EP4652228A1 - Spritzguss-einwegkunststoffartikel, dessen herstellung und verwendung - Google Patents

Spritzguss-einwegkunststoffartikel, dessen herstellung und verwendung

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Publication number
EP4652228A1
EP4652228A1 EP23769120.9A EP23769120A EP4652228A1 EP 4652228 A1 EP4652228 A1 EP 4652228A1 EP 23769120 A EP23769120 A EP 23769120A EP 4652228 A1 EP4652228 A1 EP 4652228A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
injection
disposable plastic
plastic article
cbc
ldpe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23769120.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Taesler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eppendorf SE
Original Assignee
Eppendorf SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eppendorf SE filed Critical Eppendorf SE
Publication of EP4652228A1 publication Critical patent/EP4652228A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06—Polyethylene
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    • C08L53/00—Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L53/02—Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers of vinyl-aromatic monomers and conjugated dienes
    • C08L53/025—Compositions of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Compositions of derivatives of such polymers of vinyl-aromatic monomers and conjugated dienes modified
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/10—Transparent films; Clear coatings; Transparent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2203/00—Applications
    • C08L2203/10—Applications used for bottles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group

Definitions

  • the invention relates to an injection-molded disposable plastic article, a method for its production and its use.
  • plastic articles have the disadvantage that, when in contact with liquid media, especially liquid samples, components can leach out of the plastic material, thus contaminating the liquid medium or sample.
  • components can leach out of the plastic material, thus contaminating the liquid medium or sample.
  • plastic additives contained in the plastic that support thermal processing such as antioxidants.
  • leachables also called “leachables,” then become part of the contents of the plastic article and adulterate or contaminate it. This is particularly detrimental when tests are to be conducted on samples contained in the plastic articles, such as chemical or biological assays, where these contaminants can interfere with or even inhibit the tests. These contaminations are particularly serious, especially with small volumes.
  • Plastic articles are generally used in a wide variety of applications, for example in the field of life sciences, i.e. in fields or research areas that deal with living organisms, their structures and processes. These include, for example, the fields of medicine, pharmacology, biochemistry, biotechnology, in particular cell biology, microbiology or molecular biology. Plastic articles used in these fields are made from polyolefins, for example, which usually contain plastic additives or fragments that are then dissolved by the solvents commonly used in these fields, such as polar protic or aprotic solvents. This contaminates a liquid contained in the plastic article. The dissolution of plastic additives and/or fragments occurs because they dissolve particularly in polar protic or polar aprotic solvents.
  • Another way to prevent additives from leaching out of the plastic is to apply one or more layers to the inside of a plastic article in which a liquid sample is to be stored and, for example, tested.
  • These layers are, for example, SiOx layers, which are intended to act as a barrier against leaching out of the plastic material.
  • SiOx layers which are intended to act as a barrier against leaching out of the plastic material.
  • the one or more SiOx layers on the plastics have insufficient barrier properties, and in some cases soluble components are even undesirably leached from the barrier layers themselves and migrate into the contained liquid sample.
  • a further disadvantage of these layers is the risk that the coating can detach, for example, during the treatment of a liquid sample, particularly when using ultrasound, and then contaminate the contained sample.
  • an injection-molded disposable plastic article consisting of the two plastics low-density polyethylene (LDPE) and cyclic block copolymer (CBC), wherein 95 - 30 wt.% LDPE and 5 - 70 wt.% CBC are present, the injection-molded disposable plastic article is translucent or transparent, has a melt flow index MFR (190 °C/2.16 kg) in the range of 0.1 to 2.5 g/10 min according to ISO 1133 and contains no additives.
  • LDPE low-density polyethylene
  • CBC cyclic block copolymer
  • Preferred mixing ratios of low-density polyethylene (LDPE) to cyclic block copolymer (CBC) are in the range of 9:1 to 1:1.
  • low-density polyethylene is referred to as LDPE and cyclic block copolymer as CBC.
  • Disposable article here refers to an article that is intended for single use only and then disposed of.
  • the disposable article in this case is a single-use plastic article, i.e., it is made of plastic. It should not contain any other components besides the two plastics.
  • injection-molded disposable plastic article refers to a disposable plastic article that is manufactured using an injection molding process and is only available through this process.
  • Injection molding is a plastic forming process known to those skilled in the art, in which the plastic is liquefied in an injection molding device and injected under pressure into a mold, the injection molding tool. The liquefied plastic solidifies in the tool through cooling or a crosslinking reaction, whereby the cavity of the tool determines the shape and structure of the molded part. After solidification, the tool is opened and the molded part is removed. In the present invention, no crosslinking reaction takes place. because there are no reactive groups, such as double bonds, in the two plastics.
  • the injection-molded disposable plastic article is also simply referred to as disposable plastic article or plastic article.
  • the first plastic contained in the single-use plastic item is selected from the class of LDPEs.
  • LDPE stands for "low density”
  • PE polyethylene
  • It is a low-density polyethylene, also known as low-density polyethylene (PE-LD). It is a thermoplastic.
  • the polyethylene in LDPE exists in highly branched polymer chains, resulting in a low density in the range of 0.915 g/ cm3 to 0.935 g/ cm3 (according to ISO 1183 or ASTM D1505, which are equivalent).
  • LDPE low-density polyethylene
  • the invention uses additive-free LDPEs.
  • LDPEs commercially available LDPEs for medical and pharmaceutical use (medical-grade) are free of additives.
  • LDPEs used are transparent or translucent and injection-moldable.
  • An LDPE is injection-moldable if it has a melt flow index (MFR) according to ISO 1133 (MFR/190/2.16: test temperature 190°C, mass 2.16 kg) in the range of 0.1 to 2.5 g/10 min. Therefore, an LDPE with an MFR within the specified range is selected.
  • MFR melt flow index
  • the second plastic contained in the disposable plastic article is selected from the class of cyclic block copolymers (CBC) and is also a thermoplastic.
  • CBC cyclic block copolymers
  • This is a class of relatively new plastics from USI Corp., which also are available additive-free.
  • Cyclic block copolymers (CBCs) are fully hydrogenated polymers based on styrene and conjugated dienes obtained by anionic polymerization. The hydrogenation of styrene-butadiene block copolymers to CBCs is carried out, for example, according to the following schemes:
  • the properties of the CBCs can be tailored over a wide range by adjusting the ratio of cyclohexylethylene (CHE) to ethylene-co-l-butene (EB) in the copolymer.
  • CHE cyclohexylethylene
  • EB ethylene-co-l-butene
  • CBC has high rigidity and significantly higher heat resistance than LDPE, but is brittle and difficult to process by injection molding.
  • CBCs that are free of additives are used.
  • CBCs for medical and pharmaceutical use (medical-grade) that do not contain additives are commercially available.
  • CBCs that are transparent and injection-moldable are used.
  • a CBC is injection-moldable if it has a melt flow index (MFR) according to ISO 1133 (MFR/190/2.16: test temperature 190°C, mass 2.16 kg) that is in the range of 0.1 to 2.5 g/10 min. Therefore, a CBC with an MFR within the specified range is selected.
  • MFR melt flow index
  • CBC Cyclic Block Copolymers
  • the latest ViviOnTM CBC 0510 HSE is particularly impact-resistant and has particularly high flowability.
  • These CBCs for example, exhibit a transmittance (380-760 nm) of at least 91% according to ASTM D1003.
