KR100538915B1 - Ultra-high molecular weight polyethylene prosthesis treated with radiation and melt - Google Patents

Ultra-high molecular weight polyethylene prosthesis treated with radiation and melt Download PDF

Info

Publication number
KR100538915B1
KR100538915B1 KR1019980706252A KR19980706252A KR100538915B1 KR 100538915 B1 KR100538915 B1 KR 100538915B1 KR 1019980706252 A KR1019980706252 A KR 1019980706252A KR 19980706252 A KR19980706252 A KR 19980706252A KR 100538915 B1 KR100538915 B1 KR 100538915B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
molecular weight
weight polyethylene
prosthesis
ultrahigh molecular
irradiation
Prior art date
Application number
KR1019980706252A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19990082518A (en
Inventor
에드워드 더블유. 머릴
윌리암 에이치. 해리스
무랄리 자스티
오르훈 무라토글루
찰스 알. 브라그돈
다니엘 오. 오코노르
프렘나쓰 베누고팔란
Original Assignee
더 제너럴 하스피탈 코포레이션
메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 더 제너럴 하스피탈 코포레이션, 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 filed Critical 더 제너럴 하스피탈 코포레이션
Publication of KR19990082518A publication Critical patent/KR19990082518A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100538915B1 publication Critical patent/KR100538915B1/en

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61LMETHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L27/00Materials for grafts or prostheses or for coating grafts or prostheses
    • A61L27/14Macromolecular materials
    • A61L27/16Macromolecular materials obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/30767Special external or bone-contacting surface, e.g. coating for improving bone ingrowth
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/32Joints for the hip
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/32Joints for the hip
    • A61F2/34Acetabular cups
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/32Joints for the hip
    • A61F2/36Femoral heads ; Femoral endoprostheses
    • A61F2/3662Femoral shafts
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/46Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor
    • A61F2/4657Measuring instruments used for implanting artificial joints
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/46Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor
    • A61F2/468Testing instruments for artificial joints
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2002/30001Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof
    • A61F2002/30003Material related properties of the prosthesis or of a coating on the prosthesis
    • A61F2002/3006Properties of materials and coating materials
    • A61F2002/30065Properties of materials and coating materials thermoplastic, i.e. softening or fusing when heated, and hardening and becoming rigid again when cooled

Abstract

본 발명은 실질적으로 자유 라디칼이 검출되지 않는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌으로 형성된 본 발명의 체내용 의료 보철물에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 보철물은 보철물의 착용 동안에 보철물로부터 입자 생성을 감소시키며, 실질적으로 내산화성이다. 본 발명은 또한 이러한 장치를 제조하는 방법 및 장치에 사용된 물질에 관한 것이다. The present invention relates to the in vivo medical prosthesis of the present invention formed from radiation treated ultra high molecular weight polyethylene in which substantially free radicals are not detected. Preferred prostheses of the present invention reduce particle production from the prosthesis during wearing of the prosthesis and are substantially oxidation resistant. The present invention also relates to methods of making such devices and materials used in the devices.

Description

방사선 및 용융 처리된 초고분자량 폴리에틸렌 보철 장치Radiation and melt treated ultra high molecular weight polyethylene prosthetic device

본 발명은 정형외과 분야에 관한 것이며, 둔부 및 무릎 삽입물과 같은 보철물의 제공, 및 그러한 장치를 제조하는 방법 및 장치에 사용된 물질에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to the field of orthopedics, to the provision of prostheses, such as buttocks and knee inserts, and to the materials used in methods and devices for making such devices.

금속 합금과 함께 합성 중합체, 예를 들어 초고분자량 폴리에틸렌의 사용은 보철 삽입물 분야, 예를 들어 고관절 또는 무릎 관절용 전체 관절 대체물에서의 이들의 사용에 일대 변혁을 일으켰다. 그러나, 관절 금속에 의한 합성 중합체의 마모는 수년이 경과한 후에 두드러지게 나타나는 심한 역효과를 유발시킬 수 있다. 다양한 연구로부터, 상기와 같은 마모가 폴리에틸렌의 초미세 입자를 말초보철 조직내로 유리시킬 수 있다고 결론지어졌다. 상기 연구는, 마멸이 연쇄 중첩된 미소결정을 신장시켜서 관절 표면에서 이방성 섬유 구조를 형성시킨다고 제안하였다. 그런 후, 신장된 피브릴(fibril)이 파열되어, 미크론 이하 크기의 입자를 생성시킨다. 보철물과 뼈 사이에 이들 폴리에틸렌 입자가 점진적으로 진입함에 따라, 말초 보철 뼈의 대식세포 유도된 재흡수가 개시된다. 종종 이들 폴리에틸렌 입자를 침지시킬 수 없는 대식세포는, 용골세포 및 단백세포에 의해 궁극적으로 뼈 재흡수를 유발시킬 수 있는 다수의 시토킨 및 성장 인자를 합성하고 방출한다. 이러한 골용해는 보철물 성분의 기계적 이완에 기여할 수 있으며, 이로써 종종 이와 수반된 문제로 교정 수술이 필요하다.The use of synthetic polymers, such as ultra high molecular weight polyethylene, together with metal alloys has revolutionized their use in the prosthetic implant field, such as total joint replacements for hip or knee joints. However, wear of synthetic polymers by articulated metals can cause severe adverse effects that appear prominently after many years. From various studies, it has been concluded that such wear can liberate ultrafine particles of polyethylene into peripheral prosthetic tissue. The study suggested that abrasion elongates the chain superimposed microcrystals to form anisotropic fiber structures at the joint surface. The elongated fibrils are then ruptured, producing particles of submicron size. As these polyethylene particles gradually enter between the prosthesis and the bone, macrophage induced resorption of peripheral prosthetic bone begins. Often macrophages unable to soak these polyethylene particles synthesize and release a number of cytokines and growth factors that can ultimately cause bone resorption by keel cells and protein cells. Such osteolysis can contribute to the mechanical relaxation of the prosthetic component, which often requires corrective surgery as a result of this problem.

발명의 요약Summary of the Invention

본 발명의 목적은, 보철물의 착용 동안에 보철물로부터 미세한 입자가 생성되는 것을 감소시키기 위해서, 자유 라디칼이 검출되지 않는 조사 처리된 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE: ultra high molecular weight polyethylen)으로 적어도 부분적으로 형성된 삽입가능한 보철 장치를 제공하는 데에 있다.It is an object of the present invention to insert, at least in part, formed of irradiated ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) in which free radicals are not detected, in order to reduce the formation of fine particles from the prosthesis during wearing of the prosthesis. It is to provide a prosthetic device.

본 발명의 또 다른 목적은 보철 삽입물로부터 야기되는 골용해 및 소염성 반응을 감소시키는 데에 있다.Another object of the present invention is to reduce osteolytic and anti-inflammatory responses resulting from prosthetic inserts.

본 발명의 또 다른 목적은 장기간 동안 체내에 삽입된 채로 존재할 수 있는 보철물을 제공하는 데에 있다.It is a further object of the present invention to provide a prosthesis that can remain in the body for a long time.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 대상의 보철물 및/또는 그 밖의 조립 물품에서 사용될 수 있는 개선된 UHMWPE를 제공하는 데에 있다.It is a further object of the present invention to provide an improved UHMWPE that can be used in the prosthesis and / or other assembled articles of the subject matter described above.

본 발명의 또 다른 목적은 고밀도의 가교결합을 가지면서 자유 라디칼이 검출되지 않는 개선된 UHMWPE를 제공하는 데에 있다.It is a further object of the present invention to provide an improved UHMWPE which has a high density of crosslinks and in which no free radicals are detected.

본 발명의 또 다른 목적은 개선된 내마모성을 갖는 개선된 UHMWPE를 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide an improved UHMWPE having improved wear resistance.

본 발명에 따르면, 자유 라디칼이 사실상 검출되지 않는 조사 처리된 초고분자량 폴리에틸렌으로 형성된 체내용 의료 보철물이 제공된다. 조사는, 예를 들어 감마선 또는 전자선 조사일 수 있다. UHMWPE는 가교된 구조를 갖는다. 바람직하게는, UHMWPE는 사실상 산화되지 않으며, 사실상 내산화성이다. 달라진 점은, 예를 들어 세 개의 용융 피크, 두 개의 용융 피크 또는 하나의 용융 피크를 갖는 UHMWPE를 포함한다는 것이다. 특정의 구체예에서, UHMWPE가 약 50% 미만의 결정도, 약 290Å 미만의 라멜라 두께 및 약 940MPa 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 가짐으로써, 결과적으로 보철물의 착용 동안에 보철물로부터 미세한 입자 생성을 감소시킨다. 보철물 중의 일부는, 예를 들어 이러한 UHMWPE로 제조된 로드 베어링(load bearing) 표면을 갖는 컵 또는 트레이 모양의 물품 형태일 수 있다. 이러한 로드 베어링 표면은, 금속성 또는 세라믹성 물질로 된 교합성 로드 베어링 표면을 갖는 보철물의 제 2 부분과 접촉할 수 있다.According to the present invention there is provided an in vivo medical prosthesis formed of irradiated ultrahigh molecular weight polyethylene in which free radicals are virtually undetectable. The irradiation can be, for example, gamma or electron beam irradiation. UHMWPE has a crosslinked structure. Preferably, UHMWPE is not oxidized substantially, and is in fact oxidative resistant. What is different is that it includes, for example, UHMWPE having three melting peaks, two melting peaks or one melting peak. In certain embodiments, the UHMWPE has a polymeric structure with less than about 50% crystallinity, less than about 290 mm Lamellar thickness, and less than about 940 MPa tensile modulus, thereby reducing the formation of fine particles from the prosthesis during wear of the prosthesis. Let's do it. Some of the prostheses may be in the form of cup or tray shaped articles with a load bearing surface made of such UHMWPE, for example. This rod bearing surface may be in contact with the second portion of the prosthesis having an occlusal rod bearing surface of metallic or ceramic material.

본 발명의 또 다른 양태는 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 조사 처리된 UHMWPE이다. 이러한 UHMWPE는 가교 구조를 갖는다. 바람직하게는, 이러한 UHMWPE는 사실상 산화되지 않으며, 사실상 내산화성이다. 달라진 점은, 예를 들어 세 개의 용융 피크, 두 개의 용융 피크 또는 하나의 용융 피크를 갖는 UHMWPE를 포함한다는 것이다.Another aspect of the invention is irradiated UHMWPE in which no free radicals are detected in nature. Such UHMWPE has a crosslinked structure. Preferably, such UHMWPE is not substantially oxidized and is in fact oxidized. What is different is that it includes, for example, UHMWPE having three melting peaks, two melting peaks or one melting peak.

본 발명의 그 밖의 양태는 상기 UHMWPE로 제조된 조립 물품, 예를 들어 로드 베어링 표면 및 내마모성 코팅을 구비한 조립 물품이다. 일 구체예는, 조립된 물품이 통상의 방법, 예를 들어 기계가공에 의해 물품으로 성형될 수 있는 바 스톡의 형태로 되어 있는 것이다.Another aspect of the invention is an assembly article made of said UHMWPE, for example an assembly article having a rod bearing surface and a wear resistant coating. One embodiment is in the form of bar stock, in which the assembled article can be molded into the article by conventional methods, for example by machining.

본 발명의 더욱 또 다른 양태는, 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 가교된 UHMWPE를 제조하는 방법을 포함한다. 중합체 사슬을 갖는 통상의 UHMWPE가 제공된다. 이러한 UHMWPE는 중합체 사슬을 가교시키도록 조사된다. UHMWPE는 UHMWPE의 용융점보다 높은 온도로 가열되어, UHMWPE 중에 사실상 자유 라디칼이 존재하지 않게 된다. 그런 후, UHMWPE는 실온으로 냉각된다. 특정의 구체예에서, 냉각된 UHMWPE는 기계가공처리 및/또는 살균처리된다.Yet another aspect of the present invention includes a method of making a crosslinked UHMWPE in which virtually no free radicals are detected. Conventional UHMWPEs with polymer chains are provided. Such UHMWPE is irradiated to crosslink the polymer chain. UHMWPE is heated to a temperature above the melting point of UHMWPE, so that virtually no free radicals are present in the UHMWPE. The UHMWPE is then cooled to room temperature. In certain embodiments, cooled UHMWPE is machined and / or sterilized.

이러한 방법중 하나의 바람직한 구체예는 CIR-SM, 즉 냉각 조사 및 후속 용융이라 불린다. 제공되는 UHMWPE는 실온 이하의 온도에 있다.One preferred embodiment of this method is called CIR-SM, ie cold irradiation and subsequent melting. The UHMWPE provided is at a temperature below room temperature.

본 발명의 또 다른 바람직한 구체예는 WIR-SM, 즉 가온 조사 및 후속 용융이라 불린다. 제공되는 UHMWPE는 UHMWPE의 용융점 미만의 온도로 예열된다.Another preferred embodiment of the invention is called WIR-SM, ie warm irradiation and subsequent melting. The provided UHMWPE is preheated to a temperature below the melting point of the UHMWPE.

이러한 방법의 또 다른 바람직한 구체예는 WIR-AM, 즉 가온 조사 및 단열 용융이라 불린다. 이러한 구체예에서, 제공되는 UHMWPE는 UHMWPE의 용융점 미만의 온도, 바람직하게는 약 100℃ 내지 UHMWPE의 용융점 미만의 온도로 예열된다. 바람직하게는, UHMWPE는 가공 동안에 UHMWPE로부터의 열 손실을 감소시키기 위해서 절연 물질내에 유지시킨다. 그런 후, 예열된 UHMWPE는 매우 충분한 전체 조사량 및 충분히 빠른 조사율로 조사되어 중합체에 충분한 열을 발생시켜 사실상 물질내 모든 결정을 용융시켜서, 예를 들어 조사 단계에 의해 발생된 사실상 모든 검출가능한 자유 라디칼의 제거를 보장한다. 조사 단계는 전자선 조사를 사용하여 상기와 같은 단열 가열을 발생시키는 것이 바람직하다.Another preferred embodiment of this method is called WIR-AM, ie warm irradiation and adiabatic melting. In such embodiments, the provided UHMWPE is preheated to a temperature below the melting point of the UHMWPE, preferably from about 100 ° C. to a temperature below the melting point of the UHMWPE. Preferably, the UHMWPE is kept in insulating material to reduce heat loss from the UHMWPE during processing. The preheated UHMWPE is then irradiated with a very sufficient total dosage and a sufficiently fast dosage to generate sufficient heat in the polymer to melt virtually all crystals in the material, for example virtually all detectable free radicals generated by the irradiation step. To ensure its removal. It is preferable that an irradiation step generate above-mentioned adiabatic heating using electron beam irradiation.

본 발명의 또 다른 목적은 상기된 방법에 따라서 제조된 생성물을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide a product prepared according to the above-described method.

본 발명의 더욱 또 다른 양태는, MIR, 즉 용융 조사라 불리는 가교된 UHMWPE를 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다. 통상의 UHMWPE가 제공된다. 바람직하게는, UHMWPE는 사실상 산소가 없는 불활성 물질로 둘러싸인다. UHMWPE는 UHMWPE의 용융점보다 높은 온도로 가열되어 모든 결정상 구조를 완전하게 용융시킨다. 가열된 UHMWPE는 조사되고, 조사된 UHMWPE는 약 25℃로 냉각된다.Yet another aspect of the present invention is to provide a method for producing a crosslinked UHMWPE called MIR, ie melt irradiation. Conventional UHMWPE is provided. Preferably, the UHMWPE is surrounded by an inert material which is virtually oxygen free. UHMWPE is heated to a temperature above the melting point of UHMWPE to completely melt all crystal phase structures. The heated UHMWPE is irradiated and the irradiated UHMWPE is cooled to about 25 ° C.

MIR의 구체예에서는, 매우 얽히고 가교된 UHMWPE가 제조된다. 통상의 UHMWPE가 제공된다. 바람직하게는, UHMWPE는 사실상 산소가 없는 불활성 물질로 둘러싸인다. UHMWPE는, UHMWPE에서 얽힌 중합체 사슬을 형성하기에 충분한 시간 동안 UHMWPE의 용융점보다 높은 온도로 가열된다. 가열된 UHMWPE는 조사되어 얽힌 상태의 중합체 사슬을 가두며, 조사된 UHMWPE는 약 25℃로 냉각된다.In an embodiment of the MIR, highly entangled and crosslinked UHMWPE is produced. Conventional UHMWPE is provided. Preferably, the UHMWPE is surrounded by an inert material which is virtually oxygen free. The UHMWPE is heated to a temperature above the melting point of the UHMWPE for a time sufficient to form a entangled polymer chain in the UHMWPE. The heated UHMWPE traps the polymer chain in an irradiated and entangled state, and the irradiated UHMWPE is cooled to about 25 ° C.

본 발명은, 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 방사선 처리된 UHMWPE로부터 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키는 의료 보철물을 제조하는 방법을 특징으로 한다. 자유 라디칼이 검출되지 않는 방사선 처리된 UHMWPE가 제공된다. 의료 보철물은 이러한 UHMWPE로부터 형성되어, 보철물의 착용 동안 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키며, 상기 UHMWPE는 보철물의 로드 베어링 표면을 형성한다. 보철물은 당업자에게 공지된 표준 방법, 예를 들어 기계가공에 의해 제조될 수 있다.The present invention features a method of making a medical prosthesis that reduces particle production from the prosthesis during the wearing of the prosthesis from radiation treated UHMWPE where virtually no free radicals are detected. Radiated UHMWPE is provided in which no free radicals are detected. Medical prostheses are formed from these UHMWPE to reduce particle production from the prosthesis during wear of the prosthesis, which forms the rod bearing surface of the prosthesis. Prostheses can be produced by standard methods known to those skilled in the art, for example by machining.

의료 보철물을 필요로 하는 신체를 치료하는 방법이 또한 본 발명에 제공된다. 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 방사선 처리된 UHMWPE로 형성된 형상화된 보철물이 제공된다. 상기 보철물은 보철물을 필요로 하는 신체에 적용된다. 상기 보철물은 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시킨다. 바람직한 구체예에서, UHMWPE는 보철물의 로드 베어링 표면을 형성한다.Also provided herein are methods of treating a body in need of a medical prosthesis. Shaped prostheses formed of radiation treated UHMWPE are provided which are virtually free of free radicals detected. The prosthesis is applied to the body in need of the prosthesis. The prosthesis reduces the production of particles from the prosthesis during wearing of the prosthesis. In a preferred embodiment, the UHMWPE forms the rod bearing surface of the prosthesis.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면과 함께 숙지하는 경우 하기 명세서로부터 보다 용이하게 이해될 것이다.The above and other objects, features and advantages of the present invention will be more readily understood from the following specification when read in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 의료용 고관절 보철물의 중심부를 관통하여 도시하는 횡단면도이다.1 is a cross-sectional view through a central portion of a medical hip prosthesis according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 바와 같은 관절 컵의 라이너를 도시하는 측면도이다.FIG. 2 is a side view illustrating the liner of the articulated cup as shown in FIG. 1.

도 3은 도 2의 3-3선을 관통하여 도시하는 횡단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view showing the line 3-3 of FIG. 2.

도 4는 상이한 조사량에서 용융 조사된 UHMWPE의 용융점 및 결정도를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the melting point and crystallinity of UHMWPE melt-irradiated at different dosages.

도 5는 결정상 구조를 나타내는 통상의 UHMWPE의 에칭된 표면의 환경 주사 전자 현미경도이다.5 is an environmental scanning electron micrograph of an etched surface of a conventional UHMWPE showing a crystalline structure.

도 6은 도 5에서와 거의 동일한 배율에서 결정상 구조를 나타내는 용융 조사된 UHMWPE의 에칭된 표면의 환경 주사 전자 현미경도이다.FIG. 6 is an environmental scanning electron micrograph of an etched surface of melt irradiated UHMWPE showing crystalline structure at approximately the same magnification as in FIG. 5.

도 7은 용융 조사된 UHMWPE 컵의 상이한 깊이에서의 용융점 및 결정도를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing the melting point and crystallinity at different depths of melt irradiated UHMWPE cups.

도 8은 후속적인 가열의 존재 및 부재시에 가온 조사 및 부분적인 단열 용융(WIR-AM)을 사용하여 제조된 호에스크트-셀라니즈(Hoechst-Celanese) GUR 4050 UHMWPE에 대한 DSC 용융 흡열을 나타내는 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing DSC melt endotherm for Hoechst-Celanese GUR 4050 UHMWPE prepared using warm irradiation and partial adiabatic melting (WIR-AM) in the presence and absence of subsequent heating. to be.

도 9는 후속적인 가열의 존재 및 부재시에 가온 조사 및 부분적인 단열 용융(WIR-AM)을 사용하여 제조된 호에스크트-셀라니즈 GUR 1050 UHMWPE에 대한 DSC 용융 흡열을 나타내는 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing DSC melt endotherm for Hoskect-Celanies GUR 1050 UHMWPE prepared using warm irradiation and partial adiabatic melting (WIR-AM) in the presence and absence of subsequent heating.

도 10은 130℃의 예열 온도로 WIR-AM에 의해 처리된 UHMWPE의 단열 가열을 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing adiabatic heating of UHMWPE treated with WIR-AM at a preheating temperature of 130 ° C.

도 11은 비조사된 UHMWPE, CIR-SM 처리된 UHMWPE 및 WIR-AM 처리된 UHMWPE의 인장 변형 거동을 나타내는 그래프이다.FIG. 11 is a graph showing tensile strain behavior of unirradiated UHMWPE, CIR-SM treated UHMWPE and WIR-AM treated UHMWPE.

본 발명은 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌으로 형성된 체내용 의료 보철물을 제공한다.The present invention provides an in vivo medical prosthesis formed from radiation treated ultra high molecular weight polyethylene in which free radicals are virtually free of detection.

고관절 보철물 형태의 의료 보철물은 일반적으로 도 1에 (10)으로 도시되어 있다. 도시된 보철물은 통상의 접합제(17)에 의해 대퇴골(16)에 고정된 스템(15)에 목부분에 의해 연결된 통상의 볼 헤드(14)를 갖는다. 볼 헤드는 통상의 설계로 될 수 있으며, 스테인레스강 또는 당해 기술 분야에 공지된 그 밖의 합금으로 형성된다. 볼 헤드의 반경은 접합제로 골반(11)에 직접 고정될 수 있는 관절 컵(12)의 내부 컵 반경과 거의 일치된다. 또한, 금속성 관절 쉘이 골반(11)에 접합될 수 있으며, 관절 컵(12)은 당해 기술 분야에 공지된 수단에 의해 금속 관절 쉘에 연결된 코팅 또는 라이너를 형성할 수 있다.Medical prostheses in the form of hip prostheses are generally shown at 10 in FIG. 1. The prosthesis shown has a conventional ball head 14 connected by a neck to a stem 15 fixed to the femur 16 by a conventional binder 17. The ball head can be of conventional design and is formed of stainless steel or other alloys known in the art. The radius of the ball head is approximately equal to the inner cup radius of the joint cup 12, which can be fixed directly to the pelvis 11 with a bonding agent. In addition, a metallic articulated shell can be bonded to the pelvis 11 and the articulated cup 12 can form a coating or liner connected to the metallic articulated shell by means known in the art.

특정 형태의 보철물은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이 매우 다양할 수 있다. 많은 고관절 구조물이 공지되어 있으며, 무릎 관절, 어깨 관절, 발목 관절, 팔꿈치 관절 및 손가락 관절과 같은 그 밖의 보철물이 공지되어 있다. 이러한 모든 종래의 보철물은, 본 발명에 따른 고분자량 폴리에틸렌 물질로 제조된 그러한 보철물의 하나 이상의 로드 베어링 표면을 형성함으로써 이점을 얻을 수 있다. 이러한 로드 베어링 표면은 도 1에 도시된 바와 같은 층, 라이닝(linings) 또는 실제적인 전체 장치의 형태일 수 있다. 모든 경우에, 로드 베어링 표면은 보철물의 금속성 또는 세라믹성 교합(mating) 부재와 함께 작용하여, 이들 사이에서 미끄럼 표면을 형성시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 미끄럼 표면은 종래 기술에 공지된 바로는 폴리에틸렌을 파손시킬 수 있다. 이와 같은 파손은 본 발명의 물질의 사용함으로써 크게 감소될 수 있다.Certain forms of prostheses can vary widely as is known in the art. Many hip structures are known and other prostheses such as knee joints, shoulder joints, ankle joints, elbow joints and finger joints are known. All such conventional prostheses can benefit from forming at least one rod bearing surface of such a prosthesis made of a high molecular weight polyethylene material according to the present invention. Such rod bearing surfaces may be in the form of layers, linings or the actual overall device as shown in FIG. 1. In all cases, it is preferable that the rod bearing surface acts with the metallic or ceramic mating member of the prosthesis to form a sliding surface therebetween. Such sliding surfaces can break polyethylene as is known in the art. Such breakage can be greatly reduced by the use of the material of the present invention.

도 2는 도 3의 횡단면에서 보다 잘 도시된 반 중공 볼형 장치 형태의 된 관절 컵(12)을 도시하고 있다. 상기된 바와 같이, 관절 컵의 외부 표면(20)은 원형 또는 반구형일 필요는 없지만, 이는 정사각형이거나, 골반에 직접 또는 당해 기술분야에 공지된 바와 같이 금속성 쉘을 통해 부착되도록 하는 임의의 형태일 수 있다. 바람직한 구체예의 도 3에서 (21)로 도시된 관절 컵의 반경은 약 20mm 내지 약 35mm이다. 대체적으로 반구형인 중공 부분부터 외부 표면(20)까지의 관절 컵의 두께는 바람직하게는 약 8mm이다. 외부 직경은 대략적으로 약 20mm 내지 약 35mm인 것이 바람직하다.FIG. 2 shows an articulated cup 12 in the form of a semi hollow ball-shaped device, which is better seen in the cross section of FIG. 3. As noted above, the outer surface 20 of the articulation cup need not be circular or hemispherical, but it can be square or any shape that permits attachment to the pelvis directly or through a metallic shell as is known in the art. have. The radius of the articulated cup shown as 21 in FIG. 3 of a preferred embodiment is from about 20 mm to about 35 mm. The thickness of the joint cup from the generally hemispherical hollow part to the outer surface 20 is preferably about 8 mm. The outer diameter is preferably about 20 mm to about 35 mm.

금속성 볼과 하나가 되도록 하기 위해서 UHMWPE로 제조된 관절 컵 또는 관절 컵 라이너를 제조하는 것이 바람직하지만, 일부 경우에, 볼 접합부는 본 발명의 UHMWPE로 제조될 수 있으며, 관절 컵은 금속으로 제조될 수 있다. 신체의 뼈에 보철물 성분을 부착시키는 구체적인 방법은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이 매우 다양할 수 있다.It is desirable to make articulated cups or articulated cup liners made of UHMWPE to be one with metallic balls, but in some cases, the ball joint may be made of the UHMWPE of the present invention, and articulated cups may be made of metal. have. Specific methods of attaching the prosthetic component to the bones of the body can vary widely as is known in the art.

본 발명의 의료 보철물은 전체 보철 장치 또는 이들의 일부, 예를 들어 성분, 층 또는 라이닝을 포함하도록 되어 있다. 의료 보철물은, 예를 들어 정형외과학적 관절 및 뼈 대체 부분, 예를 들어 둔부, 무릎, 어깨, 팔꿈치, 발목 또는 손가락 대체물을 포함한다. 보철물은, 예를 들어 로드 베어링 표면을 갖는 컵 또는 트레이 모양의 물품 형태일 수 있다. 당업자에게 공지된 그 밖의 형태가 또한 본 발명에 포함된다. 의료 보철물은 보철물의 임의의 마모 표면, 예를 들어 보철물이 본 발명의 UHMWPE 이외의 물질로 제조된 보철물 표면상의 코팅이라도 포함한다.The medical prosthesis of the present invention is intended to include the entire prosthetic device or portions thereof, for example components, layers or linings. Medical prostheses include, for example, orthopedic joint and bone replacement portions, such as buttocks, knees, shoulders, elbows, ankles or finger substitutes. The prosthesis may be in the form of a cup or tray shaped article with, for example, a rod bearing surface. Other forms known to those skilled in the art are also included in the present invention. Medical prostheses include any wear surface of the prosthesis, for example a coating on the surface of the prosthesis where the prosthesis is made of a material other than the UHMWPE of the present invention.

본 발명의 보철물은, 예를 들어 코발트 크롬 합금, 스테인레스강, 티타늄 합금 또는 니켈 코발트 합금으로 형성된 부품을 함유하는 금속, 또는 부품을 함유하는 세라믹과의 접촉에 유용하다. 예를 들어, 내부 반경이 25mm인 컵 모양의 물품이 외부 반경이 25mm인 금속 볼과 접촉되는 고관절이 구조화되어, 컵 모양의 물품과 결합되어 하나가 된다. 이러한 예의 컵 모양 물품의 로드 베어링 표면은 바람직하게는 약 1mm 이상의 두께, 보다 바람직하게는 약 2mm 이상의 두께, 보다 더 바람직하게는 약 ¼인치 이상의 두께, 및 가장 바람직하게는 약 ⅓ 인치 이상의 두께를 갖는 본 발명의 UHMWPE로 제조된다.The prosthesis of the invention is useful for contact with metals containing parts formed of, for example, cobalt chromium alloys, stainless steels, titanium alloys or nickel cobalt alloys, or ceramics containing parts. For example, a hip joint in which a cup-shaped article with an inner radius of 25 mm is contacted with a metal ball with a 25 mm outer radius is structured and combined with the cup-shaped article to become one. The rod bearing surface of the cup-shaped article of this example preferably has a thickness of at least about 1 mm, more preferably at least about 2 mm, even more preferably at least about ¼ inch, and most preferably at least about ⅓ inch. It is made of the UHMWPE of the present invention.

