Научная статья на тему 'Влияние радиационной стерилизации на свойства нетканого материала, полученного по технологии спанлейс'

Влияние радиационной стерилизации на свойства нетканого материала, полученного по технологии спанлейс Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
751
113
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
НЕТКАНЫЙ МАТЕРИАЛ / ТЕХНОЛОГИЯ СПАНЛЕЙС / SPUNLACE TECHNOLOGY / РАДИАЦИОННАЯ СТЕРИЛИЗАЦИЯ / RADIATION STERILIZATION / ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЕ / GAMMA RAYS / УСКОРЕННЫЕ ЭЛЕКТРОНЫ / ACCELERATED ELECTRONS / NONWOVEN

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Хакимуллин Ю.Н., Легаева К.В., Кузнецова Е.С., Травкина Л.С., Лисаневич М.С.

Осуществлён анализ технических параметров нетканого материала, производимого по технологии спанлейс, облученного двумя различными источниками облучения (гамма-излучение, ускоренные электроны) и определены показатели, характеризующие радиационную стойкость нетканого материала. Даны рекомендации по выбору источника и дозы облучения для данного материала, когда при достижении стерильности сохраняются потребительские свойства.I

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Хакимуллин Ю.Н., Легаева К.В., Кузнецова Е.С., Травкина Л.С., Лисаневич М.С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

mplemented analysis of the technical parameters of the non-woven material produced by spunlace, after irradiation with two different sources of radiation (gamma rays, accelerated electrons) and identify indicators characterizing the radiation resistance of a non-woven material. Recommendations on the choice of the source and the radiation dose for a given material, when stored at achieving sterility consumer properties.

Текст научной работы на тему «Влияние радиационной стерилизации на свойства нетканого материала, полученного по технологии спанлейс»

УДК: 678. 677.03

Ю. Н. Хакимуллин, К. В. Легаева, Е. С. Кузнецова, Л. С. Травкина, М. С. Лисаневич, Р. Ю. Галимзянова

ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИОННОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ НА СВОЙСТВА НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА,

ПОЛУЧЕННОГО ПО ТЕХНОЛОГИИ СПАНЛЕЙС

Ключевые слова: нетканый материал, технология спанлейс, радиационная стерилизация, гамма-излучение, ускоренные

электроны.

Осуществлён анализ технических параметров нетканого материала, производимого по технологии спанлейс, облученного двумя различными источниками облучения (гамма-излучение, ускоренные электроны) и определены показатели, характеризующие радиационную стойкость нетканого материала. Даны рекомендации по выбору источника и дозы облучения для данного материала, когда при достижении стерильности сохраняются потребительские свойства.

Keywords: nonwoven, spunlace technology, radiation sterilization, gamma rays, accelerated electrons.

Implemented analysis of the technical parameters of the non-woven material produced by spunlace, after irradiation with two different sources of radiation (gamma rays, accelerated electrons) and identify indicators characterizing the radiation resistance of a non-woven material. Recommendations on the choice of the source and the radiation dose for a given material, when stored at achieving sterility consumer properties.

В настоящее время наблюдается тенденция по существенному увеличению объемов производства и расширению областей применения нетканых материалов (НМ), которые используются практически во всех областях жизнедеятельности человека. Такие свойства НМ, как гидрофильность или гидрофобность, воздухопроницаемость, хорошие барьерные и прочностные показатели при относительной дешевизне позволяют эффективно использовать их для медицинских целей.

Широкое применение в медицине нашли НМ, производимые по технологии спанлейс, благодаря своим уникальным свойствам, среди которых в первую очередь следует выделить: высокую степень впитываемости, высокую воздухопроницаемость, мягкость и хорошие тактильные ощущения, близкие к натуральным тканям, устойчивость на разрыв, безворсовую структуру, нетоксичность, антистатичность.

Спанлейс (spunlace) - это технология производства НМ, в которой скрепление волокон холста осуществляется водными струями. Как правило, полотно скрепляется на перфорированном барабане струями воды, бьющими под высоким давлением из форсуночных балок. При этом волокна холста перепутываются и связываются между собой [1].

На рисунке 1 схематично представлены основные этапы производства НМ по технологии спанлейс: формирование полотна, уплотнение полотна, скрепление, сушка, намотка.

Формирование полотна может

осуществляться различными способами, среди которых [2]:

- кардочесание штапельных волокон (drylaid);

- аэродинамический способ формирования холста (аЫа1ф;

- гидравлический способ формирования холста ^ейа1ф;

Рис. 1 - Основные этапы производства нетканого материала по технологии спанлейс

- спанлейд-спанбонд ^рипЫ^рипЪопф -холст формируется из непрерывных нитей (филаментов), полученных из расплава полимера.

