專利名稱：低模量、可加壓加熱的單層醫(yī)用管材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)用管材組合物，更具體地說，涉及一種適合高速加工并結(jié)合到諸如聚碳酸酯、聚酯及聚丙烯之類聚合物上的可加壓加熱單層管材。
背景技術(shù)：
在醫(yī)療領(lǐng)域中那些將有用藥劑收集、加工和貯存于容器中，然后運輸并最終經(jīng)過管子輸給患者的領(lǐng)域，近年來趨向于開發(fā)一類能克服目前所用如聚氯乙烯(PVC)之類材料的缺點的容器及管子用材。此類新醫(yī)用管材必須具備獨特的性能組合，以便使管材可以用在流體給藥器械中并配合醫(yī)療輸液泵使用。這類材料必須具有良好的結(jié)合性能、足夠的屈服強度和柔性，環(huán)境友好并與醫(yī)療溶液相容，且很少在加壓加熱后出現(xiàn)卷曲形變。另外，要實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，該管材還必須能夠以50英尺／分的高速擠出。
之所以要求管材與環(huán)境兼容，是由于大量的醫(yī)用管材要通過填埋或焚燒處置掉。對于填埋處置的管材，希望使用盡可能少的材料制造。為此目的，最好使用熱塑可回收的材料，以便使制造期間產(chǎn)生的邊角料能夠重新加工為其他有用制品。
對于通過焚燒處置的管材，需要使用不產(chǎn)生或極少產(chǎn)生諸如無機酸之類可能有害環(huán)境、具有刺激性或腐蝕性副產(chǎn)物的材料。例如，聚氯乙烯焚燒后能產(chǎn)生數(shù)量足以招致反對的氯化氫(或當接觸水時，成為鹽酸)，從而造成焚燒爐的腐蝕并且還可能引起其他環(huán)境憂慮。
要做到與醫(yī)療溶液相容，管材最好不合或極少含低分子量添加劑，如增塑劑、穩(wěn)定劑等等。這類成分會被與該材料接觸的醫(yī)療溶液提取。添加劑可能與醫(yī)療藥劑起反應或以其他方式使溶液失效。這在藥物濃度以百萬分之一(ppm)而不是以重量或體積百分數(shù)計的生物技術(shù)藥物制劑中，尤其傷腦筋。即便極少量生物技術(shù)藥物的損失就會使得整個制劑變得不能使用。因為生物技術(shù)制劑的每付劑量往往價值數(shù)千美元，所以一定不能讓劑量發(fā)生改變。
結(jié)合性能之所以重要，是因為醫(yī)用管材常常連接到靜脈注射容器或連續(xù)、移動式腹膜透析(CAPD)容器的接口或流體給藥裝置內(nèi)的其他連接零件上。因此，該管材必須能夠固定在諸如聚酯、聚碳酸酯和聚烯烴這類通常用于制造此種連接件的聚合物上。
可加壓加熱醫(yī)用管材必須柔軟。目前，大多數(shù)可加壓加熱醫(yī)用管材是用聚氯乙烯制作的。由于聚氯乙烯本身是剛性聚合物，故必須加入被稱之為增塑劑的低分子量成分以使聚氯乙烯變得柔軟。然而，這些增塑劑會被流體從管材中提取出來。由于這樣的原因，同時又由于在焚燒聚氯乙烯中遇到的困難，所以存在著尋找聚氯乙烯醫(yī)用管材替代物的需求。
該管材還必須在經(jīng)過加壓加熱之后表現(xiàn)出很小的卷曲形變和小的彈簧常數(shù)。卷曲形變就是，當從卷軸之類上退繞下來之后，管材仍保持螺旋形狀的現(xiàn)象。卷曲形變是個問題，因為它使得管材在外形上縮短了。另外，表現(xiàn)出卷曲形變的管材當被拉直以便使用時，具有一定程度的潛能。當用管材將靜脈注射或CAPD容器與患者相連接時，這種潛能會在患者出口部位產(chǎn)生一種不良的拉力。該拉力使患者感到疼痛和不適，且最后還可能出現(xiàn)感染。
雖有現(xiàn)成的非聚氯乙烯管材供使用，但是這些管材不適合那些依靠管材彈性使其獲得柔性和密封性的場合。例如，油-改性的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)，具體如殼牌化學公司制造的KratonG2705，雖具有必要的柔性，但是用Kraton G2705生產(chǎn)的管材不能高速制造，因為擠出溫度下的相分離使得熔體強度極差。這種相分離會造成Kraton G2705管材發(fā)生熔體破裂。因此，當用Kraton G2705制造的管材以工業(yè)速度擠出時，它就破碎成碎片。
