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【科普知識】特種環烯烴共聚物滿足高端醫療和包材的應用需求

來源: 拓烯科技 時間: 2023-03-27

特種環烯烴共聚物(SOOC)是一種乙烯和降冰片烯共聚得到的聚合物。SOOC是非結晶性熱塑性塑料,具有高透明度、優異的防潮性、高剛度、高強度以及優異的生物相容性,在醫療器械、食品醫藥包裝材料、光電器件等領域中廣泛應用。

SOOC具有高透明度、良好的耐化學性、良好的防潮性等特點,越來越多地應用于藥物包裝等領域。同時,SOOC具有良好的生物相容性、低吸水性、耐化學性和高紫外線透明度等特點,是一種非常適合用于制備微流控芯片的材料。此外,SOOC具有高模量、高耐熱性、阻隔性和高透明度等特點,在用于立袋、托盤等熱成型制品的薄膜包裝材料的應用越來越廣泛。

一、SOOC獨特的性能平衡

SOOC具有高透明度,可媲美或超越聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等傳統玻璃替代品。SOOC具有可以使用多種滅菌方式的特點(蒸汽滅菌、射線滅菌)。SOOC的紫外線透射率在所有聚合物中最佳,這是許多診斷分析的關鍵。SOOC的耐熱性可高達170oC,符合聚合酶鏈反應條件和蒸汽滅菌條件。SOOC具有良好的耐化學性,對酸、堿、醇等具有很高的耐受性。SOOC具有優異的水汽阻隔性。

SOOC可定制具有特殊結構的醫療器械,在醫療設計中有極大優勢。SOOC可通過注射成型呈現精細的細節,甚至是亞微米級。SOOC還具有優異的尺寸穩定性和低收縮率,可實現大多數樹脂無法比擬的體積精度。

SOOC具有極高的純度和惰性;SOOC的可浸出物和可萃取物非常低,使其成為與藥物直接接觸的理想選擇,而且SOOC醫用級塑料離子含量極低,為先進的活性分子提供了無反應、無極性的接觸表面。在診斷和微流控領域,SOOC的穩定性可確保分析和加工材料不受污染,從而最大限度地提高分析的準確性和產品純度。

二、SOOC在醫療保健中的應用

新型冠狀病毒肺炎疫情大規模爆發以來,隨著全球對疫苗需求量的大幅增加,SOOC作為疫苗包裝材料替代硼硅酸鹽玻璃用于醫用注射器、西林瓶和一次性診斷容器方面的趨勢越來越明顯。雖然廉價的硼硅酸鹽玻璃可滿足當今行業需求,但有些新興藥物和療法與玻璃材質不相容,特別是,隨著更多的生物技術衍生活性成分的出現,SOOC可發揮至關重要的作用。

SOOC極低的可浸出物和可萃取物,以及非極性、低表面反應性和全球法規遵從性,使其成為診斷一次性用品以及疫苗和治療劑包裝的理想選擇。SOOC目前在全球領先的醫療保健公司的許多醫療應用中商業化。該材料具有超高純度,其惰性不會對反應和分析產生干擾。其他主要特性包括卓越的光學性能(91%的透明度)以及出色的紫外線透明度和低雙折射。

隨著SOOC的優勢越來越廣為人知,SOOC在醫療領域市場快速發展。預灌封注射器是一個值得注意的成功案例,SOOC注射器提供了出色的純度以及由此產生的藥物穩定性好。另一個蓬勃發展的應用是可穿戴胰島素輸送設備,其中SOOC的純度和尺寸穩定性可實現胰島素高效能輸送和精確的藥物控制。

三、SOOC用作微流控芯片材料 

多年來,微流控應用不斷發展并有多項創新。新設計將用途從在實驗室中進行的簡單微量分析擴展到快速增長的即時診斷領域(POC)。制造生物芯片、墨盒和其他微流控組件的材料也在逐步發展。過去一直使用玻璃和有機硅等聚合物,如今,SOOC已成為一種非常有吸引力的微流控材料,產品具有良好的生物相容性、高光學性能、高紫外線透明度、低吸水性、出色的防潮性和耐化學性?;赟OOC的微流控技術開發了多種制造技術。SOOC可復刻器件特征,包括制備微通道,如:中低通量的熱壓印、快速生產大批量精細零件的注塑成型。

四、SOOC在薄膜包裝領域用作性能增強劑

SOOC作為性能增強劑在聚烯烴基薄膜包裝領域有廣泛應用。在聚烯烴共混物中,SOOC可為立袋、托盤等熱成型制品提供高模量、高耐熱性和阻隔性。這些共混物可以根據標準聚烯烴操作參數,在常規流延和吹膜生產線上輕松加工。

