TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BỨC XẠ KHỬ TRÙNG VẬT LIỆU POLYPROPYLENE DÙNG TRONG Y TẾ

TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BỨC XẠ KHỬ TRÙNG

VẬT LIỆU POLYPROPYLENE DÙNG TRONG Y TẾ

Đặng Đức Nhận1 , Trần Thanh Sơn2 , Võ Văn Thuận1 , Hồ Minh Đức1 , Nguyễn

Đình Dương1 , Nguyễn Quang Long1 , Trần Minh Quỳnh

1) Viện Khoa học và kỹ thuật hạt nhân

2) Viện Khoa học kỹ thuật nhiệt đới, Trung tâm KHTN&CNQG

MỞ ĐẦUVật liệu polymer ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của

nền kinh tế quốc dân. Các laoị polymer được dùng phổ biến làm vật liệu bao bì đóng gói, ống dẫn nước v.v… trong đời sống dân dụng. Polymer thường có độ dẫn điện kém nên chúng được dùng làm vật liệu cách điện trong nhiều ngành kĩ thuật. Mấy chục năm trở lại đây AIDS, viêm gan B( Hepatilis) đang trở thành nạn dịch ở nhiều nước trên thế giới làm cho chúng ta phải có những giải pháp khoa học để phòng bệnh. Bơm kim tiêm một lần làm bằng vật liệu polymer là một ví dụ điển hình của ví dụ này.

Dụng cụ y tế cần phải có các tiêu chuẩn về độ bền cơ- lý- hóa nhất định, hơn nữa nó còn phahỉ sạch “tuyệt đối”. Chúng phải được thanh trùng hết vi khuẩn, vi rút, nấm cũng như các vi sinh vật gây bệnh luôn có mặt trên bề mặt dụng cụ. Tiêu chuẩn vệ sinh thanh trùng thường phải đạt 1/106, tức là xác suất còn nhiễm tác nhân gây bệnh của dụng cụ y tế khử trùng là 10-6.

Có ba phương pháp khử trùng chính, đó là hấp nhiệt (120-1300C), dùng tác nhân hóa học( Ethylen Oxide, EtO) và dùng năng lượng của bức xạ ion hóa hay còn gọi là khử trùng bức xạ ( radiation sterilization). Đối với các dụng cụ y tế bằng chất dẻo, phương pháp hấp khử trùng không thể dùng được vì vật liệu không bền nhiệt. Theo thống kê của các chuyên gia khử trùng dụng cụ y tế [1,2], hiện tại 70% số dụng cụ chất dẻo dùng tring y tế được khử trùng bằng phương pháp hóa học sử dụng khí EtO, chủ yếu là ở các nước đang phát triển. Tại các nước phát triển công nghệ khử trùng dụng cụ y tế bằng EtO đã bị cấm sử dụng, vì khí này là tác nhân gây ung thư. Ở các nước này, từ những năm 70 công nghệ khử trùng bằng EtO đã được thay thế bằng công nghệ khử trùng bức xạ, đó là nguồn đồng vị phát tia gama như Co-60, Cs-137 hoặc máy gia tốc chùm điện tử( EB machine). Khử trùng bức xạ có ưu điểm là không gây ô nhiễm môi trường cũng như không có nguy cơ gây ung thư cho người sử dụng như trường hợp EtO. Đặc biệt là công nghệ khử trùng bức xạ cho phép khử trùng dụng cụ ở dạng đóng gói kín, do vậy hoàn toàn loại bỏ khả năng tái nhiễm trước khi thành sản phẩm cuối cùng.

Nhược điểm của công nghệ bức xạ là nó dễ làm thay đổi các tính chất cơ-lý-hóa của vật liệu, ví dụ làm giảm độ bền cơ học hoặc biến màu do những thay đổi hóa học cơ bản trong lòng vật liệu dưới tác dụng của bức xạ, gây cảm giác không sạch cho dụng cụ. Vì vậy, việc tìm công thức loại vật liệu polymer bền bức xạ đã là những nghiên cứu tỉ mỉ của nhiều nhà khoa học trên thế giới. Loại công

thức này là những bí mật công nghệ được chuyển giao cho các hãng sản xuất dụngc cụ y tế khử trùng bức xạ. Ta có thể bắt gặp nhiều hãng sản xuất và chào bán loại Polypropylene(PP), Polyvinylchloride(PVC) bền bức xạ trên thế giới của các nước Anh, Pháp, Đức, Nam Tư, Mỹ , Nhật Bản, … Gía bán của loại vật liệu này thường gấp 3-4 lần loại PP hoặc PVC thông thường.

Viện khoa học và kỹ thuật hạt nhân nhận thức được tính kinh tế và ý nghĩa thực tiễn của vấn đề khử trùng bức xạ nên đã đề nghị Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường đầu tư tiến hành đề tài : “ Triển khai ứng dụng công nghệ bức xạ khử trùng Polypropylene và cơ chất dùng trong y tế và sinh học” trong hai năm 1998-1999. Mục đích của nghiên cứu là tìm công thức loại nhựa PP bền với bứcxạ gamma dùng để sản xuất bơm kim tiêm một lần khử trùng bằng bức xạ gamma nguồn Co-60 của Viện KH&KTHN. Báo cáo này trình bày kết quả nghiên cứu của đề tài này trong vòng hai năm qua.

Phần 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

Trong phần này sẽ trình bày các vấn đề sau đây:

1.Những vấn đề chung của tương tác bức xạ ion hóa với vật liệu polymer

2.Sự thay đổi các tính chất cơ-lý-hóa của polymer dưới tác dụng của bức xạ ion

hóa

3.Phương pháp ổn định công thức polymer tăng cường khả năng chịu bức xạ của

nó

1.Những vấn đề chung của tương tác bức xạ ion hóa với vật liệu polymer:

Khi được bức xạ ion hóa tương tác với các phân tử polymer (P) một loạt các

sản phẩm sơ các như điện tử dạng bụ bẫy e tr cũng như dạng solvat hóa es, cation

P+, phân tử P ở trạng thái kích thích P+, và radical P- sẽ được tạo ra:

P --- ~~ --> P+ + etr(es) (1)

P --- ~~ --> P* --> P + E (2)

Như vậy, khi chiếu xạ, trong polymer sẽ hình thành các tâm có hoạt tính

cao (các cation, phân tử kích thích, các radical…) hay còn được gọi là các sản

phẩm phân ly bức xạ, là những tác nhân trực tiếp gây nên những thay đổi hóa học

trong lòng nó.

