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国外乳胶制品的开发与技术进展

发布时间:2021-3-30      浏览:

        乳胶制品因具有超高弹性、触感性强、着戴性佳、矫形功能好、生物性能良好等优点,在工农业生产、医疗卫生、军工领域、文化体育、日常生活中都有着广泛的应用。较为常见的乳胶制品主要有乳胶手套、乳胶安全套、乳胶气球、乳胶胶管、乳胶指套、乳胶胶丝等,还包括一些具有特种功能用途的乳胶制品。随着人们生活水平的不断提高和社会文明的日益进步,医疗卫生事业的蓬勃发展,对乳胶制品的需求量也逐渐增加,同时,随着科学技术的发展、人们生活质量的提高与人身健康安全防范意识的加强,乳胶制品的质量、卫生性能与人身健康安全的关联性越来越得到重视,尤其是与人体皮肤直接接触的乳胶制品,如乳胶医用手套、乳胶安全套,其使用安全性更是受到关注。因此,市场对乳胶制品的内在质量提出了更高、更新的技术要求。为了提高乳胶制品的内在质量,更好地满足市场需要,国外科研、生产与检测工程技术人员从原材料、生产技术、设备改进与检测技术等方面,进行了大量的科研开发工作,不断完善乳胶制品的质量,并开发许多新产品,推动了整个乳胶工业的技术进步与发展。 
       本文就国外乳胶制品的开发与技术进展作简要介绍。
       一、乳胶制品的开发
       乳胶制品大多数足以天然胶乳为主体原材料来制造,而天然胶乳中含有过敏性水溶性蛋白质等许多非橡胶成份,如果胶乳中水溶性蛋白质超过一定的含量,少部分使用者(尤其是白种人群)皮肤就会产生红斑、瘙痒等过敏反应,并有严重的不适感。同时,由于生产过程中常常采用滑石粉等作为脱模剂而使乳胶制品表面带有粉末,制品表面残余粉末超过一定的量也会导致使用者产生一些过敏反应与不适的感觉,医用乳胶手套最为突出。近十年来,为提高乳胶手套的内在质量,解决手套过敏问题,国外纷纷开发了低蛋白、少粉、无粉、耐油、耐酸碱手套。马来西亚、日本已分别成功研制开发了以低含量蛋白质或脱蛋白的天然胶乳为主体原材料生产新型乳胶手套,这种手套具有蛋白质含量低、抓着性能良好、手套贮存期长等优点。据美国专利报道:美国发明了一种无粉天然乳胶手套,就是在天然乳胶手套表面覆盖一种由胶态燕麦粉强化水、β-葡聚糖溶液或胶态燕麦粉凝胶加入一种或者多种沉淀成分组成的润滑材料,用以保护穿戴者的皮肤免受某些医疗物质的损伤。EIC医疗技术公司开发了一种以热塑体合成胶乳Elastryren为主体材料制作的手套,经浸渍一种合成材料涂层后,不再进行氯化处理,具有无粉、胶膜不粘连且易写器具紧贴的优点。国际SSL医疗手套分部新开发了一种以聚异戊二烯胶乳为主体材料制作的手套,这种手套在物理性能和感应性能方面与乳胶手套不相上下。美国Maxxim医疗公司与陶氏化学公司共同开发了一种聚氯酯手套,制作出的成品外型美观、感觉灵敏、穿戴舒适、防护性优越,物理性能及持久耐用性与天然胶乳制品相似。美国安塞尔(Ansell)卫生用品公司研制出的聚氯酯手套,不含硫化剂和促进剂,具有良好的感觉灵敏性、抗刺激性,不会使人体产生过敏现象。国外还成功开发了内外性能不同的聚合物手套、羧基丁苯胶乳手套、以氯丁胶乳与丁腈胶乳并用生产的手套,以及抗菌手套、无污染手套、无菌型手套、抗紫外线手套、防静电手套等具有特种功能的乳胶手套。
