CN107820447B - 可读性和韧性得到改善的移液管 - Google Patents

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Abstract

一种血清移液管具有伸长的中空管状主体，所述伸长的中空管状主体在390至700nm范围内的透光率为40至70％。移液管主体由聚合物组合物形成，所述聚合物组合物包括5至30重量％的聚(苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯)和70至95重量％的聚苯乙烯。管状主体通过在400至500°F范围内的筒温度下挤出形成。

Description

可读性和韧性得到改善的移液管
本申请根据35 U.S.C.§119要求于2015年6月8日提交的系列号为62/172,483的美国临时申请的优先权的权益，本文以该申请的内容为基础，并通过引用的方式将该申请全文纳入本文。
背景
领域
本公开一般涉及血清移液管，更具体地，涉及可读性和机械韧性得到改善的塑料移液管。
背景技术
血清移液管既用于研究实验室也用于生产设施以转移液体体积，通常转移小于1ml到最高约100ml的液体体积。移液管可以是无菌塑料且一次性的，或者为可灭菌的玻璃且可重复使用的。这两种移液管均使用移液器吸聚和分配液体。不同尺寸的移液管可与相同的移液器一起用于各种实验分析。例如，血清移液管用于混合化学溶液或细胞悬浮液，或者在各容器之间转移液体。
通过小心注意被吸取和分配的液体水平，血清移液管可用于精确地转移液体体积，从而实现刻度可读性和流体水平检测成为所需的性质。
由于晶体聚苯乙烯(PS)的相对较低的成本和光学透明度，因此塑料血清移液管常规由100％晶体聚苯乙烯制造。尽管如此，这种商品的经济性激励人们不断努力降低生产成本，包括原料的成本。
为了避免在运输或使用期间破裂或失效，还期望机械耐久性高的血清移液管。然而，实现韧性与抗冲击性的改善通常与减少材料利用相矛盾，这是因为更薄的壁会倾向于损害物理性质。
鉴于上述，期望用于制造可读性和韧性增强的经济的血清移液管的制造方法以及形成的移液管。
概述
根据本公开的实施方式，血清移液管包括伸长的中空管状主体，该伸长的中空管状主体在390至700nm范围内的透射率为40至70％。所述移液管由聚合物组合物在400至500°F的成形温度(例如挤出筒温度)下形成(即经由挤出形成)，所述聚合物组合物包含5至30重量％聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和70至95重量％聚苯乙烯。
在以下的具体实施方式中提出了本公开主题的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言根据所作描述即容易理解，或者通过实施包括以下具体实施方式、权利要求书以及附图在内的本文所述的本公开主题而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的具体实施方式给出了本公开主题的实施方式，并且旨在用来提供理解要求保护的本公开主题的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对本公开的主题的进一步理解，附图并入本说明书中并构成说明书的一部分。附图例示了本公开的主题的各个实施方式，并与说明书一起用来解释本公开的主题的原理和操作。此外，附图和说明书仅仅是示例性的，并不试图以任意方式限制权利要求的范围。
附图简要说明
当结合以下附图阅读时，能对下文本公开的具体的实施方式的详细描述有最好的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中：
图1为PS-SBS移液管与对比PS移液管的照片；
图2为PS-SBS移液管与对比PS移液管的透光率的图表；
图3A和3B示出了PS-SBS移液管与对比PS移液管的点负载偏移测试的照片；
图4为PS-SBS移液管与对比PS移液管的点负载偏移测试数据；以及
图5A-5C为PS-SBS移液管与对比PS移液管的拉伸性质的图表。
具体实施方式
下面将对本公开的主题的各个实施方式进行更详细的描述，其中的一些实施方式例示于附图中。在附图中使用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
