填料對藥用聚異戊二烯橡膠膠料及制品性能影響的研究

劉海洪，蔣 峰，王瑞紅

（鄭州翱翔醫藥科技股份有限公司，河南 鄭州 450001）

聚異戊二烯橡膠（IR）是由異戊二烯單體經溶液聚合而得，簡稱異戊橡膠，因其分子結構與天然橡膠相同，俗稱合成天然橡膠，是合成橡膠中綜合性能較好的膠種之一。用齊格勒型催化劑生產的IR順式結構質量分數為0.98；用鋰型催化劑生產的IR順式結構質量分數為0.92。IR可以用于生產輸液用膠塞、真空采血器用膠塞、塑料容器密封用橡膠墊片、留置針用肝素帽橡膠墊、注射器用橡膠活塞、針頭護帽等藥用橡膠制品。這些藥用橡膠制品通常要求耐受高壓蒸汽滅菌、環氧乙烷滅菌和一定劑量的γ射線滅菌；具有很強的抗臭氧分解性能和耐老化性能，不容易霧化或產生斑點。

為了保證藥用IR制品的質量，其膠料選擇合適的硫化體系和填料尤為關鍵。本工作研究填料對硫黃硫化體系和過氧化物硫化體系藥用IR膠料及制品性能的影響。

1 實驗

1.1 原材料

藥用IR307，美國科騰聚合物公司產品；煅燒高嶺土（1250目），陜西蒲白高嶺土有限責任公司產品；滑石粉Mistron CB，美國Imerys Talc公司產品；堿性白炭黑MG，美國NYCO公司產品；沉淀法白炭黑VN3，國聯硅業化學股份有限公司產品；改性煅燒高嶺土Burgess 2211，美國Burgess顏料公司產品；硫化劑DCP，阿科瑪化學有限公司產品；納米氧化鋅，山東興亞新材料有限公司產品；不溶性硫黃IS80，臺翔化工有限公司產品；四硫化雙五亞甲基秋蘭姆（促進劑TRA），濮陽蔚林化工股份有限公司產品；防老劑1076，迪比喜化學有限公司產品。

1.2 配方

過氧化物硫化體系IR膠料配方見表1。硫黃硫化體系IR膠料配方見表2。

表1 過氧化物硫化體系IR膠料配方 份

表2 硫黃硫化體系IR膠料配方 份

1.3 主要設備與儀器

X（S）N-3/3.2-32型加壓式密煉機和XK-250G型開煉機，大連誠信橡塑機械有限公司產品；P-V-100-PCD型硫化機，中國臺灣磐石油壓工業股份有限公司產品；J23-6.3型沖切機，揚州鍛壓機床集團有限公司產品；UR-2010SD型無轉子硫化儀，中國臺灣優肯科技股份有限公司產品；GT-7001-F2-PC型拉力試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；UV-2401型紫外分光光度計，日本島津公司產品。

1.4 試樣制備

IR在開煉機中塑煉3次，緩慢分批加入填料等粉料，最后加入硫化劑和促進劑，混煉均勻，打三角包8次，薄通15遍，輥速比1.2，輥溫保持在50℃以下，下片厚度4 mm。用平板式硫化機硫化試樣，壓力21 MPa。

1.5 性能測試

膠料各項性能按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 填料的理化性能

藥用IR膠料用填料要求純度高、重金屬（鉛、鉻、銅）含量低、惰性較強、潔凈度較高，煅燒高嶺土、滑石粉、堿性白炭黑、沉淀法白炭黑等是首選品種。填料的pH值和粒徑對膠料性能有明顯影響，為了使膠料綜合性能達到要求，可根據情況將這幾種填料按照不同比例并用，以獲得性能平衡的膠料。填料的理化性能如表3所示。從表3可以看出，滑石粉Mistron CB、堿性白炭黑MG和改性煅燒高嶺土Burgess 2211呈堿性，普通煅燒高嶺土呈酸性；堿性白炭黑MG和沉淀法白炭黑VN3由無定形二氧化硅組成，粒徑比其他幾種填料的粒徑小得多。

