-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen bioabsorbierbarer
mehrfaseriger Fäden mit
wesentlicher hoher Zugfestigkeit und höherem Reißfestigkeitserhalt in vivo,
wobei überlegene
Handhabungseigenschaften, Reißdehnung
und Absorptionsgeschwindigkeit beibehalten werden.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Biokompatible
und bioabsorbierbare Fäden
sind seit vielen Jahren weithin für das Aneinanderbringen weichen
Gewebes verwendet worden. Zusätzlich
zu guter Biokompatibilität,
wenn sie bei menschlichen Patienten implantiert werden, gibt es
eine Anzahl weiterer Eigenschaften, die für Chirurgen und Patienten sehr wichtig
und kritisch sind. Einige der wichtigsten Eigenschaften für einen
bioabsorbierbaren Faden umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf
Zugfestigkeit, Reißfestigkeitserhalt
in vivo, Reißdehnung,
Knotenzugfestigkeit, Absorptionsgeschwindigkeit in vivo und Weichheit.
-
Verschiedene
Prozesse, die die Schmelzextrusion und die Zugausrichtung umfassen
(d. h. Fäden spinnen
und verflechten) werden gegenwärtig
verwendet, um bioabsorbierbare mehrfädrige chirurgische Fäden aus
einem Copolymer herzustellen, das Glycolid (PGA) und Lactid (PLA)
enthält.
Obwohl derartige Prozesse im allgemeinen PGA/PLA-Fäden erzeugen,
die viele der oben angesprochen Eigenschaften in bevorzugten Bereichen
aufweisen, insbesondere eine relativ schnelle Absorptionsgeschwindigkeit
(ungefähr
60–90 Tage
für eine
nahezu vollständige
Absorption), haben sie im Vergleich zu nicht absorbierbaren Fasern,
so wie Nylon oder Polyester, eine relativ geringe Zugfestigkeit.
-
Zugfestigkeit
ist ein Maß,
vor dem Implantieren des Fadengeflechts in einen Patienten, der
Größe der Spannung,
der eine Faser oder ein Faden widerstehen kann, bevor sie/er reißt. Wenn
die Zugfestigkeit der Faser gemessen wird, ist sie als die Faserzähigkeit
bekannt. Die Faserzähigkeit,
die durch Verfahren erreicht wird, welche PGA/PLA-Fäden erzeugen,
liegt typischerweise in dem Bereich von ungefähr 6.0 und 6.8 Gramm pro Denier
(g/d) und manchmal bis hinauf zu 7.2 g/d. Jeder Zuwachs bei diesen
Zähigkeitswerten,
der erreicht werden könnte,
ohne die anderen Eigenschaften des Fadens zu vermindern, würde wichtig
und hilfreich sein. Der Festigkeitserhalt in vivo ist ein Maß der Festigkeit,
welche das Fadengeflecht besitzt, nachdem der Faden in einen Patienten
implantiert worden ist. Reißdehnung
wird auch einfach als Längung
bezeichnet und ist ein Maß,
wie viel Längung
bei den Fadenfasern vor dem Reißen
bei Ausüben
von Spannung auftritt. Es ist bevorzugt, die Faserlängung zwischen
ungefähr
22% und 35% zu halten.
-
Verschiedene
Versuche sind vorgenommen worden, um PGA/PLA-Fäden mit einer höheren Zugfestigkeit
zu erzeugen, wobei die anderen gewünschten Eigenschaften, einschließlich Bioabsorbierkeit
und Längung,
in den bevorzugten Bereichen bleiben. Zum Beispiel haben manche
Fadenhersteller versucht, mehr Fasern in ein Geflecht einer gegebenen
Fadengröße einzubringen.
Obwohl auf diese Weise eine höhere
Zugfestigkeit des Gesamtgeflechts erhalten werden kann, würde entweder
der sich ergebende Faden stark übergroß zu machen
sein oder das Geflecht muß dicht
gepackt werden, was Fäden
mit verschlechterten Handhabungseigenschaften, so wie erhöhte Steifigkeit,
und schlechter Knotensicherheit liefern könnte.
-
Ein
besserer Weg, PGA/PLA-Fäden
mit höherer
Zugfestigkeit zu erhalten, besteht darin, die Faserzähigkeit
(gemessen als Kraft pro Einheitstiter) zu erhöhen, was für das Geflecht eine höhere Zugfestigkeit
liefern wird, ohne daß ein
Zuwachs der Gesamtzahl an Fasern in einem Geflecht erforderlich
wäre. Zum
Beispiel offenbaren die
US-Patente
Nrn. 5 585 056 und
6
005 019 die Verwendung von Weichmachern als Prozeßhilfe, um
die Zugfähigkeit
von Multifilament-Garn und die Eigenschaften der Fasern, die aus
einem Copolymer mit einem Molarverhältnis 92.5:7.5 Poly(Glykolid-Colaktid)
hergestellt sind, zu verbessern. Der Weichmacher kann dabei geholfen
haben, den Schmelzpunkt des Copolymers zu senken, was somit Extrusion
ohne Schmelzbruch bei relativ geringen Temperaturen erlaubt. Die
höchste
Zugfestigkeit, die mit den Prozessen, die in diesen Patenten offenbart
worden sind, erhalten wurde, betrug 7.2 Gramm/Denier (g/d), jedoch
fiel die Reißdehnung
auf 21% und weniger. Diese geringere Längung kann zu schwerwiegendem
Reißen
der Filamente und zu Betriebschwierigkeiten beim weiteren Verarbeiten
der Fasern führen,
einschließlich
beim Verdrillen und Verflechten der Fasern miteinander, um einen
geflochtenen Faden oder andere chirurgische Gegenstände herzustellen.
Die Handhabungseigenschaften des Fadens könnten auch verschlechtert werden,
wenn die Reißdehnung
der Faser zu klein ist.
