WO2013157409A1

WO2013157409A1 - 医療器具用エラストマー成形体

Info

Publication number: WO2013157409A1
Application number: PCT/JP2013/060463
Authority: WO
Inventors: 弘和上岡; 晃喜中野
Original assignee: オリンパス株式会社
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2013-10-24
Also published as: JP2013223574A; US20140287179A1; CN103957953A

Abstract

　医療器具用エラストマー成形体は、少なくとも１種の非オレフィン系エラストマーを含有するエラストマー材料を有する医療器具用エラストマー成形体であって、融点がガラス転移点より高く、かつ、前記ガラス転移点が４０～８０℃の範囲内である。

Description

医療器具用エラストマー成形体

　本発明は、医療器具用エラストマー成形体に関する。
　本願は、２０１２年０４月２０日に、日本に出願された特願２０１２－０９６５８２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　内視鏡、カテーテル等の医療器具を構成する部材の多くに、可撓性を有するエラストマー成形体が使用されている。エラストマー成形体としては、軟質のエラストマーを成形して用いられることが多い。軟質のエラストマーとしては、医療器具用途において求められる材料特性、例えば引裂強度、引張強度、熱融着性等の点から、熱可塑性のポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー等の非オレフィン系エラストマーが用いられている。しかし、このようなエラストマー成形体は、表面にベタツキがあり離型性が悪く、離型時に変形しやすい問題がある。
　成形体の離型性を改善する方法として、離型剤を配合する方法、表面に離型性の良好な樹脂層を設ける方法等がある。例えば特許文献１には、パラフィン系オイル等を配合して離型性を向上させたスチレン系熱可塑性エラストマー層を表層材として用いた複合成形体が開示されている。しかしこれらの方法は、非オレフィン系エラストマーの材料特性を損なう欠点があり、医療器具用途への適用は好ましくない。例えばオレフィン系であるスチレン系熱可塑性エラストマー層を表層材として用いた場合、引張強度、引裂強度等が損なわれ、熱融着性も得られない。また、非オレフィン系エラストマーとスチレン系エラストマーとは密着性が弱く、複合成形体としたときに層間密着性が悪く剥離が生じやすい問題もある。そのため、非オレフィン系エラストマーの材料自体の特性を損なうことなく離型性を改善することが求められる。

日本国特許第２８８６１１４号公報

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、非オレフィン系エラストマーの材料特性を損なうことなく離型性を向上させた、医療器具用として有用なエラストマー成形体を提供することを目的とする。

　本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、従来、医療器具用エラストマー成形体に用いられている軟質の非オレフィン系エラストマーは、ガラス転移点がかなり低く－１０～－５０℃程度であること、そのため、離型時の成形体の表面温度（成形型の温度と同等で、通常は室温程度）がガラス転移点よりも大幅に高い温度となり、離型性を低下させていたことを見出した。これらの知見に基づきさらに検討を重ねた結果、エラストマー成形体を構成する非オレフィン系エラストマー自体のガラス転移点を特定の範囲内とすることで、材料特性を維持しつつ、離型性を改善できることを見出した。

　本発明は、上記知見に基づくものであり、以下の態様を有する。

　本発明の第１の態様によれば、少なくとも１種の非オレフィン系エラストマーを含有するエラストマー材料を有する医療器具用エラストマー成形体であって、融点がガラス転移点より高く、かつ、前記ガラス転移点が４０～８０℃の範囲内である。

　本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様において、前記非オレフィン系エラストマーが熱可塑性であってもよい。

　本発明の第３の態様によれば、上記第１の態様、または、上記第２の態様において、前記非オレフィン系エラストマーがウレタン系エラストマーを含んでいてもよい。

　本発明の第４の態様によれば、上記第１の態様から上記第３の態様のいずれか一態様において、無機充填剤が含有されていてもよい。

　本発明の第５の態様によれば、上記第１の態様から上記第４の態様のいずれか一態様において、筒形状に成形されていてもよい。

　本発明の第６の態様によれば、上記第１の態様から上記第５の態様のいずれか一態様において、内視鏡に用いられてもよい。

　本発明の第７の態様によれば、上記第１の態様から上記第６の態様のいずれか一態様において、ＪＩＳ　Ｋ６２５３に準じて測定されるデュロメータ硬さが９５Ａ以下、ＪＩＳ　Ｋ６２５１に準じて測定される引張強度が１２Ｐａ以上、ＪＩＳ　Ｋ６２５２に準じて測定される引裂強度が４０ｋＮ／ｍ以上であってもよい。