Bằng chứng về sự có mặt các điện tử bị bẫy, etr , cũng như các điện tử solvat

hóa, es, trong lòng polymer được kiểm chứng bằng phương pháp chụp phổ cộng

hưởng từ điện tử (EPR) một số polymer khi chiếu xạ chúng ở nhiệt độ thất, ví dụ ở

77 và 4,2K. Trong trường hợp này, sự xuất hiện etr và es trong polymer chiếu xạ

cũng như trong các matrix rắn khác được đặc trưng bởi các vạch singlet rất đẹp

trong phổ EPR và các vạch phổ rộng của phổ hấp thụ quang ở cả vùng ánh sáng

nhìn thấy và trong vùng phổ hồng ngoại [3,4]. Đại lượng đặc trưng cho mức độ tạo

các loại điện tử này là hiệu suất tạo điện tử Ge của bức xạ. Ge được tính bằng số

điện tử tạo ra trong vật liệu khi nó hấp thụ năng lượng 100eV. Đối với các

polyolefin, thực nghiệm cho thấy đại lượng Ge phụ thuộc vào mức tinh thể hóa

(Crystalinity) của vật liệu polymer và nhiệt độ chiếu xạ. Mức tinh thể của polymer

càng cao hoặc nhiệt độ chiếu xạ càng thấp, giá trị Ge của các polyolefin càng lớn.

Như vậy có thể thấy phần tinh thể của polymer chính là các bẫy bắt giữ các loại

điện tử hình thành trong vật liệu khi nó bị chiếu xạ. Mật độ các điện tử tạo ra trong

vật liệu càng lớn cũng đồng nghĩa với các cation tạo ra trong nó ( phản ứng 1).

Các cation tạo ra trong polimer chiếu xạ có khả năng mất đi do quá trình tái

hợp với các điện tử ở dạng bị bẫy, hoặc ở trạng thái solvat hóa. Trong trường hợp

này sẽ tạo ra các phân tử polymer bị kích thích. Mặt khác các cation này có thể

chuyển điện tích cho các phân tử thu nhận (acceptor) điện tích, đặc biệt là các

vòng thơm benzen hoặc pyren mà chũng thường có mặt trong các vật liệu với vai

trò phụ gia. Ví dụ: đã phát hiện thấy có cation-radical pyren với hiệu suất cao, tới

1,8ion/100eV [5] trong polyethylene có chứa pyren khi nó bị chiếu xạ. Cation

polymer cũng có thể mất đi do quá trình chuyển proton và tạo radical:

~CH2+~ + ~CH2~--> ~CH~ + ~CH3

+~ (3)

Khi hấp thụ năng lượng bức xạ, phân tử polymer có thể chỉ bị kích thích lên

tới mức năng lượng cao hơn mà thôi. Sản phẩm phân ly bức xạ trong trường hợp

này là các phân tử polymer kích thích. Việc truyền năng lượng bức xạ này có thể

xảy ra trong polymer là do mạch phân tử polymer tương đối dài và có các phần tử

mạch lặp lại trong nó. Có hai loại hình truyền năng lượng trong vật liệu polymer

khi nó nhận năng lượng bức xạ. Thứ nhất, năng lượng có thể truyền giữa các phần

tử trong cùng một phân tử vật chất. Thứ hai là năng lượng có thể được truyền giữa

các phân tử polymer khác nhau. Trong trường hợp thứ hai việc truyền năng lượng

được thực hiện theo hai cơ chế: cơ chế cộng hưởng trao đổi và cơ chế cộng hưởng

cảm ứng. Theo cơ chế thứ nhất, lớp vỏ điện tử của phân tử cho năng lượng chùm

lên lớp vỏ điện tử của phân tử nhận năng lượng và như vậy quá trình chuyển năng

lượng được thực hiện thông qua quá trình trao đổi điện tử giữa phân tử giao động

cùng một tần số phân tử nhận năng lượng. Cơ chế thứ hai xảy ra khi hai phân tử

giao động cùng tần số.

Tất cả các sản phẩm phân ly bức xạ kể trên cuối cùng cũng sẽ góp phần vào

việc tạo ra polymer chiếu xạ các radical tự do. Có thể thấy ba nhóm radical được

tạo ra do quá trình phân ly bức xạ, đó là macro radical, radical phân tử thấp và các

radical tạo ra từ các quá trình chuyển hóa các phân tử phụ gia cũng như tạp chất có

mặt trong polymer. Các macro radical có hai loại, một loại được tạo ra do sự phân

ly nguyên tử cũng như nhóm nhánh ở giữa mạch polymer. Ví dụ: ~CH2CHCH2~.

Một loại khác tạo do quá trình phân ly nguyên tử hoặc nhóm nhánh ở cuối mạch

polymer. Ví dụ: ~CH2CH2~. Một trong các nguyên nhân chính tạo radical trong

polymer chiếu xạ là có sự tương tác giữa các loại điện tử rạo ra do phân ly bữa xạ

với phân tử polymer. Khi chiếu xạ Polyvinylchloride (PVC) ở nhiệt độ thấp các

tác giả [4,6] đã phát hiện tồn tại radical ~CH2CHCH2~. Nguyên nhân chính là do

quá trình:

~CH2CHClCH2~ + e --> ~CH2CHCH2~ + Cl-

Tuy nhiên, ở nhiệt độ phòng ngoài radical trên còn phát hiện thấy có radical

allyl và polyellyl ~CHClCH(CH=CH)nCHCl~, với n>=1

2.Những biến đổi cơ-lý-hóa trong polymer dưới tác động của bức xạ

2.1Những biến đổi hóa-lý của polymer dưới tác động của bức xạ

Như đã trình bày ở phần 1, các sản phẩm sơ cấp tạo ra trong polymer khi

chịu bức xạ là các loại điện tử, các cation, các radical là những tác nhân trực tiếp

gây nên những biến đổi hóa học thứ cấp trong lòng nó. Các quá trình hóa bức xạ

thứ cấp với sự tham gia của các sản phẩm phân ly bức xạ với các phân tử môi

trường xung quanh nó sẽ xảy ra tức thì khi có quá trình ion hóa sơ cấp. Các quá

trình này quyết định sự thay đổi cấu trúc hóa học của vật liệu chiếu xạ và kéo theo

là các biến đổi về tính chất cơ lý của nó.

Khi bị chiếu xạ, trong polymer xảy ra hai quá trình biến đổi: biến đổi thuận

nghịch và biến đổi không thuận nghịch. Biến đổi thuận nghịch là quá trình mà các

thành phần không về tạo ra trong khi bị chiếu xạ có thể chuyển ngược về dạng ban

đầu của nó. Ví dụ: phân tử P* bị kích thích đến mức năng lượng chưa đủ cao để

phân ly, chúng có thể bức xạ năng lượng dư ra môi trường để chuyển về dạng cân

bằng ban đầu. Những biến đổi không thuận nghịch là các phản ứng hóa học giữa

các sản phẩm phân ly bức xạ với các phân tử, nguyên tử môi trường. Đây là những

biến đổi hóa học mà bản chất là các quá trình chuyển hóa các sản phẩm phân ly

bức xạ (cation, radical…) có hoạt tính cao trong vật liệu bị chiếu xạ để tạo ra các

sản phẩm mới bền vững.

