ES2374596T3

ES2374596T3 - Proceso para producción de polietileno de peso molecular alto.

Info

Publication number: ES2374596T3
Application number: ES08848383T
Authority: ES
Inventors: Harold Jan Smelt; Pieter Gijsman; Van Martin Duin
Original assignee: DSM IP Assets BV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 2007-11-06
Filing date: 2008-11-06
Publication date: 2012-02-20
Anticipated expiration: 2028-11-06
Also published as: WO2009060043A3; US20160184476A1; US20170107336A1; US20100331995A1; US20150203641A1; US9290629B2; CN101848968B; EP2207848A2; JP2011503252A; EP2207848B1; JP5682914B2; US10118998B2; WO2009060043A2; CN101848968A; US9238719B2; ATE529475T1; BRPI0819216A2; US9555160B2

Abstract

Proceso para producir un artículo de polietileno de peso molecular ultra-elevado (UHMWPE) o un artículo de polietileno de peso molecular alto (HMWPE) que comprende: - incorporar en una resina (U)HMWPE con una distribución de pesos moleculares (Mw/Mn) comprendida entre 2 y 18 un Fotoestabilizador de Amina Impedida (HALS) y - reticular la resina (U)HMWPE durante o después del moldeo de la resina (U)HMWPE.

Description

Proceso para producción de polietileno de peso molecular alto

La presente invención se refiere a un proceso para producir un artículo de polietileno de peso molecular (ultra)elevado ((U)HMWPE). La presente invención se refiere además a un artículo de (U)HMWPE que puede obtenerse por dicho proceso, al uso de un artículo en una aplicación médica, y al uso de estabilizadores para la estabilización de (U)HMWPE.

Propiedades excelentes en términos de resistencia al desgaste, la fatiga y la fractura han hecho de (U)HMWPE el material de elección en ortopedia, especialmente la fabricación de componentes articulares para artroplastia, para las cuales se requiere una resistencia al desgaste elevada. La copa o revestimiento acetabular en un reemplazamiento total de la articulación de la cadera y la inserción tibial en un reemplazamiento total de la articulación de la rodilla son aplicaciones importantes de (U)HMWPE.

HMWPE se define en esta memoria como un homopolímero o copolímero de etileno sustancialmente lineal con un peso molecular medio ponderal (MW) de 3·105 g/mol o mayor, una distribución de pesos moleculares (Mw/Mn) comprendida entre 2 y 18 y una viscosidad intrínseca (IV) de 1,5-8 dl/g. Preferiblemente, la IV de HMWPE es 3-8 dl/g y más preferiblemente 5-8 dl/g. La IV se define de acuerdo con ISO 1628-3. UHMWPE se define en esta memoria como un homopolímero o copolímero de etileno sustancialmente lineal con un peso molecular medio ponderal (Mw) de 106 g/mol o mayor, una distribución de pesos moleculares (Mw/Mn) entre 2 y 18 y una IV de 8 dl/g o más. Preferiblemente, la IV de (U)HMWPE está comprendido entre 8 y 60 dl/g.

Puede obtenerse (U)HMWPE por cualquier proceso conocido para la producción de (U)HMWPE, como ha sido descrito, por ejemplo, por Steven M. Kurtz in "The UHMWPE Handbook", Elsevier Academic Press, 2004, p. 14-22. (U)HMWPE se obtiene generalmente como un polvo que puede procesarse ulteriormente por moldeo y mecanización como se describe más adelante.

Estudios realizados han demostrado que la reticulación de (U)HMWPE con rayos gamma o rayos de haces electrónicos es muy eficaz contra el desgaste, lo que se demostró muy claramente para caras opuestas lisas en contacto, tales como las implicadas generalmente en un acoplamiento protético.

Sin embargo, a pesar del notable éxito del uso de (U)HMWPE (reticulado) en la cirugía de reemplazamiento total de articulaciones, fallos debidos, por ejemplo, a relajación aséptica o fallo mecánico del componente después de pocos años de implantación son todavía muy frecuentes, como se muestra en

J.H. Dumbleton et al., J. Arthroplasty 2002, 17(5): 649-661 y T.W. Bauer et al., Skeletal Radiol. 1999, 28(9): 483-497. Se ha demostrado que la mayoría de los fallos debían adscribirse al desgaste del componente (U)HMWPE. El desgaste es un problema de suma importancia, dado que el mismo conduce a la formación de residuos, que induce a su vez una respuesta inflamatoria, causando relajación del implante.

Se ha encontrado que el fallo de los componentes es debido al menos en parte a una reducción de la estabilidad a la oxidación del (U)HMWPE, que es un efecto secundario de la irradiación utilizada para la reticulación y/o esterilización. Se encontró que la irradiación induce, además de reticulación que tiene un efecto positivo sobre las propiedades mecánicas, degradación por oxidación del polietileno, lo cual tiene un efecto negativo sobre las propiedades mecánicas del (U)HMWPE.

Para resolver este problema, el (U)HMWPE irradiado se somete a menudo a recocido y se funde de nuevo para reducir la cantidad de radicales libres. Sin embargo, estos tratamientos tienen un efecto negativo sobre las propiedades mecánicas, tales como la fluencia y la carga de rotura.

En EP-0995450B1 se aplica un revestimiento de vitamina E sobre polvo de (U)HMWPE para evitar la oxidación del (U)HMWPE como resultado de la esterilización por radiación gamma. El revestimiento se realiza por impregnación del polvo de (U)HMWPE con una solución que comprende vitamina E seguido por evaporación del disolvente. Subsiguientemente, el producto impregnado se moldea y se mecaniza en un implante que se irradia con radiación gamma.

