DE69625113T3

DE69625113T3 - Mehrschichtfolie zur Verpackung und Verabreichung medizinischer Lösungen

Info

Publication number: DE69625113T3
Application number: DE69625113T
Authority: DE
Inventors: Walter B. Mueller
Original assignee: Cryovac LLC
Current assignee: Cryovac LLC
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: CA2170961C; TW305803B; DE69625113D1; ES2186756T5; IL117542A0; MY112038A; ES2186756T3; DK0733472T3; FI961305A0; FI961305A; CA2170961A1; US6027776A; KR100406618B1; PT733472E; EP0733472A2; DE69625113T2; ATE228814T1; JPH08275985A; BR9601082A; ZA961799B

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft Mehrschichtfolien und insbesondere Mehrschichtfolien in Form von flexiblen Beuteln, die zum Verpacken und zur Verabreichung von medizinischen Lösungen geeignet sind.
Momentan ist es gängige medizinische Praxis, medizinische Lösungen für parenterale (z. B. intravenöse) Verabreichung in Form von flexiblen Einwegbeuteln anzubieten. Eine Klasse derartiger Beutel wird üblicherweise als ”IV-Beutel” bezeichnet. Diese Beutel müssen eine Reihe von Leistungskriterien erfüllen, einschließlich Fähigkeit zum Zusammenfallen (Zusammenquetschbarkeit), optische Klarheit und Transparenz, Hochtemperaturwärmebeständigkeit und ausreichende mechanische Festigkeit, um den Beanspruchungen der Gebrauchsumgebung standzuhalten. Beutel für medizinische Lösungen müssen auch eine ausreichende Barriere gegenüber Durchlass von Wasserdampf und anderen Gasen liefern, um Verunreinigung der darin enthaltenen Lösung zu verhindern.
Die Fähigkeit zum Zusammenfallen ist notwendig, um richtiges und vollständiges Auslaufen aus dem Beutel zu gewährleisten. Im Unterschied zu starren Behältern, die über Luftverdrängung zum Auslaufen arbeiten, beruhen Beutel für medizinische Lösungen auf Fähigkeit zum Zusammenfallen, um auszulaufen. Wenn der Beutel ausläuft, lässt atmosphärischer Druck den Beutel mit einer Rate zusammenfallen, die zu der Auslaufrate proportional ist. Auf diese Weise kann der Beutel vollständig und mit im Wesentlichen konstanter Rate auslaufen. Damit der Beutel zusammenfallen kann, muss die Folie, aus der der Beutel hergestellt ist, flexibel sein. Wenn die Folie zu steif ist, kann der Beutel nicht vollständig auslaufen, und als Ergebnis davon erhält der Patient möglicherweise nicht die vorgesehene Menge der medizinischen Lösung. Eine Schlüsselüberlegung beim Aufbau von Folien, die zur Herstellung von Beuteln für medizinische Lösungen verwendet werden, liegt darin, dass die Folie ausreichende Flexibilität haben muss, damit der resultierende medizinische Beutel in ausreichendem Maße zusammenfallen kann, um vollständig auslaufen zu können.
Vor der Verabreichung einer medizinischen Lösung aus einem Beutel und in einen Patienten wird durch die medizinische Fachkraft, die die Verabreichungsprozedur durchführt, eine visuelle Inspektion der in dem Beutel enthaltenen Lösung durchgeführt. Eine solche Untersuchung liefert eine oberflächliche Feststellung, dass die zu verabreichende medizinische Lösung vom richtigen Typ ist und nicht gealtert ist oder verunreinigt worden ist. In dieser Hinsicht ist es wesentlich, dass der Beutel hervorragende optische Eigenschaften hat, d. h. einen hohen Grad an Klarheit und Durchlässigkeit und einen geringen Trübungsgrad. Ein Beutel für medizinische Lösung, der schlechte optische Eigenschaften hat, kann eine visuelle Inspektion der verpackten Lösung leicht unwirksam machen, was dazu führt, dass die medizinische Fachkraft den Beutel unnötigerweise wegwirft. Schlimmer noch, fällt der medizinischen Fachkraft möglicherweise eine Lösung nicht auf, die vom falschen Typ oder gealtert oder verunreinigt worden ist. Wie nachfolgend umfassender erörtert wird, verschärft die industrieübliche Praxis des Heißsterilisierens lösungshaltiger medizinischer Beutel das Problem wesentlich, gute optische Eigenschaften in solchen Beuteln aufrechtzuerhalten.
Heißsterilisierung von lösungshaltigen medizinischen Beuteln findet typischerweise in einem Autoklaven bei etwa 121°C (250°F) für Zeiträume von 15 bis 30 Minuten statt. Als Wärmeübertragungsmedium wird üblicherweise Wasserdampf verwendet. Heißsterilisation wird normalerweise vom Hersteller und/oder Abfüller der medizinischen Lösung vor dem Versand der verpackten medizinischen Lösung an den Endanwender, z. B. ein Krankenhaus, durchgeführt. Dies trägt dazu bei, dass die medizinische Lösung, wie sie in dem Beutel für medizinische Lösung verpackt ist, im Wesentlichen frei von Verunreinigung ist. Eine weitere Anforderung an Beutel für medizinische Lösungen liegt daher darin, dass sie die hohen Temperaturen aushalten können müssen, die während der Heißsterilisation auftreten, ohne zu altern, indem sie z. B. ein Heißsiegelungsleck oder anderen Typ von Versagen des Aufnahmevermögens entwikeln.
Beutel für medizinische Lösungen müssen auch ausreichende mechanische Festigkeit haben, um die Beanspruchungen auszuhalten, die typischerweise in der Verwendungsumgebung stattfinden. Unter einigen Bedingungen wird beispielsweise eine Kunststoff- oder Gummiblase um einen medizinische Lösung enthaltenden Beutel herum angeordnet und unter Druck gesetzt, z. B. 300 bis 400 mm Hg, um die Lösung aus dem Beutel einem Patienten unter Druck zu verabreichen. Eine solche Blase wird üblicherweise als ”Druckmanschette” bezeichnet und wird z. B. verwendet, wenn ein Patient stark blutet, um verlorene Flüssigkeiten rasch zu ersetzen, oder wenn z. B. ein Patient einen hohen Blutdruck hat, so dass ein größerer Gegendruck erzeugt werden muss, um medizinische Lösung in die Venen des Patienten einzubringen. Beutel für medizinische Lösungen sollten ausreichend dauerhaft sein, um während dieser Verfahren keine Lecks zu zeigen.
Derzeit werden flexible Beutel zum Verpacken medizinischer Lösungen typischerweise aus Polyvinylchlorid (PVC) mit hohem Weichmachergehalt hergestellt. Obwohl es den oben genannten Anforderungen im Allgemeinen entspricht, kann PVC einige unerwünschte Eigenschaften zur Verwendung als Beutel für medizinische Lösungen haben. Weichmacher kann beispielsweise aus dem PVC-Beutel und in die in dem Beutel enthaltene Lösung migrieren, so dass die Lösung durch potentiell toxisches Material verunreinigt wird. Es wurde auch die Frage gestellt, ob PVC angemessen chemisch neutral gegenüber medizinischen Lösungen ist. Es hat sich auch herausgestellt, dass PVC bei relativ niedrigen Temperaturen spröde wird.
Aus diesen Gründen wurden Alternativen zu PVC-Beuteln gesucht. Solche alternativen Beutel sind typischerweise aus polyolefinhaltigen Mehrschichtfolien hergestellt, bei denen eine äußere Schicht der Folie eine Schutzschicht ist und die Außenseite des Beutels bildet, während die andere äußere Schicht der Folie eine Heißsiegelschicht ist, d. h. eine Schicht, die durch Zufuhr ausreichender Wärme mit sich selbst siegelbar ist und die Innenseite des Beutels bildet. Im Allgemeinen wird eine Kernschicht als innere Schicht in der Folie bereitgestellt, um der Folie Festigkeit und Flexibilität zu verleihen sowie zu der Gasundurchlässigkeit der Folie beizutragen.
Eine besondere Herausforderung bei Aufbau und Herstellung von Folien auf Polyolefinbasis, die zur Herstellung von Beuteln für medizinische Lösung verwendet werden, ist die Fähigkeit der Folie, die oben genannten Leistungskriterien zu liefern, nachdem der Beutel heißsterilisiert worden ist. Das heißt, dass die hohen Temperaturen und der Dampf, die während der Heißsterilisation auftreten, die Fähigkeit zum Zusammenfallen, die mechanische Festigkeit und optischen Eigenschaften des Beutels nachteilig beeinflussen können.
Besondere Sorgen bereitet der nachteilige Effekt der Heißsterilisation auf die optischen Eigenschaften bei Beuteln für medizinische Lösungen. Die Gasdurchlässigkeit von Folien auf Polyolefinbasis ist im Allgemeinen direkt proportional zu der Temperatur derartiger Folien. Die Gasdurchlässigkeit nimmt somit mit steigender Temperatur zu, und andersherum. Während der Heißsterilisation ist die Gasdurchlässigkeit von Beuteln für medizinische Lösungen auf Polyolefinbasis deutlich höher, als wenn sich diese Beutel auf Raumtemperatur befinden. Daher dringt der Wasserdampf, der zum Erhitzen der Beutel verwendet wird, in die Folie ein, aus der der Beutel gebildet worden ist. Wenn das Sterilisationsverfahren abgeschlossen ist und der Beutel abkühlen gelassen wird, kondensiert oft ein Teil des Wasserdampfes in der Folie und bleibt im Inneren der Folie eingeschlossen, hauptsächlich in der Kernschicht, da diese im Allgemeinen die dickste Schicht der Folie ist. Das eingeschlossene Kondensat führt zu einem trüben, wolkigen Aussehen, das die Inspektion der in dem Beutel enthaltenen medizinischen Lösung wie oben beschrieben erschweren kann. Außerdem ist das trübe Aussehen ästhetisch nicht ansprechend.
Es besteht demnach in der Technik ein Bedarf nach einer Mehrschichtfolie auf Polyolefinbasis, die ein geeigneter Ersatz für PVC als Material zur Herstellung von Beuteln für medizinische Lösungen ist und verbesserte optische Eigenschaften aufweist, nachdem der Beutel heißsterilisiert worden ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung erfüllt diesen Bedarf und liefert eine Mehrschichtfolie, die Heißsterilisation bei 121°C (250°F) aushalten kann, umfassend:

(a) eine innere Schicht, die homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von 0,90 bis 0,92 g/cm³ umfasst;
(b) eine erste äußere Schicht, die ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen, eine Mischung aus Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen und Elastomer, Polyethylen mit hoher Dichte oder Copolyester umfasst; und
(c) eine zweite äußere Schicht, die ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid, Copolyamid, Polyester, Copolyester, Polyethylen mit hoher Dichte oder Polycarbonat umfasst.

Vorzugsweise hat das homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymer eine Dichte im Bereich von etwa 0,90 bis etwa 0,91 g/cm³.
Alternativ kann die innere Schicht a) eine Mischung aus zwei oder mehr homogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren umfassen, wobei die Dichte der Mischung im Bereich von 0,90 bis 0,92 g/cm³ liegt. Die Mischung hat vorzugsweise eine Dichte im Bereich von 0,90 bis 0,91 g/cm³.
Es sind verschiedene Ausführungsformen der Mehrschichtfolie möglich. In einer Ausführungsform ist die Mehrschichtfolie eine Dreischichtfolie. In diesem Fall umfassen die ersten und zweiten äußeren Schichten vorzugsweise Polyethylen mit hoher Dichte und sind direkt an die innere Schicht geklebt (d. h. ohne dazwischen liegende Klebeschicht).
In einer anderen Ausführungsform ist die Mehrschichtfolie eine Vierschichtfolie. In diesem Fall schließt die Folie eine zusätzliche Schicht ein, vorzugsweise eine Klebeschicht, die zwischen und in Klebeverbindung mit der inneren Schicht und der ersten äußeren Schicht angeordnet ist. Die Klebeschicht kann ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von weniger als oder gleich 0,89 g/cm³, einer Mischung aus homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte im Bereich von 0,89 bis 0,92 g/cm³ und dem Material, aus dem die erste äußere Schicht gebildet ist, anhydridmodifiziertem Ethylen/Vinylacetat-Copolymer oder anhydridmodifiziertem Ethylen/Methylacrylat-Copolymer umfassen. Wenn die erfindungsgemäße Mehrschichtfolie eine Vierschichtstruktur ist, umfasst die erste äußere Schicht vorzugsweise eine Mischung aus Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen und Elastomer. Die zweite äußere Schicht umfasst vorzugsweise Polyethylen mit hoher Dichte und ist direkt auf die innere Schicht geklebt.
In einer weiteren Ausführungsform hat die erfindungsgemäße Mehrschichtfolie eine Fünfschichtstruktur. In diesem Fall schließt die Folie zwei zusätzliche Schichten ein. Die zusätzlichen Schichten sind vorzugsweise Klebeschichten. Die erste der Klebeschichten ist zwischen und in Klebverbindung mit der inneren Schicht und der ersten äußeren Schicht angeordnet. Diese erste Klebeschicht kann ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von weniger als oder gleich 0,89 g/cm³, einer Mischung aus homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte im Bereich von 0,89 bis 0,92 g/cm³ und dem Material, aus dem die erste äußere Schicht gebildet ist, anhydridmodifiziertem Ethylen/Vinylacetat-Copolymer oder anhydridmodifiziertem Ethylen/Methylacrylat-Copolymer umfassen.
Die zweite der Klebeschichten ist zwischen und in Klebverbindung mit der inneren Schicht und der zweiten äußeren Schicht angeordnet. Diese zweite Klebeschicht umfasst vorzugsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anhydridmodifiziertem Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, anhydridmodifiziertem Ethylen/Methylacrylat-Copolymer, anhydridmodifiziertem Ethylen/Ethylacrylat-Copolymer, anhydridmodifiziertem linearem Polyethylen mit niedriger Dichte, anhydridmodifiziertem Polyethylen mit sehr niedriger Dichte und anhydridmodifiziertem Polyethylen mit hoher Dichte.
Wenn die erfindungsgemäße Mehrschichtfolie eine Fünfschichtstruktur hat, umfasst die erste äußere Schicht vorzugsweise eine Mischung aus Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen und Elastomer. Die zweite äußere Schicht umfasst vorzugsweise Copolyester oder Polyamid. In diesem Fall kann die erste äußere Schicht als Heißsiegelschicht dienen, während die zweite äußere Schicht als Schutzschicht dient.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Beutel zum Verpacken und Verabreichen medizinischer Lösungen, wobei der Beutel eine beliebige der oben beschriebenen Mehrschichtfolien umfasst.
Bei Verwendung zur Bildung von Beuteln für medizinische Lösungen hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien hervorragende optische Eigenschaften (d. h. Durchlässigkeit, Klarheit und Trübung) besitzen, nachdem die medizinische Lösung enthaltenden Beutel wie oben beschrieben heißsterilisiert worden sind. Diese optischen Eigenschaften nach der Sterilisation sind viel besser als diejenigen früherer Folien auf Polyolefinbasis. Der Erfinder hat speziell gefunden, dass homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere heterogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren (z. B. VLDPE) hinsichtlich der optischen Eigenschaften nach der Sterilisation überlegen sind, wenn solche Copolymere zur Bildung der inneren Kernschicht in Mehrschichtfolien verwendet werden, die heißsterilisierbare Beutel für medizinische Lösungen bilden. Aus nicht vollständig bekannten Gründen wurde gefunden, dass Kernschichten aus homogenem Ethylen/α-Olefin weniger Wasserdampfkondensat (d. h. Wasser) nach der Heißsterilisation einschließen als Kernschichten aus heterogenem Ethylen/α-Olefin. Als Ergebnis davon sind die Durchlässigkeit, Klarheit und Trübung von heißsterilisierten Beuteln für medizinische Lösungen, die aus Mehrschichtfolien mit einer inneren Kernschicht aus homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer gebildet sind, besser als die Durchlässigkeit, Klarheit und Trübung von heißsterilisierten Beuteln für medizinische Lösungen, die aus Mehrschichtfolien mit einer inneren Kernschicht aus heterogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer (z. B. VLDPE) gebildet sind. Diese verbesserten optischen Eigenschaften werden in den folgenden Beispielen illustriert.
Außer der Bereitstellung hervorragender optischer Eigenschaften zeigen die erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien alle anderen Leistungskriterien, die in einem Beutel für medizinische Lösungen erforderlich sind. Das heißt, dass die Mehrschichtfolien gute Flexibilität/Fähigkeit zum Zusammenfallen und mechanische Festigkeit aufweisen und Hochtemperatursterilisierung widerstehen können. Außerdem liefern die Folien gute Barriereeigenschaften. Aus diesen Gründen sind die erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien ideal zum Verpacken und Verabreichen von medizinischen Lösungen geeignet. Die Folien können jedoch auch in jedem anderen Anwendungsbereich verwendet werden, in dem eine Kernschicht aus homogenem Ethylen/α-Olefin verwendet wird.
Definitionen
Die Begriffe ”Folie” und dergleichen beziehen sich hier auf ein thermoplastisches Material, im Allgemeinen in Form einer Lage oder Bahn, mit einer oder mehreren Schichten aus polymeren Materialien, die durch ein beliebiges geeignetes Mittel, das im Stand der Technik wohl bekannt ist, miteinander verbunden sein können.
Die Begriffe ”Polymer”, ”polymer” und dergleichen schließen, wenn nicht speziell definiert, im Allgemeinen Homopolymere, Copolymere, Terpolymere und Mischungen und Modifikationen derselben ein.
Der Begriff ”Elastomer” und dergleichen bezieht sich, wie hier verwendet, auf ein Material, das bei Raumtemperatur wiederholt auf mindestens das Doppelte seiner ursprünglichen Länge gestreckt werden kann. Dieses Charakteristikum unterscheidet Kunststoffe von Elastomeren und Kautschuken, ebenso wie die Tatsache, dass Elastomere ihre endgültigen Eigenschaften durch Mastikation mit Füllstoffen, Verarbeitungshilfsmitteln, Antioxidantien, Härtungsmitteln, usw. erhalten, gefolgt von Vulkanisation (Härten) bei erhöhten Temperaturen. Einige wenige Elastomere sind jedoch thermoplastisch. Solche thermoplastischen Elastomere schließen die folgenden bevorzugten Materialien ein: Styrol/Ethylen/Butylen/Styrol-Copolymer (SEBS), Styrol/Butadien/Styrol-Copolymer (SBS), Styrol/Isopren/Styrol-Copolymer (SIS), Ethylen/Propylen-Kautschuk (EPM) und Ethylen/Propylen/Dien-Terpolymer (EPDM).
Der Begriff ”Ethylen/α-Olefin-Copolymer” bezeichnet, wie hier verwendet, im Allgemeinen Copolymere von Ethylen mit einem oder mehreren Comonomeren ausgewählt aus C₃- bis C₂₀-Olefinen, wie 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen, 1-Octen, Methylpenten und dergleichen, wobei die Polymermoleküle lange Ketten mit relativ wenig Seitenkettenverzweigungen umfassen. Diese Polymere werden durch Niederdruckpolymerisationsverfahren erhalten, und die vorhandene Seitenkettenverzweigung ist kurz, verglichen mit nicht linearen Polyethylenen (z. B. LDPE, einem Polyethylenhomopolymer). Ethylen/α-Olefin-Copolymere haben im Allgemeinen eine Dichte im Bereich von etwa 0,86 g/cm³ bis etwa 0,94 g/cm³, und sie können in zwei allgemeine Kategorien eingeordnet werden, heterogen und homogen, wobei beide hier nachfolgend beschrieben werden.