美國專利4，041，103(Davison等人)和美國專利4，429，076(Saito等人)公開了一種聚酰胺與SEBS組成的非聚氯乙烯聚合物共混物。然而，這些專利的聚合物材料未能提供醫(yī)用管材要求的綜合物理性能。例如，Davison等人公開了一種范例共混物，由各種尼龍，某些情況下再與諸如聚丙烯和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物之類其他組分的嵌段共聚物之間的各種不同組合構(gòu)成。Davison等人的共混物中絕大部分規(guī)定使用尼龍6。Davison等人的聚合物材料更適合高溫氧化環(huán)境中的最終用途，如在汽車發(fā)動機罩子下面使用或在電力電纜中使用。(第6列，第67行～第7列，第3行)。
Saito等人公開了一種包含1％～99％SEBS和其余數(shù)量聚酰胺的聚合物材料。Saito等人的這種聚合物組合物的典型用途是注塑或吹塑為汽車零件、電氣零件、機械零件、醫(yī)療設備、包裝材料及建材。(第16列，第46～50行)。
另一些專利將SEBS作為共混物中的組分用于管材和薄膜。美國專利4，803，102(Raniere等人)和美國專利5，356，709(Woo等人)公開了一種多層構(gòu)造，其中SEBS共混物作為多層構(gòu)造中的一個層。
例如，Raniere等人公開了一種多層包裝薄膜，其外層或熱合層由不足10wt％聚丙烯與最多90wt％SEBS組成的混合物制成。類似地，Woo等人公開了一種多層管材。管材的外層由40～99wt％聚丙烯與1～60wt％SEBS的共混物制成。
無論Raniere等人或是Woo等人，均未公開聚丙烯與SEBS共混物作為單層管材的應用。而且，Raniere等人或是Woo等人，均未公開在其聚丙烯與SEBS層中使用高熔體強度聚丙烯。
提供本發(fā)明的目的在于解決上述以及其他問題。
發(fā)明公開本發(fā)明提供無聚氯乙烯的單層醫(yī)用管材。本發(fā)明的醫(yī)用管材具備多項醫(yī)療工業(yè)要求的特征，包括與增塑聚氯乙烯不相上下的柔性、最小的灰塵粘附、低卷曲形變以及封套到其他零件上的能力。
本文公開的醫(yī)用管材能夠耐受標準壓熱法期間所達到的溫度和壓力并且不出現(xiàn)顯著熱降解。該聚合物材料包含一種共混物，由聚烯烴，優(yōu)選熔體流動指數(shù)大于10g／10min的聚丙烯均聚物或其共聚物熔體增強劑，與第二組分，優(yōu)選苯乙烯和烴類共聚物，共同組成。該第二組分更優(yōu)選選自乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物，以及接枝上α-、β-烯鍵不飽和單羧酸或二羧酸試劑的乙烯基芳烴和共軛二烯選擇性氫化嵌段共聚物。該第二組分優(yōu)選是最終形成苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)結(jié)構(gòu)的氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)。最優(yōu)選某種油-改性的SEBS，如由殼牌化學公司供應的KRAT0NG2705。
本發(fā)明的其他優(yōu)點和方面在研讀了下面的


以及本發(fā)明的詳細描述之后將立刻變得顯而易見。
附圖簡述圖1表示連接到各種剛性套上的本發(fā)明管材。
發(fā)明最佳實施方案雖然本發(fā)明容許有多種變通實施方案，但這里僅以附圖表示并詳細說明一些優(yōu)選的實施方案，其中要理解，本文公開的內(nèi)容不過是本發(fā)明原則的舉例說明，無意將本發(fā)明的廣闊覆蓋面局限于列舉的這些本發(fā)明包括一種可加壓加熱單層醫(yī)用管材，它適合高速擠出(至少50英尺／分)并結(jié)合到由聚碳酸酯、聚酯、聚烯烴、聚烯烴共混物、聚丙烯及其他聚合物構(gòu)成的零件上，還包括此種管材的用法。該醫(yī)用管材由一種共混物制成，該共混物由1～10wt％熔體增強劑與90％～99wt％苯乙烯和烴類共聚物組成。
該熔體增強劑是熔體流動指數(shù)在10g／10min～800g／10min，更優(yōu)選30g／10min～200g／10min，或者其中任何范圍或者范圍的組合的聚丙烯均聚物或共聚物。該組分是具有高熔體強度特征的聚丙烯均聚物或共聚物。制備具有高熔體強度特征的聚丙烯的方法公開在美國專利4，916，198；5，047，485；及5，605，936中，在此作為一部分，并入本文作為參考。此類方法中的一種包括以劑量1～104兆拉德每分鐘的高能電離能量輻射在約15體積％活性氧濃度的環(huán)境中，對線型聚丙烯聚合物照射足以使線型丙烯聚合物發(fā)生相當程度斷鏈但又不足以導致材料變?yōu)槟z狀的時間。照射持續(xù)進行到生成顯著數(shù)量長支鏈為止。然后，對材料實施處理以使被輻射材料中存在的基本上全部自由基失活。
