CC BY
23
ТЕХНОЛОГИИ МАТЕРИАЛОВ
УДК 678. 677.03
Ю. Н. Хакимуллин, М. С. Лисаневич, Р. Ю. Галимзянова, А. А. Кузнецов, И. А. Петлин
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЛАМИНИРОВАНОГО НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА,
СТЕРИЛИЗОВАННОГО ИОНИЗИРУЮЩИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
Ключевые слова: нетканый материал, ламинированный материал, радиационная стерилизация, термоокислительное
старение, срок хранения.
Определены характерные показатели старения ламинированного нетканого материала медицинского назначения, стерилизованного электроным и гамма-излучением. Рассчитаны прогнозные сроки хранения в зависимости от вида излучения.
Keywords: nonwoven material, laminate, radiation sterilization, thermo-oxidative aging, shelf life.
The characteristic parameters of aging laminated nonwoven medical devices, sterilized e--beam and gamma rays. Designed forecast periods of storage, depending on the type of radiation.
При использовании новых материалов или в случае изменения технологии изготовления изделий необходимым является проведение исследований по прогнозированию долговечности. В настоящее время в медицине широко распространены изделия из ламинированных нетканых полимерных материалов (НМ). Они применяются в основном для производства хирургических покровных материалов и пеленок. Полимерные материалы достаточно чувствительны к атмосферному старению, а медицинские изделия, кроме того, стерилизуются, что приводит к более интенсивному разрушению материала. Не менее половины производимых в России медицинских изделий из НМ стерилизуются, как правило, радиационным методом - электронным или гамма-излучением [1]. Ионизирующее излучение, как известно, вызывает сильную деструкцию некоторых полимеров, в частности, например, полипропилена [2, 3].
В настоящее время контроль физико-механических показателей медицинских изделий из НМ осуществляется сразу после стерилизации, но не учитывается тот момент, что деструкция полимеров, это касается полимеров, находящихся в закристаллизованном состоянии, может
продолжаться в течение длительного времени после прекращения облучения. В связи с этим исследования по прогнозированию сроков хранения медицинских изделий из нетканых материалов, подвергшихся стерилизации ионизирующим излучением, являются актуальными.
Целью данной работы стало прогнозирование долговечности ламинированного нетканого материала, стерилизованного ионизирующим излучением, и определение срока его хранения.
В качестве объекта исследования был взят двухслойный ламинированный материал, первый слой которого - впитывающий нетканый материал на основе вискозы, второй - пленка на основе полиэтилена, обеспечивающая непроницаемость для жидкостей и бактерий.
В соответствии с методикой [3], для прогнозирования допустимого срока хранения из характеристик материала были выбраны наиболее чувствительные к исследуемому воздействию показатели, так называемые характерные показатели старения. С этой целью стерильные образцы нетканого материала, облученные поглощенной дозой в диапазоне от 17,5 до 22 кГр при нормальных условиях, выдерживались при температуре 100°С в течение 3 суток. Учитывая, что стерилизующим агентом может быть как электронное, так и гамма-излучение, образцы были облучены на стерилизующих установках двух типов: ИЛУ-10, принадлежащей ООО «СФМ-Фарм» (электронное излучение) и радиационно-технической установке «Пинцет» (гамма-излучение), принадлежащей ОАО «Татхимфармпрепараты», укомплектованный
источником излучения кобальт 60.
Результаты испытаний показали, что характерными показателями старения для нетканого материала являются прочность при удлинении и водоупорность. Испытания на прочность проводили на разрывной машине Zwick/Roell/BT1-FR2.5TH.140 по ГОСТ Р 53226-2008, а оценку водоупорности - на приборе модель ТБХТБ8Т FX 3000 III по BS EN 20811:1992. Анализ результатов измерений показал, что ускоренное старение НМ, стерилизованного гамма-излучением в течение 3 суток, приводит к существенному падению (на 34%) прочности. При дальнейшем старении прочность образцов изменяется незначительно (старение в течение 23 суток приводит к дополнительному падению прочности на 2%). Нетканый материал, облученный электронным излучением при тех же условиях старения, претерпевает падение прочности всего на 12%. Нужно отметить, что прочность НМ, облученных разными источниками до проведения термоокислительного старения, имеет близкие значения (рис. 1).
90
К 80
1 70
X 60
и § 50
40
30
О,
с
.0 20
--
и о 10
I 0
ъ
а
с
'ускоренные е
областей, что приводит к снижению водоупорности ещё на 60%.
у-лучи
о
15
20
5 10
время, сутки
Рис. 1 - Зависимость прочности при удлинении ламинированного НМ, облученного
электронным и гамма-излучением поглощенной дозой 20 кГр, от времени термоокислительного старения при 100°С
Стерилизация гамма-излучением приводит к существенному падению водоупорности материала (рис. 2). Скорее всего, это происходит из-за изменения поверхности и структуры ламинирующей полиэтиленовой пленки материала под влиянием ионизирующего излучения. Это хорошо видно на рисунке 3. Как известно, полиэтилен под воздействием ионизирующего излучения сшивается с образованием поперечных связей между макромолекулами и трехмерной сетки [2]. Это приводит к повышению прочности пленки и снижению относительного удлинения. Так как пленка приклеена к ткани, происходящие при радиационной обработке процессы могут привести к усадочным явлениям в пленке и появлению дополнительных напряжений и образованию дефектов в месте склейки.
