Verfahren zum Reduzieren der Weichmachermigration in Schläuchen und Behältern aus PVC und Verwendung des Verfahrens in einer

Schlauchschneidevorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren der Weichmachermigration in Schläuchen und Behältern aus PVC. Sie betrifft auch einen Schlauch oder Behälter, dessen Innenlumen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde. Sie betrifft auch die Verwendung des Verfahrens in einer Schlauchschneidevorrichtung.

Polyvinylchlorid (PVC) wird aufgrund seines guten Preis-Leistungsverhältnisses in Form von Weich-PVC häufig für Schläuche und Behälter im Bereich der Medizintechnik verwendet. Problematisch ist hierbei jedoch der Austritt der enthaltenen Weichmacher, wie Phtalate oder Trimellite, der bei chronisch Kranken zu einer hohen Weichmacherexposition führt. Genannt seien hier vor allem die Hämodialyse und die Transfusionsmedizin.

Außerdem ist bekannt, dass durch Bestrahlung mit UV-Strahlen chemische Effekte erzielt werden können. So können z.B. Polyvinylpyrrolidone mit Hilfe von UV-Strahlung bei ca. 366 nm vernetzt werden. Mit Hilfe von Radikalstarten kann dieser Effekt vervielfacht werden. Auch mit Polyethylenglykol kann unter UV-Licht eine Vernetzung erzielt werden.

Ob photochemische Prozesse ablaufen ist unter anderem abhängig von der Bestrahlungsenergie. Je kürzer der Wellenlänge ist, umso höher ist die eingebrachte Energie.

Herkömmliche UV-Bestrahlungsprozesse sind jedoch hinsichtlich des Energieeintrages limitiert durch:

a) die Absorption durch die Umgebungsluft (Ozonbildung)

b) die Absorption durch das Quarzglas der UV-Lampe.

So können konventionell unter Atmosphärenbedingungen Wellenlängen unter ca. 250 nm nicht zum Einsatz kommen. Aber auch unter Stickstoff oder im Vakuum sind wegen der Absorption am Quarzglas der Lampe Wellenlängen unter 170 nm kaum möglich.

Die chemische Vernetzung von Weichmachern und der Aufbau einer Migrationssperrschicht sind durch konventionelle UV-Bestrahlung nicht möglich.

Aus der US 5,597,456 A ist es bekannt, extrudierte Kunststoffschläuche aus PVC durch eine Plasmabehandlungsvorrichtung zu führen, wodurch es mittels polymerisierbarer Monomere zu einer Filmbildung auf dem PVC kommt, die die Weichmachermigration verhindert. Eine solche Plasmapolymerisation ist jedoch insofern von Nachteil, als derartige Filme sich auch wieder von der Innenwand des Kunststoffschlauches ablösen können, wonach der Weichmacher wieder austreten kann. Der sich ablösende Film kann zudem zu einer Schädigung des Patienten führen, wenn Filmbestandteile in den Körper des Patienten gelangen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein besseres Verfahren zum Reduzieren der Weichmachermigration in Schläuchen und Behältern aus PVC zu schaffen. Weiterhin soll dieses Verfahren bei einer Schlauchschneidevorrichtung angewendet werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Rahmen eines nicht beschichtenden Verfahrens mit Hilfe eines Atmosphärenplasmas direkt an der zu behandelnden Oberfläche des Schlauches bzw. des Behälters eine UV-Quelle erzeugt wird, die die Vernetzung der Weichmachermoleküle bewirkt.

Hierdurch wird erreicht, daß die UV- Strahlenquelle ohne Absorption durch die Umgebungsluft und ohne Absorption am Quarzglas direkt am Bestrahlungsort wirken kann. Somit wird hocheffizient hochfrequente UV-Strahlung erzeugt, die direkt auf die zu behandelnde Oberfläche wirkt und überaschenderweise eine Vernetzung der Weichmachermoleküle bewirkt. Die Vernetzung verhindert den Austritt des Weichmachermoleküls in das Lumen. Eine Weichmachersperre wird so geschaffen. Es liegt somit - im Gegensatz zur US 5,597,456 A - ein nicht beschichtendes Verfahren vor, womit die oben beschriebenen Nachteile einer Filmablösung von der Innenwand des Schlauches oder Behälters vermieden werden. Das Verfahren ist nicht nur für alle konventionellen Weichmacher wie DEHP, etc. anwendbar, sondern auch für die alternativen Weichmacher wie z. B. DINCH, TEHTM, etc. Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen vor allem darin, dass alle Arten von Weichmachern in der PVC-Matrix am Austritt in das Schlauch- bzw. Behälterinnenlumen gehindert werden. Somit werden Patienten, und vor allem chronisch Kranke (z.B. Dialysepatienten), vor zu hoher Weichmacherexposition sicher geschützt.

