Reticolazione delle resine PVC per il medicale

Articoli medicali come le sacche del sangue e i tubi sono spesso realizzati in PVC morbido, un materiale plastico contenente plastificanti ftalati che si sospetta siano dannosi per la salute umana. Queste sostanze non sono chimicamente legate al polimero, e ciò significa che possono infiltrarsi all’interno delle sacche entrando in contatto con le cellule ematiche. Un nuovo metodo sviluppato presso il Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST di Braunschweig impedisce a queste sostanze nocive di migrare.

I plastificanti si trovano in molti oggetti di uso quotidiano, ma anche nei prodotti medicali. Vengono aggiunti ai polimeri per conferire maggiore elasticità e flessibilità. Le sacche del sangue e i tubi spesso contengono DEHP (dietilesile ftalato), un additivo del PVC che può avere effetti negativi sulla salute umana. L’Unione Europea ha classificato il DEHP, un composto della classe degli ftalati, come sostanza tossica per la riproduzione. Per utilizzare questo plastificante nel territorio dell’Unione Europea, i produttori devono ottenere un’approvazione ed è vietato l’uso nei cosmetici e nei giocattoli. Tuttavia, si trova ancora nel PVC morbido che viene utilizzato nella produzione di sacche del sangue.

“Il PVC morbido contiene fino al 40% in peso di DEHP, e dal momento che le molecole del plastificante non sono chimicamente legate al PVC, esse possono migrare nell’ambiente”, afferma Thomas Neubert, ricercatore in fisica dell’Istituto Fraunhofer IST di Braunschweig.

Insieme ai suoi colleghi il ricercatore usa processi al plasma a pressione atmosferica per modificare la struttura molecolare del plastificante presente sulla superficie della plastica e ottenere così la reticolazione delle molecole in modo tale da impedire alla sostanza dannosa di attraversarle.

“Nel plasma produciamo specie reattive e radiazioni UV ad alta energia, le quali penetrano nella superficie del PVC e rompono i legami chimici tra le molecole del plastificante, che possono quindi legarsi alle molecole adiacenti. Il reticolo che ne risulta costituisce una barriera protettiva che il DEHP non può attraversare”, spiega Neubert. Il PVC invece non viene modificato e le sue proprietà meccaniche sono totalmente preservate.

Effetto barriera al 95 per cento

I test effettuati dai ricercatori hanno dimostrato che la migrazione del plastificante dal PVC morbido potrebbe essere ridotta del 95%. Per determinare l’effetto barriera, campioni di film PVC trattato vengono immersi in solvente n-decano per due ore al fine di identificare la quantità di plastificante migrato. Per testare la stabilità a lungo termine del trattamento, dei campioni di film in PVC morbido trattato sono stati esposti all’aria per quattro mesi. Si è scoperto che il reticolo molecolare prodotto non si dissolve, e l’effetto barriera del 95% viene preservato. I test sono stati condotti su campioni di un film PVC utilizzato per produrre sacche del sangue. I risultati dei test si possono trasferire anche ad altri plastificanti ftalati, come il TOTM (tri-(2-etilesile) trimellitato) o il DINP (diisononile ftalato).

 Trattamento al plasma a pressione atmosferica

Ma come funziona in dettaglio il trattamento al plasma? Per evitare la migrazione dei plastificanti, Neubert e il suo team applicano scariche di gas barriera dielettrica a pressione atmosferica. A questo fine si posiziona il film PVC tra due elettrodi metallici con barriera dielettrica. I ricercatori applicano una corrente alternata ad alta tensione da diverse migliaia di volt a ciascun elettrodo, generando una scarica di gas barriera dielettrica nello spazio tra gli elettrodi.

“Nel plasma risultante, produciamo radiazioni UV a onde corte che spezzano le molecole del plastificante. I frammenti di molecole reagiscono tra loro formando un reticolo”, afferma Neubert.

Come gas di processo si utilizza argon puro, un gas facile da ionizzare e relativamente economico. Per Neubert, il trattamento al plasma a pressione atmosferica rappresenta il metodo migliore per prevenire la migrazione del plastificante in quanto è considerevolmente più economico dei processi di rivestimento convenzionali. “I processi di rivestimento devono soddisfare esigenze elevate. I rivestimenti devono aderire perfettamente al substrato ed essere flessibili. Inoltre, per essere utilizzati nei prodotti medicali devono superare lunghe procedure di approvazione”.

Il ricercatore e il suo team stanno attualmente lavorando per rendere il processo adatto all’uso industriale e per velocizzarlo in modo tale da consentire il trattamento di diversi metri al secondo di film PVC nelle lavorazioni roll-to-roll.