Das erfindungsgemäße Kunststoffmaterial lässt sich, wenn gewünscht, derart ausbilden, dass die an der Oberfläche des Kompositmaterials befindlichen Kavitäten in einer offenen Form vorliegen, d. h. dass ein Materieaustausch zwischen diesen Kavitäten und der Umgebung des Kompositmaterials stattfinden kann. Umfasst ein solches Kompositmaterial ein Latentwärmespeichermaterial, das seinen Aggregatzustand von fest nach flüssig unter Volumenzunahme ändert, so kann das Latentwärmespeichermaterial bei Aufnahme einer diesen Phasenwechsel bewirkenden Wärmemenge aus den an der Oberfläche des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials befindlichen offenen Kavitäten austreten. Bei einer derartigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kompositmaterials, bei welchem ein Latentwärmespeichermaterial mit guten Schmiereigenschaften zum Einsatz kam, hat es sich gezeigt, dass das aus den offenen Kavitäten austretende Latentwärmespeichermaterial auf dem Kunststoffmaterial und insbesondere an den Kontaktflächen zwischen dem Kunststoffmaterial und einem Reibkörper einen Schmierfilm bildet, der die unter Bewegung und Belastung zwischen dem Kunststoffmaterial und dem Reibkörper auftretenden mechanischen Reibungsphänomene und Adhäsionseffekte sowie den daraus resultierenden mechanischen Abrieb und das Entstehen von Reibungswärme deutlich reduziert. Darüber hinaus kann der vorgenannte Schmierfilm zu einer vergrößerten Kontaktfläche und damit zu einem verringerten Kontaktdruck zwischen dem Reibkörper und dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial führen, wobei der verringerte Kontaktdruck eine Verminderung der mechanischen Reibungsphänomene bewirkt und damit einhergehend eine verminderte Bildung von Reibungswärme, die letztlich den mechanischen Abrieb bzw. die thermisch bedingte Alterung des Kunststoffmaterials und des Reibkörpers abermals verringern. The plastic material according to the invention can, if desired, be such form that on the surface of the composite material Cavities are in an open form, d. H. that an exchange of matter between these cavities and the surroundings of the composite material can take place. Such a composite material comprises a latent heat storage material that changes its physical state from solid to liquid with an increase in volume, so can the latent heat storage material when receiving one of these Phase change causing amount of heat from the on the surface of the emerge open cavities located plastic material according to the invention. At a Such embodiment of the composite material according to the invention which is a latent heat storage material with good lubricating properties Use, it has been shown that that emerging from the open cavities Latent heat storage material on the plastic material and in particular the contact surfaces between the plastic material and a friction body Lubricant film that forms the under movement and load between the Plastic material and the mechanical friction occurring Friction phenomena and adhesion effects as well as the resulting mechanical Abrasion and the generation of frictional heat are significantly reduced. Furthermore can the aforementioned lubricating film to an enlarged contact area and thus to a reduced contact pressure between the friction body and the lead plastic material according to the invention, the reduced contact pressure causes a reduction in the mechanical friction phenomena and thus accompanied by a reduced formation of frictional heat, which ultimately the mechanical abrasion or the thermally induced aging of the Reduce the plastic material and the friction body again.

Im Gegensatz zu dem bislang in der Endoprothetik verwendeten strahlenvernetzten UHMWPE, weist das erfindungsgemäße Kunststoffmaterial eine verbesserte Verschleiß- und Kriechbeständigkeit sowie eine erhöhte Duktilität auf und kann Stoßbelastungen deutlich besser abfedern, weshalb es sich insbesondere auch zu Herstellung von Implantaten und Implantatkomponenten für das menschliche Knie eignet. In contrast to that previously used in arthroplasty radiation-crosslinked UHMWPE, the plastic material according to the invention has a improved wear and creep resistance as well as increased ductility on and can absorb shock loads much better, which is why it is particularly also for the manufacture of implants and implant components for the human knees.

In dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial ist mindestens ein Latentwärmespeichermaterial vorteilhafterweise im Wesentlichen gleichmäßig in der Polymermatrix dispergiert enthalten, um ein einheitliches Wärmeabsorptionsverhalten des Kunststoffmaterials zu gewährleisten und die Bildung lokaler Erwärmungen oberhalb der Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichermaterials weitgehend zu vermeiden. There is at least one in the plastic material according to the invention Latent heat storage material advantageously substantially uniform in the Dispersed polymer matrix contained to a uniform heat absorption behavior to ensure the plastic material and the formation of local warming above the phase transition temperature of the latent heat storage material largely avoided.

Für bestimmte Anwendungen kann es notwendig sein, dass in der Polymermatrix des erfindungsgemäßen Kompositmaterials mehrere voneinander verschiedene Latentwärmespeichermaterialien dispergiert enthalten sind, wobei jedes Latentwärmespeichermaterial eine oder mehrere voneinander verschiedene Latentwärmespeichermaterialkomponenten umfassen kann. Sollen die verschiedenen Latentwärmespeichermaterialien ihre ursprünglichen Phasenumwandlungstemperaturen in dem erfindungsgemäßen Kompositmaterial beibehalten, so ist bei der Auswahl der Latentwärmespeichermaterialien zu berücksichtigen, dass sich diese unter den Herstellungsbedingungen des Kompositmaterials nicht miteinander vermischen, da eine Vermischung der Latentwärmespeichermaterialien, auch wenn diese nur gering ausfällt, eine Veränderung ihrer Phasenumwandlungstemperaturen bewirken kann. For certain applications it may be necessary that in the polymer matrix of the composite material according to the invention several different from each other Latent heat storage materials are contained in dispersed form, each Latent heat storage material one or more different from each other May include latent heat storage material components. Should the different Latent heat storage materials their original Maintain phase transition temperatures in the composite material according to the invention, so at Selection of latent heat storage materials to take into account that these under the manufacturing conditions of the composite material mix as a mix of latent heat storage materials, too if it turns out to be minor, a change in it Can cause phase transition temperatures.

Im Gegensatz dazu kann es auch Umstände geben, unter denen eine Mischbarkeit bzw. eine teilweise Mischbarkeit der verschiedenen Latentwärmespeichermaterialien erwünscht ist. Werden bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials beispielsweise teilweise miteinander mischbare Latentwärmespeichermaterialien eingesetzt, so können sich während der Herstellung in der Polymermatrix des Kompositmaterials Latentwärmespeichermaterialien mit verschiedenster Zusammensetzung und entsprechend verschiedenen Phasenumwandlungstemperaturen bilden. Derartige Kompositmaterialien absorbieren eine Wärmemenge in der Regel nicht nur bei diskreten Temperaturen, sondern über Temperaturbereiche hinweg. In contrast, there may also be circumstances under which one Miscibility or a partial miscibility of the different Latent heat storage materials is desired. Are used in the manufacture of the invention Composite material, for example, partially miscible with one another Latent heat storage materials used, can during the production in the Polymer matrix of the composite material with latent heat storage materials different composition and correspondingly different Form phase transition temperatures. Such composite materials absorb one Amount of heat usually not only at discrete temperatures, but above Temperature ranges.

Vorteilhafterweise umfasst die Polymermatrix des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials mindestens ein Polyethylen mit ultrahoher Molmasse, insbesondere mit einem mittleren Molekulargewicht in einem Bereich von ca. 3.000.000 bis 7.000.000, da es gute tribologische Eigenschaften, wie beispielsweise eine starke Abriebsbeständigkeit und einen geringen Reibungswiderstand, sowie eine sehr gute Verträglichkeit mit dem Körpergewebe aufweist. The polymer matrix of the invention advantageously comprises Plastic material at least one ultra high molecular weight polyethylene, in particular with an average molecular weight in a range of approximately 3,000,000 to 7 million, since it has good tribological properties, such as strong Abrasion resistance and a low friction resistance, as well as a very has good compatibility with the body tissue.

