АНТИКОРРОЗИОННЫЕ МОЮЩИЕ КОМПОЗИЦИИ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОМАТОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ
ANTI-CORROSION DETERGENT COMPOSITIONS AND USE THEREOF IN CLEANING DENTAL AND MEDICAL INSTRUMENTS

Данное изобретение относится в целом к способам очистки стоматологических и медицинских инструментов. В частности, данное изобретение согласно одному из аспектов направлено на новый способ проведения очистки стоматологических и хирургических инструментов с целью оптимизации как защиты от коррозии, так и эффективности очистки.
Согласно другому аспекту данное изобретение направлено на новые антикоррозионные композиции, включающие моющие средства, для медицинских и хирургических инструментов, которые особенно пригодны для использования в процессе очистки по данному изобретению.
Несмотря на то что стоматологические и медицинские инструменты изготавливают из нержавеющей стали, они подвержены коррозии при цикле их обработки (мытье, дезинфекция, стерилизация). Стоматологические инструменты обычно больше подвержены коррозии из-за более высокого содержания углерода в них. Чтобы получить желаемые характеристики инструментов, такие как поверхностная твердость и износостойкость, изготовители инструментов часто прибегают к таким способам изготовления, как термообработка, которая имеет также нежелательный эффект, подвергая риску стойкость инструментов к коррозии. Чтобы снизить величину и скорость процесса коррозии, или даже совсем предохранить от нее, следует предпринять некоторые действия для активной защиты от коррозии.
Известно, что в некоторых случаях даже длительный контакт с пресной водой может инициировать коррозию на поверхности инструмента. Некоторые моющие средства, разработанные для очистки медицинских инструментов, содержат ингибиторы образования ржавчины. Действие этих ингибиторов ограничено стадией мытья цикла очистки; единственной стадией, на которой обычно применяют моющие средства. Это обычно исключает все стадии ополаскивания и конечной стадии цикла очистки - сушки на воздухе. Чтобы охватить и эти стадии, часто используют различные комплекты химических веществ. Эти химические вещества известны как вспомогательные средства для ополаскивания с ингибиторами образования ржавчины. Эти вспомогательные средства для ополаскивания имеют двойное назначение: (i) изменяют свойства воды для ополаскивания, чтобы способствовать сушке инструментов, и (ii) улучшают защитные свойства относительно ржавления. Продукты типа «хирургического молочка» также можно использовать для того, чтобы защитить поверхность инструментов от коррозии после стадии ополаскивания.
Такие процессы создают необходимость в применении большого количества различных химических веществ в ходе цикла мытья. Стоимость отдельных химикатов, работы с ними и систем дозаторов химических веществ делает процесс очистки дорогим и сложным.
Типичный цикл очистки медицинских инструментов состоит из ряда последовательных стадий: предварительное мытье, мытье, ополаскивание (обычно два) и сушка. Стадию предварительного мытья используют для того, чтобы растворить кровь на инструментах, и ее осуществляют холодной водой для предотвращения свертывания крови. Собственно мытье проводят горячей/теплой водой и моющим средством. Время мытья, температура воды и моющее средство подбирают в соответствии с требованиями. Несколько ополаскиваний используют для удаления жира, растворенного на стадии мытья, а также оставшегося моющего средства.
Ряд моющих средств, улучшенных ингибиторами образования ржавчины, разработан специально для использования в ультразвуковых моющих установках, где ополаскивание инструментов не рекомендуется, чтобы поддерживать присутствие моющего средства на поверхности инструментов. Пример представляет Ultrasonic Solution (раствор для ультразвуковой обработки), изготовленный Health Sonic Corporation. Ингибиторы образования ржавчины остаются на поверхности инструментов после того, как цикл очистки завершен. Эта защита от образования ржавчины имеет ограниченное во времени действие и может испаряться с поверхности или выгорать при обычном высокотемпературном процессе стерилизации, так что на поверхности инструмента практически не остается осадков, когда после этого его применяют на пациенте.
