CC BY
237
УДК: 678. 677.017
Л. С. Травкина, М. С. Лисаневич, Р. Ю. Галимзянова,
Ю. Н. Хакимуллин, Е. Е. Царева
ВЛИЯНИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
НА СВОЙСТВА НЕТКАНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Ключевые слова: нетканые материалы, радиационная стерилизация, спанбонд-мелтблаун-спанбонд, спанлейс, ламинированый нетканый материал, одноразовая стерильная медицинская одежда и белье.
Изучено влияние ионизирующего излучения в диапазоне поглощенных доз от 10 до 60 кГрей на свойства различных типов нетканых материалов медицинского назначения.
Keywords: nonwoven, radiation sterilization, irradiation dose spunbond-meltblown-spanbonl, spunlace, nonwoven laminated, sterile
disposable medical clothing and underwear.
The effect of ionizing radiation in the dose range 10-60 kGy on the properties of different types of nonwovens for medical purposes.
В настоящее время проблема внутрибольничной инфекции всё ещё остаётся не решённой. Этому способствует множество объективных причин: рост числа инфекционных заболеваний, появление новых и резистентных штаммов микроорганизмов, ослабление иммунных свойств населения. [1]. В США, по оценкам Центров контроля и профилактики заболеваний, около 1,7 миллиона случаев внутрибольничных инфекций, вызванных всеми типами микроорганизмов, приводят или сопутствуют 99 000 смертям
ежегодно. В России фиксируется около 30 тысяч случаев ежегодно [2]. Существенно снизить инфицирование пациентов и защитить медперсонал позволяет применение одноразовых комплектов медицинской одежды и белья (ОМОБ) из нетканых материалов. Поэтому в последние годы в мире проводятся активные исследования в направлении поиска материалов, обеспечивающих оптимальные потребительские свойства ОМОБ и комфорт при его использовании, и не оказывающих при этом неблагоприятного влияния на здоровье медицинского персонала и пациентов.
Все разнообразие нетканых материалов, применяемых для производства одноразовой медицинской одежды и белья, в основном можно свести к нескольким типам, различающимся по способам производства: спанлейс, спанмелт-
материалы, айрлейд-материалы, многослойные нетканые материалы, полученные путем ламинации.
Спанлейс (&'рип1асв) - это нетканый материал, принцип скрепления которого заключается в перепутывании волокон холста водяными струями высокого давления. Исходным сырьем для изготовления подобных материалов являются вискозные, полиэфирные,
полипропиленовые и целлюлозные волокна [3].
Спанмелт-материалы (от англ. Бриптек -прядение из расплава) - группа материалов на основе бесконечных волокон, изготовленных по фильерной и фильерно-раздувной технологии и скрепленных методом точечной термофиксации. Изготавливается из полипропиленовых волокон. К этой группе относятся также многослойные
материалы, которые состоят из внешних слоев материала спанбонд и одного (СМС) или двух (СММС) внутренних слоев материала типа «мелтблаун». Мелтблаун так же, как и спанбонд, получают фильерным способом, но, в отличие от технологии производства материала спанбонд, волокна имеют ограниченную длину и укладываются непосредственно на приемный конвейер без вытягивания. В результате образуется своеобразная полипропиленовая вата, которая уплотняется впоследствии путем каландрования [3].
Айрлейд-материалы (от англ. а1г1а1й -(уложенный воздухом). Технология айрлейд предусматривает формирование волокнистых холстов аэродинамическим способом с последующим скреплением их путем термообработки с применением горячего воздуха. Для изготовления айрлейд-материалов
используются волокна с разной температурой плавления [5].
Ламинированные нетканые материалы медицинского назначения в основном бывают двухслойные и трехслойные. Изготавливают их клеевым способом (склеивая слои на специальном оборудовании) или наливным методом. Наливным методом изготавливают двухслойные материалы [3].
