PL195029B1 - Kompozycja polichlorowinylowa o podwyższonej odporności radiacyjnej - Google Patents

Abstract

Kompozycja polichlorowinylowa o podwyższonej odporności radiacyjnej, zawierająca suspensyjny PVC, plastyfikator monomeryczny lub mieszaninę plastyfikatorów monomerycznych, zwłaszcza ftalan di-2-etyloheksylowy lub trimelitan di-2-etyloheksylowy lub ich mieszaninę, sole Ca/Zn wyższych kwasów tłuszczowych, epoksydowany olej sojowy antyutleniacz, smar, modyfikator płynięcia i ewentualnie inne środki pomocnicze, znamienna tym, że na 100 części wagowych PVC o liczbie K=70 zawiera od 0,05 do 0,2 części wagowych oktadecylo-3-(3,5-di-tert.butylo-4-hydroksyfenylo)- -etanolokarboksylanu oraz od 0,1 do 0,6 części wagowych bis-(stearylo)-etylenodiaminy i ewentualnie od 0,05 do 2 części wagowych żywicy akrylowej lub metakrylowej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kompozycja polichlorowinylowa charakteryzująca się zwiększoną odpornością na promieniowanie jonizujące. Kompozycja ta przeznaczona jest w szczególności do wytwarzania urządzeń medycznych jednorazowego użytku oraz aseptycznych opakowań żywności i farmaceutyków sterylizowanych radiacyjnie.

Do wyjaławiania sprzętu medycznego, w zależności od rodzaju tworzywa, stosuje się jedną z trzech metod sterylizacji - termiczną w warunkach wysokiej wilgotności lub tzw. metody zimne - sterylizację tlenkiem etylenu lub promieniowaniem jonizującym. Uniwersalną i ekologiczną, nie zagrażającą zdrowiu i środowisku jest metoda sterylizacji radiacyjnej. Efektywna dawka sterylizacji, zapewniająca całkowitą jałowość wyrobów wynosi 25 kGy. W przypadku kompozycji PVC stosowanych w medycynie, przemyśle farmaceutycznym i spożywczym wymagane jest aby wykazywały one stabilność własności fizjologicznych i całkowitą obojętność biologiczną. Pożądane jest aby własności wyrobów po napromieniowaniu tą dawką nie ulegały zmianie w okresie co najmniej dwóch lat po sterylizacji.

Kompozycje polichlorowinylowe przeznaczone do zastosowań medycznych i opakowań żywności charakteryzują się szczególnie niską odpornością na promieniowanie jonizujące co wynika z jednej strony z natury chemicznej samego polichlorku winylu), łatwo odszczepiającego chlor podczas radiolizy, zaś z drugiej strony koniecznością wprowadzania do składu mieszanek komponentów spełniających rygorystyczne wymagania w zakresie właściwości fizjologicznych. Najważniejsze to: brak działania toksycznego, hemolitycznego, apyrogenność, trwałość i odporność na warunki sterylizacji. Dobór surowców, z punku widzenia poprawy odporności radiacyjnej, a w szczególności bardziej skutecznych stabilizatorów jest więc ograniczony do wąskiego kręgu nietoksycznych substancji.

Promieniowanie jonizujące gamma, beta jak również wiązka szybkich elektronów stymuluje szereg reakcji chemicznych, prowadzących w konsekwencji do niekorzystnych chemicznych i fizycznych, a przede wszystkim biologicznych zmian właściwości plastyfikowanego poli(chlorku winylu) co uniemożliwia zastosowanie tego tworzywa do produkcji wyrobów mających kontakt z żywą tkanką, farmaceutykami i żywnością.

Pod wpływem promieniowania jonizującego zachodzi degradacja PVC, powstające wolne rodniki inicjują różnego typu reakcje, jak: wydzielanie chlorowodoru, utlenianie, sieciowanie. Wolny chlorowodór działa autokatalitycznie powodując reakcje odszczepienia kolejnych cząsteczek HCl co prowadzi w efekcie do tworzenia układu sprzężonych wiązań podwójnych i niekorzystnej zmiany zabarwienia detali poprzez żółtą aż do ciemnobrązowej. Niekorzystnym skutkiem napromieniowania jest proces degradacji poli(chlorku winylu) postępujący po usunięciu źródła promieniowania i trwający nieraz nawet kilkanaście miesięcy.