Las desventajas de la utilización de vitamina E como antioxidante son que:

•: da como resultado el efecto secundario indeseable de amarilleo del (U)HMWPE. El (U)HMWPE amarilleado se percibe en el mercado como un producto envejecido.

•: se consume durante la reticulación, teniendo un efecto negativo sobre la eficiencia de reticulación y

5 • tiene que utilizarse en una cantidad relativamente grande para ser eficaz contra la degradación por oxidación del (U)HMWPE que tiene lugar después de la reticulación del (U)HMWPE.

Un objeto primario de la invención es por consiguiente proporcionar al menos un proceso alternativo para

10 la producción de un artículo de (U)HMWPE. En particular, es un objeto de la invención proporcionar un proceso que da como resultado un artículo de (U)HMWPE que es menos amarillo, comprende preferiblemente una menor cantidad de estabilizador y tiene preferiblemente al menos la misma estabilidad y las mismas propiedades mecánicas que el artículo de (U)HMWPE de la técnica anterior.

15 Sorprendentemente, se ha encontrado que el objeto de la invención puede alcanzarse proporcionando un proceso de acuerdo con la reivindicación 1.

En una primera realización de la invención, el proceso para producir un artículo de (U)HMWPE puede comprender los pasos siguientes:

20 a) incorporación en la resina (U)HMWPE de un Fotoestabilizador de Amina Impedida (HALS)

en donde R1 hasta y con inclusión de R5 son en esta memoria sustituyentes independientes; por ejemplo sustituyentes que contienen grupos hidrógeno, éter, éster, amina, amida, alqui

25 lo, alquenilo, alquinilo, aralquilo, cicloalquilo y/o arilo, pudiendo contener dichos sustituyentes a su vez grupos funcionales, por ejemplo alcoholes, cetonas, anhídridos, iminas, siloxanos, éteres, grupos carboxilo, aldehídos, ésteres, amidas, imidas, aminas, nitrilos, uretanos y cualquier combinación de los mismos;

b) moldeo o extrusión de la resina (U)HMWPE que comprende el HALS, dando como resultado 30 un artículo; c) reticulación y esterilización del artículo por radiación gamma o radiación de haces electrónicos; d) opcionalmente, si el paso b da como resultado una forma de stock, mecanización de la forma de stock en un artículo; 35 en donde el paso c y el paso d pueden realizarse en cualquier orden.

En una segunda realización de la invención, el proceso para producir un artículo de (U)HMWPE puede comprender los pasos siguientes: a) incorporación en la resina (U)HMWPE de un Fotoestabilizador de Amina Impedida (HALS)

en donde R1 hasta y con inclusión de R5 son en esta memoria sustituyentes independientes; por ejemplo sustituyentes que contienen grupos hidrógeno, éter, éster, amina, amida, alquilo, alquenilo, alquinilo, aralquilo, cicloalquilo y/o arilo, pudiendo contener dichos sustituyentes a su vez grupos funcionales, por ejemplo alcoholes, cetonas, anhídridos, iminas, siloxanos, éteres, grupos carboxilo, aldehídos, ésteres, amidas, imidas, aminas, nitrilos, uretanos y cualquier combinación de los mismos;

b) adición de un iniciador, por ejemplo un peróxido, y opcionalmente un coagente;

c) moldeo o extrusión de la resina (U)HMWPE que comprende el HALS y el iniciador, dando como resultado una forma de stock o un artículo; d) opcionalmente, cuando se aplica reticulación adicional o esterilización por radiación gamma

o radiación de haces electrónicos, sometimiento a reticulación y/o esterilización de la forma de stock del artículo; e) opcionalmente, si el paso c da como resultado una forma de stock, mecanización de la for

ma de stock en un artículo; en donde el paso d y el paso e pueden realizarse en cualquier orden.

Sorprendentemente, puede utilizarse una cantidad mucho menor del HALS comparada con la cantidad de vitamina E para estabilizar el artículo de (U)HMWPE.

El HALS se utiliza preferiblemente en una cantidad comprendida entre 0,001 y 5% en peso, más preferiblemente entre 0,01 y 2% en peso, muy preferiblemente entre 0,02 y 1% en peso, basado en el peso total del (U)HMWPE.

Preferiblemente, el HALS seleccionado es un compuesto derivado de un compuesto de piperidina sustituido, en particular cualquier compuesto que se deriva de un compuesto de piperidilo, piperidinilo o piperazinona sustituido con alquilo, o un compuesto de alcoxipiperidinilo sustituido.