Стерилизация ОМОБ, как правило, осуществляется двумя промышленными способами
- облучением ионизирующим излучением или обработкой оксидом этилена. Однако оксид этилена, в настоящее время, признан потенциально мутогенным, неврогенным и небезопасным с точки зрения пожаро- и взрывоопасности веществом. Ряд организаций за рубежом предлагают считать окись этилена канцерогенным веществом. На
сегодняшний день установлены жесткие требования в отношении использования этого реагента, его наличие в воздухе контролируется вместе с другими токсичными загрязнителями [4].
Радиационная стерилизация обладает рядом технологических преимуществ: высокая степень
инактивации микроорганизмов, возможность стерилизации больших партий материалов, автоматизация процесса, возможность стерилизации
материалов в любой герметичной упаковке (кроме радионепрозрачной). Немаловажным
обстоятельством для изделий из нетканых материалов на основе полимеров является то, что температура стерилизуемых изделий в ходе стерилизации не повышается [5].
При проведении радиационной
стерилизации устанавливают диапазон доз, при которых будет обеспечена стерильность изделий. Определяют минимальную (стерилизующую) и максимально допустимую поглощенную дозу ионизирующего излучения. Стерилизующая доза обычно находится в диапазоне от 10 до 15 кГр. Поскольку все радиационно-технологические установки выполнены по индивидуальным, нестандартизованным проектам, стандартами предусмотрен ежеквартальный аудит значения стерилизующей дозы. Контроль же верхней границы диапазона доз облучения не осуществляется, и зачастую изделия получают завышенную дозу облучения (50 кГр и более) приводящую к существенному ухудшению свойств материала.
Учитывая существующие типы нетканых материалов и то, что для их получения используются различные полимеры, а также особенности радиационной стерилизации, отмеченные выше, является необходимым изучение влияния величины поглощенной дозы при облучении на уровень свойств для каждого типа нетканого материала.
Характеристики медицинской одежды и белья и их допустимые значения, определены общегосударственным стандартом - ГОСТ Р ЕН 13795-2008 «Хирургическая одежда и белье,
применяемые как медицинские изделия для пациентов, хирургического персонала и
оборудования».. Таким же требованиям, соответственно, должны соответствовать нетканые материалам для изготовления стерильных ОМОБ.
Целью работы было исследование влияния ионизирующего излучения в диапазоне
поглощенных доз стерилизации на свойства трех типов нетканых материалов (НМ), наиболее широко используемых в настоящее время для изготовления одноразовой медицинской одежды и белья:
- нетканый материал, произведенный по фильерно-раздувочной технологии - спанбонд-метлблаун-спанбонд (СМС);
- нетканый материал, произведенный по технологии спанлейс;
- ламинированный нетканый материал,
а также их соответствия физико-механическим показателям указанным в ГОСТ Р ЕН 13795-2008 после облучения.
Были выбраны следующие показатели для оценки стойкости различных типов нетканых материалов к воздействию ионизирующего излучения: прочность и удлинение при одноосном и пространственном растяжении, водоупорность, пылеворсоотделение [6]. Образцы нетканого материала были облучены на радиационнотехнической установке «Электронный
стерилизатор» с ускорителем электронов УЭЛВ-10-10-с-70 дозами от 10 до 60 кГр.
Прочность при одноосном растяжении стерильных изделий из нетканого материала согласно ГОСТ Р ЕН 13795-2008 должна быть не менее 20 Н. Результаты испытаний материалов на прочность в продольном и поперечном направлении полотна, приведенные на рисунке 1, свидетельствуют, что в зависимости от величины поглощенной дозы прочность нетканых материалов в продольном направлении превышает
установленные в ГОСТ требования в 3-4 раза.
доза облучения, кГрей
Рис. 1 - Зависимость прочности нетканых
материалов при одноосном растяжении в продольном и поперечном направлении в зависимости от поглощенной дозы
Для нетканого материала типа СМС при облучении дозой 60 кГр происходит снижение прочности при одноосном растяжение со 110 до 60
Н, то есть почти в 2 раза. Тем не менее, обеспечивается 3-х кратный запас прочности материала [7, 8]. Для ламинированного НМ при облучении аналогичной дозой наблюдается снижение прочности примерно со 100 до 70 Н, то есть почти в 1,5 раза, и обеспечивается 3,5-х кратный запас прочности. Наилучшим образом себя проявили образцы материала полученного по технологии спанлейс, для которого при облучении дозой 60 кГр при снижении нагрузки прочность уменьшается менее чем в 1,3 раза и обеспечивается почти 5-ти кратный запас прочности.
