《聚氯乙烯增塑剂》PPT课件.ppt

1 2020年 10月 14日星期三 北京化工大学 北京市新型高分子材料制备与加工重点实验室 Technical Training B 丁雪佳 24 October 2013 2 2020年 10月 14日星期三 国家科技支撑计划项目： 医疗器械质量评价、标准研究及医疗安全产品开发 新增塑剂的生物医用材料 聚氯乙烯用新型增塑剂 3 2020年 10月 14日星期三 一次性医疗用品是医疗器械中量最大、面最广、与每个个人 和家庭的健康密切相关的产品。 其安全有效性事关全局，其重要性是任何医疗器械无法比拟的。 4 2020年 10月 14日星期三 良好的加工性能 良好的生物相容性 价格合理 良好的物理化学性能 聚氯乙烯（ PVC） 5 2020年 10月 14日星期三 1.1、国内外医用 PVC增塑剂的发展现状 聚氯乙烯（ PVC）类材料在医疗设备中有着广泛的应用，主要原因在于聚氯乙烯类材料本身 具有良好的物理性质。具体而言，这些物理性质包括： PVC材料制造的方便性、以及这类材 料与静脉（ intravenous， IV）注射液和血液之间良好的相容性。 在医疗护理方面（例如：静脉注射血液袋、静脉注射管、人工肾结缔组织导管、鼓泡型氧 合器、以及灌肠剂引流袋和导尿引流袋）通常所使用的 PVC类产品中都含有邻苯二甲酸二己 酯（ DOP）增塑剂。邻苯二甲酸二己酯的作用在于增加了 PVC产品的弹性。 DOP，作为最经 济有效并且广泛使用的增塑剂之一，它的作用在于使 PVC具有柔软性和易弯曲性。自从在 1950年将 DOP增塑剂投放到医药应用领域中以后， DOP就成为了其他多种医疗设备中所主要 使用的增塑剂。使用 DOP增塑剂的医疗设备包括：心导管、气管插管、以及某些植入型心脏 瓣膜及设备。 PVC袋以及 PVC管的多种医疗用途 6 2020年 10月 14日星期三 使用增塑聚氯乙烯（ plasticized PVC） 所制成的医疗产品最初是用来替代天然 橡胶和玻璃在医疗设备中的使用。替代 的原因在于： 增塑聚氯乙烯类材料具有 更易杀菌、更加透明的特点 ， 并且具有 更好的化学稳定性和经济有效性。增塑 聚氯乙烯类产品使用方便，并且由于其 自身具有柔软性和弹性，因而可以避免 对病人敏感的组织造成损伤并避免使病 人产生不舒适感。更进一步而言，增塑 聚氯乙烯类产品可以通过有效防止血液 凝结而改善全血的收集，并且扩大了血 液处理的可选择范围。 1.1、国内外医用 PVC增塑剂的发展现状 可消毒型增塑聚氯乙烯医用管和导尿 管不会发生“打结”现象，因此可以确保 流体发生不间断的流动。这一特点不论在 婴儿救治方面还是心内手术病人救治方面 都显得非常重要。增塑聚氯乙烯 （ plasticized PVC）的透明性还可以减少 失误的发生，当流体流动减慢或者流动受 阻时，医护人员可以迅速发现并进行处理。 与此同时，增塑聚氯乙烯管的内表面光 滑，可以防止血液凝结或者发生其他破 坏。 另外，标签也可以直接印刷在增塑聚 氯乙烯表面而不会发生磨损，从而使增塑 聚氯乙烯具有了额外的安全特色。 7 2020年 10月 14日星期三 聚氯乙烯 (PVC)在强极性氯原子的作用下，为硬质高聚物；要扩大 PVC的应用领 域，使其变为软质，可加入增塑剂。 增塑剂插入到 PVC分子链中，可减弱分子链间的次价键，使其容易滑动，并降低 PVC与增塑剂间的界面能，从而降低玻璃化温度、软化温度、熔融温度等，提高 PVC的柔软性和加工流动性，达到增塑目的。 一、立项依据 1.1、国内外医用 PVC增塑剂的发展现状 聚氯乙烯 (PVC) 8 2020年 10月 14日星期三 资料 我国是世界上最大的 PVC消费国， 2007年消费量 达 1035万 t， 2008年受金融风暴影响下降到 902万 t。 