конкурсная работа«Влияние стабилизаторов на свойства композиций медицинского назначения на основе полипропилена»

Конкурс на стипендию Академии наук




Название работы:
«ВЛИЯНИЕ СТАБИЛИЗАТОРОВ НА СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНА»



Автор работы
магистрант
Рахматуллина Эльвина Рамисовна




Место выполнения работы
ФГОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», 1 курс, г. Казань



Научный руководитель
доцент кафедры ТОМЛП Лисаневич М.С.






Казань, 2014г.

СОДЕРЖАНИЕ


1.ВВЕДЕНИЕ
2.ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ..
3.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..




































ВВЕДЕНИЕ
Для производства стерильной одноразовой медицинской одежды и белья широкое распространение получили нетканые материалы на основе полипропилена [1-3]. Стерилизации таких изделий, как правило, осуществляется радиацией, так как это наиболее эффективный и экологически чистый метод. Используется также газовая стерилизация – обработка изделий оксидом этилена, но этот метод несет в себе риски загрязнения одежды и белья токсинами [4].
У изделий из нетканых материалов на основе полипропилена (ПП) множество преимуществ – высокая эластичность, стойкость к действию кислот, щелочей и органических растворителей, гипоаллергенность, возможность придания гидрофобных или гидрофильных свойств, невысокая стоимость и один существенный недостаток – отсутствие стойкости к радиации [5].
Известно, что ионизирующее излучение инициирует деструкцию полипропилена и его сополимеров по радикальному механизму [6]. Деструкция проявляется в значительном уменьшении таких физико-механических показателей полипропилена, как относительное удлинение и прочность. Кроме того, благодаря присутствующему в полимере кислороду возможны автоокислительные реакции, которые, могут продолжаться длительное время после облучения изделий [6, 7], способствуя разрушению материала.







ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Для производства стерильной одноразовой медицинской одежды и белья широкое распространение получили нетканые материалы на основе полипропилена [1-3]. Стерилизации таких изделий, как правило, осуществляется радиацией, так как это наиболее эффективный и экологически чистый метод. Используется также газовая стерилизация – обработка изделий оксидом этилена, но этот метод несет в себе риски загрязнения одежды и белья токсинами [4].
У изделий из нетканых материалов на основе полипропилена (ПП) множество преимуществ – высокая эластичность, стойкость к действию кислот, щелочей и органических растворителей, гипоаллергенность, возможность придания гидрофобных или гидрофильных свойств, невысокая стоимость и один существенный недостаток – отсутствие стойкости к радиации [5].
Известно, что ионизирующее излучение инициирует деструкцию полипропилена и его сополимеров по радикальному механизму [6]. Деструкция проявляется в значительном уменьшении таких физико-механических показателей полипропилена, как относительное удлинение и прочность. Кроме того, благодаря присутствующему в полимере кислороду возможны автоокислительные реакции, которые, могут продолжаться длительное время после облучения изделий [6, 7], способствуя разрушению материала.
Для уменьшения термоокислительной и радиационной деструкции ПП в состав полимерной композиций вводятся стабилизаторы [6, 8, 9].
Механизм защиты стабилизаторов различен и зависит от химической структуры стабилизатора и облучаемого вещества, а также от условий облучения (температуры, мощности дозы, среды).
Один из типов радиационной защиты (механизм «губки») – перенос энергии от облученного вещества к добавке без существенных химических изменений в веществе. Такими свойствами обладает обширный класс ароматических углеводородов. Электронная структура ароматических углеводородов обеспечивает излучательную и безызлучательную диссипацию энергии без разрыва химических связей. Продолжительность защиты определяется радиационной стойкостью ароматических углеводородов. Более того, в отдельных случаях продукты радиолиза ароматических углеводородов сохраняют некоторую способность к защите полимера от ионизирующего излучения [8].
Распространенный тип радиационной защиты заключается в том, что стабилизатор (АН) отдает атом Н свободному радикалу R
·, превращаясь в менее активный радикал и регенерируя исходную молекулу [9]:
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
HYPER13 EMBED Equation.3 HYPER14HYPER15
Примерами таких стабилизаторов чвляются полизамещенные фенолы, а наиболее эффективны производные 2,6-ди-трет-бутил- и 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенолов, бис- и трифенолы подобного строения (с СН2 и особенно S-звеньями), триазинтрионы с триалкил(окси)бензильными группами в 1,3,5-положениях.
Несмотря на большое количество известных соединений подобного действия, в мире проводится поиск новых эффективных стабилизаторов [10, 11].
Целью работы был подбор и изучение влияния ряда стабилизаторов на радиационную стойкость ПП:
- 2,2-метилен-бис(4-метил-6-трет-бутил-фенол) (АО-2246);


