SE435151B - Enhetlig poros struktur av polytetrafluoreten,forfarande for framstellning derav samt anvendning av den porosa strukturen - Google Patents

Description

7909867 '-9 Efersom den porösa PTFE-strukturen framställes genom sträck- . ning är emellertid den mikrofibrösa strukturen för PTFE som alstras genom sträckningen orienterad i sträckningsriktningen och den har defekten att lätt rivassönder längs sträckninge- riktningen. Dessutom besitter den sträckta porösa PTFE- strukturen den defekten att när en dragkraft anbringas på denna är strukturen stark i sträckningsriktningen men är känslig för deformation i räta vinklar till sträckningsrikt- ningen. I ett försök att avhjälpa denna defekt har det före- slagits att man skall lägga två folier av porös PTFE-struktur över varandra så att sträckningsriktningen för de tvâ korsar varandra i räta vinklar och att man skall sammanbinda de tvâ folierna, eller linda en sträckt PTFE-folie runt ytterytan för ett poröst PTFE-rör sträckt i axiell riktning.

Det har nu framkommit att en enhetlig porös struktur av poly- tetrafluoreten kan framställas vari den mikrofihrösa struktu- ren har en yta som har en stark orientering i en riktning och en annan yta som har en stark orientering i en riktning i räta vinklar till nyssnämnda riktning varvid orienteringen för nämnda mikrofibrösa struktur progressivt ändras från en yta till den andra.

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahållas en enhetlig porös polytetrafluoretenstruktur som har en mikrofiberstruktur sammansatt av fibrer och noder förenade med varandra genom dessa fibrer, varvid mikrofiberstrukturen innefattar en del Q som har en stark orientering i en riktning och en del som har en stark orientering i en riktning i räta vinklar mot den nyssnämnda riktningen, varvid orienteringen för nämnda mikro- fiberstruktur progressivt förändras från den ena av nämnda delar till den andra.

Enligt en annan aspekt tillhandahåller föreliggande uppfinning ett förfarande för framställning av en porös struktur av poly- tetrafluoreten, vilket omfattar formning av en blandning avett ~ osintrat pulver av polytetrafluoreten och ett vätskeformigt 7909867-9 smörjmedel till en produkt med den önskade formen, sträckning av den formade produkten i åtminstone en riktning och upphett- ning av den formade porösa produkten till en temperatur över ungefär 32700 varvid man börjar med en viss del därav under upprätthållande av den i ett tillstånd som har förmåga att förhindra dess värmekrympning, varigenom den sintras tills orienteringen för mikrofiberstrukturen för nämnda del är större i en riktning i räta vinklar till sträckníngsriktnin- garna än i sträckningsriktningen.

Den porösa PTFE-strukturen enligt föreliggande uppfinning framställes i princip medelst det förfarande som beskrives i den japanska patentpublikationen 13560/67 och i de amerikanska patentskrifterna 3.953.566 och 3.962.153 och de amerikanska pa- tentskrifterna 4.208.745 och 4.193.138 och kan ha vilken som helst önskad form, såsom folie, rör eller stav. metod blandas ett osintrat PTFE-pulver med ett vätskeformigt smörjmedel. Lämplig PTFE finnes kommersiellt tillgänglig och har en moiekylvikt av ungefär 106 till 107. Biananingen strängsprutas därefter och formas till den önskade formen Om så önskas avlägsnas därefter det Enligt denna genom valsning etc. vätskeformiga smörjmedlet från den formade produkten genom extraktion, värmeindunstning etc. Den formade produkten sträckes i minst en riktning. Under förhindrande av värme- krympning av den formade produkten upphettas den till en tem- peratur över sintringstemperaturen (327°C) för dess sintring En porös PTFE- struktur som har ökad hållfasthet kan sålunda erhållas. och härdning av den sträckta strukturen.

"För- hindrande av värmekrympning" avser såsom det här användes icke endast fullständigt förhindrande av krympning utan innefattar även tolererbar partiell krympning.

Den resulterande porösa strukturen av PTFE har en mikrofiber- struktur sammansatt av mycket fina fibrer och noder förenade med varandra genom dessa fibrer. Eftersom diametrarna och längderna för fibrerna, och storlekarna och antalet noder kan varieras beroende på sträcknings- och sintringsbetingelserna 7909861-9 kan pordiametern och porositeten för den resulterande porösa strukturen bestämmas fritt.