Уровень прочности при растяжении в поперечном направлении для всех материалов существенно, в 2-3 раза ниже. Следует отметить, что запас прочности образцов, в данном случае, всех НМ квалифицируется как не менее чем 1,5-кратный при дозе облучения не более 30 кГр.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что оптимальной поглощенной дозой облучения является 30 кГр, обеспечивающей и необходимый запас прочности и гарантирующей стерильность. Полученные результаты
свидетельствуют, что при раскрое изделия из нетканых материалов необходимо учитывать существенную разницу в свойствах материалов в продольном и поперечном направлении
Данные об относительном удлинении при растяжении (испытания проведены в соответствии с ГОСТ Р 53226-2008) представлены на рисунке 2.
Данный показатель не входит в нормируемые значения ГОСТ Р ЕН 13795-2008, но также может быть полезен в процессе разработки моделей готовых медицинской одежды и белья.
Относительное удлинение НМ в поперечном направлении выше, чем в продольном направлении. Для образцов ламинированного НМ, наблюдаются невысокие значения показателя эластичности при растяжении в продольном направлении, которые с увеличением погдощенной дозы практически не меняются. Относительное удлинение в поперечном направлении с увеличением поглощенной дозы снижается почти в 1,5 раза. Для материала СМС, аналогичный показатель уменьшился при облучении максимальной дозой в 2 раза. Характер изменения относительного удлинения для материала СМС в продольном и поперечном направлении аналогичен. И наконец, для образцов материала спанлейс относительное удлинение и в продольном и в поперечном направлении (несмотря на существенные различия), практически не меняется, что свидетельствует о достаточно хорошей эластичности при сохранении прочности в условиях нарастания поглощенной дозы облучения.
нетканого материала при одноосном растяжении в продольном или поперечном направлении в зависимости поглощенной дозы
Показатель прочность при разрыве нормируется ГОСТ Р ЕН 13795-2008 и должен быть не менее 40 Н.
Результаты испытаний на прочность разрыве [8], приведены на рисунке 2. Наиболее интенсивное падение свойств наблюдается для материалов СМС. Материал получены по технологии спанлейс имеет превосходную прочность, которая с увеличением дозы облучения до 60 кГр падает всего лишь на 10 %. Для ламинированного НМ, который имеет наименьшую начальную прочность на разрыв, по сравнению с другими материалами, наблюдается менее интенсивное падение прочности, чем у материалов СМС.
Таким образом, при облучении дозой 60кГр, материал спанлейс имеет более чем 4-х кратный запас прочности, ламинированный НМ 2,5 кратный,
а материал СМС по прочности чуть превышает требования.
дозы облучения, кГрей
Рис. 3 - Зависимость прочности нетканых материалов при разрыве в зависимости от дозы облучения
Данные по пылеворсоотделению [9]
представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты оценки
пылеворсоотделения (Lg (от подсчитанных частиц корпии) нетканых материалов в зависимости от дозы облучения
Тип материала Доза облучения (кГр) Требования по ГОСТ Р ЕН 13795
0 іо 20 30 40 ЗО бО
СМС 3,48 3,40 3,З9 3,б8 3,71 3,84 3,83 <4,0
Спанлейс 3,24 3,34 3,40 3,б0 3,З1 3,73 3,З8 <4,0
Ламиниро -ванный 3,23 3,2З 3,44 3,З0 3,З3 3,78 3,бЗ <4,0
Все облученные образцы по этому показателю соответствуют требованиям ГОСТ Р ЕН 13795-2008. Необходимо отметить, однако, что с падением прочности образцов НМ (т.е. увеличением дозы облучения) пылеворсоотделение возрастает, не достигая при этом критических значений.
Данные по водоупорности, представлены в таблице 2.