- трис (2,4-трет-бутил-фенил) фосфит (ФОС-1);

- О-фенил, О, О-[2, 2-метилен бис(6-трет-бутил-4-метил-фенил)фосфит] (ФОС-2)
HYPER13 EMBED ISISServer HYPER14HYPER15
Смешение композиций на основе полипропилена (волоконная марка PP1562R, производство ОАО «Нижнекамскнефтехим»), содержащих указанные добавки производили в смесительной камере пластикордера «Brabender». Процесс проводится при температуре 170
·С при скорости вращения роторов 60 об/мин в течении 3 минут. После смешения извлекали ПП и пропускали через лабораторные вальцы (Т=100
·С), затем экструзией получали полимерные пленки (Т=170
·С). В смесевых стабилизаторах соотношение индивидуальных компонентов составляло 1:1.
Полимерные пленки толщиной 0,3 мм подвергали воздействию
·-облучения на радиационно-технологической установке непрерывного типа, использующей ионизирующее излучение радионуклидов Со60 (установка РВ-1200). Поглощенная доза ионизирующего излучения составляла 3 и 5 МРад. Исследование образцов проводилось до и после радиационной обработки.
Для оценки эффективности стабилизаторов изучалось модельное ингибированное окисление композиций на основе ПП и стабилизаторов различной природы, как индивидуальных и смесевых. Окисление образцов ПП проводилось в статическом приборе для определения поглощения кислорода. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Из полученных результатов следует, что стабилизирующее действие добавок для необлученного полимера является более высоким по сравнению с радиационно-облученным ПП. Исходный полипропилен, как облученный, так и необлученный окисляется чрезвычайно быстро, в течение 10-16 минут. При введении в полимер индивидуального фенольного антиоксиданта, индукционный период окисления ПП достигает 117 мин., в то время как для облученного ПП эта величина снижается втрое (41 мин.).
Индивидуальные стабилизаторы (ФОС-1, ФОС-2) проявляют низкую эффективность: их индукционные периоды равны соответственно 15 и 36 мин – до облучения, 10 и 24 мин – после облучения.
Использование смесевых стабилизирующих композиций (АО 2246 и ФОС-1) и (АО 2246 и ФОС-2) значительно увеличивает индукционный период окисления ПП, как до облучения – 254 и 275 мин, так и после – 62 и 73 мин.
Четко прослеживается влияние концентрации стабилизаторов на величину индукционного периода. Так с увеличением концентрации смесевых стабилизаторов (АО 2246 и ФОС-1) и (АО 2246 и ФОС-2) с 0,15 до 0,3% индукционный период соответственно равен 422 и 443 мин – до облучения, 133 и 154 мин – после облучения.

Таблица 1 – Влияние стабилизаторов на продолжительность индукционного периода термоокисления (
·) ПП до и после радиационного облучения
Исследуемые композиции
Индукционный период
·, мин (до облучения)
Индукционный период
·, мин (после облучения)

Без стабилизатора
16
10

АО 2246 [0,15]*
117
41

ФОС-1 [0,15]
15
10

ФОС-2 [0,15]
36
24

АО 2246 + ФОС-1 [0,15]
254
62

АО 2246 + ФОС-2 [0,15]
275
73

АО 2246 + ФОС-1 [0,3]
422
133

АО 2246 + ФОС-2 [0,3]
443
154

* в квадратных скобках [0,15] приведено содержание стабилизатора в %

Сравнение величин индукционного периода окисления ПП в присутствии добавок показывает:
- снижение эффективности добавок в облученном ПП;
- зависимость эффективности от концентрации смесевых добавок – уменьшение концентрации ведет к снижению величины индукционного периода, то есть к увеличению скорости окисления.
Данные термического окисления согласуются с данными термогравиметрического анализа, представлены на рисунке 1.


Рисунок 1 – ТГА-кривые образцов радиационно-облученного ПП: 1 – без стабилизатора до облучения; 2 – без стабилизатора; 3 – АО-2246 + ФОС-2 [0,3]; 4 – АО-2246 + ФОС-1 [0,3]

Облученные образцы ПП теряют вес при более низкой температуре по сравнению с образцами до облучения. Введение стабилизаторов сдвигает температуру начала потери веса в более высокую область.
Из данных физико-механических испытаний, следует, что с увеличением дозы облучения относительное удлинение образцов ПП с индивидуальными добавками резко уменьшается (таблица 2). Использование смеси ФОС-1+АО-2246 приводит к сохранению относительного удлинения при дозе 3 МРад, причем с увеличением концентрации стабилизатора этот результат улучшается. Такой же эффект наблюдается при вводе смесевого стабилизатора ФОС-2+АО-2246.