-
Das
US-Patent Nr. 6 277 927 offenbart,
daß ein
besserer Festigkeitserhalt in vivo erreicht werden kann, indem Blockcopolymere
aus PGA/PLA verwendet werden, um die Fadenfasern herzustellen. Die
Fasern jedoch, die aus solchen Blockcopolymeren gesponnen worden
sind, zeigten keine hohe anfängliche
Faser- und Fadenfestigkeit. Die
RU
2 073 074 offenbart das Herstellen von Fadenfasern, indem
eine PGA/PLA-Copolymerschmelze durch einen sehr dünnen Kanal
in der Rotationsanlage gezwungen wird. Es wurde vermutet, daß durch
das vorgenannte Verfahren ein gleichförmigeres Erhitzen der Fasern
erhalten werden könnte,
so daß eine
bessere Produktivität
und verbesserte Fasereigenschaften erhalten werden könnten. Die
maximale Zugfestigkeit der Faser, die mit dem Verfahren der
RU 2 073 074 für ein PGA/PLA-Copolymer
erhalten wurde, war jedoch nur ungefähr 6.0 bis 6.4 g/d. In der
US 5 288 516 ist ein Verfahren
offenbart, um aus PGA eine Faser mit hoher Zugfestigkeit herzustellen,
jedoch haben Fäden,
die nur aus PGA-Fasern hergestellt werden, eine wesentlich verlängerte Absorptionszeit,
was in vielen Fällen
eine unerwünschte
Eigenschaft ist, wenn das Aneinanderbringen weichen Gewebes erforderlich
ist.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung spricht die Nachteile vorhandener
Verfahren zum Herstellen absorbierbarer Fadenfasern an.
-
Wie
es in weiteren Einzelheiten hiernach beschrieben wird, führt die
vorliegende Erfindung Modifikationen an der Apparatur, dem Temperaturprofil
und bei Aspekten des Wärmehaltens
bei dem bekannten Verfahren und der Apparatur ein.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft Fadenfasern, die aus einem Glycolid
(PGA)- und Lactid (PLA)-Copolymer hergestellt sind und eine Faserzähigkeit
zwischen ungefähr
7.2 bis 8.0 Gramm pro Denier und eine Faserlängung zwischen ungefähr 22% und
35% haben, wobei das Copolymer zwischen 80 und 95 Molprozent Glycolid
und zwischen 5 bis 20 Prozent Lactid zu insgesamt 100 Molprozent
aufweist und der Schmelzpunkt des Copolymers 200°C ist.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt derartige Fadenfasern
mit hoher Festigkeit und umfaßt
das Verwenden einer Extrudervorrichtung mit einer Anzahl nacheinander
angeordneter und miteinander verbundener Komponenten, jede mit einer
Temperatursteuereinrichtung zum Halten jeder Komponenten auf einer
vorbestimmten Temperatur. Die Komponenten der Extrudervorrichtungen
umfassen eine oder mehrere geheizte Zonen, eine Meßpumpe,
einen geheizten Block, eine Spinndüse und eine längliche
geheizte Hülse, die
sich von der Spinndüse
erstreckt. Wenn die Extrudervorrichtung eine geheizte Zone umfaßt, besteht
das Verfahren darin, die Temperatur dieser geheizten Zone auf einer
Temperatur von ungefähr
20°C unterhalb
des Schmelzpunktes des Copolymers bis ungefähr 5°C oberhalb des Schmelzpunktes
des Copolymers zu halten und die Temperatur der Meßpumpe und
des geheizten Blockes auf einer Temperatur von nicht weniger als
dem Schmelzpunkt des Copolymers und nicht höher als ungefähr 40°C oberhalb
des Schmelzpunktes des Copolymers zu halten, so daß das Copolymer
geschmolzen wird, das durch die Meßpumpe und in den beheizten Block
gepumpt wird. Das Verfahren besteht weiter darin, die Spinndüse auf einer
Temperatur von ungefähr 40°C bis ungefähr 60°C oberhalb
des Schmelzpunktes des Copolymers zu halten und das geschmolzene
Copolymer durch eine Vielzahl von Kapillaröffnungen der Spinndüse zu zwingen,
so daß filamentartige
Copolymerfasern gebildet werden.
-
Die
geheizte Hülse
ist derart angeordnet, daß die
Copolymerfasern nach dem Bilden in der Spinndüse durch diese verlaufen, und
die geheizte Hülse
wird auf einer Temperatur von wenigstens ungefähr 60°C oberhalb des Schmelzpunktes
des Copolymers gehalten, so daß die
Zeitdauer, über
die die Copolymerfilamente im wesentlichen über dem Schmelzpunkt des Polymers
sind, verlängert
wird.
-
Wenn
die Extrudervorrichtung drei geheizte Zonen umfaßt, wird die erste geheizte
Zone auf einer Temperatur von ungefähr 20°C unterhalb des Schmelzpunktes
des Copolymers bis ungefähr
5°C oberhalb
des Schmelzpunktes des Copolymers gehalten, und die zweite geheizte
Zone wird auf einer Temperatur von wenigstens ungefähr gleich
der Temperatur der ersten geheizten Zone und nicht mehr als ungefähr 40°C oberhalb des
Schmelzpunktes des Copolymers gehalten. Die dritte geheizte Zone
wird auf einer Temperatur auf wenigstens ungefähr gleich der Temperatur der
zweiten geheizten Zone und nicht mehr als ungefähr 40°C oberhalb des Schmelzpunktes
des Copolymers gehalten, und die Meßpumpe und der geheizte Block
werden auf einer Temperatur von wenigstens ungefähr gleich der Temperatur der
drit ten geheizten Zone und nicht mehr als ungefähr 40°C oberhalb des Schmelzpunktes
des Copolymers gehalten.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird Bezug auf die folgende genaue Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung genommen, die in Zusammenhang mit den
beigefügten
Zeichnungen betrachtet wird, wobei:
-
1 eine
schematische Aufrißansicht
der Fadenherstellungsapparatur gemäß der vorliegenden Erfindung
ist; und
-
2 eine
Darstellung, die die Temperaturprofile des Verfahrens der vorliegenden
Erfindung und bestimmter Prozesse des Standes der Technik zeigt,
ist.
