以满足两种灭菌方式为目标的医用级聚丙烯共混改性研究

医用材料的安全关乎病人的生命健康,传统使用的聚碳酸酯(PC)材料大部分是由双酚A通过不同手段合成的,然而PC在生产过程中可能因反应不充分导致有毒性物质双酚A的残留,给病人带来极大的安全隐患,聚丙烯(PP)作为一种综合性能良好的通用塑料,是医用领域取代PC的优选材料。本文对企业提供的三种牌号PP(5090T、5090R和K1P38)的结晶性能以及流变性能进行基本分析,分别对三种PP材料进行辐照灭菌(22kGy)以及湿热灭菌。

研究经过两种灭菌方式处理后三种PP材料分子链结构、结晶性能、力学性能以及热性能的变化。根据灭菌前后三种PP材料的性能特点,选择两种PP材料进行共混改性,研究共混改性后PP材料的性能变化,并对共混PP进行辐照和湿热灭菌处理,探究灭菌前后共混PP的性能变化,研究结果表明:共聚聚丙烯5090T和5090R分子链缠结严重,含有α和γ两种晶型,结晶度较低,拉伸强度、弯曲强度和耐热性也较低,但是冲击强度较高。

均聚聚丙烯K1P38分子链排列规整,仅含有一种α晶型,结晶度较高,拉伸强度、弯曲强度以及耐热性较高,但是弯曲模量和冲击强度较小。辐照灭菌后三种PP材料分子链发生断裂,没有极性基团产生,结晶度变大,拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和耐热性均增强,但是冲击强度均下降。

湿热灭菌相当于退火处理,促使非晶区以及无定形区分子链趋向规整排列,结晶度变大。但是湿热灭菌后5090T和5090R仍存在较多的非晶区,导致结晶度提高百分比相对较小,力学性能和耐热性增强较小,处于高弹态的非晶区能起到增韧的作用使冲击强度明显提高。

湿热灭菌后K1P38结晶度提高,拉伸强度、弯曲强度以及耐热性能均增强,

但冲击强度相比灭菌前降低。辐照灭菌后5090T紫外吸光度值大于医用安全标准,会对人体产生危害,灭菌前后的5090R和K1P38紫外吸光度值均在医用安全标准以内。

5090R和K1P38共混后的结晶度随着5090R含量的增多而降低,共混比例为7:3(B-7:3)和9:1(B-9:1)时由于乙烯共聚单体的含量较高而形成γ晶型,导致B-7:3和B-9:1存在α和γ两种晶型。共混PP拉伸强度、弯曲强度以及弯曲模量均随着5090R含量的提高而降低,而冲击强度随着5090R含量的提高而增大。

B-7:3和B-9:1分子链上乙烯共聚单体的存在导致非晶区比例较大,常温下处于高弹态,受到冲击作用时吸收能量起到增韧的作用,冲击强度大幅度提高。辐照灭菌和湿热灭菌没有改变共混PP的晶型。

辐照灭菌可以促进结晶,导致结晶度都变大,拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量和耐热性均增强,冲击强度下降。其中辐照灭菌后共混比例为7:3和9:1的共混PP力学性能均满足共聚聚丙烯材料医用标准。

湿热灭菌相当于退火处理,导致共混PP结晶度变大,拉伸强度和弯曲强度均有大幅度提升,耐热性能较好,但冲击强度下降,其混比例为5:5、7:3以及9:1的共混PP在湿热灭菌后冲击强度均达到共聚聚丙烯医用标准3 KJ/m~2。经过两种灭菌工艺后共混PP紫外吸光度值均低于医用标准,不会对人体产生安全隐患。

根据医用PP材料标准以及三种PP材料本身的性能特点,确定共混比例为7:3的共混PP在两种灭菌前后力学性能及紫外吸光度值均达到共聚聚丙烯医用标准,综合性能最佳。