DE2947839A1

DE2947839A1 - Verfahren zum herstellen von faserverstaerktem knochenzement

Info

Publication number: DE2947839A1
Application number: DE19792947839
Authority: DE
Inventors: Sabine 2000 Hamburg Wellmanns; Prof. Dr.med. Dietmar 2070 Großhansdorf Wolter
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1979-11-28
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1981-07-23

Description

Verfahren zum Herstellen von faserverstärktem Knochenzement Knochenzemente, die zur Verankerung von Gelenkendoprothesen, zur Ausfüllung von Knochendefekten und als Verstärkung bei der Osteosynthese verwendet werden, enthalten ein oder mehrere härtbare Harze, im besonderen Methylmethacrylat-, Methacrylat-, Methacrylsäuremethylester- Homo- und Copolymere. Die pulvrigen Harze, werden mit einem Monomeren, z B. Methylmethacrylat-oder Methacrylsäuremethylester-Monomeren, angeteigt und das hochviskose Gemisch wird auf oder in die Defektstelle gedrückt. Durch die Verwendung schnellhärtender Harze läßt sich häufig eine stabile Montage erreichen, so daß beispielsweise verletzte Extremitäten oder ersetzte Gelenke sofort nach der Operation belastet werden können, Neben der Rückgewinnung verlorener Körperfunktionen werden dadurch sekundäre Komplikationen wie Thrombosen, Embolien oder Lungenentzündungen weitgehend vermieden.
Der ausgehärtete Knochenzement muß teilweise erhebliche Spannungen aufnehmen, z. Bç werden bei einer Hüftgelenkprothese an der medialen Seite des Schaftoberteils erhebliche Druckspannungen auf die Zementschicht aufgebracht, die schließlich zu Reißen der Schicht und zur Lockerung der Prothese führen können. Zugbeanspruchungen, die nach Lockerung der Prothese entstehen, sind dann wegen der geringen Zugfestigkeit des Knochenzements häufige Versagensursachen Es ist bekannt, Werkstoffe, besonders auch Kunstharze, durch die Einlagerung von hochfesten Fasern oder Endlosfäden zu verstärken. Als Verstärkung für Knochenzemente eignen sich besonders Fasern aus Kohlenstoff und Graphit, im folgenden Kohlenstoff genannt, die günstige mechanische Eigenschaften und vor allem eine ausgezeichnete Biokompatibilität aufweisen.
Zum Herstellen von faserverstärkten Knochenzementen sind jedoch wegen der Eigenschaften der Knochenzementmatrix, vor allem der sehr kleinen Teig- oder Topfzeit, die bekannten Methoden und Verfahren zum Einmischen der Verstärkungskomponente nicht geeignet und es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Knochenzements zu schaffen, in welchem die Verstärkungsfasern homogen verteilt sind und der eine wesentlich höhere Festigkeit aufweist als unverstärkte Zemente.
Zur Lösung der Aufgabe werden 50 bis 70 Gew. Teile eines pulverförmigen Polyacrylats, 1,0 bis 2,0 Gew. Teile eines Härtungskatalysators und 5 bis 40 Gew. Teile Verstärkungsfasern gemischt und 30 bis 60 Gew. Teile eines Acrylatmonomeren in das Gemisch eingerührt. Unter dem Begriff "Polyacrylat" sind Homo- und Copolymere aus der Gruppe Polymethylmethacrylat, Polymethacrylsäuremethylester und Methylmethacrylat-Styrol zu verstehen, unter dem Begriff "Acrylatmonomeret die Monomeren dieser Polymeren. Geeignete Härtungskatalysatoren sind beispielsweise Benzoyl-und Acetyl-Peroxid Als Verstärkungsfasern werden bevorzugt Kohlenstoffasern in einer Länge von 0,5 bis 3 mm verwendet, wenngleich für besondere Bedingungen auch keramische, oder metallische Fasern von Vorteil sein können.
