Настоящее изобретение относится к материалам, имеющим водоотталкивающие свойства, которые сохраняют эти свойства после того, как их подвергают стерилизации, и к способам обработки, которые делают материалы водоотталкивающими.
Для многих медицинских применений необходимы материалы, которые одновременно являются водоотталкивающими и в то же время обеспечивают стерильный барьер /обладают свойством антимикробных фильтров/. Одно из таких применений включает использование таких материалов для упаковки медицинских продуктов. Однако дополнительные примеры других таких применений, в которых могут быть использованы такие материалы, включают медицинские халаты, драпировки, лицевые маски и т.п. В некоторых случаях оказывается желательным создавать антимикробные фильтры в таких контейнерных фильтрах, как фильтры для Sterion® контейнеров, доступных от Джонсон энд Джонсон Медикал, Инк. Эти контейнерные фильтры являются устройствами для фильтрации воздуха, поступающего в жесткие или гибкие контейнеры.
Материалы, которые являются гидрофобными и которые обеспечивают стерильный барьер, препятствующий проникновению воды и водных жидкостей, включая кровь и урину, тем самым защищают объекты, находящиеся внутри или на одной из сторон материала, от загрязнения. Такие материалы используют для драпировок и халатов, а также в качестве упаковочных материалов для медицинских инструментов и поставок наряду с другими применениями.
Материалы, которые применяют в таких случаях, являются либо полностью устойчивыми к загрязняющим жидкостям по своей природе, либо их химически обрабатывают для придания устойчивости к загрязняющим жидкостям. Одной из таких обработок для придания устойчивости является нанесение фторуглеродного агента на поверхность материала. Одним из таких агентов является ГС-808, фторалифатический сложный эфир, который производит Minnesota Mining and Manujacturing Company of St. Paul, Minnesota.
В соответствии с патентом США N 2803615, включенном сюда по ссылке, перфторуглеродная группа в ЗМ-агенте присоединяется к основной полимерной цепи за счет сульфамидной группы и сложноэфирной связи.
Другим используемым в настоящее время агентом является агент ZONYL 8070, перфторалкильный акриловый сополимер, доступный от E.Y. DuPout de Nemours and Company, Wilmington, Delaware. В соответствии патентом США N 3282905, включенном в данное описание в виде ссылки, перфторуглеродная группа в агенте DuPout присоединена к основной полимерной цепи за счет сложноэфирной связи.
Как агент C-808, так и агент ZONYL 8070 используют для обработки "дышащих" материалов на основе полиолефинов, таких как те, которые используют в основных поставках драпировок для комнат и халатов. Однако если эти известные ранее фторуглеродные агенты наносят на материалы такими обычными способами, как нанесение на непрерывной линии, и подвергают обработанные фторуглеродном материалы стерилизации в окисляющей плазме, обработанные таким образом материалы могут утратить часть или вовсе потерять свои свойства отталкивать жидкости.
Таким образом, существует необходимость в практической обработке, которая придаст материалам устойчивость к проникновению жидкостей, но при этом сохранит водоотталкиващие свойства после стерилизации в процессах с окисляющей плазмой. В идеале такую обработку должно быть легко осуществить. Кроме того, такая обработка должна быть достаточно дешевой, чтобы позволить выбрасывать обработанный материал после однократного использования.
В одном аспекте настоящее изобретение относится к обработке газопроницаемого материала веществом, содержащим силикон в количестве достаточном для того, чтобы сделать материал водоотталкивающим и способным выдерживать стерилизацию в окисляющей плазме без последующей потери водоотталкивающих свойств. Настоящее изобретение включает также материал, обработанный таким образом. Предпочтительно, чтобы количество силикона, остающееся на материале после обработки, находилось в интервале от около 0,4 до около 5,0 вес.% силикона, и более предпочтительно в интервале от около 0,4 до около 3,0 вес. %.
Настоящее изобретение относится также к способу экспонирования обработанного материала в окисляющей плазме и относится к материалу, который был таким образом экспонирован. Содержащее силикон вещество можно наносить распылением, но предпочтительно наносят на материал водную эмульсию, содержащую силикон. Предпочтительно, чтобы концентрация силикона в эмульсии составляла величину от 0,25 до 35 вес.%, более предпочтительно от около 0,5 до около 4,0 вес.%. Можно также использовать систему на основе органического растворителя. Предпочтительными силиконами являются полидиметилсилоксан, полидифенилсилоксан или полиметилфенилсилоксан.
