WO2010136173A1 - Polyolefin doped with a stabilizer - Google Patents

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WO2010136173A1
WO2010136173A1 PCT/EP2010/003169 EP2010003169W WO2010136173A1 WO 2010136173 A1 WO2010136173 A1 WO 2010136173A1 EP 2010003169 W EP2010003169 W EP 2010003169W WO 2010136173 A1 WO2010136173 A1 WO 2010136173A1
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WO
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catalyst
stabilizer
polymerization
polyolefin
mol
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PCT/EP2010/003169
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Inventor
Katrin Schuhen
Markus Enders
Original Assignee
Aesculap Ag
Ruprecht-Karls- Universität Heidelberg
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/0008Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/005Stabilisers against oxidation, heat, light, ozone
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2420/00Metallocene catalysts
    • C08F2420/01Cp or analog bridged to a non-Cp X neutral donor

Definitions

  • the present invention relates to a production process for a polyolefin which is doped with a stabilizer, a polyolefin produced or preparable by the process and a corresponding medical article.
  • the polyolefins are usually additized with stabilizers.
  • UHMWPE ultra-high-molecular-weight polyethylene
  • Ultra high molecular weight polyethylene UHMWPE, ultra-high molecular weight polyethylene
  • UHMWPE Ultra high molecular weight polyethylene
  • about 70% of all hip and knee endoprostheses in the world have sliding surfaces made of UHMWPE. Although these have been proven in everyday clinical practice for more than 30 years, their lifespan is usually limited to 10 to 15 years. The reasons for the limited lifespan are oxidative damage mechanisms of the UHMWPE 1 which take place in the body of a patient. As a result, the abrasion of the polymer material can increase dramatically. In addition, inflammation may occur in the environment of the implant. In many cases, therefore, expensive revision operations are required.
  • EP 1 161 489 B1 describes a process for the preparation of a UHMWPE doped with a stabilizer such as ⁇ -tocopherol described.
  • the method is based on the diffusion principle, wherein the stabilizer is pressed by means of supercritical carbon dioxide in a UHMWPE cube.
  • a corresponding diffusion method for crosslinked UHMWPE is known from EP 1 624 905 B1.
  • a disadvantage of these diffusion methods is that they are expensive and, in particular, expensive.
  • a particular problem is that in reasonable times virtually no reasonable penetration depths of the stabilizer in UHMWPE can be realized.
  • the solubility of the stabilizer in UHMWPE can in principle be increased by increasing the temperature.
  • This object is achieved by a manufacturing method having the features of independent claim 1.
  • Preferred embodiments of the manufacturing method are the subject of dependent claims 2 to 20.
  • Another object of the invention is a polyolefin according to independent claim 21.
  • a preferred embodiment of the polyolefin is the subject of dependent claim 22.
  • a further aspect of the invention relates to a medical device according to independent claim 23. Embodiments of the medical device article are shown in the dependent claims 24 and 25.
  • the process according to the invention is a process for the preparation of a polyolefin (polyalkene), preferably polyethylene, which is provided with a stabilizer, preferably antioxidant (antioxidant or oxidation inhibitor), in which a polymerization of an olefin, preferably of Ethylene, in the presence of a stabilizer, preferably antioxidant, and a catalyst is performed.
  • a stabilizer preferably antioxidant (antioxidant or oxidation inhibitor)
  • the present invention proposes to carry out a so-called in-situ polymerization to produce stabilized, in particular stabilized by an antioxidant, polyolefins.
  • the stabilizer or the antioxidant is preferably incorporated into the forming polyolefin during the polymerization process ("in situ additive").
  • the polymerization is carried out as a solution polymerization.
  • the polymerization can also be carried out as suspension polymerization, slurry polymerization or gas phase polymerization.
  • the olefin is preferably first passed into a solution which contains the stabilizer, the catalyst and a suitable solvent or solvent mixture.
  • the catalyst and then the stabilizer can be dissolved in the solvent or solvent mixture.
  • solvents or solvent mixtures are used which are inert to the respective polymerization conditions. Aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons or mixtures thereof can in principle be used as the solvent.
  • aliphatic hydrocarbons may be selected from the group consisting of pentane, hexane, heptane, octane, decane, kerosene, cyclobutane, methylcyclobutane, cyclohexane, methylcyclohexane, and mixtures thereof.
  • Suitable aromatic hydrocarbons may be selected from the group consisting of benzene, toluene, ortho-xylene, meta-xylene, para-xylene, ethylbenzene, cumene, cymene and mixtures thereof.
  • Suitable halogenated hydrocarbons may, for example, be selected from the group consisting of aliphatic fluorohydrocarbons, aromatic fluorohydrocarbons, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene and mixtures thereof. As a rule, dried, ie essentially anhydrous, solvents are used.
  • the olefin is selected from the group consisting of ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, hexene, in particular 1-hexene, 1, 3-butadiene, isoprene (2-methyl-1, 3 Butadiene), cycloolefins and combinations thereof.
  • the olefin is preferably ethylene (ethene).
  • the stabilizer it is preferable to use a compound which does not substantially impair the activity of the catalyst.
  • the stabilizer is used in a molar amount which does not substantially affect the activity of the catalyst.
  • a molar ratio of the stabilizer to the catalyst is from 10000: 1 to 1: 1, preferably 1000: 1 to 10: 1, more preferably 250: 1 to 20: 1, most preferably 100: 1 to 50: 1, used.
  • the catalyst may be present in particular as a so-called precatalyst. This will be discussed in more detail below.
  • the stabilizer may be a synthetic or artificial stabilizer.
  • it is particularly preferable to use as a stabilizer a naturally occurring stabilizer, a derivative thereof, a salt thereof, or combinations thereof.
  • an antixoxidant is used as stabilizer, as already mentioned.
  • the antioxidant usually acts as a radical scavenger.
  • synthetically produced antioxidants can be used. Suitable antioxidants may be selected, for example, from the group consisting of ascorbates, ascorbic esters, gallates, isoascorbic acid, butylhydroxyanisole (BHA), butylhydroxytoluene (BHT), derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof.
  • a naturally occurring antioxidant, a derivative thereof and / or a salt thereof is used as the stabilizer.
  • Suitable antioxidants may be selected from the group consisting of vitamin E, vitamin C (ascorbic acid), carotenoids, flavonoids, tannins, derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof.
  • Examples of possible carotenoids may be selected from the group consisting of astaxanthin, ⁇ -carotene, canthaxanthin, capsanthin, capsorubin, cryptoxanthin, lutein, luteoxanthin, lycopene, zeaxanthin, derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof.
  • Flavonoids can be used in principle flavones, flavonols, flavanols, flavonones, flavanonols, isoflavones, anthocyanidins or anthocyanins, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof.
  • flavones are luteolin, apigenin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof.
  • suitable flavonols are morin, quercetin, rutin, kaempferol, myricetin, isorhamnetin, fisetin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof.
  • flavanols for example, catechin, gallocatechin, epicatechin, epigallocatechin gallate, theaflavin, thearubigin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof can be selected.
  • suitable flavanones are hesperetin, nahngenin, eriodictyol, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof.
  • An example of a flavanoneol is taxifolin.
  • isoflavones, genistein, daidzein, licoricidin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof may be used.
  • anthocyanidins or anthocyanins are, for example, cyanidin, delphinidin, malvidin, pelargonidin, peonidine, petunidin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof.
  • vitamin E as stabilizer is preferred.
  • the vitamin E can be selected from the group consisting of ⁇ -tocopherol, ⁇ -tocopherol, ⁇ -tocopherol, ⁇ -tocopherol, ⁇ -tocotrienol, ⁇ -tocothenol, ⁇ -tocotrienol, ⁇ -tocothenol, ⁇ -tocomonoenol, ⁇ -tocomono. enol, ⁇ -tocomonoenol, ⁇ -tocomonoenol, derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof.
  • the vitamin E is selected from the group consisting of ⁇ -tocopherol, ⁇ -tocopherol, ⁇ -tocopherol, derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof. Most preferred is the use of ⁇ -tocopherol as a stabilizer.
  • the preparation of the polyolefin takes place by means of a so-called coordination polymerization or coordinative insertion polymerization.
  • This is understood to mean a polymerization of olefins on Lewis acid-metal complex complexes. bonds.
  • Suitable catalysts may be Ziegler-Natta catalysts, metallocene catalysts or non-metallocene catalysts.
  • the catalyst used is preferably a mixed catalyst, preferably comprising a precatalyst and a cocatalyst or activator.
  • Under Ziegler-Natta catalysts are generally organometallic mixed catalysts of compounds of IV. To VI. Subgroup of the Periodic Table of the Chemical Elements and organometallic compounds of I. to III.
  • the Ziegler-Natta catalysts may also comprise carrier components, in particular magnesium compounds, for example magnesium dichloride, and / or silica gel.
  • the catalysts used are chromium catalysts, in particular heterogeneous chromium catalysts, i. Chromium catalysts on suitable support materials, preferably so-called Phillips catalysts (chromium salts on silica gel) or on-carbide catalysts (chromocene on silica gel) used.
  • Suitable metallocene catalysts can be selected from the group consisting of bis-cyclopentadienyl compounds, bis-indenyl compounds, substituted bis-cyclopentadienyl compounds and substituted bis-indenyl compounds of the elements titanium, zirconium, hafnium, scandium and / or lanthanides.
  • a non-metallocene or non-metallocene is used as catalyst, in particular precatalyst.
  • Non-metallocenes are molecular catalysts that contain ligands other than metallocene catalysts.
  • Non-metallocenes are mono-cyclopentadienyl complexes, derivatives of mono-cyclopentadienyl complexes and a variety of complexes with one or more heteroatom donor ligands.
  • suitable donor ligands are nitrogen- and / or oxygen-containing chelate ligands.
  • Non-metallocene catalysts preferably have a metal center whose metal is selected from the group consisting of scandium, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, chromium, molybdenum, tungsten, iron, cobalt, nickel, palladium, platinum and lanthanides is.
  • chromium-containing non-metallocenes in particular of 2,3,4-trimethyl-i- (8-quinolyl) trimethyl-silyl-cyclopentadienyl-chromium (III) chloride, is preferred.
  • Metallocene catalysts and non-metallocene catalysts are generally used as precatalysts in combination with a suitable cocatalyst or activator. According to the invention, it is therefore particularly preferred for the catalyst according to the invention to be a mixed catalyst comprising a metallocene or a non-metallocene as precatalyst and a suitable cocatalyst or an activator.
  • the cocatalyst or activator is preferably an alkylaluminoxane, particularly preferably methylaluminoxane (MAO) or polymethylenealuminoxane (PMAO).
  • Suitable activators or cocatalysts can be selected from the group consisting of aluminum alkyls, mixed haloaluminum alkyls, metal alkyls, metal aryls and combinations thereof.
