Совместно экструдированные многослойные пленки для стерилизуемых емкостей для жидкости

 

Изобретение относится к гибким, прозрачным пленкам, в частности, для изготовления емкостей для растворов для внутривенного вливания с использованием способов F-F-S (формование - наполнение - уплотнение). Пленка содержит наружный и внутренний слои, выполненные из неоднородных композиций. Наружный слой выбран из группы, включающей гомополимер полипропилена, сополимер этилена и пропилена, смесь полиэтилена высокой плотности и блок-сополимера пропилена и этилена. Внутренний слой выбран из группы, состоящей из сополимеров этилена и альфа-олефина, и сополимеров этилена и альфа-олефина, смешанных с полиэтиленом низкой плотности. Наружный слой соединен с внутренним слоем сложным промежуточным слоем, содержащим несколько подслоев, образующих верхнюю часть В1, сердцевину В2 и нижнюю часть В3. Верхние и нижние части промежуточного слоя соответственно имеют градиенты содержания объединенных этиленовых мономерных звеньев и температуры размягчения. Полученные пленки отвечают повышенным требованиям к прочности, обладают максимумом полезных характеристик и, в частности, имеют оптимальную комбинацию показателей, таких как адгезия между терминальными слоями (А) и (С), совместимость, прозрачность, мягкость, устойчивость к ударам при падении, прочность шва герметизации, отсутствие выделения продуктов распада в раствор и т.д. 28 з.п.ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение касается пленок, листов фольги и подобных им гибких, прозрачных композитных материалов, состоящих из нескольких совместно экструдированных слоев, имеющих высокую межслоевую совместимость и адгезию, и пригодных для производства емкостей технологией F-F-S (формование - заполнение - запечатывание). Такие емкости включают мешки (пакеты) с жидкостями, в частности с растворами для внутривенного введения, которые должны стерилизоваться в автоклаве паром при 121^oС или более, и должны иметь, кроме прозрачности и хорошей стойкости к свариванию, высокую стойкость к протыканию и удару (падению). Эти пленки обычно включают по меньшей мере один наружный слой (А), внутренний слой (С) и сложный промежуточный слой (В) между слоями (А) и (С). Наружный слой (А) контактирует со сваривающим средством во время процесса F-F-S, и имеет температуру плавления по меньшей мере 130^oС. Наружный слой (А) также имеет высокую механическую прочность, достаточную для того, чтобы выдержать напряжения в заполненной емкости, возникающие на стадии стерилизации. Внутренний слой (С) должен контактировать с упомянутыми жидкостями и, после формования и заполнения емкости, участвует в образовании сварочных швов горячей или холодной сварки. Комплексный промежуточный слой (В) между слоями (А) и (С) особенно важен для адгезии, прозрачности, механической прочности и ударопоглотительной способности (амортизации) пленки. Промежуточный слой (В) по существу состоит из олефиновых полимеров при отсутствии адгезивов и сшивающих агентов.

Настоящая заявка является продолжением международной заявки PCT/IB98/00204 (поданной 17 февраля 1998), содержание которой включено в данное описание путем ссылки и является его частью.

В заявке на патент Швейцарии 3771/93, соответствующей заявке ЕР-А-0658421, описана многослойная совместно экструдированная пленка, по существу указанного выше типа, т. е. имеющая характеристики, указанные для пленок уровня техники в вводной части описания и в ограничительной части п.1 формулы изобретения. Согласно ЕР заявке, содержание которой включено в данное описание путем ссылки, внешний слой (А) и внутренний слой (С) имеют одинаковую ("симметричную") композицию (т. е. тот же стерилизуемый полиолефин PO-STERI), тогда как промежуточный слой (В), который не является стерилизуемым, имеет температуру плавления ниже 121^oС и толщину от 50 до 200 микрон, состоит из полиолефинов, выбранных из группы, состоящей из термопластичных полиолефинов, этилен-бутиленовых сополимеров плотностью менее 0,9 г/см³ и соответствующих смесей. Материалы слоев (А) и (С), имеющие толщину от 10 до 80 микрон, выбирают из: полимеров и сополимеров пропилена с этиленом и/или бутиленом, полимеров или сополимеров этилена с альфа-олефином, имеющим 6 атомов углерода, и соответствующих смесей с небольшим количеством эластомеров или без них. Приводимые ниже сокращения означают следующие типы полимеров: РР-пропиленовые полимеры и РЕ-этиленовые полимеры, которые могут быть линейными (L) и иметь низкую (L), среднюю (М) и высокую (Н) плотность (D).