Ejemplos de tales compuestos son: 2,2,6,6-tetrametil-4-piperidona; 2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinol; butilmalonato de bis-(1,2,2,6,6pentametilpiperidil)-(3',5'-di-terc-butil-4'-hidroxibencilo); sebacato de di-(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidilo) (Tinuvin® 770); oligómero de N-(2-hidroxietil)-2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinol y ácido succínico (Tinuvin® 622); succinato de bis-(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinilo); sebacato de bis-(1-octiloxi-2,2,6,6-tetrametil-4piperidinilo) (Tinuvin® 123); sebacato de bis-(1,2,2,6,6-pentametil-4-piperidinilo) (Tinuvin®765); N,N'-bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil) hexano-1,6-diamina (Chimassorb® T5); N-butil-2,2,6,6-tetrametil-4piperidinarnina; 2,2'-[(2,2,6,6-tetrametilpiperidinil)imino]-bis-[etanol]; poli((6-morfolina-S-triazina-2,4diil)(2,2,6,6-tetrametil.-4-piperidinil)-iminohexametileno-(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinil)-imino) (Cyasorb® UV 3346); 5-(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinil)-2-ciclo-undeciloxazol) (Hostavin® N20); 8-acetil-3-dodecil7,7,9,9-tetrametil-1,3,8-triazaspiro(4,5)decano-2,4-diona; polimetilpropil-3-oxi[4(2,2,6,6-tetrametil)piperidinil)siloxano (Uvasil® 299); copolímero ade -metilestireno-N-(2,2,6,6-tetrametil-4piperidinil)maleimida y N-estearilmaleimida; ácido 1,2,3,4-butanotetracarboxílico, polímero con beta, beta, beta',beta'-tetrametil-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecano-3,9-dietanol, 1,2,2,6, 5-pentametil-4piperidinil éster (Mark® LA63); 2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecano-3,9-dietanol,beta,beta,beta',beta'tetrametilo-, polímero con ácido 1,2,3,4-butanotetracarboxílico, 2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinil éster (Mark® LA68); D-glucitol, 1,3:2,4-bis-O-(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinilideno)-(HALS 7); oligómero de 7oxa-3,20-díazadispiro[5.1.11.2]heneicosan-21-ona, 2,2,4,4-tetrametil-20-(oxiranilmetilo) (Hostavin® N30); ácido propanodioico, [(4-metoxifenil)metileno] -,bis(1,2,2,6,6-pentametil-4-piperidinil) éster (Sanduvor® PR 31); formamida, N,N'-1,6-hexanodiilbis[N-(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinilo (Uvinul® 4050H), 1,3,5triazina-2,4,6-triamina, N,N'''-[1,2-etanodiilbis [[[4,6-bis[butil(1,2,2,6,6-pentametil-4-iperidinil)amino]-1,3,5triazina-2-i]limino]-3,1-propanediil]-bis-[N',N"-dibutil-N',N"-bis(1,2,2,6,6-pentametil-4-piperidinilo) (Chimassorb® 119); ácido 1,5-dioxaspiro (5,5) undecano 3,3-dicarboxílico, bis (2,2,6,6-tetrametil-4-peridinil) éster (Cyasorb® UV-500); ácido 1,5-dioxaspiro (5,5) undecano-3,3-dicarboxílico, bis (1,2,2,6,6-pentametil-4peridinil) éster (Cyasorb® UV-516); N-2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinil-N-arnino-oxamida; 4-acriloiloxi1,2,2,6,6-pentametil-4-piperidina; HALS PB-41 (Clariant Huningue S.A.); 1,3-bencendicarboxamida, N,N'bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinilo) (Nilostab® S-EED (Clariant Huningue S.A.)); 3-dodecil-1-(2,2,6,6tetrametil-4-piperidil)-pirrolidin-2,5-diona; 1,3-propanodiamina, N,N-1,2-etanodiilbis-, polímero con 2,4,6tricloro-1,3,5-triazina, productos de reacción con N-butil-2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinamina (Uvasorb® HA88); 1,1'-(1,2-etano-di-il)-bis-(3,3',5,5'-tetra-metil-piperazinona) (Good-rite® 3034); 1,1',1"-(1,3,5triazina-2,4,6-triiltris ((ciclohexilimino)-2,1-etanodiil)tris(3,3,5,5-tetrametilpiperazinona); (Good-rite®3150); 1,1',1"-(1,3,5-triazina-2,4,6-triiltris((ciclohexilimino)-2,1-etanodiil)tris(3,3,4,5,5-tetrametilpiperazinona) (Good-rite® 3159); ácido 1,2,3,4-butanetetracarboxílico, tetraquis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinil) éster (ADK STAB® LA-57) ácido 1,2,3,4-butano-tetra-carboxílico, 1,2,3-tris-(1,2,2,6,6-penta-metil-4-piperidil)-4trideciléster (ADK STAB® LA-62).

Mezcla de ésteres de 2,2,6,6-tetra-metil-4-pipiridinol y varios ácidos grasos (CYASORB® UV3853); ácido propanodioico, [(4-metoxifenil)metileno]-,bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinil) éster (HOSTAVIN® PR-31); 3-dodecil-1-(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil)-pirrolidin-2,5-diona (CYASORB® UV3581); 3-dodecil-1(1,2,2,6,6-pentametil-4-piperidil)-pirrolidin-2,5-diona (CYASORB® UV3641); ácido 1,2,3,4butanotetracarboxílico, tetraquis(1,2,2,6,6-pentametil-4-piperidinil)éster (ADK STAB® LA-52); ácido 1,2,3,4-butano-tetra-carboxílico, 1,2,3-tris-(2,2,6,6-tetra-metil-4-piperidil)-4-trideciléster (ADK STAB® LA67); mezcla de: ácido 2,2,4,4 tetrametil-21-oxo-7-oxa-3.20-diazadispiro[5.1.11.2]-heneicosano-20propionic dodeciléster y ácido 2,2,4,4 tetrametil-21-oxo-7-oxa-3.20-diazadispiro[5.1.11.2]-heneicosano20-propiónico tetradeciléster (Hostavin® N24); Poli[[6-[(1,1,3,3-tetrametilbutil)amino]-s-triazina-2,4diil][2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinil)-imino]hexametileno [(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinil) imino]]} (Chimassorb® 944); 1,3,5-triazina-2,4,6-triamina, N,N'"-[1,2-etanodiilbis [[[4,6-bis[butil(1,2,2,6,6-pentametil-4piperidinil)amino]-1,3,5-triazina-2-il]imino]-3,1-propanodiil]]-bis[N'N"-dibutil-N',N"-bis-(1,2,2,6,6-pentametil4-piperidinilo) (Chimassorb® 119); Poli[(6-morfolino-s-triazina-2,4-diil)[1,2,2,6,6-penta-metil-4piperidil)imino]-hexametileno[(1,2,2,6,6-penta-metil-4-piperidil)-imino]]1,6-hexanodiamina, N,N'bis(1,2,2,6,6-pentametil-4-pipiridinilo)-, polímeros con morfolina-2,4,6-tricloro-1,3,5-triazina (CYASORB® UV3529); Poli-metoxipropil-3-oxi[4(1,2,2,6,6-pentametil)-piperidinil]-siloxano (Uvasil® 816); 1,6-Hexanodiamina, N,N'-bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinilo)- polímero con 2,4,6-tricloro-1,3,5-triazina, productos de reacción con N-butil-1-butanamina y N-butil-2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinamina (Chimassorb® 2020); productos de reacción de N,N'-etano-1,2-diilbis (1,3-propanediamina), ciclohexano, 4-butilamino2,2,6,6-tetrametilpiperidina peroxidada y 2,4,6-tricloro-1,3,5-triazina (Flamestab NOR® 116); 1,6hexanodiamina, N,N'-bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinilo)-, polímero con 2,4,6-tricloro-1,3,5-triazina, productos de reacción con 3-bromo-1-propeno, n-butil-1-butanamina y N-butil-2,2,6,6-tetrametil-4piperidinamina, oxidada, hidrogenada (Tinuvin NOR® 371).

