Настоящее изобретение относится к имплантату, содержащему композитный порошок с карбонатом кальция с микроструктурированными частицами, в частности имплантату, полученному посредством селективного лазерного спекания, например, имплантату для применения в области нейро, оральной, челюстной, лицевой, ушной, носовой и горловой хирургии, а также хирургии кисти, стопы, грудной клетки, ребер и плеча.
Изобретение не относится к подготовке исходного материала для имплантата, а также к использованию в целях, отличных от производства имплантата, особенно тех, которые подготавливаются для использования в области нейро, оральной, челюстной, лицевой, ушной, носовой и горловой хирургии, а также хирургии кисти, стопы, грудной клетки, ребер и плеча.
Карбонат кальция, CaCO3, представляет собой кальциевую соль угольной кислоты, которая сегодня используется в различных областях повседневной жизни. В частности, она используется как добавка или модификатор в бумаге, красителях, пластмассах, чернилах, пластырях и фармацевтических препаратах. В пластмассах карбонат кальция преимущественно служит наполнителем для замены сравнительно дорогого полимера.
Кроме того, композитные материалы уже известны и обозначают материал, состоящий из двух или более связанных материалов, который имеет свойства, отличные от свойств его отдельных компонентов. Что касается свойств композитного материала, важны свойства материала и геометрия компонентов. В частности, размер часто оказывает значительное влияние. Соединение часто достигается за счет связывания материала или подгонки формы, либо сочетания обоих способов.
Кроме того, микроструктурированные композитные частицы, содержащие соли кальция, особенно карбонат кальция, уже известны сами по себе.
Например, в WO 2012/126600 A2 раскрываются микроструктурированные композитные частицы, которые получают способом, в котором крупные частицы связаны с мелкими частицами, при этом
- крупные частицы имеют средний диаметр в диапазоне от 0,1 мкм до 10 мм,
- средний диаметр мелких частиц составляет не более 1/10 среднего диаметра крупных частиц,
- крупные частицы содержат по меньшей мере один полимер,
- мелкие частицы содержат карбонат кальция,
- мелкие частицы расположены на поверхности крупных частиц и/или неравномерно распределены внутри крупных частиц,
при этом мелкие частицы включают осажденные частицы карбоната кальция, имеющие средний размер частиц в диапазоне от 0,01 мкм до 1,0 мм.
Кроме того, в WO 2012/126600 A2 описаны микроструктурированные композитные частицы, которые получают способом, в котором крупные частицы связаны с мелкими частицами, при этом
- крупные частицы имеют средний диаметр в диапазоне от 0,1 мкм до 10 мм,
- средний диаметр мелких частиц составляет не более 1/10 среднего диаметра крупных частиц,
- крупные частицы содержат по меньшей мере один полимер,
- мелкие частицы содержат по меньшей мере одну соль кальция,
- мелкие частицы расположены на поверхности крупных частиц и/или неравномерно распределены внутри крупных частиц,
при этом крупные частицы содержат по меньшей мере один рассасывающийся сложный полиэфир, имеющий среднечисловую молекулярную массу в диапазоне от 500 до 1 000 000 г/моль.
Композитные частицы, указанные в WO 2012/126600 A2, предназначены для использования главным образом в качестве добавки, особенно в качестве полимерной добавки, в качестве примеси или исходного материала для производства компонентов, для использования в медицинской технике и/или в микротехнологии и/или для производства вспененных материалов. Метод селективного лазерного спекания (метод SLM) упоминается, среди прочего, в документе.
Тем не менее, для селективного лазерного спекания требуются более подходящие материалы. Одним из недостатков композитных частиц согласно WO 2012/126600 А2, в частности, является их плохая текучесть, которая может быть уменьшена только частично, даже если используются текучие добавки. Добавление указанных текучих добавок не является преимущественным, прежде всего, для производства имплантатов, поскольку они обычно оказывают вредное влияние на свойства получаемого имплантата, особенно на его биосовместимость и биоразлагаемость. Кроме того, транспортировка в установке для лазерного спекания затруднена из-за плохой текучести.
При изготовлении компонентов методом лазерного спекания с использованием материалов из WO 2012/126600 A2 возникают следующие дополнительные проблемы. Хотя измельченные композитные частицы могут быть спечены, качество поверхности и чистота поверхности, а также плотность полученных компонентов, не являются полностью удовлетворительными. Наиболее желательно улучшить усадку и стабильность размеров полученных компонентов, а также теплопроводность за пределами области, обработанной лазером. Кроме того, желателен более эффективный процесс производства компонентов. В частности, желательно усовершенствовать имплантаты, особенно в области нейро, оральной, челюстной, лицевой, ушной, носовой и горловой хирургии, а также хирургии кисти, стопы, грудной клетки, ребер и плеча.
На этом фоне целью настоящего изобретения является обеспечение доступности лучшего имплантата, чем прежде. В частности, материал, демонстрирующий улучшенные свойства лазерного спекания, следует использовать для имплантата, материал которого, в частности, обладает улучшенной текучестью, и во время лазерного спекания позволяет получать компоненты с улучшенным качеством поверхности и чистотой поверхности, а также с улучшенной плотностью компонентов, и в частности демонстрирует лучшую усадку и стабильность размеров получаемых компонентов, а также лучшую теплопроводность за пределами области, обработанной лазером. Кроме того, желателен более эффективный процесс изготовления таких имплантатов.
Эта цель, а также другие цели, которые не конкретизированы, но могут быть непосредственно выведены из вышеприведенного контекста, достигаются посредством предоставления имплантата, изготовленного из композитного порошка, включающего микроструктурированные частицы, включая все признаки настоящего пункта формулы изобретения 1. Подпункты, связанные с пунктом 1 формулы изобретения, в частности, описывают целесообразные варианты. Формула изобретения относится к наиболее целесообразному применению композиционного порошка в соответствии с изобретением для изготовления имплантата, особенно для области нейро, ротовой, челюстной, лицевой, ушной, носовой и горловой хирургии, а также хирургии кисти, ступни, грудной клетки, ребер и плеча. Кроме того, будучи особенно полезным, имплантат получают посредством селективного лазерного спекания в композиции, содержащей указанный композитный порошок, который специально сконструирован в качестве имплантата для применения в области нейро, оральной, челюстной, лицевой, ушной, носовой и горловой хирургии, а также хирургии кисти, стопы, грудной клетки, ребер и плеча.
Предоставляя композитный порошок, имеющий микроструктурированные частицы, которые получают способом связывания крупных частиц с мелкими частицами, при этом
- крупные частицы имеют средний диаметр в диапазоне от 0,1 мкм до 10 мм,
- крупные частицы содержат по меньшей мере один полимер,
- мелкие частицы расположены на поверхности крупных частиц и/или неравномерно распределены внутри крупных частиц,
- мелкие частицы включают сферически осажденные частицы карбоната кальция, имеющие средний диаметр в диапазоне от 0,05 до 50,0 мкм, предпочтительно в диапазоне от 2,5 до 30,0 мкм,
при этом сферические частицы карбоната кальция получены способом, в котором
a. предоставляется суспензия гидроксида кальция,
b. диоксид углерода или газовая смесь, содержащая диоксид углерода, вводятся в суспензию со стадии a, и
c. образующиеся частицы карбоната кальция отделяются,
при этом дополнительно добавляется по меньшей мере от 0,3 до 0,7 масс. % одной аминотриалкиленфосфоновой кислоты, и возможно не совсем предсказуемым образом сделать композиционный порошок, содержащий карбонат кальция, с улучшенными свойствами, которые наиболее подходят для использования в процессах лазерного спекания. Композитный порошок в соответствии с изобретением обладает улучшенным качеством поверхности и состоянием поверхности, а также улучшенной плотностью компонентов при лазерном спекании. В то же время полученные компоненты демонстрируют лучшие характеристики усадки и улучшенную стабильность размеров. Кроме того, наблюдается лучшая теплопроводность за пределами области, обработанной лазером.
Кроме того, указанный композитный порошок обеспечивает более эффективное изготовление имплантатов, особенно в соответствии со способом лазерного спекания. Поток расплава, получаемого с использованием композитного порошка согласно изобретению, значительно увеличивается (усиливается). Композитный порошок согласно изобретению может быть лучше обработан, особенно в соответствии со способом SLM, по сравнению с обычными материалами, и обеспечивает значительно лучшую структуру слоя в способе SLM. Компоненты, получаемые в соответствии со способом SLM с использованием композитного порошка согласно изобретению, отличаются чрезвычайно высоким качеством и, по сравнению с компонентами, полученными согласно способу SLM с использованием обычных материалов, имеют явно меньше дефектов, повышенную плотность компонентов, предпочтительно выше 95 %, особенно выше 97%, а также меньшую пористость. В то же время содержание продуктов разложения в получаемых компонентах значительно ниже, а совместимость компонентов с ячейками чрезвычайно высока.
Другие свойства имплантатов, получаемых таким способом, также превосходны. Имплантаты показывают очень хорошие механические свойства, а также превосходную стабильность pH. В то же время, биосовместимость продуктов значительно улучшается. Сопоставимые продукты не могут быть получены при использовании чистых полимеров, в частности, поскольку соответствующие полимерные порошки, которые могут быть обработаны в соответствии со способом SLM, неизвестны.
Еще одним преимуществом настоящего изобретения является то, что свойства указанного композиционного порошка, особенно свойства текучести композиционного порошка, конкретно контролируются и регулируются используемым количеством и свойствами крупных и мелких частиц, особенно свойствами частицы карбоната кальция, прежде всего по размеру частиц карбоната кальция, а также по количеству частиц карбоната кальция. Кроме того, посредством определения размера композитного порошка, в частности, содержание карбоната кальция в композиционном порошке и свойства текучести композитного порошка варьируются и специально адаптируются к соответствующему применению.
В частности, в сочетании с полилактидом в качестве полимера, следующие преимущества достигаются согласно изобретению.
Используя указанный композитный порошок, получаются разлагаемые имплантаты, имеющие контролируемую кинетику поглощения и регулируемые механические свойства. Полилактиды, которые предпочтительно содержатся в композитном порошке, представляют собой биоразлагаемые полимеры на основе молочной кислоты. В организме полилактиды разрушаются в результате гидролиза. Соли кальция, особенно фосфат кальция и карбонат кальция, являются минеральными материалами на основе кальция и разрушаются в организме естественным процессом регенерации кости. Карбонат кальция обладает особенно выгодным свойством буферной кислотной среды, которая может быть токсичной для костных клеток, когда полилактиды разлагаются. По сравнению с фосфатом кальция (pH 4) карбонат кальция буферизируется уже при значении pH около 7, т.е. близко к физиологическому значению 7,4. Время до полной деградации адаптируется по длине молекулярных цепей и химическому составу полимера, особенно полилактида. Это также возможно для механических свойств полимера.
Упомянутый композитный порошок обрабатывается для формирования структур имплантатов с помощью генеративного производственного метода Селективной лазерной плавки (SLM). Здесь возможна конкретная адаптация материала и способа производства друг к другу и к медицинским требованиям. Использование генеративного производства и сопутствующей свободы геометрии дает возможность снабдить имплантат внутренней и открытой структурой пор, соответствующей запросам хирурга, что обеспечивает непрерывную доставку имплантата. Кроме того, имплантаты с индивидуально адаптированной генерацией, необходимые для покрытия дефектов кости большой площади в черепно-лицевой области, изготавливаются быстро и экономично. Преимущество композиционного порошка в соответствии с изобретением для обработки с помощью SLM, в частности, заключается в том, что полимер может быть расплавлен лазерным излучением при относительно низких температурах, предпочтительно менее 300°C, и частицы карбоната кальция остаются термически стабильными при указанных температурах. Таким образом, благодаря индивидуальному синтезу указанного композитного порошка частицы карбоната кальция могут быть гомогенно внедрены во весь объем имплантата в матрицу из полилактида без теплового повреждения лазерным излучением. Прочность имплантата определяется, с одной стороны, полилактидной матрицей и, с другой стороны, морфологией частиц карбоната кальция и, предпочтительно, также соотношением используемых компонентов. Кроме того, имплантаты являются биологически активными, так как они активно стимулируют окружающую костную ткань к остеогенезу и замене структуры скелета (имплантата) посредством отбора материала и последующего покрытия костным морфогенным белком (rhBMP-2).
Существенные преимущества имплантатов, изготовленных из упомянутого композитного порошка, производимого посредством SLM, в частности, заключаются в следующем:
• Использование биоразлагаемых остеокондуктивных материалов активно стимулирует рост кости через имплантат и даже при дефектах большой площади достигает полной деградации, в то время как кость полностью формируется в дефекте кости, подлежащем восстановлению. Благодаря соединяющейся структуре пор покрытие BMP может быть активным во всем «объеме» имплантата.
• Прорастание костной ткани: введение правильной структуры пор способствует прорастанию новой костной ткани в имплантат. Генеративный производственный процесс помогает ввести определенную структуру пор в компоненты воспроизводимым образом.
• Предлагаемое решение также дает преимущество в том, чтобы в лучшем случае предотвратить медицинские осложнения при длительных имплантатах, в лучшем случае улучшить самочувствие пациента, избегая постоянного ощущения инородного тела, и – прежде всего, для детей и молодых людей – в лучшем случае реализовать «растущий» имплант.
• Оптимальная буферизация: благодаря использованию карбонатов кальция, кислотное разложение полилактидного материала буферизуется уже при значении рН около 7, образуя кислотную среду в окружающей среде имплантата и, следовательно, предотвращая воспалительное или цитотоксическое действие. Кроме того, процессы разложения полимера, особенно молочнокислого полимера, в лучшем случае подавляются.
• Высокая прочность: процесс SLM дает полностью расплавленное соединение и, следовательно, высокую плотность и прочность компонентов, что позволяет устранять дефекты даже большой площади с помощью индивидуально адаптированных имплантатов, изготовленных из биоразлагаемого материала и имеющих структуру с открытыми порами.
Соответственно, предметом настоящего изобретения является композитный порошок, содержащий микроструктурированные частицы (композитный порошок) в имплантате, причем композитный порошок получают способом, в котором крупные частицы связаны с мелкими частицами.
В настоящем изобретении термин «микроструктура» относится к микроскопическим свойствам материала. Они включают, среди прочего, разрешимую тонкую структуру и структуру. В жидкостях, а также в газах, последние не предусмотрены. Здесь отдельные атомы или молекулы находятся в неупорядоченном состоянии. Аморфные твердые вещества в основном имеют структурный ближний порядок в области соседних атомов, но не имеют дальнего порядка. Кристаллические твердые вещества, с другой стороны, имеют упорядоченную решетчатую структуру не только в ближней зоне, но и в дальней.
В рамках настоящего изобретения крупные частицы содержат, по меньшей мере, один полимер, который в основном не подлежит каким-либо дополнительным ограничениям. Тем не менее, предпочтительно это термопластичный полимер, соответственно биополимер, каучук, особенно натуральный каучук или синтетический каучук, и/или полиуретан.
Термин «термопластичный полимер» в данном контексте относится к пластику, который может (термопластически) деформироваться в определенном температурном диапазоне, предпочтительно в диапазоне от 25 до 350°С. Эта операция является обратимой, то есть ее можно повторять любое количество раз посредством охлаждения и повторного нагревания до расплавленного состояния, если только так называемое термическое разложение материала не начинается из-за перегрева. Этим свойством термопластичные полимеры отличаются от термореактивных пластиков и эластомеров.
Термин «биополимер» обозначает материал, состоящий из биогенного сырья (возобновляемое сырье), и/или биоразлагаемый материал (биогенный и/или биоразлагаемый полимер). Таким образом, этот термин охватывает биополимеры на биологической основе, которые являются биоразлагаемыми или нет, а также полимеры на нефтяной основе, которые являются биоразлагаемыми. Таким образом, делается разграничение для обычных материалов на основе нефти и пластиков, которые не являются биоразлагаемыми, таких как, например, полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП) и поливинилхлорид (ПВХ).
Термин «каучук» обозначает высокомолекулярный несшитый полимерный материал, имеющий эластичные свойства каучука при комнатной температуре (25°С). При более высоких температурах или под воздействием деформирующих сил каучук проявляет все более вязкую текучесть и, таким образом, подвержен риформингу в соответствующих условиях.