보철물은 임의의 표준의 공지된 형태, 모양, 또는 형상이거나 통상의 설계일 수 있지만, 본 발명의 UHMWPE로 제조된 하나 이상의 로드 베어링 표면을 갖는다.The prosthesis can be of any standard known shape, shape, or shape or of a conventional design, but has one or more rod bearing surfaces made from the UHMWPE of the present invention.

본 발명의 보철물은 사람에게 해롭지 않다. 이들 보철물은 정상적인 신체 구성성분, 예를 들어 혈액 또는 간질액(interstitial fluids)에 의해 열화되지 않는다. 이들 보철물은, 예를 들어 가열을 포함하여 표준 방법 또는 산화에틸렌에 의해 살균처리될 수 있다.The prosthesis of the present invention is not harmful to humans. These prostheses are not degraded by normal body components, such as blood or interstitial fluids. These prostheses can be sterilized by standard methods or ethylene oxide, including for example by heating.

본원에서 사용되는 용어 "UHMWPE" 는 분자량이 약 500,000을 초과, 바람직하게는 약 1,000,000을 초과, 및 보다 바람직하게는 약 2,000,000을 초과하는 선형의 비분지쇄 에틸렌을 의미한다. 종종, 분자량은 적어도 약 8,000,000만큼 클 수 있다. 본원에서 사용되는 표현 "초기 평균 분자량" 은, 임의의 조사 이전에 UHMWPE 출발 물질의 평균 분자량을 의미한다.As used herein, the term “UHMWPE” means a linear unbranched ethylene having a molecular weight greater than about 500,000, preferably greater than about 1,000,000, and more preferably greater than about 2,000,000. Often, the molecular weight can be as high as at least about 8,000,000. As used herein, the expression “initial average molecular weight” means the average molecular weight of the UHMWPE starting material prior to any irradiation.

통상의 UHMWPE는 표준적으로는 지글러-나타 촉매 반응에 의해 형성되고, 중합체 사슬은 표면 촉매 자리로부터 발생되어, 이들이 결정화되고, 사슬 중첩된 결정으로서 결합한다. 공지된 UHMWPE 분말의 예로는, 분자량이 약 2,000,000g/mol이고 어떠한 스테아르산 칼슘도 함유하지 않는 하이팍스 등급(Hifax Grade) 1900 폴리에틸렌[델라웨어 윌밍톤에 소재하는 몬텔(Montell)사로부터 입수함]; 분자량이 약 4,000,000-5,000,000g/mol이고 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하는 GUR 415로도 공지된 GUR 4150[텍사스 휴스턴 호에스크트 셀라니즈 코포레이션(Hoescht Celanese Corp.)으로부터 입수함]; 분자량이 약 4,000,000-5,000,000g/mol이고 어떠한 스테아르산 칼슘도 함유하지 않는 GUR 4050(텍사스 휴스턴 호에스크트 셀라니즈 코포레이션으로부터 입수함]; 분자량이 약 2,000,000g/mol이고 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하는 GUR 4120[텍사스 휴스턴 호에스크트 셀라니즈 코포레이션으로부터 입수함]; 분자량이 약 2,000,000g/mol이고 어떠한 스테아르산 칼슘도 함유하지 않는 GUR 4020[텍사스 휴스턴 호에스크트 셀라니즈 코포레이션으로부터 입수함]; 분자량이 약 4,000,000-5,000,000g/mol이고 어떠한 스테아르산 칼슘도 함유하지 않는 GUR 1050[독일 호에스크트 셀라니즈 코포레이션으로부터 입수함]; 분자량이 약 4,000,000-5,000,000g/mol이고 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하는 GUR 1150[독일 호에스크트 셀라니즈 코포레이션으로부터 입수함]; 분자량이 약 2,000,000g/mol이고 어떠한 스테아르산 칼슘도 함유하지 않는 GUR 1020[독일 호에스크트 셀라니즈 코포레이션으로부터 입수하]; 및 분자량이 약 2,000,000g/mol이고 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하는 GUR 1120[독일 호에스크트 셀라니즈 코포레이션으로부터 입수함]이 있다. 의료용으로 바람직한 UHMWPE는 GUR 4150, GUR 1050 및 GUR 1020이다. 수지는 분말을 의미한다.Conventional UHMWPE is formed by standard Ziegler-Natta catalysis, and polymer chains are generated from surface catalytic sites, where they crystallize and bind as chain overlapped crystals. Examples of known UHMWPE powders are Hifax Grade 1900 polyethylene (obtained from Montel, Wilmington, Delaware) which has a molecular weight of about 2,000,000 g / mol and does not contain any calcium stearate. ; GUR 4150 (obtained from Hooescht Celanese Corp.), also known as GUR 415 having a molecular weight of about 4,000,000-5,000,000 g / mol and containing 500 ppm calcium stearate; GUR 4050 (obtained from Houston Houston Escort Celanese Corporation) with a molecular weight of about 4,000,000-5,000,000 g / mol and no calcium stearate; molecular weight of about 2,000,000 g / mol and containing 500 ppm calcium stearate GUR 4120 [obtained from Houston Houston Escort Celanese Corporation]; GUR 4020 [obtained from Houston Houston Hoskect Celanese Corporation] with molecular weight of about 2,000,000 g / mol and containing no calcium stearate; GUR 1050 (obtained from Hoeskett Celanese Corporation, Germany) of about 4,000,000-5,000,000 g / mol and containing no calcium stearate; GUR having a molecular weight of about 4,000,000-5,000,000 g / mol and containing 500 ppm of calcium stearate 1150 [obtained from Hoeskeck Celanese Corporation, Germany]; molecular weight about 2,000,000 g / mol GUR 1020 [not obtained from German Hoescett Celanese Corporation], which also does not contain calcium tearate; and GUR 1120 [Germany Hoeskett Celanese Corp., containing about 2,000,000 g / mol and 500 ppm calcium stearate Available from GUR 4150, GUR 1050 and GUR 1020. Resin means powder.

UHMWPE 분말은 다양한 상이한 기술, 예를 들어 램 압출성형, 압축 성형 또는 직접 압축 성형을 사용하여 고화될 수 있다. 램 압출 성형에서, UHMWPE 분말은 가열된 배럴을 통해 가압되어, 로드 스톡(rod stock), 즉 바 스톡(bar stock)[예를 들어, 펜실베니아 렌니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스(Westlake Plastics)로부터 입수함]으로 고화된다. 압축 성형에서, UHMWPE 분말은 고압하에서 [인디애나포트 웨인에 소재하는 폴리-하이 솔리더(Poly-Hi Solidur) 또는 영국 스탄모어에 소재하는 퍼플라스(Perplas)로부터 입수함] 주형으로 고화된다. 주형의 모양은, 예를 들어 두꺼운 시이트일 수 있다. 직접 압축 성형은 바람직하게는 그물 모양의 생성물, 예를 들어 관절 성분 또는 경골 무릎 삽입물[예를 들어, 인디애나 워쏘에 소재하는 짐머, 인코포레이티드(Zimmer, Inc.)로부터 입수함]을 제조하는데 사용된다. 이러한 기술에서, UHMWPE 분말은 최종 모양으로 직접 압축된다. "하키 퍽", 또는 퍽은 램 압출된 바 스톡 또는 압축 성형된 시이트로부터 일반적으로 기계가공된다.UHMWPE powders can be solidified using a variety of different techniques, such as ram extrusion, compression molding or direct compression molding. In ram extrusion, the UHMWPE powder is pressurized through a heated barrel, obtained from rod stock, or bar stock (e.g., from Westlake Plastics, Rennie, Pennsylvania). ] Is solidified. In compression molding, the UHMWPE powder is solidified under high pressure (from Poly-Hi Solidur, Indiana Wayne, or from Perplas, Stanmore, UK). The shape of the mold can be a thick sheet, for example. Direct compression molding is preferably used to prepare reticulated products, such as articular components or tibial knee inserts (eg, from Zimmer, Inc., Washo, Indiana). Used. In this technique, the UHMWPE powder is compressed directly into the final shape. The "hockey puck", or puck, is generally machined from a ram extruded bar stock or a compression molded sheet.

조사 처리된 UHMWPE는, 조사, 예를 들어 감마선 조사 또는 전자선 조사로 처리되어 UHMWPE의 중합체 사슬 사이가 가교된 UHMWPE를 의미한다.Irradiated UHMWPE refers to UHMWPE that has been crosslinked between polymer chains of UHMWPE by irradiation, for example gamma radiation or electron beam irradiation.

사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는다는 것은, 문헌[참조: Jahan et al., J. Biomedical Materials Research 25:1005 (1991)]에 기술된 바와 같이 전자 상자성 공명에 의해 측정된 바 사실상 어떠한 자유 라디칼도 존재하지 않음을 의미한다. 자유 라디칼은, 예를 들어 불포화된 트랜스-비닐렌 자유 라디칼을 포함한다. 이온화 방사선으로 용융점 미만의 온도에서 조사된 UHMWPE는 가교결합 및 영속하는 트래핑된 자유 라디칼을 함유한다. 이들 자유 라디칼은 장기간에 걸쳐서 산소와 반응하며, 산화성 분해를 통해 UHMWPE를 분해시킨다. 본 발명의 UHMWPE 및 의료 보철물의 장점은, 어떠한 자유 라디칼도 검출되지 않는 방사선 처리된 UHMWPE가 사용된다는 것이다. 자유 라디칼은 이러한 결과를 제공하는 임의의 방법으로도 제거될 수 있는데, 예를 들어 UHMWPE를 용융점 초과 온도로 가열시킴으로써 제거되어, 사실상 어떠한 잔류 결정상 구조도 남아있지 않게 된다. 결정상 구조를 제거함으로써, 자유 라디칼은 재결합하여 제거될 수 있다.In fact, no free radicals were detected, as described by Jahan et al., J. Biomedical Materials Research 25: 1005 (1991), and virtually no free radicals were measured by electron paramagnetic resonance. Means no. Free radicals include, for example, unsaturated trans-vinylene free radicals. UHMWPE irradiated at a temperature below the melting point with ionizing radiation contains crosslinked and persistent trapped free radicals. These free radicals react with oxygen over a long period of time and break down UHMWPE through oxidative degradation. An advantage of the UHMWPE and medical prosthesis of the present invention is that radiation treated UHMWPE is used in which no free radicals are detected. Free radicals can be removed by any method that gives this result, for example by heating the UHMWPE to a temperature above the melting point, leaving virtually no residual crystalline structure left. By removing the crystalline structure, free radicals can be removed by recombination.

본 발명에서 사용되는 UHMWPE는 가교된 구조를 갖는다. 가교된 구조를 갖는 장점은, 이것이 보철물의 착용 동안 보철물로부터 입자 생성을 감소시킬 것이라는 것이다.UHMWPE used in the present invention has a crosslinked structure. The advantage of having a crosslinked structure is that this will reduce particle production from the prosthesis during wearing of the prosthesis.

UHMWPE은 사실상 산화되지 않는 것이 바람직하다. 사실상 산화되지 않는다는 것은, FTIR 스펙트럼에서 1740cm-1에서의 카르보닐 피크 아래의 면적 대 가교된 샘플의 FTIR 스펙트럼에서 1460cm-1에서의 피크 아래의 면적의 비가 가교되기 전에 샘플에 대한 비와 거의 같은 크기라는 것을 의미한다.It is preferred that UHMWPE is virtually not oxidized. It does in fact not oxidized, FTIR spectrum at 1740cm -1-carbonyl peak area for cross-linking the sample of the FTIR spectrum at 1460cm -1 peak area ratio of crosslinked to non-sample and approximately the same size of the prior of the following at the bottom of the It means.

UHMWPE는 사실상 내산화성인 것이 바람직하다. 사시상 내산화성이라는 것은, 약 10년 이상 동안 사실상 산화되지 않은 채로 존재한다는 것이다. UHMWPE는 바람직하게는 약 20년 이상, 보다 바람직하게는 약 30년 이상, 보다 더 바람직하게는 약 40년 이상 동안, 및 가장 바람직하게는 환자가 살아있는 동안 사실상 산화되지 않은 상태로 남아있는 것이 바람직하다.UHMWPE is preferably virtually oxidation resistant. Persistent oxidation resistance means that it is virtually unoxidized for over 10 years. The UHMWPE preferably remains substantially unoxidized for at least about 20 years, more preferably at least about 30 years, even more preferably at least about 40 years, and most preferably while the patient is alive. .

특정의 구체예에서, UHMWPE는 세 개의 용융 피크를 갖는다. 제 1 용융 피크는 바람직하게는 약 105℃ 내지 약 120℃, 보다 바람직하게는 약 110℃ 내지 약 120℃, 및 가장 바람직하게는 약 118℃이다. 제 2 용융 피크는 바람직하게는 약 125℃ 내지 약 140℃, 보다 바람직하게는 약 130℃ 내지 약 140℃, 더욱 더 바람직하게는 약 135℃, 가장 바람직하게는 약 137℃이다. 제 3 용융 피크는 바람직하게는 약 140℃ 내지 약 150℃, 보다 바람직하게는 약 140℃ 내지 약 145℃, 가장 바람직하게는 약 144℃이다. 특정의 구체예에서, UHMWPE는 두 개의 용융 피크를 갖는다. 제 1 용융 피크는 바람직하게는 약 105℃ 내지 약 120℃, 보다 바람직하게는 약 110℃ 내지 약 120℃, 가장 바람직하게는 약 118℃이다. 제 2 용융 피크는 바람직하게는 약 125℃ 내지 약 140℃, 보다 바람직하게는 약 130℃ 내지 약 140℃, 보다 더 바람직하게는 약 135℃, 및 가장 바람직하게는 약 137℃이다. 특정의 구체예에서, UHMWPE는 하나의 용융 피크를 갖는다. 용융 피크는 바람직하게는 약 125℃ 내지 약 140℃, 보다 바람직하게는 약 130℃ 내지 약 140℃, 더욱 더 바람직하게는 135℃, 및 가장 바람직하게는 약 137℃이다. UHMWPE가 두 개의 용융 피크를 갖는 것이 바람직하다. 용융 피크의 수는 10℃/분의 가열율에서 시차 주사 열량계(DSC)로 측정된다.In certain embodiments, the UHMWPE has three melting peaks. The first melt peak is preferably about 105 ° C. to about 120 ° C., more preferably about 110 ° C. to about 120 ° C., and most preferably about 118 ° C. The second melt peak is preferably about 125 ° C. to about 140 ° C., more preferably about 130 ° C. to about 140 ° C., even more preferably about 135 ° C., and most preferably about 137 ° C. The third melt peak is preferably about 140 ° C. to about 150 ° C., more preferably about 140 ° C. to about 145 ° C., and most preferably about 144 ° C. In certain embodiments, the UHMWPE has two melting peaks. The first melt peak is preferably about 105 ° C. to about 120 ° C., more preferably about 110 ° C. to about 120 ° C., and most preferably about 118 ° C. The second melt peak is preferably about 125 ° C. to about 140 ° C., more preferably about 130 ° C. to about 140 ° C., even more preferably about 135 ° C., and most preferably about 137 ° C. In certain embodiments, the UHMWPE has one melting peak. The melt peak is preferably about 125 ° C. to about 140 ° C., more preferably about 130 ° C. to about 140 ° C., even more preferably 135 ° C., and most preferably about 137 ° C. It is preferred that UHMWPE has two melting peaks. The number of melting peaks is measured with a differential scanning calorimeter (DSC) at a heating rate of 10 ° C./min.

본 발명의 보철물에 사용된 UHMWPE의 중합체 구조는 보철물의 착용 동안에 보철물로부터 UHMWPE 입자의 생성을 감소시킨다. 제한된 수의 입자가 체내로 유출되기 때문에, 보철물은 보다 긴 삽입 수명을 나타낸다. 바람직하게는, 보철물은 약 10년 이상, 보다 바람직하게는 약 20년 이상 및 가장 바람직하게는 환자가 살아있는 동안 체내에 삽입된 채로 남아있을 수 있다.The polymer structure of UHMWPE used in the prosthesis of the present invention reduces the production of UHMWPE particles from the prosthesis during the wearing of the prosthesis. Because a limited number of particles flow out of the body, the prosthesis has a longer insertion life. Preferably, the prosthesis may remain inserted in the body for at least about 10 years, more preferably at least about 20 years and most preferably the patient is alive.

본 발명은 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 방사선 처리된 UHMWPE로 제조된 그 밖의 조립 물품을 또한 포함한다. 바람직하게는, 조립 물품을 제조하는데 사용되는 UHMWPE는 가교된 구조를 갖는다. 바람직하게는, UHMWPE는 사실상 내산화성이다. 특정의 구체예에서, UHMWPE는 세 개의 용융 피크를 갖는다. 특정의 구체예에서, UHMWPE는 두 개의 용융 피크를 갖는다. 특정의 구체예에서, UHMWPE는 하나의 용융 피크를 갖는다. UHMWPE가 두 개의 용융 피크를 갖는 것이 바람직하다. 조립 물품은, 예를 들어 기계가공 대상, 예를 들어 컵, 기어, 너트, 슬레드(sled) 러너, 볼트, 화스너, 케이블, 파이프 등, 및 바 스톡, 막, 원통형 바, 시이트, 패널, 및 섬유를 포함하여, 형상화된 물품 및 비형상화된 물품을 포함한다. 형상화된 물품은, 예를 들어 기계가공함으로써 제조될 수 있다. 조립된 물품은, 예를 들어 기계가공에 의해 제 2 물품으로 형상화될 수 있는 바 스톡 형태일 수 있다. 조립 물품은, 예를 들어 로드 베어링 표면(예, 분절 표면)으로서 로드 베어링 용도, 예를 들어 높은 내마모성 용도, 및 금속 대체 물품으로서 특히 적합하다. 본 발명의 UHMWPE로 제조된 막 또는 시이트는, 예를 들어 아교를 사용하여 지지 표면 상으로 부착되어, 내마모성 로드 베어링 표면으로서 사용될 수 있다.The present invention also encompasses other assembled articles made from radiation treated UHMWPE, in which no free radicals are detected. Preferably, the UHMWPE used to make the assembled article has a crosslinked structure. Preferably, UHMWPE is substantially oxidation resistant. In certain embodiments, the UHMWPE has three melting peaks. In certain embodiments, the UHMWPE has two melting peaks. In certain embodiments, the UHMWPE has one melting peak. It is preferred that UHMWPE has two melting peaks. Assembly articles are for example machined objects such as cups, gears, nuts, sled runners, bolts, fasteners, cables, pipes and the like, and bar stocks, membranes, cylindrical bars, sheets, panels, and Including shaped fibers, and shaped articles and unshaped articles. Shaped articles can be produced, for example, by machining. The assembled article may be in the form of a bar stock, which may be shaped into a second article, for example, by machining. Assembly articles are particularly suitable for rod bearing applications, for example high wear resistance applications, and as metal replacement articles, for example as rod bearing surfaces (eg segment surfaces). Membranes or sheets made of the UHMWPE of the present invention can be attached onto the support surface using, for example, glues, and can be used as wear resistant rod bearing surfaces.

본 발명은 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 방사선 처리된 UHMWPE를 또한 포함한다. UHMWPE는 가교된 구조를 갖는다. 바람직하게는, UHMWPE는 사실상 산화되지 않으며, 사실상 내산화성이다. 특정의 구체예에서, UHMWPE는 세 개의 용융 피크를 갖는다. 특정의 구체예에서, UHMWPE는 두 개의 용융 피크를 갖는다. 특정의 구체예에서는, UHMWPE는 하나의 용융 피크를 갖는다. UHMWPE가 두 개의 용융 피크를 갖는 것이 바람직하다. UHMWPE를 제조하는데 사용된 특정 공정에 따라서 달라지나, 스테아르산 칼슘, 주형 이형제, 증량제, 산화방지제 및/또는 그 밖의 통상의 폴리에틸렌 중합체로의 첨가제를 포함하는 특정 불순물이 본 발명의 UHMWPE에 존재할 수 있다.The present invention also encompasses radiation treated UHMWPE, in which no free radicals are detected. UHMWPE has a crosslinked structure. Preferably, UHMWPE is not oxidized substantially, and is in fact oxidative resistant. In certain embodiments, the UHMWPE has three melting peaks. In certain embodiments, the UHMWPE has two melting peaks. In certain embodiments, the UHMWPE has one melting peak. It is preferred that UHMWPE has two melting peaks. Depending on the particular process used to prepare the UHMWPE, certain impurities may be present in the UHMWPE of the present invention, including calcium stearate, mold release agents, extenders, antioxidants, and / or additives to other conventional polyethylene polymers. .

또한, 본 발명은 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 가교된 UHMWPE를 제조하기 위한 방법을 제공한다. 바람직하게는, 이러한 UHMWPE는 내마모성이 높은 로드 베어링 물품으로서 사용하기 위한 것이다. 중합체 사슬을 갖는 통상의 UHMWPE가 제공된다. 통상의 UHMWPE는 예를 들어 바 스톡, 형상화된 바 스톡(예, 퍽), 코팅, 또는 의료 보철물용 조립 물품, 예를 들어 컵 또는 트레이형 물품의 형태일 수 있다. 통상의 UHMWPE는 약 500,000 초과의 분자량을 갖는 상업적으로 입수가능한 고밀도 (선형) 폴리에틸렌을 의미한다. 바람직하게는, UHMWPE 출발 물질은 약 2,000,000 초과의 평균 분자량을 갖는다. 초기 평균 분자량은, 임의의 조사 전에 UHMWPE 출발 물질의 평균 분자량을 의미한다. UHMWPE가 조사되어 중합체 사슬이 가교된다. 조사는 불활성 또는 비불활성 분위기에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 조사는 비불활성 분위기, 예를 들어 공기중에서 수행된다. 조사된 UHMWPE는 UHMWPE의 용융점보다 높은 온도로 가열되어, UHMWPE에는 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않게 된다. 그런 후, 가열된 UHMWPE는 실온으로 냉각된다. 바람직하게는, 냉각은 약 0.1℃/분을 초과하는 냉각율로 수행된다. 임의적으로, 냉각된 UHMWPE는 기계가공될 수 있다. 예를 들어, 조사 단계 동안에 UHMWPE가 조금이라도 산화되는 경우에는, 필요에 따라 당업자에 공지된 임의의 방법에 의해서 기계가공될 수 있다. 또한 임의적으로, 냉각된 UHMWPE 또는 기계가공된 UHMWPE는 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해서 살균처리될 수 있다.The present invention also provides a method for producing crosslinked UHMWPE in which free radicals are virtually free of detection. Preferably, such UHMWPE is for use as a high wear resistant rod bearing article. Conventional UHMWPEs with polymer chains are provided. Conventional UHMWPE can be, for example, in the form of bar stock, shaped bar stock (eg puck), coatings, or assembled articles for medical prostheses, such as cups or trays. By conventional UHMWPE is meant a commercially available high density (linear) polyethylene having a molecular weight greater than about 500,000. Preferably, the UHMWPE starting material has an average molecular weight greater than about 2,000,000. Initial mean molecular weight means the average molecular weight of the UHMWPE starting material before any irradiation. UHMWPE is irradiated to crosslink the polymer chain. Irradiation can be carried out in an inert or non-inert atmosphere. Preferably, the irradiation is carried out in a non-inert atmosphere, for example air. The irradiated UHMWPE is heated to a temperature above the melting point of the UHMWPE so that virtually no free radicals are detected in the UHMWPE. The heated UHMWPE is then cooled to room temperature. Preferably, cooling is performed at a cooling rate in excess of about 0.1 ° C./minute. Optionally, the cooled UHMWPE can be machined. For example, if any of the UHMWPE is oxidized during the irradiation step, it can be machined by any method known to those skilled in the art as needed. Also optionally, the cooled UHMWPE or machined UHMWPE can be sterilized by any method known to those skilled in the art.

본 발명의 하나의 바람직한 구체예는 CIR-SM, 즉 냉각 조사 및 후속 용융이라 불리는 것이다. 이러한 구체예에서, 제공되는 UHMWPE는 실온 이하의 온도에 있다. 바람직하게는, 약 20℃의 온도에 있다. UHMWPE는, 예를 들어 감마선 조사 또는 전자선 조사에 의해 조사될 수 있다. 일반적으로, 감마선 조사는 높은 투과 깊이를 제공하지만 더 많은 시간이 걸리기 때문에, 보다 심층의 산화를 가능하게 한다. 일반적으로, 전자선 조사는 보다 제한된 투과 깊이를 제공하지만 더 짧은 시간이 걸리기 때문에 광범위한 산화 가능성을 감소시킨다. 조사는 중합체 사슬을 가교시키기 위해 수행된다. 조사량을 변화시켜서 최종 UHMWPE 생성물에서의 가교도 및 결정도를 조절할 수 있다. 바람직하게는, 전체 흡수된 조사량은 약 0.5 내지 약 1,000Mrad, 보다 바람직하게는 약 1 내지 약 100Mrad, 보다 더 바람직하게는 약 4 내지 약 30Mrad, 보다 더욱더 바람직하게는 약 20Mrad, 및 가장 바람직하게는 약 15Mrad이다. 바람직하게는, UHMWPE를 용융시키는데 지나치게 많은 열을 발생시키지 않는 조사율이 사용된다. 감마선 조사가 사용되는 경우, 바람직한 조사율은 약 0.05 내지 약 0.2 Mrad/분이다. 전자선 조사가 사용되는 경우, 바람직한 조사율은 약 0.05 내지 약 3,000Mrad/분, 보다 바람직하게는 약 0.05 내지 약 5Mrad/분, 및 가장 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.2Mrad/분이다. 전자선 조사시 조사율은 (i) 가속장치의 전력(kW), (ii) 컨베이어 속도, (iii) 조사된 견본의 표면과 스캔 호른(horn) 사이의 거리, 및 (iv) 스캔 폭과 같은 파라미터에 의해 결정된다. 전자선을 사용하는 장치에서의 조사율은, 종종 래스터링(rastering)되는 전자선 하에서 통과 당 Mrad로 측정된다. 본원에서 Mrad/분으로 표시되는 조사율은 하기 수학식을 이용하여 Mrad/통과로 전환될 수 있다:One preferred embodiment of the invention is called CIR-SM, ie cold irradiation and subsequent melting. In this embodiment, the provided UHMWPE is at a temperature below room temperature. Preferably at a temperature of about 20 ° C. UHMWPE can be irradiated by gamma irradiation or electron beam irradiation, for example. In general, gamma-irradiation provides a higher depth of penetration but takes more time, allowing for deeper oxidation. In general, electron beam irradiation provides a more limited transmission depth but takes a shorter time, thus reducing the possibility of widespread oxidation. Irradiation is carried out to crosslink the polymer chains. The dosage can be varied to control the degree of crosslinking and crystallinity in the final UHMWPE product. Preferably, the total absorbed dose is about 0.5 to about 1,000 Mrad, more preferably about 1 to about 100 Mrad, even more preferably about 4 to about 30 Mrad, even more preferably about 20 Mrad, and most preferably About 15 Mrad. Preferably, irradiation rates that do not generate too much heat are used to melt the UHMWPE. When gamma-irradiation is used, the preferred irradiation rate is about 0.05 to about 0.2 Mrad / min. When electron beam irradiation is used, the preferred irradiation rate is about 0.05 to about 3,000 Mrad / min, more preferably about 0.05 to about 5 Mrad / min, and most preferably about 0.05 to about 0.2 Mrad / min. The irradiation rate in the electron beam irradiation is determined by parameters such as (i) the power of the accelerator (kW), (ii) the conveyor speed, (iii) the distance between the surface of the irradiated specimen and the scan horn, and (iv) the scan width. Determined by Emissivity in devices using electron beams is often measured in Mrads per pass under the rastering electron beam. Emissivity, expressed herein as Mrad / min, can be converted to Mrad / pass using the following equation:

상기 식에서, DMrad/분은 Mrad/분으로 표시되는 조사율이고, DMrad/통과는 Mrad/통과로 표시되는 조사율이며, Vc는 컨베이어 속도이며, l은 전자선 래스터 영역을 통해 이동하는 견본의 길이이다. 전자선 조사가 사용되는 경우, 전자의 에너지를 변화시켜 전사선의 투과 깊이를 변화시킬 수 있다. 바람직하게는, 전자의 에너지는 약 0.5MeV 내지 약 12MeV, 보다 바람직하게는 약 5MeV 내지 약 12MeV이다. 이와 같은 조작능은 조사된 대상이 다양한 두께 또는 깊이를 갖는 물품, 예를 들어 의료 보철물용 관절 컵인 경우에 특히 유용하다.Where D Mrad / min is the emissivity expressed in Mrad / min, D Mrad / pass is the emissivity expressed in Mrad / pass, V c is the conveyor speed, and l is the sample traveling through the electron beam raster area. Is the length of. When electron beam irradiation is used, the transmission depth of the transfer line can be changed by changing the energy of electrons. Preferably, the energy of the electrons is from about 0.5 MeV to about 12 MeV, more preferably from about 5 MeV to about 12 MeV. Such operability is particularly useful when the irradiated object is an article of varying thickness or depth, for example a joint cup for a medical prosthesis.

