聚氯乙烯軟質(zhì)麻醉面罩氣墊的抗菌安全及密封性能研究

王水文,鄧厚斌,劉曉雯

(上海長征醫(yī)院,上海 200003)

麻醉面罩屬于手術(shù)過程中常用的器械之一,其主要作用在于幫助患者吸氧或者吸入麻醉藥[1]。麻醉面罩的底部存在一個環(huán)形氣墊,該氣墊與患者面部皮膚直接接觸,主要功能在于提高患者的舒適感,并且該環(huán)形氣墊需要能夠與患者面部進行緊密接觸,從而保證麻醉面罩的密封性。然而當(dāng)前很多麻醉面罩氣墊存在2個嚴重問題:第1就是氣墊的柔韌性不夠,并不能與每位患者的面部進行緊密貼合,從而達不到密封性,且佩戴舒適感不夠;第2問題在于麻醉面罩在手術(shù)過程中使用,氣墊上容易滋生大量細菌,從而影響到手術(shù)效果,所以制備一種柔韌性較好、抗菌性能強的麻醉面罩氣墊非常重要[2]。

聚氯乙烯(PVC)材料性能優(yōu)異,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中廣泛使用,其中軟質(zhì)PVC材料作為麻醉面罩氣墊的主要原材料,能夠具備一定的柔韌性和力學(xué)性能,但是作為塑料制品的PVC材料的抗菌性能不夠,在使用過程中容易滋生各種微生物,就會造成手術(shù)感染等風(fēng)險[3]。PVC抗菌材料能夠?qū)崿F(xiàn)殺菌和抑菌的效果,降低交叉感染的風(fēng)險,使得麻醉面罩發(fā)揮更好的應(yīng)用效果。所以文章通過實驗分析的方式,制備一種軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料,增強麻醉面罩在使用過程中的舒適感和抗菌性能。

1 氣墊PVC材料

PVC屬于一種高分子材料,由氯乙烯、過氧化物等材料通過自由基聚合法所制得[4]。在工業(yè)生產(chǎn)中,PVC材料主要使用懸浮聚合法進行生產(chǎn),距今已經(jīng)有一百多年的生產(chǎn)歷史,在各行各業(yè)中發(fā)揮重要作用,比如可以作為電線電纜、人造革、板材等原材料[5]。在熱塑性塑料中PVC的用量和產(chǎn)量長時間位居第一,首要原因在于PVC具有很多優(yōu)良的特性[6]。

PVC材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性、阻燃性和力學(xué)性能等,因為PVC的鏈節(jié)結(jié)構(gòu)是—CH2CHCI—,其側(cè)鏈中含有氯元素,該元素能夠提供給PVC材料這些性能[7]。但是氯化氫在高溫作用下會消失,所以PVC材料經(jīng)過高溫之后其性能會降低。為了解決該問題,可以在PVC材料中添加穩(wěn)定劑,防止PVC材料性能的降低[8];另外,PVC材料的價格低廉,使其應(yīng)用范圍更廣泛。

根據(jù)材料的硬度不同,PVC可以分為軟質(zhì)PVC和硬質(zhì)PVC,其中硬質(zhì)PVC材料主要在板材、型材等廣泛應(yīng)用。軟質(zhì)PVC材料就是在材料加工過程中添加增塑劑,從而增加材料的斷裂伸長率,其主要應(yīng)用于皮革、紡織品和膜材料等領(lǐng)域,也能夠作為麻醉面罩氣墊的原材料[9]。軟質(zhì)PVC材料通過加入增塑劑之后就會降低材料的阻燃性能,但作為麻醉面罩氣墊的原材料,并不需要較強的阻燃性能。反而由于材料的柔軟性,作為麻醉面罩氣墊能夠提高佩戴舒適度。

麻醉面罩如圖1所示,其最下面的部分即為氣墊,該部分直接與佩戴者面部接觸,通過麻醉面罩可將氧氣或麻醉藥傳輸?shù)交颊唧w內(nèi),所以氣墊的接觸面需要很強的密封性,又要保障患者佩戴的舒適度,使用軟質(zhì)PVC材料較合適[10]。當(dāng)前對軟質(zhì)PVC材料的力學(xué)性能研究較多,但由于軟質(zhì)PVC材料應(yīng)用到麻醉面罩中,需要增加材料的抗菌性能。為此本試驗通過加入抗菌劑,分析不同質(zhì)量抗菌劑對軟質(zhì)氣墊PVC抗菌材料性能的影響,制備一種綜合性能更加優(yōu)異的軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料。

