DE69827762T2

DE69827762T2 - Mehrschichtstruktur aus kunststoff für medizinische produkte

Info

Publication number: DE69827762T2
Application number: DE1998627762
Authority: DE
Inventors: T. Sidney SMITH; A. Larry ROSENBAUM; Steven Giovanetto; Bradley Buchanan; Samuel Y. DING; C. Suchuan FAN; Gregg Nebgen
Original assignee: Baxter International Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1997-09-22
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2018-09-19
Also published as: WO1999015289A3; WO1999015289A2; JP2001506200A; US6361843B1; DE69835306T2; AU9573598A; EP1426178B1; CA2272430C; AU752242B2; EP1426178A1; DE69827762D1; EP0941158B1; DE69835306D1; DE69827762T3; JP4391601B2; EP0941158B2; CA2272430A1; EP0941158A2; JP2009022753A; US6083587A

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein mehrschichtige Polymerstrukturen für die Herstellung von Produkten mit medizinischer Qualität und insbesondere fünfschichtige Strukturen für die Herstellung von Behältern für medizinische Lösungen und von medizinischen Schläuchen.
Allgemeiner Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Medizin, in dem vorteilhafte Mittel aufgefangen, behandelt und in Behältern aufbewahrt, transportiert und schließlich durch Schläuche an Patienten verabreicht werden, um therapeutische Effekte zu erzielen, müssen die Materialien, die für die Herstellung der Behälter verwendet werden, eine bestimmte Kombination von Eigenschaften aufweisen. Um die Lösungen z. B. visuell auf partikelförmige Verunreinigungen zu überprüfen, muß der Behälter durchsichtig sein. Um eine Lösung aus einem Behälter durch Zusammenfallen der Behälterwände zu infundieren, ohne daß Luft in den Behälter eingeführt wird, muß das die Wände bildende Material ausreichend flexibel sein, damit es beim Ablaufen zusammenfällt.
Das Material muß innerhalb eines weiten Temperaturbereichs gebrauchsfähig sein. Das Material muß das Sterilisieren durch Strahlen aushalten können, ohne daß seine physikalischen Eigenschaften beeinträchtigt werden. Das Material muß bei niedrigen Temperaturen gebrauchsfähig sein, indem es seine Flexibilität und Festigkeit beibehält, da einige medizinische Lösungen und Blutprodukte bei Temperaturen, wie –25°C bis –30°C in Behältern aufbewahrt und transportiert werden.
Eine weitere Forderung besteht darin, die Einwirkungen auf die Umwelt bei der Entsorgung eines aus diesem Material hergestellten Gegenstandes nach seiner beabsichtigten Verwendung zu minimieren. Bei jenen Gegenständen, die in Mülldeponien entsorgt werden, ist es erwünscht, möglichst wenig Material zu verwenden und bei der Herstellung des Gegenstandes das Einführen von auswaschbaren Komponenten mit geringem Molekulargewicht zu vermeiden. Weitere Vorteile werden erzielt, wenn ein Material verwendet wird, das durch thermoplastische Wiederaufbereitung des Gegenstands nach dem Gebrauch zu weiteren nützlichen Gegenständen wiederverwertet werden kann.
Bei jenen Behältern, die durch Verbrennen entsorgt werden, muß ein Material verwendet werden, bei dem die Bildung von anorganischen Säuren, die umweltschädlich, reizend und korrodierend sind, oder anderen Produkten, die schädlich, reizend oder auf andere Weise zu beanstanden sind, bei der Verbrennung minimiert oder vollständig eliminiert wird.
Für eine einfache Verarbeitung zu nützlichen Gegenständen ist es erwünscht, daß das Material mit Hochfrequenz-Schweißverfahren ("HF"-Schweißverfahren) im allgemeinen bei 27,12 MHz verschweißt werden kann. Deshalb sollte das Material ausreichende Dielektrizitätsverlusteigenschaften aufweisen, damit die HF-Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird.
Es ist auch erwünscht, daß das Material keine oder wenig Zusätze mit geringem Molekulargewicht, wie z. B. Weichmacher, Gleitmittel, Stabilisatoren und dgl., aufweist, die in den Medikamenten oder biologischen Fluiden oder Geweben freigesetzt werden könnten, wobei solche Substanzen verunreinigt werden, die in diesen Vorrichtungen aufbewahrt oder behandelt werden.
Bei vielen Anwendungen von medizinischen Produkten ist es erwünscht, eine mehrschichtige Struktur bereitzustellen, die für den Durchgang von Sauerstoff, Kohlendioxid und Wasser eine Sperre bildet. Bei abgepackten medizinischen Lösungen, die die gewünschte Konzentration eines Wirkstoffs oder gelösten Stoffs aufweisen, trägt die Sperre gegenüber Wasser dazu bei, diese Konzentration aufrechtzuerhalten, indem sie verhindern, daß das Wasser aus dem Behälter entweicht.