  • Suitable metal alkyls and / or metal aryls can be selected from the group consisting of lithium alkyls, sodium alkyls, potassium alkyls, magnesium alkyls, lithium aryls, sodium aryls, potassium aryls, magnesium maryls, and combinations thereof.
  • Activation in the presence of weakly coordinating anions such as tetraarylborates, fluorinated tetraarylborates or tetraalkoxyalumina- It is also possible.
  • a mixed catalyst comprising a chromium-based or chromium-containing non-metallocene catalyst (non-metallocene catalyst), in particular 2,3,4-trimethyl-1- (8-quinolyl) trimethylsilyl-cyclopentadienyl chromium ( III) chloride, as a precatalyst, and methylaluminoxane (MAO) as a cocatalyst.
  • non-metallocene catalyst 2,3,4-trimethyl-1- (8-quinolyl) trimethylsilyl-cyclopentadienyl chromium ( III) chloride
  • the catalyst is used in a further embodiment in a concentration between 0.1 .mu.mol and 400 .mu.mol, in particular 1 .mu.mol and 200 .mu.mol, preferably 10 .mu.mol and 100 .mu.mol, based on 1 liter of a solvent or solvent mixture used for the polymerization.
  • MAO cocatalyst methylaluminoxane cocatalyst
  • the polymerization of the olefin is carried out in a suitable reaction vessel, in particular in a Schlenk flask or polymerization reactor.
  • the polymerization is preferably carried out in a temperature range between 0 ° C. and 120 ° C., in particular 20 ° C. and 110 ° C., preferably 25 ° C. and 100 ° C.
  • the polymerization can be carried out under normal pressure or overpressure, in particular in an autoclave.
  • the polymerization is carried out at an overpressure between 0.1 MPa and 10 MPa.
  • the polymerization can be carried out for a reaction time of between 10 minutes and 240 minutes, in particular 10 minutes and 180 minutes, preferably 10 minutes and 60 minutes.
  • the catalyst is destroyed after preparation of the polyolefin, for example by adding a methanol-hydrochloric acid mixture. If a solvent or solvent mixture is used, it is usually removed in a subsequent drying step, for example by applying a negative pressure or vacuum, preferably a high vacuum. Alternatively or in combination, drying in a drying oven can be carried out.
  • the polyolefin may be present as homo- or copolymer.
  • a copolymer is to be understood as meaning a polymer which has at least two different monomer units.
  • the polyolefin according to the invention may also be a terpolymer or tetrapolymer.
  • the polyolefin can be present in particular as a random copolymer, alternating copolymer, grafted copolymer or as a block copolymer.
  • the polyolefin may further be present as an isotactic, syndiotactic or atactic polymer.
  • the polyolefin is a polyolefin which is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutene, in particular poly-1-butene, polyhexene, in particular poly-1-hexene, polybutadiene, in particular 1, 2 Polybutadiene and / or 1,4-polybutadiene, polyisoprene, polycycloolefins, copolymers thereof, and combinations thereof.
  • polypropylene it is preferably isotactic polypropylene or syndiotactic polypropylene.
  • polyethylene in particular polyethylene homopolymers and / or polyethylene copolymers
  • the polyethylene is preferably selected from the group consisting of high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), 1 high molecular weight polyethylene (HMWPE), uitra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), copolymers thereof and combinations thereof.
  • the mentioned harnessmolekula in this section: re polyethylene (HMWPE) preferably has a molecular weight between 10 5 and 10 6 g / mol.
  • the ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) mentioned in this section preferably has a molecular weight between 10 6 and 10 7 g / mol.
  • the produced, doped with a stabilizer polyolefin is crosslinked in a subsequent step.
  • crosslinking the polyolefin in particular of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE)
  • UHMWPE ultra-high molecular weight polyethylene
  • the crosslinking can be done chemically or physically.
  • a chemical crosslinking of the polyolefin can be done for example by a peroxide treatment.
  • a physical crosslinking of the polyolefin is preferably carried out by irradiation, in particular by ionizing irradiation.
  • the polyolefin may be crosslinked by treatment with ⁇ -rays, ⁇ -rays, X-rays, ultraviolet rays, neutron rays, proton rays and / or electron rays.
  • the polyolefin doped with a stabilizer is subjected to tempering.
  • tempering can serve to reduce possible stresses in the polyolefin. This is especially true with regard to crosslinked ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
  • UHMWPE ultra-high molecular weight polyethylene
  • the mobility of radicals which may be present in the polyolefin is increased by means of tempering, which increases their recombination probability and their saturation by the stabilizer.
  • the polyolefin may also be treated with micro and / or ultrasonic waves to achieve increased radical saturation.
  • Another aspect of the present invention relates to a polyolefin which is produced or preparable by a process according to the invention.
  • the polyolefin preferably has a stabilizer content of between 0.01% by weight and 0.5% by weight, based on the total weight of the polyolefin.
  • the polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutene, in particular poly-1-butene, polyhexene, in particular poly-1-hexene, polybutadiene, in particular 1, 2-polybutadiene and / or 1,4-polybutadiene, polyisoprene, Polycycloolefins, copolymers thereof, and combinations thereof.
  • Polyethylene is preferred, wherein the polyethylene is preferably selected from the group consisting of high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), high molecular weight polyethylene (HMWPE) 1, preferably ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), especially crosslinked ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), copolymers thereof, and combinations thereof.
  • HDPE high density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • HMWPE high molecular weight polyethylene
  • UHMWPE ultra high molecular weight polyethylene
  • UHMWPE ultra high molecular weight polyethylene
  • UHMWPE ultra high molecular weight polyethylene
  • copolymers thereof copolymers thereof, and combinations thereof.
  • the present invention also encompasses a shaped body, preferably a medical article, comprising a polyolefin, which can be produced or produced by the process according to the invention.
  • the medical article is preferably designed as an implant, epithesis or orthosis.
  • the medical article is selected from the group consisting of catheter, trocar, surgical suture, medical net, in particular heroin mesh or prolapse mesh or prolapse band, urinary incontinence band and prosthesis.
  • the medical device object is designed as a prosthesis, in particular an endoprosthesis.
  • the medical article is a joint prosthesis, preferably selected from the group consisting of hip joint prosthesis, knee joint prosthesis, ankle joint prosthesis, elbow joint prosthesis, temporomandibular joint prosthesis, shoulder joint prosthesis, finger joint prosthesis and spinal articulation prosthesis.
  • the medical article is designed as a component, in particular in the form of a sliding surface, an insert or an insert, for a joint prosthesis.
  • a joint prostheses in question, reference is made in particular to the abovementioned joint prostheses.
  • the medical article may be a prosthetic bearing component.
  • the present invention also relates to the use of a polyolefin, which is produced or preparable by a process according to the invention, for the production of a medical device.
  • KAT 1 2,3,4-trimethyl-1- (8-quinolyl) trimethylsilyl-cyclopentadienyl-chromium (III) chloride catalyst, hereinafter abbreviated as KAT 1, and zirconocene dichloride were used.
  • ⁇ -tocopherol was used as vitamin E (purity> 96%, CAS No. 10191-41-0, Sigma-Aldrich).
  • Ethylene was introduced via the Schlenk connection and the reaction mixture was stirred at the highest stage.
  • the batch was cooled in a water bath.
  • To terminate the polymerization was terminated with methanol / HCl.
  • the reaction was due to a strong increase in viscosity in the piston, due to precipitated polymer, already terminated after 13 min.
  • the resulting product was washed in acetone for 2 hours and dried at 80 ° C. overnight.
  • the precatalyst KAT 1 was treated with 3.77 g (9.78 x 10 -3 mol) of PMAO (1000 eq Al 1 based on the catalyst) was transferred into the activated species and added by means of a syringe into the polymerization vessel via the Schlenk connection, ethylene was introduced and the reaction mixture was stirred at the highest stage. The total was stirred for 3 hours, the approach The polymerization was terminated with methanol / HCl and the resulting polymer was washed in acetone for 2 hours and dried at 80 ° C. overnight.
  • PMAO 1000 eq Al 1 based on the catalyst
  • the precatalyst zirconocene dichloride was charged with 10.15 g (2.63 x 10 -2 mole) PMAO (1000 eq Ai, based on the Catalyst) into the activated species and added with the aid of a syringe into the polymerization vessel.
  • Ethylene was introduced via the Schlenk connection and the reaction mixture was stirred at the highest stage. In total, the reaction was run for 20 minutes while cooling the batch with a water bath. To terminate the polymerization was terminated with methanol / HCl. The resulting polymer was washed in acetone for 2 hours and dried at 80 ° C. overnight.

Abstract

The invention relates to a process for preparing a polyolefin doped with a stabilizer, preferably an antioxidant, wherein a polymerization of an olefin is performed in the presence of a stabilizer, preferably an antioxidant, and of a catalyst.

Description

Beschreibung description
Mit einem Stabilisator dotiertes PolyolefinPolyolefin doped with a stabilizer
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für ein Polyolefin, welches mit einem Stabilisator dotiert ist, ein nach dem Verfahren hergestelltes bzw. herstellbares Polyolefin sowie einen entsprechenden medizintechnischen Gegenstand.The present invention relates to a production process for a polyolefin which is doped with a stabilizer, a polyolefin produced or preparable by the process and a corresponding medical article.
Um die Lebensdauer von Implantaten auf Basis von Polyolefinen zu erhöhen, werden die Polyolefine in der Regel mit Stabilisatoren additiviert. Eine solche Additivierung ist jedoch, wie am Beispiel von ultra- hochmolekularem Polyethylen (UHMWPE) im Folgenden noch eingehender erläutert wird, häufig nur durch umständliche Verfahren realisierbar, bei denen zu dem das Risiko einer nur ungleichmäßigen Verteilung der Stabilisatoren in den Polyolefinen besteht.To increase the life of implants based on polyolefins, the polyolefins are usually additized with stabilizers. However, as the example of ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) will explain in more detail below, such additive preparation can often only be achieved by complicated processes in which there is the risk of only uneven distribution of the stabilizers in the polyolefins.