  • the injection-molded disposable plastic article Due to its composition, the injection-molded disposable plastic article has the special feature that components that can be dissolved out by solvents are reduced to an unavoidable proportion, i.e. to a minimum.
  • reduced to a minimum means reduced to a minimal proportion or a minimum of solvent-soluble components that cannot be avoided. This applies in particular to polar protic or polar aprotic solvents.
  • Polar aprotic solvents include, for example, ketones such as acetone, lactones, lactams, nitro compounds such as nitromethane, tertiary carboxylic acid compounds such as dimethylformamide, ureas, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, sulfones, and carbonic acid esters such as ethylene carbonate.
  • Polar protic solvents include, for example, water, short-chain alcohols such as methanol and ethanol, primary and secondary amines, primary and secondary amides, carboxylic acids, and mineral acids. Subsequent sealing and/or coating of the surface of the plastic articles is therefore generally not necessary.
  • the plastic article is also inert to solvents, especially polar protic or polar aprotic solvents.
  • solvent inert here means that the plastic article remains unchanged even upon prolonged contact with a solvent or a mixture of solvents, meaning its chemical composition remains unchanged. Furthermore, as already explained, virtually no component is dissolved from the plastic article by the solvent(s).
  • the disposable plastic item is translucent or even transparent due to the plastics used.
  • Translucency here means that there is partial light transmission, so that the plastic item, similar to frosted glass, is translucent but not transparent. The plastic item is then only partially translucent and not transparent, but translucent, which can also be described as opaque.
  • Transparency means that the plastic article is see-through.
  • transparent refers to materials that allow the majority of light to pass through, with a small portion of the light being absorbed and scattered. Transparency is therefore the ability of material to transmit light waves (transmission). Transparent materials are characterized by high transmittances.
  • transparent here means that the disposable plastic article has a high light transmission of at least 75%, or at least 80%, or at least 85%, or at least 90%, or at least 95% of the light at the wavelength used and for the thickness of the material used. For example, the haze and light transmission of transparent plastics at 380 to 760 nm are determined according to ASTM D1003, yielding the values given above.
  • Both transparent and translucent plastic items are particularly advantageous because the contents of the plastic item can be seen from the outside. This is useful, for example, when examining samples inside the plastic item.
  • LDPE low-density polyethylene
  • CBC cyclic block copolymer
  • the injection-molded disposable plastic article acquires improved overall injection-molding properties, allowing the production of disposable plastic articles by injection molding.
  • the disposable plastic article exhibits a melt flow index (MFR) (190°C/2.16 kg) in the range of 0.1 to 2.5 g/10 min according to ISO 1133 or ASTM D1238.
  • ISO 1133 and ASTM D1238 are considered technically equivalent, so the resulting MFR values are the same.
  • MFR melt flow index
  • the flow behavior of a thermoplastic and thus its degree of polymerization can be determined using the melt flow index (MFR). This therefore explains the good injection-molding behavior of the plastic article of the invention.
  • the selected CBC/LDPE blends are therefore suitable for the production of single-use plastic items that can be manufactured in a single production step, for example. These single-use plastic items can therefore be produced cost-effectively.
  • the shapes of disposable plastic articles are not further restricted; they can be any shape known to those skilled in the art. These include, for example, container caps, Closures of containers, packaging, in particular in the form of containers, micro test plates (deepwell plates), containers, in particular sample containers, such as bottles or vials, phials, sample tubes, cuvettes (i.e. sample containers with plane-parallel side surfaces) for optical examinations (e.g. UV/VIS) of liquids, containers with closures, in particular where the closure and the container are inseparably connected to one another, i.e. in one piece, pipette tips, syringes or infusion containers.
  • container caps Closures of containers
  • packaging in particular in the form of containers, micro test plates (deepwell plates)
  • containers in particular sample containers, such as bottles or vials, phials, sample tubes
  • cuvettes i.e. sample containers with plane-parallel side surfaces
  • optical examinations e.g. UV/VIS
  • the single-use plastic item should not be in the form of a film.
  • the requirements for a pipette tip would be that it is straight and not warped, while for a container, stability, for example, during centrifugation, plays a role. These requirements and properties can be easily met with the invention.
  • the ratio of the two plastics By adjusting the ratio of the two plastics, it is possible to specifically adjust the thermal and mechanical properties of the plastic article of the invention and even to adapt or "tune” it for specific property profiles.
  • LPDE is not as thermally stable and very soft, and therefore has very limited usability when used alone
  • CBC is very stiff, but would sometimes be too stiff or too brittle as a sole component.
  • the combination of both plastics therefore has the great advantage of providing a variety of property profiles that can be specifically tailored to specific requirements and applications.
  • the disposable plastic article is unexpectedly translucent to transparent and additive-free.
  • additive-free means that the plastic article does not contain any additives in the form of additives of any kind that were added for or during production and that the plastics used as starting materials in the form of LDPE and CBC are also used without additives.
  • the possible uses for the disposable article are also not limited; any use that a specialist can imagine for a plastic article is possible.
  • the intended use is therefore very diverse and can, for example, Storage, sampling, sample processing, in particular carrying out tests on samples and the like.
  • Containers with very low sample concentrations are particularly advantageous, as the advantageous properties of the present invention are then particularly effective.
  • a pipette tip made of disposable plastic is particularly advantageous because the plastic prevents contamination of the contained sample by dissolved components (except for unavoidable minimum amounts).
  • disposable plastic items are primarily used in fields that deal with living organisms, their structures, and processes, particularly in all steps performed in the laboratory. These include, for example, the fields of medicine, pharmacology, biochemistry, biotechnology, especially cell biology, microbiology, or molecular biology. Particularly preferred uses are in the storage of pharmaceuticals, cell cultivation, the conduct of biological or medical tests, and all process steps in a molecular biology laboratory, such as the handling, replication, and storage of biomolecules such as DNA, RNA, or proteins.
  • the present invention relates to a method for producing an injection-molded disposable plastic article according to the invention, comprising the steps of: dry mixing the granules of low-density polyethylene (LDPE) and cyclic block copolymer (CBC), which are each used additive-free, wherein a low-density polyethylene (LDPE) is used which is translucent or transparent and has a melt flow index MFR (190 °C/2.16 kg) in the range of 0.1 to 2.5 g/10 min according to ISO 1133 and a cyclic block copolymer (CBC) is used which is transparent and has a melt flow index MFR (190 °C/2.16 kg) in the range of 0.1 to 2.5 g/10 min according to ISO 1133 and
  • LDPE low-density polyethylene
  • CBC cyclic block copolymer
  • LDPE low-density polyethylene
  • CBC cyclic block copolymer
  • Injection molding of the resulting mixture to obtain an injection molded disposable plastic article in the desired shape.
  • the manufacturing process is essentially a dry-blend process. Only the granules are mechanically mixed together, followed by injection molding. It is preferable if no extrusion is performed prior to injection molding.
  • a particularly advantageous aspect of the process is that it is fundamentally possible to use injection molds that are typically used for injection molding polypropylene directly to produce the corresponding plastic articles according to the invention. This represents a significant simplification of the process and is particularly economical.
  • the invention also relates to the use of the injection-molded disposable plastic article according to the invention in medicine, pharmacology, biochemistry, biotechnology, in particular cell biology, microbiology or molecular biology, for storage, sampling, sample processing, carrying out tests, in particular of liquid-containing ingredient(s), preferably in the presence of polar protic or polar aprotic solvents.