скоренные е
у-лучи
Рис. 2
10 15
время. сутки
Зависимость водоупорности
ламинированного НМ, облученного
электронным и гамма-излучением, поглощенной дозой 20 кГр от времени термоокислительного старения при 100°С
Так как гамма-стерилизация проходит в течение более длительного периода времени, то и дефектов появляется больше и, следовательно, происходит более значительное изменение свойств материала.
При проведении термоокислительного старения, сшитые полимерные цепи вновь деформируются, и происходит дополнительное образование дефектных
электронное излучение гамма-изпучение
б) материал, облученный поглощенной дозой 18-22 кГрей
электронное излучение гамма-излучение
в) материал, облученный поглощенной дозой 18-22 кГрей
и после воздействия термоокислительного старения Рис. 3 - Фотографии ламинирующей полиэтиленовой пленки до и после воздействия ионизирующего излучения, а также термоокислительного старения
Старение НМ, облученного электронным излучением, также приводит к существенному (на 65 %) снижению водоупорности материала. Тем не менее, такая стерилизация является более щадящей, потому что суммарное падение водоупорности (после воздействия стерилизации и термоокислительного старения) меньше, чем при стерилизации гамма-излучением
Таким образом, можно заключить, что для нетканого материала, ламинированного
полиэтиленовой пленкой, наиболее чувствительным к старению показателем является водоупорность.
Для расчета прогнозных сроков хранения по методу экстраполяции данных ускоренных испытаний в соответствии с ГОСТ 9.707-81 были проведены испытания на водоупорность НМ, состаренных при четырех температурах - 70° С, 80°С, 90°С, 100°С. Расчет сроков хранения материала спанлейс проводили в программе «ПРОГНОЗ-Расчет», представленной
Волгоградским государственным техническим университетом. Учитывая, что ГОСТ 9.713-86 рекомендует при аппроксимации
экспериментальных данных выбирать значения исследуемого показателя из интервала его изменения на 30-70 %, то и прогнозирование исследуемого свойства ограничено падением показателя на 70 % [4].
На рисунках 4 и 5 представлены прогнозные кривые сроков хранения НМ, после воздействия электронного и гамма-излучения.
В соответствии с требованиями к хирургическим покровным материалам, заложенными в стандарте ГОСТ БМ 13795-2011, водоупорность материалов должна быть более 30 см.вод.ст.
Рис. 4 - Прогнозная кривая срока хранения ламинированного НМ, облученного гамма-излучением
игл.кть проГНОШрОЕЗКНЯ
HJJfTU ппряии. толы
Рис. 5 - Прогнозная кривая срока хранения двухслойного ламинированного НМ,
облученного электронным излучением
Анализ полученных данных показал, что срок хранения образцов НМ, стерилизованного электронным излучением, больше на 2 года по сравнению с образцами НМ, стерилизованного гамма-излучением.
В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что характерным показателем старения для нетканых материалов, ламинированных полиэтиленовой пленкой, является водоупорность. Наиболее оптимальным
стерилизующим агентом - электронное излучение, в данном случае можно прогнозировать более длительное хранение медицинских изделий.
Работа поддержана Министерством образования и науки РФ, проект № 2196 базовой части государственного задания.
Литература
1. Иванов, В.С. Радиационная химия полимеров. Учебное пособие / В.С. Иванов - Химия, 1988. - 320 с.
2. Методы низкотемпературной стерилизации. -[Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.ozonator.ru/files/163
/52/Ь_638Ъа049аа0а£438ас3ба5е4а9102аЪ£ - свободный (дата обращения: 01.04.2014).
3. Травкина, Л. С. Влияние ионизирующего излучения на свойства нетканых материалов медицинского назначения / Л.С. Травкина, М.С. Лисаневич, Е.Е. Царева, Р.Ю. Галимзянова, Ю.Н. Хакимуллин // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2013. - № 24. - С. 28-31.
4. Прогнозирование времени работоспособности эластомерных композиций: Методические указания к лабораторной работе / Сост. А.Н. Гайдадин, И.П. Петрюк, В.Ф. Каблов - Волгоград. гос. техн. ун-т. -Волгоград, 2001.- 11 с.
© Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. каф. ТОМЛП, ХТПЭ КНИТУ; М. С. Лисаневич - к.т.н., доцент каф. ТОМЛП КНИТУ, lisanevichm@gmail.com; Р. Ю. Галимзянова - к.т.н., доцент той же кафедры, galimzyanovar@gmail.com; Б. Л. Шакиров - магистрант той же кафедры
© Y. N. Khakimullin - Dr. Sci. Sciences, prof. Department. TEMLI, CTEP, KNRTU; M. S. Lisanevich - Ph.D., AP., Department. TEMLI, KNRTU, llisanevichm@gmail.com; R. Y. Galimzyanova - Ph.D., AP., TEMLI, KNRTU galimzyanovar@gmail.com; B. L. Shakirov - Magister Department TEMLI, KNRTU.
