DE69624588T2

DE69624588T2 - Orthopädische vorrichtungen aus thermoplastischen, dreidimensionalen fasernetzwerken

Info

Publication number: DE69624588T2
Application number: DE69624588T
Authority: DE
Inventors: William E Bessey; Gregory M Clark; Joseph S W Haas; Dai W Kim; John Nagel; Etheridge O Oakley Jr
Original assignee: University of California; University of North Carolina System
Current assignee: University of California; University of North Carolina System
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-11
Publication date: 2003-07-03
Anticipated expiration: 2016-12-12
Also published as: ATE226809T1; US5882322A; JP2002503973A; WO1997023179A2; WO1997023179A3; DE69624588D1; EP0868161A2; EP0868161B1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der orthopädischen Vorrichtungen und insbesondere auf die Verwendung von dreidimensionalen Netzwerken aus thermoplastischen Fasern als Polster- oder Auskleidungsmaterial in einer orthopädischen Vorrichtung wie einem Steifverband oder als Steifverband selbst.

Hintergrund der Erfindung

Es gibt ein ständiges Bedürfnis nach Materialien, die in orthopädischen Vorrichtungen verwendet werden können, um die Lebensqualität der Anwender der Vorrichtungen zu verbessern, indem man orthopädische Vorrichtungen bereitstellt, die bequemer sind und die normalere Körperbewegungen ermöglichen. Insbesondere gibt es ein Bedürfnis nach Materialien, die leicht, atemfähig und bequem sind, wenn man sie unter einem steifen Außenverband oder einer anderen orthopädischen Vorrichtung für lange Zeiträume mit der Haut in Kontakt oder nahe an die Haut bringt. Atemfähigkeit ist wünschenswert, da sie das Trocknen und die Beseitigung von Schweiß erleichtert. Dies Führt zur schnelleren Heilung von Wunden und minimiert die Hautmazeration. Materialien, die keine Feuchtigkeit absorbieren und zurückhalten, wenn sie in Wasser eingetaucht werden, sind ebenfalls wünschenswert, da die Steifverbände oder anderen orthopädischen Vorrichtungen dann getragen werden können, während der Patient badet. Es ist auch wünschenswert, dass die Materialien gewaschen werden können, wenn sie sich in einer Vorrichtung befinden, wo sie zugänglich sind oder entnommen werden können. Baumwollstoffe und dergleichen, die häufig verwendet werden, halten Wasser zurück und sind somit zum Waschen oder für die Verwendung in Wasser ungeeignet.
In Bezug auf medizinische Steifverbände liegen die Materialien, die zur Zeit unter den Steifverbänden verwendet werden, im Allgemeinen in Form einer Gaze vor, die dehnbar sein kann und die in mehreren Schichten bis zur gewünschten Dicke gewickelt wird. Die Materialien innerhalb des Steifverbands bestehen am häufigsten aus Baumwoll- oder synthetischen Fasern, wie Polyester, Rayon oder Acryl. Weitere Materialien, die verwendet wurden oder werden, sind Polypropylen, Fluorpolymere (Gortex®) und Celluloseacetat. Steifverbandpolstermaterialien auf der Basis dieser Materialien sind schwierig zu trocknen; in manchen Fällen wegen der inhärenten Schwierigkeit beim Trocknen des Materials (z. B. Baumwolle, da sie hydrophil ist), und auch weil die physikalische Form des Materials die schnelle Entfernung von Wasser durch Ablaufen und Verdampfung einschränkt.
Mehrschichtige Materialien zur Verwendung in medizinischen Steifverbänden wurden ebenfalls beschrieben. Zum Beispiel beschreibt das Britische Patent 2,151,543 ein Bahnmaterial, das ein thermisch erweichbares Kunststoffmaterial mit einer Polsterschicht, die an einer Seite befestigt ist, und eine aus Velcro® oder einem ähnlichen Material bestehende Befestigungsschicht auf der anderen Seite umfasst. Dieses mehrschichtige Material kann in die gewünschte Form gestanzt werden.
Viele Ansätze wurden versucht, um die mit Schweiß und Feuchtigkeit unter einem Steifverband verbundenen Probleme zu überwinden. Zum Beispiel lehrt das US-Patent Nr. 4,539,982 geruchsabsorbierende Stoffe, die aus einem Schaumstoff oder Bündeln von Cellulosefasern bestehen und die auch Aktivkohlenteilchen enthalten, um Feuchtigkeit und Geruch zu absorbieren. Perforierter Polyvinylchloridschaum, der Feuchtigkeit durch die Perforationen treten lässt und der Feuchtigkeit an der Oberfläche entlang leiten kann, wird im US-Patent Nr. 4,516,572 gelehrt. Dieses Material wird durch Erhitzen getrocknet, wenn es feucht wird. Das US-Patent Nr. 5,540,964 lehrt Steifverbandpolstermaterialien, die aus hydrophoben Fasern bestehen, die so modifiziert wurden, dass ihre Oberfläche hydrophil ist. Sie können Feuchtigkeit von der Haut aufsaugen und wegleiten. Die US-Patente Nr. 5,102,711 und 5,277,954 lehren eine atemfähige geschichtete Kombination aus mikroporösen Folien und offenporigen Schaumstoffen.
US-A-4,252,590 beschreibt eine Mattenstruktur geringer Dichte mit verbesserter Querfestigkeit, die erhalten wird, indem man vertikal schmelzgesponnene thermoplastische Endlos-Makrofilamente (Durchmesser = 0,1-1,5 mm) in sich überlappenden Reihen von unregelmäßig geschlungenen Filamenten auf einem sich horizontal bewegenden Profilträger ablegt, wobei eine dreidimensionale Berg- und Tal-Struktur entsteht, die wellenförmig in Längs- und/oder in Querrichtung verläuft. Die Mattenartikel bestehen im Wesentlichen aus den schmelzgesponnenen Filamenten, die selbstverklebt oder an statistischen Schnittpunkten miteinander verschmolzen sind, ohne dass ein Klebemittel oder verstärkende Einlagen verwendet werden, und die resultierende Matte ist insbesondere durch eine hohe Querfestigkeit pro Einheit des Oberflächengewichts von wenigstens 2 Nm/g und vorzugsweise 4 Nm/g gekennzeichnet.
Die Materialien in diesen Patenten beschäftigen sich alle mit der Beseitigung von Schweiß und Feuchtigkeit durch Verwendung von Materialien, die Feuchtigkeit aufsaugen und wegleiten oder absorbieren. Keines dieser Patente stellt die Materialien in einer Form bereit, die offen genug ist, um ein leichtes "Atmen" unter dem Steifverband für eine schnelle Verdampfung zu ermöglichen. Es wäre wünschenswert, ein Material zu haben, das unter einem Steifverband verwendet werden kann und das sich weich anfühlt und das eine offene Struktur hat, so dass Luft und Wasser leicht hindurchtreten können. Ein solches Material würde die leichte Entfernung von Wasser und ein leichtes Trocknen ermöglichen. Es würde sich wegen einer besseren Luftzirkulation auch kühler und bequemer anfühlen.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf:
(1) ein Polster- oder Auskleidungsmaterial für eine orthopädische Vorrichtung, die zum Stützen oder Fixieren verwendet wird, umfassend eine oder mehrere Schichten eines Textilstoffs, der eine Vielzahl von kompressiblen Erhebungen aufweist, die aus dem Textilstoff bestehen und sich über die Ebene des Textilstoffs erheben, wobei der Textilstoff thermoplastische Monofilamente mit einem Durchmesser von wenigstens 0,1 mm umfasst, wobei die Monofilamente in dem Textilstoff einander weiterhin an Schnittpunkten überkreuzen, wobei die Erhebungen permanent aus dem Textilstoff herausgeformt sind und elastisch sind, wobei sie nach Kompression auf 50% ihrer ursprünglichen Höhe im Wesentlichen in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, wobei die Monofilamente an den Schnittpunkten nicht miteinander verbunden sind;
(2) ein Polster- oder Auskleidungsmaterial für eine orthopädische Vorrichtung, die zum Stützen oder Fixieren verwendet wird, umfassend eine oder mehrere Schichten eines gewirkten oder gewebten Textilstoffs, der eine Vielzahl von Erhebungen aufweist, die aus dem Textilstoff bestehen und sich über eine Grundebene des Textilstoffs erheben, wobei der Textilstoff thermoplastische Filamente mit einem Durchmesser von wenigstens 0,1 mm umfasst, wobei die Filamente in dem Textilstoff einander an Schnittpunkten überkreuzen, wobei die Filamente, die die Erhebungen umfassen, an den Schnittpunkten miteinander verbunden sind, wobei die Filamente, die die Grundebene umfassen, an den Schnittpunkten nicht miteinander verbunden sind;
