WO2011029628A1 - Pharmazeutisches packmittel mit gleitfilm und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO2011029628A1
WO2011029628A1 PCT/EP2010/005618 EP2010005618W WO2011029628A1 WO 2011029628 A1 WO2011029628 A1 WO 2011029628A1 EP 2010005618 W EP2010005618 W EP 2010005618W WO 2011029628 A1 WO2011029628 A1 WO 2011029628A1
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sliding
glow discharge
sccm
cavity
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Matthias Bicker
Hartmut Bauch
Manfred Lohmeyer
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Schott Ag
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    • B05D3/141—Plasma treatment
    • B05D3/145—After-treatment
    • B05D3/147—Curing

Definitions

  • US 4767414 A describes a method for reducing the static and dynamic friction between sliding surfaces by applying a sliding film on at least one of the surfaces. This is a
  • silicone oil applied to one of the surfaces.
  • the silicone oil and the surface are plasma treated.
  • Silicone oil intolerant so that they do not have sufficient stability in conventional siliconized packaging, such as pre-filled siliconized syringes possess.
  • a known cause of this silicone oil intolerance is that silicone oil tends to form particles, causing silicone oil particle-induced protein aggregation.
  • cured silicone oil layers can in an atmospheric pressure treatment, in particular at
  • Atmospheric pressure plasma treatment the increased entry of gases, especially of reaction products of the plasma in the layer come.
  • the invention is based on the object over the prior art improved sliding layers, especially for Pharmapackstoff provide and a
  • the invention proposes a silicone-free overlay having tailored surface properties and
  • the silicone-free sliding layer is characterized by a low surface energy that can be precisely set using the method as well as a precisely adjustable one
  • inventive method can be a good
  • Manufacturing process can be achieved, in which in a first process step, a silicone-free fluid on the
  • a special feature of the present invention is that a very homogeneous surface treatment is made possible by this low-pressure glow discharge, whereby the silicone-free fluid is very homogeneously crosslinked and very uniform surface properties can be adjusted.
  • a low-pressure glow discharge proves to be advantageous, since due to the low process pressure, a higher energy input of the particles takes place on the silicone-free fluid, whereby a stronger Networking and a targeted surface functionalization results with a precisely tuned
  • the fluid is uniformly applied to the substrate, stabilized by the low-pressure glow discharge by cross-linking and homogenized on the surface, which in a very simple way a silicon, or generally silicon-free
  • this treatment method thus has the advantage that for the layer system at the
  • Sliding surface is set an extremely low surface energy, whereby the adhesion energy and the associated breakaway forces between the friction partners are significantly reduced in a very simple manner.
  • Slip surfaces have a repellent wetting behavior for a whole range of liquids, each with different levels of polar and disperse fractions in the surface tension, resulting in high
  • Liquids associated with different high polar and disperse portions of the surface energy Liquids associated with different high polar and disperse portions of the surface energy.
  • the silicone-free sliding layer in the syringe barrel is cured simultaneously with this very simple method, and organic residues on the inner surface in the Luer channel are removed.
  • Removing the organic residue can be a
  • 1A and 1B show process steps for producing a sliding film
  • Fig. 2 is a voltage-time course of a
  • Fig. 4 the breakout force and mean sliding force of a silicone-free syringe system before and after storage at 40 ° C with distilled water as a function of storage time.
  • the invention relates to a method for producing a sliding film on a surface, in which a
  • the substrate is arranged in a vacuum reactor and
  • the vacuum reactor is evacuated, and wherein by means of an AC voltage source, an electromagnetic
  • Alternating field is generated, which in the interior of the Substrate is introduced and which in the gas, which is present or introduced in the evacuated cavity of the substrate has a sufficient field strength, so that at the pressure prevailing in the cavity of the substrate, a homogeneous glow discharge is caused, wherein
  • a pulsed low-pressure glow discharge can be generated by means of the alternating voltage source, wherein the sliding film forms the pulsed glow discharge in the pulsed glow discharge
  • Low-pressure glow discharge is generated.
  • a low pressure Glow discharge in the presence of an electrically insulating organic fluid not only ignited and stabilized, but even with spatially very homogeneous discharge
  • Slipcoated pharmaceutical packagings may be more proteinaceous for storage
  • Active ingredients or protein-containing drug formulations are used.
  • the pressure set in the cavity of the substrate during the plasma treatment is preferably in the range from 0.05 to 100 mbar, more preferably in the range from 0.2 to 20mbar, most preferably in the range from 0.5 to 10mbar
  • the cavity for receiving a pharmaceutical agent, wherein the cavity is provided with a silicone-free organic lubricating layer and wherein the
  • Sliding layer surface in particular by at least 3mN / m, generally even reduced by at least 5mN / m.
  • Maximum values of the reduction of the surface energy are 40 mN / m, preferably 38 mN / m.
  • the polar component of the surface energy of the silicone-free sliding layer is less than 50 mN / m, preferably less than or equal to 20 mN / m, particularly preferably less than or equal to 16 mN / m.
  • Sliding layer is less than 40mN / m, preferably less than or equal to 20mN / m, most preferably at most 10 mN / m.
  • the low polar surface energy leads to the above-mentioned large contact angles of polar substances, such as water.
  • Range of 40 ° to 140 ° preferably in the range of 80 ° to 120 °, particularly preferably in the range of 95 ° to 115 ° can be achieved.
  • ethylene glycol contact angle in the range of 20 ° to 100 °, preferably in the range of 35 ° to 110 °, particularly preferably in the range of 60 ° to 105 °.
  • thiodiethanol contact angle in the range of 20 ° to 120 °, preferably ⁇ in the range of 35 ° to 110 °, more preferably in the range of 60 ° to 105 °.
  • the lubricant may serve, for example, in an ampoule or a pharmaceutical vial
  • the invention can be very advantageous for the inner coating of Containers for storage of lyophilisates and other pharmaceutical agents.
  • the invention is suitable for reducing the friction between two sliding surfaces.
  • the most important example here are cylinder and
  • Carpules are present. Accordingly, in preferred embodiments
  • coated cavity of Pharmapackstoffs comprises a cylinder for guiding a piston.
  • break-away force is less than 30N, preferably less than 20N, more preferably below "by-12 ⁇ . ⁇
  • the silicone-free layers produced by means of low-pressure glow discharge show excellent storage stability in the application test, which can be achieved by very good crosslinking of the layer due to the high energy input during the treatment by means of low-pressure glow discharge: after storage of the packaging with distilled water or "Water for Injection"("WFI") at 40 ° C for more than 100 days, the dynamic sliding friction force measured at a feed rate of 100
  • wetting behavior is particularly favorable, because in this way it can be achieved that a liquid active ingredient formulation, which is filled into the pre-filled syringe, runs well on the réellegleitflache the prefilled syringe and thus very well and in high yield the
  • Syringe system can be removed during injection.
  • one of the sliding elements is made of an elastomer to achieve a good seal.
  • Feed rate of 100 millimeters per minute below ION and the break-away force is below 20N.
  • Sliding layers are particularly suitable. On such layers of a medical package with two on top of each other
  • Breakout force is below 20N.
  • the invention comprises two successive sliding elements in the form of a syringe or carpule cylinder and an elastomer, in particular on a piston as one of the successive sliding
  • Cavity are coated with a perfluorinated sliding layer.
  • a coating of the Luer cone may possibly be omitted. This is still the essential surface share with a
  • the silicone-free sliding films according to the invention are also distinguished by the fact that fewer to none
  • a silicone-free lubricious coating system according to the invention can also be used for storage containers of lyophilisates, since the properties of the coating and its surface have a positive effect on the reconstitution of the lyophilisate. Also very advantageous protein-based drug formulation solutions can be stored with only minor interaction with the sliding layer. Especially at
  • Silicone-containing lubricating layers can lead to reactions, such as flocculation, in the abovementioned active substances.
  • a contact angle for water on the silicone-free lubricating film will be in the range of 60 ° to 140 °
  • Molecules as part of the sliding layer can even achieve contact angles of water in the range of 65 ° to 130 °, even in the range of 70 ° to 125 °.
  • a spray coating has proved to be particularly suitable. Since typical suitable silicone-free lubricants, such as fluorinated polyethers generally have a high viscosity, in this case, in particular, the application by means of a two-fluid nozzle is particularly suitable. Such a method of application cooperates with the very uniform crosslinking according to the invention by means of the low-pressure plasma, since with the
  • Ultrasonic atomizers are used. Also in the case of a dual-substance atomizer, ultrasound can help to break up the surface tension to form fine
  • the sliding layer is made of a material with a viscosity index (according to the
  • Standard ASTM D 2270 greater than 80, preferably greater than 100, more preferably greater than 150 prepared.
  • organic fluids having fluoroalkyl and / or ethylene groups. Particularly suitable are fluids with fluorinated or
  • silicone-free organic fluids have been found to be suitable which molecules with the following Molecular structure contain: ⁇
  • Rl, R2 is selected from the following quantity: -CF3, -F, -OH, -C x H y -OH, -CH 2 -OH, CH 2 (OCH 2 CH 2) r OH, - CH 2 OCH 2 CH (OH) CH 2 OH, -CH 2 OCH 2 -piperonyl.
  • an electrode is arranged in the cavity of the substrate, wherein a
  • Electrode applied AC voltage is generated.
  • the electrode is used simultaneously inside the cavity to supply process gas or to evacuate the cavity.
  • a channel for the gas supply or gas discharge can be provided in the electrode.
  • a hollow electrode is used, via which the process gas is sucked off via a vacuum channel.
  • the alternating electromagnetic field can also from the outside in the
  • Cavity be irradiated. Suitable for this purpose are higher frequencies, for example in the microwave range, such as with a frequency of 2.45 GHz.
  • FIGS. 1A and 1B An embodiment of the method according to the invention is illustrated by FIGS. 1A and 1B.
  • a substrate with a cavity is arranged in a holder 10 of a coating apparatus 1 for carrying out the method.
  • the substrate in the illustrated example is a pharmaceutical packaging, in
  • a syringe 3 with a cavity 5 Both glass, and plastic is suitable as a material of the substrate for a well-adherent sliding film.
  • a preferred glass is borosilicate glass.
  • Suitable plastics include, inter alia, cyclo-olefin polymers or cyclo-olefin copolymers. Elastomers are also suitable.
  • elastomer components with styrene-butadiene copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, chloroprene, polysulfide elastomer, urethane elestomer, • stereo rubber, --- ethylene-propyleh elastomer, butyl rubber, are also included
  • Halobutyl elastomer such as bromobutyl elastomer, chlorobutyl elastomers, polyisporene-bromobutyl elastomers, TPX or laminates thereof, especially laminates containing ETFE, PTFE polymers.
  • the cavity 5 forms the cylinder of the syringe 3 and thus serves to receive a syringe plunger, which slides on the inner wall 7 of the cavity 5 while moving in the axial direction.
  • a spray pressure in the range of 0.1 to 5 bar, preferably in the range of 0.2 to 2.5 bar,
  • a quantity of fluid in the range of 0.004 ⁇ / cm 2 to 2.8 ⁇ / cm 2 , preferably in the range of 0.009 ⁇ / cm 2 to 0.22 ⁇ / cm 2 is sprayed onto the inner surface of the hollow body
  • the two-substance nozzle is equipped with a
  • Feed rate of 1 mm / s to 1000mm / s preferably in the range of 5mm / s to 200mm / s, more preferably in the range of 8mm / s to 50mm / s during the spraying process moves
  • the sliding film is preferably applied with a thickness which is in the range of 50 nm-50 ⁇ m, in particular in the range of 100 nm- ⁇ m, particularly preferably in the range of 150 nm-8 ⁇ m.
  • a thickness which is in the range of 50 nm-50 ⁇ m, in particular in the range of 100 nm- ⁇ m, particularly preferably in the range of 150 nm-8 ⁇ m.
  • These layer thicknesses are favorable, both to prevent oversized elements of the pharmaceutical packaging material from overly high pressure on the sliding surfaces on the one hand, and also shearing off sliding film material during the sliding movement of another-be-t-s-zu.
  • the layer thicknesses mentioned are also favorable in order to achieve a sufficient sliding action and the
  • Container 17 connected to a process gas.
  • Connector 19 for the process gas supply may be different as shown in Fig. 1B also directly to the
  • the connecting piece 19 may be constructed of flexible material, so that it can be sealingly placed over the extension 4 for placing the cannula.
  • inert gases such as helium, neon, argon or xenon are used as process gases.
  • nitrogen, oxygen, hydrogen, carbon dioxide or mixtures of these gases can also be used.
  • the electrode has at least one or more openings 26 connected to an axial channel 24.
  • the channel 24 is connected to a Va-cum pump 28.
  • Vacuum pump 28 the cavity 5 of the syringe 3 via the channel 24 and the openings 26 is evacuated.
  • the process gas is introduced into the cavity 5 via the control valve.
  • the control valve 18 is adjusted so that the pressure in the cavity is less than 100 millibar.
  • the control valve can be designed in the form of a massflow controller, by means of which the mass flow rate is adjusted.
  • the process pressure in an alternative embodiment can also be regulated on the vacuum side by means of a throttle valve.
