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JP6224460B2 - 高バリアエラストマーの糞便カテーテルまたはオストミーパウチ - Google Patents

高バリアエラストマーの糞便カテーテルまたはオストミーパウチ Download PDF

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Description

本発明は、糞便カテーテル、糞便パウチ、すなわちオストミーパウチ用の臭気バリア材料に関するものである。
糞便カテーテルは、管の壁を通って糞便の臭気を透過させることに対して、時折非難されてきた。
低臭気バリアの考えられる要因は、これらの装置を構成するシリコン材料である。シリコンの臭気バリアは、ポリマー材料の中で最悪なものの1つであることが知られている。例えば、シリコンの酸素透過速度は、775000ccミル/m/日であると報告されている。それゆえに、20ミルの厚さのシリコンカテーテルは、一般に使用される、50cc/m/日以下の透過速度を有するオストミーのフィルムよりも透過速度が約3桁悪い。
低臭気バリアを有するシリコンの糞便カテーテルに対する別の考えられる説明は、前記装置で使用される押出しシリコンが比較的粗く、結果として、糞便の成分を捕捉し得るということである。糞便物質を捕捉する領域の外形は、臭気が透過する相当量の表面領域を提供する。
高い臭気透過速度と広い表面領域の組み合わせは、糞便カテーテルで使用されるシリコンの低臭気バリア特性の一因となっている。
米国特許第6946522号明細書 米国特許第7056971号明細書 米国特許第7060753号明細書 米国特許第7629406号明細書
シリコンの好ましい特徴を有する一方、シリコンの臭気バリアよりもかなり良い臭気バリアを提供する、糞便カテーテルで使用される材料を開発することが望ましい。
本発明の目的は、これらの特徴を有する臭気バリアポリマーを提供することである。
熱可塑性エラストマー(TPE)や硬化性エラストマーは、医療装置での使用でよく知られている。しかしながら、これらのエラストマーが、高臭気バリア特性を示すことは知られていない。本発明は、柔らかさ、押出し後に変形できる能力(融着及び結合)、及び閉塞しないことの特徴を維持する一方、高臭気バリアを達成するエラストマーの改良である。
本発明の一実施形態は、ASTM D3985に従って酸素透過速度を計測した臭気バリアが、23℃で50000ccミル/m/日以下、より好ましくは5000ccミル/m/日以下の、高バリアエラストマーから作られた単一層のカテーテルに関する。このカテーテルは、臭気バリアがシリコンカテーテルよりも少なくとも10倍良い。
熱可塑性エラストマーのガスバリアを向上させるために液体ポリイソブテン油可塑剤を使用することは、米国特許第6946522号明細書、米国特許第7056971号明細書、及び米国特許第7060753号明細書に開示されている。しかしながら、特に、柔らかいエラストマー、すなわち、ショアA硬度60未満のエラストマーを対象とするとき、これらの形成により、折り畳んで纏めると、熱可塑性エラストマーカテーテルの表面が互いに対してシールする閉塞部を作り出す。油可塑剤を多く使用すると、熱可塑性エラストマーを柔らかくすることはできるが、油の多い表面に悪影響をもたらす。その結果、押出し後に変形(融着及び結合)しにくくなる。加えて、オレフィンブロック共重合体(OBC、例えばDow製のInfuse(商標))をベースにした熱可塑性エラストマーは、開示されていなかった。閉塞を最少限にする一般的なアプローチは存在するが、鉱油またはスリップ添加剤を加えることを含む。しかしながら、これらのアプローチは、表面結合の悪影響に起因して各部分が糞便カテーテルに変形することが妨げられるという欠点を有する。高密度ポリエチレン(HDPE)のバリア特性を向上させるために、4%未満の濃度の有機粘土を使用することが、米国特許第7629406号明細書に開示されている。しかしながら、熱可塑性エラストマーで有機粘土を使用することは、ショアA硬度60以下、好ましくはショアA硬度50以下については言及されていなかった。