聚丙烯的共聚物優(yōu)選包含1～15wt％的適當共聚單體組分。合適的共聚單體包括選自1～10個碳原子的α-烯烴的那些單體。有用的共聚物包括丙烯與乙烯的無規(guī)共聚物，其中乙烯含量在1～6％，更優(yōu)選2～4％，或其中任何范圍或范圍的組合。另外，丙烯α-烯烴無規(guī)共聚物(PPE)尤其有用。優(yōu)選的是，該α-烯烴無規(guī)共聚物具有窄分子量分布。該熔體增強組分能提高熔融溫度下共混物的強度，從而使得共混物能夠以工業(yè)速度進行擠出。
再有，除了熔體強度很差之外，灰塵還容易粘附到由苯乙烯-烴類共聚物制成的成品表面。然而，當與高熔體強度和高熔體流動性的聚丙烯均聚物或共聚物制成合金或以其改性時，這一缺點也得到克服。
苯乙烯和烴類共聚物優(yōu)選選自乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物和接枝上α-、β-烯鍵不飽和單羧酸或二羧酸試劑的乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物。
該選擇性氫化嵌段共聚物可選自二嵌段、三嵌段、多嵌段、聚合嵌段、星形嵌段或接枝嵌段共聚物。這些嵌段共聚物可采用任何熟知的嵌段聚合或共聚工藝制備，例如公開在美國專利3，251，905；3，390，207；以及4，219，627中的那些，在此將這些文獻并入本文收作參考。用于制備該共聚物的乙烯基芳烴包括苯乙烯以及各種取代的苯乙烯，具體包括鄰甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯、對叔丁基苯乙烯、1，3-二甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、β-甲基苯乙烯、對異丙基苯乙烯、2，3-二甲基苯乙烯、鄰氯苯乙烯、對氯苯乙烯、鄰溴苯乙烯以及2-氯-4-甲基苯乙烯。共軛二烯包括含有2～30個碳原子的那些。這種類型的共軛二烯可選自1，3-丁二烯、2-甲基-1，3-丁二烯、2，3-二甲基-1，3-丁二烯、氯丁二烯、1，3-戊二烯及1，3-己二烯。
該苯乙烯和烴類共聚物可包含苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物。更優(yōu)選最終生成苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)的氫化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)。最優(yōu)選的是油-改性的SEBS共聚物。SEBS中油的加入量優(yōu)選在5％～40wt％的礦物油、聚丁烯油之類，最優(yōu)選30wt％礦物油、聚丁烯油之類，或者其中任何范圍或范圍的組合。此種油改性的SEBS共聚物的一種就是殼牌化學公司供應的KRATONG2705。
另一種合適的苯乙烯和烴類共聚物包括接枝上α-、β-烯鍵不飽和單羧酸或二羧酸試劑的乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物。所說的羧酸包括其衍生物，例如酸酐、酰亞胺、金屬鹽及酯。接枝反應可在氫化嵌段共聚物與羧酸試劑的熔體或溶液混合物中，在自由基引發(fā)劑存在下實施。
圖1表示由本發(fā)明共混物制成的本發(fā)明單層醫(yī)用管材10。醫(yī)用管材10優(yōu)選通過(原料)桶混，并用有緊密壓縮作用的高效混合螺桿擠出而制成。管材10的內(nèi)徑優(yōu)選在0．08英寸～0．5英寸，更優(yōu)選在0．1英寸～0．30英寸，或者上述范圍的任意組合。作為第一組分的聚丙烯均聚物或共聚物必須分散在苯乙烯和烴類共聚物基質(zhì)中，以保證管材擠出要求的熔體強度。據(jù)信，部分第一組分流到管材表面上，使得醫(yī)用管材獲得較為光亮的表面。由于醫(yī)用管材表面存在著第一組分，其灰塵粘附現(xiàn)象大大減少。
