Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13415-4:2021 (BS EN 455-4:2009) về Găng tay y tế sử dụng một lần - Phần 4: Yêu cầu và thử nghiệm xác định hạn sử dụng
GĂNG TAY Y TẾ SỬ DỤNG MỘT LẦN - PHẦN 4: YÊU CẦU VÀ THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HẠN SỬ DỤNG
Medical gloves for single use - Part 4: Requirements and testing for shelf life determination
Lời nói đầu
TCVN 13415-4:2021 hoàn toàn tương đương với BS EN 455-4:2009;
TCVN 13415-4:2021 do Viện Trang thiết bị và Công trình y tế biên soạn, Bộ Y tế đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
Bộ tiêu chuẩn TCVN 13415 (BS EN 455) Găng tay y tế sử dụng một lần, gồm các tiêu chuẩn sau:
- TCVN 13415-1:2021 (BS EN 455-1:2020), Phần 1: Yêu cầu và thử nghiệm không có lỗ thủng;
- TCVN 13415-2:2021 (BS EN 455-2:2015), Phần 2: Yêu cầu và thử nghiệm tính chất vật lý;
- TCVN 13415-3:2021 (BS EN 455-3:2015), Phần 3: Yêu cầu và thử nghiệm đánh giá sinh học;
- TCVN 13415-4:2021 (BS EN 455-4:2009), Phần 4: Yêu cầu và thử nghiệm xác định hạn sử dụng.
Lời giới thiệu
Găng tay y tế nhằm mục đích tạo một rào cản đối với các tác nhân có khả năng gây ra sự lây truyền bệnh nhiễm trùng. Để giúp đảm bảo hiệu quả, điều cần thiết là găng tay phải vừa vặn với bàn tay, không bị thủng lỗ và có đủ độ bền vật lý để không bị hỏng trong quá trình sử dụng. Tất cả những vấn đề này đều được giải quyết trong bộ TCVN 13415 (EN 455).
Tiêu chuẩn này bao hàm các thuộc tính tối thiểu giải quyết một số yêu cầu thiết yếu đã nêu chi tiết trong chỉ thị về trang thiết bị y tế (93/42 /EEC). Các nhà sản xuất phải tiến hành các thử nghiệm kiểm tra độ Ổn định để ước tính hạn sử dụng của mọi loại găng tay mới hay sửa đổi trước khi sản phẩm được đưa ra thị trường và bắt đầu các nghiên cứu về độ ổn định trong thời gian thực. Thử nghiệm kiểm tra độ ổn định trong thời gian thực có thể được coi là một phần yêu cầu của nhà sản xuất để tiến hành giám sát sau tiếp thị sản phẩm của họ. Những yêu cầu này nhằm mục đích đảm bảo rằng các nhà sản xuất có đầy đủ dữ liệu để hỗ trợ các tuyên bố về hạn sử dụng trước khi sản phẩm được đưa ra thị trường và những dữ liệu này có sẵn để xem xét bởi các cơ quan quản lý.
GĂNG TAY Y TẾ SỬ DỤNG MỘT LẦN - PHẦN 4: YÊU CẦU VÀ THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH HẠN SỬ DỤNG
Medical gloves for single use - Part 4: Requirements and testing for shelf life determination
Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu về hạn sử dụng đối với găng tay y tế sử dụng một lần. Tiêu chuẩn này cũng nêu rõ các yêu cầu về ghi nhãn và đưa ra các thông tin liên quan về các phương pháp thử nghiệm được sử dụng.
Tiêu chuẩn này áp dụng cho các thiết kế hiện có, mới và thay đổi đáng kể. Những thiết kế hiện có vẫn chưa có sẵn dữ liệu già hóa cần phải tạo ra dữ liệu đó trong một khoảng thời gian hợp lý.