  • ingredients means any form of one or more ingredients that are contained in the injection-molded disposable plastic article according to the invention, for example, that are to be stored therein and, if necessary, further processed.
  • a sample container containing a sample for example, a sample container containing a sample.
  • liquid ingredient(s) means that the ingredient(s) are at least partially present with a liquid or a mixture of liquids in the injection-molded disposable plastic article according to the invention. Any combination of ingredient(s) and liquid(s) is conceivable. This may, for example, be a solution, suspension, emulsion, or dispersion.
  • LDPE low-density polyethylene
  • CBC cyclic block copolymer
  • the single-use plastic item is translucent or transparent, which is advantageous because the ingredient(s) are visible. This can be important, for example, for viewing or checking the ingredients, for example, as part of quality control, or for sampling and sample analysis, for example, when conducting tests that use an optical method.
  • the disposable plastic article has a melt flow index (MFR) (190 °C/2.16 kg) in the range of 0.1 to 2.5 g/10 min according to ISO 1133, making it particularly suitable and easy to produce by injection molding. Blending the two plastics improves the overall injection molding properties of the injection-molded disposable plastic article.
  • MFR melt flow index
  • the selected CBC/LDPE blends are therefore suitable for the production of disposable plastic articles in a single production step.
  • the disposable plastic articles can therefore be manufactured cost-effectively.
  • Preferred mixing ratios of low-density polyethylene (LDPE) to cyclic block copolymer (CBC) range from 9:1 to 1:1.
  • the two plastics exhibit unexpectedly good miscibility, with no phase boundaries observed during mixing.
  • By adjusting the mixing ratio different requirements and property profiles for disposable plastic items can be specifically tailored.
  • the injection-molded disposable plastic article also has the particularly advantageous property of minimizing solvent-soluble components, except for an unavoidable portion. This is especially true when using polar protic or polar aprotic solvents. Additionally, it is possible to subject the disposable plastic article to a hydrogen plasma treatment. This not only sterilizes but also chemically functionalizes the plastic surface. This imparts molecule-repellent, particularly biomolecule-repellent, properties to the disposable plastic article, preventing nonspecific adsorption of liquid ingredients on the walls of the disposable plastic article that come into contact with the liquid ingredients. The ingredients thus remain largely unchanged upon contact with the disposable plastic article.
  • the shape of the disposable plastic item is not further restricted if it is manufactured by injection molding, so that a variety of shapes for a wide range of uses are possible.
  • the plastics used were BormedTM LE6600-PH, a low-density polyethylene (LDPE) from the Borealis Group, and ViviOnTM CBC 0510HFE, a cyclic block copolymer (CBC) from USI Corp.
  • LDPE low-density polyethylene
  • CBC cyclic block copolymer
  • a two-cavity full hot runner mold was used as the injection molding tool.
  • the plastics were used as granules in the following mixtures:
  • the injection molding parameters were as follows:
  • Cooling time 4 s
  • melt flow index (MFR) 190°C/2.16 kg
  • the centrifugation tubes can therefore also be used at high g-values.
  • the centrifugation test therefore confirms that the disposable plastic items can tolerate the load under high g-values and show no adverse effects on the material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Spritzguss-Einwegkunststoffartikel, bestehend aus den beiden Kunststoffen Low-Density-Polyethylen (LDPE) und Cyclic-Block-Copolymer (CBC), wobei 95 - 30 Gew.-% LDPE und 5 – 70 Gew.-% CBC vorhanden sind, der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel transluzent oder transparent ist, einen Schmelzflussindex MFR (190 °C/2,16 kg) im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133 aufweist und keine Additive enthält. Gegenstand der Erfindung ist auch dessen Herstellung und dessen Verwendung, beispielweise als Behälter, Pipette oder Pipettenspitze. Der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel verfügt aufgrund seiner Zusammensetzung über die Besonderheit, dass aus diesem durch Lösungsmittel herauslösbare Bestandteile, bis auf einen unvermeidbaren Anteil, auf ein Mindestmaß herabgesetzt sind. Hierdurch wird eine Kontamination von im Spritzguss-Einwegkunststoffartikel enthaltenen aufbewahrten flüssigen Inhaltsstoffen nahezu vollständig vermieden.

Description

Spritzguss-Einwegkunststoffartikel, dessen Herstellung und Verwendung
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Spritzguss-Einwegkunststoffartikel, ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie dessen Verwendung.
Hintergrund zur Erfindung
Bekanntermaßen haben Kunststoffartikel den Nachteil, dass sich in Kontakt mit flüssigem Medium, insbesondere flüssigen Proben, Bestandteile aus dem Kunststoffmaterial herauslösen können und so das flüssige Medium bzw. die Probe kontaminiert werden. Dies sind z.B. im Kunststoff enthaltene Kunststoffadditive, welche die thermische Bearbeitbarkeit unterstützen, wie Antioxidanten. Diese herauslösbaren Bestandteile oder Kontaminationen, die auch „Leachables" genannt werden, werden dann Bestandteil des Inhalts des Kunststoffartikels und verfälschen oder kontaminieren diesen. Besonders nachteilig wirkt sich dies dann aus, wenn mit Proben in den Kunststoffartikeln Tests durchgeführt werden sollen, wie beispielweise chemische oder biologische Assays, wobei diese Kontaminationen die Tests stören oder sogar inhibieren können. Insbesondere bei kleinen Volumina wirken sich diese Kontaminationen besonders gravierend aus.
Kunststoffartikel werden generell bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, beispielweise auch bei Anwendungen im Bereich der Life Sciences, d.h. in Bereichen bzw. Forschungsgebieten, die sich mit Lebewesen, ihren Strukturen und Vorgängen befassen. Dies sind beispielweise die Bereiche Medizin, Pharmakologie, Biochemie, Biotechnologie, insbesondere Zellbiologie, Mikrobiologie oder Molekularbiologie. In diesen Bereichen verwendete Kunststoffartikel sind beispielweise aus Polyolefinen hergestellt, die in der Regel Kunststoffadditive bzw. -fragmente enthalten, die dann von den üblicherweise in diesen Bereichen verwendeten Lösungsmittel, wie polaren protischen oder aprotischen Lösungsmittel, herausgelöst werden. Dadurch wird eine im Kunststoffartikel enthaltene Flüssigkeit kontaminiert. Das Herauslösen von Kunststoffadditiven und/oder -fragmenten findet statt, weil sich diese insbesondere in polaren protischen oder polaren aprotischen Lösungsmitteln lösen. Gerade diese Lösungsmittel finden aber in der Regel in den Life Science-Bereichen Verwendung. Unpolare Lösungsmittel, die unpolare Bestandteile aus dem Kunststoff herauslösen würden, wie z. B. Oligomere, kommen dagegen in den Life Science-Bereichen praktisch nicht zum Einsatz. Es gibt daher insbesondere für diese Anwendungsbereiche einen Bedarf an Kunststoffen, bei denen kein Herauslösen von Kunststoffadditiven und/oder -fragmenten aus dem Kunststoff erfolgt.
Eine Möglichkeit, das Herauslösen von unerwünschten Bestandteilen aus dem Kunststoff zu verhindern, besteht darin, die Kunststoffadditive wegzulassen. Dies hat aber regelmäßig das Problem, dass dann die thermische Stabilität des Kunststoffs herabgesetzt wird, so dass sich diese nicht mehr thermisch verarbeiten lassen und sich thermisch zersetzen. Die thermische Bearbeitbarkeit von Kunststoffen kann dabei gänzlich verloren gehen.