圖1還表示出，本發(fā)明的醫(yī)用管材10被封套到CAPD接頭12上。本發(fā)明管材10具有足以封套到聚合物套上的彈性。尤其是，在蒸汽消毒期間，本發(fā)明的管材將自動密封，或者機械地或化學地結(jié)合到聚合物材料制作的套、連接器14以及Y形接頭16上，無需使用粘合劑或溶劑。該聚合物材料包括聚碳酸酯、聚酯及聚丙烯，乃至聚烯烴合金，如公開在共同受讓人的專利申請序列號08／153，823中的那些。
壓熱法期間，管材及套均受到溫度121℃和高壓的消毒蒸汽的作用。此種條件足以使該聚合物共混物部分地熔融或軟化，從而使得共混物實質(zhì)上熔融到套上，形成二者之間的結(jié)合。
本發(fā)明管材的彈性模量優(yōu)選小于10，000psi(磅／平方英寸)，更優(yōu)選在500～5，000psi的范圍，或者上述范圍的任意組合。另外，該醫(yī)用管材優(yōu)選滿足下列物理性能要求卷曲回復大于30％，更優(yōu)選大于50％，最優(yōu)選大于70％，或其中任意范圍或范圍的組合；收縮小于10％，更優(yōu)選小于5％，最優(yōu)選小于1％，或其中任意范圍或范圍的組合；屈服強度優(yōu)選小于50，000psi，更優(yōu)選在25，000～45，000psi的范圍，或者其中任意范圍或范圍的組合。
實施例實例1用殼牌公司的KRATON G2705苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯材料經(jīng)擠出制成醫(yī)用管材。所使用的擠出機為1．5英寸標準混合螺桿擠出機。該醫(yī)用管材的擠出條件為速度，約14英尺／分；采用敞口水槽；擠出溫度如下區(qū)1為370°F，區(qū)2為380°F，區(qū)3為390°F，區(qū)4為400°F，夾緊式模頭為400°F。卷曲回復、彈簧常數(shù)、收縮、彈性模量、光學透明度及高速生產(chǎn)能力，總括在表1中。
實例2實例2～實例5的管材是以大約24英尺／分，采用真空定型套，擠出機的所有區(qū)及模頭均維持在同一恒定溫度的條件下進行擠出的。采用荷蘭波紋網(wǎng)墊。聚合物材料是由99％殼牌Kraton G2705和1％聚丙烯(Montell PF611，40 MFI(熔體流動指數(shù)))生產(chǎn)的。管材是采用類似于實例1中所使用的擠出機，以類似的速度工藝制造的。管材是采用真空定型套代替敞口水槽生產(chǎn)的。在360°F時，管材的表面外觀表現(xiàn)得很差。表面外觀在370°F時達到最佳。隨著溫度上升到375°F及更高，出現(xiàn)了管材直徑尺寸的局部縮小，或稱頸縮。隨著溫度的上升，表面外觀變得越來越光亮。管材的物理性能及光學品質(zhì)總括在表1中。
實例3在實例3中，聚合物材料的組成被調(diào)整為98％殼牌Kraton G2705及2％聚丙烯(Montell PF611，40 MFI)。管材是按照與實例2相同的方式制造的。在360°F時，管材的表面外觀表現(xiàn)得很差。375°F及更高時，管材開始出現(xiàn)頸縮。同樣，隨著溫度的升高，表面變得越來越光亮。表1總括了該管材的物理性能和光學品質(zhì)。采用雙荷蘭波紋網(wǎng)墊以50英尺／分的速度進行了大規(guī)模使用。擠出溫度的操作范圍顯著展寬了，且未觀察到頸縮現(xiàn)象。
實例4在實例4中，聚合物材料的組成被調(diào)整為95％殼牌Kraton G2705及5％聚丙烯(Montell PF611，40 MFI)。管材是按照與實例2相同的方式制造的。在390°F時，管材的表面外觀如所要求地光亮。395°F時，管材開始出現(xiàn)頸縮。同樣，隨著溫度的升高，表面變得越來越光亮。表1總括了實例4的結(jié)果。
實例5在實例5中，加入到聚合物材料中的聚丙烯量增加到10％；聚合物材料其余部分為殼牌Kraton G2705。擠出溫度在高達420°F時也未觀察到頸縮。同樣，表1總括了該試驗的結(jié)果。

表1各實施例如不在油-改性的SEBS中加入聚丙烯，則由于相分離和熔體破裂的發(fā)生，材料難以在工業(yè)可接受的速率下擠出。這將造成管材在擠出的過程中破裂成碎片。在油-改性的SEBS中加入最多10wt％聚丙烯，使聚合物材料熔體強度和熔體流動指數(shù)得到提高，因此能夠以工業(yè)可接受的速率生產(chǎn)合適的單層、可加壓加熱、低模量醫(yī)用管材。
