[发明专利]用于制造(超)高分子量聚乙烯的方法

说明书

本发明涉及用于制造(超)高分子量聚乙烯((U)HMWPE)制品的方法。本发明还涉及能够通过所述方法获得的制品，和所述(U)HMWPE在医学应用中的用途。

在抗磨损、抗疲劳和抗断裂方面的良好性能使(U)HMWPE成为矫形学中的备选材料，特别是建造用于关节成形术的关节组件，所述关节组件需要高度抗磨损。全髋关节置换术(total hip joint replacement)中的髋臼杯(acetubular cup)或衬里(liner)和全膝关节置换术中的胫骨垫片(tibial insert)是(U)HMWPE的重要应用。

“HMWPE”在本文中被定义为具有下述性质的基本为线性的乙烯均聚物或共聚物，其具有3×10⁵g/mol或更高的重均分子量(Mw)，2和18之间的分子量分布(M_w/M_n)，和1.5-8dl/g的特性粘度(IV)。优选地，HMWPE的IV为3-8dl/g，更优选地为5-8dl/g。IV根据ISO 1628-3定义。“UHMWPE”在本文中被定义为具有下述性质的基本为线性的乙烯均聚物或共聚物，其具有10⁶g/mol或更高的重均分子量(Mw)，2和18之间的分子量分布(M_w/M_n)，和8dl/g或更高的特性粘度(IV)。优选地，UHMWPE的IV在8dl/g和60dl/g之间。

可以通过用于生产(U)HMWPE的任何已知方法，例如Steven M.Kurtz在“The UHMWPE Handbook”，Elsevier Academic Press，2004，14-22页中所述方法，获得(U)HMWPE。(U)HMWPE通常作为粉末获得，其可以如下文所述通过成型和机械加工被进一步加工。

研究显示，用γ射线或电子束射线使(U)HMWPE交联能高度有效地对抗磨损，这在(例如假肢耦合中通常涉及的)平滑端面中最清楚地得到证实。

然而，尽管在全关节置换手术中使用(交联的)(U)HMWPE取得显著成功，但是由例如组件的无菌性松动(aseptic loosening)或机械性失效(mechanical failure)导致的失效在植入数年后仍然非常频繁，如J.H.Dumbleton等，J.Arthroplasty 2002，17(5)：649-661和T.W.Bauer等，SkeletalRadiol 1999，28(9)：483-497中所示。已经证明大部分故障归因于(U)HMWPE组件的磨损。磨损是主要的问题，因为磨损导致形成碎片，这些碎片进而诱导炎性应答，引起植入物的松动。

已经发现归因于(U)HMWPE氧化稳定性的组件故障至少部分归因于交联和/或灭菌期间辐照的副作用。除了对磨损性能有积极影响的交联以外，发现辐照还诱导聚乙烯的氧化降解。氧化降解对(U)HMWPE的机械性能具有消极影响。

所述氧化降解的程度强烈地依赖于辐照剂量，因此应保持尽可能低的辐照剂量。这会导致形成更少量的自由基，因此降低对退火和/或稳定剂的需要，这是目前设备制造商注意的中心问题。但另一方面，所需辐照剂量应该足够高以便实现足够的交联密度。

在Bracco等，Polymer 46(2005)10648-10657(“Bracco”)中，向(U)HMWPE中添加添加剂以增强(U)HMWPE对交联的灵敏度，从而使用更低的辐照剂量实现足够的交联密度。在单通道或多通道中用电子束辐射以不同的剂量辐照分别在1，7-辛二烯、甲基乙炔和乙烯中浸泡的(U)HMWPE样品，并使用傅立叶变换红外(FTIR)光谱法研究。用所有样品进行抗张测试，从而监测机械性能的改变。凝胶分数测量证明交联发生于所有经辐照的样品中，但是1，7-辛二烯被证实是对这一目的而言最有效的添加剂，其展示了良好的增强交联的效率。

上述步骤的一个缺点是添加剂必须在单独的步骤中通过扩散被引入(U)HMWPE中。扩散过程非常缓慢，甚至在使用(U)HMWPE薄膜时该过程仍花费7天，如Bracco中实验章节2.3中所示。显然，使用人造关节时该过程会耗时甚至更久。

美国专利No.5,594,041中公开的步骤也涉及添加剂扩散进入例如(U)HMWPE的聚合物中并随后交联，其具有相同的缺点。事实上，因为缓慢的扩散速率，添加剂仅扩散至有限的深度，如第3栏第49-67行所述。Bracco和美国专利No.5,594,041中使用的方法的另一个问题是任何未转化的多烯会保留在最终制品中，取决于用途这可能引起监管问题。