  • Plasma zone in the region of the cavity and associated a homogeneous lowering of the surface energy have mass flows of the process gas or process gas mixture in the range of lsccm to 800sccm, preferably from 2sccm to 500sccm, more preferably from 5sccm to 250sccm
  • the field strength of the alternating voltage is chosen taking into account the pressure in the cavity and the ionizability of the process gas so that it comes to a glow discharge.
  • the pulsed low pressure glow discharge can be any pulsed low pressure glow discharge.
  • AC voltage source 37 is operated in pulsed mode. Generally, accordingly, in a further development of
  • Invention proposed a pulsed low-pressure glow discharge for crosslinking the molecules of the sliding film.
  • the alternating voltage source is shown in FIG. 2.
  • the voltage U is plotted against the time t.
  • the AC voltage of the period ti is divided into pulses of length t 2 , wherein between the pulses pulse pauses of duration t 3 are present.
  • Pulse durations are, so if t 2 ⁇ t 3 applies. It turns out that "the-s' the pulsed curing process is very efficient at a low pressure glow discharge and within the pulse break decomposition products from the plasma process without significant delay of the entire
  • dielectric barrier material in particular the Material of the pharmaceutical packaging material or the wall itself generates a pulsed low-pressure glow discharge.
  • Sliding film generally to less than 5 seconds
  • coated pharmaceutical packaging according to one embodiment of the invention is characterized in that the surface energy of the sliding layer is within the
  • coated zone to less "than ⁇ - 0mn / m ⁇ preferably varies by less than ⁇ 10 mN / m relative to the average.
  • the contact angle for water on the sliding layer then varies by less than ⁇ 25 °.
  • the glow discharge as free as possible of local discharges, such as streamers or
  • Filaments is. To achieve this, it is proposed in an advantageous embodiment of the invention to adjust the pressure in the cavity and the field strength of the electromagnetic alternating field so that anomalous glow discharge occurs in the cavity of the substrate, in which there is a current / voltage characteristic with positive slope.
  • FIG. 3 shows schematically the course of a current-voltage characteristic of a glow discharge.
  • the current-voltage characteristic of a glow discharge in which the voltage applied to the electrodes is plotted against the current carried by the discharge, can be divided into the following ranges:
  • This area 37 is characterized by a positive current-voltage characteristic. There is no plasma ignited in this area. So there is still no glow discharge instead. The ignition of a plasma occurs at the transition to region 38, which is also referred to as subnormal glow discharge.
  • This area is characterized by a negative current-voltage characteristic and then passes into the area 39 of the normal glow discharge. In this area, the voltage remains substantially constant as the current increases. If the current is further increased, it is a clearly growing voltage
  • This range 40 of a positive current-voltage characteristic is the range of the anomalous
  • Utilization of the anomalous glow discharge can thus a very homogeneous distribution of the surface energy, or the resulting contact angle over the
  • the low-pressure plasma treatment as proposed by the invention also brings with it further advantages.
  • the mass flow rate, or the consumption of process gas compared to a treatment at
  • Atmospheric pressure can be significantly reduced.
  • the gas consumption and the corresponding consumption costs for the process gas are usually at least one or even • two orders of magnitude lower than a
  • Process gases instead of noble gases can be used to produce a homogeneous glow discharge zone or the proportion of noble gas can be reduced.
  • the use of noble gases in AtmoshDCdruckplasmen is usually mandatory in order to ignite the plasma stable.
  • Influence mass flow on introduced power in particular can be targeted.
  • Slip layer may be at least 3mN / m compared to the untreated overlay surface, preferably at least 5mN / m, by changing during surface treatment
  • Sliding layer can be reduced by at least 3mN / m and by a maximum of 40 mN / m, preferably by around, compared to the untreated sliding surface
  • Sliding layer can be reduced by at least 10mN / m and maximum 36mN / m, preferably by at least 20mN / m and maximum 35mN / m compared to the untreated overlay surface by an average power per mole flow ⁇ F> / F im during surface treatment Range from 2x10 2 _1 W / sccm to 1x10 2 W / sccm, preferably in
  • the silicone-free sliding layer can be changed by at least 2 mN / m, preferably by at least 4 mN / m, by changing during the
  • the disperse fraction of the surface energy of the silicone-free overlay layer can be changed by at least 2mN / m compared to the untreated overlay surface, preferably by at least 5mN / m by changing during the
  • the polar fraction of the surface energy of the silicone-free overlay can be reduced by at least 5mN / m and at most 22mN / m, preferably by at least 10mN / m and at most 21mN / m, by providing an average power per mass flow ⁇ P > / F in the range from 2xl ⁇ 1 W / sccm to 'lxlO 2 W / sccm, preferably in the range van
  • the disperse fraction of the surface energy of the silicone-free overlay can be reduced by at least 5mN / m and at most 21 mN / m, preferably by at least 8mN / m and maximally 20 mN / m, by providing an average power per mass flow during the surface treatment ⁇ P> / F in the range from 2x10 "1 W / sccm to lxl0 2 W / sccm, preferably a middle one Power per mass flow of substance ⁇ P> / F in the range of 4xlO _1 W / sccm to 5xlO x W / sccm is introduced.
  • Performance per mass flow of substance ⁇ P> / F in the range from 4xlO _1 W / sccm to 5x1 ⁇ 1 / sccm is introduced.
  • the contact angle for ethylene glycol of the silicone-free sliding layer can be changed by at least 1 °, preferably by at least 3 °, during the
  • the contact angle of the silicone-free Gleitschich-t- for ethylene glycol by at least 5 ° and by a maximum of 90 °, preferably by at least 10 ° and a maximum of 70 ° can be increased by during the
  • Contact angle of the silicone-free sliding layer for Thiodiethanol be increased by at least 10 ° and by a maximum of 90 °, preferably by at least 20 ° and by a maximum of 80 ° by during the
  • an alternating voltage with a frequency of less than 120 kHz " preferably in the range of 40 ⁇ -" 110 kHz,
  • Amperage in the range of 0.1mA to 500mA preferably in the range of 1mA to 200mA, more preferably in the range of 3mA to 100mA.
  • fluorine-containing organic molecules of the sliding film by the low-pressure glow discharge not only cross-linking, but also for lowering the surface energy very beneficial for the sliding properties, is that functional CF 2 or CF 3 groups by the energy input generated or whose share is increased to the sliding layer surface.
  • Another factor is that the orientation of the molecular chains of the fluid compound is changed in relation to the substrate surface.
  • the voltage of the AC voltage source 37 is furthermore preferably adjusted so that in the plasma
  • Energy spectrum can be generated in which energies in a range between leV and 20eV, preferably in one
  • the low-pressure glow discharge advantageously also sterilizes or, in order to sterilize, the medical article. It can achieve a sterility of better than logl, often even better than log4. These values can be achieved
  • Crosslinking of a silicone-free organic slip film in a low-pressure plasma is that cross-linking
  • the content of nitrogen oxides and ozone can be reduced to less than lppm each. Due to the good cross-linking, with fluorine-containing lubricating films, the proportion of volatile fluoroorganic compounds can be further reduced to less than 10 ppm. In particular, the content of ozone-damaging compounds with an ODP- ert ("ozone
  • Exemplary embodiment 1 silicone-free sliding layer on a glass syringe, hardened by: - "- a low-pressure glow discharge:
  • the substrates used are glass syringe bodies made of borosilicate glass (Fiolax clear), format 1.75 ml. These are washed and dried. In a subsequent separate process step, the inner surface of the substrates used.
  • the spray nozzle is moved during the spraying along the syringe axis with a feed rate of 20mm / s.
  • the precoated glass syringe is introduced into a low-pressure reaction chamber with an outer and an inner electrode and evacuated to a base pressure of less than 0.5 mbar.
  • argon gas is introduced into the reactor or into the cavity of the syringe body with a gas flow of 200 sccm and a process pressure of 10 mbar is regulated.
  • the treatment duration is 3s.
  • the lubricating film coated glass syrups are fitted with a silicone-free plug, Hel-ve-et-F -2-5-7 type, and measurements are taken of the sticking and sticking
  • the substrates used are glass syringe bodies made of borosilicate glass (Fiolax clear), format 1.75 ml. 'These are washed and dried. In a subsequent separate process step, the inner surface of the
  • Spray rate 0.5 l / s, gas pressure for spray process l, 5bar,
  • the spray nozzle is moved during the spraying along the syringe axis at a feed rate of 29mm / s.
  • the pre-coated glass syringe is errryebracht in a low pressure reaction chamber having an outer and an Innnenelek'irrode •• and evacuated to a base pressure of less than, 5 mbar.
  • argon gas is introduced into the reactor or into the cavity of the syringe body with a gas flow of 50 sccm and a process pressure of 5 mbar is regulated.
  • the treatment duration is 5s.
  • Fig. 4 shows for this embodiment, the breakout force and average sliding force of a
  • Injection systems determine the static and mean sliding friction prior to storage, indicated in the diagram of Fig. 4 in the legend as "0."
  • the second part of the syringes is filled with distilled water and
  • Embodiment 2 Silicone-free sliding layer on
  • Example 1 Analogously to Example 1 is a purified
  • the spray nozzle is during the
  • Spraying moved along the syringe axis at a feed rate of 20mm / s.
  • the "pre-coated glass syringe in” introduced a low pressure treatment reactor consisting of an evacuatable reaction chamber which is connected to a vacuum pump and a process gas supply, and a microwave generator, a coaxial conductor with a
  • the syringe is initially on the bottom of the reactor on a sealing surface. Subsequently, the top of the reactor is closed and closing the reactor, the syringe is sealed at the top vacuum-tight. The back pressure ensures that the syringe also vacuum-tight on the bottom side. Subsequently, the interior of the syringe is evacuated until a base pressure below 0.05 mbar is reached.
  • the gas inlet valve While maintaining the connection to the vacuum at the bottom, the gas inlet valve is opened and passed over the side with the narrow cross-section, i. at the Luer cone of the syringe, process gas is introduced from argon with a flow of 50sccm at a pressure of 0.25mbar.
  • Reactor interior is purged via the antenna
  • the glide-coated glass syringes are fitted with a silicone-free stopper, type Helvoet FM257, and static and sliding friction measurements are taken before and after the storage test. This results in the following data for the silicone-free sliding layer system:
  • glass syringe bodies are sprayed only with Fomblin oil M100, but not cured.
  • Layers are carried out contact angle measurements with liquids with different levels of polar uhd disperse surface tension, whereby the
  • Slip layer is achieved. While the sprayed fluid layer has a relatively high surface energy, it is only significantly lowered by the energy input of the low pressure glow discharge. The reduction of the surface energy takes place both for the polar and the disperse fraction of the surface energy.
  • Embodiment 4 silicone-free overlay on
  • Plastic syringe A plastic syringe body made of COC (cyclo-olefin copolymer), volume 2.25 ml is prepared analogously to Example 2:
  • Fomblinöl 30 is sprayed onto the inner surface of the syringe body using the following spray parameters:
  • the spray nozzle is during the
  • Spraying moved along the syringe axis at a feed rate of 20mm / s.
  • the precoated COC syringe is introduced analogously in the reactor described in Example 2.
  • the interior of the syringe is evacuated until a base pressure of less than 0.05mbar is reached. While the connection to the vacuum is maintained at the bottom, this will
  • Gas inlet valve opened and over the side with the narrow cross-section, i.
  • gas is introduced from argon with a flow of 50sccm at a pressure of 0.25mbar.
  • microwave energy with a frequency of 2.45 GHz, an average pulse power of 39.2 watts, a pulse duration of 1 ms and a pulse pause of 50 ms is transmitted via the waveguide to the antenna Reactor space coupled and the pre-coated inner surface of the syringe for a period of 3s treated with the pulsed microwaves

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein pharmazeutisches Packmittel mit einem silikonfreien Gleitfilm aus vernetzten organischen Molekülen, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Description

Pharmazeutisches Packmittel mit Gleitfilm und Verfahren zu dessen Herstellung
Beschreibung
Aus dem Stand der Technik sind Silikonöl-basierte
Gleitschichten bekannt, die in vielfältigen
Industriezweigen ihren Einsatz gefunden haben. Speziell für parenterale Pharma-Verpackungen wie Spritzen und Karpulen werden in der Regel Silikonöle als Gleitschichtsysteme eingesetzt. So beschreibt die US 4767414 A ein Verfahren zum Reduzieren der statischen und dynamischen Reibung zwischen Gleitflächen durch Aufbringen eines Gleitfilms auf zumindest eine der Oberflächen. Dabei wird ein
niedermolekulares Silikonöl auf eine der Oberflächen aufgetragen. Das Silikonöl und die Oberfläche werden plasmabehandelt .
Manche biopharmazeutische Produkte sind allerdings
Silikonöl-intolerant , so dass diese keine hinreichende Stabilität in konventionellen silikonisierten Packmitteln, wie vorbefüllten silikonisierten Spritzen, besitzen. Eine bekannte Ursache für diese Silikonöl-Intoleranz liegt darin, dass Silikonöl zur Bildung von Partikeln neigt, wodurch eine Silikonöl-Partikel-induzierte Protein- Aggregation ausgelöst wird.
Marktseitig werden daher aktuell neue Packmittellösungen gesucht, um Biopharmazeutika lagerstabil in einem
silikonfreien, vorbefüllten Spritzensystem („PFS =
prefillable syringe") aufbewahren zu können. Benötigt wird dazu ein neues Gleitschichtsystem, das sowohl die
BESTÄTIGUNGSKOPIE Anforderungen für die tribologischen Eigenschaften für die Reibpartner Spritzenkörper / Stopfen erfüllt und zugleich nur eine geringe Oberflächen-Wechselwirkung mit den
Biomolekülen der Wirkstoffformulierung aufweist.