PVC的增塑 剂多为价廉的邻苯二甲酸双酯，特别是邻苯二甲酸二辛酯 (DOP)，含量约 30%。这样的 PVC广泛用于医用输注器械，如 一次性输液器、医用手套、血浆袋、血液透析管路等。在使 用过程中 DCP会部分迁移到药液，进人人体造成潜在危害。 输入由 DOP增塑的 PVC血袋贮存的血液后， 在人体内， 特别是肺部发现有 DOP，这显然达不到医用 PVC中有毒物质 残留指标微量或为零的标准。有专家做了 PVC膜中 DOP在水 溶液的迁移模拟试验， 表明 3 0 以上其迁移率扩大，而人体 温为 37 ，正好扩大了 DOP迁移率。 1982年美国国家癌症研 究所证明了 DOP能使啮类动物的肝脏致癌，对人体特别是对 婴儿和儿童的生长发育影响更大。欧美、日韩等国已把环氧 酯类、柠檬酸酯类等环保增 塑剂用于食品包装、医疗用品、 儿童玩具等 PVC产品中来代替 DOP。 为保障人们的健康，世界各 国对 PVC安全环保指标要求越来 越严格，这给发展相对落后的我 国提出了新的挑战。纵观国内外 新型环保增塑剂市场，对环氧酯 类、柠檬酸酯类、二元醇苯甲酸 酯类、己二酸酯类、高分子增塑 剂、 Eastma n168 增塑剂等在原 料获取、 合成技术、环保性能、 增塑性能等方面的研究可知，以 无毒环保的乙酰柠檬酸三丁酯 (ATBC)作为我国医用环保 PVC制 品的主增塑剂 ， 环氧大豆油 (ESO)、高分子增塑剂等作为辅 助增塑剂具有可行性。 9 2020年 10月 14日星期三 增塑剂作为用于塑料制品制造的助剂，以使塑料制品在使用过程中增加其塑 性。然而最近台湾地区在检测运动饮料竟发现含有邻苯二甲酸二 (2-乙基己 酯 )(DEHP)，其含量超过塑料制品的限量数十至数百倍。台湾地区“卫生署”于 2011年 5月下旬发布公告称，已查获 DEHP在运动饮料、碳酸饮料、果汁、果酱、 果糖、冰淇淋、水果粉和益生菌等数 lO种品种，涉及 l 000多种食品，包括面包、 蛋糕、化妆品等，涉案企业达 300多家。台湾地区称 DEHP为“塑化剂”，用作 “起云剂”起乳化稳定作用， DEHP有增稠效果。现在发现除了 DEHP，还有邻苯 二甲酸二正丁酯 (DBP)和邻苯二甲酸丁苄酯 (BBP)。 1.2、问题所在 10 2020年 10月 14日星期三 台湾地区使用这些增塑剂已有三十年历史，之所以没有发，是因为增塑剂非食 品添加剂，不属检测项目。此外，是因为 DEHP和 DBP的急性毒性显示无毒，它们的 半致死量都达到食品级标准， DEHP为 31000mg/kg， DBP为 8000mg/kg。但是，邻苯 二甲酸酯为环境激素，或称生殖毒性，属雌性激素。因此台湾地区当局声称，近二 三十年台湾地区生育率下降，女童性早熟等现象可能与此有关。 1.2、问题所在 近期发现，药物中也检测出邻苯二甲酸二异癸酯 (DIDP)。 其实，世界各国和有关国际机构对增塑剂早有关注，被列为 SVHC(高度关注物质 )， 并限制其使用范围，包括纺织品的某些领域。 11 2020年 10月 14日星期三 增塑剂是世界上产量和消费量最大的助剂之一，在提高塑料制品的品质中起着 不可缺少的作用。长期以来，增塑剂主要以邻苯二甲酸酯类为主，邻苯二甲酸酯类 增塑剂主要用于软质聚氧乙烯 (PVC)材料。 PVC具有良好的物理及力学性能，其产量 仅次于聚乙烯 (PE)。 PVC用于建筑材料、包装材料、电子材料、日用消费品、玩具、 纺织品和医用制品等领域。在纺织服装和鞋类的应用，则包括铺料、标签、吊牌、 拉链、 PVC人造革、 PVC涂层、 PVC薄膜，以及 PVC油墨印花、热贴印花等。