DE60006133T2

DE60006133T2 - Verfahren zum modifizieren der oberfläche eines medizinischen schlauchs

Info

Publication number: DE60006133T2
Application number: DE60006133T
Authority: DE
Inventors: Chuan Qin; T. Patrick RYAN; T. Michael LING; L. Donna ROSTRON; S. Yuan-Pang DING; Lecon Woo; R. Susan MIZENER; K. Birendra LAL
Original assignee: Baxter International Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-08-31
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2020-09-01
Also published as: HK1044294B; NO20021028L; PE20010429A1; JP2003508160A; CO5160354A1; WO2001017576A1; NZ517191A; DE60006133D1; TW483824B; CA2382414A1; AU7472100A; HK1044294A1; EP1207920A1; MXPA02002354A; NO20021028D0; DK1207920T3; BR0013688A; EP1207920B1; ES2209986T3; ATE252395T1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche eines medizinischen Schlauchs und insbesondere zum Auftragen eines Oberflächenmodifikationsmittels auf einen Polyolefinschlauch, um bei der Oberfläche des Schlauchs eine bessere Adhäsion zu bewirken und das Gleitvermögen der Oberfläche zu verbessern.
Allgemeiner Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Medizin, in dem wohltuende oder nützliche Mittel gesammelt, behandelt und in Behältern aufbewahrt werden, transportiert und schließlich mittels Infusion durch Schläuche Patienten verabreicht werden, besteht seit kurzem die Tendenz, Materialien zu entwickeln, die ohne die Nachteile gegenwärtig verwendeter Materialien, wie Polyvinylchlorid, für die Herstellung solcher Behälter und Schläuche vorteilhaft sind. Diese neuen Materialien für Schläuche müssen eine einzigartige Kombination von Eigenschaften aufweisen, so daß die Schläuche in Einheiten für die Verabreichung von Fluiden verwendet werden können.
Unter anderem müssen die Materialien durchsichtig und umweltverträglich sein, eine ausreichende Streckgrenze und Flexibilität aufweisen, eine geringe Menge an Zusätzen mit einem geringen Molekulargewicht aufweisen und mit medizinischen Lösungen kompatibel sein.
Ein medizinischer Schlauch sollte durchsichtig sein, damit eine visuelle Prüfung der Fluide im Schlauch möglich ist.
Die Schlauchmaterialien müssen auch umweltverträglich sein, da eine große Menge von medizinischen Schläuchen in Mülldeponien und durch Verbrennung entsorgt wird. Weitere Vorteile werden dadurch erzielt, daß ein Material verwendet wird, das sich thermoplastisch wiederaufbereiten läßt, so daß der bei der Herstellung erzeugte Abfall im Rohmaterial aufgenommen und erneut zu nützlichen Gegenständen verarbeitet werden kann.
Für einen Schlauch, der durch Verbrennung entsorgt wird, muß ein Material verwendet werden, das keine oder nur sehr wenige Nebenprodukte, wie z.B. anorganische Säuren, erzeugt, die umweltschädlich, reizend und korrodierend sein können. PVC kann z.B. beim Verbrennen unerwünschte Mengen an Chlorwasserstoff (oder beim Kontakt mit Wasser Salzsäure) erzeugen, was zur Korrosion der Verbrennungsvorrichtung führt.
Für die Kompatibilität mit medizinischen Lösungen ist es erwünscht, daß das Schlauchmaterial frei von Zusätzen mit einem geringen Molekulargewicht, wie Weichmachern, Stabilisatoren und dgl., ist oder einen geringen Gehalt davon aufweist. Diese Komponenten könnten sonst in die therapeutischen Lösungen extrahiert werden, die mit dem Material in Kontakt kommen. Die Zusätze können mit den therapeutischen Mitteln reagieren oder die Lösung auf andere Weise ineffektiv machen.
Das ist bei biotechnologischen Wirkstofformulierungen besonders problematisch, bei denen die Konzentration des Wirkstoffs in Teilen pro Million (ppm) statt in Gewichts- oder Volumenprozentsätzen gemessen wird. Selbst geringe Verluste des biotechnologischen Wirkstoffs können die Formulierung unbrauchbar machen. Da biotechnologische Formulierungen einige Tausend Dollar pro Dosis kosten können, darf sich die Dosis nicht ändern.
Polyvinylchlorid ("PVC") hat man in großem Umfang für die Herstellung von medizinischen Schläuchen verwendet, da es die meisten dieser Anforderungen erfüllt. Da PVC jedoch selbst ein starres Polymer ist, müssen Komponente mit einem geringen Molekulargewicht, die als Weichmacher bekannt sind, zugesetzt werden, damit das PVC flexibel wird. Wie vorstehend aufgeführt, können diese Weichmacher aus dem Schlauch und in das durch den Schlauch strömende Fluid gewaschen werden, so daß das Fluid verunreinigt oder unbrauchbar wird. Aus diesem Grund und wegen der mit der Verbrennung von PVC verbundenen Probleme besteht der Bedarf, PVC in medizinischen Schläuchen zu ersetzen.
Man hat auch Polyolefine entwickelt, die viele Anforderungen an medizinische Behälter und Schläuche ohne die mit PVC verbundenen Nachteile erfüllen. Polyolefine sind typischerweise mit medizinischen Anwendungszwecken kompatibel, da sie nur minimal in Fluide und Substanzen extrahiert werden können, mit denen sie in Kontakt stehen. Die meisten Polyolefine sind umweltsicher, da sie beim Verbrennen keine schädlichen Abbauprodukte erzeugen, und können in den meisten Fällen thermoplastisch wiederaufbereitet werden. Viele Polyolefine sind kostengünstige Materialien, die eine ökonomische Alternative zu PVC bieten können. Es sind jedoch noch viele Hürden zu überwinden, um mit einem Polyolefin alle vorteilhaften Eigenschaften von PVC zu erreichen.
Aufgrund der inerten Natur von Polyolefinen, die teilweise auf der nichtpolaren Natur des Polymers beruht, sind z.B. mit dem Verbinden von Polyolefinmaterialien mit polaren Molekülen, wie z.B. Polycarbonaten und Acrylpolymeren, Probleme verbunden. Medizinische Behälter, wie i. v. Beutel, werden mit einem Patienten typischerweise über eine Reihe von zusammengefügten Schläuchen verbunden, die zwischen dem Beutel und dem Patienten Tropfkammern, Injektionsstellen vom Y-Typ, Venenkatheter und dgl. aufweisen.
Viele dieser Komponenten weisen starre Gehäuse auf, die aus Polymeren, wie z.B. Polycarbonaten, Acrylharzderivaten und Copolyestern, hergestellt sind. Die Gehäuse weisen Buchsen auf, in die der Schlauch teleskopartig eingesetzt wird, um den Schlauch am Gehäuse anzubringen. Deshalb muß der medizinische Schlauch, der mit dem starren Gehäuse verbunden werden soll, mit den Gehäusen einen fluiddichten Verschluß bilden.
Ein PVC-Schlauch wird typischerweise unter Anwendung von Verbindungsverfahren mittels Lösungsmitteln in solchen Gehäusen befestigt. Beim Verbinden mittels Lösungsmitteln muß das in das Gehäuse einzusetzende Ende des Schlauchs einem Lösungsmittel, wie Cyclohexanon oder Methyethylketon, ausgesetzt werden. Das Lösungsmittel macht das PVC wirksam weich oder löst es wirksam, so daß eine Bindung erzeugt wird, wenn der Schlauch in das Gehäuse eingeführt wird.
Es ist erwünscht, daß der Außendurchmesser des Schlauchs etwa die gleiche Abmessung wie der Innendurchmesser des Gehäuses aufweist oder etwas größer ist, um eine wechselseitige Passung zu erzeugen, da engtolerierte Abmessungen die Entstehung einer sicheren Verbindung unterstützen.
Verbindungsverfahren mittels Lösungsmitteln sind jedoch bei bestimmten Polyolefinen, einschließlich Polyethylen, nicht effektiv. Mit der Anwendung von Verbindungsverfahren mittels Klebemitteln sind ebenfalls Probleme verbunden.
Ein Versuch zur Lösung dieses Problems besteht in der Anwendung eines zweistufigen Verfahrens aus Auftragen eines Grundierungsmaterials auf die zu verbindende Oberfläche des Schlauchs, gefolgt von einem Klebemittel. Die Grundierung wird auf den Schlauch aufgebracht, wenn der Schlauch in einem festen Zustand vorliegt und wenn sowohl die Grundierung als auch der Schlauch Raumtemperatur haben. Cyanoacrylat-Klebemittel wirken bei der Anwendung dieser Technik mit einer Grundierung mit einem gewissen Erfolg.