Alternativ zum UHMWPE umfasst die Polymermatrix des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials ein Polyaryletherketon, wobei insbesondere Polyetherketone, Polyetheretherketone, Polyetherketonketone und/oder Polyetheretherketonketone bevorzugt sind, da sie die für eine Implantatanwendung unabdingbaren Werkstoffeigenschaften wie Biokompatibilität, gute Chemikalien- und Hydrolysebeständigkeit, gute Festigkeit, Steifigkeit, Zähigkeit und gute tribologische Eigenschaften aufweisen und sich mit allen für Thermoplaste üblichen Verfahren bearbeiten lassen. Darüber hinaus lassen sich Polyaryletherketone an die mechanische Festigkeit der Knochensubstanz anpassen, wodurch dem sogenannten "stress-shielding" entgegengewirkt werden kann. As an alternative to the UHMWPE, the polymer matrix of the invention comprises Plastic material a polyaryl ether ketone, in particular polyether ketones, Polyether ether ketones, polyether ketone ketones and / or Polyetheretherketone ketones are preferred because they are the indispensable for an implant application Material properties such as biocompatibility, good chemical and Resistant to hydrolysis, good strength, rigidity, toughness and good tribological Have properties and deal with all the usual methods for thermoplastics have it edited. In addition, polyaryl ether ketones can be attached to the adjust mechanical strength of the bone substance, making the so-called "stress shielding" can be counteracted.

Zwischen den Reibkörpern von Gelenkprothesen treten unter physiologischen Bedingungen Temperaturen in einem Bereich von ca. 40 bis ca. 60°C auf, weshalb das in dem erfindungsgemäßen Kunststoffmaterial dispergierte Latentwärmespeichermaterial vorteilhafterweise mindestens eine Phasenumwandlungstemperatur in diesem Temperaturbereich aufweist. Between the friction bodies of joint prostheses occur under physiological Conditions temperatures in a range from approx. 40 to approx. 60 ° C, why is that dispersed in the plastic material according to the invention Latent heat storage material advantageously at least one Has phase transition temperature in this temperature range.

Das Latentwärmespeichermaterial ist vorteilhafterweise insgesamt mit einem Anteil von ca. 0,2 bis ca. 10 Vol.% in der Polymermatrix enthalten, da unterhalb von 0,2 Vol.% die vorstehend genannten vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials lediglich schwach ausgeprägt sind und oberhalb von 10 Vol.% die vorstehend genannten vorteilhaften Eigenschaften der Kunststoffmatrixmaterialien UHMWPE oder Polyaryletherketon, insbesondere deren mechanische Eigenschaften, maßgeblich beeinträchtigt werden. Die besten Resultate wurden in einem Bereich von 1 bis 3 Vol.% erhalten. The latent heat storage material is advantageously a total of one Contain from about 0.2 to about 10 vol.% In the polymer matrix, since below of 0.2 vol.% the aforementioned advantageous properties of plastic material according to the invention are only weakly pronounced and above 10% by volume the above-mentioned advantageous properties of Plastic matrix materials UHMWPE or polyaryl ether ketone, in particular whose mechanical properties are significantly impaired. The best Results were obtained in a range of 1 to 3% by volume.

Damit die Temperatur des erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials auch bei der Absorption relativ großer Wärmemengen im Wesentlichen nicht über die Phasenumwandlungstemperatur des in ihm dispergierten Latentwärmespeichermaterials ansteigt, weist das Latentwärmespeichermaterial eine möglichst große Schmelzenthalpie auf, bevorzugt größer 20 kJ/kg, besonders bevorzugt größer 40 kJ/kg und am meisten bevorzugt größer 80 kJ/kg. So that the temperature of the plastic material according to the invention also at Absorption of relatively large amounts of heat essentially does not exceed that Phase transition temperature of the latent heat storage material dispersed in it increases, the latent heat storage material has the largest possible Enthalpy of fusion, preferably greater than 20 kJ / kg, particularly preferably greater than 40 kJ / kg and most preferably greater than 80 kJ / kg.

