NL8700229A - Polylactidegaren met een treksterkte tussen 1,3 en 4 gpa en werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijk garen. - Google Patents

Description

F 189

Polylactidegaren met een treksterkte tussen 1,3 en 4 GPa en werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijk garen

De uitvinding heeft betrekking op polylactidegaren dat een georiënteerd lactidepolymeer omvat dat voor ten minste 60 gew.'& is afgeleid van L-lactide en/of DL-lactide en tot 40 gew.% van een hydroxyzuur of amino-carbonzuur met ten hoogste S koolstofatomen, alsmede op een werkwijze voor de vervaardiging van een dergelijk garen.

De vervaardiging van polylactidegarens is onder meer beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3 636 956. De daarin beschreven garens blijken op een aantal punten waarvan in het bijzonder de trek- en knoopsterkte tekort te schieten.

Polylactidegarens met een veel hogere sterkte zijn verkregen door Gogolewski e,m. en beschreven in Journal of Appl. Pol. Sci. Vol. 28, 1045-1061 <1983). Het uit chloroform versponnen polylactidegaren wordt 20x verstrekt, waarna een treksterkte wordt gemeten van 1,2 GPa.

Voor een aantal toepassingen, in het bijzonder op medisch gebied, blijkt er een grote behoefte te bestaan aan garens met niet alleen een nog grotere treksterkte doch eveneens andere verbeterde fysische eigenschappen.

Hierin wordt door de uitvinding voorzien door het verschaffen van een in de aanhef genoemd polylactidegaren waarvan de treksterkte tussen 1,3 en 4 GPa bedraagt en waarvan in een WAXD-opname de met de B-structuur corresponderende reflectie op de le etage van het diffractogram bij 2Θ = 19,8" een grotere intensiteit vertoont dan de met de a-structuur corresponderende reflectie op de le etage van het diffractogram bij 2Θ = 19,2".

De bepaling van laatstgenoemde eigenschap kan geschieden met behulp van een Statton camera, waarbij een WAXD röntgenopname wordt gemaakt met een CuKc-stralingsbron (λ * 1,5421). De intensiteit van de reflecties wordt op de bekende wijze bepaald met behulp van een densitometer.

Polylactidegarens van voornoemde sterkte die laatstgenoemde struetuurpara-meter bezitten, zijn bij uitstek geschikt voor toepassing in de medische techniek. Zij zijn namelijk sterk genoeg om de plaats in te nemen van de tot nu toe gebruikte niet-biocompatxbele polyester- of polyamidegarens, terwijl zij toch door het lichaam kunnen worden geresorbeerd zodat gedurende het herstellingsproces hun functie weer geleidelijk kan worden overgenomen door de meer natuurlijke door het lichaam zelf gevormde materialen.

8rr Ci n *. en h

i v V £ Z

P 189 _ Ί - 4m

Het is aanvraagster gebleken dat er een direct verband bestaat tussen polylactidegarens met een sterkte > 1,3 GPa en de verhouding van de 8 tot ot structuur daarin. Bovendien blijkt ook de knoopsterkte bij polylactidegarens met een overwegend 8-structuur verrassend hoog,

In het kader van de uitvinding gaat de voorkeur uit naar polylactidegaren waarvan het lactidepolymeer voor ten minste 85 gew.% is afgeleid van L-lactide en/of DL-lactide.

Voorbeelden van andere monomeren die naast D-lactide of DL-lactide kunnen worden toegepast, zijn glycolide, B-propiolacton, tetramethylglycolide, B~ butyrolacton, y-butyrolacton, pivalolacton en intermoleculaire cyclische esters van ö-hydroxyboterzuur, α-hydroxyisoboterzuur, a-hydroxyvaleriaan-zuur, a-hydroxyisovaleriaanzuur, α-hydroxycapronzuur, a-hydroxyethylboter-zuur, oi-hydroxyisocapronzuur, oi-hydroxyoctaanzuur, caprolactam, p-hydroxy-benzoëzuur en depsipeptiden.

De polylactiden waaruit de garens volgens de uitvinding zijn vervaardigd, bezitten in het algemeen een molecuulgewicht naar het viscositeitsgemid-delde van ten minste 3 x 105 en bij voorkeur meer dan 5,0 x 1CP kg/kmol, berekend met de formule; [η] = 5,45 x ΙΟ"* Mv°>73, waarbij de viscositeit is gemeten bij 25“0 in chloroform.

Wanneer de voorkeur uitgaat naar een garen met een zo hoog mogelijke sterkte en/of een garen waarvan de resorptietijd relatief lang is, gaat de voorkeur uit naar polylactidegaren dat geheel is afgeleid van L-lactide en/of DL-lactide.