Znane z literatury monograficznej i patentowej próby zapobiegania degradacji PVC pod wpływem napromieniowania polegają na wytworzeniu tzw. efektu ochronnego przez zastosowanie związków zdolnych do pochłaniania energii radiacyjnej, które rozpraszają ją następnie w postaci ciepła bez powodowania zmian w polimerze. Zwiększenie odporności radiacyjnej uzyskano przez modyfikację układu plastyfikującego zawierającego ftalan di-2-etyloheksylowy (DEHP) bądź modyfikację układu stabilizującego, zawierającego nietoksyczne stabilizatory Ca/Zn poprzez zastosowanie stabilizatorów specjalnych lub innych dodatków wykazujących właściwości pochłaniania energii lub też działanie ekranujące.

W belgijskim opisie patentowym nr 902 669 przedstawiona jest kompozycja PVC zawierająca, obok plastyfikatora DEHP, ester dialkilowy nienasyconego kwasu dikarboksylowego. Kompozycja przeznaczona jest do wytwarzania pojemników na krew i płyny infuzyjne, drenów, zestawów do transfuzji wyjaławianych metodą sterylizacji radiacyjnej.

Z japońskiego opisu patentowego nr 07102142 znana jest kompozycja przeznaczona do zastosowań medycznych odporna na degradację i zmianę koloru pod wpływem promieniowania gamma, która zawiera jako stabilizator merkaptan alkilowy.

Według opisu patentowego BE 899113 kompozycja polichlorowinylowa zawiera jako plastyfikatory estry kwasu ftalowego i alkoholi alkilowych oraz tlenki metali lekkich jak MgO, CaO, ZnO. Wytwarzane z kompozycji pojemniki do krwi, dreny do perfuzji i transfuzji, katetery były sterylizowane promieniami gamma. Nie stwierdzono uwalniania się substancji szkodliwych, hemolitycznej aktywności i toksyczności ani też zmiany zabarwienia.

W kompozycji polichlorowinylowej przedstawionej w opisie patentowym EP 111829 charakteryzującej się wysoką udarnością i stabilnością koloru, przeznaczonej do aseptycznych opakowań

PL 195 029 B1 żywności, lekarstw oraz wyrobów medycznych jak strzykawki, igły hypodermiczne sterylizowanych radiacyjnie, zastosowano jako stabilizatory związki cynoorganiczne merkaptydy.

Według opisu patentowego USA 4839 233 odporność radiacyjną kompozycji PVC na promieniowanie gamma i wiązkę szybkich elektronów uzyskano przez zastosowanie jako napełniacza siarczanu. Kompozycja przeznaczona jest do wyrobu wszelkiego rodzaju pojemników np. pojemników do karmienia pozajelitowego, pojemników na krew i płyny dializacyjne do sztucznej nerki, pojemniki kolo- i ileostomijne a także prześcieradeł odpornych na wodę. Kompozycja zawiera ponadto typowy dla medycznych wyrobów nietoksyczny stabilizator Ca/Zn i epoksydowany olej sojowy.

Według patentu niemieckiego nr 281 649 poprawę stabilności i odporności homo- i kopolimerów PVC na promieniowanie alfa, beta i gamma uzyskano stosując polilakton jako stabilizator wspomagający działanie związku epoksydowego.

W japońskim opisie patentowym nr 3110 -241 przedstawiona jest kompozycja PVC o podwyższonej odporności radiacyjnej, przeznaczona do wytwarzania urządzeń medycznych jednorazowego użytku, zawierająca krzemian metalu i/lub hydrotalcyt.

