專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造(超)高分子量聚乙烯的方法
用于制造(超)高分子量聚乙烯的方法本發(fā)明涉及用于制造(超)高分子量聚乙烯((U)HMWPE)制品的方法。本發(fā)明還 涉及能夠通過(guò)所述方法獲得的制品，和所述(U)HMWPE在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的用途。在抗磨損、抗疲勞和抗斷裂方面的良好性能使(U)HMWPE成為矯形學(xué)中的備選材 料，特別是建造用于關(guān)節(jié)成形術(shù)的關(guān)節(jié)組件，所述關(guān)節(jié)組件需要高度抗磨損。全髖關(guān)節(jié)置換 術(shù)(total hip joint replacement)中的髖曰杯(acetubular cup)或襯里(liner)禾口全 膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的脛骨墊片(tibial insert)是(U) HMWPE的重要應(yīng)用?！癏MWPE”在本文中被定義為具有下述性質(zhì)的基本為線性的乙烯均聚物或共聚 物，其具有3X105g/mol或更高的重均分子量(Mw)，2和18之間的分子量分布(Mw/Mn)，和 1. 5-8dl/g的特性粘度(IV)。優(yōu)選地，HMWPE的IV為3-8dl/g，更優(yōu)選地為5_8dl/g。IV 根據(jù)ISO 1628-3定義。“UHMWPE”在本文中被定義為具有下述性質(zhì)的基本為線性的乙烯均 聚物或共聚物，其具有106g/mol或更高的重均分子量(Mw)，2和18之間的分子量分布(Mw/ Mn)，和8dl/g或更高的特性粘度(IV)。優(yōu)選地，UHMWPE的IV在8dl/g和60dl/g之間?？梢酝ㄟ^(guò)用于生產(chǎn)(U)HMWPE的任何已知方法，例如Steven M.Kurtz在“The UHMWPE Handbook", Elsevier Academic Press，2004，14-22 頁(yè)中所述方法，獲得(U) HMWPE。 (U)HMWPE通常作為粉末獲得，其可以如下文所述通過(guò)成型和機(jī)械加工被進(jìn)一步加工。研究顯示，用、射線或電子束射線使(U)HMWPE交聯(lián)能高度有效地對(duì)抗磨損，這在 (例如假肢耦合中通常涉及的)平滑端面中最清楚地得到證實(shí)。然而，盡管在全關(guān)節(jié)置換手術(shù)中使用(交聯(lián)的)(U)HMWPE取得顯著成功，但是由 例如組件的無(wú)菌性松動(dòng)(as印tic loosening)或機(jī)械性失效(mechanical failure)導(dǎo)致 的失效在植入數(shù)年后仍然非常頻繁，如J.H.Dumbleton等，J. Arthroplasty 2002，17 (5) 649-661 和 T.W.Bauer 等，SkeletalRadiol 1999，28 (9) :483_497 中所示。已經(jīng)證明大部分 故障歸因于(U)HMWPE組件的磨損。磨損是主要的問(wèn)題，因?yàn)槟p導(dǎo)致形成碎片，這些碎片 進(jìn)而誘導(dǎo)炎性應(yīng)答，引起植入物的松動(dòng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)歸因于(U)HMWPE氧化穩(wěn)定性的組件故障至少部分歸因于交聯(lián)和/或滅 菌期間輻照的副作用。除了對(duì)磨損性能有積極影響的交聯(lián)以外，發(fā)現(xiàn)輻照還誘導(dǎo)聚乙烯的 氧化降解。氧化降解對(duì)(U)HMWPE的機(jī)械性能具有消極影響。所述氧化降解的程度強(qiáng)烈地依賴(lài)于輻照劑量，因此應(yīng)保持盡可能低的輻照劑量。 這會(huì)導(dǎo)致形成更少量的自由基，因此降低對(duì)退火和/或穩(wěn)定劑的需要，這是目前設(shè)備制造 商注意的中心問(wèn)題。但另一方面，所需輻照劑量應(yīng)該足夠高以便實(shí)現(xiàn)足夠的交聯(lián)密度。在Bracco 等，Polymer 46 (2005) 10648-10657 ( “Bracco，，)中，向(U) HMWPE 中添 加添加劑以增強(qiáng)(U)HMWPE對(duì)交聯(lián)的靈敏度，從而使用更低的輻照劑量實(shí)現(xiàn)足夠的交聯(lián)密 度。在單通道或多通道中用電子束輻射以不同的劑量輻照分別在1，7-辛二烯、甲基乙炔和 乙烯中浸泡的(U)HMWPE樣品，并使用傅立葉變換紅外(FTIR)光譜法研究。用所有樣品進(jìn) 行抗張測(cè)試，從而監(jiān)測(cè)機(jī)械性能的改變。凝膠分?jǐn)?shù)測(cè)量證明交聯(lián)發(fā)生于所有經(jīng)輻照的樣品 中，但是1，7-辛二烯被證實(shí)是對(duì)這一目的而言最有效的添加劑，其展示了良好的增強(qiáng)交聯(lián) 的效率。