Vorteilhafterweise weist das eine Wärmemenge absorbierende Latentwärmespeichermaterial eine relativ hohe spezifische Wärmekapazität auf. Dadurch wird gewährleistet, dass die von dem Latentwärmespeichermaterial bei der Phasenumwandlung gespeicherte sensible Wärmemenge zu einer möglichst geringen Temperaturerhöhung oberhalb seiner Phasenumwandlungstemperatur führt. Dabei ist ein Latentwärmespeichermaterial mit einer spezifischen Wärmekapazität größer 0,5 kJ/kg K, bevorzugt größer 1 kJ/kg K und besonders bevorzugt größer 1,5 kJ/kg K, besonders geeignet. This advantageously has a quantity of heat absorbing Latent heat storage material has a relatively high specific heat capacity. This will ensures that the of the latent heat storage material at the Phase change stored sensible amount of heat at the lowest possible Temperature increase above its phase transition temperature leads. It is a latent heat storage material with a specific heat capacity greater than 0.5 kJ / kg K, preferably greater than 1 kJ / kg K and particularly preferably greater 1.5 kJ / kg K, particularly suitable.

Wenn eine Schmierfilmbildung auf dem Kunststoffmaterial und/oder zwischen den Kontaktflächen der Reibkörper nicht zweckmäßig ist, ist es besonders günstig, wenn das Latentwärmespeichermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatszustand nicht ändert. If there is a film of lubrication on the plastic material and / or between the contact surfaces of the friction body is not appropriate, it is special favorable if the latent heat storage material during its phase transition does not change its state of matter.

Wenn eine Schmierfilmbildung auf dem Kunststoffmaterial und/oder zwischen den Reibkörpern zweckmäßig ist, ist es vorteilhaft, wenn das Latentwärmespeichermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig ändert. If there is a film of lubrication on the plastic material and / or between the friction bodies is appropriate, it is advantageous if that Latent heat storage material in its phase change its solid state after fluid changes.

Als Latentwärmespeichermaterial sind alle Stoffe oder Stoffgemische geeignet, die mindestens eine Phasenumwandlungstemperatur in einem Bereich von ca. 40 bis ca. 60°C aufweisen. Dabei sind insbesondere solche Latentwärmespeichermaterialien bevorzugt, die eine gute Verträglichkeit mit dem Polymermatrixmaterial und mit dem Körpergewebe aufweisen. Latentwärmespeichermaterialien können eine oder mehrere voneinander verschiedene Latentwärmespeichermaterialkomponenten umfassen. Als Latentwärmespeichermaterialien bzw. Latentwärmespeichermaterialkomponente sind beispielsweise Wachse, Wachsester, Fette, Fettsäuren, Carbonsäuren, Polymere, Eiweiße, organische Salze, anorganische Salze und/oder hydratisierte anorganische Salze geeignet. Gegebenenfalls werden dem Latentwärmespeichermaterial Hilfsstoffe wie beispielsweise Dispersionsmittel zugesetzt, die eine Dispergierung des Latentwärmespeichermaterials im Kunststoffmatrixmaterial erleichtern. All substances or mixtures of substances are suitable as latent heat storage material, the at least one phase transition temperature in a range of approximately 40 up to approx. 60 ° C. These include in particular Latent heat storage materials preferred, which have a good compatibility with the Have polymer matrix material and with the body tissue. Latent heat storage materials can be one or more different from each other Include latent heat storage material components. As latent heat storage materials or Latent heat storage material components are, for example, waxes, wax esters, Fats, fatty acids, carboxylic acids, polymers, proteins, organic salts, inorganic salts and / or hydrated inorganic salts are suitable. Possibly are auxiliary materials such as, for example, the latent heat storage material Dispersant added, which is a dispersion of the latent heat storage material in the plastic matrix material.

Vorteilhafterweise ist das Latentwärmespeichermaterial an ein Trägermaterial gebunden, beispielsweise in Form eines Granulats oder eines Pulvers, um eine möglichst gleichmäßige Dispergierung des Latentwärmespeichermaterials in der Kunststoffmatrix zu bewirken, wobei dies insbesondere für Latentwärmespeichermaterialien gilt, die nur sehr schwer in der Kunststoffmatrix zu dispergieren sind. Als Trägermaterialien sind insbesondere solche mit kapillarer Struktur geeignet. The latent heat storage material is advantageously on a carrier material bound, for example in the form of granules or powder, to a dispersion of the latent heat storage material in the To effect plastic matrix, this especially for Latent heat storage materials apply that are very difficult to disperse in the plastic matrix are. The carrier materials are, in particular, those with a capillary structure suitable.