全世界 每年医用塑料消耗量约为 250万 t，其中以 PVC塑料制品为主，超过 80万 t。医用 PVC 塑料大多是添加增塑剂的软质塑料制品，如血袋、静脉输液袋、输血器、输液器、 肠道营养给药袋、腹膜透析袋、鼻饲管、心肺分流术用软管、体外膜式氧合用软管、 血液透析管等。应用最多的增塑剂是邻苯二甲酸二 (2-乙基 )己酯 (DOP)(或称 DEHP)， 含量为塑料的 40 50。 1.2、问题所在 12 2020年 10月 14日星期三 邻苯二甲酸酯类增塑剂中以邻苯二甲酸二异壬酯 (DINP)，邻苯二甲酸二 (2乙基 ) 己酯 (DEHP， DOP)，邻苯二甲酸正辛酯 (DNOP)，邻苯二甲酸二异癸酯 (DIDP)，邻苯 二甲酸丁苄酯 (BBP)，邻苯二甲酸二丁酯 (DBP)的用量最多。在 PVC中加入邻苯二甲 酸酯增塑剂是为了改进 PVC的柔软性、耐寒性和光稳定性。其中尤以 DNOP和 DBP 的消费量最大。它们的增塑效率高，挥发性低，迁移性小，柔软性和电性能优良。 除大量应用于 PVC，还广泛应用于各种纤维素树脂、不饱和树脂、环氧树脂、醋 酸乙烯树脂和某些合成橡胶。不同用途的 PVC制品，增塑剂的添加量不同。例如， 食品包装 PVC制品中的邻苯二甲酸酯的质量比为 28左右，玩具用软质 PVC制品达 到 35 40 。我国 2008年增塑剂产量为 130万 t，至 2010年已增达 220万 t。其中， 以邻苯二甲酸酯为主，占 85 90 ，而 DNOP占总消费量的 70左右，其它为 DBP和 DIBP；非邻苯二甲酸酯类增塑剂则不到总产量的 15 。 1.2、问题所在 邻苯二甲酸酯 13 2020年 10月 14日星期三 然而 邻苯二甲酸酯类增塑剂具有一定的毒性。人们在接触化学品时，都必须考虑它对人 体的危害。对于毒性较高的物质，只要较少剂量即可对人体机体造成损害；而对于毒性较 低的物质，需要较多的剂量才呈现毒性。实际上，一切化学物质都是具有毒性的，区别在 于需要多少剂量造成急性毒性、慢性毒性、致癌性、致畸性 (胚胎毒性 )和生殖毒性。 随着科学和发展，从 20世纪 70年代初开始，人们就对邻苯二甲酸酯进行毒性研究。人 们发现邻苯二甲酸酯的急性毒性较低，半致死量数据显示为无毒和低毒。例如，以下一些 邻苯二甲酸酯的致死量 (mg/kg)。 大鼠口服为：邻苯二甲酸二乙酯 (DEP)为 5000，邻苯二甲酸 二正丙酯 (DPP)为 1000，邻苯二甲酸二丁酯 (DBP)为 8000，邻苯二甲酸二戊酯 (DPP)为 8000， 邻苯二甲酸二正己酯 (DHP)为 30000，邻苯二甲酸二环己酯 (DCHP)为 30000，邻苯二甲酸二 (2 一乙基 )己酯 (DEHP)为 31000，邻苯二甲酸丁苄酯 (BBP)为 2330，邻苯二甲酸二辛酯 (DNOP)为 5370。大多数邻苯二甲酸酯类增塑剂长期以来被认为是无害物质 ， 大量的生产应用使其广 泛分布于环境中，并通过食物、饮用水、空气等暴露途径进入人体。 1.2、问题所在 邻苯二甲酸酯 14 2020年 10月 14日星期三 研究表明 ， 邻苯二甲酸酯的毒性作用主要表现为非急性毒性和累积性。邻苯二甲 酸酯的分子结构大多与生物内源性雌激素有相似性，进入人体后与相应的激素受体 结合，产生与激素相同的作用，干扰体内激素正常水平，影响生殖发育。长期接触 可能对人体造成慢性毒性，对人和动物产生生殖毒性，表现出雌雄性差异。邻苯二 甲酸酯类增塑剂是否致癌，目前欧盟各方尚有争议。