В примерах слои (А) и (С) оба слоя были одинаково из РР или C8-LLDPE (линейный полиэтилен низкой плотности с небольшим количеством октена, С8), тогда как (В) мог быть также восстановленным или регранулированным полиолефиновым материалом. Подобно этому в ЕР-А-0216506 (категории Х согласно отчету о патентном поиске по указанной ЕР-А-0658421) описаны медицинские мешки, полученные из ламинатов, состоящих из слоев (А) и (С), одинаково выбранных из LDPE, HDPE или этилен-альфа-олефиновых сополимеров с плотностью по меньшей мере 0,920 г/см³, тогда как (В) является этилен-альфа-олефиновым сополимером, имеющим плотность менее 0,935 г/см³. Необходимость иметь слои (А) и (С) с симметричной композицией возникает в силу того, что это снижает проблемы обеспечения адекватной совместимости и адгезии промежуточного слоя (В) к указанным слоям (А) и (С), которые, имея одинаковую композицию, уже являются совместимыми.

Практика, однако, показала, что в случае одного слоя материала (В) (даже очень толстого), очень непросто и не всегда удается обеспечить адекватную адгезию к слоям (А) и (С), особенно после стерилизации, даже несмотря на их одинаковую композицию. Действительно, при изготовлении мешков для внутривенных растворов возникает двойная проблема: необходимо не только определить и выбрать наиболее подходящие пары (А) и (С) с точки зрения вязкости, но также необходимо учесть требования Фармакопеи, согласно которым значения межслоевой адгезии должны быть очень высокими, чтобы гарантировать приемлемое поведение этой структуры. Кроме того, существует потребность в мешках со все большим объемом раствора: которые поэтому должны обладать соответственно более высокими характеристиками прочности.

Основной задачей изобретения является обеспечение совместно экструдированных пленок и соответствующих емкостей, обладающих максимумом полезных характеристик и, в частности, имеющих оптимальную комбинацию показателей, включая адгезию между терминальными слоями (А) и (С) различной композиции, совместимость, прозрачность, мягкость, устойчивость к ударам при падении, прочность шва, отсутствие перехода продуктов распада в раствор и т.д.

Эта и другие задачи достигаются пленками и соответствующими емкостями, имеющими характеристики, указанные в формуле изобретения. Действительно, было обнаружено, что при использовании слоев (А) и (С) различной композиции и между ними ряда субстратов В1, В2...Вn, с определенным распределением градиентов содержания объединенных мономерных этиленовых (Е) звеньев и температуры плавления (размягчения), можно получать пленки и мешки, удовлетворяющие самым строгим требованиям, включая прочность, способность к машинной обработке, внешний вид и т. д., в дополнение к специфическим требованиям Фармакопеи.

Различные аспекты и преимущества изобретения далее поясняются более подробно со ссылкой на примеры и сопровождающие чертежи, на которых: фиг.1 - схематическое сечение многослойной пленки по изобретению, и фиг.2 и 3 - диаграммы, наглядно представляющие пространственное изменение содержания этилена относительно температур плавления различных слоев.

На фиг.1 показана композитная пленка, содержащая, в соответствии с первым признаком изобретения, два асимметричных, т.е. разной композиции (и с разными характеристиками), терминальных (т. е. краевых) слоя (А) и (С) и некоторое количество "n" промежуточных субстратов B1, B2...Bi...Bn-1, Bn, имеющих градиентные содержания этилена и 'температуры плавления или размягчения (Tfr).

