DE60128723T2

DE60128723T2 - Verfahren zur herstellung von bio-resorbierbaren implantaten

Info

Publication number: DE60128723T2
Application number: DE60128723T
Authority: DE
Inventors: Deger East Brunswick Tunc
Original assignee: Howmedica Osteonics Corp
Current assignee: Howmedica Osteonics Corp
Priority date: 2001-01-05
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2008-01-24
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: US20040173934A1; JP2004517758A; EP1347872A4; US7468152B2; CA2401193C; US6719935B2; CA2401193A1; EP1347872B1; DE60128723D1; WO2002058912A1; US20020125595A1; EP1347872A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung eines thermoplastischen Polymer-Extrudats mit einem vorbestimmten Querschnitt, wie bioresorbierbarer Stäbe, Stifte, Schrauben, die aus resorbierbarem Polymermaterial, wie Polylactiden und Polyglycoliden, hergestellt sind. Spezieller betrifft sie ein kontinuierliches Verfahren zur Bildung eines Stabs, Streifens, Bands oder Blocks, wobei der kontinuierliche Stab, Streifen, das kontinuierliche Band oder der kontinuierliche Block in Segmente geschnitten wird, so dass daraus resorbierbare Netze, Platten, Stifte, medulläre Stäbe und Schrauben hergestellt werden können.
Es sind verschiedene Verfahren zur Bildung bioresorbierbarer oder bioabsorbierbarer thermoplastischer Stäbe, Stifte, Schrauben und Platten zur Verwendung in der Orthopädie vorgeschlagen worden. Diese Verfahren sind entweder "Chargen"- oder "kontinuierliche" Verfahren. Ein Chargenverfahren wird an vorgebildeten Formkörpern durchgeführt, wohingegen ein kontinuierliches Verfahren Streifen, Bänder, Stangen oder Stäbe auf kontinuierliche Weise herstellt. Kontinuierliche Verfahren wurden zuerst zur Herstellung von resorbierbaren Nahtmaterialien verwendet. Derartige Verfahren, wie Schmelzverarbeitung oder Spinnen, werden in den U.S. Patenten 3,636,956 und 3,797,499 gelehrt. Ein Schmelzverfahren besteht aus einem Schmelzen des Materials in einem Extruder und Extrudieren desselben als Filament und dann Recken des Filaments zur Orientierung der Polymerketten. Schmelzspinnen ist ein Ausdruck in der Technik, der dieses Verfahren beschreibt, bei dem absorbierbare Nahtmaterialien aus Copolymeren von L-Lactid und/oder Glycolid kontinuierlich unter Bildung von Nahtmaterialfilamenten extrudiert werden, welche dann bei Temperaturen zwischen 50°C und 140°C mit Ziehverhältnissen bis zu 11 gezogen und dann getempert werden.
Die U.S. Patente 3,463,158 und 3,739,773 betreffen ebenfalls kontinuierliche Verfahren zur Bildung von absorbierbaren Implantaten aus Polyglycolsäure. Wie in den U.S. Patenten 3,636,956 und 3,797,499 wird ein Schmelzspinnverfahren verwendet, um Filamente zu bilden, die dann bei etwa 55°C auf das Fünffache ihrer ursprünglichen Länge gereckt werden. Die Durchmesser dieser Filamente können zur Bildung von selbsttragenden Elementen oder Stäben leicht erhöht werden.
Ein kontinuierliches Verfahren zur Bildung von Stäben ist auch in der europäischen Patentanmeldung EP 0 321 176 A2 gezeigt. Diese Patentanmeldung betrifft ein kontinuierliches Verfahren und ein Polymilchsäure-Stab wird, wie in 4 derselben gezeigt, kontinuierlich extrudiert und abgekühlt und dann bei einer Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur gezogen, wobei die Spannung auf dem Polymerstab während des Abkühlens beibehalten wird.
Verschiedene Patente betreffen ein Chargenverfahren, in dem ein Stab oder eine Stange durch Formen, wie Spritzguss, gebildet und dann später gezogen wird, um die Polymerketten zu orientieren und den Gegenstand fester zu machen. Ein derartiges Verfahren ist in Ikada et al., Patent 4,898,186 offenbart, in dem ein Poly-L-lactid-Formkörper in einer Form gebildet wird und dann bei einer Temperatur von 70°C bis etwa 120°C axial auf das 2- bis 10-fache gezogen wird. Ikada et al., U.S. Patent 5,227,412 betrifft ebenfalls ein Chargenverfahren, in dem Formkörper nach der Formung orientiert werden. Ein ähnliches Verfahren wird in Tormala et al., U.S. Patent 4,968,317 gelehrt, in dem Poly-L-lactid-Stäbe durch Spritzguss hergestellt und dann bei Temperaturen bis zu 40° unterhalb des Schmelzpunkts des Polymers mit einem Ziehverhältnis von 7 gezogen werden. Alle Verfahren, die von den Chargenverfahren-Patenten gelehrt werden, leiden an geringen Produktionsraten, da jeder geformte Stab einzeln erwärmt und dann gezogen wird, um die Molekülketten zu orientieren.
Es wurde gefunden, dass das kontinuierliche Verfahren zur Bildung von bioabsorbierbaren Stäben, Streifen oder Bändern schwierig durchzuführen war, obwohl es produktiver als das Formungsverfahren ist, da der Querschnitt der Extrusion schwierig zu steuern war. Dies ist ein Ergebnis des Extrusionsverfahrens, in dem Polymer-Granulat aus einem Trichter in einen Extruder eingespeist wird, wo es erwärmt und geschmolzen und dann gewöhnlich durch eine Schnecke extrudiert wird. Aus verschiedenen Gründen ist die Fließgeschwindigkeit vom Trichter in den Schmelzbereich des Extruders und dann in die Schnecke, die das Material extrudiert, nicht konstant, einschließlich deshalb, weil das Materialgewicht in dem Trichter variiert, wenn Material daraus entnommen wird. Dies hat ein Extrudat mit einem ungleichförmigen aus dem Extruder austretenden Querschnitt zur Folge, und wenn eine Düse verwendet wird, um das Extrudat zu formen, hat dies wieder ein Extrudat zur Folge, welches die Düse mit einem ungleichförmigen Querschnitt verlässt.
Da das Extrudat beim Strecken und Orientieren unter eine hohe Spannung gesetzt wird, hat, wie nachstehend erörtert, jegliche Ungleichförmigkeit des Querschnitts Bereiche mit hoher Spannung innerhalb des extrudierten Stabs oder Streifens zur Folge, was das Brechen des Stabs oder Streifens zur Folge haben kann. Wenn das Streifen- oder Stabextrudat bricht, muss das gesamte Verfahren angehalten werden und viele Fuß teures Extrudat und Zeit werden verschwendet und diese müssen aus der Verfahrenslinie entfernt werden.
Dieses Problem wird gelöst, indem man eine Dosierpumpe nach dem Extruder, aber vor dem Düsenbereich anordnet. Die Dosierpumpe weist Druckwandler auf, die so eingestellt sind, dass der Druck an die Pumpe und am Düsenbereich bei einem konstanten vorbestimmten Druck aufrechterhalten wird. Durch Steuern der Geschwindigkeit der Extruderschnecke tritt ausreichend Material aus dem Extruder in die Dosierpumpe und in die Düse ein. Laser-Mikromessgeräte hinter der Düse werden verwendet, um zu bestätigen, dass der Querschnitt konstant ist. Die Dosierpumpe steuert die Geschwindigkeit des Extruders, um voreingestellte Drücke am Pumpeneingang aufrechtzuerhalten. Die Drücke werden durch Druckwandler aufrechterhalten, welche elektrische Signale zur Steuerungseinheit der Pumpe senden, welche wiederum die Geschwindigkeit des Extruders steuert. Die Laser-Mikromessgeräte können auch in einer Rückkoppelungsschleife angeordnet werden, um die Konstanz des Stab- oder Plattenquerschnitts zu steuern.