К несчастью, избегая стадии ополаскивания, чтобы получить максимальный защитный эффект таких ингибиторов образования ржавчины, мы можем подвергать риску чистоту инструментов. Основной задачей стадии ополаскивания является смыть грязь, высвободившуюся и растворившуюся на стадии мытья, и удалить ее вместе с использованным моющим средством.
Термин «антикоррозионное моющее средство, не требующее ополаскивания» будет применяться для обозначения моющего средства, улучшенного ингибиторами образования ржавчины, которое остается на поверхности инструментов после завершения цикла очистки, где защита от образования ржавчины имеет ограниченное во времени действие, и испаряется с поверхности или выжигается при высокотемпературном процессе стерилизации так, что практически никаких осадков не остается на поверхности инструмента при использовании его на пациенте.
Заявители обнаружили, что ряд таких не требующих ополаскивания антикоррозионных моющих средств можно, фактически, использовать в цикле мытья, который включает стадии мытья, ополаскивания и сушки (как, например, в распылительной моющей установке с контролем процесса), для защиты от коррозии, причем не подвергая риску эффективность очистки. Это моющее средство используют на стадии мытья цикла очистки, чтобы очистить и предотвратить коррозию (как это происходит при использовании ультразвуковой моющей установки), но его добавляют также, при более низких концентрациях, на последующих стадиях ополаскивания, особенно на последней стадии ополаскивания. Это поддерживает высокий уровень защиты от коррозии без отказа от ополаскивания, которое важно для качественной очистки. Этот новый способ очистки инструментов, в котором по меньшей мере окончательное ополаскивание содержит моющее средство, устраняет необходимость использования большого количества химикатов (чистящее средство, вспомогательное средство для ополаскивания, «хирургическое молочко»).
Заявители разработали также семейство специально составленных композиций антикоррозионных моющих средств, содержащих поверхностно-активное вещество с низкой пенообразующей способностью и алкилпирролидоны или определенные алкиламины, которые позволяют осуществить контроль коррозии во время мытья/дезинфекции медицинских инструментов в автоматических моющих системах, имеющих программируемые стадии мытья и ополаскивания.
Как указано выше, заявители обнаружили, что подходящие моющие средства, улучшенные ингибиторами образования ржавчины (главным образом теми, для которых защита от образования ржавчины имеет ограниченное во времени действие, и которые испаряются с поверхности или легко выгорают в ходе последующей стерилизации), можно использовать в распылительных моющих машинах с контролируемым процессом не только во время стадии мытья, но и в одной или более стадий ополаскивания, чтобы оптимизировать как очистку, так и защиту от коррозии. Примером таких моющих машин для инструментов являются моющие машины для инструментов HYDRIM (торговая марка), выпускаемые SciCan.
Таблица 1 иллюстрирует типичную программу дозирования моющего средства для стадий предварительного мытья, мытья и второго ополаскивания в циклах очистки моющей машины HYDRIM CS1W Instrument, изготовленной SciCan. Для этой машины общий объем воды, применяемый в цикле очистки, составляет 3 л. Общий объем моющего средства, дозируемого в ходе стадий предварительного мытья, мытья и второго ополаскивания, составляет, соответственно, 5,7 мл, 37 мл и 11,37 мл.
Таблица 1Дозировка моющего средства (мл), Hydrim CS1W
Цикл
Предварительное мытье
Мытье
2-е ополаскивание
Начало стадии предварительного мытья
Начало стадии мытья
При 45°С
Начало 2-го ополаскивания
Р1 (норм.)
5,7
18,5
18,5
11,37
Р2 (усилен.)
5,7
18,5
18,5
11,37
Пользователь может выбрать любую из двух программ (циклов) очистки. Программа, обозначенная Р1 (нормальная), проходит от предварительного мытья до второго ополаскивания в течение примерно пяти минут, в то время как Р2 (усиленный) - цикл проходит примерно за девять минут. В каждом случае в начале стадии предварительного мытья добавляют небольшую концентрацию (например, 30% от полной величины) композиции антикоррозионного моющего средства.