本発明の別の実施形態は、60以下のショアA硬度、及び、2500cc/m/日以下、好ましくは1000cc/m/日以下の酸素透過速度を有し、(1)熱可塑性エラストマー、(2)臭気バリアモディファイア(odor barrier modifier)、及び(3)少なくとも0.1%の抗ブロッキング剤を備え、熱可塑性エラストマーが、スチレンブロック共重合体、熱可塑性加硫物、またはポリオレフィンエラストマーからなるグループから選択され、臭気バリアモディファイアが、ポリイソブテン、ポリブテン、または有機粘土からなるグループから選択され、抗ブロッキング剤が、実質的に無機のフィラー(essentially inorganic fillers)、例えばシリカ、滑石、粘土、雲母等、及びこれらのブレンドからなるグループから選択される糞便カテーテルに関する。ある実施形態では、臭気バリアモディファイアとして、かつ、抗ブロッキング剤として、有機粘土を使用できることに留意する。有機粘土は、モンモリロナイト粘土、スメクタイト粘土、挿入粘土、ナノ粘土、または上記の混合物を有する。本発明で説明される有機粘土は、スメクタイト粘土ファミリーの中で最も一般的なものである、Nanocor製のモンモリロナイト粘土を含む。有機粘土は、1つの寸法がナノメートルのレンジ内にある独特の形態を有するナノ粘土からなっていてもよい。加えて、有機粘土は、表面の変更プロセスによって粘土のギャラリー空間(clay gallery spacing)が増加した、粘土化合物複合体(clay-chemical complex)を生み出す有機インターカラント(intercalant)とともに挿入されることが望ましい。温度、及び剪断の適切な条件下で、挿入物は、レジンマトリクスの中で剥離させることができる。カテーテルの押出しの製造を容易にするために、溶融粘度モディファイア(melt viscosity modifier)、粘着付与剤(tackifier)、脱粘着付与剤(detackifier)、可塑剤等を含む、以下の添加剤を任意に使用できる。
スチレンブロック共重合体(SBC)をベースにした熱可塑性エラストマーは、スチレン−イソプレン−スチレン(SIS)、スチレン−ブタジエン−スチレン(SBS)、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレン(SEBS)、スチレン−エチレン/プロピレン−スチレン(SEPS)、または上記のブレンドを有する。熱可塑性加硫物(TPV)は、硬化性ゴムとポリオレフィン(すなわち、ポリプロピレンまたはポリエチレンの、ホモポリマー及びコポリマー)のブレンドを有する。硬化性ゴムは、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)、エチレンプロピレンゴム、サントプレン等を有する。ポリオレフィンエラストマーは、オレフィンブロック共重合体(OBC)、例えばDow製のInfuse(商標)を有し、同一高分子マトリクス内部で、オレフィンブロック共重合体の結晶相がハードブロックとしての機能を果たし、非結晶質のブロック共重合体がソフトブロックとしての機能を果たす。以下は、ASTM D3985に従って23℃で酸素透過速度を計測したときの臭気バリアをまとめたものである。
Figure 0006224460
少なくとも0.1%、より好ましくは0.5%より多い抗ブロッキング剤が、スチレンブロック共重合体の熱可塑性エラストマー及び液体ポリイソブテンを含む高バリアエラストマー製剤(formulation)に加えられたとき、約1000cc/m/日の範囲の臭気バリアが、閉塞しない糞便カテーテルを作ることに対して達成された。タマネギの臭気の漏出が120分より長くなるレベルの臭気バリアの向上が、ISO8670−3に従うタマネギのテストによって確認された。スチレンブロック共重合体の熱可塑性エラストマー、液体ポリイソブテン、有機粘土を含むポリオレフィン熱可塑性エラストマー(PTE)から作られた糞便カテーテルにおいて、さらなるバリアの向上が見られた。この例では、タマネギの臭気の漏出は、8時間よりも長かった。酸素バリア及びタマネギバリアの結果を表1に示す。