Эластичное поведение каучука характеризуется относительно низким модулем сдвига с довольно низкой температурной зависимостью. Это вызвано изменениями энтропии. При растяжении эластичный резиновый материал вынужден принимать более упорядоченную форму, что приводит к уменьшению энтропии. После снятия силы полимеры возвращаются в исходное положение, и энтропия снова увеличивается.
Термин «полиуретан» (ПУ, аббревиатура DIN: PUR) обозначает пластиковую или синтетическую смолу, которая образуется в результате реакции полиприсоединения диолов или полиолов с полиизоцианатами. Уретановая группа является типичным примером полиуретана.
В рамках настоящего изобретения наиболее предпочтительно использовать термопластичные полимеры. Особенно подходящие полимеры включают следующие полимеры: акрилонитрил-этилен-пропилен-(диен)-стирольный сополимер, акрилонитрил-метакрилатный сополимер, акрилонитрил-метилметакрилатный сополимер, акрилонитрил-хлорированный полиэтилен-стирол-сополимер, акрилонитрил-бутадиен-стироловый сополимер, акрилонитрил-этилен-пропилен-стироловый сополимер, ароматические сложные полиэфиры, акрилонитрил-стирол-акрил-эфирный сополимер, бутадиен-стироловый сополимер, ацетат целлюлозы, ацетобутират целлюлозы, ацетопропионат целлюлозы, гидратированная целлюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, нитрат целлюлозы, пропионат целлюлозы, триацетат целлюлозы, поливинилхлорид, сополимер этилена и акриловой кислоты, этилен-бутилакрилатный сополимер, этилен-хлортрифторэтиленовый сополимер, сополимер этилена и этилакрилата, сополимер этилена и метакрилата, сополимер этилена и метакриловой кислоты, сополимер этилена и тетрафторэтилена, сополимер этилена и винилового спирта, сополимер этилена и бутена, этилцеллюлоза, полистирол, полифторэтилен пропилен, сополимер метилметакрилат-акрилонитрил-бутадиен-стирол, сополимер метилметакрилат-бутадиен-стирол, метилцеллюлоза, полиамид 11, полиамид 12, полиамид 46, полиамид 6, полиамид 6-3-T, сополимер полиамида 6-терефталевой кислоты, полиамид 66, полиамид 69, полиамид 610, полиамид 612, полиамид 6I, полиамид MXD 6, полиамид PDA-T, полиамид, полиакриловый эфир, полиакриловый эфир кетона, полиамид-имид, полиакриламид, полиамин бисмалеимид, полиарилаты, полибутен-1, полибутилакрилат, полибензимидазол, полибисмалеимид, полиоксадиазобензимидазол, полибутилентерефталат, поликарбонат, полихлортрифторэтилен, полиэтилен, полиэфиркарбонат, полиакриловый эфир кетона, полиэфирэфиркетон, полиэфир-имид, полиэфиркетон, полиэтиленоксид, полиакриловый эфир сульфон, полиэтилентерефталат, полиимида, полиизобутилен, полиизоциануратный, полиимид сульфон, полиметакрилимид, полиметакрилат, поли-4-метил-пентен-1, полиацеталь, полипропилен, полифениленоксид, полипропиленоксид, полифениленсульфид, полифениленсульфон, полистирол, полисульфон, политетрафторэтилен, полиуретан, поливинилацетат, поливиниловый спирт, поливинилбутираль, поливинил хлорид, поливинилиденхлорид, поливинилиденфторид, поливинилфторид, поливинилметиловый эфир, поливинилпирролидон, стирол-бутадиеновый сополимер, стирол-изопреновый сополимер, сополимер стирола и ангидрида малеиновой кислоты, сополимер стирол-ангидрид малеиновой кислоты-бутадиен, сополимер стиролметилметакрилата, сополимер стирола и метилстирола, сополимер стирола и акрилонитрила, сополимер винилхлорида и этилена, сополимер винилхлорида и метакрилата, сополимер винилхлорида и ангидрида малеиновой кислоты, сополимер малеимида винилхлорида, сополимер винилхлорида и метилметакрилата, сополимер винилхлорида и октилакрилата, сополимер винилхлорида и винилацетата, сополимер винилхлорида и винилиденхлорида и винилхлорид, сополимер винилиденхлорида и акрилонитрила.
Кроме того, также особенно полезно использование следующих каучуков: естественно встречающийся в природе полиизопрен, особенно цис-1,4-полиизопрен (натуральный каучук; NR) и транс-1,4-полиизопрен (гуттаперча),
преимущественно натуральный каучук; нитрильный каучук (сополимер бутадиена и акрилонитрила); поли (акрилонитрил-со-1,3-бутадиен; NBR; так называемый N-каучук Buna); бутадиеновый каучук (полибутадиен; BR); акриловый каучук (полиакриловый каучук; ACM, ABR); фторкаучук (ФПМ); стирол-бутадиеновый каучук (сополимер стирола и бутадиена; SBR); стирол-изопрен-бутадиеновый каучук (сополимер стирола, изопрена и бутадиена; SIBR); полибутадиен;
синтетический изопреновый каучук (полиизопрен; IR), этилен-пропиленовый каучук (сополимер этилена и пропилена; EPM); этилен-пропилен-диеновый каучук (терполимер этилена, пропилена и диенового компонента; EPDM); бутилкаучук (сополимер изобутилена и изопрена; IIR); этиленвинилацетатный каучук (сополимер этилена и винилацетата; EVM); этиленметакрилатный каучук (сополимер этилена и метакрилата; AEM); эпоксидный каучук, такой как полихлорметилоксиран (эпихлоргидриновый полимер; CO), этиленоксид (оксиран) - хлорметилоксиран (эпихлоргидриновый полимер; ECO), эпихлоргидрин - этиленоксид - аллилглицидиловый эфир, терполимер (GECO), эпихлоргидрин - аллилглимергидриловый эфир и сополимер пропиленоксида - аллилглицидилового эфира (GPO); полинорборненовый каучук (полимер бицикло [2.2.1] гепт-2-ен (2-норборнен); PNR); полиалкенилен (полимер циклоолефинов);
силиконовый каучук (Q), такой как силиконовый каучук, но с метильными заместителями в полимерной цепи (MQ; например, диметилполисилоксан), силиконовый каучук с метилвинильными и винильными заместителями в полимерной цепи (VMQ), силиконовый каучук с фенильными и метильными заместителями в полимерной цепи (PMQ), силиконовый каучук с фтором и метильными группами в полимерной цепи (FMQ), силиконовый каучук с фтором, метильными и винильными заместителями в полимерной цепи (FVMQ); полиуретановый каучук; полисульфидный каучук; галоген бутилкаучук, такой как бромбутилкаучук (BIIR) и хлорбутилкаучук (CIIR); хлор полиэтилен (CM);
хлорсульфонил полиэтилен (CSM); гидратированный нитрильный каучук (HNBR); и полифосфазен.
Особенно предпочтительные нитрильные каучуки включают статистические терполимеры акрилонитрила, бутадиена и карбоновой кислоты, такой как метакриловая кислота. В этом контексте нитрильный каучук предпочтительно содержит следующие основные компоненты в расчете на общую массу полимера: от 15,0 масс.% до 42,0 масс.% акрилонитрильного полимера; от 1,0 масс.% до 10,0 масс.% карбоновой кислоты, а остаток в основном представляет собой бутадиен (например, от 38,0 масс.% до 75,0 масс.%). Обычно состав содержит: от 20,0 до 40,0 масс.% акрилонитрильного полимера, от 3,0 до 8,0 масс.% карбоновой кислоты и от 40,0 до 65,0 масс.% или 67,0 масс.% бутадиена. Особенно предпочтительные нитрильные каучуки включают терполимер акрилонитрила, бутадиена и карбоновой кислоты, в котором содержание акрилонитрила составляет менее 35,0 масс.%, а содержание карбоновой кислоты составляет менее 10,0 масс.%, при этом содержание бутадиена соответствует остатку. Еще более предпочтительные нитрильные каучуки могут содержать следующие количества: от 20,0 до 30,0 масс.% акрилонитрильного полимера, от 4,0 до 6,0 масс.% карбоновой кислоты, а остальная часть представляет собой бутадиен по большей части.
Использование азотистых полимеров, особенно полиамидов, является особенно благоприятным в рамках настоящего изобретения. Особенно предпочтительными являются полиамид 11, полиамид 12, полиамид 46, полиамид 6, полиамид 6-3-T, сополимер полиамида 6-терефталевой кислоты, полиамид 66, полиамид 69, полиамид 610, полиамид 612, полиамид 6I, полиамид MXD 6 и / или полиамид PDA-T, особенно полиамид 12.
Кроме того, сверхвысокомолекулярные полиэтилены (СВМПЭ) особенно полезны для целей настоящего изобретения, особенно те, которые имеют среднюю молярную массу более 1000 кг/моль, предпочтительно более 2000 кг/моль, наиболее предпочтительно более 3000 кг/моль, особенно более 5000 кг/моль. Средняя молекулярная масса благоприятно составляет не более 10000 кг/моль. Плотность особенно подходящих сверхвысокомолекулярных полиэтиленов находится в диапазоне 0,94-0,99 г/см3. Кристалличность особенно подходящих сверхвысокомолекулярных полиэтиленов находится в диапазоне от 50% до 90%. Прочность на растяжение особенно подходящих сверхвысокомолекулярных полиэтиленов находится в диапазоне от 30 Н/мм² до 50 Н/мм². Модуль Е на растяжение особенно подходящих сверхвысокомолекулярных полиэтиленов находится в диапазоне от 800 Н/мм² до 2700 Н/мм². Диапазон плавления особенно подходящих сверхвысокомолекулярных полиэтиленов составляет от 135 до 155°С.
Кроме того, также особенно целесообразно использование рассасывающихся полимеров. Под термином «резорбция» (с латыни: resorbere = «поглощать») понимается поглощение вещества в биологических системах, особенно в организме человека. В настоящее время интерес представляют, прежде всего, те материалы, которые используются для изготовления рассасывающихся имплантатов.
Резорбируемые полимеры, особенно предпочтительные в соответствии с изобретением, содержат повторяющиеся звенья молочной кислоты, гидрокси-масляной кислоты и/или гликолевой кислоты, предпочтительно молочной кислоты и/или гликолевой кислоты, особенно молочной кислоты. Полимолочные кислоты являются особенно предпочтительными.
Под полимолочной кислотой (полилактидами) понимают полимеры, которые состоят из звеньев молочной кислоты. Указанные полимолочные кислоты обычно получают конденсацией молочных кислот, но также их получают во время полимеризации лактидов с раскрытием цикла в подходящих условиях.
Резорбируемые полимеры, особенно подходящие согласно изобретению, включают поли(гликолид-со-L-лактид), поли(L-лактид), поли(L-лактид-со-ε-капролактон), поли(L-лактид-со-гликолид), поли(L-лактид-со-D, L-лактид), поли(D, L-лактид-со-гликолид), и поли(диоксанон), где полимеры молочной кислоты, особенно поли-D-, поли-L или поли-D, L-молочные кислоты, прежде всего поли-L-молочные кислоты (PLLA) и поли-D, L-молочные кислоты, особенно предпочтительны в соответствии с изобретением, при этом использование поли-L-молочных кислот (PLLA) в частности является чрезвычайно выгодным.
В соответствии с изобретением поли-L-молочная кислота (PLLA) предпочтительно имеет следующую структуру
где n представляет собой целое число, предпочтительно больше 10.
Поли-D, L-молочная кислота предпочтительно имеет следующую структуру
где n представляет собой целое число, предпочтительно больше 10.
Полимеры молочной кислоты, подходящие для целей настоящего изобретения, являются, например, коммерчески доступными Evonik Nutrition & Care GmbH под торговыми марками Resomer® GL 903, Resomer® L 206 S, Resomer® L 207 S, Resomer® R 208 G , Resomer® L 209 S, Resomer® L 210, Resomer® L 210 S, Resomer® LC 703 S, Resomer® LG 824 S, Resomer® LG 855 S, Resomer® LG 857 S, Resomer® LR 704 S, Resomer® LR 706 S, Resomer® LR 708, Resomer® LR 927 S, Resomer® RG 509 S и Resomer® X 206 S.
Резорбируемые полимеры, особенно полезные для целей настоящего изобретения, которые предпочтительно представляют собой рассасывающиеся сложные полиэфиры, предпочтительно полимеры молочной кислоты, наиболее предпочтительно поли-D-, поли-L- или поли-D, L-молочные кислоты, особенно поли-L-молочные кислоты имеют среднечисленную молекулярную массу (Mn), предпочтительно определяемую гель-проникающей хроматографией в отношении узко распределенных полистирольных стандартов или методом конечного группового титрования, более 500 г/моль, предпочтительно более 1000 г/моль, наиболее предпочтительно более 5000 г/моль, соответственно, более 10000 г/моль, в частности, более 25000 г/моль. С другой стороны, среднечисленное количество предпочтительных рассасывающихся полимеров составляет менее 1000000 г/моль, соответственно менее 500000 г/моль, предпочтительно менее 100000 г/моль, особенно не более 50000 г/моль. Среднечисленная молекулярная масса в диапазоне от 500 до 50000 г/моль особенно доказала свою ценность в рамках настоящего изобретения.
Средневзвешенная молекулярная масса (Mw) предпочтительных рассасывающихся полимеров, которые предпочтительно представляют собой рассасывающиеся сложные полиэфиры, предпочтительно полимеры молочной кислоты, наиболее предпочтительно поли-D-, поли-L- или поли-D, L-молочные кислоты, особенно поли- L-молочные кислоты, предпочтительно определяемые гель-проникающей хроматографией по отношению к узко распределенным полистирольным стандартам, имеют предпочтительный диапазон от 750 г/моль до 5 000 000 г/моль, предпочтительно от 750 г/моль до 1000000 г/моль, наиболее предпочтительно от 750 г/моль до 500000 г/моль, особенно от 750 до 250000 г/моль, и полидисперсность указанных полимеров предпочтительно находится в диапазоне от 1,5 до 5.
Характеристическая вязкость особенно подходящих рассасывающихся полимеров, которые предпочтительно являются полимерами молочной кислоты, наиболее предпочтительно поли-D-, поли-L- или поли-D, L-молочными кислотами, в частности поли-L-молочными кислотами, измеряется в хлороформе при 25°C с концентрацией полимера 0,1% в диапазоне от 0,3 дл/г до 8,0 дл/г, предпочтительно от 0,5 дл/г до 7,0 дл/г, наиболее предпочтительно от 0,8 дл/г до 2,0 дл/г, особенно от 0,8 дл/г до 1,2 дл/г.
Кроме того, характеристическая вязкость особенно подходящих рассасывающихся полимеров, которые предпочтительно являются полимерами молочной кислоты, наиболее предпочтительно поли-D-, поли-L- или поли-D, L-молочными кислотами, особенно поли-L-молочными кислотами, измеряется в гексафтор-2-пропанол при 30°С с концентрацией полимера 0,1% составляет от 1,0 дл/г до 2,6 дл/г, особенно от 1,3 дл/г до 2,3 дл/г.
В рамках настоящего изобретения, полимеры, предпочтительно термопластичные полимеры, предпочтительно полимеры молочной кислоты, наиболее предпочтительно поли-D-, поли-L- или поли-D, L-молочные кислоты, особенно поли-L-молочные кислоты, имеющие температуру стеклования более 20°С, предпочтительно более 25°С, предпочтительно более 30°С, наиболее предпочтительно более 35°С, особенно более 40°С, являются чрезвычайно предпочтительными. В рамках чрезвычайно предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения температура стеклования полимера находится в диапазоне от 35 до 70°С, предпочтительно в диапазоне от 55 до 65°С, особенно в диапазоне от 60°С до 65°С.
Кроме того, полимеры, предпочтительно термопластичные полимеры, предпочтительно полимеры молочной кислоты, наиболее предпочтительно поли-D-, поли-L- или поли-D, L-молочные кислоты, особенно поли-L-молочные кислоты, которые проявляют температуру плавления более чем 50°С, предпочтительно, по меньшей мере, 60°С, предпочтительно, более чем 150°С, наиболее предпочтительно в диапазоне от 130°С до 210°С, особенно в диапазоне от 175°С до 195°С, особенно подходит.