Tiêu chuẩn này không quy định kích cỡ của lô. Cần chú ý đến những khó khăn có thể liên quan đến việc phân phối và kiểm soát các lô rất lớn. Kích cỡ lô riêng lẻ tối đa được khuyến nghị để sản xuất là 500.000.
Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có)
TCVN 13415 (EN 455) (tất cả các phần), Găng tay y tế sử dụng một lần
EN 1041, Information supplied by the manufacturer of medical devices (Thông tin cung cấp bởi nhà sản xuất thiết bị y tế)
EN ISO 11607 (all parts), Packaging for terminally sterilized medical devices (Bao gói cho thiết bị y tế đã tiệt khuẩn lần cuối)
Trong tiêu chuẩn này, áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:
3.1
Phương trình Arrhenius (Arrhenius equation)
Hệ thức giữa năng lượng hoạt hóa (EA), nhiệt độ tuyệt đối (T), và hằng số tốc độ của phản ứng phân [k(T)]
CHÚ THÍCH: Hạn sử dụng của một sản phẩm cao su được dự đoán dựa trên nguyên lý Arrhenius của tốc độ phản ứng hóa học. Phương trình Arrhenius có dạng cơ bản sau:
Trong đó:
A là Hằng số (min -1)
Ea là năng lượng hoạt hóa (j/mol)
R là Hằng số Khl Phổ biến (8.314J. mol-1. K-1)
T là Nhiệt độ Tuyệt đối (K)
k(T) (min-1) là Hằng số Tốc độ cho quá trình phân hủy Một cách thể hiện khác của phương trình Arrhenius là:
Thời gian cần thiết để suy giảm các thuộc tính vật lý đến giá trị ngưỡng tỷ lệ nghịch với hằng số tốc độ k(T)
3.2
Bao gói tiêu dùng (consumer package)
Bao gói, dùng để phân phối sản phẩm cho người dùng, chứa các găng tay rời hoặc cặp găng tay riêng lẻ
CHÚ THÍCH: Ví dụ một bao gói chính cho các sản phẩm vô khuẩn hoặc hộp phân phối cho sản phẩm không vô khuẩn.
3.3
Hạn cuối (expiry date)
Ngày công bố, sau đó găng tay không được sử dụng
3.4
Lô (lot)
Tập hợp các găng tay cùng thiết kế, màu sắc, kích thước và công thức, được sản xuất cơ bản cùng thời gian, sử dụng cùng quy trình sản xuất, nguyên liệu thô cùng đặc tính kỹ thuật, thiết bị chung và được đóng gói trong bao gói riêng cùng kiểu
3.5
Hạn sử dụng (shelf life)
Thời gian từ ngày sản xuất đến hạn cuối công bố
3.6
Thay đổi đáng kể (significant change)
Sự thay đổi có thể dự kiến được một cách hợp lý ảnh hưởng đến sự an toàn hoặc sự hiệu quả của một thiết bị y tế
CHÚ THÍCH: Nó có thể bao gồm bất kỳ thay đổi nào ở:
a) quá trình sản xuất, cơ sở sản xuất hoặc thiết bị;
b) các quy trình kiểm soát chất lượng sản xuất, bao gồm phương pháp, các thử nghiệm hoặc quy trình sử dụng để kiểm soát chất lượng, độ tinh khiết và độ vô khuẩn của thiết bị hoặc của vật liệu sử dụng trong sản xuất;
c) thiết kế thiết bị, bao gồm các đặc tính hiệu năng, các nguyên lý vận hành và các đặc tính vật liệu, v.v
d) sử dụng dự kiến thiết bị, bao gồm mọi sử dụng mới hay mở rộng, mọi bổ sung hoặc loại bỏ chống chỉ định đối với thiết bị, và mọi thay đổi ở giai đoạn sử dụng để thiết lập ngày hết hạn.
