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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von vernetzten
Nylon-Blockcopolymermaterialien und auf deren Verwendung bei medizinischen
Anwendungen, insbesondere als Bestandteil für die Herstellung eines versteiften
Schaftabschnitts für
einen Katheter oder ein anderes ähnliches
medizinisches Gerät.
Außerdem
sind diese vernetzten Nylon-Blockcopolymermaterialien
in der Draht- und Kabelindustrie nützlich.
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Allgemein
können
Nylon-Blockcopolymere miteinander abwechselnde Blöcke von
Polyamid und anderen Abschnitten wie Elastomere, etwa Polyether,
Polyester, Kohlenwasserstoffe oder Polysiloxane sein. Diese Nylon-Blockcopolymere
werden allgemein hergestellt, indem man ein Laktam-Monomer in Gegenwart
der elastomeren Polymerbestandteile copolymerisiert. Man findet
eine eingehendere Erörterung
der Struktur und des Herstellungsverfahrens spezieller Typen von
Nylon-Blockcopolymeren in
US
4,031,164 .
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Sowohl
die Polyamidabschnitte als auch die Abschnitte des elastomeren Polymers
in den Nylon-Blockcopolymeren tragen zu den entsprechenden Eigenschaften
des fertigen Polymers bei. Um Materialien mit hohem Modul zu erhalten,
können
Polyamidabschnitte mit größerem Molekulargewicht
und/oder höherem
Anteil eingesetzt werden. Andererseits kann man eine höhere Bruchdehnung
und Schlagzähigkeit
wie auch geringere Oberflächenhärte durch
Verwendung eines höheren
Anteils und/oder höheres
Molekulargewichts des elastomeren Bestandteils erhalten.
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US 4,671,355 scheint eine
der ersten Offenbarungen eines chemisch durch die Verwendung polyfunktioneller
Aminoverbindungen vernetzten Nylon-Blockcopolymers zu sein. Das
heißt,
die vernetzten Nylon-Blockcopolymere werden mit einem Reaktionsschema
hergestellt, bei dem polyfunktionelle Amine als Vernetzer wirken.
Genauer gesagt wird danach ein vernetztes Material durch Reaktion
eines Materials mit funktionellen Acyllaktamgruppen mit dem polyfunktionellen
Amin zur Herstellung vernetzter Acyllaktammaterialien synthetisiert,
die dann gleichzeitig oder nacheinander in Gegenwart eines Katalysators
für die
Laktampolymerisation mit Laktammonomer unter Bildung des vernetzten
Nylon-Blockcopolymermaterials umgesetzt wurde. Dabei wird die Entdeckung
mitgeteilt, dass durch chemische Vernetzung die allgemeinen Eigenschaften
des fertigen Polymers verändert
werden konnten, selbst wenn man das Molekulargewicht und den Gewichtsprozentanteil
des elastomeren Bestandteils beibehielt.
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Während das
vorstehende chemische Vernetzungsverfahren für ein Nylon-Blockcopolymer
mitgeteilt wurde, gibt es keine Berichte über die Entwicklung eines Nylon-Blockcopolymers
mittels eines einfacheren Verfahrens wie Bestrahlung. Die nächstkommenden
Versuche in dieser Beziehung können
beispielsweise in Plast. Massy, 1993 Nr. 2, S. 35–37, gefunden
werden, die eine Arbeit mit dem Titel "Production and Properties of Crosslinked
Compositions of Aliphatic Nylons" enthält. Nach
der Zusammenfassung wurde eine Untersuchung über das Verfahren der Strahlungsvernetzung
eines aliphatischen Polyamids (also nicht eines Nylon-Blockcopolymers)
ausgeführt
und die Eigenschaften und Vernetzungen der erhaltenen Verbindungen
beurteilt. Die untersuchten Materialien waren Nylon-6, Nylon-6,6
und Nylon-12. Die
zur Beschleunigung der Vernetzung eingesetzten polyfunktionellen
Monomeren waren Triallylcyanurat und Triallylisocyanurat. Es werden mechanische
Daten angegeben.
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Gleichermaßen gibt
es in Chinese Journal of Polymer Science, Bd. 7, Nr. 1, eine Arbeit
mit dem Titel "Characterization
of Irradiated Crystalline Polymer-Isothermic Crystallization Kinetics
of Radiation Induced Crosslinked Polyamide 1010". Wie dort offenbart, wird nach der
Bestrahlung die Verarbeitungstemperatur des Kunststoffs auf etwa
240°C erhöht. Außerdem soll
durch die Netzwerkbildung das Kristallisationsverhalten des sonst
kristallinen Polyamidmaterials weitgehend verändert werden.