Das U.S. Patent 5,997,568 offenbart ein Verfahren zur Bildung eines thermoplastischen Polymer-Extrudats mit einem vorbestimmten Querschnitt, umfassend das Extrudieren des Extrudats bei einer Temperatur oberhalb seines Schmelzpunkts mit einer gesteuerten Geschwindigkeit aus einem Extruder und das Bilden des Querschnitts, das Abkühlen des Extrudats, indem man das Extrudat zur Abkühlung des Kerns des Querschnitts auf unter die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers durch ein Kühlbad leitet, das Leiten des Extrudats durch eine erste Ziehvorrichtung, die mit einer gesteuerten Geschwindigkeit angetrieben wird, das Leiten des Extrudats durch eine zweite Ziehvorrichtung, die mit einer höheren Geschwindigkeit als die erste Ziehvorrichtung angetrieben wird, um das Extrudat zwischen der ersten und zweiten Ziehvorrichtung in Spannung zu halten, das Erwärmen des Extrudats zwischen der ersten und zweiten Ziehvorrichtung. Nach der zweiten Ziehvorrichtung wird das Extrudat dann auf eine Aufnahmerolle aufgewickelt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein kontinuierliches Verfahren zur Bildung von bioresorbierbaren Platten, Stäben oder Stangen mit einem konstanten Querschnitt und hoher Festigkeit bereitzustellen, welche ihre Festigkeit über eine ausreichende Zeit nach der Implantation für die beabsichtigte Verwendung beibehalten.
Es ist auch ein Ziel der Erfindung, ein kontinuierliches Extrusionsverfahren zur Bildung von orientierten thermoplastischen Extrudaten mit konstantem Querschnitt bereitzustellen, welche in Segmente geschnitten werden können, die dann spanabhebend zu Schrauben, Stiften und Platten zur Verwendung als resorbierbare orthopädische Implantatvorrichtungen verarbeitet werden.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein kontinuierliches Verfahren zur Bildung von thermoplastischen Extrudaten bereitzustellen, wobei das Extrudat Polymerketten aufweisen kann, die durch Strecken in einem kontinuierlichen Verfahren orientiert werden.
Es ist noch ein zusätzliches Ziel, ein Verfahren zur kontinuierlichen Bildung von bioabsorbierbaren Stäben, Streifen, Bändern oder Stangen aus einem neuen Terpolymer von L-Lactid, D-Lactid und Glycolid bereitzustellen.
Diese und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch ein Verfahren zur Bildung eines Extrudats, wie eines Stabs oder Streifens, aus bioabsorbierbarem Polymermaterial gemäß Anspruch 1 erreicht. Weitere Ausführungsformen sind der Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Das Verfahren umfasst das kontinuierliche Extrudieren von thermoplastischem Material bei einer Temperatur über dessen Schmelzpunkt (normalerweise zwischen 125°C und 250°C), um kontinuierliche Stäbe, Streifen, Bänder oder Stangen mit einem eng gesteuerten Querschnitt zu bilden. Bei Polylactid beträgt diese Temperatur bevorzugt zwischen 180°C und 200°C. Die Extrusion findet mit einer Geschwindigkeit von zwischen 12,2 und 610 cm pro Minute (4 und 20 Fuß pro Minute) statt. Wenn es extrudiert ist, tritt das Extrudat in eine Dosierpumpe ein, welche die Materialmenge, die in eine Düse eintritt, welche das Extrudat formt, genau steuert. Die Düse verringert den Querschnitt auf eine gewünschte Form und verfestigt das Material. Das Extrudat wird dann um seine äußere Oberfläche herum zur Bildung einer Haut z.B. durch Blasen von Luft entlang dem Umfang herum um seine äußere Haut herum abgekühlt. Das Extrudat wird dann durch das Kühlbad geleitet, um eine Nukleierung zu bewirken. Das Kühlbad weist eine Temperatur zwischen 10°C und 50°C auf und kann aus Wasser oder einer anderen Flüssigkeit zusammengesetzt sein, welche nicht mit dem verwendeten Polymermaterial reagiert.
Das Extrudat wird dann durch eine erste Ziehvorrichtung hinter der Düse geleitet, wobei die erste Ziehvorrichtung mit etwa derselben Geschwindigkeit wie der Extruder läuft. Das kontinuierliche Extrudat kommt dann in Eingriff mit einer zweiten Ziehvorrichtung, die sich schneller bewegt als die erste Ziehvorrichtung, so dass das kontinuierliche Extrudat unter Spannung gesetzt wird. Zwischen der ersten und zweiten Ziehvorrichtung wird das kontinuierliche Extrudat in einem Orientierungsbad oder -ofen auf eine Temperatur über seiner Glasübergangstemperatur, aber unter seinem Schmelzpunkt erwärmt, welcher abhängig vom Polymer zwischen etwa 55°C und etwa 200°C und bevorzugt zwischen etwa 70°C und etwa 200°C und bevorzugter zwischen etwa 70°C und 100°C liegt. Der Schmelzpunkt von Polylactid beträgt etwa 200°C, aber der Schmelzpunkt des neuen Terpolymers beträgt etwa 140°C. Während der Orientierung wird die Temperatur über der Glasübergangstemperatur und vorzugsweise gut unterhalb der Schmelztemperatur gehalten. Das Bad ist bevorzugt mit siedendem Wasser bei 100°C gefüllt oder es ist ein Luftofen, wie ein Infrarotofen. Das Polymer wird durch Dehnung orientiert, während es zum Strecken und Ziehen des Extrudats zwischen der ersten und zweiten Ziehvorrichtung bei einem Dehnungsverhältnis zwischen 2:1 und 12:1 erwärmt wird. Nachdem das Extrudat gedehnt ist, wird das kontinuierliche Extrudat dann bei einer Temperatur zwischen etwa 65°C und etwa 110°C und bevorzugt zwischen 70°C und 100°C getempert, entweder am Ende desselben Bads oder Ofens, in dem es für die Orientierung erwärmt wird, oder in einem getrennten Heizbad oder -ofen. Die Spannung des Extrudats wird während des Temperns durch Anordnen der zweiten Ziehvorrichtung hinter der Temperstation aufrechterhalten. Wenn das kontinuierliche Extrudat hinter der zweite Ziehvorrichtung austritt, wird die Spannung vollständig aufgehoben, bevor das Extrudat auf Umgebungstemperatur von etwa 25°C abkühlt. Das Extrudat wird dann für eine weitere Verarbeitung, wie zu Schrauben oder Stiften, kontinuierlich in Abschnitte von vorbestimmter Länge geschnitten.