Таблица 2 – Изменение физико-механических характеристик образцов ПП, стабилизированных индивидуальными добавками и двойными смесями.

№№
Компоненты стабилизирующей смеси
Дозировка, в масс.ч. на 100 масс. ч. ПП
Доза
облучения,
Мрад
Условная прочность при разрыве, МРа
Удлинение при разрыве, %

11
АО-2246
0,3
0
28,5
600




3
30,5
20




5
29,6
18

22
ФОС-1
0,3
0
24,0
540




3
28,1
30




5
25,6
28

33
ФОС-2
0,3
0
28,5
600




3
30,5
20




5
32,3
17

44
АО-2246
ФОС-1
0,15
0,15
0
30,6
644




3
28,54
518,6




5
28,6
465,71

55
АО-2246
ФОС-1
0,25
0,25
0
31,08
620




3
29,4
540




5
29,75
480

66
АО-2246
ФОС-2
0,25
0,25

28,79
665




3
30,4
620




5
26,95
376


Таким образом, применение смесевых стабилизирующих композиций на основе фенольных и фосфорорганических стабилизаторов приводит к эффективной стабилизации свойств полипропилена.

















СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хакимуллин, Ю.Н. Нетканые материалы на основе полимеров, используемые для производства медицинской одежды и белья, стерилизуемой радиационным излучением: виды материалов, технологии производства / Ю.Н. Хакимуллин, С.И. Вольфсон, Р.Ю. Галимзянова, И.В. Кузнецова, А.В. Ручкин, И.Ш. Абдуллин // Вестник Казанского технологического университета.– 2011. – №23. – С. 97-103.
2. Технический текстиль [Электронный ресурс]: Современные нетканые материалы для гигиены и медицины. Российские реалии. – Электрон. дан. – С-Пб., Российские торговые марки, 2005. – № 12 – Режим доступа: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], свободный. – Загл. с экрана.
3. Технический текстиль [Электронный ресурс]: Перспективы применения нетканых материалов в медицине / И.В. Кузнецова – Электрон. дан. – С-Пб., Российские торговые марки, 2001. – №12. – Режим доступа: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], свободный. – Загл. с экрана.
4. Промышленная стерилизация радиационным или газовым методом белья медицинского одноразового – что безопасно для здоровья человека? [Электронный ресурс] / А.М. Довбня, В.Л.Уваров. – Электрон. дан. – [М]. – Режим доступа: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], свободный. – Загл. с экрана.
5. Portnoy, R.C. Polypropylene for Medical Applications / R.C. Portnoy. – Business Briefing : Medical Device Manufacturing & Technology, 2002.– 1-4 c.
6. Иванов, В.С. Радиационная химия полимеров: учебное пособие для вузов / В.С. Иванов. – Л.: Химия, 1988. – 320 с.: ил.
7. Process for the production of a gamma-radiation resistant polypropylene fibre for a radiation sterilizable non-woven fabric: пат. 0667406 European patent: EP19950300857 19950213 / Makipirtti simo [FI]; Bergholm heikki [FI]; заявитель Suominen Oy J. W. [FI]; заявл. 09.02.96 ; опубл. 16.08.95.
8. Пиотровский, К.Б. Основные вопросы проблемы стабилизации полимеров / К.Б. Пиотровский. – М.: Химия, 1978. – 365 с.3. M.L. Cerrada, V. Rodrigues-Amor, E. Perez. Controlling of Degradation Effects in Radiation Processing of Polymers, IAEA, VIENNA, 2009, s 163
9. Каргин, В.А. Радиационная химия полимеров / В.А. Каргин. – М.: Наука, 1973. – 455 с.
10. Radiatoon Resistants Polypropylene Resins: Patent 5,376,716, United States Patent: IPC C08L 23\16, Kasinath Nayak, George C. Allen, Roger Merill, all of Odessa, Tex.; assigne Rexene Products Company, Dallas, Tex.; Priority № 937,563; Priority Data: 31.08.1992; Publication: 27.12.1994.
11. Radiatoon Resistants Polypropylene Useful in Medical Applications: Patent 2005/056661, World Intellectual Property Organization: IPC C08L / NAYAK, Kasinath [US/US]; 2 Lousiana Cove, Odessa, Texas 79762 (US). CUMMIGS, Gerald [US/US]; 4230 Lazy Creek Drive, Tyler, Texas 75707 (US). MERILL, Roger [US/US]; 4309 Kirkwood Drive, Odessa, Texas 79762 (US); Priority № 60/527,795 Priority Data: 8.12.2003; Publication: 23.06.2005.

Рисунок 7Root Entry

Приложенные файлы

  • doc file 16
    Размер файла: 148 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий