專利名稱：血液采集管組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對容器，尤其是塑料血液采集管提供一種有效阻擋氣體和水滲透的多層阻擋涂層。
隨著人們越來越強(qiáng)調(diào)使用塑料醫(yī)用產(chǎn)品，特別需要尋求改進(jìn)由聚合物制成的制品的阻擋層特性。
這類由改進(jìn)其阻擋層特性可獲取相當(dāng)效益的醫(yī)用產(chǎn)品包括，但不限于，采集管，特別是用于血液采集的采集管。
血液采集管對適用于醫(yī)學(xué)應(yīng)用中有一些性能標(biāo)準(zhǔn)要求。這些性能標(biāo)準(zhǔn)包括一年期限內(nèi)具有保持約90％以上的原始抽取體積，并可輻射消毒和不干擾實(shí)驗(yàn)和分析。
由此需要尋求改進(jìn)由聚合物制成的制品的阻擋層特性，尤其是某些性能標(biāo)準(zhǔn)要得到滿足的塑性抽血液采集管和在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中有效和可用的制品。
本發(fā)明涉及一種在預(yù)先形成的復(fù)合材料容器的內(nèi)外表面上沉積了多層有機(jī)和無機(jī)涂層材料的塑料復(fù)合材料容器。合乎需要的是阻擋涂層材料具有施加到預(yù)先形成的復(fù)合材料容器的外表面上的聚合物材料的第一層，具有施加到第一層上的有機(jī)和無機(jī)材料序列涂層的第二層和施加到第二層上的有機(jī)材料的第三層。
第一層(底涂層)最好是高交聯(lián)的丙烯酸酯聚合物。涂層可以在容器的內(nèi)表面區(qū)域，外表面區(qū)域，或內(nèi)外表面區(qū)域上形成。
第二層最好是序列的多個(gè)有機(jī)和無機(jī)涂層。優(yōu)選地序列涂層可用如下等于表示第二層＝∑(無機(jī)涂層+有機(jī)涂層+無機(jī)涂層)n其中n＝0-10。
更優(yōu)選地?zé)o機(jī)涂層是硅氧化物組合物，例如SiOx(其中x為1.0-2.5)；或氧化鋁基組合物。更優(yōu)選地有機(jī)涂層是高交聯(lián)的丙烯酸酯聚合物。
任選地，阻擋涂層的第三層最好是一種有機(jī)阻擋組合物，例如聚偏二氯乙烯(PVDC)，最好是施加在第二層上。
優(yōu)選地，底涂層是一種單丙烯酸酯(即丙烯酸異冰片基酯)和二丙烯酸酯單體(即環(huán)氧二丙烯酸酯或二丙烯酸聚氨酯)的混合物，如US 4490774，4696719，4647818，4842893，4954371和5032461中所公開的，將這些公開件引入本文作為參考。底涂層通過電子束或紫外線照射源固化。
合乎要求的是第一層主要是由交聯(lián)組分形成，它們選自聚丙烯酸酯和聚丙烯酸酯和單丙烯酸酯的混合物，其平均分子量為150-1000，標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力下的蒸汽壓為1×10-6-1×10-1乇。更優(yōu)選地，該材料是二丙烯酸酯。
優(yōu)選地，丙烯酸酯底涂層的厚度為約1-約10微米，更優(yōu)選地為約1-約5微米。
沉積在第一層上的第二層最好具有序列的多個(gè)涂層，該涂層包含由硅氧化物基組合物例如SiOx組成的涂層，它們是由可揮發(fā)的有機(jī)化合物獲得的和丙烯酸酯。
硅氧化物基組合物提供了一種致密，蒸汽不可滲透性的涂層，優(yōu)選地，硅氧化物基涂層的厚度為約100-2000埃(A)，更優(yōu)選地為約500-1000埃。5000埃以上的涂層會出現(xiàn)開裂，由此不能有效地作為阻擋層。
丙烯酸酯提供了用于沉積無機(jī)涂層的平臺。優(yōu)選地，丙烯酸酯涂層的厚度為約0.1-10微米，更優(yōu)選地為約0.5-3微米。
任選地，第三層可以沉積在第二層上，它們最好包含偏二氯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸酯丙烯酸聚合物(PVDC)，熱固性環(huán)氧化物涂層，聚對亞苯基二甲苯聚合物或聚酯。
優(yōu)選地，PVDC層的厚度為約2-15微米，更優(yōu)選地為約3-5微米。
向容器涂覆第一層的方法最好是在真空室中進(jìn)行的，在真空室中可固化的單體組分被計(jì)量加到經(jīng)加熱的蒸發(fā)器體系中，在該體系中該材料被霧化，蒸發(fā)和冷凝在容器的表面上。在單體沉積到容器的表面上后，通過合適的裝置例如電子束固化裝置進(jìn)行固化?？芍貜?fù)沉積和固化步驟直到已經(jīng)達(dá)到了所要求數(shù)量的沉積層。
沉積硅氧化物基涂層的方法如下(a)用涂有氧的第一等離子體預(yù)處理容器上的第一層；(b)向等離子體中可控地流入包含有機(jī)硅化合物的氣流；和(c)向第一層上沉積硅氧化物，與此同時(shí)在沉積過程中使壓力保持在約500微米Hg以下。
盡管預(yù)處理步驟是任選地，但是可以確信預(yù)處理步驟改進(jìn)了第二層和第一層之間的粘合質(zhì)量。
最好將有機(jī)硅化合物與氧和任選地氦或其他惰性氣體如氬或氮混合，并且在沉積過程中最好磁性約束至少部分等離子體于靠近第一層的表面，更為優(yōu)選地是通過未經(jīng)平衡的磁控管進(jìn)行。
通過浸漬或噴霧使PVDC涂覆在第二層上，然后在約50℃下用空氣干燥。
更為優(yōu)選地，在基體(如塑料采集管)上沉積阻擋涂層的方法包括如下步驟(a)選擇一種包含i)多官能的丙烯酸酯，或ii)單丙烯酸酯和多官能丙烯酸酯的混合物的可固化的組分；(b)閃蒸該組分到該室中；(c)向該容器的外表面上冷凝蒸發(fā)組分的第一層膜；(d)固化該膜；(e)蒸發(fā)一種有機(jī)硅組分并將經(jīng)蒸發(fā)的有機(jī)硅組分與一種氧化劑組分和任選地一種惰性氣體組分混合，形成一種室外氣流；(f)在該室內(nèi)由一束或多束氣流組分產(chǎn)生輝光放電等離子體；(g)向等離子體中可控流入該氣流，同時(shí)在其中約束至少部分等離子體；(h)靠近第一層上沉積硅氧化物的涂層；(i)重復(fù)上述步驟(a)-(d)，從而在硅氧化物涂層上沉積丙烯酸酯涂層；和(j)重復(fù)上述步驟(e)-(h)，從而在所述丙烯酸酯涂層上沉積硅氧化物涂層。
任選地，該方法還包括(k)在硅氧化物涂層上浸漬涂覆PVDC。
任選地，在硅氧化物涂層上浸漬涂覆PVDC之前可重復(fù)步驟(i)-(j)約1-10次。
任選地，容器和/或第一層在被涂覆第二層涂層之前可進(jìn)行火焰處理或等離子體氧處理或電暈放電處理。
用多層阻擋涂層，包括底涂層，和氧化物涂層和上涂層涂覆的塑料管基本上能比現(xiàn)有技術(shù)中沒有阻擋材料涂層的由聚合物組合物和其混合物組成的管或僅含有氧化物涂層的管更好地保持真空空間，抽取體積和其機(jī)械完整性。另外，管的抗沖擊性比玻璃的好。更為顯著地是多層涂層的透明度和抗沖擊、耐磨損的持久性。
更優(yōu)選地，本發(fā)明的容器是血液采集裝置。該血液采集裝置既可以是一種抽真空血液采集管，也可以是一種未抽真空的血液采集管。最好該血液采集管由聚對苯二甲酸乙酯，聚丙烯，聚萘二甲酸乙酯或其共聚物制成。
印刷可以在涂覆到有關(guān)容器上的多層阻擋涂層上進(jìn)行。例如在阻擋涂層上可以印刷包括產(chǎn)品鑒定，條型碼，商標(biāo)名稱，公司標(biāo)志，批號，有效期和其他數(shù)據(jù)和信息。此外，在阻擋涂層上可以施加無光光潔度或電暈放電表面，以使該表面適于在標(biāo)簽上記錄附加情報(bào)。另外，例如可以在阻擋涂層上貼上壓力敏感的粘合標(biāo)簽以便適應(yīng)各種醫(yī)院的過多標(biāo)簽。
優(yōu)選地，本發(fā)明的多層阻擋涂層具有透明或無色的外觀并可以在其上施加印刷的內(nèi)容。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是降低三維物體的氣體滲透性，這是用常規(guī)的采用薄膜沉積的方法所不能實(shí)現(xiàn)的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明中丙烯酸酯有機(jī)材料提供了用于產(chǎn)生致密SiOx阻擋材料的平臺。
還發(fā)現(xiàn)高交聯(lián)的丙烯酸酯層改進(jìn)了塑料表面和SiOx之間的粘結(jié)，并且全面地改進(jìn)了涂層體系的熱力學(xué)穩(wěn)定性。另外，丙烯酸酯底涂層具有平整化(planarization)(均化)涂層，在聚合物表面上覆蓋顆粒和不完整性以及減少沉積無機(jī)層上的缺陷密度的作用。由于丙烯酸酯是極性物質(zhì)，該極性對SiOx和丙烯酸酯之間的良好的結(jié)合形成提供了途徑，所以丙烯酸酯還具有良好的結(jié)合特性。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在由聚丙烯制成的塑料管和丙烯酸酯之間形成了良好的結(jié)合。因此，本發(fā)明提供了主要是改進(jìn)聚丙烯管阻擋層特性的方法。通過表面預(yù)處理方法例如火焰或氧等離子體處理可進(jìn)一步改進(jìn)丙烯酸酯涂層和氧化物涂層的粘結(jié)特性。，由于改進(jìn)了SiOx的表面覆蓋層，因此制品的滲透性明顯地降低，而覆蓋層是通過在塑料制品表面上施加了丙烯酸酯的底涂層獲得的。
因?yàn)镻VDC層堵塞了SiOx涂層上的缺陷和/或不規(guī)則性而改進(jìn)了SiOx層。此外，PVDC涂層改進(jìn)了SiOx涂層的耐磨性。
用本發(fā)明的多層阻擋涂層涂覆的塑料血液采集管將不會干擾通常對管中血液進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和分析。這類實(shí)驗(yàn)包括，但不限于常規(guī)化學(xué)分析，生物惰性，血液學(xué)，血液化學(xué)，血型，毒性分析或治療藥物監(jiān)控和其它包括體液的臨床實(shí)驗(yàn)。此外，用阻擋涂層涂覆的塑料血液采集管能夠經(jīng)受自動機(jī)械如離心機(jī)的處理，并且在消毒過程中可以接觸一定量的輻照，而基本上沒有改變光學(xué)或機(jī)械和功能特性。


圖1是具有塞子的典型血液采集管的透視圖。
圖2是沿圖1線2-2剖開的縱向剖面圖。