Более высокий уровень чистящей композиции (полную концентрацию моющего средства) добавляют в начале стадии мытья и еще раз - когда степень нагрева воды для мытья достигает 45°С, чтобы обеспечить как моющие свойства, так и защиту от коррозии. Интервал температур, в котором работает машина HYDRIM, составляет от комнатной температуры примерно до 70°C. Данное моющее средство можно также использовать в моющих машинах/дезинфекторах, которые достигают температур 93°C.
Первое ополаскивание проводят без всякого моющего средства. Это короткая фаза, на которой моющее средство, оставшееся от фазы мытья, еще защищает инструмент.
-3
2
Второе (и любое последующее) ополаскивание протекает при пониженной концентрации моющего средства (например, 30% от полной величины). Здесь моющее средство используют для защиты от коррозии и в качестве вспомогательного средства при ополаскивании. Моющее средство изменяет поверхностное натяжение воды для ополаскивания, чтобы увеличить степень удаления воды (смыв) с поверхности. Химикаты из моющего средства также защищают инструменты от коррозии во влажных условиях и в ходе цикла сушки. Остающаяся сухая поверхность является визуально чистой и не имеет опасных осадков. Зафиксированные остатки находятся на уровне ниже 23×10 мг/мм поверхности инструмента, результат, который сопоставим с результатом, полученным при использовании любых других вспомогательных средств для ополаскивания, которые используют обычно. Остатки невидимы и не оказывают отрицательного влияния на внешний вид инструмента, его поведение, полезный срок службы или цикл обслуживания.
В соответствии со способом по данному изобретению можно использовать большое количество имеющихся в продаже не требующих ополаскивания антикоррозионных моющих средств, которые предполагаются для использования в ультразвуковых установках для очистки. То есть их тоже можно добавлять на стадиях, следующих за стадией мытья цикла очистки. Однако заявители разработали специально составленный слабопенящийся концентрат защищающего от коррозии чистящего раствора, содержащий поверхностно-активное вещество с низкой пенообразующей способностью и алкилпирролидон или алкиламин, который обеспечивает прекрасные свойства по очистке и защите от коррозии.
Было неожиданно обнаружено, что чистящий концентрат по данному изобретению и разбавленные растворы, содержащие по меньшей мере 0,005% поверхностно-активного вещества с низкой пенообразующей способностью и по меньшей мере 0,005% С4-С16 алкилпирролидона или С1-С18 алкиламина, проявляют превосходные чистящие/защитные от коррозии свойства, особенно при очистке металлических стоматологических инструментов. Некоторые такие инструменты часто ржавеют после мытья и ополаскивания, но составы по данному изобретению предотвращают образование ржавчины и коррозию.
Концентрат чистящего раствора по данному изобретению имеет рН от нейтрального до щелочного, предпочтительно от 7 до 12. Согласно спецификации концентрации компонентов в водных чистящих композициях установлены в массовых процентах. Активные компоненты слабопенящихся, защищающих от коррозии чистящих растворов по данному изобретению представляют собой следующее:
(a) примерно от 0,005 до 10% от состава составляет поверхностно-активное вещество с низкой пенообразующей способностью, выбранное из блок-сополимеров полиоксиэтилена/полиоксипропилена, где молекулярная масса полиоксипропилена составляет примерно от 1500 до 8500, и в которых менее примерно 30% общей молекулярной массы обусловлено полиоксипропиленом;
(b) от 0,005 до 10% от состава составляет соединение, выбранное из С4-С16 алкилпирролидонов и С1-С18 алкиламинов, в качестве ингибирующего коррозию соединения;
(c) примерно от 0,01 до 15% от состава составляет по меньшей мере одна модифицирующая добавка, выбранная из группы фосфоновых кислот, таких как 1-гидроксиэтилиден 1,1-дифосфоновая кислота, аминотри(метилен фосфоновая кислота), диэтилентриаминпента(метиленфосфоновая кислота), 2-гидроксиэтилимино-бис-(метиленфосфоновая кислота), этилендиаминтетра (метиленфосфоновая кислота), ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота), ДТПА (диэтилентриаминпентауксусная кислота), ГЭДТА (N-(гидроксиэтил)этилендиаминтетрауксусная кислота), НТА (нитрилтриуксусная кислота), 2-гидроксиэтилиминодиуксусная кислота, триполифосфат натрия или калия, лимонная кислота, тетрафосфат натрия, гексаметафосфат натрия и их смеси, и
(d) примерно от 0% до 20% от состава составляет по меньшей мере один гидротроп, выбранный из группы, включающей ксиленсульфонат натрия, кумолсульфонат натрия, С6-С18 алкилсульфоновые кислоты и их соли, С6-С20 алкилполиглюкозиды и С6-С16 дифенилоксиддисульфонаты.