Температура стеклования и температура плавления полимера предпочтительно устанавливаются с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии, сокращенно DSC. В этом контексте следующая процедура оказалась успешной:
Проведение измерения DSC в атмосфере азота на Mettler-Toledo DSC 30S. Калибровка предпочтительно проводится с помощью индия. Измерения предпочтительно проводятся в атмосфере сухого бескислородного азота (скорость потока: предпочтительно 40 мл/мин). Вес образца предпочтительно выбирают в диапазоне от 15 до 20 мг. Образцы сначала нагревают от 0°С до предпочтительно температуры выше температуры плавления испытываемого полимера, затем охлаждают до 0°С и второй раз нагревают от 0°С до указанной температуры при скорости нагревания 10°С/мин.
Полиамиды, СВМПЭ, и рассасывающиеся полимеры, прежде всего рассасывающиеся сложные полиэфиры, такие как поли-масляная кислота, полигликолевая кислота (PGA), полимеры молочной кислоты (PLA) и сополимеры молочной кислоты, особенно предпочтительны в качестве термопластичных полимеров, с полимерами молочной кислоты и сополимерами молочной кислоты, особенно поли-L-лактидом, поли-D,L-лактидом, сополимером D, L-PLA и PGA, и в частности доказали свою ценность в изобретении.
Для целей настоящего изобретения особенно подходят следующие полимеры:
1) Поли-L-лактид (PLLA), предпочтительно имеющий характеристическую вязкость в диапазоне от 0,5 дл/г до 2,5 дл/г, предпочтительно в диапазоне от 0,8 дл/г до 2,0 дл/г, особенно в диапазоне от 0,8 дл/г до 1,2 дл/г (каждый раз измеряемый в 0,1% хлороформе при 25°C), предпочтительно имеющий температуру стеклования в диапазоне от 60°C до 65°C, еще более предпочтительно имеющий температуру плавления в диапазоне от 180°C до 185°С, при этом предпочтительно завершен эфирами;
2) Поли (D, L-лактид), предпочтительно с характеристической вязкостью в диапазоне от 1,0 дл/г до 3,0 дл/г, предпочтительно в диапазоне от 1,5 дл/г до 2,5 дл/г, особенно в диапазоне от 1,8-2,2 дл/г (каждый раз измеряется в 0,1% хлороформе при 25°C), предпочтительно с температурой стеклования в диапазоне от 55 до 60°C,
при этом наилучшие результаты получены с использованием поли-L-лактида, который предпочтительно имеет характеристическую вязкость в диапазоне от 0,5 дл/г до 2,5 дл/г, предпочтительно в диапазоне от 0,8 дл/г до 2,0 дл/г, особенно в пределах диапазон от 0,8 дл/г до 1,2 дл/г (каждый раз, измеряемый в 0,1% хлороформе при 25°C), предпочтительно имеет температуру стеклования в диапазоне от 60°C до 65°C, еще более предпочтительно имеет температуру плавления в диапазоне от 180°С до 185°С, и, кроме того, предпочтительно завершается эфирами.
В рамках настоящего изобретения мелкие частицы (второй материал), которые используются для получения рассматриваемого композитного порошка, содержат частицы сферического осажденного карбоната кальция. В отличие от других известных в предшествующем уровне техники форм частицы карбоната кальция состоят не из иголок, ромбоэдров или скаленоэдров (осажденный карбонат кальция; PCC) или частиц неправильной формы (измельченный карбонат кальция; GCC), а из сферических осажденных частиц, которые в основном присутствуют в виде отдельных частиц. Однако допускаются меньшие отклонения от идеальной сферической формы, если свойства частиц, в частности их диспергируемость, принципиально не изменяются. Например, поверхность частиц может иногда иметь дефекты или дополнительные отложения.
В соответствии с изобретением термин «сферические осажденные частицы карбоната кальция» также включает фрагменты сферических частиц, которые получают, например, посредством измельчения карбоната кальция. Тем не менее, доля сферических фрагментов предпочтительно составляет менее 95%, предпочтительно менее 75%, наиболее предпочтительно менее 50%, особенно менее 25%, в каждом случае по отношению к общему количеству сферического осажденного карбоната кальция.
Средний диаметр сферических частиц карбоната кальция находится в диапазоне от 0,05 до 50,0 мкм, особенно в диапазоне от 2,5 до 30,0 мкм. Здесь средний диаметр частиц предпочтительно составляет более 2,5 мкм, предпочтительно более 3,0 мкм, предпочтительно более 4,0 мкм, целесообразно более 5,0 мкм, целесообразно более 6,0 мкм, предпочтительно более 7,0 мкм, наиболее предпочтительно более 8,0 мкм, еще более предпочтительно более 9,0 мкм, наиболее предпочтительно более 10,0 мкм, более предпочтительно более 11,0 мкм, прежде всего более 12,0 мкм, в частности более 13,0 мкм. Кроме того, средний диаметр частиц должен быть предпочтительно менее 30,0 мкм, предпочтительно менее 20,0 мкм, предпочтительно менее 18,0 мкм, наиболее предпочтительно менее 16,0 мкм, в частности менее 14,0 мкм.
В контексте настоящего изобретения средний диаметр частиц карбоната кальция целесообразно определять посредством оценки изображений, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа (изображения СЭМ), причем предпочтительно принимать во внимание только частицы размером по меньшей мере 0,01 мкм, и среднее число предпочтительно составляет по меньшей мере 20, наиболее предпочтительно по меньшей мере 40 частиц. Кроме того, методы седиментационного анализа оказались особенно эффективными, в связи с чем использование прибора Sedigraph 5100 (Micromeritics GmbH) особенно выгодно в этом контексте.
Распределение по размерам частиц карбоната кальция целесообразно сравнительно узкое и предпочтительно такое, чтобы по меньшей мере 90,0% по массе всех частиц карбоната кальция имели диаметр частиц в диапазоне от среднего диаметра частиц -30% до среднего диаметра частиц + 30%.
Целесообразно, чтобы коэффициент формы малых частиц, определяемый в настоящее время как отношение минимального диаметра частиц и максимального диаметра частиц, составлял более 0,90, наиболее предпочтительно более 0,95 по меньшей мере для 90%, предпочтительно для по меньшей мере 95% всех частиц. В этом контексте предпочтительно рассматриваются только частицы, имеющие размер в диапазоне от 0,1 до 50,0 мкм, в частности в диапазоне от 0,1 до 30,0 мкм.
Частицы карбоната кальция также выгодно отличаются сравнительно низким содержанием воды. Исходя из их общей массы, они целесообразно имеют содержание воды (остаточная влажность при 200°С), не превышающее 5,0 масс.%, предпочтительно, не превышающее 2,5 масс.%, предпочтительно, не превышающее 1,0 масс.%, наиболее предпочтительно, не превышающее 0,5 масс.%, еще более предпочтительно менее 0,4 масс.%, целесообразно менее 0,3 масс.%, предпочтительно менее 0,2 масс.%, особенно в диапазоне от> 0,1 масс.% до <0,2 масс.%.
В рамках настоящего изобретения содержание воды в частицах соли кальция, особенно в частицах карбоната кальция, устанавливается предпочтительно с помощью термогравиметрии или с помощью быстрой инфракрасной сушилки, например MA35 или MA45 от Sartorius или с использованием галогенного анализатора влажности HB43 от Mettler, где измерение предпочтительно проводят в атмосфере азота (скорость потока азота предпочтительно составляет 20 мл/мин) и целесообразно в диапазоне температур от 40°C или менее до 250°С или больше. Кроме того, измерение предпочтительно проводят при скорости нагрева 10°С/мин.
Удельная поверхность частиц карбоната кальция предпочтительно составляет менее 3,0 м2/г, предпочтительно менее 2,0 м2/г, в частности менее 1,5 м2/г. Кроме того, удельная поверхность предпочтительно составляет более 0,25 м2/г, предпочтительно более 0,5 м2/г, в частности, более 0,75 м2/г.
В наиболее предпочтительном варианте настоящего изобретения частицы карбоната кальция, в частности осажденные частицы карбоната кальция, предпочтительно являются сферическими и по существу аморфными. В этот момент термин «аморфный» относится к тем модификациям карбоната кальция, в которых атомы образуют неправильную структуру вместо упорядоченной структуры, по крайней мере, частично, и, следовательно, имеют только ближний порядок, но не дальний порядок. Следует различать кристаллические модификации карбоната кальция, такие как кальцит, ватерит и арагонит, в которых атомы имеют как ближний, так и дальний порядок.
Тем не менее, в рамках этого предпочтительного варианта настоящего изобретения присутствие кристаллических компонентов не исключается категорически. Тем не менее, предпочтительно, чтобы доля кристаллического карбоната кальция составляла менее 50 масс.%, особенно менее 30 масс.%, наиболее предпочтительно менее 15 масс.%, в частности менее 10 масс.%. В контексте наиболее предпочтительного варианта настоящего изобретения доля кристаллического карбоната кальция составляет менее 8,0 масс.%, предпочтительно менее 6,0 масс.%, целесообразно менее 4,0 масс.%, наиболее предпочтительно менее 2,0 масс.%, наиболее предпочтительно менее 1 масс.%, в частности менее 0,5 масс.%, в каждом случае от общего веса карбоната кальция.
Для определения аморфной и кристаллической фракций рентгеновская дифракция с внутренним стандартом, предпочтительно кварцем, в сочетании с рафинированием Ритвельда оказалась особенно полезной.
В рамках этого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения частицы аморфного карбоната кальция предпочтительно стабилизируются по меньшей мере одним веществом, особенно по меньшей мере одним поверхностно-активным веществом, которое предпочтительно расположено на поверхности предпочтительно сферических частиц карбоната кальция. «Поверхностно-активные вещества» по смыслу настоящего изобретения обозначают органические соединения, которые сильно обогащаются из своего раствора на граничных поверхностях (частицы воды/карбоната кальция) и, таким образом, уменьшают поверхностное натяжение, предпочтительно измеряемое при 25°С. Для получения более подробной информации обратитесь к технической литературе, особенно к Römpp-Lexikon Chemie/издатель Jürgen Falbe; Манфред Регитц под редакцией Экарда Амелингмайера; Штутгарт, Нью-Йорк; Тиме; Том 2: Cm-G; 10-е издание (1997); Ключевое слово: «Поверхностно-активные вещества».
Предпочтительно, вещество, особенно поверхностно-активное вещество, имеет молярную массу более 100 г/моль, предпочтительно более 125 г/моль, особенно более 150 г/моль, и удовлетворяет формуле R-Xn.
Остаток R обозначает остаток, включающий по меньшей мере 1, предпочтительно по меньшей мере 2, предпочтительно по меньшей мере 4, наиболее предпочтительно по меньшей мере 6, особенно по меньшей мере 8 атомов углерода, предпочтительно алифатический или циклоалифатический остаток, который может содержать дополнительные остатки X где необходимо, и которые могут иметь одну или несколько эфирных связей, где это необходимо.
Остальная часть Х обозначает группу, которая содержит, по меньшей мере, один атом кислорода, и, по меньшей мере, один атом углерода, атом серы, атом фосфора и/или атом азота, предпочтительно, по меньшей мере, один атом фосфора и/или, по меньшей мере, один атом углерода. Особенно предпочтительными являются следующие группы:
группы карбоновой кислоты~COOH,
карбоксилатные группы~COO-,
группы сульфоновой кислоты~SO3H,
сульфонатные группы~SO3-,
сероводородные группы~OSO3H,
сульфатные группы~OSO3-,
группы фосфоновой кислоты~PO3H2,
фосфонатные группы~PO3H-, ~PO32-,
аминогруппы ~NR1R2, и
аммониевые группы~N+R1R2R3,
особенно группы карбоновой кислоты, группы карбоксилата, группы фосфоновой кислоты и группы фосфоната.
Остатки R1, R2 и R3 в этом контексте представляют собой независимо друг от друга водород или алкильную группу, имеющую от 1 до 5 атомов углерода. Один из остатков R1, R2 и R3 также является остатком R.
Предпочтительными противоионами для вышеупомянутых анионов являются катионы металлов, особенно катионы щелочных металлов, предпочтительно Na+ и K+, и ионы аммония.
Предпочтительными противоионами для вышеупомянутых катионов являются гидроксионы, гидрокарбонатные ионы, карбонатные ионы, сероводородные ионы, сульфатные ионы и галогенидные ионы, особенно хлоридные и бромидные ионы.
Символ n предпочтительно обозначает целое число в диапазоне от 1 до 20, предпочтительно в диапазоне от 1 до 10, в частности в диапазоне от 1 до 5.
Вещества, особенно подходящие для целей настоящего изобретения, включают алкилкарбоновые кислоты, алкилкарбоксилаты, алкилсульфоновые кислоты, алкилсульфонаты, алкилсульфаты, алкилэфирсульфаты, имеющие предпочтительно от 1 до 4 этиленгликольэфирных звеньев, этоксилаты жирных спиртов, имеющие предпочтительно от 2 до 20 этилена простые эфиры гликолей, этоксилаты алкилфенолов, возможно замещенные алкилфосфоновые кислоты, возможно замещенные алкилфосфонаты, сложные эфиры сорбитана и жирных кислот, алкилполиглюкозиды, N-метилглюкамиды, гомополимеры и сополимеры акриловой кислоты и соответствующие солевые формы и их блок-сополимеры.
Первой группой особенно предпочтительных веществ являются, возможно, замещенные алкилфосфоновые кислоты, особенно амино-три- (метиленфосфоновая кислота), 1-гидроксиэтилен-(1,1-дифосфоновая кислота), этилендиаминтетра-(метиленфосфоновая кислота), гексаметилендиамин-тетра- (метиленфосфоновая кислота), диэтилентриамин-пента-(метиленфосфоновая кислота), и возможно замещенные алкилфосфонаты, особенно из вышеупомянутых кислот. Указанные соединения известны как многофункциональные средства секвестрации для ионов металлов и ингибиторов камней.
Кроме того, особенно хорошо зарекомендовали себя также гомополимеры и сополимеры, предпочтительно гомополимеры акриловой кислоты, а также их соответствующие солевые формы, в частности те, которые имеют среднемассовую молекулярную массу в диапазоне от 1000 до 10000 г/моль.
Кроме того, особенно целесообразно использование блок-сополимеров, предпочтительно двойных гидрофильных блок-сополимеров, особенно полиэтиленоксида или полипропиленоксида.
Фракция предпочтительно поверхностно-активных веществ в основном произвольно выбрана и специально отрегулирована для соответствующего применения. Тем не менее, предпочтительно, чтобы она находилась в диапазоне от 0,1 до 5,0 масс.%, особенно в диапазоне от 0,3 до 1,0 масс.% в расчете на содержание частиц карбоната кальция.
Предпочтительно сферические, предпочтительно аморфные частицы карбоната кальция могут быть получены известным способом, например гидролизом диалкилкарбоната или алкиленкарбоната в растворе, содержащем катионы кальция.
Получение нестабилизированных сферических частиц карбоната кальция описано подробно, например, в заявке на патент WO 2008/122358, раскрытие которой, особенно в отношении особенно целесообразных вариантов получения таких нестабилизированных сферических частиц карбоната кальция, явно включено сюда посредством ссылки.
Гидролиз диалкилкарбоната или алкиленкарбоната целесообразно проводить в присутствии гидроксида.
Вещества, предпочтительные для целей настоящего изобретения, которые содержат ионы Ca2+, представляют собой галогениды кальция, предпочтительно CaCl2, CaBr2, особенно CaCl2, и гидроксид кальция. В рамках первого наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения используется CaCl2. В следующем наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения используется Са(ОН)2.
В рамках первого наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения используется диалкилкарбонат. Особенно подходящие диалкилкарбонаты содержат от 3 до 20, предпочтительно от 3 до 9 атомов углерода, особенно диметилкарбонат, диэтилкарбонат, ди-н-пропилкарбонат, диизопропилкарбонат, ди-н-бутилкарбонат, ди-втор-бутил карбонат и ди-трет-бутилкарбонат, причем диметилкарбонат является чрезвычайно предпочтительным в этом контексте.
В другом наиболее предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения алкиленкарбонат прореагировал. Особенно целесообразные алкиленкарбонаты содержат от 3 до 20, предпочтительно от 3 до 9, наиболее предпочтительно от 3 до 6 атомов углерода, и включают в себя особенно те соединения, которые содержат кольцо от 3 до 8, предпочтительно от 4 до 6, особенно 5 атомов, имеющих предпочтительно 2 атома кислорода и в остальном атомы углерода. Пропиленкарбонат (4-метил-1,3-диоксолан) особенно хорошо зарекомендовал себя в этом контексте.