Znane z omówionych wyżej opisów patentowych receptury kompozycji PVC o podwyższonej odporności radiacyjnej nie gwarantują uzyskania jednocześnie trzech parametrów tj. zadawalającej stabilności koloru, przezroczystości i wysokiej obojętności biologicznej wymaganych do zastosowań w medycynie, farmacji, przemyśle spożywczym. Większość stosowanych grup dodatków poprawiających odporność radiacyjną tworzywa powoduje pogorszenie się przezroczystości wyrobów, spowodowanej ograniczoną mieszalnością z PVC (ma to miejsce w przypadku napełniaczy, tlenków metali, hydrotalcytów). Ponadto większość stosowanych dodatków migruje do kontaktujących się z tworzywem mediów i wykazuje działanie toksyczne - dotyczy to w szczególności merkaptoestrów, związków cynorganicznych oraz plastyfikatorów i innych dodatków zawierających wiązania podwójne. Indeks migracji tych związków do płynu modelowego, jakim w badaniach atestacyjnych jest woda, wykazuje zawyżony poziom związków redukujących i organicznych. Według wymagań, określonych w przepisach farmakopealnych, dopuszczalne zawartości tych związków, oznaczane w wyciągach wodnych względem próbki kontrolnej, wynoszą odpowiednio:

- związki organiczne określane przez poziom absorpcji promieniowania UV, w zakresie długości fali 220 do 360 nm, przez warstwę wyciągu wodnego grubości 1 cm nie więcej niż 0,3;

- związki redukujące, określone jako ilość ml 0,1 N tiosiarczanu sodowego Na2S2<O3 zużyta na miareczkowanie 20 ml wyciągu nie więcej niż 3,0 ml.

Wartości indeksu migracji są miarą stopnia obojętności biologicznej materiału.

Istotną wadą omówionych kompozycji jest również niekorzystna zmiana własności i pogłębiające się brunatne zabarwienie podczas przechowywania i składowania wyrobów sterylizowanych radiacyjnie.

Celem wynalazku było opracowanie kompozycji polichlorowinylowej charakteryzującej się wysoką odpornością na promieniowanie jonizujące, tj. wykazującej wysoką obojętność biologiczną, zgodną z wymaganiami farmakopealnymi, brak toksyczności oraz zachowującej stabilność własności biologiczno-chemicznych bez uwalniania się szkodliwych substancji, oraz bez zmiany zabarwienia i pogorszenia się przezroczystości tworzywa w okresie dwóch lat od momentu, w którym poddano ją działaniu promieniowania. Cel ten osiągnięto przez zastosowanie do wytwarzania kompozycji PVC kombinowanego układu stabilizująco - smarującego, którego składniki wykazują działanie synergistyczne, stabilizują i przeciwdziałają jednocześnie wielotorowym zjawiskom wywołanym w tworzywie pod wpływem promieniowania.

Kompozycja polichlorowinylowa o podwyższonej odporności radiacyjnej, zawierająca suspensyjny PVC, plastyfikator monomeryczny lub mieszaninę plastyfikatorów monomerycznych, zwłaszcza ftalan di-2-etyloheksylowy lub trimelitan di-2-etyloheksylowy lub ich mieszaninę, sole Ca/Zn wyższych kwasów tłuszczowych, epoksydowany olej sojowy oraz antyutleniacz, smar, modyfikator płynięcia i ewentualnie inne środki pomocnicze, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na 100 części wagowych PVC o liczbie K=70 zawiera 0,05 do 0,2 części wagowych oktadecylo-3-(3,5-di-tert.butylo4-hydroksyfenylo)| etanolokarboksylanu oraz 0,1 do 0,6 części wagowych bis-(stearylo)etylenodiaminy i ewentualnie od 0,05 do 2 części wagowych żywicy metakrylowej lub akrylowej, korzystnie o średniowagowym ciężarze cząsteczkowym od 400 do 1000 x 10³.

