專利名稱：組合物和制備組合物的方法
組合物和制備組合物的方法本發(fā)明涉及用于得到至少兩種組分的組合物/混合物的方法。本發(fā)明還涉及由這 類方法制備的組合物/混合物和引入了這類組合物/混合物的裝置。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是將高強(qiáng)度和韌性與高耐磨損性相結(jié)合的通用材料。 因此，其用于很多工業(yè)應(yīng)用中，例如軸承、傳動(dòng)裝置、襯里、鏈條導(dǎo)軌。和UHMWPE加工有關(guān)的 難題是由其非常高的熔融粘度(零剪切粘度>10~8 Pa. s)產(chǎn)生的，所述非常高的熔融粘度不 能用于普通的加工技術(shù)，例如注塑或擠出。而是將UHMWPE粉末燒結(jié)，然后將該部件機(jī)械加 工成所需形狀。由于常規(guī)熔融加工和混合技術(shù)并不適用，因此正常情況是通過將該UHMWPE 粉末與添加劑混合然后燒結(jié)來實(shí)現(xiàn)添加劑的摻混。所述兩種粉末的混合是困難的，因?yàn)樵?UHMWPE粉末具有非常低的密度且高度多孔。如果該添加劑也是粉末，因此形成均勻的粉末 混合物是困難的。如果該添加劑是液態(tài)，該液體在該具有非常高表面積的粉末中的均勻分 布也是困難的。在燒結(jié)步驟之前將添加劑與UHMWPE粉末混合或?qū)⑵鋽U(kuò)散到UHMWPE粉末中是已知 的。將該添加劑擴(kuò)散到該燒結(jié)產(chǎn)物中也是已知的。依照本發(fā)明的第一方面，提供了用于得到至少兩種組分的組合物的方法，包括以 下步驟
提供至少一種第一流體組分；
提供至少一種第二固體組分并將其處理以使該第一組分能夠擴(kuò)散到該第二組分中；和 將該第一組分?jǐn)U散到該第二組分中。該第一組分可以包括至少一種液體。該第一組分可以包括至少一種氣體。該第一組分可以包括溶解在該流體中的至少一種固體。可以將該第二組分處理以使得在該第一組分與該第二組分接觸時(shí)產(chǎn)生或提高毛 細(xì)管力?？梢詫⒃摰诙M分處理以使得形成毛細(xì)管(管道/通道)以產(chǎn)生或提高針對(duì)與第二 組分接觸的第一組分的毛細(xì)管力。該第二組分可以是粉末。該粉末可以是壓實(shí)的。可以將該粉末壓實(shí)以使得產(chǎn)生或 提高針對(duì)和該第二組分接觸的第一組分的毛細(xì)管力?？梢詫⒃搲簩?shí)粉末塊浸泡在至少一種液體中。該液體可以是純添加劑。該液體可 以是包括該添加劑的溶液。該方法可以進(jìn)一步包括處理該組合物以使得除去液體或氣體以制備固體組合物 的步驟。可以將該壓實(shí)的粉末塊處理以使得該溶劑蒸發(fā)，從而將該添加劑留在該壓實(shí)的塊 中。該方法可以進(jìn)一步包括燒結(jié)該組合物的步驟。該第二組分可以是聚合物。該聚合物可以是共聚物。可以將該壓實(shí)的塊在高于該聚合物的熔融溫度的溫度燒結(jié)。
該聚合物可以是晶態(tài)的。該聚合物可以是半晶態(tài)的。該聚合物可以選自由以下構(gòu)成的組聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯)、聚甲醛(POM)、聚酰 胺(PA6、PA6. 6、PA4. 6)、PVC, PEEK、PPSU、聚四氟乙烯(PTFE)和聚酯(PET、PBT、PEN、PC)。該聚合物可以選自由UHMWPE、HDPE, LDPE和LLDPE構(gòu)成的組。該聚合物可以是具有至少100,000的分子量的聚乙烯。該聚乙烯可以具有至少 300, 000的分子量。該聚乙烯可以具有至少一百萬的分子量。該聚合物可以是非晶態(tài)的。該聚合物可以選自由以下構(gòu)成的組聚苯乙烯或改性苯乙烯聚合物(SAN、SB、 ABS), PMMA、聚丙烯酸酯(例如聚丙烯酸丁酯)、PPO0該方法可以進(jìn)一步包括將該聚合物交聯(lián)的步驟。該交聯(lián)可以在燒結(jié)該組合物之后進(jìn)行。該交聯(lián)可以通過輻照進(jìn)行?？梢允褂肶或電子束輻照進(jìn)行該交聯(lián)。該交聯(lián)可以通過化學(xué)物種(chemical species)進(jìn)行。該化學(xué)交聯(lián)物種可以是過