Формованное полотно сначала уплотняется, чтобы устранить воздушные карманы, а затем пробивается водными струями (из форсунок) [3]. Падающие струи воды вызывают скрепление волокон. Водные струи сначала воздействуют с одной стороны полотна, затем полотно проходит через второй цикл скрепления в обратном направлении и, таким образом, закрепляется другая сторона полотна [4]. Давление воды, применяемой в переработке обычно возрастает от первой до последней форсунки [2].

Исходным сырьем для изготовления подобных материалов являются вискозные, полиэфирные, полипропиленовые и целлюлозные волокна. Важными характеристиками волокон для производства НМ по технологии спанлейс являются [3]:

- модуль изгиба: волокна с низким модулем изгиба требуют меньше энергии для скрепления;

- толщина волокон: полимерные волокна большего диаметра труднее скреплять из-за их большей жесткости на изгиб, чем волокна меньшего диаметра;

- форма поперечного сечения: волокна треугольной формы будут иметь жесткость на изгиб в 1,4 раза больше, чем у круглого волокна;

- длина: по сравнению с длинными волокнами, короткие волокна более подвижны и получается больше скрепленных частей. Прочность ткани, однако, пропорциональна длине волокна. Поэтому, длина волокна должна быть выбрана, чтобы соблюдался наилучший баланс между количеством скрепленных участков и прочностью ткани.

- смачиваемость волокон: гидрофильные волокна скрепить легче, чем гидрофобные волокна.

В соответствии с мировой практикой на рынке распространение получили следующие составы НМ спанлейс [2]:

- вискоза/ полиэфир;

- вискоза/ полипропилен;

- вискоза;

- полиэфир;

- хлопок;

- полипропилен;

- хлопок/полипропилен;

- хлопок/полиэфир;

- хлопок/вискоза;

- целлюлоза/полиэфир.

Состав определяет конечную сферу использования материала. В медицине наибольшее распространение получили нетканые материалы, производимые по технологии спанлейс на основе вискозы [5].

Чаще всего медицинские изделия из НМ должны подвергаться стерилизации. Для данных изделий принято использовать радиационную стерилизацию. Иногда используется газовая стерилизация - обработка изделий оксидом этилена, но этот метод имеет ряд недостатков: окись этилена легко воспламеняется, является пожароопасным веществом и является сильным ядом для человека, проявляя канцерогенное, мутагенное, раздражающее и наркотическое действие [6].

В настоящее время радиационным методом стерилизуется более 50% медицинских изделий одноразового пользования. Стерилизующим агентом при радиационной стерилизации является проникающее гамма-излучение или ускоренные электроны [7].

Электронно-лучевое (ЭЛ) излучение не предполагает глубинного проникновения в толщу продукта, как это делает гамма-излучение. В зависимости от плотности продукции ЭЛ-излучение проникает на глубину до 40 см от поверхности упаковки изделия. Действие ЭЛ-излучения ограничивается несколькими секундами, в отличие от многочасового воздействия на продукт гамма-излучением. Кратковременность воздействия ускоренных электронов снижает возможные эффекты окисления, сводя к минимуму нарушения в структуре, как продукта, так и упаковочного материала [8-10].

При проведении радиационной

стерилизации устанавливают диапазон доз, при которых будет обеспечена стерильность изделий.

Как правило, данный диапазон составляет от 20±3 кГр до 40±5 кГр. В некоторых случаях верхняя граница указанного диапазона может быть выше, в зависимости от вида изделия и характеристик стерилизующей установки.

Известно, что ионизирующее излучение приводит к деструкции некоторых полимеров, например полипропилена, проявляющегося в уменьшении технических показателей изделий на их основе. Также возможно протекание в полимерах автоокислительных реакций инициированных радиацией, которые, могут продолжаться длительное время после облучения изделий [11, 12], способствуя разрушению материала, что отражается на его работоспособности.

Учитывая то, что с каждым годом объемы производства и потребления стерильных изделий из НМ, производимого по технологии спанлейс растет, возникает необходимость в изучении влияния ионизирующего излучения на технические свойства данного материала. Практический интерес представляет определение наиболее чувствительных к воздействию радиации показателей (так называемых характерных показателей

радиационной стойкости) по которым возможно осуществление контроля потребительских свойств НМ спанлейс после стерилизации. Так как в настоящее время для стерилизации используется как ускоренные электроны, так и гамма-излучение, большое значение имеет также определение влияния вида ионизирующего излучения на нетканый материал.