在实施方式中，表现出可读性增强的血清移液管的光学透明度在390至700nm内为40至70％(例如40、45、50、55、60、65或70％，包括任意上述数值之间的范围)。虽然透光率最多为70％，但是由于眩光低且视觉背景干扰最小，因此清晰的液体弯月面仍然是高度可检测的。改进移液管的可读性由于使得弯月面检测时间更快，因此允许使用者更快地操作移液管。如本文所测量，光学透明度数据通过移液管的单壁获得。
示例性的移液管由聚苯乙烯(PS)与聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SBS)的掺混物制造。移液管可以包括5至30重量％SBS(余量为PS)，例如5、10、15、20、25或30重量％SBS，包括任何上述数值之间的范围。移液器表现出低光泽度和中等透光率的光洁度。控制制造条件，尤其是PS-SBS树脂的挤出和模制温度，以实现所需的光机械性能。
聚苯乙烯(PS)是可商购的。示例性的PS材料为可购自美洲苯乙烯(AmericasStyrenics)的
Figure BDA0001499764920000031
685D。
Figure BDA0001499764920000032
685D聚苯乙烯的维卡(Vicat)软化温度为约225°F。SBS三嵌段共聚物由苯乙烯和丁二烯连接的均聚物嵌段形成，并且属于一类热塑性弹性体(TPE)，这类热塑性弹性体既表现出热塑性性质(加热时得到软化且像液体般流动但在冷却时回复成固体状态的能力)又表现出弹性性质(在响应施加的力时改变形状但在移除力时回复到初始形状的能力)。示例性的SBS聚合物为可购自苯领(Styrolution)的
Figure BDA0001499764920000033
684D。
Figure BDA0001499764920000034
684D聚合物的维卡软化温度为约187°F。SBS的替代物包括聚(苯乙烯-乙烯丁烯-苯乙烯)(SEBS)和聚(苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯)(SEPS)。
在实施方式中，PS和SBS(或SBS取代物)的熔体流动指数可独立地在1至30或更高的范围内，例如1、2、5、10、15、20、25或30，包括任意两个上述值之间的范围。在实施方式中，PS的熔体流动指数和SBS的熔体流动指数相差至少10％，例如10、20、50、100、200、500、1000、2000或5000％，包括任意上述数值之间的范围。
在实施方式中，PS的重均分子量可在200,000至500,000g/mol的范围内。在实施方式中，SBS的重均分子量可在20,000至200,000g/mol的范围内。
根据各个实施方式的移液管的内体积为1至100ml，例如1、2、5、10、20、50或100ml，并且壁厚度在0.01至0.05英寸的范围内，例如，0.01、0.02、0.03、0.04或0.05英寸，包括任意上述数值之间的范围。虽然移液管整体尺寸可根据例如体积而变化，但是示例性的10ml血清移液管的内部直径为0.331英寸，外部直径为0.375英寸，并且相应的壁厚度为0.022英寸。
图1为PS/SBS(80/20)复合物移液管(左)与对比PS移液管(右)的照片的光学显微图。PS移液管因为高眩光和令人分心的背景印刷而难以读取，与PS移液管相比，PS/SBS移液管表现出眩光减少并且背景印刷变柔和。PS/SBS(80/20)复合物移液管和对比PS移液管(壁厚度＝0.022英寸)的透光率数据示于图2。
图3为来自PS/SBS(80/20)复合物移液管(图3A)和对比PS移液管(图3B)的点负载偏移测试的光学显微图。在PS/SBS移液管中仅在偏移0.11英寸之后观察到裂纹引发，而晶体PS管在偏移0.01英寸时即开裂。在实施方式中，血清移液管在偏移0.05英寸或更高(例如0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14或0.15英寸，包括任何上述数值之间的范围)时抵抗开裂。
PS/SBS移液管和对比PS移液管的英斯特朗(Instron)测试数据示于图4，该图为施加的负载相对于各个样品测得的偏移的图表，其中记录对固定十字头设置的负载。曲线A对应于壁厚度为0.032英寸的常规PS移液管。在约12lbf(磅推力)的施加负载时在PS移液管中引发了裂纹，并且在约25lbf时观察到进一步开裂。管开裂表现为负载-偏移曲线的不连续性。
曲线B对应于相比于常规移液管，壁厚度减少30％的PS移液管(壁厚度＝0.022英寸)。减少材料使用可预测性地导致了更早开始开裂，同时在施加的负载小于15lbf时，薄PS移液管失效。在偏移小于0.02英寸时，在两种PS移液管(曲线A和B)中均观察到开裂。