-
Genaue Beschreibung der Erfindung
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung der Extrudervorrichtung 10,
die verwendet wird, um das Verfahren der vorliegenden Erfindung
zum Erzeugen bioabsorbierbarer Fäden
mit mehreren Filamenten auszuführen,
die eine erhöhte
mittlere Zähigkeit
haben, während
ein akzeptabler Bereich für
die Längung
beibehalten wird. Genauer hat die Extrudervorrichtung 10 eine
Anzahl nacheinander angeordneter, miteinander verbundener Komponenten,
einschließlich
einer Zuführeinrichtung,
so wie einen Trichter 13, und eine Extrudertrommel 12,
die sich im wesentlichen vertikal unterhalb des Trichters 13 befindet.
Der Trichter 13 hält
und speist getrocknete Copolymer-Pellets 14 des Typs, aus
dem die Fäden
mit mehreren Filamenten hergestellt werden sollen, in die Extrudertrommel 12.
Der Schmelzpunkt des Copolymers (CMP – Copolymer Melting Point)
der Copolymer-Pellets 14 wird bestimmt, indem eine Probe
der Copolymer-Pellets 14 mit einem herkömmlichen standardmäßigen differentiellen
Abtastkalorimeter (DSC – Differential
Scanning Calorimeter) geprüft
und die DSC-Schmelzpeaktemperatur
als der Schmelzpunkt des Copolymers (CPM) ausgewählt wird.
-
Die
Extrudertrommel 12 umfaßt drei nacheinander angeordnete
geheizte Zonen 16, 18, 20, die auf fortschreitend
höheren
Temperaturen gehalten werden, um die Copolymer-Pellets 14 in
eine Copolymerschmelze 14' zu
schmelzen, wie es hiernach in weiteren Einzelheiten in Ver bindung
mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung diskutiert wird. Eine
Meßpumpe 22 ist
an oder nahe dem stromabwärtigen
Ende des Extruders 12 angeordnet. Ein geheizter Block 24 ist
mit der Meßpumpe 22 verbunden.
Die Meßpumpe 22 steuert die
Geschwindigkeit, mit der die Copolymerschmelze 14' in den Block 24 gepumpt
wird. Die Extrudertrommel 12 und die Meßpumpe 22 können vertikal
oder horizontal nahe beieinander angeordnet werden oder in irgendeiner
Weise, die zum Extrudieren und Messen des Copolymerstromes geeignet
ist, angeordnet sein.
-
Eine
Spinndüse 26 befindet
sich im wesentlichen vertikal unterhalb des Blocks 24 und
hat eine Vielzahl von Kapillaröffnungen
(nicht gezeigt). Die Copolymerschmelze 14' wird unter hohem Druck durch die
Spinndüse 26 in
den Block 24 gepumpt, um viele Copolymer-Filamente 28 zu
bilden, wie es hiernach beschrieben werden wird. Der Block 24 kann
eine Anzahl feiner Siebfilter und Lochscheiben (nicht gezeigt) umfassen,
um eine Konsistenz der Copolymerschmelze 14' zu erreichen und beizubehalten,
die das Pumpen der Copolymerschmelze 14' durch die Spinndüse 26 vereinfacht.
-
Weiter
mit Bezug auf die 1 ist eine geheizte Hülse 30 an
der Spinndüse 26 befestigt
und erstreckt sich im wesentlichen vertikal nach unten, zu dem Zwecke
des Haltens der erhöhten
Temperatur der extrudierten Filamente 28, so daß das Abkühlen der
Filamente 28 in der Kühlstufe 32 etwas
verzögert
wird. Ein Spinn-Finish-Applikator 34 ist hinter der Kühlstufe 32 angeordnet
und bringt schmierendes Spinn-Finish (nicht gezeigt) auf die gekühlten Filamente 28', woraufhin
die gekühlten
Filamente 28' in
ein Bündel 36 zusammengeführt werden.
Die gebündelten
Filamente 36 werden durch Aufnahme-Haltewalzen 38, 40 geführt und
von einer Wickeleinrichtung (nicht gezeigt) aufgewickelt. Die gebündelten
Filamente unterliegen dann weiterer Verarbeitung, einschließlich, jedoch
nicht notwendig beschränkt
auf Ziehen und Ausrichten mit einer herkömmlichen Ziehvorrichtung (nicht
gezeigt), und schließlich
werden sie verflochten, um das endgültige Fadenprodukt (nicht gezeigt)
zu erzeugen.
