NO139484B - Fremgangsmaate for fremstilling av en dispersjon av collagenfibre - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for

fremstilling av en dispersjon av collagenfibre.

Bindevev er en sammensetning av fibre og mellomliggende materiale. Som et spesielt relevant eksempel, inneholder hud et tett nettverk av collagenfibre, hvori det er innflettet sammen-bindende stoffer. Fibrene hadde kunnet adskilles hvis de ikke var bundet sammen av disse andre bestanddeler som har fysikalske og kjemiske egenskaper forskjellig fra collagen.

Collagenfibrene selv er eksepsjonelt sterke og har vanligvis kun et kort elastisitetsområde; de mellomliggende stoffer har mer gellignende natur. Det hele har egenskaper som kommer-sielt eksploateres i slike produkter som lær, pølseskinn og catgut. Imidlertid er den uregelmessige og variable form av naturlige råstoffer ikke fordelaktig for økonomisk omdanning til ønskede produkter. På grunn av dette er det tidligere foreslått å redusere den opprinnelige form til en masse eller oppløsning som deretter kan underkastes rekonstituering til mer egnede former. En ofte benyttet måte har vært å male det sammensatte vev ned

til varierende grader av finhet. Det skal imidlertid fremheves at denne behandling resulterer i ikke-differensierte klumper som kun kan reaggregeres som et konglomerat, og kohesjonen vil være begrenset til adhesjon mellom klumpene. Fibrene strekker seg ikke lenger ut gjennom hele strukturen for å binde denne sammen;

de meget avkortede fibre befinner seg nå i det vesentlige i klumpene. Brukbare gjenstander er laget på denne måte, men fremgangsmåten står i motsetning til prinsippene for fibertekstil-teknologien, der det er kjent at en minimum stabellengde og over-lapping er nødvendig for å oppnå god fysikalsk ytelse.

Foreliggende oppfinnelse er rettet mot longitudinal separering av collagenfibre med en ønsket lengde, slik at de ønskede fibrøse egenskaper i det naturlige collagen opprettholdes, mens det allikevel oppnås en homogen dispersjon som tilfredsstillende kan omdannes til tynne filmer.

For å oppnå det ovenfor angitte mål, angår foreliggende oppfinnelse således en fremgangsmåte for fremstilling av en dispersjon av collagenfibre, og denne fremgangsmåte karakteri-seres ved at den omfatter: (a) behandling av et collagenholdig materiale med en vandig oppløsning av et jordalkalimetallhydroksyd og et alkalimetallhydroksyd for å redusere kohesjonen mellom collagenfibrene som er tilstede i materialet, hvorved alkalimetallhydroksydet har en konsentrasjon av 0,25-2 molar, og behandlingen gjennomføres ved en temperatur mellom blandingens frysepunkt og 30°C5 (b) oppdeling av det collagenholdige materiale til partikler; og (c) mekanisk separering av collagenfibrene i partiklene for å befri fibrene fra hverandre i det vesentlige langs hele lengden og i det vesentlige uten ytterligere reduksjon av fiberlengden, hvorved partikkelstørrelsen til partiklene (b) reguleres slik at fibrene, som oppnås i trinn (c), i det vesentlige holdes tilbake på en sikt med hull som har en diameter på 1 mm hvis fibrene etter nøytralisering og vasking dreneres på sikten.

GB-PS 482.628 beskriver en fremgangsmåte for desinteg-rering av collagenholdig vev omfattende svelling av collagen-fibréne i vevet ved bruk av alkaliske stoffer slik som suksessiv behandling med oppløsninger av kalkmelk og kaustiksoda, fulgt av opparbeiding, f.eks. mekanisk desintegerering ved hjelp av kjente innretninger. Foreliggende oppfinnelse skiller seg fra denne kjente teknikk på flere måter. For det første krever foreliggende oppfinnelse samtidig behandling av det collagenholdige materiale med et jordalkalimetallhydroksyd og en definert konsentrasjon av et alkalimetallhydroksyd. Denne kombinasjon bringer bindestoffene som holder collagenfibrene, til svekning uten å tillate svelling av collagenfibrene selv. For det andre krever oppfinnelsen oppdeling av det collagenholdige materiale til diskrete partikler med definert størrelse fulgt av mekanisk dispersjon av fibrene fra hverandre i det vesentlige uten ytterligere reduksjon av fiberlengden. Ifølge oppfinnelsen oppnås det derfor en dispersjon av i det vesentlige enhetlige collagenfibre med makroskopisk lengde, fibre som ikke er nedbrudt ved svelling.

