JP2005536603A - 熱成形され、固体状態で重合された熱可塑性物品 - Google Patents

Abstract

医療用具およびその部品等の用具物品を熱可塑性の縮合可能なポリマー組成物から熱成形する。熱成形後、物品の固相重合を行う。

Description

（発明の分野）
本発明は、熱可塑性ポリマー製の医療用具の分野、詳細には、体内に挿入される用具（例えばカテーテル等の管状用具やカテーテル上で用いられる高強度バルーン）の分野、およびこのような用具の製造に用いられるポリマー組成物の分野に関する。

（発明の背景）
多種多様な医療用具が熱可塑性ポリマーから製造されている。医療用具は、特に体内への挿入を行う場合や創傷または病変部位に接触させる場合には、一般消費者製品よりも慎重に製造する必要がある。カテーテル等の治療用具の分野においては、製造業者は、治療用具が確実に極めて高い信頼度で機能するように最大限の注意を払わなければならない。同時に、引張強度、可撓性、穿刺耐性および軟度等の望ましい特性が改善されるように、材料を開発し、加工技術を改良する必要がある。

所望の強度特性を最適なものとするためには、ポリマーの分子量は高くする必要があると長年にわたり認識されてきた。しかしながら、分子量を最大にすると、一定の温度下では溶融粘度が増大する。さらに、熱可塑性ポリマーの分子量は、通常、溶融体では低下し、特にポリエステルやポリアミドでは、溶融温度が上昇するにつれ、これらの分解反応の反応速度が増大する。したがって、ポリマー溶融工程を用いる方法、例えば押出成形工程や多くの成形工程による物品の製造に用い得る分子量には実用限界が存在する。

特許文献１には、医療用カテーテルバルーンの製造に（固有粘度が１．０以上の）高分子量ＰＥＴを使用することが記載されている。特許文献１では、バルーン加工中に固有粘度が低下し得ることについて言及されている。このような固有粘度の低下は、押出温度、湿度、および樹脂が溶融状態に滞留している時間に起因するポリマーの分解に関係すると考えられている。

本願と同一の譲受人に譲渡された、２００２年１月２３日に出願された特許文献２には、熱可塑性ポリマーおよび鎖延長添加剤の溶融組成物から形成された、カテーテルおよびカテーテル上で用いられる高強度バルーン等の医療用具について記載されている。この方法では、鎖延長添加剤を溶融段階で反応させるが、その結果、溶融粘度が増大する。

特許文献３には、架橋エチレン−酢酸ビニルコポリマーで形成されるカテーテルバルーンについて記載されている。このバルーンは、エチレン−酢酸ビニルコポリマーからなるチューブを押出成形または射出成形し、チューブ形態のコポリマーを電子線またはγ線源由来の放射線に暴露して架橋させ、次いで、架橋コポリマーからなるチューブよりバルーンをブロー成形する。同様の架橋法は、サーリン（ＳＵＲＬＹＮ、登録商標）ポリマー等のポリオレフィン−アイオノマー樹脂から形成される市販カテーテルバルーンにも用いられている。しかし、多くの材料では、上記のような高エネルギー照射を受けると、架橋よりもむしろポリマー分解が生じる。したがって、照射による架橋は、固体状態で分子量を増大させる方法としては一般的に適切ではない。

市販される縮合ポリマーの製造においては、初期に溶融重合反応、溶液重合反応または分散相重合反応から得た前駆体ポリマーの分子量を、固相重合技術により増量する方法が公知である。このような方法の例は、例えば、特許文献４（ポリカーボネートとポリエステルの固相重合技術）；特許文献５（部分結晶性ポリカーボネート前駆体との固相重合反応で得られたポリエステルカーボネート）；特許文献６（固体状態の触媒前駆体ポリアミドを加熱して製造した増量ポリアミド）；特許文献７（顆粒状態のε−カプロラクタム系ポリアミドの固相後重合法）；および特許文献８（ポリエステルとヒンダード芳香族リン酸エステル添加剤との固相重合）に記載されている。これまで、このような方法により成形された用具物品の分子量を増大させることは知られていない。
米国特許第４，４９０，４２１号明細書 米国特許出願第１０／０５５，７４７号明細書 米国特許第５，２５０，０６９号明細書 米国特許第６，１８７，８９５号明細書 米国特許第６，３６５，７０２号明細書 米国特許第５，９５５，５６９号明細書 米国特許第４，７５５，５９０号明細書 米国特許第６，２３９，２００号明細書