Tùy thuộc vào các đặc tính riêng của vật liệu như cấu tạo hóa học, sự sắp

xếp mạch cao phân tử, đặc tính của quá trình polymer hóa, sự có mặt trong vật liệu

các thành phần phan tử bậc thấp với bản chất khác nhau… và điều kiên chiếu xạ

như nhiệt độ, suất liều, thành phần môi trường chiếu xạ v.v… mà khi bị chiếu xạ,

trong polymer sẽ có các hiệu ứng không thuận nghịch sau:

- Khâu mạch (crisslining): hình thành các mạch ngang giữa

các nút C-C hoặc dạng khác để tạo mạng cấu trúc không gian ba chiều, không tan

trong các dung môi hữu cơ.

- Gẫy mạch (scission): các liên kết hóa trị trong mạch chính hoặc

nhánh bị bẻ gãy.

- Thay đổi mức no (change of unsturity) của phân tử: mất nối đôi ở vị

trí này để tạo nối đôi ở vị trí khác hoặc tăng mật độ nối đôi.

2.1.a. Hiện tượng khâu mạch bức xạ của polymer

Thông thường khâu mạch và gẫy mạch xảy ra đồng thời trong lòng polymer

khi nó chịu bức xạ, tuy nhiên tỷ lệ tốc độ của hai quá trình này có hác nhau và tỷ

lệ này phụ thuộc vào cấu trúc hóa học của polymer, trạng thái vật lý của chúng và

điều kiện chiếu xạ. Do vậy, ta chỉ có thể nói vật liệu polymer này trội khâu mạch

và vật liệu polymer khác trội gãy mạch mà thôi. Có tác giả cho rằng [7] những

polymer mà trong mạch chính mỗi nguyên tử carbon có ít nhất một liên kết với

nguyên tử hydrogen, tức mạch chính của nó có cấu trúc ~CH2CHRCH2~ thể hiện

tính trội về khâu mạch, còn những polymer mà mạch chính có cấu trúc

~CH2CHR’CH2~, trong đó R và R’ không phải là nguyên tử hydrogen hoặc

halogen thể hiện tính trội về gẫy mạch. Tuy nhiên cũng có những ngoại lệ.

Polypropylene (PP) alactic có tỷ lệ hiệu suất khâu mạch trên hiệu suất gẫy mạch

bằng 0.8, nhưng PP isotactic tỷ lệ trên là 1,4 [8]. Có nghĩa là PP atacic trội gãy

mạch, trong khi đó PP isotactic trội khâu mạc, trong khi cả hai loại polymer này

đều có cấu trúc mạch tương tự dạng thứ nhất, trội khâu mạch. Hơn nữa quy tắc

trên cũng chỉ đúng trong trường hợp chiếu xạ polymer trong chân không. Khi có

mặt không khí, chính xác hơn là có mặt oxy sẽ có rất nhiều phản ứng oxy hóa phụ

khác xảy ra, gây hiện tượng gãy mạch như sẽ trình bày ở mục hiện tượng oxy hóa

polymer khi chiếu xạ sau này.

Cơ chế phản ứng khâu mạch được mô tả thông qua trường hợp đơn giản, đó

là khâu mạch chiếu xạ của polyethylene. Như đã trình bày ở phần 1, dưới tác dụng

của bức xạ ion hóa, trong polyethylene sẽ tạo ra các radical như một sản phẩm sơ

cấp của bức xạ. Các radical này sẽ kết hợp với nhau để tạo ra những mạch liên kết

ngang mới. Đó là các mạch liên kết ngang trong cùng một phân tử polyethylene:

~CH2CHCH2~ + ~CH2CHCH2~ --> ~CH2CHCH2~ (5)

~CH2CHCH2~

Loại liên kết này được gọi là liên kết hình chữ H

Cũng có thể do có cách mạch liên kết ngang mà mạch chính bị phân nhánh:

CH2~

~CH2CH2CH2CH2 , liên kết này gọi là liên kết hình chữ Y (6)

CH2~

Ngoài dạng liên kết trong một phân tử polymer, còn có nhiều mạch ngang

được tạo ra do ết quả của các liệ kết giữa các phân tử polymer khác nhau.

Đại lượng đặc trưng cho khâu mạch là hiệu suất khâu mạch bức xạ. Có hai

khái niệm về hiệu suất khâu mạch bức xạ. Thứ nhất, đó là đại lượng biểu diễn

bằng số phần tử cấu trúc (nút monomer) trong mạch polymer được nối lại với nhau

khi hấp thụ năng lượng bức xạ 100eV (đại lượng G). Thứ hai là đại lượng biểu

diễn bằng số mạch ngang được tạo ra trong polymer khi nó hấy thụ năng lượng

bức xạ 100 eV, đại lượng G(X). Rõ ràng rằng G(X)=1/2G

Sự hình thành các mạch nagng giữa các phân tử polymer sẽ làm tăng trọng

lượng trung bình của trọng lượng phân tử (weight average molecular weight, Mw).

Ở một liều chiếu nhất định nào đó, do có khâu mạch, mà một phần polymer không

tan được trong bất kỳ loại dung môi hữu cơ nào, phần này được gọi là phần gel

(gel fraction, g). Hiện tượng này được gọi là hiện tượng tạo gel bức xạ và liều tối

thiểu để tạp gel trong polymer gọi là liều tạo gel. Ngược lại, phần hòa tan s=1-g

gọi là phần sol (sol fraction). Bằng thực nghiệm ta có thể xác định được đại lượng

G(X) cho từng loại polymer, dựa vào biểu thức [9]:

G(X) = 4.83.103/DgMw (7)

Trong đó: Dg là liều tạo gel và Mw là trọng lượng trung bình của trọng lượng

phân tử polymer ở điểm tạo gel.

Từ biểu thức (7) dễ dàng nhận thấy, để xác định G(X) ta chiếu xạ polymer

với các liều khác nhau để xác định liều Dg ; Đồng thời xác định phân bố trọng

lượng phân tử polymer theo liều chiếu để xác định Mw rồi tính G(X). Bảng 1 trình

bày giá trị G(X) của một số polymer thông dụng.

Bảng 1 Gía trị hiệu suất khâu mạch , G(X) của một số polymer thông dụng.