(3) eine Fixierungs- oder Stabilisierungsvorrichtung, die eine oder mehrere Schichten eines gewirkten oder gewebten Textilstoffs umfasst, der eine Vielzahl von kompressiblen Wellungen aufweist, die sich über die gesamte Länge oder Breite des Textilstoffs erstrecken, wobei die Wellungen permanent aus dem Textilstoff herausgeformt sind und elastisch sind, wobei sie nach Kompression auf 50% ihrer ursprünglichen Höhe im Wesentlichen in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, wobei der Textilstoff thermoplastische Filamente mit einem Durchmesser von wenigstens 0,1 mm umfasst, wobei die Filamente in dem Textilstoff einander an Schnittpunkten überkreuzen, wobei die Filamente an den Schnittpunkten nicht miteinander verbunden sind; und
(4) ein Polster- oder Auskleidungsmaterial für eine orthopädische Vorrichtung, die zum Stützen oder Fixieren verwendet wird, umfassend eine oder mehrere Schichten eines gewirkten oder gewebten Textilstoffs, der eine Vielzahl von kompressiblen Erhebungen aufweist, die aus dem Textilstoff bestehen und sich über die Ebene des Textilstoffs erheben, wobei der Textilstoff thermoplastische Filamente mit einem Durchmesser von wenigstens 0,1 mm umfasst, wobei die Erhebungen permanent aus dem Textilstoff herausgeformt sind und elastisch sind, wobei sie nach Kompression auf 50% ihrer ursprünglichen Höhe im Wesentlichen in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.
Dreidimensionale Fasernetzwerkstrukturen, wie sie unten beschrieben sind, haben die notwendige Atemfähigkeit, das geringe Gewicht und den Komfort, die für die Verwendung als innere Schicht in einem medizinischen Steifverband und als Polstermaterial in anderen orthopädischen Vorrichtungen notwendig sind. Die Atemfähigkeit erlaubt auch ein schnelleres Trocknen des Materials durch Verdampfung und Ablaufen. Die Fasernetzwerke können auch in einer etwas steiferen Form als weiche Stützverbände ohne steifen äußeren Verband oder als Strukturelement in einer orthopädischen Vorrichtung verwendet werden. Die dreidimensionalen Fasernetzwerkstrukturen, die in medizinischen Steifverbänden und anderen orthopädischen Vorrichtungen verwendet werden, sind halbhart und maßhaltig, besitzen jedoch noch genügend Flexibilität, um als Polstermaterialien geeignet zu sein. Die Fasernetzwerkstrukturen sind im Allgemeinen kompressibel, und wenn die Kompressionskraft entfernt wird, kehren die Materialien in ihre ursprüngliche Form zurück (d. h., sie sind elastisch). Diese Fasernetzwerkstrukturen umfassen Filamente, die aus einem thermoplastischen Polymer oder Copolymer oder einem Polymerblend oder einer Polymerlegierung bestehen und kein steifes duroplastisches Polymer enthalten. Die Filamente bestehen gewöhnlich aus einem einzigen thermoplastischen Polymer oder Copolymer. Die Filamente können auch durch Verschmelzen von mehr als einem Filament mit kleinem Durchmesser hergestellt werden, und in diesem Fall kann es sich um mehr als eine Art von Polymer handeln. Die Netzwerke umfassen eine Vielzahl von Erhebungen, die sich aus der Ebene des Textilstoffs erheben, aus dem das Fasernetzwerk besteht. Erhebungen sind Teile des Textilstoffs, die sich über die Grundebene erheben, im allgemeinen abrupt. Vertiefungen, bei denen es sich um Erhebungen auf der gegenüberliegenden Seite und in der entgegengesetzten Richtung von der Grundebene handelt, können gegebenenfalls auch vorhanden sein. Die Erhebungen und gegebenenfalls Vertiefungen haben das Aussehen eines offenen Textilstoffs beibehalten; sie bestehen aus diskreten Filamenten oder Bündeln von Filamenten, die an den Schnittpunkten, wo die einzelnen Filamente einander kreuzen, im allgemeinen nicht miteinander verbunden sind. Es können Verbindungen an den Schnittpunkten vorhanden sein, wenn die Befestigungen elastisch sind oder sich leicht lösen (d. h. sie sind nicht "fest verbunden"), wenn das Netzwerk am Anfang zusammengedrückt wird, woraufhin das Netzwerk elastisch wird. Das Netzwerk ist "elastisch", wenn die Erhebungen und gegebenenfalls Vertiefungen ihre Form im wesentlichen wiedererlangen, nachdem sie auf 50% ihrer Höhe zusammengedrückt wurden. Dies bedeutet, dass es geringfügige Änderungen in der Form der Erhebungen und gegebenenfalls Vertiefungen geben kann, wie zum Beispiel eine Änderung der Krümmung der Kanten an der Oberseite der Erhebung. Wenn die Dichte an festen Bindungen an den Punkten, an denen die Fasern einander überkreuzen, zunimmt, werden die Fasernetzwerkstruktur und die Erhebungen starrer, und die Erhebungen verlieren ihre Elastizität. Wegen der offenen Struktur des Textilstoffs und des großen Hohlraumvolumens innerhalb der Erhebungen und/oder Vertiefungen hat das Netzwerk eine geringe Dichte im Vergleich zum Polymer (im allgemeinen weniger als etwa 10%, vorzugsweise weniger als etwa 5%), bezogen auf den vom Netzwerk eingenommenen Raum. Luft und andere Fluide können mit geringem Widerstand durch die Fasernetzwerkstruktur strömen. Infolgedessen sind das Fasernetzwerk umfassende Materialien, die unter dem Steifverband oder an anderer Stelle in einer orthopädischen Vorrichtung verwendet werden, atemfähig und trocknen daher leicht.
Die Filamente in dem geformten Fasernetzwerk können die Form eines Monofilaments mit einem Durchmesser von im Allgemeinen wenigstens etwa 0,1 mm haben, was im Falle von Polyethylenterephthalat etwa 110 dxpf (100 dpf) entspricht. Die in den Fasernetzwerken verwendeten Filamente können auch von Multifilamentgarnen mit ungefähr demselben Gesamtdurchmesser abgeleitet sein, einschließlich Hybridgarnen und Garnen, die Zweikomponentenfasern enthalten, wobei die einzelnen Filamente der Garne unter Wärme und Druck während des Formvorgangs zu größeren Filamenten verschmolzen sind. Alternativ dazu können die Filamente auch einzelne Filamente in einem Multifilamentgarn sein, wobei die einzelnen Filamente nicht miteinander verschmolzen sind. In diesem Fall haben die einzelnen Filamente im Allgemeinen eine Feinheit von wenigstens 1, 1 dxpf (1 dpf) und vorzugsweise kleiner oder gleich 18 dxpf (16 dpf), obwohl es auch Beispiele geben kann, bei denen die Filamente in einem Multifilamentgarn bis zu 110 dxpf (100 dpf) groß sein können. Erhebungen, die aus Multifilamentgarnen bestehen, bei denen Filamente von 1,1-18 dxpf (1-16 dpf) verwendet wurden, sind erheblich weicher als Erhebungen, die aus Monofilamenten bestehen. Im Allgemeinen haben die Garnbündel in dem Multifilamentgarn bei Verwendung von Filamenten von 1,1-18 dxpf (1-16 dpf) einen Durchmesser von mehr als etwa 0,1 mm, um dem geformten Fasernetzwerk ausreichende Festigkeit zu verleihen, um einen Steifverband zu stützen. Die Erhebungen der Produkte, die unter Verwendung von Multifilamentgarnen mit kleinen Einzelfilamenten, die nicht miteinander verschmolzen sind, hergestellt wurden, können steifer gemacht werden, indem man eine kleine Menge (bis zu 25 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 10 Gew.-%) eines Harzes mitverwendet, das die einzelnen Filamente zusammenhält und bewirkt, dass sich die Filamentbündel mehr wie Einzelfilamente mit einem größeren Durchmesser verhalten. Bei dem hinzugefügten Harz kann es sich um einen Kleber oder um ein Harz, das durch Vernetzung aushärtet, wie einen flexiblen Duroplasten, handeln.
Die Fasern, die in geformten Fasernetzwerken für medizinische Steifverbände und andere orthopädische Vorrichtungen verwendet werden, bestehen aus einem thermoplastischen Polymer oder Copolymer (oder gegebenenfalls einem Blend oder einer Polymerlegierung), das im Allgemeinen bei einer Temperatur im Bereich von etwa 80ºC bis etwa 375ºC schmilzt. Im Allgemeinen wird ein einziges Polymer oder Copolymer verwendet, um die einzelnen Fasern herzustellen. Wie oben bereits gesagt, kann das Filament auch durch Verschmelzen der einzelnen Filamente eines Hybridgarns, einer Zweikomponentenfaser oder eines Multifilamentgarns hergestellt werden, doch ist dies weniger bevorzugt. Das Polymer wird vorzugsweise durch ein Schmelzspinnverfahren zur Faser verarbeitet. Zu den bevorzugten Polymerklassen, die zu dreidimensionalen Fasernetzwerken verarbeitet werden können, gehören im Allgemeinen Polyester, Polyamide, thermoplastische Copolyetherester-Elastomere, Polyarylensulfide, Polyolefine, aliphatisch-aromatische Polyamide, Polyacrylate und thermotrope Flüssigkristallpolymere. Die bevorzugte Polymerklasse für medizinische Steifverbände sind Polyester, wobei Polyethylenterephthalat am meisten bevorzugt ist.