I den porösa PTFE-struktur som erhålles medelst nyssnämnda metod har fiberstrukturen för PTFE vanligtvis en stark orien- tering i sträckningsriktningen (uttrycket "stark orientering" innebär att mer än hälften av fibrerna är orienterade i nämnda riktning). Det har emellertid visat sig att när sintring får fortskrida i en avsevärt större utsträckning än vid vanliga sintringsbehandlingar i det sintringssteg vid vilket den porösa strukturen upphettas till en temperatur över 327°C orienteras fiberstrukturen för PTFE som ursprungligen har en stark orientering i sträckningsriktningen progressivt i en riktning i räta vinklar till sträckningsriktningen och uppnår slutligen en orientering i en riktning i räta vinklar till riktningen för den ursprungliga orienteringen. Denna tendens är starkare om den porösa PTFE-strukturen hålles vid en högre temperatur över 327°C och under en längre tidsperiod. Upp- hettning regleras emellertid så att förändringen i orientering för fiberstrukturen icke når motsatta ytan. Fiberstrukturen för PTFE kan upphettas genom att den bringas i kontakt med ytan för en upphettad metallplatta, stav eller liknande, genom blåsning av varm luft, genom dess kontakt med en upphettad vätska eller upphettade fina pulver under omröring och liknande metoder.

Den upphettade ytan uppnår slutligen en nätverksform som har en pordiameter av flera tiotals pm till flera m. Denna för- ändring i fiberstruktur antages bero på brott och smält- vidhäftning av de fina fibrerna och på smältvidhäftning av noderna, och rör sig fram in i den porösa strukturen från den upphettade ytan. Det har därför visat sig att genom lämpligt val av sintringstemperatur och tid har fiberstrukturen en progressivt förändrande orientering i den porösa strukturen som varierar från en yta som har en stark orientering i sträckningsriktningen till en yta som har en stark orientering i en riktning i räta vinklar till sträckningsriktningen. För- farandet enligt föreliggande uppfinning utmärkas sålunda av det faktum att den porösa PTFE-strukturen har sintrats i en 1 7909867-'9 avsevärt större utsträckning en vid en vanlig sintring av den porösa PTFE-strukturen.

Under hänvisning till de bifogade ritningarna följer nu en redogörelse beträffande förändringen i mikrofiberstrukturen för de porösa polytetrafluoreten (PTFE)-materialen som för- klarar hur den starka orienteringen av mikrofiberstrukturen förändras.

Fig. 1 och 2 åskådliggör schematiskt, i förstoring, de delar som har olika riktningar med stark orientering. I fig. l är 1 en fiber och 2 en nod. I fig, 2 är 3 en fiber och 4 en korpulent nod. Pilar som visas under de respektive figurerna utvisar grad av stark orientering för den mikrofibrösa struk- turen som är starkare i riktningen ÃÉ än i 55 i fig. 1 och detta samband är omvänt i fig. 2.

I föreliggande uppfinning innebär den riktning i vilken stark orientering av mikrofibrös struktur iakttages en riktning i vilken mekanisk hâllfasthet ökas. Ett kännetecken hos före- liggande uppfinning är att en del av det porösa polytetra- fluoretenmaterialet har visats ha en struktur som åskådlig- göres i fig. 2.

Porösa PTFE-material som sträcks i riktningen Ú har vanligt- vis en mikrofiberstruktur som visas i fig. l. När emellertid det porösa PTFE-materialet utsättes för värmebehandling tills den riktning i vilken stark orientering iakttages förändras i någon del av det porösa PTFE-materialet blir ett antal noder förenade under bildning av en enhetlig korpulent lång nod och små fibrer skurna partiellt varigenom sålunda bildas en mikro- fiberstruktur som âskâdliggöres i fig. 2.

I den struktur som visas i fig. l sammanfaller stark oriente- ring av mikrofiberstrukturen med riktningen för sträckning ÃÉ,,dvs. den riktning i vilken fibrerna töjes medan den är ändrad till riktningen i räta vinklar till riktningen ÃÉ i 'F909867-9 den struktur som visas i fig. 2. Denna ändring av riktningen fortskrider från dei yta till vilken värme har anbringats mot tjockleksriktningen. Det porösa PTFE-materialet enligt före- liggande uppfinning har sålunda en del i vilken stark orien- tering iakttages i den riktning vari sträckning har skett i den största utsträckningen och en del i vilken stark oriente- ring finnes närvarande i riktningen i räta vinklar mot ovan- stående riktning i den porösa kroppen vilket är det som mest utmärker föreliggande uppfinning.