Vor dem Extrudieren des thermoplastischen Ausgangsmaterials, bei dem es sich um Polyester, Tyrosin-Derivate, Polydioxanon, Trimethylcarbonat und alpha-Hydroxypolyester, wie L-Lactid, D-Lactid, Copolymere von Lactid (D-Lactid, L-Lactid oder D/L-Lactid) und Glycolid oder ein Terpolymer von L-Lactid, D-Lactid und Glycolid oder Poly-4-hydroxyalkanoate handeln kann, werden eines oder mehrere dieser Materialien in granulärer Form unter einer Inertatmosphäre, wie einer Stickstoff-, Helium- oder Argonatmosphäre, in einen Trichter gegeben. Geeignete Lactide sind in den U.S. Patenten 4,539,981 und 4,550,449 der Anmelderin offenbart. Ein neues Terpolymer von L-Lactid, D-Lactid und Glycolid ist in der mitanhängigen Anmeldung Serial Number 09/263,268, eingereicht am 5. März 1999, offenbart. Andere Polymere sind alpha-Hydroxy-alpha-ethylbuttersäure; alpha-Hydroxy-beta-methylvaleriansäure; alpha-Hydroxyessigsäure; alpha-Hydroxybuttersäure; alpha-Hydroxycapronsäure; alpha-Hydroxydecansäure; alpha-Hydroxyheptansäure; alpha-Hydroxyisobuttersäure; alpha-Hydroxyisocapronsäure; alpha-Hydroxyisovaleriansäure; alpha-Hydroxymyristinsäure; alpha-Hydroxyoctansäure; alpha-Hydroxystearinsäure; alpha-Hydroxyvaleriansäure; beta-Butyrolacton; beta-Propiolactid; gamma-Butyrolacton; Pivalolaceton; oder Tetramethylglycolid oder deren Kombinationen.
Bei der Orientierung wird das Erwärmen des kontinuierlichen Extrudats in einem Ofen durchgeführt, der entweder erwärmte Luft oder erwärmtes Wasser bei einer Temperatur von etwa 100°C enthält. Nach Orientierung durch Strecken lässt man das Extrudat über eine vorbestimmte Zeit an Luft oder in einem Wasserbad bei einer Temperatur zwischen etwa 65°C bis etwa 100°C und bevorzugt näher bei 90°C tempern. Das Tempern kann in demselben Ofen oder Bad wie die Dehnung stattfinden, da die Dehnung im ersten Teil (den ersten 30,5 cm oder 12 Inch) des Orientierungsofens, abhängig von den Verfahrensparametern, stattfinden kann. Die Gesamtdehnung in den ersten Inch des Bads hat eine längere Temperzeit zur Folge, hat aber eine weniger gleichförmige Dehnung von der Oberfläche zum Kern zum Ergebnis, wohingegen eine Dehnung über mehrere Fuß eine gleichförmigere Dehnung im ganzen Querschnitt des Extrudats zum Ergebnis hat.
Das Verfahren findet in einer kontinuierlichen Produktionslinie statt, wobei das kontinuierliche Extrudat, wenn das Verfahren fortschreitet, bis zum Schneiden der Segmente desselben durch eine Schneidvorrichtung, die nach der zweiten Ziehvorrichtung angeordnet ist, horizontal in einer einzigen Ebene getragen wird. Da die Erwärmungs- und Abkühlzeiten der kontinuierlichen Extrusion von deren Querschnittsform abhängen, müssen gewisse minimale Zeiten in jeder Verfahrensstufe beachtet werden, damit der Kern des Querschnitts die erforderliche Temperatur erreicht. Die vereinigte Zeit für das gesamte Verfahren, gekoppelt mit einer Verfahrensgeschwindigkeit von zwischen 12,2 und 61 cm pro Minute (0,4 und 2 Fuß pro Minute) erfordert eine Produktionslinie von etwa 15,2 m (50 Fuß) oder sogar mehr.
Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der begleitenden Zeichnungen offensichtlich. Es versteht sich, dass die Zeichnungen nur für die Zwecke der Erläuterung zu verwenden sind und nicht als Definition der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, welches das Verfahren der Erfindung erläutert.
2 ist eine Querschnittsansicht der Düse mit drei Abschnitten, die verwendet wird, um das Extrudat der vorliegenden Erfindung zu bilden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1 ist eine Ausführungsform des Produktionsverfahrens der vorliegenden Erfindung gezeigt, welches einen Extrudierschritt einschließt, in dem ein resorbierbares thermoplastisches Polymer, wie Polylactid, Polyglycolid, Copolymere von Polylactid und Polyglycolid und ein Terpolymer von L-Polylactid, D-Polylactid und Glycolid, in granulärer oder pelletierter Form aus einem Trichter 8 in einen Extruder 10 eingespeist werden. Der Extruder 10 ist ein 1,5 Inch-Olympus-Extruder. Der Ausstoßdurchmesser dieses Extruders beträgt 1,5 Inch, aber größere oder kleinere Extruder könnten verwendet werden, abhängig vom gewünschten End-Querschnitt. Der Trichter und der Extruder sind mit einem Inertgas, wie Stickstoff, Argon oder Helium, gefüllt, um zu verhindern, dass Sauerstoff und Wasserdampf mit dem geschmolzenen Polymer in Kontakt treten. Es findet eine Materialzersetzung statt, wenn der Thermoplast mit Sauerstoff oder Feuchtigkeit in Kontakt kommt, während er geschmolzen ist. Der Extruder wird auf eine Temperatur von etwas mehr als dem Schmelzpunkt des Polymers erwärmt, welcher abhängig vom Polymer gewöhnlich zwischen etwa 125°C und etwa 250°C liegt. Der Extruder 10 extrudiert kontinuierlich ein Extrudat 12 mit irgendeiner gewünschten Querschnittsform, jedoch ist in der bevorzugten Ausführungsform das Extrudat nach Austritt aus dem Extruder 10 ein Stab mit einem nominellen Durchmesser von 38,1 mm (1,5 Inch). Der bevorzugte Extruder ist in der Lage, einen Ausstoß an Thermoplast von mindestens 193,05 Bar (2800 psi) Druck zu entwickeln.
Nach Austritt aus dem Extruder 10 tritt das Extrudat 12 in eine Dosierpumpe 14 ein, die Druckwandler einschließt, um den Druck am stromaufseitigen Pumpeneingang bei einem vorbestimmten Wert aufrechtzuerhalten. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt dieser Wert 193,05 Bar (2800 psi). Eine derartige Dosierpumpe ist wohlbekannt und kann von Zenith Division der Parker Hannifin Corporation in Sanford, North Carolina, als Modell PEP-II mit einem Ausstoß von 3 cm³ pro Umdrehung erworben werden. Die Dosierpumpe 14 ist erforderlich, um die Querschnittsform der Extrusion konstant machen zu können. Wenn die Querschnittsform nicht konstant gehalten wird, kann, wie es nachstehend in größerer Einzelheit erklärt wird, das Extrudat brechen, wenn es unter Spannung gesetzt wird. Die Dosierpumpe 14 verwendet Druckwandler, um den Druck bei der Zufuhr zur Pumpe und beim Ausstoß zur Düse hin zu erfassen und den Pumpen-Zufuhrdruck durch ein Rückkoppelungs-Steuerungssystem, welches die Geschwindigkeit eines Extrusionsantriebsmotors mit variabler Geschwindigkeit steuert (nicht gezeigt), bei den bevorzugten 193,05 Bar (2800 psi) aufrechtzuerhalten. Demgemäß beschleunigt das Rückkoppelungs-Steuerungssystem die Drehung der Extruderschneckenantreibswelle, wenn der Druck abzufallen beginnt, so dass zusätzliches geschmolzenes Material aus dem Extruder in die Pumpe eintritt, wodurch der gewünschte Druck aufrechterhalten wird. Ohne ein derartiges System ist es wegen der Materialfließfähigkeit und der variierenden Materialmengen im Trichter 8 unmöglich, den Ausstoß des Extruders 10 konstant zu halten.