Die dreidimensionale Fasernetzwerkstruktur wird im allgemeinen hergestellt, indem man einen Textilstoff, bei dem es sich um einen aus einem Monofilament oder aus einem Multifilamentgarn hergestellten Textilstoff handeln kann, bei einer genügend hohen Temperatur, so dass die Fasern dauerhaft verformt werden können, wie es zum Beispiel bei einem Faserstreckverfahren erfolgen würde, in die gewünschte Form bringt. Die Fasertemperatur liegt im allgemeinen oberhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) und liegt auch unterhalb der Schmelztemperatur. Die Verformung wird mit einem thermomechanischen Verfahren erreicht, was die Anwendung einer mechanischen Kraft bei einer erhöhten Temperatur bedeutet. Die mechanische Kraft kann mit zahlreichen Methoden angewendet werden, wie durch Druckformung in der festen Phase, Vakuum-Gummisack-Heißpressverfahren, Doppelkammverfahren, Tiefziehen, Verwendung einer beheizten Form und dergleichen. Hitze und Druck werden während einer ausreichenden Zeit angewendet, so dass der Textilstoff permanent verformt wird, aber nicht so lange oder bei einer so hohen Temperatur (z. B. weit oberhalb der Schmelztemperatur), dass die Filamente miteinander verschmelzen und das geformte Fasernetzwerk seine offene netzartige Struktur und seine Elastizität verliert. Die einzelnen Filamente in der dreidimensionalen Fasernetzwerkstruktur haben noch einen großen Teil ihres einzelfaserartigen Aussehens und ihrer Eigenschaften beibehalten. Wenn ein Multifilamentgarn zu einem geformten Fasernetzwerk verarbeitet wird und die Fasern nicht durch einen Schmelzvorgang zu größeren Filamenten verdichtet werden, kann es vorteilhaft sein, ein Garn zu verwenden, das partiell gestreckt und damit partiell orientiert ist, anstatt ein Garn zu verwenden, dass vollständig gestreckt und orientiert wurde, um seine Zugeigenschaften zu optimieren. Ein solches Garn ist im Allgemeinen als partiell orientiertes Garn bekannt, das durch solche Akronyme wie POY, LOY oder MOY bezeichnet wird. Partiell orientierte Garne lassen sich leichter zu dreidimensionalen geformten Fasernetzwerken verformen als vollständiger gestreckte Garne. Dreidimensionale geformte Fasernetzwerke, die aus Multifilamentgarnen hergestellt werden, sind im Deutschen Patent DE 38 01 020C1 und im US-Patent Nr. 5,158,821 beschrieben. Wie oben bereits erwähnt, können diese steifer gemacht werden, indem man bis zu 25% eines Harzes (z. B. eines Klebers oder eines flexiblen Duroplasten) mitverwendet.
Der zweidimensionale Ausgangstextilstoff, der zur Herstellung der dreidimensionalen Fasernetzwerkstruktur zur Verwendung in Steifverbänden verwendet wird, wird aus den Standardstoffklassen der Textilstoffe ausgewählt, wie gewirkten oder gewebten Textilstoffen. Die Art des Textilstoffs hängt von der Art der resultierenden Netzwerkstruktur ab, die man wünscht. Gewirkte Stoffe haben den Vorteil, dass ihre Struktur sich ohne übermäßige Dehnung einzelner Fasern, was zum Reißen der Fasern führt, leicht verformen lässt. Gewirke sind außerdem flexibler und schmiegen sich an den Körper an, wenn sie zum Wickeln verwendet werden. Gewebte Stoffe haben den Vorteil, dass sie sich leichter aus Fasern mit größerem Durchmesser, wie Monofilamenten, herstellen lassen. Gewebe sind maßhaltiger und leichter zu verwenden, wenn sie an einem vorgeformten Stützverband befestigt werden. Gewebe können auch steifer gemacht werden und daher zur Stabilisierung beitragen.
Vliesstoffe können ebenfalls verwendet werden, sind jedoch weniger bevorzugt, da hier die einzelnen Filamente als Bestandteil des Herstellungsverfahrens miteinander verbunden werden. Vliese, die Filamente mit größeren Durchmessern aufweisen (Durchmesser von wenigstens 0,1 mm), sind wegen der Verbindung zwischen den Filamenten steifer und sind auch schwierig aus einem flachen Textilstoff zu formen. Ein Vlies würde im Allgemeinen nach einem Verfahren hergestellt, bei dem der Vliesstoff so hergestellt wird, dass das Muster der Erhebungen in das Material kommt, während es hergestellt wird, wie zum Beispiel durch Verarbeiten des Vlieses auf einer Platte oder einem Riemen mit Vorsprüngen darin.
Der hier verwendete Ausdruck "orthopädische Vorrichtungen" bezieht sich auf orthopädische Vorrichtungen zum Stützen und Fixieren, wobei "Stützen" Stützverbände bedeutet, ein gewisses Maß an Mobilität erlauben, wie bei einem Gelenk, und wobei "Fixierung" Immobilisierung bedeutet, wie bei einem medizinischen Steifverband. Die orthopädischen Vorrichtungen, bei denen die hier gelehrten Materialien verwendet werden, werden äußerlich verwendet. Solche orthopädischen Vorrichtungen sind in engem Kontakt mit der Haut, und in solchen Vorrichtungen werden Polstermaterialien benötigt. Eine wichtige Endverwendung der Materialien ist die als Polster für medizinische Steifverbände.
Aus der obigen Offenbarung sollte klar werden, dass das Wort "Filament", wie es auf das dreidimensionale Produkt angewendet wird, Endloslängen von Fasermaterial umfasst, die selbst aus Filamenten mit kleinerem Durchmesser bestehen, die während des Herstellungsverfahrens miteinander verbunden wurden, und nicht nur Filamente, die während eines Spinnverfahrens extrudiert wurden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer dreidimensionalen Fasernetzwerkstruktur 1 mit einer Vielzahl von "hutförmigen" Erhebungen 3 auf der Grundfläche 2. Die offenmaschige Struktur des Fasernetzwerks ist gezeigt. Diese beispielhaften hutförmigen Erhebungen haben eine quadratische Grundfläche und eine quadratische Oberseite, wobei die Oberseite kleinere Abmessungen hat als die Grundfläche.
Fig. 2 zeigt eine schematische Vergrößerung von einer der hutförmigen Erhebungen 3 von Fig. 1, die die Erweiterung der Maschenstruktur des Textilmaterials zeigt, die im verformten Bereich auftritt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Vergrößerung von vier Erhebungen, die die Form von Kegelstümpfen haben.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die dreidimensionalen Fasernetzwerke, die als Steifverbandpolstermaterialien für orthopädische Vorrichtungen und insbesondere medizinische Steifverbände besonders gut geeignet sind, weisen auf der Ebene des Textilstoffs, aus dem das Netzwerk gemacht ist, eine Vielzahl von Erhebungen auf. Auf der Seite des Stoffes, die den Erhebungen gegenüberliegt, können gegebenenfalls auch Vertiefungen vorhanden sein. Beispiele für dreidimensionale Fasernetzwerke und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in den US-Patenten Nr. 5,364,686 und 4,631,221 zusammengefasst. Die Erhebungen und gegebenenfalls Vertiefungen können die Form von Kegeln oder Kegelstümpfen, Pyramiden oder Pyramidenstümpfen mit vieleckigen Grundflächen, Zylindern, Prismen, Kugelteilen und dergleichen haben. Im allgemeinen definieren die Scheitelpunkte oder Oberflächen der Erhebungen eine Ebene parallel zur Grundebene. Wenn auch Vertiefungen vorhanden sind, definieren ihre Scheitelpunkte oder Oberflächen in ähnlicher Weise eine zweite Fläche, wie eine Ebene parallel zur Grundebene. Als Ergebnis definieren die bevorzugten dreidimensionalen Netzwerke zwei Flächen oder Ebenen, wobei eine durch die Oberseiten der Erhebungen definiert ist und die andere entweder durch die Grundebene oder die durch die Vertiefungen definierte Ebene oder Fläche definiert ist. Weiterhin sind die Erhebungen und gegebenenfalls Vertiefungen im allgemeinen in einem gleichmäßigen oder sich wiederholenden Muster mit gleichmäßigen Abständen angeordnet. Die Formen, Höhen, Größen und Abstände der Erhebungen und gegebenenfalls Vertiefungen können jedoch so modifiziert werden, dass sie zu der speziellen Anwendung passen und sich einer speziellen Form anpassen. Die Erhebungen und/oder Vertiefungen können auch entlang einer Richtung der Ebene gedehnt sein, und im Extremfall können sie sich über die gesamte Länge oder Breite des Textils erstrecken; in diesem Fall sind die Erhebungen eigentlich Rippen, wie man sie typischerweise bei Pappe findet. Rippenlose Strukturen werden für die meisten Steifverbandspolster- und -auskleidungsanwendungen bevorzugt. Wie jedoch in Beispiel 10 erläutert wird, können Rippenstrukturen, die Steifigkeit in einer Richtung aufweisen, während sie die Flexibilität in einer anderen Richtung beibehalten, zur Herstellung von halbfesten Steifverbänden, Schienen oder zur Stabilisierung in Vorrichtungen verwendet werden.