Ultra-hochmolekulares Polyethylen (UHMWPE, ultra-high molecular weight polyethylene) kommt in besonders großem Umfang zur Herstellung von orthopädischen Implantaten zum Einsatz. So besitzen beispielsweise ca. 70 % aller weltweit eingesetzten Hüft- und Knieen- doprothesen Gleitflächen aus UHMWPE. Obwohl sich diese nunmehr seit mehr als 30 Jahren im klinischen Alltag bewährt haben, ist ihre Lebensdauer doch zumeist auf 10 bis 15 Jahre begrenzt. Ursache für die begrenzte Lebensdauer sind oxidative Schädigungsmechanismen des UHMWPE1 welche im Körper eines Patienten stattfinden. Dadurch kann der Abrieb des Polymermaterials dramatisch zunehmen. Außerdem kann es zu Entzündungen in der Umgebung des Implantats kommen. In vielen Fällen sind daher aufwendige Revisionsoperationen erforderlich.Ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE, ultra-high molecular weight polyethylene) is used extensively for the production of orthopedic implants. For example, about 70% of all hip and knee endoprostheses in the world have sliding surfaces made of UHMWPE. Although these have been proven in everyday clinical practice for more than 30 years, their lifespan is usually limited to 10 to 15 years. The reasons for the limited lifespan are oxidative damage mechanisms of the UHMWPE 1 which take place in the body of a patient. As a result, the abrasion of the polymer material can increase dramatically. In addition, inflammation may occur in the environment of the implant. In many cases, therefore, expensive revision operations are required.
In der EP 1 161 489 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Stabilisator wie beispielsweise α-Tocopherol dotierten UHMWPE beschrieben. Das Verfahren beruht auf dem Diffusionsprinzip, wobei der Stabilisator mittels überkritischem Kohlenstoffdioxid in einen UHMWPE- Würfel eingepresst wird. Ein entsprechendes Diffusionsverfahren für vernetztes UHMWPE ist aus der EP 1 624 905 B1 bekannt. Nachteilig bei diesen Diffusionsverfahren ist jedoch, dass sie aufwendig und insbesondere kostenintensiv sind. Ein besonderes Problem ist dabei, dass in überschaubaren Zeiträumen praktisch keine vernünftigen Eindringtiefen des Stabilisators in UHMWPE realisiert werden können. Zwar kann die Löslichkeit des Stabilisators in UHMWPE grundsätzlich durch eine Tem- peratursteigerung erhöht werden. Doch besteht hierbei die Gefahr, dass das Polymer mit dem Stabilisator „überladen" wird, mit der Folge dass überschüssiger Stabilisator nach Beendigung des Diffusionsprozesses wieder „ausgeschwitzt" wird. Um eine gleichmäßige Verteilung des Stabilisators in UHMWPE zu erzielen, wird daher in der EP 1 624 905 B1 ein Temperungsschritt vorgeschlagen. Nachteilig ist jedoch, dass hierfür lange Temperzeiten erforderlich sind, die insgesamt zu einer erheblichen Verlängerung der Herstellungszeit für ein UHMWPE, welches mit einem Stabilisator dotiert ist, führen.EP 1 161 489 B1 describes a process for the preparation of a UHMWPE doped with a stabilizer such as α-tocopherol described. The method is based on the diffusion principle, wherein the stabilizer is pressed by means of supercritical carbon dioxide in a UHMWPE cube. A corresponding diffusion method for crosslinked UHMWPE is known from EP 1 624 905 B1. A disadvantage of these diffusion methods, however, is that they are expensive and, in particular, expensive. A particular problem is that in reasonable times virtually no reasonable penetration depths of the stabilizer in UHMWPE can be realized. Although the solubility of the stabilizer in UHMWPE can in principle be increased by increasing the temperature. However, there is a risk here that the polymer will be "overloaded" with the stabilizer, with the result that excess stabilizer is "sweated out" again after the end of the diffusion process. In order to achieve a uniform distribution of the stabilizer in UHMWPE, a heat treatment step is therefore proposed in EP 1 624 905 B1. The disadvantage, however, is that this long annealing times are required, which lead to a significant overall extension of the production time for a UHMWPE, which is doped with a stabilizer lead.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Herstellungsverfahren für ein mit einem Stabilisator versehenes bzw. dotiertes Polyolefin bereitzustellen, welches eine möglichst homogene Verteilung des Stabilisators im Polyolefin bewirkt, einfach in der Durchführung und kostengünstig ist und sich insbesondere durch ver- kürzte Herstellungszeiten auszeichnet.It is therefore an object of the present invention to provide an alternative preparation process for a polyolefin provided with a stabilizer or doped polyolefin, which effects the most homogeneous possible distribution of the stabilizer in the polyolefin, is simple to carry out and inexpensive, and in particular due to shorter production times distinguished.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 20. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Polyolefin gemäß dem unabhängigen Anspruch 21. Eine bevorzugte Ausführungsform des Polyolefins ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs 22. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen medizintechnischen Gegenstand gemäß dem unabhängigen Anspruch 23. Bevorzugte Aus- führungsformen des medizintechnischen Gegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen 24 und 25 wiedergegeben.This object is achieved by a manufacturing method having the features of independent claim 1. Preferred embodiments of the manufacturing method are the subject of dependent claims 2 to 20. Another object of the invention is a polyolefin according to independent claim 21. A preferred embodiment of the polyolefin is the subject of dependent claim 22. A further aspect of the invention relates to a medical device according to independent claim 23. Embodiments of the medical device article are shown in the dependent claims 24 and 25.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es sich um ein Verfah- ren zur Herstellung eines mit einem Stabilisator, vorzugsweise Antioxi- dans (Antioxidationsmittel bzw. Oxidationshemmer), versehenen bzw. dotierten Polyolefins (Polyalkens), vorzugsweise Polyethylens, wobei eine Polymerisation eines Olefins, vorzugsweise von Ethylen, in Gegenwart eines Stabilisator, vorzugsweise Antioxidans, und eines Katalysators durchgeführt wird.The process according to the invention is a process for the preparation of a polyolefin (polyalkene), preferably polyethylene, which is provided with a stabilizer, preferably antioxidant (antioxidant or oxidation inhibitor), in which a polymerization of an olefin, preferably of Ethylene, in the presence of a stabilizer, preferably antioxidant, and a catalyst is performed.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, welche eine nachträgliche Additivierung mit einem Stabilisator vorsehen, schlägt die vorliegende Erfindung vor, eine sogenannte in-situ- Polymerisation durchzuführen, um stabilisierte, insbesondere mittels einem Antioxidans stabilisierte, Polyolefine herzustellen. Mit anderen Worten wird der Stabilisator bzw. das Antioxidans vorzugsweise während des Polymerisationsvorganges in das sich bildende Polyolefin eingebaut („in-situ-Additivierung").In contrast to the processes known from the prior art, which provide a subsequent additive with a stabilizer, the present invention proposes to carry out a so-called in-situ polymerization to produce stabilized, in particular stabilized by an antioxidant, polyolefins. In other words, the stabilizer or the antioxidant is preferably incorporated into the forming polyolefin during the polymerization process ("in situ additive").
Dadurch lässt sich mit besonderem Vorteil eine gleichmäßige bzw. homogene Verteilung des Stabilisators im Polyolefin erzielen, ohne dass langwierige und umständliche Nachbehandlungsschritte, insbesondere in Form von Temperungen, erforderlich sind. Dies führt zu einer erhebli- chen Verkürzung der Herstellzeit sowie zu einer Verringerung der thermischen Belastung des Polyolefinmaterials. Des Weiteren können Materialeigenschaften des herzustellenden Polyolefins in einfacher Weise reguliert werden, beispielsweise durch Wahl der Reaktionszeit, der Reaktionstemperatur und/oder des Reaktionsdruckes.As a result, a uniform or homogeneous distribution of the stabilizer in the polyolefin can be achieved with particular advantage without tedious and cumbersome aftertreatment steps, in particular in the form of tempering, being necessary. This leads to a considerable shortening of the production time and to a reduction of the thermal load of the polyolefin material. Furthermore, material properties of the polyolefin to be produced can be regulated in a simple manner, for example by selecting the reaction time, the reaction temperature and / or the reaction pressure.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Polymerisation als Lösungspolymerisation durchgeführt. Grundsätzlich kann die Polymerisation jedoch auch als Suspensionspolymerisation, Slurry-Polymerisation oder Gasphasenpolymerisation durchgeführt werden. Bevorzugt wird das Olefin zur Polymerisation zunächst in eine Lösung geleitet, welche den Stabilisator, den Katalysator und ein geeignetes Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch enthält. Beispielsweise kann zur Herstellung der Lösung zuerst der Katalysator und anschließend der Stabilisator in dem Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch gelöst werden. Zweckmäßigerweise werden Lösungsmittel bzw. Lösungsmit- telgemsiche verwendet, welche gegenüber den jeweiligen Polymerisationsbedingungen inert sind. Als Lösungsmittel können grundsätzlich aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe, ha- logenierte Kohlenwasserstoffe oder Gemische davon verwendet werden. Beispiele für aliphatische Kohlenwasserstoffe können aus der Gruppe bestehend aus Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Decan, Kerosin, Cyclo- butan, Methylcyclobutan, Cyclohexan, Methylcyclohexan und Gemische davon ausgewählt werden. Geeignete aromatische Kohlenwasserstoffe können aus der Gruppe bestehend aus Benzol, Toluol, ortho-Xylol, me- ta-Xylol, para-Xylol, Ethylbenzol, Cumol, Cymol und Gemische davon ausgewählt werden. Geeignete halogenierte Kohlenwasserstoffe können beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Fluorkoh- lenwasserstoffen, aromatischen Fluorkohlenwasserstoffen, Chlorbenzol, Dichlorbenzol, Trichlorbenzol und Gemische davon ausgewählt werden. In der Regel werden getrocknete, d.h. im Wesentlichen wasserfreie, Lösungsmittel verwendet.In a preferred embodiment, the polymerization is carried out as a solution polymerization. In principle, however, the polymerization can also be carried out as suspension polymerization, slurry polymerization or gas phase polymerization. For the polymerization, the olefin is preferably first passed into a solution which contains the stabilizer, the catalyst and a suitable solvent or solvent mixture. For example, to prepare the solution, first the catalyst and then the stabilizer can be dissolved in the solvent or solvent mixture. Expediently, solvents or solvent mixtures are used which are inert to the respective polymerization conditions. Aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons or mixtures thereof can in principle be used as the solvent. Examples of aliphatic hydrocarbons may be selected from the group consisting of pentane, hexane, heptane, octane, decane, kerosene, cyclobutane, methylcyclobutane, cyclohexane, methylcyclohexane, and mixtures thereof. Suitable aromatic hydrocarbons may be selected from the group consisting of benzene, toluene, ortho-xylene, meta-xylene, para-xylene, ethylbenzene, cumene, cymene and mixtures thereof. Suitable halogenated hydrocarbons may, for example, be selected from the group consisting of aliphatic fluorohydrocarbons, aromatic fluorohydrocarbons, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene and mixtures thereof. As a rule, dried, ie essentially anhydrous, solvents are used.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Olefin aus der Gruppe bestehend aus Ethylen, Propylen, 1 -Buten, 2-Buten, Isobuten, Hexen, insbesondere 1-Hexen, 1 ,3-Butadien, Isopren (2-Methyl-1 ,3- Butadien), Cycloolefine und Kombinationen davon ausgewählt.In a further preferred embodiment, the olefin is selected from the group consisting of ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, hexene, in particular 1-hexene, 1, 3-butadiene, isoprene (2-methyl-1, 3 Butadiene), cycloolefins and combinations thereof.
