DE60109112T2

DE60109112T2 - Multifilamentgarne und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60109112T2
Application number: DE60109112T
Authority: DE
Inventors: Attila Antal; Gaoyuan G. Chen; Dominick Egidio; Anthony Tiano; Edward Walker
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 2000-10-03
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: US20020077448A1; DE60109112D1; EP1205586B1; ATE290107T1; US6756000B2; EP1205586A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Multifilamentgarnen mit für eine Verwendung bei medizinischen Vorrichtungen geeigneten Eigenschaften, durch die Verfahren hergestellte Multifilamentgarne und aus derartigen Multifilamentgarnen hergestellte medizinische Vorrichtungen.
Hintergrund der Erfindung
Medizinische Vorrichtungen, die aus Multifilamentgarnen hergestellt sind, die durch Extrudieren von Polymeren, die relativ hohe Anteile an L-Lactiden, wie z.B. mehr als 80 Mol-Prozent, und relativ niedrige Anteile an Glycoliden, wie z.B. weniger als 20 Mol-Prozent, enthalten, hergestellt sind, behalten nach einem 6-monatigen in vivo Test einen Großteil ihrer ursprünglichen Festigkeit bei. Derartige Polymere weisen relativ niedrige Kristallierungsraten auf und es ist sehr schwierig unter Verwendung bekannter Technologien zur Herstellung derartiger Garne aus Polymeren hergestellte Multifilamentgarne auszubilden, die Dehnungseigenschaften besitzen, die für eine Verwendung bei der Herstellung medizinischer Vorrichtungen, wie z.B. von Nähten oder chirurgischen Netzen geeignet sind.
Herkömmliche Prozesse zur Herstellung von Multifilamentgarnen hoher Festigkeit umfassen normalerweise das Vorerwärmen extrudierter gesponnener Multifilamentgarne mittels eines bekannten Erwärmungsmittels, wie z.B. einer erhitzten Rolle, eines erwärmten Stifts oder dergleichen, das Ziehen des Multifilamentgarns in einem oder mehreren Ziehschritten und dann das unmittelbare Tempern des gezogenen Garns mit einer oder mehreren Temperrollen, um die gedehnten, d.h. gezogenen Molekülketten „festzusetzen" oder zu sperren. Sobald die gezogenen Garne getempert sind, werden sie gewöhnlich leicht entspannt, um die innere Restspannung und/oder das Schrumpfen zu reduzieren, bevor sie gekühlt und auf eine Spule gewickelt werden. Derartige Prozesse werden beispielsweise im U.S.-Patent Nr. 4,003,974 beschrieben.
Wenn derartige herkömmliche Prozesse zur Herstellung von aus Polymer gebildeten Multifilamentgarnen verwendet werden, die relativ hohe Anteile von L-Lactid, wie z.B. ungefähr 95 Mol-Prozent, aufweisen, wurde festgestellt, daß die zur Verwendung bei der Herstellung von medizinischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Nähten erforderliche Zähigkeit und Festigkeit nicht erreicht werden konnte. Wenn beispielsweise ein derartiges Multifilamentgarn mit einem herkömmlichen einstufigen Zugrahmen gezogen wurde, führte der Prozeß zu Fasern mit unerwünschten Dehnungseigenschaften, wie beispielsweise einer niedrigen Zugfestigkeit. Das übermäßige Ziehen der Fasern führte ebenfalls zur Ausbildung von in hohem Maße gebrochenen Multifilamenten und war daher nicht sehr wirkungsvoll bei der Verbesserung der Zugfestigkeit des Garns. Die mittlere Zuggarnfestigkeit von mit derartigen herkömmlichen Prozessen hergestellten Garnen erreichte kaum die minimale Anforderung von 5,6 g/d, die für eine Verwendung in absorbierbaren chirurgischen Nähprodukten erforderlich ist. Herkömmliche Prozeßsteuerungsverfahren, die zur Optimierung der Extrusionsbedingungen verwendet wurden, waren ebenfalls unzureichend, um beständig die für einen Gebrauch bei derartigen medizinischen Vorrichtungen erforderlichen Eigenschaften zu liefern.
Daher wäre es vorteilhaft, Prozesse bereitzustellen, bei welchen mehr als ein Ziehschritt zur Herstellung von Multifilamentgarnen verwendet wird, so daß die Garne für eine Verwendung bei medizinischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Nähten, zweckmäßige Eigenschaften aufweisen.