Föreliggande uppfinning beskrives i närmare detalj i det föl- jande under speciell hänvisning till en utföringsform i vilken ett poröst rör av PTFE lämpligt för en rörformig organisk pro- tes erhålles. Huvudändamâlet med att tillämpa uppfinningen på rörformiga organiska proteser är att öka hållfastheten och förbättra möjligheten att förena protesen med vävnaderna hos en patient.

Många rapporter har tidigare redovisats som visar att ett poröst rör av PTFE framställt genom sträckning kliniskt kan användas som en rörformig organisk protes, i synnerhet som en vaskulär protes. En sådan protes anses bättre än konventio- nell protes framställd av stickade eller vävda textilier. Ett PTFE-rör som har utsatts för sträckningsbehandling har en mikrofiberstruktur sammansatt av mycket fina fibrer och noder förenade med varandra genom dessa fibrer. Diametrarna för ' fibrerna varierar beroende på sträckningsbetingelserna men kan göras mycket mindre än de för fibrerna av de stickade eller vävda textilier som nämnts ovan. Eftersom pordiametern och porositeten för röret fritt kan varieras när det exempelvis användes som ett artificiellt kärl är det böjligt och medger knappast bildning av tromb. Röret visar även god bildning av en neointima på dess inre yta utan någon märkbar ogynnsam effekt på de omgivande vävnaderna. Ett sträckt PTFE-rör anses således som en av de bästa rörformiga organiska proteserna. 7909867-9 ~..

Det sträckta PTFE-röret har emellertid den olägenheten att när det användes som en rörformig organisk protes och förenas med den levande kroppen tenderar nålen eller suturen att riva sönder röret. Denna sönderrivning inträffar ofta i axiell riktning för det porösa PTFE-röret och antages bero på den starka orienteringen av fina PTFE-fibrer som bildas som ett resultat av sträckning. I ett försök att lösa problemet med rörsönderrivning föreslogs en enhetlig struktur som omfattar det porösa PTFE-röret och en porös tejp av PTFE eller fibrer av annat material spiralformigt lindat runt dess ytteryta. En sådan struktur är avsedd att förhindra sönderrivning i axiell riktning genom att åt ytterytan för röret förläna en oriente- ring runt axeln för röret. I motsats till detta tillhandahål- les enligt föreliggande uppfinning ett poröst rör av PTFE som är lämpligt som en rörformig organisk protes vilken är orien- terad i axiell riktning och runt röraxeln inuti det enda röret.

Med andra ord löses problemet med rörsönderrivning genom prog- ressiv förändring av orienteringen för mikrofiberstrukturen hos PTFE-röret varierande från dess inneryta där det förelig- ger en stark orientering i den axiella riktningen för röret till dess ytteryta där det föreligger en stark orientering runt axeln för röret.

Det konventionella porösa röret av PTFE besitter dessutom den olägenheten att när det böjes skarpt bucklas röret till och kan icke bibehålla sin cylindriska form. Det porösa PTFE- röret enligt föreliggande uppfinning är däremot beständigt mot buckling beroende på den starka orienteringen för dess ytter- yta runt axeln för röret.

Det konventionella porösa PTFE-röret besitter även den defek- ten att när det användes som en organisk protes är dess för- måga att förenas med de omgivande vävnaderna hos en patient låg. Enligt föreliggande uppfinning är medelpordiametern vid ytterytan för röret större än den vid innerytan, vilket medger lätt inträde och förbindning av de omgivande vävnaderna hos en« patient för påskyndande av assimilering. När det porösa PTFE- vsoeesv-9 % röret enligt föreliggande uppfinning användes som en vaskulär , protes har dess inneryta företrädesvis en medelpordiameter av ungefär l - 100 pm och dess ytteryta skall lämpligen ha en medelpordiameter av ungefär 0,1 - l,0 mm. Det har konstate- ä rats att pordiametrar inom dessa områden med lätthet kan er- hållas.

Figurerna 3, 4, 5 och 6 utgör var och en ett elektronscanning- mikrofotografi av ett poröst PTFE-rör. Fig. 3 och 4 visar ytterytan för röret i en förstoring av 200 resp. 50 gånger.

Fig. 5 visar innerytan för röret i en förstoring av 200 gång- er. Fig. 6 är en tvärsnittsvy av röret i en förstoring av l00 gånger.

