Comparative study of the effect of γ-irradiation and electron beam irradiation on the physicochemical and mechanical properties of syringes at doses ≥25kGy (sterilisation)

The objective of the present study was to compare the effect of gamma and electron beam irradiation (in the presence of air and under vacuum) on mechanical, thermal, physicochemical and structural properties and radiolysis products of polypropylene (PP) and cycloolefin copolymer (COC) syringes. Irradiation doses of 30, 60 and 120 kGy were used with non-irradiated PP and COC syringes serving as control samples. The effect of different irradiation conditions on the polymer properties was compared. Comparison was carried out also between the effect of irradiation on the properties of the two different type of syringes (PP and COC). As far as mechanical properties are concerned, of PP and of COC syringes, it is observed that gamma irradiation and the presence of oxygen caused the higher deterioration. The effect of irradiation was also observed on the colour of the raw material of the syringes. After irradiation PP syringes became a little yellow, while COC syringes took a greenish colour. Irradiation in the presence of oxygen affected the molecular structure of PP samples. The largest change occurs at 1720 cm⁻¹, corresponding to the carbonyl band. A number of radiolysis compounds were formed during irradiation, while the concentration of others decreased. After irradiation of PP syringes a high degradation of the additive Irgafos 168 was carried out while 1,3-di-tert-butylbenzene and 2,4-di-tert-butylphenol (degradation products of Irgafos 168) were formed. In general, irradiation caused a significant deterioration in properties of the samples. The highest effect of irradiation is observed on the mechanical properties and on the colour of syringes. The effect is even higher during gamma irradiation and in the presence of oxygen.Στόχος της παρούσας έρευνας ήταν η μελέτη της επίδρασης της ακτινοβολίας γ και της ακτινοβολίας ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας σε δόσεις 30, 60 και 120 kGy (παρουσία αλλά και απουσία O₂) στις φυσικοχημικές και μηχανικές ιδιότητες των συριγγών (ΡΡ και COC) καθώς και στα προϊόντα ραδιόλυσης που παράγονται λόγω ακτινοβόλησης, έχοντας τα μη ακτινοβολημένα δείγματα ως μάρτυρες. Ακολούθησε σύγκριση των αποτελεσμάτων της επίδρασης των δύο ακτινοβολιών στις ιδιότητες των συριγγών. Τέλος, πραγματοποιήθηκε σύγκριση της επίδρασης της ακτινοβολίας στους δύο τύπους συριγγών (ΡΡ και COC). Όσον αφορά τις μηχανικές ιδιότητες, τόσο των συριγγών πολυπροπυλενίου όσο και των συριγγών COC, παρατηρήθηκε ότι η ακτινοβολία γ και η παρουσία O₂ προκάλεσαν την μεγαλύτερη υποβάθμιση. Η επίδραση της ακτινοβόλησης ήταν αισθητή και στο χρώμα της πρώτης ύλης των συριγγών. Έπειτα από ακτινοβόληση οι σύριγγες ΡΡ εμφάνισαν κίτρινο χρώμα, ενώ οι σύριγγες COC πράσινο. Η δομή των συριγγών πολυπροπυλενίου επηρεάστηκε μόνο όταν η ακτινοβόληση πραγματοποιήθηκε παρουσία O₂, καθώς τότε εμφανίζονταν κορυφή στα 1720 cm⁻¹ η οποία αντιστοιχεί στον δεσμό καρβονυλίου. Κατά την ακτινοβόληση παρατηρήθηκε εμφάνιση πολλών προϊόντων ραδιόλυσης, αλλά και ταυτόχρονη μείωση της συγκέντρωσης πολλών ενώσεων που προϋπήρχαν στο δείγμα. Έπειτα από ακτινοβόληση των συριγγών ΡΡ παρατηρήθηκε έντονη διάσπαση του αντιοξειδωτικού Irgafos 168 και εμφάνιση του 1,3 Di-tert-butyl benzene και του 2,4 Di-tert-butylphenol (υποπροϊόντα του Irgafos 168). Γενικά λοιπόν, οι ιδιότητες των πολυμερών επηρεάζονται άμεσα από την ακτινοβόληση. Πολύ έντονη επίδραση εμφανίζεται στις μηχανικές ιδιότητες και στο χρώμα των υλικών. Η επίδραση αυξάνεται με αύξηση της δόσης ακτινοβόλησης και είναι εντονότερη όταν εφαρμόζεται ακτινοβολία γ και όταν η ακτινοβόληση πραγματοποιείται παρουσία O₂