Abriß der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf Verfahren zur Herstellung von Multifilamentgarnen gerichtet, welche die Schritte eines Extrudierens und Spinnens von Multifilamenten aus einem Polymer, das zumindest 85 Mol-Prozent L-Lactid und nicht mehr als 15 Mol-Prozent Glycolid umfaßt, um ein gesponnenes Multifilamentgarn herzustellen, eines Hindurchführens des gesponnenen Multifilamentgarns durch eine auf eine Temperatur von weniger als 98°C erwärmte Orientierungsrolle und Ziehen des gesponnenen Multifilamentgarns auf ein Zugverhältnis von zumindest 4:1 zur Herstellung eines orientierten Multifilamentgarns, Tempern des orientierten Multifilamentgarns durch Führen des Multifilamentgarns über eine Temperrolle mit einer Minimaltemperatur, die höher ist als die der Orientierungsrolle, und einer Maximaltemperatur, mit der ein fertiges Multifilamentgarn mit einer Zähigkeit von zumindest 5,6 Gramm/Denier (g/d) erhalten werden kann; und Nachziehen des getemperten, orientierten Multifilamentgarns um zumindest 10% bei einer Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur der Temperrolle. Derartige Verfahren erlauben die Verwendung relativ einfacher Gerätschaften zur Herstellung derartiger Garne, während gleichzeitig eine Prozeßstabilität und eine hohe Produktausbeute gewährleistet werden. Gemäß den Prozessen der vorliegenden Erfindung hergestellte Multifilamentgarne besitzen verglichen mit durch herkömmliche Prozesse hergestellten Multifilamentgarnen eine beträchtlich höhere Festigkeit, eine höhere Bruchdehnung und Belastbarkeit. Derartige Multifilamentgarne sind als medizinische Vorrichtungen, wie z.B. Nähte, verwendbar.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Ansicht einer beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Vorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen einheitliche Produkteigenschaften, wie beispielsweise eine hohe Garnfestigkeit, langfristig absorbierbare Nähte, weniger Produktdefekte, eine höhere Produktausbeute und eine Vereinfachung der Prozesse unter Verwendung von zwei Ziehstufen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, daß bei den Garnherstellungsprozessen, die mehrere, wie beispielsweise zwei, Ziehschritte erfordern, ein herkömmlicher Einstufenzugrahmen verwendet werden kann, wodurch die zur Herstellung des Garns verwendeten Gerätschaften vereinfacht werden und der Kostenaufwand und die Produktionskosten reduziert werden.
Unter Bezugnahme auf 1 umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines hoch festen, absorbierbaren, biokampatiblen Multifilamentgarns die Schritte eines a) Extrudierens über einen (nicht gezeigten) Extruder von Multifilamenten aus einer bioabsorbierbaren Polymerschmelze, die zumindest 85 Mol-Prozent L-Lactid und nicht mehr als ungefähr 15 Mol-Prozent Glycolid, wie beispielsweise 95% L-Lactid und 5% Glycolid, umfaßt und eines Spinnens der Multifilamente zur Herstellung eines gesponnenen Multifilamentgarns 1, b) das Hindurchführen des gesponnenen Multifilamentgarns durch eine auf eine relativ niedrige Temperatur von z.B. 80-97°C erwärmte Orientierungsrolle 2 und Ziehen des gesponnenen Multifilamentgarns auf ein Zugverhältnis von zumindest 4:1 zur Herstellung eines orientierten Multifilament garns, c) das Tempern des orientierten Multifilamentgarns mittels der Temperrolle 3 bei einer Temperatur, die höher als die Orientierungstemperatur, d) das Nachziehen der getemperten Filamente um zumindest 10% mittels der Abwickelrolle 4, die auf Umgebungstemperatur oder auf einer beträchtlich tieferen Temperatur als der Temper-Temperatur gehalten wird und f) Aufwickeln des Garns mit einer Aufnahmevorrichtung (nicht gezeigt).
Die minimale Temperatur der Temperrolle muß größer sein als die der Orientierungsrolle. Vorzugsweise liegt die minimale Temperatur der Temperrolle zwischen ungefähr 135°C und 140°C. Die Maximaltemperatur der Temperrolle muß die Wirkung haben, ein endbearbeitetes Multifilamentgarn mit einer Zähigkeit von zumindest 5,6 g/d zu liefern. Mit dem Ausdruck endbearbeitetes Multifilamentgarn ist das mittels des erfinderischen Verfahrens hergestellte Garn gemeint. Der Fachmann wäre in Kenntnis des Nutzens dieser Offenbarung ohne weiteres dazu in der Lage, die zur Bereitstellung eines endbearbeiteten Multifilamentgarns mit der erforderlichen Zähigkeit erforderliche Temperatur der Temperrolle festzulegen. Beispielsweise kann die maximale Tempertemperatur und das Verhältnis zwischen den Temperaturen der Orientierungsrolle und der Temperrolle, die zur Gewährleistung eines fertig gestellten Multifilamentgarns mit einer Zähigkeit von zumindest 5,6 g/d erforderlich sind, abhängig von der Zusammensetzung des Polymers variieren. Vorzugsweise liegt die Maximaltemperatur der Temperrolle bei ungefähr 150°C, bevorzugter bei weniger als 149°C und noch weiter bevorzugt bei weniger als 148°C.