Preferiblemente, el HALS tiene una masa molecular de 1000 g/mol o mayor, más preferiblemente 1500 g/mol o mayor, o contiene un grupo por el cual el mismo puede injertarse en el (U)HMWPE. Ambas medidas contribuyen a evitar la lixiviación del estabilizador del producto durante el uso.

El HALS puede incorporarse en (U)HMWPE por cualquier método conocido. El HALS, sea en forma líquida o en forma de polvo, puede mezclarse con la resina (U)HMWPE o con la masa fundida de (U)HMWPE. Alternativamente, la resina (U)HMWPE puede impregnarse con una solución del HALS, o puede pulverizarse una solución del HALS sobre la resina (U)HMWPE. Asimismo, pueden mezclarse partículas de (U)HMWPE con el HALS en CO2 supercrítico. Dependiendo del tipo de HALS, ejemplos de disolventes adecuados incluyen metanol, etanol, butanol, alcohol isopropílico, etilglicol, acetato de etilo, tetrahidrofurano, acetona, metilisobutilcetona, cloroformo, cloruro de metileno, hexano, tolueno y xileno. Adicionalmente, el estabilizador HALS puede incorporarse en el (U)HMWPE durante la polimerización. Esto tiene la ventaja de que puede obtenerse una distribución muy homogénea del HALS en el (U)HMWPE.

De acuerdo con una realización de la invención, el (U)HMWPE se reticula por irradiación mediante aplicación por ejemplo de irradiación gamma o irradiación de haces electrónicos, como se describe en el manual "The UHMWPE Handbook" citado anteriormente, en p. 37-47. La dosis de irradiación utilizada para obtener un artículo de (U)HMWPE fuertemente reticulado se selecciona entre 30 y 250 kGray (kGy), preferiblemente entre 30 y 170 kGy y más preferiblemente entre 40 y 130 kGy. Para obtener un artículo de (U)HMWPE menos reticulado o cuando se utiliza irradiación en combinación con reticulación química por el uso de un iniciador, puede utilizarse una dosis de irradiación menor, comprendida por ejemplo entre 25 y 50 kGy.

Para esterilización del artículo de (U)HMWPE de acuerdo con la invención, puede utilizarse una dosis de irradiación comprendida entre 10 y 40 kGy, con preferencia entre 20 y 35 kGy.

De acuerdo con una segunda realización de la invención, el (U)HMWPE se reticula por adición de un iniciador, por ejemplo un peróxido y opcionalmente un coagente al (U)HMWPE.

Ejemplos de peróxidos adecuados incluyen peróxido de terc-butil-cumilo, peroxibenzoato de terc-butilo, peróxido de di-terc-butilo, 3,3,5,7,7-pentametil-1,2,4-trioxepano,1,1-di(terc-butilperoxi)-3,3,5trimetilciclohexano, 4,4-di(terc-butilperoxi)valerato de butilo, 2,5-dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexino-3, 2,5-dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexano, peróxido de di(4-rnetilbenzoílo), peróxido de dibenzoílo, peróxido de di(2,4-diclorobenzoílo), peróxido de dicumilo, 1-(2-terc-butilperoxiisopropil)-3-isopropenil-benceno, 2,4-dialiloxi-6-terc-butilperoxi-1,3,5-triazina, di(terc-butilperoxiisopropil)benceno, monohidroperóxido de diisopropilbenceno, hidroperóxido de cumilo, e hidroperóxido de terc-butilo.

Opcionalmente se utiliza un coagente, un compuesto con 2 o más insaturaciones, para aumentar la eficiencia de reticulación del peróxido. Ejemplos de coagentes adecuados incluyen divinilbenceno, ftalato de dialilo, cianurato de trialilo, isocianurato de trialilo, trimelitato de trialilo, meta-fenileno-bismaleimida, dimetacrilato de etilenglicol, diacrilato de etilenglicol, trimetacrilato de trimetilolpropano, tetrametacrilato de pentaeritritol, diacrilato de cinc, dimetacrilato de cinc, y polibutadieno.

El iniciador se utiliza generalmente en una cantidad comprendida entre 0,001 y 2,5% en peso, con preferencia entre 0,01 y 1% en peso, y el co-agente en una cantidad comprendida entre 0,001 y 2,5% en peso, con preferencia entre 0,1 y 1% en peso, basados ambos en el peso total del (U)HMWPE.