Der Begriff ”heterogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer” bezieht sich, wie hier verwendet, auf Ethylen/α-Olefin-Copolymerisationsreaktionsprodukte mit relativ weiter Variation des Molekulargewichts und der Zusammensetzungsverteilung, die unter Verwendung konventioneller Ziegler-Natta- oder anderer heterogener Katalysatoren hergestellt werden. Allgemein wird es so aufgefasst, dass ”heterogene Katalysatoren” aus mehreren Arten aktiver Stellen zusammengesetzt sind, die sich in der Lewis-Acidität und der sterischen Umgebung unterscheiden. Beispiele für heterogene Ziegler-Natta-Katalysatoren schließen Metallhalogenide ein, die durch einen organometallischen Cokatalysator aktiviert werden, wie Titanchlorid, das gegebenenfalls Magnesiumchlorid enthält, das mit Trialkylaluminium komplexiert ist, wie in Patenten wie den US-A-4 302 265 und US-A-4 302 566 beschrieben ist.
Im Allgemeinen enthalten heterogene Ethylen/α-Olefine eine relativ weite Vielfalt von Kettenlängen und Comonomerprozentsätzen. Beispiele für heterogene Ethylen/α-Olefine schließen lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE), lineares Polyethylen mit mittlerer Dichte (LMDPE), Polyethylen mit sehr niedriger Dichte (VLDPE) und Polyethylen mit ultraniedriger Dichte (ULDPE) ein. LLDPE schließt nach allgemeiner Auffassung jene Gruppe von heterogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren ein, die in den Dichtebereich von etwa 0,915 bis etwa 0,94 g/cm³ fallen. Mitunter wird lineares Polyethylen im Dichtebereich von etwa 0,926 bis etwa 0,94 als LMDPE bezeichnet. Heterogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere mit niedrigerer Dichte sind VLDPE (typischerweise verwendet zur Bezeichnung der Ethylen/Buten-Copolymere mit einer Dichte im Bereich von etwa 0,88 bis etwa 0,91 g/cm³, die von Union Carbide erhältlich sind) und ULDPE (typischerweise verwendet zur Bezeichnung der Ethylen/Octen-Copolymere, die von Dow angeboten werden).
Die Formulierung ”homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer” bezieht sich auf Ethylen/α-Olefin-Copolymerisationsprodukte mit relativ enger Molekulargewichtsverteilung und relativ enger Zusammensetzungsverteilung. Homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere unterscheiden sich strukturell von heterogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren, da homogene Ethylen/α-Olefine eine relativ einheitliche Sequenzverteilung von Comonomeren innerhalb einer Kette, eine spiegelbildliche Sequenzverteilung in allen Ketten und eine Ähnlichkeit der Länge aller Ketten zeigt, d. h. eine engere Molekulargewichtsverteilung. Außerdem werden homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere typischerweise unter Verwendung von Metallocen oder anderen Katalysatoren vom Single-Site-Typ hergestellt, statt unter Verwendung von Ziegler-Natta-Katalysatoren. Solche Katalysatoren vom Single-Site-Typ haben nur einen Typ von katalytischer Stelle, was vermutlich die Basis für die Homogenität der aus der Polymerisation resultierenden Polymere ist.
Insbesondere können homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere durch ein oder mehrere Verfahren charakterisiert werden, die Fachleuten bekannt sind, wie Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n), Breitenindex der Zusammensetzungsverteilung (CDBI) und enger Schmelzpunktbereich und Einzelschmelzpunktverhalten. Die Molekulargewichtsverteilung (M_w/M_n), die auch als Polydispersität bekannt ist, kann durch Gelpermeationschromatographie bestimmt werden. Homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere haben im Allgemeinen ein (M_w/M_n) unter 2,7, vorzugsweise von etwa 1,9 bis 2,5, insbesondere etwa 1,9 bis 2,3. Der Breitenindex der Zusammensetzungsverteilung (CDBI) dieser homogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymere beträgt vorzugsweise mehr als etwa 70%. Der CDBI ist definiert als der Gewichtsprozentsatz der Copolymermoleküle mit einem Comonomergehalt innerhalb von 50% (d. h. plus oder minus 50%) des Medianwerts des gesamten molaren Comonomergehalts. Der CDBI von linearem Polyethylen, das kein Comonomer enthält, ist als 100% definiert. Die CDBI-Bestimmung unterscheidet eindeutig erfindungsgemäß verwendete homogene Copolymere (enge Zusammensetzungsverteilung, die durch CDBI-Werte von im Allgemeinen über 70% bewertet wird) von VLDPEs, die kommerziell erhältlich sind und im Allgemeinen eine breite Zusammensetzungsverteilung haben, die durch CDBI-Werte von im Allgemeinen weniger als 55% bewertet wird. Der CDBI eines Copolymers wird leicht aus Daten berechnet, die nach im Stand der Technik bekannten Verfahren ermittelt werden, wie beispielsweise Eluierungsfraktionierung mit steigender Temperatur, die beispielsweise in Wild et al., J. Poly. Sci. Poly. Phys. Ed., Band 20, Seite 441 (1982) beschrieben ist. Im Allgemeinen zeigen die homogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymere in den erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien im Vergleich zu ”heterogenen Copolymeren”, d. h. Polymeren mit einem CDBI von weniger als 55%, auch einen relativ engen Schmelzpunktbereich. Vorzugsweise zeigen die homogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymere ein im Wesentlichen singuläres Schmelzpunktcharakteristikum mit einem mittels Differentialscanningkalorimetrie (DSC) bestimmten Peak-Schmelzpunkt (T_m) von etwa 60°C bis 110°C. Die Formulierung ”im Wesentlichen Einzelschmelzpunkt” bedeutet, wie hier verwendet, dass mindestens etwa 80 Gew.% des Materials einem einzigen Peak T_m bei einer Temperatur im Bereich von etwa 60°C bis etwa 110°C entsprechen und im Wesentlichen keine nennenswerte Fraktion des Materials einen Peak-Schmelzpunkt über etwa 115°C hat, bestimmt mittels DSC-Analyse. DSC-Messungen wurden auf einem Perkin Elmer System 7 Thermalanalysesystem vorgenommen. Die angegebenen Schmelzdaten sind zweite Schmelzwerte, d. h. die Probe wird mit einer programmierten Rate von 10°C/Min auf eine Temperatur unter ihrem kritischen Bereich erwärmt. Die Probe wird dann erneut mit einer programmierten Rate von 10°C/Min erwärmt (zweites Schmelzen). Die Anwesenheit von höher schmelzenden Peaks ist für die Folieneigenschaften wie Trübung nachteilig.
Ein homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer kann im Allgemeinen durch die Copolymerisation von Ethylen und einem oder mehreren α-Olefinen hergestellt werden. Das α-Olefin ist vorzugsweise C₃- bis C₂₀-α-Monoolefin, insbesondere C₄- bis C₁₂-α-Monoolefin, besonders bevorzugt C₄- bis C₈-α-Monoolefin. Besonders bevorzugt umfasst das α-Olefin mindestens ein Mitglied ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus 1-Buten, 1-Penten, 1-Hexen und 1-Octen. Verfahren zur Herstellung und Verwendung homogener Polymere sind in den US-A-5 206 075 , US-A-5 241 031 , US-A-5 272 236 und den internationalen PCT-Anmeldungen WO 90/03414 und WO 93/03093 offenbart, wobei hier auf jede von diesen vollständig Bezug genommen wird.
Kommerziell erhältliche Beispiele für homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere schließen metallocenkatalysiertes EXACT^TM, lineare homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymerharze, die von Exxon Chemical Company, Baytown, Texas, USA, erhältlich sind, TAFMER^TM, lineare homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymerharze, die von Mitsui Petrochemical Corporation erhältlich sind, und langkettig verzweigte, metallocenkatalysierte, homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere ein, die von Dow Chemical Company erhältlich und als AFFINITY^TM-Harze bekannt sind.
Der Begriff ”Olefin” bezieht sich, wie hier verwendet, im Allgemeinen auf ein beliebiges aus einer Klasse von einfach ungesättigten, aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit der allgemeinen Formel C_nH_2n, wie Ethylen, Propylen und Buten. Der Begriff kann auch Aliphaten einschließen, die mehr als eine Doppelbindung in dem Molekül enthalten, wie ein Diolefin oder Dien, z. B. Butadien.