Eine weitere Möglichkeit, das Herauslösen von Additiven aus dem Kunststoff zu verhindern, besteht darin, ein oder mehrere Schichten auf die Innenseite eines Kunststoffartikels aufzubringen, in dem eine flüssige Probe aufbewahrt und beispielweise getestet werden soll. Diese Schichten sind beispielweise SiOx-Schichten, die eine Barriere gegen das Herauslösen aus dem Kunststoffmaterial darstellen soll. Jedoch wurde bei den meisten Fällen festgestellt, dass die ein oder mehreren SiOx- Schichten auf den Kunststoffen über unzureichende Barriere-Eigenschaften verfügen, und zum Teil sogar aus den Barriere-Schichten selbst in unerwünschter Weise lösliche Bestandteil herausgelöst werden und in die enthaltene flüssige Probe übergehen. Ein weiterer Nachteil dieser Schichten ist die Gefahr, dass die Beschichtung sich z.B. während der Behandlung einer flüssigen Probe, insbesondere bei Verwendung von Ultraschall, ablösen kann und dann die enthaltene Probe verunreinigt.
Weiterhin erhöhen sich die Herstellungskosten durch den zusätzlichen Fertigungsschritt der Beschichtung des Kunststoffartikels erheblich, was aus wirtschaftlicher Hinsicht sehr nachteilig ist.
Aus der Veröffentlichung: Macromolecules, 2016, 49 (17), S. 6497-6506 sind beispielsweise Poly(cyclohexylethylen-ran-ethylen)-Copolymeren (CE) bekannt geworden, deren statistischen Segmentlängen so synthetisiert wurden, dass diese denen von isotaktischem Poly(propylen) (iPP) entsprechen. Diese Kunststoffe scheinen keine Additive zu enthalten. Aus diesen Kunststoffen wurden Folien, jedoch keine Behälter, hergestellt. Es besteht daher ein großes Interesse und ein großer Bedarf an Kunststoffartikeln, die die Nachteile aus dem Stand der Technik vermeiden und insbesondere keine oder praktisch keine aus dem Kunststoff herauslösbaren Bestandteile aufweisen und der Kunststoff dennoch thermisch stabil und in üblicher Weise verarbeitbar ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die oben geschilderte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Spritzguss- Einwegkunststoffartikel, bestehend aus den beiden Kunststoffen Low-Density- Polyethylen (LDPE) und Cyclic-Block-Copolymer (CBC), wobei 95 - 30 Gew.-% LDPE und 5 - 70 Gew.-% CBC vorhanden sind, der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel transluzent oder transparent ist, einen Schmelzflussindex MFR (190 °C/2,16 kg) im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133 aufweist und keine Additive enthält.
Bevorzugte Mischungsverhältnisse von Low-Density-Polyethylen (LDPE) zu Cyclic- Block-Copolymer (CBC) liegen im Bereich von 9 : 1 bis 1 : 1.
Nachfolgend wird zur Vereinfachung das Low-Density-Polyethylen mit LDPE und das Cyclic-Block-Copolymer mit CBC bezeichnet.
Unter „Einwegartikel" wird hier ein Artikel verstanden, der nur zur einmaligen Verwendung vorgesehen ist und dann entsorgt wird. Der Einwegartikel ist hier ein Einwegkunststoffartikel, d.h. dieser besteht aus Kunststoff. Andere Bestandteile außer den beiden Kunststoffen sollen nicht vorhanden sein.
Der Begriff „Spritzguss-Einwegkunststoffartikel" ist ein Einwegartikel aus Kunststoff, der in einem Spritzgussverfahren hergestellt wird und nur durch dieses erhältlich ist. Das Spritzgießen stellt ein dem Fachmann bekanntes Umformverfahren für Kunststoff dar, bei dem der Kunststoff in einer Spritzgießvorrichtung verflüssigt und in eine Form, dem Spritzgießwerkzeug, unter Druck eingespritzt wird. Der verflüssigte Kunststoff wird im Werkzeug durch Abkühlung oder eine Vernetzungsreaktion fest, wobei der Hohlraum des Werkzeuges, die sog. Kavität, die Form und Struktur des Formteils bestimmt. Nach dem Verfestigen wird das Werkzeug geöffnet und das hergestellte Formteil entnommen. In der vorliegenden Erfindung findet keine Vernetzungsreaktion statt, da keine reaktionsfähigen Gruppen, wie beispielweise Doppelbindungen, in den beiden Kunststoffen vorhanden sind.
Nachfolgend wird der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel vereinfacht auch als Einwegkunststoffartikel oder Kunststoffartikel bezeichnet.
Der erste Kunststoff, der im Einwegkunststoffartikel enthalten ist, wird aus der Klasse der LDPEs ausgewählt. In LDPE steht „LD" für „low density" und „PE" für Polyethylen. Es ist ein Polyethylen niedriger Dichte, das auch als Low-Density-Polyethylen (PE-LD) bezeichnet wird. Es stellt einen thermoplastischen Kunststoff dar. Das Polyethylen im LDPE liegt in stark verzweigten Polymerketten vor, so dass eine geringe Dichte im Bereich von 0,915 g/cm3 bis 0,935 g/cm3 (nach ISO 1183 oder ASTM D1505, die äquivalent sind) vorliegt.
LDPE oder Low-Density-Polyethylen ist weich und wenig wärmeformbeständig, aber dafür sehr schlagzäh. Es werden erfindungsgemäß LPDEs eingesetzt, die frei von Additiven sind. Im Handel erhältlich sind beispielweise LDPEs für die medizinische und pharmazeutische Verwendung (medical-grade), die frei von Additiven sind. Es kommen LDPEs zum Einsatz, die transparent oder transluzent und spritzgießbar sind. Ein LDPE ist dann spritzgießbar, wenn es einen Schmelzflussindex MFR nach ISO 1133 (MFR/190/2,16: Prüftemperatur 190°C, Masse 2,16 kg) aufweist, der im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min liegt. Es wird daher ein LDPE ausgewählt, dessen MFR im angegebenen Bereich liegt.
Beispielhafte Handelsprodukte für LDPE, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sind die Produkte der Borealis-Gruppe und der Sabic-Gruppe, wie Bormed™ LE6600-PH, eine Handelsmarke der Borealis-Gruppe, ein additivfreies LDPE mit einem MFR (190 °C/2,16 kg) von 1,5 g/10 min nach ISO 1133 oder SABIC LDPE PCG09 ein additivfreies LDPE mit einem MFR (190 °C/2,16 kg) von 7,5 dg/min (= 0,75 g/min) nach ISO 1133, oder SABIC LDPE PCG22 ein additivfreies LDPE mit einem MFR (190 °C/2,16 kg) 22 dg/min (= 2,2 g/min) nach ISO 1133.
Der zweite Kunststoff, der im Einwegkunststoffartikel enthalten ist, wird aus der Klasse der Cyclic-Block-Copolymere (CBC) ausgewählt und stellt ebenfalls einen Thermoplast dar. Dies ist eine Klasse relativ neuer Kunststoffe der Firma USI Corp., die ebenfalls additivfrei erhältlich sind. Cyclic-Block-Copolymere (CBCs) sind vollständig hydrierte Polymere auf der Basis von Styrol und konjugierten Dienen, die durch anionische Polymerisation erhalten werden. Die Hydrierung von Styrolbutadien- Blockcopolymeren zu den CBCs erfolgt beispielsweise anhand folgenden Schemas:
Styrolbutadien-Blockcopolymere Cyclic-Block-Copolymere (CBC)
Die Reste RI, R2 und die Parameter a, b, x und y können in geeigneter Weise gewählt werden. Hierzu sind im Stand der Technik keine Informationen erhältlich.