-
Ein
unterscheidendes Merkmal der zuvor genannten Extrudervorrichtung 10 im
Vergleich zu einer Apparatur, die bei zuvor in die Praxis umgesetzten
Verfahren zum Erzeugen von bioabsorbierbaren PGA/PLA-Fäden mit
mehreren Filamenten verwendet wurde, ist das Einbauen der geheizten
Hülse 30 mit
einer größeren Länge. Die
geheizte Hülse 30 hat
eine Länge
von zwischen ungefähr
6 und 20 Zoll (d. h. ungefähr
15.2 bis 50.8 Zentimeter (cm)), abhängig von dem Typ des Copolymers,
das eingesetzt wird, und dem Gesamt-Denier des Garns (lineare Dichte),
der erwünscht
ist. Wenn zum Beispiel das Copolymer aus 80–95 Molprozent PGA und 20-5
Molprozent PLA verwendet wird, um ein Filamentgarn mit weniger als
ungefähr
80 Denier (d. h. Gramm pro 9000 Meter oder g/9000 m) zu erzeugen,
sollte die geheizte Hülse 30 der
vorliegenden Erfindung zwischen ungefähr 6 und 18 Zoll lang sein
(d. h. ungefähr
15.2 bis 45.7 cm lang), weiter bevorzugt zwischen 8 und 16 Zoll
lang (d. h. ungefähr
20.3 bis 40.6 cm lang) und am meisten bevorzugt ungefähr 10 Zoll
lang (d. h. ungefähr
25.4 cm lang). Wenn dasselbe Copolymer verwendet wird, um Filamente
mit ungefähr
80 Denier oder mehr zu erzeugen, sollte die geheizte Hülse 30 der
vorliegenden Erfindung zwischen ungefähr 10 und 20 Zoll lang sein
(d. h. ungefähr
25.4 bis 50.8 cm lang), weiter bevorzugt zwischen 12 und 18 Zoll
lang (d. h. ungefähr
30.5 bis 45.7 cm lang) und am meisten bevorzugt ungefähr 14 Zoll
lang (d. h. ungefähr
35.56 cm lang). Im Vergleich, wenn geheizte Hülsen bei den zuvor in die Praxis
umgesetzten Prozessen verwendet wurden, sind sie ungefähr 3 Zoll
lang (d. h. ungefähr
7.6 cm lang) gewesen, um PGA/PLA-Filamentgarn mit weniger als 80
Denier zu erzeugen, und ungefähr
10 Zoll lang (d. h. ungefähr
25.4 cm lang), um PGA/PLA-Filamente mit ungefähr 80 Denier oder höher zu erzeugen.
-
Es
sollte bemerkt werden, daß alle
oben beschriebenen Komponenten der Extrudervorrichtung 10,
die schematisch in 1 gezeigt ist, im allgemeinen
herkömmliche
Komponenten sind, die typischerweise denjenigen mit durchschnittlichem
Fachwissen bekannt sind und die aus kommerziellen Quellen erhältlich sind.
Genauer sind eine geeignete Extrudertrommel 12 und ein
geeigneter geheizter Block 24 bei Davis-Standard, Pawcatuck,
Connecticut, erhältlich.
Zusätzlich
würde eine
geeignete Meßpumpe 22 bei
Zenith Pump Division, Sanford, North Carolina, erhältlich sein.
Geeignete Spinndüsen 26 und
geheizte Hülsen 30 können von
Nissho-Iwai American Corp., New York, New York, erhalten werden. Ähnlich könnte ein
geeigneter Spinn-Finish-Applikator 36 von Slack & Parr, Inc., Charlotte,
North Carolina, erhalten werden. Schließlich wird angemerkt, daß Copolymer-Pellets 14,
die zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung geeignet sind,
aus vielen kommerziellen Quellen erhalten werden können, einschließlich, jedoch
nicht beschränkt
auf META Biomed Co., Ltd., New York, New York.
-
Zusätzlich,
obwohl nicht gezeigt, muß die
oben beschrieben Extrudervorrichtung 10 geeignete Heiz- und
Temperatursteuervorrichtungen umfassen. Wie es einem Durchschnittsfachmann
offensichtlich sein wird, sind Heizvorrichtungen erforderlich, um
jede der verschiedenen oben beschriebenen geheizten Komponenten auf
die gewünschten
Temperaturen zu heizen (was hiernach in Einzelheiten diskutiert
werden wird). Die Temperatursteuervorrichtungen sind nötig, um
die Temperaturen der Komponenten zu erfassen und in den vorbestimmten
gewünschten
Bereichen gemäß der vorliegenden
Erfindung zu halten (was in Einzelheiten hiernach diskutiert werden
wird). Derartige Heiz- und Temperatursteuervorrichtungen sind auch
gut bekannt und einfach aus kommerziellen Quellen erhältlich,
einschließlich,
jedoch nicht beschränkt
auf Honeywell Inc., Fort Washington, Pennsylvania.
-
Weiter
mit Bezug auf 1 wird nun das Verfahren der
vorliegenden Erfindung, welches die beiden grundlegenden Schritte
der Schmelzextrusion und der Zugausrichtung umfaßt, in Einzelheiten beschrieben, wie
es durchgeführt
wird, wenn die oben beschriebene Extrudervorrichtung 10 verwendet
wird. Während
des Schmelzextrusionsschrittes werden getrocknete Copolymer-Pellets 14 aus
dem Trichter 13 in die Extrudertrommel 12 gespeist
und von den geheizten Zonen 16, 18, 20 der
Extrudertrommel 12 in eine Copolymerschmelze 14' erhitzt, die
dann von der Meßpumpe 22 in
den geheizten Block 24 gepumpt wird. Die Copolymerschmelze 14' wird dann weiter
unter hohem Druck in den Block 24 gepumpt, durch mehrere Öffnungen (nicht
gezeigt) der Spinndüse 26,
so daß eine
Vielzahl extrudierter Filamente 28 gebildet wird. So viele
wie 40 oder mehr Filamente 30 können gleichzeitig
auf diese Weise erzeugt werden. Wenn die Filamente 28 aus
der Spinndüse 26 austreten,
sind sie von der geheizten Hülse 30 umgeben,
welche die erhöhte
Temperatur der frisch extrudierten Filamente 28 hält. Die
Filamente 28 werden dann abgeschreckt und verfestigt, bevor
der schmierende Spinn-Finish mit dem Spinn-Finish-Applikator 34 aufgebracht
wird. Danach werden die Filamente in einem Bündel 36 gesammelt,
durch die Haltewalzen 38, 40 gezogen, ausgerichtet
und verflochten.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt das Betreiben der oben beschriebenen
Extrudervorrichtung 10 derart, daß ein bestimmtes Temperaturprofil
von den geheizten Zonen 16, 18, 20 der
Extrudertrommel 12 zu der Spinndüse 26 zu der Temperatur
der geheizten Hülse 30 erzeugt
wird, wie es hiernach diskutiert wird. Um die Diskussion und Veranschaulichung
des zuvor genannten Temperaturprofils zu vereinfachen, wird die
Temperatur der geheizten Komponenten der Extrudervorrichtung 10 hiernach
bezeichnet werden, indem eine Temperaturmarke verwendet wird, die
aus ihrer Bezugsziffer und dem anschließenden Buchstaben „T" zusammengesetzt
ist. Zum Beispiel wird die Temperatur der ersten geheizten Zone 16 der
Extrudertrommel 12 hiernach bezeichnet werden, indem die
Temperaturmarke 16T verwendet wird, und die Temperatur
der Spinndüse 26 wird
hiernach bezeichnet werden, in dem die Temperaturmarke 26T verwendet
wird. Darüberhinaus
wird angemerkt, daß die
geheizte Hülse 30 zwei
Temperaturzonen haben kann, die hiernach bezeichnet werden, indem
die Temperaturmarken 30Ta bzw. 30Tb verwendet
werden (siehe 1). Die Temperaturmarken sind
für die
Bezugnahme in 1 angegeben.