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Schließlich ist
bemerkenswert, dass einige andere Offenbarungen entdeckt wurden,
welche wärmegehärtete (oder
vernetzte) Polyamidharze anführen,
jedoch wird wiederum keine Strahlungsvernetzung eines Nylon-Blockcopolymers
erwähnt
oder nahegelegt. Beispielsweise wird in
US 5,19 8,551 mit dem Titel "Polyamide Thermosets" etwas offenbart,
was mit aushärtbaren
Polyamidmonomeren, aushärtbaren
Flüssigkristall-Polyamidmonomeren
und daraus hergestellten wärmegehärteten Zusammensetzungen
bezeichnet wird. Die so hergestellten wärmegehärteten Polyamide enthielten
alle Strukturen von weitgehend aromatischem Typ. In
US 5,315,011 , einer Teilanmeldung
des Patents '551,
werden gleichermaßen
wiederum aushärtbare
Polyamid-Monomersysteme
beschrieben, wobei die Monomere eine weitgehend aromatische Funktionalität darstellen.
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Die
Tatsache, dass es keine Berichte über die Entwicklung eines einfachen
Wegs für
die Herstellung vernetzter Nylon-Blockcopolymere gibt, wird unterstrichen
durch Bezug auf
US 5,584,821 ,
welches einen Angiographie-Katheter offenbart, der einen relativ
steifen, obwohl flexiblen Schaft und eine weiche Spitze hat. Die weiche
Spitze besteht hauptsächlich
aus einem mit Wolfram gefüllten
Polyetherblock-Amid-Copolymer (PEBA), umgeben von zwei dünnen PEBA-Schichten.
Diese strahlungsundurchlässige
Spitze mit drei Schichten ist mit einem PEBA- Schaft verbunden. Der Schaft ist entweder
durch eine innere Nylonschicht oder durch Metallbeflechtung verstärkt.
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Mit
anderen Worten lehrt das
US 5,584,821 hinsichtlich
der Herstellung eines Katheters mit weicher Spitze und einem vergleichsweise
steiferen Körper
ausdrücklich,
dass der steifere Körperabschnitt
sich auf die Verwendung eines mit Metall beflochtenen verstärkten PEBA-Copolymers
oder einer aus Nylon und PEBA-Copolymer bestehenden koextrudierten
zweischichtigen Wand stützt.
Wenn das so ist, wird es klar, dass ein lange bestehendes Bedürfnis befriedigt
würde,
wenn man einen steiferen und zäheren
PEBA-Katheter einfach herstellen könnte, ohne dass die im Stand
der Technik hervorgehobenen strukturellen Änderungen notwendig sind, weil
Copolymere vom Typ PEBA bei Kathetern häufig verwendet werden.
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WO 98/15199 A ,
veröffentlicht
am 16.4.1998, offenbart eine durch Strahlung vernetzbare thermoplastische
Polymerzusammensetzung, ein Verfahren zu deren Herstellung, einen
unter Verwendung einer solchen Zusammensetzung hergestellten Ballonkatheter
und eine Verwendung des Ballonkatheters. Die Zusammensetzung enthält einen
reaktiven monomeren Vernetzer, der die Vernetzung des Redaktionsproduktes
bei Kontakt der den Vernetzer enthaltenden Zusammensetzung mit einem
Teilchenstrahl aus einer Strahlungsquelle fördert.
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EP 251 791 A2 offenbart
eine halogenfreie flammenhemmende elastomere Zusammensetzung, die zumindest
durch Hochenergiebestrahlung vernetzbar und gegen Meerwasser, Kohlenwasserstofföle und Hydraulikflüssigkeiten
beständig
ist.
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Demnach
ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Bestandteil eines medizinischen
Katheterprodukts aus einem vernetzten Nylon-Blockcopolymer herzustellen,
wobei das Polymer durch ein Verfahren der Bestrahlung oder einer
anderen Quelle hoher Energie geeignet vernetzt wird.
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Genauer
gesagt ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bestandteil
eines medizinischen Katheterprodukts aus einer elastomeren Rezeptur
eines vernetzten Nylon-Blockcopolymers
mittels Bestrahlungstechnik herzustellen, wobei die elastomere Zusammensetzung
nach der Vernetzung verbesserte Eigenschaften wie mechanische Festigkeit,
Wärmebeständigkeit
und Härte,
aufweist, und das so hergestellte vernetzte Material insbesondere
ein Dehnungsverhalten zeigt, wenn es unter konstanten Spannungsbedingungen
erhöhten
Temperaturen ausgesetzt wird.