Die Eigenschaften der CBCs können über einen weiten Bereich angepasst werden, indem das Verhältnis von Cyclohexylethylen (CHE) zu Ethylen-co-l-buten (EB) im Copolymer eingestellt wird.
Generell besitzt CBC eine hohe Steifigkeit und eine deutlich höhere Wärmeformbeständigkeit als LDPE, ist dafür aber spröde und spritzgusstechnisch schwer verarbeitbar. Erfindungsgemäß werden CBCs eingesetzt, die frei von Additiven sind. Im Handel erhältlich sind beispielweise CBCs für die medizinische und pharmazeutische Verwendung (medical-grade), die keine Additive enthalten. Erfindungsgemäß kommen CBCs zum Einsatz, die transparent und spritzgießbar sind. Ein CBC ist dann spritzgießbar, wenn es einen Schmelzflussindex MFR nach ISO 1133 (MFR/190/2,16: Prüftemperatur 190°C, Masse 2,16 kg) aufweist, der im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min liegt. Es wird daher ein CBC ausgewählt, dessen MFR im angegebenen Bereich liegt.
Als beispielhafte Handelsprodukt sollen die bekannten Typen von CBC der Fa. USI Corporation angegeben werden, die unter den Handelsnamen ViviOn™ Cyclic Block Copolymers (CBC) bekannt sind. Dies sind beispielsweise ViviOn™ CBC 8210, ViviOn™ CBC 8210XT, ViviOn™ CBC 1325, ViviOn™ CBC 1325EUT, ViviOn™ CBC 0510HSE, ViviOn™ CBC 0510, ViviOn™ CBC 0510HF, ViviOn™ CBC 0510T, ViviOn™ CBC 0510HT, ViviOn™ CBC 0510HFP, ViviOn™ CBC 0510HFE und ViviOn™ CBC 0510FEP. Die neueste Typ ViviOn™ CBC 0510 HSE ist besonders schlagzäh und hat eine besonders hohe Fließfähigkeit. Diese CBCs weisen beispielweise eine Transmission (380-760 nm) gemäß ASTM D1003 von mindestens 91% auf. Diese CBCs weisen alle beispielweise einen MFR (260 °C/2,16) im Bereich von 5 bis 13 g/10 min oder einen MFR (190 °C, 2,16) von 1 bis 3 cm3/min (= 1 bis 3 g/min) jeweils gemäß ASTM D1238 (die zur ISO 1133 äquivalent ist) auf. Die angegebenen CBCs sind daher alle spritzgießbar.
Es wurde nun in überraschender Weise festgestellt, dass man die Eigenschaften von LDPE und CBC miteinander kombinieren kann und so besonders vorteilhafte Eigenschaften des hieraus gefertigten Kunststoffartikels erhält.
Der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel verfügt aufgrund seiner Zusammensetzung über die Besonderheit, dass aus diesem durch Lösungsmittel herauslösbare Bestandteile, bis auf einen unvermeidbaren Anteil, d.h. auf ein Mindestmaß, herabgesetzt sind. „Auf ein Mindestmaß herabgesetzt" bedeutet in diesem Zusammenhang auf einen Minimalanteil oder ein Minimum von durch Lösungsmittel herauslösbare Bestandteile verringert, der/das sich nicht vermeiden lässt. Dies trifft insbesondere auf polare protischen oder polare aprotischen Lösungsmittel zu. Polare aprotische Lösungsmittel sind beispielweise Ketone, wie Aceton, Lactone, Lactame, Nitroverbindungen, wie Nitromethan, tertiäre Carbonsäureverbindungen, wie Dimethylformamid, Harnstoffe, Sulfoxide, wie Dimethylsulfoxid, Sulfone und Kohlensäureester, wie Ethylencarbonat. Polare protische Lösungsmittel sind beispielweise Wasser, kurzkettige Alkohole, wie Methanol und Ethanol, primäre und sekundäre Amine, primäre und sekundäre Amide, Carbonsäuren und Mineralsäuren. Eine nachträgliche Versiegelung und/oder Beschichtung der Oberfläche der Kunststoffartikel ist daher generell nicht erforderlich.
Der Ausdruck „bis auf einen unvermeidbaren Anteil" an herausgelösten Bestandteilen bedeutet, dass stets Bestandteile aus einem Kunststoff herausgelöst werden, dies kann nicht vollständig unterbunden werden. Jedoch ist der Anteil der aus dem Kunststoff herausgelösten Bestandteile so gering, dass dieser zumeist sogar unter der Nachweisgrenze liegt und vernachlässigt werden kann. Eine Kontamination des flüssigen Inhalts des Einwegkunststoffartikels wurde bislang nicht beobachtet. Mit anderen Worten kann der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel auch in Gebieten, bei denen sehr hohe Qualitätsanforderungen an den Kunststoff vorliegen, wie dem Life- Science-Bereich, zum Einsatz kommen, ohne dass eine Kontamination des Inhaltes durch herausgelöste Kunststoffbestandteile erfolgt.
Der Kunststoffartikel ist zudem gegen Lösungsmittel, insbesondere polare protischen oder polare aprotischen Lösungsmittel inert. Unter dem Begriff „gegen Lösungsmittel inert" wird hier verstanden, dass der Kunststoffartikel auch bei langem Kontakt mit einem Lösungsmittel oder einer Mischung von Lösungsmitteln unverändert bleibt, das heißt seine chemische Zusammensetzung nicht verändert wird. Zudem wird - wie bereits erläutert - durch das oder die Lösungsmittel praktisch kein Bestandteil aus dem Kunststoffartikel herausgelöst.
Weiterhin ist der Einwegkunststoffartikel aufgrund der verwendeten Kunststoffe transluzent oder sogar transparent. Unter „Transluzenz" wird hier verstanden, dass eine partielle Lichtdurchlässigkeit vorliegt, so dass der Kunststoffartikel, ähnlich wie Milchglas, durchscheinend, aber nicht transparent ist. Der Kunststoffartikel ist dann nur partiell lichtdurchlässig und nicht durchsichtig, sondern durchscheinend, was auch als opak bezeichnet werden kann.
„Transparenz" bedeutet, dass der Kunststoffartikel durchsichtig ist. Der Ausdruck „transparent" bezeichnet Materialien, die den überwiegenden Teil des Lichtes hindurch lassen, wobei ein meist geringer Teil des Lichtes absorbiert und gestreut wird. Transparenz ist daher die Fähigkeit von Materie, Lichtwellen hindurch zu lassen (Transmission). Transparente Materialien zeichnen sich durch hohe Transmissionsgrade aus. Der Begriff „transparent" bedeutet hier, dass der Einwegkunststoffartikel eine hohe Licht-Transmission von mindestens 75 % oder mindestens 80 % oder mindestens 85 % oder mindestens 90 % oder mindestens 95 % des Lichts der eingesetzten Wellenlänge und bei der verwendeten Dicke des Materials aufweist. Beispielweise wird die Trübung und Licht-Transmission von transparenten Kunststoffen bei 380 bis 760 nm gemäß der ASTM D1003 bestimmt, wobei die oben angegeben Werte erhalten werden.