Das zweistufige Verfahren fügt dem Herstellungsprozeß jedoch einen weiteren Schritt hinzu, der die Fertigungslinie verlangsamen und die Arbeitskosten erhöhen kann. Außerdem steigen durch Grundierungen die Kosten des Verfahrens. Drittens enthalten Grundierungen typischerweise große Mengen flüchtiger Chemikalien, wie z.B. organische Lösungsmittel, und können zu Toxizitäts-, Sicherheits- und Umweltproblemen führen. Viertens können Grundierungen die Möglichkeiten der Fertigung einschränken, da sie ihrerseits eine begrenzte Haltbarkeit aufweisen, d.h. die Grundierungen verlieren ihre Aktivität innerhalb von Stunden, wenn sie der Umgebung ausgesetzt sind.
Schließlich haben herkömmliche Oberflächenbeschichtungsverfahren nicht angemessen dafür gesorgt, sowohl die Schlauchoberfläche zu modifizieren als auch bei polaren Klebemitteln die Kompatibilität mit dem Klebemittel zu verbessern, während gleichzeitig die Schlauchoberfläche für die Kompatibilität mit einer Gleitklemme und die Kompatibilität mit einer medizinischen Infusionspumpe modifiziert wird.
In der US-Patentanmeldung, Aktenzeichen 08/642,278 werden die Zusätze direkt in das Polyolefinmaterial gemischt. Dieses Verfahren ist geeignet, um die Außenseite eines einschichtigen und mehrschichtigen Schlauchs zu modifizieren, da die Zusätze mit einem geringen Molekulargewicht zur Außenseite des Schlauchs wandern. Ein damit verbundener Nachteil besteht jedoch darin, daß die Zusätze bei einschichtigen Schläuchen möglicherweise auch zur Innenseite des Schlauchs wandern können, wo sie dem Infusionsweg ausgesetzt sind und in die durch den Schlauch strömenden Flüssigkeiten ausgewaschen werden können.
Die vorliegende Erfindung löst diese und weitere Probleme.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäßen Verfahren dienen der Modifizierung der Oberfläche von medizinischen Schläuchen aus Polyolefin, um die Kompatibilität des Schlauchs mit Klebemitteln zu verbessern und das Gleitvermögen der Oberfläche des Schlauchs zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung gibt ein Verfahren zum Herstellen eines medzinischen Schlauchs an. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

(1) Bereitstellen eines Materials, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Homopolymeren von Ethylen und Copolymeren von Ethylen besteht, wobei die Copolymere von Ethylen durch Copolymerisieren von Ethylen mit einem Comonomer erhalten werden, das aus der Gruppe ausgewählt, die aus Niederalkyloelfinen, Niederalkylestern einer Carbonsäure und Niederalkenestern einer Carbonsäure, wobei Niederalkyl und Niederalken jeweils 3 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen, oder Gemischen davon besteht;
(2) Ausstatten eines Extruders mit einer Extrusionsdüse;
(3) Extrudieren des Materials zu einem medizinischen Schlauch;
(4) Bereitstellen einer Lösung eines Oberflächenmodifikationsmittels;
(5) Vorwärmen der Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels auf eine Temperatur im Bereich von etwa 30°C bis 95°C; und
(6) Auftragen der vorgewärmten Lösung auf den Schlauch beim Verlassen der Extrusionsdüse, wenn der Schlauch in einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand vorliegt.

Die vorliegende Erfindung gibt außerdem ein Verfahren zum Verwenden eines medizinischen Schlauchs mit einer Pumpe an, um einem Patienten im Lauf der Zeit dosierte Mengen eines wohltuenden oder nützlichen Fluids zu verabreichen Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

(1) Bereitstellen eines Materials, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Homopolymeren von Ethylen und Copolymeren von Ethylen besteht, wobei die Copolymere von Ethylen durch Copolymerisieren von Ethylen mit einem Comonomer erhalten werden, das aus der Gruppe ausgewählt, die aus Niederalkyloelfinen, Niederalkylestern einer Carbonsäure und Niederalkenestern einer Carbonsäure, wobei Niederalkyl und Niederalken jeweils 3 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen, oder Gemischen davon besteht;
(2) Ausstatten eines Extruders mit einer Extrusionsdüse;
(3) Extrudieren des Materials zu einem medizinischen Schlauch;
(4) Bereitstellen einer Lösung eines Oberflächenmodifikationsmittels;
(5) Vorwärmen der Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels auf eine Temperatur im Bereich von 30°C bis 95°C;
(6) Auftragen der vorgewärmten Lösung auf den Schlauch beim Verlassen der Extrusionsdüse, wenn der Schlauch in einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand vorliegt; und
(7) Pumpen des Fluids durch den Schlauch mittels der Pumpe.

Die vorliegende Erfindung gibt außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen medizinischen Schlauchs an, das die folgenden Schritte aufweist:

(1) Extrudieren eines mehrschichtigen Schlauchs mit einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht, wobei die erste Schicht aus einem Ethylenmonomer besteht, das mit mindestens einem Monomer copolymerisiert ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Niederalkylestern einer Carbonsäure und Niederalkenestern einer Carbonsäure besteht, wobei Niederalkyl und Niederalken jeweils 3 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen, und die zweite Schicht aus Homopolymeren und Copolymeren von α-Olefinen besteht, wobei die zweite Schicht konzentrisch in der ersten Schicht angeordnet wird und einen Elastizitätsmodul aufweist, der größer der Elastizitätsmodul der ersten Schicht ist;
(2) Bereitstellen einer Lösung eines Oberflächenmodifikationsmittels;
(3) Vorwärmen der Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels auf eine Temperatur im Bereich von 30°C bis 95°C; und
(4) Auftragen der vorgewärmten Lösung auf den Schlauch beim Verlassen der Extrusionsdüse, wenn der Schlauch in einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand vorliegt.

Die vorliegende Erfindung gibt ferner ein Verfahren zum Herstellen eines medizinischen Schlauchs an, das die folgenden Schritte aufweist:

(1) Extrudieren eines Schlauchs mit einem Extruder mit einer Extrusionsdüse, wobei der Schlauch eine erste Schicht aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Homopolymeren von Ethylen und Copolymeren von Ethylen besteht, wobei die Copolymere von Ethylen ein Ethylenmonomer, copolymerisiert mit mindestens einem Monomer sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Niederalkylolefinen mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, Niederalkylestern einer Carbonsäure, wobei Niederalkyl 3 bis 18 Kohlenstoffatome hat, und Niederalkenestern einer Carbonsäure, wobei Niederalken 3 bis 18 Kohlenstoffatome hat, besteht;
(2) Bereitstellen einer Lösung eines Oberflächenmodifikationsmittels;
(3) Vorwärmen der Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels auf eine Temperatur im Bereich von 30°C bis 95°C;
(4) Auftragen der vorgewärmten Lösung auf den Schlauch beim Verlassen der Extrusionsdüse, wenn der Schlauch in einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand vorliegt;
(5) Abkühlen des Schlauchs bis zum festen Zustand, so daß ein Ausgangsdurchmesser gebildet wird; und
(6) Recken des Schlauchs entlang der Richtung der Längsachse des Schlauchs, so daß ein orientierter Durchmesser gebildet wird, der kleiner als der Ausgangsdurchmesser ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren gibt ferner vorzugsweise an, daß der Schlauch einer ionisierenden Strahlungsdosis ausgesetzt wird, so daß bei medizinischen Infusionspumpen die Leistung verbessert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren
Es zeigen:
1 einen vergrößerten Querschnitt eines erfindungsgemäßen einschichtigen medizinischen Schlauchs;
2 einen vergrößerten Querschnitt eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen Schlauchs;
2a einen vergrößerten Querschnitt eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen Schlauchs;
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen, Modifizieren der Oberfläche, Orientieren und Wärmehärten eines medizinischen Schlauchs;
3a eine Draufsicht des serpentinenförmigen Wegs, dem der Schlauch durch ein Heiz- oder Kühlbad des in 3 gezeigten Verfahrens folgen kann;
3b eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen, Orientieren im trockenen Zustand und Wärmehärten eines medizinischen Schlauchs; 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Pumpen von Fluid durch einen polymeren Schlauch;
5 einen Querschnitt eines polymeren Schlauchs beim Aufwärtshub bei einem Pumpverfahren;
5a einen Querschnitt eines polymeren Schlauchs beim Abwärtshub bei einem Pumpverfahren;
5b einen Querschnitt eines polymeren Schlauchs vor dem mehrfachen Zusammendrücken durch eine Pumpe;
5c einen Querschnitt eines polymeren Schlauchs nach dem mehrfachen Zusammendrücken durch eine Pumpe;
6 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Genauigkeit der Pumpe und der Gamma-Strahlungsdosis von Cobalt-60;
7a eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Genauigkeit der Pumpe und der Strahlungsdosis von Elektronenstrahlen;
7b eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Genauigkeit der Pumpe und der Strahlungsdosis von Gamma-Strahlen;
8a eine graphische Darstellung der Abhängigkeit von Elastizitätsmodul und Streckgrenze von veränderlichen Dosen der Elektronenstrahlen;
8b eine graphische Darstellung der Abhängigkeit von Elastizitätsmodul und Streckgrenze von unterschiedlichen Gamma-Strahlungsdosen; und
9 eine schematische Darstellung des Modifizierens der Oberfläche eines Schlauchs beim Verlassen der Extruderdüse.