本発明の別の実施形態は、多層構造をベースにした糞便カテーテルである。前記糞便カテーテルでは、少なくとも1層は上記した抗ブロッキング剤なしの高バリアエラストマーから選択され、少なくとも別のスキン層は、(1)少なくとも0.1%の抗ブロッキング剤を有する上記した同一の高バリアエラストマー、少なくとも0.1%の抗ブロッキング剤を使用したエラストマーアロイ、または少なくとも0.1%の抗ブロッキング剤を使用していないエラストマーアロイからなるグループから選択される。エラストマーアロイは、分子レベルで相性が悪い(incompatible)2つの高分子マトリクスのブレンドとして規定される。抗ブロッキング剤の利点は、カテーテルが閉塞しないように、粗い表面を提供することである。エラストマーアロイの利点は、分子レベルでの相性の悪さ(incompatibility)により、カテーテル表面に粗さを作り、閉塞しないカテーテルを生み出す。加えて、エラストマーアロイに加える一般的な材料には、熱可塑性ポリウレタン(TPU)が含まれるが、これに限定されない。熱可塑性ポリウレタンの極性を有する構造に起因して、エラストマーアロイの後続の変形がより容易になる。カテーテル構造物の大部分が高バリアエラストマーによって設けられているので、臭気バリア及び柔らかさは、上の開示に基づいて維持される。センター層とスキン層の両方がエラストマーベースであるので、糞便カテーテルの層間の接着は十分に良好である。
抗ブロッキング剤の添加に加えて、カテーテルが閉塞しないように、カテーテルの壁の表面粗さを高めるために低温処理条件を利用できる。抗ブロッキング剤及び/または低温処理条件の効果は、非接触の表面構造分析装置、例えば走査型白色光干渉分光装置(Scanning White Light interferometry(SWLI))、原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy(AFM))等を用いて得られた表面粗さによって特徴付けることができる粗い表面である。走査型白色光干渉分光法をベースにした非接触表面構造イメージング分析装置(non-contact imaging surface structure analyzer)は、Zygo NewView 7300によって形成されている。非接触原子間力顕微鏡法はFEIによって形成できる。表面トポグラフィーの質を定量化するために使用されている典型的なパラメータは、算術平均値Raによって表される表面粗さである。本発明の開示では、抗ブロッキング剤が低温処理温度で使用されるか、または抗ブロッキング剤が低温処理温度ではない温度で使用されるとき、0.1μm以上、好ましくは1μm以上のRaを有する粗い表面により、閉塞しない糞便カテーテルが得られる。
本発明で説明される形成についての重要な特徴は、融着及び接着の結合によって、押出後に変形する能力である。5N/インチよりも大きい接着強さ及び熱融着強さが達成される。
本発明の別の実施形態は、エラストマーのカテーテルの臭気バリアを向上させるための有機粘土及び/またはゼオライトの使用に関する。例えば、単一層のカテーテルは、60以下のショアA硬度、好ましくは50以下のショアA硬度を有する、シリコン、ポリウレタン、スチレンブロック共重合体、熱可塑性加硫物、またはポリオレフィンエラストマーからなるグループから選択される有機粘土を含むエラストマーにより形成できる。
臭気バリアを向上させるためにナノ複合材料(ナノ粘土)フィラーを使用することは、新しいことではない。ナノ複合材料フィラーの添加により、臭気をもたらす化合物のための蛇行した通路を作り、基材の臭気バリアを向上させる。コーティング、添加剤、またはポリマーを有する様々なナノ複合材料は、様々な会社、例えば、Nanocor、Nanoresin、Southern Clays、Nano-X、Inmat等によって市販されている。ナノ複合材料は、大部分は粘土ベースであるので比較的硬い。それゆえに、FMSアプリケーションでナノ複合材料を使用することの課題は、以下の2つ要素、(1)ナノ複合材料フィラーのウェッティング(wetting)及び接着、またはシリコンチューブへのコーティングにおける困難性、及び(2)曲げた時の臭気バリア性である。それゆえに、本発明の独自性は、完全にカバーされ、かつ/または比較的均一に分散させたナノ複合材料を含む、曲げた時にひび割れないカテーテルを有する柔らかいチューブの形成である。前記柔らかいナノ粘土を含むカテーテルは、60以下のショアA硬度、より好ましくは50以下のショアA硬度とともに特徴付けられている。
本発明の別の実施形態は、60以下のショアA硬度、より好ましくは50以下のショアA硬度を有する、シリコン、ポリウレタン、スチレンブロック共重合体、熱可塑性加硫物、またはポリオレフィンエラストマーからなるグループから選択されるゼオライトを含むエラストマーから作られた単一層のカテーテルに関する。