表3 填料的理化性能

2.2 填料對膠料性能的影響

2.2.1 過氧化物硫化體系膠料

過氧化物硫化體系IR膠料的硫化特性和物理性能如表4所示。從表4可以看出：使用堿性填料即滑石粉Mistron CB、堿性白炭黑MG和改性煅燒高嶺土Burgess 2211的HM2，HM3和HM5配方膠料的交聯密度明顯比使用酸性填料普通煅燒高嶺土的HM1配方膠料高，其中HM3配方膠料的交聯密度最高；使用堿性填料的HM2，HM3和HM5配方膠料的定伸應力、拉伸強度和撕裂強度均比使用酸性填料的HM1配方膠料高；滑石粉Mistron CB、堿性白炭黑MG和改性煅燒高嶺土Burgess 2211雖然都是堿性填料，但是由于填料本身分子結構不同，pH值也略有差異，膠料的硫化特性和物理性能差別很大；使用沉淀法白炭黑VN3的HM4配方膠料的定伸應力、拉伸強度和撕裂強度比其他幾種膠料都高，但是值得注意的是，單獨使用沉淀法白炭黑VN3的膠料壓縮永久變形很大，膠料實際應用意義不大。在實際生產中，通常需要將不同填料并用，以取得膠料性能的平衡。

表4 過氧化物硫化體系IR膠料的性能

2.2.2 硫黃硫化體系膠料

硫黃硫化體系IR膠料的硫化特性和物理性能如表5所示。從表5可以看出：使用堿性填料滑石粉Mistron CB和改性煅燒高嶺土Burgess 2211的A2和A5配方膠料的交聯密度與使用酸性填料普通煅燒高嶺土的A1配方膠料差異不大，但由于填料粒徑不同，使用滑石粉Mistron CB和改性煅燒高嶺土Burgess 2211的A2和A5配方膠料定伸應力、拉伸強度和撕裂強度都比使用普通煅燒高嶺土的膠料高；雖然使用沉淀法白炭黑VN3的A4配方膠料的300%定伸應力和撕裂強度較高，但是壓縮永久變形達到81%，膠料實際應用意義不大。

表5 硫黃硫化體系IR膠料的性能

在藥用IR制品生產中，膠料使用過氧化物硫化體系以及上述幾種常用填料，可以采用高溫（175～185 ℃）硫化，不易出現硫化返原現象；膠料使用硫黃硫化體系以及上述幾種常用填料，通常采用低溫（150～160 ℃）硫化，如果高溫硫化，容易出現硫化返原現象。

2.3 成品化學性能

用試驗配方膠料制成輸液用IR墊片，按照國家藥品包裝容器（材料）標準YBB 00232004《藥用合成聚異戊二烯墊片》測定其4個關鍵化學指標，結果如表6和7所示。從表6和7可以看出：采用硫黃硫化體系膠料生產藥用IR墊片，易因加入有機促進劑造成紫外吸光度和易氧化物超標，產品澄清度較低，通常需要進行酸堿高壓抽提處理工藝，以提高產品的澄清度；采用過氧化物硫化體系膠料生產藥用IR墊片，膠料配方簡單，產品化學性能較好。

表6 過氧化物硫化體系藥用IR墊片的化學性能

3 結論

（1）在過氧化物硫化體系膠料中，填料的酸堿性對膠料的硫化特性有明顯影響，使用堿性填料滑石粉Mistron CB、堿性白炭黑MG和改性煅燒高嶺土Burgess 2211的膠料交密聯度比采用酸性填料普通煅燒高嶺土的膠料明顯要高。而在硫黃硫化體系膠料中，使用堿性填料滑石粉Mistron CB和改性煅燒高嶺土Burgess 2211的膠料交聯度與使用酸性填料煅燒高嶺土的膠料沒有明顯差異。過氧化物體系和硫黃體系膠料單獨采用沉淀法白炭黑VN3，都出現膠料變形太大的情況，膠料沒有實際應用意義。

表7 硫黃硫化體系藥用IR墊片的化學性能

（2）在藥用IR制品生產中，膠料采用過氧化物硫化體系，膠料配方簡單，制品化學性能優異，潔凈度高；膠料采用硫黃硫化體系，需要加入氧化鋅和秋蘭姆類促進劑，制品易出現紫外吸光度和易氧化物超標，需要酸堿高壓抽提處理。

（3）藥用IR制品膠料可以優選過氧化物硫化體系，優化并用不同的酸堿性填料，采用高溫（175～185 ℃）硫化，制品具有優異的抗臭氧分解性能、耐滅菌性和耐老化性能等。