По сравнению со стеклом и металлами основными характеристиками пластика являются:
1, стоимость низкая, можно использовать повторно без дезинфекции, подходит для использования в качестве сырья для производства одноразовых медицинских изделий;
2, обработка проста, использование его пластичности позволяет перерабатывать его в различные полезные структуры, а металл и стекло трудно изготавливать в изделия сложной структуры;
3, прочный, эластичный, не так легко разбить, как стекло;
4, обладающий хорошей химической инертностью и биологической безопасностью.
Благодаря своим эксплуатационным преимуществам пластики широко используются в медицинских изделиях, в частности, поливинилхлорид (ПВХ), полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), полистирол (ПС), поликарбонат (ПК), АБС-пластик (АБС), полиуретан, полиамид, термопластичные эластомеры, полисульфон и полиэфирэфиркетон. Смешивание может улучшить эксплуатационные характеристики пластиков, что позволяет добиться наилучших характеристик различных смол, например, поликарбоната/АБС, модифицированного смешивания полипропилена/эластомера.
В связи с контактом с жидкими лекарственными средствами или организмом человека основными требованиями к медицинским пластикам являются химическая стабильность и биологическая безопасность. Другими словами, компоненты пластика не должны осаждаться в жидких лекарственных средствах или организме человека, не должны вызывать токсичности и повреждения тканей и органов, а также быть нетоксичными и безвредными для организма человека. Для обеспечения биологической безопасности медицинские пластики, как правило, продаются на рынке, сертифицированы и протестированы медицинскими органами, а пользователи четко информируются о том, какие марки пластика относятся к медицинским.
Медицинский пластик в США обычно проходит сертификацию FDA и биологическую проверку USPVI, а медицинский пластик в Китае обычно тестируется в Шаньдунском центре испытаний медицинских приборов. В настоящее время в стране всё ещё существует значительное количество медицинских пластиковых материалов, не прошедших строгую сертификацию биологической безопасности, но с постепенным совершенствованием нормативно-правовой базы ситуация будет улучшаться.
В соответствии с требованиями к конструкции и прочности изделия мы выбираем подходящий тип и марку пластика, а также определяем технологию обработки материала. К этим свойствам относятся производительность обработки, механическая прочность, стоимость использования, способ сборки, стерилизация и т. д. Представлены технологические характеристики и физико-химические свойства ряда наиболее часто используемых медицинских пластиков.
Семь наиболее часто используемых медицинских пластиков
1. Поливинилхлорид (ПВХ)
ПВХ — один из самых продуктивных видов пластика в мире. ПВХ-смола представляет собой белый или светло-желтый порошок. Чистый ПВХ атактичен, твёрд и хрупкий, используется редко. В зависимости от области применения, к ПВХ-пластиковым деталям могут добавляться различные добавки, чтобы придать им различные физико-механические свойства. Добавление соответствующего количества пластификатора к ПВХ-смоле позволяет получать разнообразные твёрдые, мягкие и прозрачные изделия.
Твёрдый ПВХ не содержит или содержит небольшое количество пластификаторов, обладает хорошей прочностью на растяжение, изгиб, сжатие и удар, может использоваться в качестве конструкционного материала. Мягкий ПВХ содержит больше пластификаторов, что повышает его мягкость, относительное удлинение при разрыве и морозостойкость, но снижает хрупкость, твёрдость и прочность на разрыв. Плотность чистого ПВХ составляет 1,4 г/см3, а плотность ПВХ-пластиковых деталей с пластификаторами и наполнителями обычно находится в диапазоне 1,15–2,00 г/см3.
По оценкам рынка, около 25% медицинских пластиковых изделий приходится на ПВХ. Это обусловлено, главным образом, низкой стоимостью смолы, широкой областью применения и простотой её переработки. Изделия из ПВХ медицинского назначения включают: трубки для гемодиализа, дыхательные маски, кислородные трубки и т. д.
2. Полиэтилен (ПЭ, полиэтилен)
Полиэтиленовый пластик – самый распространенный вид пластика в пластиковой промышленности. Он представляет собой молочно-белые, безвкусные, нетоксичные, глянцевые, восковые частицы. Он отличается низкой ценой и хорошими эксплуатационными характеристиками, широко применяется в промышленности, сельском хозяйстве, упаковочной промышленности и быту, занимая центральное место в пластиковой промышленности.