       在安全套产品开发上也相继推出了一些新产品。美国最近开发了以聚氨酯为原料制成的第一代女用安全套,以丁腈胶乳为原料制成的第二代女用安全套。欧洲开发了一种采用逐步浸渍法成型的、由内层和外层构成,适用于对胶乳过敏人群的夹层安全套。实用型的多功能安全套,则是采取将干扰素接枝在安全套上的纳米级抗菌抗病毒安全套,这种安全套具有更好的杀菌效果。国际上还开发了一种具有两层膜的安全套,即安全套除有一层基膜外(基膜为天然胶乳),还包括至少一层附加膜,附加膜以壳聚糖为载体,其中包含一种或几种抗菌物质,如芥末萃取液、江南竹萃取液、伍仁萃取液、黄瓜萃取液、硫酸脂等,这种安全套可以避免亚硝胺对人体的影响,以及对细菌、病毒进行吸附、分离、灭活,提高了安全套对性病传播的预防作用。
       二、新工艺、新材料的开发应用
       尽管天然胶乳有一个突出的特点是含有水溶性蛋白质、耐老化性能(薄膜制晶)与气密性较差,但其突出的综合性能是其它材料难以达到的。实践证明,完全使用合成材料替代天然胶乳是不切实际的,现阶段乃至更长的时间内也不可能完全由合成乳胶替代。鉴于此,从原料着手来去除天然胶乳中的蛋白质或脱蛋白是开发新材料、新工艺的首选途径。国际上已成功开发的新工艺主要有:①用蛋白酶脱蛋白,除去脱除的蛋白质或游离的蛋白质。其机理主要是向天然胶乳中加入某些天然酶制剂,这些酶在碱性条件下使胶乳中的蛋白质分解,再往胶乳中加入水和表面活性剂,然后用离心机进行离心、分离。②白炭黑处理法。③辐射法。④其它方法。经过以上方法处理的天然胶乳可以大大地消除其存在的蛋白质,完全可满足制造医疗卫生制品的需要。其次是从天然乳胶制品上着手来降低乳胶制品中的蛋白质含量。为阻断天然胶乳中的致敏原,增加天然乳胶手套等制品表面的爽滑性,使其无粉并容易穿戴,国外也有采取对天然乳胶手套等制品进行涂覆非粘性水基聚合物乳液解决蛋白质问题的-新工艺。英国CRC制造公司与美国Podell公司共同开发了一种手套涂层的水凝胶乳液,并实现了工业化生产。还有一种降低天然乳胶制品中蛋白质含量的新工艺就是在模型上形成天然胶乳制品,然后在脱模前后,用漂洗液冲洗,制品经漂洗液冲洗后.其胶乳中的蛋白质含量可降低至≤50μg/g,漂洗液还能带走手套上剩余的粉末,从而制得低蛋白质无粉天然胶乳手套。另一种方法是专用于检查手套的氯化处理工艺。马来西亚等国开发了一种无粉手套生产技术,这种生产技术就是采用在凝固剂中添加一种隔离剂的方法,在手套外面进行氯处理,处理后的手套可自动脱模,脱模下来就可以直接进行包装,从而达到无粉的目的,即称之为一机完成工艺,但该方法面临着环保问题。另一种无粉手套的生产工艺是采用在线生产工艺,即先将手形模型浸渍于凝固剂中,然后将模型浸于胶乳中,制得乳胶制品。在移走模型之前,在手套上涂覆一种聚合物(可以改善涂覆性能)。这种新的凝固剂配方可使制品易于脱模,易于双层涂覆,并可免去离线操作工序。
       除了天然乳胶手套开发了新工艺外,在气象气球的生产上也开发了新的成型工艺,即采用热敏化成型工艺来生产气象气球。这种工艺的特点是:生产过程中不留余胶,生产规格尺寸较大的产品,如探空气球,其重量容易得到控制,胶膜均匀,气球质量差异小,不使用氯化钙、陶土类凝固剂及大量的滑石粉隔离剂,有利于环保和操作人员身体健康。日本在这一方面成绩比较显著.上世纪80年代早已成功开发了采用热敏化法生产的热敏化探空气球,无论是气球的外观质量还是内部性能都较现在采用的浸渍工艺生产的气象气球优越,其最大的优点是气球的球柄直径小、长度长,有利于气球施放操作,胶膜均匀,气球升空高度高且稳定性能好,因而日本生产的气象气球在国际市场上的占有率达到80%以上。