Die Dosierpumpe 14 ist mit einer Düse 16 verbunden. Die Düse 16 ist auf der Einlassseite bevorzugt konisch und so geformt, dass jegliche Verringerung der Querschnittsform des geschmolzenen thermoplastischen Materials allmählich vorgenommen wird. Die Düse 16 weist einen Einlass 17 und einen kleineren Auslass 18 auf, wobei der Einlass- und Auslassdurchmesser 17' bzw. 17'' in der bevorzugten Ausführungsform 38,1 mm (1,5 Inch) bzw. 30,5 mm (1,2 Inch) betragen. In der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der konische Abschnitt der Düse vom Einlassdurchmesser 17' zum Auslassdurchmesser 17'' entlang etwa einem Drittel der Länge der Düse, wobei sich der konstante Auslassdurchmesser 17' über etwa zwei Drittel der Länge der Düse erstreckt. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur des thermoplastischen Materials vom Ausgang des Extruders 10 bis zum Auslass 18 der Düse 16 dadurch gesteuert, dass alle Komponenten zwischen dem Ausgang des Extruders und dem Ausgang 18 der Düse 16 so erwärmt werden, dass das thermoplastische Material bei einer Temperatur über seinem Schmelzpunkt, bevorzugt zwischen 180°C und 195°C, gehalten wird. Falls gewünscht, kann die Düse 16 aus drei oder mehr Zonen, als A, B und C in 2 gezeigt, zusammengesetzt sein, wobei die Zonen auf verschiedene Temperaturen erwärmt werden und die Temperatur allmählich erniedrigt wird, wenn das thermoplastische Extrudat vom Eingang 17 zum Ausgang 18 der Düse tritt. Zum Beispiel können die Zonen die Temperatur in 5°-Schritten von 195°C bis 180°C erniedrigen, oder sie können alle bei 180°C aufrechterhalten werden. Der Extruder, die Dosierpumpe und die Düse erstrecken sich über eine Länge von etwa 8 bis 10 Fuß.
Nach Verlassen des Ausgangs 18 der Düse 16 kann das bevorzugte Extrudat oder der bevorzugte Stab 12 in seinem halbflüssigen Zustand vorgezogen werden, indem eine erste Ziehvorrichtung 28 mit leicht höherer Geschwindigkeit als die Geschwindigkeit der Materialbewegung durch die Düse 16 betrieben wird. So kann der halbflüssige Stab vom Ausstoßdurchmesser von 30,5 mm durch eine Kombination von Kühlen, Schwerkraft und Ziehen leicht auf 17,5 mm verringert werden, bevor er in den nachstehend erörterten Luftkühler 22 eintritt. Da die Extrudattemperatur über dem Schmelzpunkt des Polymers liegt, erzeugt die Polymerdehnung keinerlei Orientierung der Polymerketten.
Nachdem es aus der Düse 16 ausgetreten und zu einem kleineren Durchmesser als dem Durchmesser des Ausgangs 17'' gezogen worden ist, tritt das Extrudat 12 in eine Luftwischzone 20 ein, in der Luft bei Raumtemperatur um die äußere Oberfläche des Extrudats herum zirkuliert wird, wodurch die äußere Oberfläche abgekühlt und eine Haut um die Außenseite des Polymers herum gebildet wird. Diese Zone erstreckt sich über etwa 15,2 bis 30,5 cm (6 bis 12 Inch) und kann eine Kombination von zwei Luftwischungen, jede mit einer Breite von 7,6 bis 15,2 cm (3 bis 6 Inch), sein. Luftwischer sind auf dem Gebiet der Polymerextrusion wohlbekannt und umgeben die äußere Oberfläche des Querschnitts des extrudierten Polymers, wobei sie Luft darum herum bewegen, damit der Extrudatumfang gleichförmig abgekühlt wird. Wenn die äußere Oberfläche nicht gleichförmig abgekühlt wird, biegt sich das Extrudat entlang seiner Länge.
Nach Austritt aus der Luftwischzone 20 tritt das Extrudat 12 in einen Luftkühler 22 ein, der das Extrudat 12 weiter in Luft bei Raumtemperatur abkühlen lässt. Die Länge des Luftkühlers 22 beträgt bevorzugt zwischen etwa 4 und 5 Fuß und ermöglicht, dass die äußere Oberfläche des Stabs auf Raumtemperatur abkühlt.
Im bevorzugten Verfahren verlässt das Extrudat 12 den Luftkühler 22 und tritt sofort in das Nukleierungs-Wasserbad 24 ein, das bei einer Temperatur zwischen 10°C und 50°C, bevorzugt bei 20°C gehalten wird. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge des kalten Wasserbads 24 für einen Stab mit einem Durchmesser von 17,5 mm zwischen 4 und 6 Fuß und seine Temperatur liegt bei 20°C.
Rollen 25 werden in dem kalten Wasserbad verwendet, um das Extrudat 12 unter Wasser zu halten. Demgemäß sind, wie in 1 gezeigt, die Rollen über dem Extrudat 12 angeordnet. Die Verfestigung des thermoplastischen Extrudats 12 liefert eine ausreichende Tragfähigkeit, um das Extrudat horizontal zu halten. Ein ähnliches System, bei dem Rollen 25 über dem Extrudat 12 angeordnet sind, wird in den Heißwasser-Orientierungs/Temperbad 34, 36 verwendet, wie nachstehend erörtert. Das kalte Wasserbad 24 bewirkt eine Nukleierung (d.h. die Bildung von kleinen Kristallen im Körper des Extrudats).
Nach Austritt aus dem kalten Wasserbad 24 tritt das Extrudat 12 in eine Laser-Mikromessvorrichtung 26 ein, welche die Querschnittsform des Extrudats 12 genau misst, um zu bestimmen, ob sie innerhalb der vorbestimmten Abmessungen liegt, d.h. innerhalb von 1 % bis 10 % der nominellen 17,5 mm in der bevorzugten Ausführungsform. Nachdem das Extrudat 12 das kalte Wasserbad 24 verlassen hat, befindet sich der Kern bei etwa Raumtemperatur. In einer Ausführungsform des Verfahrens kann die Ausgabe aus der Laser-Mikromessvorrichtung vom Rückkoppelungs-Steuerungssystem verwendet werden, welches ein kommerziell erhältliches Mikroprozessor-Steuerungssystem verwendet, das an die Dosierpumpe angeschlossen ist, um die Stabform zu erfassen und den Druck zu variieren, mit dem das Extrudat von der Pumpe in die Düsenstufe eingespeist wird. Dies wird vorgenommen, indem man die Geschwindigkeit des Extrudermotors mit variabler Geschwindigkeit steuert, welcher selbst auch durch den Steuerungsmechanismus der Pumpe gesteuert wird. Die Laser-Mikromessvorrichtung kann auch verwendet werden, um die Geschwindigkeit der Ziehvorrichtung 28 zu steuern, welche variiert werden kann, um kleine Anpassungen des Ziehverhältnisses des Ziehens, das unmittelbar nach der Düse 16 stattfindet, und so des Durchmessers des Extrudats vorzunehmen. Dieses Rückkoppelungssystem ist in der Lage, den Querschnitt innerhalb von 10 % oder weniger und bevorzugt innerhalb 1 % des nominellen konstant zu steuern. Der Mikroprozessor steuert die Stromstärke zum Motor so, dass die 193,5 Bar (2800 psi) innerhalb von ±0,69 Bar (10 psi) aufrechterhalten werden.
Nach Austritt aus der Laser-Mikromessvorrichtung 26 tritt das Extrudat in die erste Ziehvorrichtung 28 ein, die von ausreichender Länge ist, um genügend Kraft auf das Extrudat 12 auszuüben, damit es der Spannung standhält, die von einer zweiten Ziehvorrichtung 30 entwickelt wird, welche nach der ersten Ziehvorrichtung 28 angeordnet ist, wobei die zweite Ziehvorrichtung 30 bei höherer Geschwindigkeit als die erste Ziehvorrichtung 28 betrieben wird. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge der ersten Ziehvorrichtung 28 etwa 3 Fuß, wobei sich sechs Paar gegenüberliegende Rollen 29 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit drehen. Die erste Ziehvorrichtung 28 kann aus zwei identischen Riemenziehvorrichtungen jeweils mit sechs nebeneinander angeordneten Paaren von Rollen (obere und untere) zusammengesetzt sein. Die Rollen treiben Gummiriemen 31 an, welche mit dem Extrudat 12 von oben und unten in Kontakt stehen. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Rollen 29 in der ersten Ziehvorrichtung 28 drehen, kann die Geschwindigkeit der Extrusion am Austritt aus der Dosierpumpe 14 sein, so dass das Extrudat 12 vor dem Eintritt in die erste Ziehvorrichtung 28 unter keinerlei Spannung gesetzt wird; alternativ kann die Geschwindigkeit der Rollen 29 höher sein, so dass der Stab 12 gedehnt und sein Durchmesser auf einen gewünschten niedrigeren Durchmesser verringert wird, der dann in den Kühlbereich und die Ziehvorrichtung 28 eintritt. Nach Austritt aus der ersten Ziehvorrichtung 28 tritt das Extrudat 12 dann in ein Heißwasserbad 34 ein, das Wasser zwischen 70°C und dem Siedepunkt (100°C) enthält. Das Heißwasserbad 34 ist der Ort, wo eine Orientierung (durch Dehnung) und ein Tempern stattfindet, was in einem kontinuierlichen Bad vorgenommen werden kann, das vorzugsweise mit siedendem Wasser gefüllt ist, oder in zwei Bädern vorgenommen werden kann, wobei sich das zweite Bad 36 bei einer anderen Temperatur als das Bad 34 befindet. Wenn zwei getrennte Bader 34, 36 verwendet werden, wird im Temperbad 36 eine Temperatur von etwa 90°C bevorzugt. Die Bäder 34, 36 können auch mit Luft oder Inertgas gefüllte Konvektionsöfen bei den angegebenen oder höheren Temperaturen sein. Die Verwendung eines Luft- oder Inertgas-Ofens erfordert etwas höhere Temperaturen (140°C–200°C), da es an Luft länger dauert als in Wasser, bis sich der Polymerkern erwärmt. Auf jeden Fall muss der Kern auf zwischen die Polymerglasübergangstemperatur und den Schmelzpunkt des Polymers erwärmt werden.
Nach den Heißwasserbädern 34, 36 befindet sich die zweite Ziehvorrichtung 30, die mit einer höheren Geschwindigkeit als die erste Ziehvorrichtung 28 arbeitet, wodurch das Extrudat unter Spannung gesetzt wird. Unter der Annahme, dass die erste Ziehvorrichtung 28 mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Extruder 10 betrieben wird, kann der Geschwindigkeitsunterschied zwischen der zweiten Ziehvorrichtung 30 und der ersten Ziehvorrichtung 28 ein Faktor zwischen 2 und 12 sein, was eine Dehnung des Extrudats 12 zwischen dem 2- und 12-fachen zur Folge hat. Aufgrund von Schlupf wurde es für notwendig befunden, die zweite Ziehvorrichtung 30 bei einer etwas höheren Geschwindigkeit zu betreiben, als es das gewünschte Ziehverhältnis nahelegt. Zum Beispiel sollte das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der zweiten und ersten Ziehvorrichtung etwa 5,2 betragen, um ein Ziehverhältnis von etwa 5 zu erhalten. Bei der Dehnung findet auch eine entsprechende Verringerung der Querschnittsfläche statt. Die Verringerung des Durchmessers bei einem gegebenen Zugverhältnis kann leicht berechnet werden, indem man annimmt, dass das Materialvolumen bei einer gegebenen Länge konstant ist.
So resultiert bei dem bevorzugten Verhältnis von etwa 5 oder darüber ein End-Stabdurchmesser von etwa 6 bis 8 mm und bevorzugt etwa 7,5 mm. Die Dehnung orientiert die Polymerketten allgemein parallel. Die Spannung des Extrudats 12 zwischen der ersten und zweiten Ziehvorrichtung kann zwischen 600 und 1000 Pfund liegen. Dementsprechend muss man dafür sorgen, dass sichergestellt ist, dass genügend gegenüberliegende Rollen 29 in der ersten Ziehvorrichtung 28 vorliegen, um einen übermäßigen Schlupf des Extrudats 12 zu verhindern. In der bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ziehvorrichtung 28 aus zwei 91,4 cm (36 Inch) langen Einheiten zusammengesetzt, von denen jede 4 bis 6 Paar Rollen mit einem Durchmesser von vier (4) Inch Durchmesser aufweist, wobei jede Gruppe dieser Rollen (obere und untere) der Paare jeweils einen kontinuierliches Gummiriemen antreiben, der durch die Länge der Ziehvorrichtung 28 hindurch mit der Oberfläche des Extrudats 12 in Kontakt steht. Die oberen und unteren Riemen der ersten Ziehvorrichtung 28 werden jeweils durch die gegenüberliegenden oberen und unteren Rollen jedes Rollerpaars angetrieben, die etwas weniger als mit der Dicke des Extrudats 12 beim Austritt aus dem Nukleierungsbad beabstandet sind, damit ausreichend Druck erzeugt wird, um einen Schlupf zu verhindern. Die Rollenpaare sind so konstruiert, dass der Abstand zwischen der oberen und unteren Rolle jedes Paars einstellbar ist. Der Abstand wird so eingestellt, dass durch jedes Paar Rollen ausreichend Druck auf das Extrudat 12 ausgeübt wird, um einen übermäßigen Schlupf zu verhindern.
In der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das Heißwasserbad 34 und 36 über zwischen 12 und 11 Fuß, wobei die Dehnung innerhalb des ersten Fußes bis zu 10 Fuß des Bades stattfindet. Die verbleibende Länge des Bades ermöglicht, dass das nun gedehnte Extrudat getempert wird. Unmittelbar nach dem Heißwasserbad 34, 36 befindet sich eine zweite Laser-Mikromessvorrichtung 40, welche die Abmessungen des Extrudatquerschnitts überprüft. Die zweite Ziehvorrichtung ist unmittelbar nach dieser Laser-Mikromessvorrichtung angeordnet. Wiederum kann das Rückkoppelungs-Steuersystem die zweite Mikromessvorrichtung 40 einschließen, um die Steuerung des Querschnitts entlang der Verfahrenslinie zu verbessern.
Wie erwähnt, kann das Tempern in einem getrennten Luft- oder Inertgas-Ofen oder im Wasserbad 36 stattfinden, welches sich bei einer anderen Temperatur als das Heißwasserbad 34 befinden kann, wo die Orientierung durch Strecken stattfindet. Das Bad 36 kann sich bei einer etwas niedrigeren Temperatur als dem Siedepunkt von Wasser befinden, vorzugsweise zwischen 65°C und 90°C und bevorzugter bei etwa 90°C. Das Tempern findet über etwa 20 Minuten statt und dient dazu, das Polymer zu kristallisieren. Der Vorteil der Verwendung einer niedrigeren Tempertemperatur als die Orientierungstemperatur besteht darin, dass ein Schrumpfen, das normalerweise stattfindet, wenn der Stab im Operationssaal zur Formung des Stabs oder anderen Extrudats für anatomische Bedingungen erwärmt wird, viel geringer ist. Je niedriger die verwendete Temperatur im Temperbad ist, desto länger ist jedoch die erforderliche Zeit, um die gleiche Kristallinität zu erhalten. Demgemäß muss das Temperbad länger sein, wenn die Temperatur des Bads erniedrigt ist. Dieses zweite Bad kann stattdessen ein Luftofen sein.
