DE19815145A1

DE19815145A1 - Herstellung von biologisch abbaubarem, spritzgußfähigem Polylactid-/Polyglykolid-Material und Formteilen daraus

Info

Publication number: DE19815145A1
Application number: DE1998115145
Authority: DE
Inventors: Johan Feith
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-21

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines biologisch abbaubaren, spritzgußfähigen Materials aus einem Ausgangsmaterial beschrieben, welches ein Copolymer aus einem Polylactid und einem Polyglykolid mit beliebigem Mengenverhältnis oder ein reines Polylactid oder ein reines Polyglykolid enthält. Das Verfahren besteht in einer Trocknungsbehandlung, bei welcher die Zeitdauer der Behandlung, die Temperatur und der Sauerstoffpartialdruck derart eingestellt werden, daß das resultierende Material spritzgußfähig ist. Dies kann erreicht werden, wenn das Ausgangsmaterial bei einer Temperatur zwischen 30 DEG C und 80 DEG C, für eine Zeitdauer zwischen 3 und 25 Stunden, bei reduziertem Sauerstoff-Partialdruck getrocknet wird. Derart hergestelltes Material eignet sich für die Spritzguß-Herstellung von Formteilen, insbesondere von chirurgischen Befestigungsimplantaten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubarem, spritzgußfähigem Polylactid- /Polyglykolid-Material nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein nach dem Verfahren hergestelltes biologisch abbaubares, spritzguß fähiges Polylactid-/Polyglykolid-Material nach Patentanspruch 8, auf die Verwendung des Materials zur Herstellung von Form teilen nach Patentanspruch 9 und auf entsprechend hergestellte Formteile nach Patentanspruch 11.

Polylactid (Polymilchsäure) und Polyglykolid sind bekannterma ßen biologisch abbaubar und werden u. a. im Bereich der Medizin als resorbierbare, chirurgische Implantate eingesetzt. Diese Implantate dienen dazu, nach einem operativen Eingriff den Heilungsprozeß zu unterstützen oder ihm eine bestimmte Rich tung zu geben. Im Laufe der Zeit wurden eine Reihe von Implan taten aus biologisch abbaubaren Polymer-Kunststoffen mit un terschiedlichen Anwendungsbereichen in der Chirurgie entwik kelt. Diese Implantate haben den großen Vorteil, daß sie sich nach einer gewissen Zeit biologisch zersetzen und somit ein zweiter operativer Eingriff zur Entfernung der Implantate un nötig wird. Insbesondere in der Kieferchirurgie kommt es rela tiv häufig darauf an, bestimmte Membranen im Bereich eines be handelten Zahns nach der Behandlung zu befestigen. Die Befe stigung erfolgt dabei meistens durch Nägel (Pins). Hierfür ist es von Vorteil, wenn sowohl die Membran als auch die Befesti gungspins aus biologisch abbaubarem Material bestehen, damit keines dieser Bestandteile durch einen zweiten operativen Ein griff entfernt werden muß.

Als Materialien mit guten Eigenschaften für die Nutzung als Implantate haben sich Polylactide und Polyglykolide herausge stellt. Ein großes Problem besteht jedoch darin, Implantate aus diesen Materialien durch konventionelle Spritzgußverfahren herzustellen. Die auf dem Markt befindlichen spritzgußfähigen Materialien sind sämtlich erst durch Beimischung von speziel len Weichmachern zu den Polylactiden und Polyglykoliden für den Spritzguß tauglich gemacht worden. Diese Weichmacher sind jedoch toxisch, sodaß die durch Spritzguß hergestellten End produkte nicht als Implantate für die Chirurgie verwendet wer den können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubarem, spritzgußfähigem Polylactid-/Polyglykolid-Material und Formteilen daraus anzu geben, bei welchem auf die Beimischung von Weichmachern ver zichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst. Demnach verwendet das erfindungsgemäße Verfahren ein Ausgangsmaterial, welches ein Copolymer aus ei nem Polylactid und einem Polyglykolid mit beliebigem Mengen verhältnis oder ein reines Polylactid oder ein reines Polygly kolid enthält, und welches einer Trocknungsbehandlung unterzo gen wird, bei der die Zeitdauer der Behandlung, die Temperatur und der Sauerstoff-Partialdruck derart eingestellt werden, daß das resultierende Material spritzgußfähig ist.