Kompozycja według wynalazku oprócz stabilizatorów jakimi są sole Ca/Zn wyższych kwasów tłuszczowych, które wychwytują wolny chlor, i kostabilizatora jakim jest epoksydowany olej sojowy dezaktywujący wiązania podwójne, zawiera bis-(stearylo)-etylenodiaminę - związek posiadający grupy aminowe, które dezaktywują wydzielony chlor, a także oktadecylo-3-(3,5-di-tert-butylo-4-hydroksy4

PL 195 029 B1 fenylo)-etanolokarboksylan - antyutleniacz o budowie nadającej mu charakter sterycznej przeszkody, który dezaktywuje wolne rodniki i działa jako czynnik przenoszenia energii.

Zastosowanie układu składającego się ze związków o działaniu dezaktywującym wydzielający się chlor, wolne rodniki i wiązania nienasycone pozwala otrzymać kompozycję charakteryzującą się wysoką odpornością na promieniowanie wysokiej częstotliwości, która poddana napromieniowaniu dawką 25 kGy zachowuje stabilność właściwości fizyko-mechanicznych i biologiczno-chemicznych, wysoką obojętność biologiczną, zgodną z wymaganiami farmakopealnymi oraz zadawalającą przezroczystość i stabilność koloru. Poszczególne składniki kompozycji są całkowicie kompatybilne z PVC dzięki czemu kompozycja ma wysoką przezroczystość i dobre własności fizyko - mechaniczne. Własności sterylizowanych wyrobów wykonanych z kompozycji nie ulegają również zmianie po inkubacji w temperaturze 50°C w czasie 120 godzin, tj. w warunkach przyspieszonego starzenia symulującego 2-letni okres ich kondycjonowania w warunkach otoczenia.

Kompozycja według wynalazku może zawierać również inne składniki np. modyfikatory płynięcia. Jako modyfikatory płynięcia kompozycja ewentualnie zawiera żywice akrylowe lub metakrylowe, korzystnie o średniowagowym ciężarze cząsteczkowym M_w400-500x10³.

Jako znane składniki kompozycji według wynalazku stosuje się dopuszczone przez Farmakopeę Europejską: plastyfikatory w ilości 5-70 części wagowych, sole Ca/Zn wyższych kwasów tłuszczowych w ilości 1,5-4,5 części wagowych i zazwyczaj 1-15 części wagowych epoksydowanego oleju sojowego w przeliczeniu na 100 części wagowych PVC.

Zaletą wynalazku jest to, że zastosowany kombinowany układ stabilizująco-smarujący, zawierający obok podstawowego stabilizatora, kostabilizator, antyutleniacz oraz smar jakim jest bis-(stearylo)etylenodiamina, zapobiega jednocześnie degradacji termicznej i radiacyjnej PVC będąc stoperem wszystkich możliwych mechanizmów degradacji, w wyniku czego wzrasta odporność radiacyjna kompozycji. Skład kompozycji według wynalazku eliminuje niedogodności spowodowane brakiem kompatybilności stosowanych dodatków z PVC, powodujące pogorszenie się przezroczystości tworzywa. Poprawia znacznie własności biologiczno-chemiczne w zakresie uwalniania się lub migracji szkodliwych substancji do kontaktujących się z kompozycją mediów.

W porównaniu do znanych kompozycji polichlorowinylowych kompozycja według wynalazku wykazuje wysoką stabilność własności fizyko - chemicznych i koloru w okresie co najmniej dwóch lat od momentu napromieniowania, co wynika z uzyskania efektu ochronnego jaki tworzą wokół matrycy ugrupowania aromatyczne składników kompozycji.

Zaletą kompozycji według wynalazku jest obok wysokiej odporności radiacyjnej również wysoka stabilność w warunkach wysokotemperaturowego przetwórstwa i ograniczona do minimum ilość produktów degradacji.

Korzystną cechą kompozycji według wynalazku jest całkowita obojętność biologiczna zarówno po sterylizacji jak i przyspieszonym starzeniu czego wyrazem jest niski indeks migracji związków niskocząsteczkowych i redukujących do wyciągów wodnych, zgodny z wymaganiami farmakopealnymi, świadczący jednocześnie o wysokiej odporności radiacyjnej kompozycji. Dowodzą tego również badania spektrofotometryczne kompozycji. W widmach nie stwierdzono wzrostu intensywności absorpcji w paśmie 1750 cm¹ - charakterystycznym dla grup karbonylowych, ich nieobecność świadczy o wysokiej odporności tworzywa na degradację pod wpływem promieniowania jonizującego.