Bei Lösungen, die einen Puffer aufweisen, um Änderungen des pH-Wertes zu verhindern, wie der gewöhnlich verwendete Natriumbicarbonat-Puffer, trägt die Sperre gegenüber Kohlendioxid dazu bei, den Puffer zu erhalten, indem sie das Entweichen von Kohlendioxid aus dem Behälter verhindern. Bei medizinischen Lösungen, die instabile Spezies enthalten, trägt die Sperre gegenüber Sauerstoff dazu bei, den Eintritt von Sauerstoff zu verhindern, der Proteine oder Aminosäuren oxidieren kann, womit die Lösung für den gedachten Zweck unwirksam wird.
Ethylen-Vinylalkohol (EVOH) ist für die Verwendung als Sauerstoffsperre in Mehrschichtfolien bekannt. Eine handelsübliche EVOH-Schichtstruktur wird von Barrier Film Corporation unter der Produktbezeichnung BF-405 für das Thermoformen zu einer Lebensmittelverpackung vertrieben. Es wird angenommen, daß eine Folie aus BF-405 eine äußere Schicht aus Nylon, eine Kernschicht aus EVOH und eine innere Schicht aus einem mit Metallocen katalysierten Polyethylen ultraniedriger Dichte aufweist. Diese Schichten werden mit einem Blasfolienverfahren zu einer Schichtstruktur oder -folie geformt. Diese Folie hat einen Sauerstoffdurchlässigkeitsgrad bei einer Folie mit 66,0 μm (2,6 mil) Dicke von 0,05 cm³/0,065 m² (100 sq·in)/24 h.
Die Folie aus BF-405 ist für medizinische Zwecke inakzeptabel, da bei der Verarbeitung der Folie Gleitmittel verwendet werden müssen. Zu diesen Gleitmitteln gehören Komponenten mit geringem Molekulargewicht, die in wasserlöslich sind und in die medizinische Lösung ausgewaschen werden können, mit der sie in Kontakt kommen. Wenn ein medizinischer Behälter aus einer solchen Folie hergestellt wird und mit einer medizinischen Lösung gefüllt wird, dann würde dies somit wahrscheinlich zu einem inakzeptabel hohen Gehalt an extrahierbaren Bestandteilen in der enthaltenen medizinischen Lösung führen.
Es gibt zahlreiche US-Patente, die EVOH-Sperrfolien offenbaren. Das US-Patent Nr. 4,254,169 gibt z. B. Sperrfolien mit Schichten aus EVOH und Polyolefinen an. Das Patent '169 offenbart ein Klebemittel zum Verbinden des EVOH mit Polyolefinen, das ein Polyethylen hoher Dichte aufweist, das mit einem ringkondensierten Carbon säureanhydrid gepfropft ist, das mit einem nichtmodifizierten Polyolefin gemischt ist (Spalte 2, Zeile 65 bis Spalte 3, Zeile 21). In vielen der Beispiele offenbart das Patent '169 den Zusatz eines Gleitmittels, damit die Außenseite der Folien besser gleitet (siehe dort Tabellen I und II und Spalte 5, Zeilen 35 bis 37).
Das US-Patent Nr. 4,397,916 offenbart EVOH-Mehrschichtstrukturen, bei denen das EVOH mittels einer Schicht eines durch Pfropfen modifizierten Ethylenharzes, das mit einer Carbonsäure oder einem funktionellen Derivat davon gepfropft ist, an andere Schichten, wie Polyolefine, angebracht ist.
Das Patent '916 sorgt auch für das Anbringen von stickstoffhaltigen Polymeren, wie Nylon, an Polyolefine mittels der durch Pfropfen modifizierten Ethylenharze. Das Patent '916 erläutert die Einschränkung auf Zusätze mit geringem Molekulargewicht nicht, um die Menge an extrahierbaren Bestandteilen zu verringern. Tatsächlich regt das Patent '916 die Verwendung von Gleitmitteln, Schmiermitteln, Pigmenten, Farbstoffen und Füllstoffen an (Spalte 6, Zeilen 38 bis 42), die einen nachteiligen Einfluß auf die Menge der extrahierbaren Bestandteile und auf die Transparenz des Polymergemischs haben können.
Das US-Patent Nr. 5,164,258 offenbart eine mehrschichtige Struktur, die EVOH als Sperrschicht enthält, die sich zwischen zwei Polyolefinschichten befindet. Die Polyolefinschichten sollten das Entweichen von Feuchtigkeit erleichtern, die beim Dampfsterilisierungsprozeß in der Sperrschicht absorbiert wird. Die Polyolefinschichten sind z. B. mit einem durch Pfropfen mit Maleinsäureanhydrid modifizierten Polyethylenklebstoff an die EVOH-Schicht angebracht. Das Patent '258 offenbart eine Zunahme des WVTR einer der Polyolefinschichten, wenn dieser Schicht organische und anorganische Füllstoffe zugesetzt werden (Spalte 4, Zeilen 22 bis 59). Diese Füllstoffe machen die Mehrschichtstruktur wahrscheinlich undurchsichtig.