Polymer G(X), mạch/100

eV

Theo tài liệu

Polymethylene tỷ trọng thấp, LDPE 0,8-1,25 [10]

Polymethylene tỷ trọng cao, HDPE 0,7-1,1 [10]

Polymethylene isolactic, PP iso lactic 0,3-1,25 [11]

Polymethylene atatic, PP atatic 0,3-0,5 [11]

Copolymer ethylene-propylne 1,1 [12]

Polyvinychloride(PVC) 0,3 [13]

Cao su thiên nhiên 1,3-1,5 [14]

Nynol 0,7-0,9 [15]

Từ bảng 1 ta thấy , đối với cùng ,một loại polymer, giá trị G(X) thay đổi trong

khoảng rộng. Điều này được giải thích là thí nghiệm xác định đại lượng G(X)

được tiến hành với nhiều loại mẫu có mức tinh thể khác nhau. Khâu mạch xảy ra

chủ yếu ở vùng vô định hình của polymer. Tại các vùng này các đại phân tử của

polymer sắp xếp chồng chéo lên nhau làm cho quá trình tạo mạch ngang thuận lợi

hơn. Ngoài ra, tại các tại các vùng này mức độ động của các radical cũng lớn hơn

so với chúng ở vùng tinh thể, ở đó sự sắp xếp các đại phân tử có trình tự nhất định.

Tuy nhiên, tại các vùng đại phân tử vẫn có sự chuyển dịch hóa trị tự do từ trong

lòng các lamell ra vùng biên, do vậy các liên kết mạch ngang trong cùng một phân

tử polymer sẽ xảy ra chủ yếu ở đây.

Do có khâu mạch mà tính chất cơ-lý của vật liệu polymer tăng lên rõ rệt. Ví

dụ: polyethylene chiếu xạ đến độ gel khoảng 50%, tức là khoảng 50% trọng lượng

polymer không tan được trong dung môi đã làm tăng độ cách điện của nó lên gấp

3-4 lần so với nhựa không được biến tính, đồng thời mức kéo dài tại thời điểm đứt

của nó cũng được tăng lên đôi chút. Tuy nhiên nếu độ gel cao hơn nữa, 80-90%

chẳng hạn, thì mức kéo dài tại điểm đứt sẽ giảm đi, vật liệu trở nên cứng và ròn

hơn. Biến tính vật liệu polyethylene bằng công nghệ bức xạ được trình bày tương

đối kỹ trong nhiều báo cáo tổng quan, ví dụ trong [16].

2.1.b. Gẫy mạch bức xạ trong polymer

Dưới tác dụng của bức xạ, cùng với quá trình khâu mạch, trong polymer

đồng thời xảy ra quá trình gãy mạch. Hiện tượng này biểu hiện qua sự giảm trọng

lượng phân tử của đại phân tử polymer, hoàn toàn khác quá trình depolymer hóa,

tức là quá trình tạo ra các monomer có cấu trúc mạch bậc bốn ~CH2CRR’CH2~ thể

hiện tính trội gẫy mạch bức xạ. Khi bị chiếu xạ, các radical tạo ra từ loại phân tử

polymer trội gẫy mạch bức xạ ít có khả năng tái hợp với nhau vì hiệu ứng không

gian. Hơn nữa, do có nguyên tử cacbon bậc bốn nên việc di chuyển hóa trị dọc

theo mạch cũng không thể thực hiện được [17]. Chính vì các lý do đó nên các

radical này chủ yếu chỉ có khả năng tự phân hủy hoặc tác dụng với các radical có

trọng lượng phân tử thấp. Cơ chế gẫy mạch bức xạ của polyisobuthylene (tương tự

như polypropylene) là trong chúng đã tạo ra các radical ở vị trí cuối mạch [4]:

Tốc độ cũng như khả năng xảy ra các phản ứng trên tăng theo nhiệt độ.

Hiệu suất phản ứng gẫy mạch bức xạ, G(S) được xác định bằng công thức

[9]:

G(S) = 9,65.103 (1/Mn - 1/Mn,0)/D (10)

Trong đó Mn và Mn,0 là trọng lượng phân tử trung bình của polymer sau và

trước hi chiếu xạ, D là liều chiếu xạ tính bằng Mrad (1 Mrad = 10Gy).

Như vậy, sự phụ thuộc giữa đại lượng (1/Mn - 1/Mn,0) và liều chiếu là một

đường thẳng có hệ số góc bằng G(S).D/9,65.103. Do vậy, bằng thực nghiệm ta có

thể xác định được giá trị G(S) của polymer khi chiếu nó ở các liều khác nhau bằng

cách xác định sự phụ thuộc giữa trọng lượng phân tử trung bình của polymer với

liều chiếu [9]. Trong bảng 2 là giá trị G(S) của một số loại polymer.

Bảng 2. Giá trị G(S) của một số loại polymer thông dụng

Polymer G(S), (số mạch gẫy /

100eV)

Nguồn tài liệu

Polypropylene atactic 0,3-1,8 [11]

Polymerpropylene isotactic 0,3-0,6 [11]

Copolymer ethylene-propylene 0,33 [12]

Polyethylene 0,4-0,5 [18]

Cao su thiên nhiên 0,13 [19]

Nylon 2,4 [15]

2.1.c.Tạo khí và thay đổi liên kết hóa trị trong polymer dưới tác động của bức xạ

Dưới tác dụng của bức xạ, trong polymer ngoài các phản ứng khâu mạc và

gẫy mạch, quá trình tạo các loại khí cũng như thay đổi liên kết hóa trị, từ mức no

chuyển sang nối đôi cũng xảy ra khá mạch. Đối với các loại olefin, khi bị chiếu xạ,

khí hydrogen được tạo ra với hiệu suất lớn nhất. Ví dụ G(H3) của polyethylene

dưới tác dụng bức xạ gamma hoặc chùm electron là 3,7. Ngoài khí hydrogen,

nhiều loại khí khác cũng được hình thành, ví dụ CH4, CO2, CO.v. .. khi chiếu xạ

các loại polymer khác nhau. Bảng 3 là giá trị hiệu suất tạo khí từ các polymer

chiếu xạ khác nhau.