Ausführliche Beschreibung
Obwohl für diese Erfindung verschiedene Ausführungsbeispiele möglich sind, sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Zeichnungen gezeigt und hier ausführlich beschrieben, wobei selbstverständlich ist, daß die vorliegende Beschreibung als ein Beispiel der Prinzipien der Erfindung angesehen werden soll und den weiten Umfang dieser Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele einschränken soll.
I. Medizinischer Schlauch
1 zeigt eine einschichtige Struktur eines Schlauchs 10 mit einer Seitenwand 12. Die Seitenwand des Schlauchs ist vorzugsweise aus einem polymeren Material aus Ethylen hergestellt, das mit Comonomeren copolymerisiert ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Niederalkylolefinen und mit Niederalkyl und Niederalken substituierten Carbonsäuren und Ester- und Anhydrid-Derivaten davon besteht. Die Carbonsäuren haben vorzugsweise 3 bis 10 Kohlenstoffatome.
Zu solchen Carbonsäuren gehören folglich Essigsäure, Acrylsäure und Buttersäure. Der Begriff "Niederalken" und "Niederalkyl" steht für eine Kohlenstoffkette mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, stärker bevorzugt 3 bis 10 und besonders bevorzugt 3 bis 8 Kohlenstoffatomen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Schlauch ein Copolymer von Ethylen und Vinylacetat mit einem Vinylacetatgehalt von weniger als etwa 36 Gew.-%, stärker bevorzugt weniger als etwa 33 Gew.-% und besonders bevorzugt weniger als oder gleich etwa 28 Gew.-%.
Es ist auch bevorzugt, daß das EVA ein hohes Molekulargewicht und einen gemäß ASTM D-1238 gemessenen Schmelzindex von weniger als 5,0 g/10 min, stärker bevorzugt von weniger als etwa 1,0 g/10 min und besonders bevorzugt von weniger als 0,8 g/10 min oder in irgendeinem Bereich oder einer Kombination von Bereichen daraus aufweist.
In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der erfindungsgemäße Schlauch Ethylen, das mit α-Olefinen copolymerisiert ist. Die α-Olefine können 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatome oder irgendeinen Bereich oder irgendeine Kombination von Bereichen daraus enthalten. α-Olefine mit 2 bis etwa 10 Kohlenstoffatomen sind stärker bevorzugt. Folglich können die Olefinpolymere von Olefinen, wie Ethylen, Propylen, 1-Buten, 1-Penten, 4-Methyl-1-penten, 1-Octen, 1-Decen, 4-Ethyl-1-hexen usw. oder Gemischen von zwei oder mehreren dieser Olefine stammen.
Zu Beispielen von besonders vorteilhaften Olefinpolymeren gehören Ethylen-Buten-Copolymere und Ethylen-Propylen-Copolymere, Copolymere von Ethylen und Hexen-1 und Copolymere von Ethylen und Octen-1, die als Polyethylene mit extrem niedriger Dichte (ULDPE) bezeichnet werden. Solche ULDPE haben eine Dichte von vorzugsweise gleich oder weniger als 0,910 g/cm³ und werden vorzugsweise unter Verwendung von Metallocen-Katalysatorsystemen hergestellt.
Solche Katalysatoren sollen Katalysatoren mit "einer einzigen aktiven Stelle" sein, da sie im Gegensatz zu Katalysatoren vom Ziegler-Natta-Typ, die bekanntlich Katalysatoren mit mehreren aktiven Stellen sind, eine einzige sterisch und elektronisch äquivalente katalytische Stelle aufweisen. Solche von Metallocen katalysierten Ethylen-α- Olefine werden von Dow unter der Handelsbezeichnung AFFINITY und von Dupont-Dow unter der Handelsbezeichnung ENGAGE, von Phillips Chemical Company unter der Bezeichnung MARLEX und von Exxon unter der Handelsbezeichnung EXACT vertrieben.
Es kann wünschenswert sein, dem Schlauchmaterial einen strahlungsempfindlichen Zusatz zuzusetzen, der für Strahlen, wie z.B. Gamma-Strahlen, Elektronenstrahlen, UV-Licht, sichtbares Licht oder andere ionisierende Energiequellen, empfindlich ist. Zu geeigneten strahlungsempfindlichen Zusätzen gehören organische Peroxide, wie z.B. Dicumylperoxid (DiCup) und andere, freie Radikale erzeugende Verbindungen.
Zu anderen, für freie Radikale empfindlichen funktionellen Gruppen gehören Acrylat, Säure, Diene und deren Copolymere und Terpolymere, Amid, Amin, Silan, Urethan, Hydroxyl, Epoxy, Ester, Pyrrolidon, Acetat, Kohlenmonoxid, Keton, Imidazolin, Photo- und UV-Initiatoren, Fluorverbindungen usw. Diese funktionellen Gruppen können in polymeren und nicht-polymeren Verbindungen vorliegen.
Zu geeigneten Zusätzen gehören insbesondere Ethylenvinylacetat, Ethylenmethyl acrylat (EMA), Etzylenacrylsäure (EAA), Fettamide, funktionalisierte und nicht-funktionalisierte Styrol-Butadien-Copolymere mit einer geringen Viskosität und deren hydrierte Derivate, funktionalisiertes und nicht-funktionalisiertes Polybutadien, Polyisopren, ein Terpolymer aus den Monomeren Ethylen, Propylen und Dien, Polybuten, Urethanacrylat, Epoxyacrylat, Photoinitiatoren usw.
Zu diesen Zusätze gehören insbesondere funktionalisiertes Polyethylen mit extrem niedriger Dichte und geringer Viskosität, das mit Epoxygruppen, Carbonsäuren und deren Ester- und Anhydrid-Derivaten funktionalisiert ist, A-C-Polymere von Allied Signal, die Produkte SR/CN und Esacure von Sartomer, funktionalisierte Fettprodukte von Akzo Nobel und Henkel, Photoinitiatoren von Ciba-Geigy, Fluorverbindungen von 3 M, EVA von DuPont, EAA von Dow Chemical und EMA von Chevron und 1,2-syndiotaktisches Polybutadien von Japan Synthetic Rubber Co.
Die Ethylen-Propylen-Terpolymere weisen eine dritte Komponente aus einem Diolefin mit einer nicht-konjugierten Kette, z.B. 1,4-Pentadien, 1,4-Hexadien, 1,5-Hexadien, oder einem cyclischen Polyen, z.B. Dicyclopentadien, Methylennorbornen, Ethylidennorbornen, Cyclooctadien, Methyltetrahydroinden usw., auf. Diese Arten von Additiven sollen als EPDM bezeichnet werden. Geeignete EPDM werden unter den Handelsbezeichnungen NORDEL (Dupont Chemical Company), VISTALON (Exxon), KELTAN (Dutch State Mines), JSR (Japan Synthetic Rupper) und EPDM von Mitsui Chemical Company vertrieben.
Die strahlungsempfindlichen Zusätze sollten dem Schlauchmaterial in wirksamen Mengen, vorzugsweise in einer auf das Gewicht der Monoschicht oder der Außenschicht bezogenen Menge von 0,01 bis 20,0%, stärker bevorzugt von 0,01 bis 10,0% und besonders bevorzugt von 0,02 bis 5,0% zugesetzt werden.
2a zeigt einen mehrschichtigen Schlauch mit einer Außenschicht 12, einer Innenschicht 14 und einer Kernschicht 15. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die Außenschicht 12 und die Kernschicht 15 aus dem gleichen Material und den gleichen Zusätzen, wie sie vorstehend für die Schlauchmaterialien aufgeführt worden sind. Die Außenschicht und die Kernschicht 12 und 15 müssen nicht vom gleichen Material sein. Die Innenschicht 14 oder die Lösungskontaktschicht wird vorzugsweise aus Homopolymeren und Copolymeren von α-Olefinen ausgewählt.
