塑料管路在生物医药中的应用.doc

PVDF管路系统在医药产业中的应用中国是世界最大的化学原料出口国和产能世界第一的制剂生产国，在经济危机和全球经济衰退的大环境下，我们的医药产业依然保持了强势的增长。2009年工业总产值达到万亿，位居世界第七。来自瑞士的塑料管路系统专家乔治费歇尔管路系统公司致力于制药纯水和制药化学品的输送，通过研究制药工艺，从材料的化学惰性、抗腐蚀要求和机械加工适应性的考虑，为医药产业提供质量更高、成本更低的塑料管路系统。工艺用水管道必须在生产和加热杀菌过程耐高温、抗腐蚀。由于塑料材料已可以提供比不锈钢具有更好的内在质量，且成本更低的管材，因此我们建议在制药用水较前端的部分水处理过程，例如部分纯化水系统，使用成本较低的聚丙烯PP-H和氯聚乙烯PVC，在具有更高抗热性要求的制药用水系统，则使用聚偏氟乙烯PVDF。以下着重介绍聚偏氟乙烯PVDF管路系统的物理和化学特性以及适合医药工艺的特点：（1） 材质 聚偏氟乙烯(PVDF)是一种高性能的热塑产品，它外观透明，不含添加剂、稳定剂、抗氧剂或者挤塑/注塑辅助剂，是一种化学惰性物质以及非水溶性物质, 强度高，焊接稳定，在功能上甚至优于不锈钢或者其他热塑管路系统。PVDF的特性十分接近四氟乙烯,它们的区别是：四氟乙烯是全氟塑料，PVDF中含有3% 重量百分比的氢。四氟乙烯基本上无法用热熔焊机械焊接，只能用焊条焊接。而PVDF可以用承插，对焊，红外焊，无缝焊焊机焊接。（2）耐腐蚀性能PVDF可算是塑料中的耐酸之王，对绝大多数无机酸均有很好的耐腐性，但是不耐碱，在功能上远优于不锈钢或者其他热塑管路系统。很多流体在很宽的温度范围内能与PVDF相互共存。生命科学领域所用的管道，因经常使用热水消毒或使用臭氧、次氯酸及过乙酸等化学品消毒，所以多采用PVDF管材。（3）析出物PVDF在水中检测不出，即PVDF在通常温度下不会生成任何高分子析出物; 而在较高温度下，氟离子仅有非常少量的析出(仪器能检测出)，这这就使得水质能完全满足去离子水、制药业注射剂生产系统药典规定的要求。采用热的去离子水进行的试验还证明水中极少量的物质是由于管子表面的污染物所导致，在管路系统经过足够的冲刷后，水中的这些污染物就没有了。总之，PVDF管路系统部件在金属物物质、离子:和总碳等可析出物的含量上完符合SEMI规范中对于高分子聚合物所推荐的值。其可析出物量甚至远远低于那些广泛应用于制药行业的传统金属管路系统的析出物量。PVDF管路系统中采用的垫片和阀门的密封材质为氟橡胶和PTFE,其析出值满足医药工程的要求。（4）最大操作温度和最大承受压力PVDF熔点178。C，操作温度从-40。C140。C。它构成的管路系统推荐使用温度范围为-40140。C。PVDF的热变形温度为148。C，此时外部负荷是0. 455MPa，大于PVDF最大使用温度140C的允许压力。较宽的使用温度围和使用压力范围使得PVDF在生命科学领域(制药和注射刊行业)的应用非常理想，因为在这些行业中通常消毒温度范围为为2182 C，压力一般小于0. 689MPa。（5）管架由于PVDF具有弹性，所以管路上需要一定数量的支架起支撑作用。当水平小口径管路系统的温度大于60。C时，应使用类似电缆桥架的连续桥架支撑系统。（6）杀菌消毒高温高压消毒PVDF管路部件(管子、管件、阀门) 对热压消毒阶段正常温度下的周期性的一次又一次的高温消毒处理，不会发生任何性能改变。当温度小于140。C时体现出很好的热稳定性。通常采用的消毒操作温度小于134。C。PVDF的绝缘效果远远好于金属材料，具有较低的表面温度。通常，蒸汽灭菌试验使用的锅炉蒸汽的压力为0. 172MPa。其温度和压力的测量值如表7-5，此时不会出现任何渗漏、弯曲或其他变形。因此，PVDF管道系统适合采用蒸汽或者热压处理。臭氧消毒PVDF能连续使用浓度达到0.210-6的臭氧进行消毒处理，而不会出现任何副作用。通常在使用臭氧许久以后，还要使用波长为254nm的紫外光消除剩余臭氧。使用臭氧不需要买任何其他清洁剂，在使用后也无需清洗系统，所以，没有任何不需要的物质进人水中。