Bảng 3. Hiệu suất tạo một số loại khí dưới tác dụng của bức xạ gamma,

hoặc chùm tia điện tử ở nhiệt độ phòng và trong chân không

Polymer Sản phẩm khí Hiệu suất tạo khí Tài liệu

Polyethylene H2

CH4

3,7

0,02

[20]

Polypropylene

isotactic

H2

CH4

2,87

0,07

[20]

[20]

Polypropylene

atactic

H2

CH4

2,34

0,10

[20]

[20]

Polyvinylchloride,

PVC

HCl

H2

CH4

7,5

0,15

0,0002

[21]

[22]

[22]

Polyvinylacetate H2

CH4

CO

CO4

0,64

0,34

0,18

0,06

[23]

[23]

[23]

[23]

Quá trình thoát khí do bức xạ polymer là một trong các nguyên nhân tạo

thêm các mạch nối đôi trong phân tử vật liệu này. Sự hình thành thêm các nối đôi

là một trong những nguyên nhân làm biến đổi màu của polymer chiếu xạ.

2.1.d. Oxy hóa bức xạ và oxy hóa sau bức xạ của vật liệu polymer

Đại bộ phận các polymer khi chiếu xạ trong môi trường có oxy đều bị oxy

hóa. Phản ứng oxy hóa bức xạ xảy ra khi có mặt oxy không những trong môi

trường xung quanh vật liệu (không khí) mà nó cũng xảy ra đối với oxy hòa tan

trong lòng vật liệu. Đầu tiên oxy hóa xảy ra giữa các sản phẩm phân ly bức xạ với

oxy tan trong lòng polymer, sau khi lượng khí này đã sử dụng hết, mà bức xạ vẫn

duy trì sẽ có sự khuyếch tán oxy môi trường để tiếp tục duy trì quá trình trên. Hơn

nữa, sau khi chiếu xạ một thời gian tương đối dài quá trình oxy hóa vẫn còn tiếp

tục, đó là do các sản phẩm phân ly bức xạ đôi khi có thời gian sống khá lâu. Oxy

hóa là hiện tượng làm giảm các tính chất tốt, cần có của vật liệu và do đó rất cần

hạn chế quá trình này khi chiếu xạ vật liệu polymer .

Cơ chế quá trình oxy hóa bức xạ được mô tả tóm tắt như sau:

P P, radical polymer (11)

P + O2 PO2, peroxide radical (12)

Peroxide radical sẽ chuyển thành hydroperoxide radical POOH, từ đó tạo ra

radical OH và PO. Chính các radical PO sẽ tự phân hủy để tạo nhóm carbonyl và

radical P, phản ứng oxy hóa bức xạ trong polymer là phản ứng dây chuyền. Sự

hình thành nhóm carbonyl thể hiện rất rõ ở sự xuất hiện vạch phổ 1716 cm -1 trong

phổ hồng ngoại của các polymer olefin.

Tốc độ oxy hóa bức xạ phụ thuộc rất nhiều vào xuất liều. Điều này chứng tỏ

khuyếch tán là quá trình quyết định tốc độ phản ứng oxy hóa.

2.2. Sự thay đổi tính chất cơ-lý của vật liệu chiếu xạ.Khi chiếu xạ ở liều cao, modul đàn hồi cũng như độ biến dạng của vật liệu

sẽ tăng lên, làm cho tuổi thọ của nó giảm đi. Tất nhiên, mức thay đổi( theo giá trị tuyệt đối) các đại lượng này phụ thuộc vào loại vật liệu cụ thể. Tuổi thọ của vật liệu giảm, một mặt do quá trình gãy mạch chính, mặt khác do quá trình oxy hóa bức xạ trong vật liệu. Ở các loại polymer có cấu trúc bán kết tinh thể khi bị chiếu xạ liều cao (lớn hơn 1 Mgy), phần tinh thể của vật liệu sẽ bị phá hủy một phần. Cũng chính vì vậy mà khả năng chịu tải của vật liệu giảm rõ rệt và nó trở nên ròn. Trong các loại polymer trội khâu mạch, khi mật độ khâu mạch tương đối cao( khoảng 50%), thì các mạch ngang này cản trở quá trình tái tinh thể hóa trong polymer và nó làm cho vật liệu có trạng thái như cao su trong giản đồ nhiệt của nó.

Cũng chính vì có hiện tượng này mà vật liệu chiếu xạ có một tính chất rất đặc biệt là có khả năng nhớ. Hiện tượng nhớ của vật liệu chiếu xạ khâu mạch thể hiện ở chỗ khi gia nhiệt đến gần nhiệt độ nóng chảy của vật liệu ta dễ dàng biến đổi kích thước cũng như hình dạng của sản phẩm và làm nguội đột ngột, nó giữ nguyên trạng thái mới, như một dây cao su được kéo căng và giữ bằng ngoại lực. Nếu gia nhiệt tiếp, tức là loại bỏ ngoại lực, thì sản phẩm sẽ quay lại nguyên dạng ban đầu của nó. Hiệu ứng này được ứng dụng rộng rãi trong công nghệ biến tính vật liệu, đặc biệt là polymethylene, tạo ra các ống nối cách điện, chống thấm, chống ẩm tại nhiều nước trên thới giới.

Tuy nhiên trong thức tế, hầu hết các loại vật liệu polymer khi bị chiếu xạ đều bị suy giảm các tính chất cơ-lý. Điều cần thiết là phải ổn định chúng để chúng có khả năng bền với bức xạ ở những liều chiếu khác nhau.

3. Công thức ổn định polymer bền bức xạ.

Nguyên tắc ổn định polymer làm cho vật liệu bền dưới tác động của bức xạ là cần có thêm các phụ gia trong công thức của nó. Các phụ gia này phải có khả năng hấp thụ năng lượng bức xạ một cách thuận nghịch. Một loại phụ gia khác rất cần thiết là các chất chống oxy hóa. Các chất này có nhiệm vụ tiêu thụ lượng oxy hòa tan cũng như lượng oxy khuyếch tán từ môi trường ngoài. Dựa trên nguyên tắc này, cho đến nay tất cả các công thức polymer dùng trong đời sống đều phải có các chất có chức năng hấp thụ tia cực tím và các chất antioxidant. Ngoài nguyên tắc cho thêm phụ gia, người tac còn có thể ổn định polymer bằng cách tăng phần vô định hình của vật liệu. Phần vô định hình cuẩ vật liệu sẽ thay đổi khi tạo các copolymer. Copolymer ethylene(6%)- propylene có tính chịu bức xạ hơn hẳn polypropylene. Cũng trên nguyên tắc này, người ta người ta trộn hai loại polymer có tính trội khâu mạch hoặc gẫy mạch khác nhau cũng có thể tạo được vật liệu mới bền bức xạ. Tuy nhiên, phải phải tìm được các loại polymer có tính tương hợp với nhau thì mới có thể gia công tạo được sản phẩm. Polypropylene trộn với một số loại cao su nhân tạo với tỷ lệ nhất định cũng cho loại công thức polypropylene bền với bức xạ ở liều chiếu khá cao (50-70 kGy). Thực tế cũng cho thấy, polymer có trọng lượng phân tử cao bền với bức xạ hơn các polymer trọng lượng phân tử thấp.