Der Begriff ”Polyolefin” bezieht sich, wie hier verwendet, auf Olefinpolymere und -copolymere, insbesondere Ethylen- und Propylenpolymere und -copolymere, und auf polymere Materialien mit mindestens einem olefinischen Comonomer, wie Ethylen/Vinylacetat-Copolymer und Ionomer. Polyolefine können linear, verzweigt, cyclisch, aliphatisch, aromatisch, substituiert oder unsubstituiert sein. Zu dem Begriff Polyolefin gehören Homopolymere von Olefin, Copolymere von Olefin, Copolymere von Olefin und nicht-olefinischem Comonomer, das mit dem Olefin copolymerisierbar ist, wie Vinylmonomeren, modifizierte Polymere der genannten und dergleichen. Modifizierte Polyolefine schließen modifizierte Polymere ein, die durch Copolymerisieren des Homopolymers des Olefins oder des Copolymers davon mit ungesättigter Carbonsäure, z. B. Maleinsäure, Fumarsäure oder dergleichen oder einem Derivat derselben, wie dem Anhydrid, Ester, Metallsalz oder dergleichen, hergestellt werden. Sie können auch erhalten werden, indem ungesättigte Carbonsäure, z. B. Maleinsäure, Fumarsäure oder dergleichen, oder ein Derivat derselben, wie das Anhydrid, der Ester, das Metallsalz oder dergleichen, in das Olefinhomopolymer oder -copolymer eingebaut wird.
Der Begriff ”innere Schicht” bezieht sich hier auf jede Schicht einer Mehrschichtenfolie, bei der beide ihrer Hauptoberflächen direkt an eine andere Schicht der Folie geklebt sind.
Die Formulierung ”äußere Schicht” bezieht sich wie hier verwendet auf jede Schicht einer Folie, bei der nur eine ihrer Hauptoberflächen direkt an einer anderen Schicht der Folie geklebt ist. In den erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien gibt es zwei äußere Schichten, wobei jede von diesen eine Hauptoberfläche hat, die an nur eine andere Schicht der Mehrschichtfolie geklebt ist. Die andere Hauptoberfläche von jeder der beiden äußeren Schichten bildet die beiden äußeren Hauptoberflächen der Mehrschichtfolie.
Der Begriff ”Klebeschicht” bezieht sich, wie hier verwendet, auf jede innere Schicht mit dem Hauptzweck, zwei Schichten aneinander zu kleben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein schematischer Querschnitt einer erfindungsgemäßen Fünfschichtfolie.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt eine erfindungsgemäße Mehrschichtfolie 10, die eine bevorzugte Fünfschichtstruktur aufweist, zur Bildung flexibler Beutel, mit denen medizinische Lösungen verpackt und verabreicht werden. Beispiele für medizinische Lösungen, die auf diese Weise verpackt und verabreicht werden, schließen Salzlösungen, Dextroselösungen und Lösungen für Dialyseanwendungen ein. Mehrschichtfolie 10 schließt eine innere Kernschicht 12, eine erste äußere Schicht 14, eine zweite äußere Schicht 16, eine erste Klebeschicht 18, die zwischen und in Klebverbindung mit der inneren Schicht 12 und der ersten äußeren Schicht angeordnet ist, und eine zweite Klebeschicht 20 ein, die zwischen und in Klebeverbindung mit der inneren Schicht 12 und der zweiten äußeren Schicht 16 angeordnet ist.
Mehrschichtfolie 10 hat vorzugsweise eine Gesamtdicke im Bereich von etwa 7,62 × 10^–5 bis 3,56 × 10^–4 m (3 bis 14 mil) (1 mil = 0,001 Zoll = 0,0254 mm), vorzugsweise 1,27 × 10^–4 bis 2,54 × 10^–4 m (5 bis 10 mil) und am meisten bevorzugt 1,65 × 10^–4 bis 2,4 × 10^–4 m (6,5 bis 9,5 mil). Die äußeren Schichten 14 und 16 können in der Dicke im Bereich von etwa 1,27 × 10^–5 m bis etwa 2,03 × 10^–4 m (0,5 bis 8 mil) liegen, vorzugsweise sind sie jedoch etwa 1,91 × 10^–5 m (0,75 mil) dick. Die Klebeschichten 18 und 20 können in der Dicke im Bereich von etwa 2,54 × 10^–6 m bis etwa 1,41 × 10^–5 m (0,1 bis 0,75 mil) liegen, vorzugsweise sind sie jedoch etwa 1,02 × 10^–5 m (0,4 mil) dick. Die innere Schicht 12 kann in der Dicke im Bereich von etwa 2,54 × 10^–5 m bis etwa 2,29 × 10^–4 m (1 bis 9 mil) liegen, vorzugsweise ist sie jedoch etwa 1,32 × 10^–4 m (5,2 mil) dick.
Wie in 1 gezeigt ist und gerade eben beschrieben wurde, ist es bevorzugt, dass die innere Schicht 12 im Vergleich mit den anderen Schichten von Folie 10 relativ dick ist. Diese relative Dicke erleichtert im Allgemeinen, dass Schicht 12 ihre Hauptfunktionen ausüben kann, Mehrschichtfolie 10 Flexibilität, Festigkeit und Sperreigenschaften zu verleihen. Eine Schicht, die diese Funktionen liefert, wird oft als ”Kern”-Schicht bezeichnet.
Die Innenschicht 12 hat, da sie die dickste Schicht in Mehrschichtfolie 10 ist, im Allgemeinen den größten Einfluss auf die optischen Eigenschaften eines Beutels für medizinische Lösung, der aus Folie 10 hergestellt ist, nachdem der Beutel heißsterilisiert worden ist. Die unerwartete Feststellung, dass homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer weniger Dampfkondensat nach der Heißsterilisation einschließt als heterogenes Ethylen/α-Olefin, ist besonders bedeutsam. Diese Eigenschaft allein reicht jedoch nicht aus, um ein Material geeignet zur Verwendung als Kernschicht in einer Mehrschichtfolie zu machen, die zur Herstellung von Beuteln für medizinische Lösungen geeignet sind. Das Material sollte auch 1) einen ausreichend hohen Schmelzpunkt haben, damit die Folie während des Heißsterilisationsverfahrens intakt bleibt, 2) adäquate Barriereeigenschaften liefern, insbesondere gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf, 3) verarbeitbar (z. B. coextrudierbar) mit den anderen Schichten der Folie sein, und 4) der Folie ausreichend Flexibilität verleihen, so dass ein daraus hergestellter Beutel für medizinische Lösungen richtig auslaufen kann. Der Erfinder hat festgestellt, dass, falls das homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymer oder Mischungen von Ethylen/α-Olefin-Copolymeren von Schicht 12 eine Dichte im Bereich von 0,90 bis 0,92 g/cm³ hat, das Copolymer jede der genannten Eigenschaften zusätzlich zu hervorragenden optischen Eigenschaften aufgrund von verringerter Neigung zum Einschließen von Wasserdampfkondensat) liefern kann. Obwohl homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere oder Mischungen derselben mit Dichten unter 0,89 g/cm³ funktionieren können, ist speziell wenig wahrscheinlich, dass solche Copolymere eine Kombination von ausreichender Wärmebeständigkeit, um Heißsterilisation auszuhalten, adäquater Gasundurchlässigkeit und befriedigender Schmelzfestigkeit haben, um mit den anderen Schichten der Folie coextrudierbar zu sein. Wenn in ähnlicher Weise die Dichte des homogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymers oder der Mischung von Copolymeren größer als 0,92 g/cm³ ist, kann der resultierende Beutel für medizinische Lösungen zu steif sein, um richtig auszulaufen, und liefert möglicherweise nicht die hervorragenden optischen Eigenschaften nach Heißsterilisation, die ansonsten bei homogenen Ethylen/α-Olefinen gefunden wurden. Ein bevorzugter Dichtebereich für das homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymer oder der Mischung von Copolymeren ist 0,90 bis etwa 0,91 g/cm³.
Vorzugsweise liegt der Schmelzindex (ASTM D-1238) des homogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymers oder der Mischung von Copolymeren unter 20, insbesondere unter 10, besonders bevorzugt unter 2,2 und am meisten bevorzugt zwischen 0,1 und 1,5. Beispielhafte homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere schließen die folgenden von Exxon Chemical Company ein: Exact^TM 3029 mit einem Schmelzindex von ungefähr 1,2 dg/Min (ASTM D-1238 (E)), einer Dichte von ungefähr 0,91 g/cm³ (ASTM D-792) und einem DSC-Peak-Schmelzpunkt von ungefähr 107°C (Exxon-Verfahren), Exact^TM 3025 mit einem Schmelzindex von ungefähr 1,2 dg/Min (ASTM D-1238 (E)), einer Dichte von ungefähr 0,91 g/cm³ (ASTM D-792) und einem DSC-Peak-Schmelzpunkt von ungefähr 103°C (Exxon-Verfahren) und Exact^TM 3028 mit einem Schmelzindex von ungefähr 1,2 dg/Min (ASTM D-1238 (E)), einer Dichte von ungefähr 0,90 g/cm³ (ASTM D-792) und einem DSC-Peak-Schmelzpunkt von ungefähr 92°C (Exxon-Verfahren). Andere geeignete homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymere schließen AFFINITY^TM-Harze von Dow Chemical Co., wie PL 1880 mit einer Dichte von ungefähr 0,90 g/cm³ und einem Schmelzindex von ungefähr 1,0, PL 1840 mit einer Dichte von ungefähr 0,91 g/cm³ und einem Schmelzindex von ungefähr 1,0, PL 1845 mit einer Dichte von ungefähr 0,91 g/cm³ und einem Schmelzindex von ungefähr 3,5 und FM 1570 mit einer Dichte von ungefähr 0,915 g/cm³ und einem Schmelzindex von ungefähr 1,0 ein.
Die erste äußere Schicht 14 dient vorzugsweise als Heißsiegelschicht. Auf diese Weise bildet, wenn Mehrschichtfolie 10 zu einem Beutel für medizinische Lösungen verarbeitet wird, die erste äußere Schicht 14 die Innenseitenoberfläche des Beutels, d. h. die Oberfläche, die in Kontakt mit der verpackten medizinischen Lösung ist. Außerdem bildet Schicht 14 eine Heißsiegelung, wenn die Folie 10 auf sich selbst gefaltet oder mit einer anderen Folie zusammengebracht wird, so dass zwei Bereiche von Schicht 14 in Kontakt miteinander gebracht werden und festgelegten Segmenten der Kontaktbereiche von Schicht 14 ausreichend Wärme zugeführt wird, so dass die erhitzten Segmente geschmolzen werden und sich miteinander vermischen. Nach Abkühlen werden die erhitzten Segmente von Schicht 14 zu einer einzigen, im Wesentlichen untrennbaren Schicht. Auf diese Weise liefern die erhitzten Segmente von Schicht 14 einen flüssigkeitsdichten Verschluss, der üblicherweise als Heißsiegelung bezeichnet wird. Die so gebildeten Heißsiegelungen haben im Allgemeinen Flossenform und sind miteinander verbunden, um die peripheren Randbereiche des Beutels zu definieren, so dass eine medizinische Lösung vollständig darin eingeschlossen werden kann.