Die Größen, Höhen, Formen und Abstände im Muster der Erhebungen und Vertiefungen beeinflussen die Polstereigenschaften der dreidimensionalen Netzwerke sowie die Art, wie sie sich anfühlen. Die Steifigkeit der einzelnen Fasern in der Netzwerkstruktur ist ebenfalls ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung der Polstereigenschaften der dreidimensionalen Netzwerke, und die Steifigkeit der Fasern hängt wiederum vom Durchmesser der Filamente und von der Art der Materialien ab (z. B. Polymere), aus denen die Filamente hergestellt sind. Für die meisten Anwendungen in Steifverbänden und anderen orthopädischen Vorrichtungen liegen die Filamentdurchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 0,25 mm. Ein Beispiel für eine bevorzugte Struktur aus in regelmäßigen Abständen angeordneten Erhebungen mit einer quadratischen Grundfläche und einer quadratischen Oberseite, die kürzere Seiten hat als die Grundfläche, ist in Fig. 1 gezeigt. Eine weitere bevorzugte Struktur besteht aus einer regelmäßigen Anordnung von Erhebungen, bei denen es sich um Kegelstümpfe von gleicher Größe und Form handelt, wie sie zum Beispiel in Fig. 3 gezeigt sind.
Die als Filamente in den dreidimensionalen Fasernetzwerken verwendeten Polymere zur Verwendung in medizinischen Steifverbänden und anderen orthopädischen Vorrichtungen bestehen vorzugsweise aus einem thermoplastischen Polymer anstatt aus Verbundstoffen aus einer Verstärkungsfaser und einem Matrixpolymer, wie einem Duroplast, die früher zur Herstellung steifer Netzwerke verwendet wurden. Die Polymere können kleinere Mengen an Additiven, wie Flammverzögerungsmitteln, Spinngleitmitteln und dergleichen, enthalten. Die thermoplastischen Polymere haben im Allgemeinen eine Schmelztemperatur im Bereich von etwa 80ºC bis etwa 375ºC, vorzugsweise 140ºC bis 350ºC. Zu den thermoplastischen Polymeren, die im Allgemeinen zur Herstellung dreidimensionaler Fasernetzwerke verwendet werden können, gehören: (1) Polyester von Alkylenglycolen mit 2-10 Kohlenstoffatomen und aromatischen Disäuren. Polyalkylenterephthalate, insbesondere Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat, sind besonders bevorzugt. Bevorzugt sind auch Polyalkylennaphthalate, bei denen es sich um Polyester von 2,6-Naphthalindicarbonsäure und Alkylenglycolen handelt, wie zum Beispiel Polyethylennaphthalat; (2) thermoplastische Copolyetherester-Elastomere, die unten ausführlicher beschrieben sind; (3) Polyamide, insbesondere Nylon 6 und Nylon 66, die häufig zur Herstellung von Fasern verwendet werden; (4) Polyarylensulfide, insbesondere Polyphenylensulfid; (5) Polyolefine, insbesondere Polyethylen und Polypropylen; (6) aliphatisch-aromatische Polyamide, wie Polyamide, die von Terephthalsäure und 2-Methyl-1,5-pentandiamin abgeleitet sind; (7) Polyester, die von 1,4-Cyclohexandimethanol und Terephthalsäure abgeleitet sind; sowie (8) thermotrope Flüssigkristallpolymere, wie zum Beispiel Polyester, die von 6- Hydroxy-2-naphthoesäure und 4-Hydroxybenzoesäure abgeleitet sind.
Zu den besonders bevorzugten Polymeren für medizinische Steifverbände gehören Polyethylenterephthalat (PET), thermoplastische Copolyetherester- Elastomere, Nylon 6 und 66, Polyethylen und Polypropylen. Thermoplastische Copolyetherester-Elastomere sind von mehreren Herstellern erhältlich, einschließlich der der Hoechst Celanese Corporation, Somerville, NJ, unter dem Warenzeichen Riteflex®. PET ist das am meisten bevorzugte Polymer zur Verwendung unter medizinischen Steifverbänden. PET ist von vielen Herstellern erhältlich, einschließlich der Hoechst Celanese Corporation, Somerville, NJ. Das PET sollte ein. ausreichend hohes Molekulargewicht haben, so dass es zum Verspinnen zu Fasern geeignet ist; im Allgemeinen ist ein Molekulargewicht geeignet, das einer Grenzviskosität (I. V.) von wenigstens 0,6 dl/g entspricht, wobei die I. V. bestimmt wird, indem man das Viskositätsverhältnis einer 4%igen Lösung (w/v) in o-Chlorphenol bei 25ºC misst. Dann wird das Viskositätsverhältnis in die Grenzviskosität umgerechnet. Polypropylen und Nylons sind ebenfalls von vielen Herstellern erhältlich.
Der Abstand, die Größe, Höhe und Form der Erhebungen und gegebenenfalls Vertiefungen, der Durchmesser der Filamente und der Aufbau des Textilstoffs der dreidimensionalen Fasernetzwerke werden so gewählt, dass man die gewünschten Eigenschaften (z. B. Polsterung, Atemfähigkeit) für die spezielle Anwendung erhält. Die Formen der Verformungen werden von dem zu ihrer Herstellung verwendeten Verfahren bestimmt. Bei einem Verformungsverfahren, bei dem der Textilstoff gegen eine Platte mit runden Löchern gehalten wird und ein zylindrischer Stab auf derselben Seite wie der Textilstoff durch das Loch gedrückt wird, so dass der Textilstoff durch das Loch gedrückt wird, werden zum Beispiel die Erhebungen, die in dem Textilstoff gebildet werden, die Form von Kegelstümpfen haben (d. h. die Grundfläche und die Oberseite der Erhebungen werden beide rund sein), wobei der Durchmesser der Oberseite des Kegels dem Durchmesser des Stabes entspricht, der das Textil durch das Loch drückt. Ähnlich werden bei Verwendung einer Platte mit quadratischen Löchern und eines Stabs mit quadratischem Querschnitt die Erhebungen "hutförmig" sein.
Die hier beschriebenen Fasernetzwerke sind leicht, haltbar und atemfähig. Sie sind federnd und elastisch, was bedeutet, dass sie (vorzugsweise mehrmals) ohne erheblichen Verlust ihrer Eigenschaften zusammengedrückt werden können. Je nach der Steifigkeit der Fasern und den Größen der Erhebungen können sie als Polstermaterialien, als stoßauffangende Materialien oder als halbharte Trägermaterialien verwendet werden. Da sie im Allgemeinen aus nur einem Polymer, vorzugsweise PET, bestehen, können sie nach der Verwendung zusammen mit anderen recyclingfähigen Kunststoffen (z. B. Flaschen im Falle von PET) leicht recycelt werden. Die Fasernetzwerkmaterialien können als einzelne Schichten verwendet werden, aber sie können auch mit aufeinander zu gerichteten Oberseiten ineinandergelegt werden, wobei die Erhebungen ineinandergreifen, oder sie können mit den Erhebungen der einen Schicht gegen die Grundebene der nächsten Schicht oder mit den Grundebenen der beiden Schichten gegeneinander, um dickere Abstandshalter und Polster zu erhalten, gestapelt werden. Die Materialien, die mehr als eine Schicht aufweisen, können mit Verfahren wie Verkleben oder Ultraschallschweißen miteinander verbunden werden. Die Tatsache, dass die Erhebungen beim Ineinanderlegen mit aufeinander zu gerichteten Oberseiten ineinandergreifen können oder zusammenpassen können, wenn die Grundebene einer Schicht auf den Erhebungen der nächsttieferen Schicht liegt, verleiht den Fasernetzwerken eine selbstklebende Eigenschaft, wenn sie zur Verwendung in einer Steifverbandpolsterung um einen Arm oder ein Bein gewickelt werden. Dies erleichtert das Anlegen der Steifverbandpolstermaterialien an einen verletzten Arm, ein verletztes Bein oder ein anderes Körperteil. Wegen der Steifigkeit der Filamente "kleben" die Schnittkanten an anderen Schichten des Materials. Dadurch fühlt sich der dreidimensionale Textilstoff auch selbstklebend an.
Die Erfindung wird weiterhin anhand der folgenden nichteinschränkenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiele

Beispiel 1

Ein Copolyetherester-Elastomer RITEFLEX® 640 mit einer Schmelztemperatur von etwa 180ºC, das von der Hoechst Celanese Corporation erhalten wurde, wurde schmelzgesponnen, wobei man ein Monofilament von 0,20 mm/480 dtex (435 denier) mit den folgenden Eigenschaften erhielt. Die Reißlänge der Faser wurde nach dem ASTM-Testverfahren D-3822 als 2,8 gpd gemessen, mit einer Dehnung beim Reißen von 98%. Die elastische Erholung der Faser wurde nach demselben Testverfahren nach 100 Cyclen mit entweder 20% oder 50% Dehnung zu 100% gemessen. Das Monofilament wurde zu einem Textilstoff mit einer Maschendichte von 3,1 Maschenstäbchen/cm (8 Maschenstäbchen/inch) und eine Schussdichte von 16,5 Maschenreihen/cm (42 Maschenreihen/inch) gewirkt.
Das Gewirk wurde unter Verwendung einer beheizten Pressplatte zu einer dreidimensionalen Struktur geformt. Die Pressplatte war eine Metallplatte mit Löchern mit einem Durchmesser von 0,95 cm (3/8 inch) und wurde auf 160-230ºC erhitzt. Der Stoff wurde 9 Sekunden lang gegen die beheizte Platte gedrückt, und dann wurden Stifte mit einem Durchmesser von 0,64 cm (1/4 inch) durch die Löcher gedrückt. Dies ergab auf dem Stoff kegelstumpfförmige Erhebungen mit einem Durchmesser an der Grundfläche von etwa 0,95 cm (3/8 inch) und einem Durchmesser an der Oberseite von 0,64 cm (1/4 inch). Die Erhebungen waren 0,48 cm (3/16 inch) hoch und befanden sich in einer quadratischen Gitteranordnung, wobei der nächste Abstand zwischen den Erhebungen (Mitte zu Mitte) etwa 1,9 cm (3/4 inch) betrug.
Dieses geformte Fasernetzwerk fühlte sich weich und federnd an und konnte mehrmals ohne Elastizitätsverlust zusammengedrückt werden.

Beispiel 2

Ein thermoplastisches Copolyetherester-Elastomer RITEFLEX® 672, das bei etwa 205ºC schmilzt, wurde von der Hoechst Celanese Corporation erhalten und zu einem Monofilament von 905 dtex (823 denier) (Durchmesser etwa 0,28 mm) schmelzgesponnen. Die Reißlänge der Faser betrug 2,4 gpd, und sie hatte eine Dehnung beim Reißen von 87%, wobei nach dem ASTM-Testverfahren D-3822 gemessen wurde. Die elastische Erholung der Faser, die nach demselben Verfahren gemessen wurde, betrug 100% nach 100 Cyclen mit entweder 20% oder 50% Dehnung.
Die Faser wurde zu einem Textilstoff mit derselben Maschendichte und Schussdichte wie in Beispiel 1 gewirkt. Der Stoff wurde unter Verwendung der Pressplattenapparatur von Beispiel 1 unter denselben Bedingungen wie in Beispiel 1 zu einem dreidimensionalen Netzwerk verformt. Dieses geformte Fasernetzwerk fühlte sich ebenfalls weich und federnd an und konnte mehrmals ohne Elastizitätsverlust zusammengedrückt werden.

Beispiel 3

Handelsübliches PET, das zur Verwendung in Textilstoffen hergestellt wurde, wurde zu einem etwa 0,182 mm dicken Monofilament von 353 dtex (etwa 321 denier) schmelzgesponnen. Dann wurde das Monofilament zu einem Jerseystoff mit 6,3 Maschenstäbchen und 9,4 Maschenreihen pro cm (16 Maschenstäbchen und 24 Maschenreihen pro inch) verarbeitet.
Die Stoffproben wurden unter Verwendung einer ähnlichen Art von Apparatur, wie sie in Beispiel 1 beschrieben ist, aber mit Löchern von 0,64 cm (1/4 inch) in der Pressplatte und zylindrischen Stiften mit einem Durchmesser von 0,32 cm (1/8 inch), so dass man kegelförmige Erhebungen mit flachen Oberseiten erhielt, zu einem dreidimensionalen Netzwerk verformt. Die Durchmesser der Grundfläche und der Oberseiten der Erhebungen waren dieselben wie der Durchmesser der Löcher in der Grundplatte bzw. der Durchmesser der Stifte. Die Erhebungen befanden sich in einer quadratischen Gitteranordnung und waren 1,27 cm (1/2 inch) (Mitte zu Mitte) voneinander entfernt. Die Höhe der Erhebungen betrug 0,64 cm (1/4 inch). Die Erhebungen wurden hergestellt, indem man die Grundplatte und die Stifte auf 240ºC erhitzte und den Stoff etwa 30 Sekunden lang durch die Löcher drückte. Der verformte Stoff war elastisch und fühlte sich komfortabel und federnd an, wenn er von Hand heruntergedrückt wurde, und er behielt die Art und Weise, wie er sich anfühlte, auch nach mehrmaligem Zusammendrücken bei. Eine Probe dieses Materials in Form eines Bandes von 7,5 cm · 360 cm (3 inch · 12 foot) wurde als Polstermaterial für einen kurzen Armsteifverband getestet. Der Steifverband wurde unter der Dusche und beim Schwimmen getragen. Der Steifverband trocknete viel schneller als das herkömmliche Steifverbandpolstermaterial aus Gaze und wurde als viel komfortabler bewertet.

Beispiel 4

Eine Reihe von Stoffproben aus Polyethylenterephthalat (PET) (sowohl gewirkt als auch gewebt) wurde zu dreidimensionalen Fasernetzwerkmaterialien verarbeitet. Das Verfahren beinhaltete das Pressen des Stoffes gegen eine beheizte Grundplatte mit einer quadratischen Gitteranordnung von gleichmäßig beabstandeten Löchern in der Grundplatte bei 200ºC während zwei Minuten und dann das Drücken des Stoffes durch Löcher in der Grundplatte unter Verwendung zylindrischer Stifte, die auf 180ºC erhitzt wurden. Die Stifte wurden 15 Sekunden lang an Ort und Stelle gehalten (bei der angegebenen Temperatur durch die Löcher gesteckt), bevor sie herausgezogen wurden, außer bei Probe Nr. 4 (unten), bei der die Stifte 600 Sekunden lang an Ort und Stelle gehalten wurden. Dies führte zu dreidimensionalen Netzwerken von kegelförmigen Erhebungen mit flachen Oberseiten in gleichmäßigen Abständen, wobei die Grundflächen der Erhebungen den Durchmesser der Löcher hatten und die Oberseiten der Erhebungen den Durchmesser der Stifte hatten. Die Höhen der Erhebungen (die Dicke der Proben) waren aufgrund der Schrumpfung nach dem Wegnehmen der mechanischen Kraft etwas geringer als die Tiefe des Eindringens der Stifte durch die Löcher. Sowohl gewirkte als auch gewebte Stoffe wurden getestet.
Diese Proben wurden Kompressionstests unterzogen, wobei eine Modifikation von Verfahren verwendet wurde, die für Polyurethanschäume und Latexschäume verwendet werden. Proben der Materialien wurden zwischen die Platten einer Instron-Zugprüfmaschine gebracht und dann mit einer Last von 0,14 kPa (0,02 psi) vorbelastet. Der Abstand zwischen den Platten bei einer Kompression von 0,14 kPa (0,02 psi) wurde als die Dicke der Probe definiert. Dann wurden die Proben während zwei Cyclen mit Testgeschwindigkeiten von 0,51 cm/min (0,2 in/min) für Proben mit einer Dicke von 0,25-0,74 cm (0,10-0,29 inch), 1,27 cm/min (0,5 in/min) für Proben mit einer Dicke von 0,76-1,75 cm (0,30- 0,69 inch) und 2,54 cm/min (1,0 in/min) für Proben mit einer Dicke von 1,8- 3,5 cm (0,70-1,39 inch) auf 60% Kompression komprimiert. Die beiden obigen Vorabcyclen brachten eine wesentliche Veränderung bei zwei der Proben (Nr. 4 und 6 in Tabelle 1); für diese beiden Proben sind auch die Messungen im Vorabcyclus angegeben. Sechs Minuten nach den obigen Vorabcyclen wurde ein Kompressionstest mit bis zu 60% Kompression mit derselben Geschwindigkeit wie bei den Vorabcyclen durchgeführt. Die Spannung und die prozentuale Kompression wurden gemessen, und die Spannung bei 25% und bei 50% Kompression wurde gemessen. Diese Werte sind in Tabelle 1 zusammen mit den Mittelwerten für Durchläufe, bei denen doppelte Messungen erfolgt sind, aufgezeichnet. Diese Messungen zeigen eine Zunahme der Spannung mit zunehmender Kompression, ein Merkmal, das für Polsterungsanwendungen wünschenswert ist.
Das scheinbare Volumen wurde auf der Basis der Dicke, wie sie oben bei 0,14 kPa (0,02 psi) gemessen wurde, und den gemessenen Abmessungen (Länge und Breite) der Probe berechnet. Dieses wurde verwendet, um die scheinbare Dichte zu berechnen, die in einem Bereich von 0,016 bis 0,067 g/cm³ lag. Festes PET hat zum Vergleich eine Dichte von etwa 1,4 g/cm³. Die scheinbare Dichte des dreidimensionalen Fasernetzwerks beträgt also weniger als etwa 5% der Dichte von festem PET (1,1%-4,8% in diesen Beispielen). Die scheinbaren Dichten der Proben in g/cm³ sind ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt; sie können durch Multiplikation mit 62,4 in pounds/ft³ umgerechnet werden.
Mögliche orthopädische Anwendungen dieser Probe sind wie folgt: Gewirkte Proben (Proben 3, 4 und 7) können als Steifverbandpolster verwendet werden. Die Proben 1 und 5 können als Stützverbandauskleidung verwendet werden. Die Proben 2 und 6 können als Stabilisierungsvorrichtungen verwendet werden.