Das Atmosphärenplasma wird konventionell entweder durch Mikrowelle, Mittelfrequenz oder Hochfrequenz erzeugt. Als Dielektrikum dient die jeweilige Schlauch- bzw. Behälterwand.

Das für das Atmosphärenplasma eingesetzte Prozeßgas wird je nach gewünschter Wellenlänge gewählt. Übliche Gase sind Neon, Argon, Helium und Stickstoff. Aber auch andere Gase sind möglich.

Um Entladebogen und somit Beschädigungen an der Oberfläche zu vermeiden, sollte das Gas in ständigem Fluss durch den Schlauch oder Behälter strömen.

Im Rahmen der Erfindung liegt auch ein Schlauch oder Behälter, dessen Innenlumen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde.

Weiterhin liegt auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Schlauchschneidevorrichtung, umfassend eine Abrolleinheit mit Gasversorgung, eine Plasmaeinheit und eine Schneideeinheit, im Rahmen der Erfindung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Vorrichtung, die eine UV-Quelle direkt im Innenlumen eines

Schlauches erzeugt,

Fig. 2 die Einbindung der UV-Quelle in eine Schlauchproduktion, Fig. 3 die Weichmacherexposition (hier: Weichmacher DEHP) in Humanblut, wobei Dialyseschläuche mit erfindungsgemäßer Weichmachersperre und konventionelle Dialyseschläuche verglichen werden,

Fig. 4 eine Schlauchschneidemaschine mit integrierter Plasmaeinheit, wobei die gesamte Schlauchrolle mit Prozeßgas durchströmt wird,

Fig. 5 eine Schlauchschneidemaschine mit integrierter Plasmaeinheit, bei der

vorgeschnittene Schlauchstücke mit Prozeßgas durchströmt werden,

Fig. 6a, 6b

und 6c der Aufbau einer Plasmaelektrode, bei der jeweils drei Leiterplatten parallel geschaltet sind,

Fig. 7a, 7b

und 7c eine Plasmaelektrode mit verschiebbaren Leiterplatten,

Fig. 8 eine Plasmaelektrode mit Doppelwendel,

Fig. 9 eine Plasmaelektrode gestaltet als Bandabzug,

Fig. 10a und

10b die Weichmacherexposition in Isopropanol, wobei Dialyseschläuche

geschnitten mit einer herkömmlichen Schneidemaschine und Dialyseschläuche geschnitten mit einer erfindungsgemäßen Schlauchschneidemaschine verglichen werden.

Bei der Vorrichtung gemäß Fig. 1 wird an zwei leitende Platten 1 eine Wechselspannung angelegt (z.B. 20 KV, 48 kHz) und zwischen die Platten 1 wird ein Schlauch 2 platziert.

Der Abstand der Platten 1 wird so gewählt, daß der Schlauch 2 gerade noch zwischen den Platten 1 verschiebbar ist. Bei Anlegen der Spannung entsteht ein elektrisches Wechselfeld mit der Schlauchwand als Dielektrikum. Das durch den Schlauch 2 strömende Prozessgas (Pfeil 3) wird angeregt und beginnt UV- Strahlung abzugeben. Die UV-Strahlung wirkt ohne störende Absorptionseffekte direkt an der Schlauchinnenseite und erzeugt dort eine Absorptionssperre.

Während des Prozesses kann der Schlauch 2 in Längsrichtung bewegt werden. Die Schlauchwand wird somit an der UV-Quelle vorbeigeführt.

Um homogene Bedingungen zu erhalten, können die Platten 1 auch rotieren oder es kann z.B. eine um den Schlauch angeordnete„Doppelhelix" als Elektroden verwendet werden.

Bei der schematisch dargestellten Vorrichtung für die Schlauchproduktion schließt sich an einen Extruder (EX), mit dem der Schlauch 2 extrudiert wird, ein Wasserbad (WB) an. Nach dem Wasserbad (WB) durchläuft der Schlauch 2 eine Bestrahlungseinheit (BE) wie die in Fig. 1 beschriebene Vorrichtung und wird dann auf einem Wickler (WI) aufgewickelt.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird statt Luft Prozessgas (PG) drucklos zum Aufhalten des Schlauches 2 verwendet und nach der Abkühlung im Wasserbad (WB) wird das Schlauchinnenlumen in der Bestrahlungseinheit (BE) mit UV-Licht behandelt.