Die erste äußere Schicht 14 umfasst ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen, einer Mischung aus Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen und Elastomer, Polyethylen mit hoher Dichte oder Copolyester. Von den genannten Materialien umfasst Schicht 14 vorzugsweise eine Mischung aus Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen und Elastomer. Das Polypropylen verleiht der Schicht 14 gute Wärmebeständigkeit, während das Elastomer derselben Kriech- und Schlagfestigkeit verleiht. Wenn das Elastomer mit Polypropylen gemischt wird, so dass der Gewichtsprozentsatz des Elastomers im Bereich von etwa 5 bis etwa 50 liegt (bezogen auf das Gesamtgewicht von Schicht 14), können hervorragende Heißsiegelungen produziert werden. Die besten Heißsiegelungen werden erhalten, wenn das Elastomer in einem Gewichtsprozentsatz im Bereich von etwa 10 bis 40 und am meisten bevorzugt etwa 10 bis 30 vorhanden ist. Solche Heißsiegelungen können konsistent alle der aggressiven Bedingungen aushalten, die typischerweise bei Beuteln für medizinische Lösungen auftreten, d. h. Heißsterilisierung, Druckmanschettenanwendung und im Allgemeinen raue Behandlung.
Das Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen ist vorzugsweise Propylen/Ethylen-Copolymer mit etwa 2 bis etwa 10 Gew.% Ethylen und insbesondere etwa 4 bis etwa 6% Ethylen. Ein geeignetes Propylen/Ethylen-Copolymer ist kommerziell von Fina Oil & Chemical Company unter dem Handelsnamen 29450 erhältlich und hat einen Ethylengehalt von etwa 6 Gew.%. Andere kommerziell erhältliche Propylen/Ethylen-Copalymere schließen z. B. PLTD 665 von Exxon ein. Das in Schicht 14 verwendete Polypropylen kann von jedem beliebigen der erhältlichen Typen sein, d. h. isotaktisch, syndiotaktisch oder, weniger bevorzugt, ataktisch.
Das Elastomer kann ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus Styrol/Ethylen/Butylen/Styrol-Copolymer (SEBS), Styrol/Butadien/Styrol-Blockcopolymer (SBS), Styrol/Isopren/Styrol-Copolymer (SIS), Ethylen/Propylen-Kautschuk (EPM) und Ethylen/Propylen/Dien-Terpolymer (EPDM). SEBS ist kommerziell z. B. von Shell Chemical Co. als Kraton G-1650, G-1652 und G-1657X erhältlich. SBS ist kommerziell z. B. von Shell als Kraton D-1101, D-1102, D-1300C, D-4122, D-4141, D-4455X und D-4460X erhältlich. SIS ist kommerziell z. B. von Shell Chemical Co. als Kraton D-1107, D-1111, D-1112 und D-1117 erhältlich. EPM ist kommerziell z. B. von Exxon als Vistalon 719 oder 503 erhältlich. EPDM ist kommerziell z. B. von Exxon als Vistalon 3708 erhältlich.
Geeignete vorbereitete Mischungen von Polypropylen und Elastomer sind auch kommerziell erhältlich. Beispielsweise ist Z-4650 von Horizon Polymers eine Mischung aus 80 Gew.% Z-9450 (Propylen/Ethylen-Copolymer wie oben beschrieben) und 20 Gew.% Kraton G-1652 (SEBS wie oben beschrieben). Die anderen Materialien, aus denen Schicht 14 gebildet werden kann, sind alle weitverbreitet und kommerziell erhältlich.
Wenn Mehrschichtfolie 10 zu einem Beutel für medizinische Lösungen verarbeitet wird, bildet die zweite äußere Schicht 16 die Außenseitenoberfläche des Beutels. Als solche bestehen die Hauptfunktionen der äußeren Schicht 16 darin, für Wärmebeständigkeit des Beutels während der Heißsiegelung und Heißsterilisation zu sorgen, und Gebrauchsfestigkeit für externe Handhabung und Abrieb zu liefern. Schicht 16 umfasst vorzugsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid, Copolyamid, Polyester, Copolyester, Polyethylen mit hoher Dichte und Polycarbonat.
Geeignete Polyamide und Copolyamide schließen Nylon 66, Nylon 610, Nylon 12 und Copolymere davon, Nylon 11 und Copolymere davon, amorphes Nylon und Mischungen der genannten Polyamide ein. Ein bevorzugtes Copolyamid ist Nylon 66/610. Ein solches Material ist kommerziell von EMS-American Gricon, Inc., unter der Bezeichnung XE 3303 erhältlich. Geeignete Copolyester sind kommerziell von Eastman Chemical Products, Inc. unter den Handelsbezeichnungen ECDEL^TM 9965, 9966 und 9967 erhältlich. Jedes der anderen Materialien, aus denen die zweite äußere Schicht 16 hergestellt werden kann, ist weitverbreitet und kommerziell erhältlich.
Die erste Klebeschicht 18 umfasst vorzugsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von weniger als oder gleich 0,89 g/cm³, einer Mischung aus homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte im Bereich von 0,89 bis 0,92 g/cm³ und dem Material, aus dem die erste äußere Schicht 14 gebildet ist, anhydridmodifiziertem Ethylen/Vinylacetat-Copolymer und anhydridmodifiziertem Ethylen/Methylacrylat-Copolymer.
Jedes des genannten Materialien ist mit dem Material verträglich, aus dem die innere Schicht 12 gebildet ist (d. h. homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer. Das spezielle Material, das für Klebeschicht 18 gewählt wird, hängt somit von der Zusammensetzung der ersten äußeren Schicht 14 ab. Wenn Schicht 14 beispielsweise eine Mischung aus Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen (z. B. Propylen/Ethylen-Copolymer) und Elastomer (z. B. SEBS) umfasst, umfasst die erste Klebeschicht 18 vorzugsweise Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von weniger als oder gleich 0,89 g/cm³. Insbesondere ist die Dichte kleiner als oder gleich 0,88 g/cm³. Ein solches Material klebt erwiesenermaßen sehr gut an den Schichten 12 und 14 und liefert vermutlich als Ergebnis davon verbesserte Druckmanschettenleistung bei Beuteln für medizinische Lösungen, die aus solchen Folien hergestellt sind.
Die weitverbreitet erhältlichen Ethylen/α-Olefin-Copolymere mit Dichten von 0,89 g/cm³ oder weniger sind jene, die homogen sind, z. B. metallocenkatalysiert. Solche Copolymere sind kommerziell von Harzherstellern wie Dow Chemical Company und Exxon Chemical Company erhältlich. Beispielhafte Ethylen/α-Olefin-Copolymere mit Dichten von 0,89 g/cm³ oder weniger schließen ENGAGE^TM EG 8150, ein Ethylen/Octen-Copolymer, das von Dow kommerziell erhältlich ist und eine Dichte von 0,868 g/cm³ (ASTM D-792), einen Schmelzindex von 0,5 dg/Min (ASTM D-1238) und 25% Octen (ASTM D-2238, Verfahren B) aufweist, ENGAGE^TM EG 8100, ein Ethylen/Octen-Copolymer mit einer Dichte von 0,87 g/cm³ (ASTM D-792), einen Schmelzindex von 1 dg/Min (ASTM D-1238) und 24% Octen (ASTM D-2238, Verfahren B) aufweist, und ENGAGE^TM EG 8200 ein, ein Ethylen/Octen-Copolymer mit einer Dichte von 0,87 g/cm³ (ASTM D-792), einen Schmelzindex von 5 dg/Min (ASTM D-1238) und 24% Octen (ASTM D-2238, Verfahren B).
Die zweite Klebeschicht 20 umfasst vorzugsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus anhydridmodifiziertem Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, anhydridmodifiziertem Ethylen/Methylacrylat-Copolymer, anhydridmodifiziertem Ethylen/Ethylacrylat-Copolymer, anhydridmodifiziertem linearem Polyethylen mit niedriger Dichte, anhydridmodifiziertem linearem Polyethylen mit sehr niedriger Dichte und anhydridmodifiziertem linearem Polyethylen mit hoher Dichte.
Jedes der genannten Materialien ist mit der inneren Schicht 12 verträglich. Die spezielle Wahl des Materials für Klebeschicht 20 hängt daher von dem Material ab, das für die zweite äußere Schicht 16 gewählt wird. Wenn Schicht 16 beispielsweise Copolyester umfasst, umfasst Klebeschicht 20 vorzugsweise anhydridmodifiziertes Ethylen/Methylacrylat-Copolymer. Geeignete anhydridmodifizierte Ethylen/Methylacrylat-Copolymere sind kommerziell von DuPont unter den Handelsnamen BYNEL^TM CXA E-369 und BYNEL^TM CXA E374 und von Quantum Chemicals unter dem Handelsnamen PLEXAR^TM 3382 erhältlich. Anhydridmodifiziertes lineares Polyethylen mit niedriger Dichte ist kommerziell von Mitsui unter den Handelsnamen ADMER^TM NF 500 und NF 550 und von DuPont unter dem Handelsnamen BYNEL^TM 4134 erhältlich. Jedes der anderen Materialien, das für Klebeschichten 18 und 20 verwendet werden kann, ist auch kommerziell erhältlich.