-
Weiterhin
wird angemerkt, daß geeignete
Temperaturen für
die geheizten Komponenten der Extrudervorrichtung 10 von
der Schmelztemperatur des Typs der Copolymer-Pellets 14 abhängen wird,
die verwendet werden. Somit werden geeignete Temperaturen für die geheizten
Komponenten der Extrudervorrichtung 10 mit Bezug auf den
Schmelzpunkt der Copolymer-Pellets 14 diskutiert
werden.
-
Mit
Bezug weiter anfangs auf 1 umfaßt ein typisches Temperaturprofil
gemäß der vorliegenden Erfindung
das Halten der Temperatur 16T der ersten geheizten Zone 16 der
Extrudertrommel 12 so niedrig wie möglich, bevorzugt nicht weniger
als ungefähr
20°C unterhalb
des Schmelzpunktes der Copolymer-Pellets 14 und nicht höher als
5°C oberhalb
des Schmelzpunktes der Copolymer-Pellets 14 (hiernach als
der „Schmelzpunkt
des Copolymers" oder „CMP" bezeichnet). Am
meisten bevorzugt sollte die Temperatur 16T der ersten geheizten
Zone 16 der Extrudertrommel 12 ungefähr 15°C bis 18°C unterhalb
des CMP sein. Die Temperaturen in den anschließenden Zonen, einschießlich der
zweiten und der dritten geheizten Zone 18, 20 der
Extrudertrommel 12, der Meßpumpe 22 und des
Blocks 24 sollten nach und nach und leicht erhöht sein,
jedoch sollte jede Temperatur 18T, 20T, 22T, 24T nicht
höher als
40°C oberhalb
des CMP sein. Weiter bevorzugt sollten die Temperaturen 18T, 20T, 22T, 24T dieser
nachfolgenden Zonen jeweils nicht mehr als 25°C oberhalb des CMP sein.
-
Die
Temperatur 26T der Spinndüse 26 sollte zwischen
20°C und
40°C oberhalb
der Temperatur des Blocks 24 und zwischen 40–60°C oberhalb
des CMP sein, so daß,
wenn die Copolymerschmelze 14' gerade in die Kapillaren der Spinndüse 26 eintritt,
die Copolymerschmelze 14' schnell
erhitzt wird. Die Temperatur innerhalb der geheizten Hülse 30 sollte
wenigstens 60°C
oberhalb des CMP sein, wodurch, nachdem die Copolymerschmelze 14' durch die Spinndüse 26 extrudiert
ist, die frisch extrudierten Filamente 28 über die
gesamte Länge
der geheizten Hülse 30 in
einer heißen
Umgebung gehalten werden. Wie hierin zuvor diskutiert worden ist,
ist die Länge
der geheizten Hülse 30 zwischen
ungefähr
6 und 20 Zoll (d. h. ungefähr
15.2 bis 50.8 cm), abhängig
von dem Typ des Copolymers, das verwendet wird, und dem Denier des
Garns (der linearen Dichte), die gewünscht ist. Weiterhin, obwohl
die geheizte Hülse 30 nicht
mehrere Temperaturzonen umfassen muß, sollte, wenn zwei oder mehr
Zonen vorliegen, der Temperaturunterschied zwischen den beiden vertikal
benachbarten Zonen (d. h. gekennzeichnet durch Temperaturen 30Ta und 30Tb)
nicht mehr als ungefähr
30°C sein,
und die Temperatur 30Ta der Zone, die näher an der Spinndüse 26 liegt,
sollte höher
sein als die Temperatur 30Tb der Zone, die von der Spinndüse 26 weiter
entfernt liegt. Nachdem die Filamente 28 durch die geheizte
Hülse 30 gelaufen
sind und aus ihr austreten, werden sie durch Umgebungsluft oder
irgendein bekanntes geeignetes Kühlmedium
abgeschreckt und durchlaufen die weiteren Verarbeitungsschritte,
die hierin zuvor beschrieben worden sind.
-
2 zeigt
eine Vergleichsdarstellung der typischen Temperaturprofile des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung (A), des vorhandenen Prozesses, der gegenwärtig durchgeführt wird,
um Fadenfilamente mit 90 Molprozent/10 Molprozent PGA/PLA zu erzeugen,
für den
die vorliegende Erfindung eine Verbesserung darstellt (B), und den
Prozessen, die in bestimmten Patenten des Standes der Technik offenbart
sind (C). Genauer, wie es in 2 zu sehen
ist, beginnt der typische Temperaturprozeß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung
(A) wenige Grad unterhalb des CMP (in der ersten geheizten Zone 16 der
Extrudertrommel 12). Im Gegensatz dazu beginnen die Temperaturprofile
des vorliegenden Prozesses (B) und des Prozesses des Standes der
Technik (C) jeweils wesentlich oberhalb des CMP. Weiter steigt das
Temperaturprofil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung (A) nur
nach und nach auf ungefähr
25°C bis
40°C oberhalb
des CMP in dem geheizten Block 24 unmittelbar vor der Spinndüse 26 an.