Die vorliegende Erfindung soll diese und weitere Probleme lösen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Mehrschichtstruktur für die Herstellung von medizinischen Produkten gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen einer Mehrschichtstruktur gemäß Anspruch 25 angegeben.
Die vorliegende Erfindung gibt mehrschichtige, flexible Sperrstrukturen an, die für die Herstellung von medizinischen Produkten geeignet sind. Diese Mehrschichtstruktur weist folgendes auf:

(I) eine Kernschicht aus einem Vinylalkoholcopolymer, wie Ethylen-Vinylalkohol (EVOH), mit einem Ethylengehalt von 25 bis 45 Mol-%;
(II) eine Lösungskontaktschicht aus einem Polyolefin, die auf einer ersten Seite der Kernschicht positioniert ist;
(III) eine äußere Schicht, die auf einer zweiten Seite der Kernschicht gegenüber der Lösungskontaktschicht positioniert ist, wobei die äußere Schicht aus einem Polyamid besteht;
(IV) eine Verbindungsschicht, die jeweils auf der ersten und der zweiten Seite der Kernschicht haftet und zwischen der Lösungskontaktschicht und der Kernschicht und zwischen der äußeren Schicht und der Kernschicht positioniert ist; und wobei die Struktur vorzugsweise eine wasserlösliche Fraktion mit geringem Molekulargewicht der Zusammensetzung von weniger als 1,0 Teil pro Tausend (ppt) aufweist.

Es ist auch bevorzugt, daß die Mehrschichtstruktur folgende physikalische Eigenschaften hat: einen mechanischen Modul, und zwar gemäß ASTM D 638 gemessen, von weniger als 345 MPa (50000 psi), stärker bevorzugt von weniger als 278 MPa (40000 psi) und besonders bevorzugt von 241 bis 278 MPa (35000 bis 40000 psi) oder in irgendeinem Bereich oder einer Kombination von Bereichen davon.
Nach der Verarbeitung zu Behältern und bei der Verwendung für die Aufbewahrung medizinischer Flüssigkeiten beträgt der gesamte organische Kohlenstoff, der aus der Schichtstruktur in die Lösung ausgewaschen wird, weniger als 1,0 ppt, stärker bevorzugt weniger als 100 ppm und besonders bevorzugt weniger als 10 ppm. Die Schichtstruktur hat vorzugsweise eine Sauerstoffpermeabilität von weniger als 0,2 cm³/0,065 m² (100 sq·in)/24 h.
Die Schichtstruktur wird vorzugsweise unter Anwendung eines Formcoextrusionsverfahrens erzeugt, bei dem keine Gleitmittel und andere Zusätze mit geringem Molekulargewicht erforderlich sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Es zeigen:
1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen fünfschichtigen Folienstruktur;
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
Ausführliche Beschreibung
Obwohl für diese Erfindung viele verschiedene Ausführungsbeispiele denkbar sind und hier ausführlich beschrieben werden, sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter der Voraussetzung offenbart, daß die vorliegende Beschreibung als Beispiel der Prinzipien der Erfindung angesehen werden soll und die umfangreichen Aspekte der Erfindung nicht auf die erläuterten Ausführungsbeispiele begrenzen soll.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mehrschichtigen Folienstrukturen angegeben, die die vorstehend aufgeführten Anforderungen erfüllen.
1 zeigt eine fünfschichtige Folienstruktur 10 mit einer äußeren Schicht 12, einer Kernschicht 14, einer inneren oder Lösungskontaktschicht 16 und zwei Verbindungsschichten 18. Jeweils eine der Verbindungsschichten 18 befindet sich zwischen der Kernschicht 14 und der äußeren Schicht 12 und der inneren Schicht 16 und der Kernschicht 14.
Die Kernschicht 14 ist ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer mit einem Ethylengehalt von etwa 25 bis 45 Mol-% (enthaltenen Ethylen, wie es gemäß der EVALCA-Produktliteratur angegeben ist). Kuraray Company, Ltd. erzeugt EVOH-Copolymere unter der Handelsbezeichnung EVAL^®, die etwa 25 bis 45 Mol-% Ethylen und einen Schmelzpunkt von etwa 150°C bis 195°C aufweisen. Das EVOH hat besonders bevorzugt einen Ethylengehalt von 32 Mol-%.
Die äußere Schicht ist ein Polyamid, das dazu beiträgt, daß das Wasser aus der Kernschicht entweichen kann. Zu geeigneten Polyamiden gehören jene, die durch eine Ringöffnungsreaktion von Lactamen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen entstehen. Zu dieser Gruppe von Polyamiden gehören folglich Nylon 6, Nylon 10 und Nylon 12. Die äußere Schicht ist besonders bevorzugt Nylon 12.