       随着合成橡胶的迅速发展,在新材料开发过程中,合成胶乳也逐步应用于乳胶工业,制造乳胶制品的主要用原料也不再局限于单纯的天然胶乳。合成胶乳的应用不仅能弥补天然胶乳的资源不足,并且能赋予乳胶制品某些特殊性能,如耐油、抗透气性、耐老化性等。利用丁基胶乳所制备的防毒手套和特殊用途的防腐手套具有优异的耐老化、耐臭氧、耐化学腐蚀等性能,并有极佳的气密性和抗透水性。氯丁胶乳具有极宝贵的综合性能,如较高的粘合能力,较好的成膜性能,湿凝胶胶膜具有较高的强度,有良好的耐油、耐燃、耐溶剂、耐热、耐臭氧老化等性能,因此,采用氯丁胶乳主要用于研制耐油工业手套、阻燃手套等。羧基丁腈胶乳由于羧基基团之间有较高的。键合力与金属离子的反应性能,因而具有成膜性能较好和胶膜强度较高的优点,被广泛用于浸渍制品。丁腈胶乳主要用于加工丁腈检查手套。
       纳米科学技术的广泛应用,给乳胶制品新材料的开发开辟了另一条途径。美国采用了纳米硫来生产乳胶制品,在天然乳胶中加入一种纳米硫,加入量为每100重量份乳胶(以干胶计)中加入0.03-1重量份的纳米硫,使用纳米硫可以提高乳胶的交联度,从而提高胶乳制品的强度和致密性。乳胶中纳米硫的利用率高、加入量少,因此乳胶中几乎无纳米硫残留,且本方法可以少用甚至不用硫化活性剂和硫化促进剂等辅料,因此,乳胶纯度高,乳胶制品气密性好。纳米硫多用于生产超薄乳胶安全套。此外,还有采用纳米级碳酸钙、纳米氧化锌、绒米白炭黑等纳米材料来制造乳胶制品,使用纳米填料制造天然胶乳手套和安全套,能够增强乳胶手套和安全套的强度,对细菌,病毒等具有不可渗透性,从而赋予安全套更多的功能。
       近年来国际上对某些促进剂在橡胶加工过程中易产生有害亚硝胺问题日益重视,有关亚硝基化合物的生成、影响等研究成为全球橡胶促进剂研究领域的热点,大力提倡并逐步使用不生成亚硝胺的新橡胶促进剂替代产生亚硝胺的促进剂已成为大势所趋。厂在欧盟,医用、接触食品用胶乳制品的亚硝胺和可生成亚硝基化合物的含量就必须符合欧盟指令93/11/EEC中规定的限值。美国、日本、法国、英国等国积极开发了不产生亚硝胺的新型硫化促进剂,并相继停止使用会产生亚硝胺的促进剂(如NOBS等促进剂)。
       三、设备改进与开发
       设备的更新与改造是提高生产能力和产品质量的“硬件”基础。为减少产品生产成本日益增加的压力,国外加快了检查手套和安全套生产线设备的改造或更新,成功地推出了医用检查手套四排生产线,日产量由过去的15万只增加至60万只,大大提高了生产效率与设备利用率。用于检查手套生产线上的链条和夹具也呈现多样化,金属模座及连接件采用尼龙和耐高温、耐酸碱的长玻改性树脂制成。此外,手套生产线高效沥滤装置的设计与开发,为行业实现沥滤法降低天然乳胶手套蛋白质含量奠定了技术基础,日本研制开发的多维旋转设备也已成功用于生产热敏化气象气球。
       随着科学技术的发展,乳胶制品生产装置自动化、连动化程度也越来越高。在安全套电检方面,过去在一台电检机上由多人方能完成的套膜工序,目前已由自动化装置取代。据德国专利报道:德国MPA公司和DOK公司联合研制的安全套包装生产线从密封包装到盒装(包括放说明书)到烟包均自动化。
       生产乳胶制品用辅助设备的改造与更新,也是行业降低生产成本、加强环境保护的途径之一。美国开发的热能回收再利用设备装置就是很好的例子。