Термин «модифицирующая добавка» обычно используют в области составов моющих средств для обозначения молекулы, которая может уловить и удалить из воды поливалентные катионы, такие как кальций и магний. Такие катионы имеют тенденцию осаждать поверхностно-активное вещество, образуя нежелательные грязь или осадок.
«Гидротропы» представляют собой соединения, применяемые для увеличения растворимости поверхностно-активных веществ в водных растворах. Их применение описано в учебниках и литературе в данной области, например в «Книге о поверхностно-активных веществах и явлениях на поверхности раздела» (Book of Surfactants and Interfacial Phenomena), автор Milton Rosen.
Хотя в качестве поверхностно-активных веществ использовали большое количество алкилпирролидонов, их эффективная роль в качестве ингибиторов коррозии является новой и неожиданной. Можно предположить, что это вытекает из способности С4-С16 алкилпирролидонов превращаться в растворе в цвиттер-ионы, со способностью абсорбироваться на положительно или отрицательно заряженных металлических поверхностях, обеспечивая таким образом однородную защиту против коррозии.
Что касается С1-С18 алкиламинов, то при нейтральном или слабощелочном рН эти соединения ионизируются до четвертичной аммониевой формы, и этот положительный ион может адсорбироваться на отрицательно заряженных поверхностях металла, опять-таки усиливая защиту от коррозии.
Композиции по данному изобретению могут содержать в качестве возможных дополнительных ингредиентов:
- по меньшей мере один растворитель в количестве примерно от 0,001 до 20% от состава, выбранный из группы гликолей, простых эфиров гликолей, С1-С6 линейных или разветвленных спиртов и ароматических спиртов;
- по меньшей мере один буфер поддержания рН в количестве примерно от 0,001 до 10% от состава, выбранный из борной кислоты, лимонной кислоты, фосфорной кислоты и их солей;
- по меньшей мере одно дополнительное поверхностно-активное вещество в количестве от 0,01 до 10% от состава, выбранное из неионных, анионных, амфотерных и катионных ПАВ; и
- по меньшей мере один ингибитор коррозии в количестве примерно от 0,001% до 10% от состава, выбранный из группы молибдатов (например, молибдат натрия), нитритов (например, нитрит натрия), триазолов (например, 1,2,3-бензатриазол), глюконатов и карбоновых кислот.
Совокупность испытаний на моющую способность была проведена на стержнях из нержавеющей стали, имеющих высокое (мин. 0,15%) содержание углерода. Этот материал был подвергнут термообработке для снижения стойкости к коррозии. Поверхности этих стержней исследовали на предмет появления «ржавчины».
В то время как обычные, не требующие ополаскивания антикоррозионные моющие средства дают более 25% поверхности, покрытой ржавчиной/продуктами коррозии, все предложенные заявителями составы Таблицы 2 давали менее 5% покрытия продуктами коррозии; пример реализации антикоррозионного моющего состава по данному изобретению, являющийся предпочтительным в настоящее время, приведенный в Таблице 3, не дает визуально обнаруживаемой ржавчины или продуктов коррозии на поверхности испытуемых стальных стержней.