PHẦN II. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆMĐối tượng của nghiên cứu này là nhựa Polypropylene đang dùng sản xuất

bơm kim tiêm một lần và bán tại Ha Nội. Nhựa PP có cấu trúc bán tinh thể như trình bày ở trên hình 1.

1.Thành phần một số loại PP dùng sản xuất bơm kim tiêm một lần bán trên thị trường Hà Nội

Trên thị trường Hà Nội, tại các hiệu thuốc đều có bán bơm kim tiêm một lần bằng chất dẻo khử trùng, chủ yếu bằng EtO. Các sản phẩm này được sản xuất chủ yếu ở Hàn Quốc. Có một số loại loại bơm kim tiêm khử trùng bằng bức xạ

nhập từ Pháp và Trung Quốc. Để khảo sát thành phần loại nhựa của bơm tiêm này, phương pháp quang phổ kế TF IR (Trans Fourier InfraRed Spectrometry), phân tích nhiệt (TGA) và nhiệt vi sai(DSA) đã được áp dụng để phân tích. Máy phân tích TF IR cũng như TGA đều của hãng Shimadzu, Nhật Bản và chúng được vận hành tại Viện Khoa học hình sự, Bộ nội vụ và tại phòng thí nghiệm các phương pháp nhiệt, Viện Hóa học, TTKHKT&CN QG.2. Tạo mẫu vật liệu để nghiên cứu

Trong nghiên cứu này các tác giả tập trung vào hai hướng tạo công thức vật liệu bền bức xạ. Hướng thứ nhất là chọn copolymer ethylene (2%)- propylene, có chỉ số dòng chảy (MFI) bằng 1( MFI là lượng nhựa tính bằng gam bị đùn ra khỏi thiết bị đùn ở nhiệt độ 1800C trong vòng 10 phút và lực nén là 2,1 Kg). Trong công thức này ngoài nhựa chủ còn trộn thêm 0,2 phr Stearate Calcium, 0,1 phr antioxidant nhóm phosphorus. Theo hướng này một công thức khác ngoài chất trợ gia công và antioxidant sơ cấp Alkanox 240, hãng Great Lake Chem. Corp, còn trộn thêm 0.1 phr Amine có cấu trúc cồng kềnh( hindered amine) là Tinuvin 662, hãng Ciba Geigy làm chất antioxidant thứ cấp, 0.2 phr chất làm trong là Benzoic Acid hoặc Benzeoiate Sodium tinh khiết của hãng Great Lake Chem. Corp…

Hướng thứ hai là can thiệp vào trạng thái hình thái của nhựa. Các tác giả trộn PP với PE với những tỉ lệ khác nhau. Hỗn hợp PP và PE được trộn trong buồng gia nhiệt của thiết bị đùn nhựa với chế độ gia nhiệt tăng dần từ 180 đến 195oC ở cuối đàu ra là khuân ép thủy lực để tạo ra tấm nhựa có kích thước 100x 100 x 2(mm). Hình 2 là tập hợp 250 mẫu dạng blend này.3. Nghiên cứu khả năng chịu bức xạ của các loại vật liệu PP.

Bơm tiêm của Hàn Quốc mua tại hiệu thuốc, giữ nguyên trang thái đong gói kín đem chiếu xạ trên nguồn Co60 cuẩ Trung tâm chiếu xạ, Viện khoa học kĩ thuật hạt nhân. Liều chiếu là 10, 20, 30 kGy với suất liều lớn nhất, không quá 1.0 kGy/h( mẫu chiếu đặt sát bảng nguồn). Liều chiếu xạ được xác định bằng các dosimeter Perspex, hãng Harwell, Anh quốc. Sai số của phép xác định liều chiếu trong khoảng ± 6%. Các mẫu tự chế theo công thức kể trên được đóng gói kín, thậm chí có mẫu được thổi khí nitơ một cách cẩn thận sau đó hàn lại và đem đi chiếu xạ. Có một loạt mẫu chiếu xạ trong điều kiện để hở, nhằm tìm hiểu mức ảnh hưởng của oxy đến quá trình gẫy mạch của công thức. Sau chiếu xạ mẫu được phân tích về độ bền cơ lý, đó là cường độ kéo dài tại điểm đứt, sức chịu uốn cong, chụp lại các phổ TF IR, TGA và đo hệ số vàng ( Yellownes, YI).4. Xác định giá trị phần trăm giãn dài tại điểm đứt ( % Elongation at break)

% giãn dài tại điểm đứt ( E, %) của vật liệu được xác định trên thiết bị chuyên dụng ZMGJ của hãng Toyoseiki, Nhật bản. Quy trình xác định đặc tính này được thiết lập tại Tổng cục tiêu chuẩn chất lượng đo lường Việt Nam.5. Xác định trọng lượng phân tử trung bình của polymer trước và sau chiếu xạ Mục đích của thí nghiệm này là xác định hiệu xuất gãy mạch của một số

laoị PP dùng sản xuất bơm tiêm một lần khi chịu chiếu xạ với liều khử trùng.

Trọng lươnghj phân tử trung bình của polymer được xác định bằng thực nghiệm

của phép đo độ nhớt thực tế( intrinsic viscosity, [η] [24] của polymer với trọng

lượng phân tử biểu diễn bằng biểu thức bán thực nghiệm sau [25]:

[η]=1,0. 10-2.M0.8 (dm3g-1) [13]

Nhựa PP trước và sau chiếu xạ được hòa tan vào dung môi ở nhiệt độ

1350C trên thiết bị đo độ nhớt chuyên dụng của Anh quốc. Trên cơ sơ mối tương

quan giữa đại lượng (1/MD-1/M0) và liều chiếu ta tính được G(S), theo công thức

(10). Giá trị của G(S) cho thấy mức độ gãy mạch của PP trong các đièu kiện chiếu

xạ nhất định.