Die US 2004/0231926 AI beschreibt ein Verfahren zur
Herstellung einer Gleitschicht, bei dem die Gleitschicht bei Atmosphärendruck unter anderem unter Verwendung eines Atmosphärendruck-Plasmas ausgehärtet wird. Neben Silikonöl- basierten Schichten können auch Perfluorpolyether-basierte Gleitschichten hergestellt werden. Die Losbrechkraft, beziehungsweise die Haftreibung der letzteren Schichten erweist sich allerdings als höher verglichen mit
ausgehärteten Silikonöl-Schichten . Zudem kann es bei einer Atmosphärendruck-Behandlung, insbesondere bei
Atmosphärendruck-Plasma-Behandlung, zum erhöhten Eintrag von Gasen, insbesondere auch von Reaktionsprodukten des Plasmas in die Schicht kommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Gleitschichten, insbesondere auch für Pharmapackmittel bereitzustellen und ein
verbessertes Herstellverfahren für Silikon-freie
Gleitschichten zu realisieren, das für eine Massenfertigung in einem industriellen Herstellprozess, insbesondere auch für die Anforderungen an eine Produktion von
pharmazeutischen Packmitteln besonders gut geeignet und effizient ist. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen
Ansprüchen angegeben. Die Erfindung schlägt eine silikonfreie Gleitschicht mit maßgeschneiderten Oberflächeneigenschaften und ein
Herstellverfahren für dieses Gleitschichtsystem vor. Die silikonfreie Gleitschicht zeichnet sich durch eine über da Verfahren präzis einstellbare niedrige Oberflächenenergie sowie entsprechend einem präzis einstellbaren
Benetzungsverhalten für ein breites Spektrum von
Flüssigkeiten mit unterschiedlich hohen polaren und dispersen Oberflächenspannungen aus. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine gute
Schichthomogenität mit einer uniformen
Schichtdickenverteilung, eine uniforme Oberflächenenergie und ein entsprechend uniformes Benetzungsverhalten
erzielen .
Es konnte gezeigt werden, dass diese gewünschten
Schichteigenschaften durch einen zweistufigen
Herstellprozess erreicht werden, bei dem in einem ersten Prozess-Schritt ein silikonfreies Fluid auf der
Innenoberfläche des Substrats aufgebracht und in einem zweiten Prozess-Schritt mittels einer Niederdruck- Glimmentladung vernetzt wird.
Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist dabei, dass durch diese Niederdruck-Glimmtentladung eine sehr homogene Oberflächenbehandlung ermöglicht wird, wodurch das silikonfreie Fluid sehr homogen vernetzt wird und sehr gleichmäßige Oberflächeneigenschaften eingestellt werden können. Dabei erweist sich eine Niederdruck- Glimmentladung als vorteilhaft, da aufgrund des geringen Prozess-Drucks ein höherer Energieeintrag der Teilchen auf dem silikonfreien Fluid erfolgt, wodurch eine stärkere Vernetzung und eine gezielte Oberflächenfunktionalisierung resultiert, die mit einer präzise eingestellten
Oberflächenenergie verbunden ist.
Bei diesem Verfahren wird das Fluid gleichmäßig auf dem Substrat aufgebracht, durch die Niederdruck- Glimmentladung durch Quer-Vernetzung stabilisiert und an der Oberfläche homogenisiert, wodurch auf eine sehr einfache Weise ein silikon-, beziehungsweise allgemein siliziumfreies
Gleitschichtsystem mit sehr uniformer
Schichtdickenverteilung hergestellt werden kann.
Ein äußerst überraschender Befund von Untersuchungen des Einflusses der Oberflächen-Behandlung auf die
Oberflächeneigenschaften der silikonfreien Gleitschicht ist, dass deren Oberflächenenergie erst durch die
Behandlung mittels Niederdruck-Glimmentladung wesentlich reduziert wird.
Entgegen aller Erwartungen weist ein nur aufgesprühter, aber sonst unbehandelter Film eine vergleichsweise hohe Oberflächenenergie auf, während allein durch eine
Behandlung mittels der Niederdruck-Glimmentladung die
Oberflächenenergie wesentlich reduziert wird.
Erfindungsgemäß weist diese Behandlungsmethode somit den Vorteil auf, dass für das Schichtsystem an der
Gleitoberfläche eine äußerst geringe Oberflächenenergie eingestellt wird, wodurch die Adhäsionsenergie und die damit verbundenen Losbrechkräfte zwischen den Reibpartnern auf sehr einfache Weise wesentlich verringert werden.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist, dass die mittels dieser Oberflächenbehandlung hergestellten
Gleitschichtoberflächen ein abstoßendes Benetzungsverhalten für ein ganzes Spektrum an Flüssigkeiten mit jeweils unterschiedlich hohen polaren und dispersen Anteilen in der Oberflächenspannung aufweisen, was sich durch hohe
Kontaktwinkel äußert. Durch die erfindungsgemäße
Niederdruck-Plasmabehandlung lassen sich demgemäß sowohl der polare als auch der disperse Anteil der
Oberflächenenergie simultan reduzieren, was mit einem flüssigkeitsabweisenden Benetzungsverhalten für
Flüssigkeiten mit unterschiedlichen hohen polaren und dispersen Anteilen der Oberflächenenergie einhergeht.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens der Niederdruck- Glimmentladung ist, das mit diesem Verfahren eine
Oberflächen-Vorbehandlung durchgeführt werden kann, durch die insbesondere organische Rückstände von der Substrat- Oberfläche entfernt werden können. Bei der Beschichtung von pharmazeutischen Spritzenkörpern, beispielsweise in Form von vorfüllbaren Spritzen, ist die Reinigung des engen Luer-Kanals des Spritzenkörpers eine besondere technische Herausforderung. Es konnte gezeigt werden, dass die ■-■ - Niederdruck-Glimmentladung einerseits im Zylinderbereich der Spritze sehr gleichmäßig . brennt, und andererseits sogar bis in den Luer-Kanal hinein zündet und dort gleichmäßig weiter brennt. Erfindungsgemäß können somit auf
überraschende Weise mit diesem sehr einfachen Verfahren simultan die Silikon-freie Gleitschicht im Spritzenzylinder ausgehärtet und organische Rückstände auf der Innen- Oberfläche im Luer-Kanal entfernt werden. Durch das
Entfernen der organischen Rückstände kann eine
Verunreinigung des Produkts (z.B. von einer Wirkstoff- Lösung) oder eine Oberflächen-Wechselwirkung der
organischen Verbindungen mit dem Produkt vermieden werden.
Die Erfindung wird nachfolgend auch unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Figuren näher erläutert. In den
Figuren bezeichnen dabei gleich Bezugszeichen jeweils gleiche oder entsprechende Elemente.
Es zeigen: die Fig. 1A und 1B Verfahrensschritte zur Herstellung eines Gleitfilms,
Fig. 2 ein Spannungs-Zeit-Verlauf einer
Wechselspannungsquelle für die Niederdruck-Glimmentladung,
Fig. 3 eine Strom-Spannungs-Kennlinie einer Glimmentladung,
Fig. 4 die Losbrechkraft und mittlere Gleitkraft eines Silikon-freien Spritzensystems vor und nach Einlagerung bei 40°C mit destilliertem Wasser als Funktion der Lagerdauer.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitfilms auf einer Oberfläche, bei welchem auf eine
Oberfläche eines hohlen Substrats für den Gleitfilm, insbesondere eines Pharmapackmittels
- ein silikonfreies organisches Fluid als Film
aufgetragen,
- das Substrat in einem Vakuumreaktor angeordnet und
- der Vakuumreaktor evakuiert wird, und wobei mittels einer Wechselspannungsquelle ein elektromagnetisches
Wechselfeld erzeugt wird, welches in den Innenraum des Substrats eingeleitet wird und welches im Gas, welches im evakuierten Hohlraum des Substrats vorhanden ist oder eingebracht wird eine hinreichende Feldstärke aufweist, so dass bei dem im Hohlraum des Substrats herrschenden Drucks eine homogene Glimmentladung verursacht wird, wobei
- der Druck des Gases auf kleiner 100 Millibar
eingestellt wird, und wobei der Gleitfilm den in der
Glimmentladung ionisierten und im elektromagnetischen
Wechselfeld beschleunigten Gasteilchen und den bei der Ionisierung erzeugten Elektronen ausgesetzt wird, und wobei die Gasteilchen die Moleküle des Films durch ihren
Energieeintrag aufbrechen, welche in Folge dessen
miteinander vernetzen, so dass ein vernetzter Gleitfilm erzeugt wird, wobei bei der Vernetzung die
Oberflächenenergie des Gleitfilms modifiziert, insbesondere herabgesetzt wird.
Mittels der Wechselspannungsquelle kann insbesondere eine gepulste Niederdruck-Glimmentladung erzeugt werden, wobei der Gleitfilm den in der gepulsten Glimmentladung
ionisierten und im elektromagnetischen Wechselfeld
beschleunigten Gasteilchen und den bei der Ionisierung erzeugten Elektronen ausgesetzt wird.
Üblicherweise werden Glimmentladungen zwischen zwei
elektrisch leitfähigen Elektroden erzeugt. Es ist dabei überraschend, dass es möglich ist, mittels einer
kontinuierlich betriebenen Wechselspannungsquelle unter
Einbringung eines dielektrischen Barriere-Materials, insbesondere auch des Substrat-Material' selbst, eine
Niederdruck-Glimmentladung erzeugt wird. Mit anderen Worten wird überraschenderweise erfindungsgemäß eine Niederdruck- Glimmentladung in Anwesenheit eines elektrisch isolierenden organischen Fluids nicht nur gezündet und stabilisiert, sondern sogar mit räumlich sehr homogener Entladung
aufrechterhalten.
Die Erfindung, beziehungsweise die erfindungsgemäßen
Gleitschichten oder die mit erfindungsgemäßen
Gleitschichten versehenen Pharmapackmittel können mit besonderer Eignung für die Lagerung proteinhaltiger
Wirkstoffe, beziehungsweise proteinhaltiger Wirkstoff- Formulierungen verwendet werden .
Der während der Plasmabehandlung im Hohlraum des Substrats eingestellte Druck liegt bevorzugt im Bereich von 0,05 bis 100 mBar, besonders bevorzugt im Bereich von 0,2- 20mBar, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 - lOmBar
Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist ein
medizinisches Packmittel -herstellbar, welches einen
Hohlraum zur Aufnahme eines pharmazeutischen Wirkstoffs aufweist, wobei der Hohlraum mit einer silikon-freien organischen Gleitschicht versehen ist und wobei die
Gleitschicht vernetzte organische Moleküle enthalt,
insbesondere aus vernetzten organischen Molekülen aufgebaut ist und eine Oberflächenenergie von höchstens 60 mN/m besitzt .
Mit der Erfindung können insbesondere noch wesentlich niedrigere Oberflächenenergien des silikonfreien Gleitfilms erzeugt werden. So lassen sich unter hinreichender
Modifikation des Gleitfilms im Plasma Oberflächenenergien kleiner oder gleich 40mN/m, bevorzugt kleiner gleich
30mN/m, sogar kleiner gleich 25mN/m erzeugen.
Es hat sich gezeigt, dass die Reduktion der
Oberflächenenergie von der mittleren Leistung abhängt, welche mittels des elektromagnetischen Wechselfeldes pro Einheit des Sto fmengenflusses in das Plasma eingebracht wird .
Durch das Behandlungsverfahren mit Niederdruck- Glimmtentladung kann die Oberflächenenergie der Silikonfreien Gleitschicht im Vergleich zur unbehandelten
Gleitschichtoberfläche insbesondere um wenigstens 3mN/m, im Allgemeinen sogar um wenigstens 5mN/m reduziert werden. Maximale Werte der Reduktion der Oberflächenenergie liegen bei 40 mN/m, vorzugsweise 38mN/m.
Weiterhin ist überraschend, dass nicht nur insgesamt eine Absenkung der Oberflächenenergie zu beobachten ist, sondern dass sich im Allgemeinen vielmehr sowohl der polare, als auch der disperse Anteil der Oberflächenenergie absenkt. Dieses Ergebnis zeigte sich mit einer"_Ermittiung des polaren und des dispersen Anteils mit der „OWKR-Methode" nach Owens, Wendt, Rabel und Kälble.
So beträgt in Weiterbildung der Erfindung der polare Anteil der Oberflächenenergie der Silikon-freien Gleitschicht kleiner als 50mN/m, vorzugsweise kleiner gleich 20mN/m, besonders bevorzugt kleiner gleich 16mN/m. Der disperse Anteil der Oberflächenenergie der Silikon-freien
Gleitschicht liegt bei kleiner als 40mN/m, vorzugsweise kleiner gleich 20mN/m, besonders bevorzugt bei höchstens 10mN/m. Die geringe polare Oberflächenenergie führt zu den oben genannten großen Kontaktwinkeln von polaren Stoffen, wie Wasser.