Stärker bevorzugt ist das Olefin der Innenschicht 14 ein Copolymer von Ethylen und α-Olefinen mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen und stärker bevorzugt 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, und ist besonders bevorzugt ULDPE. Die Innenschicht weist vorzugsweise eine Mindestmenge von Komponenten auf, die in die durch den Schlauch 10 strömende Lösung wandern können.
Die Außenschicht 12 sollte einen Elastizitätsmodul aufweisen, der kleiner als der der Innenschicht 14 ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kernschicht 15 die dickste Schicht und macht 55 bis 99%, stärker bevorzugt 75 bis 99% und besonders bevorzugt 90 bis 98% der gesamten Wanddicke oder irgendeinen Bereich oder irgendeine Kombination von Bereichen daraus aus.
In der in 2 gezeigten zweischichtigen Schlauchstruktur sollte die Außenschicht 12 vorzugsweise dicker als die Innenschicht 14 sein. Die Dicke der Innenschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 40%, stärker bevorzugt von 1 bis 25% und besonders bevorzugt von 2 bis 10% der gesamten Wanddicke oder in irgendeinem Bereich oder irgendeiner Kombination von Bereichen daraus.
II. Verfahren zum Herstellen von medizinischen Schläuchen
Der erfindungsgemäße Schlauch wird vorzugsweise unter Anwendung von Extrusions- und Coextrusionsverfahren hergestellt. Die erfindungsgemäßen medizinischen Schläuche 10 sollten einen Innendurchmesser im Bereich von 0,08 bis 10 mm (0,003 bis 0,4 inch) und einen Außendurchmesser im Bereich von 3,0 bis 12,7 mm (0,12 bis 0,50 inch) aufweisen. Insbesondere hat ein medizinischer Schlauch für die Verwendung bei der Verabreichung eines Fluids mittels einer medizinischen Infusionspumpe, wie der Baxter-Infusionspumpe, die unter der Handelsbezeichnung FLO-GARD^® vertrieben wird, und COLLEAGUE^®, einen Innendurchmesser im Bereich von 2,51 bis 2,67 mm (0,099 bis 0,105 inch), einen Außendurchmesser im Bereich von 3,40 bis 3,68 mm (0,134 bis 0,145 Inch) und eine Wanddicke im Bereich von 0,46 bis 0,53 mm (0,018 bis 0,021 inch).
Der Schlauch sollte flexibel sein, wobei er einen Elastizitätsmodul von weniger als 3,4 × 108 Pa (50000 psi), stärker bevorzugt von weniger als 2,1 × 108 (30000), noch stärker bevorzugt von weniger als 6,9 × 107 (10000) und besonders bevorzugt von weniger als 2,8 × 107 Pa (4000 psi) oder in irgendeinem Bereich oder irgendeiner Kombination von Bereichen daraus hat.
III. Verfahren zum Modifizieren der Oberfläche des Schlauchs
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Oberfläche des Schlauchs 10 modifiziert, um die Kompatibilität des Schlauchs mit polaren Klebemitteln zu verbessern und das Gleitvermögen der Oberfläche des Schlauchs zu verbessern. Wenn die Kompatibilität des Schlauchs mit Klebemitteln verbessert wird, läßt er sich leichter mit starren medizinischen Behältern verbinden, die aus polaren Polymeren, wie z.B. Polycarbonaten, Acrylharzderivaten, Polyestern und dgl., hergestellt sind.
Das Modifizieren der Oberfläche verbessert auch das Gleitvermögen der Oberfläche des Schlauchs, so daß eine Gleitklemme verwendet werden kann, um den Fluidstrom durch den Schlauch zu regulieren, ohne daß der Schlauch durchtrennt wird. Das Modifizieren der Oberfläche verbessert zudem die Leistung des Schlauchs, wenn er mit medizinischen Infusionspumpen verwendet wird.
9 zeigt den Schlauch 10 beim Verlassen eines Extruders 30 mit einer Extrusionsdüse 100 und beim Eintritt in eine Station 102, in der die vorgewärmte Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels auf die Außenseite des Schlauchs aufgebracht wird. Das Oberflächenmodifikationsmittel kann mit irgendeinem Verfahren aufgebracht werden, das für ein gleichmäßiges Auftragen auf die Oberfläche des Schlauchs sorgt. Es wird in Betracht gezogen, das Oberflächenmodifikationsmittel dadurch aufzutragen, daß der Schlauch durch ein Bad der Lösung gezogen wird.
Um unterschiedliche Geschwindigkeiten der Extrusionsanlage auszugleichen, kann die Länge des Bades oder die Konzentration des Oberflächenmodifikationsmittels in der Lösung geändert werden, damit die gewünschte Modifizierung der Oberfläche erreicht wird. Das Oberflächenmodifikationsmittel kann auch durch Sprühen des Oberflächenmodifikationsmittels unter Druck, durch Auftragen des Modifikationsmittels mit einem Schwamm, einer Walze oder einer Bürste oder durch eine andere auf diesem Fachgebiet allgemein bekannte Methode erfolgen.
Im Gegensatz zu bisherigen Versuchen, die Oberfläche eines Schlauchs zu modifizieren, sorgt die vorliegende Erfindung für das Vorwärmen der Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels und das baldige Aufbringen auf dem Schlauch, nachdem der Schlauch die Extrusionsdüse verlassen und bevor der Schlauch festgeworden ist, oder mit anderen Worten während der Schlauch im geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand vorliegt.
Herkömmliche Beschichtungsverfahren, die den hier genannten Erfindern bekannt sind, wenden das Sprühen von Oberflächenmodifikationsmitteln mit Raumtemperatur auf den Schlauch mit Raumtemperatur im festen Zustand an. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Oberflächenmodifikationsmittel auf eine Temperatur von etwa 30°C bis 95°C, stärker bevorzugt von 40°C bis 85°C und besonders bevorzugt von etwa 50°C bis 80°C erwärmt.
Zu geeigneten Oberflächenmodifikationsmitteln gehören sowohl nicht-polymere als auch polymere Verbindungen. Geeignete nicht-polymere Zusätze können aus der Gruppe von nicht-polymeren aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen ausgewählt werden, die mehr als 5 Kohlenstoffatome, jedoch weniger als 500, stärker bevorzugt weniger als 200 Kohlenstoffatome und besonders bevorzugt weniger als 100 Kohlenstoffatome in der Hauptkette aufweisen.
Die nicht-polymeren Zusätze sollten zudem elektronennegative Gruppen aufweisen, die aus der Gruppe von Aminen, Amiden, Hydroxylen, Säuren, Acetat, Ammoniumsalzen, Organometallverbindungen, wie Metallalkoholaten, Metallcarboxylaten, und Metallkomplexen zahlreicher 1,3-Dicarbonylverbindungen, Phenylphosphinen, Pyridinen, Pyrrolidonen, Imidazolin und Oxazolinen ausgewählt sind.
Stärker bevorzugt werden die nicht-polymeren Zusätze aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polyoxyethylen(5)oleylamin (Ethomeen 0/15, Akzo Nobel Chemical Company), Bis(2-hydroxyethyl)soyaamin (Ethomeen S/12), Bis(2-hydroxyethyl)oleylamin (Ethomeen 0/12) und Polyoxyethylen(5)octadecylamin (Ethomeen 18/15) besteht.
Zu geeigneten polymeren Oberflächenmodifikationsmitteln gehören Polyurethan und Copolymere von Ethylen, das mit Comonomeren copolymerisiert ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus mit Niederalkyl substituierten Carbonsäuren, mit Niederalken substituierten Carbonsäuren, Ester-, Anhydrid- und verseiften Derivaten davon besteht. Die Carbonsäuren haben vorzugsweise 3 bis 10 Kohlenstoffatome. Zu diesen Carbonsäuren gehören folglich Essigsäure, Acrylsäure und Buttersäure.
Der Begriff "Niederalken" und "Niederalkyl" soll eine Kohlenstoffkette mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, stärker bevorzugt 3 bis 10 und besonders bevorzugt 3 bis 8 Kohlenstoffatomen einschließen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der polymere Zusatz aus der Gruppe von Polyurethanen, Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymeren ausgewählt.