Wie bereits vorstehend erwähnt, handelt es sich bei dem Olefin vorzugsweise um Ethylen (Ethen).As already mentioned above, the olefin is preferably ethylene (ethene).
Bevorzugt wird als Stabilisator eine Verbindung verwendet, welche die Aktivität des Katalysators im Wesentlichen nicht beeinträchtigt. Vor- zugsweise wird der Stabilisator in einer Molmenge eingesetzt, welche die Aktivität des Katalysators im Wesentlichen nicht beeinträchtigt.As a stabilizer, it is preferable to use a compound which does not substantially impair the activity of the catalyst. In front- Preferably, the stabilizer is used in a molar amount which does not substantially affect the activity of the catalyst.
In einer weitergehenden Ausführungsform wird ein Molverhältnis des Stabilisators zu dem Katalysator von 10000 : 1 bis 1 : 1 , bevorzugt 1000 : 1 bis 10 : 1 , weiter bevorzugt 250 : 1 bis 20 : 1 , höchst bevorzugt 100 : 1 bis 50 : 1 , verwendet. Der Katalysator kann hierbei insbesondere als sogenannter Präkatalysator vorliegen. Hierzu wird im Folgenden noch näher eingegangen.In a further embodiment, a molar ratio of the stabilizer to the catalyst is from 10000: 1 to 1: 1, preferably 1000: 1 to 10: 1, more preferably 250: 1 to 20: 1, most preferably 100: 1 to 50: 1, used. The catalyst may be present in particular as a so-called precatalyst. This will be discussed in more detail below.
Grundsätzlich kann es sich bei dem Stabilisator um einen synthetischen bzw. künstlichen Stabilisator handeln. Erfindungsgemäß ist es jedoch besonders bevorzugt, wenn als Stabilisator ein natürlich vorkommender Stabilisator, ein Derivat davon, ein Salz davon, oder Kombinationen da- von verwendet wird.In principle, the stabilizer may be a synthetic or artificial stabilizer. However, in the present invention, it is particularly preferable to use as a stabilizer a naturally occurring stabilizer, a derivative thereof, a salt thereof, or combinations thereof.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Stabilisator, wie bereits erwähnt, ein Antixoxidans verwendet. Das Antioxidans wirkt in der Regel als Radikalfänger. Grundsätzlich können synthetisch her- gestellte Antioxidantien verwendet werden. Geeignete Antioxidantien können beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus Ascorbaten, As- corbinsäureester, Gallaten, Isoascorbinsäure, Butylhydroxyanisol (BHA), Butylhydroxytoluol (BHT), Derivate davon, Salze davon und Kombinationen davon ausgewählt werden.In a particularly preferred embodiment, an antixoxidant is used as stabilizer, as already mentioned. The antioxidant usually acts as a radical scavenger. In principle, synthetically produced antioxidants can be used. Suitable antioxidants may be selected, for example, from the group consisting of ascorbates, ascorbic esters, gallates, isoascorbic acid, butylhydroxyanisole (BHA), butylhydroxytoluene (BHT), derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof.
Vorzugsweise wird als Stabilisator jedoch ein natürlich vorkommendes Antioxidans, ein Derivat davon und/oder ein Salz davon verwendet. Geeignete Antioxidantien können aus der Gruppe bestehend aus Vitamin E, Vitamin C (Ascorb in säure), Carotinoide, Flavonoide, Tannine, Deriva- te davon, Salze davon und Kombinationen davon ausgewählt werden. Beispiele für mögliche Carotinoide können aus der Gruppe bestehend aus Asthaxanthin, ß-Carotin, Canthaxanthin, Capsanthin, Capsorubin, Cryptoxanthin, Lutein, Luteoxanthin, Lycopin, Zeaxanthin, Derivate davon, Salze davon und Kombinationen davon ausgewählt werden. Als Flavonoide können grundsätzlich Flavone, Flavonole, Flavanole, Flava- none, Flavanonole, Isoflavone, Anthocyanidine bzw. Anthocyane, Derivate davon, Salze davon und/oder Kombinationen davon verwendet werden. Beispiele für mögliche Flavone sind Luteolin, Apigenin, Derivate davon, Salze davon und/oder Kombinationen davon. Als Flavonole kommen beispielsweise Morin, Quercetin, Rutin, Kaempferol, Myricetin, Isorhamnetin, Fisetin, Derivate davon, Salze davon und/oder Kombinationen davon in Betracht. Als geeignete Flavanole können beispielsweise Catechin, Gallocatechin, Epicatechin, Epigallocatechingallat, Theaflavin, Thearubigin, Derivate davon, Salze davon und/oder Kombinationen davon ausgewählt werden. Beispiele für mögliche Flavanone sind Hespe- retin, Nahngenin, Eriodictyol, Derivate davon, Salze davon und/oder Kombinationen davon. Ein Beispiel für ein Flavanonol ist Taxifolin. Als mögliche Isoflavone können Genistein, Daidzein, Licoricidin, Derivate davon, Salze davon und/oder Kombinationen davon verwendet werden. Als mögliche Anthocyanidine bzw. Anthocyane sind beispielsweise Cya- nidin, Delphinidin, Malvidin, Pelargonidin, Peonidin, Petunidin, Derivate davon, Salze davon und/oder Kombinationen davon zu nennen.Preferably, however, a naturally occurring antioxidant, a derivative thereof and / or a salt thereof is used as the stabilizer. Suitable antioxidants may be selected from the group consisting of vitamin E, vitamin C (ascorbic acid), carotenoids, flavonoids, tannins, derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof. Examples of possible carotenoids may be selected from the group consisting of astaxanthin, β-carotene, canthaxanthin, capsanthin, capsorubin, cryptoxanthin, lutein, luteoxanthin, lycopene, zeaxanthin, derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof. When Flavonoids can be used in principle flavones, flavonols, flavanols, flavonones, flavanonols, isoflavones, anthocyanidins or anthocyanins, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof. Examples of possible flavones are luteolin, apigenin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof. Examples of suitable flavonols are morin, quercetin, rutin, kaempferol, myricetin, isorhamnetin, fisetin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof. As suitable flavanols, for example, catechin, gallocatechin, epicatechin, epigallocatechin gallate, theaflavin, thearubigin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof can be selected. Examples of possible flavanones are hesperetin, nahngenin, eriodictyol, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof. An example of a flavanoneol is taxifolin. As possible isoflavones, genistein, daidzein, licoricidin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof may be used. Possible anthocyanidins or anthocyanins are, for example, cyanidin, delphinidin, malvidin, pelargonidin, peonidine, petunidin, derivatives thereof, salts thereof and / or combinations thereof.
Erfindungsgemäß ist die Verwendung von Vitamin E als Stabilisator bevorzugt. Das Vitamin E kann dabei aus der Gruppe bestehend aus α- Tocopherol, ß-Tocopherol, γ-Tocopherol, δ-Tocopherol, α-Tocotrienol, ß- Tocothenol, γ-Tocotrienol, δ-Tocothenol, α-Tocomonoenol, ß-Tocomono- enol, γ-Tocomonoenol, δ-Tocomonoenol, Derivate davon, Salze davon und Kombinationen davon ausgewählt werden. Besonders bevorzugt wird das Vitamin E aus der Gruppe bestehend aus α-Tocopherol, γ- Tocopherol, δ-Tocopherol, Derivate davon, Salze davon und Kombinationen davon ausgewählt. Höchst bevorzugt ist die Verwendung von α- Tocopherol als Stabilisator.According to the invention, the use of vitamin E as stabilizer is preferred. The vitamin E can be selected from the group consisting of α-tocopherol, β-tocopherol, γ-tocopherol, δ-tocopherol, α-tocotrienol, β-tocothenol, γ-tocotrienol, δ-tocothenol, α-tocomonoenol, β-tocomono. enol, γ-tocomonoenol, δ-tocomonoenol, derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof. More preferably, the vitamin E is selected from the group consisting of α-tocopherol, γ-tocopherol, δ-tocopherol, derivatives thereof, salts thereof, and combinations thereof. Most preferred is the use of α-tocopherol as a stabilizer.
In einer weiteren geeigneten Ausführungsform erfolgt die Herstellung des Polyolefins mittels einer sogenannten Koordinationspolymerisation bzw. koordinativen Insertionspolymerisation. Hierunter versteht man eine Polymerisation von Olefinen an Lewis-aciden-Metall-Komplex-Ver- bindungen. Als geeignete Katalysatoren können Ziegler-Natta- Katalysatoren, Metallocen-Katalysatoren oder Non-Metallocen-Katalysa- toren verwendet werden. Bevorzugt wird als Katalysator ein Mischkatalysator, vorzugsweise umfassend einen Präkatalysator und einen Coka- talysator bzw. Aktivator, verwendet. Unter Ziegler-Natta-Katalysatoren werden allgemein metallorganische Mischkatalysatoren aus Verbindungen der IV. bis VI. Nebengruppe des Periodensystems der chemischen Elemente und metallorganischen Verbindungen der I. bis III. Hauptgruppe des Periodensystems verstanden. Bei den Verbindungen der IV. bis VI. Nebengruppe handelt es sich insbesondere um Titan-, Vanadium- und/oder Zirkoniumverbindungen. Geeignete Titanverbindungen können beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus Titantetrachlorid, Titan- tetrabromid, Ethoxytitantrichlorid, Isobutoxytitantrichlorid und Kombinationen davon ausgewählt werden. Bei den metallorganischen Verbindun- gen der I. bis III. Hauptgruppe handelt es sich vorzugsweise um alumi- nium-organische Verbindungen, insbesondere Aluminiumalkyle, Alumi- niumalkyl-Halogenide und/oder Alkyl-Aluminoxane. Erfindungsgemäß können die Ziegler-Natta-Katalysatoren auch Trägerkomponenten umfassen, insbesondere Magnesiumverbindungen, beispielsweise Magne- siumdichlorid, und/oder Silicagel.In a further suitable embodiment, the preparation of the polyolefin takes place by means of a so-called coordination polymerization or coordinative insertion polymerization. This is understood to mean a polymerization of olefins on Lewis acid-metal complex complexes. bonds. Suitable catalysts may be Ziegler-Natta catalysts, metallocene catalysts or non-metallocene catalysts. The catalyst used is preferably a mixed catalyst, preferably comprising a precatalyst and a cocatalyst or activator. Under Ziegler-Natta catalysts are generally organometallic mixed catalysts of compounds of IV. To VI. Subgroup of the Periodic Table of the Chemical Elements and organometallic compounds of I. to III. Main group of the Periodic Table understood. In the compounds of IV. To VI. Subgroup are in particular titanium, vanadium and / or zirconium compounds. Suitable titanium compounds may, for example, be selected from the group consisting of titanium tetrachloride, titanium tetrabromide, ethoxy titanium trichloride, isobutoxy titanium trichloride and combinations thereof. In the organometallic compounds of I. to III. The main group is preferably aluminum-organic compounds, in particular aluminum alkyls, aluminum alkyl halides and / or alkyl aluminoxanes. According to the invention, the Ziegler-Natta catalysts may also comprise carrier components, in particular magnesium compounds, for example magnesium dichloride, and / or silica gel.