ゼオライトの添加により、臭気をもたらす化合物を吸収するために、蛇行した通路及び部位を作り、基材の臭気バリアを向上させる。様々なゼオライトは、様々な会社、例えばUOPによって市販されている。ゼオライトは硬いフィラーであるので、使用したときに剛性を作り出す。それゆえに、FMSアプリケーションでゼオライトを使用することの課題は、以下の2つ要素、(1)シリコンチューブへのゼオライトのコーティングのウェッティング(wetting)及び接着における困難性、及び(2)曲げた時の臭気バリア性である。それゆえに、本発明の独自性は、完全にカバーされた柔らかいチューブ、及び/または曲げた時にひび割れない、比較的均一なゼオライトを含むエラストマーのカテーテルを有する柔らかいチューブの形成である。前記柔らかいゼオライトを含むカテーテルは、60以下のショアA硬度、より好ましくは50以下のショアA硬度とともに特徴付けられている。
本発明の別の実施形態は、60以下のショアA硬度、より好ましくは50以下のショアA硬度を有する、シリコン、ポリウレタン、スチレンブロック共重合体、熱可塑性加硫物、またはポリオレフィンエラストマーからなるグループから選択されるエラストマー基材への有機粘土を含むコーティングに関する。
本発明の別の実施形態は、60以下のショアA硬度、より好ましくは50以下のショアA硬度を有する、シリコン、ポリウレタン、スチレンブロック共重合体、熱可塑性加硫物、またはポリオレフィンエラストマーからなるグループから選択されるエラストマー基材へのゼオライトを含むコーティングに関する。
一連の実験は、以下で説明するように実施された。全部で4つの異なるナノ複合材料が評価された。2つのナノ複合材料はSouthern Clay製であり、2つのナノ複合材料はnanocor製であった。2つのタイプのコーティングマトリクスは、シリコン、及びポリウレタンを使用している。以下は、これらの研究結果をまとめたものである。
実験1:ナノ複合材料からなるシリコンコーティング
下記(1)〜(4)を含む2.5%のナノ複合材料がNusil 6350の2液型(two-part)シリコンに加えられた。
(1)Southern Clay Cloisite Na+,含水ケイ酸アルミニウム
(2)Southern Clay Cloisite 15A,ベントナイトを有するアンモニウム塩
(3)Nanocor 1.30E(オクタデシルアンモニウムの表面に適合したモンモリロナイト(Octadecyl ammonium surface compatabilized montmorillonite))
(4)Nanocor 1.34TCN(メチル−ビスヒドロキシエチルオクタデシルアンモニウムの表面に適合したモンモリロナイト(methyl, bis hydroxyethyl octadecyl ammonium surface compatabilized montmorillonite))
2液型シリコンは、コーティングとしてシリコンカテーテルに塗布され、130℃で30分間熱硬化された。コーティングされたカテーテルは、ISO8670−3:2000に従ってタマネギ臭気バリアに対してテストされた。約5グラムのタマネギがみじん切りにされ、12センチの長さのコーティングされたシリコンチューブ(すなわちカテーテル)の内部に詰められた。
Figure 0006224460
示すように、シリコンコーティングに2.5%のナノ複合材料を添加することにより、シリコンチューブのタマネギ臭気バリアを向上させる。シリコンコーティングを有する制御により、約5分間で、閉塞されたシリコンチューブの外部にタマネギの臭気が漏出した。これは、コーティングなしのシリコンチューブと大体同じであった。2.5%のナノ複合材料からなるシリコンコーティングがシリコンチューブに塗布された後、タマネギの臭気の開始は、45〜90分に延長された。
実験2:プライマーなしのナノ複合材料からなるポリウレタンコーティング
下記(1)〜(4)を含む、2.5%のナノ複合材料がSmooth-On, Vytaflex 30によって作られた2液型(two-part)ポリウレタンに加えられた。
(1)Southern Clay Cloisite Na+,含水ケイ酸アルミニウム
(2)Southern Clay Cloisite 15A,ベントナイトを有するアンモニウム塩
(3)Nanocor 1.30E(オクタデシルアンモニウムの表面に適合したモンモリロナイト(Octadecyl ammonium surface compatabilized montmorillonite))
