血液采集管组件的制作方法

专利名称：血液采集管组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及对容器，尤其是塑料血液采集管提供一种抗气和水渗透的有效阻挡层的多层阻挡涂层。
随着人们越来越强调使用塑料医用产品，特别需要寻求改进由聚合物组成的制品阻挡层特性。
由改进其阻挡层特性可获取相当效益的这类医用产品包括，但不限于采集管，特别是用于血液采集的采集管。
血液采集管对适用于医学应用中有一些性能标准要求。这些性能标准包括在一年期限内具有保持约90％以上的原始抽取体积，并可辐射消毒而不干扰实验和分析的能力。
因此需要寻求改进由聚合物组成的制品的阻挡层特性，尤其是某些性能标准得到满足的塑料抽空血液采集管和在医学应用中有效和可用的制品。
本发明涉及一种在预先形成的复合材料容器的内外表面上沉积了至少两层阻挡层材料的具有多层阻挡涂层的塑料复合材料容器。合乎需要的是该阻挡材料包含施加到预先形成的复合材料容器的外表面上的聚合物材料的第一层，施加在第一层上的金属氧化物的第二层和施加在第二层上的无机氧化物的第三层。
第一层(底涂层)优选地是高交联的丙烯酸酯聚合物。涂层可以形成在容器的内表面部分，外表面部分，或内外表面部分上。
阻挡涂层的第二层优选地可以是选自第IVA主族金属的金属氧化物，或氧化物和金属的混合物。
阻挡涂层的第三层优选地可以是硅氧化物基组合物，例如SiOx(其中X为1.0-2.5)；或氧化铝基组合物。更优选地，第三层是施加在第二层上的硅氧化物基组合物。
优选地，底涂层是单丙烯酸酯(即丙烯酸异冰片酯)和二丙烯酸酯单体(即环氧二丙烯酸酯或二丙烯酸聚氨酯)的混合物，如US4490774，4696719，4647818，4842893，4954371和5032461中所公开的，将这些公开件引入本文作为参考。该底涂层通过电子束或紫外线照射源固化。
合乎要求的是第一层主要是由交联组分形成，它们选自聚丙烯酸酯和聚丙烯酸酯和单丙烯酸酯的混合物，其平均分子量为150-1000，标准温度和压力下的蒸汽压为1×10-6-1×10-1乇。更优选地，该材料是二丙烯酸酯。
优选地，丙烯酸酯底涂层的厚度为约1-10微米，更优选地为约1-5微米。
最好，沉积在第一层上的第二层包含金属氧化物例如SnOx，GeOx或PbOx。这类膜的沉积最好是通过在磁性增强的声频电容偶合放电室中等离子体聚合包含四甲基锡和氧的混合物而进行的。
优选地，金属氧化物的厚度为约50-250埃，更优选地为约75-200埃。
沉积在第二层上的第三层包括氧化物基组合物例如硅氧化物或氧化铝。这类膜最好是由挥发性有机硅或有机铝化合物产生的。
硅氧化物或氧化铝基组合物在第二层上提供了致密，抗蒸汽渗透的涂层。优选地，硅氧化物或氧化铝层的厚度为约500-2500埃，更优选地第三层的厚度是第二层厚度的三到五倍。涂层厚度约为5000埃时会龟裂，因而不能有效地作为阻挡层。
任选地，第四层可以沉积在第三层上，它们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)，热固化环氧化物涂层，聚对亚苯基二甲苯聚合物或聚酯。
优选地，PVDC层的厚度为约2-15微米，更优选地为约3-5微米。
向容器涂覆底涂层的方法最好是在真空室中进行的，在真空室中可固化的单体组分被计量加到经加热的蒸发器体系中，在该体系中该材料被雾化，蒸发和冷凝在容器的表面上。在单体沉积到容器的表面上后，通过合适的装置例如电子束固化装置而进行固化。可重复进行沉积和固化步骤直到已经达到了所要求数量的沉积层。
沉积第二层阻挡膜的方法如下(a)首先用第一次氧等离子体预处理容器上的第一层；(b)向等离子体中可控地流入包含有机锡和氧或氧化剂气体化合物的气流；和(c)向第一层沉积氧化物，与此同时在沉积过程中使压力保持在约500毫乇以下。
沉积第三层阻挡膜的方法如下(a)用第一次涂有氧的等离子体预处理容器上的第二层；(b)向等离子体中可控地流入包含有机硅化合物和氧或氧化剂气体的气流；和(c)在第二层上沉积氧化物，与此同时在沉积过程中使压力保持在约500毫乇以下。
尽管预处理步骤是任选地，但是可以确信预处理步骤提高了层间的粘合质量。
可将有机锡和有机硅化合物与氧和任选地与氦或其他惰性气体如氩或氮混合。