Da auch der disperse Anteil der Oberflächenenergie gering ist, beziehungsweise, durch die erfindungsgemäße Behandlung des Gleitfilms herabgesetzt wird, zeigen sich
typischerweise auch große Kontaktwinkel bei wenig polaren Stoffen. So kann ein Kontaktwinkel für Dijodmethan im
Bereich von 40° bis 140°, vorzugsweise im Bereich von 80° bis 120°, besonders bevorzugt im Bereich von 95° bis 115° erzielt werden.
Weiterhin können mittels der Erfindung folgende
Kontaktwinkel erzielt werden:'
Für Ethylenglykol Kontaktwinkel im Bereich von 20° bis 100°, vorzugsweise im Bereich von 35° bis 110°, besonders bevorzugt im Bereich von 60° bis 105°.
Für Thiodiethanol Kontaktwinkel im Bereich von 20° bis 120°, vorzugsweise- · im Bereich von 35° bis 110°, besonders bevorzugt im Bereich von 60° bis 105° liegt.
Damit werden sehr vorteilhafte Oberflächeneigenschaften erhalten, denn die Oberfläche wird dann sowohl von polaren, als auch unpolaren Stoffen nur schlecht oder mäßig benetzt.
Das Gleitmittel kann dazu dienen, beispielsweise in einer Ampulle oder einem pharmazeutischen Fläschchen eine
verbesserte Entleerbarkeit zu gewährleisten. So kann die Erfindung sehr vorteilhaft zur Innenbeschichtung von Behältern zur Lagerung von Lyophilisaten und anderen pharmazeutischen Wirkstoffen verwendet werden. Insbesondere ist die Erfindung aber dazu geeignet, die Reibung zwischen zwei aufeinander gleitenden Flächen zu verringern. Das wesentlichste Beispiel sind hier Zylinder- und
Kolbenflächen, wie sie insbesondere in Spritzen und
Karpulen vorhanden sind. Demgemäß ist in bevorzugter
Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der
beschichtete Hohlraum des Pharmapackmittels einen Zylinder zur Führung eines Kolbens umfasst.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können so
Pharmapackmittel mit zwei aufeinander gleitenden Elementen, wie insbesondere den Kolben und den Zylinder einer Spritze oder Karpule geschaffen werden, wobei eine der Gleitflächen mit einer erfindungsgemäßeri Gleitschicht versehen ist, wobei die dynamische Gleitreibungskraft gemessen bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 100 Millimetern pro Minute unterhalb von 20N, vorzugsweise unterhalb von 13N,
besonders bevorzugt unterhalb von 5N liegt und/oder wobei die Losbrechkraft unterhalb von 30N, vorzugsweise unterhalb von 20N, besonders bevorzugt unterhalb" von—12 ■ liegt .■
Insbesondere zeigen die mittels Niederdruck-Glimmentladung hergestellten Silikon-freien Schichten eine ausgezeichnete Lagerstabilität im Applikationstest, was durch eine sehr gute Vernetzung der Schicht aufgrund des hohen Energie- Eintrags bei der Behandlung mittels Niederdruck- Glimmentladung erzielt werden kann: Nach Einlagerung des Packmittels mit destilliertem Wasser oder mit „Wasser für Injektionszwecke" („WFI") bei 40°C über eine Dauer von mehr als 100 Tagen liegt die dynamische Gleitreibungskraft, gemessen bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 100
Millimetern pro Minute, immer noch unterhalb von 20N und die Losbrechkraft unterhalb von 30N.
Für Applikationen von silikonfreien Gleitschichten
innerhalb von parenteralen, vorbefüllten Spritzensystemen erweist sich das oben beschriebene abstoßende
Benetzungsverhalten als besonders günstig, denn auf diese Weise kann erreicht werden, dass eine flüssige Wirkstoff- Formulierung, die in die vorbefüllte Spritze abgefüllt wird, auf der Innengleitflache der vorbefüllten Spritze gut abläuft und somit sehr gut und in hoher Ausbeute dem
Spritzensystem bei der Injektion entnommen werden kann.
Vielfach ist eines der aufeinandergleitenden Elemente aus einem Elastomer gefertigt, um eine gute Abdichtung zu erzielen. Insbesondere der Kolben einer Spritze oder
Karpule, beziehungsweise dessen Gleitfläche wird oft aus Elastomer hergestellt. Gerade Elastomere zeigen aber oft höhere Reibungswerte und Losbrechkräfte. Es hat sich dabei gezeigt, dass die Erfindung besonders auch bei
aufeinandexgleitenden Flächen, von denen eine ein Elastome-r ist, die Losbrechkraft und die Gleitreibung wirksam
vermindern kann. Bei einem medizinischen Packmittel mit zwei aufeinander gleitenden Elementen aus einem Spritzenoder Karpulen-Zylinder und einem Elastomer, bei welchem beide Gleitflächen der Elemente mit einer Fluororganischen, erfindungsgemäßen Gleitschicht versehen sind, konnte verifiziert werden, dass die dynamische
Gleitreibungskraft gemessen bei einer
Vorschubgeschwindigkeit von 100 Millimetern pro Minute unterhalb von ION und die Losbrechkra t unterhalb von 20N liegt .
Generell sind, nicht nur beschränkt auf medizinische
Packmittel mit Elastomer-Elementen, perfluorierte
Gleitschichten besonders geeignet. An solchen Schichten aui einem medizinischen Packmittel mit zwei aufeinander
gleitenden Elementen aus einem Spritzen- oder Karpulen- Zylinder und einem Elastomer, bei welchem beide
Gleitflächen der Elemente mit einer Fluor-organischen, erfindungsgemäßen Gleitschicht versehen sind, konnte gezeigt werden, dass die dynamische Gleitreibungskraft gemessen bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 100
Millimetern pro Minute unterhalb von ION und die
Losbrechkraft unterhalb von 20N liegt.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen medizinischen Packmittels weist demnach zwei aufeinander gleitende Elemente in Form eines Spritzenoder Karpulen-Zylinders und einem Elastomer, insbesondere an einem Kolben als eines der aufeinander gleitenden
Elemente auf, wobei beide Gleitflächerr-d-er Elemente und auch der wesentliche oder gesamte Oberflächenanteil der Kontaktflächen der Elemente zum medizinischen Produkt, beziehungsweise zum vom Packmittel eingeschlossenen
Hohlraum mit einer perfluorierten Gleitschicht beschichtet sind. Bei einem Spritzenkörper kann eine Beschichtung des Luer-Konus gegebenenfalls entfallen. Damit ist immer noch der wesentliche Oberflächenanteil mit einer
erfindungsgemäßen Gleitschicht versehen. In diesem Fall wird also nicht nur ein verbessertes
Gleitverhalten eines Spritzenkolbens, sondern gleichzeitig auch eine verbesserte Entleerbarkeit der Spritzen erzielt.
Die erfindungsgemäßen silikonfreien Gleitfilme zeichnen sich zudem dadurch aus, dass weniger bis gar keine
Zersetzungs- oder Reaktionsprodukte in der Schicht
vorhanden sind. Als Zersetzungs- oder Reäktionsprodukte, die bei der Vernetzung bei Atmosphärendruck entstehen, sind insbesondere Ozon und Stickoxide zu nennen.
Zusätzlich zu flüssigen Wirkstoff-Formulierungen kann ein erfindungsgemäßes silikonfreies Gleitschichtsystem auch für Aufbewahrungsbehälter von Lyophilisaten angewandt werden, da sich die Eigenschaften der Schicht und deren Oberfläche bei der Rekonstitution des Lyophilisats positiv auswirken. Auch können sehr vorteilhaft Protein-basierte Wirkstoff- Formulierungslösungen mit nur geringer Wechselwirkung mit der Gleitschicht gelagert werden. Gerade bei
silikonhaltigen Gleitschichten kann es bei den vorgenannten Wirkstoffen zu Reaktionen, wie etwa einem Ausflocken kommen .' "
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht die simultane Sterilisation oder Vor-Sterilisation des
medizinischen Artikels vor. Der erfindungsgemäße Prozess bietet hier Vorteile, weil aufgrund des höheren
Energieeintrags der Spezies bei der Niederdruck-Entladung eine besonders gute Sterilisationswirkung erreicht wird im Vergleich zum Atmosphärendruckplasma, bei dem ein
geringerer Energie-Eintrag erfolgt. Die mit der Niederdruck-Glimmentladung erzeugte niedrige Oberflächenenergie äußert sich dann entsprechend in einem großen Kontaktwinkel für Wasser, der zumindest 60° beträgt. Typischerweise wird ein Kontaktwinkel für Wasser auf dem silikonfreien Gleitfilm im Bereich von 60° bis 140°
erreicht. Insbesondere mit fluorierten organischen
Molelülen als Bestandteil der Gleitschicht lassen sich sogar Kontaktwinkel von Wasser im Bereich von 65°bis 130°, sogar im Bereich von 70° bis 125° erzielen.
Um einen gleichmäßig dicken Gleitfilm aufzutragen hat sich eine Sprühbeschichtung als besonders geeignet erwiesen. Da typische geeignete silikonfreie Gleitmittel, wie fluorierte Polyether im Allgemeinen eine hohe Viskosität aufweisen, eignet sich dabei weiterhin besonders der Auftrag mittels einer Zweistoffdüse . Ein derartiges Auftragsverfahren wirkt mit der erfindungsgemäßen sehr uniformen Vernetzung mittels der Niederdruck-Plasmas zusammen, da sich mit der
Sprühbeschichtung sehr gleichmäßige Filme auf der
Innenwandung der Substrate aufbringen lassen, die mittels der Niederdruck-Glimmentladung sehr gleichmäßig vernetzt, und an der Oberfläche mod-ifi-zier-fc- werden, so dass sich insgesamt sehr uniforme Oberflächen erzielen lassen.
Ebenfalls eingesetzt werden können auch Einstoff- Zerstäuber. Um eine kleine Tröpfchengröße zu erzielen, können als Einstoff-Zerstäuber insbesondere auch
Ultraschallzerstäuber verwendet werden. Auch im Falle eines Zweistoff-Zerstäubers kann Ultraschall unterstützend zum Aufbrechen der Oberflächenspannung zur Bildung feiner
Tröpfchen vorteilhaft eingesetzt werden. Neben der Sprühbeschichtung sind auch andere
Auftragsverfahren möglich. So ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass der
Gleitfilm mittels eines die Substrat-Oberfläche in der Behandlungszone gleichmäßig benetzenden Prozesses,
vorzugsweise in Form eines Dornabzug-, Wisch- oder
DurchlaufVerfahrens auf die Wandung des Hohlraums
aufgetragen wird.
Für die Schichtdickenuniformität U = Dmin / Dmax innerhalb des Spritzenzylinders können so für den Bereich, in dem der Stopfen bewegt wird, Werte von U > 0,1; vorzugsweise U > 0,2; insbesondere auch U > 0,3 erzielt werden. Gemäß einer besonderen Ausführungsform liegt eine besonders hohe
Schichtdickenuniformität U der silikonfreien Gleitschicht vor, mit U > 0,5 oder sogar U > 0,7.
Höherviskose Fluide mit entsprechend . höherer Molmasse werden bevorzugt, um die Quervernetzung der Moleküle zu erleichtern. Vorzugsweise wird dabei die Gleitschicht aus einem Material mit einem Viskositätsindex (gemäß dem
Standard ASTM D 2270) größer als 80, vorzugsweise größer als 100, besonders bevorzugt größer als 150 hergestellt.
Für die Erfindung eignen sich insbesondere folgende
organische Fluide mit Fluoralkyl- und/oder Ethylen-Gruppen . Besonders geeignet sind Fluide mit fluorierten oder
perfluorierten Polyethern.
Insbesondere haben sich silikonfreie organische Fluide als als geeignet erwiesen, welche Moleküle mit der folgenden Molekülstruktur enthalten: ·
(i) Rl- (O-CF-R-CF2) p- (0-CF2) q-R2 mit p/q im Bereich von 0,1 bis 1,0 und mit R = -CF3 oder R= -F,
ii) Funktionelle Gruppen Rl, R2 ausgewählt aus folgender Menge: -CF3, -F, -OH, -CxHy-OH, -CH2-OH, CH2 (OCH2CH2 ) rOH, - CH2OCH2CH (OH) CH2OH, -CH2OCH2-Piperonyl.
CF2- und CF3-Gruppen erweisen sich dabei als günstig, um die Oberflächenenergie herabzusetzen und damit die
Oberflächen- und Adhäsionsenergie zwischen den Reibpartnern zu minimieren, was zur einer geringen Haftreibung führt. Ferner wird mittels des vernetzten Grenzflächenfilms über diese Gruppen eine gute Schmiermittel-Eigenschaften
bereitgestellt .
Um nach dem Auftragen des Gleitfilms und dem Evakuieren des Hohlraums des Substrats die Glimmentladung zu zünden, wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Elektrode im Hohlraum des Substrats angeordnet, wobei ein
elektromagnetisches Wechselfeld mittels einer zwischen der Elektrode im Hohlraum des Substrats und einer äußeren
Elektrode angelegten Wechselspannung erzeugt wird.