上述步驟的一個(gè)缺點(diǎn)是添加劑必須在單獨(dú)的步驟中通過(guò)擴(kuò)散被引入(U)HMWPE 中。擴(kuò)散過(guò)程非常緩慢，甚至在使用(U)HMWPE薄膜時(shí)該過(guò)程仍花費(fèi)7天，如Bracco中實(shí)驗(yàn) 章節(jié)2. 3中所示。顯然，使用人造關(guān)節(jié)時(shí)該過(guò)程會(huì)耗時(shí)甚至更久。美國(guó)專(zhuān)利No. 5，594，041中公開(kāi)的步驟也涉及添加劑擴(kuò)散進(jìn)入例如(U)HMWPE的聚 合物中并隨后交聯(lián)，其具有相同的缺點(diǎn)。事實(shí)上，因?yàn)榫徛臄U(kuò)散速率，添加劑僅擴(kuò)散至有 限的深度，如第3欄第49-67行所述。Bracco和美國(guó)專(zhuān)利No. 5，594，041中使用的方法的另一個(gè)問(wèn)題是任何未轉(zhuǎn)化的多烯會(huì)保留在最終制品中，取決于用途這可能引起監(jiān)管問(wèn)題。因此，本發(fā)明的一個(gè)主要目的是至少提供一種生產(chǎn)交聯(lián)的(U)HMWPE制品的替代 性方法。具體地，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種生產(chǎn)下述交聯(lián)的(U)HMWPE的方法，所述方 法比現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的方法更加有效。出人意料地發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)生產(chǎn)(超)高分子量聚乙烯((U)HMWPE)制品的下述方 法來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述方法包含-使乙烯與具有3到100個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán)狀的多烯共聚合，得到乙烯與 多烯的共聚物((U)HMWPE-P)，其中所使用的多烯的量使得(U)HMWPE-P中多烯分支的數(shù)量 為每1000個(gè)碳原子平均0. 01到15個(gè)；-在(U)HMWPE-P成型期間或之后交聯(lián)(U)HMWPE_P。在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施方案中，用于生產(chǎn)(超)高分子量聚乙烯((U)HMWPE)制品 的方法可包括以下步驟a)使乙烯與具有3到100個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán)狀的多烯共聚合，得到乙烯與 多烯的共聚物(下文稱(chēng)作(U)HMWPE-P)，其中所使用的多烯的量使得(U)HMWPE-P中多烯分 支的數(shù)量為每1000個(gè)碳原子平均0. 01到15個(gè)；b)使(U) HMWPE-P成型為包含(U)HMWPE-P的型坯或制品；c)通過(guò)Y輻射或電子束輻射使型坯或制品交聯(lián)，得到包含交聯(lián)的(U) HMWPE-P ((U)HMWPE-P-X)的型坯或制品；d)任選地，將所述型坯機(jī)械加工成制品；其中步驟C)和步驟d)可以任一順序進(jìn)行。在本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案中，用于生產(chǎn)(超)高分子量聚乙烯((U)HMWPE)制品 的方法可包括以下步驟a)使乙烯與具有3到100個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán)狀的多烯共聚合，得到乙烯與 多烯的共聚物(下文稱(chēng)作(U)HMWPE-P)，其中所使用的多烯的量使得(U)HMWPE-P中多烯分 支的數(shù)量為每1000個(gè)碳原子平均0. 