Прогнозирование долговечности ламинированого нетканого материала, стерилизованного ионизирующим излучением

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.