Insbesondere liegt die bei der Trocknungsbehandlung verwendete Temperatur unterhalb von 80°C und der Sauerstoff-Partialdruck ist gegenüber dem atmosphärischen Sauerstoff-Partialdruck re duziert.

Weiterhin insbesondere wird bei der Trocknungsbehandlung eine Temperatur zwischen 30° und 80°C, eine Zeitdauer zwischen 3 und 25 Stunden und ein Sauerstoff-Partialdruck unterhalb von 500 mbar verwendet.

Weiterhin insbesondere wird bei der Trocknungsbehandlung eine Temperatur zwischen 40° und 60°C, eine Zeitdauer zwischen 5 und 15 Stunden und ein Sauerstoff-Partialdruck unterhalb von 200 mbar verwendet.

Weiterhin insbesondere wird bei der Trocknungsbehandlung eine Temperatur zwischen 45° und 55°C, insbesondere etwa 50°C, und eine Zeitdauer zwischen 5 und 10 Stunden, insbesondere zwi schen 6 und 8 Stunden verwendet.

In den nebengeordneten Patentansprüchen 8, 9 und 11 sind je weils ein entsprechend hergestelltes biologisch abbaubares, spritzgußfähiges Polylactid-/Polyglykolid-Material, eine Ver wendung eines derartigen Materials zur Herstellung von Form teilen, und entsprechend hergestellte Formteile angegeben.

Um festzustellen, ob bestimmte Materialien sich für den Spritzguß eignen, müssen ihre Fließ- oder Viskositätseigen schaften im geschmolzenen Zustand bestimmt werden. Die ein fachste Vorrichtung zur Bestimmung und Quantifizierung des Viskositätsverhaltens ist eine Vorrichtung gemäß der DIN-Norm 53735 zur Bestimmung des sogenannten Schmelzflußindex (melt flow Index, MFI). In dieser Apparatur wird die Schmelze bei einer definierten Temperatur von einem Kolben, auf den eine definierte Kraft einwirkt, durch eine Düse gepreßt und die pro Zeiteinheit hindurchströmende Menge an geschmolzenem Material bestimmt. Diese wird üblicherweise in der Einheit g/10 min. angegeben. Für Fachleute ist dieser Wert an sich bereits ein Hinweis auf die grundsätzliche Eignung des betreffenden Mate rials für den Spritzguß. Bei Polymer-Kunststoffen ist bei spielsweise bekannt, daß der MFI-Index für den Spritzguß im Bereich 4 bis 7 liegen sollte.

Weiterhin ist entscheidend für die Spritzgußfähigkeit, wie der MFI-Index von der Temperatur abhängt. Eine zu starke Abhängig keit von der Temperatur macht den Spritzguß schwer durchführ bar, da die Düse einer Spritzguß-Apparatur nur unter Schwie rigkeiten auf eine Temperaturkonstanz von 1°C während des Spritzgießens eingestellt werden kann. Wenn sich in dieser Zeitspanne die Fließeigenschaften des Materials zu stark än dern, entstehen Inhomogenitäten und der Spritzguß kann nicht korrekt durchgeführt werden.

Es wurde nun untersucht, wie ein Copolymer aus Polylactid und Polyglykolid vorbehandelt werden muß, um spritzgußfähig zu werden. Im folgenden wird ein Beispiel für ein Ausgangsmateri al mit einem Mengenverhältnis von 50 : 50 zwischen Polylactid und Polyglykolid angegeben.