01到15個(gè)；b)添加引發(fā)劑(優(yōu)選為過(guò)氧化物)，任選地添加活性助劑；c)使(U)HMWPE-P成型為包含交聯(lián)的(U) HMWPE-P ((U) HMWPE-P-X)的型坯或制品；d)任選地，在通過(guò)Y輻射或電子束輻射應(yīng)用進(jìn)一步的交聯(lián)時(shí)，使用Y輻射或電子 束輻射交聯(lián)包含(U)HMWPE-P-X的型坯或制品，得到包含進(jìn)一步交聯(lián)的(U)HMWPE-P-X的型 坯或制品；e)任選地，如果步驟C)或d)得到型坯，將所述型坯機(jī)械加工成制品；其中步驟d)和步驟e)可以任一順序進(jìn)行。上述方法比現(xiàn)有技術(shù)中描述的方法更有效，因?yàn)楦鶕?jù)現(xiàn)有技術(shù)使用的添加劑現(xiàn)在在聚合過(guò)程期間作為共聚單體被引入，使得不再需要涉及添加劑的額外的擴(kuò)散步驟?？紤] 至丨J Bracco 在第 10650 頁(yè)左列中的注釋"theamount of pendent double bonds cannot be increased during(U)HMWPEsynthesis"( “懸掛雙鍵的數(shù)量在(U)HMWPE的合成過(guò)程中不 能增加”)，多烯能夠與乙烯共聚的事實(shí)甚至更出人意料。另外，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在 步驟a)中，例如在如下文所述的漿體工藝過(guò)程中去除分散劑時(shí)，可以基本上去除任何未轉(zhuǎn) 化的多烯。就監(jiān)管問(wèn)題而言，制品中更少量的未轉(zhuǎn)化的多烯是有利的。(U)HMWPE-P-X的氧 化穩(wěn)定性比交聯(lián)的(U)HMWPE均聚物顯著更高。另外，與交聯(lián)的(U)HMWPE均聚物相比，(U) HMWPE-P-X具有改進(jìn)的機(jī)械性能。在說(shuō)明書(shū)中，(U)HMWPE-P被定義為乙烯與具有3-100個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán) 狀多烯的共聚物，(U)HMWPE-P-X被定義為乙烯與具有3-100個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán)狀 多烯的交聯(lián)的共聚物。
(U)HMWPE-P可以通過(guò)制造(U)HMWPE的任何已知方法(步驟a)獲得，例如使用使 得多烯分支數(shù)量為每1000個(gè)碳原子平均0. 01到15個(gè)的多烯含量，在存在下述催化劑時(shí)在 有機(jī)分散劑中通過(guò)乙烯和作為共聚單體的線性、支化或環(huán)狀多烯(在下文中稱(chēng)作多烯)的 漿體-共聚合來(lái)獲得，所述催化劑包含周期表第IVb、Vb、VIb或VIII族的過(guò)渡金屬，周期表 I、II或III族金屬的鹵化物或有機(jī)金屬化合物。具體地，使用Ziegler-Natta催化劑，所 述催化劑由任選地在載體(例如MgCl2或5102/1%(12)上的氯化鈦和有機(jī)-鋁化合物(例 如三乙基鋁或二乙基氯化鋁)制成。或者可使用茂金屬催化劑，如例如EP-1605000A1中所 述。因?yàn)檫@些化學(xué)品對(duì)空氣和水分非常敏感，所以合成中的所有步驟在惰性氣體環(huán)境中進(jìn) 行。聚合通常在55°C和90°C之間的溫度和1和40bar之間的壓強(qiáng)下發(fā)生。可以通過(guò)向乙 烯氣體中添加非常小量的氫，或通過(guò)改變聚合溫度、壓強(qiáng)或有機(jī)_鋁化合物的量來(lái)控制(U) HMWPE-P的分子量。聚合后從懸浮劑中分離并干燥聚合物顆粒。具體地，大部分懸浮劑通過(guò) 離心分離，剩余的懸浮劑例如在攪拌床干燥器或流化床干燥器中通過(guò)干燥分離?？梢允褂?中等沸點(diǎn)(medium boiling)脂肪族溶劑例如己烷或庚烷作為懸浮劑。所述懸浮劑的沸點(diǎn) 優(yōu)選地高于反應(yīng)溫度，但不過(guò)高，從而在去除懸浮劑時(shí)避免出問(wèn)題。本發(fā)明中使用的多烯是具有3-100個(gè)碳原子、優(yōu)選地具有3-50個(gè)碳原子、更優(yōu) 選地具有3-20個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán)狀多烯。本發(fā)明中使用的多烯是分子中具有至 少兩個(gè)不飽和鍵、優(yōu)選雙鍵的烴化合物。