Согласно другому предпочтительному признаку изобретения: подколичество "mc" центральных субстратов B1...Bmc, фактически образующих ядро или сердцевину СО, имеют минимальные температуры размягчения и минимальные или даже нулевые градиенты содержания этилена и температур размягчения; подколичество "mc" субстратов от В1 до Bms, которые фактически образуют верхнее ядро Bs, имеют увеличивающееся содержание этилена и понижающиеся температуры плавления от максимальной температуры (Т_макс.) слоя (А) (около 140^oС) до минимальной температуры (Т_мин.) ниже температуры стерилизации (121^oС Т_стер.); подколичество "mi" субстратов, расположенных под субстратами сердцевины СО, имеет все увеличивающееся содержание этилена, а температуры размягчения также повышаются от вышеуказанной минимальной температуры (Т_мин; ниже 121^oС) до температуры слоя (С) (Т_с, равная по меньшей мере T_ster 121^oС). Очевидно, что ms+mc+mi=n.

На фиг. 2 показаны терминальные слои (А), (С) и промежуточный слой (В), состоящий из ряда подслоев (B1, B2...Bn).

Слой (А) по существу состоит из соединенных мономерных звеньев пропилена, возможно, с небольшим количеством этилена; предпочтительно, (А) выбран из: гомополимеров ПП (полипропилена) с низким содержанием ПЭ (полиэтилена), в крайнем случае это может также быть полиэтилен высокой плотности (HDPE) в смеси с блок-сополимерами ПП-ПЭ; слой С по существу состоит из этиленовых объединенных звеньев, возможно, с небольшим количеством альфа-олефинов; предпочтительно, С выбран из: линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE), предпочтительно в форме сополимера с альфа-олефином, в основном октеном, и менее предпочтительно, бутеном, гексеном или смесью указанных LLDPE и LDPE, полученной способом высокого давления.

Центральный слой (В), т.е. ряд подслоев (В1, В2...Вn) должен иметь высокое сродство с терминальными слоями, т.е. (А) и (С) для обеспечения полной совместимости и адгезии всей структуры как при высокой температуре, так и при температуре окружающей среды. Достичь оптимальных механических свойств структуры (включающих стойкость к проколу и удару при падении) можно только посредством вовлечения всех слоев в функцию выдерживания и поглощения деформации.

В соответствии с еще одним признаком изобретения, количество прокладочных слоев должно быть как можно больше, однако они предпочтительно должны образовывать последовательные, совершенно совместимые пары; это обеспечивает последовательное постадийное изменение структуры от ПП-лицевой стороны (А) до однородной ПЭ-лицевой стороны (С) при поддержании превосходной когезии и прозрачности.

На практике было установлено, что, с одной стороны, "n" не может быть бесконечным и, с другой стороны, только одного прокладочного слоя (В) недостаточно для обеспечения оптимальной комбинации желаемых характеристик, особенно удовлетворительные результаты начинают появляться при двух, лучше трех прокладочных слоях, возможно, несколько раз повторенных; при таком повторении удается получить ряд характеристик, способствующих оптимизации межслойной адгезии и однородности структуры.

В указанной структуре (описанной здесь в общих чертах) параметрами, которые могут указывать на родство материалов, присутствующих в последовательных слоях, являются содержание этилена (СЭ) и температура размягчения даже при условии, что принципиальное значение имеют другие основные характеристики (степень кристалличности, морфология в твердом состоянии, контактный угол и т.д.). На практике, ПП-ПЭ сополимерные продукты, особенно пригодные для образования прокладочного слоя, были выбраны из сополимеров с увеличивающимся содержанием этилена, а для сополимеров линейного ПЭ были предпочтительно выбраны продукты с увеличивающимся содержанием сополимера с целью достижения оптимальной адгезии между двумя терминальными слоями. Неожиданно была обнаружена хорошая совместимость между статистическими сополимерами с более высоким содержанием этилена и так называемыми полиэтиленами с очень низкой плотностью (VLLDPE), причем такие смеси могут обеспечить последовательный переход от структуры, подобной ПП, до структуры, более подобной ПЭ структуре лицевого слоя. Такие смеси, которые можно получать простым физическим смешиванием и последующей экструзией, можно дополнительно улучшить с использованием предварительной фазы смешивания расплавленной массы, предназначенной для компаундирования, и их можно сделать более подходящими для указанного выше применения, если добавить к ним синтетические эластомеры, такие как бутадиенстирольные блок-сополимеры (SBS), стирол/этилен/бутадиен/стирольные полимеры (SEBS) и т.п., или полиолефиновые каучуки, такие как сополимеры полипропилена/полиэтилена/этилен-пропилен-диенового мономера (PP-PE-EPDM). В примерах сообщается о некоторых таких структурах, которые способствуют достижению желаемых характеристик межслойной адгезии и прочности герметизации, сопротивления прокалыванию и удару при падении, прозрачности после стерилизации паром и обрабатываемости, необходимых в конкретных использованиях гибких мешочков.