Zu geeigneten Polyamiden gehören auch aliphatische Polyamide, die durch eine Kondensationsreaktion von Diaminen mit einer Kohlenstoffzahl im Bereich von 2 bis 13 entstehen, aliphatische Polyamide, die durch eine Kondensationsreaktion von zweiwertigen Säuren mit einer Kohlenstoffzahl im Bereich von 2 bis 13 entstehen, Polyamide, die durch eine Kondensationsreaktion von Dimerfettsäuren entstehen, und Amid enthaltende Copolymere. Zu geeigneten aliphatischen Polyamiden gehören folglich z. B. Nylon 66, Nylon 6, 10 und Dimerfettsäurepolyamide.
Es ist allgemein bekannt, daß die Sauerstoffsperreigenschaften von EVOH durch die Einwirkung von Wasser nachteilig beeinflußt werden. Folglich ist es wichtig, daß die Kernschicht trocken bleibt. Zu diesem Zweck sollte die äußere Schicht das Entfernen von Wasser unterstützen, das durch die innere Schicht zur Kernschicht gelangt, oder die Sauerstoffsperreigenschaften der Kernschicht auf andere Weise aufrechterhalten.
Die innere Schicht ist vorzugsweise aus Homopolymeren und Copolymeren von Polyolefinen ausgewählt. Geeignete Polyolefine werden aus der Gruppe ausgewählt, die aus Homopolymeren und Copolymeren von alpha-Olefinen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen und stärker bevorzugt mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen besteht. Folglich gehören zu geeigneten Polyolefinen Polymere und Copolymere von Propylen, Ethylen, Buten-1, Penten-1, Hexen-1, Hepten-1, Octen-1, Nonen-1 und Decen-1.
Zu geeigneten Polyolefinen gehören ferner Niederalkyl- und Niederalkenacrylate und -acetate und Ionomere davon. Der Begriff "Niederalkyl" steht für Alkylgruppen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, wie Ethyl, Methyl, Butyl und Pentyl. Der Begriff "Ionomer" dient hier der Bezeichnung von Metallsalzen der Acrylsäurecopolymere mit gebundenen Carboxylatgruppen, die mit einwertigen oder zweiwertigen Kationen, wie Zink oder Natrium, verbunden sind.
Besonders bevorzugt wird die innere Schicht aus Copolymeren von Ethylen und alpha-Olefinen, insbesondere Copolymeren von Ethylen und Buten-1, ausgewählt, die gemeinsam als Polyethylene mit ultraniedriger Dichte (ULDPE) bezeichnet werden. Die Copolymere von Ethylen und alpha-Olefinen werden unter Verwendung von Metallocen-Katalysatorsystemen hergestellt.
Solche Katalysatoren werden als "Single Site"-Katalysatoren bezeichnet, da sie ein einziges, sterisch und elektrisch äquivalentes katalytisches Zentrum aufweisen – im Gegensatz zu Katalysatoren vom Ziegler-Natta-Typ, die bekanntlich ein Gemisch von katalytischen Zentren aufweisen.
Derartige von Metallocen katalysierte Ethylen-alpha-Olefine werden von Dow unter der Handelsbezeichnung AFFINITY und von Exxon unter der Handelsbezeichnung EXACT vertrieben. Die Ethylen-alpha-Olefine haben vorzugsweise eine Dichte von 0,880 bis 0,910 g/cm³.
Zu geeigneten Verbindungsschichten gehören modifizierte Polyolefine, die mit nichtmodifizierten Polyolefinen gemischt sind. Die modifizierten Polyolefine sind typischerweise Polyethylen oder Polyethylencopolymere. Die Polyethylene können ULDPE, Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) und Polyethylene hoher Dichte (HDPE) sein. Die modifizierten Polyethylene können eine Dichte von 0,850 bis 0,95 g/cm³ aufweisen.
Das Polyethylen kann modifiziert werden, indem es mit Carbonsäuren und Carbonsäureanhydriden gepfropft wird. Zu geeigneten Pfropfmonomeren gehören z. B. Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Citraconsäure, Allylsuccinsäure, Cyclohex-4-en-1,2-dicarbonsäure, 4-Methylcyclohex-4-en-1,2-dicarbonsäure, Bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbonsäure, x-Methylbicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbonsäure, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid, Allylsuccinsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid, Allylsuccinsäureanhydrid, Cyclohex-4-en-1,2-dicarbonsäureanhydrid, 4-Methylcyclohex-4-en-1,2-dicarbonsäureanhydrid, Bicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,3-dicarbonsäureanydrid und x-Methylbicyclo[2.2.1]hept-5-en-2,2-dicarbonsäureanhydrid.