Alkalimetallhydroksydbehandlingen bør fortsettes i et tidsrom tilstrekkelig til å sikre nedbrytning av de sammenbind-ende stoffer mellom fibrene, uten at den forlenges i en grad som vil føre til nedbrytning av fibrene selv; en lang behandlings-periode er godtagbar hvis overskytende behandlingsoppløsning fjernes etter begynnende mykning og materialet lagres under kjøl-ige, fuktige betingelser. Enkle forsøk vil åpenbare for fagmannen den beste behandlingstid for enhver spesiell kombinasjon av collagenholdig materiale, alkalimetallhydroksyd og temperatur. Eksemplene som er angitt nedenfor, beskriver i detalj beskriv-elsen av den mest egnede tid for alkalimetallhydroksydbehandlingen under et gitt sett betingelser.

De mest foretrukkede alkalimetallhydroksyder er litium-, natrium-og kaliumhydroksyd. Det er foretrukket at hydroksydet er tilstede i en konsentrasjon på 0,4-0,9 molar.

Den mekaniske dispersjon av collagenfibrene gjennom-føres helst med en mosende virkning som omfatter en kraftig nedad-rettet bevegelse og en mykere sideveis bevegelse for å fremme longitudinell separering av fibrene. Det må skilles klart mellom dette mosetrinn som gir longitudinell separering av fibrene, mens lengden opprettholdes og den konvensjonelle hakkeprosess som bruker en hakker eller en kolloidmølle, noe som resulterer i tverrkutting av fibrene med en resulterende reduksjon av fiberlengden.

I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen oppnås dispersjonen av collagenfibrene ved ekstrudering av det collagenholdige materiale gjennom en trang spalte. Bredden av spalten bestemmer fiberstørrelsen i dispersjonen, og enkle forsøk vil fastslå den beste spaltevidde. En spaltebredde på 0,1 mm er funnet egnet for dispersjonene av kuhud som var behandlet med kalsium- og natriumhydroksyder. Gjennomføring på forhånd gjennom en spalte på 0,3 mm understøtter oppnåelsen av total dispersjon, og i tillegg kan det collagenholdige materiale hakkes opp eller forminskes før ekstrudering gjennom spaltene. Det er meget ønskelig at det collagenholdige materiale til å begynne med underkastes en forbehandling med en vandig oppløsning av et jordalkalimetallhydroksyd, helst kalsiumhydroksyd eller strontiumhydroksyd eller blandinger derav, inntil det collagenholdige materiale er gjennomtrengt av og helst mettet med jordalkalimetallhydroksydet. Det er funnet at denne forbehandling tjener til å holde tilbake og å regulere svellingen av fibrene, slik at nettverkskohesjonen for det collagenholdige materiale lettere kan elimineres uten samtidig destruksjon av dens individuelle fiberintegritet.

Jordalkalimetallhydroksydet har videre den fordelaktige virkning at det i det vesentlige reduserer glattheten for det collagenholdige materiale etter at det er behandlet med jordalkalimetallhydroksydet. Mens en viss grad av glatthet for fiberover-.flaten er ønskelig, idet at den letter den longitudinelle separering av fibrene under.mosing, vil nærværet av jordalkalimetallioner dempe dette og lette opprettholdelse av materialet som skal moses mellom moseoverflåtene i mosemaskinen. En balanse kan således oppnås mellom den ønskelige separering av fibrene og lettheten av overføring av skjærkrefter til fibrene for å bevirke separering. Forbehandlingen med jordalkalimetallhydroksydet er også funnet å understøtte en forhindring av enhver tendens til at individuelle fibre skal brytes opp under mosingen utover det som tidligere ble oppnådd ved hakkingen. Enhver oppbrytning av de individuelle fibre vil gi en uønsket variasjon av fiberlengden; ved gjennom-føring av foreliggende oppfinnelse må betingelser under hvilke fibrene brytes opp unngås.

Hvis ønskelig, kan trinnet med behandling av det collagenholdige materiale med et alkalimetallhydroksyd og/eller trinnet med oppdeling av det collagenholdige materiale med diskrete partikler foregå før det endelige mosetrinn, helt opptil et tidsrom på flere måneder. Denne lagring av det delvis behand-lede collagen kan benyttes for å gi fibrene i den resulterende dispersjon spesielle egenskaper. Oppdelingen av collagenholdig materiale til diskrete partikler kan fordelaktig oppnås enten ved hakking eller oppskjæring av det collagenholdige materiale. Størrelsen av de diskrete partikler vil bestemme stabellengden for fibrene i dispersjonen som fremstilles i modningstrinnet. Det er således meget ønskelig å sikre at skjæringen eller hakkingen gjennomføres så jevnt som mulig for å sikre en enhetlig stabellengde for fibrene i den resulterende dispersjon.

Det er funnet at partikler med en sidelengde på mellom 3 og 10 mm, er foretrukket. Partikler med denne størrelse vil resultere i en dispersjon av fibre med en egnet lengde til bruk ved fremstilling av pølseskinn og andre collagenholdige gjenstander, slik som suturer og racquetstrenger. Collagenholdige partikler med den beskrevne størrelse kan oppnås enten ved å skjære det collagenholdige materiale med kniver anbrakt i en egnet avstand fra hverandre eller ved å føre materialet gjennom den grove plate, f.eks. med hull med en diameter på 9,5 mm, i en kjøttkvern.

Det er foretrukket at dispersjonen etter mosing av fibrene behandles for å fjerne overskytende alkali. Fjerningene av alkali bør gjennomføres på en slik måte at ytterligere svelling av florene unngås; derte betyr i virkeligheten at vanntilgjengelig-heten sterkt må begrenses. Et antall måter står til disposisjon for å oppnå fjerning av overskytende alkali, dog er en av de følgende foretrukket.

(a) Dispersjonen kan vaskes med mettet natriumsulfat.

(b) Pulveriserte faste syrer, slik som adipinsyre, sitron-syre eller tartarsyre eller tilgjengelige syresalter, slik som natriumdihydrogenfosfat eller natriumdihydrogennitrat, eller buffer-blandinger kan tilsettes til fiberdispersjonen, mens dispersjonen blandes f.eks. i en deigblander. Hvis ønskelig, kan små mengder vann tilsettes til blandingen for å justere dispersjonens tekstur. (c) Flytende syrer, slik som saltsyre, eddiksyre eller melkesyre i konsentrert form kan tilføres til dispersjonen som en tåkespray. (d) Karbondioksyd under trykk kan også benyttes. Denne fremgangsmåte er spesielt egnet til anvendelse ved den fremgangsmåte som er beskrevet i NO-PS 136.715. (e) Alkalimetallhydroksydet kan lutes ut fra dispersjonen ved oppløsningsmiddelutlutning ved bruk av alifatiske alkoholer.

En blanding av 4 volumdeler rektifisert sprit og 1 volumdel vann

er funnet hverken å øke eller å redusere vanninnholdet i fibrene, mens den allikevel effektivt lufter ut alkali fra dispersjonen.

Med henblikk på mosingen og nøytraliseringen av dispersjonen oppnås ved anvendelse av foreliggende oppfinnelse sammen med det ovenfor angitte patent, to vesentlige fordeler.

For det første behøver dispersjonen ikke helt å nøytraliseres og heller ikke gjøres sur, behandlingen av dispersjonen lettes ved vasking ved en alkalisk pH-verdi. For det andre kan ufullstendig fiberseparering fra mosetrinnet eller moderat floking fra nøytra-liseringen bringes i orden på et senere trinn på grunn av smøre-virkningen av det propylenglykolalginat som tilsettes til dispersjonen under fremgangsmåten som er beskrevet i det ovenfor angitte patent. Separeringen av fibrene kan økes ved etterfølgende gjen-ekstrudering av blandingen gjennom en spalte med de ovenfor angitte dimensjoner. Det skal være klart at det for å unngå svake punkter i det ferdige produkt må stå til disposisjon innretninger for total fiberseparering og jevn relativ bevegelse ved formingen.