Wie Durchschnittsfachleute erkennen können, sind die erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien nicht auf die hier zuvor beschrieben Fünfschichtstruktur begrenzt. In den Bereich der vorliegenden Erfindung sind auch Folien mit geringeren Schichtenzahl als gezeigt eingeschlossen, z. B. die hier zuvor beschrieben Drei- und Vierschichtstrukturen. Außerdem sind auch Folien in den erfindungsgemäßen Bereich eingeschlossen, die eine größere Schichtenzahl als in 1 gezeigt haben. Das heißt, dass der in 1 gezeigten Struktur zusätzliche Schichten hinzugefügt werden können, um der Folie zusätzliche gewünschte Eigenschaften zu verleihen. Es können beispielsweise zusätzlich eine oder mehrere Schichten aus Polyethylen mit hoher Dichte in die Folie eingeschlossen werden, um die Feuchtigkeitssperrfähigkeit der Folie zu erhöhen, falls eine Erhöhung erwünscht ist. Es kann gewünschtenfalls auch zusätzlich eine oder mehrere Sauerstoffsperrschicht(en) eingeschlossen werden.
In beliebigen oder allen der Schichten der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie können verschiedene Additive verwendet werden. Solche Additive schließen ohne Einschränkungen Antiblokiermittel, Antioxidantien, Verarbeitungshilfsmittel wie Calciumstearat, Pigmente, Antistatikmittel, usw. ein. Wenn die Mehrschichtfolie zur Herstellung von Beuteln für medizinische Lösungen verwendet werden soll, wird die der Folie zugefügte Additivmenge vorzugsweise auf einem Minimum gehalten, um die Wahrscheinlichkeit zu minimieren, dass solche Additive während der Heißsterilisation in die medizinische Lösung extrahiert werden.
Die erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien werden vorzugsweise durch Gießcoextrusion als Schlauchfolie gebildet. Behälter für medizinische Anwendungen oder andere Endanwendungen können direkt aus der coextrudierten Schlauchfolie oder alternativ aus Vorratsmaterial von der Rolle hergestellt werden, das nach Aufschlitzen und Trennen der Lagen aus dem Schlauch erhalten wird. Es kann auch ein Heißblasverfahren zur Herstellung der Folie verwendet werden, obwohl die optischen Eigenschaften des resultierenden Beutels wahrscheinlich schlechter als jene aus einem Gießcoextrusionsverfahren sind. Andere Verfahren wie Extrusionsbeschichten, konventionelle Laminierung, Schlitzdüsenextrusion, usw. können auch zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie verwendet werden, obwohl diese alternativen Verfahren möglicherweise schwieriger oder weniger effizient als das bevorzugte Verfahren sind.
Erfindungsgemäße Mehrschichtfolien sind vorzugsweise vernetzt. Vernetzen erhöht die Strukturfestigkeit der Folie bei erhöhten Temperaturen und/oder erhöht die Kraft, mit der das Material gereckt werden kann, bevor es auseinanderreißt. Vernetzen erfolgt vorzugsweise durch Bestrahlen, d. h. Beschießen der Folie mit Teilchen- oder Nicht-Teilchenstrahlung, wie Hochenergieelektronen aus einem Beschleuniger oder Kobalt-60-γ-Strahlen, um die Materialien der Folie zu vernetzen. Ein bevorzugtes Bestrahlungsdosisniveau liegt im Bereich von etwa 2 Megarad (MR) bis etwa 8 MR. Jede konventionelle Vernetzungstechnik kann verwendet werden. Beispielsweise kann elektronische Vernetzung durch Abschirmfolienstrahlbestrahlung durchgeführt werden. Es können auch chemische Vernetzungstechniken verwendet werden, z. B. durch Verwendung von Peroxiden.
Mit den erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien hergestellte Beutel können durch verschiedene im Stand der Technik wohlbekannte Mittel gesiegelt werden, einschließlich Impuls- und Heizstabsiegelung. Ein Beispiel für eine kommerziell erhältliche Siegelvorrichtung vom Impulstyp ist ein Vertrod^TM Heißsiegelgerät. Die Heißsiegelungen, die den oberen Bereich und den Boden des Beutels bilden (die im Allgemeinen kürzer als die Seiten des Beutels sind) werden vorzugsweise in Maschinenrichtung der Mehrschichtfolie gebildet (d. h. der Richtung, in der sich die Folie durch das Produktionsgerät bewegt), im Unterschied zu der Querrichtung (die quer zu der Maschinenrichtung liegt).
Die erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien sind im Zusammenhang mit einem Beutel zum Verpacken medizinischer Lösungen beschrieben worden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass auch andere Anwendungsbereiche der Folien möglich sind, und diese Offenbarung soll nicht als nur auf Beutel für medizinische Lösungen beschränkt angesehen werden.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele näher erläutert, die zur Veranschaulichung gegeben werden und den Bereich der Erfindung nicht einschränken sollen.
Beispiele
Alle der in den Beispielen verwendete Folien wurden gießcoextrudiert und durch Hochenergieelektronenbestrahlung vernetzt. Jede der Folien hatte die in 1 gezeigte Fünfschichtstruktur und eine Gesamtdicke von etwa 1,91 × 10^–4 m (7,5 mil). Die äußeren Schichten 14 und 16 hatten jeweils eine Dicke von etwa 1,9 × 10^–5 m (0,75 mil), die Klebeschichten 18 und 20 hatten jeweils eine Dicke von etwa 1,02 × 10^–5 m (0,4 mil) und die innere Schicht 12 hatte eine Dicke von ungefähr 1,42 × 10^–4 m (5,6 mil).
Die in den Beispielen verwendeten Materialien sind nachfolgend angegeben. Alle Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, wenn nicht anderweitig angegeben. Alle Werte für physikalische Eigenschaften und Zusammensetzungen sind Näherungswerte, wenn nicht anderweitig angegeben.
”PEC-1”
Z9450(TM), ein Propylen/Ethylen-Copolymer mit einem Ethylengehalt von etwa 6 Gew.% und einer Dichte von etwa 0,89 g/cm³ (ASTM D-1505), erhalten von Fina Oil & Chemical Company, Dallas, Texas, USA.
”SEBS”:
Kraton G-1652 (TM), ein Styrol/Ethylen/Butylen/Styrol-Blockcopolymer mit einer Zugfestigkeit von etwa 4500 psi (ASTM D412), einem 300% Modul von etwa 700 psi (ASTM D412), einer Dehnung von etwa 500% (ASTM D412), einer Shore A Härte von etwa 75 und einem spezifischen Gewicht von etwa 0,91, erhalten von Shell Chemical Co., Houston, Texas, USA.
”EAO-1”:
ENGAGE EG 8100 (TM), Ethylen/Octen-Copolymer (vermutlich homogen) mit einer Dichte von etwa 0,87 g/cm³ (ASTM D-792), einem Schmelzindex von etwa 1 dg/Min (ASTM D-1238) und etwa 24% Octen (ASTM D-2238, Verfahren B), erhalten von Dow Chemical Company, Midland, Michigan, USA),
”EAO-2”:
Exact^TM 3025, homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einem Schmelzindex von ungefähr 1,2 dg/Min (ASTM D-1238(E)), einer Dichte von ungefähr 0,91 g/cm³ (ASTM D-792) und einem DSC-Peak-Schmelzpunkt von ungefähr 103°C, erhalten von Exxon Chemical Co.
”EAO-3”:
Exact^TM 3028, homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einem Schmelzindex von ungefähr 1,2 dg/Min (ASTM D-1238(E)), einer Dichte von ungefähr 0,90 g/cm³ (ASTM D-792) und einem DSC-Peak-Schmelzpunkt von ungefähr 92°C, erhalten von Exxon Chemical Co.
”EAO-4”:
Exact^TM 4011, homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einem Schmelzindex von ungefähr 2,2 dg/Min (ASTM D-1238(E)), einer Dichte von ungefähr 0,89 g/cm³ (ASTM D-1505) und einem DSC-Peak-Schmelzpunkt von ungefähr 70°C, erhalten von Exxon Chemical Co.
”VLDPE”:
DEFD 1362(TM), Polyethylen mit sehr niedriger Dichte mit einer Dichte von etwa 0,906 g/cm³ und einem Schmelzindex von etwa 0,9, erhalten von Union Carbide Chemicals and Plastics Company, Inc., Fort Lavaga, Texas, USA.
”EMA”:
BYNEL CXA D374 (TM), anhydridmodifiziertes Ethylen/Methylacrylat-Copolymer mit einem Schmelzindex von etwa 2,8 dg/Min (ASTM D1238, 190/2,16) und einer Dichte von etwa 0,931 g/cm³ (ASTM 1505), erhalten von E. I. DuPont de Nemours, Wilmington, Delaware, USA.
”CPE”:
EDCEL 9965 (TM), Copolyesterether mit einem Schmelzindex von etwa 15 g/10 Min (ASTM D1238, 230/2,16) und einem spezifischen Gewicht von etwa 1,13 (ASTM D792), erhalten von Eastman Chemical Products, Inc., Kingsport, Tennessee, USA.
Beispiel 1
Eine erfindungsgemäße Mehrschichtfolie hatte die folgende Fünfschichtstruktur:
erste äußere (Heißsiegel)-Schicht 14: 80% EPC-1 + 20% SEBS
erste Klebeschicht 18: EAO-1
innere (Kern)-Schicht 12: EAO-3
zweite Klebeschicht 20: EMA
zweite äußere (Schutz)-Schicht 16: CPE
Beispiel 2
Eine erfindungsgemäße Mehrschichtfolie hatte die gleiche Struktur wie in Beispiel 1, außer dass die innere (Kern)-Schicht EAO-2 allein umfasste.
Beispiel 3 (Vergleich)
Eine Vergleichsmehrschichtfolie hatte die gleiche Struktur wie in Beispiel 1, außer dass die innere (Kern)-Schicht VLDPE umfasste und die erste Klebeschicht 50% Kernschichtmaterial (VLDPE) und 50% Heißsiegelmaterial (80% EPC und 20% SEBS) umfasste.
Beispiel 4
Vor der Herstellung von Beuteln für medizinische Lösungen und Heißsterilisation wurden Folien der Beispiele 1 bis 3 auf die optischen Eigenschaften Trübung und Gesamtdurchlässigkeit untersucht. Die Trübungs- und Gesamtdurchlässigkeitstests wurden gemäß ASTM D1003 Verfahren A durchgeführt. Insgesamt wurden pro Folie vier Proben getestet. Die Resultate für jede der vier Proben wurden gemittelt und sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