优选地，在基体(如塑料采集管)上沉积阻挡涂层的方法包括如下步骤(a)选择一种包含i)多官能的丙烯酸酯，或ii)单丙烯酸酯和多官能丙烯酸酯的混合物的可固化的组分；(b)闪蒸所述组分到所述室中；(c)向所述容器的外表面上冷凝经蒸发组分的第一层膜；(d)固化所述膜；(e)在该膜上进行氧的等离子体表面处理；(f)蒸发有机锡组分并将挥发性有机锡组分与一种氧化剂组分和任选地一种惰性气体组分混合形成一股室外气流；(g)在该室内由一束或多束气流组分产生辉光放电等离子体；(h)向该等离子体中可控地流入该气流，同时在其中约束至少部分等离子体；(i)在邻接所述的第一层上沉积氧化锡的第二层；(j)对第二层进行氧表面处理；(k)蒸发有机硅组分并将挥发性有机硅组分与一种氧化剂组分和任选地一种惰性气体组分混合形成一股室外气流；(l)在该室内由一束或多束气流组分产生辉光放电等离子体；(m)向该等离子体中可控地流入该气流，同时在其中约束至少部分等离子体；(n)在邻接所述的第二层上沉积氧化硅的第三层；任选地，在塑料基体和第一氧化物层之间可加入底层或平整(Planarization)层，在沉积第二层之前用氧等离子体处理第一氧化物层并在不连续的金属氧化物层上涂覆其他阻挡增强层。
与由聚合物组合物和其混合物制成的不含阻挡材料涂层的管或仅具有氧化物涂层的管相比，用多层阻挡涂层涂覆和具有上涂层的塑料管基本上可保持更好的真空，抽取体积和热力学完整性。另外，该管的抗冲击性比玻璃的好。更为显著地是多层涂层的透明度和抗冲击、耐磨损的持久性。不连续氧化物涂层的另一特性是与常规医药消毒方法例如γ辐照或环氧乙烷(ETO)消毒相比是稳定的。
更优选地，本发明的容器是血液采集装置。该血液采集装置既可以是一种抽真空的血液集管，也可以是一种未抽真空的血液采集管。该血液采集管最好由聚对苯二甲酸乙酯，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关容器上的多层阻挡涂层上进行。例如在阻挡涂层上可以印刷产品鉴定、条型码、商标名称、公司标志、批号、有效期和其他数据和信息。此外，在阻挡涂层上可以施加无光光洁度或电晕放电表面，以使该表面适于在标签上记录附加情报。另外，例如可以在阻挡涂层上贴上压力敏感的粘合标签以便适应各种医院的过多标签。
优选地，本发明的多层阻挡涂层具有透明或无色的外观并可以在其上贴上印刷内容。
本发明方法的其他优点是降低了三维物体的气体渗透性，这是用常规的采用薄膜沉积的方法所不能实现的。
已经发现在本发明中有机材料(丙烯酸酯)提供了用于产生致密第IVA主族氧化物阻挡材料的良好的平台。
还发现高交联的丙烯酸酯层改进了塑料表面和金属氧化物的混合物层之间的粘结，而它们改进了涂层体系的热力学稳定性。另外，丙烯酸酯底涂层具有平整(Planarization)(均涂)层，覆盖聚合物表面上的颗粒和缺陷以及减少沉积的无机涂层上的缺陷密度的作用。由于丙烯酸酯是极性物质，该极性对不连续的金属氧化物和丙烯酸酯之间的良好的结合形成提供了途径，所以丙烯酸酯还具有良好的结合特性。另外，已经发现在由聚丙烯制成的塑料管和丙烯酸酯之间形成了良好的结合。因此，本发明提供了主要是改进聚丙烯管阻挡特性的方法。通过表面预处理方法例如火焰或氧化物等离子体处理可进一步改进丙烯酸酯涂层和氧化物涂层的粘结特性。由于基本上改进了金属氧化物的表面覆盖度，因此制品的渗透性明显地降低，而覆盖度是通过在塑料制品表面施加了丙烯酸酯的底涂层获得的。
用本发明的多层阻挡涂层涂覆的塑料血液采集管将不会干扰通常对管中血液进行的实验和分析。这类实验包括但不限于，常规化学分析、生物惰性、血液学、血液化学、血型、毒性分析或治疗药物监控和其他包括体液的临床实验。此外，用阻挡涂层涂覆的塑料血液采集管能够经受自动机械如离心机的处理，并且在消毒工艺中可以暴露在一定强度的辐射中，而基本上没有改变光学或机械和功能特性。


图1是具有塞子的典型血液采集管的透视图；图2是沿图1线2-2剖开的纵向剖面图；图3是类似于图1的管子，没有塞子但具有多层阻挡涂层的管形容器的纵向剖面图；图4是类似于图1的管子，具有塞子和多层阻挡涂层的管形容器的纵向剖面图；图5是说明具有类似于图1塞子和多层阻挡涂层(包括其管子和塞子)的管子的本发明另一个实施方案的纵向剖面图；图6是说明闪蒸装置的局部放大截面图；图7说明等离子体沉积体系；图8是说明沉积在基体上的层的示意图；图9是第IV主族化合物和无机氧化物不连续层的ESCA谱图。