Гидроксиды щелочных металлов, особенно NaOH и гидроксид кальция, оказались особенно подходящими гидроксидами. В рамках первого наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения используется NaOH. В рамках другого наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения используется Са(ОН)2.
Кроме того, молярное отношение Ca2+, предпочтительно хлорида кальция, к OH-, предпочтительно гидроксида щелочного металла, в реакционной смеси предпочтительно выше 0,5: 1 и наиболее предпочтительно в диапазоне от > 0,5: 1 до 1: 1, особенно в пределах от 0,6: 1 до 0,9: 1.
Молярное отношение Ca2+, предпочтительно хлорида кальция, к диалкилкарбонату и/или алкиленкарбонату в благоприятной реакционной смеси предпочтительно находится в диапазоне от 0,9: 1,5 до 1,1: 1, наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,95: 1 до 1: 0,95. В рамках особенно целесообразного варианта настоящего изобретения диалкилкарбонат и/или алкиленкарбонат и Са2+, особенно хлорид кальция, используются в эквимолярном количестве.
В первом наиболее предпочтительном варианте настоящего изобретения в качестве источника ОН не используется Са(ОН)2. Компоненты для реакции благоприятно используются в следующих концентрациях:
a) Ca2+: от > 10 ммоль/л до 50 ммоль/л, предпочтительно от 15 ммоль/л до 45 ммоль/л, особенно от 17 ммоль/л до 35 ммоль/л;
b) диалкилкарбонат и/или
алкиленкарбонат: от > 10 ммоль/л до 50 ммоль/л, предпочтительно от 15 ммоль/л до 45 ммоль/л, особенно от 17 ммоль/л до 35 ммоль/л;
c) OH-: от 20 ммоль/л до 100 ммоль/л, предпочтительно от 20 ммоль/л до 50 ммоль/л, наиболее предпочтительно от 25 ммоль/л до 45 ммоль/л, в частности от 28 ммоль/л до 35 ммоль/л.
Соответствующие указанные концентрации относятся к концентрациям данных компонентов в реакционной смеси.
В дополнительном наиболее предпочтительном варианте настоящего изобретения в качестве источника ОН используется Са(ОН)2, предпочтительно известковая вода, особенно насыщенная известковая вода. Компоненты для реакции благоприятно используются в следующих концентрациях:
a) Ca(OH)2: от > 5 ммоль/л до 25 ммоль/л, предпочтительно от 7,5 ммоль/л до 22,5 ммоль/л, особенно от 8,5 ммоль/л до 15,5 ммоль/л;
b) диалкилкарбонат и / или
алкиленкарбонат: от> 5 ммоль/л до 25 ммоль/л, предпочтительно от 7,5 ммоль/л до 22,5 ммоль/л, особенно от 8,5 ммоль/л до 15,5 ммоль/л.
Соответствующие указанные концентрации относятся к концентрациям указанных компонентов в реакционной смеси.
Реакцию компонентов предпочтительно проводят при температуре в диапазоне от 15°С до 30°С.
Фактический размер частиц карбоната кальция контролируется перенасыщением известным способом.
Частицы карбоната кальция осаждаются из реакционной смеси в вышеуказанных условиях.
Стабилизацию предпочтительно аморфных частиц карбоната кальция целесообразно проводить посредством добавления предпочтительно поверхностно-активного вещества к реакционной смеси.
Указанное добавление вещества не должно происходить до начала реакции с образованием частиц карбоната кальция, т.е. не перед добавлением эдуктов, предпочтительно не ранее, чем через 1 минуту, предпочтительно, не ранее, чем через 2 минуты, соответственно, не ранее, чем 3 минуты, наиболее предпочтительно не ранее, чем через 4 минуты, особенно не ранее, чем через 5 минут после смешивания эдуктов. Кроме того, момент времени добавления должен быть выбран таким образом, чтобы предпочтительное поверхностно-активное вещество добавлялось незадолго до окончания осаждения и как можно быстрее перед началом превращения предпочтительного аморфного карбоната кальция в кристаллическую модификацию, поскольку, таким образом, выход и чистота «стабилизированных сферических аморфных частиц карбоната кальция» могут быть максимизированы. Если предпочтительное поверхностно-активное вещество добавляют ранее, обычно получают бимодальный продукт, который содержит, помимо желательных стабилизированных сферических частиц аморфного карбоната кальция, ультрамелкие частицы аморфного карбоната кальция в качестве побочного продукта. Если предпочтительное поверхностно-активное вещество добавляют позже, то превращение желаемых «стабилизированных частиц карбоната кальция» в кристаллические модификации уже начинается.
По этой причине предпочтительное поверхностно-активное вещество предпочтительно добавляют при значении рН, меньшем или равном 11,5, предпочтительно меньшем или равном 11,3, особенно меньшем или равном 11,0. Особенно благоприятным является добавление при значении pH в диапазоне от 11,5 до 10,0, предпочтительно в диапазоне от 11,3 до 10,5, особенно в диапазоне от 11,0 до 10,8, и каждое значение измеряется при температуре реакции, предпочтительно при 25°C.
Полученные в результате стабилизированные предпочтительные сферические частицы аморфного карбоната кальция могут быть обезвожены и высушены известным способом, например, центрифугированием. Промывка ацетоном и/или сушка в вакуумном сушильном шкафу больше не являются абсолютно необходимыми.
Посредством сушки получают «частицы карбоната кальция, имеющие низкое структурное содержание воды» из «частиц стабилизированного карбоната кальция».
Для целей настоящего изобретения полученные частицы карбоната кальция предпочтительно сушат таким образом, чтобы они имели желаемое остаточное содержание воды. Процедура, в которой частицы карбоната кальция предпочтительно сначала предварительно сушат при температуре до 150°С, а затем частицы карбоната кальция предпочтительно сушат при температуре в диапазоне от более 150°С до 250°С, предпочтительно в диапазоне от 170 до 230°С, наиболее предпочтительно в диапазоне от 180 до 220°С, в частности в диапазоне от 190 до 210°С, оказалась особенно эффективной для этой цели. Сушку предпочтительно проводить в конвекционной печи. Целесообразно высушивать частицы карбоната кальция в течение по меньшей мере 3 часов, предпочтительно по меньшей мере 6 часов, в частности по меньшей мере 20 часов.
В объеме другого наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения доля кристаллического карбоната кальция, в частности кальцитового карбоната кальция, составляет более 10 масс.%, предпочтительно более 25 масс.%, преимущественно более 50 масс.%, наиболее предпочтительно более 70 масс.%, наиболее предпочтительно более 80 масс.%, в частности более 90 масс.%.
Для определения аморфных и кристаллических фракций особенно хорошо себя зарекомендовала дифракция рентгеновских лучей на внутреннем стандарте, предпочтительно на оксиде алюминия, в сочетании с рафинированием Ритвельда.
Основность частиц карбоната кальция сравнительно низкая. Их значение рН, измеренное в соответствии с EN ISO 787-9, предпочтительно составляет менее 11,5, предпочтительно менее 11,0 и, в частности, менее 10,5.
Сферические частицы карбоната кальция могут быть получены посредством карбонизации водной суспензии гидроксида кальция (Ca(OH)2). Для этой цели CO2 или газовую смесь, содержащую CO2, удобно вводить в суспензию гидроксида кальция.
Процедура, в которой
a. водная суспензия гидроксида кальция,
b. диоксид углерода или газовую смесь, содержащую диоксид углерода, вводят в суспензию стадии А, и
c. образующиеся частицы карбоната кальция отделяются,
особенно хорошо зарекомендовала себя, где дополнительно добавляется от 0,3 масс.% до 0,7 масс.%, предпочтительно от 0,4 масс.% до 0,6 масс.%, особенно от 0,45 масс.% до 0,55 масс.%, по меньшей мере, одной аминотриалкиленфосфоновой кислоты.
Концентрация суспензии гидроксида кальция не подлежит каким-либо особым ограничениям. Тем не менее, концентрация в диапазоне от 1 г CaO/л до 100 г CaO/л, предпочтительно в диапазоне от 10 г CaO/л до 90 г CaO/л, особенно в диапазоне от 50 г CaO/л до 80 г CaO/л особенно благоприятна.
В качестве аминотриалкиленфосфоновой кислоты предпочтительно добавляют аминотриметиленфосфоновую кислоту, аминотриэтиленфосфоновую кислоту, аминотрипропиленфосфоновую кислоту и/или аминотрибутиленфосфоновую кислоту, особенно аминотриметиленфосфоновую кислоту.
Конверсия реакции может контролироваться количеством введенного CO2. Тем не менее, введение диоксида углерода или газовой смеси, содержащей диоксид углерода, предпочтительно проводят до тех пор, пока реакционная смесь не достигнет значения рН менее 9, предпочтительно менее 8, особенно менее 7,5.
Кроме того, диоксид углерода или газовую смесь, содержащую диоксид углерода, целесообразно вводить при скорости потока газа в диапазоне от 0,02 л CO2/(ч * г Ca(OH)2) до 2,0 л CO2/(ч * г Ca(OH))2), предпочтительно в диапазоне от 0,04 л CO2/(ч * г Ca(OH) 2) до 1,0 л CO2/(ч * г Ca(OH)2), наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,08 л CO2/(ч * г Ca(OH)2) до 0,4 л CO2/(ч * г Ca(OH)2), особенно в диапазоне от 0,12 л CO2/(ч * г Ca(OH)2) до 0,2 л CO2/(ч * г Са(ОН)2) в суспензию гидроксида кальция.
В этой связи, превращение суспензии гидроксида кальция с диоксидом углерода или газовой смесью, содержащей диоксид углерода, предпочтительно проводят при температуре менее 25°С, предпочтительно менее 20°С, особенно менее 15°С. С другой стороны, температура реакции предпочтительно составляет более 0°С, предпочтительно более 5°С, особенно более 7°С.
По меньшей мере, одну аминотриалкиленфосфоновую кислоту целесообразно добавлять в ходе реакции, предпочтительно после резкого падения проводимости реакционной смеси. Целесообразно, по меньшей мере, одну аминотриалкиленфосфоновую кислоту добавлять, как только проводимость реакционной смеси уменьшается более чем на 0,5 мСм/см/мин. Снижение электропроводности реакционной смеси предпочтительно составляет, по меньшей мере, 0,25 мСм/см в течение 30 секунд, особенно, по меньшей мере, 0,5 мСм/см в течение 60 секунд. В рамках наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, одну аминотриалкиленфосфоновую кислоту добавляют в конце осаждения основного карбоната кальция (BCC; 2CaCO3 * Ca(OH)2 * nH2O.
Частицы карбоната кальция осаждаются из реакционной смеси в вышеупомянутых условиях и могут быть отделены и высушены известным способом.
В рамках предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения композитный порошок, используемый согласно изобретению в имплантате, содержит, кроме карбоната кальция, дополнительные соли кальция, особенно фосфаты кальция, особенно Ca3(PO4)2, CaHPO4, Ca(H2PO4))2 и / или Ca5(PO4)3 (OH). Весовое отношение карбоната кальция к фосфату кальция предпочтительно находится в диапазоне от 99: 1 до 1:99, особенно в диапазоне от 50:50 до 99: 1.
В рамках предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения мелкие частицы содержат ингибирующие частицы карбоната кальция. В этом контексте «ингибирующие частицы карбоната кальция» означают частицы карбоната кальция, которые в качестве добавки в полимеры замедляют, в лучшем случае полностью подавляют катализируемую кислотой деградацию полимера по сравнению с тем же полимером без добавки.
Целесообразно, чтобы мелкие частицы были получены способом, в котором частицы карбоната кальция покрывают композицией, которая содержит, каждая по отношению к общей массе, смесь, по меньшей мере, 0,1 масс.%, по меньшей мере, одного комплексообразующего агента кальция и/или по меньшей мере одного сопряженного основания, которое представляет собой соль щелочного металла или кальциевую соль слабой кислоты, вместе с по меньшей мере 0,1 масс.% по меньшей мере одной слабой кислоты.
Анионы агента, образующего комплекс с кальцием, и конъюгированного основания могут быть одинаковыми в пределах объема этого варианта осуществления, хотя это не является обязательным требованием.
Фосфаты натрия, то есть натриевые соли фосфорных кислот, особенно натриевые соли ортофосфорной кислоты, метафосфорной кислоты и полифосфорной кислоты, оказались особенно предпочтительными в качестве комплексообразующих агентов кальция. Предпочтительные фосфаты натрия включают ортофосфаты натрия, такие как первичный дигидрофосфат натрия NaH2PO4, вторичный дигидрофосфат натрия Na2HPO4 и третичный тринатрийфосфат Na3PO4; изополифосфаты натрия, такие как тетранатрийдифосфат (пирофосфат натрия) Na4P2O7, трифосфат натрия (триполифосфат натрия) Na5P3O10; а также высокомолекулярные фосфаты натрия, такие как метафосфаты натрия и полифосфаты натрия, такие как конденсированные или прокаленные фосфаты, соль Грэма (приблизительная композиция Na2O * P2O5, иногда также называемая гексаметафосфатом натрия), соль Куррола и соль Маддрелла. Наиболее предпочтительно, гексаметафосфат натрия используется согласно изобретению. Использование вышеупомянутых фосфатов особенно выгодно в композитном порошке для имплантатов, так как в этом случае фосфаты дополнительно способствуют образованию костной структуры.
Другие подходящие комплексообразующие агенты кальция включают в себя совместные полидентные хелатообразующие лиганды, особенно этилендиаминтетрауксусную кислоту (ЭДТА), триэтилентетрамин, диэтилентриамин, о-фенантролин, щавелевую кислоту и их смеси.
Слабые кислоты, особенно подходящие для целей настоящего изобретения, имеют значение рКа, измеренное при 25°С, более 1,0, предпочтительно более 1,5, особенно более 2,0. В то же время значение pKa подходящих слабых кислот, измеренное при 25°C, предпочтительно составляет менее 20,0, предпочтительно менее 10,0, наиболее предпочтительно менее 5,0, целесообразно менее 4,0, особенно менее 3,0. Слабые кислоты, необычайно подходящие по изобретению, включают фосфорную кислоту, метафосфорную кислоту, гексаметафосфорную кислоту, лимонную кислоту, борную кислоту, серную кислоту, уксусную кислоту и их смеси. Фосфорная кислота используется наиболее предпочтительно в качестве слабой кислоты.
Конъюгированные основания, предпочтительные согласно изобретению, включают, в частности, соли натрия или соли кальция вышеупомянутых слабых кислот, причем особенно предпочтительным является гексаметафосфат натрия.
Ингибирующие частицы карбоната кальция могут быть получены известным способом, покрывая частицы карбоната кальция композицией, которая содержит, по меньшей мере, один комплексообразующий кальций агент и/или, по меньшей мере, одно сопряженное основание, которое представляет собой соль щелочного металла или соль кальция слабой кислоты, вместе с, по меньшей мере, одной слабой кислотой.
Целесообразно обеспечить водную суспензию частиц карбоната кальция, подлежащую покрытию, которая, исходя из ее общей массы, благоприятно имеет содержание частиц карбоната кальция в диапазоне от 1,0 до 80,0 масс.%, предпочтительно в пределах от 5,0 до 50,0 масс.%, особенно в пределах от 10,0 до 25,0 масс.%.
Процесс нанесения покрытия на частицы карбоната кальция выгодно проводить посредством добавления указанных веществ в чистом виде или в водном растворе, причем водные растворы указанных компонентов оказались особенно полезными в соответствии с изобретением для того, чтобы получить такое однородное покрытие, насколько это возможно, частиц карбоната кальция.
Кроме того, в рамках настоящего изобретения наиболее предпочтительно добавлять комплексообразующий кальций агент и/или сопряженное основание, которое представляет собой соль щелочного металла или соль кальция слабой кислоты, перед слабой кислотой.
Комплексообразующий кальций агент или конъюгированное основание предпочтительно используют в количестве от 0,1 до 25,0 мас.ч., предпочтительно от 0,5 до 10,0 масс.ч., особенно от 1,0 до 5,0 масс.ч. веса, каждая из которых относится к 100 весовым частям частиц карбоната кальция, подлежащих покрытию. Здесь количество комплексообразующего агента кальция или сопряженного основания целесообразно выбирать таким образом, чтобы получить полное покрытие поверхности частиц карбоната кальция комплексообразующим агентом кальция сопряженного основания.