Kompozycja według wynalazku może być przetwarzana wszystkimi dostępnymi technikami przetwórstwa tj. metodą formowania wtryskowego, kalandrowania lub wytłaczania.

Folie wykonane z kompozycji według wynalazku metodą wytłaczania szczelinowego, a następnie napromieniowane dawką o mocy 25 kGy i inkubowane 120 godzin w temperaturze 50°C odpowiadają wymaganiom Farmakopei Europejskiej, Suplement 2000. Świadczą o tym, znacznie niższe od dopuszczalnych wartości takich parametrów jak: indeks migracji zanieczyszczeń do wyciągu wodnego, zawartość związków redukujących, organicznych, absorpcji po rozpuszczeniu suchej pozostałości w heksanie oraz pojemności buforowej a także całkowity brak obecności metali ciężkich i jonów chlorkowych. Poddane napromieniowaniu folie charakteryzują się również wysoką biozgodnością, zgodną z wymaganiami ISO 10883-1 dla materiałów medycznych. Wykazują mianowicie brak działania toksycznego na hodowle komórkowe oraz brak działania miejscowo - drażniącego po podaniu śródskórnym wyciągu ze sterylizowanych folii.

Kompozycja według wynalazku przeznaczona jest na wyroby elastyczne i półsztywne do zastosowań medycznych, jak: dreny, sondy, pojemniki na płyny biologiczne, pojemniki kolo- i ileostomijne, oraz na aseptyczne opakowania lekarstw i żywności.

PL 195 029 B1

Składy kompozycji według wynalazku i właściwości otrzymanych z nich wyrobów przedstawiono w przykładach.

P r z y k ł a d I.

100 części wagowych PVC o liczbie 10=70, 40 części wagowych ftalanu di-2-etylo-heksylowego, 3,0 części wagowe soli Ca/Zn kwasu stearynowego, 10 części wagowych epoksydowanego oleju sojowego, 0,1 części wagowych oktadecylo-3-(3,5-di-tert.butylo-4-hydroksyfenylo)-etanolokarboksylanu, 0,4 części wagowe bis-(stearylo)etylenodiaminy oraz 1 część wagową żywicy akrylowej o ciężarze cząsteczkowym Mw~ 1000x10³, mieszano w mieszalniku fluidalnym do uzyskania temperatury 120°C, a następnie schłodzono do temperatury 40°C. Tak otrzymaną kompozycję dryblend przetworzono na granulat. Granulat poddano przetworzeniu na folię o średniej grubości 0,5 +/-0,05 mm metodą wytłaczania szczelinowego. Folię poddano napromieniowaniu dawką 25 kGy w akceleratorze liniowym LAE 13/9, a następnie inkubacji w temperaturze 50°C w czasie 120 godzin. Folie wytłoczone, napromieniowane i dodatkowo inkubowane są nietoksyczne, wykazują zgodne z wymaganiami własności, co świadczy o wysokiej odporności radiacyjnej kompozycji według wynalazku (wyniki badań w tabeli).

P r z y k ł a d II.

100 części wagowych PVC o liczbie K=70, 38 części wagowych ftalanu di-2-etylo-heksylowego, 2,5 części wagowe laurynianu Ca/Zn, 13 części wagowych epoksydowanego oleju sojowego, 0,05 części wagowych oktadecylo-3-(3,5-di-tert.butylo-4-hydroksyfenylo) etanolokarboksylanu i 0,65 części wagowych bis-(stearylo)etylenodiaminy, mieszano i przetwarzano na folie w sposób analogiczny jak w przykładzie 1.

Własności folii świadczące o wysokiej odporności radiacyjnej kompozycji według wynalazku przedstawiono w tabeli.

P r z y k ł a d III.