本发明可体现在其他的具体形式中，但不限于仅仅是用于举例而详细描述的任何具体方案中，在不违背本发明的范围和精神下对于本领域的熟练技术人员来说各种其它的改变是显而易见的并且易于制备。本发明的范围将由所附的权利要求和其等效范围确定。
参见附图，其中相同的参考数代表其几幅图的相同部件，图1和图2表示了典型的血液采集管10，它具有从开口端16延伸到封闭端18的侧壁11和配有底部环形部分或塞侧缘15的塞子14，塞侧缘延伸入内并压向侧壁的内表面12以就地保持塞子14。
图2图示说明了在血液采集管中，真空有三种改变机理(A)通过塞子材料的气体渗透；(B)通过管的气体渗透和(C)在塞子和管接触处的泄漏。因此当没有气体渗透和没有泄漏存在时，将具有良好的真空保持和抽取体积保持。
图3示出了本发明优选的实施方案，一个用至少两层阻挡材料涂覆的塑料管。优选的实施方案包括许多基本上与图1和2的部件相同的部件。因此，起类似作用的类似部件用与图1和2的那些部件相同的数字标记，只是在图3中使用下标“a”标记那些部件。
现在参见图3，本发明优选的实施方案采集管组件20包括塑料管10a，它具有从开口端16a延伸到密封端18a的侧壁11a。阻挡涂层25除开口端16a外贯穿管外表面的主要部分。阻挡涂层25具有聚合物材料例如丙烯酸酯材料的第一层26，第IV主族金属氧化物材料和第二层27，无机材料例如硅氧化物基组合物的第三层28和有机上涂层例如PVDC的第四层29。
图4说明本发明的另一个实施方案，其中采集管组件40具有就地密封管42的开口端41的塞子48。正如所看到的，侧壁43从开口端41延伸到密封端44，塞子48具有贯穿管42顶部边缘的环形上部50。塞子48具有底部环形部分或塞侧缘49，塞侧缘伸入并压向用于就地保持塞子48的侧壁43的内表面46。塞子还具有隔片部分52用来插入套管。
因此，使用者一旦取到内含试样的如图4所示的容器时就可以通过隔片52插入套管，部分和全部地提取管42中的内含物，以对该试样进行各种实验。覆盖管长主要部分的是多层阻挡涂层45。多层阻挡涂层45基本上覆盖了除管子开口端41外的绝大部分。多层阻挡涂层45具有聚合物材料例如丙烯酸酯的第一层54，金属氧化物例如SnOx，GeOx或PbOx的第二层56，无机材料例如硅氧化物材料的第三层57和有机阻挡材料例如PVDC的第四层58。图4与图3的实施方案的不同之处在于在管子上涂覆了层54和56后该管在置入塞子48的同时可被抽真空。另外，在已经抽真空后可向管子上涂覆多层阻挡涂层。
图5表示阻挡涂层和管子的另一个实施方案。另一实施方案的作用与图4所示的实施方案类似。因此，起着类似作用的类似部件用与图4实施方案中的那些部件相同的数字标记，只是在图5中使用下标“a”标记那些部件。
现在参见图5，在本发明另一实施方案60中，多层阻挡涂层45a包覆了塞子48a的上部50a以及管42a的整个外表面。多层阻挡涂层45a在管子和塞子交界面处具有锯齿面62。对齐锯齿面以便它可确定密封的容器是否已被损坏。这类实施方案可被用来例如用塞子就地密封容器。一旦试样已经被装入该管中，那么试样就不会由于塞子的除去受到损坏。另外，对齐锯齿面以便能被确定是否密封的容器受到损害。这种构造例如在误用药物实验，样品鉴定和质量控制中是适用的。
在本发明的另一个实施方案中，多层阻挡涂层45被重复地或依次地涂覆到管的内和/或外表面上。优选地，至少涂覆两次。
作为本领域的专业人员应该清楚，这类管子可在管内壁上包含以添加剂或涂层形式的试剂。
多层阻挡涂层基本上形成了清晰或透明的阻挡层。因此具有至少两层阻挡材料的多层阻挡涂层的塑料管的内含物对于观察者来说基本上是可见的，同时鉴定的内容在被加到塑料管中后可在多层阻挡涂层上表示。
多层阻挡涂层的第一层可以通过浸渍涂覆。滚动涂覆或喷涂丙烯酸酯单体或单体的混合物，接着通过UV固化过程而在管子上形成。
丙烯酸酯聚合物材料也可通过US 5032461中描述的蒸发和固化方法而涂覆到管子上，该公开件引入本文作为参考。