　上記各態様によれば、非オレフィン系エラストマーの材料特性を損なうことなく離型性を向上させた、医療器具用として有用なエラストマー成形体を提供できる。

　以下、本発明を詳細に説明する。
　本発明の一実施形態に係る医療器具用エラストマー成形体（以下、単に成形体ということがある。）は、少なくとも１種の非オレフィン系エラストマーを含有するエラストマー材料を含み、融点がガラス転移点より高く、かつ、４０～８０℃の範囲内、好ましくは４５～７５℃の範囲内にガラス転移点（以下、Ｔ_ｇ）を有する。
　成形体のＴ_ｇが４０℃以上であれば、離型時の成形型の温度（通常、室温程度）がＴ_ｇよりも充分に低くなる。そのため成形体表面のベタツキが少なく離型性が良好で、成形体の外観が良好となる。また、Ｔ_ｇが８０℃以下であれば、医療器具用途において求められる物性、例えば可撓性、引裂強度、引張強度、熱融着性等が充分に良好となる。
　さらに、本発明の一実施形態においては、エラストマー成形体を構成する非オレフィン系エラストマー自体が４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有することで、非オレフィン系エラストマーのみから構成される場合でも充分な離型性が得られる。そのため、離型性を高めるために非オレフィン系エラストマー以外の成分を配合する必要がなく、前記成分を配合することによる材料特性の低下を防止できる。

　成形体が複数のＴ_ｇを有する場合、少なくとも１つが４０～８０℃の範囲内にあればよく、４０～８０℃の範囲外にＴ_ｇを有していてもよい。
　成形体および非オレフィン系エラストマーのＴ_ｇは、示差走査熱量計（ＤＳＣ）にて測定できる。
　成形体が複数の成分から構成される場合は、各成分を、含有する非オレフィン系エラストマーの融点以上の温度（複数の非オレフィン系エラストマーを含有する場合は最も高い融点以上の温度）で混練した混練物のＴ_ｇを測定する。

　エラストマー材料を構成する非オレフィン系エラストマーとしては、ゴム（熱硬化性エラストマー）、熱可塑性エラストマーが挙げられる。
　非オレフィン系のゴム、熱可塑性エラストマーとしてはそれぞれ、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、アクリル系、シリコーン系等が挙げられる。
　これらの非オレフィン系エラストマーはいずれか１種を単独で用いても２種以上を併用してもよい。
　これらの非オレフィン系エラストマーは、公知の合成方法により合成したものを用いてもよく、市販品を用いてもよい。

　非オレフィン系エラストマーとしては、上記の中でも、成形体を成形する際の成形加工性が向上する点から、熱可塑性エラストマーが好ましく、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、アクリル系、シリコーン系から選ばれる少なくとも１種がより好ましい。
　特に、引裂強さ、耐摩耗性等に優れること、市販品が多く、Ｔ_ｇの種類に富んでいることなどから、非オレフィン系エラストマーとして、少なくとも、ウレタン系のエラストマーを含有することが好ましい。

　エラストマー材料が含有する非オレフィン系エラストマーが１種である場合、４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有する非オレフィン系エラストマーを使用する。
　エラストマー材料が含有する非オレフィン系エラストマーが２種以上である場合、それらを溶融混練した混練物が４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有していればよく、単独では４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有さない非オレフィン系エラストマーを使用してもよい。

　異なるＴ_ｇを有する２種以上の非オレフィン系エラストマーを併用する場合、つまりエラストマー材料が含有する非オレフィン系エラストマーが、異なるＴ_ｇを有する２種以上の非オレフィン系エラストマーの混練物である場合、２種以上の非オレフィン系エラストマーの組み合わせとしては以下の（１）～（３）が挙げられる。
　（１）４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有する２種以上の非オレフィン系エラストマーの組み合わせ。
　（２）４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有する少なくとも１種の非オレフィン系エラストマーと、４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有さない少なくとも１種の非オレフィン系エラストマーとの組み合わせ。
　（３）４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有さない２種以上の非オレフィン系エラストマーの組み合わせ。