Слабую кислоту предпочтительно используют в количестве от 0,1 масс.ч. до 30,0 масс.ч., предпочтительно от 0,5 масс.ч. до 15,0 масс.ч., наиболее предпочтительно от 1,0 масс.ч. до 10,0 масс.ч., особенно от 4,0 весовых частей до 8,0 весовых частей, каждая из которых относится к 100 весовым частям частиц карбоната кальция, подлежащих покрытию.
Частицы ингибирующего карбоната кальция, получаемые таким способом, являются стабильными в умеренно кислой среде, где эта способность обусловлена буферным действием поглощенного или превращенного комплексообразующего агента кальция или сопряженного основания на поверхности частиц карбоната кальция и слабой кислоты, в растворе, в котором нанесение комплексообразующего агента кальция и/или сопряженного основания на поверхность частиц карбоната кальция, в свою очередь, снижает растворимость поверхности частиц карбоната кальция и, таким образом, стабилизирует частицы карбоната кальция без обучения для связи настоящего изобретения с этой теорией.
Указанный композитный порошок предпочтительно получают способом, в котором крупные частицы связаны с мелкими частицами, где
- крупные частицы имеют средний диаметр частиц в диапазоне от 0,1 мкм до 10 мм, предпочтительно в диапазоне от 5 мкм до 10 мм, наиболее предпочтительно в диапазоне от 10 мкм до 10 мм, предпочтительно в диапазоне от 20 мкм до 10 мм, преимущественно в диапазоне от 30 мкм до 10 мм. 2,0 мм, в частности в диапазоне от 60,0 до 500,0 мкм,
- средний диаметр мелких частиц предпочтительно составляет не более 1/5, предпочтительно не более 1/10, наиболее предпочтительно не более 1/20, особенно не более 1/1000, от среднего диаметра крупных частиц.
Мелкие частицы предпочтительно расположены на поверхности крупных частиц и/или неоднородно распределены внутри крупных частиц. Тем не менее, особенно для рассасывающихся полимеров и для СВМПЭ, превосходные результаты достигаются, если мелкие частицы располагаются на поверхности крупных частиц и предпочтительно не полностью покрывают последние.
«Неоднородное» распределение мелких частиц или их фрагментов внутри крупных частиц в этом случае означает неоднородное (равномерное) распределение мелких частиц или их фрагментов внутри крупных частиц. Предпочтительно, внутри частиц композитного порошка имеется, по меньшей мере, первая область, включающая, по меньшей мере, две, предпочтительно, по меньшей мере, три, предпочтительно, по меньшей мере, четыре, особенно, по меньшей мере, пять небольших частиц или их фрагментов и, по меньшей мере, другую область в частицах композитного порошка, которая, хотя и принимает тот же объем и такую же форму, что и первая область, содержит различное количество мелких частиц.
В пределах объема предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения массовое отношение полимера, особенно полиамида, к осажденному карбонату кальция во внутренней части частицы выше, чем массовое отношение полимера, особенно полиамида, к осажденному карбонату кальция во внешней области частицы. Целесообразно, чтобы массовое отношение полимера, особенно полиамида, к осажденному карбонату кальция внутри частиц было выше 50:50, предпочтительно выше 60:40, предпочтительно выше 70:30, наиболее предпочтительно выше 80:20, даже больше предпочтительнее выше 90:10, особенно предпочтительнее выше 95: 5, особенно выше 99: 1. Кроме того, весовое отношение осажденного карбоната кальция к полимеру, особенно полиамиду, во внешней области частиц, предпочтительно в предпочтительной внешней области частиц, составляет более 50:50, предпочтительно более 60:40, предпочтительно выше, чем 70:30, наиболее предпочтительно выше 80:20, еще более предпочтительно выше 90:10, наиболее предпочтительно выше 95: 5, особенно выше 99: 1.
В рамках другого предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения мелкие частицы расположены на поверхности крупных частиц и предпочтительно не полностью покрывают крупные частицы. Целесообразно, чтобы по меньшей мере 0,1%, предпочтительно по меньшей мере 5,0%, особенно 50,0%, поверхности крупных частиц не покрывались сферическими частицами карбоната кальция. Этот эффект предпочтительно усиливается за счет промежутков между отдельными частицами карбоната кальция, которые предпочтительно образуются и приводят к образованию соответствующих микроканалов для жидких веществ, особенно для расплава полимера крупных частиц. Указанная структура особенно полезна для применений композитного порошка в способах лазерного спекания, поскольку таким образом происходит равномерное и быстрое плавление полимера, содержащегося в композиционном порошке, предпочтительно из термопластичного полимера, наиболее предпочтительно из рассасывающегося полимера, особенно из молочной кислоты.
В рамках наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения композитный порошок, используемый в имплантате в соответствии с изобретением, характеризуется особым распределением частиц по размерам. Во-первых, частицы композитного порошка предпочтительно имеют средний размер частиц d50 в диапазоне от 10 мкм до менее 200 мкм, предпочтительно в диапазоне от 20 мкм до менее 200 мкм, наиболее предпочтительно в диапазоне от 20 мкм до менее чем 150 мкм, предпочтительно в диапазоне от 20 мкм до менее 100 мкм, особенно в диапазоне от 35 мкм до менее 70 мкм.
Кроме того, мелкозернистая фракция композитного порошка предпочтительно составляет менее 50,0 об.%, предпочтительно менее 45,0 об.%, наиболее предпочтительно менее 40,0 об.%, еще более предпочтительно менее 20,0 об.%, предпочтительно менее 15,0 об.%, целесообразно менее 10,0 об.%, особенно менее 5,0 об.%. Мелкозернистая фракция в соответствии с изобретением обозначает долю наименьшей популяции частиц в бимодальном или мультимодальном распределении зерен по размерам, относящуюся к общему количеству на кумулятивной кривой распределения. В одномодальном (монодисперсном) гранулометрическом распределении доля мелкозернистого материала в соответствии с изобретением определяется как 0,0 об.%. В этом контексте рассматриваются все частицы, присутствующие в продукте, включая несвязанный исходный материал, особенно мелкие частицы по смыслу изобретения, а также куски или фрагменты крупных и/или мелких частиц по смыслу изобретения.
Для композиционных порошков, имеющих средний размер частиц d50 в диапазоне от более чем 40 мкм до менее чем 200 мкм, фракция мелкозернистых частиц предпочтительно является такой, что доля частиц в продукте, имеющая размер частиц менее чем 20 мкм, предпочтительно составляет менее чем 50,0 об.%, предпочтительно менее 45,0 об.%, наиболее предпочтительно менее 40,0 об.%, еще более предпочтительно менее 20,0 об.%, предпочтительно менее 15,0 об.%, целесообразно менее 10,0 об.%, особенно менее 5,0 об.%, при этом «частицы» в данном контексте включают, в частности, частицы композитного порошка в соответствии с изобретением, мелкие частицы в соответствии с изобретением, а также кусочки или фрагменты крупных и/или мелких частиц в соответствии с изобретением, если они демонстрируют указанный размер частиц.
Для композиционных порошков, имеющих средний размер частиц d50 в диапазоне от 10 до 40 мкм, фракция мелкозернистых частиц предпочтительно является такой, что доля частиц в продукте, имеющая размер частиц менее 5 мкм, предпочтительно составляет менее 50,0 об.%, предпочтительно менее 45,0 об.%, наиболее предпочтительно менее 40,0 об.%, еще более предпочтительно менее 20,0 об.%, предпочтительно менее 15,0 об.%, целесообразно менее 10,0 об.%, особенно менее 5,0 об.%, где «частицы» в этом контексте включают, в частности, частицы композитного порошка в соответствии с изобретением, мелкие частицы в соответствии с изобретением, а также кусочки или фрагменты крупных и/или мелких частиц в соответствии с изобретением, если они демонстрируют указанный размер частиц.
Кроме того, плотность мелкозернистой фракции предпочтительно составляет менее 2,6 г/см3, предпочтительно менее 2,5 г/см3, наиболее предпочтительно менее 2,4 г/см3, особенно в диапазоне от более 1,2 г/см3до менее 2,4 г/см3, причем указанное значение предпочтительно определяют посредством отделения мелкозернистой фракции посредством просеивания и денситометрии в отделенной фракции.
Предпочтительно частицы композитного порошка имеют размер частиц d90 менее 350 мкм, предпочтительно менее 300 мкм, предпочтительно менее 250 мкм, наиболее предпочтительно менее 200 мкм, особенно менее 150 мкм. Кроме того, размер частиц d90 предпочтительно составляет более 50 мкм, предпочтительно более 75 мкм, особенно более 100 мкм.
Соответственно, отношение d20/d50 составляет менее 100%, предпочтительно менее 75%, предпочтительно менее 65%, наиболее предпочтительно менее 60%, особенно менее 55%. Кроме того, отношение d20/d50 соответственно составляет более 10%, предпочтительно более 20%, предпочтительно более 30%, наиболее предпочтительно более 40%, особенно более 50%.
Вышеупомянутые переменные d20, d50 и d90 определены следующим образом в рамках настоящего изобретения:
d20 обозначает размер частиц распределения частиц по размерам, при котором 20% частиц имеют размер, меньший, чем заданное значение, и 80% частиц имеют размер, превышающий или равный заданному значению.
d50 обозначает средний размер частиц распределения частиц по размерам. 50% частиц имеют размер меньше заданного значения, а 50% частиц имеют размер больше или равный заданному значению.
d90 обозначает размер частиц распределения частиц по размерам, при котором 90% частиц имеют размер, меньший, чем заданное значение, и 10% частиц имеют размер, больший или равный заданному значению.
Распределение частиц по размерам в соответствии с изобретением происходит известным способом - посредством определения размера композитного порошка, то есть посредством разделения дисперсной твердой смеси на фракции. Предпочтительно распределение размеров производится в соответствии с размером частиц или плотностью частиц. Особенно предпочтительными являются сухое просеивание, мокрое просеивание и воздушно-струйное просеивание, особенно воздушно-струйное просеивание, а также поточное распределение размера, особенно посредством воздушного разделения.
В рамках наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения, выполняется распределение размера композитного порошка на первом этапе предпочтительно для удаления крупной фракции более 800 мкм, предпочтительно более 500 мкм, особенно более 250 мкм. В этом контексте сухое просеивание через грубое сито, которое предпочтительно имеет размер, то есть размер отверстий в диапазоне от 250 мкм до 800 мкм, предпочтительно в диапазоне от 250 мкм до 500 мкм, особенно 250 мм, в частности, доказало свою ценность.
На следующем этапе композитный порошок предпочтительно имеет такой размер, чтобы удалить фракцию с мелким зерном не более чем 20 мкм. В этом контексте воздушное просеивание и воздушная сепарация оказались особенно подходящими.
Средние диаметры частиц композиционного порошка, крупных частиц и мелких частиц, размеры частиц d20, d50, d90, а также вышеупомянутые размеры по длине устанавливаются в соответствии с изобретением соответствующим образом с помощью микроскопических изображений, где необходимо, с помощью электронно-микроскопических изображений. Для определения средних диаметров крупных частиц и мелких частиц, а также частиц композитного порошка и для размеров частиц d20, d50, d90 также особенно полезен анализ седиментации с использованием прибора Sedigraph 5100 (Micromeritics GmbH), особенно полезный в этом случае. Что касается частиц композитного порошка, особенно хорошо зарекомендовал себя анализ размера частиц с помощью лазерной дифракции, и в этом контексте использование лазерного дифракционного датчика HELOS / F от Sympatec GmbH является особенно полезным. Последний предпочтительно содержит систему сухого диспергирования RODOS.
В этой связи, эти показатели, а также все другие показатели, приведенные в настоящем описании, относятся к температуре 23°С, если не указано иное.
Композитный порошок согласно изобретению, является сравнительно компактным. Предпочтительно, доля частей внутри частиц композитного порошка, имеющих плотность менее 0,5 г/см3, особенно менее 0,25 г/см3, составляет менее 10,0%, предпочтительно менее 5,0%, особенно менее 1,0% каждый из которых относится к общему объему композитного порошка.
Весовой процент частиц карбоната кальция по отношению к общей массе композитного порошка предпочтительно составляет, по меньшей мере, 0,1 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 1,0 масс.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 5,0 масс.%, и целесообразно находится в диапазоне от 5,0 до 80,0 масс.%, наиболее предпочтительно в диапазоне от 10,0 до 60,0 масс.%, предпочтительно в диапазоне от 20,0 до 50,0 масс.%. Для сферических частиц карбоната кальция, которые содержат, по отношению к общему количеству сферических частиц карбоната кальция, более 15,0 масс.% частиц, имеющих размер менее 20 мкм, и/или частиц, имеющих размер более 250 мкм, общее количество сферических частиц карбоната кальция в диапазоне от 35,0 до 45,0 масс.% чрезвычайно хорошо себя зарекомендовало. Для сферических частиц карбоната кальция, которые по отношению к общему количеству сферических частиц карбоната кальция содержат не более 15,0 масс.% частиц, имеющих размер менее 20 мкм, и/или частиц, имеющих размер более 250 мкм, общее количество сферических частиц карбоната кальция в диапазоне от 20,0 до 30,0 масс.% чрезвычайно хорошо зарекомендовало себя.
Массовая доля полимера, предпочтительно термопластичного полимера, по отношению к общей массе композитного порошка составляет предпочтительно, по меньшей мере, 0,1 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 1,0 масс.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 5,0 масс.% и целесообразно находится в диапазоне от 20,0 до 95 масс.%, предпочтительно от 40,0 до 90,0 масс.%, предпочтительно от 50,0 до 80,0 масс.%.
Для композиционного порошка, который содержит сферические частицы карбоната кальция, которые содержат, по отношению к общему количеству сферических частиц карбоната кальция, более 20,0 масс.% частиц, имеющих размер менее 20 мкм, и/или частиц, имеющих размер более чем 250 мкм, общее количество полимера в диапазоне от 55,0 масс.% до 65,0 масс.% необычайно хорошо себя зарекомендовало. Для композиционного порошка, который содержит сферические частицы карбоната кальция, которые содержат по отношению к общему количеству сферических частиц карбоната кальция не более 20,0 масс.% частиц, имеющих размер менее 20 мкм, и/или частиц, имеющих размер более 250 мкм, общее количество полимера в диапазоне от 70,0 до 80,0 масс.% особенно хорошо себя зарекомендовало.
Композитный порошок отличается, помимо прочего, отличным сцеплением первого материала со вторым материалом. Плотная связь первого материала со вторым материалом предпочтительно проверяется посредством механического нагружения композитного порошка, особенно посредством встряхивания композитного порошка с нерастворителем для полимера и сферического карбоната кальция, при 25°С, предпочтительно в соответствии с процедурой, описанной в Organikum, 17-е издание, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Берлин, 1988, раздел 2.5.2.1 «Ausschütteln von Lösungen bzw. Suspensionen (встряхивание растворов и суспензий)», стр. 56-57. Время встряхивания предпочтительно составляет, по меньшей мере, одну минуту, предпочтительно, по меньшей мере, 5 минут, особенно 10 минут, и предпочтительно не приводит к существенному изменению формы, размера и/или состава частиц композиционного порошка. Согласно испытанию на встряхивание, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 60 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 70 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 80 масс.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 95 масс. %, особенно, по меньшей мере, 99 масс.% частиц композиционного порошка не изменяются в отношении их состава, их размера и предпочтительно их формы. Нерастворителем, особенно подходящим в этом контексте, является вода, особенно для композитного порошка, содержащего полиамид.
Кроме того, частицы композитного порошка, используемого в имплантате в соответствии с изобретением, обычно проявляют сравнительно изотропную форму частиц, что особенно выгодно для применений композитного порошка в методах SLM. Обычно почти сферическая форма частиц композитного порошка, как правило, приводит к предотвращению или, по меньшей мере, уменьшению негативных воздействий, таких как коробление или усадка. Следовательно, обычно также наблюдается очень благоприятное поведение при плавлении и затвердевании композитного порошка.
В отличие от этого обычные частицы порошка, полученные, например, при криогенном измельчении, имеют неправильную (аморфную) форму частиц с острыми краями и углами. Порошки этого типа, однако, не являются преимущественными для способов SLM из-за их вредной формы частиц и, кроме того, из-за их сравнительно широкого распределения частиц по размерам и из-за их сравнительно высокой доли мелкозернистых частиц <20 мкм.