（発明の要約）
本発明は、広義には、成形後に後重合される、成形された用具物品に関する。本発明は医療用具物品を特定用途とする。本発明が有用性を有する他の用具物品には、携帯電話やラップトップコンピュータのハウジング、またはその部品、ヒンジ、ラッチ等が含まれる。

本発明の一態様は、熱可塑性ポリマー、特に縮合ポリマーから製造される用具物品に関する。本発明は、熱成形後に分子量を増大させた物品、およびこのような分子量の増大を固相重合により行う方法を提供する。

本発明のさらなる態様は、縮合可能なポリマーを含むポリマー組成物から用具物品を成形する方法であり、この方法は、ポリマー組成物から物品を熱成形する工程と、同工程後に、成形された物品の固相重合を行う工程とを含む。

（発明の詳細な説明）
本明細書において言及されている米国特許文献を含むすべての刊行物については、本明細書においてその全体が開示されたものとする。本明細書において言及されているいずれの係属特許出願についても、その全体が開示されたものとする。

本発明は、縮合反応が、高温下においては、固体状態においても一定の反応速度を有することを利用する。さらに、揮発性の小分子副産物を生成する反応は、揮発性副産物を連続的に除去することにより促進することができる。したがって、用具またはその一部として熱成形された後でも、成形された用具物品をさらに重合することができる。通常、塊状ポリマー顆粒の固相重合に関する公知条件を本発明に適合させることができる。

ポリマー組成物材料からなる物品の成形法は、通常の技術および設備を用いた簡便な方法、例えば、押出成形、射出成形、回転成形等を用いて行うことができる。
本発明の物品は、医療用具、例えばチューブ、バッグ、カテーテル等や、またはそれらの構成部品とすることができる。本発明の範囲内で考えられる具体例としては、チューブ継手、カテーテルの基端シャフト、ガイドカテーテル、診断カテーテル、カテーテルマニホールド、注射器のポート、注射器本体、シャフト、さじ、針、バルブ等が挙げられる。本発明が有用性を有する他の用具物品には、携帯電話もしくはラップトップコンピュータのハウジングまたはその部品、ヒンジ、ラッチ等が含まれる。本発明は、通常低分子量ポリマーを利用する、射出成形された物品の特性の改善において特に有益である。

いくつかの実施形態における本発明の用具物品では、成形された用具物品の特性、例えば引張強度、耐疲労性、剛性、耐久性、耐衝撃性、穿刺耐性および／またはチューブの耐キンク性を改善することができる。

本発明のポリマー組成物は少なくとも一種の縮合可能なポリマーを含有する。本発明において用いる縮合可能なポリマーには、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネートに加えて、少なくともいくつかの分子上に少なくとも一つの縮合可能な官能基を有する他のポリマーも含まれる。このような反応性基は、ポリマー分子の末端のみに位置するか、ポリマー主鎖またはその一部に沿って分布し得る。

縮合反応は、例えばエステル化反応、エステル交換反応、アミド化反応、エーテル化反応、エーテル交換反応、ならびにチオール、チオ酸、および／またはチオエーテルが関与する同等の反応を含む既知の反応を任意に組み合わせて行うことができる。ポリマーは、チオール、ヒドロキシ、アルコキシ、チオエーテル、アミンおよび／もしくはカルボン酸の末端基またはペンダント基を有し得る。

固相重合反応では、水または別の比較的小さい分子の副産物が生じ、固相重合反応中にこの副産物が除去される。小分子副産物には、例えばフェノール、Ｃ_１−６アルコール、Ｃ_２−４カルボン酸、または、Ｃ_１−６アルコールおよびＣ_２−４カルボン酸のエステルが含まれ得る。小分子は、ポリマー組成物中の縮合可能な基により決定される。ポリマー組成物は、副産物分子として、水、メタノール、エタノール、イソプロパノールおよびｎ−ブタノールのうち一種以上を生成するように構築されていることが好ましい。

縮合反応には、二つの（通常は異なる二種の）縮合可能な官能基が関与し、これらの官能基は、結合して、ポリマー分子間共有結合と同時に小分子副産物分子も形成する。多くの縮合ポリマーは両基で終端する。例えば、ポリエステルは、末端位置にカルボン酸基とヒドロキシル基とを有することが多い。同様に、ラクタムから形成されるか、同当量のジカルボン酸とジアミンとから形成されたポリアミドは、ほぼ同数の末端カルボン酸官能基と末端アミン官能基とを有する。このような場合、本発明で利用されるポリマー組成物は、状況に応じ、単一のポリマーだけで構成され得る。