100 części wagowych PVC o liczbie K =70, 29 części wagowych ftalanu di-2-etylo-heksylowego, 25 części wagowych trimelitanu di-2-etyloheksylowego, 2,5 części wagowych stearynianu Ca/Zn, 7 części wagowych epoksydowanego oleju sojowego, 0,2 części wagowe oktadecylo-3-(3,5-ditert.butylo-4-hydroksyfenylo)etanolokarboksylanu, 0,5 części wagowe bis-(stearylo)etylenodiaminy oraz 1 część wagową żywicy metakrylowej o ciężarze cząsteczkowym Mw = 400 x 103, mieszano i przetwarzano na folie w sposób analogiczny jak w przykładzie 1.

Własności folii świadczące o wysokiej odporności radiacyjnej kompozycji według wynalazku przedstawiono w tabeli.

Tabela

Własności folii wykonanych z kompozycji PVC według przykładu I, II i III metodą wytłaczania szczelinowego, oraz folii napromieniowanych dawką 25 kGy a następnie poddanych procesowi przyspieszonego starzenia.

Badane własności	Folie według przykładu I	Folie według przykładu II	Folie według przykładu III	Wymagania
1	2	3	4	5
Folie wytłoczone
Związki redukujące	1,65	2,2	2,1	Max 3,0
DpH	0,16	-0,9	-0,5	Max+/-1,0
Absorbancja UV
λ = 222 nm	0,150	0,252	0,167	Max 0,3
λ = 228 nm	0,120	0,236	0,156
λ, = 280 nm	0,037	0,061	0,033
Barwa	Przezroczysta, bezbarwna
Stabilność termiczna*, min.	150	160	155	Min. 100
Folie napromieniowane dawką 25 kGy
Związki redukujące	1,75	2,7	2,7	Max 3,0
DpH	-0,7	- 0,1	-0,9	Max +/-1

PL 195 029 B1 cd. tabeli

1	2	3	4	5
Absorbancja UV
λ = 222 nm	0,120	0,252	0,300		Max 0,3
λ = 228 nm	0,108	0,225	0,281
λ = 280 nm	0,030	0,075	0,043
Barwa	Przezroczysta, bezbarwna
Stabilność termiczna*, min.	120	130	120	Min. 100
Folie napromieniowane dawką 25 kGy i inkubowane 120 h, 50°C
Związki redukujące	1,80	2,5	2,6	Max 3,0
DpH	-0,15	-0,9	-0,7	Max+/-1
Absorbancja UV
λ = 222 nm	0,123	0,235	0,306		Max 0,3
λ, = 228 nm	0,110	0,210	0,280
λ,= 280 nm	0,084	0,066	0,020
Barwa	Przezroczysta, ledwo zauważalna zmiana barwy
Stabilność termiczna,* min.	120	130	120	Min. 100

* Stabilność termiczna zgodnie z normą PN-73/C-8929 1, temperatura 180°C

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kompozycja polichlorowinylowa o podwyższonej odporności radiacyjnej, zawierająca suspensyjny PVC, plastyfikator monomeryczny lub mieszaninę plastyfikatorów monomerycznych, zwłaszcza ftalan di-2-etyloheksylowy lub trimelitan di-2-etyloheksylowy lub ich mieszaninę, sole Ca/Zn wyższych kwasów tłuszczowych, epoksydowany olej sojowy antyutleniacz, smar, modyfikator płynięcia i ewentualnie inne środki pomocnicze, znamienna tym, że na 100 części wagowych PVC o liczbie K=70 zawiera od 0,05 do 0,2 części wagowych oktadecylo-3-(3,5-di-tert.butylo-4-hydroksyfenylo)etanolokarboksylanu oraz od 0,1 do 0,6 części wagowych bis-(stearylo)-etylenodiaminy i ewentualnie od 0,05 do 2 części wagowych żywicy akrylowej lub metakrylowej.
2. 2. Kompozycja według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera żywicę akrylową lub metakrylową o średniowagowym ciężarze cząsteczkowym 400 - 1000 x10³.