圖1 麻醉面罩Fig.1 Anesthesia mask

2 實驗部分

2.1 實驗材料

主要材料有:PVC糊樹脂;偏苯三酸三辛酯;穩(wěn)定劑;增塑劑、納米抗菌劑等。

2.2 實驗儀器

主要儀器:真空攪拌機、烘干箱、差式掃描量熱議、掃描電子顯微鏡、電子天平等。

2.3 軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料的制備

為了分析軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料的抗菌性能,實驗中添加了5種不同質(zhì)量的抗菌劑;另外,還制備了不添加抗菌劑的材料作為對比項。實驗中需要準(zhǔn)備的原材料都為6份,相當(dāng)于需要制備6個試樣用于實驗研究。

材料準(zhǔn)備階段:100 g的PVC;0.3 g的偏苯三酸三辛酯;不同質(zhì)量的抗菌劑(包含1.5、3.5、5.5、7.5、9.5 g);2 g穩(wěn)定劑、60 g增塑劑。然后將不同組分的混合物放入真空攪拌機中進行攪拌,攪拌時間設(shè)置為15 min,使其充分攪拌,得到PVC糊料。

糊料制成試樣片:將糊料放到模具中,再將其放入烘干箱中進行固化,烘干箱的溫度設(shè)置為180 ℃,再將每個試樣進行壓片處理,壓片時間設(shè)置為3 min,溫度為200 ℃,即可得到軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料。

2.4 性能測試

2.4.1抗菌性能測試

檢測軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料的抗菌性能按照QB/T 2591—2003中的方式[11]進行測試。

2.4.2力學(xué)性能測試

檢測材料的力學(xué)性能使用GB/T 1040—1992中的方式進行,為了獲得更加準(zhǔn)確的力學(xué)性能,每組試樣制備3個,然后對3個試樣進行力學(xué)性能測試,最后取其平均值作為材料的拉伸強度。

2.4.3熱力學(xué)性能測試

對材料進行熱力學(xué)性能需要使用到差式掃描量熱議,稱取一定量PVC抗菌材料,然后將其放到鋁盤中進行密封處理,實驗需要在氮氣氛圍中進行[12],最后按照如圖2所示的方式進行實驗測試。

圖2 差式掃描量熱議運行程序Fig.2 Differential scanning calorimetry operation program

2.4.4 抗菌材料分散性測試

分散性測試需要使用掃描電子顯微鏡觀察材料的斷面,即將試樣通過導(dǎo)電膠進行固定,將其表面噴金處理,然后使用掃描電子顯微鏡觀察即可。

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 抗菌劑的分散性

抗菌劑作為軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料的關(guān)鍵材料,主要發(fā)揮抗菌作用。通過分析抗菌劑的分散性能夠明確其在PVC抗菌材料中的效果。首先準(zhǔn)備無抗菌劑的試樣作為對比,然后準(zhǔn)備含有1.5 g抗菌劑的試樣,使用掃描電子顯微鏡觀察2類試樣的截面,SEM照片如圖3所示。

(a)不含抗菌劑的試樣

從圖3可以看出,不含抗菌劑的試樣出現(xiàn)較為嚴重的顆粒團聚現(xiàn)象,但含有抗菌劑的試樣沒有出現(xiàn)材質(zhì)分層現(xiàn)象,且沒有固體顆粒團聚現(xiàn)象,屬于一種均相結(jié)構(gòu)狀態(tài),足以說明在軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料中添加抗菌材料能夠具有很好的分散性,所以可以增加軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料的抗菌性能。

3.2 不同含量抗菌劑對材料力學(xué)性能的影響

抗菌劑作為軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料的主要原材料,其含量不同,材料的力學(xué)性能也會存在差異。為了制備優(yōu)質(zhì)軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料,需要分析不同含量抗菌劑下材料的力學(xué)性能,結(jié)果如圖4所示。

圖4 抗菌劑對材料力學(xué)性能的影響Fig.4 The influence of antibacterial agents on the mechanical properties of materials