Die zweite Ziehvorrichtung 30 ist etwa 76,2 bis 183 cm (30 bis 72 Inch) lang, wieder mit zwei oberen und unteren Gummiriemen auf jeder Gruppe der drei 4-Inch-Rollen. Beim Austritt aus dieser Ziehvorrichtung und vor dem Abkühlen wird die Spannung aufgehoben und das Extrudat 12 wird dann sofort durch eine Schneidvorrichtung 50 auf die gewünschte Länge von vorzugsweise zwischen 1/3 und 3 Metern geschnitten. Die Schneidvorrichtung 50 kann in Form einer kreisförmigen oder sich hin und her bewegenden Säge oder Schneidklinge vorliegen.
Wenn das Extrudat in Form eines Stabs mit 7,5 mm Durchmesser vorliegt, kann eine Länge von 3 Metern oder mehr für die Einführung in eine automatische Schraubenmaschine verwendet werden, um Schrauben aus dem bioabsorbierbaren Polymer zu bilden. Derartige Maschinen sind für die Herstellung von Metallschrauben wohlbekannt. Natürlich könnte der Stab zu jeder gewünschten Länge geschnitten werden, solange er vor dem Schneiden horizontal gestützt wird. Dies ist der Fall, weil das Extrudat 12 erst nach dem Schneiden auf Raumtemperatur abkühlt, da die Schneidvorrichtung unmittelbar nach der zweiten Ziehvorrichtung angeordnet ist.
Durch Aufhebung der Spannung auf den Stab vor dessen Abkühlung auf Raumtemperatur wird die normale Schrumpfung des Materials weiter verringert, wenn das Material später entweder für Sterilisationszwecke erwärmt wird oder im Operationssaal, um eine bioabsorbierbare Platte oder einen bioabsorbierbaren Stab zu verformen, damit er an anatomische Bedingungen angepasst ist. Die Verformung von thermoplastischen Platten, wenn diese erwärmt werden, um sich an anatomische Konturen anzupassen, ist ziemlich üblich, da Thermoplasten ihre verformte Gestalt beibehalten, wenn sie abkühlen.
Beispiel 1
Ziehverhältnis 1 (Kontrolle).
Der Trichter 8 wurde mit granuliertem Terpolymer von D-Lactid, L-Lactid und Glycolid (5 %, 85 % und 10 %) gefüllt, wobei die Granalien eine Größe zwischen 2 und 3 mm aufwiesen. Das Material wird durch die Verwendung von Inertgasen, wie Stickstoff, Argon und Helium, bei einem Druck von 0,07 oder 0,14 Bar (1 oder 2 psi) über Atmosphäre von Luft gereinigt. Das Material wurde in den Extruder 10 eingespeist und über seine Schmelztemperatur auf zwischen 205°C und 230°C erwärmt. Der Extruder 10 wurde ebenfalls mit Stickstoff oder einem anderen Inertgas bei einem höheren als atmosphärischem Druck gespült, um zu verhindern, dass Sauerstoff sich mit dem geschmolzenen Thermoplasten vereinigt. Der Extruder umfasste eine Schnecke mit einem Durchmesser von 1 1/2 Inch, die von einem Motor mit variabler Geschwindigkeit angetrieben wurde, wobei ihr Ausstoß bei 193,5 Bar (2800 psi) in eine Dosierpumpe eingespeist wurde, wobei dieser Druck auf den Ausstoß bis in die Düse 16 aufrechterhalten wurde, welche ebenfalls bei 193,5 Bar (2800 psi) vorlag. Der Ausstoß der Dosierpumpe 14 beträgt etwa 12,2 cm pro Minute (0,4 Fuß pro Minute), wobei die Dosierpumpe eine Steuerung zum Steuern der Geschwindigkeit des Extrudermotors über einen Druckwandler aufweist, der jede Abweichung vom Druck von 193,5 Bar (2800 psi) erfasst. Wenn der Druck um etwa 0,7 Bar (10 psi) fiel, erhöhte eine Steuerung die Geschwindigkeit des Extrudermotors. Die Einlassöffnung der Düse betrug 1,5 Inch, welche sich konisch auf einen Durchmesser von 30,5 mm (1,2 Inch) verjüngte, so dass ein kreisförmiger Stab mit 30,5 mm (1,2 Inch) Durchmesser gebildet wurde. Unmittelbar nach Verlassen der Düse und immer noch über seiner Schmelztemperatur wurde der immer noch halbfeste Stab auf einen Durchmesser von 17,5 mm gezogen. Der Stab wurde dann durch die Luftwischstufe 20 geleitet, in der durch Blasen von Luft bei Raumtemperatur bei einem erhöhten Druck von 1,45 Bar (120 psi) um den gesamten äußeren Umfang des Stabs herum in kreisförmiger Bewegung auf der Außenseite des Stabs eine Haut gebildet wurde. Die Luftwisch-Kühlstufe verwendet Luft bei Raumtemperatur über etwa eine Minute, um den Stab abzukühlen, und leitet den Stab sofort in einen Luftkühlungsabschnitt von etwa 137 cm (54 Inch), wo der Stab sich in Luft über eine Reihe von Teflon-Rollen weiterbewegt. Der Stab bewegt sich dann in ein Nukleierungs-Wasserbad, das sich bei einer Temperatur von zwischen 20°C–25°C befindet und ebenfalls etwa 137 cm (54 Inch) lang ist und Rollen über dem Stab angeordnet aufweist, um den Stab untergetaucht zu halten. Dies kühlt das Zentrum des Stabs auf etwa 22°C bis 23°C ab. Beim Austritt aus dem Kühlbad überprüft er eine Laser-Mikromessvorrichtung, ob der Durchmesser korrekt innerhalb von 1 % der nominellen 17–18 mm (17,5 bevorzugt) lag. Schwankungen des Durchmesser zwischen 1 % und 10 % sind annehmbar, jedoch haben Schwankungen von mehr als 10 % ein Brechen des Stabs während des Verfahrens aufgrund von Spannung zur Folge. Falls der Durchmesser unkorrekt war, passte die Laser-Mikromessvorrichtung die Geschwindigkeit des Extruders an. Beim Austritt aus der Mikromessvorrichtung trat der Stab in die erste Ziehvorrichtung 28 ein, die zwei getrennte 91,4 cm (36 Inch)-Ziehvorrichtungen in Reihe umfasste, jede mit 36''-Riemen, die von sechs Paar entgegengesetzten Rollen mit 10,2 cm (4 Inch) Durchmesser getrieben wurden. Jede Gruppe (obere und untere) der sechs Rollen treibt Riemen an, die sich entlang der 91,4 cm (36 Inch)-Länge jeder Ziehvorrichtung über insgesamt 183 cm (72 Inch) erstrecken. Der extrudierte Stab trat in ein Orientierungsbad ein, das sich bei 90°C–C befand, wurde aber in dieser Kontroll-(nicht-orientierten) Probe nicht gestreckt, d.h. die zweite Ziehvorrichtung 30 hinter dem Orientierungsbad wurde mit derselben Geschwindigkeit wie die erste Ziehvorrichtung 28 betrieben. Beim Austritt aus der zweiten Ziehvorrichtung 30 wurde der Stab bei der Schneidstation 50 in Längen von 18 Inch geschnitten.