In einer weiteren geeigneten Ausführungsform werden als Katalysator Chromkatalysatoren, insbesondere heterogene Chromkatalysatoren, d.h. Chromkatalysatoren auf geeigneten Trägermaterialien, bevorzugt sogenannte Phillips-Katalysatoren (Chromsalze auf Kieselgel) oder Uni- on-Carbid-Katalysatoren (Chromocen auf Kieselgel), eingesetzt.In a further suitable embodiment, the catalysts used are chromium catalysts, in particular heterogeneous chromium catalysts, i. Chromium catalysts on suitable support materials, preferably so-called Phillips catalysts (chromium salts on silica gel) or on-carbide catalysts (chromocene on silica gel) used.
Geeignete Metallocen-Katalysatoren können aus der Gruppe bestehend aus Bis-Cyclopentadienylverbindungen, Bis-Indenylverbindungen, sub- stituierte Bis-Cyclopentadienylverbindungen und substituierte Bis- Indenylverbindungen der Elemente Titan, Zirkonium, Hafnium, Scandi- um und/oder Lanthanoide ausgewählt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Katalysator, insbesondere Präkatalysator, ein Non-Metallocen bzw. Nicht-Metallocen verwendet. Non-Metallocene (Nicht-Metallocene) sind molekulare Katalysatoren, die andere Liganden als Metallocen-Katalysatoren enthalten. Bevorzugte Non-Metallocene sind Mono-Cyclopentadienyl-Komplexe, Derivate von Mono-Cyclopentadienyl-Komplexen sowie eine Vielzahl von Komplexen mit einem oder mehreren Heteroatom-Donorliganden. Beispiele für geeignete Donorliganden sind Stickstoff- und/oder sauerstoffhaltige Chelatliganden. Non-Metallocen-Katalysatoren weisen vor- zugsweise ein Metallzentren auf, dessen Metall aus der Gruppe bestehend aus Scandium, Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Chrom, Molybdän, Wolfram, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Platin und Lanthanoide ausgewählt ist. Erfindungsgemäß ist die Verwendung von chromhaltigen Non-Metallocenen, insbesondere von 2,3,4-Trimethyl-i- (8-Chinolyl)trimethyl-silyl-cyclopentadienyl-Chrom(lll)chlorid, bevorzugt.Suitable metallocene catalysts can be selected from the group consisting of bis-cyclopentadienyl compounds, bis-indenyl compounds, substituted bis-cyclopentadienyl compounds and substituted bis-indenyl compounds of the elements titanium, zirconium, hafnium, scandium and / or lanthanides. In a particularly preferred embodiment, a non-metallocene or non-metallocene is used as catalyst, in particular precatalyst. Non-metallocenes (non-metallocenes) are molecular catalysts that contain ligands other than metallocene catalysts. Preferred non-metallocenes are mono-cyclopentadienyl complexes, derivatives of mono-cyclopentadienyl complexes and a variety of complexes with one or more heteroatom donor ligands. Examples of suitable donor ligands are nitrogen- and / or oxygen-containing chelate ligands. Non-metallocene catalysts preferably have a metal center whose metal is selected from the group consisting of scandium, titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, chromium, molybdenum, tungsten, iron, cobalt, nickel, palladium, platinum and lanthanides is. According to the invention, the use of chromium-containing non-metallocenes, in particular of 2,3,4-trimethyl-i- (8-quinolyl) trimethyl-silyl-cyclopentadienyl-chromium (III) chloride, is preferred.
Metallocen-Katalysatoren und Non-Metallocen-Katalysatoren werden in der Regel als Präkatalysatoren in Kombination mit einem geeigneten Cokatalysator bzw. Aktivator eingesetzt. Erfindungsgemäß ist es daher besonders bevorzugt, wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Katalysator um einen Mischkatalysator, umfassend ein Metallocen oder ein Non-Metallocen als Präkatalysator und einen geeigneten Cokatalysator bzw. einen Aktivator, handelt. Bei dem Cokatalysator bzw. Aktivator handelt es sich bevorzugt um ein Alkylaluminoxan, besonders bevorzugt um Methylaluminoxan (MAO) bzw. Polymethylenaluminoxan (PMAO). Weitere geeignete Aktivatoren bzw. Cokatalysatoren können aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumalkyle, gemische Halogenaluminiu- malkyle, Metallalkyle, Metallaryle und Kombinationen davon ausgewählt werden. Geeignete Metallalkyle und/oder Metallaryle können aus der Gruppe bestehend aus Lithiumalkyle, Natriumalkyle, Kaliumalkyle, Magnesiumalkyle, Lithiumaryle, Natriumaryle, Kaliumaryle, Magnesiu- maryle und Kombinationen davon ausgewählt werden. Eine Aktivierung in Gegenwart schwach koordinierender Anionen wie beispielsweise Tetraarylboraten, fluorierten Tetraarylboraten oder Tetraalkoxyalumina- ten ist ebenso möglich. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist ein Mischkatalysator, umfassend einen chrombasierten bzw. chromhaltigen Non-Metallocen-Katalysator (Nicht-Metallocen-Katalysator), insbesondere 2,3,4-Trimethyl-1-(8-Chinolyl)trimethyl-silyl-cyclopentadienyl- Chrom(lll)chlorid, als Präkatalysator und Methylaluminoxan (MAO) als Cokatalysator.Metallocene catalysts and non-metallocene catalysts are generally used as precatalysts in combination with a suitable cocatalyst or activator. According to the invention, it is therefore particularly preferred for the catalyst according to the invention to be a mixed catalyst comprising a metallocene or a non-metallocene as precatalyst and a suitable cocatalyst or an activator. The cocatalyst or activator is preferably an alkylaluminoxane, particularly preferably methylaluminoxane (MAO) or polymethylenealuminoxane (PMAO). Other suitable activators or cocatalysts can be selected from the group consisting of aluminum alkyls, mixed haloaluminum alkyls, metal alkyls, metal aryls and combinations thereof. Suitable metal alkyls and / or metal aryls can be selected from the group consisting of lithium alkyls, sodium alkyls, potassium alkyls, magnesium alkyls, lithium aryls, sodium aryls, potassium aryls, magnesium maryls, and combinations thereof. Activation in the presence of weakly coordinating anions such as tetraarylborates, fluorinated tetraarylborates or tetraalkoxyalumina- It is also possible. Particularly preferred according to the invention is a mixed catalyst comprising a chromium-based or chromium-containing non-metallocene catalyst (non-metallocene catalyst), in particular 2,3,4-trimethyl-1- (8-quinolyl) trimethylsilyl-cyclopentadienyl chromium ( III) chloride, as a precatalyst, and methylaluminoxane (MAO) as a cocatalyst.
Der Katalysator wird in einer weiteren Ausführungsform in einer Konzentration zwischen 0,1 μmol und 400 μmol, insbesondere 1 μmol und 200 μmol, bevorzugt 10 μmol und 100 μmol, bezogen auf 1 Liter eines für die Polymerisation verwendeten Lösungsmittels bzw. Lösungsmittelgemisches, eingesetzt. Vorzugsweise wird zur Herstellung des Katalysators ein Molverhältnis eines Präkatalysators zu einem Alkylaluminoxan- Cokatalystaor, vorzugsweise zu einem Methylaluminoxan-Cokatalysator (MAO-Cokatalysator), von 1 : 20 bis 1 : 20 000, bevorzugt 1 : 100 bis 1 : 5 000, weiter bevorzugt 1 : 200 bis 1 : 2 000, höchst bevorzugt 1 : 500 bis 1 : 1 000, bezogen auf die Aluminiumatome des Alkylaluminoxan- Cokatalysators, vorzugsweise Methylaluminoxan-Cokatalysators, verwendet.The catalyst is used in a further embodiment in a concentration between 0.1 .mu.mol and 400 .mu.mol, in particular 1 .mu.mol and 200 .mu.mol, preferably 10 .mu.mol and 100 .mu.mol, based on 1 liter of a solvent or solvent mixture used for the polymerization. Preferably, for the preparation of the catalyst, a molar ratio of a precatalyst to an alkylaluminoxane cocatalyst, preferably to a methylaluminoxane cocatalyst (MAO cocatalyst), from 1:20 to 1: 20,000, preferably 1: 100 to 1: 5,000, more preferred 1: 200 to 1: 2,000, most preferably 1: 500 to 1: 1,000, based on the aluminum atoms of the alkylaluminoxane cocatalyst, preferably methylaluminoxane cocatalyst.
Zweckmäßigerweise wird die Polymerisation des Olefins in einem geeigneten Reaktionsbehältnis, insbesondere in einem Schlenk-Kolben oder Polymerisations-Reaktor, durchgeführt.Conveniently, the polymerization of the olefin is carried out in a suitable reaction vessel, in particular in a Schlenk flask or polymerization reactor.
Die Polymerisation wird vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 0 0C und 120 0C, insbesondere 20 0C und 110 0C, vorzugsweise 25 0C und 100 0C, durchgeführt. Des Weiteren kann die Polymerisation bei Normaldruck oder Überdruck, insbesondere in einem Autoklaven, durchgeführt werden. Bevorzugt wird die Polymerisation bei einem Überdruck zwischen 0,1 MPa und 10 MPa durchgeführt.The polymerization is preferably carried out in a temperature range between 0 ° C. and 120 ° C., in particular 20 ° C. and 110 ° C., preferably 25 ° C. and 100 ° C. Furthermore, the polymerization can be carried out under normal pressure or overpressure, in particular in an autoclave. Preferably, the polymerization is carried out at an overpressure between 0.1 MPa and 10 MPa.