ПЭ в основном включает полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) и полиэтилен сверхвысокой молекулярной массы (ПЭСВММ) и другие разновидности. ПЭВП имеет меньше разветвленных цепей в полимерной цепи, более высокую относительную молекулярную массу, кристалличность и плотность, большую твердость и прочность, плохую непрозрачность, высокую температуру плавления и часто используется в литьевых деталях. ПЭВП имеет много разветвленных цепей, поэтому относительная молекулярная масса мала, кристалличность и плотность низкие, с лучшей мягкостью, ударопрочностью и прозрачностью, часто используется для выдувной пленки, в настоящее время широко используется как альтернатива ПВХ. Материалы ПЭВП и ПЭВП также можно смешивать в соответствии с требованиями к эксплуатационным характеристикам. ПЭСВМ обладает высокой ударной вязкостью, низким трением, стойкостью к растрескиванию под напряжением и хорошими характеристиками поглощения энергии, что делает его идеальным материалом для искусственных тазобедренных, коленных и плечевых соединителей.
3. полипропилен (ПП, полипропилен)
Полипропилен бесцветен, не имеет запаха и нетоксичен. Внешне напоминает полиэтилен, но более прозрачен и легче его. ПП — термопластик с превосходными свойствами: малым удельным весом (0,9 г/см³), нетоксичен, прост в обработке, ударопрочен, устойчив к деформации и другими преимуществами. Он широко применяется в повседневной жизни, включая производство тканых мешков, пленок, упаковочных коробок, защитных материалов для проводов, игрушек, автомобильных бамперов, волокон, стиральных машин и т. д.
Медицинский полипропилен обладает высокой прозрачностью, хорошими барьерными свойствами и стойкостью к радиации, что обеспечивает ему широкий спектр применения в производстве медицинского оборудования и упаковки. В настоящее время в качестве альтернативы ПВХ широко используются материалы, не содержащие ПВХ, в которых основным компонентом является полипропилен.
4. Полистирол (ПС) и смола К
PS – третий по величине вид пластика после поливинилхлорида и полиэтилена. Обычно он используется в качестве однокомпонентного материала для переработки и применения. Его основными характеристиками являются лёгкость, прозрачность, лёгкость окрашивания и хорошие эксплуатационные характеристики при формовании. PS широко используется в производстве повседневных пластиков, электротехнических деталей, оптических приборов, а также предметов культурного и образовательного назначения. Его текстура твёрдая и хрупкая, а высокий коэффициент теплового расширения ограничивает его применение в машиностроении. В последние десятилетия были разработаны модифицированный полистирол и сополимеры на основе стирола, которые в определённой степени компенсируют недостатки полистирола. Одним из таких материалов является смола K.
Смола К изготавливается путем сополимеризации стирола и бутадиена, это аморфный полимер, прозрачный, безвкусный, нетоксичный, плотность 1,01 г/см3 (ниже, чем у PS, AS), ударопрочность выше, чем у PS, прозрачность хорошая (80 ~ 90%), температура тепловой деформации 77 ℃. Количество бутадиена, содержащегося в материале К, также отличается его твердостью, из-за хорошей текучести материал К имеет широкий диапазон температур обработки, поэтому его производительность обработки хорошая.
Основные области применения в повседневной жизни: стаканчики, крышки, бутылки, упаковка для косметики, вешалки, игрушки, изделия из ПВХ-заменителей, упаковка для пищевых продуктов и упаковочные материалы для медицинских целей.
5. АБС, сополимеры акрилонитрила и бутадиена и стирола
АБС обладает определенной жесткостью, твердостью, ударопрочностью, а также химической стойкостью, радиационной стойкостью и стойкостью к дезинфекции оксидом этилена.
В медицине АБС в основном используется для изготовления хирургических инструментов, зажимов для барабанов, пластиковых игл, ящиков для инструментов, диагностических приборов и корпусов слуховых аппаратов, особенно корпусов некоторого крупного медицинского оборудования.
6. Поликарбонат (ПК, поликарбонат)
Типичными характеристиками PCS являются прочность, надежность, жесткость и термостойкость при стерилизации паром, что делает PCS предпочтительным материалом для изготовления фильтров для гемодиализа, рукояток хирургических инструментов и кислородных баллонов (при использовании в хирургических операциях на сердце этот инструмент может удалять углекислый газ из крови и увеличивать содержание кислорода);
Другие области применения поликарбоната в медицине включают безыгольные инъекционные системы, перфузионные инструменты, чаши центрифуг для крови и поршни. Благодаря его высокой прозрачности, обычные очки для коррекции близорукости изготавливаются из поликарбоната.
7. ПТФЭ (политетрафторэтилен)
Политетрафторэтиленовая смола – это белый порошок, похожий на воск, гладкий и антипригарный. Это важнейший пластик. ПТФЭ обладает превосходными свойствами, несравнимыми с обычными термопластами, поэтому его называют «королем пластиков». Его коэффициент трения – самый низкий среди пластиков, он обладает хорошей биосовместимостью и может использоваться для изготовления искусственных кровеносных сосудов и других имплантируемых устройств.
Время публикации: 25 октября 2023 г.