조사된 UHMWPE은 UHMWPE의 용융점보다 높은 온도로 가열되어, UHMWPE 중에는 어떠한 자유 라디칼도 존재하지 않게 된다. 가열은 분자에 UHMWPE의 결정으로부터 유래한 속박에서 벗어나기에 충분한 유동성을 제공하여, 사실상 모든 잔류 자유 라디칼을 재결합시킨다. 바람직하게는, UHMWPE는 약 137℃ 내지 약 300℃, 보다 바람직하게는 약 140℃ 내지 약 300℃, 보다 더 바람직하게는 140℃ 내지 약 190℃, 보다 더욱 바람직하게는 약 145℃ 내지 약 190℃, 보다 더욱더 바람직하게는 약 146℃ 내지 약 190℃, 및 가장 바람직하게는 약 150℃의 온도로 가열된다. 바람직하게는, 가열 단계의 온도는 약 0.5분 내지 약 24시간, 보다 바람직하게는 약 1 시간 내지 약 3 시간, 및 가장 바람직하게는 약 2시간 동안 유지된다. 가열은 예를 들어, 공기중, 불활성 기체, 예를 들어 질소, 아르곤 또는 헬륨중에서, 민감한 분위기, 예를 들어 아세틸렌, 또는 진공중에서 수행된다. 가열이 보다 긴 시간 동안 불활성 기체 또는 진공중에서 수행되는 것이 바람직하다.The irradiated UHMWPE is heated to a temperature above the melting point of the UHMWPE so that no free radicals are present in the UHMWPE. Heating provides the molecule with sufficient fluidity to escape the confinement resulting from the crystals of UHMWPE, recombining virtually all residual free radicals. Preferably, the UHMWPE is about 137 ° C. to about 300 ° C., more preferably about 140 ° C. to about 300 ° C., even more preferably 140 ° C. to about 190 ° C., even more preferably about 145 ° C. to about 190 ° C. Even more preferably, at a temperature of about 146 ° C to about 190 ° C, and most preferably about 150 ° C. Preferably, the temperature of the heating step is maintained for about 0.5 minutes to about 24 hours, more preferably about 1 hour to about 3 hours, and most preferably about 2 hours. The heating is carried out, for example, in air, in an inert gas such as nitrogen, argon or helium, in a sensitive atmosphere such as acetylene, or vacuum. Preferably, the heating is carried out in an inert gas or vacuum for a longer time.

본 발명의 방법의 또 다른 바람직한 구체예는 WIR-SM, 즉, 가온 조사 및 후속 용융이라 불리는 것이다. 이러한 구체예에서, 제공되는 UHMWPE는 UHMWPE의 용융점 미만의 온도로 예열된다. 예열은 불활성 분위기 또는 비불활성 분위기에서 수행될 수 있다. 상기 예열은 공기중에서 수행되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, UHMWPE는 약 20℃ 내지 약 135℃의 온도, 보다 바람직하게는 약 20℃ 초과 내지 약 135℃의 온도, 가장 바람직하게는 약 50℃의 온도로 예열된다. 그 밖의 파라미터는 전자선 조사를 사용하는 조사 단계에 대한 조사율이 바람직하게는 약 0.05 내지 약 10Mrad/분, 및 보다 바람직하게는 약 4 내지 약 5Mrad/분이고; 감마선 조사를 사용하는 조사 단계에 대한 조사율은 바람직하게는 약 0.05 내지 약 0.2Mrad/분, 보다 바람직하게는 약 0.2Mrad/분이라는 것을 제외하고는 CIR-SM 구체예에 대해 상기된 바와 같다.Another preferred embodiment of the process of the invention is one called WIR-SM , ie warm irradiation and subsequent melting. In this embodiment, the provided UHMWPE is preheated to a temperature below the melting point of the UHMWPE. Preheating can be carried out in an inert atmosphere or in an inert atmosphere. The preheating is preferably carried out in air. Preferably, the UHMWPE is preheated to a temperature of about 20 ° C. to about 135 ° C., more preferably greater than about 20 ° C. to about 135 ° C., and most preferably about 50 ° C. Other parameters are preferably about 0.05 to about 10 Mrad / min, and more preferably about 4 to about 5 Mrad / min for the irradiation step using electron beam irradiation; The irradiation rate for the irradiation step using gamma-irradiation is preferably as described above for the CIR-SM embodiment except that it is preferably about 0.05 to about 0.2 Mrad / min, more preferably about 0.2 Mrad / min.

본 발명의 방법의 또 다른 바람직한 구체예는 WIR-AM, 즉 가온 조사 및 단열 용융이라고 불리는 것이다. 이러한 구체예에서, 제공되는 UHMWPE는 UHMWPE의 용융점 미만의 온도로 예열된다. 예열은 불활성 또는 비불활성 분위기에서 수행될 수 있다. 이러한 예열은 공기중에서 수행되는 것이 바람직하다. 예열은, 예를 들어 오븐에서 수행될 수 있다. 예열은 약 100℃ 내지 UHMWPE의 용융점 미만의 온도로 수행되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, UHMWPE는 약 100℃ 내지 약 135℃의 온도로 예열되며, 보다 바람직하게는 약 130℃의 온도로 예열되며, 가장 바람직하게는 약 120℃의 온도로 예열된다. 가공 동안 UHMWPE로부터의 열 손실을 감소시키기 위해 UHMWPE를 절연 물질내에 유지시키는 것이 바람직하다. 열은, 예를 들어 조사 이전에 전달된 예열 및 조사 동안에 발생된 열을 포함한다. 절연 물질은, 절연 특성을 갖는 모든 유형의 물질[예, 유리섬유 파우치(pouch)]을 의미한다.Another preferred embodiment of the process of the invention is one called WIR-AM , ie warming irradiation and adiabatic melting. In this embodiment, the provided UHMWPE is preheated to a temperature below the melting point of the UHMWPE. Preheating can be carried out in an inert or non-inert atmosphere. This preheating is preferably carried out in air. Preheating can be carried out, for example, in an oven. Preheating is preferably carried out at a temperature below the melting point of about 100 ° C to UHMWPE. Preferably, the UHMWPE is preheated to a temperature of about 100 ° C. to about 135 ° C., more preferably to a temperature of about 130 ° C., and most preferably to a temperature of about 120 ° C. It is desirable to keep the UHMWPE in insulating material to reduce heat loss from the UHMWPE during processing. Heat includes, for example, preheating delivered prior to irradiation and heat generated during irradiation. By insulating material is meant all types of materials having insulating properties (eg, glass fiber pouches).

그런 후, 예열된 UHMWPE는 매우 충분한 전체 조사량에서 그리고 신속한 충분한 조사율로 조사되어, 물질내에 존재하는 사실상 모든 결정을 용융시킬 정도로 충분한 열을 중합체내에서 발생시켜서, 예를 들어 조사 단계에 의해 발생된 사실상 모든 검출가능한 자유 라디칼을 확실하게 제거한다. 조사 단계에서는 상기와 같은 단열 가열을 발생시키기 위해 전자선 조사를 사용하는 것이 바람직하다. 단열 가열은, 조사중에 주변으로의 어떠한 열 손실도 없음을 의미한다. 단열 가열은 온도가 용융점보다 높은 경우에 단열 용융을 유발시킨다. 단열 용융은 전체적인 또는 부분적인 용융을 포함한다. 최소의 전체 조사량은, 중합체를 이의 초기 온도(즉, 상기된 예열 온도)로부터 용융점으로 가열시키는데 필요한 열, 및 모든 결정을 용융시키는데 필요한 열, 및 중합체를 이의 용융점보다 높은 소정 온도로 가열시키는데 필요한 열의 양에 의해서 결정된다. 하기 수학식은 전체 조사량을 계산하는 방법을 기술하고 있다:The preheated UHMWPE is then irradiated at a very sufficient total dose and at a rapid enough dose to generate sufficient heat in the polymer to melt virtually all crystals present in the material, for example generated by the irradiation step. Virtually all detectable free radicals are reliably removed. In the irradiation step, it is preferable to use electron beam irradiation to generate such adiabatic heating. Adiabatic heating means there is no heat loss to the surroundings during irradiation. Adiabatic heating causes adiabatic melting when the temperature is above the melting point. Adiabatic melting includes whole or partial melting. The minimum total dosage is that of the heat required to heat the polymer from its initial temperature (ie, the preheat temperature described above) to the melting point, and the heat required to melt all the crystals, and the heat required to heat the polymer to a predetermined temperature above its melting point. Determined by the amount. The following equation describes how to calculate the total dose:

상기 식에서, CPs (= 2 J/g/℃) 및 CPm (= 3 J/g/℃)은 각각 고체 상태 및 용융 상태에서의 UHMWPE의 열용량이며, ΔHm (= 146 J/g)은 조사되지 않은 호에스크트 셀라니즈 GUR 415 바 스톡의 용융열이며, Ti는 초기 온도이고, Tf는 최종 온도이다. 최종 온도는 UHMWPE의 용융점보다 높아야 한다. Wherein C Ps (= 2 J / g / ° C.) and C Pm (= 3 J / g / ° C.) are the heat capacities of UHMWPE in the solid and molten states, respectively, and ΔH m (= 146 J / g) The heat of fusion of the unexamined Hoskect Celanese GUR 415 bar stock, T i is the initial temperature and T f is the final temperature. The final temperature should be higher than the melting point of UHMWPE.

UHMWPE의 최종 온도는 바람직하게는 약 140℃ 내지 약 200℃, 보다 바람직하게는 약 145℃ 내지 약 190℃, 보다 더 바람직하게는 약 146℃ 내지 약 190℃, 및 가장 바람직하게는 약 150℃이다. 160℃보다 높은 온도에서, 중합체는 버블(bubbles) 및 크랙(cracks)을 형성시키기 시작한다. 바람직하게는, 전자선 조사시의 조사율은 약 2 내지 약 3,000Mrad/분이며, 보다 바람직하게는 약 7 내지 25Mrad/분, 보다 더 바람직하게는 약 20Mrad/분이며, 가장 바람직하게는 약 7Mrad/분이다. 바람직하게는, 총 흡수된 조사량은 약 1 내지 약 100Mrad이다. 상기 수학식을 사용하여, 130℃의 초기 온도 및 150℃의 최종 온도에 대한 흡수된 조사량을 계산해보면 약 22Mrad이다.The final temperature of the UHMWPE is preferably about 140 ° C to about 200 ° C, more preferably about 145 ° C to about 190 ° C, even more preferably about 146 ° C to about 190 ° C, and most preferably about 150 ° C. . At temperatures higher than 160 ° C., the polymer begins to form bubbles and cracks. Preferably, the irradiation rate during electron beam irradiation is about 2 to about 3,000 Mrad / min, more preferably about 7 to 25 Mrad / min, even more preferably about 20 Mrad / min, and most preferably about 7 Mrad / min. Minutes. Preferably, the total absorbed dose is about 1 to about 100 Mrad. Using the above equation, the absorbed dose for the initial temperature of 130 ° C. and the final temperature of 150 ° C. is about 22 Mrad.

이러한 구체예에서, 상기 방법의 가열 단계는 상기된 단열 가열로부터 비롯된 것이다.In this embodiment, the heating step of the method results from the adiabatic heating described above.

특정의 구체예에서, 단열 가열은 UHMWPE를 완전히 용융시킨다. 특정의 구체예에서, 단열 가열은 UHMWPE를 단지 부분적으로 용융시킨다. 바람직하게는, 조사된 UHMWPE의 추가 가열은 조사 유도된 단열 가열에 후속하여 수행되어, 추가의 가열 후에 UHMWPE의 최종 온도가 UHMWPE의 용융점보다 높아서 UHMWPE의 완전한 용융을 보장한다. 추가로 가열된 UHMWPE의 온도는 바람직하게는 약 140℃ 내지 약 200℃, 보다 바람직하게는 약 145℃ 내지 약 190℃, 보다 더 바람직하게는 약 146℃ 내지 약 190℃, 및 가장 바람직하게는 약 150℃이다.In certain embodiments, adiabatic heating completely melts the UHMWPE. In certain embodiments, the adiabatic heating only partially melts the UHMWPE. Preferably, further heating of the irradiated UHMWPE is performed subsequent to irradiation induced adiabatic heating, so that after further heating the final temperature of the UHMWPE is higher than the melting point of the UHMWPE to ensure complete melting of the UHMWPE. The temperature of the further heated UHMWPE is preferably about 140 ° C. to about 200 ° C., more preferably about 145 ° C. to about 190 ° C., even more preferably about 146 ° C. to about 190 ° C., and most preferably about 150 ° C.

본 발명의 더욱 또 다른 구체예는 CIR-AM, 즉 냉각 조사 및 단열 가열이라 불리는 것이다. 이러한 구체예에서, 실온 이하의 온도에 있는 UHMWPE는 상기된 바와 같이 후속하는 추가 가열의 존재 또는 부재하에 단열 가열에 의해 용융된다.Yet another embodiment of the present invention is called CIR-AM , ie cooling irradiation and adiabatic heating. In this embodiment, the UHMWPE at a temperature below room temperature is melted by adiabatic heating in the presence or absence of subsequent additional heating as described above.

본 발명은 상기 방법에 따라 제조된 생성물을 또한 포함한다.The present invention also includes a product prepared according to the above method.

사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE로부터 의료 보철물을 제조하는 방법이 또한 본 발명에서 제공되는데, 그러한 보철물은 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시킨다. 자유 라디칼이 검출되지 않는 방사선 처리된 UHMWPE가 제공된다. 의료 보철물은 이러한 UHMWPE로부터 형성되어, 보철물의 착용 동안에 보철물로부터 입장의 생성을 감소시키며, 상기 UHMWPE는 보철물의 로드 베어링 표면을 형성한다. 보철물의 형성은 당업자에게 공지된 표준 방법, 예를 들어 기계가공에 의해 수행될 수 있다.Also provided herein is a method of making a medical prosthesis from UHMWPE where virtually no free radicals are detected, which reduces the production of particles from the prosthesis during wearing of the prosthesis. Radiated UHMWPE is provided in which no free radicals are detected. The medical prosthesis is formed from this UHMWPE, reducing the generation of entry from the prosthesis during the wearing of the prosthesis, the UHMWPE forming the rod bearing surface of the prosthesis. The formation of the prosthesis can be carried out by standard methods known to those skilled in the art, for example by machining.

의료 보철물을 필요로 하는 신체를 치료하는 방법이 또한 제공된다. 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 방사선 처리된 UHMWPE로 형성된 형상화된 보철물이 제공된다. 이러한 보철물은 보철물을 필요로 하는 신체에 적용된다. 보철물은 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 미세한 입자 생성을 감소시킨다. 바람직한 구체예에서, 초고분자량 폴리에틸렌은 보철물의 로드 베어링 표면을 형성한다.Also provided is a method of treating a body in need of a medical prosthesis. Shaped prostheses formed of radiation treated UHMWPE are provided which are virtually free of free radicals detected. This prosthesis is applied to the body in need of the prosthesis. The prosthesis reduces the production of fine particles from the prosthesis during wearing of the prosthesis. In a preferred embodiment, the ultrahigh molecular weight polyethylene forms the rod bearing surface of the prosthesis.

본 발명의 더욱 또 다른 구체예에서, 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 미세한 입자 생성을 감소시키기 위해 약 50% 미만의 결정도, 약 290Å 미만의 라멜라 두께 및 약 940㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 갖는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 형성된 체내용 의료 보철물이 제공된다.In yet another embodiment of the present invention, a polymer structure having less than about 50% crystallinity, less than about 290 mm Lamellar thickness, and less than about 940 MPa tensile modulus to reduce the formation of fine particles from the prosthesis during wear of the prosthesis An in vivo medical prosthesis formed of ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) having is provided.

이러한 구체예의 UHMWPE는 약 50% 미만의 결정도, 바람직하게는 약 40% 미만의 결정도를 갖는 중합체 구조를 갖는다. 결정도는 결정상인 중합체의 분율을 의미한다. 결정도는 샘플의 중량(w(g)), 용융시에 샘플에 의해 흡수된 열(E(cal)) 및 100% 결정상태에서 폴리에틸렌의 계산된 용융열(ΔH°=69.2cal/g)을 측정한 상태에서, 하기 식을 사용하여 계산된다:The UHMWPE of this embodiment has a polymer structure with a crystallinity of less than about 50%, preferably less than about 40%. Crystallinity means the fraction of polymer that is crystalline. The crystallinity measures the weight of the sample (w (g)), the heat absorbed by the sample at the time of melting (E (cal)) and the calculated heat of fusion of polyethylene (ΔH ° = 69.2 cal / g) at 100% crystallinity In one state, it is calculated using the following formula:

이러한 구체예의 UHMWPE는 약 290Å 미만, 바람직하게는 약 200Å 미만, 및 가장 바람직하게는 약 100Å 미만의 라멜라 두께를 갖는 중합체 구조를 갖는다. 라멜라 두께(l)는 하기 식을 사용하여 중합체내에서 추정된 라멜라 구조의 계산된 두께를 의미한다:The UHMWPE of this embodiment has a polymer structure with a lamellar thickness of less than about 290 mm 3, preferably less than about 200 mm 3, and most preferably less than about 100 mm 3. Lamellar thickness (l) means the calculated thickness of the lamella structure estimated in the polymer using the following formula:

상기 식에서, σe는 폴리에틸렌의 말단 자유 표면 에너지(2.22×10-6cal/cm2)이고, ΔH°는 100% 결정상태에서 폴리에틸렌의 계산된 용융열(69.2cal/g)이며, ρ는 결정상 영역의 밀도(1.005g/cm3)이며, Tm°은 완전한 폴리에틸렌 결정의 용융점(418.15K)이며, Tm은 실험적으로 측정된 샘플의 용융점이다.Where σ e is the terminal free surface energy of the polyethylene (2.22 × 10 -6 cal / cm 2 ), ΔH ° is the calculated heat of fusion of the polyethylene in a 100% crystalline state (69.2 cal / g), and ρ is the crystalline phase The density of the region (1.005 g / cm 3 ), T m ° is the melting point of the complete polyethylene crystal (418.15 K), and T m is the melting point of the sample measured experimentally.

이러한 구체예의 UHMWPE는 약 940㎫ 미만, 바람직하게는 약 600㎫ 미만, 보다 바람직하게는 약 400㎫ 미만, 및 가장 바람직하게는 약 200㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는다. 인장탄성률은 표준 시험 ASTM 638 M III을 사용하여 측정된 바와 같이 0.5% 미만의 변형력에 대하여 공칭 응력(nomial stress) 대 상응하는 변형력의 비를 의미한다.The UHMWPE of this embodiment has a tensile modulus of less than about 940 MPa, preferably less than about 600 MPa, more preferably less than about 400 MPa, and most preferably less than about 200 MPa. Tensile modulus refers to the ratio of nominal stress to corresponding strain for less than 0.5% strain as measured using the standard test ASTM 638 M III.

바람직하게는, 이러한 구체예의 UHMWPE는 약 40%의 결정도, 약 100Å의 라멜라 두께, 및 약 200㎫의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조로 되어 있다.Preferably, the UHMWPE of this embodiment has a polymer structure with a crystallinity of about 40%, a lamellar thickness of about 100 GPa, and a tensile modulus of about 200 MPa.

이러한 구체예의 UHMWPE는 트랩핑된 자유 라디칼, 예를 들어 불포화된 트랜스-비닐렌 자유 라디칼도 갖지 않는다. 이러한 구체예의 UHMWPE는 쇼어 D 스케일상에서 약 65 미만, 보다 바람직하게는 약 55 미만, 가장 바람직하게는 50 미만의 경도를 갖는 것이 바람직하다. 경도는, ASTM D2240에 기술된 두로미터(durometer)를 사용하여 쇼어 D 스케일 상에서 측정된 즉각적인 압입자국을 의미한다. 이러한 구체예의 UHMWPE는 사실상 산화되지 않는 것이 바람직하다. 중합체 구조는, 중합체 구조중의 상당 부분이 데칼린에 용해되지 않도록 광범위하게 가교되어 있다. 여기서 상당 부분이라는 것은 중합체 샘플의 건조 중량의 50% 이상을 의미한다. 데칼린에 용해되지 않는다는 것은, 24시간 동안 150℃의 데칼린 중에 용해되지 않음을 의미한다. 바람직하게는, 이러한 구체예의 UHMWPE는 고밀도의 얽힌 구조를 가져서, 불완전한 결정을 형성시키고 결정도를 감소시킨다. 얽힌 구조의 밀도는 단위 용적내 중합체 사슬의 얽힌 지점의 수를 의미하며; 보다 고밀도의 얽힌 구조는, 통상의 UHMWPE와 동일 수준으로 결정화되어 결정도를 더욱 감소시키는 중합체 샘플의 무능력으로 표시된다.The UHMWPE of this embodiment also has no trapped free radicals, for example unsaturated trans-vinylene free radicals. The UHMWPE of this embodiment preferably has a hardness of less than about 65, more preferably less than about 55, most preferably less than 50 on the Shore D scale. Hardness means immediate indenter station measured on the Shore D scale using a durometer as described in ASTM D2240. It is preferred that the UHMWPE of this embodiment is virtually not oxidized. The polymer structure is extensively crosslinked so that a substantial portion of the polymer structure does not dissolve in decalin. By substantial portion here is meant at least 50% of the dry weight of the polymer sample. Not soluble in decalin means not soluble in decalin at 150 ° C. for 24 hours. Preferably, the UHMWPE of this embodiment has a high density entangled structure, forming incomplete crystals and reducing crystallinity. The density of the entangled structure refers to the number of entangled points of the polymer chain in the unit volume; Higher density entangled structures are indicated by the inability of the polymer sample to crystallize to the same level as conventional UHMWPE to further reduce crystallinity.

본 발명은 또한, 약 50% 미만의 결정도, 약 290Å 미만의 라멜라 두께 및 약 940㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 갖는 이러한 구체예의 UHMWPE로부터 제조된 그 밖의 조립 물품을 또한 포함한다. 상기 조립 물품에는, 예를 들어 기계가공 대상, 예를 들어 컵, 기어, 너트, 슬레드 러너, 볼트, 화스너, 케이블, 파이프 등, 및 바 스톡, 막, 원통형 바, 시이트, 패널 및 섬유를 포함하는, 형상화되거나 비형상화된 물품이 포함된다. 형상화된 물품은, 예를 들어 기계가공에 의해 제조될 수 있다. 조립 물품은 로드 베어링 용도, 예를 들어 로드 베어링 표면, 및 금속 대체 물품으로서 특히 적합하다. 용융 조사된 UHMWPE로 제조된 박막 또는 시이트는, 예를 들어 접합제를 사용하여 지지 표면 상으로 부착되어, 투명하면서 내마모성인 로드 베어링 표면으로서 사용될 수 있다.The present invention also includes other assembled articles made from UHMWPE of this embodiment having a polymer structure having a crystallinity of less than about 50%, a lamellar thickness of less than about 290 GPa, and a tensile modulus of less than about 940 MPa. Such assembled articles include, for example, machining objects such as cups, gears, nuts, sled runners, bolts, fasteners, cables, pipes, etc., and bar stocks, membranes, cylindrical bars, sheets, panels and fibers. Shaped or unshaped articles are included. Shaped articles can be produced, for example, by machining. Assembly articles are particularly suitable as rod bearing applications, for example rod bearing surfaces, and metal replacement articles. Thin films or sheets made of melt-irradiated UHMWPE can be used as a transparent and wear resistant rod bearing surface, for example, attached onto a support surface using a binder.

본 발명은 또한, UHMWPE가 약 50% 미만의 결정도, 약 290Å 미만의 라멜라 두께 및 약 940㎫ 미만의 인장탄성률을 특징으로 하는 독특한 중합체 구조를 갖는 구체예를 포함한다. UHMWPE를 제조하는데 사용된 특정 공정에 따라서 달라지나, 예를 들어 스테아르산 칼슘, 주형 이형제, 증량제, 산화방지제 및/또는 폴리에틸렌 중합체로의 그 밖의 통상의 첨가제를 포함하는 특정의 불순물이 본 발명의 UHMWPE에 존재할 수 있다. 특정의 구체예에서, UHMWPE는 높은 광 투과율, 바람직하게는 517nm 내지 1mm 두께의 샘플에서 약 10% 초과의 광 투과율, 보다 바람직하게는 517nm 내지 1mm 두께의 샘플에서 약 30% 초과의 광 투과율, 및 가장 바람직하게는 517nm 내지 1mm 두께의 샘플에서 40% 초과의 광 투과율을 갖는다. 이러한 UHMWPE는 다양한 물품의 지지 표면 상으로 부착될 수 있는 박막 또는 시이트로서 특히 유용하며, 상기 박막 또는 시이트는 투명하면서 내마모성이다.The present invention also includes embodiments in which the UHMWPE has a unique polymer structure characterized by less than about 50% crystallinity, less than about 290 GPa lamellar thickness, and less than about 940 MPa tensile modulus. Depending on the particular process used to prepare the UHMWPE, certain impurities, including, for example, calcium stearate, mold release agents, extenders, antioxidants, and / or other conventional additives to polyethylene polymers, may be used in the preparation of the UHMWPE of the present invention. May exist in In certain embodiments, the UHMWPE has a high light transmittance, preferably greater than about 10% light transmittance in a sample of 517 nm to 1 mm thick, more preferably greater than about 30% light in a sample of 517 nm to 1 mm thick, and Most preferably it has a light transmittance of more than 40% in a sample of 517 nm to 1 mm thick. Such UHMWPEs are particularly useful as thin films or sheets that can be attached onto the support surfaces of various articles, which are transparent and wear resistant.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 가교된 UHMWPE를 제조하는 방법이 제공된다. 이러한 방법은 용융 조사(MIR)라 불린다. 통상의 UHMWPE가 제공된다. 바람직하게는, UHMWPE는 사실상 산소가 없는 불활성 물질로 둘러싸인다. UHMWPE는 UHMWPE의 용융점보다 높은 온도로 가열되어 모든 결정상 구조를 완전히 용융시킨다. 가열된 UHMWPE는 조사되고, 조사된 UHMWPE는 약 25℃로 냉각된다.In another embodiment of the present invention, a method of preparing a crosslinked UHMWPE is provided. This method is called melt irradiation ( MIR ). Conventional UHMWPE is provided. Preferably, the UHMWPE is surrounded by an inert material which is virtually oxygen free. UHMWPE is heated to a temperature above the melting point of UHMWPE to completely melt all of the crystalline structure. The heated UHMWPE is irradiated and the irradiated UHMWPE is cooled to about 25 ° C.