Besonders bei kleinvolumigen Pharmapackmitteln ist es dann noch günstig, wenn die Elektrode im Inneren des Hohlraums gleichzeitig dazu verwendet wird, Prozessgas zuzuführen oder' den Hohlraum zu evakuieren. Dazu kann in der Elektrode ein Kanal für die Gaszufuhr, beziehungsweise Gasabfuhr vorgesehen werden. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung wird eine Hohlelektrode verwendet, über die das Prozessgas über einen Vakuumkanal abgesaugt wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das elektromagnetische Wechselfeld auch von außen in den
Hohlraum eingestrahlt werden. Geeignet sind hierfür höhere Frequenzen, beispielsweise im Mikrowellen-Bereich, wie etwa mit einer Frequenz von 2,45 GHz.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist anhand der Figuren 1A und 1B dargestellt. Zunächst wird in einer Halterung 10 einer Beschichtungsvorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens ein Substrat mit einem Hohlraum angeordnet. Bei dem Substrat handelt es sich bei dem dargestellten Beispiel um ein Pharmapackmittel, im
Speziellen eine Spritze 3 mit einem Hohlraum 5. Sowohl Glas, als auch Kunststoff ist als Material des Substrats für einen gut haftenden Gleitfilm geeignet. Ein bevorzugtes Glas ist Borosilikatglas . Als Kunststoffe kommen unter anderem Zyklo-Olefinpolymere oder Zyklo-Olefincopolymere in Betracht. Auch Elastomere sind geeignet. Gedacht ist hier unter anderem an Elastomer-Komponenten mit Styrene-Butadien Copolymer, Acrylnitril-Butadien Copolymer, Chloropren, Polysulfid-Elastomer, Urethan-Elästomer, •Stereo-Gummi,--- Ethylen-Propyleh Elastomer, Butyl-Gummi, dabei auch
Halobutyl-Elastomer, wie beispielsweise Bromobutyl- Elastomer, Chlorobutyl-Elastomers, Polyisporene-Bromobutyl- Elastomers, TPX oder Laminaten davon, insbesondere auch Laminate, die ETFE, PTFE Polymerere enthalten.
Der Hohlraum 5 bildet den Zylinder der Spritze 3 und dient mithin zur Aufnahme eines Spritzenkolbens, welcher auf der Innenwandung 7 des Hohlraums 5 unter Bewegung in axialer Richtung gleitet. In den Hohlraum wird eine Düsenlanze 12 mit einer Zweistoffdüse 13 mit Ringspaltzerstäuber
eingeschoben, welche an eine Druckgasguelle 14 und ein Reservoir 15 mit dem organischen silikonfreien Fluid angeschlossen ist. Unter Bewegung der Lanze in axialer Richtung, wie durch den Pfeil angedeutet wird der Gleitfilm 20 auf die Innenwandung 7 aufgetragen. Das Druckgas wird dabei in die Zweistoffdüse 13 eingeblasen, reißt dabei Partikel des organischen silikonfreien Fluids mit und zerstäubt diese. Die Bewegung der Düsenlanze in axialer Richtung von der Kolbenöffnung hin zum Aufsatzstück für die Kanüle ist selbstverständlich nicht zwingend. Ein Auftrag des Gleitfilms 20 unter Bewegung in entgegengesetzter
Richtung ist ebenfalls möglich. Für die Herstellung von Silikon-freien Gleitschichten mit sehr guten Gleiteigenschaften erweist es sich als besonders günstig, eine Fluid-Menge im Bereich von 0,004 μΐ / cm2 bis 2,8 μΐ / cm2, vorzugsweise im Bereich von 0,009 μΐ / cm2 bis 0,22 μΐ / cm2 auf die Innenoberfläche des Hohlkörpers aufzubringen. Es hat sich gezeigt, dass nach Vernetzung dieser Oberflächen-bezogenen Fluid-Menge mittels
Niederdruck-Glimmentladung Silikon-freie Gleitschichten mit- besonders hoher Lagerstabilität hergestellt werden können. Für die Sprühbeschichtung haben sich zur Erzielung
gleichmäßig dicker Gleitfilme folgende Parameter als
günstig erwiesen und werden bevorzugt: a) eine Sprührate im Bereich von 0,01 - ΙΟΟμΙ/s,
vorzugsweise im Bereich von 0, 05 μΐ/s bis 20μ1/3, ein Sprühdruck im Bereich von 0,1 - 5bar, vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 2,5 bar,
besonders bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 2,5bar. eine Fluid-Menge im Bereich von 0,004 μΐ / cm2 bis 2,8 μΐ / cm2, vorzugsweise im Bereich von 0,009 μΐ / cm2 bis 0,22 μΐ / cm2 wird auf die Innenoberfläche des Hohlkörpers aufgesprüht
Die Zweistoff-Düse wird mit einer
Vorschubgeschwindigkeit von 1 mm/s bis 1000mm/s, vorzugsweise im Bereich von 5mm/s bis 200mm/s, besonders bevorzugt im Bereich von 8mm/s bis 50mm/s während des Sprühvorgangs bewegt
Ohne Beschränkung auf das in Fig. 1A gezeigte Beispiel wird der Gleitfilm vorzugsweise mit einer Dicke aufgetragen, die im Bereich von 50nm - 50μιη, insbesondere im Bereich von lOOnm - ΙΟμπι, besonders bevorzugt im Bereich von 150nm - 8μιη liegt. Diese Schichtdicken sind günstig, sowohl um bei vorgegebenen Maßen aufeinander gleitender Elemente des pharmazeutischen Packmittels einen zu hohen Druck auf die Gleitflächen einerseits und auch ein Abscheren von - Gleitfilmmaterial bei der Gleitbewegung anderer-sei-t-s- -zu - - vermeiden. Die genannten Schichtdicken sind ferner günstig, um eine hinreichende Gleitwirkung zu erzielen und die
Dichtigkeit des Spritzensystems sowohl für das Produkt als auch gegen Mikroben zu gewährleisten.
Anschließend wird gemäß dem in Fig. 1B gezeigten
Ausführungsbeispiel an die Halterung 10 mit der innenseitig beschichteten Spritze 3 über ein Dosierventil 18 ein
Behälter 17 mit einem Prozessgas angeschlossen. Das
Verbindungsstück 19 für die Prozessgaszuführung kann anders als in Fig. 1B dargestellt auch direkt mit dem zu
beschichtenden Substrat verbunden werden. Dazu kann das Verbindungsstück 19 aus flexiblem Material aufgebaut sein, so dass es sich dichtend über den Fortsatz 4 zum Aufsetzen der Kanüle stülpen lässt.
Vorzugsweise werden Inertgase, wie Helium, Neon, Argon oder Xenon als Prozessgase verwendet. Aber auch Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlendioxid oder Gemische von diesen Gasen können verwendet werden. Durch die
Kolbenöffnung der Spritze wird eine Elektrode 22
eingeführt, so dass sie sich in axialer Richtung entlang des Gleitfilms 20 auf der Innenwandung 7 der Spritze 3 erstreckt. Die Öffnung in der Halterung 10, durch welche die Elektrode 22 eingeschoben wird, wird dabei vakuumdicht verschlossen. Bei dem in Fig. 1B gezeigten Beispiel wird dazu ein mit der Elektrode verbundener Sockel 30 verwendet, welcher über eine Dichtung 31 an der Halterung 10 anliegt.
Die Elektrode weist wenigstens eine, oder mehrere mit einem axialen Kanal 24 verbundene Öffnungen 26 auf. Der Kanal 24 ist an eine Va-kumccpumpe 28 angeschlossen. Mittels der
Vakuumpumpe 28 wird der Hohlraum 5 der Spritze 3 über den Kanal 24 und die Öffnungen 26 evakuiert. Das Prozessgas wird über das Regelventil in den Hohlraum 5 eingelassen. Das Regelventil 18 wird so eingestellt, dass der Druck im Hohlraum kleiner als 100 Millibar beträgt. Das Regelventil kann in Form eines Massflow-Controllers ausgeführt sein, durch den der Stoffmengenfluss eingeregelt wird. Ferner kann der Prozessdruck in einer alternativen Ausführungsform auch vakuumseitig mittels einer Drosselklappe eingeregelt werden. Durch die in Fig. 1B gezeigte Anordnung mit axialsymmetrischer Zuführung von Prozessgas und
axialsymmetrisch angeordnetem Kanal 24 zur Evakuierung des Hohlraums 5 wird ein axialsymetrischer Volumenstrom des Prozessgases erzielt, der sich allgemein, ohne Beschränkung auf das Ausführungsbeispiel als günstig für eine homogene Vernetzung des Films 20 erweist. Als günstig für eine
Vernetzung des Films zur Ausbildung einer homogenen
Plasmazone im Bereich des Hohlraums und damit verbunden einer homogenen Absenkung der Oberflächenenergie haben sich Massenflüsse des Prozessgases oder Prozessgasgemisches im Bereich von lsccm bis 800sccm, vorzugsweise von 2sccm bis 500sccm, besonders bevorzugt von 5sccm bis 250sccm
erwiesen.
Mittels einer Wechselspannungsguelle 37 wird eine
Wechselspannung zwischen der Elektrode 22 und einer
weiteren, die Spritze 3 umgebenden, beispielsweise
zylinderförmigen Elektrode 35 angelegt. Die Feldstärke der Wechselspannung ist dabei unter Berücksichtigung des Drucks im Hohlraum und der Ionisierbarkeit des Prozessgases so gewählt, dass es zu einer Glimmentladung kommt. - Insbesondere wird dabei eine' homog-ene N-iederdr-u-ek-—
Glimmentladung bevorzugt.
Zur Anregung der Niederdruck-Glimmentladung hat sich -ohne Beschränkung auf das spezielle Ausführungsbeispiel der Fig. 1B- eine Mittelfrequenz-Quelle mit einer Frequenz kleiner 120 KHz, bevorzugt im Bereich von 40 - 110 KHz,
insbesondere bevorzugt im Bereich von 60- 100 KHz, ganz besonders bevorzugt 60 - 90 kHz als besonders geeignet erwiesen . Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, eine gepulste Niederdruck-Glimmentladung zu verwenden.
Die gepulste Niederdruck-Glimmentlaudung kann
beispielsweise dadurch erzeugt werden, indem die
Wechelspannungsquelle 37 im Pulsbetrieb betrieben wird. Allgemein wird demgemäß in einer Weiterbildung der
Erfindung eine gepulste Niederdruck-Glimmentladung zur Vernetzung der Moleküle des Gleitfilms vorgeschlagen.
Eine Pulsfolge einer derartig betriebenen
Wechselspannungsquelle zeigt Fig. 2. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Diagramm ist die Spannung U gegen die Zeit t aufgetragen. Die Wechselspannung der Periodendauer ti ist in Pulse der Länge t2 unterteilt, wobei zwischen den Pulsen Pulspausen der Dauer t3 vorhanden sind. Bei einer
Mittelfrequenz von 90 kHz beträgt die Periodendauer ti etwa 11 Mikrosekunden. Die Zeiten t2 und t3 können
beispielsweise .jeweils um zumindest einen Faktor 10 höher als die Periodendauer ti sein. Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Pulspausen länger als die
Pulsdauern sind, wenn also t2 < t3 gilt. Es zeigt sich nämlich, "das-s 'der gepulste Aushärte-Prozess bei einer Niederdruck-Glimmentladung sehr effizient ist und innerhalb der Pulspause Zersetzungprodukte aus dem Plasma-Prozess ohne erhebliche Verzögerung des gesamten
Herstellungsprozesses entfernt werden können. Sehr günstig erweist sich ein Tastverhältnis mit t2 < 0,4-t3, besonders günstig mit' t2 < 0,l-t3. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Wechselspannungsquelle
kontinuierlich betrieben und mittels einer geeigneten
Elektrodenanordnung und unter Einbringen eines
dielektrischen Barriere-Materials, insbesondere dem Material des Pharma-Packmittels oder dessen Wandung selbst eine gepulste Niederdruck-Glimmentladung erzeugt.
Im Rahmen dieser weiteren Ausführungsform kann zur
Erzeugung der gepulsten Niederdruck-Glimmentladung eine kontinuierlich betriebene Energie-Quelle im Mittel- bis Hochfrequenzbereich zwischen 1kHz und 100MHz verwendet werden .
Unabhängig davon, ob eine gepulste oder eine
kontinuierliche Glimmentladung verwendet ..wird, lassen sich die Behandlungsdauern zur wirksamen Vernetzung des
Gleitfilms im Allgemeinen auf kleiner 5 Sekunden,
vorzugsweise sogar kleiner 3 Sekunden begrenzen.
Die Erfindung zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass die Vernetzung sehr gleichmäßig auf der Oberfläche durchgeführt werden kann. Damit werden lokale Variationen der Oberflächenenergie reduziert. Insbesondere zeichnen sich erfindungsgemäße beschichtete Pharmapackmittel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch aus, dass die Oberflächenenergie der Gleitschicht innerhalb der
beschichteten Zone um weniger "als ±--0mN/m~vorzugsweise um weniger als ±10mN/m gegenüber dem Mittelwert variiert.
Entsprechend variiert dabei dann der Kontaktwinkel für Wasser auf der Gleitschicht um weniger als ±25°,
vorzugsweise um weniger als ±15° gegenüber dem Mittelwert.
Um eine derartige gleichmäßige Vernetzung zu erzielen, ist es insbesondere günstig, wenn die Glimmentladung möglichst frei von lokalen Entladungen, wie Streamern oder
Filamenten ist. Um dies zu erreichen, wird in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, den Druck im Hohlraum und die Feldstärke des elektromagnetischen Wechselfeldes so einzustellen, dass im Hohlraum des Substrats eine anomale Glimmentladung erfolgt, bei welcher eine Strom/Spannungs- Kennlinie mit positiver Steigung vorliegt.