圖3是類似于圖1的管子，沒有塞子但具有多層阻擋涂層的管形容器的縱向剖面圖。
圖4是類似于圖1的管子，具有塞子和多層阻擋涂層的管形容器的縱向剖面圖。
圖5是說明具有類似于圖1塞子和多層阻擋涂層(包括其管子和塞子)的管子的本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施方案的縱向剖面圖。
圖6是說明閃蒸裝置的局部放大截面圖。
圖7是說明等離子體沉積體系。
圖8是說明沉積在基體上的層的示意圖。
可將本發(fā)明概括成其他的具體形式，但不限于僅僅用于舉例而詳細(xì)描述的任何具體方案。在不違背本發(fā)明的范圍和精神下對于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說各種其他的改變是顯而易見的并且易于實(shí)施。本發(fā)明的范圍將由所附的權(quán)利要求和其等效范圍確定。
參見附圖，其中相同的參考數(shù)代表全部幾幅圖的相同部件，圖1和圖2表示了典型的血液采集管10，它具有從開口端16延伸到封閉端18的側(cè)壁11和配有底部環(huán)形部分或塞側(cè)緣15的塞子14，側(cè)緣延伸入內(nèi)并壓向側(cè)壁的內(nèi)表面12用于就地保持塞子14。
圖2圖示說明了在血液采集管中真空有三種改變機(jī)理(A)通過塞子材料的氣體滲透；(B)通過管的氣體滲透和(C)在塞子和管接觸處的泄漏。因此當(dāng)沒有氣體滲透和沒有泄漏存在時(shí)，將具有良好的真空空間和良好的抽取體積保持。
圖3示出了本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，一個(gè)用至少兩層阻擋材料涂覆的塑料管，優(yōu)選的實(shí)施方案包括許多基本上與圖1和2部件相同的部件。因此，起類似作用的類似部件用與圖1和2的那些部件相同的數(shù)字標(biāo)記，只是在圖3中使用下標(biāo)“a”標(biāo)記那些部件。
現(xiàn)在參見圖3，本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案采集管組件20包括塑料管10a，它具有從開口端16a延伸到密封端18a的側(cè)壁11a。阻擋涂層25除開口端16a外貫穿管外表面的主要部分。阻擋涂層25具有聚合物材料例如丙烯酸酯的第一層26，多個(gè)序列的無機(jī)和有機(jī)涂層的第二層27和有機(jī)上涂層例如PVDC的第三層。第二層最好具有用下式表示的多個(gè)序列涂層第二層＝∑(無機(jī)涂層+有機(jī)涂層+無機(jī)涂層)n其中n＝0-10。
圖4說明本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，其中采集管組件40具有原位密封管42的開口端41的塞子48。正如所看到的，側(cè)壁43從開口端41延伸到密封端44，塞子48具有貫穿管42頂部邊緣的環(huán)形上部50。塞子48具有底部環(huán)形部分或塞側(cè)緣49，塞側(cè)緣伸入并壓向側(cè)壁43的側(cè)面內(nèi)表面46中用于原位保持塞子48。塞子還具有隔片部分52用來插入套管。
因此，使用者一旦取到內(nèi)含試樣的如圖4所示的容器時(shí)就可以通過隔片52插入套管，以部分和全部地提取管42中的內(nèi)含物，以對該試樣進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。覆蓋管長主要部分的是多層阻擋涂層45。多層阻擋涂層45基本上覆蓋了除管子開口端41外的絕大部分。多層阻擋涂層45具有聚合物材料的第一層54，多個(gè)序列無機(jī)和有機(jī)材料例如硅氧化物和丙烯酸酯的第二層和有機(jī)阻擋材料例如PVDC的第三層。圖4與圖3的實(shí)施方案的不同之處在于該管在管子上涂覆了層54和56后在置入塞子48的同時(shí)可被抽真空。另外，在已經(jīng)抽真空后可向管子上涂覆多層阻擋涂層。
圖5表示阻擋涂層和管子的另一個(gè)實(shí)施方案。另一實(shí)施方案的作用與圖4所示的實(shí)施方案類似。因此，起著類似作用的類似部件用與圖4實(shí)施方案中的那些部件相同的數(shù)字標(biāo)記，只是在圖5中使用下標(biāo)“a”標(biāo)記那些部件。
現(xiàn)在參見圖5，在本發(fā)明另一實(shí)施方案60中，多層阻擋涂層45a包覆了塞子48a的上部50a以及管42a的整個(gè)外表面。多層阻擋涂層45a在管子和塞子交界面具有鋸齒面62。對齊鋸齒面以便可測定密封的容器是否被損壞。這類實(shí)施方案可被用來例如用塞子原位密封容器。一旦試樣已經(jīng)被裝入該管中，那么試樣就不會由于塞子的除去受到損壞。另外，可對齊鋸齒面以便可測定密封的容器是否被損壞。這種構(gòu)造例如在誤用藥物實(shí)驗(yàn)，樣品鑒定和質(zhì)量控制中是適用的。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，多層阻擋涂層45被重復(fù)地或依次地涂覆到管的內(nèi)和/或外表面上。優(yōu)選地，至少涂覆兩次。