ポリマーが固相重合工程に用いられる所望の縮合反応に必要な基のうちの一方だけしか有していない場合、固相重縮合反応に関与するのに必要な官能価を得るために、ポリマー組成物にポリマーブレンドまたは多官能添加剤分子を用いることができる。この実施形態の一例は、カルボン酸を末端基とするポリエステルまたはポリアミドと、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、またはヒドロキシを末端基とするポリウレタンとのブレンドである。

いくつかの実施形態では、第２官能基は、ポリマー組成物の小分子添加剤成分、例えば、可塑剤、ポリオールまたはポリ酸からもたらされ得る。
ポリマー組成物中の縮合可能なポリマーか第２官能分子の一方の少なくとも一部が三つ以上の縮合可能な基を有していれば、架橋が可能である。例えば、三つ以上のペンダントカルボン酸残基を含む（メト）アクリル酸コポリマーは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール等のポリオール、またはヒドロキシアルキル（メト）アクリレートポリマーもしくはコポリマーと縮合し得る。

縮合可能なポリマーは、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート／イソフタレートコポリマーおよびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート／ナフタレートコポリマー等のポリエステル；ナイロン１２、ナイロン１１、ナイロン１０、ナイロン６１０、ナイロン６およびナイロン６６を含むポリアミド；ポリウレタン；ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタンおよび／もしくはポリエーテルのセグメントを組み込んだブロックコポリマー；ポリエステルポリカーボネートを含むポリカーボネート；これらの任意のコポリマー；またはこのようなポリマーを含むブレンドとすることができる。具体例としては、ペバックス（ＰＥＢＡＸ、登録商標）樹脂（特にＰＥＢＡＸ６３３３、７０３３および７２３３）等のポリアミド／ポリエーテル／ポリエステルブロックコポリマー、ディーエスエム・エンジニアリング・プラスチックス社（ＤＳＭ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製のアーニテル（ＡＲＮＩＴＥＬ） ＥＭ７４０等のポリエステル／ポリエーテルブロックコポリマー、およびダウ・ケミカル社（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）製のＩＳＯＰＬＡＳＴ３０１およびＰＥＬＬＥＴＨＡＮＥ２３６３−７５Ｄ等のポリウレタンが含まれる。

本明細書に用いられている限りにおいて、コポリマーという語は、二種以上のモノマーから形成された任意のポリマーを表す。これらのポリマーは、ホモポリマー、ランダムコポリマー、ブロックコポリマーまたは交互コポリマーであり得る。二種以上の末端反応性ポリマーのブレンドを用いてもよい。また、ポリマーブレンドや、ポリマーと可塑剤とのブレンドを用いることもできる。

（メト）アクリルポリマー（すなわち、アクリル酸および／またはメタクリル酸ならびにアクリレートおよび／またはメタクリレートのエステル）、特に、Ｃ_１−６アルコールのエステル；酢酸ビニルポリマー；ビニルアルコールポリマー；多糖類；ポリ（メト）アクリルアミドポリマー；ならびにこれらのホモポリマーおよびコポリマーを含めた同種のものが、縮合反応において鎖に沿って反応し得るポリマーの例である。

場合により、ポリマー組成物に固相重合触媒を添加してもよい。例えばポリアミドの固相重合に好適な触媒の例としては、米国特許第４，５６８，７３６号明細書や同第５，９５５，５６９号明細書に記載されるものを含めた含酸素リン化合物等があるが、これらに限定されるものでなはい。なお、両米国特許明細書は、本明細書においてその全体が開示されたものとする。

ポリエステルの固相重合には、リン酸エステル系触媒も用いることができる。例えば、高分子量のヒンダードフェノール系芳香族リン酸エステルを用いることができる。このタイプの触媒は、熱安定化という付加利点も提供し得るため有益である。このタイプの触媒は、固相重合プロセス中にポリエステルを熱分解および酸化から保護するのに役立つのみならず、固相重合を触媒する働きもする。ヒンダードフェノール系リン酸エステルは、通常、約０．０５〜５重量％の範囲で用いられる。一例として、チバ・ガイギー社（Ｃｉｂａ Ｇｅｉｇｙ）により販売されるヒンダードフェノール系芳香族リン酸エステル、イルガノックス（ＩＲＧＡＮＯＸ、登録商標）１４２５があげられる。

ポリカーボネートの固相重合用触媒には、例えば、ルイス酸や塩基が含まれるが、これらに限定されるものではない。このような触媒は、米国特許第４，９４８，８７１号明細書、同第５，２０４，３７７号明細書、同第５，４１４，０５７号明細書および同第５，７１７，０５６号明細書に開示されており、これら米国特許明細書は、本明細書においてその全体が開示されたものとする。