Zu Beispielen weiterer Pfropfmonomere gehören C₁-C₈-Alkylester oder Glycidylester-Derivate ungesättigter Carbonsäuren, wie Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, Monoethylmaleat, Diethylmaleat, Monomethylmaleat, Diethylmaleat, Monomethylfumarat, Dimethylfumarat, Monomethylitaconat und Diethylitaconat; Amid-Derivate ungesättigter Carbonsäuren, wie Acrylamid, Methacrylamid, Maleinmonoamid, Maleindiamid, Malein-N-monoethylamid, Malein-N,N-diethylamid, Malein-N-monobutylamid, Malein-N,N-dibutylamid, Fumarmonoamid, Fumardiamid, Fumar-N-monoethylamid, Fumar-N,N-diethylamid, Fumar-N-monobutylamid und Fumar-N,N-dibutylamid; Imid-Derivate ungesättigter Carbonsäuren, wie Maleimid, N-Butylmaleimid und N-Phenyl-maleimid; und Metallsalze ungesättigter Carbonsäuren, wie Natriumacrylat, Natriummethacrylat, Kaliumacrylat und Kaliummethacrylat. Stärker bevorzugt ist das Polyolefin mit einem ringkondensierten Carbonsäureanhydrid und insbesondere bevorzugt mit einem Maleinsäureanhydrid modifiziert.
Die nichtmodifizierten Polyolefine können aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus ULDPE, LLDPE, MDPE, HDPE und Polyethylencopolymeren mit Vinylacetat und Acrylsäure besteht. Geeignete Gemische von modifizierten Polyolefinen werden z. B. von DuPont unter der Handelsbezeichnung BYNEL^®, von der Chemplex Company unter der Handelsbezeichnungen PLEXAR^® und von Quantum Chemical Co. unter der Handelsbezeichnung PREXAR vertrieben.
Wie aus 1 ersichtlich, ist die bevorzugte Mehrschichtstruktur asymmetrisch um die Kernschicht 14 vorgesehen. Das heißt, die Lösungskontaktschicht 16 ist dicker als die äußere Schicht 12. Es ist allgemein bekannt, daß EVOH hygroskopisch ist. Da das EVOH Wasser absorbiert, nehmen seine Sauerstoffsperreigenschaften deutlich ab.
Die bevorzugte Struktur 10 bietet eine relativ dünne äußere Schicht aus einem Polyamid, das zum Entweichen des Wassers aus der Kernschicht 14 beiträgt. Die Lösungskontaktschicht 16 ist eine relativ dicke Schicht aus einem Polyolefin, die gute Wasserdampfsperreigenschaften aufweist und dazu dient, die Kernschicht 14 vor dem Eintritt von Wasser zu schützen.
Die relative Dicke der Schichten der Struktur 10 ist wie folgt: die Kernschicht sollte eine Dicke von 5,1 μm bis 63,5 μm (0,2 bis 2,5 mil), stärker bevorzugt von 17,8 μm bis 33,0 μm (0,7 bis 1,3 mil) oder in irgendeinem Bereich oder einer Kombination von Bereichen davon aufweisen. Die äußere Schicht 12 hat vorzugsweise eine Dicke von 5,1 μm bis 50,8 μm (0,2 bis 2,0 mil) und stärker bevorzugt von 10,2 μm bis 20,3 μm (0,4 bis 0,8 mil) oder in irgendeinem Bereich oder einer Kombination von Bereichen davon.
Die innere Schicht 16 hat eine Dicke von 76,2 μm bis 203,2 μm (3 bis 8 mil) und stärker bevorzugt von 12,7 μm bis 17,8 μm (5 bis 7 mil) oder in irgendeinem Bereich oder einer Kombination von Bereichen davon. Die Verbindungsschichten 18 haben vorzugsweise eine Dicke von 5,1 μm bis 30,5 μm (0,2 bis 1,2 mil) und stärker bevorzugt von 15,2 μm bis 20,3 μm (0,6 bis 0,8 mil). Folglich beträgt die Gesamtdicke der Schichtstruktur 96,5 μm bis 378,5 μm (3,8 bis 14,9 mil).
2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel mit sieben Schichten. Dieses Ausführungsbeispiel ist das gleiche wie das in 1, außer daß die Lösungskontaktschicht 16 in drei Teilschichten 16a, 16b und 16c unterteilt ist. Die mittig angeordnete Teilschicht 16b der Lösungskontaktschicht 16 hat vorzugsweise einen geringeren WVTR als deren flankierende Teilschichten 16a und 16c. Besonders bevorzugte Teilschichten 16a und 16c sind mit Metallocen katalysiertes ULDPE, und die mittlere Teilschicht 16b ist ein mit Metallocen katalysiertes Polyethylen niedriger Dichte.