Etter nøytraliseringen eller en i det vesentlige full-ført nøytralisering, kan vanlige teknikker for fiberbehandling benyttes, forutsatt at forhøyede temperaturer unngås hvis for-krymping av fibrene skal unngås. Dispersjonen kan hensiktsmessig vaskes i et egnet volum vann og groytørkes på en relativt grov sikt som f.eks. har huller med en diameter på 1 mm under anvendelse av trykk. Fibrene kan vaskes tilstrekkelig til å fjerne oppløselige salter og finpartikkelformig stoff slik som uoppløse-lige kalsiumsalter, for å gi rene og i det vesentlige nøytrale collagenfibre med i det vesentlige enhetlig stabellengde.

Det vaskede preparat som oppnås ved denne prosess, kan anvendes direkte ved, eller kan varmkonsentreres for, fremgangsmåten ifølge ovenfor angitte patent. Alternativt kan overskytende vann fjernes ved hjelp av oppløsningsmidler eller ved hjelp av en olje-i-vann-emulsjon, fulgt av lufttørking. Hvis oppløs-ningsmiddeltørking benyttes, er det mest foretrukkede oppløsnings-middel aceton, metyletylketon og etanol. Oppløsningsmiddeltørk-ingen følges helst også av luftfordampning, og det oppnås hvite, rene, stabile collagenstabelfibre som er lett gjenfuktbare. De lufttørkede preparater er stabile, men det er imidlertid nødvend-ig å lagre vannfuktede fibre under kjøling.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes på ethvert bindevev, dvs. collagenholdig råstoff, uansett hvor vidt dette er tørket ut for lagring og frakt og er holdt i fuktig tilstand. Lærhud er foretrukket på grunn av sitt innhold av lange, sterke fibre; sener er vanligvis vanskelige å få tak i og representerer ingen spesielle fordeler; benbrusk, dvs. binde-vevet i ben, gir ikke lange fibre og, hvis dette stoff benyttes, vil det være nødvendig å benytte en vaskesjikt som er finere enn den som er beskrevet ovenfor.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning • til de følgende illustrerende eksempler.

Eksempel 1

Saltet hud ble vasket fri for salt, kalket med et overskudd av ulesket kalk i 4 dager, hvoretter hår og kjøtt ble " fjernet. Like store andeler av lærhuden ble dyppet i et definert, men ikke stort overskudd, for å tillate fluidopptak av vevet, av 3% og 2% oppløsninger av natriumhydroksyd og satt hen ved romtemperatur (ca. 26°C). Etter 2 dager ble 3%-nivået funnet å være noe over-mykgjort og 2%-nivået krevde 5 dager for behandling. I hver tilfelle ble væsken helt av fra det mykgjorte materialet, narven fjernet for separat undersøkelse og lærhud-strimler ført gjennom en kjøttkvern ved bruk av en grov plate med huller med diameter på 9,5 mm. Dette opphakkede ble omhygge-lig moset for å frigjøre og å separere fibrene, og narvmembranet ble behandlet tilsvarende for seg. Mosen ble anbragt i en deigblander, og under blandingen ble tilstrekkelig pulverisert fast natriumdihydrogenfosfat til å oppnå nøytralisering tilsatt i finfordelt form for progressiv oppløsning. Etter nøytraliseringen, ble blandingen fortynnet med kaldt vann og vaskeekstrakten fjernet ved å presse massen i en nylonstrømpe, og det viste seg at alle fibrene ble holdt tilbake av den trykkekspanderte duk,

noe som viste fraværet av fint oppbrutt fibermateriale. Fortyn-nings-vaskeprosessen ble gjentatt en gang til, og det ble oppnådd rene, hvite, i det vesentlige nøytrale og diskrete collagenfibre med i det vesentlige enhetlig lengde. Narvmaterialet som ble fremstilt, var tilfredsstillende, men var overveiende av kortere fiberlengde. Alle prøvene ga gode vev når de ble behandlet ved fremgangsmåten ifølge NO-PS 136.715; imidlertid er det vesentlig for å oppnå filmer av god kvalitet fra narvmembran at alt håret er fjernet, da ellers hårstubbene vil opptre som inneslutninger. Eksempel 2