Das Temperaturprofil des vorliegenden Prozesses (B) steigt in dem
geheizten Block 24 auf höher als 40°C oberhalb des CMP an. Obwohl
das Temperaturprofil der Prozesse des Standes der Technik (C) nach
und nach ansteigt, wie das Profil der vorliegenden Erfindung (A),
steigt es nicht typischerweise so hoch wie eines der anderen beiden
Profile (A), (B),
-
2 zeigt,
daß das
Temperaturprofil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung (A) drastisch
an der Spinndüse 26 ansteigt,
während
keines der anderen Profile (B), (C) irgendeine plötzliche
Zunahme der Temperatur an der Spinndüse 26 zeigt. Tatsächlich nähert sich
das Temperaturprofil des vorliegenden Prozesses (B) unmittelbar
vor der Spinndüse 26 der
höchsten
Temperatur. Zusätzlich
zeigen die Profile (A), (B), (C) in 2, daß, während die
Temperatur, die in der Spinndüse 26 erreicht
wird, bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung über eine
wesentliche Länge
gehalten wird, nachdem die Filamente 28 die Spinndüse 26 verlassen,
die Temperatur, die in den Spinndüsen des vorhandenen Prozesses
(B) erreicht wird, über
eine kürzere Entfernung,
nachdem die Filamente die Spinndüsen
verlassen, gehal ten wird. Weiterhin nimmt das Temperaturprofil der
Prozesses des Standes der Technik (C) signifikant auf eine niedrigere
Temperatur ab, unmittelbar nachdem die Filamente die Spinndüse 26 verlassen.
-
Das
Ergebnis des oben beschriebenen Verfahrens, das das oben diskutierte
Temperaturprofil (A) erzeugt, ist die Erzeugung von PGA/PLA-Fadenfasern,
die in ein Mehrfilament-Garn mit 20 bis 100 Denier gezogen werden
können,
welche ungefähr
80 bis 90 Molprozent PGA und ungefähr 5 bis 20 Molprozent PLA
enthalten. Darüberhinaus
hat überraschenderweise
dieses Filament-Garnerzeugnis eine einmalige Kombination einer mittleren
Zähigkeit
von wenigstens 7.2 g/d (was gegenüber dem vorhandenen und den
Prozessen des Standes der Technik wesentlich verbessert ist) und
eine Längung
in dem Bereich von ungefähr
22% bis 35% (was gut innerhalb des akzeptablen Bereichs für bioabsorbierbare
Fäden liegt).
Sowohl die Faserzähigkeit
als auch die Längung
des Garns wurden gemessen, indem eine Statimat-Prüfmaschine
(entweder das Modell M oder das Modell ME, erhältlich bei Textechno Herbert
Stein GmbH & Co.
KG, Mönchengladbach,
Deutschland) mit einer Eichlänge
von 50 Millimeter (mm) und einer Belastungsgeschwindigkeit von 720
mm pro Minute verwendet wurden. Zusätzlich haben die Fäden, die
aus diesem Multifilament-Garn mit höherer Zähigkeit hergestellt werden,
eine wesentlich höhere
Zugfestigkeit außerhalb
der Verpackung, höhere
Reißfestigkeiten
in vitro und in vivo und höheren
prozentualen Reißfestigkeitserhalt
(%BSR – Breaking
Strength Retention) (d. h. %BSR nach 21 oder 28 Tagen) als die Fäden, die
aus Garnen hergestellt werden, welche von dem vorhandenen oder dem
Prozeß des
Standes der Technik erzeugt worden sind.
-
Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung ist besonders für das Herstellen
von Filamenten aus einem Copolymer mit ungefähr 90 Molprozent PGA und ungefähr 10 Molprozent
PLA geeignet, das einen CMP von ungefähr 200°C hat, der nach dem Standardverfahren
mit DSC bestimmt wird. Bei einer solchen bevorzugten Anwendung des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung sollte das Temperaturprofil
in der ersten geheizten Zone 16 eine Anfangstemperatur 16T von
205°C oder
weniger haben.
-
Die
Temperaturen in anschließenden
Zonen, einschließlich
der zweiten und der dritten geheizten Zone 18, 20 der
Extrudertrommel 12, der Meßpumpe 22 und dem
Block 24, sollten nach und nach und leicht erhöht sein,
wobei jede Temperatur 18T, 20T, 22T, 24T nicht
mehr als 240°C
und bevorzugt nicht höher
als 230°C sein
sollte. Die Temperatur 26T der Spinn düse sollte wenigstens 240°C sein und
sollte jedenfalls auch wenigstens 20°C höher sein als die Temperatur
der Pumpe 22 und des geheizten Blockes 24. Bevorzugt
sollte die Temperatur 26T der Spinndüse 26 in dem Bereich
von ungefähr
245°C bis
265°C sein.
-
BEISPIELE
-
Acht
Beispiele des Verfahrens der vorliegenden Erfindung und vier Vergleichsbeispiele
für den
vorliegenden Prozeß (hierin
zuvor diskutiert) wurden durchgeführt und werden hiernach diskutiert.
-
Zu
Beginn wird angemerkt, daß für alle zwölf Beispiele
ein Copolymer mit ungefähr
90 Molprozenz PGA und ungefähr
10 Molprozenz PLA, das einen CMP von ungefähr 200°C hat, verwendet wurde, um Filamente
und danach bioabsorbierbare Fäden
mit vielen Filamenten zu erzeugen. Der CMP wurde durch das oben
diskutierte Standardverfahren mit DSC bei einer Heizrate von 20°C pro Minute
in Stickstoff und mit einer Probe einer Größe von ungefähr 5–10 Milligramm
bestimmt. Zusätzlich
waren bei allen zwölf
Beispielen die Extrudervorrichtung 10 und die Prozeßbedingungen
im wesentlichen dieselben, mit der Ausnahme der geheizten Hülsen 30 und
der verschiedenen Temperaturen 16T, 18T, 20T, 22T, 24T, 26T, 30Ta, 30Tb.
