CC BY
83
УДК: 678. 677.03
М. С. Лисаневич, Р. Ю. Галимзянова, Н. А. Мукменева, Ю. Н. Хакимуллин, Э. Р. Рахматуллина, Е. С. Кузнецова, А. Н. Рамазанова
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФЕНОЛЬНОГО И СМЕСЕВОГО ФЕНОЛ-ФОСФИТНОГО АНТИОКСИДАНТОВ
ДЛЯ АНТИРАДИАЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ ПОЛИПРОПИЛЕНА МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Ключевые слова: медицинские изделия однократного применения, полипропилен, радиационная стойкость, радиационная
стерилизация, одноразовая медицинская одежда и бельё.
В результате исследования выбраны оптимальные структуры и содержания стабилизаторов для композиций на основе полипропилена противостоящих ионизирующему излучению. Получены зависимости свойств композиций от поглощенных доз радиационного облучения.
Keywords: medical disposables, polypropylene, radiation resistance, radiation sterilization, disposable medical clothing and linen.
The study selected the optimal structure and content of stabilizers for compositions based on polypropylene opposing ionizing radiation. The dependences of the properties of the compositions of the absorbed dose of radiation exposure.
Одним из перспективных направлений формирования сырьевого ресурсного потенциала для многих отраслей может и должно стать использование полипропилена (ПП). Его применение в изготовлении текстильной продукции широко развито в мире, что во многом определяется уникальными свойствами, присущими полипропиленовым волокнам. Изделия из полипропиленовых волокон, легкие и прочные, устойчивы к воздействию химических реагентов и микроорганизмов, высоких и низких температур (морозоустойчивы), характеризуются высоким коэффициентом трения и малой склонностью к пиллингу (скатыванию волокон) [1]. Благодаря оптимальному комплексу свойств полипропиленовые нетканые материалы получили широкое распространение в производстве одноразового белья и одежды медицинского назначения.
Медицинская одежда и белье, как правило, стерилизуется. Обычно, для этих целей применяется радиация (у-лучи или ускоренные электроны). Однако полипропилен является таким полимером, который из-за особенностей строения при воздействии ионизирующего излучения деструктирует с уменьшением молекулярной массы. Это проявляется в значительном увеличении показателя текучести расплава композиций на основе полипропилена, а для нетканых материалов на основе ПП - в уменьшении таких показателей как прочность и относительное удлинение (в продольном и поперечном направлении полотна) [2]. Поэтому важной практической задачей является создание радиационностой-кой композиции на основе ПП для изготовления медицинских изделий.
В соответствии с механизмом радиационной деструкции в атмосферных условиях, для защиты ПП необходимо использование антиоксидантов и антирадов. С этой целью в состав полимерной композиций вводят добавки [2-6], для обрыва кинетических цепей окисления за счет реакции радикалов РР и Р02 с молекулами ингибитора. К ингибиторам этого типа относятся фенолы, нафтолы, первичные и вторичные амины и ряд других соединений со слабо связанным атомом водорода [6].
В данной работе изучались свойства облученных ускоренными электронами композиций на
основе полипропилена и соединений фенольного типа и фенол-фосфитного типа.
В качестве объектов исследования были выбраны:
- волоконная марка полипропилена PP 1562 R, ТУ 2211-136-05766801-2006 (ОАО «Нижнекам-скнефтехим»);
- антиоксидант Anox 20 фенольного типа (Shellstone Chemicals);
- антиоксидант Anox BB021 - смесевой антиоксидант фенольно-фосфитного типа (33% анти-оксиданта фенольного типа и 67% антиоксиданта из класса органического фосфита), (Shellstone Chemicals).
Смешение композиций на основе полипропилена, содержащих указанные добавки, проводили в смесительной камере пластикордера «Brabender». Процесс проводится при температуре 170° С при скорости вращения роторов 60 об/мин в течении 3 минут, затем экструзией получали полимерные пленки (Т=170° С). Содержание ингибитора варьировали от 0,05-0,3 мас.ч. Далее полимерные пленки толщиной 0,3 мм подвергали воздействию ускоренных электронов на радиационно-технологической установке «ИЛУ-10» (ООО «СФМ-Фарм») в диапазоне поглощенных доз 20-60 кГр [7]. Как правило, радиационная стерилизация изделий осуществляется в данном диапазоне поглощенных доз. Исследование образцов проводилось до и после радиационной обработки.
Деструкция ПП оценивалась по показателю текучести расплава (ПТР), как наиболее чувствительному к изменению молекулярной массы полимера [8].
На рисунке 1 представлены зависимости ПТР для композиций на основе полипропилена и стабилизаторов Anox ВВ021 и Anox 20 от поглощенной дозы при облучении ускоренными электронами.
При увеличении дозы облучения наблюдается существенное увеличение ПТР, то есть происходит снижение молекулярной массы полипропилена вследствие разрыва цепей полимера. Для композиций со стабилизаторами значения ПТР во всем
диапазоне поглощенных доз ниже, чем для ПП без стабилизаторов. Это свидетельствует о том, что введенные стабилизаторы ингибируют деструктирую-щее воздействие свободных радикалов, образовавшихся в результате облучения. Кроме того можно предположить, что ароматические структуры, имеющиеся в составе стабилизаторов, рассеивая энергию излучения, препятствуют образованию свободных радикалов и, тем самым, также снижают деструкцию ПП.