氧化二苯甲酰。該第一組分可以包括用于交聯(lián)該聚合物的化學(xué)物種。該第一組分可以包括抗氧化劑。該第一組分可以包括至少一種維生素。該第一組分可以包括維生素E。該第一組分可以包括抗生素。該抗生素可以選自由以下構(gòu)成的組慶大霉素、萬古霉素、鏈霉素、青霉素及其衍 生物。該第一組分可以包括發(fā)泡劑。也即，具有高于該聚合物的燒結(jié)溫度的沸騰溫度的 溶劑。該第一組分可以包括活性單體。該第一組分可以包括用于引發(fā)單體聚合的引發(fā)劑。該活性單體可以選自由以下構(gòu)成的組乙烯、丙烯、氯乙烯、甲醛、丙烯酸丁酯、甲 基丙烯酸甲酯和苯乙烯。該第一組分可以包括染料。該染料可以是天然的。該染料可以是合成的。該染料可以選自由以下構(gòu)成的組品紅、蘇丹紅、蘇丹黑、蒽醌、偶氮化合物、含硫 化合物、天然染料，例如胡蘿卜素、姜黃色素(姜黃)或胭脂紅。該第一組分可以包括澄清劑(clarifying agent)或成核劑，例如基于山梨糖醇的 化合物(DBS、MDBS、DMDBS )、苯甲酸鈉、滑石或胸腺嘧啶。該第一組分可以在至少兩個(gè)階段中擴(kuò)散到該第二組分中?？梢詫?duì)該組合物消毒。該組合物可以制成制造物。該制造物可以是醫(yī)療器械?？梢詫?duì)該醫(yī)療器械進(jìn)行消毒。依照本發(fā)明的第二方面，提供了由依照本發(fā)明的第一方面的任意方法制備的組合 物。依照本發(fā)明的第三方面，提供了包括依照本發(fā)明的的一方面的壓實(shí)的粉末的組合物。優(yōu)選地，該壓實(shí)的粉末是以形成或增加接觸所述壓實(shí)的粉末的流體組分的毛細(xì)管 力的方式制備的。依照本發(fā)明的第四方面，提供了包括至少一種第一流體組分和依照本發(fā)明的第一 方面的至少一種第二固體組分的組合物，其中該第一組分分布在該第二組分內(nèi)。依照本發(fā)明的第五方面，提供了包括壓實(shí)的粉末和依照本發(fā)明的第一方面的至少 一種流體組分的組合物。依照本發(fā)明的第六方面，提供了包括至少一種第一流體組分和依照本發(fā)明的第一 方面的至少一種第二固體組分的組合物，其中該第一組分分布在該第二組分內(nèi)，以及其中 將該組合物燒結(jié)。依照本發(fā)明的一些實(shí)施方案，該添加劑擴(kuò)散在該壓實(shí)的體內(nèi)，擴(kuò)散進(jìn)入粉末和燒 結(jié)體之間的中間狀態(tài)內(nèi)。在低于熔化溫度的壓實(shí)過程中，多孔粉末顆粒變型為致密體，但因 為沒有發(fā)生熔化，因此顆粒也不完全熔合。在變型的顆粒之間有非常窄的通道，其由于毛細(xì) 管力的局部作用支持快速均勻的流體吸收。在松散的顆粒之間或在該燒結(jié)的且完全熔合的 產(chǎn)物內(nèi)沒有這些毛細(xì)管力。在該添加劑被吸入在該壓實(shí)體中之后，進(jìn)行最終燒結(jié)步驟以熔 合顆粒。粘性的或固體添加劑能夠溶解以能吸入到該壓實(shí)體中。對(duì)于這些實(shí)施方案，溶劑 能夠在燒結(jié)之前蒸發(fā)掉或在隨后的燒結(jié)步驟過程中蒸發(fā)掉。該燒結(jié)的物料能夠用于醫(yī)學(xué)植入物中，例如全髖或膝替換。這些包含用于抗氧化 目的的添加劑的聚乙烯植入物也能夠在預(yù)壓實(shí)-浸泡-燒結(jié)工藝之后使用Y或電子束輻 照進(jìn)行交聯(lián)。該輻照劑量可以從1到25Mrad變化，或更優(yōu)選從3到20Mrad。也能夠使用 Y輻照(2. 