Еще одной задачей изобретения является создание совместно экструдированных многослойных структур, представленных в нижеследующих примерах и пригодных для совместного экструдирования через головку эктрудера с плоской щелью, называемого "экструзионным литьем". В любом случае изобретение не ограничивается этой технологией, поскольку его можно также осуществить с помощью выдувного совместного экструдирования с последующим охлаждением полученной трубки, или последовательного совместного экструдирования из отдельных головок, при котором экструзия различных материалов осуществляется на последовательных стадиях, а после охлаждения эти материалы соединяются в единый лист.

Экспериментальная часть В одном особенно простом варианте выполнения структуру по изобретению создают на одной линии совместной литьевой экструзии пленки через щелевую головку, состоящей из пяти моношнековых экструдеров с независимым регулированием, которые могут расплавлять и подавать с достаточной точностью до пяти различных материалов с желаемыми возвратно-поступательными потоками: расплавленные материалы все еще по отдельности затем направляют в систему параллельного выравнивания и стабилизации слоев с желаемой последовательностью, из которой их затем подают в щелевую головку для окончательного формования листа в расплавленном состоянии.

На выходе из головки экструдера лист резко охлаждают путем контактирования с охлаждающей жидкостью на вращающемся цилиндре, внутри которого она протекает. Линейная скорость цилиндра по отношению к скорости выходящей из головки экструдера расплавленной массы позволяет при желании контролировать толщину многослойной структуры. В целях улучшения обрабатываемости мешочков можно обеспечить большее количество внешних слоев с помощью традиционных добавок, улучшающих скольжение и препятствующих слипанию.

Образцы пленки, полученной в примерах, обычными способами формуют в мешочки, которые заполняют растворами для внутривенного вливания и затем стерилизуют в автоклаве при 121^oС и противодавлении 2 бар на каждый полный цикл (нагревание, стерилизация и охлаждение), равный 60 мин. Следующие структуры (в частности, простые структуры, представленные в таблице) изготавливают с той же скоростью экструзии при поддержании постоянной общей толщины 200 микрон. Основные функциональные характеристики полученных пленок испытывают и оценивают традиционными методами через 72 часа после экструзии. Простые материалы, представленные в таблице, соответствуют следующим типам и характеристикам: А) РР СОРО: статистический сополимер ПП-ПЭ с содержанием этилена от 3 до 3,5 вес. % от веса сополимера; индекс текучести расплава (MFI), измеренный при 230^oС, составляет 9-12 г/10 мин; и температура плавления 148-152^oС. Типичными коммерческими полимерами являются BOREALIS RE 764 или DAPLEN KFC 2004.

В1) РР СОРО с высоким содержанием этилена: снова статистический сополимер ПП-ПЭ, но с высоким содержанием этилена (7-10%), индексом MFI при 230^oС 12 г/10 мин и температурой плавления 132^oС. Типичный коммерческий продукт - DAPLEN MFC 2110 SB; B2) Соединение РР: статистический сополимер с низким содержанием этилена (ниже 15%), смешанный и гомогенизированный с блок-сополимерами типа SEBS, EPDM. Содержание эластомера может быть от 20 до 30%, и MFI при 230^oС может быть от 2 до 8. Вариант такого соединения, полностью полученный в полимеризационной фазе, но имеющий похожие характеристики, выпускается фирмой MONTELL Company с товарным знаком ADFLEX С 200.