Die Zusätze können in Lösungen von Wasser, Ketonen, Aldehyden, aliphatischen Alkoholen, Freon, Ersatzlösungsmitteln für Freon, anderen üblichen organischen Lösungsmitteln und Gemischen davon eingebracht werden. Zu geeigneten aliphatischen Alkoholen gehören Ethyl-, Isopropyl-, tertiärer Butyl- und Isobutylalkohol, sie sind jedoch nicht darauf begrenzt. Die Lösung des Zusatzes kann auch wahlfreie Komponenten, wie z.B. Emulgatoren, Verdickungsmittel, Verdünnungsmittel, Färbemittel, Gleitmittel und UV-Schutzmittel, aufweisen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Lösung des Zusatzes etwa 15 bis etwa 50 Gew.-% eines Fettamids auf, das in eine Lösung von Wasser und Isopropylalkohol mit 50 : 50 eingeführt ist.
Das Auftragen der exakten Menge des Zusatzes ist kritisch, um sowohl ein besseres Gleitvermögen als auch eine größere Festigkeit der Verbindung mit polaren Gehäusen zu erreichen. Um die Festigkeit der Verbindung zu verbessern, muß der Teil des Zusatzes, der mit dem Klebemittel in Wechselwirkung tritt, an der Außenschicht des Schlauchs verankert werden.
Wenn auf die Außenseite des Schlauchs zuviel Zusatz aufgebracht worden ist, wird der Teil des Zusatzes, der mit dem Klebemittel in Wechselwirkung tritt, nicht am Schlauch verankert und kann entlang eines Teils des Zusatzes, der am Schlauch verankert ist, gleiten. In diesem Fall wird die Festigkeit der Verbindung des Schlauchs am Gehäuse nicht verbessert.
IV. Verfahren zum Wärmehärten und Orientieren des Schlauchs
Es kann gegebenenfalls auch erwünscht sein, daß der Schlauch 10 entlang seiner Längsachse orientiert und entlang dieser Abmessung mit Wärme fixiert wird. Dieser Orientierungsschritt erhöht die Streckgrenze des Schlauchs in Längsrichtung, so daß bei der Verwendung des Schlauchs dessen Neigung zur Querschnittsverminderung abnimmt. Das vorherige Orientieren der Schlauchs verbessert tatsächlich dessen Beständigkeit gegenüber einer weiteren Querschnittsverminderung. Der Schlauch 10 sollte vorzugsweise so orientiert werden, daß der anfängliche Innen- und Außendurchmesser des Schlauchs irgendeinen Wert haben, der 10 bis 300% und stärker bevorzugt 10 bis 120% und besonders bevorzugt 30 bis 100% größer als der Durchmesser des Schlauchs 10 nach dem Orientieren ist.
Diese Bereiche schließen zudem alle Kombinationen und Teilkombinationen von Bereichen daraus ein. Das Verhältnis zwischen dem Ausgangsdurchmesser und dem Durchmesser nach dem Orientieren soll als Orientierungsverhältnis bezeichnet werden. Das Orientierungsverfahren kann ein Orientierungsverfahren im feuchten Zustand oder eins im trockenen Zustand sein, wie es nachstehend aufgeführt ist.
3 ist eine schematische Darstellung 30 des Verfahrens zum Orientieren des Schlauchs 10 bei einem Orientierungsverfahren im feuchten Zustand. Das Verfahren zum Orientieren im feuchten Zustand weist folgende Schritte auf: Bereitstellen eines Schlauchs 10 und Orientieren des Schlauchs 10 entlang seiner Längsachse, so daß der Schlauch 10 den gewünschten Innen- und Außendurchmesser, wie es im vorstehenden Abschnitt II angegeben ist, und das gewünschte Orientierungsverhältnis aufweist.
Es wird angenommen, daß der Orientierungsschritt die Moleküle des Schlauchs entlang der Längsachse ausrichtet, so daß die Beständigkeit gegenüber der Querschnittsverminderung bei anschließenden Belastungen in Längsrichtung verbessert wird. Der Schlauch 10 wird dann wärmegehärtet, um das Schrumpfen des Schlauchs zu verringern und den Schlauch in der orientierten Abmessung zu fixieren.
Der Schlauch 10 (der einschichtig oder mehrschichtig sein kann) wird in der mit den Pfeilen 34 angegebenen Richtung entlang eines kontinuierlichen Weges gezogen, der als Linie bezeichnet werden kann. Der Begriff "die Linie aufwärts" soll für Stellen entlang dieser Linie in der zur Bewegungsrichtung des Schlauchs 32 entgegengesetzten Richtung stehen. Andererseits soll der Begriff "die Linie abwärts" Stellen in der Bewegungsrichtung des Schlauchs bezeichnen. Der Begriff "Linie" soll nicht dafür stehen, daß das Verfahren in einer geraden Linie durchgeführt werden muß, statt dessen soll er bedeuten, daß das Verfahren in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Schritten durchgeführt wird.
Wie in 3 gezeigt, wird der Schlauch 10 mit einem Extruder 36 erzeugt. Der den Extruder 36 verlassende Schlauch 32 hat vorzugsweise einen Außendurchmesser, der 10 bis 300% größer als der nach dem Orientieren und stärker bevorzugt 20 bis 120% und besonders bevorzugt 30 bis 100% größer ist. Der Schlauch 10 wird mit einer ersten Abziehvorrichtung 37, einer zweiten Abziehvorrichtung 38, einer dritten Abziehvorrichtung 39 und einer vierten Abziehvorrichtung 40 aus dem Extruder 36 abgezogen. Der Durchmesser des Schlauchs an der ersten Abziehvorrichtung 37, wenn der Schlauch in einem festen Zustand vorliegt, wird als Ausgangsdurchmesser bezeichnet.
Die Abziehvorrichtungen 37, 38, 39 und 40 können eine Beschichtung aus Silicon oder Kautschuk aufweisen, damit der Reibungskoeffizient gegenüber dem Schlauch 32 erhöht wird. Die zweite und die dritte Abziehvorrichtung 38 und 39 können eine Vielzahl von axial beabstandeten und entlang des Umfangs verlaufenden Vertiefungen aufweisen, so daß auf der Oberfläche der Abziehvorrichtungen 38 und 39 gleichzeitig mehr als ein Satz Schläuche 32 aufgenommen wird.
Nach dem Verlassen des Extruders 36 läuft der Schlauch 32, der in einer geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Phase vorliegt, durch ein erstes Kühlbad 41, in dem der Schlauch 32 mit Luft oder einer Flüssigkeit abgekühlt wird. Das erste Kühlbad 41 ist vorzugsweise ein Wasserbad mit einer Temperatur im Bereich von 4 °C bis 45 °C. Der Schlauch sollte im Kühlbad 41 in die feste Phase überführt werden.
Nach dem Verlassen des ersten Kühlbades 41 läuft der Schlauch 10 zwischen der ersten und der zweiten Abziehvorrichtung 37 und 38, wobei der Schlauch 10 orientiert wird, indem die zweite Abziehvorrichtung 38 mit einer größeren Geschwindigkeit als die erste Abziehvorrichtung 37 arbeitet, so daß das gewünschte Orientierungsverhältnis erreicht wird. Es wird angenommen, daß das Orientieren des Schlauchs im festen Zustand für das Erzielen eines orientierten Schlauchs wirksamer als das Recken des Schlauchs unmittelbar nach dem Verlassen des Extruders 36 oder beim Durchgang durch das erste Kühlbad 41 ist, wenn der Schlauch in einer geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Phase vorliegt.
Dieser Abschnitt der Anlage wird als Orientierungsabschnitt 42 bezeichnet. Die zweite Abziehvorrichtung 38 arbeitet vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit, die 4 bis 10 mal höher als die der ersten Abziehvorrichtung 37 ist. Durch eine Regelung der relativen Geschwindigkeiten der ersten und der zweiten Abziehvorrichtung 37 und 38 kann der abschließende Innen- und Außendurchmesser des Schlauchs 10 gesteuert und das gewünschte Orientierungsverhältnis erreicht werden.
Im Orientierungsabschnitt 42 läuft der Schlauch 10 durch ein zweites Kühlbad 43, in dem der Schlauch 10 mit Luft oder Flüssigkeit gekühlt wird. Das zweite Kühlbad 43 ist wie das erste Kühlbad 41 vorzugsweise ein wäßriges Bad mit einer Temperatur im Bereich von 4°C bis 45°C.
Um dem Formgedächtniseffekt des orientierten Schlauchs 10 entgegenzuwirken, muß der Schlauch auf eine Temperatur oberhalb der, der er normalerweise beim Versand, der Lagerung und der Verwendung ausgesetzt wird, jedoch unterhalb der Temperatur erwärmt werden, bei der der Schlauch vollständig schmilzt. Wenn der Schlauch Temperaturen oberhalb der Anwendungstemperatur ausgesetzt wird, schmelzen weniger geordnete Kristalle mit einem geringeren Schmelzpunkt, womit Kristalle mit einem höheren Schmelzpunkt zurückbleiben, die innerhalb des Anwendungstemperaturbereichs thermisch stabil sind. Ein Teil der stark orientierten Makromolekülketten wird entspannt, so daß ein Schlauch mit einer besseren Wärmebeständigkeit bereitgestellt wird.