       四、检测技术的进展
       随着检测设备与分析技术的发展与应用,乳胶制品中有毒有害物质的检测技术也取得了一定的进展。
       1.医用手套水抽提蛋白质、表面残余粉末的测定
       医用手套中水抽提蛋白质、手套表面残余粉末是引起使用者产生过敏反应与不适感觉的主要根源,为准确地检测医用手套中水抽提蛋白质、表面残余粉末的含量,经过科研人员不断努力与改进,开发了一种用Lowry方法测定天然胶乳医用手套中水抽提蛋白质的含量。其主要原理是用缓冲溶液抽提水溶性蛋白质,然后通过沉淀、浓缩,将其从有可能干扰测定的其它水溶性物质中分离出来;再溶解沉淀的蛋白质,以标准蛋白质做参照,用改进Lowry方法进行比色,定量测定蛋白质含量。同时,相继开发了用称重法测定医用手套表面残余粉末的方法。并将这两个检测方法标准化,即制定了国际标准IS012243:2003《天然胶乳水抽提蛋白质的测定一改进Lowry法》与IS021171:2006《医用手套、表面残余粉末的测定》。美国材料与试验协会(ASTM)还分别制定了ASTMD3577-2001ASTMD3578-2005ASTMD6124-2001ASTMD6319-2000aASTM5250-2006等关于不同材料制作的医用手套水抽提蛋白质、表面残余粉末的限量标准。这一系列标准的制定为行业内检测天然胶乳医用手套水抽提蛋白质、表面残余粉末的测定与其限量控制提供了科学可靠的方法依据,为医用手套的研发与生产控制起到了一定的指导作用,也为其它乳胶制品测定水抽提蛋白质与表面殊余粉末的测定提供了借鉴。
       2.乳胶制品中亚硝胺的检测
       由于应用广泛且技术成熟的一些橡胶助剂是可产生N-亚硝胺化合物的配合剂,乳胶制品析出,N-亚硝胺尤为严重。众所周知,N-亚硝胺是人体内的一种强致癌的有机化合物。随着分析方法的发展和改进,在乳胶制品中,如医用手套、婴儿奶嘴、安全套中均检测到了N-亚硝胺。国际上开发了几种检测乳胶制品N-亚硝胺的方法:(1)采用有机溶剂提取法。此法可以直观地评价亚硝胺的含量水平,如美国材料与试验协会(ASTM)1990年制定用氮热能吸附装置和气相色谱-热能分析仪(GC-TEA)的标准方法检测乳胶奶嘴中挥发性N-亚硝胺。(2)模拟体液浸提法。此法是间接地评价在一定模拟的生理环境下亚硝胺迁移至人体的量。如1999年,欧洲标准协会出台了婴儿乳胶奶嘴及抚慰品中可迁移出亚硝胺及亚硝基化合物的检测方法标准。随着人们对乳胶安全套中亚硝胺的日益关注及研究人员的不断努力,2009年国际标准委员会起草了ISO/DIS29941:2009《天然胶乳橡胶安全套可迁移列各种介质中的亚硝胺的测定》,此标准的出台将为安全套中亚硝胺迁移量的检测提供标准依据。
       五、展望
      乳胶安全套、乳胶手套因其市场需求量大而成为乳胶制品中的主导产品,国外进行了产品创新、技术创新、标准创新、管理创新,使其取得了长足的发展。各种乳胶手套满足了工农业、医疗卫生事业的发展和需要;安全套作为国际上公认的最有效的避孕、预防性病和艾滋病传播的工具,在保护人们身体健康方面起到了不可忽视的作用。但这些产品仍存在一些缺点,譬如蛋白质过敏反应、病毒阻隔、亚硝胺、随贮存期延长其性能急剧降低等问题,如何提高这些产品的卫生技术性能,解决乳胶制品贮存过程中性能降低、减少胶乳制品破裂比例的问题,更好地满足行业发展需要,是摆在整个行业中科研技术人员面前的难题。