曲线C对应于PS/SBS(93/7)薄壁移液管。加入7重量％SBS稍微改善了可耐受的负载，使得偏移为约0.03英寸。然而，PS/SBS(80/20)薄壁移液管(曲线D)在0.12英寸的偏移中没有显示出可测量的开裂。
由PS、SBS和示例性的掺混组合物形成的移液管的拉伸性质概括于图5A-5C，并且对应于根据实验B(参见下表1)制造的移液管。在实施方式中，血清移液管的拉伸强度为3500至7000psi(磅每平方英寸)，例如3500、4000、4500、5000、5500、6000、6500或7000psi，包括任何上述数值之间的范围；杨氏模量为250至450psi，例如，250、300、350、400或450psi，包括任何上述数值之间的范围；并且/或者断裂伸长率为至少4％，例如，4、6、8、10、12、14、16、18、20或22％，包括任何上述数值之间的范围。在图5中，产量数据用正方形表示，断裂数据用菱形表示。在实施方式中，血清移液管的抗冲击性为至少20J/m，例如，20、25、30、35、40、45或50J/m，包括任何上述数值之间的范围。
使用复合物组合物制造的移液管的韧性得到了改善，特别是对于用单独的聚苯乙烯制造的移液管而言。因此，可制造壁更薄且严格的尺寸容差更小的PS-SBS移液管，以改善产率、运输收率和最终使用的可靠性。此外，壁更薄的管的可行性能够节约30至40％的成本。另外，机械性能的改进可以通过消除通常与再研磨原料相关的机械性能降低而允许使用更高水平的再研磨树脂。
制造血清移液管的方法包括将管挤出，其后可焊接尖端和嘴部件，或者下拉挤出管端部以形成尖端和嘴部件。在示例性的实施方式中，聚苯乙烯(PS)和SBS聚合物以80/20和93/7的比例(重量/重量)手工掺混。将每种掺混物重力加料到David-Standard Mark V挤出机(3英寸直径；24:1长度:直径比)中以形成血清移液管。
根据实施方式的挤出机参数概括于表1。温度以华氏度报告。
表1.挤出机参数——PS/SBS(80/20和93/7)
Figure BDA0001499764920000051
Figure BDA0001499764920000061
如参考表1数据所见，David-Standard挤出机包括5个区域。短的挤出机(24:1至26:1L/D)通常总共具有三个或四个区域。更长的挤出机(30:1至32:1L/D)通常具有五个至六个区域，而长的挤出机(34:1L/D及更长)可以具有六个至十个区域。材料熔体温度受两个因素影响：热输入和剪切。
对于半结晶性塑料，通常的处理温度一般为高于树脂熔点约90°至135°F。例如，熔点为266°F的高密度聚乙烯(HDPE)通常在356至401°F的筒温度下被挤出。如果树脂易于降解，则可在更接近其熔点的情况下处理。
供应商推荐的
Figure BDA0001499764920000062
685D聚苯乙烯的挤出温度范围为约356-500°F。对于
Figure BDA0001499764920000063
684D SBS的挤出来说，供应商推荐的温度曲线包括320°F和392°F的最小和最大筒温度，同时规定应避免高于428°F的温度。申请人惊奇地且意外地确定了PS/SBS的热处理对甚至是极小含量的SBS敏感，并且在高于制造商对SBS所推荐的筒温度下挤出的PS/SBS组合物可用于生产具有所期望的光机械性能的移液管。
在实施方式中，在挤出PS/SBS掺混物期间的筒温度在400至500°F的范围内，例如，400、410、420、430、440、450、460、470、480、490或500°F，包括任意两个上述值之间的范围。在实施方式中，在挤出机的第一区域中的挤出温度小于450°F，并且在挤出机的第二区域中的挤出温度大于450°F。
任选地，可混合PS和SBS材料，例如用双螺杆挤出机混合。然而，这种基于剪切的混合可导致移液管变色。另一方面，无色移液管通过将SBS粒料加入到挤出机的PS粒料中来制造，因此避免了高剪切化使过程，即使挤出工艺温度高于供应商推荐的温度。
令人意外且有利的无色性质与图2的透光率数据相一致，其中，不存在显著的透光率下降，特别是在500至700nm的波长范围内。
继续参考图2，使用UV/VIS分光计[珀金埃尔默(Perkin Elmer)，型号Lambda18]测量透光率。分割每个样品以使得光源仅通过管的一个壁(壁厚度＝0.022英寸)。测量差异为2％。