欧洲化学局风险评估报告表明， 邻苯二甲酸二 (2-乙基 )己酯 (DEHP)，邻苯二甲酸丁苄酯 (BBP)，邻苯二甲酸二丁酯 (DBP) 存在潜在的致癌性，未发现邻苯二甲酸二异壬酯 (DINP)具有潜在的致癌性，目前 DINP 仍是儿童玩具、包装、纺织品辅料等众多与消费者密切接触产品广泛使用的增塑剂。 2006年欧盟发表声明，确认 DINP对人体健康和环境均无风险，可用于儿童玩具。 2007年 6月，国际玩具业协会 (ICTI)就 DINP的安全问题发表一份声明，指出 PVC玩具的 DINP增塑剂对儿童没有危险。尽管如此，欧美有关法规仍将其列入禁用名单中。 1.2、问题所在 邻苯二甲酸酯 15 2020年 10月 14日星期三 资料 1982年，美国国家癌症研究所对邻苯 二甲酸二辛酯 (DNOP)的致癌性进行生物鉴定 表明，能使啮齿类动物肝脏致癌。研究发现， 当以 DNOP为增塑剂的 PVC输血袋储存血液 输入人体后，在肺部有 DNOP的存在。采用 DNOP和 DBP制造的保鲜膜包裹肉类制品在 微波炉中加热时，增塑剂进入食物的机会增 多，对人类健康具有潜在的危害。 有鉴于邻苯二甲酸酯类增塑剂为环境 激素物质，又有致癌性，绿色和平组织竭力 反对在儿童玩具中使用所有的邻苯二甲酸酯。 随着各国环保意识的加强，医药、食 品、日用品的包装，玩具和纺织品所用塑料 制品对增塑剂提出除功能以外的生态环保要 求，有关邻苯二甲酸酯的环保法规相继出台。 欧盟又于 1999年 l2月 7日发布临时禁令 1999/815/EC，有效期 3个月，规定禁用于 3岁以 下婴幼儿的可放入口中的玩具，或含有软质 PVC 材料的纺织品，如 PVC人造革、 PVC薄膜、 PVC 辅料和 PVC标签、吊牌等 6种邻苯二甲酸酯增塑剂。 2000年 4月 26日，欧盟修订了 76/709/EC指令和 88/378/EC(玩具安全 )，在 3岁以下婴幼儿可放人 口中的软质 PVC中使用的 6种邻苯二甲酸酯的质量 分数不超过 0.1% 。 2003年 2月 20日，欧盟发布 2003/113/EC指令，第 13次延长临时禁令，有效 期至 2003年 5月 20日，但此禁令将一直延长到正 式禁令出台为止。 2007年 1月 16日，欧盟颁布新 的指导标准，并延长 3年，即到 2010年 1月 16日， 欧盟委员会将对所积累的科学数据进行分析，以 便制订更为科学和合理的指导标准 。 16 2020年 10月 14日星期三 资料 美国环境保护局在 1997年提出的 70种属环境激素的化学物质中有 8种是邻苯二甲酸酯 系列。它们是： DEHP邻苯二甲酸二 (2一乙基 )己酯 、 BBP(邻苯二甲酸丁苄酯 )、 DBP(邻 苯二甲酸二正丁酯 )、 DCHP(邻苯二甲酸二环己酯 )、 DEP(邻苯二甲酸二正戊酯 )、 DHP(邻 苯二甲酸二己酯 )和 DPP(邻苯二甲酸二丙酯 ) 。 2000年版的 OekoTex标准 100开始规定 DINP、 DNOP、 DEHP、 DIDP、 BBP和 DBP等 6种 PVC增塑剂，在 I类婴幼儿纺织品上不能超 过 0 1。 2006年的修订版提出，对于以上 6种邻苯二甲酸酯的测试，不仅仅限于 PVC 产品，也适用于其它塑料制品。 2007年修订版提出，其中的 DEHP、 BBP和 DBP等 3种邻 苯二甲酸酯除限用于 I类纺织品，也限用于直接接触皮肤的 II类纺织品上。 17 2020年 10月 14日星期三 欧洲化学品管理局 (ECHA)于 2008年 10月 28日公布了 15种高度关注物质，列入附 件 XIV，未经授权不得在欧洲生产和销售，其中包括 DEHP和 BBP。 2009年 1O月 15日， ECHA又将邻苯二甲酸二异丁酯 (DIBP)列为高度关注物质 。 DEHP、 BBP、 DBP已列入 REACH法规的附件 XVII的附录 6(第 2类生殖毒性物质 )。