丙烯酸酯蒸发和固化方法包括首先将丙烯酸酯单体雾化成50微米的液滴，然后闪蒸出经加热的表面，从而产生一种与原始单体相同化学性的丙烯酸酯分子蒸汽。
几乎具有任何所要求化学性的丙烯酸酯是可以买到的。它们通常是每个分子具有一个，两个或三个丙烯酸酯基团。本发明中可使用单-，二-和三-丙烯酸酯的各种混合物。最优选地是单丙烯酸酯和二丙烯酸酯。
丙烯酸酯是化学制剂中反应性最强的一种。当将它们暴露到UV或电子束辐照中时迅速固化，形成一种交联的结构。这种结构赋予涂层耐高温和耐磨特性。
所使用的单体物质具有比较低的分子量，为150-1000，优选地为200-300，在标准温度和压力下的蒸汽压为约1×10-6-1×10-1乇(即具有比较低沸点的物质)。蒸汽压约为1×10-2乇是优选的。多官能丙烯酸酯是特别优选的。所使用的单体具有至少两个双键(即大多数的烯基)。本发明中使用的高蒸汽压单体可以在低温下蒸发，因此在加热过程中不会被降解(裂化)。不存在未反应的降解产品意味着由这些低分子量、高蒸汽压单体形成的膜具有降低的组成挥发量。结果基本上所有沉积的单体是反应性的，并当暴露到辐照源中时固化成一层完整的膜。尽管该膜很薄，但是这些特性可使其提供基本上连续的涂层。经固化的膜具有极好的粘结性并且抗有机溶剂和无机盐的化学侵蚀。
由于丙烯酸酯的反应性，物理特性和由这些组分形成的固化膜的特性，所以多官能的丙烯酸酯是特别适用的单体材料。这类多官能丙烯酸酯的通式是
其中R1是脂肪族，脂环族或混合的脂肪族-脂环族基团；R2是氢，甲基，乙基，丙基，丁基或戊基；和n为2-4。
这类多官能丙烯酸酯也可以与各种单丙烯酸酯结合使用，例如具有下式的那些单丙烯酸酯
其中R2定义如上；X1是H。环氧，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个碳原子的烷基。大多数情况下X3是CN或COOCH3。
具有下式的二丙烯酸酯是特别优选的
其中X1，r和s定义如上。
固化是通过打开反应分子的双键而实现的。固化可通过能源例如发射红外、电子或紫外辐射的装置实现。
图6说明了涂覆丙烯酸酯涂层的方法。一种丙烯酸酯单体100直接通过一个高频蒸发器102，然后通过一个超声雾化器104并被输入到真空室106中。单体液滴被超声雾化，在旋转的管子上或在转筒108上所载的膜上冷凝的地方蒸发液滴。
经冷凝的单体液体随后通过电子束枪110辐照固化。
多层阻挡涂层的第二层和第三阻挡涂层可通过射频放电，直接或双离子束沉积，溅射或等离子体增强的化学蒸汽沉积而形成的，如US4698256，4809876，4992298和5055318所描述的，这些公开件引入本文作为参考。
例如，第二层和第三阻挡涂层的沉积方法是通过在预先抽真空的室中产生一种辉光放电等离子体而实现的。而等离子体是直接从一种或多种气流组分中产生的，优选地是从气流本身中产生的。制品被置于等离子体中，优选地邻近约束的等离子体，气流可控地流入到等离子体中。第二层的厚度为约50-250埃，优选地为75-200埃。将阻挡膜沉积在基本上至所需厚度。第三层涂层的厚度为约100-10000埃。当厚度低于约500埃时不能提供足够的阻挡，而当厚度大于约5000埃时会龟裂，于是降低了有效的阻挡。更优选地，第三层氧化物涂层的厚度为约1000-3000埃。
沉积阻挡涂层的另一个方法是用磁铁约束等离子体。优选地，在基体上沉积硅氧化物基薄膜的磁化增强方法是在预先抽真空的气流辉光放电的室中进行的。气流最好含有至少两种组分可挥发的有机硅或有机锡组分，一种氧化剂组分例如氧，氧化亚氮，二氧化碳或空气和一种任选的惰性气体。
在等离子体沉积方法中用于气流的适用的有机硅化合物和有机锡化合物的实例是在环境温度下呈液态或气态的物质，具有的沸点为约0-200℃，这些物质包括四甲基锡，四乙基锡，四异丙基锡，四烯丙基锡，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，六甲基二硅烷，1，1，2，2-四甲基乙硅烷，双(三甲基甲硅烷)甲烷，双(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 pentamethyltrisiloxazane)，四乙氧基硅烷和四甲氧基硅烷。