Die flankierenden Lösungskontaktteilschichten 16a und 16c haben vorzugsweise eine Dicke, die etwa 1 bis 7 mal, stärker bevorzugt 2 bis 6 mal und besonders bevorzugt 5 mal größer als die der mittleren Teilschicht 16b ist. Die flankierenden Lösungskontaktteilschichten 16a und 16c haben vorzugsweise eine Dicke von etwa 25,4 bis 127,0 μm (1 bis 5 mil) und besonders bevorzugt von 63,5 μm (2,5 mil), und die mittlere Lösungskontaktschicht 16b hat eine Dicke von etwa 50,8 bis 25,4 μm (0,2 bis 1 mil) und besonders bevorzugt von 12,7 μm (0,5 mil).
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das in jeder Hinsicht der Mehrschichtstruktur von 1 ähnlich ist, außer daß die Kernschicht 14 eine Vielzahl dünner Kernteilschichten aufweist. Vorzugsweise weist sie irgendeine Zahl von 2 bis 10 Kernteilschichten auf. Es kann auch erwünscht sein, zwischen die jeweiligen Kernteilschichten Verbindungsteilschichten einzubringen. Die Verbindungsteilschichten können aus denen ausgewählt werden, die vorstehend für das Verbinden der inneren und der äußeren Schicht mit der Kernschicht aufgeführt sind.
Die erfindungsgemäßen Schichtstrukturen sind für die Herstellung von medizinischen Behältern sehr gut geeignet, da sie zu Behältern verarbeitet werden können und längere Zeit medizinische Lösungen aufbewahrt werden können, ohne daß große Mengen von Komponenten mit geringem Molekulargewicht aus der Schichtstruktur in die aufbewahrte Lösung wandern.
Bei einem Behälter mit einer Oberfläche von 450 cm², der für sieben Tage 250 ml Kochsalzlösung enthält, beträgt die Menge der Zusätze mit geringem Molekulargewicht, und zwar anhand des gesamten organischen Kohlenstoffs (TOC) gemessen, weniger als 1,0 ppt, stärker bevorzugt weniger als 100 ppm und besonders bevorzugt weniger als 10 ppm.
Die vorstehend genannten Schichten können mit üblichen, dem Fachmann allgemein bekannten Verfahren zu einer Schichtstruktur verarbeitet werden, und dazu gehören das Formcoextrudieren, das Coextrusionsbeschichten oder andere geeignete Verfahren.
Für die einfache Verarbeitung zu nützlichen Gegenständen ist es erwünscht, daß die Schichtstruktur unter Anwendung von Hochfrequenzschweißverfahren ("HF"-Schweißverfahren), im allgemeinen bei etwa 27,12 MHz, verschweißt werden kann. Deshalb sollte das Material ausreichende Dielektrizitätsverlusteigenschaften aufweisen, damit die HF-Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die äußere Schicht 12 der Schichtstruktur hat bei Frequenzen im Bereich von 1 bis 60 MHz innerhalb eines Temperaturbereichs von Umgebungstemperatur bis 250°C vorzugsweise einen Dielektrizitätsverlust von mehr als 0,05.
Die Schichtstruktur wird vorzugsweise unter Anwendung eines Formcoextrusionsverfahrens zu Folien verarbeitet. Das Verfahren sollte im wesentlichen ohne Gleitmittel und andere Zusätze mit geringem Molekulargewicht sein, die den Anteil der extrahierbaren Bestandteile auf einen inakzeptablen Wert erhöhen können.
Es folgt ein erläuterndes, nicht-einschränkendes Beispiel der erfindungsgemäßen Mehrschichtstrukturen. Angesichts der hier aufgeführten Richtlinien und Lehren können leicht andere zahlreiche Beispiele in Betracht gezogen werden. Das hier aufgeführte Beispiel soll die Erfindung lediglich erläutern und die Art und Weise keineswegs einschränken, in der die Erfindung praktiziert werden kann.
Beispiel
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung wurde eine fünfschichtige Struktur coextrudiert. Die fünfschichtige Struktur wies eine äußere Schicht aus Nylon 12 (EMS America Grilon-Grilamid L20) mit einer Dicke von 15,2 μm (0,6 mil), eine Verbindungsschicht (BYNEL^®4206 (DuPont)) mit einer Dicke von 17,8 μm (0,7 mil), eine Kernschicht aus EVOH (EVAL^® EVOH LC-F101AZ) mit einer Dicke von 25,4 μm (1,0 mil) und ein ULDPE (Dow AFFINITY^® PL1880) mit einer Dicke von 152,4 μm (6,0 mil) auf. Diese Struktur wurde durch Bestrahlen mit einer Dosis von 40 bis 45 kGy sterilisiert, wobei eine Cobaltquelle verwendet wurde.
Die nachfolgende Tabelle zeigt, wie die Sauerstoffpermeabilität der Struktur von der Temperatur abhängt. Die Sauerstoffpermeabilität wurde mit einem MoCon-Testgerät (Modern Controls, Minneapolis, MN) gemessen. Die Testkammer hatte auf der O₂-Seite eine relative Feuchte von 75% und auf der N₂-Seite eine relative Feuchte von 90%, womit ein mit Lösung gefüllter Behälter in einer Umgebung mit hoher Feuchte simuliert wurde.
