通過FTIR與DSC分析醫療器械包裝材料成分特性

張 莉，李家忠，文 燕，王敏珠

(國家食品藥品監督管理局杭州醫療器械質量監督檢驗中心，杭州310009)

塑料作為一種高分子合成材料以其品種多、性能優良、可塑性強、易于運輸等優點，在包裝領域得到了快速的發展和大量的使用。目前應用于醫療器械包裝的塑料材料主要有聚乙烯、聚丙烯及聚氯乙烯等高分子材料，但塑料材料本身存在一些缺陷，如高溫裂解時產生的單體可能通過包裝材料遷移至器械產品中，從而影響產品的安全性，同時在高分子材料進行成型加工時為了改善其加工性能或材料本身性能不足而添加一些助劑，而這些化學添加劑也存在不同程度的向產品遷移溶出的問題，由于某些添加劑或者添加劑降解物對人體具有一定毒性，因此大多數加工助劑都可能構成包裝材料的安全風險。

最終滅菌醫療器械的包裝標準對滅菌包裝材料的安全評價有相關的物理化學等特性要求，但只是以滿足醫療器械包裝系統或滅菌的要求。而對高分子材料本身的特性、殘留單體、添加劑等安全性評價很少。本文采用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和示差量熱掃描儀(DSC)分析評價了塑料包裝材料的成分及聚合度，為醫療器械塑料包裝材料的質量安全控制提供參考。

1 實驗部分

1.1 儀器

Thermofisher Nicolet 6700傅立葉變換紅外光譜儀(OMIN采樣器);DSC204 F1示差量熱掃描儀.

1.2 紅外定性試驗

分別取聚乙烯、聚丙烯的高分子材料粒料和成品于傅立葉變換紅外光譜儀(OMIN采樣器)上，通過檢測器(DTGSKBr)在4000～400cm－1的波數范圍內對材料進行定性分析。圖1為聚乙烯:635.0cm－1、718.1 cm－1的吸收峰反應了聚乙烯分子的構象結構，1478.2cm－1為－CH2的扭曲振動，2849.2 cm－1、2916.5 cm－1為－CH2的對稱和反對稱伸縮振動;圖2為聚丙烯:600 cm－1－750cm－1的吸收峰反應聚合物的構象結構及烯烴雙取代順式振動，976.3 cm－1為烯烴雙取代反式振動，987.8 cm－1為烯烴類單取代振動，1376.7cm－1為烯烴CH面內彎曲振動，1460cm－1為烷烴CH面內彎曲振動，2837.0 cm－1、2876.7cm－1、2918.5cm－12951.1 為－CH2的對稱和反對稱伸縮振動。

圖1 聚乙烯紅外譜圖

圖2 聚丙烯紅外譜圖

圖3 不同聚合度的聚乙烯的DSC曲線

1.3 熔點分析

取不同廠家的聚乙烯與聚丙烯包裝原材料及成品在示差量熱掃描儀上測定熔點(爐體從40℃以10℃/min升溫至200℃)。由于同一高分子聚合物聚合度不一樣，其熔點有很大區別(見圖3).如聚乙烯依聚合方法、分子量高低、鏈結構之不同，分高密度聚乙烯、低密度聚乙烯及線性低密度聚乙烯，由乙烯均聚以及與少量α－烯烴共聚制得的乳白色、半透明的熱塑性塑料。圖3 DSC曲線中熔點越高的PE聚合度越高，其外觀越透明。

2 結果與討論

2.1 PE粒料與PE薄膜在FTIR譜圖中的區別

圖4是 PE薄膜與 PE粒料在 500 cm－1－1700cm－1的 FTIR 譜圖。在 1600 cm－1－1700cm－1范圍內，PE薄膜比PE粒料多出微弱的兩個吸收峰，有可能是薄膜中添加的增塑劑(鄰苯二甲酸酯類)中C=O基團振動產生的吸收峰。在500 cm－1－750cm－1范圍內可以看出 PE薄膜在 635 cm－1明顯減弱，也是薄膜中PE分子構象的間規短鏈受增塑劑(鄰苯二甲酸酯類)的影響而減弱。

圖4 PE薄膜(上曲線)與PE粒料(下曲線)在500－1700cm－1的FTIR譜圖

2.2 PE粒料與PE薄膜熔點的變化

從圖5中可以很明顯的看出PE 薄膜比PE粒料的熔點低，是由于增塑劑分子對聚合分子鏈間引力的削弱，從而降低PE的結晶度，影響到PE薄膜的玻璃化轉變溫度和熔點。

圖5 PE薄膜(左)與PE粒料(右)的DSC曲線

3 結論

本文應用FTIR和DSC簡單快捷的分析了包裝材料的成分及聚合度，明確材料成分及聚合度將有助于對包裝材料殘留單體及添加劑的分析。我們將在以后持續的研究中使用TG/GC－MS法與TGDTA/FTIR法鑒別試樣產生的氣體成分，確定添加劑中的成分及含量，從而有利于對包裝材料的質量監督和安全控制。

［1］郭娟，張進.助劑在塑料包裝材料中應用及發展［J］塑料工業，2010，38(5):8－11.

［2］王克智.新型功能塑料助劑［M］.北京:化學工業出版社，2003:153－187.

［3］ISO 11607－1:2006，最終滅菌醫療器械的包裝第一部分:材料、無菌屏障系統、和包裝系統要求［S］.2006.

［4］翁詩甫.傅里葉變換紅外光譜儀［M］.北京:化學工業出版社，2005.

［5］陳弦.肖輝.FTIR研究PVC熱塑性彈性體分子間相互作用及結晶行為［J］高分子材料科學與工程，1992，1(2):64－67.

［6］王箴.化工辭典［M］.北京:化學工業出版社，2000.