Поглощенная дота, кГр Рис. 1 - Зависимость показателя текучести расплава композиции на основе полипропилена и стабилизаторов Anox ВВ021 и Anox 20 от поглощенной дозы
Наибольшую эффективность во всем диапазоне поглощенных доз проявляет фенол-фосфитный стабилизатор Anox BB021 в концентрации 0,3 мас.ч. При поглощенной дозе 60 кГр, его использование приводит к более низким (на ~44% ниже, по сравнению с ПП без добавок) значениям ПТР. При добавлении Anox 20 в количестве 0,3 мас.ч. снижение ПТР составляет 38%. Эффективность фенол-фосфитного стабилизатора обусловлена тем, что фенол обрывает цепи окисления полимера, а фосфит взаимодействует с гидроперекидом, подавляя разветвление цепей и сохраняя таким образом первый антиоксидант [9].
Изучено действие фенольного и фенол-фосфитного стабилизаторов совместно с УФ-стабилизатором CESA-F/-light PPA0050293 (Clariant Masterbatches) в количестве 2 мас.ч.
Дополнительное использовании CESA совместно с Anox 20 и Anox ВВ021 (рис. 2), привело к уменьшению процессов деструкции ПП, что проявляется в более низких значениях ПТР (дополнительное снижение ПТР на 8%, по сравнению с ПП без CESA).
о 20 <io ао
Ноглошсннпя доза, к[ р
Рис. 2 - Зависимость показателя текучести расплава композиции на основе полипропилена и стабилизаторов Anox ВВ021 и Anox 20 и Anox 20+CESA, Anox ВВ021+CESA от поглощенной дозы облучения
Таким образом, установлено, что введение фенольного и фенол-фосфитного стабилизаторов приводит к уменьшению радиационной деструкции ПП. Причем, более эффективным оказывается использование фенол-фосфитного стабилизатора Anox ВВ021. Дополнительное введение УФ-стабилизатора в сочетании с фенольным и фенол-фосфитным стабилизатором также способствует радиационной защите ПП.
Литература
1 В.В. Архалова, Н.К. Темнова, Полипропиленовые волокна: неиспользованный потенциал. Технический текстиль №3. 2002
2 В.С. Иванов, Радиационная химия полимеров: учебное пособие для вузов. Л.: Химия, 1988. 320 с.
3 К.Б. Пиотровский, Основные вопросы проблемы стабилизации полимеров. М.: Химия, 1978. 365 с.3
4 В.А. Каргин, Радиационная химия полимеров. М.: Наука, 1973. 455 с.
5 В.Б. Иванов, Н.А. Розенбойм, Л.Г. Ангерт, В.Я.Шляпинтох, Докл. АН СССР, 1978, т. 241. с. 609.
6 N. A. Mukmeneva, S.V. Bucharov, G.N. Nugumanova, A.M. Kochnev Polyfunctional Stabilizers of Polymers. Nova Science Publishers. New York, 2009. P. 280.
7 Н.А. Мукменева. Фосфорорганические антиоксиданты и цветостабилизаторы полимеров: монография. Федеральное агентство по образованию, Казань: КГТУ, 2014. 288 с.
8 Э.Р. Рахматуллина, Р. Ю. Галимзянова, М. С. Лисаневич, Е. С. Кузнецова, Ю. Н. Хакимуллин, Н. А. Мукменева, Влияние стабилизаторов на свойства композиций медицинского назначения на основе полипропилена. Вестник Казан. технол. ун-та, 2013, №22. С. 181-183
9. Н.М.Эмануэль, А.Л Бучаченко, Химическая физика старения и стабилизации полимеров. М.; Наука, 1982 . 360 с.
Работа поддержана Министерством образования и науки РФ, проект № 2196 базовой части государственного задания
© М С. Лисаневич - доцент каф. ТОМЛП КНИГУ, [email protected]; Р. Ю. Галимзянова - доцент каф. ТОМЛП КНИТУ, [email protected]; Н. А. Мукменева - д-р хим. наук, проф. каф. ТСК КНИТУ; Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. каф. ТОМЛП, ХТПЭ КНИТУ; Э. Р. Рахматуллина - асп. каф. ТОМЛП КНИТУ; Е. С. Кузнецова - магистрант каф. ТОМЛП КНИТУ; А. Н. Рамазанова - магистрант каф. ТОМЛП КНИТУ.
© M S. Lisanevich - Ph.D., AP., Department TEMLI, KNRTU, [email protected]; R. Y. Galimzyanova - Ph.D., AP., TEMLI, KNRTU [email protected]; N. A Mukmeneva - Dr. Chem. Sciences, prof. Department SRT KNRTU; Y. N Khakimullin - Dr. Eng. Sciences, prof. Department. TEMLI, KNRTU; E. R. Rachmatullina - PG student Department. TEMLI, KNRTU; E. S. Kuznetsova - Magister Department. TEMLI, KNRTU; A.N. Ramazanova - Magister Department TEMLI, KNRTU.