B3) VLLDPE: линейный полиэтилен очень низкой плотности (около 0,900 г/см³, обычно получаемый сополимеризацией этилена с сомономерами, такими как бутен, гексен или другими альфа-олефинами, в присутствии катализаторов стереорегулярной "полимеризации. Таким продуктом является "CLEARFLEX" CLDO, производимый компанией "POLIMERI EUROPA", с содержанием сомономеров ниже 20%, MFI при 190^oС 3 г/10 мин, и температурой плавления 115^oС.

С) LLDPE: линейный полиэтилен (аналогичный указанному выше VLLDPE), полученный стереоспецифической полимеризацией этилена с небольшими количествами (ниже 10%) сомономеров альфа-олефинового типа. В предпочтительном варианте добавляют следующие два дополнительных прокладочных слоя В4 и В5: B4) MDPE: полиэтилен средней плотности, полученный традиционным способом (высокого давления) в автоклаве и отличающийся относительно высокой плотностью (d= 0,933 г/см³), который придает пленке особую плотность. Этот слой имеет MFI при 190^oС 2,5-3,5 г/10 мин.

В5) LDPE (полиэтилен низкой плотности): сополимер с бутеном или гексеном, при прочих равных условиях.

Как и ожидалось, оптимальные результаты получают путем повторения (несколько раз) прокладочных слоев, образованных парами В1-В2, В2-В3, В3-В4 или из трех компонентов, как например В1-В2-В3, В2-В3-В4, В3-В4-В5 и т.п.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ
В дополнение к примерам по изобретению, в таблице приведены два продукта, которые имеют структуры, не соответствующие продуктам по изобретению (примеры 4 и 5) и имеющие плохие характеристики для использования по данному назначению. Таким образом подтверждается, что для изготовления мешочков для растворов необходима специфическая композиция, обладающая нужными характеристиками.

На фиг. 2 и 3 схематически представлены пространственные изменения (ось Y) содержания этиленовых объединенных мономерных звеньев (Е на оси Х на фиг. 2), в зависимости от температуры плавления-размягчения (Tfr на оси Х фиг.3). Показательно, что изменения этих двух важных параметров наиболее значимы (сильнее) в двух основных областях Bms и Bmi, соответственно выше и ниже сердцевины Вс, в которой, наоборот, Е и Tfr могут изменяться столь мало, что это можно не принимать в расчет. Градиенты Е и Tfr обычно присутствуют в указанных основных областях Bms и Bmi, но они могут быть минимальными или вовсе незначимыми в центральной области СО. На указанных фигурах пунктирные кривые показывают другие возможные изменения Е и Tfr.

Из фиг.2 следует, что в сердцевинной области Вс содержание этилена Е может быть постоянным (кривая 2, нулевой градиент = GR = 0) или линейно изменяться (кривая 3, постоянный градиент GR = const) или без каких-либо линейных изменений (переменный градиент GR = var). Из вышеизложенного можно видеть, что возможны различные варианты и модификации без отступления от сути и объема новой концепции изобретения.

Формула изобретения

1. Многослойная пленка, имеющая хорошие прозрачность, стойкость к свариванию, стойкость к протыканию и ударопрочность, содержащая наружный слой, выбранный из группы, состоящей из 1) гомополимеров полипропилена, 2) этилен/пропиленовые сополимеры и 3) смеси (а) полиэтилена высокой плотности и (b) блок-сополимеров пропилена и этилена, внутренний слой композиции, отличный от композиции наружного слоя и выбранный из группы, состоящей из сополимеров этилена и альфа-олефина, и сополимеров этилена и альфа-олефина, смешанных с полиэтиленом низкой плотности, и сложный промежуточный слой, соединяющий наружный слой с внутренним слоем и содержащий несколько подслоев, образующих верхнюю часть В1, сердцевину В2 и нижнюю часть В3, причем верхняя часть является этилен/пропиленовым сополимером, имеющим первое содержание этилена и первую температуру плавления, а нижняя часть является сополимером этилена, имеющим второе содержание этилена и вторую температуру плавления, отличающаяся тем, что второе содержание этилена больше указанного первого содержания этилена, а первая температура плавления выше второй температуры плавления.