Tilpassede prøver av tørkede, kalkede strimler (kom-mersiell vare) ble dyppet ned i et overskudd av 1, 2, 4, 6,8, 10, 20 og 30% natriumhydroksyd ved omgivelsestemperatur rundt 20-22°C.

Resultatene sammen med de fra det foregående eksempel antyder

det generelle mønster for alkalikonsentrasjon-innflytelsen.

Etter 1 dag i den 30%-ige oppløsning, hadde strimlene mistet en mengde overflatemateriale til oppløsningen, mens materialet i midten forble meget hardt; dvs. at det forelå en maksimal (over-flate) -eros jon i materialet uten gjennomtrengning ut over erosjons-grenseflaten. 20%-prøven var tilsvarende, men mindre ekstremt påvirket.

Etter 1 dag var materialet i 10%-oppløsningen rimelig godt svellet (dvs. på grunn av noe gjennomtrengning) og hadde gelékonsistens ved kantene med fint materiale dispergert i opp-løsningen, men fremdeles med hardt stoff inn i strimlene. Ved 8%-nivået var det en svelling, men det var en.gjørmet konsistens på utsiden med en viss oppbrytning, noen stykker var myke inni, mens omtrent like mange fremdeles var faste. Således var det inntrådt oppløsningsgjennomtrengning og stoffsvelling i stedet for stoff-erosjon og dispergering etterhvert som alkalikonsentrasjonen ble redusert.

Ved 6%-nivået var stykkene svellet, kuttkantene viste en viss fragmentering, men gikk mot gelékonsistens kun på det ytre av en prøve.

4%: svellet mens kuttkantene viste noe fragmentering, fast i midten, men en tendens til mykning på utsiden.

2%: ikke mye svellet, men fremdeles enhetlig fast. 1%: lite svellet, hard, dvs. at det ved dette nivå ikke var noen svelling og ingen erosjon.

Prøvene som var behandlet ved 2%-nivået, var funnet å være tilstrekkelig mykgjort etter 5 dager, mens de som var behandlet ved 1%-nivået ikke var tilstrekkelig mykgjort etter 10 dager.

For ytterligere behandling ble væsken helt av fra

prøvene som var mykgjort med 2% natriumhydroksyd i 5 dager, disse ble videre oppmalt og moset som i eks. 1. Overskuddet av alkali ble fjernet ved behandling av massen med to etterhverandre følg-ende like store deler av en blanding av 4 deler rektifisert sprit sammen med 1 del vann, fulgt av utpressing av væsken. For en

tredje behandling ble blandingen av sprit og vann gjort sur med eddiksyre. Til slutt ble den fibrøse masse dispergert i vann for vasking i det vesentlige slik som i eks. 1.

Eksempel 3

Natriumhydroksyd har en molekylvekt på 40, litiumhydroksydmonohydrat på 42, dvs. at differansen er'neglisjerbar i praksis. Kalket hud og tørkede kalkede stykker ble behandlet med 1, 2 og 3%-ige oppløsninger av litiumhydroksydmonohydrat på den måte som tidligere er beskrevet ved bruk av natriumhydroksyd. Temperaturen var omkring 20°C. På samme måte som med natriumhydroksyd ble gunstig mykgjøring oppnådd ved 3%-nivået i det vesentlige i løpet av 2 dager, mens 2%-nivået krevet 5 dager, på hvilket tidspunkt prøvene som var behandlet ved 1%-nivået, fremdeles var for faste.