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Ferner
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Nylon-Blockcopolymersysteme
zu vernetzen, wobei dieses Vernetzen die allgemeine elastische Zähigkeit
des Blockcopolymers verbessert, wodurch bereitgestellt wird, was
als ein viel haltbareres Nylon-Blockcopolymerprodukt für eine Vielzahl
verschiedener Anwendungen in der medizinischen Industrie bezeichnet
werden kann.
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Erfindungsgemäß wird ein
intravaskulärer
flexibler Katheter nach Anspruch 1 und ein Ballonkatheter nach Anspruch
2 bereitgestellt.
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Das
vernetzte Nylon-Blockcopolymere für die Herstellung eines Bauteils
eines medizinischen Katheterprodukts umfasst ein Copolymer, enthaltend
einen strahlungsvernetzten Polyamidblock und einen Elastomerblock,
einschließlich
einer die Vernetzung fördernden
Verbindung. In Form eines Verfahrens kann ein Nylon-Blockcopolymer,
enthaltend einen Polyamidblock und einen Elastomerblock, zusammen
mit einem Vernetzer bereitgestellt werden und einer Bestrahlung
ausgesetzt werden, die zur Vernetzung des Blockcopolymers und zur
Verbesserung der mecha nischen Eigenschaften, insbesondere der Fähigkeit
des Blockcopolymers zur Dehnung beim Einwirken einer konstanten
Last von etwa 2039 g/cm2 bei einer erhöhten Temperatur
von etwa 200°C über 15 Minuten,
ausreicht.
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Wie
oben bemerkt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein medizinisches
Katheterprodukt mit einem strahlungsvernetzten Nylon-Blockcopolymer.
Bevorzugt ist das Nylon-Blockcopolymer
ein von ATOCHEM unter dem Handelsnamen PEBAX verkauftes Nylon-Blockcopolymer
vom elastomeren Typ. Die handelsüblichen
PEBAX-Polymere bestehen aus Polyetherblöcken, getrennt durch Polyamidblöcke. Die
Polyetherblöcke
können
auf Polyethylenglykol, Polypropylenglykol oder Polytetramethylenetherglykol
basieren. Die Polyamide beruhen gewöhnlich auf Nylon-11, können aber
auch auf Nylon-6 oder Nylon-6,6 oder sogar einem Copolymer wie Nylon-6/Nylon-11
basieren. Es wurde eine große
Vielfalt von Blockcopolymeren angeboten, die im Typ des Polyethers,
in der Natur des Polyamidblocks und dem Verhältnis Polyether zu Polyamidblöcke variieren.
Die Härte
der Polymere reicht von Shore A60 bis Shore D72, was ein weiterer
Bereich als für
die thermoplastischen Polyester und die thermoplastischen Polyurethankautschuke
ist. Auch der Schmelzbereich hängt
von der speziellen Zusammensetzung ab und variiert zwischen 140
und 215°C.
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Man
fand, dass die oben genannten Nylon-Blockcopolymere bei Bestrahlung
eine Vernetzung erfahren. In Tabelle I unten sind die Ergebnisse
für PEBAX
Shore 72A, das 2,0% TAIC (Triallylisocyanurat) enthält, und
die beobachteten entsprechenden Veränderungen der mechanischen
Eigenschaften nach Anwendung unterschiedlicher Strahlungsdosen aufgeführt: Tabelle I
| 0
Mrd | 5
Mrd | 10
Mrd | 15
Mrd | 20
Mrd |
Zugfestigkeit (g/cm2) | 606890 | 740403 | 544959 | | |
Fließgrenze (g/cm2) | 283056 | 350059 | 346612 | | |
100%
Spannung(g/cm2) | 245934 | 283689 | 296414 | | |
Bruchdehnung (%) | 404,2* | 358,3* | 283,2* | ** | ** |
Kriechdehnung
(%) | *** | 54,3 | 61,4 | 58,3 | 63,0 |
Schrumpfung (%) | - | 1,5 | 4,1 | 3,6 | 4,6 |
* = Einschnürung
**
= Anmerkung: Die Proben mit 15 und 20 Mrd schnürten ein und hatten sehr kleine
Dehnung (weniger als 0,635 cm)
*** Bei 200°C schmolz das unbestrahlte Material.
Bei 150°C
dehnte sich das unbestrahlte Material um 0,0794 cm (3,1%). Bei 175°C brach es
in der Klammer, schmolz aber nicht. Vor dem Bruch dehnte sich die Probe
um 1,5875 cm (62,5%). |
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Eine
der wichtigeren in Tabelle I mitgeteilten Eigenschaften ist das
bei 200°C,
2039 g/cm2 über einen Zeitraum von 15 Minuten
gemessene Kriechen in Prozent. Dies ist offiziell bekannt als "Test Method for Measurement
of Hot Creep of Polymeric Insulations" (Prüfverfahren
zur Messung des Warmkriechens von polymeren Isoliermaterialien),
Publication T-28-562, veröffentlicht
von Insulated Cable Engineers Association, Inc., of South Yarmouth,
Massachusetts. Erfindungsgemäß wird eine
Kriechdehnung von weniger als 100% bevorzugt, meist bevorzugt ist
eine Dehnung von etwa 10 bis 65%.