5 4Mrad)或表面消毒方法(例如ETO或氣體等離子體處理)對(duì)該醫(yī)學(xué)植入物 進(jìn)行消毒?？梢杂扇我夥N類的粉末態(tài)聚合物或多于一種聚合物來加工固體組合物。如果聚合 物僅可以散裝固體或丸狀形式得到，可以在壓實(shí)之前將該物料磨碎成粉末。該壓力可以選 自0 50MPa，更優(yōu)選0 20MPa，甚至更優(yōu)選5 15MPa。該加工溫度優(yōu)選設(shè)定為低于該 聚合物的熔化溫度(Tm)的溫度。如果處理兩種或更多種不同聚合物，該溫度優(yōu)選設(shè)定為低 于具有最低Tm的聚合物的Tm的溫度。更優(yōu)選地，該溫度設(shè)定為Tm - 30°C，更優(yōu)選為Tm -20°C，甚至更優(yōu)選為Tm— 10°C。該壓力可以首先施加，然后將該模具加熱。該模具的加熱可 以首先施加，然后施加壓力。該壓實(shí)時(shí)間取決于該固體組合物的體積，且優(yōu)選為1秒 100 小時(shí)，更優(yōu)選為1分鐘 M小時(shí)，甚至更優(yōu)選為30分鐘 6小時(shí)。在該加工模具中的所有 物料應(yīng)當(dāng)達(dá)到所需的壓實(shí)時(shí)間。在釋放壓力之前可以降低溫度?？梢栽诮档蜏囟戎搬尫?壓力。該壓實(shí)程序可以在正常大氣氣氛中、在真空環(huán)境中或在惰性氣體氣氛(例如氮?dú)饣驓?氣)中進(jìn)行。在包括聚乙烯的本發(fā)明的那些實(shí)施方案中，該聚乙烯的壓實(shí)可以在高于室溫且低 于熔化溫度的溫度(25 130°C)，在0. 5 25MPa (更優(yōu)選1 15MPa，甚至更優(yōu)選2 IOMPa)范圍內(nèi)的壓力進(jìn)行。壓實(shí)的固體組合物優(yōu)選是由UHMWPE加工的。例如，可以在室溫將UHMWPE粉末填 充在模具中然后施加約IOMPa的壓力并在整個(gè)壓實(shí)程序過程中維持。然后，將溫度從室溫 升高到約120°C。在約120°C和約lOMPa，將該粉末保持一段時(shí)間以將所有聚合物粉末完全加熱到約120°C。該時(shí)間取決于該固體組合物的體積，例如對(duì)于具有4X4X2cm尺寸的組合 物為約20分鐘，且對(duì)于具有20X20X5cm尺寸的組合物為約4小時(shí)。然后降低溫度。在低 于約50°C的溫度，能夠釋放壓力并能夠?qū)⒃摴腆w組合物從該模具中取出?，F(xiàn)在通過舉例方式參照以下附圖和實(shí)施例，其中


圖1顯示了壓實(shí)的⑶R 1020塊在紅色異丙醇/品紅溶液中的浸泡；
圖2顯示了燒結(jié)的⑶R 1020塊在紅色異丙醇/品紅溶液中的浸泡；
圖3顯示了壓實(shí)且和浸泡的塊在干燥之后切成兩片(1%姜黃色素的丙酮溶液)；
圖4顯示了作為浸泡時(shí)間的函數(shù)的2個(gè)直立塊的平均重量變化；
圖5顯示了之前壓實(shí)并浸泡在維生素E-己烷溶液中的燒結(jié)塊的維生素E濃度分布；
圖6顯示了具有不同浸泡方向的一個(gè)或多個(gè)浸泡步驟的實(shí)施例；和
圖7顯示了經(jīng)維生素E浸泡且不含添加劑的樣品的氧化曲線。實(shí)施例1 染料/顏料擴(kuò)散到壓實(shí)的UHMWPE體內(nèi)
在壓力機(jī)中在120°C和IOMPa的壓力壓實(shí)⑶R 1020 UHMWPE粉末。從該板上切下小塊 (4cmX3cmX5cm)并將其放入包含75ml異丙醇和0. 04克品紅(Merck)的玻璃容器中。在 圖1中，描繪了作為時(shí)間函數(shù)的該預(yù)壓實(shí)塊的室溫浸泡行為。在數(shù)秒內(nèi)，包括該顏料添加劑 的流體被吸收并在1小時(shí)內(nèi)該物體均勻著色。圖1顯示了壓實(shí)的⑶R 1020塊在紅色異丙醇/品紅溶液中的浸泡(左邊浸泡后 數(shù)秒；中間浸泡后30分鐘；右面浸泡后1小時(shí))。對(duì)比例1