(4)Nanocor 1.34TCN(メチル−ビスヒドロキシエチルオクタデシルアンモニウムの表面に適合したモンモリロナイト(methyl, bis hydroxyethyl octadecyl ammonium surface compatabilized montmorillonite))
2液型ポリウレタンがコーティングとしてシリコンカテーテルに塗布され、室温で6時間硬化された。コーティングされたカテーテルは、ISO8670−3:2000に従ってタマネギの臭気バリアに対してテストされた。約5グラムのタマネギがみじん切りにされ、12センチの長さのコーティングされたシリコンチューブ(すなわちカテーテル)の内部に詰められた。
Figure 0006224460
示すように、2.5%のナノ複合材料の添加により、タマネギの臭気バリアを大きく向上させる。ポリウレタンコーティングを有しいかなるナノ複合材料も有しない制御により、閉塞されたシリコンチューブの外部へのタマネギの臭気の開始を5分から30分に延長することができた。2.5%のナノ複合材料からなるポリウレタンコーティングがシリコンチューブに塗布された後、タマネギの臭気の開始は、6〜12時間に延長された。臭気バリアが向上したにもかかわらず、コーティングの接着は良くなかった。
実験3:プライマーを有する、ナノ複合材料からなるポリウレタンコーティング
実験2と同様の実験セットは、シランプライマーのDow Corning 1200を使用して繰り返された。同レベルのタマネギの臭気の向上が見られた。つまり、2.5%のナノ複合材料からなるポリウレタンコーティングがシランを下塗りした(primed)シリコンチューブに塗布された後、タマネギの臭気の開始は、ナノ複合材料なしの制御の30分から6〜12時間に延長された。ポリウレタンコーティングは、シリコンチューブに良好に引っ付き、かつ、曲げに耐えることができた。
Figure 0006224460
実験4:シリコンスラブ中のナノ複合材料
2%のNanocor 1.30Eが厚さ1mm(すなわち40ミル)のシリコンゲルスラブのNusil 6350の中に加えられた。タマネギのバリアは、ISO8670−3:2000に従ってナノ複合材料を有するシリコンスラブとナノ複合材料を有しないシリコンスラブとで比較された。
Figure 0006224460
結果として、2%のNanocor 1.30Eの添加により、シリコンスラブのタマネギの臭気バリアが5分から約60分に向上した。
本発明の別の実施形態は、60未満のショアA硬度を有し、少なくとも、(a)1層のシランカップリング剤、及び(b)少なくとも1層のナノ複合材料コーティングを有する向上した臭気バリア糞便カテーテルである。この形成により、シリコンの糞便カテーテルに塗布された場合、20000cc/m/日以下、より好ましくは10000cc/m/日以下、さらにより好ましくは5000cc/m/日以下の酸素透過速度となる。シランカップリング剤を使用せず、かつ、ナノ複合材料コーティングを有しないシリコンチューブは、約37500cc/m/日の酸素透過速度を有する。ナノ複合材料コーティングを有するがシランカップリング剤を有しないシリコンは、結合不足に起因して、30000〜35000cc/m/日に近い酸素透過速度を有する。代案としては、ガスバリアが、25000cc/m/日以下、より好ましくは10000cc/m/日以下、さらにより好ましくは5000cc/m/日以下に向上するように、60未満のショアA硬度を有する、熱可塑性エラストマー(TPE)またはポリウレタンチューブ(PU)に同じ製剤(formulation)を塗布することができる。
本発明で説明された材料は、糞便カテーテルとして使用できる。糞便パウチは、使用時に糞便カテーテルに共通に接続できる。糞便カテーテルで説明された同一材料は、糞便パウチを作るために使用された。表1に示された酸素透過及びタマネギの臭気に対する同様の臭気バリアの特徴は、実験室で得られた。したがって、糞便カテーテルに加えて、同一材料の構造物をオストミーパウチで使用できる。

Claims (14)

  1. 以下の構成i)〜iii)を備えることを特徴とする臭気バリア材料で作られた糞便カテーテルであって、当該糞便カテーテルが、0.1μm以上の算術平均表面粗さ(Ra)の表面を備えることを特徴とする糞便カテーテル。