作為本領(lǐng)域的專業(yè)人員應(yīng)該清楚，這類管子可在管內(nèi)壁上包含添加劑或涂層形式的試劑。
多層阻擋涂層基本上形成了清晰或透明的阻擋層。因此具有至少兩層阻擋材料的多層阻擋涂層的塑料管的內(nèi)含物對于觀察者來說基本上是可見的，同時(shí)鑒定的內(nèi)容在被裝入到塑料管中后可在多層阻擋涂層上標(biāo)記。
多層阻擋涂層的第一層可以通過浸漬涂覆。滾動涂覆或噴涂丙烯酸酯單體或單體的混合物，接著通過UV固化過程而在管子上形成。
丙烯酸酯聚合物材料也可通過US 5032461中描述的蒸發(fā)和固化方法而涂覆到管子上，該公開件引入本文作為參考。
丙烯酸酯蒸發(fā)和固化方法包括首先將丙烯酸酯單體霧化成50微米的液滴，然后將它們閃蒸出加熱的表面，從而產(chǎn)生一種與原始單體相同化學(xué)性的丙烯酸酯分子蒸汽。
幾乎具有任何化學(xué)要求的丙烯酸酯是可以買到的。它們通常是每個(gè)分子具有一個(gè)，兩個(gè)或三個(gè)丙烯酸酯基團(tuán)。本發(fā)明中可使用單-，二-和三-丙烯酸酯的各種混合物。最優(yōu)選地是單丙烯酸酯和二丙烯酸酯。
丙烯酸酯是化學(xué)制劑中反應(yīng)性最強(qiáng)的一種。當(dāng)將它們暴露到UV或電子束輻射中時(shí)迅速固化，形成一種交聯(lián)的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)賦予涂層耐高溫和耐磨特性。
所使用的單體物質(zhì)具有比較低的分子量，為150-1000，優(yōu)選地為200-300，并在標(biāo)準(zhǔn)溫度和壓力的蒸汽壓為約1×10-6-1×10-1乇(即具有比較低沸點(diǎn)的物質(zhì))。蒸汽壓約為1×10-2乇是優(yōu)選的。多官能丙烯酸酯是特別優(yōu)選的。所使用的單體具有至少兩個(gè)雙鍵(即大多數(shù)的烯基)。本發(fā)明中使用的高蒸汽壓單體可以在低溫下蒸發(fā)，因此在加熱過程中不會被降解。不存在未反應(yīng)的降解產(chǎn)品意味著由這些低分子量，高蒸汽壓單體形成的膜具有降低組成的揮發(fā)量。結(jié)果基本上所有沉積的單體是反應(yīng)性的，并當(dāng)暴露到輻射源中時(shí)固化成一層完整的膜。盡管該膜很薄，但是這些特性可使其提供基本上連續(xù)的涂層。經(jīng)固化的膜具有極好的粘結(jié)性并且抗有機(jī)溶劑和無機(jī)鹽的化學(xué)侵蝕。
由于丙烯酸酯的反應(yīng)性，物理特性和由這些組分形成的固化膜的特性，所以多官能的丙烯酸酯是特別適用的單體材料。這類多官能丙烯酸酯的通式是
其中R1是脂肪族，脂環(huán)族或混合的脂肪族-脂環(huán)族基團(tuán)；R2是氫，甲基，乙基，丙基，丁基或戊基；和n為2-4。
這類多官能丙烯酸酯也可以與各種單丙烯酸酯結(jié)合使用，例如具有下式的那些單丙烯酸酯
其中R2定義如上；X1是H、環(huán)氧物、1，6-己二醇、三丙二醇或尿烷；和r，s是1-18。
X3是CN或COOR3，其中R3是具有1-4個(gè)碳原子的烷基。大多數(shù)情況下X3是CN或COOCH3。
具有下式的二丙烯酸酯是特別優(yōu)選的
其中X1，r和和s定義如上。
固化是通過打開反應(yīng)分子的雙鍵而實(shí)現(xiàn)的。固化可通過能源例如發(fā)射紅外，電子或紫外輻射的裝置而實(shí)現(xiàn)。
圖6說明了涂覆丙烯酸酯涂層的方法。一種丙烯酸酯單體100直接通過一個(gè)高頻蒸發(fā)器102，然后通過一個(gè)超聲霧化器104并被輸入到真空室106中。單體液滴被超聲霧化，經(jīng)蒸發(fā)的液滴冷凝在旋轉(zhuǎn)的管子上或裝在轉(zhuǎn)筒108上的膜上。
經(jīng)冷凝的單體液體隨后通過電子束槍110輻射固化。
多層阻擋涂層的第二層，一種無機(jī)材料，可通過射頻放電，直接或雙離子束沉積，濺射或等離子體化學(xué)蒸汽沉積而在丙烯酸酯涂層上形成，如USP4698256，4809876，4992298和5055318所描述的，這些公開件引入本文作為參考。
例如，通過在預(yù)先抽真空的室中產(chǎn)生一種輝光放電等離子體而提供一種沉積氧化物涂層的方法。等離子體是從一種或多種氣流組分中產(chǎn)生的，優(yōu)選地是從氣流本身中產(chǎn)生的。制品置于等離子體中，優(yōu)選地靠近約束的等離子體，氣流可控地流入到等離子體中。硅氧化物基薄膜沉積在基體上直到達(dá)到所要求的厚度。氧化物涂層的厚度為約100-10000埃。當(dāng)厚底低于約500埃時(shí)不能提供足夠的阻擋層，而當(dāng)厚度大于約5000埃時(shí)會龜裂，因而降低了有效的阻擋層。更優(yōu)選地，氧化物涂層的厚度為約1000-3000埃。
沉積氧化物涂層的另一個(gè)方法是用磁鐵約束等離子體。優(yōu)選地，在基體上沉積硅氧化物基薄膜的磁化增強(qiáng)方法是在預(yù)先抽真空的由氣流輝光放電的室中進(jìn)行的。氣流最好含有至少兩種組分可揮發(fā)的有機(jī)硅組分，氧化劑組分例如氧，氧化亞氮，二氧化碳或空氣和一種任選的惰性氣體。