优选的有机硅是1，1，3，3-四甲基二硅氧烷，三甲基甲硅烷，六甲基二硅氧烷(HMDSO)，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。这些优选的有机硅化合物的沸点分别是71℃，55.5℃，102℃，123℃和127℃。
任选的惰性气体的气流优选地是氦，氩或氮。
挥发性有机锡和有机硅组成在流入室内之前最好与氧组分和惰性气体组分混合。通过流动控制器控制如此混合的这些气体的量以便调节控制气流组分的流速比。
现有技术中已知的各种任选的方法可用来测定沉积室中沉积膜的厚度，或在制品从沉积室中移出后可测定膜的厚度。
本发明的沉积方法最好是在比较高的功率和相对低的压力下进行的。在沉积过程中，应使压力保持在低于约500毫乇(mTorr)，优选地，在膜的沉积过程中该室的压力应保持在约43-490毫乇。体系的压力越低，沉积的速度越慢，而体系的压力越高，沉积的速度越快。当待涂层的塑料制品是热敏感的时，可使用较高的体系压力，以便在沉积期间使基体经受的热量达到最小，这是因为对于低Tg(玻璃化温度)的聚合物例如聚丙烯和PET(Tg分别为-10℃和60℃)来说应避免基体温度过高。
使基体与沉积体系电性隔离(除了与等离子体电性接触外)，并且在沉积期间使基体处在低于约80℃的温度下。即不用考虑加热基体。
参见图7，用于沉积阻挡涂层(包括第二和第三阻挡层)的体系包括一个封闭的反应室170，在该反应室中，形成等离子体，并其中基体和管子171被置于试样支承体172上用来沉积薄膜。基体可以是任何真空相容性材料，例如塑料。一股或多股气体通过气体输送体系173被输送到该反应室中。通过电源174产生电场。
反应室可以是进行任何等离子体增强化学蒸汽沉积(PECVD)或等离子体聚合方法的合适类型。此外，可以改变反应室，以便在一个反应室中同时用氧化物层涂覆一个或多个制品。
室的压力是通过阀190由与室170连接的机械泵188控制。
首先将待涂覆的管装在室170的试样支承体172上。室的压力通过机械泵188降至约5毫乇。用于PECVD或等离子体聚合工艺的室的操作压力为约90-140毫乇，并且是通过单体输入口176将工艺气体，氧和阻挡层前体流入该室中而实现的。
薄膜被沉积在管和序列层的外表面上，并具有所要求的均匀厚度或者沉积工艺可以周期性地被中断，以使基体和/或电极的热量达到最小和/或从该制品上机械地除去粒状物质。
磁铁196和198置于电极200的后面，从而在管的周围的等离子体范围内产生合适的磁场和电场的混合场。
该体系适于低频操作。频率的实例为40kHz。但是，在更高的频率例如在几兆赫兹的射频范围内操作时具有一些优点。
按照本公开文本，所使用的阻挡膜或其混合物可含常规添加剂和对由其制成的制品的特性没有负作用的成分。
多层阻挡涂层的第四层可通过浸渍涂覆，滚动涂覆或喷涂聚偏二氯乙烯或均聚物或共聚物的水乳浊液，接着通过空气干燥而形成在第三层上。
第四层优选地是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，热固性环氧化物涂层，聚对亚苯基二甲基聚合物，或聚酯。
优选地，第四层是聚对亚苯基二甲基聚合物。聚对亚苯基二甲基是由美国联合碳化公司(Union Carbide Corporation)研制的聚合物系列成员的一般名称。被称为聚对亚苯基二甲基N的系列的基本成员是聚对亚苯基二甲基(poly-P-exlylene)，直链结晶材料
聚对亚苯基二甲基C，聚对亚苯基二甲基系列的第二成员是由象聚对亚苯基二甲基N一样的相同的单体产生的，并通过用氯原子取代芳香烃中的一个氢而得到改性。
聚对亚苯基二甲基D，聚对亚苯基二甲基系列的第三成员是由象聚对亚苯基二甲基N一样的相同单体产生的，并通过用氯原子取代芳香烃中的二个氢而得到改性。
更优选地，聚合物层是1，1-二氯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸酯丙烯酸聚合物(PVDC)。该聚合物可以买到，商品名为DARANR8600-C(W.R.Grace和Co.的商标)，由GRACE，Organic Chemicals Division，Lexington，Mass销售。