Durch den ständigen Abzug des Schlauches 2 entsteht ein Gasstrom in dem Schlauch (S). Auf diese Weise ist die direkte Modifikation der Innenwand bei der Schlauchproduktion möglich, so daß der fertig hergestellte Schlauch 2 eine deutlich reduzierte Migration der Weichmacher in das Innenlumen des Schlauches 2 aufweist.

Fig. 3 zeigt einen Vergleich von Dialyseschläuchen mit einer erfindungsgemäß erzeugten Weichmachersperre und konventionellen Dialyseschläuchen.

Hierzu wurden 0,5 m Dialyseschlauch 3,1 x 4,5 wird mit heparinisiertem Humanblut gefüllt. Die Schläuche werden im Chandlerloop bewegt. Nach 30 min, 60 min, 120 min und 240 min wird das Blut entnommen und der DEHP-Gehalt bestimmt. Die Einstellung an der Bestrahlungseinheit betrug 48 KHz / 12 KV.

Ergebnis: Im unbehandelten Schlauch ist deutlich eine Zunahme des Weichmachergehaltes abhängig von der Behandlungszeit zu sehen.

Der Schlauch mit Migrationssperre zeigt keine signifikante Erhöhung des Weichmachergehaltes.

Die erfindungsgemäße Schlauchschneidemaschine so aufgebaut, das sowohl einzelne Stücke, als auch die gesamte Schlauchrolle mit Prozeßgas durchströmt werden kann. Nachfolgend werden andere Bezugszeichen verwendet als bei den Fig. 1 bis 3, wobei diese Bezugszeichen für jede der Zeichnungen individuell vergeben wurden.

In die Schlauchschneidemaschine gemäß Fig. 4 ist eine Plasmaeinheit integriert oder an sie angebaut.

Die Schlauchschneidemaschine gemäß Fig. 4 besteht aus drei Haupteinheiten, der Abrolleinheit 1 mit Gasversorgung, der Plasmaeinheit 2 und der Schneideeinheit 3. Hier wird die gesamte Schlauchrolle 6 mit Hilfe der Gasversorgung 4 und der Drehdurchführung 5 mit Prozeßgas durchströmt. Über die Förderrollen 13 rollt der Schlauch 11 von der Schlauchrolle 6 ab und wird mit Hilfe eines Führungskanals 12 durch die Plasmaeinheit 2 zur Schneideeinheit 3 gefördert. Hier wird mit Hilfe der Abzugsrollen 9 und des Schneidemessers 10 der Schlauch 11 in passende Stücke geschnitten.

Mit Hilfe der Plasmaelektroden 7, dem Hochspannungsgenerator 8 und dem Prozeßgas wird während der Schlauchförderung ein Atmosphärenplasma erzeugt. Das Plasma modifiziert die Schlauchwand und vermindert so die Migration von Inhaltsstoffen (insbesondere von Weichmachern) aus der Schlauchwand, ohne daß eine Beschichtung auf die Schlauchwand aufgebracht wird.

Schlauchwickel mit sehr langen Wickellängen oder Schläuche mit geringem Innendurchmesser können einen sehr hohen Strömungswiderstand für das Prozeßgas darstellen. Die Durchströmung des gesamten Schlauchwickels ist hier nur mit sehr hohen Vordrücken möglich. Hier kann u.U. die Maßhaltigkeit des Schlauchdurchmessers bei der Schlauchverarbeitung nicht gewährleistet werden. Fig. 5 zeigt eine Schlauchschneidemaschine, bei der ganze Schlauchwickel mit Prozeßgas durchströmt, modifiziert und geschnitten werden, aber auch Schlauchwickel mit hohen Strömungswiderständen verarbeitet werden können.

Besteht die Möglichkeit, ganze Schlauchwickel zu durchströmen, wird eine Schlauchschneidevorrichtung gemäß Fig. 4 bevorzugt.