6. Xác định chỉ số vàng của vật liệu (chỉ số chuyển màu: yellowness index, YI)

Chỉ số vàng biểu thị sự biến màu của vật liệu( từ màu trắng trong sang màu vàng) do có những biến đổi về cấu trúc hoặc thành phần hóa học của vật liệu. Đổi màu trong chiếu xạ có thể do xuất hiện những nối đôi mới trong phân tử polymer, hoặc do phân hủy các thành phần phối trộn khác có mặt trong vật liệu. Chỉ số này được xác định bởi tỉ số giữa mật độ quang, thông qua đại lượng absorbance “A”, của tấm PP chiếu xạ ở những liều chiếu xạ ở những liều chiếu khác nhau, AD có độ dày 1mm và mật độ quang của tấm PP đối chứng ( không chiếu xạ), A0, có độ dài tương tự đo tại các bước song 270 nm.YI= AD/A0 (14)

Mật độ quang biểu diễn qua đại lượng Absorbance (A) của các tấm nhựa đã mài bóng, có độ dài chuẩn là 1mm được đo trên thiết bị Densitometer CS-9001PC hang Shimadzu, Nhật Bản. Hình 3 là phổ hấp thụ ánh sang tử ngoại của PP chiếu xạ với các liều chiếu khác nhau, Absorbance cực đại của vật liệu nhận thấy ở 270 nm. Trong khi đó phổ hấp thụ tử ngoại của mẫu đối chứng không có cực đại này. 7 Thử nghiệm tính tương hợp giữa PP và PE

Hai loại PP và LDPE thí nghiệm được trộn với các tỉ lệ khác nhau trên thiết bị HAAKE( Gemany). Thiết bị này còn cho phép xác định được chế độ gia nhiệt cho từng loại polymer khi gia công chế biến nó. Gắn thiết bị này với thiết bị ép thủy lực ta có thể chế tạo được các tấm vật liệu có độ dày chuẩn trong các nghiên cứu. Hình 4 là giản đồ phối trộn hai loại nhựa trên.

Trên hình 4 trục tung bên trái là đại lượng moment xoắn của mẫu tạo được, trục tung bên phải là nhiệt độ. Sự thay đổi moment xoắn đặc trưng cho sự hình thành những sản phẩm mới tạo ra do những phản ứng, nếu chúng xảy ra, khi phối trộn hai loại nhựa với nhau. Từ hình 3 ta thấy, hai laoaij nhựa PP và PE đã chọn có độ tương hợp tốt với nhau. Khi trộn giữa hai laoij nhựa này không có phản ứng nào xảy ra, mà chỉ là sự hòa trộn cơ học. Về bản chất, hỗn hợp này chỉ mang tính

phối trộn cơ học với nhau, do đó tính hấp thụ năng lượng bức xạ của PE vẫn đảm bảo tốt.

PHẦN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

1 . Thành phần và cấu trúc của một số loại vật liệu polypropylene.Hình 5-7 là phổ TF IR của ba loại PP dung sản xuất bơm tiêm một lần lấy

từ ba hãng Chun jee, Chun sol, và Vinahook, liên doanh Việt –Hàn, Thanh Trì, Từ Liêm, Hà Tây. Phổ hấp thụ cho thấy vật liệu sản xuất bơm tiêm của ba hãng chỉ là nhựa PP. Các đỉnh hấp thụ ánh sáng hồng ngoại đều rất đặc trưng cho nhóm –CH3

thuộc mạch nhánh của vật liệu. Hình 8 là phổ TF IR của blend Polyethylene( PE) với polypropylene (PP) tự chế tạo với tỉ lệ PE là 30 phr ( part per hundred of resin , phần trăm nhựa chính).Phổ IR them một đỉnh ở bước sóng 625 cm-1 , đặc trưng cho nhóm –CH2 của mạch PE.

Các phân tích nhiệt (TGA) cho thấy, vật liệu PP của ba hãng trên rất khác nhau về thành phần nhựa chủ. Hình 9-11 là giản đồ TGA đối với ba mẫu PP của ba hãng trên. Từ 3 giản đồ 9-11 ta nhận thấy, lượng mất trọng lượng của ba loại nhựa khác nhau, tức phần nhựa chủ của ba loại nhựa này không như nhau. Thành phần nhựa chủ trong vật liệu PP của 3 hãng lần lượt là 94%, 98%, 93%, phần chất độn tương ứng là 6%, 2%, 7%. Nhiệt độ bắt đầu bay hơi của 3 vật liệu cũng khác nhau, PP của hãng Chun jee bắt đầu bốc hơi ở 2180C và kết thúc ở 3340C , hãng Chu sol tương ứng là 3340C và 4160C, hãng Vinahook là 2390C và 3420C. Như vậy có thể thấy rằng hãng Chun hãng Chun jee sử dụng loại nhựa PP có trọng lượng phân tuer thấp hơn so với vật liệu của Chun sol và Vinahook. Loại nhựa PP của Chun sol có trọng lượng phân tử cao nhất. Theo Yoshii [26], PP có trọng lượng phân tử cao, tỉ lệ phần vô định hình lớn thường bền hơn với bức xạ so với loại có trọng lượng phân tử thấp, tỷ lệ phần vô định hình nhỏ. Hình 12 là giản đồ TGA của blend PE/ PP, 30 phr PE, một trong các đối tượng nghiên cứu của nghiên cứu này. Hai loại PE và PP chọn cho nghiên cứu này có tính tương hợp tốt( hình 4).2 Khả năng bền bức xạ của một số loại vật liệu polypropylene

Hình 13-15 là giản đồ TGA của ba loại vật liệu PP lấy từ bơm tiêm

của ba hãng sản xuất như đã trình bày ở phần 1 và chúng được chiếu xạ với liều

chiếu 30 hoặc 50 kGy. Hình 16 là giản đồ TGA của blend PE /PP, 30 phr PE cũng

đã được chiếu xạ với liều 30 kGy. Nhận thấy với liều chiếu này trong ba loại nhựa

của ba hãng sản xuất một phần mạch chính của PP đã bị gãy và hình thành mạch

có trọng lượng phân tử thấp. Điều này thể hiện ở nhiệt độ bắt đầu bốc hơi giảm ở

tất cả ba loại nhựa khi chúng bị chiếu xạ. Nhiệt độ bắt đàu bốc hơi của hãng Chun

jee giảm từ 218 xuống 2150C sau khi chiếu xạ với liều 30kGy và của hãng

Vinahook từ 239 xuống 2040C. Tuy nhiên, song song với quá trình gãy mạch cũng

thấy một phần polymer được khâu mạch làm tăng trọng lượng phân tử do vậy do

vậy nhiệt độ bốc hơi cũng tăng ở một số loại PP nghiên cứu. Trừ PP của hãng

Chun sol là không thấy có khâu mạch, vì nhiệt độ kết thúc bốc hơi giảm từ 417

xuống 4020 C, hai loại nhựa PP của Chun jee và Vinahook đều có nhiệt độ kết thúc

bốc hơi cao hơn so với đối chứng (hình 13 và hình 15). Ngược lại, loại blend tự

chế tạo không thấy có hiện tượng gãy mạch, vì nhiệt độ bắt đầu bốc hơi của vật

liệu chiếu xạ (hình 16) không thay đổi so với mẫu đối chứng( hình 12)