Предпочтительно, чтобы материал был газонепроницаемым нетканым материалом. Некоторые подходящие материалы включают такие полиолефины, как полиэтилен и полипропилен.
Фиг. 1 представляет сравнение гидрофобности и композиции необработанного полиэтилена, полиэтилена, обработанного фторуглеродом и полиэтилена, обработанного силиконом, как до, так и после стерилизации в окисляющей плазме.
Фиг. 2 представляет сравнение гидрофобности и композиции необработанного полипропилена, полипропилена, обработанного фторуглеродом, и полипропилена, обработанного силиконом, как до, так и после стерилизации окисляющей плазмой.
Как было указано ранее, было обнаружено, что такие материалы, как ткани, обработанные силиконом для придания им водоотталкиващих свойств, сохраняют эти свойства и после их обработки в окислительном плазменном процессе. Существуют различные материалы, пригодные для обработки силиконом. Эти материалы могут содержать как природные, так и синтетические вещества или могут представлять собой сочетание природных и синтетических веществ и могут быть как ткаными, так и неткаными. Однако предпочтительны газопроницаемые нетканые синтетические ткани.
Примеры подходящих синтетических веществ включают материалы на основе полиолефинов, такие как полиэтилен, продаваемый под торговой маркой ТУ ЕК, доступный от E.Y.DuPout de Nemoure and Company, Wilmington, Delaware или полипропилен, продаваемый под торговой маркой KIMGUARD, доступный от Kimberly-ClarK Corporation, Dallas, Texas.
В соответствии с настоящим изобретением можно использовать различные силиконовые соединения для обработки материала. В предпочтительном варианте силикон, который используют для обработки материала, содержит силоксановые соединение. Такие соединения включают одно или более из мономерных звеньев силоксана, которые представлены формулой:
где R' и R'' представляют одинаковые или различные органические группы или водород.
Предпочтительными силоксановыми соединениями являются полидиметилсилоксаны, в которых как R, так и R'' представляют метил. Другие доступные силоксаны включают фенилсилоксан, дифенилсилоксан и метилфенисилоксан.
Силоксан может также содержать функциональные группы, способные сшиваться с другими силоксановыми молекулами. Так, например, как будет обсуждаться более подробно далее, винильная группа может связываться с кремневодородными группами /Si-H/. Другие подходящие сшивающие функциональные группы известны специалистам.
Силиконовые соединения можно повергнуть сшивке либо за счет "конденсационного отверждения", либо за счет "дополнительного отверждения" линейных компонентов фторполимера. Как будет ясно специалистам, конденсационное отверждение силикона обычно инициируют влагой, и часто катализируют оловоорганическим соединением. При конденсационном отверждении форполимер обычно оканчивается с одного конца -O-R-группой, например гидрокси, метокси, этокси или ацетатом. Добавление к этим соединениям воды в присутствии катализатора приведет к сшивке этих молекул с потерей РОН. Таким образом, для данных примеров -O-R, вода, метанол, этанол или уксусная кислота соответственно будут побочными продуктами реакции.
Как должно быть очевидно специалистам, дополнительное отверждение силикона обычно включает сшивку двух силиконовых компонент и катализируется соединением платины, например, платинохлористоводородной кислотой. В примерной системе дополнительного отверждения одна из силиконовых компонент является полисилоксаном, оканчивающимся дивинилом, а другая компонента является полисилоксаном, в котором некоторые из R' или R'' групп представляют водород. Силаны служат точками, по которым идет сшивка, для винильных групп и других компонент. Количество силана может меняться для того, чтобы изменять количество сшивок, и предпочтительно составляет от около 15% до около 75% силоксановых мономеров.