附件 XVII(对某些危险物质，制剂和 物品的生产、销售和使用的限制 )，源自欧共体 76 769 EEC，自 2009年 6月 1日起，附 件 XVII正式取代欧共体指令 76 769 EEC附录 I及 3O余年来 4O多个修订指令 l1。 2010年 1月 22日，欧盟委员会发布了第二版“指南性文件”涉及附件 XVII实施的问题和答案， 条目 51和 52是关于邻苯二甲酸酯的要求， DEHP、 DBP和 BBP在玩具和儿童护理用品中含 量不得超过 0 1 。在儿童可以放人口中的玩具和儿童护理用品中， DINP、 DIDP和 DNOP含量不得超过 0 I 。 2008年 8月 14日生效的美国 消费产品安全改进法 (CPSIA)，取代了原来的美国消费产品安全法 (CPSA)。该法第 108节对邻苯二甲酸酯的要 求： l2岁以下儿童玩具或 3岁以下儿童护理用品中 DEHP、 DBP、 BBP含量不得超过 0.1， 在可以放入口中的儿童玩具和护理用品中 DINP、 DIDP、 DNOP含量不得超过 0.1 。 18 2020年 10月 14日星期三 以上各国法规限用的邻苯二甲酸酯有 12种，它们是： DBP、 BBP、 DEHP DINP DIDP、 DNOP、 DEP、 DPP DCHP DJ DIBP和 DHP。除此之外，还有目前未被各国限用 的较少应用的邻苯二甲酸酯，它们是邻苯二甲酸二壬酯 (DNP)，邻苯二甲酸二异辛 酯 (DIOP)、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯 (DMEP)，邻苯二甲酸二异戊酯 (DIPP)、邻苯二 甲酸正戊基异戊基酯，邻苯二甲酸二甲酯 (DMP)邻苯二甲酸二 (C)，川支链与直链 )烷 基酯 (DHNUP)和邻苯二甲酸 -烷基酯等。其安全性也需密切注意，特别是以此作为限 用邻苯二甲酸酯的取代品时。 1.2、问题所在 邻苯二甲酸酯 19 2020年 10月 14日星期三 我国工业增塑剂以 DNOP、 DBP、 DIBP等为主要品种，由于这些品种增塑效 率高，挥发性低，迁移性小，柔软性和电性能优良，除广泛用于 PVC树脂外， 还用于各种纤维素树脂、不饱和树脂、环氧树脂、醋酸乙烯树脂和合成橡胶中。 因此开发无毒、医用的环保型增塑剂首先需满足功能要求。开发非石油资源生 产增塑剂产品是面临的又一课题。植物油基型增塑剂包括环氧类增塑剂，是一 类高效、无毒、医用产品。以植物经发酵生产的柠檬酸酯增塑剂，也是一类可 持续发展的环保型增塑剂，国外已实现工业化生产。作为性能优异的新型聚酯 增塑剂有着广泛的用途。由于聚酯增塑剂的相对分子质量与 PVC十分相近，具 有很高的亲和力，毒性低，挥发性低，耐迁移性好，有着广泛的用途。 1.3、环保型增塑剂的研究与开发的急迫性 DNOP/DBP/DIBP 20 2020年 10月 14日星期三 采用开发的增塑剂， 将其用于制备钢丝气管插管、双腔支气管 插管、呼吸回路（加强筋）、磨砂吸痰管、一次使用镇痛输液泵、磨 砂吸痰管、一次使用镇痛输液泵、一次性使用动静脉留置针、麻醉面 罩、吸引连接管、医用吸引头等麻醉耗材制品，开发完整的生产配方、 成型加工工艺。 1.4、新型高效、无毒增塑剂应用于 PVC医用产品制备与加工技术 总之，针对项目的技术特点和制造成本问题，拟采用直接酯化 法工艺合成环己烷 -1， 2-二羧酸二异辛酯新型无毒医用增塑剂；采用 大豆油和甲酸，制备环氧大豆油成品，并将上述两种增塑剂并用，用 于系列 PVC耗材制品，研究设计出最佳的配方及制备工艺，为中国 PVC 麻醉耗材制品的发展做出贡献。