Специалисты в данной области должны понимать, что могут быть осуществлены различные модификации данного способа и композиций, описанных выше, в пределах сущности и объема данного изобретения. Соответственно, предполагается, что приведенные здесь конкретные примеры реализации следует рассматривать только как иллюстрации, а изобретение ограничено только приведенной здесь формулой изобретения.
Таблица 2
4472
4473
4474
4475
4608
4673
4677
4679
4680
4690
Исходный материал
мас.%
мас.%
мас.%
мас.%
мас.%
мас.%
мас.%
мас.%
мас.%
мас.%
Деионизированная вода<sup>1</sup>
до 100%
50,60
45,60
47,30
58,30
62,30
33,24
Dequest 2010<sup>2</sup>
8,00
8,00
8,00
8,00
8,00
8,00
12,80
КОН (45%)<sup>3</sup>
11,50
11,50
11,50
11,50
10,50
9,00
16,80
Пропиленгликоль<sup>4</sup>
7,00
8,00
12,00
12,00
10,00
9,50
16,00
Ксилолсульфонат натрия<sup>5</sup>
8,40
Pluronic 17R2<sup>6</sup>
0,05
0,50
0,70
0,50
0,50
0,80
Bioterge PAS-8S<sup>7</sup>
1,40
1,40
1,40
Cobratec 35 G<sup>8</sup>
3,50
Молибдат натрия<sup>9</sup>
1,50
1,50
1,50
1,50
Борная кислота<sup>10</sup>
2
2,00
2,00
2,00
0,20
0,20
0,20
Октиламин<sup>11</sup>
1
0
0
0
Surfadone LP-100<sup>12</sup>
0
2
0
0
2,00
4,00
2,00
2,00
2,00
3,20
Триэтаноламин<sup>13</sup>
0
0
5
0
SXS<sup>14</sup>
14,50
14,00
14,00
10,00
8,00
16,00
Etox 2400<sup>15</sup>
1,00
0,50
0,50
0,96
ИТОГО:
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
Примечания к таблице 2:
1
носитель
2
1-гидроксиэтилиден, 1,1 дифосфоновая кислота (модифицирующая добавка)
3
гидроксид калия (для корректировки рН)
4
растворитель
5
гидротроп
6
торговая марка BASF для сополимера полиоксиэтилена/полиоксипропилена (вещество, подавляющее образование пены)
7
торговая марка Stepan для октилсульфоната (анионное поверхностно-активное вещество)
8
1,2,3-бензотриазол (антикоррозионный агент для меди)
9
ингибитор коррозии
10
нетоксичный буфер поддержания рН
11
ингибитор коррозии
12
торговая марка ISP для М-октил-2-пирролидона (ингибитор коррозии)
13
ингибитор коррозии и вещество для регулирования рН
14
товарный знак Stepan для ксилолсульфоната натрия (гидротроп)
15
торговая марка Etox для этиленоксидного/пропиленоксидного сополимера (неионное поверхностно-активное вещество)
Таблица 3
Исходный материал
Химическое название
Источник/поставщик
мас.%
Деионизированная вода
Носитель
50,14
Dequest 2010 (60%)
1-гидроксиэтилиден 1,1-дифосфоновая кислота
Solutia
10,50
Пропиленгликоль
Растворитель
5,00
Борная кислота
Буфер для поддержания рН
Borax
0,20
SXS (40%)
Ксилолсульфонат натрия (гидротроп)
Stepan
16,00
КОН (45%)
Гидроксид калия (регулятор рН)
12,80
Ethox 2400
Этоксилированный спирт (неионное ПАВ)
Ethox Co.
0,96
SurfidoneLP 100
N-октил-2-пирролидон (катионное ПАВ)
ISP corporation
3,20
Dehypon LS 36
Спирт С12-С14 ЭО/ПО (неионное ПАВ)
Cognis
0,60
Dehypon LS 54
Спирт С12-С14 ЭО/ПО (неионное ПАВ - подавитель образования пены)
Cognis
0,60
ИТОГО:
100