Доступны различные коммерчески доступные силиконовые продукты, полученные либо дополнительным отверждением, либо конденсационным отверждением. Однако для медицинских применений обычно предпочтительно дополнительное отверждение силикона, что позволяет избежать выделения побочных продуктов конденсационного отверждения, обсуждавшегося ранее, таких как метанол, этанол или уксусная кислота. Для достижения медицинской степени чистоты дополнительно отвержденного силикона, компоненты фторполимера обычно откачивают до достижения остаточно высокой степени разрежения, чтобы удалить летучие органические соединения и низкомолекулярные олигомеры, с тем чтобы после вулканизации силиконов оставалось бы меньше летучих и выщелачиваемых. Затем можно использовать такие коммерчески доступные полидиметилсилоксаны для обработки материала в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, которые включают композиции от General Electric Company (GE), Waterfoud, New YorK, обозначаемые как SM 2112, SM 2059 и SM 2138. Другие подходящие композиции обсуждаются далее, и кроме того, другие должны быть очевидны специалистам с учетом данного описания.
Нанесение силикона можно осуществить за счет напыления на одну или на обе стороны полотна материала с помощью известных систем для напыления. Силикон можно также наносить на материал, обрабатывая материал водной силиконовой эмульсией, содержащей силикон или систему, содержащую силикон, на основе органического растворителя.
Обработку водной эмульсией или системой на основе органического растворителя можно осуществить, погружая и отжимая материал, где 1/ материал, который нужно обработать, погружают в водную эмульсию или в систему на основе органического растворителя; 2/ затем подлежащий обработке материал пропускают между двумя валиками, что ускоряет проникновение силикона в материал и позволяет удалить весь избыточный силикон; и 3/ затем обработанный материал нагревают предпочтительно в термостате с принудительной вентиляцией для удаления воды или органического растворителя из материала и для ускорения отверждения силиконового покрытия, если такое отверждение необходимо. Эти процессы можно осуществить, используя Werner Mathis, A.C.padder и Werner Mathis, A.G. печь с принудительной циркуляцией воздуха /адрес: CH 8155 Neiderhasli, Zurich, Sw.trerland) или можно вести непрерывный процесс, используя оборудование, поставляемое Fleissner Jncorporated, 1230 Moores Chapel Road, Charlottes, North Carolina.
Нанесение водной эмульсии или силикона в органическом растворителе на одну сторону материала можно также осуществить, используя процесс "гравировального" покрытия. В этом способе водную эмульсию или органический раствор силикона вначале переносят из резервуара, содержащего систему силиконовой эмульсии на основе растворителя, на гравированные валки с помощью переносного валка, вращающегося в эмульсии /растворе. Затем избыток эмульсии/раствора удаляют с гравированного валика с помощью лезвия или валика, а оставшуюся часть силиконовой эмульсии/раствора переносят на одну сторону материала, подлежащего обработке, по мере его прохождения между гравированным валиком и опорным валиком. Таким образом можно обрабатывать либо одну, либо стороны материала.
В одном из предпочтительных вариантов изобретения концентрация силикона в водной эмульсии составляет от около 0,25 до 35,0 вес.%, более предпочтительно от около 0,5 до около 5,0 вес.%. В особенно предпочтительном варианте концентрация силикона в водной эмульсии составляет 0,5 вес.%. Количество силикона, присутствующее на материале после обработки водной эмульсией находится в интервале от 0,4 до 5,0 вес.%.
После обработки веществом, содержащим силикон, по крайней мере, одной стороны материала, этот материал с нанесенным покрытием можно высушить, чтобы лучше зафиксировать вещество на материале. Сушку можно осуществить, например, помещая обработанный силиконом материал в печь с принудительной циркуляцией воздуха Werher Matleis, A.G., доступной от компании того же названия, расположенной в Цюрихе, Швейцария, или другими способами, известными специалистам.
После стадий обработки и сушки обработанный материал готов к стерилизации в окисляющей плазме. В предпочтительном варианте обработанный материал прежде всего используют для обертывания или упаковки медицинских поставок или инструментов. Затем упаковку можно стерилизовать, используя процесс в окисляющей плазме, как будет описано далее, в результате чего получают стерилизованные предметы или инструменты, упакованные в стерильный гидрофобный материал. Упакованные предметы или инструменты можно использовать немедленно или хранить в подходящих условиях для последующего использования. Обработанный материал можно также стерилизовать отдельно в плазменном процессе.