Beispiel 5

Ein Steifverband umfasst typischerweise drei Schichten. Die innere Schicht (die Auskleidung) ist ein Trikotschlauchmaterial des Typs, der bei herkömmlichen Steifverbandgestaltungen mit der Haut in Kontakt ist. Die zweite Schicht (die Polsterschicht) umfasst das dreidimensionale Fasernetzwerk. Die Faserabmessungen sowie die Formen, Größen, Höhen und Abstände der Erhebungen werden so gewählt, dass der Träger des Steifverbands Stütze und Komfort erhält. Erhebungen mit einer Höhe von 3-6 mm und einem Durchmesser von 8-12 mm, die in Form eines quadratischen Gitters mit einem Abstand von Mitte zu Mitte von 10-15 mm angeordnet sind, sind für diese Anwendung bevorzugt. Im Allgemeinen zeigen die Erhebungen von dem Körperteil weg, da sich die Grundebene des Textilstoffs auf der Haut komfortabler anfühlt als die Spitzen der Erhebungen. Die äußere Schicht ist ein herkömmliches Steifverbandmaterial, wie Glasfaser oder Gips. Ein solcher Steifverband ist viel atemfähiger als unter Verwendung von derzeitigen Materialien hergestellte Steifverbände, insbesondere wenn die äußere Schicht ebenfalls porös ist (z. B. Glasfaser). Der Steifverband kann auch ohne den Trikotschlauch aufgebaut sein, so dass das dreidimensionale Fasernetzwerk direkt auf der Haut aufliegt und sowohl als Auskleidungs- wie auch als Polsterschicht wirkt.

Beispiel 6

Bahnen aus dem Fasernetzwerk können für spezielle Arten von Anwendungen in Formen vorgeschnitten werden, und die vorgeschnittenen Formen können weiterhin mit Verschlüssen, wie VelcroTM-Verschlüssen (Klettverschlüssen), versehen sein. Bahnen oder Rollen aus dem Material können auch durch den Endanwender, wie einen Arzt oder Verbraucher, geschnitten und geformt werden. Beispiele für vorgeschnittene Formen sind Formen, die für Knie, Fußgelenke und Ellbogen geformt sind. Das Material kann für spezielle Anwendungen auch als Rollen aus Watte mit verschiedenen Längen und Breiten geliefert werden. Die Watte kann gegebenenfalls mit VelcroTM- oder anderen Verschlüssen versehen sein. Die Verschlüsse können sich je nach der speziellen Endverwendung an den Enden der Rollen oder entlang der Seiten der Rollen oder beides befinden. Ein Stück des Materials mit den ungefähren Abmessungen von Beispiel 12 wurde zu einem Quadrat von 20 cm · 20 cm (8" · 8") geschnitten, das weiterhin so geformt wurde, dass es unter einen Handgelenk-Stützverband passte. Nach mehreren Monaten des Tragens fand eine Testperson dieses Material äußerst komfortabel.

Beispiel 7

Das dreidimensionale Fasernetzwerk kann gegenüber dem oben beschriebenen Material insofern modifiziert werden, als die Fasern in den Erhebungen an den Punkten, wo die Fasern einander überkreuzen, miteinander verbunden sind. Das Verbinden kann mit zahlreichen Verfahren durchgeführt werden, wie Ultraschallschweißen. Die Erhebungen werden aufgrund der Verbindung an den Überkreuzungspunkten starr. Der Textilstoff in der Grundebene ist noch unmodifiziert und somit noch flexibel. Das resultierende modifizierte Fasernetzwerk ist ein Netzwerk aus starren Abstandshaltern, die auf einem flexiblen Netztextilstoff montiert sind. Dies erhöht die Anpassungsfähigkeit des Fasernetzwerks an die Konturen des Körpers. Als Ergebnis kann das Material mit einem Minimum an maßgerechten Schnitten angelegt werden (d. h. es sind weniger oder keine Falten notwendig). Ein solches Material ist auch sehr gut drapierbar und kann auch für andere Anwendungen geeignet sein, wie Gewänder (d. h. Kleidung).
Zum Beispiel wird das dreidimensionale Fasernetzwerk zuerst durch Ultraschallverschweißen der Erhebungen so modifiziert, wie es oben beschrieben ist. Dann wird das Fasernetzwerk um denjenigen Körperteil gewickelt, der in den Steifverband gesteckt werden soll, wobei die Textilseite nach unten zeigt und die starren Kuppen (Erhebungen) nach oben zeigen. Für noch mehr Komfort kann gegebenenfalls eine weiche Auskleidung (z. B. eine gewirkte Auskleidung) zwischen der Haut und dem Fasernetzwerk platziert werden. Dann wird ein Steifverband oder eine andere starre Struktur auf die starren Erhebungen platziert, so dass ein Steifverband mit einer atemfähigen Abstandsschicht entsteht.

Beispiel 8

Herkömmliches Trikotschlauchmaterial, das in Steifverbänden verwendet wird, besteht aus einem dehnbaren Netzmaterial, das wie eine röhrenförmige Socke ohne Zeh geformt ist. Material, das in einem Trikotschlauch verwendet werden kann, wie gewirktes Polyethylenterephthalat, kann so geformt werden, dass es zu einem geformten Fasernetzwerk in Trikotschlauchform wird. Es können Verfahren ins Auge gefasst werden, bei denen ein Gewirk in Form eines Rohrs durch ein thermomechanisches Verfahren behandelt wird, wodurch auf dem Rohr eine regelmäßige Anordnung von Erhebungen und/oder Vertiefungen entsteht. Alternativ dazu kann auch ein flaches Material, das die Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist, geschnitten und genäht werden, so dass das röhrenförmige Produkt mit den Erhebungen und/oder Vertiefungen entsteht. Das Trikotschlauchrohr mit den nach außen weisenden Erhebungen kann über einen Arm oder ein Bein geschoben werden, so dass man einen Trikotschlauch mit elastischen, flexiblen Abstandshaltern erhält. Dies führt zu einem atemfähigen Steifverband, sobald ein harter Steifverband über dem Trikotschlauch platziert wird.
Zu den Materialien, die zur Herstellung des Rohrs aus Material mit Erhebungen und/oder Vertiefungen verwendet werden kann, gehören Polyethylenterephthalat und thermoplastisches Copolyetherester-Elastomer. Polyethylenterephthalat ist das am meisten bevorzugte Polymer.

Beispiel 9

Zwei Stücke eines geformten Fasernetzwerks werden ineinandergelegt, so dass die Erhebungen nach innen aufeinander zu gerichtet sind und die Grundflächen der Textilstoffe, die zur Herstellung des Fasernetzwerks verwendet wurden, nach außen zeigen. Auf diese Weise wird mehr Textilstoff gegen die Haut und auch gegen den Steifverband platziert, was eine größere Stütze und größeren Komfort liefert. Die Erhebungen in den geformten Fasernetzwerkmaterialien lassen sich leicht so anordnen und formen, dass sie auf natürliche Weise ineinander verschränkt sind, wenn die Flächen mit den Erhebungen aufeinander zu gerichtet sind (z. B. dreieckförmige Erhebungen und dreieckförmige Zwischenräume zwischen den Erhebungen). Das Fasernetzwerk kann auch so gestaltet sein, dass es sich mit anderen Materialien verschränkt, wie mit einem dicken Textilstoff, - der Löcher aufweist, die zu der Anordnung der Erhebungen passen. Schließlich kann das Fasernetzwerk auch auf sich selbst zurückgewickelt werden, wobei die Erhebungen einer Schicht zwischen den Erhebungen der nächsten Schicht eingebettet sind, was das Wickeln mit Überlappung an den Rändern erleichtert und komfortabler macht. Die Ränder des Fasernetzwerkmaterials bleiben wegen der langen Fasern an anderen Schichten des Materials haften, wodurch sich das Fasernetzwerk selbstklebend anfühlt, wenn es mit überlappenden Schichten um einen Arm, ein Bein oder dergleichen gewickelt wird.