Zu diesem Zweck läuft der Schlauch 10 nach dem Verlassen des zweiten Kühlbades 43 um die zweite Abziehvorrichtung 38 und zwischen der zweiten Abziehvorrichtung 38 und der dritten Abziehvorrichtung 39. Der Schlauch 10 läuft zurück in Richtung des Extruders 36 und durch ein Heizbad 44, in dem der Schlauch wärmegehärtet wird. Das Heizbad 44 ist vorzugsweise über dem zweiten Kühlbad 43 angeordnet, um Raum zu sparen. Diese Anordnung ist jedoch wahlfrei. Dieser Abschnitt des Verfahrens wird als Wärmehärtabschnitt oder -schritt 45 bezeichnet.
Der Wärmehärtschritt 45 wird vorzugsweise direkt nach dem Orientierungsabschnitt 42 durchgeführt, kann jedoch in einem diskontinuierlichen Verfahren getrennt durchgeführt werden. Beim Wärmehärtschritt 45 läuft der Schlauch 10 durch ein Heizbad 44, in dem der Schlauch 10 mit einem Medium, wie erwärmter Luft oder einer erwärmten Flüssigkeit, erwärmt wird. Das Heizbad 44 ist vorzugsweise eine wäßrige Lösung oder Wasser mit einer Temperatur zwischen etwa 50°C und 99°C. Der wäßrigen Lösung können Zusätze, wie ein Salz, zugegeben werden.
Um die Abmessung des Schlauchs zu steuern, ist es erwünscht, daß der Schlauch 10 beim Wärmehärtschritt 45 nicht orientiert wird. Aus diesem Grund sollte der Schlauch 10 zwischen der zweiten und der dritten Abziehvorrichtung 38 und 39 unter einer Mindestspannung gehalten werden, damit der Schlauch noch straff bleibt, oder der Schlauch sollte etwas durchhängen, so daß das Schrumpfen verhindert oder gesteuert wird. Folglich sollten die zweite und die dritte Abziehvorrichtung 38 und 39 mit einer ähnlichen Geschwindigkeit arbeiten oder die Abziehvorrichtung 39 sollte mit einer etwas geringeren Geschwindigkeit als die Abziehvorrichtung 38 arbeiten, damit eine gewisse Schrumpfung ausgeglichen wird.
Um das Orientieren des Schlauchs 10 im Wärmehärtabschnitt 45 weiter zu verhindern, kann es auch erwünscht sein, den Schlauch 10 mit einer Haltestruktur 47 abzustützen, während er durch das Heizbad 44 gezogen wird. Die Bereitstellung der Haltestruktur 47 ist jedoch wahlfrei. Geeignete Haltestrukturen 47 weisen eine Fördereinrichtung auf, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Schlauch 10 durch den Wärmehärtabschnitt 45 bewegt. Eine andere Haltestruktur 47 ist eine Leitung aus Kunststoff oder Metall, deren Durchmesser größer als der des Schlauchs ist, wobei der Schlauch 10 von der Innenseite der Leitung gehalten wird.
Nach dem Verlassen des Heizbades 44 läuft der Schlauch 10 zwischen der dritten Abziehvorrichtung 39 und der vierten Abziehvorrichtung 40. Die Abziehvorrichtung 40 sollte mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie die Abziehvorrichtung 39 oder etwas langsamer als 39 arbeiten, um ein weiteres Orientieren zu verhindern. Der Schlauch 10 wird erneut durch das zweite Kühlbad 43 geleitet. Natürlich ist es möglich, für ein separates Kühlbad zu sorgen, diese Anordnung spart jedoch Raum.
Es kann auch erwünscht sein, daß der Schlauch 10 das Kühlbad 43 oder das Heizbad 44 mehrmals in Längsrichtung durchläuft, wie es 3a gezeigt ist, so daß für das maximale Abkühlen oder Erwärmen des Schlauchs in einem minimalen Raum gesorgt wird. Das kann dadurch erfolgen, daß eine Vielzahl von beabstandeten Rollen 49 vorgesehen wird, so daß ein serpentinenförmiger Weg durch das Heizbad 44 oder das Kühlbad 43 geschaffen wird.
Um irgendein weiteres Orientieren des Schlauchs 10 zu verhindern, kann es erforderlich sein, die vierte Abziehvorrichtung 40 mit einer ähnlichen Geschwindigkeit oder einer etwas geringeren Geschwindigkeit als die dritte Abziehvorrichtung 39 zu betreiben.
Nachdem der Schlauch die vierte Abziehvorrichtung 40 durchlaufen hat, hat er einen orientierten Durchmesser und durchläuft eine Schnittvorrichtung oder Aufnahmespule 48, wobei der Schlauch 10 für die Lagerung oder den Versand auf die geeignete Länge geschnitten oder um die Aufnahmespule gewickelt wird.
3b zeigt ein Orientierungsverfahren im trockenen Zustand 30. Dieses Orientierungsverfahren ist nach den meisten Gesichtspunkten dem Orientierungsverfahren im feuchten Zustand gleich, jedoch mit der wesentlichen Ausnahme, daß der Schlauch 10 im Abschnitt 42 zwischen den Abziehvorrichtungen 37 und 37a orientiert wird. Die Abziehvorrichtung 37a arbeitet mit einer höheren Gechwindigkeit als die Abziehvorrichtung 37. Beim Schritt 42 zum Orientieren im trockenen Zustand wird der Schlauch 10 nicht in das wäßrige Bad 43 getaucht, wie es beim Schritt 42 zum Orientieren im feuchten Zustand der Fall ist.
Beim Orientierungsverfahren im trockenen Zustand laufen die Abziehvorrichtungen 38, 39 und 40 mit einer Geschwindigkeit, die der der Abziehvorrichtung 37a ähnlich oder geringer als diese ist. Trotz dieser Unterschiede zwischen dem Orientierungsverfahren im feuchten Zustand und dem im trockenen Zustand ist es erwünscht, daß der Schlauch im festen Zustand orientiert wird.
V. Verfahren zum Bestrahlen des Schlauchs
Im Verlauf der Herstellung einer medizinischen Vorrichtung müssen die meisten medizinischen Vorrichtungen sterilisiert werden. Das Sterilisieren mit einer Strahlung stellt ein bevorzugtes Verfahren dar. Bei dieser Untersuchung hat man überraschenderweise festgestellt, daß daß das Leistungsvermögen des Schlauchs, das durch die Genauigkeit der zugeführten Fluiddosis gemessen wird, durch das Bestrahlen des Schlauchs mit üblichen sterilisierenden Strahlungsdosen verbessert wurde. Wie in den 8a und 8b gezeigt, nimmt die Genauigkeit der Pumpe mit steigenden Dosen von Elektronenstrahlen (7a) und Gamma-Strahlen (7b) zu.
Wie in den 8a und 8b gezeigt, hat man auch festgestellt, daß der Elastizitätsmodul des Schlauchs, Linie 80 mit zunehmenden Dosen der Elektronenstrahlen (8a) und der Gamma-Strahlen (8b) abnahm. Es war überraschend, daß diese Verringerung des Moduls nicht von einer deutlichen Verringerung der Streckgrenze des Schlauchs begleitet war, die mit der Linie 82 dargestellt ist.
Das Sterilisieren mit Strahlen erfolgt typischerweise bei viel geringeren Strahlungsdosen als sie zum Vernetzen von Polymeren verwendet werden. Die typische Größenordnung dieser sterilisierenden Strahlung liegt bei etwa 25 kGy, kann jedoch gelegentlich nur 15 kGy betragen.
Wenn der Schlauch einer sterilisierenden Strahlung ausgesetzt wird, führt dies in einigen Fällen, jedoch nicht notwendigerweise, zu einer meßbaren Veränderung des Gelgehalts des Schlauchs. Der Gelgehalt gibt den Prozentsatz des Gewichtes von unlöslichen Bestandteilen vom Gewicht des Schlauchmaterials an. Diese Definition basiert auf dem allgemein anerkannten Prinzip, daß vernetzte Polymermaterialien nicht lösbar sind. Ein signifikanter Gelgehalt, wie etwa 50%, macht das Material jedoch zu einem Duroplasten. Solche Duroplasten sind für medizinische Anwendungen unerwünscht, da sie sich nicht mit üblichen Wiederaufbereitungsverfahren wiederverarbeiten lassen.