Bij de vervaardiging van de polylactidegarens volgens de uitvinding kan gebruik worden gemaakt van een door Leenslag e.m. in Journal of Appl. Pol. Sci. Vol. 29, 2829-2842 (1984) beschreven werkwijze, waarbij een lactidepolymeer met een intrinsieke viscositeit van ten minste 5,5 dl/g wordt versponnen uit een oplosmiddelmengsel van een alifatische gechloreerde koolwaterstof met een polair karakter en een lichte aromatische koolwaterstof en vervolgens verstrekt.

In Tabel I op blz. 2833 van dit artikel wordt het resultaat vermeld van een aantal trek- en knoopsterkten van een poly (L-lactide), PLLA, garen dat is verkregen door verspinnen van PLLA met een molecuulgewicht naar het visco- 07 0 P- r; V - P 189 - 3 - siteitsgemiddelde Mv * 4,6 x 103 uit een 18% oplossing (gew./volume) van een mengsel van 70 volumedelen chloroform en 30 volumedelen tolueen. Alhoewel blijkens voornoemde tabel met de bekende werkwijze garens kunnen worden verkregen met een knoopsterkte die op kan lopen tot 70'o van de treksterkte, zijn de daarin vermelde sterktecijfers van de PLLA-garens relatief laag.

Door de uitvinding wordt thans voorzien in een werkwijze waarmee poly-lactidegarens met in de aanhef vermelde eigenschappen kunnen worden verkregen.

De uitvinding bestaat hieruit dat bij een werkwijze van het hiervoor genoemde bekende type het volumepercentage van de in het mengsel aanwezige oplosmiddelen zodanig wordt gekozen dat dit ten hoogste 154 is verwijderd van het percentage waar de intrinsieke viscositeit na een geleidelijke daling een maximum bereikt.

De in het kader van de onderhavige uitvinding te gebruiken alifatische gechloreerde koolwaterstoffen bezitten in het algemeen niet meer dan drie koolstof atomen, terwijl de lichte aromatische koolwaterstoffen die in het kader van de uitvinding kunnen worden toegepast, bij atmosferische druk in het algemeen een kookpunt bezitten van ten hoogste i 50’'C.

Voorbeelden van alifatische gechloreerde koolwaterstoffen met een polair karakter die in het kader van de uitvinding kunnen worden toegepast, zijn ethylideenehloride, trans-1,2 dichloorethyleen, 1,2-dichloorpropaan, cis- 1,2 dichloorethyleen, trichloorethyleen en chloroform.

Voorbeelden van lichte aromatische koolwaterstoffen die in het kader van de uitvinding kunnen worden toegepast, zijn benzeen, tolueen, o-, m-, p-xyleen en vinyltolueen.

Het spreekt vanzelf dat ook mengsels van alifatische gechloreerde koolwaterstoffen en mengsels van lichte aromatische koolwaterstoffen kunnen worden toegepast.

In het bijzonder wanneer een polylactide, dat bij voorkeur geheel of grotendeels bestaat uit poly L-lactide of poly DL-lactide, wordt versponnen uit een oplosmiddel van chloroform en tolueen, wordt anders dan bij de hiervoor genoemde bekende werkwijze de volumeverhouding chloroform tot tolueen gekozen tussen 55:45 en 25:75.

Gebleken is dat bij toepassing van de werkwijze volgens de uitvinding poly (L-lactide) garens kunnen worden verkregen met een sterkte tot ten minste 4 GPa.

8 T r c:: 't ··* - 4 - P 189

Dit moet als bijzonder verrassend worden beschouwd aangezien in voornoemd artikel van Gogolewski e.m. op blz. 1059 nog uitdrukkelijk wordt vermeld dat van de PLLA-vezels vervaardigd uit PLLA met eenzelfde molecuulgewicht, die welke uit een goed oplosmiddel voor PLLA zijn versponnen een hogere sterkte bezitten dan die welke uit een slecht oplosmiddel voor PLLA zijn versponnen, terwijl verder de in Tabel I van eerstgenoemd artikel vermelde cijfers duidelijk tenderen naar een lagere treksterkte bij toepassing van een mengsel van chloroform en tolueen,

In het kader van de uitvinding gaat de voorkeur uit naar een werkwijze waarbij de volumeverhouding chloroform tot tolueen wordt gekozen tussen 45:55 en 35:65.

Daarbij worden optimale resultaten verkregen wanneer voor het oplosmiddel-mengsel 2 volumedelen chloroform op 3 volumedelen tolueen worden genomen.

/ Verder is gebleken dat de wijze van bereiding van de polylactide-oplossing van groot belang is op het uiteindelijk te verkrijgen resultaat. Daarbij gaat de voorkeur uit naar een werkwijze waarbij het oplosmiddelmengsel wordt bereid door het laetidepolymeer eerst op te lossen in de alifatische gechloreerde koolwaterstof en vervolgens de lichte aromatische koolwaterstof toe te voegen tot de vereiste volumeverhouding en concentratie zijn verkregen.