Таким образом, целью данной работы являлось определение влияния поглощенной дозы при радиационной стерилизации и вида ионизирующего излучения на свойства НМ производимого по технологии спанлейс.

В качестве объекта исследования был выбран перфорированный спанлейс (состав полипропилен/вискоза), используемый в качестве салфеток, тампонов тупферов, масок и т. д.

Образцы нетканых материалов были облучены в широком диапазоне поглощенных доз -от 20 до 60 кГр на радиационно-технической установке: ИЛУ-10, принадлежащей ООО «СФМ-Фарм» и радиационно-технической установке «Пинцет» (укомплектована источниками излучения кобальт 60), принадлежащей ОАО "Татхимфармпрепараты".

Были проведены физико-механических испытания облученных образцов (рисунок 2, 3). В качестве показателей были выбраны: прочность при удлинении в продольном и поперечном направлении (ГОСТ Р 53226-2008), прочность на прорыв (ИСО 13938-1:1999), абсорбирующая способность абсорбента (ISO 9073-12:2002) в соответствии с техническими условиями на НМ.

При облучении дозой 60 кГр происходит снижение прочности НМ в продольном направлении: в случае гамма-излучения на 40%, ускоренных электронов на 12%. Прочность НМ при удлинении в поперечном направлении имеет небольшие значения и соответственно снижается

незначительно. Наблюдается изменение цвета с белого на светло-желтый при облучении НМ гамма-лучами поглощенной дозой 60 кГр.

деструкции [15]. Нужно отметить, что при поглощенной дозе выше 50 кГр начинается разрушение вискозного материала [16].

Рис. 2 - Зависимость прочности при удлинении в поперечном и продольном направлении перфорированного НМ спанлейс от поглощенной дозы радиационного облучения двух видов: ускоренные электроны и гамма-лучи

Рис. 3 - Зависимость прочности на прорыв перфорированного НМ спанлейс от поглощенной дозы радиационного облучения двух видов: ускоренные электроны и гамма-лучи

При облучении гамма-лучами и ускоренными электронами дозой 60 кГр снижение прочности на прорыв составляет ~ 60%. Следует отметить, что показатели прочности на прорыв НМ, облученного ускоренными электронами

поглощенной дозой 20 и 40 кГр, имеют значения на ~20% больше, чем при гамма-излучении.

Перфорированный НМ спанлейс характеризуется как материал с большой впитывающей способностью. Было исследовано влияние дозы облучения различных источников на абсорбирующую способность материала. Данные представлены на рисунке 4. Абсорбирующая способность НМ при облучении гамма-лучами дозой 60 кГр падает на 50%, при облучении ускоренными электронами дозой 60 кГр падение составляет лишь 20%.

Снижение физико-механических

показателей НМ спанлейс при облучении, скорее всего, обусловлено присутствием в составе НМ полипропиленовых волокон. Полипропилен благодаря наличию третичных атомов углерода в основной макромолекулярной цепи имеет низкую стойкость к термоокислительной и радиационной

Рис. 4 - Зависимость абсорбирующей способности перфорированного НМ спанлейс от поглощенной дозы радиационного облучения двух видов: ускоренные электроны и гамма-лучи

Более значительное падение показателей при облучении гамма-излучением связано с тем, что наряду с радиационной деструкцией, более интенсивно в отличие от облучения ускоренными электронами протекает и термоокислительная деструкция, поскольку температура при стерилизации гамма-излучением составляет 70-80°С. Также, влияет время стерилизации. Как было отмечено выше при облучении ускоренными электронами действие излучения ограничивается несколькими секундами, в отличие от многочасового воздействия на продукт гамма-излучением, что также отражается на свойствах материала. Кроме того, интенсивному протеканию окислительных процессов и деструкции способствует появление озона при длительной радиационной стерилизации.

Таким образом, в результате проведенных исследований перфорированного НМ полученного по технологии спанлейс показано, что все изученные показатели - прочность при пространственном растяжении, прочность при одноосном растяжении (в продольном направлении) адсорбирующая способность, в изученном диапазоне поглощенных доз могут характеризовать стойкость НМ к воздействию радиации.

На основании полученных результатов, можно рекомендовать использовать, как наиболее щадящий вид радиационной стерилизации, стерилизацию ускоренными электронами.