Zum Beispiel hatte die Spinndüse 26 Kapillaren
mit 0.305 Millimeter Durchmesser und einem Verhältnis L/D von 7:1.
-
Die
Aufnahmegeschwindigkeit für
die gerade gesponnenen Filamente wurde auf 528 Meter pro Minute festgelegt.
Außer
bei einem der Beispiele des Verfahrens der vorliegenden Erfindung
(d. h. dem Beispiel Nr. 2) bestanden die Zugbedingungen für die verbleibenden
elf Beispiele aus einer Zufuhrwalzengeschwindigkeit von ungefähr 200 Fuß pro Minute,
einer Zugwalzengeschwindigkeit von ungefähr 998 Fuß pro Minute und einer Auslaßwalzengeschwindigkeit
von ungefähr
1000 Fuß pro
Minute. Beispiel 2 wurde mit demselben Zugverhältnis gezogen, mit der Ausnahme,
daß die
Geschwindigkeit geringer war (die Hälfte der der anderen Beispiele),
was für
die Fasereigenschaften keinen Unterschied machte. Die Zufuhrwalzentemperaturen
lagen bei allen zwölf
Beispielen in dem Bereich zwischen ungefähr 80°C und 88°C, und die Zugwalzentemperaturen
waren im Bereich zwischen ungefähr
90°C und
100°C.
-
Mit
Bezug auf die Länge
der geheizten Hülse 30 wird
angemerkt, daß die
geheizte Hülse 30,
die verwendet wird, um jedes der Beispiele bei dem vorliegenden
Prozeß (Beispiele
Nrn. 9C–12C)
durchzuführen, ungefähr 3 Zoll
lang war (d. h. ungefähr
7.6 cm lang), bei nur einer Temperaturzone. Die geheizte Zone 30,
die verwendet wurde, um sieben der acht Beispiele für die vorliegende
Erfindung (Beispiele Nr. 1–7)
auszuführen, war
ungefähr
10 Zoll lang (d. h. ungefähr
25.4 cm lang) und die Hülse 30,
die für
das Beispiel Nr. 8 verwendet wurde, war ungefähr 14 Zoll lang (d. h. ungefähr 35.5
cm lang).
-
Die
folgende Tabelle 1 stellt die Temperaturen 16T, 18T, 20T, 22T, 24T,
26T, 30Ta, 30Tb für
die acht Beispiele des Verfahrens der vorliegenden Erfindung (d.
h. Bespiele Nr. 1–8)
ebenso wie die Temperaturen 16T, 18T, 20T, 22T, 24T, 26T, 30Ta für die vier
Vergleichsbeispiele des vorhandenen Prozesses (Beispiele Nr. 9C–12C) zur
Verfügung. Tabelle 1 – Temperaturen während des
Extrudierens
| Beispiel
Nr. | Zieldenier
des Garnes (g/9000m) | 16T (°C) | 18T (°C) | 20T (°C) | 22T (°C) | 24T (°C) | 26T (°C) | 30Ta (°C) | 30Tb (°C) |
| 1 | 28 | 182 | 196 | 199 | 218 | 218 | 260 | 288 | 288 |
| 2 | 28 | 193 | 213 | 221 | 235 | 238 | 260 | 274 | 274 |
| 3 | 56 | 182 | 196 | 199 | 218 | 218 | 260 | 288 | 288 |
| 4 | 56 | 182 | 194 | 199 | 218 | 218 | 254 | 293 | 277 |
| 5 | 56 | 193 | 213 | 221 | 232 | 235 | 257 | 279 | 279 |
| 6 | 56 | 182 | 195 | 199 | 216 | 216 | 252 | 293 | 277 |
| 7 | 56 | 200 | 206 | 210 | 216 | 216 | 243 | 292 | 292 |
| 8 | 80 | 198 | 212 | 213 | 227 | 227 | 249 | 293 | 277 |
| | | | | | | | | | |
| 9C | 56 | 182 | 196 | 199 | 218 | 218 | 266 | 277 | k.
A. |
| 10C | 56 | 204 | 221 | 229 | 238 | 246 | 274 | 291 | k.
A. |
| 11C | 80 | 204 | 221 | 229 | 254 | 260 | 279 | 291 | k.
A. |
| 12C | 80 | 199 | 221 | 229 | 252 | 254 | 271 | 288 | k.
A. |
-
Mit
Bezug auf die Tabelle 1 wird angemerkt, daß bei jedem der Beispiele Nr.
1–8 für das Verfahren
der vorliegenden Erfindung das Temperaturprofil, das durch die Daten
darin dargestellt wird, im allgemeinen dem typischen Temperaturprofil
für das
Verfahren der vorliegenden Erfindung (A) entspricht, das in 2 gezeigt ist.
Genauer beginnen die Temperaturprofile für jedes der Beispiele 1–8 bei oder
unterhalb des CMP (d. h. bei 200°C
oder weniger) und steigen nach und nach an, bis sie eine Temperatur 24T am
geheizten Block 24 erreichen, die nicht höher ist
als 40°C
oberhalb des CMP (d. h. nicht höher
als 240°C
ist), wobei sie an diesem Punkt schnell in der Spinndüse 26 ansteigt,
in der die Temperatur T26 wenigstens 240°C beträgt und in jedem Fall höher als
20°C über der
Temperatur 24T des Blockes 24 ist. Gleichermaßen wird
angemerkt, daß bei
jedem der Vergleichsbeispiele Nr. 9C–12C für den vorhandenen Prozeß das Temperaturprofil,
das durch die Daten darin dargestellt wird, im allgemeinen dem typischen
Temperaturprofil für
den vorhandenen Prozeß (B),
der in 2 gezeigt ist, entspricht.