將⑶R 1020的燒結(jié)塊(4X3X5cm)放入包含75ml異丙醇和0. 04克品紅(Merck)的 玻璃容器中。圖2顯示了作為時(shí)間函數(shù)的所述塊在室溫的浸泡行為(左邊浸泡后數(shù)秒；中 間浸泡后30分鐘；右面浸泡后1小時(shí))。在該對(duì)比例中，該燒結(jié)塊不用流體浸漬。實(shí)施例2 將天然添加劑/抗氧化劑吸入到小的壓實(shí)的塊中
在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的壓力機(jī)中將⑶R 1020塊在120°C在低于熔融溫度在IOMPa壓實(shí)15分 鐘。然后，將該經(jīng)壓實(shí)的塊快速冷卻到室溫。浸泡將3. 8X4X1. 5cm的壓實(shí)的塊在室溫浸泡在包含姜黃色素作為添加劑的 1% W/V丙酮溶液中，在浸泡1小時(shí)之后，在真空爐中在40°c將丙酮蒸發(fā)M小時(shí)。將該經(jīng) 壓實(shí)和浸泡的塊切成兩塊(圖3)，顯示黃色姜黃色素的均勻分布。圖3顯示了在干燥后切成兩片的經(jīng)壓實(shí)和浸泡的塊(1%姜黃色素在丙酮中的溶 液)。圖3 (a)和(b)顯示了都切成兩片的兩個(gè)不同塊。實(shí)施例3 將抗氧化劑-維生素E吸入到小的壓實(shí)的塊中然后燒結(jié)
如實(shí)施例2中所述進(jìn)行壓實(shí)。在壓實(shí)之后，將該樣品浸沒在己烷-維生素E溶液(2. 8% w/V)中并在浸泡過程中稱重。將兩個(gè)壓實(shí)的塊直立在該溶液中(僅浸沒塊的下部，也參見圖 1)，并將1塊用該浸泡溶液完全覆蓋(在液體內(nèi))。在浸泡之后，將樣品在真空爐(參見實(shí)施例2)中干燥到恒定重量，并再次測(cè)定重 量，以確定該物料中的VitE含量。最后，在模具中在220°C的溫度和5MPa的壓力將該經(jīng)壓 實(shí)的聚乙烯塊燒結(jié)15分鐘。最后將該樣品快速(在8分鐘內(nèi))快速冷卻到室溫。進(jìn)行FIlR測(cè)試以測(cè)定維生素E在樣品中的含量。從該燒結(jié)塊中，以規(guī)則間距切下小部分。由這些較小的片制備具有約300微米的(或5X60微米的)厚度的超薄切片機(jī)薄 片。在這些薄片中，用具有4CHT1的分辨率Bruker Vertex 70、總共16次掃描來記錄FIlR譜。為了更精確地測(cè)定該維生素E的濃度，將該測(cè)定的光譜歸一化并推出純UHMWPE的 光譜。選擇2020(31^1峰作為參考峰，將其高度(相對(duì)于在2100(31^1和1980(31^1處的高度)歸 一化到0.05的吸光率。這假定對(duì)應(yīng)于100微米的膜厚度。從該歸一化的光譜中，推出由 相同程序歸一化的純UHMWPE的光譜。然后，測(cè)定在UlOcnT1處C-OH吸收的高度(維生素E 峰)(相對(duì)于在llSScnT1和1231CHT1處的高度)。依照下面的方程計(jì)算維生素E的濃度(mol/ kg)
A =峰值吸收(1210 cnT1峰的高度)；
ε :UHMWPE中α -生育酚-OH的摩爾吸收率(單位是kg · cnT1 · mo Γ1)。實(shí)驗(yàn)測(cè)定值= 133 kg · cnT1 · mo Γ1 ；
b =以cm計(jì)的路徑長(zhǎng)度(膜厚度)，對(duì)于歸一化的光譜=0.01 cm； C = UHMWPE中α -生育酚的濃度，單位是mol · kg—1。在圖4中，將這兩個(gè)直立塊的平均重量變化作為浸泡時(shí)間的函數(shù)繪制。最初在4 小時(shí)內(nèi)有快速的重量增加，然后重量增加變得穩(wěn)定。重量增加是由于吸收了該己烷-維生 素E溶液。在圖5中，顯示了在溶劑蒸發(fā)和隨后燒結(jié)之后維生素E在塊中的濃度曲線。圖5顯 示了之前經(jīng)過壓實(shí)并浸泡在維生素E-己烷溶液中的燒結(jié)塊中的維生素E的濃度曲線。兩 個(gè)塊都直立在該溶液中，部分浸沒在該流體中，1個(gè)塊完全浸沒在該流體中(內(nèi)部)。由積分FIlR光譜和重力方法測(cè)定的維生素E在UHMWPE中的重量％列在下面。