Частицы карбоната кальция, прежде всего осажденные частицы карбоната кальция, помогают специфически влиять и контролировать свойства полимера, особенно термопластичного полимера. Таким образом, частицы карбоната кальция, особенно осажденные частицы карбоната кальция, обеспечивают надлежащую буферизацию и стабилизацию pH полимера, особенно термопластичного полимера. Кроме того, биосовместимость полимера, особенно термопластичного полимера, значительно улучшается за счет частиц карбоната кальция, особенно за счет осажденных частиц карбоната кальция. Кроме того, при использовании ингибирующих частиц карбоната кальция наблюдается значительное подавление термического разложения полимера, особенно термопластичного полимера.
Упомянутый композитный порошок, используемый в имплантате в соответствии с изобретением, получают известным способом, например, одностадийным способом, особенно осаждением или нанесением покрытия, предпочтительно посредством нанесения шлифованного материала. Кроме того, даже процедура, в которой частицы полимера осаждаются из раствора полимера, который дополнительно содержит мелкие частицы в соответствии с изобретением, предпочтительно в суспендированной форме, является особенно подходящей.
Тем не менее, процедура, в которой полимерные частицы и сферические частицы карбоната кальция контактируют друг с другом и связаны друг с другом под действием механических сил, особенно хорошо себя зарекомендовала. Соответственно, она выполняется в подходящем смесителе или мельнице, особенно ударной мельнице, штифтовой мельнице или ультрароторной мельнице. Скорость ротора предпочтительно составляет более 1 м/с, предпочтительно более 10 м/с, наиболее предпочтительно более 25 м/с, в частности в диапазоне от 50 м/с до 100 м/с.
Температура, при которой готовится композитный порошок, выбирается произвольно. Тем не менее, особенно предпочтительными являются температуры выше -200°C, предпочтительно выше -100°C, предпочтительно выше -50°C, наиболее предпочтительно выше -20°C, особенно выше 0°C. С другой стороны, температура предпочтительно составляет менее 120°С, предпочтительно менее 100°С, предпочтительно менее 70°С, наиболее предпочтительно менее 50°С, особенно менее 40°С. Температуры в диапазоне от более 0°С до менее 50°С, особенно в диапазоне от более 5°С до менее 40°С, оказались особенно полезными.
В рамках наиболее предпочтительного варианта осуществления настоящего изобретения смеситель или мельница, особенно ударная мельница, штифтовая мельница или ультрароторная мельница, охлаждаются во время приготовления композиционного порошка в соответствии с изобретением для рассеивания выделяемой энергии. Предпочтительно, чтобы охлаждение осуществлялось хладагентом, имеющим температуру менее 25°C, предпочтительно в диапазоне от менее 25°C до 60°C, наиболее предпочтительно в диапазоне от менее 20°C до -40°C, соответственно в диапазоне от менее 20 до -20°С, особенно в диапазоне от менее чем 15 до 0°С. Кроме того, охлаждение предпочтительно имеет такие размеры, чтобы в конце операции смешивания или измельчения, предпочтительно операции измельчения, температура в камере смешивания или измельчения, особенно в камере измельчения, составляла менее 120°С, предпочтительно, меньше, чем 100°С, предпочтительно менее 70°С, наиболее предпочтительно менее 50°С, в частности менее 40°С.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения эта процедура приводит, в частности, для полиамидов, к тому, что сферические частицы карбоната кальция проникают внутрь полимерных частиц и предпочтительно полностью покрыты полимером, так что они не видны извне. Такие частицы могут быть обработаны и использованы в качестве полимера без сферических частиц карбоната кальция, но они демонстрируют улучшенные свойства указанного композиционного порошка.
Композитный порошок готовят в соответствии с процедурой, описанной в заявке на патент JP 62083029 А. Первый материал (так называемые материнские частицы) покрывают на поверхности вторым материалом, состоящим из более мелких частиц (так называемые детские частицы). Для этой цели предпочтительно используется устройство для модификации поверхности («гибридизатор»), содержащее высокоскоростной ротор, статор и сферический сосуд, предпочтительно содержащий внутренние ножи. Использование гибридизационных систем NARA, предпочтительно имеющих внешний диаметр ротора 118 мм, особенно гибридизированной системы, обозначенной NHS-0 или NHS-1 NARA Machinery Co., Ltd., особенно хорошо зарекомендовало себя в этом контексте.
Материнские частицы и детские частицы смешивают, предпочтительно очень тонко диспергируют и вводят в гибридизатор. Там смесь предпочтительно продолжают очень тонко диспергировать и предпочтительно многократно подвергать механическим воздействиям, особенно силам удара, силам сжатия, силам трения и силам сдвига, а также взаимным взаимодействиям частиц, чтобы равномерно внедрить детские частицы в материнские частицы.
Предпочтительные скорости вращения ротора находятся в диапазоне от 50 м/с до 100 м/с, что связано с круговой скоростью.
Дополнительные подробности об этом способе указаны в JP 62083029 A, раскрытие которого, в том числе особенно подходящие варианты способа, явно включено в настоящую заявку посредством ссылки.
В рамках другого наиболее предпочтительного варианта композитный порошок готовят в соответствии с процедурой, описанной в заявке на патент DE 42 44 254 А1. Соответственно, способ приготовления композиционного порошка посредством нанесения вещества на поверхность термопластичного материала особенно предпочтителен, если термопластичный материал имеет средний диаметр частиц от 100 мкм до 10 мм, а вещество имеет меньший диаметр частиц и лучшее термическое сопротивление, чем термопластичный материал, особенно когда способ включает следующие этапы:
• сначала нагревание вещества, имеющего меньший диаметр частиц и лучшее термическое сопротивление, чем у термопластичного материала, до температуры, предпочтительно не ниже точки размягчения термопластичного материала, во время перемешивания в устройстве, которое предпочтительно включает мешалку и нагреватель;
• добавление термопластичного материала в аппарат; а также
• прикрепление вещества, имеющего лучшее термическое сопротивление, к поверхности термопластичного материала.
Для дальнейших подробностей, касающихся этого способа, сделана ссылка на DE 42 44 254 А1, раскрытие которого, включая особенно подходящие варианты способа, явно включено в настоящую заявку посредством ссылки.
В качестве альтернативы, композитный порошок готовят в соответствии с процедурой, описанной в заявке на патент ЕР 0922488 А1 и/или в патенте US 6,403,219 В1. Соответственно, способ получения композитного порошка посредством прикрепления или связывания мелких частиц к поверхности твердой частицы, действующей в качестве ядра, посредством использования удара и последующего обеспечения роста одного или нескольких кристаллов на поверхности ядра, является особенно предпочтительным.
Дополнительные подробности, касающиеся этого способа, приведены в заявке на патент ЕР 0922488 А1 и/или в патенте US 6,403,219 В1, раскрытие которых включает в себя особенно подходящие варианты способа, которые явно включены в настоящую заявку посредством ссылки.
В качестве примера, композитный порошок подвергают фиксации в соответствии с процедурой, описанной в заявке на патент ЕР 0 523 372 А1. Эта процедура особенно полезна для композиционного порошка, который был получен в соответствии со способом, описанным в заявке на патент JP 62083029 А. Частицы композиционного порошка предпочтительно фиксируют посредством термического плазменного напыления, где предпочтительно используют устройство плазменного напыления при пониженном давлении, которое предпочтительно имеет мощность по меньшей мере 30 кВт, особенно устройство, описанное в ЕР 0 523 372 А1.
Для дальнейших подробностей, касающихся этого способа, делается ссылка на заявку на патент ЕР 0 523 372 А1, раскрытие которой, включая особенно подходящие варианты способа, явно включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Композитный порошок, используемый в имплантате в соответствии с изобретением, отличающийся превосходным профилем свойств, что позволяет предположить его применение, в частности, в способах лазерного спекания. Его превосходное свойство сыпучести и превосходная текучесть при лазерном спекании позволяют изготавливать компоненты с превосходным качеством поверхности и чистотой поверхности, а также с улучшенной плотностью компонентов. В то же время указанный композитный порошок демонстрирует очень хорошие характеристики усадки, а также превосходную стабильность размеров. Кроме того, лучшая теплопроводность достигается за пределами области, обрабатываемой лазером.
Кроме того, указанный композитный порошок обладает сравнительно высокой изотропностью, что обеспечивает чрезвычайно равномерное плавление композитного порошка. Такое поведение может использоваться в процессах SLM для производства компонентов высокого качества, высокой плотности, низкой пористости и небольшого количества дефектов.
Кроме того, присутствие сферических частиц карбоната кальция в композиционном порошке обеспечивает превосходную стабилизацию pH (буферизацию) в более поздних применениях, особенно в тех полимерах, которые содержат кислотные группы или приспособлены для выделения кислот при определенных условиях. К ним относятся, например, поливинилхлорид и полимолочная кислота.
Кроме того, указанный композитный порошок может, возможно, заменить другие, более дорогие материалы для достижения снижения стоимости конечного продукта.
Свойства композиционного порошка, особенно его сыпучесть, также контролируется с помощью влажности композиционного порошка и при необходимости специально регулируется. С одной стороны, сыпучесть композитного порошка в основном увеличивается с увеличением влажности, что повышает технологичность композитного порошка. С другой стороны, более высокая влажность композитного порошка может повлечь за собой термическое разложение или гидролиз полимера, а также нарушение процесса, особенно в случае термической обработки композитного порошка, главным образом, в присутствии примесей и/или в присутствии очень мелких частиц.
На этом фоне влажность указанного композитного порошка предпочтительно составляет менее 2,5 масс.%, предпочтительно менее 1,5 масс.%, наиболее предпочтительно менее 1,0 масс.%, еще более предпочтительно менее 0,9 масс.%, предпочтительно менее 0,8 масс.%, целесообразно менее 0,6 масс.%, наиболее предпочтительно менее 0,5 масс.%, особенно менее 0,25 масс.%. С другой стороны, влажность указанного композитного порошка предпочтительно составляет более 0,000 масс.%, предпочтительно более 0,010 масс.%, особенно более 0,025 масс.%
Использование ингибирующего карбоната кальция в этом контексте позволяет еще более улучшить термическую обрабатываемость композиционного порошка. Окно обработки (температурное окно) снова значительно больше, чем при использовании обычного карбоната кальция, и термическое разложение или гидролиз полимера снова значительно подавляются.
Желаемая влажность композиционного порошка достигается посредством предварительной сушки известного по сути композитного порошка перед обработкой, причем сушка в основном рекомендуется в процессе производства. В этом контексте для стабильного управления процессом сушка до содержания влаги в диапазоне от 0,01 до 0,1 масс.% оказалась особенно благоприятной. Кроме того, использование микроволновой вакуумной сушилки особенно хорошо зарекомендовало себя.
Композиционный порошок дополнительно обрабатывается сравнительно простым способом, поскольку необходимо обрабатывать только один компонент (композитный порошок), а не два компонента (сферические частицы карбоната кальция и полимер). Проблемы с диспергированием не наблюдаются из-за плотной связи между полимером и сферическими частицами карбоната кальция.
Кроме того, микроструктура, характеристики плавления и характеристики текучести композитного порошка могут определенным образом контролироваться выбором фракций и размера соответствующих отдельных компонентов. Эти свойства композитного порошка могут, в свою очередь, использоваться для специфического контроля конечной структуры получаемых имплантатов, особенно биосовместимости, биоразлагаемости и их механических свойств.
Добавление дополнительных технологических добавок, особенно специфических растворителей, обычно не требуется для обработки композитного порошка. Это расширяет возможные области применения композитного порошка, особенно в фармацевтической и пищевой отраслях.
Композитный порошок непосредственно используется как таковой. Благодаря своему превосходному профилю свойств композитный порошок особенно подходит в качестве добавки, наиболее предпочтительной в качестве полимерной добавки, в качестве добавки или исходного материала для компаундирования, для изготовления имплантатов, для применений в медицинской технике и/или в микротехнологии и/или для производства вспененных имплантатов. Особенно предпочтительные применения в медицинской технике включают предпочтительно рассасывающиеся имплантаты. Особенно целесообразные области применения включают в себя литые под давлением винты, прессованные пластины, особенно прессованные пластины из расплава, вспененные имплантаты, а также текучие порошки для селективных способов получения, в последнем случае общий размер частиц композитного порошка предпочтительно меньше 3 мм и предпочтительно более 5,0 мкм.
В форме полимерной добавки композитный порошок предпочтительно добавляют по меньшей мере к одному полимеру, особенно к термопластичному полимеру, в качестве матричного полимера. В этом случае полимеры, которые также могут быть использованы в качестве компонента композиционного порошка, являются особенно предпочтительными. Чтобы избежать повторений, делается ссылка на приведенные выше пояснения, особенно в отношении предпочтительных форм полимера. Чрезвычайно предпочтительные матричные полимеры включают поливинилхлорид (ПВХ), полиуретан (ПУ), силикон, полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), особенно СВМПЭ, и полимолочную кислоту (ПМК).
Полимер матрицы и полимер композиционного порошка предпочтительно могут быть смешаны при температуре использования; предпочтительно они химически идентичны.
Особенно предпочтительные композиции содержат от 40,0 до 99,9 масс.% по меньшей мере одного матричного полимера и от 0,1 до 50,0 масс.% по меньшей мере одного такого композиционного порошка.
Производство композиции осуществляется известным способом посредством смешения компонентов.
Затем композиция дополнительно обрабатывается обычным способом, особенно гранулированным, измельченным, экструдированным, литьевым, вспененным или иным образом используемым в способах трехмерной печати.
Кроме того, композитный порошок дополнительно обрабатывается и/или используется непосредственно, то есть без добавления каких-либо дополнительных полимеров.
Преимущества композитного порошка наиболее явно выражаются при гранулировании, экструдировании, литье под давлением, прессовании расплава, вспенивании и/или трехмерной печати композитного порошка.
Полимерные пены предпочтительно получают посредством генерирования или введения газообразной фазы в композицию, содержащую композитный порошок и, по меньшей мере, один матричный полимер, где это необходимо. Целью здесь является как можно более равномерное распределение газа в композиции, чтобы получить равномерную и однородную структуру пены. Газ вводится различными способами.
Предпочтительно, газообразную фазу генерируют посредством добавления вспенивающего агента. Пенообразователи – это вещества, которые выделяют газы в результате химических реакций (химические пенообразователи) или при фазовом переходе (физические пенообразователи). При экструзии пены или при литье под давлением пены химический вспенивающий агент смешивают с композицией в форме маточной смеси, а физический вспенивающий агент впрыскивают под давлением непосредственно в расплав композиции. Впрыскивание относится к прямым выделением газа и используется, в частности, при переработке термопластичных полимеров.
Кроме того, указанный композитный порошок сам по себе особенно подходит для изготовления имплантатов, приспособленных для замены обычных имплантатов, изготовленных из металла, в случае переломов костей. Имплантаты служат для фиксации костей до полного заживления перелома. Хотя металлические имплантаты обычно удерживаются в теле или должны быть удалены при дальнейшей работе, имплантаты, которые получают из композитного порошка в соответствии с изобретением, действуют как временные вспомогательные средства. Целесообразно, чтобы они содержали полимеры, которые сам организм может разлагать, и вещества, которые обеспечивают кальций и предпочтительно ценные фосфорные вещества для остеогенеза. Преимущества, полученные для пациента, очевидны: не требуется дальнейшая операция по удалению имплантата и ускоренная регенерация костей.
Согласно наиболее предпочтительному варианту настоящего изобретения указанный композитный порошок используется для изготовления имплантатов посредством селективного лазерного спекания. Целесообразно, чтобы частицы композитного порошка в соответствии с изобретением, были плотно прикреплены рядом друг с другом, чтобы образовать слой порошка, который локально слегка плавится на поверхности или расплавляется (только полимер) с помощью лазерного сканера, прямого отклоненного электронного пучка или инфракрасного нагрева, имеющего маску, изображающую геометрию. Они затвердевают при охлаждении за счет теплопроводности и, таким образом, объединяются в твердый слой. Гранулы порошка, которые не расплавлены на поверхности, остаются в качестве поддерживающего материала внутри компонента и предпочтительно удаляются после завершения процесса. При повторном покрытии порошком, аналогично первому слою, дополнительные слои могут быть отверждены и связаны с первым слоем.
