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产品应用 医疗器械与精密清洗 硅油稀释剂应用进展

硅油稀释剂应用进展

2023-03-10 679

硅油(silicone)又称为硅酮,学名聚硅氧烷,是指线型聚硅氧烷和它的一系列衍生物。最常用的硅油,有机基团全部为甲基,称甲基硅油。有机基团也可以采用其它有机基团代替部分甲基基团,以改进硅油的某种性能和适用各种不同的用途。常见的其它基团有氢、乙基、苯基、氯苯基、三氟丙基等,有乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油和含氰硅油等。

硅油一般是无色(或淡黄色)、无味、无毒、不易挥发的液体。硅油不溶于水、甲醇、乙二醇和2-乙氧基乙醇,可与苯、二甲醚、甲基乙基酮、四氯化碳或煤油互溶,稍溶于丙酮、二恶烷、乙醇和丁醇。它具有很小的蒸汽压、较高的闪点和燃点、较低的凝固点。随着分子量增大,粘度也增高,有各种不同的粘度,从0.65厘沲直到上百万厘沲。表1是各种粘度等级聚二甲基硅氧烷的物理性质。

表 1  各种粘度等级聚二甲基硅氧烷的物理性质

粘度mm2·s-1

(25℃)

摩尔

质量g·mol-1

相对

密度(25℃)

折射率(25℃) 熔点

闪点

粘温系数 表面

张力mN·m-1

热胀系数

×10-4

ml·ml-1

·℃-1

导热系数

×10-4

W·m-1·K-1

介电

常数

0.65 162 0.761 1.3750 -68 -1 0.32 15.9 13.4 2.4 2.20
1.0 237 0.818 1.3825 -100 38 0.37 17.4 13.4 2.4 2.30
2.0 410 0.873 1.3900 -100 79 0.46 18.0 13.4 2.4 2.39
20 2000 0.950 1.4000 -84 232 0.59 20.6 10.7 3.4 2.72
50 3780 0.960 1.4015 -70 285 0.59 20.8 10.6 3.6 2.75
350 13650 0.970 1.4031 -65 315 0.60 21.1 9.3 3.8 2.75
1000 28000 0.971 1.4034 -50 315 0.61 21.2 9.3 3.8 2.75
10000 62700 0.974 1.4035 -48 315 0.61 21.3 9.3 3.8 2.75
100000 139000 0.977 1.4035 -41 321 0.61 21.5 9.2 3.8 2.75
100000 308000 0.978 1.4035 -39 321 0.62 21.6 9.2 3.8 2.75
2500000 423000 0.978 1.4035 -38 321 0.62 21.6 9.2 3.8 2.75

 

硅油有许多特殊性能,如温粘系数小、耐高低温、抗氧化、闪点高、挥发性小、绝缘性好、表面张力小、对金属无腐蚀、无毒等。由于这些特性,硅油已应用在许多方面且具有卓越的效果,包括国防工业,科学研究及医疗卫生等部门,都得了极其广泛的应用。它广泛用于电气绝缘、脱模、消泡、阻尼、防震、滚压、防尘、防水、高低湿润等方面。

其中,硅油有一个很重要的特性,即表面性能,可以用于表面改性涂层方面,比如用作脱模剂,即用做各种橡胶、塑料制品成型加工的脱模剂,以及用于精密铸造中;也可以用作绝缘、防尘、防霉涂层,即在玻璃、陶瓷器表面浸涂硅油,进行热处理后可形成一层半永久性的防水、防霉和绝缘的薄膜;也可以用之处理绝缘器件,可提高器件的绝缘性能;用之处理光学仪器,能防止镜片、棱镜发霉,用之处理电影胶片的表面,可起润滑作用,减少摩擦,延长影片寿命;用之处理药瓶,能延长药品的保存期,并不使制剂因粘壁而损失;用之于医疗器械,比如注射器、手术器材和针头方面,经过硅油的硅化处理后,对器械表面表现出良好的不粘特性,安全卫生,还可以具有抗凝血作用,因此用其处理的医疗器械还能减少手术痛感,也被广泛应用。

这些仪器、设备和物品的表面硅化处理,最简易的处理法是将硅油溶于溶剂中,配成一定浓度的溶液,用涂刷或喷涂方法处理表面,溶剂挥发后即形成一层硅油薄膜,这层膜和针尖表面具有一定的结合力,可保持较长的时间。由于纯硅油粘度大,无法直接使用,须用合适的溶剂稀释降低其粘度。这些溶解硅油的溶剂就是我们常说的硅油稀释剂,因为材料、性能需求、环保、安全以及成本多因素要求,就需要合适的性能硅油稀释剂来保证硅油在器械形成足够薄且均匀分布的润滑膜。优秀的硅油稀释剂必须包含以下特征:

  • 对硅油溶解能力强;
  • 挥发速度适中;
  • 挥发后无残留;
  • 毒性低,气味小;
  • 理化性能稳定;
  • 不易燃不易爆;
  • ODP值为零,GWP值低,符合国家法律法规和国际公约要求;
  • 其它的特殊要求。

 

相对于各类硅油表面改性方面,医疗器械是近些年快速发展的领域,其中我国2021年医疗器械市场规模达到9630亿元,年复合增长率为18%。据统计,目前我国针类器械年产量超过350亿支(包括注射针、静脉针、插瓶针等),注射器类器械年产量超过250亿支。据统计目前,医疗器械行业中的清洗剂和硅油稀释剂主要使用的是含氢氯氟烃(HCFCs)HCFC-141b、HCFC-225和含HCFC-141b的复配溶剂如KC-3000,GF6000、WZ3000等。医疗器械器械行业HCFCs消费占比高,超过清洗行业HCFCs消费总量的40%,达16000吨。

但是,目前HCFCs的使用面临着诸如《保护臭氧层维也纳公约》、《关于消耗臭氧层物质(ODS) 的蒙特利尔议定书》以及《京都协定书》等法律法规的淘汰命运。未来可能的硅油稀释剂必将包含以下各类候选溶剂:

1)可燃性溶剂

有机烃类:包括烷烃、石油烃、矿物油、环烷烃、芳香烃等

有机醇类:包括乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、环己醇、戊醇等

有机酯、酮、醚类:包括丙酮、丁酮、二乙醚、环己酮等

2)不可燃性溶剂

氟类:

氢氟氯烃类:包括HFC-225、HFC-141b、HFC-123,(淘汰中)

氢氟烃类:HFC-4310、HFC-338,HFO-1233、七氟环戊烷、HFO-1336

全氟烃类:全氟丙烷、全氟丁烷、全氟戊烷、全氟己烷

氢氟醚类:HFE-7100、HFE-7200 、HFE-356、HFE-347

其他类:全氟戊酮、全氟己酮

氯类

氯代烃类:二氯甲烷、二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯

溴类

氢溴烃类:正丙基溴、二溴甲烷

 

因此,未来硅油稀释剂的选择和市场必然会围绕国家政策和产品性能的提升而发展,一是通过筛选出(不仅上述溶剂)合适的环保和安全的组分进行复配出合适的硅油稀释剂,二是通过一些全新的技术进行涂装和成膜,比如真空镀膜、设备改造等;三是加强清洗剂的回收和循环套用技术,最大限度地减少清洗剂的挥发散失和排放。相信随着硅油市场的增加,硅油稀释剂的市场会有大幅度的提升。