Es wurde auch der Wasserdampfdurchlässigkeitsgrad bei 23°C und einem Feuchtegradienten von 90% gemessen, wobei ein WVTR von 0,035 g H₂O/0,065 m² (100 in²)/Tag erhalten wurde.

Claims

Mehrschichtstruktur zur Herstellung medizinischer Produkte, die folgendes aufweist: – eine Kernschicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer mit einem Ethylengehalt von 25 bis 45 Mol-%; – eine innere Schicht, bestehend aus einem Polyolefin, die zum Kontakt mit einer Lösung geeignet ist und auf einer ersten Seite der Kernschicht positioniert ist; – eine äußere Schicht, die auf einer zweiten Seite der Kernschicht gegenüber der inneren Schicht positioniert ist, wobei die äußere Schicht aus einem Polyamid besteht; und – zwei Verbindungsschichten, von denen jeweils eine auf der ersten bzw. zweiten Seite der Kernschicht haftet und die zwischen der inneren Schicht und der Kernschicht bzw. zwischen der äußeren Schicht und der Kernschicht positioniert sind; – wobei die Kernschicht, die innere Schicht, die äußere Schicht und die Verbindungsschichten miteinander coextrudiert sind.
Struktur gemäß Anspruch 1, wobei das Polyamid ausgewählt ist aus aliphatischen Polyamiden, die das Produkt der Kondensationsreaktion von Diaminen mit einer Kohlenstoffanzahl im Bereich von 2 bis 13 sind, aliphatischen Polyamiden, die das Produkt einer Kondensationsreaktion aus zweiwertigen Säuren mit einer Kohlenstoffanzahl im Bereich von 2 bis 13 sind, Polyamiden, die das Produkt der Kondensationsreaktion von Dimerfettsäuren sind, und Amid enthaltenden Copolymeren.
Struktur gemäß Anspruch 1, wobei das Polyamid ausgewählt ist aus der Gruppe von Polyamiden, die durch eine Ringöffnungsreaktion von Lactamen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen erzeugt werden.
Struktur gemäß Anspruch 3, wobei das Polyamid Nylon 12 ist.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polyolefin der inneren Schicht aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Homopolymeren und Copolymeren von alpha-Olefinen besteht, die 2 bis 20 Kohlenstoffatome enthalten.
Struktur gemäß Anspruch 5, wobei das Polyolefin der inneren Schicht ein Homopolymer oder ein Copolymer eines alpha-Olefins mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen ist.
Struktur gemäß Anspruch 6, wobei das Polyolefin aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ethylencopolymeren und Buten-1-Copolymeren besteht.
Struktur gemäß Anspruch 7, wobei das Ethylencopolymer der inneren Schicht ein Ethylen-Buten-1-Copolymer ist.
Struktur gemäß Anspruch 8, wobei das Ethylencopolymer der inneren Schicht unter Verwendung eines Metallocen-Katalysators hergestellt ist.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Verbindungsschicht ein Polyolefinpolymer oder -copolymer in Mischung mit einem Polyethylencopolymer ist, das mit einem Carbonsäureanhydrid oder einer Carbonsäure gepfropft ist.
Struktur gemäß Anspruch 10, wobei das Carbonsäureanhydrid ein ungesättigtes ringkondensiertes Carbonsäureanhydrid ist.
Struktur gemäß Anspruch 11, wobei das Carbonsäureanhydrid Maleinsäureanhydrid ist.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der wasserlösliche Anteil mit geringem Molekulargewicht der Struktur weniger als 1,0 ppt beträgt, wobei dies für die Struktur gemessen wird, wenn aus ihr ein Behälter mit einer Oberfläche von 450 cm² hergestellt ist, der 250 ml Kochsalzlösung enthält.
Struktur gemäß Anspruch 13, wobei der wasserlösliche Anteil mit geringem Molekulargewicht der Struktur weniger als 100 ppm beträgt.
Struktur gemäß Anspruch 14, wobei der wasserlösliche Anteil mit geringem Molekulargewicht der Struktur weniger als 10 ppm beträgt.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die innere Schicht 76,2 μm bis 203,2 μm (3 bis 8 mil) dick ist, die Kernschicht 5,1 μm bis 63,5 μm (0,2 bis 2,5 mil) dick ist, die äußere Schicht 5,1 μm bis 50,8 μm (0,2 bis 2,0 mil) dick ist und die Verbindungsschichten 5,1 μm bis 30,5 μm (0,2 bis 1,2 mil) dick sind.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Struktur im wesentlichen frei von Gleitmitteln ist.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die innere Schicht, die äußere Schicht und die Verbindungsschichten eine asymmetrische Struktur um die Kernschicht bilden.
Struktur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Kernschicht eine Vielzahl von Kernteilschichten aufweist, von denen jede aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer mit einem Ethylengehalt von 25 bis 45 Mol-% besteht.
