Procesamiento de deformación en estado sólido de materiales poliméricos reticulados de alto peso molecular.

Un método para procesar un UHMWPE reticulado, en concreto, polietileno de peso molecular ultra-alto,

en el que el UHMWPE está caracterizado por una dimensión d1 en una dirección ortogonal a una dirección axial, y caracterizado además por un área de la sección transversal A1 en una sección transversal perpendicular a la dirección axial, comprendiendo el método:

calentar el UHMWPE reticulado a una temperatura a la que es deformable por compresión por debajo del punto de fusión cristalino;

aplicar presión sobre el UHMWPE de tal manera que aumente la dimensión a un valor d2 mayor que d1 y que aumente el área de la sección transversal a un valor A2 mayor que A1;

aliviar la presión para permitir un retorno a un valor d1' menor que d2 y un valor de área A1' menor que A2; y enfriar el UHMWPE reticulado hasta una temperatura de solidificación.

Procesamiento de deformación en estado sólido de materiales poliméricos reticulados de alto peso molecular Referencia cruzada a solicitudes relacionadas Esta solicitud es una continuación de la Solicitud de EE.UU. Nº 11/402.561 presentada el 12 de abril de 2006, que es una continuación parcial de la Solicitud de EE.UU. con Nº de Serie 10/963.974 presentada el 13 de octubre de 2004 y de la Solicitud de EE.UU. con Nº de Serie 10/963.975 presentada el 13 de octubre de 2004, y reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional de EE.UU. Nº 60/616.811 presentada el 7 de octubre de 2004, cuyas divulgaciones completas se incorporan por la presente como referencia.

Introducción La invención se refiere un material polimérico de alto peso molecular reticulado y a métodos para tratar los materiales para proporcionar propiedades mejoradas. En particular, la invención proporciona métodos y materiales para su uso en la preparación de implantes poliméricos con un alto grado de resistencia al desgaste y a la oxidación.

El polietileno de peso molecular ultra-alto (UHMWPE) reticulado se usa hoy en día ampliamente en implantes médicos tales como componentes acetabulares para sustituciones completas de cadera. Sigue habiendo interés en la comunidad ortopédica para encontrar métodos alternativos para procesar el UHMWPE reticulado por radiación para mejorar las propiedades mecánicas mientras aún se mantiene la resistencia al desgaste y la estabilidad oxidativa en el material.

En la Patente de Estados Unidos Nº 6.168.626, Hyon et al. informan de la mejora de las propiedades mecánicas de UHMWPE reticulado mediante procesado por deformación a una temperatura a la que es deformable por compresión. Después del procesado por deformación, el material se enfría mientras se mantiene en el estado deformado. Se obtiene un artículo moldeado de UHMWPE orientado que tiene una orientación de planos cristalinos en una dirección paralela al plano de compresión. La compresión se realiza usando un troquel adecuado o puede realizarse usando una máquina de compresión en caliente.

Los materiales poliméricos tales como UHMWPE pueden reticularse para proporcionar materiales con propiedades de desgaste superiores, por ejemplo. Los materiales poliméricos pueden reticularse químicamente o, preferiblemente, pueden reticularse por irradiación, tal como irradiación gamma (irradiación-ï?§) . La acción de la irradiación ï?§ sobre el polímero da como resultado la formación de radicales libres dentro de los materiales a granel. Los radicales libres proporcionan sitios para las reacciones de reticulación de las cadenas moleculares de los materiales a granel. Se ha reconocido que la presencia de radicales libres, incluyendo aquellos que sobreviven después del tratamiento térmico posterior, son también susceptibles del ataque del oxígeno para formar productos de oxidación. La formación de tales productos de oxidación generalmente conduce al deterioro de las propiedades mecánicas.

Para eliminar completamente los radicales libres y proporcionar materiales poliméricos de alta estabilidad oxidativa, se sabe cómo tratar térmicamente el material reticulado por encima del punto de fusión cristalino del polímero. Esto tiene una tendencia a destruir o recombinar todos los radicales libres en el material a granel. Como resultado, el material reticulado es muy resistente a la degradación oxidativa. Sin embargo, se pierden algunas propiedades mecánicas deseables durante la etapa de fusión.

Sería deseable proporcionar materiales tales como UHMWPE reticulado que combinan un alto nivel de propiedades mecánicas y una alta resistencia a la degradación oxidativa.

Sumario Un método de procesamiento por deformación en estado sólido de polímeros reticulados incluye deformar un material a granel polimérico comprimiéndolo en una dirección ortogonal a un eje principal del material a granel y, opcionalmente, enfriando el material a granel mientras se mantiene la fuerza de deformación. Cuando el material polimérico está fabricado de UHMWPE y la reticulación es por irradiación, tal como irradiación-ï?§, los productos del método son particularmente adecuados para su uso en componentes de soporte e implantes para sustitución completa de cadera y similares.