Zur Verdeutlichung zeigt Fig. 3 schematisch den Verlauf einer Strom-Spannungs-Kennlinie einer Glimmentladung.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Glimmentladung, bei welcher die an die Elektroden angelegte Spannung gegen den durch die Entladung transportierten Strom aufgetragen ist, lässt sich in folgende Bereiche gliedern:
Bei niedrigen Strömen findet zunächst eine unselbständige Dunkelentladung statt. Dieser Bereich 37 ist durch eine positive Strom-Spannungskennlinie gekennzeichnet. In diesem Bereich ist noch kein Plasma gezündet. Es findet also noch keine Glimmentladung statt. Die Zündung eines Plasmas erfolgt am Übergang zu Bereich 38, der auch als sub-normal-e Glimmentladung bezeichnet wird. Dieser Bereich ist durch - eine negative Strom-Spannungs-Kennlinie gekennzeichnet und geht dann in den Bereich 39 der normalen Glimmentladung über. In diesem Bereich bleibt die Spannung bei wachsendem Strom im Wesentlichen konstant. Wird der Strom weiter erhöht, ist dafür eine deutlich wachsende Spannung
erforderlich. Dieser Bereich 40 einer positiven Strom- Spannungs-Kennlinie ist der Bereich der anomalen
Glimmentladung. Ab einem bestimmten Grenzwert des Stroms erfolgt eine Bogenentladung, die wieder eine negative
Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist (Bereich 41 in Fig. 3) . Im Bereich 39 der normalen Glimmentladung, wie auch im Bereich 38 der subnormalen Glimmentladung wird der
Stromfluss durch Filamente bestimmt, deren räumliche Dichte mit wachsendem Strom zunimmt. Im Bereich 40 der anomalen Glimmentladung breitet sich die Entladung demgegenüber gleichmäßig über die . ganze Elekrodenfläche aus. Im Beispiel der Fig. 1B ist demgemäß bei anomaler Glimmentladung die gesamte Oberfläche der Elektrode 22 von der Glimmentladung bedeckt. Die Entladung ist dabei also räumlich maximal homogenisiert. Entsprechend räumlich homogen ist' auch die Einwirkung der im Plasma, der Glimmentladung erzeugten
Ionen, die auf den Gleitfilm 20 einwirken und dessen
Moleküle miteinander vernetzen.
Wird demgegenüber eine Glimmentladung in einem anderen Bereich der Strom-Spannungs-Kennlinie der Glimmentladung durchgeführt, so führen die Filamente zu stark inhomogener Einwirkung der Ionen auf den Gleitfilm und damit zu einer inhomogenen Vernetzung. Diese wiederum führt zu lokalen Variationen der Oberflächeneigenschaften, wie insbesondere der Oberflächenenergie des vernetzten—Fi-ims .■ Unter
Ausnutzung der anomalen Glimmentladung kann somit eine sehr homogene Verteilung der Oberflächenenergie, beziehungsweise der sich daraus ergebenden Kontaktwinkel über die
Oberfläche des Gleitfilms hinweg erzielt werden. Es hat sich demgegenüber gezeigt, dass die Bedingungen einer anomalen Glimmentladung unter filamentfreier oder zumindest filamentarmer Entladung bei einer Behandlung des Gleitfilms unter Atmosphärendruck kaum realisieren lassen. Eine
Plasmabehandlung unter atmosphärischen Bedingungen führt daher im Allgemeinen auch zu inhomogeneren
Oberflächeneigenschaften des Gleitfilms .
Die Niederdruck-Plasmabehandlung, wie sie die Erfindung vorschlägt bringt zudem noch weitere Vorteile mit sich. So kann der Stoffmengen-Fluss, beziehungsweise der Verbrauch an Prozessgas gegenüber einer Behandlung bei
Atmosphärendruck erheblich reduziert werden. Bei der
Behandlung mittels Niederdruck-Glimmentladung liegen der Gasverbrauch und die entsprechenden Verbrauchskosten für das Prozessgas in der Regel um wenigstens eine oder sogar •um zwei Größenordnungen niedriger als bei einer
Atmosphärendruck-Plasma-Behandlung. Ein weiterer Vorteil der Niederdruck-Glimmentladung ist, dass auch andere
Prozessgase statt Edelgase zur Erzeugung einer homogenen Glimmentladungszone eingesetzt werden können oder der Anteil an Edelgas reduziert werden kann. Dagegen ist die Verwendung von Edelgasen bei Atmoshärendruckplasmen gewöhnlich zwingend erforderlich, um das Plasma stabil zünden zu können.
Weiterhin hat sich gezeigt, dass sich die durch die
Niederdruck-Glimmentladung induzierte Absenkung der
Oberflächenenergie durch die pro Mol des Prozessgases, beziehungsweise analog dazu pro Einheit des
Stoffmengenflusses eingebrachte Leistung beeinflussen, insbesondere gezielt einstellen lässt. Folgende
Zusammenhänge konnten festgestellt werden: a) Die Oberflächenenergie der silikonfreien
Gleitschicht kann im Vergleich zur unbehandelten Gleitschichtoberfläche um wenigstens 3mN/m, vorzugsweise um wenigstens 5mN/m verändert werden, indem während der Oberflächenbehandlung eine
mittlere Leistung <P> pro Stoffmengenfluss F, <P>/F, von wenigstens 5xlO"5W/sccm eingebracht wird.
Die Oberflächenenergie der silikonfreien
Gleitschicht kann im Vergleich zur unbehandelten Gleitschichtoberfläche um wenigstens 3mN/m und um maximal 40 mN/m reduziert, vorzugsweise um
wenigstens 5mN/m und um maximal 38mN/m reduziert werden», indem während der Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>"/F im Bereich von 5xlO"5W/sccm bis 2xl03 /sccm,
vorzugsweise im Bereich von lxlO~3W/sccm bis 2xl02 W/sccm eingebracht wird.
Die Ober lächenenergie der silikonfreien
Gleitschicht kann im Vergleich zur unbehandelten Gleitschichtoberfläche um wenigstens lOmN/m und maximal 36mN/m reduziert, vorzugsweise um wenigstens 20mN/m und maximal 35mN/m reduziert werden, indem während der Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss- <F>-/F im Bereich von 2xlO_1W/sccm bis IxlO2 W/sccm, vorzugsweise im
Bereich von 4xlO-1W/sccm bis δχΐθ1 W/sccm
eingebracht wird.
Der polare Anteil der Oberflächenenergie der
silikonfreien Gleitschicht kann im Vergleich zur unbehandelten Gleitschichtoberfläche um wenigstens 2mN/m verändert, vorzugsweise um wenigstens 4mN/m verändert werden, indem während der
Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F von wenigstens 5xl(T5 W/sccm, vorzugsweise von wenigstens lxlO"3 W/sccm
eingebracht wird.
Der disperse Anteil der Oberflächenenergie der silikonfreien Gleitschicht kann im Vergleich zur unbehandelten Gleitschichtoberfläche um wenigstens 2mN/m verändert, vorzugsweise um wenigstens 5mN/m verändert werden, indem während der
Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F von wenigstens 5xlO~5W/sccm vorzugsweise von wenigstens lxlO-3 W/sccm eingebracht wird.
Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der polare Anteil der Oberflächenenergie der silikonfreien Gleitschicht um wenigstens 5mN/m und maximal 22mN/m, vorzugsweise um wenigstens lOmN/m und maximal 21mN/m reduziert werden, indem während der Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F im Bereich von 2xl ~1W/sccm bis ' lxlO2 W/sccm, vorzugsweise im Bereich van
4xlO_1W/sccm bis 5x1ο1 W/sccm eingebracht wird.
Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der disperse Anteil der Oberflächenenergie der Silikonfreien Gleitschicht um wenigstens 5mN/m und maximal 21 mN/m, vorzugsweise um wenigstens 8mN/m und maximal 20 mN/m reduziert werden, indem während der Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F im Bereich von 2xlO"1W/sccm bis lxlO2 W/sccm, vorzugsweise eine mittlere Leistung pro Stoffemengenfluss <P>/F im Bereich von 4xlO_1W/sccm bis 5xlOx W/sccm eingebracht wird.
Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der
Kontaktwinkel der silikonfreien Gleitschicht für Wasser um wenigstens 2°, vorzugsweise um wenigstens 5° verändert werden, indem während der
Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F von wenigstens 5xl0~5 W/sccm, vorzugsweise von wenigstens lxlO"3 W/sccm eingebracht wird.
Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der
Kontaktwinkel der silikonfreien Gleitschicht für Wasser um wenigstens 10° und um maximal 80°,
vorzugsweise um wenigstens 20° und um maximal 70° erhöht werden, indem während der
Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F im Bereich von 2xlO_1W/sccm bis lxlO2 W/sccm, vorzugsweise eine mittlere
Leistung pro Stoffemengenfluss <P>/F im Bereich von 4xlO_1W/sccm bis 5x10 W/sccm -eingebracht wird.
Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der
Kontaktwinkel für Dijodmethan der Silikon-freien Gleitschicht um wenigstens 1°, vorzugsweise um wenigstens 4° verändert werden, indem während der Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F von wenigstens 5xl0"5 W/sccm, vorzugsweise von wenigstens lxlO"3 W/sccm eingebracht wird. Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der Kontaktwinkel der silikonfreien Gleitschicht für Dijodmethan um wenigstens 5°, und um maximal 50° vorzugsweise um wenigstens 10° und um maximal 40° erhöht werden, indem während der
Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F im Bereich von 2xlO_1W/sccm bis lxlO2 /sccra, vorzugsweise eine mittlere
Leistung pro Stoffemengenfluss <P>/F im Bereich von 4xlO_1W/sccm bis 5x1ο1 /sccm eingebracht wird.
Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der Kontaktwinkel für Ethylenglykol der Silikon-freien Gleitschicht um wenigstens 1°, vorzugsweise um wenigstens 3° verändert, indem während der
Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F von wenigstens 5xl0~5 W/sccm, vorzugsweise von wenigstens lxlO"3 W/sccm
eingebracht wird.
Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der Kontaktwinkel der silikonfreien Gleitschich-t- für Ethylenglykol um wenigstens 5° und um maximal 90°, vorzugsweise um wenigstens 10° und um maximal 70° erhöht werden, indem während der
Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F im Bereich von 2xlO"1W/sccm bis lxlO2 W/sccm, vorzugsweise eine mittlere
Leistung pro Stoffemengenfluss <P>/F im Bereich von 4xlO~1W/sccm bis δχΐθ1 W/sccm eingebracht wird. n) Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der Kontaktwinkel der silikonfreien Gleitschicht für Thiodiethanol um wenigstens 2°, vorzugsweise um wenigstens 5° verändert werden, indem während der Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro
Stoffmengenfluss <P>/F von wenigstens 5xl0~5 W/sccm, vorzugsweise von wenigstens lxlO-3 W/sccm
eingebracht wird. o) Durch die Niederdruck-Glimmtentladung kann der
Kontaktwinkel der silikonfreien Gleitschicht für Thiodiethanol um wenigstens 10° und um maximal 90°, vorzugsweise um wenigstens 20° und um maximal 80° erhöht werden, indem während der
Oberflächenbehandlung eine mittlere Leistung pro
Stoffmengenfluss <P>/F im Bereich von 2xl0_1W/sccm bis lxlO2 W/sccm, vorzugsweise eine mittlere
Leistung pro Stoffemengenfluss <P>/F im Bereich von 4xlO_1W/sccm bis δχΐθ1 W/sccm eingebracht wird.
Dabei ist eine Wechselspannung mit einer Frequenz kleiner 120 KHz," bevorzugt im Bereich von 40■-"110 KHz,
insbesondere bevorzugt im Bereich von 60-100 kHz zur
Einkopplung der mittleren Leistung für die Niederdruck- Glimmentladung günstig. Für die Niederdruck-Glimm-Entladung während der Oberflächenbehandlung eignet sich dazu
insbesondere ein Wechselstrom mit einer mittleren
Stromstärke im Bereich von 0,1mA bis 500mA, vorzugsweise im Bereich von 1mA bis 200mA, besonders bevorzugt im Bereich von 3mA bis 100mA. Eine Erklärung dafür, dass bei fluorhaltigen organischen Molekülen des Gleitfilms durch die Niederdruck- Glimmentladung nicht nur eine Vernetzung, sondern auch eine für die Gleiteigenschaften sehr vorteilhafte Absenkung der Oberflächenenergie erfolgt, liegt darin, dass funktionale CF2- oder CF3-Gruppen durch den Energieeintrag erzeugt oder deren Anteil an der Gleitschichtoberfläche erhöht wird. Als weiterer Faktor kommt hinzu, dass die Orientierung der molekularen Ketten der fluiden Verbindung in Relation zur Substratoberfläche verändert wird.
Für das Aushärten der silikonfreien Gleitschicht 20 wird weiterhin die Spannung der Wechselspannungsquelle 37 vorzugsweise so eingestellt, dass im Plasma der
Niederdruck-Glimmentladung Elektronen mit einem
Energiespektrum generiert werden, bei dem Energien in einem Bereich zwischen leV und 20eV, vorzugsweise in einem
Bereich zwischen 2,5eV und 15eV, besonders bevorzugt in einem Bereich von 6eV - lOeV auftreten.