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Wie
man sieht, schmilzt unbestrahltes PEBAX unter diesen Prüfbedingungen
und man beobachtet keine Dehnung. Dagegen beträgt nach einer Gesamtdosis von
5 Mrd die Kriechdehnung etwa 54,6%. Anders gesagt fördert die
Bestrahlung deutlich die Vernetzung und die Netzwerkbildung innerhalb
des Nylon-Blockcopolymermaterials
und als Duroplast schmilzt und fließt dieses nicht mehr und man
beobachtet ein elastomeres Verhalten.
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Wie
man auch in Tabelle I sieht, führt
die Bestrahlung mit 5 Mrd gleichzeitig zu einer Abnahme der Bruchdehnung
von etwa 404 auf etwa 358%, was infolge der Vernetzung zu erwarten
war. Außerdem
steigert die Bestrahlung mit 5 Mrd die Zugfestigkeit von etwa 604640
g/cm2 auf etwa 738224 g/cm2,
was wiederum ein Ergebnis der Bildung eines Vernetzungsnetzwerkes
ist.
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Wie
man ebenfalls in Tabelle I sieht, sind höhere Bestrahlungsdosen noch
annehmbar, obwohl eine Bestrahlung mit 5 MRD bei etwa 2,0% eines
Beschleunigers ("TAIC" oder "TAC", Triallylcyanurat)
optimale Zusammensetzung und optimalen Zustand ergibt. Beispielsweise
ergibt eine Gesamtdosis vorn 10 Mrd eine Probe mit einer Kriechdehnung
von 61% bei 2039 g/cm2 bei 200°C über 15 Minuten.
Hinsichtlich dieser speziellen Probe sei jedoch darauf hingewiesen,
dass die Zugfestigkeit auf etwa 544879 g/cm2 sinkt,
was der Beginn eines gewissen Abbaus sein kann. Bei Bestrahlung
mit noch höheren
Gesamtstrahlungsdosen (15 und 20 Mrd) zeigt die Probe noch Kriechdehnungswerte
von etwa 58 beziehungsweise 63%, jedoch zeigten die Proben Einschnürung und
sehr geringe Bruchdehnung bei Raumtemperatur. Es ist wiederum anzunehmen,
dass dies das Ergebnis des Abbaus ist, der auftreten kann, wenn
die Gesamtbestrahlung zu hoch wird.
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Hinsichtlich
der speziellen Nützlichkeit
der hier offenbarten Erfindung sei bemerkt, dass das hier offenbarte
vernetzte Nylon-blockcopolymer sowohl auf dem Gebiet der medizinischen
Produkte als auch in der Draht- und Kabelindustrie nützlich ist.
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Genauer
gesagt umfasst hinsichtlich der Herstellung eines intravaskulareren
flexiblen Katheters mit einem rohrförmi gen Schaft, der ein Nylon-Blockcopolymer
umfasst, und einer distal mit diesem Schaft verbundenen weichen
flexiblen rohrförmigen
Spitze, die hier beschriebene Verbesserung die Strahlungsvernetzung dieses
Nylon-Blockcopolymers dieses Schafts, wobei die Vernetzung die Steifheit
des Schafts im Vergleich zur distalen flexiblen weichen Spitze erhöht. Außerdem ermöglicht die
Erfindung auf dem Gebiet der Ballonkatheter, wenn diese Katheter
aus einem Nylon-Blockcopolymeren gefertigt sind, die Herstellung
eines Ballonkatheters, wobei der Ballonabschnitt im Vergleich zum
Schaft in eine duroplastische oder vernetzte Struktur umgewandelt
werden kann, wodurch seine mechanische Festigkeit, Leistungsfähigkeit
und Standfestigkeit insgesamt erhöht werden.
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Demgemäß stellen
die hier offenbarten Zusammensetzungen und Verfahren einen viel
besser geeigneten Weg für
die Herstellung eines neuen steifen und flexiblen Nylon-Blockcopolymerharzes
bereit, das insbesondere für
die Herstellung von neuartigen Katheterprodukten geeignet ist, wobei
keine strukturelle Modifikation des Kathetersystems wie nach der
Beschreibung und Hervorhebung im Stand der Technik mehr notwendig
ist. Außerdem
sind die hier genannten Zusammensetzungen als elektrisches Isoliermaterial
für die Draht-
und Kabelindustrie gut geeignet.