Um eine Dispergierung eines schwer dispergierbaren Latentwärmespeichermaterials zu gewährleisten, ist es besonders vorteilhaft, wenn das Latentwärmespeichermaterial in verkapselter Form in dem Kunststoffmatrixmaterial dispergiert wird. Durch die Verkapselung, also die Abschirmung des Latentwärmespeichermaterials von dem Kunststoffmatrixmaterial, können auch Latentwärmespeichermaterialien verwendet werden, die nicht gut mit dem Körpergewebe oder dem Kunststoffmatrixmaterial verträglich sind und dessen mechanische und/oder tribologische Eigenschaften nachteilig verändern würden. Um einen guten Wärmetransport von dem Kunststoffmatrixmaterial zum Latentwärmespeichermaterial zu gewährleisten, weist das Material zum Verkapseln des Latentwärmespeichermaterials vorteilhafterweise eine große Wärmeleitfähigkeit auf. To disperse a difficult to disperse To ensure latent heat storage material, it is particularly advantageous if that Latent heat storage material in encapsulated form dispersed in the plastic matrix material becomes. Through the encapsulation, i.e. the shielding of the Latent heat storage material from the plastic matrix material can also Latent heat storage materials are used that are not good with the body tissue or are compatible with the plastic matrix material and its mechanical and / or would adversely change tribological properties. To be a good one Heat transfer from the plastic matrix material to To ensure latent heat storage material, the material for encapsulating the Latent heat storage material advantageously has a high thermal conductivity.

An ein Trägermaterial gebunden oder in verkapselter Form können mehrere verschiedene Latentwärmespeichermaterialien problemlos in dem Kunststoffmatrixmaterial eines erfindungsgemäßen Kompositmaterials dispergiert werden, ohne dass sich diese miteinander vermischen. Bound to a carrier material or in encapsulated form, several various latent heat storage materials in the Plastic matrix material of a composite material according to the invention can be dispersed without that they mix together.

Ein erfindungsgemäßes Kunststoffmaterial wird vorteilhafterweise mittels Kolbenextrusion (RAM-Extrusion), Extrusion, Press-Sintern, Pressen, Spritzgießen oder Kalandrieren hergestellt, welche eine im Wesentlichen gleichmäßige Dispergierung des Latentwärmespeichermaterials in der Kunststoffmatrix erlauben. A plastic material according to the invention is advantageously by means of Piston extrusion (RAM extrusion), extrusion, press-sintering, pressing, injection molding or Calendering, which is a substantially uniform Allow dispersion of the latent heat storage material in the plastic matrix.

Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials für Anwendungen im medizinischen Bereich, insbesondere bei der Herstellung von Implantaten und Implantatkomponenten. Dabei sind als Implantate und Implantatkomponenten insbesondere Pfannen, Inlays und Gleitkomponenten für das menschliche Knie bevorzugt. The invention further relates to the use of the invention Composite material for applications in the medical field, especially in the Manufacture of implants and implant components. Here are as implants and implant components, in particular cups, inlays and sliding components preferred for the human knee.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung Implantate und Implantatkomponenten, insbesondere Pfannen, Inlays und Gleitkomponenten für das menschliche Knie, die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Kompositmaterials hergestellt sind. Furthermore, the invention relates to implants and implant components, especially pans, inlays and sliding components for the human knee, which are produced using the composite material according to the invention are.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. The following description of a preferred embodiment serves in Connection with the drawing of the detailed explanation of the invention.

Es zeigen im Einzelnen: They show in detail:

Fig. 1 eine Verschleißpaarung im unbelasteten Zustand; und Figure 1 shows a pair of wear in the unloaded state. and

Fig. 2 eine Verschleißpaarung im belasteten Zustand. Fig. 2 shows a pair of wear in the loaded state.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kunststoffmaterials 1 zusammen mit einem Reibkörper 7 als Verschleißpaarung in einem unbelasteten Zustand dargestellt. Ein Latentwärmespeichermaterial 3 ist in der Kunststoffmatrix 2 in dispergierter Form in sogenannten Kavitäten enthalten. In Fig. 1, an embodiment of a plastic material 1 of the invention is shown together with a friction body 7 as wear pairing in an unloaded condition. A latent heat storage material 3 is contained in the plastic matrix 2 in dispersed form in so-called cavities.