Mit besonderem Vorteil kann die Polymerisation während einer Reaktionszeit zwischen 10 min und 240 min, insbesondere 10 min und 180 min, vorzugsweise 10 min und 60 min, durchgeführt werden. In der Regel wird der Katalysator nach Herstellung des Polyolefins zerstört, beispielsweise durch Zugabe eines Methanol-Salzsäure- Gemisches. Wird ein Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch einge- setzt, wird dieses gewöhnlich in einem nachfolgenden Trocknungsschritt entfernt, beispielsweise durch Anlegen eines Unterdrucks oder Vakuums, vorzugweise Hochvakuums. Alternativ oder in Kombination dazu kann eine Trocknung in einem Trockenschrank durchgeführt werden.With particular advantage, the polymerization can be carried out for a reaction time of between 10 minutes and 240 minutes, in particular 10 minutes and 180 minutes, preferably 10 minutes and 60 minutes. In general, the catalyst is destroyed after preparation of the polyolefin, for example by adding a methanol-hydrochloric acid mixture. If a solvent or solvent mixture is used, it is usually removed in a subsequent drying step, for example by applying a negative pressure or vacuum, preferably a high vacuum. Alternatively or in combination, drying in a drying oven can be carried out.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich im Prinzip jedes beliebige Polyolefin herstellen. Das Polyolefin kann dabei als Homo- oder Copolymer vorliegen. Unter einem Copolymer soll im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Polymer verstanden werden, welches zumindest zwei verschiedene Monomereinheiten aufweist. Entsprechend kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Polyolefin auch um ein Ter- oder Tetrapolymer handeln. Das Polyolefin kann insbesondere als statistisches Copolymer, alternierendes Copolymer, gepropftes Copolymer oder als Blockcopolymer vorliegen. Das Polyolefin kann weiterhin als isotaktisches, syndiotaktisches oder ataktisches Polymer vorliegen.With the aid of the process according to the invention, it is possible in principle to prepare any desired polyolefin. The polyolefin may be present as homo- or copolymer. For the purposes of the present invention, a copolymer is to be understood as meaning a polymer which has at least two different monomer units. Accordingly, the polyolefin according to the invention may also be a terpolymer or tetrapolymer. The polyolefin can be present in particular as a random copolymer, alternating copolymer, grafted copolymer or as a block copolymer. The polyolefin may further be present as an isotactic, syndiotactic or atactic polymer.
Bei dem Polyolefin handelt es sich in einer weitergehenden Ausführungsform um ein Polyolefin, welches aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polybuten, insbesondere Poly-1-buten, PoIy- hexen, insbesondere Poly-1-hexen, Polybutadien, insbesondere 1 ,2- Polybutadien und/oder 1 ,4-Polybutadien, Polyisopren, Polycycloolefine, Copolymere davon und Kombinationen davon ausgewählt ist. Im Falle von Polypropylen handelt es sich bevorzugt um isotaktisches Polypropylen oder syndiotaktisches Polypropylen.In a further embodiment, the polyolefin is a polyolefin which is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutene, in particular poly-1-butene, polyhexene, in particular poly-1-hexene, polybutadiene, in particular 1, 2 Polybutadiene and / or 1,4-polybutadiene, polyisoprene, polycycloolefins, copolymers thereof, and combinations thereof. In the case of polypropylene, it is preferably isotactic polypropylene or syndiotactic polypropylene.
Die Herstellung von Polyethylen, insbesondere Polyethylenhomopoly- meren und/oder Polyethylencopolymeren, ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt. Das Polyethylen ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE)1 hochmolekulares Polyethylen (HMWPE), uitra- hochmolekulares Polyethylen (UHMWPE), Copolymere davon und Kombinationen davon. Das in diesem Abschnitt erwähnte hochmolekula: re Polyethylen (HMWPE) besitzt vorzugsweise ein Molekulargewicht zwischen 105 und 106 g/mol. Das in diesem Abschnitt genannte ultra- hochmolekulare Polyethylen (UHMWPE) besitzt vorzugsweise ein Molekulargewicht zwischen 106 und 107 g/mol.The production of polyethylene, in particular polyethylene homopolymers and / or polyethylene copolymers, is particularly preferred according to the invention. The polyethylene is preferably selected from the group consisting of high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), 1 high molecular weight polyethylene (HMWPE), uitra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), copolymers thereof and combinations thereof. The mentioned hochmolekula in this section: re polyethylene (HMWPE) preferably has a molecular weight between 10 5 and 10 6 g / mol. The ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) mentioned in this section preferably has a molecular weight between 10 6 and 10 7 g / mol.
Gegebenenfalls kann es in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein, dass das hergestellte, mit einem Stabilisator dotierte Polyolefin in einem nachfolgenden Schritt vernetzt wird. Durch eine Vernetzung des Polyolefins, insbesondere von ultra-hochmolekularem Polyethylen (UHMWPE), kann dessen Abriebverhalten deutlich verbessert werden. Die Vernetzung kann chemisch oder physikalisch vorgenommen werden. Eine chemische Vernetzung des Polyolefins kann beispielsweise durch eine Peroxid-Behandlung erfolgen. Eine physikalische Vernetzung des Polyolefins wird vorzugsweise durch eine Bestrahlung, insbesondere durch eine ionisierende Bestrahlung, vorgenommen. Beispielsweise kann das Polyolefin durch Behandlung mit γ-Strahlen, ß-Strahlen, Röntgenstrahlen, Ultraviolettstrahlen, Neutronenstrahlen, Protonenstrahlen und/oder Elektronenstrahlen vernetzt werden.Optionally, it may be provided in a further embodiment that the produced, doped with a stabilizer polyolefin is crosslinked in a subsequent step. By crosslinking the polyolefin, in particular of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE), its abrasion behavior can be significantly improved. The crosslinking can be done chemically or physically. A chemical crosslinking of the polyolefin can be done for example by a peroxide treatment. A physical crosslinking of the polyolefin is preferably carried out by irradiation, in particular by ionizing irradiation. For example, the polyolefin may be crosslinked by treatment with γ-rays, β-rays, X-rays, ultraviolet rays, neutron rays, proton rays and / or electron rays.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform wird das mit einem Stabilisator dotierte Polyolefin einer Temperung unterworfen. Die Temperung kann zum Einen dazu dienen, mögliche Spannungen im Polyolefin ab- zubauen. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf vernetztes ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE). Zum anderen wird die Mobilität von gegebenenfalls im Polyolefin vorhandenen Radikalen mittels der Temperung erhöht, wodurch ihre Rekombinationswahrscheinlichkeit sowie ihre Absättigung durch den Stabilisator erhöht wird. Alternativ oder in Kombination dazu kann das Polyolefin auch mit Mikro- und/oder Ultraschallwellen behandelt werden, um eine erhöhte Radikalabsättigung zu erzielen. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Polyolefin, welches nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt bzw. herstellbar ist. Das Polyolefin besitzt bevorzugt einen Stabilisatoranteil zwischen 0,01 Gew.% und 0.5 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyolefins. Bevorzugt ist das Polyolefin aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polybuten, insbesondere Poly-1-buten, Polyhexen, insbesondere Poly-1-hexen, Polybutadien, insbesondere 1 ,2-Polybutadien und/oder 1,4-Polybutadien, Polyisopren, Polycycloole- fine, Copolymere davon und Kombinationen davon ausgewählt. PoIy- ethylen ist bevorzugt, wobei das Polyethylen vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), hochmolekulares Polyethylen (HMWPE)1 vorzugsweise ultra-hochmolekulares Polyethylen (UHMWPE), insbesondere vernetztes ultra-hochmolekulares Polyethylen (UHMWPE), Copoly- mere davon und Kombinationen davon ausgewählt ist.In another possible embodiment, the polyolefin doped with a stabilizer is subjected to tempering. On the one hand, tempering can serve to reduce possible stresses in the polyolefin. This is especially true with regard to crosslinked ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). On the other hand, the mobility of radicals which may be present in the polyolefin is increased by means of tempering, which increases their recombination probability and their saturation by the stabilizer. Alternatively, or in combination, the polyolefin may also be treated with micro and / or ultrasonic waves to achieve increased radical saturation. Another aspect of the present invention relates to a polyolefin which is produced or preparable by a process according to the invention. The polyolefin preferably has a stabilizer content of between 0.01% by weight and 0.5% by weight, based on the total weight of the polyolefin. Preferably, the polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutene, in particular poly-1-butene, polyhexene, in particular poly-1-hexene, polybutadiene, in particular 1, 2-polybutadiene and / or 1,4-polybutadiene, polyisoprene, Polycycloolefins, copolymers thereof, and combinations thereof. Polyethylene is preferred, wherein the polyethylene is preferably selected from the group consisting of high density polyethylene (HDPE), low density polyethylene (LDPE), high molecular weight polyethylene (HMWPE) 1, preferably ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), especially crosslinked ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), copolymers thereof, and combinations thereof.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Polyolefins, insbesondere in Bezug auf das Herstellungsverfahren für das mit einem Stabilisator dotierte Polyolefin, wird vollständig auf die bishe- rige Beschreibung Bezug genommen.With regard to further features and advantages of the polyolefin according to the invention, in particular with regard to the preparation process for the stabilizer-doped polyolefin, reference is made in full to the previous description.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch einen Formkörper, vorzugsweise einen medizintechnischen Gegenstand, umfassend ein Polyolefin, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt bzw. her- stellbar ist. Der medizintechnische Gegenstand ist vorzugsweise als Implantat, Epithese oder Orthese ausgebildet. Bevorzugt ist der medizintechnische Gegenstand aus der Gruppe bestehend aus Katheter, Trokar, chirurgisches Nahtmaterial, medizinisches Netz, insbesondere Her- niennetz oder Prolaps-Netz bzw. Prolaps-Band, Harninkontinenzband und Prothese ausgewählt. Besonders bevorzugt ist der medizintechnische Gegenstand als Prothese, insbesondere Endoprothese, ausgebildet. Gemäß einer weiterführenden Ausführungsform ist der medizintechnische Gegenstand eine Gelenkprothese, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hüftgelenkprothese, Kniegelenkprothese, Knöchelgelenkprothese, Ellenbogengelenkprothese, Kiefergelenkpro- these, Schultergelenkprothese, Fingergelenkprothese und Wirbelsäu- lengelenkflächenprothese.The present invention also encompasses a shaped body, preferably a medical article, comprising a polyolefin, which can be produced or produced by the process according to the invention. The medical article is preferably designed as an implant, epithesis or orthosis. Preferably, the medical article is selected from the group consisting of catheter, trocar, surgical suture, medical net, in particular heroin mesh or prolapse mesh or prolapse band, urinary incontinence band and prosthesis. Particularly preferably, the medical device object is designed as a prosthesis, in particular an endoprosthesis. According to a further embodiment, the medical article is a joint prosthesis, preferably selected from the group consisting of hip joint prosthesis, knee joint prosthesis, ankle joint prosthesis, elbow joint prosthesis, temporomandibular joint prosthesis, shoulder joint prosthesis, finger joint prosthesis and spinal articulation prosthesis.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der medizintechnische Gegenstand als Komponente, insbesondere in Form einer Gleitflä- che, einer Einlage oder eines Einsatzes, für eine Gelenkprothese ausgebildet. Bezüglich der in Frage kommenden Gelenkprothesen wird insbesondere auf die vorstehend genannten Gelenkprothesen verwiesen. Weiterhin kann es sich bei dem medizintechnischen Gegenstand um eine prothetische Lagerkomponente handeln.In a further advantageous embodiment, the medical article is designed as a component, in particular in the form of a sliding surface, an insert or an insert, for a joint prosthesis. With regard to the joint prostheses in question, reference is made in particular to the abovementioned joint prostheses. Furthermore, the medical article may be a prosthetic bearing component.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile des medizintechnischen Gegenstandes, insbesondere im Hinblick auf das Herstellungsverfahren für das mit einem Stabilisator dotierte Polyolefin und/oder das Polyolefin selbst, wird ebenfalls vollständig auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen.With regard to further features and advantages of the medical article, in particular with regard to the production process for the stabilized polyolefin doped polyolefin and / or the polyolefin itself, reference is also made entirely to the previous description.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines Polyolefins, welches nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt bzw. herstellbar ist, zur Herstellung eines medizintechnischen Ge- genstandes. Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der Verwendung wird ebenso auf die bisherige Beschreibung Bezug genommen.Finally, the present invention also relates to the use of a polyolefin, which is produced or preparable by a process according to the invention, for the production of a medical device. For further features and advantages of use, reference is also made to the previous description.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Form von Beispielen in Kombination mit den Unteransprüchen. In diesen Ausführungsformen können einzelne Merkmale der Erfindung allein oder in Kombination mit anderen Merkmalen verwirklicht sein. Die beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen sind lediglich als beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende Offenbarung zu verstehen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments in the form of examples in combination with the subclaims. In these embodiments, individual features of the invention may be implemented alone or in combination with other features. The described preferred embodiments are merely descriptive, not to be understood as a limiting revelation in any way.