從圖4可以看出,當(dāng)抗菌劑不斷增加時,試樣的拉伸強度的變化趨勢是先增加后降低,當(dāng)抗菌劑質(zhì)量為1.5 g時,試樣的拉伸強度最大,如果繼續(xù)添加抗菌劑,將會給試樣的力學(xué)性能造成負面影響;當(dāng)抗菌劑質(zhì)量大于3.5 g時,試樣的力學(xué)性能還不如不添加抗菌劑的試樣。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因:當(dāng)在材料中添加抗菌劑時,其分散性能較好,有助于材料的彌散強化,而且抗菌劑還有助于PVC異質(zhì)成核,使其晶粒細化,能夠使材料基體結(jié)晶度增強,所以添加少量的抗菌劑時能夠提高材料的力學(xué)性能[13-15]。但當(dāng)抗菌劑超過一定量之后,其團聚現(xiàn)象和表面能高的問題就會顯現(xiàn),于是就影響到材料的力學(xué)性能,使該性能不斷降低。因此,當(dāng)抗菌劑質(zhì)量為1.5 g時,材料的力學(xué)性能更好。

3.3 不同含量抗菌劑對材料抗菌性能的影響

通過計算軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料的抗菌率來反映抗菌性能。經(jīng)過一系列的消毒、取菌液、培養(yǎng)等操作,計算了不同抗菌劑含量下的試樣抗菌率,得到如表1所示的結(jié)果。

表1 抗菌劑含量對材料抗菌性能的影響Tab.1 The influence of antibacterial agent content on the antibacterial performance of materials

從表1可以看出,當(dāng)材料中不添加抗菌劑時,制備的試樣并沒有抗菌性能,而添加不同含量的抗菌劑之后,制備的試樣均具有比較好的抗菌性能;當(dāng)添加的抗菌劑含量不斷增加時,試樣的抗菌性能不斷增加,抗菌率最高達到了99.75%,相比于不添加抗菌劑,添加抗菌劑之后,軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料具有較強的抗菌性能。

3.4 熱力學(xué)性能分析

通過上文的實驗分析之后,將抗菌劑的添加量設(shè)置為1.5 g更為合適,此時材料的抗菌性能和力學(xué)性能均較優(yōu)。軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料需要具有很好的柔韌性,于是文章將制備好的PVC抗菌材料進行熱力學(xué)分析。研究表明,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越低,能夠反映在低溫環(huán)境下材料的大分子鏈段能夠運動,可以說明材料的柔韌性越好[16-17]。根據(jù)該原理,將抗菌劑質(zhì)量為1.5 g的軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料進行DSC測試,為了形成對比,將沒有添加抗菌劑的材料作為對比組,得到如表2所示的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

表2 試樣的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tab.2 The glass transition temperature of the sample

從表2可以看出,無抗菌劑的試樣玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-23.6 ℃,含有1.5 g抗菌劑的試樣其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為-28.3 ℃,可見含有抗菌劑的試樣其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度小于無抗菌劑的試樣,可以說明在PVC材料中加入抗菌劑,不僅能夠增加材料的抗菌性能,而且還有助于PVC材料的增塑,能夠使得PVC分子鏈之間靈活移動,使得子鏈移動減弱,從而說明在PVC材料中加入抗菌劑能夠增強其柔韌性,使其作為軟質(zhì)麻醉面罩氣墊的材料能夠發(fā)揮更加優(yōu)異的性能[18-20]。

4 結(jié)語

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中麻醉面罩屬于常見材料,其抗菌性能尤為重要,抗菌性能和其他性能越強,有助于增加手術(shù)的成功率。于是文章制備一種軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC抗菌材料,從上文可知,通過在材料中加入抗菌劑,能夠很大程度上提高材料的抗菌性能,添加1.5 g的抗菌劑,材料的抗菌劑性能達到了96.15%;而不添加抗菌劑的材料,其抗菌性能為0%。作為麻醉面罩氣墊,PVC抗菌材料還需要具備一定的力學(xué)性能和柔韌性,所以通過上文分析之后得出當(dāng)抗菌劑添加量為1.5 g時,材料的力學(xué)性能更優(yōu)。最后對制備好的軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC材料進行了熱力學(xué)性能分析,得出相比于不添加抗菌劑的試樣,添加1.5 g抗菌劑之后,材料的柔韌性有所增加。所以制備的軟質(zhì)麻醉面罩氣墊PVC材料的使用能夠增強其使用舒適度,并且具有較強的抗菌性能和力學(xué)性能。