In het algemeen kunnen goede resultaten worden verkregen wanneer het oplosmiddelmengsel wordt versponnen bij een temperatuur tussen 20 en ÏQOT. De voorkeur gaat evenwel uit naar een werkwijze waarbij de spintemperatuur wordt gekozen tussen 55 en 65^0,

De aldus gevormde filamenten worden vervolgens verstrekt met een strek-verhouding tussen 4 en 30 bij een temperatuur tussen 45 en 210"C. Daarbij gaat de voorkeur uit naar toepassing van een strekverhouding tussen 10 en 25 bij een temperatuur tussen 190 en 208°C.

De concentratie van het polylactide in het oplosmiddelmengsel zal in het algemeen zijn gelegen tussen 1 en 20 (gew./vol.)%. De toe te passen concentratie is onder meer afhankelijk van de oplosviscositeit van het. polylactide in het betreffende oplosmiddelmengsel. In de praktijk zal de optimale concentratie meestal liggen tussen 1,5 en 15 (gew./vol.)¾.

fi ”7 O ή p - V 1' ’ i s - 5 - Ρ 189

De polylactidegarens volgens de uitvinding kunnen worden gewoven, gevlochten, gebreid of als zodanig in de vorm van monofilamenten worden toegepast in de chirurgie als bijvoorbeeld naaigaren, doch ook als ver-sterkingsmateriaal bij de vervaardiging van prothesen als kunstaderen. Als gevolg van de resorptie van het polylactide in het lichaam kan geleidelijke vervanging plaatsvinden door door het lichaam geproduceerde natuurlijke materialen.

Bij het verspinnen van het polylactide volgens de uitvinding wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van spindoppen met openingen van 0,2 tot 1 mm en een lengte van het capillair van 10 mm. Door de filamenten na het verspinnen te verstrekken onder de hiervoor aangegeven condities worden uiteindelijk filamenten met een sterkte van 1,3 GPa of meer verkregen. De diameter van de afzonderlijke filamenten zal daarbij in het algemeen zijn gelegen tussen 0,3 x 10“* en 1 x 10~* m. De filamenten hebben bij voorkeur een diameter tussen Ü,4 x 10"'' m en 1 x 10"" m.

Het warm verstrekken van de vezels kan bijvoorbeeld geschieden in een electrische buisoven met een lengte van 60 cm in een droge, zuurstofvrije atmosfeer.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de volgende voorbeelden. Het spreekt vanzelf dat dit uitvoeringsvoorbeelden zijn waartoe de uitvinding niet is beperkt.

In onderstaande voorbeelden is gebruik gemaakt van PLLA met Mv = 6,5 x lö: en 9 x I05 , verkregen door polymerisatie gedurende 24 uur bij 130’Τ, respectievelijk 112 uur bij 110QC volgens een werkwijze als beschreven in voornoemd artikel van Gogolewski e.m.

De viscositeit werd bepaald met een Ubbelohde viscometer (type Qa, ASIM D 445) in chloroform en chloroform/tolueen mengsels bij 25 en 6QVC. Het gemiddeld molecuulgewicht naar het viscositeitsgemiddelde Mv werd berekend na bepaling van de intrinsieke viscositeit in chloroform bij 25VC aan de hand van de formule; inj * 5,45 x 10"1 $7 0 8 Ρ 189 ν'1· ·>> - ό -

De mechanische eigenschappen van de vezels werden bepaald bij kamertemperatuur op een Instron trekbank (4301) bij een treksnelheid van 12 mm/minuut. De lengte van de te testen monsters was 25 mm.

Voorbeeld I

Poly (L-lactide) (PPLA) met Mv (molecuulgewicht naar het viscositeits-gemiddelde) 9 x 103 werd opgelost in chloroform en vervolgens verdund met-tolueen tot een oplossing was verkregen met 4 (g dl-l)/o PLLA. De oplossing bevatte gelijke volumedelen chloroform en tolueen en werd bij 6övC versponnen en vervolgens verstrekt bij 204aC. De strekverhouding was 10,5. De aldus vervaardigde filamenten bezaten een treksterkte van 1,45 GPa.

Bij een WAXD röntgenopname bleek de β-reflectie een grotere intensiteit te vertonen dan de ó-reflectie.

Voorbeeld II

De proef van Voorbeeld I werd herhaald, met dien verstande dat de spin-oplossing thans 4 volumedelen chloroform en 6 volumedelen tolueen bevatte. Bij een maximale strekverhouding van circa 20 werd een garen verkregen met treksterkte van 2,1 GPa. Bij een WAXD röntgenopname bleek het polvlactide geheel in de β-structuur aanwezig te zijn.