Molekylvekten for kaliumhydroksyd er 56, og derfor er det for å oppnå en molekylær konsentrasjon ekvivalent med natriumhydroksyd med dette alkali, nødvendig å multiplisere natriumhydroksydtallene med 1,4. Selvfølgelig vil i praksis alle konsentrasjoner bestemmes ved analyse og, fordi f.eks. kalium-hydroksydpellets aldri er 100%, må ytterligere vektjustering fore-tas på anlysebasis. Tørkede, kalkede hudstykker ble neddyppet i kaliumhydroksydoppløsninger med ekvivalent alkalikonsentrasjon til den for 1, 2 og 3% natriumhydroksyd. I dette tilfelle var temperaturen rundt 26°C.

Forsøkene ga følgende resultater:

Den akselererende virkning av den høyere temperatur er åpenbar.

Eksempel 4

Saltet lærhud ble vasket fri for overskytende salt og neddyppet i vann med et overskudd av strontiumhydroksyd. Etter 4 dager ble huden fjernet, hvoretter hår og kjøtt ble fjernet.

Lærhuden hadde svellet mer enn det som er vanlig med bruk av kalsiumhydroksyd (kalk). Deretter ble lærhuden skåret opp til egnede stykker, og ett sett forble i strontiumhydroksyd som kontroll; de andre ble dispergert i like mengder 1%, 2% og 3% natriumhydroksyd i et volum tilstrekkelig til å dekke materialet godt, men ikke i for sterk grad. Temperaturen var 22°C. Etter

1 dags behandling hadde svellingen øket i takt med natrium-hydroksydkonsentrasjonen, men ingen var tilstrekkelig mykgjorte. Fra dette tidspunkt var mønsteret som følger:

Eksempel 5

Benbrusk ble fremstilt fra saueknokler, og hver knokkel ble skåret langsetter for å tillate fjerning av margkanalens fete hud. De tilsvarende bensener ble skåret bort, og seneskjedene ble fjernet. Like prøver av lærhud og sener ble fremstilt, av hvilke halvparten ble kalket i 4 dager, mens den gjenværende halv-part ble lagret under destillert vann under avkjøling. Overflate-kalk ble fjernet fra de kalkede prøver, og parallelle sett av kalket kontra ukalket lærhud.og sener ble fordelt i like mengder av 1%-ig, 2%-ig og 3%-ig natriumhydroksyd. Temperaturen var rundt 25°C. Resultatene er angitt i den følgende tabell.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for fremstilling.av en dispersjon av collagenfibre, karakterisert ved at den omfatter: (a) behandling .av et collagenholdig materiale med en vandig oppløsning av et jordalkalimetallhydroksyd og et alkalimetallhydroksyd for å redusere kohesjonen mellom collagenfibrene som er tilstede i materialet, hvorved alkalimetallhydroksydet har en konsentrasjon av 0,25-2 molar, og behandlingen gjennom-føres ved en temperatur mellom blandingens frysepunkt og 30°C; (b) oppdeling av det collagenholdige materiale til partikler; og (c) mekanisk separering av collagenfibrene i partiklene for å befri fibrene fra hverandre i det vesentlige langs hele lengden og i det vesentlige uten ytterligere reduksjon av fiberlengden, hvorved partikkelstørrelsen til partiklene (b) reguleres slik at fibrene, som oppnås i trinn (c), i det vesentlige holdes tilbake på en sikt med hull som har en diameter på 1 mm, hvis fibrene etter nøytralisering og vasking dreneres på sikten.
2. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakteris- er t ved at den mekaniske separering av fibrene oppnås ~—~^ed_^hjelp av mosing og ekstrudering gjennom innsnevrede åpninger.
3. 3. —Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at det collagenholdige materiale er i det minste delvis mettet med en vandig oppløsning av et jordalkalimetallhydroksyd når det behandles med alkalimetallhydroksydopp-løsningen. •
4. 4. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at det som alkalimetallhydroksyd anvendes litiumhydroksyd, natriumhydroksyd eller kaliumhydroksyd.
5. 5. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-4, karakterisert ved at alkalimetallhydroksydet anvendes i en konsentrasjon på 0,4-0,9 molar.
6. 6. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert ved at det som jordalkalimetallhydroksyd anvendes kalsiumhydroksyd eller strontiumhydroksyd.