Im erfindungsgemäßen Spritzguss-Einwegkunststoffartikel wird die Transparenz nur deswegen erreicht, weil keine Phasengrenzen bei den Mischungsverhältnissen der beiden Komponenten Low-Density-Polyethylen (LDPE) und Cyclic-Block-Copolymer (CBC) auftreten. Es liegt eine besonders gute Mischbarkeit der beiden Kunststoffe vor. Phasengrenzen beim Mischen von unterschiedlichen Stoffen würden zu Schwierigkeiten führen und optisch der Transparenz entgegenstehen, aber auch mechanische Schwachstellen bedeuten. Dies ist beim erfindungsgemäßen Einwegkunststoffartikel überraschenderweise nicht der Fall.
Sowohl ein transparenter als auch transluzenter Kunststoffartikel ist besonders vorteilhaft, da man den Inhalt des Kunststoffartikels von außen sehen kann. Dies ist beispielweise bei einer Probensichtung in dem Kunststoffartikel von Nutzen.
Ob ein transparenter oder transluzenter Einwegkunststoffartikel erhalten wird, hängt vom gewählten Mischungsverhältnis der beiden verwendeten Komponenten Low- Density-Polyethylen (LDPE) und Cyclic-Block-Copolymer (CBC) ab: So ist LDPE an sich in der Regel transluzent. CBC an sich ist transparent oder sogar hochtransparent. Überraschenderweise geht in den Einwegartikeln die Transparenz bzw. Transluzenz nun nicht verloren, so dass man die optischen Eigenschaften von LDPE und CBC miteinander kombinieren kann und so den Inhalt des Kunststoffartikels von außen sichten kann bzw. diesen sogar explizit sieht. Je mehr CBC im Einwegkunststoffartikel enthalten ist, um so weiter geht der erhaltene Kunststoffartikel von transluzent in transparent über.
Der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel erhält durch Mischen der beiden Kunststoffe insgesamt verbesserte Spritzgusseigenschaften, so dass man Einwegkunststoffartikel im Spritzguss herstellen kann. Der Einwegkunststoffartikel weist einen Schmelzflussindex MFR (190°C/2,16 kg) im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133 oder ASTM D1238 auf. Die ISO 1133 und ASTM D1238 werden als technisch äquivalent angesehen, so dass die erhaltenen MFR-Werte gleich sind. Das Fließverhalten eines thermoplastischen Kunststoffs und damit dessen Polymerisationsgrad lassen sich über den Schmelzflussindex MFR bestimmen. Dieser begründet daher das gute Spritzgieß-Verhalten des Kunststoffartikels der Erfindung.
Die ausgewählten CBC/LDPE-Blends eignen sich daher zur Herstellung von Einwegkunststoffartikel, die beispielweise in einem Fertigungsschritt hergestellt werden können. Die Einwegkunststoffartikel sind daher kostengünstig herstellbar.
Die Formen der Einwegkunststoffartikel sind nicht weiter beschränkt, es kann jede dem Fachmann bekannte Form vorliegen. Dies sind beispielweise Kappen von Behältern, Verschlüsse von Behältern, Verpackungen, insbesondere in Form von Behältnissen, Mikrotestplatten (Deepwell-Platten), Behälter, insbesondere Probenbehälter, wie Flaschen oder Fläschchen, Phiolen, Probenröhrchen, Küvetten (d.h. Probenbehälter mit planparallelen Seitenflächen) für optische Untersuchungen (z.B. UV/VIS) von Flüssigkeiten, Behälter mit Verschluss, insbesondere wobei der Verschluss und der Behälter miteinander untrennbar verbunden, d.h. einstückig, sind, Pipettenspitzen, Spritzen oder Infusionsbehälter.
Der Einwegkunststoffartikel soll jedoch nicht in Form einer Folie vorliegen.
Je nachdem, wie die Einwegartikel geformt sind, haben sie unterschiedliche Anforderungs- und Eigenschaftsprofile. Beispielsweise wären die Anforderungen an eine Pipettenspitze, dass sie gerade ist und keinen Verzug aufweist, während bei einem Behälter beispielsweise die Stabilität z.B. bei der Zentrifugation eine Rolle spielt. Diese Anforderungen und Eigenschaften können erfindungsgemäß ohne weiteres zur Verfügung gestellt werden.
So besteht die Möglichkeit durch das Einstellen des Verhältnisses der beiden Kunststoffe die thermischen und mechanischen Eigenschaften beim Kunststoffartikel der Erfindung gezielt einzustellen und sogar für bestimmte Eigenschaftsprofile anzupassen bzw. zu „tunen". Während LPDE thermisch nicht so stabil und sehr weich ist und dadurch im alleinigen Einsatz sehr begrenzt einsatzfähig ist, ist CBC sehr steif, aber wäre als alleinige Komponente teilweise zu steif oder zu spröde. Die Kombination beider Kunststoffe hat daher den großen Vorteil, dass hierdurch eine Vielfalt von Eigenschaftsprofilen zur Verfügung steht, die je nach Anforderungszweck und Einsatz gezielt abgestimmt werden können. Zudem ist der Einwegkunststoffartikel unerwarteterweise transluzent bis transparent und additivfrei.
Der Begriff „additivfrei" bedeutet, dass im Kunststoffartikel keine Additive in Form von Zusätzen, gleich welcher Art, vorliegen, die für die oder bei der Herstellung beigegeben wurden und dass die als Ausgangmaterialien verwendeten Kunststoffe in Form von LDPE und CBC ebenfalls jeweils ohne Additiv eingesetzt werden.
Die Einsatzmöglichkeiten für den Einwegartikel sind ebenfalls nicht weiter beschränkt, jede dem Fachmann für einen Kunststoffartikel mögliche Verwendung kommt in Frage. Der Verwendungszweck ist daher ganz vielfältig und kann beispielweise die Aufbewahrung, Probennahme, Probenverarbeitung, insbesondere Durchführung von Tests mit Proben und dergleichen umfassen.
Besonders vorteilhaft sind Behälter, bei denen die Probenkonzentration sehr gering ist, da dann die vorteilhaften Eigenschaften der vorliegenden Erfindung besonders gut zum Tragen kommen. Beispielsweise ist eine Pipettenspitze als Einwegkunststoffartikel ganz besonders vorteilhaft, da bei dem Kunststoff eine Kontamination einer enthaltenen Probe durch herausgelöste Bestandteile (bis auf unvermeidbare Mindestanteile) vermieden wird.
Die Einwegkunststoffartikel werden bevorzugt in Bereichen verwendet, die sich mit Lebewesen, ihren Strukturen und Vorgängen befassen, besonders bevorzugt in allen Schritten, die im Labor durchgeführt werden. Dies sind beispielweise die Bereiche Medizin, Pharmakologie, Biochemie, Biotechnologie, insbesondere Zellbiologie, Mikrobiologie oder Molekularbiologie. Besonders bevorzugte Verwendungen sind im Bereich der Aufbewahrung von Pharmazeutika, Kultivierung von Zellen, bei der Durchführung biologische oder medizinischer Tests, bei allen Prozessschritten in einem molekularbiologischen Labor wie z.B. dem Handling, Vervielfältigen und Lagern von Biomolekülen wie DNA, RNA oder Proteinen.
Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Spritzguss-Einwegkunststoffartikels mit den Schritten: trockenes Vermischen der Granulate von Low-Density-Polyethylen (LDPE) und Cyclic-Block-Copolymer (CBC), die jeweils additivfrei eingesetzt werden, wobei ein Low-Density-Polyethylen (LDPE) eingesetzt wird, das transluzent oder transparent ist und einen Schmelzflussindex MFR (190 °C/2,16 kg) im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133 aufweist und ein Cyclic-Block-Copolymer (CBC) eingesetzt wird, das transparent ist und einen Schmelzflussindex MFR (190 °C/2,16 kg) im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133 aufweist und
95 - 30 Gew.-% Low-Density-Polyethylen (LDPE) und 5 - 70 Gew.-% Cyclic- Block-Copolymer (CBC) eingesetzt werden, und kein Kunststoffadditiv zugegeben wird und
Spritzgießen der erhaltenen Mischung unter Erhalt eines Spritzguss- Einwegkunststoffartikels in der gewünschten Form. Grundsätzlich ist die Herstellung ein Dry-Blend-Verfahren. Nur die Granulate werden mechanisch miteinander vermischt und direkt im Anschluss findet ein Spritzguss statt. Es ist bevorzugt, wenn vor dem Spritzguss keine Extrusion durchgeführt wird.
Besonders vorteilhaft an dem Verfahren ist, dass es grundsätzlich möglich ist, Spritzgussformen, welche üblicherweise für das Spritzgießen von Polypropylen eingesetzt werden, direkt zur Herstellung der entsprechenden erfindungsgemäßen Kunststoffartikel verwendet werden können. Dies stellt eine große Vereinfachung des Verfahrens dar und ist besonders wirtschaftlich.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Spritzguss- Einwegkunststoffartikels in der Medizin, Pharmakologie, Biochemie, Biotechnologie, insbesondere Zellbiologie, Mikrobiologie oder Molekularbiologie, zur Aufbewahrung, Probennahme, Probenverarbeitung, Durchführung von Tests, insbesondere von flüssigkeitshaltigem(n) Inhaltsstoff(en), bevorzugt bei Gegenwart von polaren protischen oder polaren aprotischen Lösungsmitteln.
Der Begriff „Inhaltsstoff(en)" bedeutet, jede Form von ein oder mehreren Inhaltsstoffen, die sich im erfindungsgemäßen Spritzguss-Einwegkunststoffartikel befinden, beispielweise in diesem aufbewahrt werden und gegebenenfalls weiterverarbeitet werden sollen. Beispielweise ein Probenbehälter, in dem sich eine Probe befindet.
Der Ausdruck „fl üssigkeitsha Itigem (n) Inhaltsstoff(en)" bedeutet, dass sich der oder die Inhaltsstoffe zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit oder einer Mischung von Flüssigkeiten zusammen im erfindungsgemäßen Spritzguss-Einwegkunststoffartikel befinden. Jede Kombination von Inhaltsstoff(en) und Flüssigkeit(en) ist denkbar. Hierbei kann es sich beispielweise um eine Lösung, Suspension, Emulsion oder Dispersion handeln.
Die Vorteile der Erfindung sind außerordentlich vielschichtig:
Es kommen 2 Kunststoffklassen zum Einsatz, ausgewählt aus Low-Density-Polyethylen (LDPE) und Cyclic-Block-Copolymer (CBC), die keine Kunststoffadditive enthalten, aus denen ein Einwegkunststoffartikel durch Spritzguss hergestellt wird. Die Herstellung kann daher in einfacher Weise erfolgen, wobei die Möglichkeit besteht, auf Spritzgussformen, die für das Spritzgießen von Polypropylen verwendet werden, zurückzugreifen. Dies ist besonders vorteilhaft, da keine gesonderten Spritzgussformen erzeugt werden müssen.
Der Einwegkunststoffartikel ist transluzent oder transparent, was vorteilhaft ist, da der oder die Inhaltsstoffe sichtbar sind. Dies kann beispielweise für eine Sichtung oder Überprüfung der Inhaltsstoffe, beispielweise im Rahmen einer Qualitätskontrolle eine Rolle spielen oder bei einer Probennahme und Probenuntersuchung, beispielweise bei Durchführung von Tests, bei denen ein optisches Verfahren zum Einsatz kommt.
Der Einwegkunststoffartikel weist einen Schmelzflussindex MFR (190 °C/2,16 kg) im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133 auf und ist daher besonders gut und einfach im Spritzguss herzustellen. Der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel erhält durch Mischen der beiden Kunststoffe insgesamt verbesserte Spritzgusseigenschaften. Die ausgewählten CBC/LDPE-Blends eignen sich daher zur Herstellung von Einwegkunststoffartikel in einem Fertigungsschritt. Die Einwegkunststoffartikel sind daher kostengünstig herstellbar.
Es liegen zudem keine Additive im Einwegkunststoffartikel vor.
Bevorzugte Mischungsverhältnisse von Low-Density-Polyethylen (LDPE) zu Cyclic- Block-Copolymer (CBC) liegen im Bereich von 9 : 1 bis 1 : 1. Es liegt eine unerwartet gute Mischbarkeit der beiden Kunststoffe vor, wobei keine Phasengrenzen beim Mischen beobachtet werden. Durch Einstellen des Mischungsverhältnisses können unterschiedliche Anforderungs- und Eigenschaftsprofile beim Einwegkunststoffartikel gezielt eingestellt werden.
Der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel weist außerdem die besonders vorteilhafte Eigenschaft auf, dass aus diesem durch Lösungsmittel herauslösbare Bestandteile, bis auf einen unvermeidbaren Anteil, auf ein Mindestmaß herabgesetzt sind. Dies trifft insbesondere bei Verwendung von polaren protischen oder polaren aprotischen Lösungsmitteln zu. Zusätzlich besteht die Möglichkeit den Einwegkunststoffartikel einer Wasserstoffplasma-Behandlung zu unterziehen. Diese bewirkt nicht nur eine Sterilisation, sondern auch eine chemische Funktionalisierung der Kunststoffoberfläche. Hierdurch erhält der Einwegkunststoffartikel molekülabweisende, insbesondere biomolekülabweisende Eigenschaften, wodurch eine unspezifische Adsorption von flüssigen Inhaltsstoffen an den Wandungen der Einwegkunststoffartikel, die in Kontakt mit den flüssigen Inhaltsstoffen stehen, vermieden werden. Der Inhaltsstoff bleibt somit beim Kontakt mit dem Einwegkunststoffartikel weitgehend unverändert.
Die Form des Einwegkunststoffartikel ist nicht weiter beschränkt, sofern dieser im Spritzguss hergestellt wird, so dass eine Vielzahl von Formen für eine große Reihe an Verwendungen möglich ist.
Ausführungsbeispiele:
Beispiele 1 bis 6:
Nachfolgend wird ein Spritzgussverfahren zur Herstellung des Spritzguss- Einwegkunststoffartikels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Einzelnen erläutert:
Als Kunststoffe wurden Bormed™ LE6600-PH, ein Low-Density-Polyethylen (LDPE) der Borealis-Gruppe, und ViviOn™ CBC 0510HFE, ein Cyclic-Block-Copolymer (CBC) der Fa. USI Corp., eingesetzt.
Als Spritzgusswerkzeug wurde ein 2 Kavitäten-Vollheißkanalwerkzeug verwendet. Die Kunststoffe wurden als Granulate in folgenden Mischungen eingesetzt:
Tabelle 1:
Die Spitzgussparameter waren wie folgt:
Schneckendurchmesser: 20 cm
Massetemperatur: 235 - 260 °C
Werkzeugtemperatur 30 °C
Kühlzeit: 4 s
Einspritzdruck: etwa 1000 bar
Zykluszeit: 8 s
Der Spritzdruck erhöhte sich mit Zugabe des ViviOn™ CBC 0510HFE, beispielweise um
150 bar bei einem Anteil von 50 %.