Beispiel 10

Die Erhebungen können auch länglich sein und können im Extremfall über die gesamte Länge oder Breite des Textilstoffs verlaufen, wodurch die Erhebungen das Aussehen von Rippen erhalten, wie bei Pappe. Solche Materialien sind äußerst gut für Anwendungen geeignet, bei denen Steifigkeit in einer Richtung erforderlich ist, während Flexibilität in der anderen Richtung erforderlich ist. Diese Materialien eignen sich zum Beispiel als Schienen, halbfeste Steifverbände oder andere Stabilisierungsvorrichtungen, da sich die Materialien leicht um eine Gliedmaße wickeln lassen, aber nicht leicht senkrecht zur Richtung der Rippen gebogen werden können. Zum Beispiel wird bei Knie- und Handgelenksschienen das gewellte geformte Faserprodukt verwendet, wobei die Rippen parallel zum Bein oder Arm verlaufen. Solche Vorrichtungen bieten den benötigten Komfort, aber da sie die offene Struktur der Fasernetzwerke haben, sind sie sehr atemfähig und komfortabel und halten kein Wasser zurück.

Beispiel 11

Das dreidimensionale Fasernetzwerk kann als Polsterschicht oder Auskleidung eines abnehmbaren Steifverbands für die Füße, Knie und andere Teile des Körpers verwendet werden. Bei herkömmlichen abnehmbaren Steifverbänden und anderen Vorrichtungen wurde eine Auskleidung verwendet, die aus Polyurethanschaum bestand, wobei Textilstoffe auf beide Oberflächen laminiert waren. Ein abnehmbarer Unterschenkel- und Fuß-Steifverband wurde modifiziert, indem man die Schaumstoffauskleidung durch ein dreidimensionales Fasernetzwerk als Auskleidungsmaterial ersetzte. Die Auskleidung ließ sich leicht waschen und war haltbar und konnte zum Auswechseln oder Waschen entnommen werden.
Viele der synthetischen Textilstoffe, die zur Herstellung von dreidimensionalen Fasernetzwerken verwendet werden, wie Polyester, unterstützen das Wachstum von Bakterien nicht. Es können auch synthetische Textilstoffe hergestellt werden, in die ein Bakterizid eingebaut ist. Außerdem zersetzen sich die Materialien nicht, reißen nicht und absorbieren kein Wasser. Der Schuh-Steifverband hat die Form eines vorne offenen Schuhs und ist so gestaltet, dass er sich durch die Verwendung von Verschlüssen, wie VelcroTM-Verschlüssen, leicht über den Fuß ziehen und wieder abnehmen lässt. Abnehmbare Steifverbände für andere Teile des Körpers können ebenfalls in ähnlicher Weise mit einem dreidimensionalen geformten Faserprodukt als Polsterschicht gestaltet sein. Alternativ dazu können auch steifere dreidimensionale geformte Faserprodukte als fester oder abnehmbarer Steifverband verwendet werden.

Beispiel 12

Ein geformtes Faserprodukt mit den folgenden ungefähren Abmessungen ist in gerollter Form als Steifverbandpolstermaterial besonders gut geeignet. Ein PET- Monofilament mit einem Durchmesser von 0,15 mm und 240 dtex (220 denier) wird zu einem Jersey mit 6, 7 Maschenstäbchen/cm (17 Maschenstäbchen/inch) und 15 Maschenreihen/cm (38 Maschenreihen/inch) und einem Gewicht von 3 ounces/yard² gestrickt. Aus dem Textilstoff wird ein Produkt mit Kuppen geformt, die etwa 4-5 mm hoch und 9-10 mm breit an der Basis und in Form eines quadratischen Gitters mit einem Abstand von Mitte zu Mitte von etwa 13 mm angeordnet sind.

Beispiel 13

Ein Produkt aus Polyethylenterephthalat (PET), wie es in Beispiel 12 beschrieben ist, wurde einer Reihe von Tests unterzogen, um seine Eignung als unter Steifverbänden zu verwendendes Polstermaterial zu bestimmen. Die Testdaten für diese Probe sind in Tabelle 2 dargestellt. Zum Vergleich wurden auch Tests mit anderen häufig verwendeten Materialien und kommerziellen Produkten durchgeführt. Die Vergleichsproben umfassen eine Fluorpolymermembran, die mit einem Polyurethan-Schaumstoff und einem Nadelvlies geschichtet ist. Das Produkt von Beispiel 12 zeigte im Allgemeinen bessere Eigenschaften als die anderen Proben, die getestet wurden. Die Tests und Testverfahren werden im folgenden erläutert.

Sättigungsfeuchtigkeitsaufnahme

Dieser Test misst, wie schnell ein Material trocknet, nachdem es in Wasser eingetaucht wurde. Eine Probe des Materials von 7,5 cm mal 10 cm (3 inch mal 4 inch) wird an einer Waage festgeklammert, mit der man aufgehängte Proben wiegen kann. Das Gewicht der Probe wird gemessen und als Trockengewicht (Wtrocken) aufgezeichnet. Dann wird die Probe in Wasser eingetaucht, bis sie gesättigt ist, indem man ein Becherglas mit Wasser um die aufgehängte Probe herum hochhebt. Dann wird das Wasser entfernt. Das Wasser tropft am Anfang mit hoher Frequenz von der Probe ab, wird dann aber langsamer. Wenn die Frequenz des Abtropfens kleiner als 1 Tropfen pro 5 Sekunden ist, wird das Gewicht der Probe erneut aufgezeichnet. Dieses Gewicht wird als das Gewicht einer gesättigten Probe (Wsat) definiert. Die Zeit, die erforderlich war, damit die Frequenz des Abtropfens auf weniger als 1 Tropfen pro 5 Sekunden sank, nachdem das Wasser entfernt worden war, ist die Abtropfzeit. Das Gewicht der gesättigten Probe wird überwacht. Die Zeit, die erforderlich ist, damit die Probe vom Sättigungsgewicht zum Trockengewicht zurückkehrt, wird gemessen und ist die Trocknungszeit. Die Feuchtigkeitsaufnahme ist die prozentuale Differenz zwischen dem Sättigungsgewicht und dem Trockengewicht (100%·(Wsat - Wtrocken)/Wtrocken)

Konvektiver Abkühltest

Dieser Test misst die Verzögerung der Abkühlung einer geheizten Kammer einer zweikammerigen Testapparatur von etwa 45ºC auf Raumtemperatur, wenn die beiden Kammern durch eine einzige Schicht des Polstermaterials voneinander getrennt sind. Größere Abkühlgeschwindigkeiten zeigen, dass Körperwärme schneller von der Haut abgeleitet wird, was zu einem größeren Komfort führt. Die Testapparatur weist zwei benachbarte Kammern auf, eine über der anderen, wobei die Kammern durch eine rechteckige Öffnung von 7,5 cm · 10 cm (3" · 4") voneinander getrennt sind. Die Abmessungen jeder Kammer betragen ungefähr 30 cm · 30 cm · 30 cm (1' · 1' · 1'). Jede Kammer enthält ein Thermoelement. Die Apparatur wird mit einer Heizpistole erhitzt, bis das Thermoelement in der unteren Kammer eine Temperatur von etwa 45ºC erreicht, was als Ausgangstemperatur (Tstart) aufgezeichnet wird. Eine Probe des zu testenden Materials von 7,5 cm · 10 cm (3" · 4") wird in einer Probenschale in der Öffnung zwischen den beiden Kammern platziert. Eine Heizpistole, die Umgebungsluft in die obere Hälfte der Testkammer bläst, wird angeschaltet, und gleichzeitig wird ein Chronometer gestartet. Dies ist der Beginn des Tests. Die beiden Thermoelemente in den beiden Kammern (eine oberhalb und eine unterhalb der Probe) werden überwacht. Wenn das untere Thermoelement Umgebungstemperatur (23ºC) erreicht oder beide Thermoelemente dieselbe Temperatur erreichen, ist das Experiment beendet, der Chronometer wird gestoppt, und die Temperatur wird gemessen (Tstop). Die Abkühlungsgeschwindigkeit beträgt (Tscart - TStop/tTest, wobei tTrest die mit dem Chronometer gemessene Dauer des Tests ist. Zur Korrektur der Variabilität der Bedingungen wird das Experiment einmal ohne eine Probe durchgeführt. Die Abkühlzeit ohne eine Probe (8 Minuten in diesem Fall) wird jeweils von der Abkühlzeit mit Probe subtrahiert. Die korrigierten Abkühlzeiten sind in Tabelle 2 angegeben.

Luftdurchlässigkeit

Dieser Test wurde im Allgemeinen gemäß dem ASTM-Testverfahren D-737-75 durchgeführt, um zu bestimmen, wie durchlässig dieses und andere Polstermaterialien für das Strömen von Luft sind. Der Standarddruckabfall bei diesen Tests betrug 1,25 cm (0,5 inch) Wasser. Da die Proben dieser Erfindung durchlässiger sind, als bei dem Testverfahren vorgesehen ist, wurde der Öffnungsdurchmesser für diese Proben von 7,6 cm auf 4,45 cm (von 2,75 inch auf 1,75 inch) reduziert. Dann wurde der gemessene Wert korrigiert, indem man ihn mit dem Verhältnis der Flächen (2,47) multiplizierte.