因此，臭氧是一种有效的消毒手段，在化学性质上与PVDF材料制成的管道部件有很好的共存性(兼容性)。在室温条件下，臭氧又有很快的消毒速率，避免了一些添加剂的使用和较长的加热周期。由于臭氧是现场制造时加入的，在管路使用之前又采用紫外光去除臭氧，因此臭氧的使用满足无任何添加物质的要求。已得到美国FDA机构的认可。热水消毒PVDF的最高额定使用温度为140。C，可以采用热水消毒。采用热水消毒的优点为无额外的添加剂和消毒后免除清除过程。这种方法被广泛用于制药行业的药剂生产和注射剂生产系统。虽然这种消毒方法不涉及使用添加剂，但是系统加热时间和一定温度下消毒持续时间都较长(为了去除管路系统中累积的微生物)，费用昂贵。这主要是因为需要一套加热设施和减少了生产时间。（7) PVDF材料的生物安全性 PVDF材料因无毒性，已被美国FDA批准用于食品日包装以及制作成其他与食品接触的产品;并且同意PVDF作为制药洁净水系统管路制作的原料。只要求它具有低析出物，能够忍受制药中的消毒处理过程和生产温度以及内表面足够光滑而阻止微生物的繁殖。由于PVDF非常稳定，不与水反应，并且通过了USPXXI的试验，因而应用于医药方面是安全的。只要其安全要求得到满足，也可以将PVDF用于工艺管路系统。(7）变色PVDF对热环境和化学品的影响显示出灵敏的变色反应。当周围环境较热或加热时，PVDF的外观将变黑，与其他热塑制品相比，PVDF更容易变色。通常使用温度超过70C时，PVDF就开始变色，这主要是由于线性碳链上形成了一个双键的缘故，但对其物理性质没有任何不良影响，这是因为PVDF的微观晶体结构依然保持完整的缘故。实际上，有些物理性质如张力、抗裂韧性和弹性随着变色反而有可能会得到提高。(9) GF的PVDF管路系统适合生命科学领域的特性SYGEF PLUS (PVDF-HP)在10000级净化厂房中生产，更慢的挤出速度带来更好的表面光洁度，一生产出来就用双塑料袋包装，避免了运输过程中的污染。PVDF可以加工为具有非常光滑的内表面（表面光洁度为0.25微米），加之很好的耐磨性，使得其与不锈钢相比较，表现出动态试验微生物粘附量只有不锈钢的1/8左右，静态试验微生物黏附量为不锈钢的1/10, 所以其微生物污染问题非常不明显。管子表面的疏水性及水的动电势对于管子表面细菌的粘附起着重要的作用;管子内壁面的形状对于管子内表面生物膜的形成同样也很重要。细菌本身不会黏附在光滑的表面上，但是它们会黏附在管子内表面的有机膜上。如果使用不锈钢，管子本身就会成为一种碳源，当不锈钢发生腐蚀时，其所含的碳就会暴露在外面，管路中的细菌就会附着在碳层上，进而在管路系统的内表面形成生物膜。由于PVDF本身不含有金属物质，也不会产生阴离子和阳离于腐蚀，因而供水系统管道表面的碳吸附量就会降到非常低的程度，使微生物的黏附现象很少。IR 和 BCF 焊接设备非接触式红外焊接设备用于焊接这些在“不污染洁净厂房生产的，运输过程中有双塑料袋包装保护”的高纯管道。随着乔治费歇尔公司无缝焊接技术的开发，新型的PVDF管道连接方法甚至比不锈钢采用自动轨迹焊接的接头还要光滑得多。 阀门隔膜阀：创新的光滑曲面的围堰设计，消除了杂质的聚集。零死体积三通隔膜阀门：GF研发的零死体积三通隔膜阀门是真正意义上的零死体积支管阀门。它保证了支管的阀门在关闭时，阀前的液体始终处于流动状态，不会滋生细菌和病毒。蝶阀：567阀门采用双偏心结构，开启后蝶板与阀体之间空隙较大，水流十分容易将物料带走，不会在蝶板上沉积；开启力矩非常小，所以很省力。卫生级接头为满足医药行业对死体积的苛刻要求，产品系列中包含了医药工程中习惯使用卡箍式卫生接头。PVDF和不锈钢材质的在线检测仪表GF 仪表是为塑料管路系统配套研发的，尤其适合超纯水工艺、水处理工艺、化学品输送工艺。有适合流量，PH，电导，ORP, 温度，压力，浊度的在线检测探头和变送器。成本尽管PVDF管道在热水和热消毒过程中需要采用连续支撑，但是如果将不锈钢材料的钝化处理、对管道内表面进行内窥镜检查、使用x射线照相检测等一类的费用包括在内，使用PV