例如，可以使用非共軛二烯類(lèi)烴化合物如1，3_ 丁 二烯、1，3-戊二烯、1，4-戊二烯、1，4-己二烯、2，4_ 己二烯、1，5-己二烯、1，6-庚二烯、1， 7-辛 二烯、1，2-丙 二烯、2，3_ 二甲基-1，3-丁 二烯、2-甲基-1，3-丁 二烯、2-甲基-2， 4_戊二烯、3-甲基-2，4-己二烯、2，5-二甲基-1，5-己二烯、4-甲基_1，4_己二烯、5-甲 基-1，4-己二烯、4-乙基-1，4-己二烯、4，5-二甲基-1，4-己二烯、環(huán)己二烯、4-甲基-1， 4_庚二烯、4-乙基-1，4-庚二烯、5-甲基-1，4-庚二烯、4-乙基-1，4-辛二烯、5-甲基-1， 4-辛二烯和4-正丙基-1，4-癸二烯，共軛多烯類(lèi)烴化合物如1，3，5-己三烯、1，3，5，7-辛 四烯和2-乙烯基-1，3-丁二烯，和非共軛多烯類(lèi)烴化合物如角鯊烯、二乙烯基苯、乙烯 基降冰片烯、亞乙基降冰片烯和二環(huán)戊二烯。其中，與乙烯具有特別良好的可共聚合性 (copolymerizability)的非共軛二烯類(lèi)烴化合物是優(yōu)選的?？梢酝ㄟ^(guò)使用紅外分光光度計(jì)進(jìn)行多烯含量的測(cè)定。測(cè)量了 880、910和965CHT1 處的吸光度(其代表了乙烯鏈中包含的多烯結(jié)構(gòu)中的雙鍵)，并通過(guò)使用預(yù)先準(zhǔn)備的校準(zhǔn)曲線將測(cè)量值轉(zhuǎn)化為每1000個(gè)碳原子的不飽和度的數(shù)量，所述校準(zhǔn)曲線通過(guò)使用模型化 合物在13C核磁共振法中準(zhǔn)備。根據(jù)引入的多烯結(jié)構(gòu)而不同的多個(gè)峰的轉(zhuǎn)化值的總和表明 總多烯含量?；蛘?，可使用1H和/或13C-NMR測(cè)定不飽和度的量。 應(yīng)當(dāng)以下述用量使用多烯共聚單體，所述用量使得聚合物中每1000個(gè)碳原子的 多烯含量在上述范圍內(nèi)。如果多烯含量小于每1000個(gè)碳原子0. 01個(gè)多烯分支，則不能形成 有效提高磨損抗性的結(jié)構(gòu)。相反，如果多烯含量超過(guò)每1000個(gè)碳原子15個(gè)多烯分支，則結(jié) 晶度顯著降低并且不能獲得高彈性模量。優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)以下述用量使用多烯共聚單體，所述 用量使得聚合物鏈中每1000個(gè)碳原子的多烯含量在每1000個(gè)碳原子有0. 01和10之間、 更優(yōu)選0. 01和5之間、尤其0. 01和3之間個(gè)多烯分支。可以使用若干加工方法用于成型，例如需要時(shí)將(U)HMWPE-P機(jī)械加工成散裝產(chǎn) 物，如例如 Steven M.Kurtz 在“The UHMWPE Handbook", Elsevier Academic Press, 2004, 第22-31頁(yè)中所述(下文稱(chēng)作“The UHMWPEHandbook”)，該文獻(xiàn)通過(guò)引用并入本文。第一種方法是壓縮成型，其中對(duì)用(U)HMWPE-P填充的模具施加一段時(shí)間高溫和 高壓的組合。隨后以緩慢和均一的速率使系統(tǒng)冷卻，從而使產(chǎn)物的收縮和變形最小化，并優(yōu) 化產(chǎn)物的結(jié)晶度和機(jī)械性能。然后將產(chǎn)物機(jī)械加工成更小的塊或圓柱狀棒，從中可以機(jī)械 加工最終組件，例如關(guān)節(jié)組件。第二種方法柱塞式擠出生產(chǎn)直徑范圍從25mm到150mm的圓柱狀棒的毛坯。在該方 法中，將(U)HMWPE-P填充物給料進(jìn)槽中然后施加熱。然后柱塞將增塑的填充物壓縮并擠出 進(jìn)入加熱的圓桶狀桶內(nèi)，在那里其被固結(jié)成為圓柱狀棒毛坯。隨著柱塞向后和向前移動(dòng)，腔 室中的原料被重新填充。最終的組件(例如關(guān)節(jié)組件)可以從所述棒毛坯機(jī)械加工得到。在第三種方法(直接壓縮成型)中，使用預(yù)先成型的模具將(U) HMWPE-P填充物固 結(jié)成為最終的散裝制品或半成品。應(yīng)用這一方法時(shí)，不總需要機(jī)械加工。盡管該方法是緩 慢和昂貴的，但是使用該方法的矯形外科關(guān)節(jié)組件具有非常平滑的表面精整度和極佳的維 度一致性。也可以通過(guò)注塑或擠出成板或棒將HMWPE粉末熔融加工。藉此可以直接獲得終產(chǎn) 物，但是也可能對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行機(jī)械加工以獲得終產(chǎn)物。除了上述方法以外，還可以應(yīng)用熱等靜壓(HIPing)，如The UHMWPEHandbook第27 頁(yè)中所述。 (U) HMWPE-P的機(jī)械加工由既用于第一粗制步驟又用于精整步驟的研磨操作和旋 轉(zhuǎn)操作組成?！癟he UHMWPE Handbook”第31-32頁(yè)中提供了關(guān)于機(jī)械加工的更多細(xì)節(jié)。