權(quán)利要求
1.用于得到至少兩種組分的組合物的方法，包括以下步驟 提供至少一種第一流體組分；提供至少一種第二固體組分并將其處理以使該第一組分能夠擴(kuò)散到該第二組分中；和 將該第一組分?jǐn)U散到該第二組分中。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該第一組分包括至少一種液體。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中該第一組分包括至少一種氣體。
4.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第一組分包括溶解在該流體中的至少一種固體。
5.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第二組分經(jīng)處理以使得在該第一組分與該第二 組分接觸時(shí)產(chǎn)生或提高毛細(xì)管力。
6.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第二組分是粉末，其經(jīng)壓實(shí)以使得在顆粒之間形 成毛細(xì)管從而產(chǎn)生或增加用于與該第二組分接觸的該第一組分的毛細(xì)管力。
7.任一前述權(quán)利要求的方法，進(jìn)一步包括處理該組合物以使得除去液體或氣體以產(chǎn) 生固體組合物的步驟。
8.任一前述權(quán)利要求的方法，進(jìn)一步包括燒結(jié)該組合物的步驟。
9.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第二組分是聚合物。
10.權(quán)利要求9的方法，其中該聚合物是晶態(tài)的。
11.權(quán)利要求10的方法，其中該聚合物選自由以下構(gòu)成的組聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛 (POM)、聚酰胺、PVC、PPSU、PEEK、PTFE 和 PET。
12.權(quán)利要求11的方法，其中該聚合物是具有至少100,000的分子量的聚乙烯。
13.權(quán)利要求12的方法，其中該聚乙烯具有至少300,000的分子量。
14.權(quán)利要求12的方法，其中該聚乙烯具有至少一百萬的分子量。
15.權(quán)利要求9的方法，其中該聚合物是非晶態(tài)的。
16.權(quán)利要求15的方法，其中該聚合物選自由以下構(gòu)成的組聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、 PPO 禾口 PMMA。
17.權(quán)利要求9 16中任一項(xiàng)的方法，進(jìn)一步包括將該聚合物交聯(lián)的步驟。
18.權(quán)利要求17的方法，當(dāng)從屬于權(quán)利要求8時(shí)，其中該交聯(lián)是在燒結(jié)該組合物之后 進(jìn)行的。
19.權(quán)利要求17的方法，其中該交聯(lián)是通過輻照進(jìn)行的。
20.權(quán)利要求17的方法，其中該交聯(lián)是通過化學(xué)物種進(jìn)行的。
21.權(quán)利要求20的方法，其中該第一組分包括用于交聯(lián)該聚合物的化學(xué)物種。
22.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第一組分包括抗氧化劑。
23.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第一組分包括維生素E。