Nach dem Abkühlen wurde das Werkzeug geöffnet und der Spritzguss- Einwegkunststoffartikels konnte entnommen werden. In den Beispielfällen waren dies Behälter. Diese waren bei den Beispielen 1 und 2 transluzent und bei den Beispielen 3 bis 6 transparent. Der Schmelzflussindex MFR (190°C/2,16 kg) bei den Spritzguss- Einwegkunststoffartikels der Beispiele 1 bis 6 lag im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133.
Beispiel 7:
Zentrifugationstest:
Mit den in Tabelle 1 angegebenen Kunststoffzusammensetzungen wurden mit dem bei den Beispielen 1 bis 6 beschriebenen Spritzgussverfahren Einwegkunststoffartikel in Form von Zentrifugationsgefäßen mit Deckel mit einem Fassungsvermögen von 1,5 mL hergestellt. Der Deckel war mit einem Bändchen mit dem Zentrifugationsgefäß fest verbunden, so dass ein einstückiger Einwegkunststoffartikel vorlag.
In die Zentrifugationsgefäße wurde eine gesättigte NaCI-Lösung gegeben, der Deckel verschlossen und die Zentrifugationsgefäße in einer Eppendorf-Zentrifuge C5430 Research, bei 4°C und 25°C für 90 Minuten getestet. Die maximale Zentrifugierbarkeit betrug:
25000 g bei 4°C
20000 g bei 25°C.
Die Zentrifugationsgefäße sind daher auch bei hohen g-Werten einsetzbar.
Der Zentrifugationstest bestätigt daher, dass die Einwegkunststoffartikel die Belastung unter hohen g-Werten tolerieren können und keine nachteiligen Auswirkungen auf das Material zeigen.
Beispiel 8:
Dampfdichtigkeitstest:
Mit den in Tabelle 1 angegebenen Kunststoffzusammensetzungen der Beispiele 3, 4 und 6 wurden unter Verwendung eines Spritzgussverfahrens, wie in den Beispielen 1 bis 6 beschrieben, Einwegkunststoffartikel in Form von Zentrifugationsgefäßen mit Deckeln mit einem Fassungsvermögen von 1,5 mL hergestellt und in je 6 Gefässe Ethanol/Wasser (1:1) gefüllt, mit dem Deckel verschlossen und dann 1 Stunde bei 70 °C gelagert. Die Gefäße wurden zu Beginn und nach Ende des Tests gewogen. Ein Gefäß gilt als dampfdicht und gemäß der Spezifikation („in spec"), wenn die Differenz dazwischen weniger als 0,2% beträgt.
Die Ergebnisse des Dampfdichtigkeitstests waren wie folgt:
Tabelle 2:
Die Ergebnisse zeigen, dass immer 6 gleiche Gefäße getestet wurden, wovon 5 in der Spezifikation, also dicht, waren.

Claims

Ansprüche
1. Spritzguss-Einwegkunststoffartikel, bestehend aus den beiden Kunststoffen Low-Density-Polyethylen (LDPE) und Cyclic-Block-Copolymer (CBC), wobei 95 - 30 Gew.- % LDPE und 5 - 70 Gew.-% CBC vorhanden sind, der Spritzguss-Einwegkunststoffartikel transluzent oder transparent ist, einen Schmelzflussindex MFR (190 °C/2,16 kg) im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133 aufweist und keine Additive enthält.
2. Spritzguss-Einwegkunststoffartikel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischungsverhältnisse von Low-Density-Polyethylen (LDPE) zu Cyclic-Block- Copolymer (CBC) im Bereich von 9 : 1 bis 1 : 1 liegt.
3. Spritzguss-Einwegkunststoffartikel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Einwegkunststoffartikel durch Lösungsmittel herauslösbare Bestandteile bis auf unvermeidbare Anteile auf ein Mindestmaß herabgesetzt sind.
4. Spritzguss-Einwegkunststoffartikel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Lösungsmittel ein polares protisches oder polares aprotisches Lösungsmittel oder eine Mischung dieser darstellen.
5. Spritzguss-Einwegkunststoffartikel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das polare aprotische Lösungsmittel ausgewählt ist aus Ketonen, wie Aceton, Lactonen, Lactamen, Nitroverbindungen, wie Nitromethan, tertiären Carbonsäureverbindungen, wie Dimethylformamid, Harnstoffen, Sulfoxiden, wie Dimethylsulfoxid, Sulfonen oder Kohlensäureester, wie Ethylencarbonat, oder Mischungen dieser und das polare protische Lösungsmittel ausgewählt ist aus Wasser, kurzkettigen Alkoholen, wie Methanol und Ethanol, primären und sekundären Amine, primären und sekundären Amide, Carbonsäuren, Mineralsäuren und Mischungen dieser.
6. Spritzguss-Einwegkunststoffartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in Form einer Kappe eines Behälters, eines Verschlusses eines Behälters, einer Verpackung, insbesondere in Form eines Behältnisses, einer Mikrotestplatte, einem Behälter für Flüssigkeiten, insbesondere Probenbehälter, wie einer Flasche oder einem Fläschchen, einer Phiole, einem Probenröhrchen, einer Küvette für optische Untersuchungen von Flüssigkeiten, einem Behälter mit Verschluss, insbesondere wobei der Verschluss und der Behälter miteinander untrennbar verbunden sind, einer Pipettenspitze, einer Spritze oder einem Infusionsbehälter vorliegt.
7. Verfahren zur Herstellung eines Spritzguss-Einwegkunststoffartikels nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit den Schritten: trockenes Vermischen der Granulate von Low-Density-Polyethylen (LDPE) und Cyclic-Block-Copolymer (CBC), die jeweils additivfrei eingesetzt werden, wobei ein Low-Density-Polyethylen (LDPE) eingesetzt wird, das transluzent oder transparent ist und einen Schmelzflussindex MFR (190°C/2,16 kg) im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133 aufweist und ein Cyclic-Block-Copolymer (CBC) eingesetzt wird, das transparent ist und einen Schmelzflussindex MFR (190°C/2,16 kg) im Bereich von 0,1 bis 2,5 g/10 min nach ISO 1133 aufweist und
95 -30 Gew.-% Low-Density-Polyethylen (LDPE) und 5 - 70 Gew.-% Cyclic- Block-Copolymer (CBC) eingesetzt werden, und kein Kunststoffadditiv zugegeben wird und
Spritzgießen der erhaltenen Mischung unter Erhalt eines Spritzguss- Einwegkunststoffartikels in der gewünschten Form.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
Spritzgussformen, die für das Spritzgießen von Polypropylen verwendet werden, eingesetzt werden.
9. Verwendung des Spritzguss-Einwegkunststoffartikels nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in der Medizin, Pharmakologie, Biochemie, Biotechnologie, insbesondere Zellbiologie, Mikrobiologie oder Molekularbiologie, zur Aufbewahrung, Probennahme, Probenverarbeitung, Durchführung von Tests, insbesondere von flüssigkeitshaltigen Inhaltsstoffen, bevorzugt bei Gegenwart von polaren protischen oder polaren aprotischen Lösungsmitteln.
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