BeispieleExamples
1. Allgemeines:1. General:
Alle Versuche wurden unter Verwendung der Schlenk-Technik und vorgetrocknetem Argon als Schutzgas durchgeführt. Als Polymerisationsgas wurde kommerziell erhältliches Ethylen 3.0 ohne weitere Aufreinigung eingesetzt. Toluol wurde wasserfrei und in 99,9 %iger Reinheit von der Firma Sigma-Aldrich bezogen und mit einer Lösungsmittel- Trocknungsapparatur der Firma VAC bis zu einem Wassergehalt von < 5 ppm weiter getrocknet. Der Cokatalysator PMAO (Polymethylenalumi- nooxan) wurde von der Firma AKZO als 7 %ige Lösung in Toluol bezogen. Alle weiteren kommerziell erhältlichen Chemikalien wurden wie erhalten eingesetzt.All experiments were carried out using the Schlenk technique and predried argon as a shielding gas. The polymerization gas used was commercially available ethylene 3.0 without further purification. Toluene was anhydrous and obtained in 99.9% purity from Sigma-Aldrich and further dried with a solvent drying apparatus from VAC up to a water content of <5 ppm. The cocatalyst PMAO (polymethylenealuminoxane) was purchased from AKZO as a 7% solution in toluene. All other commercially available chemicals were used as received.
Als Präkatalysatoren wurden 2,3,4-Trimethyl-1-(8-chinolyl)trimethylsilyl- cyclopentadienyl-Chrom(lll)chlorid-Katalysator, im Folgenden als KAT 1 abgekürzt, und Zirkonocendichlorid verwendet. Als Vitamin E wurde α-Tocopherol eingesetzt (Reinheit > 96 %, CAS-Nr 10191-41-0, Sigma- Aldrich).As precatalysts, 2,3,4-trimethyl-1- (8-quinolyl) trimethylsilyl-cyclopentadienyl-chromium (III) chloride catalyst, hereinafter abbreviated as KAT 1, and zirconocene dichloride were used. Α-tocopherol was used as vitamin E (purity> 96%, CAS No. 10191-41-0, Sigma-Aldrich).
2. Polvmerisationsexperiment 12. Polvmerisation experiment 1
In einem 25 mL-Schlenk-Kolben wurden 3,60 mg (8,38 x 10"6 mol) des Präkatalysators KAT 1 in 10 ml_ Toluol gelöst. In einem zweiten 250 ml_- Schlenk-Kolben wurden 100 ml_ Toluol vorgelegt und darin 0,31 g (7,17 x 10"4 mol, entspricht 85 eq. bezogen auf KAT 1) Vitamin E gelöst. Der Präkataiysator KAT 1 wurde mit 3,23 g (8.38 x 10"3 moi) PMAO (1000 eq Al, bezogen auf den Katalysator) in die aktivierte Spezies überführt und mit Hilfe einer Spritze in das Polymerisationsgefäß gegeben. Über den Schlenk-Anschluss wurde Ethylen eingeleitet und das Reaktionsgemisch auf höchster Stufe gerührt. Der Ansatz wurde in einem Wasserbad ge- kühlt. Zur Beendigung der Polymerisation wurde mit Methanol/HCI terminiert. Die Reaktion wurde aufgrund eines starken Viskositätsanstiegs im Kolben, bedingt durch ausgefälltes Polymer, bereits nach 13 Min. terminiert. Das erhaltene Produkt wurde für 2 Stunden in Aceton gewaschen und über Nacht bei 80 0C getrocknet.In a 25 mL Schlenk flask 3.60 mg (8.38 x 10 "6 mol) of the pre-catalyst KAT was dissolved in 10 ml of toluene. 1 in a second 250 ml_- Schlenk flask, 100 ml of toluene were charged and is 0 , 31 g (7.17 x 10 "4 mol, corresponding to 85 eq. based on KAT 1) vitamin e dissolved. The Präkataiysator KAT 1 was charged with 3.23 g (8:38 x 10 "3 mol) PMAO (1000 eq Al, based on the catalyst) into the activated species and added by means of a syringe in the polymerization vessel. Ethylene was introduced via the Schlenk connection and the reaction mixture was stirred at the highest stage. The batch was cooled in a water bath. To terminate the polymerization was terminated with methanol / HCl. The reaction was due to a strong increase in viscosity in the piston, due to precipitated polymer, already terminated after 13 min. The resulting product was washed in acetone for 2 hours and dried at 80 ° C. overnight.
3. Polvmerisationsexperiment 23. Polvmerisation experiment 2
In einem 25 mL-Schlenk-Kolben wurden 4,20 mg (9,78 x 10"6 mol) des Präkatalysators KAT 1 in 10 ml_ Toluol gelöst. In einem zweiten 250 ml_- Schlenk-Kolben wurden 100 mL Toluol vorgelegt und darin 0,86 g (1 ,99 x 10'3 mol, entspricht 205 eq. bezogen auf KAT 1 ) Vitamin E gelöst. Der Präkatalysator KAT 1 wurde mit 3,77 g (9,78 x 10'3 mol) PMAO (1000 eq Al1 bezogen auf den Katalysator) in die aktivierte Spezies überführt und mit Hilfe einer Spritze in das Polymerisationsgefäß gegeben. Über den Schlenk-Anschluss wurde Ethylen eingeleitet und das Reaktionsgemisch auf höchster Stufe gerührt. Insgesamt wurde der Ansatz während 3 Stunden gerührt, wobei der Ansatz mit einem Wasserbad gekühlt wurde. Zur Beendigung der Polymerisation wurde mit Methanol/HCI terminiert. Das erhaltene Polymer wurde für 2 Stunden in Aceton gewaschen und über Nacht bei 80 0C getrocknet.In a 25 mL Schlenk flask 4.20 mg (9.78 x 10 "6 mol) of the precatalyst KAT was dissolved in 10 ml of toluene. 1 in a second 250 ml_- Schlenk flask 100 mL of toluene was charged therein and 0 , 86 g (1.99 x 10 -3 mol, corresponding to 205 eq, based on CAT 1) of vitamin E. The precatalyst KAT 1 was treated with 3.77 g (9.78 x 10 -3 mol) of PMAO (1000 eq Al 1 based on the catalyst) was transferred into the activated species and added by means of a syringe into the polymerization vessel via the Schlenk connection, ethylene was introduced and the reaction mixture was stirred at the highest stage.The total was stirred for 3 hours, the approach The polymerization was terminated with methanol / HCl and the resulting polymer was washed in acetone for 2 hours and dried at 80 ° C. overnight.
4. Polvmerisationsexperiment 34. Polvmerisation experiment 3
In einem 25 mL-Schlenk-Kolben wurden 7,70 mg (2,63 x 10'5 mol) des Präkatalysators Zirkonocendichlorid in 10 mL Toluol gelöst. In einem zweiten 250 mL-Schlenk-Kolben wurden 100 mL Toluol vorgelegt und darin 0,91 g (2,11 x 10'3 mol, entspricht 80 eq. bezogen auf Zirkonocendichlorid) Vitamin E gelöst. Der Präkatalysator Zirkonocendichlorid wurde mit 10,15 g (2,63 x 10~2 moi) PMAO (1000 eq Ai, bezogen auf den Katalysator) in die aktivierte Spezies überführt und mit Hilfe einer Spritze in das Polymerisationsgefäß gegeben. Über den Schlenk-Anschluss wurde Ethylen eingeleitet und das Reaktionsgemisch auf höchster Stufe gerührt. Insgesamt wurde die Reaktion für 20 Minuten betrieben, wobei der Ansatz mit einem Wasserbad gekühlt wurde. Zur Beendigung der Polymerisation wurde mit Methanol/HCI terminiert. Das erhaltene Polymer wurde für 2 Stunden in Aceton gewaschen und über Nacht bei 80 0C getrocknet.In a 25 mL Schlenk flask 7.70 mg (2.63 x 10 -5 mol) were dissolved the precatalyst zirconocene dichloride in 10 mL of toluene. In a second 250 ml Schlenk flask, 100 ml of toluene were introduced and 0.91 g (2.11 × 10 -3 mol, corresponding to 80 eq, based on zirconocene dichloride) of vitamin E were dissolved therein. The precatalyst zirconocene dichloride was charged with 10.15 g (2.63 x 10 -2 mole) PMAO (1000 eq Ai, based on the Catalyst) into the activated species and added with the aid of a syringe into the polymerization vessel. Ethylene was introduced via the Schlenk connection and the reaction mixture was stirred at the highest stage. In total, the reaction was run for 20 minutes while cooling the batch with a water bath. To terminate the polymerization was terminated with methanol / HCl. The resulting polymer was washed in acetone for 2 hours and dried at 80 ° C. overnight.