바람직하게는, 이러한 구체예로부터 제조된 UHMWPE는 약 50% 미만의 결정도, 약 290Å 미만의 라멜라 두께 및 약 940㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 갖는다. 통상의 UHMWPE, 예를 들어 바 스톡, 형상화된 바 스톡, 코팅, 또는 조립 물품이 제공된다. 통상의 UHMWPE라는 것은, 분자량이 약 500,000보다 큰 상업적으로 입수가능한 고밀도 (선형) 폴리에틸렌을 의미한다. 바람직하게는, UHMWPE 출발 물질은 약 2,000,000보다 큰 평균 분자량을 갖는다. 초기 평균 분자량이라는 것은, 임의의 조사 전의 UHMWPE 출발 물질의 평균 분자량을 의미한다. 이러한 UHMWPE는 사실상 산소가 없는 불활성 물질, 예를 들어 질소, 아르곤 또는 헬륨으로 둘러싸이는 것이 바람직하다. 특정의 구체예에서는, 비불활성 분위기가 사용될 수 있다. UHMWPE는 모든 결정을 용융시킬 수 있는 충분한 시간 동안 이의 용융점보다 높은 온도로 가열된다. 바람직하게는, 상기 온도는 약 145 내지 230℃이며, 보다 바람직하게는 약 175 내지 약 200℃이다. 바람직하게는, 가열은 중합체가 약 5분 내지 약 3 시간, 보다 바람직하게는 약 30 분 내지 약 2 시간 동안 바람직한 온도에 있도록 지속된다. 그런 후, UHMWPE는 감마선 조사 또는 전자선 조사로 조사된다. 일반적으로, 감마선 조사는 높은 투과 깊이를 제공하나 많은 시간이 걸려서, 어느 정도의 산화만을 가능하게 한다. 일반적으로, 전자선 조사는 보다 제한된 투과 깊이를 제공하나 짧은 시간이 걸리므로, 산화의 가능성을 감소시킨다. 조사량을 변화시켜서 최종 UHMWPE 생성물에서의 가교도 및 결정도를 조절할 수 있다. 바람직하게는, 약 1Mrad보다 큰 조사량, 보다 바람직하게는 약 20Mrad보다 큰 조사량이 사용된다. 전자선 조사가 사용되는 경우, 전자선의 에너지를 변화시켜 전자선의 투과 깊이를 변화시킴으로써, 최종 UHMWPE 생성물에서의 가교도 및 결정도를 조절할 수 있다. 바람직하게는, 상기 에너지는 약 0.5MeV 내지 약 12MeV, 보다 바람직하게는 약 1MeV 내지 약 10MeV이며, 가장 바람직하게는 약 10MeV 이다. 이러한 조작능은 조사된 대상이 다양한 두께 또는 깊이의 물품, 예를 들어 보철물용 관절 컵인 경우에 특히 유용하다. 그런 후, 조사된 UHMWPE는 약 25℃로 냉각된다. 바람직하게는, 냉각율은 약 0.5℃/분 이상, 보다 바람직하게는 20℃/분 이상이다. 특정의 구체예에서, 냉각된 UHMWPE는 기계가공될 수 있다. 바람직한 한 구체예에서, 냉각 조사된 UHMWPE에서 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는다. 실시예 1, 3 및 6은 상기 방법의 특정의 바람직한 구체예를 기술하고 있다. 실시예 2, 4 및 5, 및 도 4 내지 7은 통상의 UHMWPE와 비교하여 이들 바람직한 구체예로부터 수득된 용융 조사된 UHMWPE의 특정 특성을 예시하고 있다.Preferably, the UHMWPE prepared from this embodiment has a polymer structure having a crystallinity of less than about 50%, a lamellar thickness of less than about 290 GPa and a tensile modulus of less than about 940 MPa. Conventional UHMWPE, eg bar stocks, shaped bar stocks, coatings, or assembly articles are provided. By conventional UHMWPE is meant a commercially available high density (linear) polyethylene with a molecular weight greater than about 500,000. Preferably, the UHMWPE starting material has an average molecular weight greater than about 2,000,000. By initial average molecular weight is meant the average molecular weight of the UHMWPE starting material before any irradiation. Such UHMWPE is preferably surrounded by an inert material which is virtually oxygen free, for example nitrogen, argon or helium. In certain embodiments, an inert atmosphere can be used. UHMWPE is heated to a temperature above its melting point for a sufficient time to melt all the crystals. Preferably, the temperature is about 145 to 230 ° C, more preferably about 175 to about 200 ° C. Preferably, heating is continued such that the polymer is at the desired temperature for about 5 minutes to about 3 hours, more preferably about 30 minutes to about 2 hours. The UHMWPE is then irradiated with gamma radiation or electron beam irradiation. In general, gamma irradiation provides a high penetration depth, but takes a lot of time, allowing only some degree of oxidation. In general, electron beam irradiation provides a more limited penetration depth but takes less time, thus reducing the possibility of oxidation. The dosage can be varied to control the degree of crosslinking and crystallinity in the final UHMWPE product. Preferably, doses greater than about 1 Mrad, more preferably doses greater than about 20 Mrad, are used. When electron beam irradiation is used, the degree of crosslinking and crystallinity in the final UHMWPE product can be controlled by changing the energy of the electron beam to change the penetration depth of the electron beam. Preferably, the energy is about 0.5 MeV to about 12 MeV, more preferably about 1 MeV to about 10 MeV, most preferably about 10 MeV. This maneuverability is particularly useful when the irradiated subject is an article of varying thickness or depth, for example a joint cup for a prosthesis. The irradiated UHMWPE is then cooled to about 25 ° C. Preferably, the cooling rate is at least about 0.5 ° C./min, more preferably at least 20 ° C./min. In certain embodiments, the cooled UHMWPE can be machined. In one preferred embodiment, virtually no free radicals are detected in the cold irradiated UHMWPE. Examples 1, 3 and 6 describe certain preferred embodiments of the method. Examples 2, 4 and 5, and FIGS. 4-7 illustrate the specific properties of melt irradiated UHMWPE obtained from these preferred embodiments compared to conventional UHMWPE.

본 발명은 또한 상기된 방법에 따라서 제조된 물품을 또한 포함한다.The present invention also encompasses articles made according to the methods described above.

MIR의 구체예에서는, 매우 얽힌 구조 및 가교된 UHMWPE가 제조된다. 통상의 UHMWPE가 제공된다. 바람직하게는, UHMWPE는 사실상 산소가 없는 불활성 물질로 둘러싸인다. UHMWPE는 UHMWPE내 얽힌 구조의 중합체 사슬의 형성하기에 충분한 시간 동안 UHMWPE의 용융점보다 높은 온도로 가열된다. 가열된 UHMWPE는 얽힌 상태에 있는 중합체 사슬을 트랩핑하도록 조사된다. 조사된 UHMWPE는 약 25℃로 냉각된다.In an embodiment of the MIR, highly entangled structures and crosslinked UHMWPE are produced. Conventional UHMWPE is provided. Preferably, the UHMWPE is surrounded by an inert material which is virtually oxygen free. The UHMWPE is heated to a temperature above the melting point of the UHMWPE for a time sufficient to form a polymer chain of entangled structure in the UHMWPE. The heated UHMWPE is irradiated to trap the polymer chain in an entangled state. The irradiated UHMWPE is cooled to about 25 ° C.

본 발명은 또한 상기된 방법에 따라서 제조된 물품을 포함한다.The invention also encompasses articles made according to the methods described above.

보철물의 착용 동안 보철물로부터 미세한 입자의 생성을 감소시키기 위해 UHMWPE로부터 보철물을 제조하는 방법이 또한 본 발명에 제공된다. 약 50% 미만의 결정도, 약 290Å 미만의 라멜라 두께 및 약 940㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 갖는 UHMWPE이 제공된다. 보철물은 이러한 UHMWPE로부터 형성되고, UHMWPE는 보철물의 로드 베어링 표면을 형성시킨다. 보철물은 당업자에게 공지된 표준 방법, 예를 들어 기계가공에 의해 제조될 수 있다.Also provided herein is a method of making a prosthesis from UHMWPE to reduce the production of fine particles from the prosthesis during wear of the prosthesis. UHMWPE is provided having a polymer structure having a crystallinity of less than about 50%, a lamellar thickness of less than about 290 GPa, and a tensile modulus of less than about 940 MPa. The prosthesis is formed from this UHMWPE, which forms the rod bearing surface of the prosthesis. Prostheses can be produced by standard methods known to those skilled in the art, for example by machining.

보철물을 필요로 하는 신체를 치료하는 방법이 또한 본 발명에 제공된다. 약 50% 미만의 결정도, 약 290Å 미만의 라멜라 두께 및 약 940㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 갖는 초고분자량 폴리에틸렌으로 형성된 형상화된 보철물이 제공된다. 이러한 보철물은 보철물을 필요로 하는 신체에 적용된다. 보철물은 보철물의 착용 동안 보철물로부터 미세한 입자 생성을 감소시킨다. 바람직한 구체예에서, 초고분자량 폴리에틸렌은 보철물의 로드 베어링 표면을 형성시킨다.Also provided herein are methods of treating a body in need of a prosthesis. Shaped prostheses formed of ultra high molecular weight polyethylene having a polymer structure having a crystallinity of less than about 50%, a lamellar thickness of less than about 290 GPa, and a tensile modulus of less than about 940 MPa are provided. This prosthesis is applied to the body in need of the prosthesis. The prosthesis reduces the production of fine particles from the prosthesis during wearing of the prosthesis. In a preferred embodiment, the ultrahigh molecular weight polyethylene forms the rod bearing surface of the prosthesis.

본 발명의 생성물 및 방법은 또한 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 그 밖의 중합체 물질에도 적용된다.The products and methods of the present invention also apply to other polymeric materials such as high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene and polypropylene.

하기의 비제한적인 실시예는 본 발명을 추가로 예시한다.The following non-limiting examples further illustrate the invention.

실시예 1: 용융 조사된(MIR) UHMWPE를 제조하는 방법 Example 1 Methods of Making Melt Irradiated (MIR) UHMWPE

본 실시예는 용융된 UHMWPE의 전자선 조사를 설명한다.This example describes electron beam irradiation of molten UHMWPE.

통상의 램 압출성형된 UHMWPE 바 스톡[펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 호에스크트 셀라니즈 GUR 415 바 스톡]으로부터 제조한, 10mm×12mm×60mm 크기의 입방형 견본(퍽)을 챔버에 위치시켰다. 챔버내 분위기를 저산소 질소 기체(<0.5ppm 산소 기체)(뉴저지 무레이 힐에 소재하는 AIRCO사로부터 입수함)로 구성시켰다. 챔버내 압력을 약 1기압이 되게 하였다. 샘플 및 조사 챔버의 온도를 가열기, 배리악(variac) 및 열전쌍 판독기(수동) 또는 온도 조절기(자동)를 사용하여 조절하였다. 챔버를 270W의 가열 맨틀(mantle)을 사용하여 가열시켰다. 챔버를 샘플의 정상상태 온도가 약 175℃가 되게 하는 가열율로 가열시켰다(배리악으로 조절하였다). 이 샘플을 조사시키기 전 30분 동안 정상상태 온도에서 유지시켰다.A 10 mm x 12 mm x 60 mm cubic specimen (puck) made from a conventional ram extruded UHMWPE bar stock (Hosk Cellanes GUR 415 Bar Stock, obtained from Westlake Plastics, Rennie, Pennsylvania) was placed in a chamber. Located. The atmosphere in the chamber was composed of low oxygen nitrogen gas (<0.5 ppm oxygen gas) (obtained from AIRCO, Murray Hill, NJ). The pressure in the chamber was brought to about 1 atmosphere. The temperature of the sample and irradiation chambers was controlled using heaters, variacs, and thermocouple readers (manual) or thermostats (automatic). The chamber was heated using a 270W heating mantle. The chamber was heated at a heating rate such that the steady state temperature of the sample was about 175 ° C. (controlled by bariac). This sample was held at steady state temperature for 30 minutes before irradiation.

전자 에너지 2.5MeV 및 조사율 1.67Mrad/분인 반데 그라프(van de Graaff) 발생기를 사용하여 조사를 수행하였다. 샘플에 20Mrad 조사량의 전자선을 제공하여 샘플의 60mm×12mm의 표면에 부딪치게 하였다. 가열기를 조사 후에 끄고, 샘플을 불활성 분위기, 질소 기체하의 챔버내에서 약 0.5℃/분의 냉각율로 25℃로 냉각시켰다. 대조군으로서, 통상의 UHMWPE로 제조된 비가열되고 비조사된 바 스톡을 사용하여 유사 견본을 제조하였다.Irradiation was performed using a van de Graaff generator with an electron energy of 2.5 MeV and an emissivity of 1.67 Mrad / min. A 20 Mrad dose of electron beam was provided to the sample to hit the 60 mm × 12 mm surface of the sample. The heater was turned off after irradiation and the sample was cooled to 25 ° C. at a cooling rate of about 0.5 ° C./min in an inert atmosphere, chamber under nitrogen gas. As a control, similar specimens were prepared using unheated, unirradiated bar stock made of conventional UHMWPE.

실시예 2 : GUR 415 UHMWPE 바 스톡 특성과 용융 조사된(MIR) GUR 415 UHMWPE 바 스톡(20 Mrad)의 특성 비교 Example 2 Comparison of Properties of GUR 415 UHMWPE Bar Stocks with Melt Irradiated (MIR) GUR 415 UHMWPE Bar Stocks (20 Mrad)

본 실시예는 실시예 1로부터 수득한 UHMWPE 바 스톡(GUR 415)의 조사된 샘플과 비조사된 샘플의 여러 가지 특성을 예시한다. 시험된 샘플은 다음과 같다: 시험 샘플은 용융시킨 후 조사된 바 스톡이며; 대조군은 어떠한 가열/용융 및 어떠한 조사도 실시되지 않은 바 스톡이었다.This example illustrates various properties of the irradiated and unirradiated samples of UHMWPE bar stock (GUR 415) obtained from Example 1. The samples tested were as follows: The test samples were stocks which were examined after melting; The control was bar stock without any heating / melting and no irradiation.

(A) 시차 주사 열량측정법(DSC) (A) Differential Scanning Calorimetry (DSC)

빙수 히트 싱크(heat sink)를 구비하며, 연속적인 질소 세정과 함께 10℃/분의 가열 및 냉각율에서 퍼킨-엘머(Perkin-Elmer) DSC 7을 사용하였다. 실시예 1로부터 수득한 샘플의 결정도는 폴리에틸렌 결정의 용융열(69.2cal/g) 및 샘플의 중량으로부터 계산하였다. 흡열 피크에 상응하는 온도를 용융점으로 취하였다. 라멜라 결정상 형태를 추정하고, 100% 결정상 폴리에틸렌의 용융열 ΔH°(69.2cal/g), 완전한 결정의 용융점(418.15K), 결정상 영역의 밀도(1.005g/cm3) 및 폴리에틸렌의 말단 자유 표면 에너지(2.22×10-6cal/cm2)를 측정하므로써 라멜라 두께를 계산하였다. 결과는 표 1 및 도 4에 도시되어 있다.Perkin-Elmer DSC 7 was used with an ice water heat sink and heating and cooling at 10 ° C./min with continuous nitrogen cleaning. The crystallinity of the sample obtained from Example 1 was calculated from the heat of fusion of polyethylene crystals (69.2 cal / g) and the weight of the sample. The temperature corresponding to the endothermic peak was taken as the melting point. Estimate the lamellae crystalline phase, the heat of fusion ΔH ° (69.2 cal / g) of the 100% crystalline polyethylene, the melting point of the complete crystal (418.15K), the density of the crystalline region (1.005 g / cm 3 ) and the terminal free surface energy of the polyethylene The lamella thickness was calculated by measuring (2.22 × 10 −6 cal / cm 2 ). The results are shown in Table 1 and FIG. 4.

[표 1]TABLE 1

DSC (10℃/분)DSC (10 ° C / min)

이러한 결과는, 용융 조사시킨 샘플이, 낮은 결정도, 낮은 라멜라 두께 및 낮은 용융점에 의해서 입증된 바와 같이, 비조사된 샘플보다 더욱 얽힌 구조 및 결정상이 덜한 중합체 구조를 갖는다는 것을 나타낸다.These results indicate that the melt irradiated sample has a more entangled structure and a less crystalline polymer structure than the unirradiated sample, as evidenced by the low crystallinity, low lamella thickness and low melting point.

(B) 팽창비 (B) expansion ratio

샘플을 2mm×2mm×2mm 크기의 입방체로 절단하고, 이것을 150℃에서 24 시간 동안 데칼린중에 침지시켰다. 산화방지제(1% N-페닐-2-나프틸아민)를 데칼린에 첨가하여 샘플의 분해를 방지하였다. 실험하기 전, 24시간 동안 팽창시키고 팽창된 샘플을 진공 건조시킨 후에 샘플의 중량을 측정하여 팽창비 및 추출율(%)을 계산하였다. 결과는 하기 표 2에 기재되어 있다.Samples were cut into cubes of size 2 mm x 2 mm x 2 mm, which were immersed in decalin at 150 ° C. for 24 hours. An antioxidant (1% N-phenyl-2-naphthylamine) was added to the decalin to prevent degradation of the sample. Before the experiment, the expansion ratio and percent extraction were calculated by inflating for 24 hours and vacuum drying the expanded sample after weighing the sample. The results are shown in Table 2 below.

[표 2]TABLE 2

150℃에서 24시간 동안 산화방지제를 사용한 데칼린중에서 팽창Swell in decalin with antioxidant at 150 ° C. for 24 hours

상기 결과는, 용융 조사된 UHMWPE 샘플이 고도로 가교되어 심지어 24시간이 경과한 후에도 중합체 사슬을 고온 용매중에 용해시킬 수 있는 반면, 비조사된 샘플은 상기와 같은 동일 기간에 고온 용매중에 완전히 용해됨을 나타낸다.The results indicate that the melt irradiated UHMWPE sample is highly crosslinked and can dissolve the polymer chain in hot solvent even after 24 hours, whereas the unirradiated sample is completely dissolved in hot solvent in the same period as above. .

(C) 인장 탄성률 (C) tensile modulus

샘플의 ASTM 638 M III는 다음과 같다. 변위율은 1mm/분이었다. MTS 기계상에서 실험을 수행하였다. 결과가 하기 표 3에 기재되어 있다.The ASTM 638 M III of the sample is as follows. The displacement rate was 1 mm / minute. Experiments were performed on an MTS machine. The results are shown in Table 3 below.

[표 3]TABLE 3

탄성 시험(ASTM 638 M III, 1mm/분)Elastic test (ASTM 638 M III, 1 mm / min)

상기 결과는 용융 조사된 UHMWPE 샘플이 비조사된 대조군보다 상당히 낮은 인장탄성률을 갖는다는 것을 나타낸다. 용융 조사된 UHMWPE 샘플의 파단시 응력이 낮다는 것은 이러한 샘플에서 사슬의 가교결합에 대한 보다 확실한 증거이다.The results indicate that melt irradiated UHMWPE samples have significantly lower tensile modulus than unirradiated controls. The low stress at break of melt irradiated UHMWPE samples is more convincing evidence for crosslinking of the chains in these samples.

(D) 경도 (D) hardness

샘플의 경도를 쇼어 D 스케일 상의 두로미터를 사용하여 측정하였다. 즉각적인 압입자국에 대한 경도를 기록하였다. 결과는 하기 표 4에 기재되어 있다.The hardness of the sample was measured using a Durometer on the Shore D scale. The hardness for the immediate indenter station was recorded. The results are shown in Table 4 below.

[표 4]TABLE 4

경도(쇼어 D)Hardness (Shore D)

상기 결과는 용융 조사된 UHMWPE가 비조사된 대조군보다 더 연성이었음을 나타낸다.The results indicate that the melt irradiated UHMWPE was softer than the unirradiated control.

(E) 광 투과율(투명도) (E) Light transmittance (transparency)

샘플의 투명도를 하기와 같이 측정하였다: 두 개의 유리 슬라이드 사이에 위치시킨 약 1mm 두께의 샘플을 통과하는 517nm의 광 파장에 대해서 광 투과율을 조사하였다. 600 그릿(grit)의 종이에 대하여 표면을 연마시켜서 샘플을 제조하였다. 실리콘 오일을 샘플 표면상에 뿌린 후, 샘플을 두 개의 슬라이드 사이에 위치시켰다. 실리콘 오일을 사용하여 중합체 샘플의 표면 거칠기로 인한 광산란의 확산을 감소시켰다. 이러한 목적으로 사용된 표준 물질은, 실리콘 오일의 박막에 의해 분리된 두 개의 유사한 유리 슬라이드였다. 퍼킨 엘머 람다 3B 자외선-가시광선 분광광도계를 사용하여 투과율을 측정하였다. 정확히 1mm 두께의 샘플의 흡광 계수 및 투과율을 람베르트-비어 법칙(Lambert-Bee Law)을 사용하여 계산하였다. 결과는 하기 표 5에 기재되어 있다.The transparency of the sample was measured as follows: The light transmittance was examined for a light wavelength of 517 nm passing through a sample of about 1 mm thickness placed between two glass slides. Samples were prepared by polishing the surface against 600 grit paper. After spraying silicone oil on the sample surface, the sample was placed between two slides. Silicone oil was used to reduce the spread of light scattering due to the surface roughness of the polymer sample. The standard material used for this purpose was two similar glass slides separated by a thin film of silicone oil. Transmittance was measured using a Perkin Elmer lambda 3B ultraviolet-visible spectrophotometer. The extinction coefficient and transmittance of exactly 1 mm thick samples were calculated using Lambert-Bee Law. The results are shown in Table 5 below.

[표 5]TABLE 5

517nm에서의 광 투과율Light transmittance at 517nm

상기 결과는 용융 조사된 UHMWPE 샘플이 대조군보다 샘플을 통해 훨씬더 많은 빛을 투과시켜서, 대조군보다 훨씬 더 투명함을 나타낸다.The results indicate that the melt irradiated UHMWPE sample transmits much more light through the sample than the control, making it much more transparent than the control.

(F) 환경 주사 전자 검경(ESSM) (F) Environmental scanning electron speculum (ESSM)

ESEM[일렉트로스캔(ElectroScan), 모델 3]을 샘플상에서 매우 얇은 금 코팅(사진의 질을 증대시키기 위해 약 20Å)과 함께 10kV(샘플로의 방사선 손실률을 감소시키기 위한 낮은 전압)에서 수행하였다. 금 코팅되거나 되지 않은 ESEM 하에 중합체 표면을 연구한 결과, 얇은 금 코팅이 어떠한 가공물도 생성시키지 않았음이 입증되었다.ESEM (ElectroScan, Model 3) was performed at 10 kV (low voltage to reduce the radiation loss rate of the sample) with a very thin gold coating on the sample (about 20 kV to increase the quality of the picture). A study of the polymer surface under ESEM with or without gold coating proved that the thin gold coating did not produce any workpieces.

ESEM하에서 관찰하기 전에 1:1의 황산 대 오르토-인산비 및 0.7%(w/v) 농도의 과망간산 칼륨을 사용하여 샘플을 에칭시켰다.Samples were etched with a sulfuric acid to ortho-phosphate ratio of 1: 1 and potassium permanganate at a concentration of 0.7% (w / v) prior to observation under ESEM.

도 5는 통상의 UHMWPE의 에칭된 표면(GUR 415; 열처리되지 않음; 조사되지 않음)의 ESEM(배율 10,000×)을 도시하고 있다. 도 6은 용융 조사된 UHMWPE의 에칭된 표면(GUR 415; 용융됨; 20Mrad)의 ESEM(배율 10,500×)을 도시하고 있다. ESEM은, 통상의 UHMWPE와 비교하여 미소결정의 크기가 감소되고 용융 조사된 UHMWPE에서 불완전한 결정이 발생되었음을 나타내었다.FIG. 5 shows the ESEM (magnification 10,000 ×) of the etched surface (GUR 415; not heat treated; not irradiated) of conventional UHMWPE. FIG. 6 shows the ESEM (magnification 10,500 ×) of the etched surface (GUR 415; molten; 20 Mrad) of melt irradiated UHMWPE. The ESEM showed that the size of the microcrystals was reduced and incomplete crystals occurred in the melt irradiated UHMWPE compared to conventional UHMWPE.

(G) 푸리에 변환 적외선 분광학 (FTIR) (G) Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

헥산으로 세정시켜서 표면 불순물을 제거한 샘플상에서 마이크로샘플러를 사용하여 샘플의 FTIR을 수행하였다. 약 1740 내지 1700cm-1에서 관찰된 피크는 산소 함유기와 관련있는 밴드이었다. 따라서, 1740cm-1에서 카르보닐 피크 아래의 면적 대 1460cm-1에서 메틸렌 피크 아래의 면적의 비를 이용하여 산화 정도를 측정하였다.FTIR of the samples was performed using a microsampler on a sample washed with hexane to remove surface impurities. The peak observed at about 1740-1700 cm −1 was the band associated with the oxygen containing group. Thus, the degree of oxidation was measured using the ratio of the area under the carbonyl peak at 1740 cm −1 to the area under the methylene peak at 1460 cm −1 .

FTIR 스펙트럼은, 용융 조사된 UHMWPE 샘플이 종래의 비조사된 UHMWPE 대조군보다 큰 산화도를 나타내나, 공기중의 실온에서 용융 조사된 샘플과 동일한 조사가 제공된 조사된 UHMWPE 샘플보다는 훨씬더 적은 산화를 나타내었음을 입증한다.FTIR spectra show that the melt irradiated UHMWPE sample has a greater degree of oxidation than the conventional unirradiated UHMWPE control, but much less oxidation than the irradiated UHMWPE sample provided with the same irradiation as the melt irradiated sample at room temperature in air. Prove it was.

(H) 전자 상자성 공명(EPR) (H) electron paramagnetic resonance (EPR)

기밀 석영관내 질소 분위기중에 위치시킨 샘플상에서의 EPR을 실온에서 수행하였다. 사용된 장치는 브루커(Bruker) ESP 300 EPR 분광계였으며, 사용된 관은 뉴저지 부에나에 소재하는 윌매드 글래스 컴패니(Wilmad Glass Company)로부터 입수된 테이퍼록(Taperlock) EPR 샘플관이었다.EPR on samples placed in a nitrogen atmosphere in an airtight quartz tube was performed at room temperature. The apparatus used was a Bruker ESP 300 EPR spectrometer, and the tube used was a Taperlock EPR sample tube obtained from Wilmad Glass Company, Buena, NJ.

조사가 중합체 중에 자유 라디칼을 생성시키는 방법이므로, 조사되지 않은 샘플은 그 내부에 어떠한 자유 라디칼도 갖지 않는다. 조사시에, 적합한 조건하에서는 수 년 동안 지속될 수 있는 자유 라디칼이 생성된다.Since irradiation is a method of generating free radicals in the polymer, the unirradiated sample does not have any free radicals therein. Upon irradiation, free radicals are produced that can last for years under suitable conditions.

EPR 결과는, 용융 조사된 샘플이 조사 직후 EPR을 사용하여 연구하는 경우에 어떠한 자유 라디칼도 나타나지 않는 반면, 질소 분위기 하 실온에서 조사시킨 샘플은 실온에서 심지어 266일 동안 저장한 후에도 트랜스-비닐렌 자유 라디칼을 형성시켰음을 나타낸다. 용융 조사된 UHMWPE 샘플내에 자유 라디칼이 존재하지 않는다는 것은 더 이상의 산화로 인한 분해가 불가능하다는 것을 의미한다.The EPR results show that when the melt irradiated sample is studied using EPR immediately after irradiation, no free radicals appear, while the sample irradiated at room temperature under nitrogen atmosphere is trans-vinylene free even after storage at room temperature for 266 days. Indicates that a radical was formed. The absence of free radicals in the melt irradiated UHMWPE sample means that no further oxidation is possible.

(I) 마모 (I) wear

이축 핀-온-디스크(bi-axial pin-on-disk) 마모 시험기를 사용하여 샘플의 내마모성을 측정하였다. 마모 시험은 Co-Cr 합금 디스크에 대한 UHMWPE 핀(직경=9mm; 높이=13mm)의 마찰 작용을 포함한다. 이들 시험을 총 2,000,000사이클로 수행하였다. 조사되지 않은 핀은 8mg/백만-사이클의 마모율을 나타내는 반면, 조사된 핀은 0.5mg/백만-사이클의 마모율을 나타냈다. 결과는, 용융 조사된 UHMWPE가 비조사된 대조군보다 훨씬 우수한 내마모성을 지녔음을 나타낸다.The wear resistance of the samples was measured using a bi-axial pin-on-disk wear tester. The abrasion test involves the frictional action of UHMWPE pins (diameter = 9 mm; height = 13 mm) against Co-Cr alloy discs. These tests were performed in total 2,000,000 cycles. Unirradiated pins exhibited a wear rate of 8 mg / million-cycle, while irradiated pins exhibited a wear rate of 0.5 mg / million-cycle. The results indicate that melt irradiated UHMWPE had much better wear resistance than unirradiated controls.

실시예 3 : 용융 조사된(MIR) UHMWPE로 제조된 통상의 관절 컵을 제조하는 방법 Example 3 Methods for Making Conventional Joint Cups Made of Melt Irradiated (MIR) UHMWPE

본 실시예는 용융된 UHMWPE로 제조된 통상의 관절 컵의 전자선 조사를 예시한다.This example illustrates electron beam irradiation of a conventional joint cup made of molten UHMWPE.

GUR 415 램 압출성형된 바 스톡으로 제조된 내부 직경이 26mm인 통상의 관절 컵(인디애나 워쏘에 소재하는 짐머, 인코포레이티드로부터 입수된 적응성이 높은 비살균된 UHMWPE 컵)을, 조절된 분위기 및 온도 조건하에 하부에 티타늄 컵 홀더를 가지며 상부에 스테인레스강 호일(0.001 인치 두께)을 갖는 기밀 챔버내에서 조사시켰다. 이러한 챔버내 분위기를 저산소 질소 기체(<0.5ppm 산소 기체)(뉴햄프셔 무레이 힐에 소재하는 AIRCO로부터 입수함)로 구성시켰다. 챔버내 압력은 약 1기압이었다. 온도 조절기 및 배리악을 사용하여 조절한 챔버의 하부에서 270W의 가열 맨틀을 사용하여 챔버를 가열하였다. 컵의 상부 표면에서의 온도가 약 1.5℃ 내지 2℃/분으로 상승하여 최종적으로 약 175℃의 정상상태 온도에 도달하도록 챔버를 가열하였다. 사용된 장치의 특수한 설계 및 샘플 컵의 두께로 인해, 컵의 정상상태 온도는 하부에서 200℃ 내지 상부에서 175℃ 사이에서 변화되었다. 조사를 개시하기 전 30분 동안 이 온도에서 컵을 유지시켰다.A conventional articulated cup (26 mm inner diameter manufactured from GUR 415 ram extruded bar stock (Adaptive, non-sterile UHMWPE cup obtained from Zimmer, Inc., Washo, IN) was controlled in a controlled atmosphere and Under temperature conditions were irradiated in an airtight chamber with a titanium cup holder at the bottom and a stainless steel foil (0.001 inch thick) at the top. The atmosphere in this chamber was composed of low oxygen nitrogen gas (<0.5 ppm oxygen gas) (obtained from AIRCO, Murray Hill, New Hampshire). The pressure in the chamber was about 1 atmosphere. The chamber was heated using a 270 W heating mantle at the bottom of the chamber controlled using a thermostat and variac. The chamber was heated so that the temperature at the top surface of the cup rose to about 1.5 ° C. to 2 ° C./min and finally reached a steady state temperature of about 175 ° C. Due to the special design of the apparatus used and the thickness of the sample cups, the steady state temperature of the cups varied between 200 ° C. at the bottom and 175 ° C. at the top. The cup was held at this temperature for 30 minutes before starting the irradiation.