在420-460°F的筒温下挤出的100％PS移液管的透射率曲线与在350-390°F的筒温度下挤出的PS/SBS(80/20)移液管(实验A)的透射率曲线相当，并且表现出在可见光谱内(390-700nm)透射率超过了70％。然而，在420-460°F的筒温度下挤出的PS/SBS(80/20)移液管(实验B)表现出透光率在390-700nm内仅为45-50％。
尺寸在聚合物组合物中存在SBS，但是申请人成功地将各移液管部件焊接到移液管主体上。示例性的焊接条件概括于表3。
表3.超声焊接设置
操纵杆(horn)施加的力(lbf) 15
焊接时间(秒) 0.35
焊接峰值振幅(微米) 25.76
保持时间(秒) 0.01
模制部件推力(lbf) 4.5
管夹气压(psi) 32
操纵杆叠加速度(英寸/秒) 0.3
移液管用“胶印(off-set)”印刷工艺印刷。用胶囊测试对油墨粘附性进行测试。
根据本公开的方面(1)，提供了血清移液管。所述血清移液管包括伸长的中空管状主体，所述伸长的中空管状主体在390至700nm范围内的透射率为40至70％。
根据本公开的另一个方面(2)，提供了根据方面(1)所述的移液管，其中，透射率为45至55％。
根据本公开的另一个方面(3)，提供了根据方面(1)-(2)中任一个方面所述的移液管，其中，管状主体包括5至30重量％的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和70至95重量％的聚苯乙烯。
根据本公开的另一个方面(4)，提供了根据方面(1)-(3)中任一个方面所述的移液管，其中，管状主体包括20重量％的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和80重量％的聚苯乙烯。
根据本公开的另一个方面(5)，提供了根据方面(1)-(4)中任一个方面所述的移液管，其中，管状主体的壁厚度为0.01至0.05英寸。
根据本公开的另一个方面(6)，提供了根据方面(1)-(5)中任一个方面所述的移液管，所述移液管的拉伸强度为3500至7000psi。
根据本公开的另一个方面(7)，提供了根据方面(1)-(6)中任一个方面所述的移液管，所述移液管的杨氏模量为250至450psi。
根据本公开的另一个方面(8)，提供了根据方面(1)-(7)中任一个方面所述的移液管，所述移液管的断裂伸长率为4至22％。
根据本公开的另一个方面(9)，提供了根据方面(1)-(8)中任一个方面所述的移液管，所述移液管的抗冲击性为20至50J/m。
根据本公开的方面(10)，提供了制造血清移液管的方法。所述方法包括将聚合物组合物形成为伸长的中空管状主体，其中，所述聚合物组合物包括5至30重量％的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和70至95重量％的聚苯乙烯，并且成形温度在400至500°F的范围内。
根据本公开的另一个方面(11)，提供了根据方面(10)所述的方法，其中，所述成形包括挤出。
根据本公开的另一个方面(12)，提供了根据方面(11)所述的方法，其中，挤出温度在420至460°F的范围内。
根据本公开的另一个方面(13)，提供了根据方面(11)所述的方法，其中在第一区域中的挤出温度小于450°F，并且在第二区域中的挤出温度大于450°F。
根据本公开的另一个方面(14)，提供了根据方面(10-13)中任一个方面所述的方法，其中，聚合物组合物包括20重量％的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和80重量％的聚苯乙烯。
除非上下文另外清楚地说明，否则，本文所用的单数形式“一个”、“一种”以及“该/所述”包括复数指代。因此，除非上下文另外清楚地说明，否则，例如，对一种“SBS聚合物”的引用包括具有两种或更多种此类“SBS聚合物”的实例。
术语“包括”或“包含”意为包括但不限于，即内含而非排它。
“任选”或“任选地”表示随后描述的事件、情况或情形可能发生，也可能不发生，而且该描述包括事件、情况或情形发生的实例和不发生的实例。
本文中，范围可以表示为从“约”一个具体值开始和/或至“约”另一个具体值终止。当表述这种范围时，实例包括自某一具体值始和/或至另一具体值止。类似地，当使用先行词“约”表示数值为近似值时，应理解，具体数值构成了另一个方面。还应理解的是，每个范围的端点值在与另一个端点值相结合以及独立于另一个端点值的情况下都是有意义的。