Durch die Niederdruck-Glimmentladung erfolgt zudem in vorteilhafter Weise auch eine Sterilisation, oder -zum-i-nd-est- eine Vor-Sterilisation des medizinischen Artikels. Dabei kann eine Sterilität von besser als logl, oft sogar besser als log4 erzielt werden. Diese Werte können erreicht
werden, indem während der Oberflächenbehandlung eine
mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F von wenigstens 5xl0"5 W/sccm, vorzugsweise von wenigstens lxlO-3 W/sccm eingebracht wird. Ganz besonders bevorzugt erfolgt eine Sterilisation mit einer Sterilität besser als log5, indem eine mittlere Leistung pro Stoffmengenfluss <P>/F von wenigstens 2xl0"2 W/sccm eingebracht wird. Noch ein weiteres Kennzeichen der erfindungsgemäßen
Vernetzung eines silikonfreien organischen Gleitflims in einem Niederdruck-Plasma ist, dass die Vernetzung
einerseits durch die räumliche Homogenität des
Energieeintrags sehr effektiv ist und bei den verwendeten niedrigen Drücken nur sehr wenige Reaktionsprodukte aus dem Plasma in die Schicht eingebaut werden. So kann der Gehalt an Stickoxiden und Ozon auf jeweils weniger als lppm reduziert werden. Aufgrund der guten Vernetzung, kann bei fluorhaltigen Gleitfilmen der Anteil an flüchtigen Fluororganischen Verbindungen weiterhin auf weniger als 10 ppm reduziert werden. Insbesondere ist der Gehalt von Ozonschädigenden Verbindungen mit einem ODP- ert („Ozon
Depletion Potential) größer oder gleich 0,005 in einer Konzentration im Allgemeinen nicht größer als lppb.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben:
Ausführungsbeispiel 1, silikonfreie Gleitschicht auf einer Glasspritze, mtsgehärt:et''mit - einer Niederdruck- Glimmentladung :
Als Substrate werden Glasspritzenkörper aus Borosilikatglas (Fiolax klar), Format 1,75ml verwendet. Diese werden gewaschen und getrocknet. In einem nachfolgenden separaten Prozessschritt wird die Innenoberfläche des
Glasspritzenkörpers mittels einer Zweistoffdüse mit einem silikonfreien Öl aus Perfluorpolyether, Typ Fomblin 100 unter Verwendung der folgenden Sprühparameter besprüht: Sprüh-Rate 0,75yl/s, Gasdruck für Sprühprozess 0,5bar, Sprühdauer 2s.
Dabei wird die Sprühdüse während des Sprühvorgang entlang der Spritzenachse mit einer Vorschub-Geschwindigkeit von 20mm/s bewegt.
Anschließend wird die vorbeschichtete Glasspritze in eine Niederdruck-Reaktionskammer mit einer Außen- und einer Innnenelektrode eingebracht und auf einen Basisdruck von kleiner 0,5mbar evakuiert. Anschließend wird Argon-Gas mit einem Gasfluss von 200sccm in den Reaktor, beziehungsweise in den Hohlraum des Spritzenkörpers eingeleitet und ein Prozessdruck von lOmbar eingeregelt.
Mittels einer Mittelfrequenzquelle mit einer Frequenz von 100kHz wird eine Hochspannung von lkV an die
Elektrodenanordnung angelegt und eine homogene Niederdruck- Glimmentladung gezündet. Die Behandlungsdauer beträgt 3s.
Die mit einem Gleitfilm beschichteten- Glassprit-zen werden zusammen- mit einem silikonfreien Stopfen, Typ Hel-ve-et—-F -2-5-7 bestückt und es wird eine Messungen der Haft- und
Gleitreibung vor und nach Lagertest durchgeführt. Dabei ergeben sich folgende Daten für das silikonfreie
GleitSchichtsystem:
Losbrechkraft ohne Lagerung: 9, 6N;
Losbrechkraft nach 7 Tagen Lagerung mit destilliertem
Wasser bei 40°C: 13, N;
Mittlere Gleitkraft ohne Lagerung: 1,4N; Mittlere Gleitkraft nach 7 Tagen Lagerung mit destilliertem Wasser bei 40°C: 1, 9N .
Aus ührungsbeispiel lb) Tests zur Langzeit-Stabilität für Silikon-freie Gleitschicht auf einer Glasspritze,
ausgehärtet mit einer Niederdruck-Glimmentladung:
Als Substrate werden Glasspritzenkörper aus Borosilikatglas (Fiolax klar), Format 1,75ml verwendet.' Diese werden gewaschen und getrocknet. In einem nachfolgenden separaten Prozessschritt wird die Innenoberfläche des
Glasspritzenkörpers mittels einer Zweistoffdüse mit einem silikonfreien Öl aus Perfluorpolyether, Typ Fomblin M100 unter Verwendung der folgenden Sprühparameter besprüht:
Sprüh-Rate 0,5 l/s, Gasdruck für Sprühprozess l,5bar,
Sprühdauer 1,4s.
Dabei wird die Sprühdüse während des Sprühvorgang entlang der Spritzenachse mit einer Vorschub-Geschwindigkeit von 29mm/s bewegt.
Anschließend wird die vorbeschichtete Glasspritze in eine Niederdruck-Reaktionskammer mit einer Außen- und einer Innnenelek'irrode••errryebracht und auf einen Basisdruck von kleiner , 5mbar evakuiert. Nachfolgend wird Argon-Gas mit einem Gasfluss von 50sccm in den Reaktor, beziehungsweise in den Hohlraum des Spritzenkörpers eingeleitet und ein Prozessdruck von 5mbar eingeregelt.
Mittels einer Mittelfrequenzquelle mit einer Frequenz von 100kHz wird eine Hochspannung von 7kV an die
Elektrodenanordnung angelegt und eine homogene Niederdruck- Glimmentladung gezündet. Die Behandlungsdauer beträgt 5s. Fig. 4 zeigt zu diesem Ausführungsbeispiel die Losbrechkraft und mittlere Gleitkraft eines
Silikon-freien Spritzensystems vor und nach Einlagerung bei 40 °C mit destilliertem Wasser als Funktion der Lagerdauer.
Die mit einem Silikon-freien Gleitfilm beschichteten
Glasspritzen werden zusammen mit einem silikonfreien
Stopfen, Typ Helvoet FM257 zu einem Silikon-freien
Spritzensystem bestückt. Für einen ersten Teil der
Spritzensysteme wird die Haft- und mittlere Gleitreibung vor Lagerung bestimmt, die im Diagramm der Fig. 4 in der Legende als „0" gekennzeichnet sind. Der zweite Teil der Spritzen wird mit destilliertem Wasser befüllt und
anschließend am Luer-Konus mit einem Tip Cap verschlossen und bei einer Temperatur von 40°C für unterschiedlich lange Dauern eingelagert. Nach den jeweiligen Einlagerungen erfolgen nach Abkühlen der Proben auf Raumptemperatur jeweils Messungen der Haft- und mittleren
Gleitreibungswerte. Dabei ergeben sich die in Fig.4
dargestellten Messwerte:
Es zeigt sich, dass die Gleitschicht de-s—Sil-iko-n- -f-reien Spritzensystems eine sehr gute Lagerstabilität besitzt.
Denn für die mittlere Gleitkraft wird über die gesamte Lagerdauer von bis zu 105 Tagen nur ein sehr geringer
Anstieg beobachtet: Zu Beginn der Einlagerung steigt die Gleitkraft nach 7 Tagen Einlagerung von 1,7N geringfügig auf 2,2N an. Zwischen Lagerdauern von 7 Tagen und 105 Tagen steigt die Gleitreibung dann nur noch von 2,2N auf 2 , 6N an. Die Losbrechkraft zeigt einen typischen Anstieg für
Gleitschichten während der Einlagerung. Zunächst erfolgt der stärkste Anstieg von 8,9N auf 12, 3N innerhalb 7 Tagen Lagerdauer anschließend steigt die Losbrechkraft nach 105 Tagen Lagerdauer auf einen Wert von 17, 2N an.
Somit ist gezeigt, dass das Silikon-freie Spritzensystem auch nach Einlagerung im beschleunigten Test bei 40°C noch eine für die Applikation hinreichend gute Gleitwirkung zeigt .
Ausführungsbeispiel 2: Silikonfreie Gleitschicht auf
Glasspritze, ausgehärtet mit einer Mikrowellen-basierten gepulsten Niederdruck-Glimmentladung
Analog zum Beispiel 1 wird ein gereinigter
Glasspritzenkörper (1,75ml) mit Fomblinöl M100 unter
Verwendung der folgenden Sprühparameter besprüht: Sprüh- Rate 0,75μ1/3, Gasdruck für den Sprühprozess 0,3bar,
Sprühdauer 2s. Dabei wird die Sprühdüse während des
Sprühvorgang entlang der Spritzenachse mit einer Vorschub- Geschwindigkeit von 20mm/s bewegt.
Anschließend "wird' "die" vorbeschichtete Glasspritze in" einen Niederdruck-Behandlungsreaktor eingeführt, der aus einer evakuierbaren Reaktionskammer, die mit einer Vakuumpumpe und einer Prozessgaszuführung verbunden ist, und aus einem Mikrowellengenerator, einem Koaxialleiter mit einer
Antenne besteht.
Dabei liegt die Spritze zunächst auf der Unterseite des Reaktors auf einer Dichtfläche auf. Anschließend wird die Oberseite des Reaktors zugefahren und beim Schließen des Reaktors wird die Spritze an der Oberseite vakuumdicht abgedichtet. Der Gegendruck stellt sicher, dass die Spritze auch untenseitig vakuumdicht aufliegt. Anschließend wird der Innenraum der Spritze evakuiert bis ein Basisdruck unterhalb von 0,05 mbar erreicht wird.
Während untenseitig die Verbindung zum Vakuum beibehalten bleibt, wird das Gaseinlass-Ventil geöffnet und über die Seite mit dem engen Querschnitt, d.h. beim Luer-Konus der Spritze, Prozessgas aus Argon mit einem Fluss von 50sccm bei einem Druck von 0,25mbar eingeleitet. In den
Reaktorinnenraum wird über die Antenne gepülste
Mikrowellen-Energie mit einer Frequenz von 2,45 GHz mit einer mittleren Pulsleistung von 39,2 Watt mit einer
Pulsdauer von 1ms und einer Pulspause von 50ms über den Wellenleiter in den Reaktorraum eingekoppelt und die vorbeschichtete Innenoberfläche der Spritze für eine Dauer von 3s mit der gepulsten Mikrowellen behandelt. Nach
Aushärten der Gleitschicht wird die Reaktorkammer auf
Atmosphärendruck geflutet und der beschichtete
Spritzenkörper aus der Kammer entnommen.
Die mit einem Gleitfilm beschichteten Glasspritzen werden zusammen mit einem silikonfreien Stopfen,- Typ-Helvoet FM257 bestückt und es werden Messungen der Haft- und Gleitreibung vor und nach Lagertest durchgeführt. Dabei ergeben sich folgende Daten für das silikonfreie Gleitschichtsystem:
Losbrechkraft nach 1 Tag Lagerung: 10, 8N;
Losbrechkraft nach 7 Tagen Lagerung mit destilliertem
Wasser bei 40°C: 14, 3N;
Mittlere Gleitkraft nach 1 Tag Lagerung: 1, IN;
Mittlere Gleitkraft nach 7 Tagen Lagerung mit destilliertem
Wasser bei 40°C: 1,2N. Ausführungsbeispiel 3: Wirkung der Behandlung mittels
Niederdruck-Glimmentladung auf die Oberflächen-Energie und Benetzungsverhalten der Gleitschicht:
Analog zu den in Beispiel 1 und 2 beschriebenen
Herstellverfahren werden Glasspritzenkörper innenseitig mit Fomblinöl M100 besprüht und mittels der Verfahren A) einer Mittelfreguenz-angeregten Niederdruck-Glimmentladung bzw. B) einer gepulsten, -Mikrowellen-angeregten
Niederdruck-Glimmentladung oberflächenbehandelt und
ausgehärtet .
Als weitere Referenz werden Glasspritzenkörper nur mit Fomblinöl M100 besprüht, aber nicht ausgehärtet. Zur
Charakterisierung der Oberflächeneigenschaften der
Schichten werden Kontaktwinkelmessungen mit Flüssigkeiten mit unterschiedlich hohen Anteilen an polarer uhd disperser Oberflächenspannung durchgeführt, wodurch auch die
Oberflächenenergie bestimmt werden kann.