El HALS, opcionalmente el iniciador, por ejemplo peróxido, y opcionalmente el coagente, pueden incorporarse en el (U)HMWPE en el paso a y opcionalmente b, y consolidarse luego por moldeo mediante compresión o prensado isostático en caliente. El HALS, opcionalmente el iniciador y opcionalmente el coagente pueden incorporarse en el (U)HMWPE por cualquier método conocido. El HALS, opcionalmente el iniciador y opcionalmente el coagente, sea en forma líquida o en forma de polvo, pueden mezclarse con la resina o masa fundida de (U)HMWPE. Alternativamente, la resina (U)HMWPE puede impregnarse con una solución del HALS y opcionalmente el iniciador en un disolvente, por pulverización de una solución del HALS y opcionalmente el iniciador sobre la resina (U)HMWPE, y mezcladura de las partículas de (U)HMWPE con el HALS y opcionalmente el iniciador en CO2 supercrítico. En todos los métodos, la impregnación del HALS y opcionalmente el iniciador pueden tener lugar simultáneamente o por separado, es decir una tras otra.

La reticulación tiene lugar en la masa fundida durante el moldeo y/o por radiación. Pueden utilizarse varios métodos de procesamiento para el moldeo y, en caso necesario, la mecanización (paso opcional) de las resinas (U)HMWPE en productos a granel, como se describe por ejemplo en Steven M. Kurtz en "The UHMWPE Handbook", Elsevier Academic Press, 2004, p. 22-31 (en lo sucesivo "The UHMWPE Handbook"), que se incorpora en esta memoria como referencia. Una breve descripción de los métodos principales se expone a continuación.

El primer método es el moldeo por compresión, en el cual un molde lleno con resina (U)HMWPE se somete a una combinación de temperatura elevada y alta presión durante cierto periodo de tiempo. Subsiguientemente, el sistema se enfría a una velocidad lenta y uniforme a fin de minimizar la contracción y deformación del producto. El producto se mecaniza luego en bloques o barras cilíndricas más pequeños a partir de los cuales pueden mecanizarse los componentes finales, por ejemplo componentes de articulaciones.

El segundo método, la extrusión a pistón, produce formas de stock en barras cilíndricas de diámetro comprendido entre 25 mm y 150 mm. En este proceso, la carga de resina (U)HMWPE se alimenta a un canal y se aplica calor a continuación. Un pistón comprime y extrude luego la carga de polvo plastificada en el barril cilíndrico calentado, donde se consolida la misma para formar un stock cilíndrico en forma de barra. A medida que el pistón se mueve alternativamente hacia atrás y adelante, el stock de polvo en la cámara se llena de nuevo. Los componentes finales, por ejemplo, componentes articulares, pueden mecanizarse a partir del stock de barra.

En el tercer método, moldeo por compresión directa, la carga de resina (U)HMWPE se consolida en un producto a granel final o semifinal utilizando un molde premoldeado. La mecanización no siempre es necesaria cuando se aplica este método. Aunque este proceso es lento y costoso, los componentes articulares ortopédicos fabricados utilizando este método tienen acabados superficiales muy lisos y una consistencia dimensional excelente.

Una resina HMWPE puede procesarse también en fusión por moldeo de inyección o extrusión en una hoja o una barra. De este modo puede obtenerse directamente el producto final, pero es posible también la mecanización del producto a fin de obtener el producto final.

Además de los métodos anteriores, puede aplicarse el Prensado Isostático en Caliente (HIPing), como se describe en el UHMWPE Handbook en p.27.

La mecanización del (U)HMWPE se compone de operaciones de fresado y torneado tanto para el primer paso de desbaste como para el paso de acabado. Mayores detalles acerca de la mecanización se proporcionan en el "UHMWPE Handbook" citado anteriormente, en las páginas 31-32.

Los métodos que se utilizan para reticulación de (U)HMWPE por radiación, y que pueden aplicarse también a (U)HMWPE estabilizado con el HALS y, u opcionalmente, reticularse químicamente de acuerdo con la invención, son irradiación gamma e irradiación con haces electrónicos, como ha sido descrito por

G. Lewis en Biomaterials 2001, 22:371-401. En el caso de la irradiación gamma, la dosificación utilizada está comprendida entre 20 y 1000 kGy. Tanto una forma de stock como un artículo, o ambos, pueden someterse a reticulación por irradiación aplicando radiación de haces electrónicos o radiación gamma.

Opcionalmente, la forma de perfil o el artículo se somete a recocido después de la reticulación a una temperatura inferior a la temperatura de fusión de (U)HMWPE, por ejemplo entre 60 y 140ºC.

Además de etileno, el (U)HMWPE puede comprender uno o más comonómeros, por ejemplo propileno, butano, penteno, hexano, 4-metilpenteno, octano, octadieno y vinilnorborneno, y análogos, para conseguir características de procesamiento mejoradas o alterar las propiedades físicas y mecánicas del polímero. Adicionalmente, el polímero puede contener materiales no polímeros tales como agentes reforzantes, cargas, ignifugantes, pigmentos, y otros aditivos auxiliares como plastificantes, adyuvantes de procesamiento, tales como agentes de desmoldeo, estabilizadores adicionales tales como antioxidantes y estabilizadores UV, agentes de aceleración de la cristalización o agentes de formación de núcleos, modificadores de impacto y compatibilizadores. En particular, puede añadirse un estearato inorgánico tal como estearato de calcio o de cinc a la resina (U)HMWPE como agente de fluidez o para minimizar el efecto de cualesquiera residuos de catalizador, que tienen potencial para corroer las máquinas de conversión. Además, el estearato de calcio puede actuar como lubricante cuando debe fabricarse una pieza utilizando extrusión a pistón de los polvos de polímero, y puede ayudar a que el producto mantenga su color blanco.