一般に触媒は、約０．００１〜約５重量％の範囲で用い得るが、この範囲は、用いられるポリマーや触媒のタイプに応じて異なり得る。
他のオプション添加剤には、安定剤や、酸化、熱および紫外光分解の防止剤；滑剤；染料および顔料を含めた着色剤；充填剤；難燃剤；核剤；結晶化促進剤または防止剤等が含まれるが、これらに限定されるものではない。

ポリマー組成物はさらに、医療用具バルーンに有用な他の添加剤、例えば薬物、抗血液凝固剤、抗生物質および他の薬剤を含有していてもよい。
成形された物品は、固相重合温度での材料の粘性を低下させるために、固相重合前に結晶化度を高めるように処理されていてもよい。あるいは、物品に対して、結晶性ポリマーコーティングを施すか、タルクまたはテフロン（登録商標）等の非粘着性物質でコーティングするか、もしくは非粘着性物質をふりかけてもよい。

通常の手順では、ポリマー組成物から形成され、成形された用具物品を、周囲温度より実質的に高く、かつポリマー組成物の融点より低い温度で、少なくとも数時間、場合によっては数日間、真空下、不活性ガス流下、または真空かつ不活性ガス流下に加熱する。このようにすると、さらに縮合反応が促進され、酸化分解が抑制される。

溶融状態の熱可塑性ポリマーは、温度や特定のポリマー構造によっては、短時間で外観または他の物理的性質の劣化徴候を示す。さらに、鎖延長反応または架橋反応を促進するように溶融加工条件を一部変更することに成功すると、溶融粘度が上昇する。しかしながら、本発明においては、溶融加工または他の用具成形加工後であっても、鎖延長反応および／または架橋反応が固体状態で生じ得ることが判明している。したがって、溶融粘度の増大は問題とはならない。反応速度ははるかに遅くなり、特定のポリマー組成物、温度および副産物除去手順に応じて実効時間は異なるであろうが、反応時間が長いことは、使用温度下におけるポリマー組成物の特性を改善するために有効となり得る。

本発明のいくつかの実施形態においては、ポリマー組成物から形成され、成形された物品は、ポリマー組成物の溶融温度より、好ましくは少なくとも１０〜３０℃、さらに好ましくは少なくとも５０℃低い温度で、長時間加熱する。固相重合に用いられる温度は、通常、約１２０〜約２２０℃、より好適には約１４０〜約２００℃の範囲である。ポリマーによっては、後重合に好適な温度が最大約２７０℃程度まで高いものもある。例えば、ポリカーボネートの後重合の場合、好適な温度としては約１５０〜約２７０℃、さらに好適な温度としては約１８０〜約２５０℃の範囲をとり得る。

固相重合反応の時間は広い範囲とすることができ、約０．５時間程度の短いものから数日まで様々である。高温滞留時間は、典型的には約４〜約４８時間、より典型的には約８〜約１６時間である。

固相縮合も、例えば米国特許第５，７７３，５５５号明細書に記載されているように、二つの異なる温度レベルで実施し得る。同特許明細書は、本明細書においてその全体が開示されたものとする。

縮合副産物は、加熱工程中に、物品を真空下におくか、物品上に乾燥窒素、アルゴンもしくはヘリウム等の乾燥不活性ガスを連続的に通過もしくは噴出させるか、またはそれら両方を用いて除去する。副産物を除去すると、より高分子量の縮合ポリマーの生成が促進され、真空および／または不活性ガス流を用いると、分解反応が阻害される。約０．１ｍｍＨｇ（１３．３Ｐａ）〜約２０ｍｍＨｇ（２６６６Ｐａ）の範囲の真空圧を用いるのが好適である。

いくつかの実施形態において、用具物品は、反応副産物を除去しやすくするために、好ましくは約１３ｍｍ以下、より好ましくは約７ｍｍ以下の厚みを少なくとも一方向において有する。

本明細書における開示は、例示的なものであり、包括的なものではない。本明細書における説明は、当業者に対して多くの変更例や別例を提案するものである。これらすべての別例及び変更例については、特許請求の範囲に含まれるものであり、特許請求の範囲における「〜からなる、〜を備える、〜で構成される」という語は「〜を含む」という意味であり、「〜に限定される」という意味ではない。当業者には、本願に記載された特定の実施形態と均等である他の技術についても、請求項に包含されるものであると理解されるであろう。さらに、従属請求項に記載される特定の特徴は、本発明の範囲内において、互いに別の方法で組み合わせることができ、本発明は、従属項の特徴の任意の組み合わせによる他の実施例をも対象としていることは認識されるべきである。例えば、請求の範囲の公開にあたり、多数従属形式が管轄区域内で許容される場合には、後続するいずれの従属項も、当該従属項において引用された全先行語を有する先行請求項すべてに従属する多数従属形式で択一的に記述されたものと解釈されるべきである（例えば、請求項１に直接従属する請求項はそれぞれ、先行するすべての請求項に従属するものと択一的に解釈されるべきである）。多数従属形式が禁止されている管轄区域においては、後続の各従属項についても、これら下位従属項に列挙される特定請求項以外の先行語を有する先行する一請求項にそれぞれ単独に従属する形式で択一的に記述されたものと解釈されるべきである。