Литература

1 Хакимуллин Ю.Н. Нетканые материалы на основе полимеров, используемые для производства медицинской одежды и белья, стерилизуемой радиационным излучением: виды материалов, технологии производства. Вестник Казанского технологического университета / Ю.Н. Хакимуллин, С.И. Вольфсон, Р.Ю. Галимзянова, И.В. Кузнецова, А.В. Ручкин, И.Ш. Абдуллин - 2011. - №23. - С. 97-103

2 Спанлейс: технология, свойства, применение // newchemistry.ru: аналитический портал химической

промышленности. URL: http://www.newchemistry.ru/ letter.php?n_id=336 (дата обращения:02.03.2014).

3 Chellamani, K.P. and Vignesh Balaji, R.S. 2010. Nonwovens in healthcare and hygiene. Asian Tech. Textiles. 4(3): 49-54.

4 Huang H., Xiao Ga. 2004. Spunlace (hydroentanglement), Retrieved November 5, 2011 from www.engr.utk.edu/mse/Textiles/Spunlace.htm

5 Мельнев С.А. Способы придания полипропиленовым нетканым материалам гидрофильных свойств // RUSTM.NET: электр. журнал Технический текстиль №19, 2009 URL:http://rustm.net/catalog/article/1515.html (дата обращения:16.04.2014).

6 Промышленная стерилизация газовым методом [Электронный ресурс] URL: http://medinfo.dp. ua/_stat/s207. htm (дата обращения:10.03.2014).

7 Алимов А.С. Практическое применение электронных ускорителей. Препринт НИИЯФ МГУ № 2011 - 13/877, Москва, 2011 г.

8 Гречухин Д.П. Гамма-излучение // Физическая энциклопедия / Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романови др.; под общ. ред. А. М. Прохорова. - М.: Советская энциклопедия, 1988-1999.

9 Методы стерилизации и их воздействие на медицинское оборудование, содержащее электронику Системные требования: Adobe Acrobat Reader. URL: http://www.elin.ru/files/pdf/Thermochron/AN5068_RU.pdf (дата обращения:29.02.2014).

10 Источники ионизирующего излучения [Электронный ресурс]. URL: http://sp-department.ru/for_students/online_education/course.php

COURSE_ID=2&LESSON_ID=35 (дата обращения: 02.02.2014).

11 Иванов В. С. Радиационная химия полимеров: учебное пособие для вузов/ В.С. Иванов. - Л.: Химия, 1988. - 320 с.: ил.

12 Process for the production ofa gamma-radiation resistant polypropylene fibre for a radiation sterilizable non-woven fabric: пат. EP 0667406 A1 European patent: EP19950300857 / Makipirtti simo [FI]; Bergholm heikki [FI]; заявительSuominen Oy J. W. [FI]; заявл. 13.02.95 ; опубл. 16.08.96.

13 Portnoy, R.C. Polypropylene for Medical Applications / R.C. Portnoy. - Business Briefing : Medical Device Manufacturing & Technology, 2002.- 1-4 c.

14 Куксенко Е.С. Повышение стойкости полипропилена к термоокислительной деструкции Дис. ... канд. хим. наук. Москва. 2005. - 3 с.

15 Рахматуллина Э.Р. Влияние стабилизаторов на свойства композиций медицинского назначения на основе полипропилена / Э.Р. Рахматуллина , Р. Ю. Галимзянова, М. С. Лисаневич, Е. С. Кузнецова, Ю. Н. Хакимуллин, Н. А. Мукменева - 2013. - №22. - С. 181183

16 Material Considerations // Irradiation Processing. URL: http://www.sterigenics.com (дата обращения:16.09.2014).

Работа поддержана Министерством образования и науки РФ, проект № 2196 базовой части государственного

задания.

© Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. каф. ТОМЛП, ХТПЭ КНИТУ, К. В. Легаева - магистрант каф. ТОМЛП КНИТУ; Е. С. Кузнецова - магистрант каф. ТОМЛП КНИТУ; Л. С. Травкина - аспир. каф. ХТПЭ НИТУ; М. С. Лисаневич - доцент каф. ТОМЛП КНИТУ, lisanevichm@gmail.com; Р. Ю. Галимзянова - доцент каф. ТОМЛП КНИТУ, galimzyanovar@gmail.com.

© Y. N Khakimullin - Dr. Sci. Sciences, prof. Department. TEMLI, KNRTU; K. V. Legaeva - Magister Department. TEMLI, KNRTU; E. S. Kuznetsova - Magister Department TEMLI, KNRTU; L. S. Travkina - Magister Department.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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.