Voorbeeld III

De proef van Voorbeeld II werd herhaald, met dien verstande dat thans werd uitgegaan van een PLLA met Mv = 6,5 x 103 bij een concentratie van het polymeer van 5,1 (g dl-i)% werd bij een maximale strekverhouding een garen verkregen met een treksterkte van 1,8 GPa. Bij een WAXD röntgenopname bleek de 8-reflectie een grotere intensiteit te vertonen dan de o-reflectie.

Voorbeeld IV

De proef van Voorbeeld I werd herhaald, met dien verstande dat de spin-oplossing thans 7 delen tolueen en 3 delen chloroform bevatte. Bij een strekverhouding van 14,5 werd een garen verkregen met een sterkte van 1,4 GPa. Bij een WAXD röntgenopname bleek de β-refleetie een grotere intensiteit te vertonen dan de a-reflectie. n *" <v f\ * / y t' ~ £· Ρ 189 T- -¾

Voorbeeld V {vergeldjkingsvoorbeeid)

De proef van Voorbeeld I werd herhaald met dien verstande dat de spin-oplossing thans bestond uit een oplossing van 4 g PLLA in 100 ml chloroform. Sa verspinnen bij 60“C en een maximale verstrekking bij 204üc werd een garen verkregen met een treksterkte van 0,75 GPa.

Voorbeeld VI (vergèlijkingsvoorbeeld;

De proef van Voorbeeld I werd herhaald met dien verstande dat de spin-opiossing thans bestond uit een oplossing van 4 g PLLA in 100 ml tolueen.

Sa verspinnen bij hQ'C en een maximale verstrekking bij 204‘JC werd een garen verkregen met een treksterkte van 1,05 GPa.

g j r Γ. C *' Q

Claims (12)

1. Polylactidegaren dat een georiënteerd laetidepolymeer omvat dat voor ten minste 60 gew,% is afgeleid van L-lactide en/of DL-lactide en tot 40 gew.,% van een hydroxyzuur of aminocarbonzuur met ten hoogste 8 koolstofatomen, met het kenmerk dat het garen een treksterkte bezit tussen 1,3 en 4 GPa en in een WAXD-opname de met de β-structuur corresponderende reflectie op de le etage van het diffractograra bij 2Θ = 19,8U een grotere intensiteit vertoont dan de met de a-structuur corresponderende reflectie op de le etage van het diffractogram bij 2Θ = 19,2°.

2. Polylactidegaren volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het lactide-polymeer voor ten minste 85 gew.% is afgeleid van L-lactide en/of DL-lactide.

3. Polylactidegaren volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het lactide-polymeer geheel is afgeleid van L-lactide en/of DL-lactide.

4. Werkwijze voor de vervaardiging van een polylactidegaren volgens conclusie 1, waarbij een lactidepolymeer met een intrinsieke viscositeit van ten minste 5,5 dl/g wordt versponnen uit een oplosmiddelmengsel van een alifatische gechloreerde koolwaterstof met een polair karakter en een lichte aromatische koolwaterstof en vervolgens verstrekt, met het kenmerk dat het volumepercentage van de in het mengsel aanwezige oplosmiddelen zodanig wordt gekozen dat dit ten hoogste 15.; is verwijderd van het percentage waar de intrinsieke viscositeit na een geleidelijke daling een maximum bereikt.

5. V \ - f*' "«· P 189 - 9 -

5. Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij een lactidepolymeer wordt versponnen uit een oplosmiddel van chloroform en tolueen, met het kenmerk dat de volumeverhouding chloroform tot tolueen wordt gekozen tussen 55:45 en 25:75.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de volumeverhouding chloroform tot tolueen wordt gekozen tussen 45:55 en 35:65. ?> n * ; '

7. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk dat voor het oplos-middelmengsel 40 volumedelen chloroform op 60 volumedelen tolueen worden genomen.

8. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het oplosmiddel-mengsel wordt bereid door het lactidepolymeer eerst op te lossen in de alifatische gechloreerde koolwaterstof en vervolgens de lichte aromatische koolwaterstof toe te voegen tot de vereiste volumeverhouding en concentratie zijn verkregen.

9. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de spintemperatuur wordt gekozen tussen 55 en 65^0.

10. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het garen wordt verstrekt met een strekverhouding tussen 4 en 30 bij een temperatuur tussen 45 en 21Ö''C.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk dat. het garen wordt verstrekt met een strekverhouding tussen 10 en 25 bij een temperatuur tussen 190 en 208JC.

12. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk dat het lactidepolymeer wordt versponnen bij een concentratie van 1 tot 20 (gew./vol.)i. i>. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk dat het lactidepolymeer wordt versponnen bij een concentratie van 1,5 tot 15 {gew./vol.) 8 7 ü 0 5; · 5