Bei hohen Strömungswiderständen des Schlauchwickels wird die Schlauchschneidevorrichtung gemäß Fig. 5 verwendet, die wie folgt aufgebaut ist:

Die Schlauchschneidemaschine gemäß Fig. 5 besteht aus vier Haupteinheiten, der Abroll- und Vorschneideeinheit 1, dem Schlauchspeicher 2 mit Gasversorgung, der Plasmaeinheit 3 und der Schneideeinheit 4. Sie arbeitet wie folgt: a) Mit Hilfe der Förderrollen 17 wird Schlauch 18 von der Schlauchrolle 7, die in ihrem Zentrum eine Drehdurchführung 6 aufweist, abgerollt und durch das Kugelventil 16 und die Schlauchführung 19 bis zu den gekapselten Antriebsrollen 15 transportiert. b) Nach Erreichen der gekapselten Antriebsrollen 15 erfolgt ein Vorschnitt durch das Schneidemesser 11. Es entsteht ein Schlauchstück 20. c) die gekapselten Antriebsrollen 15 schieben das Schlauchstück 20 nun über den O-Ring 13. So wird die Schlauchführung 19 nach vorne hin abgedichtet und das Schlauchstück 20 aus dem Kugelventil 16 entfernt. d) das Kugelventil 16 schließt sich. Dann strömt Prozessgas durch die Gaszuführung 8 in die Schlauchführung 19 des Schlauchspeichers 2 und durch das Schlauchstück 20. Sollte Restluft in der Schlauchführung 19 des Schlauchspeichers 2 vorhanden sein, wird diese mit Hilfe des Prozessgases durch die Entlüftungsöffnungen 14 verdrängt. e) Die gekapselten Antriebsrollen 15 fördern das Schlauchstück 20 durch die Plasmaeinheit 3 zu den Abzugsrollen 12. Mit Hilfe der Plasmaelektroden 9, dem Hochspannungsgenerator 10 und dem Prozeßgas 5 wird während der Schlauchförderung ein Atmosphärenplasma erzeugt. Das Atmosphärenplasma modifiziert die Schlauchwand und vermindert so die Migration von Inhaltsstoffen (insbesondere des Weichmachers) aus der Schlauchwand. f) Die Abzugrollen 12 fördern das Schlauchstück 20 zum Schneidemesser 11. Das Schlauchstück 20 wird geschnitten.

Nachdem das hintere Ende des Schlauchstückes 20 die Plasmaeinheit 3 passiert hat, wird der Gasfluß unterbrochen, und der Prozeß beginnt erneut.

Um ein wirksames Atmosphärenplasma zu erzeugen und die Migration, insbesondere die von Weichmachern erfolgreich zu vermindern werden sogenannte Plasmaelektroden benötigt. Der Aufbau und die Geometrie der Plasmaelektroden tragen wesentlich zur Effektivität des Prozesses bei.

Die in Fig. 6 dargestellte Plasmaelektrode besteht aus je drei Leiterplatten 2, 6, zwischen denen mit Hilfe eines Hochspannungsgenerators ein elektrisches Feld 11 erzeugt wird. Die Zahl der Leiterplattenpaare 2 ist in weitem Rahmen variierbar, und im Wesentlichen abhängig von der Leistung des Hochspannungsgenerators. Bewährt haben sich 1-10 Leiterplattenpaare 2, 6.

Der Schlauch 9 läuft zwischen den Leiterplatten 2, 6 hindurch. Durch das hier vorherrschende elektrische Feld 11 wird das strömende Prozeßgas angeregt. Zwischen den Leiterplatten 2, 6 kann ein Dielektrikum 3 vorhanden sein. Es ist aber auch möglich, die Schlauchwand selbst als Dielektrikum 3 zu benutzen.

Die Leiterplatten 2 und die Verbindung der Platten untereinander sind auf einen Träger aufgebracht. Im Träger ist eine Aussparung für die Schlauchdurchführung vorhanden.

Damit zwischen den Leiterplatten 2, 6 selbst bzw. zwischen den Leiterplatten 2, 6 und der umgebenden Luft keine Überschläge oder Sprühentladungen erfolgen, wird die Oberseite des Plattenträgers von Abdichtleisten 1 umrandet, mit einem Isoliermaterial 7 gefüllt und mit einem Deckel 4 abgeschlossen. Befestigungsschrauben 10 verbinden die Leiterplatten 2, 6, die Abdichtleisten 1 und das Dielektrikum 3.

In dem Deckel 4 wird mit Hilfe einer abgedichteten Gewindebohrung die Spannungsversorgung 5 und die Erdmasse 8 durch einen in die Gewindebohrung eingebrachten Anschlussbolzen realisiert.