Entsprech rrd—der 'nachfolgenden Tabelle · ergeben sich
folgende Messdaten an den Proben:
Proben- Ober- Kontaktwinkel für Oberflächen
Typ flächen- energie
Behand- (mN/m)
lungs- methode
Was Ethy Dijod Thio Pol disge¬
- len- - di ar pers samt ser glyk metha etha
ol n nol Refeohne 43° 30° 73° 30° 22 21 43 renz 1
A Mittel- frequenz- 75° 96° 96° 11 7 18 angeregte 102
Nieder- druck-
Glimm- entladung
B Mikro108 96° 102° 102° 2 8 10
wellenangeregte
gepulste
Nieder- druck- Glimment- ladung
Die Ergebnisse in der Tabelle zeigen, dass erst durch eine Behandlung des fluiden Films mittels Niederdruck- Glimmentladung eine geringe Oberflächenenergie der
Gleitschicht erreicht wird. Während die aufgesprühte fluide Schicht eine relativ hohe Oberf-lächenenerg-ie -aufweist, wird diese erst durch den Energieeintrag der Niederdruck- Glimmentladung wesentlich abgesenkt. Die Reduktion der Oberflächenenergie erfolgt dabei sowohl für den polaren als auch den dispersen Anteil der Oberflächenenergie. In
Korrelation dazu steigt der Kontaktwinkel sowohl für Wasser als auch für Ethylenglykol, Dijodmethan, Thiodiethanol wesentlich an. Ausführungsbeispiel 4: silikonfreie Gleitschicht auf
Kunststoff-Spritze : Ein Kunststof -Spritzenkörper aus COC (Cyclo-Olefin- Copolymer) , Volumen 2,25ml wird analog zum Beispiel2 hergestellt :
Dazu wird Fomblinöl 30 unter Verwendung der folgenden Sprühparameter auf die Innenoberfläche des Spritzenkörpers aufgesprüht :
Sprüh-Rate l,5pl/s, Gasdruck für Sprühprozess 0,5bar, Sprühdauer 2s. Dabei wird die Sprühdüse während des
Sprühvorgang entlang der Spritzenachse mit einer Vorschub- Geschwindigkeit von 20mm/s bewegt.
Anschließend wird die vorbeschichtete COC-Spritze analog in den in Beispiel2 beschriebenen Reaktor eingeführt. Der Innenraum der Spritze wird evakuiert bis ein Basisdruck kleiner 0,05mbar erreicht wird. Während untenseitig die Verbindung zum Vakuum beibehalten bleibt, wird das
Gaseinlass-Ventil geöffnet und über die Seite mit dem engen Querschnitt, d.h. beim Luer-Konus der Spritze Prozessgas aus Argon mit einem Fluss von 50sccm bei einem Druck von 0,25mbar eingeleitet. In den Reaktorinnenraum wird über die " Antenne- g-epulste Mikrowellen-Energie mit einer Frequen-z- von 2,45 GHz, einer mittleren Pulsleistung von 39,2 Watt, einer Pulsdauer von 1ms und einer Pulspause von 50ms über den Wellenleiter in den Reaktorraum eingekoppelt und die vorbeschichtete Innenoberfläche der Spritze für eine Dauer von 3s mit der gepulsten Mikrowellen behandelt. Nach
Aushärten der Gleitschicht wird die Reaktorkammer auf
Atmosphärendruck geflutet und der beschichtete
Spritzenkörper aus der Kammer entnommen. Die mit einem Gleitfilm beschichteten COC-Spritzen werden zusammen mit einem silikonfreien Stopfen, Typ Helvoet FM257 bestückt und es werden Messungen der Haft- und Gleitreibung vor und nach Lagertest durchgeführt. Dabei ergeben sich folgende Daten für das silikonfreie Gleitschichtsystem: Losbrechkraft nach 1 Tag Lagerung: 9,8N,
Losbrechkraft nach 7 Tagen Lagerung mit destilliertem
Wasser bei 40°C: 14, 7N,
Mittlere Gleitkraft nach 1 Tag Lagerung: 1,5N,
Mittlere Gleitkraft nach 7 Tagen Lagerung mit destilliertem Wasser bei 40°C: 1,9N .

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung eines Gleitfilms auf einer Oberfläche, bei welchem auf eine Oberfläche eines hohlen Substrats für den Gleitfilm
- ein silikonfreies organisches Fluid als Film aufgetragen,
- das Substrat in einem Vakuumreaktor angeordnet und
- der Vakuumreaktor evakuiert wird, und wobei mittels einer Wechselspannungsquelle ein
elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt wird, welches in den Innenraum des Substrats eingeleitet wird, und welches im Gas, das im evakuierten Hohlraum des
Substrats vorhanden ist oder eingebracht wird eine hinreichende Feldstärke aufweist, so dass bei dem im Hohlraum des Substrats herrschenden Druck eine
homogene Glimmentladung verursacht wird, wobei
- der Druck des Gases auf kleiner 100 Millibar eingestellt wird, und wobei der Gleitfilm den in der Glimmentladung ionisierten und im elektromagnetischen Wechselfeld beschleunigten Gasteilchen und den bei der Ionisierung erzeugten Elektronen ausgesetzt wird, -und wobei die Gasteilchen die Moleküle des Films durch ihren Energieeintrag aufbrechen, welche in Folge dessen miteinander vernetzen, so dass ein vernetzter Gleitfilm erzeugt wird, wobei bei der Vernetzung die Oberflächenenergie des Gleitfilms herabgesetzt wird.
2. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass der Gleitfilm mittels einer
Zweistoffdüse oder eines Einstoff-Zerstäubers,
vorzugsweise mittels eines Ultraschallzerstäubers mit Sprühbeschichtung auf die Wandung des Hohlraums aufgetragen wird.
3. Verfahren gemäß einem der beiden vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode im Hohlraum des Substrats angeordnet wird, wobei ein elektromagnetisches Wechselfeld mittels einer zwischen der Elektrode im Hohlraum des Substrats und einer äußeren Elektrode angelegten Wechselspannung erzeugt wird.
4. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass die Elektrode einen Kanal
aufweist, durch welchen der Hohlraum evakuiert wird und Prozessgas während der Behandlung mittels
Niederdruck-Glimmentladung abgeführt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Fluid-Menge im
Bereich von 0,004 μΐ / cm2 bis 2,8 μΐ / cm2,
vorzugsweise im Bereich von 0,009 μΐ / cm2 bis 0,22 μΐ / cm2' auf die InnenoberfI'äche des Hohlkörpers
aufgebracht wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Niederdruck- Glimmentladung mit einer Mittelfrequenz-Quelle mit einer Frequenz kleiner 120 KHz, bevorzugt im Bereich von 40 - 110 KHz, insbesondere bevorzugt im Bereich von 60 - 100 kHz angeregt wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Niederdruck- Glimm-Entladung während der Oberflächenbehandlung ein Wechselstrom mit einer mittleren Stromstärke im
Bereich von 0,1mA bis 500mA, vorzugsweise im Bereich von 1mA bis 200mA, besonders bevorzugt im Bereich von 3mA bis 100mA eingestellt wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass ein silikonfreies
organisches Fluid als Film aufgetragen wird, welches Fluoralkyl- und/oder Ethylen-Gruppen aufweist,
vorzugsweise ein Fluid mit fluorierten oder
perfluorierten Polyethern.
9. Verfahren gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch
gekennzeichnet, dass ein silikonfreies organisches Fluid als Film aufgetragen wird, welches die folgende Molekülstruktur enthält:
(i) Rl- (0-CF-R-CF2)P- (0-CF2)q-R2 mit p/q im Bereich von 0,1 bis 1,0 und mit R = -CF3 oder R= -F, - ii)- Funktionelle Gruppen Rl, R2 ausgewählt aus folgender Menge: -CF3, -F, -OH, -CxHy-OH, -CH2-0H, CH2 (OCH2CH2) rOH, -CH2OCH2CH (OH) CH2OH, -CH2OCH2-Piperonyl .
10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck und die
Feldstärke des elektromagnetischen Wechselfeldes so gewählt werden, dass im Hohlraum des Substrats eine anomale Glimmentladung erfolgt, bei welcher eine
Strom/Spannungs-Kennlinie mit positiver Steigung vorliegt .
11. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Niederdruck- Glimmentladung ein Stoffmengenfluss im Bereich von lsccm bis 800sccm, vorzugsweise im Bereich von 2sccm bis 500sccm, besonders bevorzugt von 5sccm bis 250sccm verwendet wird, wodurch eine homogene Plasmazone im Bereich des Hohlraums entsteht.
12. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Niederdruck- Glimmentladung eine mittlere Leistung <P> pro
Stoffmengenfluss F, <P>/F, von wenigstens
5xl0~5 W/sccm eingebracht wird, wodurch die
Oberflächenergie der Gleitschicht verändert wird.
13. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Niederdruck- Glimmentladung eine mittlere Leistung <P> pro
Stoffmengenfluss F, <P>/F, im Bereich von 5xl0_5W/sccm bis 2xl03 W/sccm, vorzugsweise im Bereich von
lxlO~3W/sccm bis 2xl02 W/sccm eingebracht wird, wodurch die Oberflächenergie der Gleitschicht
reduziert wird.
14. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Niederdruck- Glimmentladung eine mittlere Leistung pro
Stoffmengenfluss <P>/F im Bereich von 2xlO-lW/sccm bis lxlO2 W/sccm, vorzugsweise im Bereich von
4xlO~1W/sccm bis δχΐθ1 W/sccm eingebracht wird, wodurch die Oberflächenenergie der
Gleitschichtoberfläche um wenigstens lOmN/m und maximal 36mN/m, vorzugsweise um wenigstens 20mN/m und maximal 35mN/m reduziert wird.
15. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Niederdruck- Glimmentladung sowohl der polare als auch der disperse Anteil der Oberflächenenergie simultan reduziert werden, was mit. einem flüssigkeitsabweisenden
Benetzungsverhalten für Flüssigkeiten mit
unterschiedlichen hohen polaren und dispersen Anteilen der Oberflächenenergie einhergeht.
16. Medizinisches Packmittel, welches einen Hohlraum zur Aufnahme eines pharmazeutischen Wirkstoffs
aufweist, wobei der Hohlraum mit einer Silikon-freien organischen Gleitschicht versehen ist, welche mit dem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche herstellbar ist,
wobei die Gleitschicht vernetzte organische Moleküle enthält und eine Oberflächenenergie von höchstens --S8-- mN/m besitzt.
17. Medizinisches Packmittel, gemäß vorstehendem
Anspruch, wobei der Kontaktwinkel der Gleitschicht für Wasser zumindest 60° beträgt.
18. Medizinisches Packmittel gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleitschicht eine Oberflächenenergie von höchstens 40mN/m, vorzugsweise von höchstens 30mN/m, ganz besonders bevorzugt von höchstens 25mN/m besitzt.
19. Medizinisches Packmittel, gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei der Kontaktwinkel der Gleitschicht für Wasser im Bereich von 60°bis 140°, vorzugsweise im Bereich von 65° bis 130°, besonders bevorzugt im Bereich von 70° bis 125° liegt.
20. Medizinisches Packmittel, gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, wobei der Kontaktwinkel der Gleitschicht für
a) Dijodmethan im Bereich von 40° bis 140°,
vorzugsweise im Bereich von 80° bis 120°, besonders bevorzugt im Bereich von 95° bis 115° liegt
b) Ethylenglykol im Bereich von 20° bis 100°, vorzugsweise im Bereich von 35° bis 110°, besonders bevorzugt im Bereich von 60° bis 105° liegt.
c) Thiodiethanol der silikon-freien Gleitschicht im Bereich von 20° bis 120°, vorzugsweise im Bereich von 35° bis 110 ° , besonders bevorzugt im Bereich von 60° bis 1Ό5° liegt.
21. Medizinisches Packmittel gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der beschichtete Hohlraum einen Zylinder zur Führung eines Kolbens umfasst.
22. Medizinisches Packmittel gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenenergie der Gleitschicht innerhalb der beschichteten Zone um weniger als ±20mN/m, vorzugsweise um weniger als ±10mN/m gegenüber dem Mittelwert oder der Kontaktwinkel für Wasser auf der Gleitschicht um weniger als ±25°, vorzugsweise um weniger als ±15° gegenüber dem Mittelwert.
23. Medizinisches Packmittel gemäß einem der
vorstehenden Ansprüche, mit zwei aufeinander
gleitenden Elementen, wobei eine der Gleitflächen der Elemente mit der Gleitschicht versehen ist, mit zumindest einer der folgenden Eigenschaften:
-die dynamische Gleitreibungskraft gemessen bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 100 Millimetern pro Minute liegt unterhalb von 20N und die Losbrechkraft
unterhalb von 30N;
- nach Einlagerung des Packmittels mit destilliertem Wasser oder mit Wasser für Injektionszwecke („WFI") bei 40°C über eine Dauer mehr als 100 Tagen liegt die dynamische Gleitreibungskraft gemessen bei einer
Vorschubgeschwindigkeit von 100 Millimetern pro Minute unterhalb von 20N und die Losbrechkraft unterhalb von 30N;
- die dynamische Gleitreibungskraft gemessen bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 100 Millimetern pro Minute liegt unterhalb von ION und die Losbrechkraft
unterhalb von 20N, wobei das medizinische Packmittel zwei aufeinander gleitende Elementen aus einem
Spritzen- oder Karpulen-Zylinder und einem Elastomer umfasst, bei welchem beide Gleitflächen der Elemente mit einer Fluor-organischen Gleitschicht versehen sind.
24. Medizinisches Packmittels gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit zwei aufeinander
gleitenden Elementen in Form eines Spritzen- oder Karpulen-Zylinders und einem Elastomer, wobei beide Gleitflächen der Elemente und auch der wesentliche oder gesamte Oberflächenanteil der Kontaktflächen der Elemente zum vom Packmittel eingeschlossenen Hohlraum mit einer perfluorierten Gleitschicht beschichtet sind.
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