Die Erfindung setzt zuvorderst bei der Erkenntnis ein, daß ein derartiges Ausgangsmaterial in bestimmter Weise getrocknet werden muß, damit es die gewünschten Eigenschaften erhält. In dem hier ausführlich dargestellten Ausführungsbeispiel wurde das Ausgangsmaterial in einem gängigen Vakuum-Trockengerät der Fa. WC Heraeus behandelt. Das Vakuum wurde in einem Bereich 100-200 mbar eingestellt. Die Temperatur wurde auf etwa 50°C eingestellt. Unter diesen Bedingungen wurden die Proben unter schiedlich lange getrocknet. Dann wurden die Proben aus dem Trockengerät entnommen und der MFI-Index wurde in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmt.

Das Ergebnis in der Figur dargestellt.

Für vier verschieden behandelte Materialien sind die MFI- Indizes in Abhängigkeit von der Temperatur aufgetragen. Die mit (+) bezeichneten Werte beziehen sich auf unbehandeltes, d. h. ungetrocknetes Ausgangsmaterial. Die mit (○) bezeichneten Werte beziehen sich auf eine Probe, die für 6 Stunden unter obigen Bedingungen behandelt, d. h. getrocknet wurde. Bei den mit (Δ) bezeichneten Werten betrug die Zeitdauer der Trocken behandlung 16 Stunden, während sie bei den mit () bezeichne ten Werten 25 Stunden betrug. Der MFI-Index wurde bei der un behandelten Probe bei einem auf dem Kolben der MFI-Apparatur lastenden Gewicht von 2,16 kg (≘ 21,19 N Kraft) ermittelt, während er bei den getrockneten Proben bei einem auf dem Kol ben lastenden Gewicht von 5,0 kg (≘ 49,05 N) gemessen wurde. Die MFI-Indexwerte sind weiter unten in einer Tabelle nochmals numerisch (in g/10 min.) dargestellt.

Die unbehandelte Probe (+) ist identisch mit dem Ausgangsmate rial und zeigt eine relativ starke Abhängigkeit des MFI-Index von der Temperatur. Dies erweist sich als hinderlich für einen Spritzgußvorgang, so daß demzufolge diesem Material nach dem Stand der Technik ein Weichmacher hinzugefügt werden muß.

Tabelle

Demgegenüber zeigt das für eine Zeitdauer von 6 Stunden ge trocknete Material die geringste Abhängigkeit des MFI-Index von der Temperatur (○). Da auch der Absolutwert des MFI-Index für den Spritzguß akzeptabel ist, erweist sich das solcherma ßen behandelte Material in einer konventionellen Spritzgußap paratur in dem entsprechenden Temperaturbereich als spritzguß tauglich. Wenn das Ausgangsmaterial jedoch zu lange getrocknet wird, wird die Temperaturabhängigkeit des MFI-Index wieder zu groß, wie bei den mit (Δ) und () bezeichneten Kurven zu sehen ist, bei denen die Behandlungsdauer 16 bzw. 25 Stunden betrug. Diese Proben sind damit nicht spritzgußtauglich.

Die Trocknungsbehandlung ist also erfolgreich bei einer Tempe ratur von etwa 50°C, einer Behandlungszeit von 6 Stunden und einem Druck von 100-200 mbar. Das solchermaßen gewonnene Mate rial ist spritzgußtauglich, und beim Spritzgießen muß die Tem peratur an der Düse der Spritzgußapparatur in einem Bereich von etwa 155°C-160°C eingestellt werden. Ausgehend von den obigen Parameterwerten wurden nun weitere Versuche zur Ermitt lung von Parameterbereichen durchgeführt, innerhalb deren spritzgußfähiges Material hergestellt werden kann. Allgemein gilt, daß bei höherer Temperatur eine niedrige Zeitdauer und bei niedrigerer Temperatur eine höhere Zeitdauer eingestellt werden muß. Insgesamt ergaben die Experimente, daß spritzguß fähiges Material innerhalb der folgenden Parameterbereiche bei der Trocknung hergestellt werden konnte:
Temperaturbereich: 30°C-80°C
Zeitdauer: 3-25 Stunden
Druck: < 500 mbar

Gute Ergebnisse wurden innerhalb der folgenden Parameterberei che erzielt:
Temperaturbereich: 40°C-60°C
Zeitdauer: 5-15 Stunden
Druck: < 200 mbar.