전자 에너지가 2.5MeV이고 조사율이 1.67MRad/분인 반데 그라프 발생기를 사용하여 조사를 수행하였다. 전자선은 상부에서 박막 호일을 통해 챔버로 유입되어, 컵의 오목한 표면에 부딪쳤다. 컵에 의해 수용된 조사량은, 20Mrad의 최대 조사량이 전자에 의해 부딪치는 컵의 표면 약 5mm 아래에서 수용된 것이었다. 조사 후에, 질소 기체를 충전시킨 챔버내에서 계속적으로 유지시키면서 가열을 중지시키고 컵을 실온(약 25℃)으로 냉각시켰다. 냉각율은 약 0.5℃/분이었다. 챔버와 샘플의 온도가 실온에 도달한 후, 챔버로부터 샘플을 제거하였다.Irradiation was carried out using a Vandegraph generator with an electron energy of 2.5 MeV and an irradiation rate of 1.67 MRad / min. The electron beam entered the chamber through the thin film foil at the top and hit the concave surface of the cup. The dose received by the cup was that a maximum dose of 20 Mrad was received about 5 mm below the surface of the cup hit by the electrons. After irradiation, heating was stopped and the cup was cooled to room temperature (about 25 ° C.) while continuously maintained in a chamber filled with nitrogen gas. The cooling rate was about 0.5 ° C./min. After the temperature of the chamber and the sample reached room temperature, the sample was removed from the chamber.

(용융 조사 후 결정도의 감소를 수반하는 밀도의 감소로 인해) 용적을 증가시키는 상기 조사된 컵은 적합한 치수로 다시 기계가공될 수 있다.The irradiated cups that increase in volume (due to a decrease in density with a decrease in crystallinity after melt irradiation) can be machined back to suitable dimensions.

실시예 4 : 용융 조사된(MIR) UHMWPE 관절 컵에 대한 상이한 깊이에서의 팽창비 및 추출율(%) Example 4 Expansion Ratios and% Extraction at Different Depths for Melt Irradiated (MIR) UHMWPE Joint Cups

본 실시예는, 실시예 3으로부터 수득한 용융 조사된 관절 컵의 상이한 깊이에서의 팽창비 및 추출율(%)을 설명한다. 2mm×2mm×2mm 크기의 샘플을 컵의 축을 따라 다양한 깊이에서 컵으로부터 절단하였다. 그런 후, 이들 샘플을 24 시간 동안 150℃에서 데칼린중에 침지시켰다. 산화방지제(1%의 N-페닐-2-나프틸아민)를 데칼린에 첨가하여 샘플의 분해를 방지하였다. 실험하기 전, 24시간 동안 팽창시킨 후 및 팽창된 샘플을 진공 건조시킨 후의 샘플 중량을 측정하여, 팽창비 및 추출율(%)을 계산하였다. 결과는 하기 표 6에 기재되어 있다.This example describes the expansion ratio and percent extraction at different depths of the melt irradiated articulated cup obtained from Example 3. Samples of 2 mm × 2 mm × 2 mm size were cut from the cup at various depths along the axis of the cup. These samples were then immersed in decalin at 150 ° C. for 24 hours. An antioxidant (1% N-phenyl-2-naphthylamine) was added to the decalin to prevent degradation of the sample. Prior to the experiment, the sample weight was measured after inflating for 24 hours and after the expanded sample was vacuum dried to calculate the expansion ratio and percent extraction. The results are shown in Table 6 below.

[표 6]TABLE 6

용융 조사된 UHMWPE 관절 컵에 대한 상이한 깊이에서의 팽창비 및 추출율(%)Expansion ratio and percent extraction at different depths for melt irradiated UHMWPE joint cups

상기 결과는, 컵내 UHMWPE가, 용융 조사 방법으로 인해 어떠한 중합체 사슬도 24시간 동안 고온의 데칼린중에 용해되지 않는 정도로 12mm의 깊이로 가교되었음을 나타낸다.The results indicate that UHMWPE in the cup was crosslinked to a depth of 12 mm to the extent that no polymer chains were dissolved in hot decalin for 24 hours due to the melt irradiation method.

실시예 5 : 용융 조사된(MIR) UHMWPE 관절 컵에 대한 상이한 깊이에서의 결정도 및 용융점 Example 5 Crystallinity and Melting Point at Different Depths for Melt Irradiated (MIR) UHMWPE Joint Cups

본 실시예는, 실시예 3으로부터 수득한 용융 조사된 컵의 상이한 깊이에서의 결정도 및 용융점을 예시한다.This example illustrates the crystallinity and melting point at different depths of the melt irradiated cups obtained from Example 3.

컵의 축을 따라 상이한 깊이에서 컵으로부터 샘플을 취하였다. 결정도는 결정상 중합체의 분율이다. 샘플의 중량(w(g)), 용융시에 샘플에 의해 흡수된 열[E(cal), 10℃/분에서 시차 주사 열량계를 사용하여 실험적으로 측정됨] 및 100% 결정상태에서 폴리에틸렌의 용융열(ΔH°=69.2cal/g)을 측정하고, 하기 식을 사용하여 결정도를 계산하였다:Samples were taken from the cups at different depths along the axis of the cup. Crystallinity is the fraction of crystalline polymer. Weight of sample (w (g)), heat absorbed by the sample upon melting (E (cal), measured experimentally using a differential scanning calorimeter at 10 ° C./min) and melting of polyethylene in 100% crystallization Heat (ΔH ° = 69.2 cal / g) was measured and crystallinity was calculated using the following formula:

용융점은 DSC 흡열 피크에 상응하는 온도이다. 결과는 도 7에 도시되어 있다.The melting point is the temperature corresponding to the DSC endothermic peak. The results are shown in FIG.

상기 결과는, 실시예 3으로부터 수득한 관절 컵내 용융 조사된 UHMWPE의 결정도 및 용융점이, 심지어 1cm의 깊이(컵의 두께는 1.2cm)까지는 통상의 UHMWPE에 상응하는 값보다 훨씬더 낮았음을 나타낸다.The results indicate that the crystallinity and melting point of the melt irradiated UHMWPE in the joint cups obtained from Example 3, even up to a depth of 1 cm (thickness of the cup is 1.2 cm), were much lower than the values corresponding to conventional UHMWPE. .

실시예 6 : 용융 조사된(MIR) UHMWPE 관절 컵을 제조하는 두 번째 방법 Example 6 Second Method for Making Melt Irradiated (MIR) UHMWPE Articulated Cups

본 실시예는 용융 조사된 UHMWPE로 제조된 관절 컵을 제조하는 방법을 예시한다.This example illustrates a method of making a joint cup made of melt irradiated UHMWPE.

통상의 램 압출성형된 UHMWPE 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트 레이크 플라스틱으로부터 입수한 GUR 415 바 스톡)을 높이가 4cm이고 직경이 5.2cm인 실린더 모양으로 기계가공하였다. 실린더의 한 원형면을 직경이 2.6cm인 정확한 반구형 홀을 포함하도록 기계가공하여, 홀과 실린더의 축을 일치시켰다. 이러한 견본을, 상부에 박막의 스테인레스강 호일(0.001인치 두께)을 구비한 기밀 챔버내에 넣었다. 반구형 홀이 호일과 마주보도록 상기 원통형 견본을 위치시켰다. 그런 후, 챔버를 뉴저지 무레이 힐에 소재하는 AIRCO로부터 입수한 저산소 질소 기체(< 0.5ppm 산소 기체) 분위기로 플러싱시키고 충전시켰다. 이와 같은 방식으로 충전시킨 다음, 챔버내 압력을 약 1기압으로 유지하면서 연속적인 질소 완속 흐름을 유지시켰다. 온도 조절기 및 배리악을 사용하여 조절한 챔버의 하부에서, 270W의 가열 맨틀을 사용하여 챔버를 가열시켰다. 원통형 견본의 상부 표면의 온도가 약 1.5℃ 내지 2℃/분의 가열율로 상승하여 최종적으로 약 175℃의 정상상태 온도에 점진적으로 도달하도록, 챔버를 가열하였다. 그런 후, 조사 개시전 30분 동안 상기 견본을 이 온도에 유지시켰다.A conventional ram extruded UHMWPE bar stock (GUR 415 bar stock obtained from Westlake Plastics, Lenny, Pennsylvania) was machined into a cylinder shape of 4 cm in height and 5.2 cm in diameter. One circular face of the cylinder was machined to contain an accurate hemispherical hole of 2.6 cm in diameter, coinciding the axis of the hole with the cylinder. This specimen was placed in an airtight chamber with a thin stainless steel foil (0.001 inch thick) on top. The cylindrical specimen was positioned so that the hemispherical hole faces the foil. The chamber was then flushed and filled with a low oxygen nitrogen gas (<0.5 ppm oxygen gas) atmosphere obtained from AIRCO, Murray Hill, NJ. After charging in this manner, a continuous nitrogen slow flow was maintained while maintaining the pressure in the chamber at about 1 atmosphere. At the bottom of the chamber controlled using a thermostat and variac, the chamber was heated using a 270 W heating mantle. The chamber was heated so that the temperature of the upper surface of the cylindrical specimen rose to a heating rate of about 1.5 ° C. to 2 ° C./min, eventually reaching a steady state temperature of about 175 ° C. The specimen was then kept at this temperature for 30 minutes prior to the start of irradiation.

전자 에너지가 2.5MeV이고 조사율이 1.67Mrad/분인 반 데 그라프 발생기를 사용하여 조사를 수행하였다. 전자선은 상부에서 박막 호일을 통해 챔버로 유입되어, 반구형 홀을 구비한 표면에 부딪쳤다. 견본에 의해 수용된 조사량은, 20Mrad의 최대 조사량이 전자에 의해 부딪치는 중합체의 표면 약 5mm 아래에서 수용된 것이었다. 조사 후에, 질소 기체가 충전된 챔버내에서 계속적으로 유지시키면서 가열을 중지시키고, 견본을 실온(약 25℃)으로 냉각시켰다. 냉각율은 약 0.5℃/분이었다. 챔버와 샘플의 온도가 실온에 도달한 후 챔버로부터 샘플을 제거하였다.Irradiation was performed using a Van de Graf generator with an electron energy of 2.5 MeV and an irradiation rate of 1.67 Mrad / min. The electron beam entered the chamber through the thin film foil at the top and hit the surface with the hemispherical hole. The dose received by the sample was that a maximum dose of 20 Mrad was received about 5 mm below the surface of the polymer hit by the electrons. After irradiation, heating was stopped while continuing to be maintained in a chamber filled with nitrogen gas and the specimen was cooled to room temperature (about 25 ° C.). The cooling rate was about 0.5 ° C./min. The sample was removed from the chamber after the temperature of the chamber and sample reached room temperature.

그런 후, 이러한 원통형 견본을, 인디애나 워쏘에 소재하는 짐머, 인코포레이티드로부터 제조된 내부 직경이 26mm인 고적응성 UHMWPE로 제조된 관절 컵의 치수를 갖는 관절 컵으로 기계가공하여, 반구형 홀의 요면을 관절 표면으로 다시 기계가공하였다. 이러한 방법은 용융 조사 동안에 비교적 큰 치수 변화를 허용할 수 있다.The cylindrical specimen was then machined into a joint cup with the dimensions of a joint cup made of highly adaptable UHMWPE with an inner diameter of 26 mm manufactured from Zimmer, Inc., Washo, Indiana, to provide the concave surface of the hemispherical hole. It was machined back into the joint surface. This method may allow for relatively large dimensional changes during melt irradiation.

실시예 7 : UHMWPE 퍽의 전자선 조사 Example 7 Irradiation of UHMWPE Puck

본 실시예는 UHMWPE 퍽의 전자선 조사가 불균일한 흡수 조사량 프로파일을 제공함을 예시한다.This example illustrates that electron beam irradiation of the UHMWPE puck provides a non-uniform absorbed dose profile.

통상의 UHMWPE 램 압출성형된 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수한 호에스크트 셀라니즈 GUR 415 바 스톡)을 사용하였다. 바 스톡용으로 사용된 GUR 415 수지는 분자량이 5,000,000g/mol이었으며, 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하고 있었다. 바 스톡을 "하키 퍽(hockey puck)" 모양의 실런더(높이 4cm, 직경 8.5cm)로 절단하였다.A conventional UHMWPE ram extruded bar stock (Hosk Celanes GUR 415 bar stock, obtained from Westlake Plastics, Lenny, Pennsylvania) was used. The GUR 415 resin used for the bar stock had a molecular weight of 5,000,000 g / mol and contained 500 ppm calcium stearate. The bar stock was cut into cylinders shaped "hockey puck" (height 4 cm, diameter 8.5 cm).

주사 폭이 30cm이고 컨베이어 속도가 0.08cm/초인 10MeV 및 1kW에서 작동되는 선형 전자선 가속기(캐나다 마니토바 파나와에 소재하는 AECL로부터 입수됨)로 퍽의 원형 하부 중 하나에 전자선을 투사시켜, 퍽을 실온에서 조사시켰다. 캐스케이드(cascade) 효과로 인해, 전자선 조사는 불균일 흡수 조사량 프로파일을 형성하였다. 표 7에는, 10MeV의 전자선으로 조사시킨 폴리에틸렌 견본의 다양한 깊이에서 계산된 흡수 조사량이 기재되어 있다. 흡수 조사량은 상부 표면(전자선이 입사된 표면)에서 측정된 값이었다.The linear beam accelerator (obtained from AECL, Manitoba, Canada), operated at 10 MeV and 1 kW with a scanning width of 30 cm and a conveyor speed of 0.08 cm / sec, projects an electron beam into one of the circular bottoms of the puck to keep the puck at room temperature. Investigated. Due to the cascade effect, electron beam irradiation formed a non-uniform absorbed dose profile. Table 7 lists the absorbed doses calculated at various depths of polyethylene specimens irradiated with an electron beam of 10 MeV. The absorption dose was the value measured at the upper surface (surface on which the electron beam was incident).

[표 7]TABLE 7

폴리에틸렌에서 깊이의 함수로서 표시되는 흡수 조사량의 변화Change in absorbed dose expressed as a function of depth in polyethylene

실시예 8 : 냉각 조사 및 후속 용융(CIR-SM)을 사용하여 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 8 Method for Making UHMWPE Using Cold Irradiation and Subsequent Melting (CIR-SM)

본 실시예는, UHMWPE를 냉각 조사시킨 후 용융시킴으로써, 가교된 구조를 가지면서 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 제공한다.This example provides a method for producing UHMWPE having a crosslinked structure and virtually no free radicals is detected by cooling and then melting the UHMWPE.

통상의 UHMWPE 램 압출성형된 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 호에스크트 셀라니즈 GUR 415 바 스톡)을 사용하였다. 바 스톡용으로 사용된 GUR 415 수지는 분자량이 5,000,000g/mol이었으며, 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하고 있었다. "하키 퍽" 모양의 실린더(높이 4cm, 직경 8.5cm)로 바 스톡을 절단하였다.A conventional UHMWPE ram extruded bar stock (Hosk Celanes GUR 415 bar stock, obtained from Westlake Plastics, Lenny, Pennsylvania) was used. The GUR 415 resin used for the bar stock had a molecular weight of 5,000,000 g / mol and contained 500 ppm calcium stearate. The bar stock was cut into a "hockey puck" shaped cylinder (height 4 cm, diameter 8.5 cm).

퍽을 실온에서, 상부 표면(전자선이 입사된 표면)상에서 측정된, 바 통과 당 2.5Mrad의 조사율에서 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 30 및 50Mrad의 전체 흡수 조사량으로 조사시켰다[캐나다 마니토바 피나와에 소재하는 AECL로부터 입수된 전자선 가속기 사용]. 퍽을 패키징시키지 않고, 공기중에서 조사시켰다. 조사시킨 후에, 퍽을 진공하 2시간 동안 150℃로 가열하여 중합체를 용융시켜서, 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않도록 자유 라디칼을 재결합시켰다. 그런 후, 퍽을 5℃/분의 냉각율로 실온으로 냉각시켰다.Total absorption dose of 2.5, 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 30, and 50 Mrad at an irradiation rate of 2.5 Mrad per bar pass, measured at room temperature, on the top surface (surface on which the electron beam was incident) at room temperature (Using an electron beam accelerator obtained from AECL, Manitoba, Canada). Irradiated in the air without packaging the puck. After irradiation, the puck was heated to 150 ° C. under vacuum for 2 hours to melt the polymer, thereby recombining free radicals such that virtually no free radicals were detected. The pucks were then cooled to room temperature at a cooling rate of 5 ° C./min.

문헌[참조: Jahan et al., J. Biomedical Materials Research 25:1005 (1991)]에 기술된 바와 같이 전자 상자성 공명에 의해 잔류하는 자유 라디칼을 측정하였다.Free radicals remaining by electron paramagnetic resonance were measured as described in Jahan et al., J. Biomedical Materials Research 25: 1005 (1991).

실시예 9 : 가온 조사 및 후속 용융 (WIR-SM)을 사용하여 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 9 Method for Making UHMWPE Using Warm Irradiation and Subsequent Melting (WIR-SM)

본 실시예는, 용융점 미만의 온도로 가열시킨 UHMWPE를 조사시켜 후속적으로 UHMWPE를 용융시킴으로써, 가교된 구조를 가지면서 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 예시한다.This example illustrates a method of preparing a UHMWPE having a crosslinked structure and virtually free of free radicals, by irradiating UHMWPE heated to a temperature below the melting point and subsequently melting the UHMWPE.

통상의 UHMWPE 램 압출성형된 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 호에스크트 셀라니즈 GUR 415 바 스톡)을 사용하였다. 바 스톡용으로 사용된 GUR 415 수지는 분자량이 5,000,000g/mol이었으며, 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하고 있었다. 바 스톡을 "하키 퍽" 모양의 실린더(높이 4cm, 직경 8.5cm)로 절단하였다.A conventional UHMWPE ram extruded bar stock (Hosk Celanes GUR 415 bar stock, obtained from Westlake Plastics, Lenny, Pennsylvania) was used. The GUR 415 resin used for the bar stock had a molecular weight of 5,000,000 g / mol and contained 500 ppm calcium stearate. Bar stock was cut into cylinders of "hockey puck" shape (height 4 cm, diameter 8.5 cm).

퍽을 오븐중의 공기에서 100℃로 가열하였다. 그런 후, 가열시킨 퍽에, 주사 폭이 30cm이고 컨베이어 속도가 0.08cm/초인 통과 당 2.5Mrad의 조사율에서 20Mrad의 전체 조사량으로 전자선(뉴저지 크랜베리에 소재하는 E-빔 서비스)을 조사시켰다. 조사시킨 후, 퍽을 진공하 2시간 동안 150℃로 가열하여, 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않도록 자유 라디칼을 재결합시켰다. 그런 후, 퍽을 5℃/분의 냉각율로 실온으로 냉각시켰다.The puck was heated to 100 ° C. in air in an oven. The heated puck was then irradiated with an electron beam (E-beam service, Cranberry, NJ) at a total dose of 20 Mrad at an irradiation rate of 2.5 Mrad per pass with a scan width of 30 cm and a conveyor speed of 0.08 cm / sec. After irradiation, the puck was heated to 150 ° C. under vacuum for 2 hours to recombine free radicals such that virtually no free radicals were detected. The pucks were then cooled to room temperature at a cooling rate of 5 ° C./min.

실시예 10 : 가온 조사 및 단열 용융(WIR-AM)을 사용하여 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 10 Method for Producing UHMWPE Using Warm Irradiation and Adiabatic Melting (WIR-AM)

본 실시예는, 용융점 미만의 온도로 가열시킨 UHMWPE를 조사시켜 UHMWPE의 단열 용융을 발생시킴으로써, 가교된 구조를 가지면서 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 예시한다.This example illustrates a method of producing a UHMWPE having a crosslinked structure and virtually free of free radicals, by irradiating UHMWPE heated to a temperature below the melting point to generate adiabatic melting of the UHMWPE.

통상의 UHMWPE 램 압출성형된 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 호에스크트 셀라니즈 GUR 415 바 스톡)을 사용하였다. 바 스톡용으로 사용된 GUR 415 수지는 분자량이 5,000,000g/mol이었으며, 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하고 있었다. 바 스톡을 "하키 퍽" 모양의 실린더(높이 4cm, 직경 8.5cm)로 절단하였다.A conventional UHMWPE ram extruded bar stock (Hosk Celanes GUR 415 bar stock, obtained from Westlake Plastics, Lenny, Pennsylvania) was used. The GUR 415 resin used for the bar stock had a molecular weight of 5,000,000 g / mol and contained 500 ppm calcium stearate. Bar stock was cut into cylinders of "hockey puck" shape (height 4 cm, diameter 8.5 cm).

두 개의 퍽을 유리섬유 주머니[펜실베니아 피츠버그에 소재하는 피셔 사이언티픽 컴패니(Fisher Scientific Co.)로부터 입수함]에 패킹시켜, 후속 가공 단계에서의 열 손실을 최소화하였다. 먼저, 포장한 퍽을 120℃에서 유지된 공기 대류 오븐에서 밤새 가열하였다. 퍽을 오븐에서 꺼내자 마자, 이것을 10MeV 및 1kW에서 작동하는 선형 전자 가속기로부터 퍽의 원형 하부 중 하나에 입사되는 전자선 하에 위치시키고, 곧바로 각각 21 및 22.5Mrad의 전체 조사량으로 조사시켰다. 조사율은 2.7Mrad/분이었다. 따라서, 21Mrad에 대해서는 7.8분 동안 조사시켰고, 22.5Mrad에 대해서는 8.3분 조사시켰다. 조사시킨 다음, 퍽을 5℃/분의 냉각율로 실온으로 냉각시켰는데, 상기 온도에서 유리섬유 주머니를 제거하고 견본을 분석하였다.Two pucks were packed in fiberglass bags (obtained from Fisher Scientific Co., Pittsburgh, Pennsylvania) to minimize heat loss in subsequent processing steps. First, the packed puck was heated overnight in an air convection oven maintained at 120 ° C. As soon as the puck was taken out of the oven, it was placed under an electron beam incident on one of the circular bottoms of the puck from a linear electron accelerator operating at 10 MeV and 1 kW and immediately irradiated with a total dose of 21 and 22.5 Mrads, respectively. The irradiation rate was 2.7 Mrad / min. Therefore, 21 Mrad was irradiated for 7.8 minutes and 22.5 Mrad was irradiated for 8.3 minutes. After irradiation, the pucks were cooled to room temperature at a cooling rate of 5 ° C./min at which temperature the fiberglass bags were removed and the samples analyzed.

실시예 11 : GUR 415 UHMWPE 바 스톡 퍽과, CIR-SM 및 WIR-AM 처리된 바 스톡 퍽의 특성의 비교 Example 11 Comparison of Properties of GUR 415 UHMWPE Bar Stock Puck with CIR-SM and WIR-AM Treated Bar Stock Puck

본 실시예는, 실시예 8 및 10으로부터 수득한 UHMWPE 바 스톡 GUR 415의 조사된 샘플과 비조사된 샘플의 다양한 특성을 예시한다. 시험된 샘플은 (i) 실온에서 조사시킨 후, 폴리에틸렌 결정을 완전하게 용융시키기 위해 약 150℃로 가열시키고, 이어서 실온으로 냉각(CIR-SM)시킨 바 스톡으로부터의 시험 샘플(퍽), (ii) 섬유 유리 주머니에서 120℃로 가열시켜 퍽으로부터의 열 손실을 최소화시킨 후 곧바로 조사시켜서, 폴리에틸렌 결정을 단열 용융시킨(WIR-AM) 바 스톡으로부터의 시험 샘플(퍽), 및 (iii) (어떠한 가열/용융, 및 조사도 실시하지 않은) 대조군 바 스톡이었다.This example illustrates various properties of the irradiated and unirradiated samples of UHMWPE bar stock GUR 415 obtained from Examples 8 and 10. The tested samples were (i) tested at room temperature, then heated to about 150 ° C. to completely melt the polyethylene crystals, and then cooled to room temperature (CIR-SM) as test samples from the stock (puck), (ii ) A test sample (puck) from bar stock heat-melted polyethylene crystals (WIR-AM) by heating to 120 ° C. in a fiber glass bag to minimize heat loss from the puck and then irradiating immediately, and (iii) (any Control bar stock without heating / melting and irradiation).

A. 푸리에 변환 적외선 분광학(FTIR) A. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR)

실시예 8 및 10으로부터 수득한 샘플의 가느다란 부분상에서 바이오래드(BioRad) UMA 500 적외선 현미경을 사용하여, 샘플의 적외선(IR) 분광학을 수행하였다. 슬레지 마이크로톰(sledge microtome)을 사용하여 상기 가느다란 부분(50㎛)을 제조하였다. 구멍 크기가 10×50㎛2인 퍽의 조사 표면 아래 20㎛, 100㎛, 및 3mm에서 각각 IR 스펙트럼을 수집하였다. 약 1740 내지 1700cm-1에서 관찰한 피크는 산소 함유기와 연관되어 있었다. 따라서, 상응하는 기준선을 뺀 후에, 1740cm-1에서 카르보닐 피크 아래의 면적 대 1460cm-1에서 메틸렌 피크 아래의 면적 비가 산화도의 척도이다. 하기 표 8 및 9는, 실시예 8 및 10에 기술된 견본에 대한 산화도를 요약한 것이다.Infrared (IR) spectroscopy of the samples was performed using a BioRad UMA 500 infrared microscope on the thin portions of the samples obtained from Examples 8 and 10. The slender portion (50 μm) was prepared using a sledge microtome. IR spectra were collected at 20 μm, 100 μm, and 3 mm below the irradiation surface of the puck with a pore size of 10 × 50 μm 2 , respectively. The peak observed at about 1740-1700 cm −1 was associated with the oxygen containing group. Thus, the after subtracting the corresponding baselines, carbonyl area ratio is a measure of the degree of oxidation of the peak area under the methylene peak at 1460cm -1 under at 1740cm -1. Tables 8 and 9 below summarize the degrees of oxidation for the samples described in Examples 8 and 10.

이들 데이터는 가교시킨 후 약 100㎛ 두께의 박층 내에서 약간의 산화가 발생하였음을 나타낸다. 이 층을 기계가공하는 경우에, 최종 생성물은 비조사된 대조군과 같은 산화 수준을 가질 것이다.These data indicate that some oxidation occurred in the thin layer about 100 μm thick after crosslinking. In the case of machining this layer, the final product will have the same oxidation level as the unirradiated control.

[표 8]TABLE 8

실시예 8(CIR-SM)(진공중에서 조사후 용융)로부터의 견본의 산화도Oxidation degree of specimen from Example 8 (CIR-SM) (melting after irradiation in vacuum)

[표 9]TABLE 9

실시예 10(WIR-AM)으로부터의 견본의 산화도Oxidation degree of specimen from Example 10 (WIR-AM)

B. 시차 주사 열량측정법(DSC) B. Differential Scanning Calorimetry (DSC)

빙수 히트 싱크를 구비하며, 연속적인 질소 세정과 함께 10℃/분의 가열율 및 냉각율에서 퍼킨-엘머 DSC 7을 사용하였다. 실시예 8 및 10으로부터 수득한 견본의 결정도는, 제 1 가열 사이클 동안 측정된 폴리에틸렌 결정의 용융열 및 샘플 중량으로부터 계산하였다. 결정도(%)는 하기 식으로부터 얻어진다:Perkin-Elmer DSC 7 was used with an ice water heat sink and at a heating rate and cooling rate of 10 ° C./min with continuous nitrogen wash. The crystallinity of the samples obtained from Examples 8 and 10 was calculated from the heat of fusion and sample weight of the polyethylene crystals measured during the first heating cycle. Crystallinity (%) is obtained from the following formula:

상기 식에서, E 및 w는 각각 시험된 견본의 용융열(J 또는 cal) 및 중량(그램(g))이며, ΔH°는 J/g으로 표시된 100% 결정성 폴리에틸렌의 용융열(291J/g 또는 69.2cal/g)이다. 흡열 피크에 상응하는 온도를 용융점으로 취하였다. 다수의 흡열 피크가 존재하는 일부 경우에, 이들 흡열 피크에 상응하는 다수의 용융점을 기록하였다. 실시예 8 및 10에 기술된 견본에 대한 결정도 및 용융점은 하기 표 10 및 11에 기록되어 있다.Where E and w are the heat of fusion (J or cal) and the weight in grams (g), respectively, of the tested specimens, and ΔH ° is the heat of fusion of 299% crystalline polyethylene expressed in J / g (291 J / g or 69.2 cal / g). The temperature corresponding to the endothermic peak was taken as the melting point. In some cases where there are multiple endothermic peaks, multiple melting points corresponding to these endothermic peaks were recorded. The crystallinity and melting point for the samples described in Examples 8 and 10 are reported in Tables 10 and 11 below.

[표 10]TABLE 10

실시예 8(CIR-SM)의 견본에 대한 10℃/분의 가열율에서의 DSCDSC at a heating rate of 10 ° C./min for the samples of Example 8 (CIR-SM)

[표 11]TABLE 11

실시예 10(WIR-AM)의 견본에 대한 10℃/분의 가열율에서의 DSCDSC at a heating rate of 10 ° C./min for the sample of Example 10 (WIR-AM)

상기 데이터는, 결정도가 20Mrad의 흡수된 조사량까지는 현저하게 변화되지 않음을 나타낸다. 따라서, 가교된 물질의 탄성 특성은 가교시에 사실상 변화되지 않은 상태로 남아있어야 한다. 한편, 높은 조사량으로 결정도를 변화시킴으로써 탄성 특성을 조절할 수 있다. 상기 데이터는 또한, WIR-AM 처리된 물질이 세 개의 용융 피크를 나타내었음을 보여준다.The data indicate that crystallinity does not change significantly up to the absorbed dose of 20 Mrad. Therefore, the elastic properties of the crosslinked material must remain virtually unchanged upon crosslinking. On the other hand, the elastic properties can be adjusted by changing the crystallinity with a high dose. The data also shows that the WIR-AM treated material showed three melting peaks.

C. 마모율에 대한 핀-온-디스크 실험 C. Pin-on-Disk Experiment on Wear Rate

고도로 연마된 Co-Cr 디스크에 대한 핀의 연마 작용으로 중합체 핀을 시험하기 위해, 2Hz의 주파수에서 이축 핀-온-디스크 시험기 상에서 핀-온-디스크(POD) 실험을 수행하였다. 원통형 모양의 핀(높이 13mm, 직경 9mm)을 제조하기 전에, 퍽의 표면으로부터 1mm를 기계가공하여, 조사 동안 및 가공 전후에 산화된 외부층을 제거하였다. 그런 후, 핀을 퍽의 코어로부터 기계가공하고 POD상에서 시험하여, 전자선 입사 표면이 Co-Cr 디스크와 마주보도록 하였다. 우혈청중에서 전체 2,000,000사이클까지 마모 시험을 수행하였다. 매 500,000 사이클마다 핀의 중량을 측정하고 실시예 8 및 10으로부터 수득한 견본에 대한 중량 손실의 평균값(마모율)을 하기 표 12 및 13에 각각 기록하였다.In order to test the polymer pins with the polishing action of the pins against the highly polished Co-Cr discs, pin-on-disk (POD) experiments were carried out on a biaxial pin-on-disk tester at a frequency of 2 Hz. Prior to manufacturing the cylindrical shaped pins (height 13 mm, diameter 9 mm), 1 mm was machined from the surface of the puck to remove the oxidized outer layer during irradiation and before and after processing. The pins were then machined from the core of the puck and tested on a POD, with the electron beam incident surface facing the Co-Cr disk. Abrasion tests were performed up to 2,000,000 cycles in bovine serum. The weight of the pin was measured every 500,000 cycles and the average value (wear rate) of the weight loss for the specimens obtained from Examples 8 and 10 are reported in Tables 12 and 13, respectively.

[표 12]TABLE 12

실시예 8(CIR-SM)의 견본에 대한 POD 마모율POD wear rate for the sample of Example 8 (CIR-SM)

[표 13]TABLE 13

실시예 10(WIR-AM)의 견본에 대한 POD 마모율POD wear rate for the sample of Example 10 (WIR-AM)

상기 결과는, 가교된 UHMWPE가 비조사된 대조군보다 훨씬 더 우수한 내마모성을 지녔음을 나타낸다.The results indicate that the crosslinked UHMWPE had much better wear resistance than the unirradiated control.

D. 겔 함유율 및 팽창비 D. Gel Content and Expansion Ratio

샘플을 2×2×2mm3 크기의 입방체로 절단하고, 이것을 24 시간 동안 130℃의 크실렌중에 침지시켰다. 산화방지제(1%의 N-페닐-2-나프틸아민)를 상기 크실렌에 첨가하여, 샘플의 분해를 방지하였다. 실험전, 24시간 동안 팽창시킨 후, 및 팽창된 샘플을 진공 건조시킨 후에 샘플 중량을 측정하여, 팽창비 및 겔 함유율을 계산하였다. 실시예 8 및 10으로부터 수득한 견본에 대한 결과가 하기 표 14 및 15에 기재되어 있다.Samples were cut into 2 × 2 × 2 mm 3 size cubes, which were immersed in xylene at 130 ° C. for 24 hours. An antioxidant (1% N-phenyl-2-naphthylamine) was added to the xylene to prevent degradation of the sample. Sample weights were measured before inflation, after inflation for 24 hours, and after the expanded sample was vacuum dried to calculate the expansion ratio and gel content. The results for the samples obtained from Examples 8 and 10 are shown in Tables 14 and 15 below.

[표 14]TABLE 14

실시예 8(CIR-SM)의 견본에 대한 겔 함유율 및 팽창비Gel Content and Expansion Ratio for Specimen of Example 8 (CIR-SM)

[표 15]TABLE 15

실시예 10(WIR-AM)의 견본에 대한 겔 함유율 및 팽창비Gel content and expansion ratio for the sample of Example 10 (WIR-AM)

상기 결과는, 가교 밀도의 증가를 나타내는 흡수 조사량의 증가에 따라서 팽창비가 감소됨을 나타낸다. 증가된 겔 함유율은 가교된 구조의 형성을 나타낸다.The results indicate that the expansion ratio decreases with an increase in the absorption dose indicating an increase in the crosslinking density. Increased gel content indicates the formation of crosslinked structures.

실시예 12 : 후속 용융이 존재 및 부재하는 냉각 조사(CIR-SM)에 의해 제조된 UHMWPE에 대한 자유 라디칼 농도 Example 12 Free Radical Concentration for UHMWPE Prepared by Cold Irradiation (CIR-SM) with and Without Subsequent Melt

본 실시예는, 자유 라디칼 농도에 대한 UHMWPE의 냉각 조사에 후속하는 용융 효과를 예시한다. 전자 상자성 공명(EPR)을 기밀 석영관내 질소 분위기중에 위치시킨 후의 샘플에 대해 실온에서 수행하였다. 사용된 장치는 브루커(Bruker) ESP 300 EPR 분광계였으며, 사용된 관[뉴저지 부에나에 소재하는 윌매드 글래스 컴패니(Wilmad Glass Company)로부터 입수된]은 테이퍼록 EPR 샘플관이었다.This example illustrates the melting effect following the cold irradiation of UHMWPE on free radical concentration. Electron paramagnetic resonance (EPR) was performed at room temperature on samples after being placed in a nitrogen atmosphere in hermetic quartz tubes. The apparatus used was a Bruker ESP 300 EPR spectrometer, and the tube used (obtained from the Wilmad Glass Company, Buena, NJ) was a taperlock EPR sample tube.

비조사된 샘플은, 샘플내에 어떠한 검출가능한 자유 라디칼도 갖지 않았다. 조사 과정 동안, 적합한 조건하에서 적어도 수년 동안 지속될 수 있는 자유 라디칼이 형성되었다.The unirradiated sample did not have any detectable free radicals in the sample. During the course of the investigation, free radicals were formed that could last for at least several years under suitable conditions.

EPR 기술을 사용하여 시험한 경우, 냉각 조사된 UHMWPE 견본은 강한 자유 라디칼 신호를 나타냈다. 용융 사이클 후에 동일한 샘플을 EPR로 검출하였을 때, EPR 신호가 검출불가능한 수준까지 감소된 것으로 확인되었다. 냉각 조사되고 후속하여 용융된(재결정화된) UHMWPE 중에 자유 라디칼이 존재하지 않는다는 것은, 어떠한 추가의 산화성 분해도 트랩핑된 라디칼 상으로의 공격을 통해 발생될 수 없음을 의미한다.When tested using EPR technology, cold irradiated UHMWPE specimens showed strong free radical signals. When the same sample was detected by EPR after the melting cycle, it was found that the EPR signal was reduced to an undetectable level. The absence of free radicals in cold irradiated and subsequently molten (recrystallized) UHMWPE means that no further oxidative degradation can occur through attack on the trapped radicals.

실시예 13 : 냉각 조사 및 후속 용융(CIR-SM)에 의해 제조된 UHMWPE에 대한 상이한 깊이에서의 결정도 및 용융점 Example 13 : Crystallinity and Melting Point at Different Depths for UHMWPE Prepared by Cold Irradiation and Subsequent Melting (CIR-SM)

본 실시예는, 전체 조사량이 20Mrad인 실시예 8로부터 수득한 가교된 UHMWPE 견본의 상이한 깊이에서의 결정도 및 용융점을 제공한다. 가교된 견본으로부터 다양한 깊이에서 샘플을 취하였다. 실시예 10(B)에 기술된 바와 같이 퍼킨 엘머 시차 주사 열량계를 사용하여 결정도 및 용융점을 측정하였다. 결과는 하기 표 16에 기재되어 있다.This example provides the crystallinity and melting point at different depths of the crosslinked UHMWPE specimen obtained from Example 8 with a total dose of 20 Mrad. Samples were taken at various depths from the crosslinked specimens. Crystallinity and melting point were measured using a Perkin Elmer differential scanning calorimeter as described in Example 10 (B). The results are shown in Table 16 below.

[표 16]TABLE 16

20Mrad의 전체 조사량으로 조사한 실시예 8(CIR-SM)의 견본에 대한, 10℃/분의 가열율에서의 DSCDSC at a heating rate of 10 ° C./min, for a sample of Example 8 (CIR-SM) irradiated with a total dose of 20 Mrad

상기 결과는, 결정도가 표면으로부터의 깊이에 따라 변화되었음을 나타낸다. 16mm에서의 갑작스런 강하는 캐스케이드 효과 때문이다. 흡수된 조사량에서의 피크는 16mm 근방에 위치하며, 여기에서 조사량 수준은 27Mrad로 높았다.The results indicate that the crystallinity changed with depth from the surface. The sudden drop at 16mm is due to the cascade effect. The peak at the absorbed dose was located near 16 mm, where the dose level was as high as 27 Mrad.

실시예 14 : 공기중에서의 용융 대 진공하에서 용융을 사용하여, CIR-SM에 의해 제조한 UHMWPE의 비교 Example 14 Comparison of UHMWPE Prepared by CIR-SM Using Melting in Air versus Melting in Vacuum

본 실시예는, CIR-SM에 의해 제조된 UHMWPE 퍽의 산화 수준이 공기중에서 용융시키거나 진공하에서 용융시키는 가에 상관없이 퍽의 표면 아래 3mm의 깊이에서는 비조사된 퍽과 같다는 것을 예시한다.This example illustrates that the oxidation level of the UHMWPE puck manufactured by CIR-SM is the same as the unirradiated puck at a depth of 3 mm below the surface of the puck, regardless of whether it melts in air or in vacuum.

통상의 UHMWPE 램 압출성형된 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수한 호에스크트 셀라니즈 GUR 415 바 스톡)을 사용하였다. 바 스톡용으로 사용된 GUR 415 수지는 분자량이 5,000,000g/mol이었으며, 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하고 있었다. 바 스톡을 "하키 퍽" 모양의 실런더(높이 4cm, 직경 8.5cm)로 절단하였다.A conventional UHMWPE ram extruded bar stock (Hosk Celanes GUR 415 bar stock, obtained from Westlake Plastics, Lenny, Pennsylvania) was used. The GUR 415 resin used for the bar stock had a molecular weight of 5,000,000 g / mol and contained 500 ppm calcium stearate. The bar stock was cut into a "hockey puck" shaped cylinder (height 4 cm, diameter 8.5 cm).

두 개의 퍽을, 실온에서 주사 폭이 30cm이고 컨베이어 속도가 0.07cm/초인 상부 표면(전자선이 입사된 면) 상에서 측정된, 바 통과 당 2.5Mrad의 조사율에서 17.5Mrad의 전체 흡수 조사량으로 조사시켰다 [캐나다 마니토바 파나와에 소재하는 AECL로부터 입수된 전자선 가속기 사용]. 퍽을 패키징시키지 않은 채로 공기중에서 조사시켰다. 조사시킨 후, 하나의 퍽은 진공하에서 2시간 동안 150℃로 가열시키고 나머지 하나의 퍽은 공기중에서 2시간 동안 150℃로 가열시켜, 어떠한 검출가능한 잔류 결정상 내용물 및 어떠한 검출가능한 자유 라디칼도 존재하지 않도록 하였다. 그런 후, 퍽을 5℃/분의 냉각율로 실온으로 냉각시켰다. 이어서, 실시예 11(A)에 기술된 바와 같이 퍽의 산화도를 분석하였다. 하기 표 11에는, 산화도에 대해 수득된 결과가 기재되어 있다.Two pucks were irradiated with a total absorbed dose of 17.5 Mrad at an irradiation rate of 2.5 Mrad per bar pass, measured on the top surface (surface where the electron beam was incident) with a scan width of 30 cm and a conveyor speed of 0.07 cm / sec at room temperature. [Using electron beam accelerators obtained from AECL, Manitoba, Canada, Canada]. Irradiated in air without packaging the puck. After irradiation, one puck is heated to 150 ° C. for 2 hours under vacuum and the other puck is heated to 150 ° C. for 2 hours in air so that no detectable residual crystalline content and no detectable free radicals are present. It was. The pucks were then cooled to room temperature at a cooling rate of 5 ° C./min. The degree of oxidation of the puck was then analyzed as described in Example 11 (A). In Table 11 below, the results obtained for the degree of oxidation are described.

[표 17]TABLE 17

공기중에서 용융시킨 견본 대 진공중에서 용융시킨 견본의 산화도Oxidation degree of samples melted in air versus samples melted in vacuum

상기 결과는, 자유 표면 아래 3mm 내에서 조사된 UHMWPE 견본에서의 산화 수준은 비조사된 대조군의 UHMWPE에서 관찰된 산화 수준으로 낮아졌음을 나타낸다. 이는 조사후 용융 분위기(공기 또는 진공)와 무관한 경우이다. 따라서, 조사된 퍽의 코어를 산화시키지 않으면서, 공기 대류 오븐중에서 조사후 용융을 수행할 수 있었다.The results indicate that the oxidation level in the UHMWPE specimens irradiated within 3 mm below the free surface was lowered to the oxidation level observed in UHMWPE of the unirradiated control. This is the case irrespective of the melting atmosphere (air or vacuum) after irradiation. Thus, after irradiation, melting could be carried out in an air convection oven without oxidizing the core of the irradiated puck.

실시예15 : 감마선 조사를 사용하여 냉각 조사 및 후속 용융(CIR-SM)에 의해 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 15 Method for Producing UHMWPE by Cooled Irradiation and Subsequent Melting (CIR-SM) Using Gamma Irradiation

본 실시예는, UHMWPE를 감마선 조사로 냉각 조사시킨 후 용융시킴으로써, 가교된 구조를 가지면서 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 예시한다.This example illustrates a method for producing UHMWPE having a crosslinked structure and virtually no free radicals is detected by cooling and irradiating UHMWPE with gamma irradiation.

통상의 UHMWPE 램 압출성형된 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수한 호에스크트 셀라니즈 GUR 415 바 스톡)을 사용하였다. 바 스톡용으로 사용된 GUR 415 수지는 분자량이 5,000,000g/mol이었으며, 500ppm의 스테아르산 칼슘을 함유하고 있었다. 바 스톡을 "하키 퍽" 모양의 실런더(높이 4cm, 직경 8.5cm)로 절단하였다.A conventional UHMWPE ram extruded bar stock (Hosk Celanes GUR 415 bar stock, obtained from Westlake Plastics, Lenny, Pennsylvania) was used. The GUR 415 resin used for the bar stock had a molecular weight of 5,000,000 g / mol and contained 500 ppm calcium stearate. The bar stock was cut into a "hockey puck" shaped cylinder (height 4 cm, diameter 8.5 cm).

퍽을 실온에서, 상부 표면(감마선이 입사된 면)[매사추세츠 노쓰보로에 소재하는 이소메딕스(Isomedix)] 상에서 측정된, 0.05Mrad/분의 조사율에서 4Mrad의 전체 흡수된 조사량으로 조사시켰다. 퍽을 패키징시키지 않은 채로 공기중에서 조사시켰다. 조사시킨 후, 퍽을 진공하에서 2시간 동안 150℃로 가열하여 중합체를 용융시킴으로써 자유 라디칼을 재결합시켜, 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않도록 하였다.The puck was irradiated with a total absorbed dose of 4 Mrad at an irradiation rate of 0.05 Mrad / min, measured at room temperature, on the top surface (the side where gamma rays entered) (Isomedix, Northboro, Mass.). Irradiated in air without packaging the puck. After irradiation, the puck was heated to 150 ° C. under vacuum for 2 hours to melt the polymer to recombine free radicals so that virtually no free radicals were detected.

실시예 16 : I. 후속하여 완전히 용융되는, 가온 조사 및 부분 단열 용융(WIR-AM)을 사용하여 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 16 I. Process for Making UHMWPE Using Warm Irradiation and Partial Adiabatic Melt (WIR-AM), Subsequently Completely Melt

본 실시예는, 용융점 미만의 온도로 가열된 UHMWPE를 조사시켜 UHMWPE의 단열 부분 용융을 발생시키고 후속적으로 UHMWPE를 용융시킴으로써, 가교된 구조를 가지며 시차 주사 열량계(DSC)에서 두 개의 개별 용융 흡열을 나타낼 뿐만 아니라 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 예시한다.This example produces a thermally insulative partial melting of the UHMWPE by irradiating a UHMWPE heated to a temperature below the melting point and subsequently melting the UHMWPE, thus having a cross-linked structure and allowing two individual melt endotherms in a differential scanning calorimeter (DSC). It illustrates a method of making a UHMWPE that is shown as well as virtually no free radicals detected.

GUR 4050 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 램 압출성형된 호에스크트 셀라니즈 GUR 4050 수지로부터 제조함)을 직경이 8.5cm이고 두께가 4cm인 하키 퍽으로 기계가공하였다. 25개의 퍽, 25개의 알루미늄 홀더, 및 25개의 20cm×20cm 크기의 유리섬유 담요를 공기 대류 오븐중에서 밤새 125℃로 예열시켰다. 예열된 퍽을, 조사 동안에 주위로의 열 손실을 최소화시키기 위해 예열된 유리섬유 담요로 덮혀진 예열된 알루미늄 홀더에 각각 위치시켰다. 그런 후, 퍽을, 공기중에서 주사 폭이 30cm인 10MeV, 1kW 전자선을 사용하여 조사시켰다[캐나다 마니토바 피나와에 소재하는 AECL사로부터 입수된 전자선 가속기 사용]. 컨베이어 속도는 통과 당 70kGy의 조사율을 제공하는 0.07cm/초이었다. 퍽을 전자선 하에서 2회 통과로 조사시켜서, 전체 흡수된 조사량이 140kGy가 되게 하였다. 두 번째 통과에 있어서, 퍽으로부터의 어떠한 열 손실도 없도록 하기 위해 퍽이 전자선 래스터 영역으로부터 빠져나오자 마자 컨베이어 벨트의 운동을 역행시켰다. 가온 조사 후, 15개의 퍽을 2시간 동안 150℃로 가열시켜, 결정을 완전히 용융시키고 자유 라디칼을 실질적으로 제거하였다.GUR 4050 bar stock (manufactured from ram extruded Hoeskist Celanese GUR 4050 resin obtained from Westlake Plastics, Rennie, Pennsylvania) was machined into a hockey puck 8.5 cm in diameter and 4 cm thick. 25 puck, 25 aluminum holders, and 25 20 cm x 20 cm fiberglass blankets were preheated to 125 ° C. overnight in an air convection oven. The preheated puck was each placed in a preheated aluminum holder covered with a preheated fiberglass blanket to minimize heat loss to the environment during irradiation. The puck was then irradiated in air using a 10 MeV, 1 kW electron beam having a scan width of 30 cm (using an electron beam accelerator obtained from AECL, Manitoba, Canada). The conveyor speed was 0.07 cm / sec, giving an irradiation rate of 70 kGy per pass. The puck was irradiated twice under an electron beam to bring the total absorbed dose to 140 kGy. In the second pass, the conveyor belt was reversed as soon as the puck exited the electron raster area so that there was no heat loss from the puck. After warm irradiation, 15 pucks were heated to 150 ° C. for 2 hours to completely melt the crystals and substantially remove free radicals.

A. 실시예 16에서 제조된 견본의 열 특성(DSC) A. Thermal Properties (DSC) of Samples Prepared in Example 16

빙수 히트 싱크를 구비하며, 연속적인 질소 세정과 함께 10℃/분의 냉각율에서 퍼킨-엘머 DSC 7을 사용하였다. 실시예 16으로부터 수득한 샘플의 결정도를, 샘플의 중량 및 폴리에틸렌 결정의 용융열(69.2cal/gm)로부터 계산하였다. 흡열 피크에 상응하는 온도를 용융점으로서 취하였다. 다수의 흡열 피크의 경우에, 다수의 용융점을 기록하였다.Perkin-Elmer DSC 7 was used at a cooling rate of 10 ° C./minute with an ice water heat sink and with continuous nitrogen cleaning. The crystallinity of the sample obtained from Example 16 was calculated from the weight of the sample and the heat of fusion of polyethylene crystals (69.2 cal / gm). The temperature corresponding to the endothermic peak was taken as the melting point. In the case of multiple endothermic peaks, multiple melting points were recorded.

표 18에는, 전자선 입사 표면으로부터의 깊이에 따른 중합체의 용융 거동 및 결정도에서 얻어진 변화가 나타나 있다. 도 8에는, 후속 용융 전후 둘 모두의 경우에 대해서 수득한 전자선 입사 표면 아래 2cm에서 수득한 대표적인 DSC 용융 흡열을 도시되어 있다.Table 18 shows the changes obtained in the melt behavior and crystallinity of the polymer with depth from the electron beam incident surface. 8 shows a representative DSC melt endotherm obtained at 2 cm below the electron beam incident surface obtained for both before and after subsequent melting.

[표 18]TABLE 18

WIR-AM GUR 4050 바 스톡, 전체 조사량=140kGy, 75kGy/통과WIR-AM GUR 4050 Bar Stock, Total Dose = 140kGy, 75kGy / Pass

이들 결과는, UHMWPE의 용융 거동이 WIR-AM 방법의 이러한 구체예에서 후속 용융 단계 후 현저하게 변화됨을 나타낸다. 후속 용융 전에, 중합체는 세 개의 용융 피크를 나타내며, 반면에 후속 용융 후에는 두 개의 용융 피크를 나타냈다.These results show that the melting behavior of UHMWPE is significantly changed after the subsequent melting step in this embodiment of the WIR-AM method. Prior to subsequent melting, the polymer showed three melting peaks, whereas after subsequent melting, two melting peaks.

B. 실시예 16에서 제조한 견본의 전자 상자성 공명(EPR) B. Electronic Paramagnetic Resonance (EPR) of Samples Prepared in Example 16

질소 분위기의 기밀 석영관에 샘플을 위치시킨 후, 실온에서 실시예 16으로부터 수득한 샘플상에서 EPR을 수행하였다. 사용된 장치는 브루커 ESP 300 EPR 분광계였고, 사용된 관은 테이퍼록 EPR 샘플관(뉴저지 부에나에 소재하는 윌매드 글래스 컴패니로부터 입수함)이었다.After placing the sample in a gas-tight quartz tube in a nitrogen atmosphere, EPR was performed on the sample obtained from Example 16 at room temperature. The apparatus used was a Bruker ESP 300 EPR spectrometer, and the tube used was a taperlock EPR sample tube (obtained from the Wilmad Glass Company, Buena, NJ).

비조사된 샘플은 내부에 어떠한 검출가능한 자유 라디칼도 갖지 않았다. 조사 과정 중에, 적합한 조건하에서 적어도 수년간 지속될 수 있는 자유 라디칼이 형성되었다.The unirradiated sample did not have any detectable free radicals inside. During the investigation, free radicals were formed that could last for at least several years under suitable conditions.

후속 용융 전에, EPR 결과는 페록시 및 일차 자유 라디칼 둘 모두로 구성된 복잡한 자유 라디칼 피크를 나타내었다. 후속 용융 후에, EPR 자유 라디칼 신호는 검출불가능한 수준으로 감소되었다. 이들 결과는, 조사 과정에 의해 야기된 자유 라디칼이 후속 용융 단계 후에 사실상 제거되었음을 나타내었다. 따라서, UHMWPE는 높은 내산화성을 나타내었다.Prior to subsequent melting, the EPR results showed a complex free radical peak consisting of both peroxy and primary free radicals. After subsequent melting, the EPR free radicals signal was reduced to undetectable levels. These results indicated that the free radicals caused by the irradiation process were virtually removed after the subsequent melting step. Thus, UHMWPE showed high oxidation resistance.

실시예 17 : II. 후속하여 완전히 용융되는, 가온 조사 및 부분 단열 용융(WIR-AM)을 사용하여 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 17: II. Method for Making UHMWPE Using Warm Irradiation and Partial Adiabatic Melting (WIR-AM), Subsequently Fully Melted

본 실시예는, 용융점 미만의 온도로 가열된 UHMWPE를 조사시켜 UHMWPE의 단열 부분 용융을 발생시키고 후속적으로 UHMWPE를 용융시킴으로써, 가교된 구조를 가지며 DSC에서 두 개의 개별 용융 흡열을 나타낼 뿐만 아니라 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 예시한다.This example, by irradiating UHMWPE heated to a temperature below the melting point to generate adiabatic partial melting of the UHMWPE and subsequently melting the UHMWPE, has a crosslinked structure and exhibits two individual melt endotherms in the DSC and is virtually free Illustrates a method of making UHMWPE in which no radicals are detected.

GUR 4020 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수한 램 압출성형된 호에스크트 셀라니즈 GUR 4020 수지로부터 제조함)을 직경이 8.5cm이고 두께가 4cm인 하키 퍽으로 기계가공하였다. 25개의 퍽, 25개의 알루미늄 홀더, 및 25개의 20cm×20cm 크기의 유리섬유 담요를 공기 대류 오븐중에서 밤새 125℃로 예열시켰다. 예열된 퍽을, 조사 동안에 주위로의 열 손실을 최소화 시키기 위해 예열된 유리섬유 담요로 덮혀진 예열된 알루미늄 홀더에 각각 위치시켰다. 그런 후, 퍽을, 공기중에서 주사 폭이 30cm인 10MeV, 1kW 전자선을 사용하여 조사시켰다[캐나다 마니토바 피나와에 소재하는 AECL사로부터 입수된 전자선 가속기 사용]. 컨베이어 속도는 통과 당 70kGy의 조사율을 제공하는 0.07cm/초이었다. 퍽을 전자선 하에서 2회 통과로 조사시켜서, 전체 흡수 조사량이 140kGy가 되게 하였다. 두 번째 통과에 대해서, 퍽으로부터의 어떠한 열 손실도 없도록 하기 위해, 퍽이 전자선 래스터 영역으로부터 빠져나오자 마자 컨베이어 벨트의 운동을 역행시켰다. 가온 조사시킨 후, 15개의 퍽을 2시간 동안 150℃로 가열하여 결정을 완전히 용융시키고 자유 라디칼을 사실상 제거하였다.GUR 4020 bar stock (made from ram extruded Hoeskist Celanese GUR 4020 resin obtained from Westlake Plastics, Rennie, Pennsylvania) was machined into a hockey puck 8.5 cm in diameter and 4 cm thick. 25 puck, 25 aluminum holders, and 25 20 cm x 20 cm fiberglass blankets were preheated to 125 ° C. overnight in an air convection oven. The preheated pucks were each placed in a preheated aluminum holder covered with a preheated fiberglass blanket to minimize heat loss to the surroundings during irradiation. The puck was then irradiated in air using a 10 MeV, 1 kW electron beam having a scan width of 30 cm (using an electron beam accelerator obtained from AECL, Manitoba, Canada). The conveyor speed was 0.07 cm / sec, giving an irradiation rate of 70 kGy per pass. The puck was irradiated twice under an electron beam to give a total absorbed dose of 140 kGy. For the second pass, to avoid any heat loss from the puck, the conveyor belt was reversed as soon as the puck exited the electron beam raster area. After warm irradiation, 15 pucks were heated to 150 ° C. for 2 hours to completely melt the crystals and virtually eliminate free radicals.

실시예 18 : III. 후속적으로 완전히 용융되는, 가온 조사 및 부분 단열 용융(WIR-AM)을 사용하여 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 18 : III. Method for Making UHMWPE Using Warm Irradiation and Partial Adiabatic Melting (WIR-AM), Subsequently Completely Melting

본 실시예는, 용융점 미만의 온도로 가열된 UHMWPE를 조사시켜 UHMWPE의 단열 부분 용융을 발생시키고 후속적으로 UHMWPE를 용융시킴으로써, 가교된 구조를 가지면서 DSC에서 두 개의 개별 용융 흡열을 나타낼 뿐만 아니라 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 예시한다.The present example not only exhibits two individual melt endotherms in the DSC while having a crosslinked structure by irradiating UHMWPE heated to a temperature below the melting point to generate adiabatic partial melting of the UHMWPE and subsequently melting the UHMWPE. Illustrates a method of making a UHMWPE in which no free radicals are detected.