Die in einem Belastungszustand (Fig. 2) zwischen dem Kunststoffmaterial 1 und dem Reibkörper 7 auftretenden Reibungsphänomene führen zur Bildung von Reibungswärme, die von dem Latentwärmespeichermaterial 3 beim Erreichen seiner Schmelztemperatur aufgenommen wird, wobei das Latentwärmespeichermaterial 3 seinen Aggregatszustand von fest nach flüssig unter Volumenzunahme ändert. Dabei tritt das Latentwärmespeichermaterial 3 aus den an der Oberfläche des Kunststoffmaterials 1 befindlichen offenen Kavitäten 5 aus und bildet zwischen dem Kunststoffmaterial 1 und dem Reibkörper 7 einen Film 9. Dieser Schmierfilm 9 bewirkt einerseits eine Reduzierung des mechanischen Abriebs und der thermischen Alterung des Kunststoffmaterials 1 und des Reibkörpers 7, da er die unter Bewegung und Belastung zwischen dem Kunststoffmaterial 1 und dem Reibkörper 7 auftretenden mechanischen Reibungsphänomene sowie die daraus resultierende Reibungswärme deutlich vermindert. Andererseits führt der Film 9 zu einer vergrößerten Kontaktfläche und folglich zu einem verringerten Kontaktdruck zwischen dem Kunststoffmaterial 1 und dem Reibkörper 7, wobei der verringerte Kontaktdruck abermals eine Verringerung der mechanischen Reibungsphänomene und der dadurch entstehenden Reibungswärme bewirkt und so letztlich einen verminderten Verschleiß bewirkt. The friction phenomena occurring in a load state ( FIG. 2) between the plastic material 1 and the friction body 7 lead to the formation of frictional heat which is absorbed by the latent heat storage material 3 when its melting temperature is reached, the latent heat storage material 3 changing its state of matter from solid to liquid with an increase in volume , The latent heat storage material 3 emerges from the open cavities 5 on the surface of the plastic material 1 and forms a film 9 between the plastic material 1 and the friction body 7 . This lubricating film 9 on the one hand brings about a reduction in the mechanical abrasion and the thermal aging of the plastic material 1 and the friction body 7 , since it significantly reduces the mechanical friction phenomena occurring under movement and stress between the plastic material 1 and the friction body 7 and the resulting frictional heat. On the other hand, the film 9 leads to an increased contact area and consequently to a reduced contact pressure between the plastic material 1 and the friction body 7 , the reduced contact pressure again causing a reduction in the mechanical friction phenomena and the resulting frictional heat and thus ultimately reducing wear.

Claims (20)