Claims (20)

1. 縮合可能な熱可塑性ポリマーを含んでなる組成物から熱成形され、熱成形後に固相重合反応させた用具物品。
2. 射出成形、押出成形、または回転成形により熱成形された請求項１に記載の物品。
3. チューブ、バッグ、チューブ継手、カテーテルの基端シャフト、ガイドカテーテル、診断カテーテル、カテーテルマニホールド、注射器のポート、注射器本体、シャフト、さじ、針、バルブ、携帯電話もしくはラップトップコンピュータのハウジングまたはその部品、ヒンジ、およびラッチから選択される請求項１に記載の物品。
4. 医療用具またはその構成部品である請求項１に記載の用具物品。
5. 縮合可能なポリマーが、ポリエステル；ポリアミド；ポリウレタン；ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタンおよび／またはポリエーテルのセグメントを組み込んだブロックコポリマー；ポリカーボネート；これらのコポリマー；ならびにこれらのブレンドから選択される請求項１に記載の用具物品。
6. ポリマー組成物がさらに固相重合触媒を含んでなる請求項１に記載の用具物品。
7. 少なくとも一方向における厚みが約１３ｍｍ以下である請求項１に記載の用具物品。
8. 縮合可能なポリマーを含んでなるポリマー組成物から用具物品を成形する方法であって、
   ポリマー組成物から物品を熱成形する工程と、
   同工程後に、成形された物品の固相重合を行う工程と
   を含んでなる方法。
9. 前記熱成形工程が、射出成形、押出成形、または回転成形を含んでなる請求項８に記載の方法。
10. 前記用具物品が、チューブ、バッグ、チューブ継手、カテーテルの基端シャフト、ガイドカテーテル、診断カテーテル、カテーテルマニホールド、注射器のポート、注射器本体、シャフト、さじ、針、バルブ、携帯電話もしくはラップトップコンピュータのハウジングまたはその部品、ヒンジ、およびラッチから選択される一物品である請求項８に記載の方法。
11. 前記縮合可能なポリマーが、ポリエステル；ポリアミド；ポリウレタン；ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタンおよび／またはポリエーテルのセグメントを組み込んだブロックコポリマー；ポリカーボネート；これらのコポリマー；ならびにこれらのブレンドから選択される請求項８に記載の方法。
12. 前記ポリマー組成物がさらに固相重合触媒を含んでなる請求項８に記載の方法。
13. 少なくとも一方向において約１３ｍｍ以下の厚みを有する請求項８に記載の方法。
14. 前記固相重合工程において、前記用具を、約０．５〜約７２時間、１２０℃以上であって、かつポリマー組成物の融点より少なくとも１０℃低い温度にて加熱する、請求項８に記載の方法。
15. 前記温度が、ポリマー組成物の融点より約４０〜約７０℃低い請求項１４に記載の方法。
16. 前記温度が約１２０〜２７０℃である請求項１４に記載の方法。
17. 前記温度が約１２０〜約２１０℃である請求項１４に記載の方法。
18. 前記縮合可能なポリマーが、活性水素基、エステル、アミン、エーテル、およびカルボン酸基から選択される少なくとも一種の官能基を有する、請求項８に記載の方法。
19. 前記固相重合工程が、ポリマー組成物の溶融温度より低く、かつ周囲温度より高い温度にて、真空下もしくは乾燥不活性ガス流下または真空かつ乾燥不活性ガス流下に前記用具を加熱する工程を含んでなる、請求項８に記載の方法。
20. 縮合可能なポリマーを含むとともに溶融温度を有する熱可塑性ポリマー組成物から成形された医療用具物品であって、
    前記医療用具物品を熱成形する工程と、
    同工程後に、ポリマー組成物の溶融温度より低く、かつ１２０℃以上の温度で、真空下もしくは乾燥不活性ガス流下または真空かつ乾燥不活性ガス流下に前記医療用具物品を加熱する工程と
    を含んでなる方法で成形された医療用具物品。