阻挡涂层的第四层，一种聚合物材料，可以是通过类似于真空金属喷镀的方法在第二层上涂覆聚对亚苯基二甲基聚合物，如US3342754和3300332中所描述的，这些公开件引入本文作为参考。另外，第三层可以是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，它是通过浸渍涂覆，滚动涂覆和喷涂一种聚合物的水乳浊液，接着通过空气干燥该涂层而涂覆到第二层上的，如US5093194和4497859所描述的，这些公开件引入本文作为参考。
如图8所示，丙烯酸酯涂层A和第二和第三氧化物基涂层B具有缺陷或不规则性C。可以确信仅用丙烯酸酯和氧化物基涂层不能实现基体D的完全覆盖。因此PVDC的第四层涂层。E可以涂覆在第三氧化物基涂层上，以在基体表面上产生基本上完整的阻挡层。
通过本发明的方法用阻挡涂层可以涂覆各种基体。这类基体包括但不限于，包装材料、容器、瓶、缸、管和医药装置。
用多层阻挡涂层涂覆的塑料血液采集管将不干扰对管中血液进行的实验和分析。这类实验包括，但不限于，常规化学分析，生物惰性，血液学，血液化学，血型，毒性分析或治疗药物监控和其他包括体液的临床实验。此外，用阻挡涂层涂覆的塑料血液采集管能够经受自动机械如离心机的处理，并且在消毒法中可以暴露在一定强度的辐照中，而基本上不改变光学或机械和功能特性。
用多层阻挡涂层涂覆的塑料血液采集管在一年的期限内能保持达到90％的原始抽取体积。抽取体积的保持取决于管内存在的极小量的真空或降低的压力。抽取体积的改变直接与真空(降低的压力)的改变成正比。因此，抽取体积的保持取决于良好的真空保持。用阻挡涂层涂覆的塑料管基本上阻止了通过该管材料的气体渗透，以便保持和增加管的真空保持和抽取体积的保持。不具有本发明多层涂层的塑料管在约3-4个月中可保持约90％的抽取体积。
如果将多层阻挡涂层也涂覆或施加在塑料血液采集管的内表面上，那么该阻挡涂层可以是血液排斥(hemorepellent)和/或具有血块活化剂的特性。
应该清楚，根据本发明塑料复合材料容器是否被抽空并没有区别。容器外表面上存在的阻挡涂层具有保持装有试样的容器的一般完整性的作用，以便可对它们进行适当地处理，而对使用者没有任何污染。涂覆或施加到容器上的阻挡涂层的透明度是显著的并且具有耐磨损和耐擦伤性。
用于本发明的阻挡涂层可以含有常规的添加剂和对由此制成的制品的特性没有负作用的成分。
下面的实施例仅仅是举例，而不是对本发明的任何具体实施方案的限制。
实施例1用多层阻挡涂层涂覆塑料基体的方法在室内向聚丙烯管和膜(基体)上涂覆一层丙烯酸酯涂层，在该室内将60∶40的丙烯酸异冰片酯∶环氧二丙烯酸酯(IBA∶EDA)的混合物输入到蒸发器中，在约343℃下闪蒸到该室内的基体上并进行冷凝。然后将经冷凝的单体膜通过365nm的光化光源进行固化。
然后用含等量的微量洗涤剂和脱离子水(DI)溶液的混合物清洗用丙烯酸酯涂层(IBA∶EDA)涂覆的基体。将该基体在DI水中充分地漂洗，随后进行空气干燥。接着将经清洗的基体堆积在室温下的真空中直到它们被涂覆。
然后将经清洗的基体固定到支承体上，支承体位于真空室的电极的中间。使该室密闭，用机械泵使基础压力达到5毫乇。
电极构型是内部电容地与钛电极背面上的永久性磁铁偶合。该特定的构型由于电子和反应气体分子之间碰撞机率增加而提供约束电极间的辉光的能力。施加磁场的最后结果与施加到电极上的增加的电力类似，但没有更高撞击能量和增加基体热量的缺点。使用磁控管放电允许在较低的压力下操作并基本上增加聚合物沉积速度。
由四甲基锡(TMT)和氧的混合物组成的氧化物前体组合物通过靠近电极的不锈钢管输入。气体在输入室内前在入口管中就被混合。流速通过不锈钢计量阀人工控制。使用40kHz的声频下的供电操作向电极提供电力。用于在聚合物基体上等离子体聚合的TMT/O2的薄膜沉积的体系参数如下表面预处理TMT流速 ＝0sccm基础压力 ＝5毫乇氧气流量 ＝6～7sccm体系压力 ＝120毫乇功率 ＝30瓦时间 ＝0.5-1.0分钟氧化物沉积TMT流速 ＝2.75-3.25sccm氧气流量 ＝3.5-4.0sccm体系压力 ＝160-180毫乇功率 ＝30瓦沉积时间 ＝0.75分钟在沉积了大约150埃的SnOx后，使氧流进该室中并按下列体系参数进行第二次氧等离子体处理表面预处理 基础压力 ＝5毫乇氧气流量 ＝10sccm体系压力 ＝140毫乇功率 ＝50瓦时间 ＝2分钟接着将由三甲基硅烷(TMS)和氧的混合物组成的无机氧化物前体通过靠近电极的不锈钢管输入。使气体在输进该室之前在单体输入管中混合。流速通过不锈钢计量阀人工控制。使用40kHz的声频下的供电操作向电极提供电力。用于在聚合物基体上等离子体聚合的TMS/O2的薄膜沉积的体系参数如下氧化物沉积TMS流速 ＝1.5-2sccm