Es muß darauf hingewiesen werden, daß es möglich ist, den Schlauch sterilisierenden Strahlungsdosen auszusetzen und eine bessere Leistung des Schlauchs mit Pumpen zu erreichen, ohne daß irgendwelche Veränderungen des Gelgehalts des Schlauchs beobachtet werden. Der erfindungsgemäße medizinische Schlauch 10 hat einen Gelgehalt, der vorzugsweise im Bereich von 0 bis 49,9%, stärker bevorzugt von 0 bis 45% und besonders bevorzugt von 0 bis 40% oder in irgendeinem Bereich oder irgendeiner Kombination von Bereichen daraus liegt.
Der Schlauch wird vorzugsweise einer geringen Dosis von Gamma-Strahlen im Bereich von 15 bis 58 kGy, stärker bevorzugt von 15 bis 45 kGy und besonders bevorzugt von 15 bis 35 kGy oder in irgendeinem Bereich oder einer Kombination von Bereichen daraus ausgesetzt. Dieser Schlauch 10 behält folglich seine thermoplastischen Eigenschaften und kann mit üblichen Wiederaufbereitungsverfahren erneut verarbeitet oder wiederaufbereitet werden.
Die Genauigkeit einer Pumpe kann selbst nach geringeren Strahlungsdosen auch dann verbessert werden, wenn dem polymeren Material vor der Extrusion sehr kleine Mengen der vorstehend beschriebenen strahlungsempfindlichen Zusätze zugegeben werden.
Ein Beispiel einer Pumpe, bei der eine Verbesserung des Leistungsvermögens des Schlauchs beobachtet wurde, ist FLO-GARD^®6201. FLO-GARD^®6201 ist eine elektromechanische, peristaltische, intravenöse Überdruck-Infusionsvorrichtung mit einem einzigen Pumpenkopf. Die Pumpe ist so gestaltet, daß sie mit einem üblichen intravenösen PVC-Schlauch arbeitet, der den Vorschriften von Baxter entspricht. Die Pumpe hat einen primären Bereich der Strömungsrate von 1 bis 1999 ml/h. Der sekundäre Bereich beträgt 1 bis 999 ml/h, oder die Obergrenze ist gleich dem Grenzwert für die primäre Rate, je nachdem, welcher der niedrigere Wert ist.
Sowohl bei der sekundären als auch der primären Art beträgt das infundierbare Volumen 1 bis 1999 ml. Diese Pumpe kann mit einer großen Vielzahl von üblichen i. v. Verabreichungseinheiten arbeiten, dazu gehören: Grundeinheiten, Filtereinheiten, die CONTINU-FLO^®- und die BURETROL^®-Einheit. Die Genauigkeit der Pumpe sollte bei jeder Einstellung der Strömungsrate innerhalb eines 24stündigen kontinuierlichen Betriebs unter Verwendung der gleichen i. v. Verabreichungseinheit innerhalb von ±10% liegen.
Wie in 4 gezeigt, hat die Pumpe eine Reihe von acht "Fingern". Die Finger liefern den Überdruck, um das Fluid aus dem Pumpensegment zu drücken, so daß es dem Patienten zugeführt wird. Diese acht Finger bewegen sich in einer Folge nach oben und unten und üben eine peristaltische Infusionsfunktion aus. Während dieses Prozesses unterliegt der Schlauch wiederholten zyklischen Verformungen, die eventuell zu einer dauerhaften Verformung der Geometrie des Schlauchs führen können. (Siehe 5a und 5b). Diese dauerhafte Verformung (siehe 5c) bewirkt eine Verringerung des Volumens des Schlauchs, die wiederum zu einer unzureichenden Fluidzufuhr für den Patienten führt. Ein solches Phänomen wird allgemein als "Leistungsabfall der Pumpe" bezeichnet.
Die nachstehenden Beispiele zeigen, daß der erfindungsgemäße Schlauch im Vergleich mit einem nicht mit Strahlung sterilisierten Schlauch und einem vorhandenen medzinischen PVC-Schlauch innerhalb eines Zeitraums von 72 Stunden eine geringere Änderung der Strömungsrate aufwies. Nachstehend sind erläuternde, nicht begrenzende Beispiele von erfindungsgemäßen Schläuchen aufgeführt.
Angesichts der darin enthaltenen weigweisenden Prinzipien und Lehren können leicht zahlreiche andere Beispiele in Betracht gezogen werden. Die hier aufgeführten Beispiele sollen die Erfindung erläutern und die Art und Weise, in der sie praktiziert werden kann, keineswegs einschränken.
VI. Beispiele
Es wurde ein zweischichtiger Schlauch coextrudiert, der eine Außenschicht aus einem Ethylen-Vinyiacetat-Copolymer (DuPont CM-576) mit einer Innenschicht aus einem mit Metallocen katalysiertem ULDPE (Dow Engage 8401) aufwies. Die Außenschicht wurde mit einem 3,8 cm (1,5 Inch) Extruder Davis Standard mit vier Spritzgehäusezonen mit 200°C (390°F) und drei Düsenzonen mit einer Temperatur von 200°C (390°F) extrudiert. Die Innenschicht wurde mit einem 1 inch Davis Standard mit drei Spritzgehäusezonen und zwei Düsenzonen mit 171°C (340°F) extrudiert.
Der Schlauch hatte einen Innendurchmesser von 2,6 mm (0,103 inch) und eine Wanddicke von 0,5 mm (0,0195 inch). Beim Verlassen der Extrusionsdüse des Extruders wurde der Schlauch durch ein erwärmtes Bad gezogen, das Ethomeen 0/15 in einer Konzentration von 15 bis 50 Gew.-% in einer Lösung von Wasser und Isopro pylalkohol mit 50 : 50 enthielt. Die Lösung war auf 60°C erwärmt worden. Der Schlauch wurde zu Längen mit etwa 15,2 cm (6 inch) geschnitten.
Bei diesem Schlauch wurden die Festigkeit der Verbindung, die Kompatibilität mit einer Pumpe und die Kompatibilität mit einer Gleitklemme getestet.
Für den Test der Festigkeit der Verbindung wurde ein Satz von Schlauchsegmenten mit Gamma-Strahlen mit 35,1 kGy sterilisiert. Die Schlauchsegmente wurden mit einem Cyanoacrylat-Klebemittel an Polycarbonatgehäuse angebracht und gezogen, bis sie rissen. Die erforderliche Kraft, damit der Schlauch reißt, wurde mit einem Instron-Testgerät gemessen. Die Ergebnisse dieser Tests sind nachstehend in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1 – Mit Gamma-Strahlen sterilisiert 35,1 kGv
Um die Kompatibilität mit einer Pumpe zu testen, wurden Schlauchabschnitte in die Pumpe COLLEAGUE^® von Baxter eingesetzt. Die Pumpe wies einen Sensor auf, um Luftblasen zu erfassen. Wenn der Schlauch einen unzureichenden Kontakt mit dem Sensorgehäuse hat, was dann der Fall ist, wenn der Schlauch ein unzureichendes Gleitvermögen aufweist, gibt der Sensor einen akustischen Fehleralarm und läßt nicht zu, daß die Pumpe betätigt wird.
Der Schlauch wurde wie vorstehend aufgeführt coextrudiert und durch ein Bad gezogen, das 15 Gew.-% Ethomeen 0/15 aufwies und auf 60°C erwärmt worden war. Der Schlauch wurde nicht mit Gamma-Strahlen sterilisiert. Es wurde festgestellt, daß alle Schläuche ein ausreichendes Gleitvermögen aufweisen, um das Betätigen der Pumpe zu ermöglichen.
Diese Abschnitte des Schlauchs wurden auch der mehrfachen Verwendung von Gleitklemmen ausgesetzt, ohne daß der Schlauch deutlich beschädigt wurde.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines medizinischen Schlauchs, das die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen eines Materials, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Homopolymeren von Ethylen und Copolymeren von Ethylen besteht, wobei die Copolymere von Ethylen durch Copolymerisieren von Ethylen mit einem Comonomer erhalten werden, das aus der Gruppe ausgewählt, die aus Niederalkylolefinen, Niederalkylestern einer Carbonsäure und Niederalkenestern einer Carbonsäure, wobei Niederalkyl und Niederalken jeweils 3 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen, oder Gemischen davon besteht; – Ausstatten eines Extruders mit einer Extrusionsdüse; – Extrudieren des Materials zu einem medizinischen Schlauch; – Bereitstellen einer Lösung eines Oberflächenmodifikationsmittel; – Vorwärmen der Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels auf eine Temperatur im Bereich von 30 bis 95 °C; und – Auftragen der vorgewärmten Lösung auf den Schlauch beim Verlassen der Extrusionsdüse, wenn der Schlauch in einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand vorliegt.