Das erfindungsgemäße Verfahren liefert ein bioabsorbierbares und biokompatibles Multifilamentgarn mit einer Kombination von Eigenschaften umfassend eine a) Zugzähigkeit von zumindest 5,6 g/d, b) eine Bruchdehnung von zumindest ungefähr 22% und c) eine Festigkeitsretention von zumindest ungefähr 50%, wie mittels in vivo Tests nach 6 Monaten in der Form einer Naht oder ähnlichen Vorrichtung gezeigt wurde.
Bevorzugte Polymere zur Verwendung bei der Herstellung von Multifilamentgarn mittels der erfindungsgemäßen Verfahren sind in einem der U.S.-Patente 6,045,571, 5,133,739, 4,700,704 oder 4,605,730 beschrieben. Besonders bevorzugte Polymere umfassen ungefähr 95 Mol-Prozent L-Lactid und ungefähr 5 Mol-Prozent Glycolid.
Beispiele:
In einer Reihe von Tests wurden Multifilamentgarne aus einem 95/5 Mol-Prozent L-Lactid-/Glycolidcopolymer gemäß den in der Tabelle 1 dargelegten Bedingungen hergestellt. Wie darin gezeigt ist, variierten die Orientierungstemperaturen zwischen 80°C und 100°C, während die Tempertemperaturen zwischen 38°C und 148°C variierten. Die mittlere Zähigkeit und Bruchdehnung (n = Anzahl der Proben) wurde bestimmt und ist in Tabelle 1 dargelegt.
In einem Vergleichsbeispiel wurde ein 95/5 Mol-Prozent L-Lactid-/Glycolidcopolymer extrudiert und auf ein Zugverhältnis von 5:1 mit einer auf 98°C eingestellten Orientierungsrolle gezogen. Die gezogenen Filamente wurden bei einer konstanten Länge (kein Nachziehen, kein Entspannen) zur Abwickelrolle geführt, bevor sie auf eine Spule gewickelt wurden. Die erhaltene Faser wies eine Zähigkeit von 4,8 g/d auf.
Ein weiteres Vergleichsbeispiel wurde unter ähnlichen Bedingungen, wie beim vorherigen Beispiel unternommen, wobei die extrudierten Filamente zuerst auf ein Zugverhältnis von 6,5:1 gezogen wurden (bei einer auf 98°C eingestellten Orientierungsrolle) und dann um 2% nach dem Tempern entspannt wurden. Aufgrund eines übermäßigen Brechens der Filamente konnten keine Garnproben hergestellt werden.
Tabelle 1. Fasereigenschaften unter verschiedenen Orientierungs- und Temperbedingungen

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Multifilamentgarns, umfassend die Schritte: Extrudieren von Multifilamenten aus einem Polymer, das zumindest 85 Mol-Prozent L-Lactid und nicht mehr als 15 Mol-Prozent Glycolid umfaßt, und Spinnen der Multifilamente zur Herstellung eines gesponnenen Multifilamentgarns; Hindurchführen des gesponnenen Multifilamentgarns durch eine auf eine Temperatur von weniger als 98° C erwärmte Orientierungsrolle und Ziehen des gesponnenen Multifilamentgarns auf ein Zugverhältnis von zumindest 4:1 zur Herstellung eines orientierten Multifilamentgarns; Tempern des orientierten Multifilamentgarns durch Führen des orientierten Multifilamentgarns über eine Temperrolle mit einer Minimaltemperatur, die höher ist als die der Orientierungsrolle, und einer Maximaltemperatur, mit der ein fertiges Multifilamentgarn mit einer Zähigkeit von zumindest 5,6 g/d erhalten werden kann; und Nachziehen des getemperten, orientierten Multifilamentgarns um zumindest 10 % bei einer Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur der Temperrolle.
Verfahren nach Einspruch 1, wobei das Polymer mehr als ungefähr 90 Mol-Prozent L-Lactid und weniger als ungefähr 10 Mol-Prozent Glycolid aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polymer ungefähr 95 Mol-Prozent L-Lactid und ungefähr 5 Mol-Prozent Glycolid aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Temperatur der Orientierungsrolle zwischen 80° C und 97° C liegt und vorzugsweise bei ungefähr 95° C.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Temperatur der Temperrolle zwischen 135° C und 145° C liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Schritt des Nachziehens bei Umgebungstemperatur durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das ausgehärtete, orientierte Multifilamentgarn zwischen 10 und 30 %, vorzugsweise zwischen 15 und 25 % nachgezogen wird.
Medizinische Vorrichtung, die aus einem mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellten Multifilamentgarn hergestellt ist.
Medizinische Vorrichtung nach Anspruch 8, die eine Naht oder ein Netz aufweist.