    i)スチレンブロック共重合体、熱可塑性加硫物、またはポリオレフィンエラストマーからなるグループから選択される熱可塑性エラストマー
    ii)ポリイソブテン、ポリブテン、または有機粘土から選択される臭気バリアモディファイア
    iii)シリカ、滑石、粘土、及び雲母を含む実質的に無機のフィラーからなるグループから選択される抗ブロッキング剤
  2. 前記スチレンブロック共重合体は、スチレン−イソプレン−スチレン(SIS)、スチレン−ブタジエン−スチレン(SBS)、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレン(SEBS)、スチレン−エチレン/プロピレン−スチレン(SEPS)、または上記のブレンドを含むことを特徴とする請求項1に記載の糞便カテーテル。
  3. 前記熱可塑性加硫物は、硬化性ゴムとポリオレフィンのブレンドを含むことを特徴とする請求項1に記載の糞便カテーテル。
  4. 前記ポリオレフィンは、ポリエチレン及びポリプロピレンであり、これらのホモポリマー及びコポリマーを含むことを特徴とする請求項3に記載の糞便カテーテル。
  5. 前記硬化性ゴムは、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)、エチレンプロピレンゴム、サントプレン(登録商標)、及びこれらのブレンドからなるグループから選択されることを特徴とする請求項3に記載の糞便カテーテル。
  6. 前記ポリオレフィンエラストマーはオレフィンブロック共重合体を含み、
    前記オレフィンブロック共重合体の結晶相がハードブロックとしての機能を果たし、非結晶質のブロック共重合体がソフトブロックとしての機能を果たすことを特徴とする請求項1に記載の糞便カテーテル。
  7. 前記有機粘土は、モンモリロナイト粘土、スメクタイト粘土、挿入粘土、ナノ粘土、または上記の混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の糞便カテーテル。
  8. ASTM D3985に従う酸素バリア透過速度が、23℃で1000cc/m/日以下であることを特徴とする請求項1に記載の糞便カテーテル。
  9. 60以下のショアA硬度を有することを特徴とする請求項1に記載の糞便カテーテル。
  10. 前記糞便カテーテルの表面は、5N/インチより大きい接着強さを有する接着剤により結合できることを特徴とする請求項1に記載の糞便カテーテル。
  11. 前記糞便カテーテルの表面は、5N/インチより大きい融着強さを有して熱融着できることを特徴とする請求項1に記載の糞便カテーテル。
  12. 以下の構成i)〜iii)を備える臭気バリア材料で作られた糞便カテーテルであって、
    前記臭気バリア材料は、60以下のショアA硬度を有し、かつ、0.1μm以上、好ましくは1μm以上の算術平均表面粗さRaを有し、
    当該糞便カテーテルが、0.1μm以上の算術平均表面粗さ(Ra)の表面を備えることを特徴とする糞便カテーテル。
    i)スチレンブロック共重合体、熱可塑性加硫物、またはポリオレフィンエラストマーからなるグループから選択される熱可塑性エラストマー
    ii)ポリイソブテン、ポリブテン、または有機粘土から選択される臭気バリアモディファイア
    iii)シリカ、滑石、粘土、及び雲母を含む実質的に無機のフィラーからなるグループから選択される抗ブロッキング剤
  13. ASTM D3985に従う酸素バリア透過速度が、23℃で1000cc/m/日以下であることを特徴とする請求項12に記載の糞便カテーテル。
  14. 以下の構成i)〜iii)を備える臭気バリア材料で作られたオストミーパウチであって、
    当該オストミーパウチが、0.1μm以上の算術平均表面粗さ(Ra)の表面を備えることを特徴とするオストミーパウチ。
    i)スチレンブロック共重合体、熱可塑性加硫物、またはポリオレフィンエラストマーからなるグループから選択される熱可塑性エラストマー
    ii)ポリイソブテン、ポリブテン、または有機粘土から選択される臭気バリアモディファイア
    iii)シリカ、滑石、粘土、及び雲母を含む実質的に無機のフィラーからなるグループから選択される抗ブロッキング剤
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