　上記のうち、（３）の好適な例としては、Ｔ_ｇが４０℃未満の非オレフィン系エラストマーと、Ｔ_ｇが８０℃超の非オレフィン系エラストマーとの組み合わせが挙げられる。これらの非オレフィン系エラストマーを溶融混練することで、４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有する混練物が得られる。また、各非オレフィン系エラストマーの配合比率を調節することで、Ｔ_ｇの微調整が可能である。
　これまで医療器具用途に用いられているたいていの軟質のエラストマーのＴ_ｇが、上述したように、－１０～－５０℃程度である。そのため、このような低Ｔ_ｇの非オレフィン系エラストマーは入手しやすい利点があるが、単独では離型性が劣っている。これにＴ_ｇが８０℃超の高Ｔ_ｇの非オレフィン系エラストマーを混ぜ合わせてＴ_ｇを４０～８０℃に調整することで、材料特性を確保しつつ離型性を向上させることができる。

　目的とするＴ_ｇのエラストマー材料を得やすい点で、上記（２）または（３）のように、異なるＴ_ｇを有する２種以上の非オレフィン系エラストマーを併用することが好ましい。
　２種以上の非オレフィン系エラストマーを併用してＴ_ｇを調整する場合、相溶性のある非オレフィン系エラストマーを使用する。相溶化の観点では、同じ樹脂種の非オレフィン系エラストマー（例えばウレタン系とウレタン系）が好ましく用いられる。相溶性を有していれば異なる樹脂種の非オレフィン系エラストマー（例えばウレタン系とエステル系）を組み合わせてもよい。

　エラストマー材料中の非オレフィン系エラストマーの含有量は、５質量％以上が好ましく、１０質量％以上がより好ましい。５質量％以上であれば、成形体が充分な柔軟性を有し、伸び等も良好である。上限は特に限定されず、１００質量％であってもよい。任意に他の成分を配合する場合は、他の成分とのバランスを考慮して適宜設定できる。

　エラストマー材料は、必要に応じて、本発明の効果を損なわない範囲で、非オレフィン系エラストマー以外の成分を含有してもよい。
　例えば、エラストマー材料は、補強材として、充填剤を含有してもよい。
　充填剤としては、例えば、無機充填剤、有機充填剤等が挙げられる。
　無機充填剤としては、特に限定されないが、石綿、ガラス繊維、アルミナ繊維、ロックウール等の無機繊維、カーボンブラック、シリカ、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム等が挙げられる。
　有機充填剤としては、特に限定されないが、綿、羊毛、絹、麻、ナイロン繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ポリエステル繊維、レーヨン繊維、アセテート繊維、フェノール－ホルムアルデヒド繊維、ポリフェニレンサルファイド繊維、アクリル繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリウレタン繊維、テトラフルオロエチレン繊維等の有機繊維、ポリテトラフロロエチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。
　これらの充填剤はいずれか１種を単独で用いても複数の充填剤を併用してもよい。
　上記の中でも、耐薬品性や耐熱性等の理由により、無機充填剤が好ましい。中でもシリカ、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、ケイ酸アルミニウム等から選ばれる少なくとも１種が好ましい。
　充填剤を含有する場合、その含有量は、エラストマー材料中の非オレフィン系エラストマー１００質量部に対し、０．０５～５０質量部が好ましく、０．５～１５質量部がより好ましい。０．０５質量部以上であれば充分な補強効果が得られる。５０質量部以下であれば、成形体が硬くなりすぎるのを抑制できる。

　エラストマー材料は、着色剤として、カーボンを含有してもよい。カーボンを含有すると、例えば着色効果の他に、配合量により成形体を所望の硬さにすることができたり、成形体の耐熱性が向上するという効果が得られる。
　カーボンを配合する場合、その配合量は、エラストマー材料中の非オレフィン系エラストマー１００質量部に対し、０．０５～５０質量部が好ましく、０．５～１５質量部がより好ましい。０．０５質量部以上であればカーボンの配合効果が充分に得られる。５０質量部以下であれば、成形体が硬くなりすぎるのを抑制できる。