Все типы лазеров, особенно подходящих для способов лазерного спекания, – это те, которые заставляют полимерный композитный порошок по изобретению спекаться, плавиться или сшиваться, особенно лазеры на CO2 (10 мкм), лазеры ND-YAG (1060 нм), He-Ne лазеры (633 нм) или лазеры на красителях (350-1000 нм). Предпочтительно используется СО2-лазер.
Плотность энергии в наполнителе во время излучения предпочтительно находится в диапазоне от 0,1 Дж/мм³ до 10 Дж/мм³.
Активный диаметр лазерного луча предпочтительно составляет от 0,01 нм до 0,5 нм, предпочтительно от 0,1 нм до 0,5 нм, в зависимости от применения.
Предпочтительно использовать импульсные лазеры, в которых высокая частота импульсов, особенно от 1 кГц до 100 кГц, оказалась особенно подходящей.
Предпочтительная процедура описывается следующим образом:
Лазерный луч падает на самый верхний слой наполнителя указанного материала, который должен использоваться в соответствии с изобретением, и при этом спекает материал с заданной толщиной слоя. Толщина указанного слоя может составлять от 0,01 до 1 мм, предпочтительно от 0,05 до 0,5 мм. Таким образом, получается первый слой желаемого имплантата. Впоследствии рабочее пространство уменьшается на величину, которая меньше толщины спеченного слоя. Рабочее пространство заполнено до исходной высоты дополнительным полимерным материалом. При повторном облучении лазером второй слой имплантата спекается и связывается с предыдущим слоем. Повторяя операцию, создаются дополнительные слои, пока имплантат не будет завершен.
Скорость воздействия во время лазерного сканирования предпочтительно составляет от 1 мм/с до 1000 мм/с. Обычно применяется скорость около 100 мм/с.
В настоящем случае для плавления поверхности или плавления полимера эта процедура особенно хорошо себя зарекомендовала для нагревания до температуры в диапазоне от 60 до 250°С, предпочтительно в диапазоне от 100 до 230°С, особенно в пределах диапазона от 150°С до 200°С.
Предмет настоящего изобретения дополнительно включает имплантаты, которые получают посредством селективного лазерного спекания композиции, содержащей указанный композитный порошок, причем имплантаты предназначены для применений в области нейро, оральной, челюстной, лицевой, ушной, носовой и горловой хирургии, а также особенно предпочтительны в хирургии кисти, стопы, грудной клетки, ребер и плеча.
Доля указанного композитного порошка в композиции предпочтительно составляет, по меньшей мере, 50,0 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 75,0 масс.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 90 масс.%, в частности, по меньшей мере, 99,0 масс.%. В рамках конкретного варианта осуществления настоящего изобретения композиция содержит исключительно композиционный порошок согласно изобретению.
Имплантаты в соответствии с изобретением соответствующим образом отличаются следующими свойствами:
- отличное качество поверхности,
- отличная обработка поверхности,
- отличная плотность компонентов, предпочтительно более 95%, особенно более 97%,
- отличное усадочное поведение,
- отличная стабильность размеров,
- очень мало дефектов,
- очень низкая пористость,
- очень низкое содержание продуктов разложения,
- превосходная трехточечная прочность на изгиб, предпочтительно более 60 МПа, наиболее предпочтительно более 65 МПа, особенно более 70 МПа,
- превосходный модуль упругости, предпочтительно 3420 Н/ммI, наиболее предпочтительно более 3750 Н/ммI, предпочтительно более 4000 Н/ммI, особенно более 4500 Н/ммI,
- отличная стабильность pH,
- отличная биосовместимость,
- отличная остео-проводимость,
- отличная резорбирующая способность,
- отличная биоразлагаемость.
Формула изобретения также включает сферические частицы карбоната кальция, которые могут быть выгодно использованы для получения композитных частиц в соответствии с изобретением, и их применение.
Таким образом, настоящее изобретение также относится к сферическим частицам карбоната кальция в имплантатах, получаемых способом, в котором
a. предоставляется суспензия гидроксида кальция,
b. диоксид углерода или газовую смесь, содержащую диоксид углерода, вводят в суспензию со стадии А, а также
c. образующиеся частицы карбоната кальция отделяются,
где дополнительно добавляют от 0,3 до 0,7 масс.% по меньшей мере одной аминотриалкиленфосфоновой кислоты.
Что касается предпочтительной конструкции этих сферических частиц карбоната кальция и предпочтительных способов их получения, приведенные выше пояснения применяются аналогичным образом.
Предпочтительные области применения указанных сферических частиц карбоната кальция включают их применение в качестве добавок для бумаги, пластмасс, красок и/или покрытий, эластомеров, адгезивов и герметиков, строительных химикатов, сухих строительных растворов и медицинской техники, особенно в качестве добавок в рассасывающихся полимерах.
В частности, те композиции, которые содержат в каждом случае общую массу композиции,
a) по меньшей мере, 0,1 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 0,2 масс.%, в частности, по меньшей мере, от 0,5 до 50,0 масс.%, по меньшей мере, одного сферического карбоната кальция, и
b) по меньшей мере, 0,1 масс.%, предпочтительно, по меньшей мере, 0,2 масс.%, в частности, по меньшей мере, от 0,5 до 50,0 масс.%, по меньшей мере, одного полимера, предпочтительно, по меньшей мере, одного термопластичного полимера, в частности, предпочтительно, по меньшей мере, одного рассасывающегося полимера, в частности, по меньшей мере, одной поли-D-, поли-L- и/или поли-DL-молочной кислоты,
преимущества и эффекты, упомянутые в этой заявке, наблюдаются аналогично, в частности, в отношении улучшения механических свойств и кислотостойкости композиции. Что касается предпочтительного выбора полимера, приведенные выше пояснения применяются аналогичным образом.
Далее настоящее изобретение будет проиллюстрировано более подробно несколькими примерами и сравнительными примерами без какого-либо ограничения идеи изобретения.
- Использованные материалы:
- гранулят 1 (поли (L-лактид); характеристическая вязкость: 0,8-1,2 дл/г (0,1% в хлороформе, 25°C); Tg: 60-65°C; Tm: 180-185°C)
- гранулят 2 (поли (L-лактид); характеристическая вязкость 1,5-2,0 дл/г (0,1% в хлороформе; 25°C)); Tg: 60-65°С;
- гранулят 3 (поли (D, L-лактид); характеристическая вязкость 1,8-2,2 дл/г (0,1% в хлороформе; 25°C)); Tg: 55-60°С; аморфный полимер без температуры плавления.
Средний диаметр частиц каждого из полилактидных гранулятов 1-3 находился в диапазоне от 1 до 6 мм.
В рамках настоящих примеров следующие переменные были установлены следующим образом:
- Содержание CaCO3: содержание CaCO3 было установлено с помощью термогравиметрии с помощью STA 6000 Perkin Elmer в атмосфере азота в диапазоне от 40 до 1000°C при скорости нагрева 20°C/мин. Потерю массы определяли в интервале примерно от 550 до 1000°С, и, следовательно, содержание СаСО3 рассчитывали в процентах через коэффициент 2,274 (отношение молярной массы СаСО3: СО2).
- Содержание β-трикальцийфосфата (содержание β-TCP): Содержание β-TCP было установлено с помощью термогравиметрии с помощью STA 6000 Perkin Elmer в атмосфере азота в диапазоне от 40°С до 1000°С при скорости нагрева 20°C/мин. Весовой процент, сохраняемый при 1000°C, соответствует содержанию β-TCP в процентах.
- TP: пиковая температура TP была установлена с помощью термогравиметрии с помощью STA 6000 Perkin Elmer в атмосфере азота в диапазоне от 40°C до 1000°C при скорости нагрева 20°C/мин. Температура пика при первом выводе кривой потери массы соответствует температуре с максимальной потерей массы при разложении полимера.
- d20, d50, d90: гранулометрический состав композитного порошка, содержащего карбонат кальция, определяли с помощью лазерной дифракции (диапазон измерений HELOS R5 с диспергирующей системой RODOS от Sympatec). Распределение зерен по размерам для порошка карбоната кальция было определено с помощью Sedigraph 5100 с Master Tech 51 от Micromeretics. Используемый диспергирующий раствор представлял собой 0,1% раствор полифосфата натрия (NPP).
- Фракция <20 мкм: определение аналогично d50. Оценка фракции <20 мкм.
- Влажность: содержание воды в композиционном порошке, содержащем карбонат кальция, определяли с помощью кулономера Karl Fischer Coulometer C30 от Mettler Toledo при 150°C. Содержание воды в порошках карбоната кальция определяли галогенным влагоанализатором HB43 от Mettler при 130°C (взвешенный образец: 6,4-8,6 г порошка; время измерения: 8 минут).
- Характеристическая вязкость: Характеристическую вязкость (дл/г) определяли с помощью вискозиметра с помощью капилляра Уббелоде 0с в хлороформе при 25°С и концентрации полимера 0,1%.
- Текучесть: сыпучесть образцов оценивали с помощью электродвижущего пленочного аппликатора Эриксена. Для этой цели использовался ракельный нож размером 200 мкм и, соответственно, 500 мкм. Скорость нанесения на фольгу типа 255 (Leneta) составляла 12,5 мм/с. Оценка следующая: 1 = отлично, 2 = хорошо, 3 = удовлетворительно; 4 = достаточно; 5 = плохо
Определение механических свойств у литых образцов:
Трехточечную прочность на изгиб и модуль E определяли с помощью анализатора текстуры TA.XTplus (Stable Micro Systems, Годалминг (Великобритания)). Грузоподъемность используемого тензодатчика составляла 50 кг. Использовалось программное обеспечение Exponent 6.1.9.0. Детали измерения показаны в следующей таблице 1:
Образцы были получены с помощью экструдера HAAKE MiniLab II и, соответственно, литья под давлением с помощью HAAKE MiniJet II. Условия производства образцов приведены в следующей таблице 2:
Таблица 2
Тест на цитотоксичность
Тест на цитотоксичность (FDA / GelRed) проводили следующим образом:
В качестве эталона и, соответственно, отрицательного контроля использовали полистирол для тканевой культуры (TCPS). Четыре копии были использованы для каждого образца, и четыре TCPS (4x) были использованы для контроля.
Процедура тестирования:
1. Нестерильные образцы были доступны в 24-ячеечной пластине микротитратора. В последнем случае образцы и пластины TCPS стерилизовали 70% этанолом (неденатурированный), затем в течение 2 × 30 минут промывали 1 × PBS (фосфатно-солевым буферным раствором) и после этого уравновешивали стерильной α-средой. Затем образцы инокулировали клетками MC3T3-E1 с инокуляцией 25000 клеток/см2 (50000 клеток/мл).
Частичный обмен средой (1: 2) произошел во второй день.
2. Через 1 и 4 дня в культуре клеток определяли цитотоксичность.
3. Прижизненное окрашивание проводили на 1 и 4 день в соответствии со стандартным протоколом посредством комбинированного окрашивания FDA и GelRed.
4. Микроскопические изображения были получены с помощью Observer Z1m / LSM 700.
Объектив: EC Plan-Neofluar 10x;
Изображения, сделанные камерой AxioCam HRc:
Возбуждение зеленой флуоресценции: светодиод Colibri 470; набор фильтров FS10 (AF488)
Возбуждение красной флуоресценции: светодиод Colibri 530; набор фильтров FS14 (AF546)
Изображения, отсканированные в режиме лазерного сканирования:
Трек 1: лазер: 488 нм, DBS 560 нм, PMT1: 488 - 560 нм,
Трек 2: лазер 555 нм, DBS 565 нм, PMT2: 565 - 800 нм
5. Оценка проводилась по следующей шкале цитотоксичности:
Принятие: материал не цитотоксичен (макс. 5% мертвых клеток)
Незначительное ингибирование: материал слегка токсичен (5-20% мертвых клеток)
Значительное ингибирование: материал умеренно токсичен (20% -50% мертвых клеток)
Токсичность: материал обладает высокой цитотоксичностью (> 50% -100% мертвых клеток)
6. Номера клеток относятся к деталям изображения, снятым или отсканированным.
Результаты представлены в Таблице 3.
Электронный микроскоп (СЭМ)
СЭМ-изображения были получены с помощью высоковольтного электронного микроскопа (Zeiss, DSM 962) при 15 кВ. Образцы опрыскивали слоем золота и палладия.
Пример 1
Газовую смесь CO2, содержащую 20% CO2 и 80% N2, вводили в 4 л суспензии гидроксида кальция, имеющей концентрацию CaO 75 г/л, при начальной температуре 10°C. Расход газа составлял 300 л/час. Реакционную смесь перемешивали при 350 об/мин, и тепло реакции рассеивалось во время реакции. При резком падении проводимости (падение более 0,5 мСм/см/мин и снижении проводимости более чем на 0,25 мСм/см в течение 30 секунд) 0,7% аминотри (метиленфосфоновой кислоты) в расчете на СаО (как теоретическое справочное значение), добавляется к суспензии. Преобразование в сферические частицы карбоната кальция было завершено, когда реакционную смесь количественно карбонизировали по отношению к сферическим частицам карбоната кальция, где реакционная смесь затем показала значение рН между 7 и 9. В данном случае реакция была завершена после около 2 ч, и реакционная смесь имела значение рН 7 в конце реакции.
Полученные сферические частицы карбоната кальция отделяли и сушили обычным способом. Они продемонстрировали средний диаметр частиц 12 мкм. Типичное изображение СЭМ показано на фиг. 1.
Пример 2
500 мл воды VE (деминерализованной) помещали в стакан на 1000 мл. 125 г сферических частиц карбоната кальция в соответствии с примером 1 добавляли при перемешивании, и полученную смесь перемешивали в течение 5 минут. Медленно добавляли 37,5 г 10% раствора метафосфата натрия (NaPO3) n и полученную смесь перемешивали в течение 10 минут. Медленно добавляли 75,0 г 10% фосфорной кислоты и полученную смесь перемешивали в течение 20 часов. Выпавший осадок отделяли и сушили в сушильном шкафу в течение ночи при 130°С. Полученные сферические частицы карбоната кальция в равной степени имели средний диаметр частиц 12 мкм.
СЭМ-изображение сферических частиц карбоната кальция показано на фиг.2. На поверхности сферических частиц карбоната кальция виден тонкий фосфатный слой.
Пример 3
Композитный порошок из сферических частиц карбоната кальция и полилактида (PLLA) готовили в соответствии со способом, описанным в JP 62083029 A, с использованием аппарата NHS-1. Охлаждали водой при 12°С. В качестве материнских частиц использовали полилактидный гранулят 1, а сферические частицы карбоната кальция из примера 1 использовали в качестве исходных частиц (наполнитель).
39,5 г полилактидного гранулята смешивали с 26,3 г порошка CaCO3 и наполняли при 6,400 об/мин. Скорость ротора установки была установлена на 6,400 об/мин (80 м/с), и отмеренные материалы обрабатывались в течение 10 мин. Максимальная температура, достигнутая в камере измельчения NHS-1, составляла 35°С. Всего было выполнено 7 повторений с одинаковыми количествами материала и настройками машины. Всего было получено 449 г композиционного порошка. Полученный композитный порошок вручную просеивали через сито 250 мкм. Остаток на сите (фракция> 250 мкм) составлял 0,4%.
СЭМ-изображение полученного композитного порошка показано на фиг.3а.
Примеры с 4 по 7
Другие композитные порошки готовили аналогично примеру 3, при этом в примере 5 охлаждение происходило при температуре около 20°С. В каждом случае 30 г полилактидного гранулята смешивали с 20 г порошка CaCO3. Максимальная температура, достигнутая в камере измельчения NHS-1, составляла 33°C для примера 4, 58°C для примера 5, 35°C для примера 6 и 35°C для примера 7. Продукты просеивали для удаления основной фракции > 250 мкм, где это возможно (ручное сухое просеивание через сито 250 мкм). В примерах 4, 6 и 7 дополнительно фракция <20 мкм классифицировалась, где это возможно, по потоку (посредством разделения воздуха) или посредством просеивания (с помощью воздушно-струйной просеивающей машины). Используемые материалы, осуществление приготовления с или без разделения с помощью сита/воздуха, а также свойства полученных композитных порошков перечислены в следующей Таблице 3.
На фиг.3а, фиг.3b и фиг.3с показано изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, примера 3 и изображения нескольких применений ракельного ножа (12,5 мм/с) из примера 3 (фиг.3b: ракельный нож 200 мкм; фиг. 3с: ракельный нож 500 мкм).