用于交聯(lián)(U)HMWPE制品，也可以用于包含(U)HMWPE-P的制品的三種方法是Y輻 照、電子束輻照和化學(xué)誘導(dǎo)的交聯(lián)，如G. Lewis在Biomaterials 2001,22 371-401中所述。使用Y輻照或電子束輻照時(shí)，用于獲得高度交聯(lián)的(U)HMWPE制品的輻照劑量被 選擇在30和250kGray (kGy)之間、優(yōu)選30和170kGy之間、更優(yōu)選40和130kGy之間。為 了獲得更低交聯(lián)的(U)HMWPE制品，或者與通過(guò)使用引發(fā)劑與化學(xué)交聯(lián)組合使用時(shí)，可以使 用更低的輻照，從例如25到50kGy的輻照。為了對(duì)根據(jù)本發(fā)明的(U)HMWPE制品進(jìn)行滅菌，可以使用10和40kGy之間、優(yōu)選 20和35kGy之間的輻照劑量?？梢酝ㄟ^(guò)應(yīng)用電子束或Y輻射對(duì)型坯或制品或二者進(jìn)行輻 照交聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施方案，通過(guò)對(duì)(U)HMWPE添加引發(fā)劑(例如過(guò)氧化物)和任選地添加活性助劑，使(U)HMWPE交聯(lián)。任選地使用活性助劑(具有2個(gè)或更多不飽和度 的化合物)增強(qiáng)過(guò)氧化物交聯(lián)效率。合適的過(guò)氧化物的例子包括叔丁基枯烯基過(guò)氧化物、 過(guò)氧化苯甲酸叔丁酯、二叔丁基過(guò)氧化物、3，3，5，7，7-五甲基-1，2，4-三氧雜環(huán)庚、1，1_ 二 (叔丁基過(guò)氧)-3，3，5_三甲基環(huán)己烷、4，4_ 二(叔丁基過(guò)氧)戊酸丁酯、2，5_ 二甲基-2， 5-二(叔丁基過(guò)氧)己炔_3，2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基過(guò)氧)己烷、二(4-甲基苯甲 ?；?過(guò)氧化物、二苯甲?；^(guò)氧化物、二(2，4_ 二氯苯甲?；?過(guò)氧化物、二枯烯基過(guò)氧 化物、3，3，5，7，7-五甲基-1，2，4-三氧雜環(huán)庚，1_ (2-叔丁基過(guò)氧異丙基)_3_異丙烯基苯、 2，4_ 二烯丙氧基-6-叔丁基過(guò)氧-1，3，5-三嗪、二(叔丁基過(guò)氧異丙基)苯、二異丙基苯單 氫過(guò)氧化物、枯烯基氫過(guò)氧化物和叔丁基氫過(guò)氧化物。合適的活性助劑的例子包括二乙烯 基苯、鄰苯二甲酸二烯丙酯、氰尿酸三烯丙酯、異氰尿酸三烯丙酯、偏苯三甲酸三烯丙酯、間 亞苯基雙馬來(lái)酰亞胺、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸乙二醇酯、三甲基丙烯酸三羥甲基 丙烷酯、二甲基丙烯酸三羥甲基丙烷酯、四丙烯酸季戊四醇酯、二丙烯酸鋅、二甲基丙烯酸 鋅和聚丁二烯。作為液體或粉末的這些過(guò)氧化物和活性助劑可以與(U)HMWPE-P粉末混合， 然后通過(guò)成型固結(jié)。而當(dāng)使用輻照時(shí)，交聯(lián)發(fā)生在(U)HMWPE-P的固相中，過(guò)氧化物交聯(lián)發(fā) 生在熔融物中。除了乙烯和對(duì)于(U) HMWPE-P與(U) HMWPE-P-X而言的多烯以外，(U) HMWPE、(U) HMWPE-P和(U)HMWPE-P-X可包含一種或多種α -烯烴共聚單體，例如丙烯、丁烯、戊烯、己 烯、4-甲基戊烯、辛烯等等，以實(shí)現(xiàn)提高的加工特性或改變聚合物的物理和機(jī)械性能。另外， 聚合物可含有非聚合物材料，例如添加劑、溶劑和填充劑。具體地，可以添加抗氧化劑如維 生素E和受阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)，以避免交聯(lián)、滅菌或使用期間的過(guò)量氧化。與維生素E的用量相比，可以使用低得多的量的HALS穩(wěn)定劑。以(U)HMWPE的總 重為基礎(chǔ)，優(yōu)選地使用按重量計(jì)0. 001和5%之間、更優(yōu)選按重量計(jì)0. 01和2%之間、最優(yōu) 選按重量計(jì)0. 02和1 %之間用量的HALS穩(wěn)定劑。優(yōu)選地，選擇的HALS穩(wěn)定劑是來(lái)自于 經(jīng)取代的哌啶化合物的化合物，尤其是衍生自經(jīng)烷基取代的哌啶基(piperidyl)、哌啶基 (piperidinyl)或哌嗪酮化合物或經(jīng)取代的烷氧基哌啶基化合物的任何化合物。