Die Begrenzung der Faserlänge ergibt sich im wesentlichen aus dem abfallenden Verstärkungseffekt bei Längen < 0,5 mm und den mit der Faserlänge steigenden Schwierigkeiten, die Fasern gleichförmig in der Zementmatrix zu verteilen.
Es ist ebenfalls möglich von handelsüblichen Knochenzementen auszugehen und deren Zusammensetzungen durch eine Änderung des Katalysatoranteils und durch Änderung des Polymeren/Monomeren-Verhältnisses dem erfindungsgemäßen Verfahren anzupassen.
Die Erfindung und der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielte Fortschritt werden im folgenden durch Beispiele erläutert.
Beispiel 1 Ein handelsüblicher Knochenzement wurde wie üblich durch Anteigen des pulverförmigen Polymeranteils mit dem korrespondierenden Monomeren im Verhältnis 2 : 1 hergestellt und Kohlenstoffasern mit einer Länge von 3 bis 4 mm in den zähplastischen Zement eingerührt. Innerhalb der Teig-oder Topfzeit von nur etwa 2 min. war es nicht möglich, eine homogene Verteilung der Verstärkungsfasern zu erzielen, Die Fasern bildeten größere Klumpen, der Zement war unbrauchbar Handelsübliche Zemente mit einer längeren Teigzeit ergaben etwas bessere, aber ebenfalls unzureichende Ergebnisse.
Beispiel Von dem Knochenzement gemäß Beispiel 1 wurde der Polymeranteil und der Monomerenanteil im Verhältnis 1 : 1 gemischt und die Kohlenstoffasern mit einem Spatel in die Masse gerührt. Es wurde eine zufriedenstellende Gleichverteilung der Kohlenstoffasern erreicht, der Zement war jedoch wegen der sehr langen Härtungszeit unbrauchbar Der Festigkeitszuwachs war zudem gering.
Beispiel 3 Verwendet wurde ein handelsüblicher Knochenzement auf der Basis Polymethylmethacrylat. Bestimmungsgemäß werden bei diesem Zement Polymer- und Monomeranteil im Verhältnis 2 : 1 gemischt, eine Zusammensetzung, die - wie oben gezeigt - zum Herstellen faserverstärkter Zemente nicht geeignet ist. Das pulverförmige Polymer enthält einen Härtungskatalysator in einer Konzentration von etwa 2 %.
60 Gew. Teile des Polymerenanteils (Polymethylmethacrylat), der entsprechend 1,2 Teile Härtungskatalysator (Benzoylperoxid) enthält, wurden mit 0,8 Teile Benzoylperoxid und 30 Teilen Kohlenstoffasern mit einer durchschnittlichen Länge von 1 mm in einem Wirbelmischer gemischt, die Mischung in einem Tiegel mit 50 Teilen Monomeren (Methylmethacrylat) angeteigt, und das zähplastische Gemisch in situ ausgehärtet. Die Kohlenstoffasern waren in dem Zement gleichmäßig verteilt, die Festigkeit war wesentlich gröBer als der korrespondierende handelsübliche Knochenzement.

handelsüblich erfindungsgemäß

Druckfestigkeit 130 177 N/mm2

Biegefestigkeit 21 57

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen von faserverstärktem Knochenzement, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß 50 bis 70 Gew Teile eines pulverförmigen Polyacrylats, 1,0 bis 2,0 Gew. Teile eines Härtungskatalysators und 5 bis 40 Gew. Teile Verstärkungsfasern gemischt und 30 bis 60 Gew Teile eines Acrylatmonomeren in das Gemisch eingerührt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß als Verstärkungsfasern Kohlenstoffasern verwendet werden.
3 Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß Fasern mit einer Länge von 0,5 bis 3 mm verwendet werden.
4 Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Kohlenstoffasern vor dem Einmischen mit einem Acrylatmonomeren imprägniert werden