2. Пленка по п. 1, отличающаяся тем, что наружный слой является этилен/пропиленовым сополимером.

3. Пленка по п.2, отличающаяся тем, что этилен/пропиленовый сополимер наружного слоя имеет содержание этилена 3-3,5 вес.% от веса сополимера.

4. Пленка по п.3, отличающаяся тем, что этилен/пропиленовый сополимер наружного слоя является статистическим полимером.

5. Пленка по п.2, отличающаяся тем, что этилен/пропиленовый сополимер наружного слоя имеет температуру плавления 148-152^oС.

6. Пленка по п.2, отличающаяся тем, что этилен/пропиленовый сополимер имеет индекс текучести расплава при 230^oС 9-12 г/10 мин.

7. Пленка по п.1, отличающаяся тем, что наружный слой имеет температуру размягчения выше 121^oС.

8. Пленка по п.2, отличающаяся тем, что внутренний слой является сополимером этилена и альфа-олефина.

9. Пленка по п.8, отличающаяся тем, что сополимер этилена и альфа-олефина получен стереоспецифичной полимеризацией.

10. Пленка по п.8, отличающаяся тем, что сополимер этилена и альфа-олефина имеет содержание альфа-олефина менее 10 вес.% от веса сополимера.

11. Пленка по п.8, отличающаяся тем, что упомянутая верхняя часть является этилен/пропиленовым сополимером, имеющим содержание этилена 7-10%.

12. Пленка по п.11, отличающаяся тем, что этилен/пропиленовый сополимер верхней части является статистическим сополимером.

13. Пленка по п.11, отличающаяся тем, что верхняя часть имеет индекс текучести расплава, который при 230^oС составляет 12 г/10 мин.

14. Пленка по п.11, отличающаяся тем, что температура плавления верхней части составляет 132^oС.

15. Пленка по п.11, отличающаяся тем, что сердцевина является смесью этилен/пропиленового сополимера и эластомера.

16. Пленка по п. 15, отличающаяся тем, что эластомер выбран из группы стирол/этилен/бутадиен/стирольный полимер и терполимер этилен/пропилен/ мономерного диена.

17. Пленка по п.15, отличающаяся тем, что эластомер присутствует в количестве между 20 и 30%.

18. Пленка по п.15, отличающаяся тем, что эластомер имеет индекс текучести расплава 2-8 при 230^oС.

19. Пленка по п.15, отличающаяся тем, что этилен/пропиленовый сополимер сердцевины имеет содержание этилена менее 15 вес.% от веса сополимера.

20. Пленка по п.19, отличающаяся тем, что этилен/пропиленовый сополимер сердцевины является статистическим сополимером.

21. Пленка по п.15, отличающаяся тем, что упомянутая нижняя часть является сополимером этилена и альфа-олефина.

22. Пленка по п.21, отличающаяся тем, что нижняя часть имеет плотность около 0,900 г/см³.

23. Пленка по п.21, отличающаяся тем, что альфа-олефин выбран из группы бутена, гексена или из других альфа-олефинов.

24. Пленка по п.21, отличающаяся тем, что нижняя часть получена с использованием стереоспецифичного катализатора.

25. Пленка по п.21, отличающаяся тем, что альфа-олефин присутствует в количестве менее 20%.

26. Пленка по п.21, отличающаяся тем, что содержит первый дополнительный субстрат В4 в сложном промежуточном слое из полиэтилена средней плотности.

27. Пленка по п.26, отличающаяся тем, что содержит второй дополнительный субстрат В5 в сложном промежуточном слое из полиэтилена низкой плотности.

28. Пленка по п.26, отличающаяся тем, что содержит в сложном промежуточном слое дополнительные подслои из повторяющихся подслоев, образованных из пар В1 и В2, В2 и В3, или В3 и В4.

29. Пленка по п.27, содержащая в комплексном промежуточном слое дополнительные подслои повторяющихся субстратов, образованных из триплетов В1-В2-В3, или В2-В3-В4, или В3-В4-В5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4