Wasserdurchlässigkeit/Badetauglichkeit

Dieser Test soll die Geschwindigkeit bestimmen, mit der Wasser zwischen einem harten Steifverband und der Gliedmaße eines Patienten bei Verwendung des hier gelehrten Polstermaterials durchgespült werden kann. Zwei 25,4 cm (10 inch) lange Rohre werden in konzentrische Anordnung gebracht, so dass es einen ringförmigen Bereich zwischen der Außenseite des inneren Rohrs (Durchmesser 6,25 cm (2,5")) und der Innenseite des äußeren Rohrs (Innendurchmesser 6,6 cm (2,6")) gibt. Das äußere Rohr kann in der Art einer Muschel geöffnet werden, um das Testen zu erleichtern. Drei feet Polstermaterial werden um das innere Rohr gewickelt, und dann wird das äußere Rohr darübergelegt und geschlossen und versiegelt. Der Ring bleibt an beiden Enden offen. Der Verbund wird vertikal montiert, und Wasser tritt am oberen Ende unter einer statischen Druckhöhe von 20 cm H&sub2;O ein. Es wird genügend Wasser durch das System geleitet, um das Polstermaterial zu sättigen. Dann wird die Zeit zum Durchleiten von weiteren 7 Litern Wasser durch den Ring gemessen, und die Fließgeschwindigkeit wird in Litern/Minute berechnet.
Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die obigen Ausführungsformen der Erfindung nur beispielhaft sind, und dem Fachmann können allerlei Modifikationen einfallen. Dementsprechend soll die Erfindung nicht als auf die hier offenbarten Ausführungsformen beschränkt angesehen werden. Tabelle 1. Kompressionstests
(1 ) Die gewirkten Stoffe waren glatt gestrickte Jerseystoffe mit ungefähr 17 Maschenstäbchen/inch (6,7 Maschenstäbchen/cm) und ungefähr 38 Maschenreihen/inch (15,0 Maschenreihen/cm).
Für die gewebten Stoffe sind die Einheiten in Fäden/inch (Fäden/cm) angegeben.
(2) Bei 0,02 psi (0,14 kPa)
(3) Durchmesser an der Oberseite der Erhebung x Durchmesser an der Basis der Erhebung x Abstand (Mitte zu Mitte), in inch (cm).
(4) Vorabcyclen ändern die Merkmale der Belastungskurve erheblich. Die Probestücke Nr. 1 und Nr. 2 wurden Vorabcyclen unterzogen. Probestück Nr. 3 wurde ohne Vorabcyclus untersucht.
(5) Vorabcyclen ändern die Merkmale der Belastungskurve erheblich. Probestücke Nr. 1 wurde Vorabcyclen unterzogen. Probestück Nr. 2 wurde ohne Vorabcyclus untersucht. Tabelle 2. Testdaten

Claims

1. . Polster- oder Auskleidungsmaterial für eine orthopädische Vorrichtung, die zum Stützen oder Fixieren verwendet wird, umfassend eine oder mehrere Schichten eines Textilstoffs, der eine Vielzahl von kompressiblen Erhebungen aufweist, die aus dem Textilstoff bestehen und sich über die Ebene des Textilstoffs erheben, wobei der Textilstoff thermoplastische Monofilamente mit einem Durchmesser von wenigstens 0,1 mm umfasst, wobei die Monofilamente in dem Textilstoff einander weiterhin an Schnittpunkten überkreuzen, wobei die Erhebungen permanent aus dem Textilstoff herausgeformt sind und elastisch sind, wobei sie nach Kompression auf 50% ihrer ursprünglichen Höhe im Wesentlichen in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, wobei die Monofilamente an den Schnittpunkten nicht miteinander verbunden sind.

2. Polster- oder Auskleidungsmaterial für eine orthopädische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Erhebungen Spitzen oder flache Oberseiten aufweisen, wobei die Spitzen oder flachen Oberseiten eine Fläche definieren.

3. Polster- oder Auskleidungsmaterial für eine orthopädische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die thermoplastischen Filamente im Vesentlichen aus einem einzigen thermoplastischen Polymer oder Copolymer bestehen.

4. Polster- oder Auskleidungsmaterial für eine orthopädische Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei es sich bei dem thermoplastischen Polymer um Polyethylenterephthalat handelt.

5. Polster- oder Auskleidungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei der Textilstoff ein Bakterizid umfasst.

6. Polster- oder Auskleidungsmaterial gemäß Anspruch 1, wobei das Material in Form eines Bahnmaterials vorliegt.

7. Polstermaterial für einen medizinischen Steifverband, das das Polster- oder Auskleidungsmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.

8. Polstermaterial für einen medizinischen Steifverband gemäß Anspruch 7, wobei die scheinbare Dichte des Materials weniger als 10% der Dichte der thermoplastischen Faser beträgt.

9. Polstermaterial für einen medizinischen Steifverband gemäß Anspruch 7, wobei die thermoplastischen Filamente im Wesentlichen aus einem thermoplastischen Polymer oder Copolymer mit einer Schmelztemperatur im Bereich von 80ºC bis 375ºC bestehen.

10. Polstermaterial für einen medizinischen Steifverband gemäß Anspruch 7, wobei die thermoplastischen Filamente im Wesentlichen aus einem thermoplastischen Polymer bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polypropylen, Nylon 6, Nylon 66 und Polyethylen besteht.

11. Polstermaterial für einen medizinischen Steifverband gemäß Anspruch 7, wobei das Fasernetzwerk auch Vertiefungen umfasst.

12. Polstermaterial für einen medizinischen Steifverband gemäß Anspruch 7, wobei die Filamente Monofilamente mit einem Durchmesser im Bereich von 0,1 mm bis 0,25 mm sind.

13. Polstermaterial für einen medizinischen Steifverband gemäß Anspruch 7, wobei die thermoplastischen Filamente Monofilamente sind und die Erhebungen eine Höhe von 4 bis 5 mm und einen Durchmesser von 9 bis 10 mm haben.

14. Medizinischer Steifverband, der das Polstermaterial für einen medizinischen Steifverband gemäß Anspruch 7 sowie einen steifen äußeren Verband umfasst.

15. Polstermaterial für einen medizinischen Steifverband gemäß Anspruch 7, wobei das Material in die Form zur Verwendung bei einer speziellen Anwendung vorgeschnitten ist, wobei das Material gegebenenfalls Befestigungsmittel beinhaltet.

16. Polster- oder Auskleidungsmaterial für eine orthopädische Vorrichtung, die zum Stützen oder Fixieren verwendet wird, umfassend eine oder mehrere Schichten eines gewirkten oder gewebten Textilstoffs, der eine Vielzahl von Erhebungen aufweist, die aus dem Textilstoff bestehen und sich über eine Grundebene des Textilstoffs erheben, wobei der Textilstoff thermoplastische Filamente mit einem Durchmesser von wenigstens 0,1 mm umfasst, wobei die Filamente in dem Textilstoff einander an Schnittpunkten überkreuzen, wobei die Filamente, die die Erhebungen umfassen, an den Schnittpunkten miteinander verbunden sind, wobei die Filamente, die die Grundebene umfassen, an den Schnittpunkten nicht miteinander verbunden sind.

17. Fixierungs- oder Stabilisierungsvorrichtung, die eine oder mehrere Schichten eines gewirkten oder gewebten Textilstoffs umfasst, der eine Vielzahl von kompressiblen Wellungen aufweist, die sich über die gesamte Länge oder Breite des Textilstoffs erstrecken, wobei die Wellungen permanent aus dem Textilstoff herausgeformt sind und elastisch sind, wobei sie nach Kompression auf 50% ihrer ursprünglichen Höhe im Wesentlichen in ihre ursprüngliche Form zurückkehren, wobei der Textilstoff thermoplastische Filamente mit einem Durchmesser von wenigstens 0,1 mm umfasst, wobei die Filamente in dem Textilstoff einander an Schnittpunkten überkreuzen, wobei die Filamente an den Schnittpunkten nicht miteinander verbunden sind.

18. Fixierungs- oder Stabilisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 19, wobei die thermoplastischen Filamente Monofilamente sind, die im Wesentlichen aus einem einzigen thermoplastischen Polymer oder Copolymer bestehen.

19. Fixierungs- oder Stabilisierungsvorrichtung gemäß Anspruch 20, wobei es sich bei dem Polymer um Polyethylenterephthalat handelt.

20. Polster- oder Auskleidungsmaterial für eine orthopädische Vorrichtung, die zum Stützen oder Fixieren verwendet wird, umfassend eine oder mehrere Schichten eines gewirkten oder gewebten Textilstoffs, der eine Vielzahl von kompressiblen Erhebungen aufweist, die aus dem Textilstoff bestehen und sich über die Ebene des Textilstoffs erheben, wobei der Textilstoff thermoplastische Filamente mit einem Durchmesser von wenigstens 0,1 mm umfasst, wobei die Erhebungen permanent aus dem Textilstoff herausgeformt sind und elastisch sind, wobei sie nach Kompression auf 50% ihrer ursprünglichen Höhe im Wesentlichen in ihre ursprüngliche Form zurückkehren.