-
Die
folgende Tabelle 2 stellt die Daten für die Eigenschaften der sich
ergebenden Multifilament-Garne für
jedes der zwölf
Beispiele zur Verfügung,
einschließlich
der Anzahl der Filamente, der Zähigkeit,
der Längung
und der Belastbarkeit. Tabelle 2 – Eigenschaften des gezogenen
Garns
| Beispiel Nr. | Typ | Anzahl
der Filamente | Denier Garn | Zähigkeit (g/d) | Längung (%) | Härte (g-cm/d) | |
| 1 | natürlich | 14 | 28.0 | 7.5 | 26.2 | 54 | |
| 2 | gefärbt | 14 | 28.9 | 7.3 | 25.8 | 51 | |
| 3 | natürlich | 26 | 56.3 | 7.5 | 26.1 | 53 | |
| 4 | natürlich | 26 | 56.4 | 7.9 | 23.5 | 51 | |
| 5 | gefärbt | 28 | 57.3 | 7.4 | 25.6 | 49 | |
| 6 | gefärbt | 28 | 56.2 | 7.9 | 25.2 | 54 | |
| 7 | gefärbt | 28 | 56.0 | 7.6 | 23.2 | 49 | |
| 8 | natürlich | 40 | 80.3 | 7.5 | 25.5 | 50 | |
| | | | | | | | |
| 9C | natürlich | 28 | 56.3 | 6.4 | 26.1 | 48 | |
| 10C | gefärbt | 28 | 56.1 | 6.4 | 25.1 | 41 | |
| 11C | natürlich | 40 | 78.9 | 6.5 | 23.1 | 39 | |
| 12C | gefärbt | 40 | | 6.4 | 23.2 | 38 | |
-
Mit
Bezug auf 2 wird angemerkt, daß das Verfahren
der vorliegenden Erfindung (d. h. die Beispiele Nr. 1–8) zu der
Erzeugung von Multifilament-Garnen führte, die überraschenderweise eine wesentlich
verbesserte Faserzähigkeit
in dem Bereich von ungefähr
7.2 g/d bis ungefähr
7.9 g/d hatten, verglichen mit dem vorhandenen Prozeß (d. h.
Faserzähigkeit
von ungefähr
6.4–6.5
g/d), während
eine Längung
in dem Bereich von ungefähr
23% bis ungefähr
26% gehalten wurde (im wesentlichen derselbe Bereich wie für die Beispiele 9C–12C des
vorhandenen Prozesses). Die Zugeigenschaften des Garns, einschließlich der
Faserzähigkeit und
Längung,
wurden gemessen, indem die oben diskutierte Statimat-Prüfmaschine
(im Zusammenhang mit diesen Beispielen wurde ein Statimat sowohl
des Modells M als auch des Modells ME verwendet) verwendet wurde,
mit einer Eichlänge
von 500 mm und einer Belastungsgeschwindigkeit von 720 mm pro Minute.
Insbesondere wurde die Belastbarkeit bestimmt, indem die Fläche unter
der Spannungs-Dehnungs-Kurve berechnet wurde, gemessen in Einheiten
von Gramm·Zentimeter
pro Denier (g·cm/d).
-
Zusätzlich wurden
geflochtene Strukturen USP Größe 5/0–1 vorbereitet,
indem die Multifilament-Garne eingesetzt wurden, die aus den Beispielen
Nr. 1–8
herrührten,
und diese Fäden
zeigten einen Mittelwert von 12% höherer anfänglicher gerader Zugfestigkeit
und 11% höherer
Knotenfestigkeit als die Kontrollproben, wenn dieselben Mengen an
Materialien verwendet wurden. Weiterhin waren die Reißfestigkeitserhaltswerte
in vivo nach 21 bzw. 28 Tagen ungefähr 5–10% höher als die Kontrolle, die
durch Verwenden des vorliegenden Prozesses erzeugt wurde. Die Fäden, die
durch Verwenden des Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt
wurden, hatten ausgezeichnete Handhabungseigenschaften und wurden
im wesentlichen innerhalb ungefähr
70 Tagen in vivo vollständig
absorbiert.
-
Obwohl
es bekannt ist, daß höhere Prozeßtemperaturen
zum thermischen Abbau des Polymers führen und daher zur Erzeugung
von Filamenten mit verschlechterten Eigenschaften führen, einschließlich der Faserzähigkeit,
Längung
und Reißfestigkeit
in vivo, hatte man früher
geglaubt, daß die
Prozeßtemperaturen während des
Hauptteils des Extrusionsschritts des Herstellungsprozesses wesentlich über dem
Schmelzpunkt des Polymers liegen müßten (siehe z. B. 2,
Temperaturprofile (B) und (C)), um eine gute Extrusion sicherzustellen.
Es ist jedoch in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung entdeckt
worden, daß es
vorteilhaft ist, mit einer Temperatur zu beginnen, die nahe bei
oder etwas unterhalb dem Schmelzpunkt des Polymers ist (in der ersten
geheizten Zone 16) und die Zeitdauer am Ende des Extrusionsschritts
zu verlängern, über die
die Filamente Temperaturen ausgesetzt sind, die wesentlich höher sind
als der Schmelzpunkt (in der Spinndüse 26 und der länglichen
geheizten Hülse 30).
Dieses Temperaturprofil wird erreicht, indem die Temperatur innerhalb
der Extrusionstrommel 12, der Pumpe 22 und des
Blocks 24 nach und nach bis zu ungefähr 40°C über dem Schmelzpunkt des Polymers,
jedoch nicht darüber,
angehoben wird und dann die Temperatur schnell bis ungefähr mindestens
etwa 40°C
oberhalb des Schmelzpunktes im Bereich der Spinndüse 26 und
wenigstens 60°C
oberhalb des Schmelzpunktes in der geheizten Hülse 30 angehoben wird.