（製造方法）
　本発明の成形体は、上記のエラストマー材料を成形することにより製造できる。製造は、特定のＴ_ｇを有するエラストマー材料を使用する以外は公知の方法により実施できる。
　製造方法の一例を、複数種のエラストマーを併用する場合を例に挙げて説明する。
　まず、複数種の非オレフィン系エラストマーを２軸ロール、ニーダー、バンバリーミキサー等の混練機で、含有する非オレフィン系エラストマーの融点以上の温度（複数の非オレフィン系エラストマーを含有する場合は最も高い融点以上の温度）で溶融混練する。このとき、必要に応じて充填剤、補強性カーボン等の任意成分を添加してもよい。複数種の非オレフィン系エラストマーの配合比率は、得られる混練物が４０～８０℃の範囲内にＴ_ｇを有するように、それぞれのＴ_ｇに応じて設定する。
　ついで、得られた混練物を所望の形状に成形することで本発明の成形体が得られる。成形方法としては、射出成形、押出し成形等の公知のゴム成形方法を用いることができる。
例えば射出成形の場合、混練物を所望形状の成形型に充填し、混練物のＴ_ｇよりも高い温度で熱プレスした後、成形型を混練物のＴ_ｇ以下の温度に冷却し、離型することで目的の成形体が得られる。冷却温度、つまり離型時の成形体の表面温度が混練物のＴ_ｇ以下であることで表面のベタツキが抑制され、離型性が向上し、良好な外観の成形体が得られる。
冷却温度は、混練物のＴ_ｇ以下の温度であればよいが、離型性の点からは、（Ｔ_ｇ－５）℃以下が好ましく、（Ｔ_ｇ－１０）℃以下がより好ましい。下限は特に限定されないが、コスト等を考慮すると、０℃以上が好ましい。

　本発明の一実施形態に係る成形体は、上記のとおり、優れた離型性を有し、しかも医療器具用途において求められる材料物性も良好である。
　本発明の一実施形態に係る成形体は、医療器具用途における有用性の点から、以下の（１）～（３）の物性を全て満たすことが好ましい。
　（１）ＪＩＳ　Ｋ６２５３に準じて測定されるデュロメータ硬さが９５Ａ以下。
　（２）ＪＩＳ　Ｋ６２５１に準じて測定される引張強度が１２Ｐａ以上。
　（３）ＪＩＳ　Ｋ６２５２に準じて測定される引裂強度が４０ｋＮ／ｍ以上。

　本発明の一実施形態に係る成形体の形状については特に制限されず、例えば筒形状、シート形状、棒形状、リング形状、各種ブロック形状など、用途に応じて適宜選択される。
　本発明の一実施形態に係る成形体は、医療器具を構成する部材として用いられる。医療器具としては、内視鏡、カテーテル、パッキン等が挙げられる。成形体が用いられる部材として具体的には、内視鏡の湾曲部外皮（外表面）、内視鏡の折れ止め部材、内視鏡のスイッチボタンまたはスイッチボタンを覆う外皮、内視鏡の内部に使用されるＯ－リング、処置具用カテーテル等が挙げられる。

　以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。以下の各例において「部」は質量部を示す。
　実施例および比較例で用いた原料、測定・評価方法は以下の通りである。

［原料］
　使用した原料のうち、エラストマーの樹脂種、銘柄、メーカー名、Ｔ_ｇ、硬度を表１に示す。「ＴＰＵ」は、熱可塑性ウレタン系エラストマーを示す。オレフィン系エラストマーであるスチレン系エラストマーについてはＴ_ｇの測定は行わなかった。
　シリカとしては、Ｕ．Ｓ．シリカ社製の「ミニシール＃５」を使用した。

［測定・評価方法］
＜ガラス転移点Ｔ_ｇの測定＞
　示差走査熱量計（ＤＳＣ）にて測定した。
＜硬度の測定＞
　ＪＩＳ　Ｋ６２５３に準ずる方法により、デュロメータ硬さを測定した。
＜引張強度の測定＞
　ＪＩＳ　Ｋ　６２５１に準ずる引張り試験を行って測定した。
＜引裂強度の測定＞
　ＪＩＳ　Ｋ　６２５２に準ずる引裂試験を行って測定した。

＜離型性の評価＞
　得られた成形品の外観を目視で観察し、以下の基準で離型性を評価した。
　（離型性の評価基準）
　○：変形・キレなどがなく外観が良好であった。
　×：変形・キレなどがあり外観が不良であった。