El nivel de radicales libres en el polímero reticulado se reduce, aunque normalmente no se elimina, trabajando el material con los métodos descritos en la presente memoria. El material a granel se calienta a una temperatura a la que es deformable por compresión y se somete después a una fuerza o presión que cambia una dimensión del material a granel de manera que el material fluye. Aunque la divulgación no está limitada por la teoría, se cree que el flujo de material conduce a la inactivación o la reacción de radicales libres, conduciendo a un menor nivel observado en el sólido. Ventajosamente, la temperatura a la que es deformable por compresión puede elegirse por debajo de la temperatura de fusión cristalina del polímero, de manera que el tratamiento térmico no afecte negativamente a las propiedades físicas. A pesar de tener un nivel medible (aunque reducido) de radicales libres, el material a granel tratado tiene un grado de estabilidad oxidativa, en muchos casos equiparable al del material a granel que se ha

fundido para retirar los radicales libres.

En un aspecto, la invención implica la extrusión en estado sólido de un material a granel alargado mientras el material está a una temperatura a la que es deformable por compresión, preferiblemente por debajo del punto de fusión. Un troquel de extrusión funciona para aplicar presión sobre el material a granel en una dirección ortogonal al eje principal, dando como resultado la compresión del material y el flujo de material como se ha dicho. El material a granel extruido se enfría después, opcionalmente mientras se mantiene en el estado deformado. Alternativamente o además, se aplica presión por medio de rodillos, placas de compresión, y similares. Después de un periodo de refrigeración, se alivian las tensiones del material a granel por recalentamiento a una temperatura de recocido por debajo del punto de fusión, todo este tiempo sin aplicar presión.

Puede obtenerse un artículo moldeado de UHMWPE orientado de acuerdo con los métodos de la invención reticulando un artículo en bruto de UHMWPE con un rayo de alta energía tal como irradiación gamma, calentando el UHMWPE reticulado a una temperatura a la que es deformable por compresión, y deformando por compresión el UHMWPE, seguido de enfriamiento y solidificación. Preferiblemente, el material de partida está en forma de un objeto, tal como un cilindro o una barra, caracterizado por una dirección axial paralela al eje principal del objeto y por una dirección transversal ortogonal a la dirección axial. El material de UHMWPE y el artículo moldeado tienen un nivel detectable de radicales libres, pero son resistentes a la degradación oxidativa evidenciada por un aumento muy bajo, preferiblemente indetectable, en las bandas de absorción infrarrojas del material de UHMWPE que corresponden a la formación de grupos carbonilo durante el envejecimiento acelerado.

En diversas realizaciones, por deformación por compresión en una dirección ortogonal al eje principal de un material a granel, se forma un material anisotrópico en el que las propiedades mecánicas en la dirección del eje principal difieren de las propiedades mecánicas en la dirección ortogonal o transversal. Después del alivio de tensión, las propiedades mecánicas difieren en un 20% o más en la dirección axial, en contraposición a las direcciones ortogonales. Para ilustración, en diversas realizaciones la resistencia a tracción medida en la dirección axial del material a granel es un 20% o más que la resistencia a tracción medida en las direcciones transversales.

Los polímeros tratados por los métodos presentan una combinación deseable de alta resistencia a tracción y resistencia a la degradación oxidativa. En diversas realizaciones, la deformación transversal del UHMWPE, por ejemplo, conduce a un material que tiene una resistencia a tracción a rotura mayor que 50 MPa y, preferiblemente, mayor que 60 MPa, medida en el eje ortogonal a la deformación. Al mismo tiempo, el material es resistente a la degradación oxidativa, no mostrando en las realizaciones preferidas esencialmente ningún cambio en el índice de oxidación durante el envejecimiento acelerado.

Breve descripción de los dibujos La presente invención se entenderá mejor a partir de la descripción detallada y los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 ilustra la geometría de un proceso de extrusión;

La Figura 2 muestra diversas... [Seguir leyendo]

1. Un método para procesar un UHMWPE reticulado, en concreto, polietileno de peso molecular ultra-alto, en el que el UHMWPE está caracterizado por una dimensión d1 en una dirección ortogonal a una dirección axial, y caracterizado además por un área de la sección transversal A1 en una sección transversal perpendicular a la dirección axial, comprendiendo el método:

calentar el UHMWPE reticulado a una temperatura a la que es deformable por compresión por debajo del punto de fusión cristalino;

aplicar presión sobre el UHMWPE de tal manera que aumente la dimensión a un valor d2 mayor que d1 y que aumente el área de la sección transversal a un valor A2 mayor que A1;

aliviar la presión para permitir un retorno a un valor d1' menor que d2 y un valor de área A1' menor que A2; y enfriar el UHMWPE reticulado hasta una temperatura de solidificación.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que el UHMWPE se reticula con irradiación gamma.

3. Un método según la reivindicación 1, en el que se aplica presión por extrusión a través de un troquel creciente.

4. Un método según la reivindicación 1, en el que el UHMWPE reticulado comprende una barra que tiene una 15 sección transversal circular.

5. Un método según la reivindicación 4, en el que la sección transversal circular tiene un diámetro d1 de 5, 08-10, 16 cm (2-4 pulgadas) .

6. Un método según la reivindicación 5, en el que la sección transversal circular tiene un diámetro d1 de aproximadamente 7, 62 cm (3 pulgadas) .

7. Un método según la reivindicación 1, en el que d1' es aproximadamente igual a d1 y A1' es aproximadamente igual a A1.

8. Un método para fabricar un componente de soporte de un implante médico que comprende procesar un UHMWPE reticulado por un método de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, y mecanizar el componente de soporte a partir del UHMWPE reticulado enfriado, en el que el eje de soporte de carga del componente de soporte es coincidente con la dirección axial.