SOOC的玻璃化轉變溫度(Tg)在 65oC~180oC。SOOC不具有晶體熔點,在Tg以上開始軟化,隨著溫度升高流動性增加。這種無色且透明的材料具有高模量,與傳統聚乙烯有很強的相容性,與線性聚乙烯產品(如LLDPE和HDPE)相容性最強,但對于LDPE也適用。

SOOC最常用作共混組分以提高模量,同時降低單層膜的厚度。模量在300000 psi范圍內時,添加10% SOOC到LLDPE中,即可使其模量增加一倍至兩倍,同時保持低霧度。LLDPE/SOOC共混物往往可以使更薄的膜提供與減薄前相同的性能,由此降低了薄膜成本,為材料可持續發展提供更大優勢。

對于更高Tg的SOOC,模量的提高可以一直維持到接近SOOC的Tg溫度,從而改善了薄膜的熱填充性和耐高溫性。需要強調的是,向LLDPE中加入SOOC,會改善薄膜的抗穿刺性,但會顯著降低膜的Elmendorf撕裂強度,特別是縱向方向,因此SOOC可以用作可控的線性撕裂添加劑。此外,許多烯烴/ SOOC膜可商用于熱成型應用,其中SOOC的非結晶性提高了成型過程的均勻性,從而可以改善深沖部分和拐角處的厚度控制。

圖2 SOOC可與聚烯烴混合用作水氣阻隔膜,并采用多層結構以提高性能。

SOOC在多層聚烯烴包裝薄膜的許多應用中還具有更優異的性能。在相同成本的基礎上,與相似的EVA/離聚物共擠薄膜相比,SOOC/LLDPE多層薄膜具有更好的成型性、光學性、韌性和抗穿刺性。SOOC/LLDPE多層薄膜還可與許多尼龍基結構相媲美,同時無需粘合層。由于SOOC和聚乙烯之間的相容性,粘合層和非烯烴樹脂的去除不僅簡化了生產,而且便于回收再利用。

SOOC常用于聚烯烴共混物生產包裝用阻隔膜。SOOC的防潮性好,其性能是LDPE的4~5倍。70% SOOC/烯烴共混物的阻隔性能能夠達到純SOOC的90%,但仍能保持低霧度。SOOC作為混合組分可增強材料的阻隔性,最佳的阻隔性能是SOOC用在離散層。SOOC對香氣的阻隔性能比LLDPE高5~10倍。盡管SOOC被認為不具有高氣體阻隔性,但其阻隔性仍然優于聚乙烯,可用于定制共混物,滿足新鮮農產品包裝對氧氣和二氧化碳的特定需求。 

五、SOOC的機會和權衡

SOOC往往可滿足傳統材料無法達到的相關領域的一個或多個性能需求。雖然聚碳酸酯(PC)廣泛用于醫療領域,并能提供優于SOOC的沖擊性能和延展性,但它有時無法滿足醫用領域的純度或熱需求。雖然PMMA的抗沖擊性與SOOC相似,但PMMA的耐熱性明顯不如SOOC。在聚烯烴領域,SOOC通常與PE、PP共混或多層結合,增強這些材料的耐熱性、耐化學性、尺寸穩定性、阻隔性和熱成型性等。SOOC與脂肪、油和燃料有接觸限制,這些非極性材料可能會滲透到SOOC中并損壞表面。

與其他聚烯烴不同,SOOC是一種非結晶性聚合物,具有PCPMMA等醫用樹脂的加工特性。它可以注塑成型,也可以擠出醫用薄膜產品,如泡罩包裝和阻隔袋。

除了SOOC,另一種環烯烴聚合物COP也是非結晶性聚合物。與SOOC一樣,COP具有很多優異的性能并應用于許多相同領域。然而,與SOOC相比,COP制備工藝更復雜,這使SOOC成為更劃算的選擇。

六、結論

SOOC在醫用衛生領域和包裝材料領域有重要應用前景。SOOC具有良好的藥物穩定性、無與倫比的疾病診斷能力、可以增強塑料薄膜性能的特點,正逐漸成為該領域的研究熱點。因為它滿足了復雜性能的要求和許多醫療行業的增長趨勢,包括藥物復雜性、即時檢測和可穿戴設備。對高效和可持續包裝的需求將繼續推動SOOC在包裝市場的增長。


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