制药级硅胶软管的优点

　　制药级硅胶软管的优点

制药加工用软管，即各种聚合材料制成的软管，尤其是有机硅聚合物制成的软管。不锈钢和玻璃也被广泛应用，但是由于它们不在该定义范围内，所以不作进一步考虑，尽管它们具有优异而独特的机械性能和惰性。

　　软管近年来颇受认可，因为它的成本低、使用方便，特别适用于一次性使用，可以降低与确效、就地清洗（CIP）或就地灭菌（SIP）和污水处理相关的成本。选择合适的软管并不是一项简单的任务：供应商可能不会公开提供其软管的成分（氟橡胶、聚氨酯、聚氯乙烯、有机硅、聚烯烃等），但是会提供对其设计用途的观点。 事实上，有机硅弹性体的机械强度有限，只代表了周围所使用的聚合物的一小部分，但其中一些性质使显示了其在制药应用方面的独特性。硅胶管相关参数的详细清单，包括达到或达不到的参数。今天，硅胶管已被广泛应用于许多操作程序以协助制药生产，包括液体传输、蠕动泵送和灌装操作。

　　有机硅的性质

　　有机硅具有许多有意义的性质，使其适合应用于各种软管，其中一些性质列出如下。有机硅聚合物。有机硅是众多产品的商业名称，但大多数由聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成。这些聚合物的特点是共价键强度高，抗均裂断链（有机硅具有紫外线（UV）稳定性；也具有热

　　稳定性和化学稳定性，所以容易灭菌）。其极性主链易发生异裂断链，但链上的甲基基团可提供保护作用。

　　因此，有机硅具有疏水性，水在聚二甲基硅氧烷（PDMS）模型表面的接触角较高，为108°。由于这种疏水性，在缺少表面活性剂的情况下，有机硅与水介质不发生反应，仅在

　　强碱或强酸的环境中才会发生反应。由于PDMS链之间的甲基-甲基分子间相互作用较小，PDMS表现出非常低的玻璃化温度（Tg为146K），这是有机硅成为弹性体的一项关键性质。 PDMS与烃类“相容”（聚合物在这些非极性溶剂中溶解，而弹性体在这些溶剂中吸收并溶胀）。PDMS对许多低分子量物质/非极性物质具有高通透性，例如上述烃类或气体（表

　　1）。这一性质可用于细胞培养的氧合作用，例如用于Corning E-Cube培养系统。

　　有机硅聚合物的合成已经过多方审查。对于此处所讨论的应用，特别是关于杂质，值得注意的是有机硅聚合物的合成从蒸馏成分开始，并不涉及溶剂或重金属。杂质基本上是较短的直链或环状低聚物，具有一定的挥发性。这些物质常用作起始低聚物，或在聚合反应过程中生成。

　　有机硅弹性体。采用交联反应（固化）容易将有机硅聚合物转化为立体网状物或弹性体。对于软管制造，首选两种交联反应：一种是以过氧化物引发，用过氧化物产生自由基 R'，引发链之间的键合；另一种是铂催化，有机金属铂复合物在将SiH基团加入乙烯基团过程中起催化作用。这种反应的优势是无副产物（加成反应），只使用少量催化剂（10ppm铂），无需进行二次固化。

　　软管在挤出成型后包装供应，一般为50英尺线圈型，单独装在双层密封聚乙烯袋中。值得一提的是，由于硅氧烷具有热固性，它们不能被再加工如同热塑性塑料。出于同样的原因，它们不能热密封；因此，连接时，硅胶管套在软管倒钩接头上，并用两根扎带从相反方向系牢，固定好软管。共模压成型是可行的，有时用于医疗器械领域。