El artículo de (U)HMWPE que comprende un HALS tiene una densidad de reticulación de 0,09 mol/dm3 o más.

El artículo de (U)HMWPE de acuerdo con la invención puede utilizarse en aplicaciones médicas, preferiblemente en implantes que tengan un espesor de al menos 2 mm, más preferiblemente al menos 4 mm. Por ejemplo, los implantes pueden utilizarse en ortopedia como material de soporte en articulaciones artificiales. Puede utilizarse (U)HMWPE por ejemplo en artroplastia de cadera, reemplazamientos de rodilla, reemplazamientos de hombro y aplicaciones espinales tales como reemplazamiento total de disco. Estas aplicaciones se describen en detalle en el manual "The UHMWPE Handbook" citado anteriormente, en los capítulos 4-6 (cadera), 7-8 (rodilla), 9 (hombro) y 10 (aplicaciones espinales).

La presente invención se describirá a continuación en detalle con referencia a los ejemplos siguientes, que no limitan en modo alguno el alcance de la invención.

Ejemplos

Materiales:

UHMWPE:

El UHMWPE utilizado tenía una Viscosidad Intrínseca, medida de acuerdo con ISO 1628-3, de 27 dl/g, que se corresponde a un peso molecular de 7,3 millones g/mol, como se calcula utilizando la ecuación de Margolies, Mw = 53700 x [I.V.]1,49.

El tamaño medio de partícula de la resina UHMWPE utilizada de acuerdo con ISO 13320 era 157 micrómetros.

Estabilizadores:

•: Vitamina E; (alfa-tocoferol de DSM Nutrional Products)

•: Poli{[[6-[(1,1,3,3-tetrametilbutil)amino]-s-triazina-2,4-diil][(2,2,6,6-tetrametil-4piperidinil)imino]-hexametileno [(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinil)imino]]}; (Chimassorb® 944 de Ciba Specialty Chemicals)

•: 1,3,5-Triazina-2,4,6-triamina, N,N"'-[1,2-etanodiilbis[[[4,6-bis[butil(1,2,2,6,6-pentametil-4piperidinil)amino]-1,3,5-triazina-2-il]imino]-3,1-propanodiil]]-bis[N',N"-dibutil-N',N"bis(1,2,2,6,6-pentametil-4-piperidinilo); (Chimassorb® 119 de Ciba Specialty Chemicals)

•: 1,6-hexanodiamina, N,N'-bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinilo)-, polímero con 2,4,6-tricloro1,3,5-triazina, productos de reacción con 3-bromo-1-propeno, n-butil-1-butanamina y N-butil2,2,6,6-tetrametil-4-piperidinamina, oxidados, hidrogenados; (Tinuvin® NOR 371 de Ciba Specialty Chemicals).

Preparación de los compuestos mezclados con disolvente

Los estabilizadores se añadieron al UHMWPE por mezcla en disolvente. Los estabilizadores se añadieron primeramente al polímero como una solución en cloroformo (aproximadamente 100 ml/100 g de polímero); en un segundo paso, se evaporó el cloroformo.

Irradiación de las muestras

La irradiación se llevó a cabo por irradiación gamma (dosis 25, 75 y 150 kGray (kGy)) sobre muestras de stock bajo nitrógeno que se sellaron a vacío en bolsas de papel con un revestimiento de aluminio en el interior. Para preparar las muestras de test para el test de hinchamiento, se preparó una forma de stock que se irradió y se mecanizó más tarde para formar las muestras de test más pequeñas.

Preparación de las muestras

El polvo se moldeó por compresión en muestras de acuerdo con ISO 11542-2.

Las dimensiones necesarias de la muestra para los análisis se mecanizaron a partir de las muestras de stock moldeadas.

Envejecimiento:

Las muestras para el test de tracción y para la determinación del color se envejecieron durante dos semanas en un horno con ventilación de aire (aglutinante FDL115) a 110ºC.

Medida de la densidad de reticulación

La densidad de reticulación se determinó de acuerdo con ASTM F2214-02, utilizando muestras con las dimensiones 5 mm * 5 mm * 5 mm que se mecanizaron a partir de las muestras de stock que se irradiaron. Estas muestras se sometieron a hinchamiento en o-xileno.

Determinación del color

La determinación del color se realizó de acuerdo con ISO 7724-1-2-3 (CIELAB, D65, 10º, d8). La determinación se realizó por reflexión utilizando un fondo negro con un espectrofotómetro Minolta. Como muestras se utilizaron placas de 1 mm de espesor que se mecanizaron a partir de las muestras de stock después de irradiación y envejecimiento.

Ensayos de tracción

Los ensayos de tracción (elongación a la rotura y carga máxima unitaria de tracción) se realizaron de acuerdo con ISO 527.

Se punzonaron barras de tracción (tipo ISO 527-5B) a partir de muestras de 1 mm de espesor, que se mecanizaron a partir de las muestras de stock después de irradiación y envejecimiento.

Determinación del índice de oxidación

Los índices de oxidación se determinaron a partir de los Espectros Infrarrojos medidos en transmisión sobre recortes de aproximadamente 100 Im, que se cortaron a partir de cubos de 5 * 5 * 5 mm. Los es

5 pectros se registraron en un aparato Perkin Elmer Auto Image utilizando 20 barridos y una resolución de 4 cm-1. Los espectros se normalizaron de acuerdo con ASTM F2102-06 a 1370 cm-1 (1330-1370, base 1400 cm-1). El índice de oxidación se definió como la altura de pico a 1717 cm-1 utilizando una línea base trazada desde 1680 a 1765 cm-1.