在等離子體沉積方法中用于氣流的適用的有機(jī)硅化合物的實(shí)例是在環(huán)境溫度下呈液態(tài)或氣態(tài)的物質(zhì)，當(dāng)揮發(fā)時(shí)具有的沸點(diǎn)為約0-150℃，這些物質(zhì)包括二甲基甲硅烷，三甲基甲硅烷，二乙基甲硅烷，丙基硅烷，苯基硅烷，六甲基乙硅烷，1，1，2，2-四甲基乙硅烷，雙(三甲基甲硅烷)甲烷，雙(二甲基甲硅烷基)甲烷，六甲基二硅氧烷，乙烯基三甲氧基硅烷，乙烯基三乙氧基硅烷，乙基甲氧基硅烷，乙基三甲氧基硅烷，二乙烯基四甲基二硅氧烷，六甲基二硅氮烷，二乙烯基六甲基三硅氧烷，三乙烯基五甲基三硅氧氮烷(trivinyl pentamethyl trisiloxazane)，四乙氧基硅烷和四甲氧基硅烷。
優(yōu)選的有機(jī)硅是1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，三甲基甲硅烷，六甲基二硅氧烷，乙烯基三甲基硅烷，甲基三甲氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷和六甲基二硅氮烷。這些優(yōu)選的有機(jī)硅化合物具有的沸點(diǎn)分別為71℃、55.5℃、102℃、123℃和127℃。
任選的惰性氣體的氣流優(yōu)選地是氦，氬或氮。
揮發(fā)性有機(jī)硅組分在流入室內(nèi)之前最好與氧組分和惰性氣體組分混合。通過流動控制器而控制這樣混合的這些氣體的量以便調(diào)節(jié)控制氣流組分的流速比。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的各種任選的方法可用來測定沉積室中沉積膜的厚度，或在制品從沉積室中移出后可測定膜的厚度。
本發(fā)明的沉積方法最好是在比較高的電力和相對低的壓力下進(jìn)行的。在沉積過程中，應(yīng)使壓力保持在低于約500毫乇(mTorr)，優(yōu)選地，在膜的沉積過程中該室的壓力應(yīng)保持在約43-約490毫乇。體系的壓力越低，沉積的速度越慢，而體系的壓力越高，沉積的速度越快。當(dāng)待涂層的塑料制品是熱敏感的時(shí)，可使用較高的體系壓力，以便在沉積期間使基體經(jīng)受的熱量達(dá)到最小，這是因?yàn)閷τ诘蚑g(玻璃化溫度)的聚合物例如聚丙烯和PET(tg分別為-10℃和60℃)來說應(yīng)避免基體溫度過高。
使基體與沉積體系電性隔離(除了與等離子體電性接觸外)，并且在沉積期間使基體處在低于約80℃的溫度下。即不用考慮加熱基體。
參見圖7，用于沉積硅氧化物基薄膜的體系包括一個(gè)封閉的反應(yīng)室170，在該反應(yīng)室中，形成等離子體，并其中基體和管子171被置于試樣支承體172上用來沉積材料的薄膜?；w可以是任何真空相容性材料，例如塑料。一股或多股氣體通過氣體輸送體系173被輸送到該反應(yīng)室中。通過電力供給裝置174產(chǎn)生電場。
反應(yīng)室可以是進(jìn)行任何增強(qiáng)等離子體化學(xué)蒸汽沉積(PECVD)或等離子體聚合方法的合適類型。此外，可以改變反應(yīng)室，以便在一個(gè)反應(yīng)室中同時(shí)用氧化物層涂覆一個(gè)或多個(gè)制品。
室的壓力是通過閥190由與室170連接的機(jī)械泵188控制。
首先將待涂覆的管裝在室170的試樣支承體172上。室的壓力通過機(jī)械泵188降至約5毫乇。用于PEVCD或等離子體聚合工藝的室的操作壓力為約90-140毫乇，并且是通過單體輸入口174將工藝氣體，氧和三甲基甲硅烷流入該室中而實(shí)現(xiàn)的。
薄膜被沉積在管的外表面上，并具有所要求的均勻厚度或者沉積工藝可以周期性地被中斷，以使基體和/或電極的熱量達(dá)到最小和/或從該制品上機(jī)械地除去特定的物質(zhì)。
磁鐵196和198置于電極200的后面，從而在管的周圍的等離子范圍內(nèi)產(chǎn)生合適的磁場和電場的混合場。
該體系適于低頻操作。頻率的實(shí)例為40kHz。但是，在更高的頻率例如在幾兆赫茲的射頻范圍內(nèi)操作時(shí)具有一些優(yōu)點(diǎn)。
按照本公開文本，所使用的硅氧化物基薄膜或其混合物可含有一些常規(guī)添加劑和對由此制成的制品的特性無負(fù)作用的成分。
多層阻擋涂層的第三層可通過浸漬涂覆、滾動涂覆或噴涂聚偏二氯乙烯或均聚物或共聚物的水乳濁液，接著通過空氣干燥形成在第二層上。
第三層優(yōu)選地是1，1-二氯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物，熱固性環(huán)氧化物涂層，聚對亞苯基二甲基聚合物，或聚酯。
優(yōu)選地，第三層是聚對亞苯基二甲基聚合物。聚對亞苯基二甲基是由美國聯(lián)合碳化公司(Union Carbide Corporation)研制的聚合物系列成員的一般名稱。被稱為聚對亞苯基二甲基N的系列的基本成員是聚對亞苯基二甲基(poly-P-exlylene)，直鏈結(jié)晶材料