Автор настоящего изобретения разработал один конкретный окисляющий плазменный процесс, известный под торговой маркой STERRAD. Этот предпочтительный процесс в окисляющей плазме включает помещение материала в камеру и создание в камере вакуума. Когда удаление снижается до около 300 миллиторр, в камеру вводят перекись водорода, что повышает давление. После того как газ проникает в газопроницаемый материал и распределяется в материале, подлежащем стерилизации, давление снижают до около 500 миллиторр и подают радиочастотную энергию для создания окисляющей газовой плазмы, которая стерилизует предметы, находящиеся в камере. Дополнительные детали процесса стерилизации в плазме изложены США N 4643876, выданном 17 февраля 1987 г. Jacobs et al., раскрытие которого включено сюда по ссылке эффективность обработки.
Гидрофобность материалов, обработанных по способу настоящего изобретения, сравнивали с гидрофобностью тех же материалов, необработанных или обработанных обычными веществами, содержащими фторуглероды как до, так и после стерилизации с окисляющей плазмой. Сравнивали две группы материалов. Первая группа, как видно на фиг. 1, включает необработанный полиэтилен /TYVEK/, полиэтилен, обработанный агентом Du Pont SONYL 8070, полиэтилен, обработанный агентом ЗМ FС-808, и полиэтилен /TYVEK/, обработанный CE SM 2112 Silicone. Вторая группа, представленная на фиг. 2, включает необработанный полипропилен, полипропилен, обработанный агентом Du Pont ZONYL 8070, полипропилен, обработанный ЗМ FC-806, и полипропилен, обработанный GE SM 2112 Silicone.
Как содержание силикон вещества, так и вещества, содержащие фторуглерод, наносили на материалы стандартным способом погружения-отжима, описанным ранее, и были высушены в печи с принудительной циркуляцией воздуха.
После сушки образцы вводили в стерилизационную систему STERRAD, описанную ранее и использующую процесс плазменной стерилизации с перекисью водорода; оценку гидрофобности осуществляли следующим образом: на поверхность материала наносили капли воды из медицинской капельницы, расположенной на 0,8-1,25 см над поверхностью. Каплям дали остаться на поверхности примерно 15 минут, после чего обе поверхности материала /с каплями и противоположную поверхность/ оценивали визуально. Каждому материалу давали оценку от 0 до 5 в соответствии со следующей шкалой оценок:
Оценка - Описание
0 - Полное насыщение материала и исчезновение капли с исходного местоположения;
1 - Почти насыщение материала под каплей жидкости с незначительным распределением по сторонам от капли;
2 - Значительное потемнение поверхности / смачивание поверхности на более чем половине площади капли или проникновение на другую сторону материала/;
3 - Умеренное потемнение поверхности /смачивание поверхности на половине или менее площади капли или несколько разбросанных пятен/;
4 - Легкое потемнение поверхности /смачивание поверхности на 1/4 - 1/3 площади капли или несколько мелких пятен/;
5 - Отсутствие потемнения поверхности под каплей.
Материалы исследовали также с помощью электронной спектроскопии для химического анализа /ESCA/ как до, так и после обработки в окисляющей плазме для того, чтобы оценить влияние процесса в окисляющей плазме на химический состав поверхности материала.
Результаты тестов.
На фиг. 1 представлены результаты тестов сравнения гидрофобности полиэтилена как до, так и после стерилизации в окисляющей плазме для необработанного состояния и для полиэтиленов, обработанных либо веществом, содержащим силикон в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, либо для полиэтиленов с одним из двух обычных фторуглеродных покрытий. Как видно, необработанный полиэтилен обладал высокой гидрофобностью до обработки в окисляющей плазме, но полностью утратил эту гидрофобность после обработки в окисляющей плазме.
Полиэтилен, обработанный агентом ZONYL 8070 в концентрации 2,0 вес.% твердой части в эмульсии, также утратил свою гидрофобность после обработки в окисляющей плазме. Если на полиэтилен наносили эмульсию агента ZONYL 8070 в концентрации 4,0 вес. % твердой части, гидрофобность частично сохранилась после обработки в окисляющей плазме.