10 Resultados:

Tabla 1. Determinación del color

En la Tabla 1, se da la diferencia entre el color del valor b* de las diferentes muestras y el color de la 15 muestra de referencia (muestra no estabilizada y no irradiada).

Ejemplo: Estabilizador Dosis de radiación

0 kGy: 25 kGy 75 kGy 150 kGy

A: - 0 0,55 1,35 2,88

B: 0,15 %p Vitamina E 7,71 12,16 12,07 13,07

1: 0,05 %p Chimassorb 944 -0,14 0,47 1,39 3,00

2: 0,15 %p Chimassorb 944 -0,13 0,30 1,31 2,92

3: 0,05 %p Chimassorb 119 -0,21 0,41 1,31 2,84

4: 0,15 %p Chimassorb 119 -0,23 0,2 123 2,91

5: 0,05 %p Tinuvin NOR 371 0,36 0,46 1,48 2,93

6: 0,15 %p Tinuvin NOR 371 0,94 1,44 2,29 3,41

A partir de estos resultados se veía claramente que las muestras que contenían vitamina E eran más 20 amarillas que las muestras que contenían HALS.

Tabla 2. Densidad de reticulación

Densidad de reticulación (mol/dm3) para las muestras que se irradiaron con dosis diferentes. 25

Ejemplo: Estabilizador Dosis de radiación

25 kGy: 75 kGy 150 kGy

C: -- 0,148 0,223 0234

D: 0,15 %p Vitamina E 0,087 0,160 0,215

7: 0,05 %p Chimassorb 944 0,145 0,258 0,335

8: 0,15 %p Chimassorb 944 0,157 0,233 0,381

9: 0,05 %p Chimassorb 119 0,114 0,213 0,196

10: 0,15 %p Chimassorb 119 0,131 0,187 0,248

11: 0,05 %p Tinuvin NOR 371 0,151 0,209 0,279

12: 0,15 %p Tinuvin NOR 371 0,120 0,162 0,323

A partir de los resultados de la Tabla 2, se ve claramente que en el caso de las muestras estabilizadas con HALS es necesaria una menor dosis de radiación para obtener una densidad de reticulación que es 30 comparable a la muestra que contenía vitamina E.

Tabla 3. Resistencia a la tracción

Resistencia a la tracción (N/mm2) de las muestras que se irradiaron con dosis diferentes, después de envejecimiento durante dos semanas a 110ºC.

Ejemplo: Estabilizador Dosis de radiación

0 kGy: 25 kGy 75 kGy 150 kGy

E: - 11,6 10,8 13,6 17,4

F: 0,15 %p Vitamina E 55 51 48,7 41,6

13: 0,05 %p Chimassorb 944 56,9 50,3 45,9 42,4

14: 0,05 %p Chimassorb 119 55,4 49,6 45,3 41,8

15: 0,05 %p Tinuvin NOR 371 56,2 48,5 45,1 40,6

A partir de estos resultados puede verse claramente que, después del envejecimiento, las muestras que 10 comprendían 0,05% en peso de HALS tenían una resistencia a la tracción que era comparable a la resistencia a la tracción para una muestra que comprendía 0,15% en peso de vitamina E.

Tabla 4. Índice de oxidación

15 Índice de oxidación de muestras que se irradiaron con dosis diferentes después de envejecimiento durante dos semanas a 110ºC.

Ejemplo: Estabilizador Dosis de radiación

0 kGy: 25 kGy 75 kGy 150 kGy

G: — 9,74 8,96 10,5 8,8

H: 0,15 %p Vitamina E 0,012 0,042 0,095 0,215

16: 0,05 %p Chimassorb 944 0,112 0,019 0,184 0,239

17: 0,05 %p Chimassorb 119 0,024 0,139 0,276 0,210

18: 0,05 %p Tinuvin NOR 371 0,108 0212 0,224 0,293

A partir de estos resultados puede verse claramente que 0,05% de HALS podía prevenir un aumento del 20 índice de oxidación. La cantidad necesaria del HALS era menor que el 0,15% en peso de vitamina E que se necesitaba para obtener el mismo resultado.

Tabla 5. Cambio en la densidad de reticulación

25 Cambio de densidad de reticulación (en mol/dm3) de las muestras que se irradiaron con dosis diferentes después de envejecimiento durante dos semanas a 110ºC.

Ejemplo: Estabilizador Dosis de radiación

25 kGy: 75 kGy

1: — -0,1 -0,2

J: 0,15 %p Vitamina E 0,0 0,0

19: 0,05 %p Chimassorb 944 0,0 0,0

20: 0,05 %p Chimassorb 119 0,0 0,0

21: 0,05 %p Tinuvin NOR 371 0,0 0,0

A partir de estos resultados puede verse claramente que el HALS, así como la vitamina E, eran eficaces para prevenir una disminución en la densidad de reticulación debida al envejecimiento.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Proceso para producir un artículo de polietileno de peso molecular ultra-elevado (UHMWPE) o un artículo de polietileno de peso molecular alto (HMWPE) que comprende:

5 -incorporar en una resina (U)HMWPE con una distribución de pesos moleculares (Mw/Mn) comprendida entre 2 y 18 un Fotoestabilizador de Amina Impedida (HALS) y

-

reticular la resina (U)HMWPE durante o después del moldeo de la resina (U)HMWPE.
2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende los pasos siguientes:

10 a) incorporación en la resina (U)HMWPE de un Fotoestabilizador de Amina Impedida (HALS) de acuerdo con una de las fórmulas o combinaciones generales siguientes del mismo:

15 en donde R1 hasta y con inclusión de R5 son en esta memoria sustituyentes independientes seleccionados de grupos hidrógeno, éter, éster, amina, amida, alquilo, alquenilo, alquinilo, aralquilo, cicloalquilo y/o arilo, sustituyentes que pueden contener a su vez grupos funcionales seleccionados de alcoholes, cetonas, anhídridos, iminas, siloxanos, éteres, grupos carboxilo, aldehídos, ésteres, amidas, imidas, aminas, nitrilos, uretanos y cualquier

20 combinación de los mismos; b) moldeo o extrusión de la resina (U)HMWPE que comprende que comprende el HALS, dando como resultado un artículo; c) reticulación y esterilización del artículo por radiación gamma o radiación de haces electrónicos; 25 d) opcionalmente, si el paso b da como resultado una forma de stock, mecanización de la forma de stock en un artículo; en donde el paso c y el paso d pueden realizarse en cualquier orden.
3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende los pasos siguientes:

30 a) incorporación en la resina (U)HMWPE de un Fotoestabilizador de Amina Impedida (HALS) de acuerdo con una de las fórmulas o combinaciones generales del mismo:

35

en donde R1 hasta y con inclusión de R5 son en esta memoria sustituyentes independientes;

conteniendo por ejemplo grupos hidrógeno, éter, éster, amina, amida, alquilo, alquenilo, al

quinilo, aralquilo, cicloalquilo y/o arilo, pudiendo contener dichos sustituyentes a su vez gru

pos funcionales, por ejemplo alcoholes, cetonas, anhídridos, iminas, siloxanos, éteres,

grupos carboxilo, aldehídos, ésteres, amidas, imidas, aminas, nitrilos, uretanos y cualquier

40

combinación de los mismos;

b)

adición de un iniciador, por ejemplo un peróxido, y opcionalmente un coagente;

c)

moldeo o extrusión de la resina (U)HMWPE que comprende el HALS y el iniciador, dando

como resultado una forma de stock o un artículo;

d)

opcionalmente, cuando se aplica reticulación o esterilización ulterior por radiación gamma o

45

radiación de haces electrónicos, reticulación y/o esterilización de la forma de stock o el artí

culo;

e) opcionalmente, si el paso c da como resultado una forma de stock, mecanización de la forma de stock en un artículo; en donde el paso d y el paso e pueden realizarse en cualquier orden.
4.

Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el (U)HMWPE es UHMWPE con una viscosidad intrínseca de 8 dl/g o mayor.
5.

Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el (U)HMWPE comprende uno o más comonómeros.
6.

Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el HALS está presente en una cantidad comprendida entre 0,001 y 5% en peso, basada en el peso total del (U)HMWPE.
7.

Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde el HALS tiene un peso molecular de 1000 g/mol o mayor.
8.

Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde el HALS se incorpora en la resina (U)HMWPE por mezcla del HALS con la resina (U)HMWPE o masa fundida de (U)HMWPE, por impregnación de la resina (U)HMWPE con una solución del HALS o por pulverización de una solución del HALS sobre la resina (U)HMWPE o por adición de HALS a la masa fundida de (U)HMWPE.
9.

Proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el iniciador es un peróxido seleccionado del grupo constituido por peróxido de terc-butil-cumilo, peroxibenzoato de terc-butilo, peróxido de di-tercbutilo, 3,3,5,7,7-pentametil-1,2,4-trioxepano, 1,1-di(terc-butilperoxi)-3,3,5-trimetilciclohexano, 4,4-di(tercbutilperoxi)valerato de butilo, 2,5-dimetil-2,5-di(terc-butilperoxi)hexin-3,2,5-dimetil-2,5-di(tercbutilperoxi)hexano, peróxido de di(4-metilbenzoílo), peróxido de dibenzoílo, peróxido de di(2,4diclorobenzoílo, peróxido de dicumilo, 1-(2-terc-butilperoxiisopropil)-3-isopropenil-benceno, 2,4-dialiloxi-6terc-butilperoxi-1,3,5-triazina, di(terc-butilperoxiisopropil)benceno, monohidroperóxido de diisopropilbenceno, hidroperóxido de cumilo, e hidroperóxido de terc-butilo.
10.

Proceso de acuerdo con la reivindicación 3, en donde se utiliza un coagente seleccionado del grupo constituido por divinilbenceno, ftalato de dialilo, cianurato de trialilo, isocianurato de trialilo, trimelitato de trialilo, meta-fenileno-bismaleimida, dimetacrilato de etilenglicol, diacrilato de etilenglicol, trimetacrilato de trimetilolpropano, tetrametacrilato de pentaeritritol, diacrilato de cinc, dimetacrilato de cinc, y polibutadieno.
11.

Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde la resina (U)HMWPE se moldea mediante moldeo por compresión, extrusión a pistón, moldeo por compresión directa o prensado isostático en caliente.
12.

Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde la forma de stock o el artículo se somete a recocido después de reticulación por debajo de la temperatura de fusión del (U)HMWPE, por ejemplo entre 60 y 140ºC.
13.

Artículo de (U)HMWPE que puede obtenerse por el proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-12.
14.

Artículo de (U)HMWPE que comprende un HALS con una densidad de reticulación de 0,09 mol/dm3 o mayor, de acuerdo con ASTM F2214-02 utilizando muestras de 5 * 5 * 5 mm.
15.

Artículo de (U)HMWPE de acuerdo con la reivindicación 13 ó 14, en donde el artículo es un implante médico artificial.
16.

Artículo de acuerdo con la reivindicación 15, en donde el implante médico artificial se utiliza para artroplastia de cadera, como copa o revestimiento acetabular en un reemplazamiento total de articulación de cadera, reemplazamiento de rodilla, como la inserción tibial en un reemplazamiento total de articulación de rodilla, reemplazamiento de hombro o aplicaciones espinales tales como reemplazamiento total de disco.