Der Anschlussbolzen drückt auf eine der leitenden Verbindungen zwischen den Platten und gewährleistet so die Spannungsversorgung ohne elektrischen Überschlag.

Die in Fig. 7 dargestellte Plasmaelektode ist ähnlich wie Fig. 6 aufgebaut.

Auch hier läuft der Schlauch 8 läuft zwischen den Leiterplatten 2 hindurch. Durch das hier vorherrschende elektrische Feld wird das strömende Prozeßgas angeregt. Zwischen den Leiterplatten 2 kann ein Dielektrikum 3 vorhanden sein. Es ist aber auch möglich, die Schlauchwand selbst als Dielektrikum 3 zu benutzen. Damit zwischen den Leiterplatten 2 selbst bzw. zwischen den Leiterplatten 2 und der umgebenden Luft keine Überschläge oder Sprühentladungen erfolgen, wird die Oberseite des Plattenträgers von Abdichtleisten 1 umrandet, mit einem Isoliermaterial 6 gefüllt und mit einem Deckel 4 abgeschlossen. Befestigungsschrauben 9 verbinden die Leiterplatten 2, die Abdichtleisten 1 und das Dielektrikum 3.

In dem Deckel 4 wird mit Hilfe einer abgedichteten Gewindebohrung die Spannungsversorgung 5 und die Erdmasse 7 durch einen in die Gewindebohrung eingebrachten Anschlussbolzen realisiert.

Hier sind allerdings die Leiterplatten 2 gegeneinander verschiebbar, wodurch die elektrische Feldstärke und/oder die Plasmazone 10 variierbar ist/sind. Denkbar ist auch hier, gleichzeitig mehrere Plasmaelektroden entweder in Reihe oder parallel zu betreiben.

In Fig. 8 ist eine Plasmaelektrode dargestellt, bei der der masseführende Leiter 4 und der spannungsführende Leiter 5 jeweils um ein Führungsrohr 6 gewickelt sind. Die Wicklungen sind genau gegenüberliegend angeordnet. Bewegt sich nun ein Schlauch 9 durch das Führungsrohr 6, entsteht im bewegten Schlauch 9 ein umlaufendes elektrisches Feld.

Die Plasmaelektrode ist zirkulär aufgebaut.

Den Abschluss bildet ein Begrenzungsrohr 2, in das auf beiden Seiten ein Begrenzungsflansch 1 aufgesteckt ist. Innerhalb dieses Begrenzungsrohres 2 ist das Führungsrohr 6 angebracht, welches durch die Begrenzungsflansche 1 fixiert ist.

Die Doppelwendel wird mit Hilfe eines Isoliermaterials 3 vor Sprühentladungen und Überschlag geschützt.

Der Anschluss an die Erdmasse 7 und an die Hochspannung 8 erfolgt analog Fig. 6 und Fig. 7.

Der in Fig. 9 dargestellte in einem Gehäuse 4 angeordnete Bandabzug kann gleichzeitig als Plasmaelektrode genutzt werden.

Leitende Förderbänder 7, die über eine Spannungsversorgung 5 im Bereich einer Führungsrolle und einen Massenanschluß 6 im Bereich einer Führungsrolle sowie jeweils zwei weitere Führungsrollen 3 laufen, transportieren den Schlauch 1 durch die Schlauchführung 2 und erzeugen gleichzeitig im Schlauch 1 ein elektrisches Feld, welches das Prozeßgas anregt.

Alle beschriebenen Modifikationszonen können in der Erfindung eingesetzt werden. Je nach Ausführung der Modifikationszone sind verschiedene Effekte vorstellbar.

Fig. 10 zeigt einen Vergleich von Dialyseschläuchen, die mit konventionellen Schlauchschneidemaschinen und mit der erfindungsgemäßen Schlauchschneidemaschine verarbeitet wurden.

Hierzu wurde 0,5 m Dialyseschlauch 3,1 x 4,5 mit Isopropanol gefüllt. Isopropanol ist ein gutes Lösungsmittel für DEHP und TEHTM. Die Schläuche wurden im Chandlerloop bewegt.

Nach 30 min, 60 min, 120 min und 240 min wurde das Isopropanol entnommen, und der Weichmacheranteil bestimmt. Die Unterschiede zwischen der Behandlung in konventionellen und erfindungsgemäßen Schlauchschneidevorrichtungen sind deutlich erkennbar.