Folie Trübung (%) Gesamtdurchlässigkeit (%)

Beispiel 1 3,8 94

Beispiel 2 4,0 94

Beispiel 3 (Vergleich) 5,5 93
Die optischen Eigenschaften von Trübung und Gesamtdurchlässigkeit waren, wie gezeigt, für jede der drei Folien vor der Heißsterilisation ähnlich, wobei die Folien der Beispiele 1 bis 2 etwas besser als die Folie von Vergleichsbeispiel 3 waren.
Beispiel 5
Um die Auswirkungen der Heißsterilisation auf die optischen Eigenschaften der Folien der Beispiele 1 bis 3 zu ermitteln, wurden die Folien der Beispiele 1 bis 3 zu Beuteln für medizinische Lösungen mit 2 Litern Kapazität verarbeitet. Ein Vertrod^TM Impulsheißsiegelgerät wurde zur Herstellung von Heißsiegelungen vom Flossentyp am Rand jedes Beutels verwendet. Die Beutel wurden dann durch eine Öffnung im oberen Bereich des Beutels mit Wasser gefüllt. Die Öffnung wurde dann mit einem Vertrod^TM Impulsheißsiegelgerät heißgesiegelt, so dass das Nasser in jedem Beutel vollständig eingeschlossen war. Für jede der Folien der Beispiele 1 bis 3 wurden vier derartige Beutel angefertigt.
Dann wurde jeder wasserhaltige Beutel in einem Autoklaven bei 121°C (250°F) 30 Minuten heißsterilisiert und nachfolgend 24 h auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Das Wasser wurde dann aus den Beuteln entfernt, und die Beutel wurden trocknen gelassen. Nachfolgend wurden die Beutel auf die optischen Eigenschaften Gesamtdurchlässigkeit, Trübung, Klarheit und Glanz untersucht. Gesamtdurchlässigkeit und Trübung wurden gemäß ASTM D1003, Verfahren A, wie oben in Beispiel 4 ermittelt. Klarheit wurde gemäß ASTM D1746 ermittelt, und Glanz wurde gemäß ASTM D2457 ermittelt. Die in der folgenden Tabelle 2 gezeigten optischen Eigenschaften sind Mittelwerte für jeden der vier Beutel, die aus jeder der Folien der Beispiele 1 bis 4 hergestellt wurden. Tabelle 2