還可以向(U) HMWPE-P樹(shù)脂中添加無(wú)機(jī)硬脂酸鹽例如硬脂酸鈣或硬脂酸鋅作為流 動(dòng)劑，或使任何催化劑殘余的影響最小化，所述催化劑殘余具有腐蝕轉(zhuǎn)化機(jī)器的潛能。另 夕卜，在使用聚合物粉末的柱塞式擠出制造部件時(shí)，硬脂酸鈣可發(fā)揮潤(rùn)滑劑的作用，并且可以 幫助產(chǎn)物保持其白色?？梢允褂美缭诳諝饣騼?yōu)選惰性氣體中的10和40kGy之間的輻射劑量的Y滅 菌、氣體等離子體滅菌或環(huán)氧乙烷氣體滅菌，來(lái)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的包含(U)HMWPE-P-X的制品 進(jìn)行滅菌，如上文引用的“The UHMWPEHandbook”第37-47頁(yè)中所述。包含根據(jù)本發(fā)明的⑶HMWPE-P-X的制品可應(yīng)用于多種應(yīng)用，例如醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，例 如在矯形外殼中用作人造關(guān)節(jié)中的軸承材料。(U)HMWPE-P-X可用于例如髖關(guān)節(jié)成形術(shù)、膝 置換術(shù)、肩置換術(shù)和脊柱應(yīng)用(例如全椎間盤(pán)置換術(shù))中。這些應(yīng)用詳細(xì)描述于上文引用 的“The UHMWPEHandbook”中第4_6章(髖)、第7_8章(膝)、第9章(肩)和第 10章(脊 柱應(yīng)用)。本發(fā)明現(xiàn)在將參考以下實(shí)施例詳細(xì)描述，但不通過(guò)任何方式限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例材料
催化劑含Ti 的 Ziegler-Natta 催化劑 A 和 B三乙基鋁(TEA)；Chemtura二烯1，7-辛二烯；Aldrich 99%乙烯基降冰片烯(VNB) ；INEOS > 99%實(shí)施例1-8和比較實(shí)驗(yàn)A和B乙烯-1,7-辛二烯和乙烯-乙烯基降冰片烯共聚物的制備及其表征。聚合條件在2L SS高壓釜中進(jìn)行聚合。聚合溫度60°C，單體壓強(qiáng)0· 5MPa共聚單體用量-IOml和40ml清除劑TEA1. 3mmol聚合步驟在裝有機(jī)械攪拌器的2. OL間歇式高壓釜中進(jìn)行分批聚合。通過(guò)恒溫器將反應(yīng)溫 度設(shè)定并控制為60°C。通過(guò)多種吸附介質(zhì)純化給料流(溶劑和乙烯)以去除本領(lǐng)域技術(shù)人 員已知使催化劑失活的雜質(zhì)，如水、氧和極性化合物。聚合期間，向反應(yīng)器的氣蓋中持續(xù)給 料乙烯。通過(guò)背壓閥將反應(yīng)器的壓強(qiáng)保持恒定于0. 5MPa。在惰性氣氛中，用SOOmL庚烷填充預(yù)先干燥的反應(yīng)器。當(dāng)溶劑達(dá)到期望的溫度時(shí)， 添加第二單體(二烯)和催化劑與TEA。以96nL/h的流速添加乙烯至0. 5MPa的最大壓強(qiáng)。 在期望的聚合時(shí)間后，收集反應(yīng)器的內(nèi)容物，將其過(guò)濾并用3L庚烷洗滌，以去除未反應(yīng)的 二烯。在真空下50°C真空干燥過(guò)夜后，稱(chēng)重聚合物并制備用于分析的樣品。根據(jù)IS0-11542將聚合物粉末壓縮成型為測(cè)試樣品。在真空密封進(jìn)紙袋中的樣品 上通過(guò)Y輻照(劑量25kGray/小時(shí))進(jìn)行測(cè)試樣品的輻照，所述紙袋內(nèi)側(cè)帶有鋁涂層。為 了制備用于溶脹測(cè)試的測(cè)試樣品，制備毛坯樣品，所述毛坯樣品經(jīng)過(guò)輻照后被機(jī)械加工成 這些測(cè)試所需的更小的測(cè)試樣品。溶脹測(cè)試根據(jù)ASTM F2214-02標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行溶脹比例測(cè)試。機(jī)械加工出5mm*5mm*5mm尺寸的塊 并在鄰二甲苯中進(jìn)行溶脹。磨損測(cè)試從經(jīng)輻照的毛坯樣品機(jī)械加工出直徑9mm長(zhǎng)度12mm的釘狀物(pin)。在Weartester SuperCTPOD TE87中進(jìn)行磨損測(cè)試。在weartester中可以一次評(píng) 價(jià)100個(gè)釘狀物。釘狀物在測(cè)試儀中作環(huán)形運(yùn)動(dòng)。在用超純水(1 1)稀釋的 HyClone Alpha Calf 血清(來(lái)自于 Thermofischer Scientific)中，以IHz的循環(huán)頻率將針狀物測(cè)試18km的總距離。