除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任意方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，如果方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序，或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，则都不旨在暗示该任意特定顺序。在任一项权利要求中所述的任何单个或多个特征或方面可以结合任一项或多项其他权利要求中所述的任何其他特征或方面或与任一项或多项其他权利要求中所述的任何其他特征或方面置换。
还应注意本文中涉及将部件“构造成”或“使其适于”的描述以特定的方式起作用。就这方面而言，将该部件“构造成”或“使其适于”是为了具体表现特定的性质，或者以特定的方式起作用，这样的描述是结构性的描述，而不是对预期应用的描述。更具体而言，本文所述的将部件“构造成”或“使其适于”的方式表示该部件现有的物理条件，因此可以将其看作该组件的结构特征的限定性描述。
虽然使用过渡语“包含”可以公开特定实施方式的各种特征、元素或步骤，但是应理解的是，这暗示了包括可采用过渡语“由……构成”或“基本上由……构成”描述在内的替代性实施方式。因此，例如，包含PS-SBS的移液管的暗示替代性实施方式包括其中移液管由PS-SBS掺混物组成的实施方式，以及其中移液管基本上由PS-SBS掺混物组成的实施方式。
对本领域技术人员显而易见的是，可以对本发明技术进行各种修改和变动而不偏离本公开的精神和范围。因为本领域技术人员可以结合本发明技术的精神和实质，对所述的实施方式进行各种改良、组合、子项组合和变化，因此应认为本发明技术包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。

Claims (12)

1.一种制造血清移液管的方法，所述方法包括：
将聚合物组合物成形为伸长的中空管状主体，其中，所述聚合物组合物包括5至30重量％的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和70至95重量％的聚苯乙烯，
其中，所述成形包括挤出，并且
在第一区域中的挤出温度小于450°F，并且在第二区域中的挤出温度大于450°F。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在第一区域中的挤出温度为至少420°F且小于450°F，并且在第二区域中的挤出温度大于450°F但不超过460°F。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中，聚合物组合物包括20重量％的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和80重量％的聚苯乙烯。
4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的方法制造的血清移液管，包括：
伸长的中空管状主体，所述伸长的中空管状主体在390至700nm范围内的透射率为40至70％。
5.根据权利要求4所述的移液管，其中，透射率为45至55％。
6.根据权利要求4所述的移液管，其中，管状主体包括5至30重量％的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和70至95重量％的聚苯乙烯。
7.根据权利要求中4所述的移液管，其中，管状主体包括20重量％的聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)和80重量％的聚苯乙烯。
8.根据权利要求中4所述的移液管，其中，管状主体的壁厚度为0.01至0.05英寸。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的移液管，所述移液管的拉伸强度为3500至7000psi。
10.根据权利要求4-8中任一项所述的移液管，所述移液管的杨氏模量为250至450psi。
11.根据权利要求4-8中任一项所述的移液管，所述移液管的断裂伸长率为4至22％。
12.根据权利要求4-8中任一项所述的移液管，所述移液管的抗冲击性为20至50J/m。
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