Die nach Durchführung der vorstehend beschriebenen Polymerisationsexperimente erhaltenen Polymere waren gefärbt, was den Einbau von Vitamin E in die Polymere bzw. die Dotierung der Polymere mit Vitamin E bestätigte.The polymers obtained after carrying out the polymerization experiments described above were colored, which confirmed the incorporation of vitamin E into the polymers or the doping of the polymers with vitamin E.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in untenstehender Tabelle 1 zusam- mengefasst, wobei die Versuche K1 und K2 Kontrollexperimente ohne Stabilisator bedeuten.The results obtained are summarized in Table 1 below, where experiments K1 and K2 represent control experiments without stabilizer.
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Tabelle 1 : Daten der Polymerisationsexperimente
Figure imgf000017_0001
Table 1: Data from the polymerization experiments
5. Zusammenfassung5. Summary
Insgesamt zeigen die vorstehend beschriebenen Experimente, dass die Synthese von Polyethylen in Gegenwart eines Antioxidans möglich ist. Des Weiteren waren die Katalysator-Aktivitäten auch in Gegenwart des Antioxidans ausreichend hoch, um eine zufriedenstellende Katalyse zu ermöglichen. Die Experimente zeigen weiterhin, dass die Herstellung von mit einem Antioxidans dotierten Polyethylen unter an sich schonenden Reaktionsbedingungen möglich ist. Ein besonderer Vorteil betrifft dabei die im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erheblich verkürzte Reaktionszeit (Zeit zur Herstellung eines mit einem Stabilisator dotierten Polyolefins). Das Molekülgewicht der hergestellten Polymere betrug ca. 1 ,6 x 106 mol/g. Overall, the experiments described above show that the synthesis of polyethylene in the presence of an antioxidant is possible. Furthermore, even in the presence of the antioxidant, the catalyst activities were sufficiently high to allow satisfactory catalysis. The experiments also show that it is possible to produce polyethylene doped with an antioxidant under mildly gentle reaction conditions. A particular advantage relates to the considerably shortened compared to the known from the prior art method reaction time (time for the preparation of a doped with a stabilizer polyolefin). The molecular weight of the polymers produced was about 1.6 × 10 6 mol / g.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Stabilisator, vorzugs- weise Antioxidans, dotierten Polyolefins, dadurch gekennzeichnet, dass eine Polymerisation eines Olefins in Gegenwart eines Stabilisators, vorzugsweise Antioxidans, und eines Katalysators durchgeführt wird.1. A process for the preparation of a stabilizer, preferably antioxidant, doped polyolefin, characterized in that a polymerization of an olefin is carried out in the presence of a stabilizer, preferably antioxidant, and a catalyst.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation als Lösungspolymerisation durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the polymerization is carried out as a solution polymerization.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Olefin zur Polymerisation in eine Lösung, enthaltend den Sta- bilisator, den Katalysator und ein Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch, geleitet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the olefin for polymerization in a solution containing the stabilizer bilisator, the catalyst and a solvent or solvent mixture is passed.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Lösung zuerst der Katalysator und anschließend der Stabilisator in dem Lösungsmittel bzw. Lösungsmittelgemisch gelöst werden.4. The method according to claim 3, characterized in that for the preparation of the solution, first the catalyst and then the stabilizer are dissolved in the solvent or solvent mixture.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator die Aktivität des Katalysa- tors im Wesentlichen nicht beeinträchtigt bzw. der Stabilisator in einer Molmenge verwendet wird, die die Aktivität des Katalysators im Wesentlichen nicht beeinträchtigt.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the stabilizer substantially does not affect the activity of the catalyst or the stabilizer is used in a molar amount which does not substantially affect the activity of the catalyst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Molverhältnis des Stabilisators zu dem6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a molar ratio of the stabilizer to the
Katalysator von 10.000 : 1 bis 1 : 1 , bevorzugt 1000 : 1 bis 10 : 1 , weiter bevorzugt 250 : 1 bis 20 : 1 , höchst bevorzugt 100 : 1 bis 50 : 1 , verwendet wird. Catalyst of 10,000: 1 to 1: 1, preferably 1000: 1 to 10: 1, more preferably 250: 1 to 20: 1, most preferably 100: 1 to 50: 1 is used.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stabilisator ein natürlich vorkommendes Antioxidans und/oder ein Salz davon verwendet wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a naturally occurring antioxidant and / or a salt thereof is used as the stabilizer.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stabilisator ein Antioxidans aus der Gruppe bestehend aus Vitamin E, Vitamin C, Carotinoide, Flavonoide, Tannine, Salze davon und Kombinationen davon verwendet wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that as stabilizer an antioxidant from the group consisting of vitamin E, vitamin C, carotenoids, flavonoids, tannins, salts thereof and combinations thereof is used.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vitamin E aus der Gruppe bestehend aus α-Tocopherol, ß- Tocopherol, γ-Tocopherol, δ-Tocopherol, Salze davon und Kombinationen davon ausgewählt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the vitamin E is selected from the group consisting of α-tocopherol, β-tocopherol, γ-tocopherol, δ-tocopherol, salts thereof and combinations thereof.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Herstellung des Polyolefins mittels einer Koordinationspolymerisation erfolgt.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the preparation of the polyolefin takes place by means of a coordination polymerization.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ein Ziegler-Natta-Katalysa- tor, Metallocen-Katalysator oder ein Non-Metallocen-Katalysator verwendet wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the catalyst is a Ziegler-Natta catalyst, metallocene catalyst or a non-metallocene catalyst is used.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Katalysator ein Mischkatalysator, vorzugsweise umfassend einen Präkatalysator und einen Cokatalysa- tor, verwendet wird.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the catalyst is a mixed catalyst, preferably comprising a pre-catalyst and a cocatalyst tor used.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Präkatalysator ein Non-Metallocen, vorzugsweise ein chromhaltiges Non-Metallocen, insbesondere 2,3,4-Trimethyl-1-(8- Chinolyl)trimethyl-silyl-cyclopentadienyl-Chrom(lll)chlorid, und als Cokatalysator bevorzugt ein Aluminoxan, insbesondere ein Alkyla- luminoxan, vorzugsweise Methylaluminoxan (MAO), verwendet wird.13. The method according to claim 12, characterized in that as precatalyst, a non-metallocene, preferably a chromium-containing non-metallocene, in particular 2,3,4-trimethyl-1- (8-quinolyl) trimethyl-silyl-cyclopentadienyl-chromium (lll ) chloride, and as cocatalyst preferably an aluminoxane, in particular an alkyl luminoxane, preferably methylaluminoxane (MAO) is used.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in einer Konzentration zwischen 0,1 μmol und 400 μmol, insbesondere 1 μmol und 200 μmol, bevorzugt 10 μmol und 100 μmol, bezogen auf 1 Liter eines für die Polymerisation verwendeten Lösungsmittels bzw. Lösungsmittelgemisches, eingesetzt wird.14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the catalyst in a concentration between 0.1 .mu.mol and 400 .mu.mol, in particular 1 .mu.mol and 200 .mu.mol, preferably 10 .mu.mol and 100 .mu.mol, based on 1 liter of one used for the polymerization Solvent or solvent mixture is used.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Katalysators ein Molverhältnis eines Präkatalysators zu einem Methylaluminoxan- Cokatalysator von 1 : 20 bis 1 : 20.000, bevorzugt 1 : 100 bis 1 : 5.000, weiter bevorzugt 1 : 200 bis 1 : 2.000, höchst bevorzugt 1 :15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for preparing the catalyst, a molar ratio of a precatalyst to a methylaluminoxane cocatalyst of 1: 20 to 1: 20,000, preferably 1: 100 to 1: 5,000, more preferably 1: 200 bis 1: 2,000, most preferably 1:
500 bis 1 : 1.000, verwendet wird, bezogen auf die Aluminiumatome des Methylaluminoxan-Cokatalysators.500 to 1: 1000, based on the aluminum atoms of the methylaluminoxane cocatalyst.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation in einem Temperaturbereich zwischen 0 0C und 120 0C, insbesondere 20 0C und 110 0C, vorzugsweise 25 0C und 100 0C, durchgeführt wird.16. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the polymerization in a temperature range between 0 0 C and 120 0 C, in particular 20 0 C and 110 0 C, preferably 25 0 C and 100 0 C, is performed.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation bei Normaldruck oder17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the polymerization at atmospheric pressure or
Überdruck durchgeführt wird.Overpressure is performed.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation bei einem Überdruck zwischen 0,1 MPa und 10 MPa durchgeführt wird.18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the polymerization is carried out at an overpressure between 0.1 MPa and 10 MPa.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerisation während einer Reakti- onszeit zwischen 10 min und 240 min, insbesondere 10 min und 180 min, vorzugsweise 10 min und 60 min, durchgeführt wird.19. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the polymerization during a Reacti- onszeit between 10 min and 240 min, in particular 10 min and 180 min, preferably 10 min and 60 min, is performed.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polybuten, insbesondere Poly-1-buten, Polyhexen, insbesondere Poly-1 -hexen, 1 ,2-Polybutadien, 1 ,4-Polybutadien, Polyisopren, Polycycloolefine und Copolymere davon.20. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the polyolefin is selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polybutene, in particular poly-1-butene, polyhexene, in particular poly-1-hexene, 1, 2-polybutadiene, 1,4-polybutadiene, polyisoprene, polycycloolefins and copolymers thereof.
21. Polyolefin, hergestellt bzw. herstellbar nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.21. Polyolefin, produced or producible by a process according to one of the preceding claims.
22. Polyolefin nach Anspruch 21 , umfassend einen Stabilisator-Anteil zwischen 0,01 Gew.-% und 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polyolefins.22. A polyolefin according to claim 21, comprising a stabilizer proportion between 0.01 wt .-% and 0.5 wt .-%, based on the total weight of the polyolefin.
23. Medizintechnischer Gegenstand, umfassend ein Polyolefin nach Anspruch 21 oder 22.23. A medical device comprising a polyolefin according to claim 21 or 22.
24. Medizintechnischer Gegenstand nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass er als Prothese, insbesondere Endoprothese, ausgebildet ist.24. Medical device according to claim 23, characterized in that it is designed as a prosthesis, in particular endoprosthesis.
25. Medizintechnischer Gegenstand nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass er als Gelenkprothese, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hüftgelenkprothese, Kniegelenkprothese, Knöchelgelenkprothese, Ellenbogengelenkprothese, Kiefergelenkprothese, Schultergelenkprothese, Finger- gelenkprothese und Wirbelsäulengelenkflächenprothese, ausgebildet ist. 25. Medical device according to claim 23 or 24, characterized in that it is designed as a joint prosthesis, in particular selected from the group consisting of hip joint prosthesis, knee joint prosthesis, ankle joint prosthesis, elbow joint prosthesis, temporomandibular joint prosthesis, shoulder joint prosthesis, finger joint prosthesis and vertebral articular surface prosthesis.
PCT/EP2010/003169 2009-05-26 2010-05-25 Polyolefin doped with a stabilizer WO2010136173A1 (en)

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