Beispiel 2
Ziehverhältnis 5.5
Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 verwendet, außer dass nun die zweite Ziehvorrichtung 30 bei einer viel höheren Geschwindigkeit (dem 5,7-fachen der Geschwindigkeit der Ziehvorrichtung 28) betrieben wurde, so dass zwischen der ersten und zweiten Ziehvorrichtung eine Spannung an dem Stab angelegt wurde, um den Stab 5,5-fach zu dehnen. Es wurde gefunden, dass das Geschwindigkeitsverhältnis aufgrund eines Schlupfs des Stabs zwischen den Rollen in der zweiten Ziehvorrichtung etwas höher sein muss als das tatsächliche Ziehverhältnis. Das Orientierungs/Temperbad erstreckte sich über etwa 325 cm (128 Inch) und enthielt siedendes Wasser. Die Spannung, die zwischen der ersten Ziehvorrichtung 28 und der zweiten Ziehvorrichtung 30 erzeugt wurde, dehnte und orientierte das Polymer in den ersten 5,2 bis 30,5 cm (6 bis 12 Inch) des Bades und das Material wurde während der verbleibenden Zeit in dem Bad getempert. Der Stab wurde von einem Durchmesser von 17,5 mm auf einen Durchmesser von 7,7 mm nach der Dehnung in dem Orientierungsbad reduziert. Nach Austritt aus dem Orientierungs/Temperbad wurde der Stab durch eine zweite Laser-Mikromessvorrichtung bezüglich eines korrekten Außendurchmessers getestet.
Beim Austritt aus der zweiten Ziehvorrichtung 30 wurde der Stab bei der Schneidstation 50 in Längen von 45,7 cm (18 Inch) geschnitten.

Die folgende Tabelle gibt verschiedene Testergebnisse des Materials, das im obigen Beispiel 1 (nicht-orientiert) hergestellt wurde, im Vergleich zu einem Stab wieder, der durch das Verfahren von Beispiel 2 (orientiert) hergestellt wurde. Testdaten (extrudierter Stab, 7,7 mm Durchmesser)

	Nicht orientiert (Beispiel 1)	Orientiert (Beispiel 2)
Zugfestigkeit	76 Mpa	232,5 MPa
Biegefestigkeit	119,2 Mpa	186,1 MPa
Scherfestigkeit	56,3 Mpa	146,5 MPa
(Zug-)module, Festigkeit	362,7 Mpa	7299 MPa
Biegemodule, Festigkeit	3610 Mpa	6213 MPa
Torsionsfestigkeit	331 N-mm	836 N-mm

Beispiel 3
Ziehverhältnis 2
Extrusionen eines rechteckigen Streifen- oder Bandprofils wurden aus dem gleichen Material wie in Beispiel 1 hergestellt. Der anfängliche Streifenquerschnitt war 19,1 mm breit und 3,9 mm dick. Das Ziehverhältnis zwischen den Ziehvorrichtungen 28 und 30 war gleich 2. Das Heißwasserbad 34, 36 hatte 87,8°C (190°F). Die Ziehvorrichtung 28 wurde bei 61 cm pro Minute (2 Fuß pro Minute) betrieben und die Ziehvorrichtung 30 wurde bei 122 cm pro Minute (4 Fuß pro Minute) betrieben. Testergebnisse: Biegefestigkeit = 107 MPa und Biegemodul 3344 MPa.
Beispiel 4
Es wurden Extrusionen des gleichen rechteckigen Streifens oder Bands wie in Beispiel 3 hergestellt.
Das Ziehverhältnis betrug 6. Das Heißwasserbad hatte 93,3°C (200°F). Die Ziehvorrichtung 28 lief bei 61 cm pro Minute (2,0 Fuß pro Minute); die Ziehvorrichtung 30 lief bei 366 cm pro Minute (12 Fuß pro Minute). Über das gesamte Verfahren verringert sich die Streifenbreite von 19,1 mm auf 9,7 mm und die Streifendicke von 3,9 mm auf 1,1 mm. Das Volumen bei einer gegebenen Länge muss konstant sein, daher:
V = 19,1 × 3,9 × Länge vor Dehnung (I) = 9,7 × 1,1 × Länge nach Dehnung (I₂)
I₂ = 19,1 × 3,9 × I = 6,98 Gesamtziehverhältnis
9,7 x 1,1
Testergebnisse: Biegemodul = 10064 MPa und Biegefestigkeit = 257,7 MPa.
Es ist ersichtlich, dass das Verfahren von Beispiel 4 einen Streifen oder ein Band mit höherer Festigkeit erzeugt.
Obwohl die Erfindung hierin mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass diese Ausführungsformen für die Prinzipien und Anwendungen der vorliegenden Erfindung lediglich erläuternd sind. Es versteht sich deshalb, dass zahlreiche Abwandlungen der erläuternden Ausführungsformen vorgenommen werden können und dass andere Anordnungen ersonnen werden können, ohne vom Bereich der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen.

Claims

Kontinuierliches Verfahren zur Bildung thermoplastischen Polymer-Extrudats (12) mit einem vorbestimmten Querschnitt, umfassend: Extrudieren des Extrudats (12) mit einer gesteuerten Geschwindigkeit aus einem Extruder (10) bei einer Temperatur über seinem Schmelzpunkt und Bilden des Querschnitts; Abkühlen des Extrudats (12) durch Leiten des Extrudats (12) durch ein Kühlbad (24), um den Kern des Querschnitts auf unter die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Polymers abzukühlen; Leiten des Extrudats (12) durch eine erste Ziehvorrichtung (28), die mit einer gesteuerten Geschwindigkeit angetrieben wird; Leiten des Extrudats (12) durch eine zweite Ziehvorrichtung (30), die mit einer größeren Geschwindigkeit als die erste Ziehvorrichtung (28) angetrieben wird, um die Extrusion zwischen der ersten (28) und zweiten (30) Ziehvorrichtung unter Zugspannung zu setzen; Erwärmen des Extrudats (12) zwischen der ersten (28) und zweiten (30) Ziehvorrichtung; dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspannung an dem Extrudat (12) nach der zweiten Ziehvorrichtung (30) und vor dem Abkühlenlassen des Extrudats (12) auf Raumtemperatur aufgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt des Durchleitens des Extrudats (12) durch eine Düse (16) zur Bildung des Querschnitts.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt des Steuerns der Extrusionsgeschwindigkeit des thermoplastischen Polymers aus dem Extruder (10) durch Verwenden einer Dosierpumpe (14) und eines Rückkoppelungssystems zu einem Extruder-Antriebssystem mit variabler Geschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 3, in dem die Dosierpumpe (14) die Geschwindigkeit des Polymerflusses in die Düse (16) steuert.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend den Schritt des Messens des Querschnitts des Extrudats (12) nach Austritt aus der Düse (16).
Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Polymer vor der Extrusion auf zwischen 125°C und 250°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, in dem das Polymer vor der Extrusion auf zwischen 180°C und 200°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Kühlbad (24) Wasser bei einer Temperatur zwischen 10°C und 50°C enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Extrudat (12) zwischen der ersten (28) und zweiten Ziehvorrichtung (30) auf eine Temperatur zwischen etwa 55°C und 140°C erwärmt wird, wobei man das Extrudat (12) sich unter der Spannung dehnen lässt.