Таблица 2 - Результаты оценки водоупорности (см. Н20) нетканых материалов в зависимости от дозы облучения
Материал Доза облучения (кГр)
0 10 20 30 40 З0 бО
СМС З4,2З 48,20 4З,90 49,2З 43,1З 4б,10 44,бЗ
Спанлейс 27,бЗ 27,00 2З,ЗЗ 24,30 24,80 2З,1З 2З,3З
Ламинированный >80,0 >80,0 >80,0 >80,0 >80,0 >80,0 >80,0
Водоупорность [10] материалов в ряду ламинированный НМ - НМ СМС - спанлейс уменьшается. Все материалы соответствуют по требованиям (>10 см Н20 по ГОСТ Р ЕН 137952008). При увеличении дозы облучения показатель
водоупорности уменьшается для всех материалов, тем не менее, значения показателя падают
незначительно, наибольшее уменьшение материала наблюдается для материала СМС (18%).
Таким образом, изучено влияние
поглощенной дозы ионизирующего излучения на свойства трех типов нетканых материалов.
Наилучшим по сохранению прочностных свойств и эластичных свойств в диапазоне изучаемых доз радиации является материал
спанлейс. Ламинированный материал и материала СМС обладают высокой водоупорностью. НМ СМС обладает наимельним пылеворсоотделением.
Все облученные материалы соответствуют требованиям ГОСТ Р ЕН 13795-2008 в том числе при максимальной дозе облучения - 60 кГр. Но запас прочности для образцов всех представленных материалов квалифицируется как не менее чем 1,5-кратный при дозе облучения не более 30 кГр.
Литература
1. Петрухина М.И. Особенности проявления внутрибольничных инфекций в хирургических стационарах. Внутрибольничные инфекции: эпидемиология и профилактика. - М. - 2008; С. 117-148.
2. Внутрибольничные_инфекции [Электрон-ный ресурс] -Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki свободный. -Загл. с экрана.
3. Нетканые материалы на основе полимеров, используемые для производства медицинской одежды и белья, стерилизуемой радиационным излучением: виды материалов, технологии производства. Вестник Казанского технологического университета. Хакимуллин Ю.Н., Вольфсон С.И., Галимзянова Р.Ю., Кузнецова И.В., Ручкин А.В., Абдуллин И.Ш.- 2011. -№23. - С. 97-103
4. Методы низкотемпературной стерилизации
[Электронный ресурс] - Режим доступа:
http://www.ozonator.ru/files/163/52/h_638
ba049ad0df438dc36d5e4a9102dbf- Загл. с экрана.
5. Другие виды стерилизации [Электронный ресурс] -Режим доступа: http://steriliz.narod.ru/
05other.htm - Загл. с экрана.
6. ГОСТ 25645.331-91 «Материалы полимерные.
Требования к оценке радиационной стойкости».
7. ГОСТ Р 53226-2008. Полотна нетканые. Методы определения прочности.
8. EH 29073-3:1992 Изделия текстильные. Методы испытаний нетканых материалов. Часть 3. Определение прочности на разрыв и растяжение (EN 29073-3:1992 Textiles - Test methods for nonwovens - Part 3: Determination of tensile strength and elongation)
9. ИСО 9073-10:2003 Изделия текстильные. Методы испытаний нетканых материалов. Часть 10. Корпия и другие частицы, образующиеся в сухом состоянии
10. ГОСТ Р ЕН 13795-2-2008 «Хирургическая одежда и белье, применяемые как медицинские изделия для пациентов, хирургического персонала и оборудования. Методы исследований».
© Л. С. Травкина - аспир. каф. ХТПЭ КНИТУ; М. С. Лисаневич - канд. техн. наук, асс. каф. ТОМЛП КНИТУ; 1isanevichm@gmai1.com; Р. Ю. Галимзянова - канд. техн. наук, асс. каф. ТОМЛП КНИТУ, rezeda@1ist.ru; Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. каф. ХТПЭ КНИТУ, hakim123@ramb1er.ru; Е. Е. Царева - магистрант каф. ТОМЛП КНИТУ.