Полиэтилен, обработанный FС-808 агентом, утрачивал гидрофобность после обработки в окисляющей плазме, как и необработанный полиэтилен после экспонирования в окисляющей плазме.
Снова возвращаясь к фиг. 1, можно видеть, что обработка полиэтилена силиконовым агентом GE SM 2112 в концентрации 0,5 вес.% твердой части в эмульсии, приводит к получению материала, который полностью гидрофобен в рамках приведенной ранее шкалы после обработки окисляющей плазмой. Результаты для концентрации 2,0 вес.% твердой части GE SM 2112 силикона в эмульсии оказались такими же.
На фиг. 2 представлены результаты сравнения гидрофобности полипропилена как до, так и после обработки окисляющей плазмой либо в необработанном состоянии, либо для полипропиленов, обработанных либо веществом, содержащим силикон, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, либо одним из двух обычных веществ, содержащих фторуглероды. Как видно, необработанный полипропилен обладает высокой степенью гидрофобности до экспонирования окисляющей плазме, но полностью теряет свою гидрофобность после экспонирования в окисляющей плазме. Обработка полипропилена агентом ZONYL 8070 в концентрации 4,0 вес.% твердой части не повышает гидрофобности после экспонирования в окисляющей плазме. Обработка агентом FC-808 в концентрации 4,0 вес.% твердой части в эмульсии также не повышает гидрофобности после экспонирования в окисляющей плазме.
Напротив, однако, легко видеть, что обработка полипропилена GE SM 2112 силиконом либо в концентрации 0,5 вес.% твердой части в эмульсии, либо в концентрации 2,0 вес.% твердой части в эмульсии приводит к получению материала, который полностью гидрофобен в рамках представленной ранее шкалы оценок, после экспонирования в окисляющей плазме.
Химический анализ с помощью электронной спектроскопии /ESCA/ показал, что окисление в плазме оказывает существенно меньшее влияние на процент силикона, присутствующего на поверхности материала, нежели на процент фтора, присутствующего на поверхности материала. Эти результаты согласуются с наблюдаемой утратой гидрофобности. По-видимому, агент ЗМ FC-808 более чувствителен к процессу в окисляющей плазме, нежели агент DuPont ZONYL 8070.
Таким образом, как видно из этих результатов, обработка веществом, содержащим силикон, придает материалам гидрофобность как до, так и после стерилизации в процессе с окисляющей плазмой; тогда как необработанные материалы и материалы, обработанные фторуглеродами, теряют свою гидрофобность либо полностью, либо частично, либо частично после экспонирования их в окисляющей плазме. Хотя полиэтилен, обработанный агентом DuPont ZONYI 8070, и демонстрирует некоторую гидрофобность после плазменной обработки /для концентрации агента 4,0 вес.%/, при более низких концентрациях этого фторуглерода такая обработка дает нулевую гидрофобность. То же справедливо и для полипропилена.
Напротив, обработка силиконом сохраняет практически всю гидрофобность при концентрации столь низкой, как 0,5 вес.%, для широкого круга разнообразных материалов. Таким образом, учитывая доступность и стоимость веществ, содержащих силикон, обработка силиконом оказывается наиболее экономичной, особенно при сравнении с веществами, содержащими фторуглероды. Кроме того, раскрытый здесь способ можно осуществить, используя известные методики и оборудование, которые можно адаптировать для способа настоящего изобретения.
Настоящее изобретение можно воплотить и в других контактных формах, не выходя за рамки его сути или существенных особенностей. Описанные варианты следует рассматривать во всех отношениях только как иллюстративные, но не ограничивающие.
Изобретение относится к стерилизации изделия с использованием газопроницаемого, водоотталкивающего материала. Способ стерилизации изделия включает оборачивание изделия материалом и воздействие на него газообразной перекисью водорода и окисляющей плазмой. При этом материал обработан веществом, содержащим водоотталкивающий силикон. При стерилизации материал сохраняет газопроницаемость и водоотталкивающие свойства. Изобретение позволяет повысить экономичность стерилизации изделия. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
| US 4643876 A, 17.02.1987 | |||
| Способ стерильной упаковки изделий в пленку | 1974 |
|
SU588911A3 |