氧气流量 ＝2.5-3.0sccm体系压力 ＝90-160毫乇功率 ＝30瓦沉积时间 ＝4分钟在沉积了大约1000埃的SiOx后，使反应器冷却。然后打开反应器，取出基体。结果示于表1中。
实施例2用多层阻挡涂层涂覆塑料基体的方法用含等量的微量洗涤剂和脱离子水(DI)溶液清洗聚对苯二甲酸乙酯(PET)膜。在用溶液漂洗该膜后，使该膜进行空气干燥并在真空下存贮12小时。
然后将该膜置于沉积室中并用机械泵使压力达到约5毫乇。
电极构型是内部电容地与钛电极背面上的永久性磁铁偶合。该特定的构型因电子和反应气体分子之间碰撞机率增加而提供了约束电极间的辉光的能力。施加磁场的最后结果与施加到电极上的增加的电力类似，但没有更高撞击能量和增加基体热量的缺点。使用磁控管放电允许在较低的压力下操作并基本上增加聚合物沉积速度。
然后首先用氧等离子体预处理膜30秒，氧的流速为约6SCCM，体系压力为约120毫乇，功率为约30W。
在进行氧预处理之后，使由四甲基锡(TMT)和氧组成的金属氧化物前体组合物通过靠近电极的不锈钢管输入。使气体在输进该室之前在单体输入管中混合。通过计量阀控制四甲基锡和氧的流速。通过约40kHz的声频向电极提供电力。沉积SnOx的体系参数如下表面预处理氧气流速＝6sccm体系压力＝120毫乇功率＝30瓦沉积时间＝30分钟氧化物沉积TMT流速 ＝12sccm氧气流速＝3.2sccm体系压力＝140毫乇功率＝30瓦沉积时间＝45秒在沉积了SnOx后，使氧流进该室中，产生的等离子体从膜的表面除去了残余的碳。然后按下列体系参数进行第二次氧等离子体处理表面预处理氧气流量＝5sccm体系压力＝120乇功率＝30瓦时间＝60秒然后按下列体系参数用三甲基硅烷(TMS)和氧的混合物沉积最后的氧化物层TMS流速 ＝5.8sccm氧气流量＝3.3sccm体系压力＝120毫乇功率＝30瓦沉积时间＝4分钟随后使该室冷却并取出经涂层的PET膜。经涂层的PET膜的结果示于表1中。通过对膜进行的ESCA和SEM分析表明了如图9所示的聚合物，氧化锡和硅氧化物的层状复合材料。
下面评价用上述实施例制备的所有基体在氧化物涂层中的氧渗透(OTR)。
(i)氧渗透(OTR)采用MO CON Ox-TRAN 2/20(由Modern Controls，股份有限公司销售，7500 Boone Avenue N.，Minneapolis，MN 55428)测试膜或板试样的氧渗透(OTR)。使膜试样的单侧暴露在1大气压的100％氧气氛中。透过该试样膜的渗透的氧夹带在该膜的另一侧上的氮载气流中并用库仑传感器检测。产生的电信号与透过试样的氧量成正比。在30℃和0％的相对湿度(R.H)下测试试样。在测定氧渗透之前使试样适应1-20小时。结果示于表1中，单位为cc/m2-atm-天。
采用MO CON Ox-TRAN 1000(由Modern Controls，股份有限公司销售，7500 Boone Avenue N.，Minneapolis，MN 55428)测试管试样的氧渗透(OTR)。采用连接器固定管，以使管的外侧浸入100％O2气氛中，同时管的内侧用氮载气冲洗。然后将该管在20℃和50％R.H.下进行测试。在测试管的稳定渗透性之前，使它们平衡2-14天。结果示于表1中，单位是cc/m2-atm-天。
(ii)氧化物涂层中存在的元素的原子百分数采用Surface Science Model SSx-100X射线光电子分光计(ESCA)测定氧化物涂层中存在的元素的原子百分率。将膜试样置于分光计内，测定沉积到表面上约100埃的元素组成。然后按如下步骤用氩离子浸蚀表面用5000V和9-10mA氩离子束照射试样表面。在用ESCA光谱处理5秒钟后，重复该步骤共5次。然后将浸蚀时间增加到20秒，接着用ESCA处理并重复该步骤共10次。最后，将浸蚀时间增加到40秒并获得ESCA光谱直到形成整体丙烯酸酯或聚合物基体。在约0-1.3分钟的浸蚀时间内由ESCA光谱中存在的硅可以清楚地表明氧化物层。