24.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第一組分包括抗生素。
25.權(quán)利要求M的方法，其中該抗生素選自由以下構(gòu)成的組慶大霉素、萬古霉素、鏈 霉素、青霉素及其衍生物。
26.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第一組分包括發(fā)泡劑。
27.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第一組分包括活性單體。
28.權(quán)利要求27的方法，其中該活性單體選自由以下構(gòu)成的組乙烯、丙烯、氯乙烯、 甲醛、甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯。
29.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第一組分是用于引發(fā)單體聚合的引發(fā)劑。
30.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第一組分包括染料。
31.權(quán)利要求30的方法，其中該染料是天然的或合成的。
32.權(quán)利要求30的方法，其中該染料選自由以下構(gòu)成的組品紅、蘇丹紅、蘇丹黑、蒽 醌、偶氮化合物、含硫化合物、胡蘿卜素、姜黃色素(姜黃)和胭脂紅。
33.任一前述權(quán)利要求的方法，其中該第一組分包括澄清或成核劑。
34.權(quán)利要求33的方法，其中該澄清或成核劑選自由以下構(gòu)成的組基于山梨糖醇的 化合物(DBS、MDBS、DMDBS )、苯甲酸鈉、滑石或胸腺嘧啶。
35.任一前述權(quán)利要求的方法，其中將該第一組分在至少兩個(gè)階段中擴(kuò)散到該第二組 分中。
36.任一前述權(quán)利要求的方法，其中對(duì)該組合物消毒。
37.任一前述權(quán)利要求的方法，其中將該組合物制成制造物。
38.權(quán)利要求37的方法，其中該制造物是醫(yī)療器械。
39.基本上如前參照附圖所述的方法。
40.由權(quán)利要求1 39中任一項(xiàng)的方法制備的組合物。
41.包括權(quán)利要求6 39中任一項(xiàng)的經(jīng)壓實(shí)的粉末的組合物。
42.權(quán)利要求41的組合物，其中該經(jīng)壓實(shí)的粉末是以產(chǎn)生或增加用于與所述經(jīng)壓實(shí) 的粉末接觸的流體組分的毛細(xì)管力的方式制備的。
43.根據(jù)權(quán)利要求1 39中任一項(xiàng)的包括至少一種第一流體組分和至少一種第二固 體組分的組合物，其中該第一組分分布在該第二組分內(nèi)。
44.根據(jù)權(quán)利要求1 39中任一項(xiàng)的包括經(jīng)壓實(shí)的粉末和至少一種流體組分的組合物。
45.根據(jù)權(quán)利要求1 39中任一項(xiàng)的包括至少一種第一流體組分和至少一種第二固 體組分的組合物，其中該第一組分分布在該第二組分內(nèi)，以及其中該組合物經(jīng)過燒結(jié)。
46.基本上如前參照附圖所述的組合物。
全文摘要
用于得到至少兩種組分的組合物的方法，包括以下步驟提供至少一種第一流體組分；提供至少一種第二固體組分并將其處理以使該第一組分能夠擴(kuò)散到該第二組分中；和將該第一組分?jǐn)U散到該第二組分中。由該方法制備的組合物。
文檔編號(hào)C08J3/00GK102089359SQ200980127030
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者桑德 J., 布魯納 L., 迪里克斯 Y. 申請(qǐng)人:史密夫和內(nèi)修整形外科股份公司