Det porösa PTFE-röret enligt föreliggande uppfinning har en struktur som visas i fig, l på innerytan därav och en struk- tur som visas i fig. 2 på ytterytan därav. Det är uppenbart att på utsidesytan är mikrofibrerna skurna, noderna blir kompulenta under bildning av en stark orientering runt axeln för röret. Detta rör är mycket lämpligt som en vaskulär pro- tes.

Fig. 7, 8, 9 och 10 visar vardera ett elektronscanningmikro- fotografi av konventionellt poröst PTFE-rör. Fig. 7 och 8 visar ytterytan av röret i en förstoring av 200 resp. 50 gånger. Fig. 9 visar insidesytan av röret i en förstoring av 200 gånger. Fig. 10 är en tvärsnittsvy av röret i en försto- ring av 100 gånger. Det är uppenbart att både insides- och utsidesytorna visar en struktur som visas i fig. l och en väsentligen enhetlig struktur föreligger i hela röret.

Det porösa PTFE-röret enligt föreliggande uppfinning kan även användas som protes för andra rörformiga organ innefattande matstrupe, luftrör, gallgâng, urinledare och urinrör.

Såsom här tidigare beskrivits i detalj har den porösa PTFE- strukturen enligt föreliggande uppfinning ett ökat användnings- 7909867-9 värde tack vare sina högre hållfasthetsegenskaper än den tidi- gare tekniken.

Uppfinningen åskådliggöres närmare medelst följande exempel.

Exempel l l00 viktdelar fint PTFE-pulver, Polyflon F-103 (en produkt från Daikin Kogyo Co., Ltd.) blandades med 23 viktdelar av en teknisk vit olja, ett vätskeformigt smörjmedel, och det hela blandades enhetligt. Blandningen pressformades premilinärt och strängsprutades därefter och valsades till en folie med en tjocklek av 0,5 mm. Folien doppades i trikloretylen för extraktion av det vätskeformiga smörjmedlet, sträcktes därefter 100 % monoaxielltgenom en kalandervals upphettad till ungefär 275°C och sträcktes därefter 200 % i samma riktning med en kalandervals upphettad till ungefär 200°C.

Den sträckta folien bringades under en minut i kontakt med ett band upphettat till ungefär 520°C för dess sintring under för- hindrande av dess krympning genom att en upptagningsvals drevs med samma hastighet som tillförselhastigheten för den sträckta folien efter upphettning varigenom sålunda en porös PTFE-folie erhölls som hade en tjocklek av 0,37 mm, en porositet av 82 % och en medelpordiameter av 5,0 um. När den porösa folien av PTFE bringades i kontakt med nyssnämnda upphettade band varvid den motsatta ytan av folien tilläts luftkylas under perioder av 3 resp. 5 minuter hade den upphettade ytan en medelpordia-- meter av 80 um resp. 120 pm.

En tråd av rostfritt stål som hade en diameter av 0,4 mm in- fördes genom den porösa folien av PTFE vid en punkt 5 mm från en ände och formades till en ögla. öglan av rostfritt stål drogs med en hastighet av 50 mm/minut i sträckningsriktningen och i'en riktning vinkelrätt mot denna och de belastningar vid vilka sönderrivning inträffade i folien bestämdes. Belast- ningen var 480 g i sträckningsriktningen och 1190 g i den vin- .-_..._.-..........~_. ..._..._...... i V. .. ..- ...... .___- 1969867-9 10 'I kelrätta riktningen för den folie som sintrats under i minut, 810 g i sträckningsriktningen och 970 g i den vinkelrätta riktningen för den folie som sintrats under 3 minuter och 5100 g i sträckningsriktningen och 520 g i den vinkelrätta riktningen för den folie som sintrats under 5 minuter, vilket visar omkastning av den riktning vari orienteringen för fiber- strukturen hos folien var stark. Det visade sig att en porös PTFE-folie som hade nästan lika stor hållfasthet i båda riktningarna hade överlägsna hållfasthetsegenskaper och genom4 trängningsegenskaper för användning som ett membranfilter och ett elektrolytiskt diafragma.