使用血清進(jìn)行潤(rùn)滑，并在 weartester中使用1. IMPa的額定接觸壓強(qiáng)和31. 4mm/s的滑動(dòng)速度針在拋光的CoCr盤(pán)上 移動(dòng)針狀物。為了延遲有害的潤(rùn)滑劑降解，將其溫度保持在20士0.5°C。以6km的間隔停止測(cè)試，拆卸并清潔樣品及其支架。將針狀物真空烘干，允許其在室內(nèi)氣氛下穩(wěn)定至少2小 時(shí)，然后稱(chēng)重，之后重新裝配體系，用新鮮的潤(rùn)滑劑繼續(xù)測(cè)試。對(duì)所有樣品而言，使用浸漬對(duì) 照釘狀物來(lái)觀察材料是否由于流體吸收而顯示可觀的重量增加。使用下式測(cè)定磨損因子 χ = [1，2，3]—運(yùn)行數(shù)量y = [1,2,3,4,5]—每種材料的釘狀物數(shù)量 χ = [1,2,3]—運(yùn)行數(shù)量y = [1,2,3,4,5]—每種材料的釘狀物數(shù)量F =針狀物上的負(fù)荷一[N]s =每次運(yùn)行的距離一[m] 表1中給出的值是5個(gè)樣品的平均值。雙鍵量通過(guò)使用紅外分光光度計(jì)測(cè)定每1000個(gè)碳原子的雙鍵量。測(cè)量了 880、910和 965cm-1處的吸光度(其代表了乙烯鏈中包含的多烯結(jié)構(gòu)中的雙鍵)，并通過(guò)使用預(yù)先準(zhǔn)備 的校準(zhǔn)曲線將測(cè)量值轉(zhuǎn)化為每1000個(gè)碳原子的不飽和度的數(shù)量，所述校準(zhǔn)曲線通過(guò)使用 模型化合物在13C核磁共振法中準(zhǔn)備。根據(jù)引入的多烯結(jié)構(gòu)而不同的多個(gè)峰的轉(zhuǎn)化值的總 和表明總多烯含量。表1.實(shí)施例1-8和比較實(shí)驗(yàn)A和B 從實(shí)施例1-8的結(jié)果可以看出-聚合期間添加的二烯量更高時(shí)共聚物中引入更高量的二烯，-共聚物中引入更高量的二烯時(shí)交聯(lián)密度(由溶脹比例計(jì)算)提高，-隨著共聚物中引入的二烯量的提高，磨損因子顯著降低(更低的磨損)。
權(quán)利要求
用于制造(超)高分子量聚乙烯((U)HMWPE)制品的方法，所述方法包含-使乙烯與具有3到100個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán)狀的多烯共聚合，得到乙烯與多烯的共聚物((U)HMWPE-P)，其中所使用的多烯的量使得(U)HMWPE-P中多烯分支的數(shù)量為每1000個(gè)碳原子平均0.01到15個(gè)；-在(U)HMWPE-P成型期間或之后交聯(lián)所述(U)HMWPE-P。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其包含以下步驟a)使乙烯與具有3到100個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán)狀的多烯共聚合，得到乙烯與多烯 的共聚物(下文稱(chēng)作(U)HMWPE-P)，其中所使用的多烯的量使得(U)HMWPE-P中多烯分支的 數(shù)量為每1000個(gè)碳原子平均0. 01到15個(gè)；b)使(U)HMWPE-P成型為包含(U)HMWPE-P的型坯或制品；c)通過(guò)Y輻射或電子束輻射使型坯或制品交聯(lián)，得到包含交聯(lián)的(U)HMWPE-P((U) HMWPE-P-X)的型坯或制品；d)任選地，將所述型坯機(jī)械加工成制品； 其中步驟c)和步驟d)可以任一順序進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其包含以下步驟a)使乙烯與具有3到100個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán)狀的多烯共聚合，得到乙烯與多烯 的共聚物(下文稱(chēng)作(U)HMWPE-P)，其中所使用的多烯的量使得(U)HMWPE-P中多烯分支的 數(shù)量為每1000個(gè)碳原子平均0. 