Способ получения хирургических нитей

 

Использование: медицина, в качестве биоразлагаемых хирургических материалов. Сущность изобретения: расплав полимера нагревают в экструдере до 205 - 220^o в слое 0,5 ± 0,4 мм за время τ₁. Подают в дозировочный насос и нагревают до 215 - 230^oC за время τ₂= 0,83τ₁ экструдируют расплав, нагретый до 220 - 240^oC за τ₃= 0,45τ₁ в подфильерную зону с температурой 250 - 500^oC. Охлаждают воздухом или азотом. Нити подвергают ориентационному вытягиванию на первой стадии при 45 - 60^oC и кратности 3,2 - 5,8 и на второй при 90 - 120^oC и кратности 1,04 - 1,30.

Изобретение относится к области производства нитей медицинского назначения, в частности, нитей из полилактидгликолида, используемых в качестве биоразлагаемых (рассасывающихся в живом организме) хирургических материалов.

Известен способ получения рассасывающихся нитей формованием расплава полимера, последующим термовытягиванием и термофиксацией [1] В качестве прототипа взят способ получения полигликолидных нитей [2] по которому полилактидгликолид плавят в экструдере при 245^oС, затем расплав подают в дозировочный насос, имеющих температуру 210^oC, который продавливает его через фильтр из песка и металлических сеток, и экструдируют через фильеру с температурой 215^oC. Сформованную нить наматывают на шпулю со скоростью 210 м/мин.

Затем нить подвергают ориентационному вытягиванию в 4,5 раза на галетах при температуре 57^oC. Далее нить на шпуле термообрабатывают при температуре 105^oC в течение 45 мин.

В результате получают нить 54,8 денье (6,1 текс) с прочностью 4,8 г/денье (43,2 гс/текс).

Недостатками известного способа являются недостаточная прочность получаемой нити, особенно прочность в узле основного показателя для нити, используемой в качестве хирургического материала, а также низкая производительность процесса.

Потери прочности нити по прототипу происходят в результате значительного падения молекулярной массы во время формования расплава полимера и последующего термовытягивания.

Расплав полилактидгликолида имеет более низкую теплопроводность, чем распространенные полимеры, формируемые из расплава (капрон, лавсан и т.д.), поэтому расплавление, нагрев до температуры формования и выравнивание расплава по температуре идет более медленно, увеличивая время его пребывания в формовочном устройстве, что соответственно приводит к падению молекулярной массы и потере прочности нити.

Невысокая производительность процесса обусловлена тем, что из-за высокой вязкости расплава полимера нить при формовании получает значительную предориентацию, ограничивающую кратность эффективного ориентационного вытягивания. Поэтому, чтобы снизить предориентацию, нить формуют при низких скоростях. Формование при низких скоростях увеличивает время пребывания в расплавленном состоянии, способствуя большему падению молекулярной массы и, как следствие, снижению физико-механических свойств нити.

Согласно настоящему изобретению способ получения нитей из полилактидгликолида включает расплавление полимера в экструдере, дозирование расплава, экструзию через фильеру, охлаждение нитей, намотку и последующее ориентационное вытягивание и отличается тем, что расплав полимера, нагретый в экструдере до температуры 205 220^oC с временем пребывания при данной температуре τ₁ подают в дозировочный насос, нагревая его до температуры 215 - 230^oC в течение времени τ₂ и затем экструдируют через фильеру при температуре 220 240^oC при времени нагрева до температуры экструзии τ₃, при этом τ₂= 0,83τ₁, а τ₃= 0,45τ₁ причем нагрев расплава полимера до температуры экструзии осуществляют в слое 0,5 ± 0,4 мм; затем экструдированные нити перед охлаждением пропускают через подфильерную зону с температурой 250 500^oC и подвергают ориентационному вытягиванию в две стадии: 1-ая стадия при температуре 45 60^oC и кратности вытяжки 3,2 5,8, 2-ая стадия при температуре 90 120^oC и кратности вытяжки 1,04 1,30, причем нити в зону вытягивания подают из атмосферы азота или сухого воздуха.

В заявляемом способе расплавление полимера проводят при более низкой температуре (205 220^oC), при которой термодеструкция незначительна. В блоке дозированного насоса температуру повышают до 215 230^oC, но за счет небольшого времени пребывания при этой температуре (приблизительно 30% времени от общего времени пребывания в расплавленном состоянии) термодеструкция не успевает значительно пройти. Нагрев до температуры формования 220 240^oC осуществляют быстро за время, менее 20% от общего времени пребывания в расплавленном состоянии, что позволяет избежать значительной термодеструкции.

Эффективный, быстрый и равномерный нагрев полимера до температуры формования возможен потому, что согласно настоящему изобретению его проводят в тонком слое (0,5 ± 0,4 м).

Для повышения скорости формования в предлагаемом способе струйки расплава, экструдированные из отверстий фильеры, сначала проходят зону, обогреваемую до температуры 250 500^oC, а затем охлаждаются воздухом или азотом. Это позволяет снизить реологическое натяжение при формовании и, как следствие, предориентацию, что позволяет увеличить скорость формования, а следовательно, увеличить производительность процесса.

Полученные нити замасливают и наматывают на бобину.

Проведение ориентационного вытягивания в 2 стадии с указанными параметрами позволяет получить более ориентированную, а следовательно и более прочную нить. Вытягивание с высокой температурой на второй стадии позволяет получить достаточно стабильную по свойствам нить без дополнительной стадии термофиксации на бобине.

Подача нити в зону вытягивания из атмосферы сухого воздуха или азота позволяет сохранить физико-механические свойства нитей.

Способ осуществляют следующим образом.

Полилактидгликолид расплавляют в экструдере при температуре 205 - 220^oC с временем пребывания при данной температуре τ₁ и подают в дозировочный насос, нагревая до температуры 215 230^oC в течение времени τ₂, и затем экструдируют через фильеру при температуре 220 240^oC при времени нагрева до температуры экструзии τ₃. При этом τ₂= 0,83τ₁, а τ₃= 0,45τ₁ Чтобы обеспечить эффективный быстрый и равномерный нагрев полилактидгликолида, который имеет низкую теплопроводность, его осуществляют в тонком слое 0,5 ± 0,4 мм. Такой слой создается путем заполнения канала, по которому движется расплав, металлическими частицами разветвленной формы с порозностью ε = 2÷4, со средним размером, составляющим 0,2 ^oC 0,5 диаметра канала, и коэффициентом теплопроводности не менее 30 Дж/м·c·C^о. В этом случае тепло от стенок канала в центр передается металлическими частицами. Микропотоки расплава, обтекая частицы, нагреваются в тонком слое и постоянно перемешиваются между собой, причем потоки из центра канала поступают к стенкам и наоборот. Применение частиц не приводит к ощутимому росту гидравлического сопротивления в каналах, поскольку порозность частиц разветвленной формы достаточно велика.

Поскольку вязкость расплава полигликолида высока (5 10 тыс. П3), то струйки расплава, экструдированные из отверстий фильеры, сначала проходят зону, обогреваемую до температуры 250 500^oC, а затем их охлаждают воздухом или азотом, замасливают и наматывают на бобину. Такой технологический прием снижает реологическое натяжение при формовании и, как следствие, предориентацию, что позволяет увеличить скорость формования, при которой получают нить, имеющую максимальную прочность после ориентированного вытягивания.

Для защиты невытянутой нити в процессе вытягивания от влаги окружающего воздуха бобины с нитью помещают в контейнеры с азотом или сухим воздухом, из которых подают на вытягивание. В результате, за время срабатывания бобин нить практически не ухудшает своих свойств.

Ориентационное вытягивание проводят в две стадии. На первой при температуре 45 60^oC с кратностью 3,2 5,8, на второй при температуре 90 120^oC с кратностью 1,04 1,30. Такой режим позволяет получить более ориентированную, а следовательно, и более прочную нить. Вытягиание с высокой температурой на второй стадии позволяет получить достаточно стабильную по свойствам нить, не прибегая к дополнительной стадии термофиксации на бобине.

Изобретение иллюстрируется следующим примерами.

П р и м е р 1 (по прототипу). На стандартной машине формования формуют полилактидгликолидную комплексную нить из 12 элементарных нитей, имеющую после ориентационного вытягивания линейную плотность 6,1 текс.

Полилактидгликолид с удельной вязкостью в смеси фенол-толуол 0,52 ± 0,02 расплавляют в экструдере при температуре 245^oC. Из экструдера расплав поступает в дозировочный насос, имеющий температуре 210^oC, а затем насосом по цилиндрическому каналу диаметром 8 мм продавливается через насыпной и сетчатый фильтры и экструдируется через фильеру с температурой 215^oC. Время пребывания расплава при высокой температуре 245^oC в канале от экструдера до дозировочного насоса 4,1 мин. время понижения до температуры формования 5,4 мин. Далее нить охлаждают и наматывают на бобину со скоростью 210 м/мин. При этом удельная вязкость полимера в сформованной нити равна 0,28.

Далее бобины со сформованной нитью помещают на шпулярник вытяжной машины и вытягивают на обогреваемых цилиндрах при температуре 57,2^oС.

Оптимальная скорость подачи вытянутой нити в зону вытягивания определена экспериментально. Она равна 5 м/мин. При большей скорости прочность нити снижается, а при меньшей до 30% невытянутой нити стареет и идет в отходы.

Получают нить 6,1 текс с кратностью вытягивания Е 4,52.