试样丙烯酸酯SnOxSiOx氧气透过率涂层 涂层涂层 (cc/m2-atm-天)30℃，0％ RHPP管，对比 60PP管IBA∶DA 无20PP管 无有 有 ＜9PP管 无有 有 ＜9PET膜 无无 无30PET膜 无有 有16IBA∶DA＝异降冰片∶环氧二丙烯酸酯(60∶40)，UV固化的SiOx涂层＝1000-3000埃(由扫描电子显微镜测定)氧化锡涂层＝70-200埃(由扫描电子显微镜测定)PP＝聚丙烯管＝40密耳的标准壁厚PET膜厚＝1密耳
权利要求
1.一种试样组件包含具有一个开口端，一个密闭端，一个内表面和一个外表面的塑料容器；和涂覆在所述容器外表面上并覆盖所述容器的所述外表面主要部分的多层阻挡涂层，所述涂层具有包含丙烯酸酯底涂层材料的第一层，在所述第一层上的包含金属氧化物的第二层和在所述第二层上的包含无机氧化物材料的第三层。
2.权利要求1的组件，还包括在所述的容器的所述开口端上的封闭塞，从而构成容器和封闭塞交界面。
3.权利要求2的组件，其中所述塑料容器是管，而所述封闭塞是弹性塞子。
4.权利要求1的组件，其中所述多层阻挡涂层包括与所述容器和所述封闭交界面相邻的对齐密实锯齿面。
5.权利要求1的组件，其中所述第一层是单-和二-丙烯酸酯的聚合混合物。
6.权利要求1的组件，其中所述第二层是SnOx，GeOx和PbOx。
7.权利要求1的组件，其中所述第三层是氧化铝或硅氧化物基组合物。
8.权利要求7的组件，其中所述第三层包含硅氧化物。
9.权利要求7的组件，其中所述第二层是通过射频放电，直接离子束沉积，双离子束沉积，溅射，等离子体增强的化学蒸汽沉积或磁性增强的等离子体体系而沉积的。
10.权利要求1的组件，还包含一个在邻接所述第三层上的由热固性环氧化物，聚对亚苯基二甲基聚合物，均聚物，共聚物或聚酯组成的所述第四层。
11.权利要求10的组件，其中所述第一层包含聚合的丙烯酸酯和所述的第三层包含硅氧化物和所述的第四层包含聚偏二氯乙烯。
12.权利要求1的组件，还具有在所述容器的内表面上的多层阻挡涂层，所述第一层包含丙烯酸酯底涂层材料，在所述第一层上的第二层是不连续的金属氧化物和有机材料的第三层。
13.多层阻挡涂层具有包含丙烯酸酯材料的第一层；在所述第一层上的包含金属氧化物的第二层；和在所述第二层上包含无机氧化物的第三层。
14.权利要求13的涂层，其中所述第三层是氧化铝或硅氧化物。
15.权利要求13的涂层，其中所述第二层是SnOx，GeOx和PbOx。
16.权利要求13的涂层，还包含在所述第三层上的聚偏二氯乙烯的第四层。
17.在预先抽真空的室中在塑料基体上沉积多层阻挡涂层的方法，包括(a)选择一种包含i)多官能的丙烯酸酯，或ii)单丙烯酸酯和多官能丙烯酸酯的混合物的可固化的组分；(b)闪蒸所述组分到所述室中；(c)向所述容器的外表面上冷凝经蒸发组分的第一层膜；(d)固化所述膜；(e)蒸发有机锡组分并将挥发性有机锡组分与一种氧化剂组分和任选地一种惰性气体组分混合形成一股室外气流；(f)在该室内由一束或多束气流组分产生辉光放电等离子体；(g)向该等离子体中可控地流入该气流，同时在其中约束至少部分等离子体；(h)在所述的第一层上沉积氧化锡层；(i)蒸发有机硅组分并将挥发性有机硅组分与一种氧化剂组分和任选地一种惰性气体组分混合形成一股室外气流；(j)在该室内由一束或多束气流组分产生辉光放电等离子体；(k)向该等离子体中可控地流入该气流，同时在其中约束至少部分等离子体；(l)在所述的第二层上沉积硅氧化物的第三层；和(m)向所述的第三层上浸渍涂覆PVDC第四层。
18.权利要求17的方法，其中所述第一和第二层是通过氧等离子体预处理的。
全文摘要
本发明涉及用多层阻挡涂层涂覆的塑料容器。该多层阻挡涂层用于对容器中的气体渗透提供极好的阻挡并用于延长容器，特别是塑料抽真空的血液采集装置的储存寿命。
文档编号B05D7/00GK1160533SQ9710105
公开日1997年10月1日 申请日期1997年1月27日 优先权日1997年1月27日
发明者耶莉娜·G·特罗普沙, 克里斯托弗·J·诺尔斯, 苏珊·L·伯克特, 布赖恩·S·王 申请人:贝克顿迪金森公司