01到15個(gè)；b)添加引發(fā)劑，優(yōu)選過(guò)氧化物，任選地添加活性助劑；c)使(U)HMWPE-P成型為包含交聯(lián)的(U)HMWPE-P((U)HMWPE-P-X)的型坯或制品；d)任選地，在通過(guò)Y輻射或電子束輻射應(yīng)用進(jìn)一步的交聯(lián)時(shí)，使用Y輻射或電子束輻 射交聯(lián)包含(U)HMWPE-P-X的型坯或制品，得到包含進(jìn)一步交聯(lián)的(U)HMWPE-P-X的型坯或 制品；e)任選地，如果步驟c)或d)得到型坯，將所述型坯機(jī)械加工成制品； 其中步驟d)和步驟e)可以任一順序進(jìn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，其中所述多烯是非共軛二烯類(lèi)烴化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中所述非共軛二烯類(lèi)烴化合物選自由以下化合物組成的 組1，3-丁二烯、1，3-戊二烯、1，4-戊二烯、2，4-己二烯、1，5-己二烯、1，6-庚二烯、1，7-辛 二烯、1，2-丙二烯、2，3- 二甲基-1，3- 丁二烯、2-甲基-1，3- 丁二烯、2-甲基-2，4-戊二烯、3-甲基-2，4-己二烯、2，5_二甲基-1，5-己二烯、4-甲基_1，4_己二烯、5-甲基_1，4_己 二烯、4-乙基-1，4-己二烯、4，5-二甲基-1，4-己二烯、4-甲基-1，4-庚二烯、4-乙基-1，4-庚二烯、5-甲基-1，4-庚二烯、4-乙基-1，4-辛二烯、5-甲基-1，4-辛二烯、4-正丙基-1， 4-癸二烯、角鯊烯和二乙烯基苯、乙烯基降冰片烯、亞乙基降冰片烯和二環(huán)戊二烯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，其中(U)HMWPE-P中多烯分支的數(shù)量為每1000 個(gè)碳原子平均0. 01到5個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，其中所述(U)HMWPE是具有8dl/g或更大特性粘 度的 UHMWPE。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中通過(guò)注射成型、擠出、壓縮成型、柱塞式擠 出、直接壓縮成型或熱等靜壓使所述(U)HMWPE-P成型。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的方法，其中使用γ輻照使包含(U)HMWPE-P的制品交聯(lián)。
10.能夠通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法獲得的包含(U)HMWPE-P-X的制品。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的制品，其中所述制品是人造醫(yī)學(xué)植入物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的制品，其中所述人造醫(yī)學(xué)植入物被用于髖關(guān)節(jié)成形術(shù)，例如在 全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)中用作髖白杯或襯里，用于膝置換術(shù)，例如在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中用作脛骨 墊片，用于肩置換術(shù)或脊柱應(yīng)用例如全椎間盤(pán)置換術(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的制品，其中所述人造醫(yī)學(xué)植入物是全關(guān)節(jié)置換。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)的制品在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中、尤其是在人造醫(yī)學(xué)植入物中、 更尤其是在全關(guān)節(jié)置換術(shù)中的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造超高分子量聚乙烯((U)HMWPE)制品的方法，所述方法包含-使乙烯與具有3到100個(gè)碳原子的線性、支化或環(huán)狀的多烯共聚合，得到乙烯與多烯的共聚物((U)HMWPE-P)，其中所使用的多烯的量使得(U)HMWPE-P中多烯分支的數(shù)量為每1000個(gè)碳原子平均0.01到15個(gè)；-在(U)HMWPE-P成型期間或之后交聯(lián)(U)HMWPE-P。
文檔編號(hào)C08F210/02GK101848947SQ200880115035
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者哈羅德·簡(jiǎn)·斯梅爾特, 簡(jiǎn)·斯托克, 羅伯特·翰德里克·凱薩琳娜·簡(jiǎn)瑟恩, 蒂莫西·詹姆士·基德, 費(fèi)利浦·費(fèi)瑞德瑞克斯 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司