　　软管选择需要考虑几个重要因素。接下来的章节中将通过比较各种软管材料的性质以及它们在传输泵运行中的性能来解决这些问题。

　　软管性能

　　本文简要概述了制药生产中目前用于液体传输、蠕动泵和灌庄操作软管（尤其是硅胶管）。本文介绍了这种硅胶管的优点和局限性，并讨论了需要考虑的变量。

　　外观和机械性能

　　与一些有机热塑性塑料相比，有机硅的透明度描述为“半透明”。这一结果是因为制作软管的有机硅弹性体由有机硅聚合物和无定形二氧化硅组成。由于这两种材料具有不同的折射率，并且没有特定混合法来使它们相配，因此所有硅胶管都是半透明的。

　　固化后，有机硅弹性体表现出有意义的机械性能，这包括中等硬度和高断裂伸长率，但拉伸强度比聚氨酯（PU）低。与聚四氟乙烯（PTFE）相比，它们具有发粘的表面和较高的摩擦系数，但刚性要小得多。

　　由于具有疏水性并且是优良的电绝缘体，所以它们会吸引灰尘。它们的工作温度范围比聚氯乙烯（PVC）更大。

　　硅胶管可能存在的各种缺陷包括：挤出线或凝胶（可能是在挤出机中过早固化引起）；气泡（固化过程中湿气可能被双辊磨的冷却辊筒吸收形成水蒸气，或 H-Si≡与铂固化产物中的羟基物质发生副反应形成氢气）；微粒污染。

　　确定这些缺陷的限值不是一件容易的事，但它们应在供应商的销售规范中得到详细说明。与软管挤出用有机硅弹性体相关的 ISO标准甚至也参考了一些目视检查。与机械性能有关的其他问题涉及占地面积和搬运。这里的问题是利用小的占地面积来“管理”制药生产中的软管，同时避免扭结等问题。需要考虑的变量包括弯曲半径（在弯曲部分最内表面测得的软管弯曲部分的半径）和弯曲力（弯曲至规定半径所需的应力）。

　　硅胶管有时可通过外部印刷标记，但由于其表面能较低，油墨粘附性不太好，使用常用溶剂进行清洗过程中即可轻易擦除。有机硅也可混色。硫酸钡常用作白色填料进行基底混色，或用于X-射线不透性医疗器械的共挤出条。

　　操作温度

　　由于低玻璃化温度和高热稳定性，有机硅的操作温度范围较广。有机硅引用的操作温度范围是-80~215°C，对任何商用弹性体来说，这个操作范围都是最广的。 耐化学品性

　　尽管它们不太可能存在于发酵或灌注操作等制药加工过程中，但有两个因素限制了有机硅的耐化学品性：某些有机溶剂引起溶胀，以及强碱或强酸引起化学降解。

　　有机硅的溶胀出现在甲苯等烃类非极性有机溶剂中。在溶胀时，重量比（w/w）会增加 200%，导致弹性体的机械性能减弱，但键实际上并未断裂，而是弹性体被“稀释”。溶胀取决于时间和分子量，因为它受扩散的控制。低分子量有机硅的硅胶管溶胀很快，而高分子量有机硅则较慢（表2）。

　　另一方面，有机硅在含有强碱或强酸的情况下会发生降解，导致硅氧烷键的水解并引起的硅氧烷主链的解聚。这形成了各种“衡量”表（表2），由于测试条件和评定并不总是具有可比性，其中有时会包含相互矛盾的信息。此外，组合成分可能显示出比单一成分更強效。例如，水、酒精和强碱混合物可以从实验室玻璃器皿上“洗去”有机硅，而单独成分则无效果。因此，毫无疑问，逐个评价相容性。

　　纯度和溶出物

　　药品检验人员目前将软管和容器中物质迁移的问题分为“析出物”和“溶出物”。前者是指在正常使用条件下迁移的物质，而后者则需要过高的温度或强效溶剂（“最坏情况”）。溶出物应该包括析出物，而这一术语将在这里作进一步讨论。

　　在这两种情况下，用增塑剂制成的软管预计可能会比无添加剂的软管产生更多的溶出物。有机硅本身不需要增塑剂、稳定剂、紫外线吸收剂或抗氧化剂。因其生产方式的影响，有机硅的重金属含量很少，通常少于10ppm。铂复合物用作交联反应的催化剂，但量很少