1. Verschleißarmes Kunststoffmaterial, insbesondere für medizinische Anwendungen, umfassend eine Polymermatrix, in welcher ein Latentwärmespeichermaterial dispergiert enthalten ist. 1. Low-wear plastic material, especially for medical Applications comprising a polymer matrix in which a Latent heat storage material is contained dispersed. 2. Kunststoffmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial im Wesentlichen gleichmäßig in der Polymermatrix dispergiert enthalten ist. 2. Plastic material according to claim 1, characterized in that the Latent heat storage material essentially uniform in the Polymer matrix is contained in dispersed form. 3. Kunststoffmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ein Polyethylen mit ultrahoher Molmasse umfasst. 3. Plastic material according to claim 1 or 2, characterized in that the polymer matrix comprises an ultra high molecular weight polyethylene. 4. Kunststoffmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Molekulargewicht des Polyethylens mit ultrahoher Molmasse in einem Bereich von ca. 3.000.000 bis 7.000.000 liegt. 4. Plastic material according to claim 3, characterized in that the Average molecular weight of ultra high molecular weight polyethylene in a range of approximately 3,000,000 to 7,000,000. 5. Kunststoffmaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ein Polyaryletherketon umfasst. 5. Plastic material according to one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the polymer matrix comprises a polyaryl ether ketone. 6. Kunststoffmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyaryletherketon ein Polyetherketon, ein Polyetheretherketon, ein Polyetherketonketon und/oder ein Polyetheretherketonketon ist. 6. Plastic material according to claim 5, characterized in that the Polyaryl ether ketone a polyether ketone, a polyether ether ketone Is polyether ketone ketone and / or a polyether ether ketone ketone. 7. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial eine Phasenumwandlungstemperatur in einem Temperaturbereich von ca. 40 bis ca. 60°C aufweist. 7. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material a Phase transition temperature in a temperature range from approx. 40 to approx. 60 ° C having. 8. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial insgesamt mit einem Anteil in einem Bereich von ca. 0,2 bis ca. 10 Vol%, bevorzugt von 1 bis 3 Vol%, in der Polymermatrix enthalten ist. 8. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material with a proportion in a range from about 0.2 to about 10 vol%, preferably from 1 to 3 vol%, is contained in the polymer matrix. 9. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial eine Schmelzenthalpie größer 20 kJ/kg, bevorzugt größer 40 kJ/kg und besonders bevorzugt größer 80 kJ/kg, aufweist. 9. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material a Enthalpy of fusion greater than 20 kJ / kg, preferably greater than 40 kJ / kg and particularly preferably greater than 80 kJ / kg. 10. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial eine spezifische Wärmekapazität von größer 0,5 kJ/kg K, bevorzugt größer 1 kJ/kg K und besonders bevorzugt größer 1,5 kJ/kg K, aufweist. 10. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material has a specific Heat capacity of greater than 0.5 kJ / kg K, preferably greater than 1 kJ / kg K and particularly preferably greater than 1.5 kJ / kg K. 11. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatzustand nicht ändert. 11. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material at its Phase transformation does not change its state of matter. 12. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial bei seiner Phasenumwandlung seinen Aggregatzustand ändert, insbesondere von fest nach flüssig. 12. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material at its Phase change changes its physical state, especially from fixed to liquid. 13. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial ein(e) Wachs, Wachsester, Trifettsäureester, Fettsäureester, Fettsäure, Carbonsäure, Polymer, Eiweiß, organisches Salz, anorganisches Salz und/oder hydratisiertes anorganisches Salz umfasst. 13. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material is a wax, Wax esters, trifatty acid esters, fatty acid esters, fatty acid, carboxylic acid, Polymer, protein, organic salt, inorganic salt and / or hydrated inorganic salt. 14. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial an ein Trägermaterial gebunden ist. 14. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material at a Carrier material is bound. 15. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Latentwärmespeichermaterial verkapselt ist. 15. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the latent heat storage material is encapsulated. 16. Kunststoffmaterial nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial mittels RAM-Extrusion, Extrusion, Press-Sintern, Pressen, Spritzgießen oder Kalandrieren hergestellt ist. 16. Plastic material according to one of the preceding claims, characterized characterized that the plastic material by means of RAM extrusion, Extrusion, press-sintering, pressing, injection molding or calendering is produced. 17. Verwendung des verschleißarmen Kunststoffmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 16 für Anwendungen im medizinischen Bereich. 17. Use of the low-wear plastic material according to one of the Claims 1 to 16 for applications in the medical field. 18. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffmaterial bei der Herstellung von Implantaten und Implantatkomponenten verwendet wird. 18. Use according to claim 17, characterized in that the Plastic material in the manufacture of implants and Implant components are used. 19. Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Implantate und Implantatkomponenten Pfannen, Inlays und Gleitkomponenten für das menschliche Knie umfassen. 19. Use according to claim 18, characterized in that the Implants and implant components Cups, inlays and sliding components for embrace the human knee. 20. Implantat und Implantatkomponenten, insbesondere Pfannen, Inlays und Gleitkomponenten für das menschliche Knie, hergestellt unter Verwendung des verschleißarmen Kunststoffmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 16. 20. Implant and implant components, in particular pans, inlays and Sliding components for human knee made using of the low-wear plastic material according to one of claims 1 to 16th
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