СЭМ-изображение полученного композитного порошка показано на рис. 3а. В отличие от резкой нерегулярной формы частиц, которая типична для криогенно измельченных порошков, частицы полученного композитного порошка имеют круглую форму частиц, а также высокую сферичность, причем оба атрибута очень выгодны для методов SLM. Поверхность PLLA редко занята сферическими частицами карбоната кальция и их фрагментами. Образец имеет широкое распределение частиц по размерам, имеющее увеличенную фракцию мелких зерен.
Порошок является текучим в ограниченной степени (фиг. 3b и 3c). Куча порошка проталкивается перед ракельным ножом. Ограниченное поведение потока, вероятно, вызванное более высокой долей мелких частиц, приводит к образованию только очень тонких слоев с помощью обеих ракельных ножей.
На фиг.4а, фиг.4b и фиг.4с показано изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, примера 4, а также изображения нескольких применений ракельного ножа (12,5 мм/с) из примера 4 (фиг.4b: ракельный нож 200 мкм; фиг.4с: ракельный нож 500 мкм).
СЭМ-изображение полученного композитного порошка показано на фиг. 4а. В отличие от резкой нерегулярной формы частиц, которая типична для криогенно измельченных порошков, частицы полученного композитного порошка имеют круглую форму частиц, а также высокую сферичность, причем оба атрибута очень выгодны для методов SLM. Поверхность PLLA редко занята сферическими частицами карбоната кальция и их фрагментами. Образец демонстрирует значительно меньшее гранулометрическое распределение, имеющее небольшую мелкозернистую фракцию.
Порошок обладает очень хорошей текучестью и может наноситься очень хорошо с помощью ракельного ножа (рис. 4b и 4c). Тонкие слои (200 мкм) также могут наноситься с помощью ракельного ножа и в основном не содержат ракельных следов (следы канавок). Порошковый слой, нанесенный с помощью ракельного ножа с диаметром 500 мкм, является однородным, плотно упакованным, гладким и не содержит ракельных следов.
На фиг.5а, фиг.5b и фиг.5с показаны изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, примера 5, а также изображения нескольких применений (12,5 мм/с) из примера 5 (фиг.5b: ракельный нож 200 мкм; фиг. 5с: ракельный нож 500 мкм). Порошок текуч в ограниченной степени. Куча порошка проталкивается ракельным ножом. Из-за ограниченного поведения потока, вероятно, вызванного более высокой долей мелких частиц, только очень тонкие слои образуются обоими ракельными ножами.
На фиг. 6a, фиг. 6b и фиг. 6c показано изображение, полученное методом СЭМ, примера 6, а также изображения множественных применений (12,5 мм/с) из примера 6 (фиг. 6b: ракельный нож 200 мкм; фиг. 6c: ракельный нож 500 мкм). Порошок обладает хорошей текучестью и хорошо наносится ракельным ножом. Тонкие слои (200 мкм) тоже можно наносить. Видны отдельные ракельные следы, вызванные, вероятно, слишком крупными частицами порошка. Порошковый слой, нанесенный с помощью ракельного ножа 500 мкм, не очень плотно упакован, но не имеет ракельных следов.
На фиг.7а, фиг.7b и фиг.7с показано изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, примера 7, а также изображения множества применений (12,5 мм/с) из примера 7 (фиг.7b: ракельный нож 200 мкм; фиг. 7с: ракельный нож 500 мкм). Порошок правильно текучий и применимый. Тонкие слои (200 мкм) тоже можно наносить. Они не однородны и все чаще чередуются с ракельными следами. Несколько ограниченное поведение потока, вероятно, вызвано слишком крупными частицами порошка. Слой порошка, нанесенный с помощью ракельного ножа 500 мкм, является гомогенным и не содержит ракельных следов.
Сравнение 1
Микроструктурированные композитные частицы сферических частиц карбоната кальция из примера 1 и аморфного полилактида (PDLLA) были получены в соответствии со способом, описанным в JP 62083029 A, с использованием аппарата NHS-1. Использовалось охлаждение водой при 12°С. В качестве материнских частиц использовали полилактидный гранулят 3, а сферические частицы карбоната кальция из Примера 1 использовали в качестве исходных частиц.
39,5 г полилактидного гранулята смешивали с 10,5 г порошка CaCO3 и наполняли при 8000 об/мин. Скорость ротора установки была установлена на 8000 об/мин (100 м/с), и отмеренные материалы обрабатывались в течение 1,5 мин. Максимальная температура, достигнутая в камере измельчения NHS-1, составляла 71°C. Всего было выполнено 49 повторений с одинаковыми количествами материала и настройками машины. Всего было получено 2376 г структурированных композитных частиц. Полученные структурированные композитные частицы вручную просеивали через сито 800 мкм для измерения распределения частиц по размерам. Остаток на сите (фракция> 800 мкм) составил 47%.
Свойства полученных микроструктурированных композитных частиц приведены в следующей Таблице 3.
На фиг.8а, фиг.8b и фиг.8с показано изображение, полученное методом СЭМ, сравнения 1, а также изображения множественных применений (12,5 мм/с) сравнения 1 (фиг. 8b: ракельный нож 200 мкм; фиг. 8c: ракельный нож 500 мкм). Порошок является плохо текучим и не может быть нанесен для формирования толщины слоя 200 и, соответственно, 500 мкм. Слишком грубые нерегулярные частицы застревают во время нанесения ракельным ножом. Образуются неоднородные слои с очень частыми и отчетливыми ракельными следами.
СЭМ-анализ показывает, что поверхности структурированных композитных частиц редко заняты сферическими частицами карбоната кальция и их фрагментами. По сравнению с примерами с 3 по 7 частицы имеют более неправильную геометрию частиц
Пример 8
Композиционный порошок из частиц β-трикальцийфосфата и полилактида (PDLLA) готовили в соответствии со способом, описанным в JP 62083029 A, с использованием аппарата NHS-1. Использовалось охлаждение водой при 12°С. Полилактидный гранулят 3 использовали в качестве материнских частиц, а β-трикальцийфосфат (β-TCP; d20 = 30 мкм; d50 = 141 мкм; d90 = 544 мкм) использовали в качестве детских частиц. СЭМ-изображение используемого β-TCP показано на фиг. 9a и 9b.
30,0 г полилактидного гранулята смешивали с 20,0 г порошка β-TCP и заполняли при 6400 об/мин. Скорость ротора установки была установлена на 6400 об/мин (80 м/с), и отмеренные материалы обрабатывались в течение 10 мин. Всего было выполнено 5 повторов с одинаковыми количествами материала и настройками машины. Всего было получено 249 г композитного порошка. Продукт просеивали для удаления крупной фракции> 250 мкм, где это возможно (ручное просеивание через сито 250 мкм). Затем фракцию с мелким зерном <20 мкм отделяли через сито 20 мкм с помощью воздушно-струйной просеивающей машины.
Пример 9
Композитный порошок из ромбоэдрических частиц карбоната кальция и полилактида (PDLLA) готовили в соответствии со способом, описанным в JP 62083029 A, с использованием аппарата NHS-1. Использовалось охлаждение водой при 12°С. В качестве материнских частиц использовали полилактидный гранулят 3, а в качестве детских частиц использовали частицы ромбоэдрического карбоната кальция (d20 = 11 мкм; d50 = 16 мкм; d90 = 32 мкм).
30,0 г гранулята полилактида смешивали с 20,0 г ромбоэдрических частиц карбоната кальция и наполняли при 6400 об/мин. Скорость ротора установки была установлена на 6400 об/мин (80 м/с), и отмеренные материалы обрабатывались в течение 10 мин. Всего было выполнено 5 повторов с одинаковыми количествами материала и настройками машины. Всего было получено 232 г композитного порошка. Продукт просеивали для удаления крупной фракции> 250 мкм, где это возможно (ручное просеивание через сито 250 мкм). Затем фракцию с мелким зерном <20 мкм отделяли через сито 20 мкм с помощью воздушно-струйной просеивающей машины
Пример 10
Композитный порошок измельченных частиц карбоната кальция и полилактида (PDLLA) был приготовлен в соответствии со способом, описанным в JP 62083029 A, с использованием аппарата NHS-1. Использовалось охлаждение водой при 12°С. В качестве материнских частиц использовали полилактидный гранулят 3, а измельченные карбонаты кальция (GCC; d20 = 15 мкм; d50 = 46 мкм; d90 = 146 мкм) использовали в качестве детских частиц.
30,0 г полилактидного гранулята смешивали с 20,0 г GCC и заполняли при 6400 об/мин. Скорость ротора установки была установлена на 6400 об/мин (80 м/с), и отмеренные материалы обрабатывались в течение 10 мин. Всего было выполнено 5 повторов с одинаковыми количествами материала и настройками машины. Всего было получено 247 г композитного порошка. Продукт просеивали для удаления крупной фракции> 250 мкм, где это возможно (ручное просеивание через сито 250 мкм). Затем фракцию с мелким зерном <20 мкм отделяли через сито 20 мкм с помощью воздушно-струйной просеивающей машины.
Таблица 3
1: По меньшей мере двойное определение
Таблица 3 (продолжение)
Изобретение относится к вариантам способа изготовления имплантата. Способ осуществляют с помощью композитного порошка, имеющего микроструктурированные частицы, в котором изначально композитный порошок получают посредством связывания крупных частиц с мелкими частицами. Крупные частицы имеют средний диаметр частиц в диапазоне от 0,1 мкм до 10 мм и содержат по меньшей мере один полимер в виде полилактида. Мелкие частицы расположены на поверхности крупных частиц и/или распределены неравномерно внутри крупных частиц и включают сферически осажденные частицы карбоната кальция, имеющие средний диаметр в диапазоне от 0,05 до 50,0 мкм. Впоследствии имплантат получают посредством селективного лазерного спекания композиции, содержащей композитный порошок. Сферические частицы карбоната кальция получены посредством: a. обеспечения суспензии гидроксида кальция, b. введения диоксида углерода или газовой смеси, содержащей диоксид углерода, в суспензию с этапа а и c. отделения образовавшихся частиц карбоната кальция, где дополнительно добавляют от 0,3 до 0,7 мас. % по меньшей мере одной аминотриалкиленфосфоновой кислоты. Частицы композитного порошка имеют средний размер частиц d50 в диапазоне от 10 мкм до менее 200 мкм. Технический результат – обеспечение доступности лучшего имплантата по сравнению с известными из уровня техники, в частности получение материала, демонстрирующего улучшенные свойства лазерного спекания, используемого для имплантата, который обладает улучшенной текучестью и во время лазерного спекания позволяет получать компоненты с улучшенным качеством и чистотой поверхности, улучшенной плотностью компонентов, также демонстрирующего лучшую усадку и стабильность размеров получаемых компонентов, лучшую теплопроводность за пределами области, обработанной лазером. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 10 пр., 3 табл., 9 ил.
1. Способ изготовления имплантата с помощью композитного порошка, имеющего микроструктурированные частицы, в котором изначально композитный порошок получают посредством связывания крупных частиц с мелкими частицами, при этом
крупные частицы имеют средний диаметр частиц в диапазоне от 0,1 мкм до 10 мм,
крупные частицы содержат по меньшей мере один полимер в виде полилактида,
мелкие частицы расположены на поверхности крупных частиц и/или распределены неравномерно внутри крупных частиц,
мелкие частицы включают сферически осажденные частицы карбоната кальция, имеющие средний диаметр в диапазоне от 0,05 до 50,0 мкм, при этом впоследствии имплантат получают посредством селективного лазерного спекания композиции, содержащей композитный порошок,
характеризуется тем, что
сферические частицы карбоната кальция получены посредством
a. обеспечения суспензии гидроксида кальция,
b. введения диоксида углерода или газовой смеси, содержащей диоксид углерода, в суспензию с этапа а и
c. отделения образовавшихся частиц карбоната кальция,
где дополнительно добавляют от 0,3 до 0,7 мас. % по меньшей мере одной аминотриалкиленфосфоновой кислоты
и частицы композитного порошка имеют средний размер частиц d50 в диапазоне от 10 мкм до менее 200 мкм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что аминотриметиленфосфоновую кислоту, аминотриэтиленфосфоновую кислоту, аминотрипропиленфосфоновую кислоту и/или аминотрибутиленфосфоновую кислоту добавляют для получения частиц карбоната кальция.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что введение диоксида углерода или газовой смеси, содержащей диоксид углерода, проводят до тех пор, пока реакционная смесь не имеет значение рН менее 9.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что реакцию суспензии гидроксида кальция с диоксидом углерода или газовой смесью, содержащей диоксид углерода, проводят при температуре менее 25°С.
5. Способ по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что диоксид углерода или газовую смесь, содержащую диоксид углерода, вводят в суспензию гидроксида кальция со скоростью потока газа в диапазоне от 0,02 л СО2 / (ч * г Ca(OH)2) до 2,0 л СО2 / (ч * г Ca(OH)2), и/или тем, что сферические частицы карбоната кальция имеют средний диаметр более 3,0 мкм, и/или тем, что сферические частицы карбоната кальция имеют средний диаметр менее 30,0 мкм, в частности менее 20,0 мкм, и/или сферические частицы карбоната кальция имеют распределение по размерам, при котором по меньшей мере 90,0% по массе всех частиц карбоната кальция имеют диаметр частиц в диапазоне от среднего диаметра частиц -30% до среднего диаметра частиц +30%, и/или тем, что сферические частицы карбоната кальция имеют коэффициент формы более 0,90, определяемый как отношение минимального диаметра частиц и максимального диаметра частиц.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что крупные частицы содержат по меньшей мере один термопластичный полимер.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что крупные частицы содержат по меньшей мере один рассасывающийся полимер.
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что рассасывающийся полимер имеет характеристическую вязкость, измеренную в хлороформе при 25°С с концентрацией полимера 0,1% в диапазоне от 0,3 дл/г до 8,0 дл/г.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что крупные частицы содержат поли-D-, поли-L- и/или поли-D,L-молочную кислоту, и/или крупные частицы содержат по меньшей мере один рассасывающийся сложный полиэфир, имеющий среднечисловую молекулярную массу в диапазоне от 500 до 1000000 г/моль, и/или крупные частицы которого содержат по меньшей мере один полиамид, и/или крупные частицы которого содержат по меньшей мере один полиуретан, и/или тем, что массовая доля осажденных частиц карбоната кальция в расчете на общую массу композитного порошка составляет по меньшей мере 0,1 мас.%, и/или тем, что композитный порошок в расчете на общую массу композитного порошка содержит от 40,0 мас.% до 80,0 мас.% PLLA и от 20,0 мас.% до 60,0 мас.% осажденных частиц карбоната кальция, и/или тем, что имплантат подготовлен для применений в области нейро-, оральной, челюстной, лицевой, ушной, носовой и горловой хирургии, а также хирургии кисти, стопы, грудной клетки, ребер и плеча, и/или тем, что имплантат получают посредством селективного лазерного спекания.
10. Способ изготовления имплантата, имеющего сферические частицы карбоната кальция, в котором указанные сферические частицы карбоната кальция первоначально получают посредством
a. обеспечения суспензии гидроксида кальция,
b. введения диоксида углерода или газовой смеси, содержащей диоксид углерода, в суспензию с этапа а и
c. отделения образовавшихся частиц карбоната кальция,
где дополнительно добавляют от 0,3 до 0,7 мас.% по меньшей мере одной аминотриалкиленфосфоновой кислоты, и
при этом впоследствии имплантат получают посредством селективного лазерного спекания композиции, содержащей сферические частицы карбоната кальция.
11. Способ по п.10, в котором сферические частицы карбоната кальция используют в качестве добавки для имплантата, для которого имплантат приготовлен по медицинской технологии, в частности, в качестве добавки в рассасывающиеся полимеры.
| WO 2012126600 A3, 27.09.2012 | |||
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ С ПОДВЕРГНУТОЙ РЕАКЦИОННОЙ ОБРАБОТКЕ ПОВЕРХНОСТЬЮ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ | 2010 |
|
RU2519037C2 |
| WO 2012013349 A3, 02.02.2012 | |||
| ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ, СОДЕРЖАЩИХ КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ, ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА НАПОЛНИТЕЛЯ В БУМАГЕ | 2013 |
|
RU2585785C1 |
| Полуприцеп-самосвал для перевозки лесоматериалов | 1960 |
|
SU148729A1 |