雖然已就若干特定實施方案做了舉例說明，但是，仍然可能存在許多修改方案不偏離本發(fā)明的精神，因此，保護范圍應唯一地由所附權(quán)利要求界定。
權(quán)利要求
1．一種可蒸汽消毒單層醫(yī)用管材，它包含下列成分的共混物1～10wt％熔體流動指數(shù)大于10g／10min的聚丙烯均聚物或共聚物熔體增強劑，以及90～99wt％選自(i)和(ii)的第二組分，其中(i)，乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物；以及(ii)，接枝上α-、β-烯鍵不飽和單羧酸或二羧酸試劑的乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物。
2．權(quán)利要求1的管材，其中第二組分是苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。
3．權(quán)利要求2的管材，其中苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物是用5～40wt％的油改性的。
4．權(quán)利要求1的管材，其中第二組分是包含5～40％油的油-改性苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。
5．權(quán)利要求1的管材，其中熔體增強劑的熔體流動指數(shù)至少是40g／10min。
6．權(quán)利要求1的管材，其中該管材具有下列物理特性至少30％的卷曲回復；約400psi～10，000psi的彈性模量；以及小于50，000psi的屈服強度。
7．權(quán)利要求1的管材，其中該管材的彈性模量小于3，500psi。
8．權(quán)利要求1的管材，其中聚丙烯均聚物或共聚物是高熔體強度改性的。
9．權(quán)利要求1的管材，其中管材具有半透明的加壓加熱后透明度。
10．一種將管材結(jié)合到聚合物套上的方法，包括下列步驟提供由一種共混物組成的管材，該共混物由熔體流動指數(shù)大于10g／10min的聚丙烯均聚物或共聚物熔體增強劑與第二組分構(gòu)成，后者選自乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物，以及接枝上α-、β-烯鍵不飽和單羧酸或二羧酸試劑的乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物；提供極性分子的聚合物套；使管材與套相接觸以形成一付配合；以及在蒸汽的存在下加熱該配合，從而使管材結(jié)合在套上。
11．權(quán)利要求11的方法，其中聚合物套由一種聚丙烯合金制成，它包含熔點處于加壓加熱的溫度的組分。
12．權(quán)利要求11的方法，其中聚合物套由聚碳酸酯制成。
13．權(quán)利要求11的方法，其中聚合物套由聚丙烯制成。
14．權(quán)利要求11的方法，其中管材包含1～10wt％聚丙烯與90～99wt％油-改性的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯。
15．權(quán)利要求14的方法，其中油-改性的苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯含有5～40wt％礦物油。
全文摘要
一種可蒸汽消毒單層醫(yī)用管材,它包含下列成分的共混物:1～10wt%熔體流動指數(shù)大于10g/10min的聚丙烯均聚物或共聚物熔體增強劑,以及選自(i)和(ii)的第二組分,其中(i)乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物,以及(ii)接枝上α－、β－烯鍵不飽和單羧酸或二羧酸試劑的乙烯基芳烴與共軛二烯的選擇性氫化嵌段共聚物。
文檔編號A61L2/06GK1294523SQ99800074
公開日2001年5月9日 申請日期1999年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月27日
發(fā)明者L·沃, M·T·K·林, P·巴爾特奧, Y·-C·羅, R·沃納洛夫斯基, K·沙, E·J·赫瑙特, S·丁, S·維斯特法爾 申請人:巴克斯特國際有限公司