Struktur gemäß Anspruch 19, wobei 2 bis 10 Kernteilschichten vorliegen.
Struktur gemäß Anspruch 19 bis 20, wobei die Teilschichten im wesentlichen aneinander angrenzen und zwischen allen Teilschichten jeweils eine Verbindungsschicht liegt.
Struktur gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die innere Schicht drei Teilschichten aufweist, von denen jede aus einem Polyolefin besteht.
Struktur gemäß Anspruch 22, wobei die innere Schicht eine zentral liegende Teilschicht und zwei flankierende Teilschichten aufweist, wobei die zentral liegende Teilschicht einen niedrigeren Wasserdampfdurchlässigkeitsgrad aufweist als die flankierenden Teilschichten der inneren Schicht.
Struktur gemäß Anspruch 23, wobei die flankierenden Teilschichten aus einem Polyethylen ultraniedriger Dichte bestehen und die zentral liegende Teilschicht aus einem Polyethylen niedriger Dichte besteht.
Verfahren zur Herstellung einer Mehrschichtstruktur, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Kernschicht aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer mit einem Ethylengehalt von 25 bis 45 Mol-%; Bereitstellen einer inneren Schicht, bestehend aus einem Polyolefin, das zum Kontakt mit einer Lösung geeignet ist und auf einer ersten Seite der Kernschicht positioniert ist; Bereitstellen einer äußeren Schicht, die auf einer zweiten Seite der Kernschicht gegenüber der inneren Schicht positioniert ist, wobei die äußere Schicht aus einem Polyamid besteht; Bereitstellen einer ersten Verbindungsschicht zwischen der äußeren Schicht und der Kernschicht; Bereitstellen einer zweiten Verbindungsschicht zwischen der inneren Schicht und der Kernschicht; und Formcoextrudieren der äußeren Schicht, der Kernschicht, der inneren Schicht und der ersten und zweiten Verbindungsschicht zur Erzeugung einer Mehrschichtstruktur.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Schritt des Formcoextrudierens im wesentlichen ohne Gleitmittel durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Polyamid ausgewählt wird aus aliphatischen Polyamiden, die das Produkt der Kondensationsreaktion von Diaminen mit einer Kohlenstoffanzahl im Bereich von 2 bis 13 sind, aliphatischen Polyamiden, die das Produkt einer Kondensationsreaktion von zweiwertigen Säuren mit einer Kohlenstoffanzahl im Bereich von 2 bis 13 sind, Polyamiden, die das Produkt der Kondensationsreaktion von Dimerfettsäuren sind, und Amid enthaltenden Copolymeren.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, wobei das Polyamid ausgewählt wird aus der Gruppe von Polyamiden, die durch eine Ringöffnungsreaktion von Lactamen mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Polyamid Nylon 12 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, wobei das Polyolefin der inneren Schicht ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus Homopolymeren und Copolymeren von alpha-Olefinen mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen besteht.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Polyolefin der inneren Schicht ein Homopolymer oder Copolymer eines alpha-Olefins mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen ist.
Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Polyolefin ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Ethylencopolymeren und Buten-1-Copolymeren besteht.
Verfahren nach Anspruch 32, wobei das Ethylencopolymer der innen Schicht ein Ethylen-Buten-1-Copolymer ist.
Verfahren nach Anspruch 33, wobei das Ethylencopolymer der inneren Schicht unter Verwendung eines Metallocen-Katalysators hergestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 25 bis 34, wobei die Verbindungsschicht ein Polyolefinpolymer oder -copolymer in Mischung mit einem Polyethylencopolymer ist, das mit einem Carbonsäureanhydrid oder einer Carbonsäure gepfropft ist.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Carbonsäureanhydrid ein ungesättigtes ringkondensiertes Carbonsäureanhydrid ist.
Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Carbonsäureanhydrid Maleinsäureanhydrid ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 37, das darüber hinaus die Schritte des Formens der Struktur zu einem Behälter umfaßt, der eine Oberfläche von 450 cm² aufweist, wobei der Behälter, wenn er mit 250 ml Kochsalzlösung gefüllt ist, einen wasserlöslichen Anteil mit geringem Molekulargewicht von weniger als 100 ppm aufweist.
Verfahren nach Anspruch 38, wobei der wasserlösliche Anteil mit geringem Molekulargewicht weniger als 10 ppm ausmacht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 39, wobei die innere Schicht 76,2 μm bis 203,2 μm (3 bis 8 mil) dick ist, die Kernschicht 5,1 μm bis 63,5 μm (0,2 bis 2,5 mil) dick ist, die äußere Schicht 5,1 μm bis 50,8 μm (0,2 bis 2,0 mil) dick ist und die Verbindungsschichten 5,1 μm bis 30,5 μm (0,2 bis 1,2 mil) dick sind, und somit eine asymmetrische Struktur um die Kernschicht bilden.