［実施例１］
　Ｔ_ｇが９０℃のＴＰＵ（７０部）とＴ_ｇが－５０℃のＴＰＵ（３０部）とを、２軸押出成形機を用い、２２０℃にて溶融混練してペレット状の混練物を得た。この混練物についてＴ_ｇを測定した。
　得られた混練物（ペレット状）を、射出成形にて、肉厚２ｍｍのシート形状に成形した。得られた成形品について、硬度、引張強度、引裂強度を測定した。結果を表２に示す。
　また、得られた混練物（ペレット状）を、射出成形（成形温度２２０℃、冷却温度４０℃）にて、内径８ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、長さ１５０ｍｍの筒形状に成形して成形品（内視鏡用湾曲部外皮）を得た。得られた成形品の外観を目視で観察し、離型性を評価した。
結果を表２に示す。

［実施例２～４、比較例２～３］
　混練物の配合組成を表２に示すように変更した以外は実施例１と同様にして混練物の調製、Ｔ_ｇの測定、成形品の製造、物性（硬度、引張強度、引裂強度）の測定、離型性の評価を行った。結果を表２に示す。

［比較例１～２］
　混練物の配合組成を表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様にして混練物の調製、Ｔ_ｇの測定、成形品の製造、物性（硬度、引張強度、引裂強度）の測定を行った。
結果を表２に示す。

［比較例３］
　Ｔ_ｇが－５０℃のＴＰＵ（１００部）とスチレン系エラストマー（１００部）とを、２層になるように、２台の単軸押出成形機を用い、２２０℃で共押出にて肉厚２ｍｍのシート形状の複合成形品を得た。得られた複合成形品について、スチレン系エラストマー層側の硬度を測定した。また、複合成形品の引張強度、引裂強度を測定した。結果を表２に示す。
　また、Ｔ_ｇが－５０℃のＴＰＵ（１００部）とスチレン系エラストマー（１００部）とを、内層がＴＰＵ、外層がスチレン系エラストマーとなるように、２台の単軸押出成形機を用い、２２０℃で押出成形して内径８ｍｍ、肉厚０．８ｍｍ、長さ１５０ｍｍの筒形状の複合成形品を得た。得られた複合成形品の外観を目視で観察し、離型性を評価した。結果を表２に示す。

　比較例１の成形品は、従来、医療器具用エラストマー成形体に一般的に用いられている軟質のエラストマーを用いており、上記結果に示すとおり、物性（硬度、引張強度、引裂強度）は良好であるが離型性が悪かった。
　Ｔｇが２１℃の比較例２の成形品は、離型性が悪く、さらに比較例１に比べて引張強度が低下した。
　ＴＰＵの内層にスチレン系エラストマーの外層を積層した比較例３の成形品は、離型性は向上するが、引張強度と引裂強度、特に引裂強度が比較例１に比べて大きく低下した。さらに、比較例３のシート形状の成形品について、Ｔ型剥離試験（ＪＩＳ　Ｋ６８５４－３）に準ずる方法により層間接着性を評価したところ、２層が容易に剥離した。
　これに対し、実施例１～４の成形品は、引張強度、引裂強度が比較例１と同等かそれ以上の良好な値を示し、しかも離型性に優れていた。

　上記実施形態によれば、非オレフィン系エラストマーの材料特性を損なうことなく離型性を向上させた、医療器具用として有用なエラストマー成形体を提供できる。

Claims

　少なくとも１種の非オレフィン系エラストマーを含有するエラストマー材料を有する医療器具用エラストマー成形体であって、
　融点がガラス転移点より高く、かつ、前記ガラス転移点が４０～８０℃の範囲内である
医療器具用エラストマー成形体。
　前記非オレフィン系エラストマーが熱可塑性である請求項１に記載の医療器具用エラストマー成形体。
　前記非オレフィン系エラストマーがウレタン系エラストマーを含む請求項１または２に記載の医療器具用エラストマー成形体。
　無機充填剤が含有されている請求項１から３のいずれか１項に記載の医療器具用エラストマー成形体。
　筒形状に成形されている請求項１から４のいずれか１項に記載の医療器具用エラストマー成形体。
　内視鏡の湾曲部の外表面に用いられる請求項１から５のいずれか１項に記載の医療器具用エラストマー成形体。
　ＪＩＳ　Ｋ６２５３に準じて測定されるデュロメータ硬さが９５Ａ以下、ＪＩＳ　Ｋ６２５１に準じて測定される引張強度が１２Ｐａ以上、ＪＩＳ　Ｋ６２５２に準じて測定される引裂強度が４０ｋＮ／ｍ以上である請求項１から６のいずれか１項に記載の医療器具用エラストマー成形体。