Exempel 2 100 viktdelar fint PTFE-pulver, Polyflon F-l04E (en produkt från Daikin Kogyo Co., Ltd.) blandades enhetligt med 29 vikt- delar av ett vätskeformigt smörjmedel, DOSB (en produkt från Shell Chemical Co.). Blandningen press-formades preliminärt och strängsprutades till ett rör som hade en innerdiameter av 3,0 mm och en ytterdiameter av 4,5 mm medelst en strängsprut- anordning av kolvtyp. Röret doppades i trikloretylen för extraktion av det vätskeformiga smörjmedlet och sträcktes 300 % i axiell riktning vid ungefär 250°C. Det sträckta röret upphettades vid ungefär 330°C och trycket på ytterytan för röret reducerades för expansion av dess innerdiameter till 4,0 mm för framställning av ett poröst rör av PTFE. En stav av rostfritt stål med en diameter av 4,0 mm infördes i röret och under fixering av bägge ändar upphettades det genom en varm luftström från ytterytan till 350°C i 30 minuter.

Staven av rostfritt stål tjänade till att förhindra krympning av det sträckta röret och leda värme av den inre ytan för _bildning av termisk gradient. Röret kyldes till rumstempera- tur och därefter avlägsnades staven av rostfritt stål. Ett poröst PTFE-rör erhölls sålunda som hade en innerdiameter av 4,0 mm, en ytterdiameter av 4,9 mm, en porositet av 80 % och en medelpordiameter av 2,0 um vid innerytan och 150 um vid ytterytan. 7909867-9 11 En tråd av rostfritt stål med en diameter av 0,4 mm infördes genom väggarna av röret på en punkt 5 mm frn en ände och fram- ställdes till ögleform. När öglan av rostfritt stål drogs med en hastighet av 50 mm/minut i axiell riktning inträffade sön- derrivning i röret vid en belastning av 3800 g, vilket var vida större än den belastning av 180 g som var det resultat som erhölls med ett rör framställt genom utförande av vanlig _ sintring. Detta visar att orienteringen av mikrofiberstruktu- ren av PTFE-röret blev stark omkring röraxeln vilket var i riktning i räta vinklar till den axiella riktningen för röret.

När det rör som erhölls i detta exempel förenades med kärlet hos en patient revs det icke sönder och dess yta visade god förmåga att förenasmed vävnaderna hos patienten. Det hade så- lunda utomordentliga egenskaper som en vaskulär protes.

Claims (6)

s véosseä-9 : ll Patentkrav

1. l. Enhetlig porös struktur av polytetrafluoreten som har en fv mikrofiberstruktur sammansatt av fibrer och noder förenade med varandra genom dessa fibrer, k ä n n e t e c k n a d av att mikrofiberstrukturen vid en yta har en stark orientering i en riktning och vid en annan yta en stark orientering i en rikt- ning i räta vinklar till nyssnämnda riktning, varvid oriente- ringen för mikrofiberstrukturen progressivt ändras från en yta till den andra.

2. Porös struktur enligt patentkravet l i form av ett poröst rör k ä n n e t e c k n a d av att medelpordiametern för ytterytan av nämnda rör är större än den för dess inneryta och att fiberstrukturen progressivt ändras inom väggen för röret från dess inneryta vid vilken fiberstrukturen har en stark orientering i den axiella riktningen för röret till dess ytteryta vid vilken fiberstrukturen har en stark orien- tering runt rörets axel.

3. Porös struktur enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k - n a d av att innerytan hos röret har en medelpordiameter av ungefär l-l00)nn och ytterytan har en medelpordiameter av ungefär 0,1-1,0 mm.

4. Förfarande för framställning av en porös struktur av poly- tetrafluoreten, k ä n n e t e c k n a t av att man sträcker en formad produkt av polytetrafluoreten i minst en riktning, upphettar en yta hos produkten till en temperatur över ungefär 327°C under det att man bibehåller den i ett tillstånd som har förmåga att förhindra dess värmekrympning för att därigenom sintra den så att orienteringen för mikrofiberstrukturen för nämnda yta är större i en riktning i räta vinklar till sträck- ningsriktningen än i sträckningsriktningen.

5. Användning av en porös struktur i form av ett poröst rör . av polytetrafluoreten som har en mikrofiberstruktur samman- 7909867-9 13 satt av fibrer och noder förenade med varandra genom dessa fibrer varvid medelpordiametern för ytterytan av nämnda rör är större än den för dess inneryta och varvid fiberstrukturen progressivt ändras inom väggen för röret från dess inneryta vid vilken fiberstrukturen har en stark orientering i den axiella riktningen för röret till dess ytteryta vid vilken fiberstrukturen har en stark orientering runt rörets axel, som en vaskulär protes.

6. Användning enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att innerytan hos röret har en medelpordiameter av unge- fär l-l00Iym och ytterytan en medelpordiameter av ungefär 0,1-1,0 mm.