Verfahren zum Verwenden eines medizinischen Schlauchs mit einer Pumpe, um einem Patienten im Laufe der Zeit dosierte Mengen eines nützlichen Fluids zu verabreichen, das die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen eines Materials, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Homopolymeren von Ethylen und Copolymeren von Ethylen besteht, wobei die Copolymere von Ethylen durch Copolymerisieren von Ethylen mit einem Comonomer erhalten werden, das aus der Gruppe ausgewählt, die aus Niederalkylolefinen, Niederalkylestern einer Carbonsäure und Niederalkenestern einer Carbonsäure, wobei Niederalkyl und Niederalken jeweils 3 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen, oder Gemischen davon besteht; – Ausstatten eines Extruders mit einer Extrusionsdüse; – Extrudieren des Materials zu einem medizinischen Schlauch; – Bereitstellen einer Lösung eines Oberflächenmodifikationsmittel; – Vorwärmen der Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels auf eine Temperatur im Bereich von 30 bis 95°C; – Auftragen der vorgewärmten Lösung auf den Schlauch beim Verlassen der Extrusionsdüse, wenn der Schlauch in einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand vorliegt; und – Pumpen des Fluids durch den Schlauch mittels der Pumpe.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das ferner einen Schritt aufweist, bei dem der Schlauch einer sterilisierenden Strahlungsdosis von etwa 15 bis etwa 45 kGy ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt, bei dem der Schlauch einer sterilisierenden Strahlungsdosis ausgesetzt wird, einen Schritt aufweist, bei dem der Schlauch einer Strahlungsquelle ausgesetzt wird, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Gamma-Strahlen, UV-Strahlen und Elektronenstrahlen besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Material ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von nicht mehr als 36% Vinylacetat, auf das Gewicht des Copolymers bezogen, ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Material ein Copolymer von Ethylen und einem α-Olefin ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Extrudierens eines Schlauchs ferner einen Schritt aufweist, bei dem der Schlauch mit einer zweiten Schicht versehen wird, die konzentrisch innerhalb der ersten Schicht des Schlauchs angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die zweite Schicht einen Elastizitätsmodul aufweist, der größer als der Elastizitätsmodul der ersten Schicht ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zweite Schicht aus Homopolymeren und Copolymeren von α-Olefinen ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite Schicht ein Polyethylen mit extrem niedriger Dichte ist.
Verfahren zum Herstellen eines medizinischen Schlauchs, das die folgenden Schritte aufweist: – Extrudieren eines mehrschichtigen Schlauchs mit einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht, wobei die erste Schicht aus einem Ethylenmonomer besteht, das mit mindestens einem Monomer copolymerisiert ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Niederalkylestern einer Carbonsäure und Niederalkenestern einer Carbonsäure besteht, wobei Niederalkyl und Niederalken jeweils 3 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen und die zweite Schicht aus Homopolymeren und Copolymeren von α-Olefinen besteht, wobei die zweite Schicht konzentrisch in der ersten Schicht angeordnet wird und einen Elastizitätsmodul aufweist, der größer der Elastizitätsmodul der ersten Schicht ist; – Bereitstellen einer Lösung eines Oberflächenmodifikationsmittel; – Vorwärmen der Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels auf eine Temperatur im Bereich von 30 bis 95 °C; und – Auftragen der vorgewärmten Lösung auf den Schlauch beim Verlassen der Extrusionsdüse, wenn der Schlauch in einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner einen Schritt aufweist, bei dem der Schlauch einer sterilisierenden Strahlungsdosis von etwa 15 bis etwa 45 kGy ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die erste Schicht ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von nicht mehr als 36% Vinylacetat, auf das Gewicht des Copolymers bezogen, ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die zweite Schicht ein Copolymer von Ethylen und einem α-Olefin ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder Anspruch 14, wobei das Copolymer von Ethylen und einem α-Olefin eine Dichte von weniger als 0,910 g/cm3 hat.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Copolymer von Ethylen und einem α-Olefin unter Verwendung eines Metallocen-Katalysators erhalten wird.
Verfahren zum Herstellen eines medizinischen Schlauchs, das die folgenden Schritte aufweist: – Extrudieren eines Schlauchs mit einem Extruder mit einer Extrusionsdüse, wobei der Schlauch eine erste Schicht aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Homopolymeren von Ethylen und Copolymeren von Ethylen besteht, wobei die Copolymere von Ethylen ein Ethylenmonomer, copolymerisiert mit mindestens einem Monomer sind, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Niederalkylolefinen mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, Niederalkylestern einer Carbonsäure, wobei Niederalkyl 3 bis 18 Kohlenstoffatome hat, und Niederalkenestern einer Carbonsäure, wobei Niederalken 3 bis 18 Kohlenstoffatome hat, besteht; – Bereitstellen einer Lösung eines Oberflächenmodifikationsmittel; – Vorwärmen der Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels auf eine Temperatur im Bereich von 30 bis 95°C; – Auftragen der vorgewärmten Lösung auf den Schlauch beim Verlassen der Extrusionsdüse, wenn der Schlauch in einem geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand vorliegt; – Abkühlen des Schlauchs bis zum festen Zustand, so daß ein Ausgangsdurchmesser gebildet wird; und – Recken des Schlauchs entlang der Richtung der Längsachse des Schlauchs, so daß ein orientierter Durchmesser gebildet wird, der kleiner als der Ausgangsdurchmesser ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Ausgangsdurchmesser 10 bis 300% größer als der orientierte Durchmesser ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Ausgangsdurchmesser 20 bis 120% größer als der orientierte Durchmesser ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Ausgangsdurchmesser 30 bis 100% größer als der orientierte Durchmesser ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erste Schicht ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer ist.
Verfahren nach Anspruch 5, 13 oder 21, wobei das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer einen Schmelzindex von weniger als etwa 5,0 g/10 min aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, 13 oder 21, wobei das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer einen Schmelzindex von weniger als etwa 1,0 g/10 min aufweist.
Verfahren nach Anspruch 13, 21 oder 23, wobei das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer einen Schmelzindex von weniger als etwa 0,80 g/10 min aufweist.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem ferner eine zweite Schicht konzentrisch in der ersten Schicht angeordnet wird, wobei die zweite Schicht einen Elastizitätsmodul aufweist, der größer als der Elastizitätsmodul der ersten Schicht ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei die zweite Schicht ein Copolymer von Ethylen und einem α-Olefin ist, wobei das α-Olefin 3 bis 8 Kohlenstoffatome aufweist.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei die zweite Schicht ein Polyethylen mit extrem niedriger Dichte ist.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner einen Schritt aufweist, bei dem der Schlauch einer sterilisierenden Strahlungsdosis von etwa 15 bis etwa 45 kGy ausgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 11 oder 17, wobei die Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels eine Komponente aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoff besteht, der mehr als 5, jedoch weniger als 500 Kohlenstoffatome und eine elektronennegative Gruppe aufweist, die aus der Gruppe von Aminen, Amiden, Hydroxylen, Säuren, Acetat, Ammoniumsalzen, Organometallverbindungen, wie Metallalkoholaten, Metallcarboxylaten und Metallkomplexen zahlreicher 1,3-Dicarbonyl-Verbindungen, Phenylphosphinen, Pyridinen, Pyrrolidonen, Imidazolin und Oxazolinen ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Kohlenwasserstoff weniger als 200 Kohlenstoffatome aufweist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Kohlenwasserstoff weniger als 100 Kohlenstoffatome aufweist.
Verfahren nach Anspruch 29 oder 31, wobei die funktionelle Gruppe ein Amid ist.
Verfahren nach Anspruch 29, 31 oder 32, wobei die Komponente aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyoxyethylen(5)oleylamin, Bis(2-hydroxyethyl)sojaamin, Bis(2-hydroxyethyl)oleylamin und Polyoxyethylen(5)octadecylamin besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 11 oder 17, wobei die Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels als Komponente ein Polymer enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyurethan und Copolymeren von Ethylen besteht, das mit Comonomeren copolymerisiert ist, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Niederalkyl-substituierten Carbonsäuren, Niederalken-substituierten Carbonsäuren, Ester, Anhydrid und verseiften Derivaten davon besteht.
Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, wobei die Lösung des Oberflächenmodifikationsmittels ferner ein Lösungsmittel aufweist, das eine Verbindung enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Wasser, Ketonen, Aldehyden, aliphatischen Alkoholen, Freon und Ersatzlösungsmitteln für Freon besteht.