GUR 1050 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 램 압출성형된 호에스크트 셀라니즈 GUR 1050 수지로부터 제조함)을 직경이 8.5cm이고 두께가 4cm인 하키 퍽으로 기계가공하였다. 18개의 퍽, 18개의 알루미늄 홀더, 및 18개의 20cm×20cm 크기의 유리섬유 담요를 공기 대류 오븐중에서 밤새 125℃, 90℃, 또는 70℃로 각각 예열시켰다. 각각의 상이한 예열 온도에 대하여 6개의 퍽을 사용하였다. 예열된 퍽을, 조사 동안에 주위로의 열 손실을 최소화시키기 위해 예열된 유리섬유 담요로 덮혀진 예열된 알루미늄 홀더에 각각 위치시켰다. 그런 후, 퍽을 공기중에서 주사 폭이 30cm인 10MeV 및 1kW 전자선을 사용하여 조사시켰다[캐나다 마니토바 피나와에 소재하는 AECL로부터 입수된 전자선 가속기 사용]. 컨베이어 속도는 통과 당 70kGy의 조사율을 제공하는 0.06cm/초이었다. 퍽을 전자선 하에서 2회 통과로 조사시켜, 전체 흡수된 조사량이 150kGy가 되게 하였다. 두 번째 통과에 대해서, 퍽으로부터의 어떠한 열 손실도 없도록 하기 위해 퍽을 전자선 래스터 영역으로부터 빠져나오자 마자 컨베이어 벨트의 운동을 역행시켰다. 가온 조사 후, 퍽의 절반을 2시간 동안 150℃로 가열하여, 결정을 완전히 용융시키고 자유 라디칼을 사실상 제거하였다.GUR 1050 bar stock (manufactured from ram extruded Hoeskist Celanese GUR 1050 resin obtained from Westlake Plastics, Rennie, Pennsylvania) was machined into a hockey puck 8.5 cm in diameter and 4 cm thick. 18 puck, 18 aluminum holders, and 18 20 cm x 20 cm glass fiber blankets were preheated to 125 ° C, 90 ° C, or 70 ° C, respectively, in an air convection oven overnight. Six pucks were used for each different preheat temperature. The preheated puck was each placed in a preheated aluminum holder covered with a preheated fiberglass blanket to minimize heat loss to the environment during irradiation. The puck was then irradiated in air using 10 MeV and 1 kW electron beams with a scan width of 30 cm (using electron beam accelerators obtained from AECL, Manitoba, Canada). The conveyor speed was 0.06 cm / sec, giving an irradiation rate of 70 kGy per pass. The puck was irradiated twice under an electron beam to give a total absorbed dose of 150 kGy. For the second pass, the conveyor belt's motion was reversed as soon as the puck exited the electron raster area so that there was no heat loss from the puck. After warm irradiation, half of the puck was heated to 150 ° C. for 2 hours to completely melt the crystals and virtually eliminate free radicals.

A. 실시예 18에서 제조한 견본의 열 특성 A. Thermal Properties of Samples Prepared in Example 18

빙수 히트 싱크를 구비하며, 연속적인 질소 세정과 함께 10℃/분의 냉각율에서 퍼킨-엘머 DSC 7을 사용하였다. 실시예 18으로부터 수득한 샘플의 결정도를 샘플의 중량 및 폴리에틸렌 결정의 용융열(69.2cal/gm)로부터 계산하였다. 흡열 피크에 상응하는 온도를 용융점으로서 취하였다. 다수의 흡열 피크의 경우에, 다수의 용융점을 기록하였다.Perkin-Elmer DSC 7 was used at a cooling rate of 10 ° C./minute with an ice water heat sink and with continuous nitrogen cleaning. The crystallinity of the sample obtained from Example 18 was calculated from the weight of the sample and the heat of fusion of polyethylene crystals (69.2 cal / gm). The temperature corresponding to the endothermic peak was taken as the melting point. In the case of multiple endothermic peaks, multiple melting points were recorded.

표 19에는, 중합체의 용융 거동 및 결정도에 대한 예열 온도의 효과가 기재되어 있다. 도 9에는, 후속 용융 전후 둘 모두의 경우에 대해 125℃의 예열 온도에서 WIR-AM 방법으로 처리한 퍽의 DSC 프로파일이 도시되어 있다.Table 19 describes the effect of preheat temperature on the melt behavior and crystallinity of the polymers. 9 shows the DSC profile of the puck treated with the WIR-AM method at a preheat temperature of 125 ° C. for both before and after subsequent melting.

[표 19]TABLE 19

WIR-AM GUR 1050 바 스톡, 전체 조사량=150kGy, 75kGy/통과WIR-AM GUR 1050 Bar Stock, Total Dose = 150kGy, 75kGy / Pass

이들 결과는, UHMWPE의 용융 거동이 WIR-AM 방법의 이러한 구체예에서 후속 용융 단계 후 현저하게 변화됨을 나타낸다. 후속 용융 전에, 중합체는 세 개의 용융 피크를 나타내는 반면, 후속 용융 후에는 두 개의 용융 피크를 나타냈다.These results show that the melting behavior of UHMWPE is significantly changed after the subsequent melting step in this embodiment of the WIR-AM method. Prior to the subsequent melting, the polymer showed three melting peaks, while after the subsequent melting, two melting peaks.

실시예 19 : IV. 후속적으로 완전히 용융되는, 가온 조사 및 부분 단열 용융(WIR-AM)을 사용하여 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 19 IV. Method for Making UHMWPE Using Warm Irradiation and Partial Adiabatic Melting (WIR-AM), Subsequently Completely Melting

본 실시예는, 용융점 미만의 온도로 가열하여 UHMWPE를 조사시켜 UHMWPE의 단열 부분 용융을 발생시키고 후속적으로 UHMWPE를 용융시킴으로써, 가교된 구조를 가지며 DSC에서 두 개의 개별 용융 흡열을 나타낼 뿐만 아니라 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 예시한다.This example, by heating to a temperature below the melting point, irradiates the UHMWPE to generate adiabatic partial melting of the UHMWPE and subsequently to melt the UHMWPE, thus having a cross-linked structure and exhibiting two individual melt endotherms in the DSC as well as virtually free Illustrates a method of making UHMWPE in which no radicals are detected.

GUR 1020 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 램 압출성형된 호에스크트 셀라니즈 GUR 1050 수지로부터 제조함)을 직경이 7.5cm이고 두께가 4cm인 하키 퍽으로 기계가공하였다. 10개의 퍽, 10개의 알루미늄 홀더, 및 10개의 20cm×20cm 크기의 유리섬유 담요를 공기 대류 오븐중에서 밤새 125℃로 예열시켰다. 예열된 퍽을, 조사 동안에 주위로의 열 손실을 최소화시키기 위해, 예열된 섬유 유리 담요로 덮혀진 예열된 알루미늄 홀더에 각각 위치시켰다. 그런 후, 퍽을, 공기중에서 10MeV 및 1kW의 선형 전자선 가속기(캐나다 마니토바 피나와에 소재하는 AECL 제품)를 사용하여 조사시켰다. 주사폭 및 컨베이어 속도는 통과 당 목적하는 조사율을 달성하도록 조정하였다. 그런 후, 퍽을 61, 70, 80, 100, 140, 및 160kGy의 전체 흡수 조사량으로 조사시켰다. 61, 70, 80kGy 흡수 조사량에 대해서는 1회 통과로 조사를 완료시킨 반면, 100, 140 및 160kGy에 대해서는 2회 통과로 조사를 완료시켰다. 각각의 흡수 조사량 수준에 대해, 6개의 퍽을 조사시켰다. 2차 통과를 위한 2회 통과 실험 동안, 퍽으로부터의 어떠한 열 손실도 없도록 하기 위해, 퍽이 전자선 래스터 영역으로부터 빠져나오자마자 컨베이어 벨트의 운동을 역행시켰다. 조사시킨 후, 퍽의 절반을 공기 대류 오븐 중에서 2시간 동안 150℃로 가열하여 결정을 완전히 용융시키고 자유 라디칼의 사실상 제거하였다.GUR 1020 bar stock (manufactured from Ram extruded Hoeskist Celanese GUR 1050 resin obtained from Westlake Plastics, Rennie, Pennsylvania) was machined into a hockey puck 7.5 cm in diameter and 4 cm thick. Ten puck, ten aluminum holders, and ten 20 cm × 20 cm glass fiber blankets were preheated to 125 ° C. overnight in an air convection oven. The preheated puck was each placed in a preheated aluminum holder covered with a preheated fiberglass blanket to minimize heat loss to the surroundings during irradiation. The puck was then irradiated in air using a 10 MeV and 1 kW linear electron accelerator (AECL, Manitoba Pinawa, Canada). Scan width and conveyor speed were adjusted to achieve the desired irradiation rate per pass. The pucks were then irradiated with total absorbed doses of 61, 70, 80, 100, 140, and 160 kGy. Irradiation was completed in one pass for 61, 70 and 80 kGy uptake doses, while irradiation was completed in two passes for 100, 140 and 160 kGy doses. For each absorbed dose level, six pucks were examined. During the two pass experiment for the second pass, the conveyor belt's motion was reversed as soon as the puck exited the electron beam raster area to ensure no heat loss from the puck. After irradiation, half of the puck was heated to 150 ° C. for 2 hours in an air convection oven to completely melt the crystals and virtually eliminate free radicals.

실시예 20 : V. 후속적으로 완전히 용융되는, 가온 조사 및 부분 단열 용융(WIR-AM)을 사용하여 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 20 V. Method for Producing UHMWPE Using Warm Irradiation and Partial Adiabatic Melting (WIR-AM), Subsequently Completely Melting

본 실시예는, 용융점 미만의 온도로 가열된 UHMWPE를 조사시켜 UHMWPE의 단열 부분 용융을 발생시키고 후속적으로 UHMWPE를 용융시킴으로써, 가교된 구조를 가지면서 DSC에서 두 개의 개별 용융 흡열을 나타낼 뿐만 아니라 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 예시한다.The present example not only exhibits two individual melt endotherms in the DSC while having a crosslinked structure by irradiating UHMWPE heated to a temperature below the melting point to generate adiabatic partial melting of the UHMWPE and subsequently melting the UHMWPE. Illustrates a method of making a UHMWPE in which no free radicals are detected.

GUR 4150 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 램 압출성형된 호에스크트 셀라니즈 GUR 4150 수지로부터 제조함)을 직경이 7.5cm이고 두께가 4cm인 하키 퍽으로 기계가공하였다. 10개의 퍽, 10개의 알루미늄 홀더, 및 10개의 20cm×20cm 크기의 유리섬유 담요를 공기 대류 오븐중에서 밤새 125℃로 예열시켰다. 예열된 퍽을, 조사 동안에 주위로의 열 손실을 최소화시키기 위해 예열된 유리섬유 담요로 덮혀진 예열된 알루미늄 홀더에 각각 위치시켰다. 그런 후, 퍽을 공기중에서 10MeV 및 1kW의 선형 전자선 가속기(캐나다 마니토바 피나와에 소재하는 AECL 제품)를 사용하여 조사시켰다. 주사 폭 및 컨베이어 속도는 통과 당 목적하는 조사율을 달성하도록 조정하였다. 그런 후, 퍽을 61, 70, 80, 100, 140 및 160kGy의 전체 흡수 조사량으로 조사시켰다. 각각의 흡수 조사량 수준에 대해서, 6개의 퍽을 조사시켰다. 61, 70, 80kGy의 흡수 조사량에 대해서는 1회 통과로 조사를 완료시킨 반면에, 100, 140 및 160kGy의 흡수 조사량에 대해서는 2회 통과로 조사를 완료시켰다.GUR 4150 bar stock (made from ram extruded Hoeskist Celanese GUR 4150 resin obtained from Westlake Plastics, Rennie, Pennsylvania) was machined into a hockey puck 7.5 cm in diameter and 4 cm thick. Ten puck, ten aluminum holders, and ten 20 cm × 20 cm glass fiber blankets were preheated to 125 ° C. overnight in an air convection oven. The preheated puck was each placed in a preheated aluminum holder covered with a preheated fiberglass blanket to minimize heat loss to the environment during irradiation. The puck was then irradiated in air using a 10 MeV and 1 kW linear electron accelerator (AECL, Manitoba Pinawa, Canada). The scan width and conveyor speed were adjusted to achieve the desired irradiation rate per pass. The pucks were then irradiated with total absorption doses of 61, 70, 80, 100, 140 and 160 kGy. For each absorbed dose level, six pucks were examined. Irradiation was completed in one pass for absorbed doses of 61, 70 and 80 kGy, while irradiation was completed in two passes for absorbed doses of 100, 140 and 160 kGy.

조사시킨 후, 각각의 상이한 흡수 조사량 수준에서 벗어나는 세 개의 퍽을 2시간 동안 150℃로 가열하여, 결정을 완전히 용융시키고 자유 라디칼 농도를 검출할 수 없는 수준까지 감소시켰다.After irradiation, three puck deviating from each different absorbed dose level were heated to 150 ° C. for 2 hours to completely melt the crystals and reduce the free radical concentration to an undetectable level.

A. 실시예 20에서 제조한 견본의 특성 A. Properties of Specimens Prepared in Example 20

빙수 히트 싱크를 구비하며, 연속적인 질소 세정과 함께 10℃/분의 가열 및 냉각율에서 퍼킨-엘머 DSC 7을 사용하였다. 실시예 20으로부터 수득한 샘플의 결정도를, 샘플의 중량 및 폴리에틸렌 결정의 용융열(69.2cal/gm)로부터 계산하였다. 흡열 피크에 상응하는 온도를 용융점으로서 취하였다. 다수의 흡열 피크의 경우에, 다수의 용융점을 기록하였다.Perkin-Elmer DSC 7 was used at 10 ° C./min heating and cooling rate with ice water heat sink and continuous nitrogen wash. The crystallinity of the sample obtained from Example 20 was calculated from the weight of the sample and the heat of fusion of polyethylene crystals (69.2 cal / gm). The temperature corresponding to the endothermic peak was taken as the melting point. In the case of multiple endothermic peaks, multiple melting points were recorded.

결과는 전체 흡수된 조사량 수준의 함수로서 하기 표 20에 기재되어 있다. 이러한 결과는, 조사량 수준을 증가시킴에 따라 결정도가 감소한다는 것을 나타낸다. 연구된 흡수 조사량 수준에서, 중합체는 후속 용융 단계 후 두 개의 용융 피크(T1=~118℃, T2=~137)를 나타냈다.The results are listed in Table 20 below as a function of the total absorbed dose level. These results indicate that crystallinity decreases with increasing dose level. At the absorbed dose levels studied, the polymer showed two melting peaks (T 1 = -118 ° C., T 2 = -137) after the subsequent melting step.

[표 20]TABLE 20

WIR-AM GUR 4150 바 스톡WIR-AM GUR 4150 Bar Stock

실시예 21 : WIR-AM 공정 동안의 온도 상승 Example 21 Temperature Rise During WIR-AM Process

본 실시예는, UHMWPE의 단열 부분 용융 또는 완전 용융을 야기하는, 가온 조사 공정 동안의 온도 상승을 예시한다.This example illustrates the temperature rise during the warm irradiation process, causing adiabatic partial melting or complete melting of the UHMWPE.

GUR 4150 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 압출성형된 호에스크트 셀라니즈 GUR 4150 수지로부터 제조함)을 직경이 8.5cm이고 두께가 4cm인 하키 퍽으로 기계가공하였다. 퍽의 체중심(body-center)에 1개의 구멍을 뚫었다. K 타입의 열전쌍을 상기 구멍에 위치시키고, 퍽을 공기 대류 오븐중에서 130℃로 예열시켰다. 그런 후, 퍽을, 10MeV 및 1kW의 전자선 가속기(캐나다 마니토바 피나와에 소재하는 AECL 제품)를 사용하여 조사시켰다. 30cm의 주사 폭으로 공기중에서 조사를 수행하였다. 조사율은 27kGy/분이었고, 퍽을 전자선 하에서 정지상태로 두었다. 조사 동안 퍽의 온도를 계속적으로 측정하였다.GUR 4150 bar stock (manufactured from extruded Hoeskist Celanese GUR 4150 resin obtained from Westlake Plastics, Rennie, Pennsylvania) was machined into a hockey puck 8.5 cm in diameter and 4 cm thick. One hole was made in the puck's body-center. A K-type thermocouple was placed in the hole and the puck was preheated to 130 ° C. in an air convection oven. The puck was then irradiated using 10 MeV and 1 kW electron beam accelerators (AECL, Manitoba Pinawa, Canada). Irradiation was performed in air with an injection width of 30 cm. The irradiation rate was 27 kGy / min and the puck was stationary under the electron beam. The temperature of the puck was measured continuously during the irradiation.

도 10은 조사 공정 동안에 수득한 퍽에서의 온도 상승을 도시하고 있다. 초기 온도는 예열 온도(130℃)였다. 전자선을 작동시키자마자 온도가 증가하였으며, 이러는 동안 UHMWPE 결정이 용융되었다. 130℃로부터 출발하여 보다 작은 크기의 결정이 용융되었으며, 이러한 사실은 부분적인 용융이 가열 동안에 일어남을 나타낸다. 가열 거동에서의 갑작스런 뜻밖의 변화가 존재하는 145℃ 근방의 온도에서 완전한 용융이 달성된다. 그 지점을 통과한 후에는, 용융 물질의 온도가 계속적으로 상승한다.10 illustrates the temperature rise in the puck obtained during the irradiation process. The initial temperature was the preheat temperature (130 ° C.). As soon as the electron beam was activated, the temperature increased, during which the UHMWPE crystals melted. Starting from 130 ° C., smaller size crystals melted, indicating that partial melting occurs during heating. Complete melting is achieved at a temperature near 145 ° C. where a sudden and unexpected change in heating behavior exists. After passing through that point, the temperature of the molten material continues to rise.

본 실시예는, WIR-AM 공정 동안에 흡수된 조사량 수준(조사 동안)이 중합체의 부분적이거나 완전히 용융시키도록 조절될 수 있음을 입증한다. 전자의 경우, 용융은 오븐중에서 추가의 용융 단계를 사용하여 완료되어 자유 라디칼을 제거할 수 있다.This example demonstrates that the dose level (during irradiation) absorbed during the WIR-AM process can be adjusted to partially or completely melt the polymer. In the former case, melting can be completed using an additional melting step in the oven to remove free radicals.

실시에 22 : 후속적으로 완전히 용융되는, 냉각 조사 및 단열 용융(CIR-AM)을 사용하여 UHMWPE를 제조하는 방법 Example 22 : Method for Producing UHMWPE Using Cold Irradiation and Adiabatic Melting (CIR-AM), Subsequently Completely Melt

본 실시예는, 충분히 높은 조사율로 UHMWPE를 조사시켜 UHMWPE의 단열 부분 용융을 발생시키고 후속적으로 UHMWPE를 용융시킴으로써, 가교된 구조를 가지면서 사실상 자유 라디칼이 검출되지 않는 UHMWPE를 제조하는 방법을 예시한다.This example illustrates a method for producing UHMWPE having a crosslinked structure and virtually free of free radicals by irradiating UHMWPE at a sufficiently high irradiation rate to generate adiabatic partial melting of UHMWPE and subsequently to melt UHMWPE. do.

GUR 4150 바 스톡(펜실베니아 레니에 소재하는 웨스트레이크 플라스틱스로부터 입수된 램 압출성형된 호에스크트 셀라니즈 GUR 4150 수지로부터 제조함)을 직경이 8.5cm이고 두께가 4cm인 하키 퍽으로 기계가공하였다. 12개의 퍽을 정지상태에서 10MeV 및 30kW의 전자선(뉴저지 크랜베리에 소재하는 이(E)-빔 서비스)을 사용하여 공기중에서 60kGy/분의 조사율로 조사시켰다. 6개의 퍽을 170kGy의 전체 조사량으로 조사시킨 반면, 나머지 6개의 퍽을 200kGy의 전체 조사량으로 조사시켰다. 조사 끝무렵에 퍽의 온도는 100℃를 초과하였다.GUR 4150 bar stock (made from ram extruded Hoeskist Celanese GUR 4150 resin obtained from Westlake Plastics, Rennie, Pennsylvania) was machined into a hockey puck 8.5 cm in diameter and 4 cm thick. Twelve puck were irradiated at 60 kGy / min in air using 10 MeV and 30 kW electron beam (E-beam service in Cranberry, NJ) at rest. Six pucks were irradiated at a total dose of 170 kGy, while the remaining six pucks were irradiated at a total dose of 200 kGy. At the end of the irradiation, the puck temperature exceeded 100 ° C.

조사시킨 후, 각각의 열에서 하나의 퍽을 2시간 동안 150℃로 가열하여, 모든 결정을 용융시켜서 자유 라디칼의 농도를 검출할 수 없는 수준까지 감소시켰다.After irradiation, one puck in each heat was heated to 150 ° C. for 2 hours to melt all crystals to reduce the concentration of free radicals to an undetectable level.

A. 실시예 22에서 제조한 견본의 열 특성 A. Thermal Properties of Samples Prepared in Example 22

빙수 히트 싱크를 구비하며, 연속적인 질소 세정과 함께 10℃/분의 가열율 및 냉각율에서 퍼킨-엘머 DSC 7을 사용하였다. 실시예 22로부터 수득한 샘플의 결정도를, 샘플의 중량 및 폴리에틸렌 결정의 용융열(69.2cal/gm)로부터 계산하였다. 흡열 피크에 상응하는 온도를 용융점으로서 취하였다.Perkin-Elmer DSC 7 was used with an ice water heat sink and at a heating rate and cooling rate of 10 ° C./min with continuous nitrogen wash. The crystallinity of the sample obtained from Example 22 was calculated from the weight of the sample and the heat of fusion of polyethylene crystals (69.2 cal / gm). The temperature corresponding to the endothermic peak was taken as the melting point.

하기 표 21에는 후속 용융 공정 전후 둘 모두에 CIR-AM UHMWPE의 열 특성에 관한 전체 흡수된 조사량의 효과가 기재되어 있다. 수득된 결과는, 후속 용융 단계 전후 모두에 하나의 단일 피크를 나타낸다.Table 21 below describes the effect of total absorbed dose on the thermal properties of CIR-AM UHMWPE both before and after the subsequent melting process. The result obtained shows one single peak both before and after the subsequent melting step.

[표 21]TABLE 21

CIR-AM GUR 4150 바 스톡CIR-AM GUR 4150 Bar Stock

실시예 23 : 비조사된 UHMWPE, 냉각 조사되어 후속 용융된(CIR-SM) UHMWPE, 및 가온 조사되어 부분 단열 용융되며 후속 용융된 (WIR-AM) HUMWPE의 인장변형 거동의 비교 Example 23 Comparison of Tensile Strain Behavior of Unirradiated UHMWPE, Cold Irradiated Subsequent Melt (CIR-SM) UHMWPE, and Warm Irradiated Partially Adiabatic Melted and Subsequent Melted (WIR-AM) HUMWPE

본 실시예는, 비조사된 형태의 UHMWPE, 및 CIR-SM 및 WIR-AM 방법을 통해 조사된 형태의 UHMWPE의 인장변형 거동을 비교한다.This example compares the tensile strain behavior of UHMWPE in unirradiated form and of UHMWPE in irradiated form through CIR-SM and WIR-AM methods.

ASTM D638 타입 V 표준을 사용하여 인장 시험용 개뼈 견본을 제조하였다. 인장 시험을 10mm/분의 변형 속도(cross-head speed)로 인스트론 4120 유니버살 테스터(Instron 4120 Universal Tester) 상에서 수행하였다. ASTM D638에 따른 로드 대체 데이터로부터 공학적인 응력 변형 거동을 계산하였다.Dog bone specimens for tensile testing were prepared using the ASTM D638 Type V standard. Tensile tests were performed on an Instron 4120 Universal Tester at a cross-head speed of 10 mm / min. Engineering stress deformation behavior was calculated from rod replacement data according to ASTM D638.

CIR-SM 및 WIR-AM 방법에 의해 처리한 GUR 4150 하키 퍽(펜실베니아 레니 웨스트 플라스틱스로부터 입수된 램 압출성형된 호에스크트 셀라니즈 GUR 4150 수지로부터 제조함)으로부터 개뼈 견본을 기계가공하였다. CIR-SM에 대해서는 실시예 8에 기술된 방법을 따른 반면, WIR-AM에 대해서는 실시예 17에 기술된 방법을 따랐다. 두 경우 모두, 투여된 전체 조사량은 150kGy였다.Dog bone specimens were machined from a GUR 4150 hockey puck (made from ram extruded Hoeskist Celanese GUR 4150 resin obtained from Lenny West Plastics, PA) treated by the CIR-SM and WIR-AM methods. The method described in Example 8 was followed for CIR-SM, while the method described in Example 17 was followed for WIR-AM. In both cases, the total dose administered was 150 kGy.

도 11는 비조사된 대조군, CIR-SM 처리된 견본, 및 WIR-AM 처리된 견본에 대해 수득된 인장 거동을 도시하고 있다. 두 방법 모두에서 조사는 150kGy로 수행되었음에도 불구하고, CIR-SM 및 WIR-AM 처리된 UHMWPE에서의 인장 변형 거동에서는 차이가 있었다. 이러한 차이는 WIR-AM 방법을 사용함으로써 발생된 두 개의 상 구조로 인한 것이다.FIG. 11 shows the tensile behavior obtained for unirradiated controls, CIR-SM treated samples, and WIR-AM treated samples. Although irradiation was performed at 150 kGy in both methods, there was a difference in tensile strain behavior in CIR-SM and WIR-AM treated UHMWPE. This difference is due to the two phase structures generated by using the WIR-AM method.

당업자라면 본원에 기술된 본 발명의 특정 구체예의 많은 균등물을 단지 통상의 실험만으로 확인할 수 있을 것이다. 이들 및 그 밖의 모든 균등물은 특허청구의 범위에 포함되는 것이다.Those skilled in the art will be able to ascertain many equivalents of the specific embodiments of the invention described herein only by routine experimentation. These and all other equivalents are included in the scope of the claims.