Verfahren nach Anspruch 9, in dem die Dehnung in einem erwärmten Wasserbad (34, 36) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, in dem die Dehnung in einem mit Luft oder Inertgas gefüllten Ofen (34, 36) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, in dem das Polymer nach der Dehnung bei einer Temperatur zwischen etwa 70°C und 100°C getempert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, in dem das Tempern mindestens 20 Minuten lang vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, in dem das Tempern in einem mit Luft oder Inertgas gefüllten Ofen (34, 36) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, in dem das Tempern in einem Wasserbad (34, 36) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Extrudat (12) während des gesamten Verfahrens in einer einzigen allgemein horizontalen Ebene gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 16, in dem das Extrudat (12) während des gesamten Verfahrens in einzelnen allgemein horizontalen und vertikalen Ebenen gehalten wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, in dem das thermoplastische Polymer, das bioabsorbierbar ist, gedehnt wird und das Extrudat (12) auf über die Glasübergangstemperatur des Polymers erwärmt wird, wenn es zwischen der ersten (28) und zweiten (30) Ziehvorrichtung hindurchgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das Extrudat (12) in einer einzigen allgemein horizontalen Ebene gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das Extrudat (12) mit einer Geschwindigkeit zwischen etwa 0,12 und 6,10 Metern pro Minute (0,4 und 20,0 Fuß pro Minute) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem die Extrusion bei einer Temperatur zwischen etwa 125°C und etwa 250°C stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem der Erwärmungsschritt in einem Bereich (34, 36) durchgeführt wird, der ein erwärmtes Fluid enthält.
Verfahren nach Anspruch 22, in dem die zweite Ziehvorrichtung (30) am Ausgang des Bereichs (34, 36) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 22, in dem das Erwärmen in zwei Stufen durchgeführt wird, wobei die Temperatur in der ersten zwischen etwa 55°C und etwa 120°C liegt und die Temperatur in der zweiten Stufe zwischen etwa 65°C und etwa 90°C liegt, wobei die Temperatur in der zweiten Stufe geringer ist als in der ersten Stufe.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das Extrudat (12) in einem Verhältnis zwischen 2:1 und 12:1 gedehnt wird, während es zwischen der ersten (28) und zweiten (30) Ziehvorrichtung erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das bioabsorbierbare thermoplastische Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus alpha-Hydroxypolyestern, Polydioxanon, Polyorthoestern, Tyrosin-Derivaten, Trimethylcarbonat und einer Kombination derselben.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das bioabsorbierbare thermoplastische Polymer ein Terpolymer mit statistischen Struktureinheiten von L-Lactid, D-Lactid und Glycolid ist.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus L-Lactid, Glycolid, D/L-Lactid, D-Lactid und einer Kombination derselben.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das Extrudat (12) in einem Wasserbad (24) bei einer Temperatur zwischen 10°C und 50°C abgekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das Erwärmen des Extrudats (12) in einem Luftofen (34, 36) bei zwischen etwa 70°C und dem Schmelzpunkt des Polymers vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das Erwärmen des Extrudats (12) in einem Luftofen (24, 36) bei zwischen etwa 70°C und 200°C vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das Extrudat (12) zwischen der ersten (28) und zweiten (30) Ziehvorrichtung auf eine Temperatur zwischen etwa 70°C und dem Schmelzpunkt des Polymers erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, in dem das Extrudat (12) zwischen der ersten (28) und zweiten (30) Ziehvorrichtung auf eine Temperatur von zwischen etwa 70°C und 200°C erwärmt wird, was ermöglicht, dass sich das Extrudat (12) unter der Zugspannung dehnt.
Verfahren nach Anspruch 18, weiter umfassend den Schritt des Messens des Querschnitts des Extrudats nach Austritt aus der Düse (46).
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die Schritte: – Erwärmen des thermoplastischen Polymers, das bioabsorbierbar ist, bei einer Temperatur, die höher ist als der Schmelzpunkt desselben, vor der Extrusion eines Extrudats (12) mit allgemein konstanten Querschnitten; – nachdem das Extrudat (12) gebildet worden ist, Steuern der Bildung des Extrudats (12), um eine im Wesentlichen konstante Form beizubehalten, durch Variieren der Geschwindigkeit eines Motors, der das Extrudat (10) antreibt, und wobei die erste Ziehvorrichtung (28) an das Kühlbad (24) angrenzt und die zweite Ziehvorrichtung (30) von der ersten Ziehvorrichtung (28) beabstandet ist, wobei das Polymer auf eine Temperatur über seiner Glasübergangstemperatur erwärmt wird, wenn das Extrudat (12) zwischen der ersten (28) und der zweiten (30) Ziehvorrichtung hindurchtritt.
Verfahren nach Anspruch 35, weiter umfassend den Schritt des Durchleitens des thermoplastischen Polymerextrudats (12) durch eine Düse (16) zur Bildung der Form.
Verfahren nach Anspruch 36, weiter umfassend den Schritt des Steuerns der Extrusionsgeschwindigkeit des Extrudats (12) aus dem Extruder (10) durch Verwendung einer Dosierpumpe (14) und eines Rückkoppelungssystems zur Steuerung der Extruder-Motorgeschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 37, in dem die Dosierpumpe (14) die Geschwindigkeit des Extrudatflusses in eine Düse (16) steuert.
Verfahren nach Anspruch 38, weiter umfassend den Schritt des Messens des Querschnitts des Extrudats nach Austritt aus der Düse (16).
Verfahren nach Anspruch 35, in dem das Polymer vor der Extrusion auf zwischen etwa 125°C und 250°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 35, in dem das Kühlbad (24) Wasser bei einer Temperatur zwischen 10°C und 50°C enthält.
Verfahren nach Anspruch 35, in dem das Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus L-Lactid, Glycolid, D/L-Lactid, D-Lactid und einer Kombination derselben.
Verfahren nach Anspruch 35, in dem das Extrudat (12) zwischen der ersten (28) und zweiten (30) Ziehvorrichtung auf eine Temperatur zwischen der Glasübergangstemperatur und dem Schmelzpunkt des Polymers erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 35, in dem das Extrudat (12) zwischen der ersten (28) und zweiten (30) Ziehvorrichtung auf eine Temperatur zwischen 70°C und 200°C erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 43, in dem die Dehnung in einem geheizten Wasserbad (34, 36) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 43, in dem die Dehnung in einem Luft- oder Inertgasofen (34, 36) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 35, in dem das Polymer bei einer Temperatur zwischen etwa 70°C und 110°C getempert wird, während es unter der Zugspannung steht.
Verfahren nach Anspruch 47, in dem das Tempern mindestens 20 Minuten lang vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 47, in dem das Tempern in einem Luftofen (34, 36) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 47, in dem das Tempern in einem Wasserbad (34, 36) stattfindet.
Verfahren nach Anspruch 35, in dem das Extrudat (12) während des gesamten Verfahrens in einer einzigen allgemein horizontalen Ebene gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 35, in dem das Extrudat (12) während des gesamten Verfahrens in einzelnen allgemein horizontalen und vertikalen Ebenen gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 35, in dem das Extrudat (12) zwischen der ersten (28) und zweiten (30) Ziehvorrichtung auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt des Polymers erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt des Schneidens des Extrudats (12), nachdem die Zugspannung aufgehoben wurde und vor dem Abkühlen.
Verfahren nach Anspruch 54, in dem das Extrudat in 0,33 bis 3 Meterlängen geschnitten wird.