Далее нить термофиксируют на бобине при температуре 105^oC в течение 45 минут. Полученная нить 6,1 текс имеет прочность при прямом обрыве 42 44 гс/текс, удлинение 16 18% и прочность при обрыве в узле 27 30 гс/текс.

П р и м е р 2. На стандартной машине формирования формуют полилактидгликолидную нить комплексную из 12 элементарных нитей, имеющих после ориентационного вытягивания линейную плотность 6,1 текс.

Полилактидгликолид с удельной вязкостью 0,52 ± 0,02 расплавляют в экструдере при температуре 212^oС. Расплав по каналу диаметром 8 мм подают к дозировочному насосу с температурой 223^oC, а затем нагревают до температуры экструзии 230^oC. Причем, до температуры 223^oC расплав нагревают в канале диаметром 8 мм, а до температуры 230^oC в слое 0,5 ± 0,4 мм. Время пребывания расплава при 212^oC (τ₁) 3,3 мин, время нагрева до 223^oC (τ₂) 2,7 мин, до 230^oC(τ₃) 1,5 мин. Выходящие из фильеры струйки полимера проходят нагретую до 380^oC подфильерную зону. Затем их охлаждают в атмосфере азота или сухого воздуха и наматывают на бобину со скоростью 320 м/мин. При этом удельная вязкость полимера в сформованной нити составляет 0,36 ± 0,02.

Далее бобины со сформованной нитью помещают на шпулярник вытяжной машины, конструкция которой предусматривает нахождение бобин в атмосфере азота. Со шпулярника нить поступает со скоростью 5 м/мин в зону вытягивания, имеющую 2 стадии. На первой стадии нить вытягивают с использованием термопластификатора (утюга) между вытяжными цилиндрами при температуре 54^oC с кратностью 4,2. На второй стадии вытяжку проводят при температуре 102^oC с кратностью 1,18.

В результате получают нить 6,1 текс с прочностью при прямом обрыве 54 - 58 гс/текс, удлинением 20 25% и прочностью в узле 41 -44 гс/текс.

П р и м е р 3. Нить получают как в примере 2 за исключением следующих параметров.

Температура на выходе из экструдера 220^oC, в блоке дозировочного насоса 230^oC, температура экструзии 240^oC.

Время пребывания расплава при 220^oC (τ₁) 2,8 мин, время нагрева до 230^oC (τ₂) 2,3 мин, до 240^oC (τ₃) 1,3 мин. Температура подфильерной зоны 500^oC. Скорость приема нити 450 м/мин.

Температура вытягивания на 1-ой стадии 60^oC, кратность вытягивания 3,2.

Температура вытягивания на 2-ой стадии 120^oC, кратность вытягивания 1,04.

В результате получают нить с прочностью при прямом обрыве 54 58 гс/текс, удлинением 20 25% и прочностью при обрыве в узле 41 44 гс/текс.

П р и м е р 4. Нить получают как в примере 2 за исключением следующих параметров.

Температура на выходе из экструдера 205^oC, в блоке дозировочного насоса 215^oC, температура экструзии 220^oC.

Время пребывания расплава при 205^oC (τ₁) 3,5 мин, время нагрева до 215^oC (τ₂) 2,9 мин, до 220^oC (τ₃) 1,6 мин.

Температура подфильерной зоны 250^oC. Скорость приема нити 250 м/мин.

Температура вытягивания на 1-ой стадии 45^oC, кратность вытягивания 5,8.

Температура вытягивания на 2-ой стадии 90^oC, кратность вытягивания 1,30.

В результате получают нить с прочностью при прямом обрыве 54 57 г/текс, удлинением 18 22% прочностью при обрыве в узле 39 40 гс/текс.

Таким образом, способ позволяет получить более прочную нить с более высокой производительностью. Особенно существенно повышение прочности в узле - основного показателя для нити, используемой в качестве хирургического материала.

Формула изобретения

Способ получения хирургических нитей расплавлением полилактидгликолида в экструдере, подачей расплава дозировочным насосом на фильеру, экструдированием через фильеру в подфильерную зону, охлаждением, намоткой на бобину с последующим ориентационным вытягиванием, отличающийся тем, что расплавленный полилактидгликолид выдерживают в экструдере при 205 220^oС и заданном времени τ₁, нагревают его сначала в дозировочном насосе до 215 230^oС в течение времени τ₂= 0,83 τ₁, а затем в слое толщиной 0,5 ± 0,4 мм до температуры экструзии 220 240^oС за время τ₃= 0,45 τ₁, в подфильерной зоне поддерживают температуру 250 500^oС, охлаждение осуществляют в атмосфере азота или сухого воздуха, а ориентационное вытягивание проводят сначала при 45 - 60^oС с кратностью вытяжки 3,2 5,8, а затем при 90 120^oС с кратностью 1,04 1,30, причем нить с бобины подают в зону вытягивания из атмосферы азота или сухого воздуха.