Claims (100)

조사로 발생된 열에 의해 형성된 2 내지 3개의 용융 피크, 및 가교결합을 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌으로 형성된 체내용 의료 보철물.Intracorporeal medical prosthesis formed from radiation treated ultra high molecular weight polyethylene having 2-3 melt peaks formed by heat generated by irradiation, and crosslinking. 제 1항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 가교된 구조를 가져, 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시킴을 특징으로 하는 보철물.2. The prosthesis of claim 1 wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene has a crosslinked structure to reduce particle generation from the prosthesis during wearing of the prosthesis. 제 1항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 사실상 산화되지 않음을 특징으로 하는 보철물.The prosthesis of claim 1 wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene is virtually free of oxidation. 제 1항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 사실상 내산화성임을 특징으로 하는 보철물.2. The prosthesis of claim 1 wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene is substantially oxidation resistant. 제 1항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 세 개의 용융 피크를 가짐을 특징으로 하는 보철물.The prosthesis of claim 1 wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene has three melt peaks. 제 1항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 두 개의 용융 피크를 가짐을 특징으로 하는 보철물.The prosthesis of claim 1 wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene has two melting peaks. 제 1항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 조사에 의해 가열 처리된 것임을 특징으로 하는 보철물.2. The prosthesis according to claim 1, wherein the ultra high molecular weight polyethylene is heat treated by irradiation. 제 1항에 있어서, 중합체 구조의 상당 부분이 24시간에 걸쳐서 130℃의 크실렌 중에 또는 150℃의 데칼린 중에 용해되지 않도록, 중합체 구조가 광범위하게 가교되어 있음을 특징으로 하는 보철물.The prosthesis according to claim 1, wherein the polymer structure is extensively crosslinked such that a substantial portion of the polymer structure does not dissolve in xylene at 130 ° C. or decalin at 150 ° C. over 24 hours. 제 1항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌의 초기 평균 분자량이 1,000,000보다 큼을 특징으로 하는 보철물.The prosthesis of claim 1 wherein the initial average molecular weight of the ultrahigh molecular weight polyethylene is greater than 1,000,000. 제 1항에 있어서, 보철물의 일부가 로드 베어링(load bearing) 표면을 구비한 컵 또는 트레이 형상의 물품 형태로 존재함을 특징으로 하는 보철물.2. The prosthesis of claim 1 wherein the portion of the prosthesis is in the form of a cup or tray shaped article with a load bearing surface. 제 10항에 있어서, 로드 베어링 표면이, 금속 또는 세라믹 물질로 된 교합성(mating) 로드 베어링 표면을 갖는 보철물의 제 2 부분과 접촉됨을 특징으로 하는 보철물.11. The prosthesis of claim 10 wherein the rod bearing surface is in contact with a second portion of the prosthesis having a mating rod bearing surface of metal or ceramic material. 제 1항에 있어서, 보철물이 고관절, 무릎 관절, 팔꿈치 관절, 어깨 관절, 발목 관절 및 손가락 관절로 구성된 군으로부터 선택된 관절의 대체물로 구성되어 배치됨을 특징으로 하는 보철물.2. The prosthesis of claim 1 wherein the prosthesis is comprised and disposed of a replacement of a joint selected from the group consisting of hip, knee, elbow, shoulder, ankle and finger joints. 제 1항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이, 50% 미만의 결정도 및 940㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 가져, 보철물의 착용 동안 보철물로부터의 미세 입자 생성을 감소시킴을 특징으로 하는 보철물.The prosthesis according to claim 1, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene has a polymer structure having a crystallinity of less than 50% and a tensile modulus of less than 940 MPa to reduce the generation of fine particles from the prosthesis during wearing of the prosthesis. 제 13항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌의 경도가 쇼어 D 스케일(Shore D scale) 상에서 65 미만임을 특징으로 하는 보철물.14. The prosthesis of claim 13 wherein the hardness of the ultrahigh molecular weight polyethylene is less than 65 on the Shore D scale. 제 13항에 있어서, 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌이 고도로 얽힌 구조로 되어 있음을 특징으로 하는 보철물.14. The prosthesis of claim 13 wherein the ultra-high molecular weight polyethylene that has been treated is of a highly entangled structure. 제 13항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 40% 내지 50%의 결정도를 갖는 중합체 구조를 가짐을 특징으로 하는 보철물.14. The prosthesis of claim 13 wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene has a polymer structure having a crystallinity of 40% to 50%. 조사로 발생된 열에 의해 형성된 2 내지 3개의 용융 피크, 및 가교결합을 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌.Radiation treated ultrahigh molecular weight polyethylene having two to three melt peaks formed by heat generated by irradiation, and crosslinking. 제 17항에 있어서, 사실상 내산화성임을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌.18. The ultrahigh molecular weight polyethylene of claim 17, wherein the polyethylene is substantially oxidation resistant. 제 17항에 있어서, 세 개의 용융 피크를 가짐을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌.18. The ultrahigh molecular weight polyethylene of claim 17, having three melt peaks. 제 17항에 있어서, 두 개의 용융 피크를 가짐을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌.18. The ultrahigh molecular weight polyethylene of claim 17, having two melting peaks. 제 17항에 있어서, 조사에 의해 가열 처리된 것임을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌.18. The ultrahigh molecular weight polyethylene according to claim 17, which is heat treated by irradiation. 제 17항에 있어서, 50% 미만의 결정도 및 940㎫ 미만의 인장탄성률로 특징되는 독특한 중합체 구조를 가짐을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌.18. The ultrahigh molecular weight polyethylene according to claim 17, having a unique polymer structure characterized by less than 50% crystallinity and a tensile modulus of less than 940 MPa. 제 22항에 있어서, 높은 광 투과율을 가짐을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌.23. The ultrahigh molecular weight polyethylene according to claim 22, having a high light transmittance. 제 22항에 있어서, 투명하고 내마모성인 막 또는 시이트임을 특징으로 하는 초고분자량 폴리에틸렌.23. The ultrahigh molecular weight polyethylene according to claim 22, which is a transparent and wear resistant film or sheet. 제 17항 내지 제 23항 중의 어느 한 항에 따른 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌으로 형성된 조립 물품.24. An assembled article formed from the ultra-high molecular weight polyethylene treated according to any one of claims 17 to 23. 제 25항에 있어서, 기계 가공에 의해 제 2의 물품으로 형상화될 수 있는 바스톡(bar stock) 형태로 존재함을 특징으로 하는 조립 물품.27. The assembled article of claim 25, wherein the article is in the form of a bar stock that can be shaped into a second article by machining. 제 25항에 있어서, 로드 베어링 표면에 구비함을 특징으로 하는 조립 물품.26. The assembly article of claim 25, provided on the surface of the rod bearing. 조사로 발생된 열에 의해 형성된 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는, 가교된 초고분자량 폴리에틸렌을 제조하는 방법으로서,A process for producing crosslinked ultrahigh molecular weight polyethylene having from two to three melt peaks formed by heat generated by irradiation, 중합체 사슬을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌을 제공하는 단계;Providing an ultra high molecular weight polyethylene having a polymer chain; 초고분자량 폴리에틸렌을 조사하여 중합체 사슬을 가교시키는 단계; 및Irradiating the ultrahigh molecular weight polyethylene to crosslink the polymer chain; And 가열된 초고분자량 폴리에틸렌을 냉각시키는 단계를 포함하는 방법.Cooling the heated ultra high molecular weight polyethylene. 제 28항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌을 제공하는 단계에서의 초고분자량 폴리에틸렌이 실온보다는 높고 초고분자량 폴리에틸렌의 용융점보다 낮은 온도로 가열됨을 특징으로 하는 방법.29. The method of claim 28, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene in the step of providing the ultrahigh molecular weight polyethylene is heated to a temperature above room temperature and below the melting point of the ultrahigh molecular weight polyethylene. 가교된 초고분자량 폴리에틸렌을 제조하는 방법으로서,As a method of preparing crosslinked ultra high molecular weight polyethylene, 중합체 사슬을 갖는 초고분자량 폴리에틸렌을 실온에서 또는 실온 미만에서 제공하는 단계;Providing ultra high molecular weight polyethylene with polymer chains at or below room temperature; 초고분자량 폴리에틸렌을 조사하여, (1) 중합체 사슬을 가교시키고 (2) 초고분자량 폴리에틸렌을 부분적으로 또는 전체적으로 용융시키기에 충분한 열을 발생시키는 단계; 및Irradiating the ultrahigh molecular weight polyethylene to generate sufficient heat to (1) crosslink the polymer chain and (2) melt the partially or entirely ultra high molecular weight polyethylene; And 가열된 초고분자량 폴리에틸렌을 냉각시키는 단계를 포함하는 방법.Cooling the heated ultra high molecular weight polyethylene. 가교된 초고분자량 폴리에틸렌을 제조하는 방법으로서,As a method of preparing crosslinked ultra high molecular weight polyethylene, 초고분자량 폴리에틸렌을 90℃ 이하의 온도에서 제공하는 단계;Providing ultra high molecular weight polyethylene at a temperature of no greater than 90 ° C .; 초고분자량 폴리에틸렌을 조사하여, 초고분자량 폴리에틸렌을 가교시키고 초고분자량 폴리에틸렌을 부분적으로 또는 전체적으로 용융시키기에 충분한 열을 발생시키는 단계; 및Irradiating the ultrahigh molecular weight polyethylene to generate sufficient heat to crosslink the ultrahigh molecular weight polyethylene and to melt the ultrahigh molecular weight polyethylene partially or fully; And 조사된 초고분자량 폴리에틸렌을 냉각시키는 단계를 포함하는 방법.Cooling the irradiated ultra high molecular weight polyethylene. 가교된 초고분자량 폴리에틸렌을 제조하는 방법으로서,As a method of preparing crosslinked ultra high molecular weight polyethylene, 초고분자량 폴리에틸렌을 90℃ 내지 용융점 미만의 온도에서 제공하는 단계;Providing ultra high molecular weight polyethylene at a temperature of 90 ° C. to below the melting point; 초고분자량 폴리에틸렌을 조사하여, 초고분자량 폴리에틸렌을 가교시키고 초고분자량 폴리에틸렌을 부분적으로 또는 전체적으로 용융시키기에 충분한 열을 발생시키는 단계; 및Irradiating the ultrahigh molecular weight polyethylene to generate sufficient heat to crosslink the ultrahigh molecular weight polyethylene and to melt the ultrahigh molecular weight polyethylene partially or fully; And 조사되어 가열된 초고분자량 폴리에틸렌을 냉각시키는 단계를 포함하는 방법.Cooling the irradiated and heated ultra high molecular weight polyethylene. 검출가능한 자유 라디칼을 사실상 함유하지 않는, 가교된 초고분자량 폴리에틸렌을 제조하는 방법으로서,A process for preparing crosslinked ultrahigh molecular weight polyethylene that is substantially free of detectable free radicals, 중합체 사슬을 가지며, 용융점 미만의 온도로 존재하는 초고분자량 폴리에틸렌울 제공하는 단계;Providing an ultrahigh molecular weight polyethylene wool having a polymer chain and present at a temperature below the melting point; 초고분자량 폴리에틸렌을 5Mrad 초과의 방사선으로 조사하여, 중합체 사슬을 가교시키는 단계; 및Irradiating ultrahigh molecular weight polyethylene with radiation greater than 5 Mrad to crosslink the polymer chain; And 가열된 초고분자량 폴리에틸렌을 냉각시키는 단계를 포함하는 방법.Cooling the heated ultra high molecular weight polyethylene. 제 29항에 있어서, 조사 단계 이후의 초고분자량 폴리에틸렌의 최종 온도가 초고분자량 폴리에틸렌의 용융점보다 높음을 특징으로 하는 방법.30. The method of claim 29, wherein the final temperature of the ultrahigh molecular weight polyethylene after the irradiation step is higher than the melting point of the ultrahigh molecular weight polyethylene. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사된 초고분자량 폴리에틸렌을 가열하여, 이러한 추가 가열 후의 초고분자량 폴리에틸렌의 최종 온도가 초고분자량 폴리에틸렌의 용융점보다 높아지는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.35. The method of any of claims 28 to 34, further comprising heating the irradiated ultrahigh molecular weight polyethylene such that the final temperature of the ultrahigh molecular weight polyethylene after such further heating is higher than the melting point of the ultrahigh molecular weight polyethylene. How to. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계에서 전자선 조사가 이용됨을 특징으로 하는 방법.35. The method of any one of claims 28 to 34, wherein electron beam irradiation is used in the irradiation step. 제 33항에 있어서, 조사 단계에서 감마선 조사가 이용됨을 특징으로 하는 방법.34. The method of claim 33, wherein gamma radiation is used in the irradiation step. 제 28항, 제 29항, 제 33항 또는 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사에 의해 초고분자량 폴리에틸렌을 부분적으로 또는 전체적으로 용융시키기에 충분한 열을 발생시킴을 특징으로 하는 방법.35. The method of any of claims 28, 29, 33 or 34, characterized in that it generates sufficient heat to partially or wholly melt the ultrahigh molecular weight polyethylene by irradiation. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계에서 전자선 조사가 이용되며, 또한 4 Mrad/분 이상의 조사율이 사용됨을 특징으로 하는 방법.35. The method according to any one of claims 28 to 34, wherein electron beam irradiation is used in the irradiation step and an irradiation rate of 4 Mrad / min or more is used. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계에서 전자선 조사가 이용되며, 또한 0.05 내지 3,000 Mrad/분의 전자선 조사율이 사용됨을 특징으로 하는 방법.35. The method of any one of claims 28 to 34, wherein electron beam irradiation is used in the irradiation step and an electron beam irradiation rate of 0.05 to 3,000 Mrad / min is used. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계로부터의 조사율이 0.05 내지 5Mrad/분임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any of claims 28-34, wherein the irradiation rate from the irradiating step is 0.05-5 Mrad / min. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계로부터의 조사율이 0.05 내지 10Mrad/분임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any of claims 28-34, wherein the irradiation rate from the irradiating step is 0.05-10 Mrad / min. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계로부터의 조사율이 4 내지 5Mrad/분임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any of claims 28-34, wherein the irradiation rate from the irradiating step is 4-5 Mrad / min. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계로부터의 조사율이 2 내지 3,000Mrad/분임을 특징으로 하는 방법.35. The method according to any one of claims 28 to 34, wherein the irradiation rate from the irradiating step is 2 to 3,000 Mrad / min. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계로부터의 조사율이 7 내지 25Mrad/분임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any of claims 28-34, wherein the irradiation rate from the irradiating step is 7-25 Mrad / minute. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계로부터의 조사율이 7Mrad/분임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any one of claims 28-34, wherein the irradiation rate from the irradiating step is 7 Mrad / minute. 제 28항 내지 제 32항 또는 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사의 전체 흡수 조사량이 0.5 내지 1,000Mrad임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any one of claims 28-32 or 34, wherein the total absorbed dose of radiation is between 0.5 and 1,000 Mrad. 제 28항 내지 제 32항 또는 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계에의해 가열된 초고분자량 폴리에틸렌에 20Mrad 초과의 조사량이 전달됨을 특징으로 하는 방법.35. The method of any one of claims 28-32 or 34, wherein a dose of greater than 20 Mrad is delivered to the heated ultrahigh molecular weight polyethylene by the irradiating step. 제 28항 내지 제 32항 또는 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사에 대한 전체 흡수된 조사량이 1 내지 100Mrad임을 특징으로 하는 방법.35. The method according to any one of claims 28 to 32 or 34, wherein the total absorbed dose to radiation is 1 to 100 Mrad. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사에 대한 전체 흡수된 조사량이 4 내지 30Mrad임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any of claims 28-34, wherein the total absorbed dose to radiation is 4 to 30 Mrad. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사에 대한 전체 흡수된 조사량이 20Mrad임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any one of claims 28-34, wherein the total absorbed dose to radiation is 20 Mrad. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사에 대한 전체 흡수된 조사량이 15Mrad임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any one of claims 28 to 34, wherein the total absorbed dose to radiation is 15 Mrad. 제 28항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사에 대한 전체 흡수된 조사량이 5 내지 22Mrad임을 특징으로 하는 방법.35. The method of any of claims 28-34, wherein the total absorbed dose to radiation is between 5 and 22 Mrad. 제 33항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 4Mrad/분 초과의 조사율로 전자선 조사됨을 특징으로 하는 방법.34. The method of claim 33, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene is irradiated with electron beam at an irradiation rate greater than 4 Mrad / min. 제 33항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 10Mrad 초과의 조사량으로 처리됨을 특징으로 하는 방법.34. The method of claim 33, wherein the ultra high molecular weight polyethylene is treated at a dosage greater than 10 Mrad. 제 33항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 15Mrad 초과의 조사량으로 처리됨을 특징으로 하는 방법.34. The method of claim 33, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene is treated at a dosage greater than 15 Mrad. 제 33항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 20Mrad 초과의 조사량으로 처리됨을 특징으로 하는 방법.34. The method of claim 33, wherein the ultra high molecular weight polyethylene is treated at a dosage greater than 20 Mrad. 제 29항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌의 가열된 온도가 20 내지 135℃임을 특징으로 하는 방법.30. The method of claim 29, wherein the heated temperature of the ultrahigh molecular weight polyethylene is from 20 to 135 ° C. 제 29항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌의 가열된 온도가 50℃임을 특징으로 하는 방법.30. The method of claim 29, wherein the heated temperature of the ultrahigh molecular weight polyethylene is 50 ° C. 제 29항에 있어서, 가열이 비불활성 분위기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.30. The method of claim 29, wherein the heating is performed in a non-inert atmosphere. 제 29항에 있어서, 가열이 불활성 분위기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.30. The method of claim 29, wherein the heating is performed in an inert atmosphere. 제 29항에 있어서, 조사 단계 이전의 초고분자량 폴리에틸렌의 온도가 100 내지 135℃임을 특징으로 하는 방법.30. The method of claim 29, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene before the irradiation step is between 100 and 135 ° C. 제 29항에 있어서, 조사 단계 이전의 초고분자량 폴리에틸렌의 가열된 온도가 120℃임을 특징으로 하는 방법.30. The method of claim 29, wherein the heated temperature of the ultrahigh molecular weight polyethylene prior to the irradiation step is 120 ° C. 제 34항에 있어서, 최종 온도가 137 내지 300℃임을 특징으로 하는 방법.35. The method of claim 34, wherein the final temperature is from 137 to 300 ° C. 제 34항에 있어서, 최종 온도가 145 내지 190℃임을 특징으로 하는 방법.35. The method of claim 34, wherein the final temperature is between 145 and 190 ° C. 제 34항에 있어서, 최종 온도가 150℃임을 특징으로 하는 방법.35. The method of claim 34, wherein the final temperature is 150 ° C. 제 35항에 있어서, 추가 가열 후의 초고분자량 폴리에틸렌의 온도가 137 내지 300℃임을 특징으로 하는 방법.36. The process of claim 35 wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene after further heating is 137-300 ° C. 제 35항에 있어서, 추가 가열 후의 초고분자량 폴리에틸렌의 온도가 145 내지 190℃임을 특징으로 하는 방법.36. The process of claim 35 wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene after further heating is between 145 and 190 ° C. 제 35항에 있어서, 추가 가열 후의 초고분자량 폴리에틸렌의 온도가 150℃임을 특징으로 하는 방법.36. The method of claim 35, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene after further heating is 150 ° C. 제 31항 또는 제 32항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌을 산소를 사실상 함유하지 않은 불활성 물질로 둘러싸는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.33. The method of claim 31 or 32, further comprising enclosing the ultrahigh molecular weight polyethylene with an inert material substantially free of oxygen. 제 33항에 있어서, 제공된 초고분자량 폴리에틸렌의 온도가 실온 이하임을 특징으로 하는 방법.34. The method of claim 33, wherein the temperature of the provided ultrahigh molecular weight polyethylene is below room temperature. 제 33항에 있어서, 제공된 초고분자량 폴리에틸렌의 온도가 130℃ 이하임을 특징으로 하는 방법.34. The method of claim 33, wherein the temperature of the provided ultrahigh molecular weight polyethylene is no greater than 130 ° C. 제 33항에 있어서, 제공된 초고분자량 폴리에틸렌의 온도가 120℃ 이하임을 특징으로 하는 방법.34. The method of claim 33, wherein the temperature of the provided ultrahigh molecular weight polyethylene is no greater than 120 ° C. 제 33항에 있어서, 제공된 초고분자량 폴리에틸렌의 온도가 실온보다 높음을 특징으로 하는 방법.34. The method of claim 33, wherein the temperature of the provided ultrahigh molecular weight polyethylene is higher than room temperature. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각된 초고분자량 폴리에틸렌을 살균시키는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.75. The method of any one of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, further comprising sterilizing the cooled ultrahigh molecular weight polyethylene. Characterized in that. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 제공 단계에서의 초고분자량 폴리에틸렌이 바 스톡, 형상화된 바 스톡, 코팅 및 조립 물품으로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.75. The method of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene in the providing step is bar stocked, shaped. Method selected from the group consisting of bar stocks, coatings and assembled articles. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 제공 단계에서의 초고분자량 폴리에틸렌이 보철물용의 컵 또는 트레이 모양의 물품임을 특징으로 하는 방법.75. The method of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71 or 72-74, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene in the providing step is a cup for a prosthesis or Characterized in that the tray-shaped article. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각된 초고분자량 폴리에틸렌을 기계가공하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.78. The process of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, further comprising the step of machining the cooled ultrahigh molecular weight polyethylene. Including method. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 제공 단계에서의 초고분자량 폴리에틸렌이 초기 평균 분자량이 1,000,000보다 큼을 특징으로 하는 방법.75. The method of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene in the providing step has an initial average molecular weight of 1,000,000 Method characterized by greater than. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계가 비불활성 분위기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.78. The method of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein the irradiating step is carried out in an inert atmosphere. . 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계가 불활성 분위기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.78. The method of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein the irradiating step is carried out in an inert atmosphere. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계에 전자선 조사가 이용되며, 전자의 에너지가 0.5MeV 내지 12MeV임을 특징으로 하는 방법.78. The method of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein electron beam irradiation is used in the irradiation step, and the energy of the electrons is Method characterized in that 0.5MeV to 12MeV. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각 단계가 0.1℃/분 초과의 냉각율로 수행됨을 특징으로 하는 방법.78. The process of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein the cooling step is performed at a cooling rate greater than 0.1 ° C / min. Characterized by the above. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각 단계가 0.5℃/분 초과의 냉각율로 수행됨을 특징으로 하는 방법.78. The process of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein the cooling step is performed at a cooling rate greater than 0.5 ° C / min. Characterized by the above. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 냉각 단계가 0.5℃/분의 냉각율로 수행됨을 특징으로 하는 방법.78. The process of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein the cooling step is performed at a cooling rate of 0.5 ° C / min. How to feature. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 제공 단계에서의 초고분자량 폴리에틸렌이 절연 물질내에 존재하여, 처리 동안에 초고분자량 폴리에틸렌으로부터의 열 손실이 감소됨을 특징으로 하는 방법.78. The method of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene in the providing step is present in the insulating material Heat loss from ultra high molecular weight polyethylene during processing is reduced. 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 있어서, 조사 단계에 전자선 조사가 이용됨을 특징으로 하는 방법.78. The method of any of claims 28-34, 37, 54-69, 71, or 72-74, wherein electron beam irradiation is used in the irradiation step. 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키는, 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 의료 보철물을 제조하는 방법으로서,A method of making a medical prosthesis from irradiated ultrahigh molecular weight polyethylene having two to three melt peaks, which reduces particle production from the prosthesis during wearing of the prosthesis, 조사로 발생된 열에 의해 형성된 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌을 제공하는 단계; 및Providing an irradiated ultrahigh molecular weight polyethylene having two to three melt peaks formed by heat generated by irradiation; And 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키도록 보철물의 로드 베어링을 형성하는 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 의료 보철물을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.Forming a medical prosthesis from ultra high molecular weight polyethylene forming a rod bearing of the prosthesis to reduce particle generation from the prosthesis during wearing of the prosthesis. 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키는, 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 의료 보철물을 제조하는 방법으로서,A method of making a medical prosthesis from radiation treated ultra high molecular weight polyethylene, which reduces particle production from the prosthesis during wearing of the prosthesis, 2Mrad/시간 이상의 조사율로 실온보다 높은 온도로 조사된 조고분자량 폴리에틸렌을 제공하는 단계; 및Providing crude high molecular weight polyethylene irradiated at a temperature above room temperature with an irradiation rate of at least 2 Mrad / hour; And 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키도록 보철물의 로드 베어링을 형성하는 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 의료 보철물을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.Forming a medical prosthesis from ultra high molecular weight polyethylene forming a rod bearing of the prosthesis to reduce particle generation from the prosthesis during wearing of the prosthesis. 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키는, 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 의료 보철물을 제조하는 방법으로서,A method of making a medical prosthesis from irradiated ultrahigh molecular weight polyethylene having two to three melt peaks, which reduces particle production from the prosthesis during wearing of the prosthesis, 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되며, 조사로 발생된 열에 의해 형성된 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌을 제공하는 단계; 및77. Prepared by the method according to any one of claims 28 to 34, 37, 54 to 69, 71 or 72 to 74, formed by heat generated by irradiation. Providing a radiation treated ultrahigh molecular weight polyethylene having from 3 to 3 melt peaks; And 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키도록 보철물의 로드 베어링을 형성하는 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 의료 보철물을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.Forming a medical prosthesis from ultra high molecular weight polyethylene forming a rod bearing of the prosthesis to reduce particle generation from the prosthesis during wearing of the prosthesis. 제 89항에 있어서, 초고분자량 폴리에틸렌이 50% 미만의 결정도 및 940㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 가짐을 특징으로 하는 방법.90. The method of claim 89, wherein the ultrahigh molecular weight polyethylene has a polymer structure having a crystallinity of less than 50% and a tensile modulus of less than 940 MPa. 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키는, 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 의료 보철물을 제조하는 방법으로서,A method of making a medical prosthesis from radiation treated ultra high molecular weight polyethylene, which reduces particle production from the prosthesis during wearing of the prosthesis, 4Mrad/시간 이상의 조사율로 실온보다 높은 온도로 조사된 초고분자량 폴리에틸렌을 제공하는 단계; 및Providing an ultra high molecular weight polyethylene irradiated at a temperature above room temperature with an irradiation rate of at least 4 Mrad / hour; And 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 입자 생성을 감소시키도록 보철물의 로드 베어링을 형성하는 초고분자량 폴리에틸렌으로부터 의료 보철물을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.Forming a medical prosthesis from ultra high molecular weight polyethylene forming a rod bearing of the prosthesis to reduce particle generation from the prosthesis during wearing of the prosthesis. 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 의료 보철물로서,A medical prosthesis comprising radiation treated ultra high molecular weight polyethylene having two to three melt peaks, 2Mrad/시간 이상의 조사율로 실온보다 높은 온도로 조사된 초고분자량 폴리에틸렌을 제공하는 단계; 및Providing an ultra high molecular weight polyethylene irradiated at a temperature above room temperature with an irradiation rate of at least 2 Mrad / hour; And 조사로 발생된 열에 의해 형성된 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌을 보철물로 형성시키는 단계에 의해 제조되는 보철물.A prosthesis produced by the step of forming a prosthesis of radiation treated ultrahigh molecular weight polyethylene having two to three melt peaks formed by heat generated by irradiation. 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하는 의료 보철물로서,A medical prosthesis comprising radiation treated ultra high molecular weight polyethylene having two to three melt peaks, 제 28항 내지 34항, 제 37항, 제 54항 내지 제 69항, 제 71항 또는 제 72항 내지 제 74항 중의 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되며, 조사로 발생된 열에 의해 형성된 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌을 제공하는 단계; 및77. Prepared by the method according to any one of claims 28 to 34, 37, 54 to 69, 71 or 72 to 74, formed by heat generated by irradiation. Providing a radiation treated ultrahigh molecular weight polyethylene having from 3 to 3 melt peaks; And 2 내지 3개의 용융 피크를 갖는 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌을 보철물로 형성시키는 단계에 의해 제조되는 보철물.A prosthesis produced by forming a prosthesis of radiation treated ultra high molecular weight polyethylene having two to three melt peaks. 제 93항에 있어서, 방사선 처리된 초고분자량 폴리에틸렌이 50% 미만의 결정도 및 940㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 가짐을 특징으로 하는 의료 보철물.94. The medical prosthesis of claim 93 wherein the ultra-high molecular weight polyethylene treated with radiation has a polymer structure having a crystallinity of less than 50% and a tensile modulus of less than 940 MPa. 보철물이, 50% 미만의 결정도 및 940㎫ 미만의 인장탄성률을 갖는 중합체 구조를 갖는 가교된 초고분자량 폴리에틸렌을 포함하여, 보철물의 착용 동안에 보철물로부터의 미세 입자 생성을 감소시키는 의료 보철물.A medical prosthesis comprising crosslinked ultrahigh molecular weight polyethylene having a polymer structure having a crystallinity of less than 50% and a tensile modulus of less than 940 MPa, thereby reducing the generation of fine particles from the prosthesis during wearing of the prosthesis. 가교된 폴리에틸렌을 제조하는 방법으로서,As a method of preparing crosslinked polyethylene, 용융점 미만의 온도에서 폴리에틸렌을 제공하는 단계;Providing polyethylene at a temperature below the melting point; 폴리에틸렌을 조사하여, (1) 중합체 사슬을 가교시키고 (2) 폴리에틸렌을 부분적으로 또는 전체적으로 용융시키기에 충분한 열을 발생시키는 단계; 및Irradiating the polyethylene to generate (1) crosslinking the polymer chain and (2) generating sufficient heat to partially or wholly melt the polyethylene; And 가열된 폴리에틸렌을 냉각시키는 단계를 포함하는 방법.Cooling the heated polyethylene. 제 97항에 있어서, 자유 라디칼을 사실상 제거시키도록, 폴리에틸렌을 이의 용융점 이상으로 가열시킴을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 97, wherein the polyethylene is heated above its melting point to substantially remove free radicals. 제 98항에 있어서, 조사에 의해 폴리에틸렌이 용융됨을 특징으로 하는 방법.99. The method of claim 98, wherein the polyethylene is melted by irradiation. 제 98항에 있어서, 방사선 이외의 가열원에 의해 폴리에틸렌이 용융됨을 특징으로 하는 방법.99. The method of claim 98, wherein the polyethylene is melted by a heat source other than radiation.
KR1019980706252A 1996-02-13 1997-02-11 Ultra-high molecular weight polyethylene prosthesis treated with radiation and melt KR100538915B1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/600,744 1996-02-13
US72631396A 1996-10-02 1996-10-02
US8/726,313 1996-10-02
US08/726,313 1996-10-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19990082518A KR19990082518A (en) 1999-11-25
KR100538915B1 true KR100538915B1 (en) 2006-11-07

Family

ID=65952282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980706252A KR100538915B1 (en) 1996-02-13 1997-02-11 Ultra-high molecular weight polyethylene prosthesis treated with radiation and melt

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100538915B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100917986B1 (en) * 2007-08-14 2009-09-18 한국화학연구원 Manufacturing method of UHMWPE artificial joint

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Polymer (1989) 30:872-873 *
Polymer (1989년 5월) Vol.30, no.5, p.866-873 *

Also Published As

Publication number Publication date
KR19990082518A (en) 1999-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU728605B2 (en) Radiation and melt treated ultra high molecular weight polyethylene prosthetic devices
US8865788B2 (en) Radiation and melt treated ultra high molecular weight polyethylene prosthetic devices
US5879400A (en) Melt-irradiated ultra high molecular weight polyethylene prosthetic devices
US8563623B2 (en) Radiation melt treated ultra high molecular weight polyethylene prosthetic devices
US6503439B1 (en) Process for forming shaped articles of ultra high molecular weight polyethylene suitable for use as a prosthetic device or a component thereof
CA2166450C (en) Chemically crosslinked ultrahigh molecular weight polyethylene for artificial human joints
EP0963824B1 (en) Method for forming cross-linked molded plastic bearings
JP4752039B2 (en) Radiation and dissolution treated ultra high molecular weight polyethylene prosthesis and medical articles using the same
KR100538915B1 (en) Ultra-high molecular weight polyethylene prosthesis treated with radiation and melt
JP5073626B2 (en) Radiation and melt processed ultra high molecular weight polyethylene prosthetic device
CA2615068C (en) Radiation and melt treated ultra high molecular weight polyethylene prosthetic devices
MXPA98006579A (en) Radiation and melt treated ultra high molecular weight polyethylene prosthetic devices
EP1413414B1 (en) Method for forming cross-linked molded plastic bearings
Bhambri et al. The effect of aging on mechanical properties of melt-annealed highly crosslinked UHMWPE

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121207

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131209

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141205

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151204

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161208

Year of fee payment: 12

EXPY Expiration of term