聚對亞苯基二甲基C，聚對亞苯基二甲基系列的第二成員是由象聚對亞苯基二甲基N一樣的相同單體產(chǎn)生的，并通過用氯原子取代芳香烴中的一個(gè)氫而得到改性。
聚對亞苯基二甲基D，聚對亞苯基二甲基系列的第三成員是由象聚對亞苯基二甲基N一樣的相同單體產(chǎn)生的，并通過用氯原子取代芳香烴中的二個(gè)氫而得到改性。
更優(yōu)選地，聚合物層是1，1-二氯乙烯-甲基丙烯酸酯甲酯-甲基丙烯酸酯丙烯酸聚合物(PVDC)。該聚合物可以買到，商品名為DARAN(R)8600-C(W.R.Grace和Co.的商標(biāo))，由GRACE，Organic Chemicals Division，Lexington，Mass銷售。
阻擋涂層的第三層，一種聚合物材料，可以是通過類似于真空金屬噴鍍的方法在第二層上涂覆聚對亞苯基二甲基聚合物，如美國專利US 3342754和3300332中所描述的，這些公開件引入本文作為參考。另外，第三層可以是1，1-二氯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物，它是通過浸漬涂覆，滾動涂覆和噴涂一種聚合物的水乳濁液，接著通過空氣干燥該涂層而涂覆到第二層上的，如US 5093194和4497859所描述的，這些公開件引入本文作為參考。
如圖8所示，丙烯酸酯涂層A和硅氧化物基涂層B具有缺陷或不規(guī)則性C?？梢源_信僅用硅氧化物基涂層和丙烯酸酯涂層不能實(shí)現(xiàn)基體D的完全覆蓋，盡管用序列的硅氧化物和丙烯酸酯涂層基本上減少了缺陷和不規(guī)則性，但是PVDC的最后涂層，E，可以涂覆在最后的硅氧化物涂層上，而在基體表面上產(chǎn)生完全的阻擋層。
通過本發(fā)明的方法用阻擋涂層可以涂覆各種基體。這類基體包括，但不限于，包裝材料、容器、瓶、缸、管和醫(yī)藥裝置。
用多層阻擋涂層涂覆的塑料血液采集管將不干擾對管中血液進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和分析。這類實(shí)驗(yàn)包括，但不限于，常規(guī)化學(xué)分析、生物惰性、血液學(xué)、血液化學(xué)、血型、毒性分析或治療藥物監(jiān)控和其他包括體液的臨床實(shí)驗(yàn)。此外，用阻擋涂層涂覆的塑料血液采集管能夠經(jīng)受自動機(jī)械如離心機(jī)的處理，并且在消毒法中可以暴露在一定程度的輻照中，而基本上不改變光學(xué)或機(jī)械和功能特性。
用多層阻擋涂層涂覆的塑料血液采集管在一年的期限內(nèi)能保持達(dá)到90％的原始抽取體積。抽取體積的保持取決于管內(nèi)存在的極小量的真空或降低的壓力。抽取體積的改變直接與真空(降低的壓力)的改變成正比。因此，抽取體積的保持取決于良好的真空保持。用阻擋涂層涂覆的塑料管基本上阻止了通過該管材料的氣體滲透，以便保持和增加管的真空保持和抽取體積的保持。不具有本發(fā)明多層涂層的塑料管在約3-4個(gè)月中可保持約90％的抽取體積。
如果將多層阻擋涂層也涂覆或施加在塑料血液采集管的內(nèi)表面上，那么該阻擋涂層可以是血液排斥的(hemorepellent)和/或具有血塊活化劑的特性。
應(yīng)該清楚，根據(jù)本發(fā)明塑料復(fù)合材料容器是否被抽真空并沒有區(qū)別。容器外表面上的阻擋涂層的存在具有保持裝有試樣的容器的一般完整性的作用，以便可對它們進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚?，而對使用者沒有任何污染。涂覆或施加到容器上的阻擋涂層的透明度是顯著的并且具有耐磨損和耐擦傷性。
用于本發(fā)明的阻擋涂層可以含有常規(guī)的添加劑和對由此制成的制品的特性沒有負(fù)作用的成分。
下面的實(shí)施例僅僅是舉例，而不是對本發(fā)明的任何具體實(shí)施方案的限制。
實(shí)施例1用多層阻擋涂層涂覆塑料基體的方法在室內(nèi)向聚丙烯管和具有各種厚度的膜(基體)上涂覆一層丙烯酸酯涂層，在該室內(nèi)將三聚丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)輸入到蒸發(fā)器中，在約343℃下閃蒸到該室內(nèi)的基體上并進(jìn)行冷凝。然后將經(jīng)冷凝的單體膜通過電子束槍進(jìn)行電子束固化。
然后用含等量的微量洗滌劑和脫離子水(DI)溶液的混合物清洗涂有丙烯酸酯涂層(TPGDA)的基體。將該基體在DI水中充分地漂洗，隨后進(jìn)行空氣干燥。接著將經(jīng)清洗的基體堆積在室溫下的真空中直到它們被涂覆。
然后將經(jīng)清洗的基體固定到支承體上，支承體位于玻璃真空室的電極的中間。使該室密閉，用機(jī)械泵使基礎(chǔ)壓力達(dá)到5毫乇。
電極構(gòu)型是內(nèi)部電容地與鈦電極背面上的永久性磁鐵偶合。該特殊的構(gòu)型因電子和反應(yīng)氣體分子之間碰撞機(jī)率增加而提供了約束電極間的輝光的能力。施加磁場的最后結(jié)果與施加到電極上的增加的電力類似，但沒有更高撞擊能量和增加的基體熱量的缺點(diǎn)。使用磁控管放電允許在較低的壓力下操作并基本上增加聚合物沉積速度。