Folie Gesamtdurchlässigkeit (%) Trübung (%) Klarheit (%) Glanz (45°)

Beispiel 1 93,2 6,4 13,0 77

Beispiel 2 92,5 7,8 13,3 78

Beispiel 3 (Vergleich) 91,8 33,8 5,9 62
Die aus den Folien der Beispiele 1 bis 2 (d. h. erfindungsgemäßen Folien mit einem homogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymer in der inneren (Kern)-Schicht) hergestellten Beutel hatten, wie gezeigt, bessere optische Eigenschaften nach Heißsterilisation in allen vier Kategorien der Tests (Gesamtdurchlässigkeit, Trübung, Klarheit und Glanz) als Beutel, die aus einer Vergleichsfolie mit heterogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer (d. h. VLDPE) in der Kernschicht hergestellt waren. Diese Verbesserungen waren aus den Ergebnissen vor der Sterilisation von Beispiel 4 nicht vorhersagbar, die viel näher beieinander liegende optische Eigenschaften der Folien der Beispiele 1 bis 3 zeigten. Die Verbesserungen der Trübung und Klarheit der Folien der Beispiele 1 bis 2 gegenüber der Folie des Vergleichsbeispiels 3 sind besonders dramatisch. Ebenfalls beachtenswert ist das Ausmaß, bis zu dem sich der Trübungswert der Folie von Vergleichsbeispiel 3 nach dem Heißsterilisieren (Tabelle 2) gegenüber dem Trübungswert dieser Folie vor dem Heißsterilisieren (Tabelle 1) verschlechtert hat. Die Folien der Beispiele 1 bis 2 schnitten, wie gezeigt ist, viel besser ab.
Die Verbesserung des Glanzes bei den Folien der Beispiele 1 bis 2 gegenüber der Folie von Vergleichsbeispiel 3 ist günstig, da Beutel für medizinische Lösungen mit höherem Glanz ästhetisch ansprechender als Beutel mit niedrigerem Glanz sind.
Um einen Beutel, der medizinische Lösung enthält, zu simulieren, wurde die Heißsiegelseite der obigen heißsterilisierten Beutel mit Mineralöl beschichtet und die optischen Eigenschaften dieser beschichteten Proben wurden wie zuvor gemessen. Dies hatte keine größere Wirkung auf die in Tabelle 2 angegebenen Werte für die optischen Eigenschaften (d. h. die erfindungsgemäßen Folien zeigten immer noch hervorragende optische Eigenschaften, verglichen mit der Vergleichsfolie), außer bei der Klarheit. Das Mineralöl verringerte die Klarheit jeder Probe (im Vergleich mit der entsprechenden nicht-eingeölten Probe) und hatte die Wirkung, dass die Verbesserung der Folien der Beispiele 1 bis 2 gegenüber der Folie von Vergleichsbeispiel 3 kleiner wurde. Es ist nicht bekannt, warum dies auftrat, vermutlich resultiert es jedoch aus inkonsistenter oder uneinheitlicher Auftragung des Mineralöls auf die Beutel während des Testens.
Beispiel 6
Jede der Folien der Beispiele 1 bis 3 wurde auf Streckung, Zugspannung bei Bruch, Bruchdehnung, Modul, Druckmanschettenleistung und Durchlässigkeit für Sauerstoff, Feuchtigkeit und Kohlendioxid getestet. Die Tests wurden gemäß ASTM-Standardverfahren durchgeführt. Verglichen mit der Vergleichsfolie von Beispiel 3 hatten die Folien der Beispiele 1 bis 2 etwas höhere Zugspannungen, zeigten ähnliches Verhalten bei Streckung, Dehnung und Modul, aber bessere Druckmanschettenleistung (d. h. daraus hergestellte wassergefüllte Beutel hielten länger in einer Druckmanschette, bevor Lecks der Heißsiegelungen auftraten) und hatten etwas schlechtere Gasbarriereleistung (waren jedoch noch innerhalb akzeptabler Grenzwerte zur Verwendung als Beutel für medizinische Lösung). Dieses Beispiele wird gegeben, um zu illustrieren, dass erfindungsgemäße Folien nicht nur bessere optische Eigenschaften zeigen, nachdem daraus hergestellte Beutel heißsterilisiert worden sind, sondern auch andere physikalische Eigenschaften zeigen, die für derartige Folien zum Gebrauch als Beutel für medizinische Lösungen erforderlich sind.

Claims

Mehrschichtfolie, die Heißsterilisation bei 121°C (250°F) aushalten kann, umfassend: (a) eine innere Schicht, die homogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von 0,90 bis 0,92 g/cm³ oder eine Mischung von zwei oder mehr homogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren mit einer Dichte von 0,90 bis 0,92 g/cm³ umfasst; (b) eine erste äußere Schicht, die ein Homopolymer von Polypropylen, ein Copolymer von Polypropylen, eine Mischung aus Homopolymer von Polypropylen und Elastomer, eine Mischung aus Copolymer von Polypropylen und Elastomer, Polyethylen mit hoher Dichte oder Copolyester umfasst; und (c) eine zweite äußere Schicht, die ein Polyamid, Copolyamid, Polyester, Copolyester, Polyethylen mit hoher Dichte oder Polycarbonat umfasst.
Folie nach Anspruch 1, bei der das homogene Ethylen/α-Olefin-Copolymer oder die Copolymermischung eine Dichte von 0,90 bis 0,91 g/cm³ hat.
Folie nach Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten und zweiten äußeren Schichten Polyethylen mit hoher Dichte umfassen und direkt an die innere Schicht geklebt sind.
Folie nach Anspruch 1 oder 2, die ferner eine erste Klebeschicht einschließt, die zwischen und in Klebeverbindung mit der inneren Schicht und der ersten äußeren Schicht angeordnet ist, wobei die erste Klebeschicht ein Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von weniger als oder gleich 0,89 g/cm³, eine Mischung aus homogenem Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von 0,89 bis 0,92 g/cm³ und dem Material, aus dem die erste äußere Schicht gebildet ist, anhydridmodifiziertes Ethylen/Vinylacetat-Copolymer oder anhydridmodifiziertes Ethylen/Methylacrylat-Copolymer umfasst.
Folie nach Anspruch 4, bei der die erste äußere Schicht eine Mischung aus Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen und Elastomer umfasst, und die zweite äußere Schicht Polyethylen mit hoher Dichte umfasst.
Folie nach Anspruch 4, die ferner eine zweite Klebeschicht einschließt, die zwischen und in Klebeverbindung mit der inneren Schicht und der zweiten äußeren Schicht angeordnet ist, wobei die zweite Klebeschicht anhydridmodifiziertes Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, anhydridmodifiziertes Ethylen/Methylacrylat-Copolymer, anhydridmodifiziertes Ethylen/Ethylacrylat-Copolymer, anhydridmodifiziertes Polyethylen mit niedriger Dichte, anhydridmodifiziertes Polyethylen mit sehr niedriger Dichte oder anhydridmodifiziertes Polyethylen mit hoher Dichte umfasst.
Folie nach Anspruch 6, bei der die erste äußere Schicht eine Mischung aus Homopolymer oder Copolymer von Polypropylen und Elastomer umfasst und die zweite äußere Schicht Copolyester oder Polyamid umfasst.
Beutel, der zum Verpacken und Verabreichen einer medizinischen Lösung geeignet ist, wobei der Beutel eine Folie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.