Sehr gute Ergebnisse wurden innerhalb der folgenden Parameter bereiche erzielt:
Temperaturbereich: 45°C-55°C
Zeitdauer: 5-10 Stunden, insbesondere 6-8 St.
Druck: < 200 mbar.

Es wurde festgestellt, daß die Temperatur bei der Trocknung jedenfalls niedriger als 80°C sein muß. Bei einem Experiment, bei dem die Temperatur auf etwa 80°C eingestellt wurde, führte die Behandlung zu einer Materialdegradation. Derartig getrock netes Material erwies sich somit als nicht spritzgußtauglich.

Die Trockenbehandlung kann auch in einer Inertgas-Atmosphäre, beispielsweise unter Stickstoff oder Argon durchgeführt wer den. Wichtig ist lediglich, daß der Sauerstoff-Partialdruck gegenüber dem atmosphärischen Sauerstoff-Partialdruck redu ziert ist.

Es zeigte sich im übrigen, daß die Änderung des Mengenverhält nisses Polylactid/Polyglykolid in dem Copolymer, das bei den oben dargestellten Messungen auf 50/50 eingestellt worden war, keine qualitativen Änderungen der Ergebnisse hervorbrachte. Mit zunehmendem Anteil an Polylactid steigt lediglich die ab solute Schmelztemperatur des Materials, so daß beim Spritzgie ßen eine höhere Temperatur an der Düse der Spritzgußapparatur eingestellt werden muß. Es kann somit auch reines Polylactid oder reines Polyglykolid verwendet werden.

Um das erneute Einbringen von Feuchtigkeit zu verhindern, muß das solchermaßen hergestellte spritzgußfähige Material bis zu seiner Weiterverwendung in einem Exsikkator aufbewahrt werden. Dann können in einer konventionellen Spritzguß-Apparatur bei spielsweise chirurgische Befestigungselemente wie Nägel (Pins) oder Membranen hergestellt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Herstellung derartiger Materialien beschränkt sondern auch zur Spritzguß-Herstellung anderer Materialien, wie Kunststoffverpackungen oder dergleichen geeignet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von biologisch abbaubarem, spritzgußfähigem Polylactid-/Polyglykolid-Material, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsmaterial, welches ein Copolymer aus einem Polylac tid und einem Polyglykolid mit beliebigem Mengenverhältnis oder ein reines Polylactid oder ein reines Polyglykolid ent hält, einer Trocknungsbehandlung unterzogen wird, bei welcher die Zeitdauer der Behandlung, die Temperatur und der Sauer stoffpartialdruck derart eingestellt werden, daß das resultie rende Material spritzgußfähig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur unterhalb von 80°C liegt und der Sauerstoff- Partialdruck gegenüber dem atmosphärischen Sauerstoff- Partialdruck reduziert ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen 30° und 80°C, die Zeitdauer zwischen 3 und 25 Stunden und der Sauerstoff-Partialdruck unterhalb von 500 mbar liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen 40° und 60°C, die Zeitdauer zwischen 5 und 15 Stunden und der Sauerstoff-Partialdruck unterhalb von 200 mbar liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur zwischen 45° und 55°C, insbesondere etwa 50°C, und die Zeitdauer zwischen 5 und 10 Stunden, insbesondere zwischen 6 und 8 Stunden liegt.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der reduzierte Sauerstoff partialdruck durch Verwendung eines konventionellen Vakuum- Trocknungsgeräts erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungsbehandlung unter Inertgas-Atmosphäre, insbesondere Stickstoff oder Argon, durchgeführt wird.

8. Biologisch abbaubares, spritzgußfähiges Polylactid- /Polyglykolid-Material, hergestellt durch ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7.

9. Verwendung des Polylactid-/Polyglykolid-Materials nach An spruch 8 zur Herstellung von Formteilen durch Spritzguß.

10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile chirurgisches Material, insbesondere chirurgi sches Befestigungsmaterial wie Nägel (Pins) oder Membranen sind.

11. Formteile, hergestellt nach einem der Ansprüche 9 oder 10.