由三甲基甲硅烷(TMS)和氧的混合物組成的單體通過靠近電極的不銹鋼管輸入。氣體在被輸入到室內(nèi)之前在單體入口管中被混合。流速通過不銹鋼計(jì)量閥人工控制。使用在40kHz的聲頻下操作的供電向電極提供電力。用于在聚合物基體上等離子體聚合TMS/O2的薄膜沉積的體系參數(shù)如下表面預(yù)處理TMS流 ＝0sccm基礎(chǔ)壓力 ＝5毫乇氧氣流量 ＝10sccm體系壓力 ＝140毫乇電力 ＝50瓦時(shí)間 ＝2分鐘氧化物沉積TMS流 ＝0.75-1.0sccm氧氣流量 ＝2.5-3.0sccm體系壓力 ＝90-100毫乇電力 ＝30瓦沉積時(shí)間 ＝5分鐘在薄膜沉積后，使反應(yīng)器冷卻。然后打開反應(yīng)器，取出基體。
重復(fù)涂覆丙烯酸酯涂層，隨后進(jìn)行氧化物沉積的工藝。
然后通過浸漬涂覆PVDC共聚物的含水乳液的保護(hù)頂涂層并在65℃下固化10分鐘，得到平均厚度約為6微米的最后涂層。
實(shí)施例2用多層阻擋涂層涂覆塑料基體的方法在室內(nèi)向聚丙烯管和膜(基體)上涂覆一層丙烯酸酯涂層，在該室內(nèi)將60∶40的丙烯酸異冰片酯∶環(huán)氧二丙烯酸酯(IBA∶EDA)的混合物輸入到蒸發(fā)器中，在約343℃下閃蒸到該室內(nèi)的基體上并進(jìn)行冷凝。然后將經(jīng)冷凝的單體膜通過365nm的光化的光源進(jìn)行UV固化。
然后用含等量的微量洗滌劑和脫離子水(DI)溶液的混合物清洗用丙烯酸酯涂層(IBA∶EDA)涂覆的基體。將該基體在DI水中充分地漂洗，隨后進(jìn)行空氣干燥。接著將經(jīng)清洗的基體堆積在室溫下的真空中直到它們被涂覆。
然后將經(jīng)清洗的基體固定到支承體上，支承體位于玻璃真空室的電極的中間。使該室密閉，用機(jī)械泵使基礎(chǔ)壓力達(dá)到5毫乇。
電極構(gòu)型內(nèi)部電容地與鈦電極背面上的永久性磁鐵偶合。該特殊的構(gòu)型因電子和反應(yīng)氣體分子之間磁撞擊率增加而提供了約束電極之間的輝光的能力。施加磁場的最后結(jié)果與施加到電極上的增加的電力類似，但沒有更高撞擊能量和增加的基體熱量的缺點(diǎn)。使用磁控管放電允許在較低的壓力下操作并基本上增加聚合物沉積速度。
由三甲基甲硅烷(TMS)和氧的混合物組成的單體通過靠近電極的不銹鋼管輸入。氣體在被輸入到室內(nèi)之前在單體入口管中被混合。流速通過不銹鋼計(jì)量閥人工控制。使用40kHz的聲頻下操作的供電向電極提供電力。用于在聚合物基體上等離子體聚合TMS/O2的薄膜沉積的體系數(shù)如下表面預(yù)處理TMS流＝0sccm基礎(chǔ)壓力 ＝5毫乇氧氣流量 ＝10sccm體系壓力 ＝140毫乇電力 ＝50瓦時(shí)間 ＝2分鐘氧化物沉積TMS流＝0.75-1.0sccm氧氣流量 ＝2.5-3.0sccm體系壓力 ＝90-100毫乇電力 ＝30瓦沉積時(shí)間 ＝5分鐘在薄膜沉積后，使反應(yīng)器冷卻。然后打開反應(yīng)器，取出具有多層阻擋涂層的基體。
重復(fù)涂覆丙烯酸酯涂層，隨后進(jìn)行氧化物沉積的工藝。
然后通過浸漬涂覆PVDC共聚物的含水乳液的保護(hù)頂涂層并在65℃下固化10分鐘，得到平均厚度約為6微米的最后涂層。
實(shí)施例3具有和沒有多層阻擋涂層的基體的比較下面評價(jià)按上述實(shí)施例1和2制備的所有基體在氧化物涂層中的氧滲透(OTR)。
(i)氧滲透(OTR)采用MOCON Ox-TRAN 2/20(由Modern Controls，股份有限公司銷售，7500 Boone Avenue N.，Minneapolis，MN 55428)對膜或板試樣試驗(yàn)其氧滲透(OTR)。使膜試樣的單側(cè)暴露在1大氣壓的100％氧氣氛中。透過該試樣膜的滲透的氧夾帶在該膜的另一側(cè)的氮?dú)廨d氣流中并用庫侖傳感器檢測。產(chǎn)生的電信號與透過試樣的氧量成正比。試樣在30℃和0％的相對濕度(R.H.)下進(jìn)行測驗(yàn)。在測定試樣的氧滲透之前使樣品適應(yīng)1-20小時(shí)。結(jié)果示于表1中，單位為cc/m2-atm-天。
采用MOCON Ox-TRAN 1000(由Modern Controls，股份有限公司銷售，7500 Boone Avenue N.，Minneapolis，MN 55428)測試管試樣的氧滲透(OTR)。采用連接器固定管，以使管的外側(cè)浸入100％O2氣氛中，同時(shí)管的內(nèi)側(cè)用氮載氣沖洗。然后將該管在20℃和50％R.H.下進(jìn)行試驗(yàn)。在測定管的穩(wěn)定滲透性之前，使它們平衡2-14天。結(jié)果示于表1中，單位為cc/m2-atm-天。