Bảng 4 trình bày độ bền cơ lý của các vật liệu PP nghiên cứu trước và sau

khi chiếu xạ liều 30 kGy. Trong bảng này ngoài số liệu của ba loại vật liệu sản

xuất bơm tiêm của ba hãng trên còn có kết quả của mẫu blend PP-PE cũng như các

loại PP tự phối trộn. Độ bền cơ lý ở đây được biểu diễn qua đại lượng % giãn dài

tương đối( ER, %) và tính theo công thức ER,%= EB,ir/EB,0.100 (15)

Trong đó EB,ir là độ giãn dài tại điểm đứt của mẫu sau khi chiếu xạ với liều nhất

định

EB,0 là độ giãn dài taiọ điểm đứt của mẫu đối chứng

Bảng 4. Gía trị % ER của các mẫu PP chiếu xạ liều 30 kGy

No Mẫu vật liệu ER, %

1 PP,hãng Chun jee 85

2 PP, hãng Chun sol 73

3 PP, hãng Vinahook 82

4 Blend PPPE(00phr PE) 85










14 PP + Alkanox 240+ St Ca 0

15 PP + Alkanox 240+ St Ca + Tv622+ Ba 95

Nhìn chung, sau khi chiếu xạ liều khử trùng ( 25-30 kGy) các loại PP đã

dùng sản xuất bơm kim tiêm đều giữ được tính bền cơ lý của nó, trừ nhựa của

hãng Chun sol có giảm chút ít. Tuy nhiên các công thức tạo từ PP đơn chất với

một số phụ gia còn đơn giản về chủng loại ( antioxidant, chất phụ trợ gia công như

Stearate Calcium, công thức 14) khi bị chiếu xạ đến 25 kGy đã trở nên rất giòn, độ

bền cơ lý của chúng không còn nữa. Kết quả thí nghiệm cho thấy, các công thức

PP có sẵn trên thị trường khi bị chiếu xạ đều bị biến màu, trong khi đó các công

thức đơn chất dạng công thức 14-15 hầu như vẫn giữ nguyên được màu trắng,

trong. Như vậy bản chất các antioxidant có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo

gẫy mạch hoặc tạo nối đôi bức xạ trong các vật liệu có sẵn trên thị trường. Bảng 5

trình bày kết quả đo YI (công thức 14) của các công thức PP nghiên cứu.

Bảng 5. Giá trị Yellow Index (YI) của các công thức PP nghiên cứu

No Công thức vật liệu YI ở các liều chiếu

10 kGy 30 kGy

I 2 3 4

1 Chun jee 1.23 1.45

2 Chun sol 1.26 1.41

3 VINAHOOK 1.20 1.35

4 Blend PPPE (00phr PE) 1.26 1.38



7 Blend PPPE (03phr PE) 1,20 1.35







14 PP + Alkanox 240 + St Ca1 1.00 1.00

15 PP + Alkanox + St Ca + Tv 622

+ BA

1.00 1.00

3. Oxy hóa bức xạ của PP

Hình 17 và 18 là phổ TF IR của mẫu tạo vật liệu PP SJ 150 dùng sản xuất

bơm kiêm tiêm của hãng VINAHOOK, trước và sau khi chiếu xạ ở liều 30

kGy trong môi trường Nitơ (hình 17) và không khí (hình 18). Hình 18 cho

thấy, do có không khí (oxy) nên phổ IR của vật liệu PP chiếu xạ xuất hiện

vạch phổ 1716 cm-1, đặc trưng cho nhóm cacbonyl (mục d, điểm 2 phần

tổng quan tài liệu). Trong khi đó, khi chiếu xạ vật liệu PP trong môi trường

nitơ thì vạch này không có. Trong điều kiện có không khí, mặc dù suất liều

nhỏ, không quá 0.3 kGy /h tức thời gian chịu bức xạ của vật liệu khá lâu

( gần 10h để đạt liều chiếu 25-30 kGy ) nhưng vạch phổ đặc trưng cho

nhóm cacbonyl cũng không lớn. Mức độ hình thành nhóm cacbonyl do oxy

hóa PP trong chiếu xạ được đặc trưng bởi đại lượng Carbonyl Indẽ, CI. Đó

là tỉ số chiều cao hai pic: pic 1716 cm-1 và 841.1 cm-1. Trong trường hợp

này CI chỉ trong khoảng 0.1. Điều này được giải thích là do vật liệu đem

nghiên cứu là loại đã có thành phần chịu bức xạ tự nhiên, tức là trong thành

phần của nó có sẵn chất phụ gia như chất antioxidant, chất hấp phụ UV

v.v... nên khả năng oxy hóa của nó ở liều chiếu xạ 30 kGy bị hạn chế rất

nhiều. Tuy nhiên, loại antioxidant dùng trong thành phần của nó chưa thích

hợp nên vẫn gây đổi màu. Kết quả phân tích phân bố trọng lượng phân tử

theo liều chiếu (công thức 13) đã xác định được G(s) của PP SJ 150 của

hãng VINAHOOK trong môi trường không khí là 0.51 lớn gấp 10 lần so

với G(s) của vật liệu trong môi trường nitơ, G(s) = 0.05 [27].

PHẦN IV. KẾT LUẬN

1. Các tính chất cơ lý của vật liệu PP với công thức đơn giản, ví dụ công

thức 14, bị giảm nhiều ( vật liệu không có khả năng giãn, giá trị % ER

=0) vật liệu trở lên giòn, dễ vỡ khi bị chiếu xạ, thậm chí với liều 20-

30kGy.

2. Để hạn chế yếu điểm trên cần có các công thức đặc biệt. Các antioxidant

có bản chất là phenolic đều gây đổi màu (trắng sang vàng) khi chúng bị

chiếu xạ.

3. Blend PP-PE với tỉ lệ 30 phr PE với antioxidant là Alkanox 240 và Tv

622 là loại vật liệu bền bức xạ có thể dùng làm vật liệu sản xuất dụng cụ

y dược khử trùng bằng bức xạ.

4. Chu trình công nghệ tạo sản phẩm bơm tiêm từ Blend PP/PE và khử

trùng bằng chiếu xạ gamma tiến hành như sau: trộn 30 phr nhựa PE với

PP trong buồng gia nhiệt 180, 185 và 1900 C trong 10 phút (hình 3), rồi

đùn hỗn hợp vào khuôn, làm nguội nhanh (< 20 giây). Sản phẩm này có

phần vô định hình lớn, bền bức xạ với liều chiếu khử trùng 25-30 kGy.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BỨC XẠ KHỬ TRÙNG VẬT LIỆU POLYPROPYLENE DÙNG TRONG Y TẾ

Documents