表1試樣 丙烯酸酯 SiOx丙烯酸酯 SiOxPVDC氧透過率涂層 涂層 涂層 涂層 涂層 (cc/m2-atm-天)30°，0％RHPP膜，對比 無 無無無無 1500PP板無 有無無無 37PP板 TPGDA有無無無 3.5PP板無 無無無無 65PP板有 有無無有 0.04PP管，對比 無 無無無無 70PP管 IBA∶DA 無無無無 70PP管無 有無無無 40～60PP管 IBA∶DA 有無無無 4.3～6.4PP管 IBA∶DA 有無無有 2.5PP管 TPGDA 有無無有 5PC膜，對比 無 無無無無 1700PC膜110 無無無無 559PC膜110 有無無無 6.4～8.3PC膜110 有110 有無 0.1～0.2PC膜無 有無無無 8IBA∶DA＝異降冰片∶環(huán)氧二丙烯酸酯(60∶40)，UV固化的TPGDA＝三聚丙二醇二丙烯酸酯，電子束固化的SiOx涂層＝1000-3000埃(由掃描電子顯微鏡測定)PC＝聚碳酸酯PP＝聚丙烯板＝7.5密耳厚膜＝3密耳厚管＝40密耳的標(biāo)準(zhǔn)壁厚110＝可交聯(lián)的丙烯酸酯，UV固化的
權(quán)利要求
1.一種試樣組件包含具有一個(gè)開口端，一個(gè)密閉端，一個(gè)內(nèi)表面和一個(gè)外表面的塑料容器；和涂覆在所述容器外表面上并覆蓋所述容器的所述外表面主要部分的多層阻擋涂層，所述涂層具有包含有機(jī)底涂層材料的第一層，和在所述第一層上具有序列無機(jī)和有機(jī)涂層的第二層。
2.權(quán)利要求1的組件還具有在所述第二層上包含有機(jī)材料的第三層。
3.權(quán)利要求1的組件還包括在所述容器的所述開口端上的封閉塞，從而構(gòu)成容器和封閉塞交接面。
4.權(quán)利要求1的組件，其中所述多層阻擋涂層包括鄰接所述容器和所述封閉交接面的對齊的密實(shí)鋸齒面。
5.權(quán)利要求1的組件，其中所述第一層是單丙烯酸酯-和二-丙烯酸酯的聚合混合物。
6.權(quán)利要求1的組件，其中所述第二層是序列的無機(jī)和有機(jī)涂層，它們包含氧化鋁或硅氧化物基組合物和丙烯酸酯。
7.權(quán)利要求6的組件，其中所述序列涂層是按照下式涂覆到所述第一層上的∑(無機(jī)涂層+有機(jī)涂層+無機(jī)涂層)n其中n＝0-10；無機(jī)涂層＝氧化鋁或硅氧化物；和有機(jī)涂層＝丙烯酸酯。
8.權(quán)利要求6的組件，其中通過射頻放電，直接離子束沉積，雙離子束沉積，濺射，等離子體化學(xué)蒸汽沉積或磁性增強(qiáng)的等離子體體系而沉積所述第二層的所述無機(jī)涂層。
9.權(quán)利要求2的組件，其中所述第三層是熱固性環(huán)氧物，聚對亞苯基二甲基聚合物，1，1-二氯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸甲酯-丙烯酸聚合物或聚酯。
10.權(quán)利要求1的組件，其中所述第一層包含聚合的丙烯酸酯和所述的第二層包含硅氧化物和聚合的丙烯酸酯。
11.權(quán)利要求1的組件，還包含在所述容器的內(nèi)表面上的多層阻擋涂層，該阻擋涂層具有包含丙烯酸酯底涂層材料的第一層，在所述第一層上包含序列無機(jī)和有機(jī)涂層的第二層和在所述第二層的有機(jī)材料的第三層。
12.多層阻擋涂層具有包含丙烯酸酯材料的第一層；在所述第一層上的包含序列無機(jī)和有機(jī)涂層的第二層；和在所述第二層上包含有機(jī)材料的第三層。
13.權(quán)利要求12的涂層，其中所述第二層包含序列的無機(jī)和有機(jī)涂層，它們包含氧化鋁或硅氧化物基組合物和丙烯酸酯。
14.權(quán)利要求12的涂層，其中所述第三層是聚偏二氯乙烯。
15.在塑料基體上沉積多層阻擋涂層的方法，包括(a)選擇一種包含i)多官能的丙烯酸酯，或ii)單丙烯酸酯和多官能丙烯酸酯的混合物的可固化的組分；(b)閃蒸所述組分到所述室中；(c)向所述基體的外表面上冷凝所述蒸發(fā)組分的第一層丙烯酸酯膜；(d)固化所述丙烯酸酯膜；(e)蒸發(fā)一種有機(jī)硅組分并將經(jīng)蒸發(fā)的有機(jī)硅組分與一種氧化劑組分和任選地一種惰性氣體組分混合，形成一股室外氣流；(f)在該室內(nèi)由一束或多束氣流組分產(chǎn)生輝光放電等離子體；(g)向等離子體中可控流入該氣流，同時(shí)在其中約束至少部分等離子體；(h)在所述的第一層上沉積一層硅氧化物涂層；(i)重復(fù)上述步驟(a)-(d)，從而在所述硅氧化物涂層上沉積丙烯酸酯涂層；和(j)重復(fù)上述步驟(e)-(h)，從而在所述丙烯酸酯涂層上沉積硅氧化物涂層。
16.權(quán)利要求15的方法還包括(k)在所述硅氧化物涂層上浸漬涂覆PVDC。
17.權(quán)利要求15的方法還包括(k)重復(fù)步驟(i)-(j)約1-10次。
18.權(quán)利要求17的方法還包括(1)在所述硅氧化物涂層上浸漬涂覆PVDC。
19.權(quán)利要求15的方法，其中所述丙烯酸酯涂層的所述第一層通過氧等離子體進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及用多層阻擋涂層涂覆的塑料容器。該多層阻擋涂層用來對容器中的氣體滲透提供極好的阻擋并用來延長容器、特別是塑料抽真空的血液采集裝置的儲存壽命。
文檔編號C09D5/00GK1160535SQ97101059
公開日1997年10月1日 申請日期1997年1月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月27日
發(fā)明者耶莉娜·G·特羅普沙 申請人:貝克頓迪金森公司