3.7
Giá trị ngưỡng (threshold value)
Giá trị tối đa hay tối thiểu cho một thuộc tính đang được thử nghiệm
4.1 Yêu cầu chung
Găng tay y tế phải tuân theo các yêu cầu của bộ TCVN 13415 (EN 455) cho đến hết hạn sử dụng đã công bố của chúng với điều kiện chúng được bảo quản theo các hướng dẫn do nhà sản xuất cung cấp.
Các nhà sản xuất phải kiểm tra các đặc tính có thể thay đổi một cách hợp lý trong hạn sử dụng của sản phim. Các đặc tính này phải bao gồm, nhưng không giới hạn ở, lực kéo đứt, không bị thủng lỗ và trong trường hợp là găng tay vô trùng, tính nguyên vẹn của bao gói. Tiêu chuẩn này xác định các phương pháp xác định hạn sử dụng của găng tay y tế trước khi bất kỳ sản phẩm mới hoặc sản phẩm nào có sự thay đổi đáng kể về công thức hoặc quy trình có thể được bán trên thị trường.
Vì việc hoàn thành các nghiên cứu già hóa trong thời gian thực trước khi đưa sản phẩm ra thị trường là không thể thực hiện được, nên có thể sử dụng các nghiên cứu tăng tốc về tính ổn định dựa trên các nguyên tắc động học để ấn định hạn sử dụng dự kiến. Hạn sử dụng dự kiến đã ấn định như vậy sẽ được xác minh bằng các nghiên cứu thời gian thực.
Các tuyên bố về hạn sử dụng dựa trên nghiên cứu già hóa tăng tốc không được vượt quá ba năm. Dữ liệu hỗ trợ cho các tuyên bố về hạn sử dụng do nhà sản xuất đưa ra phải được cung cấp theo yêu cầu.
4.2 Hạn sử dụng và chống xuống cấp
Trước khi đưa một sản phẩm mới hay một sản phẩm đã cải tiến đáng kể ra thị trường, tiêu chuẩn này yêu cầu:
- hoàn thành một nghiên cứu thời gian thực như được mô tả trong 5.1 để xác định hạn sử dụng hoặc
- một nghiên cứu thời gian thực như được mô tả trong 5.1 để xác định hạn sử dụng đã được bắt đầu và đã hoàn thành một nghiên cứu già hóa tăng tốc như mô tả trong 5.2 sẽ được hoàn thành.
Khuyến khích xác định hạn sử dụng trong các điều kiện bảo quản cụ thể do nhà sản xuất quy định cho sản phẩm (ví dụ: 25 °C). Nhà sản xuất phải công bố nhiệt độ cùng với hạn sử dụng hoặc hạn cuối. Các nghiên cứu già hóa tăng tốc (5.2) phải được thực hiện trên các găng tay từ cùng lô sản xuất với găng tay sử dụng để xác định thời gian sử dụng thực (5.1).
CHÚ THÍCH: Xem thêm chỉ dẫn về nhiệt độ động học trung bình ở EN ISO 291.
4.3 Sự thay đổi sản phẩm
Bất kỳ khi nào có sự thay đổi đáng kể nào với sản phẩm, nhà sản xuất phải xác định lại hạn sử dụng.
4.4 Ghi nhãn
Hết hạn sử dụng, ghi nhãn vẫn còn có thể đọc được theo EN 1041.
4.5 Tính nguyên vẹn của rào chắn vô khuẩn
Đối với các sản phẩm vô khuẩn, áp dụng các yêu cầu của loạt EN ISO 11607. Cần chú ý đến việc duy trì tính vô khuẩn trong hạn sử dụng đã nêu của sản phẩm.
CHÚ THÍCH: Tùy thuộc vào vật liệu đóng gói được sử dụng, có thể xảy ra trường hợp vật liệu đóng gói sẽ không chịu được nhiệt độ tăng cao nào đó đang được sử dụng để dự đoán hạn sử dụng bằng phương pháp thử già hóa tăng tốc. Trong những trường hợp này, có thể nên tiến hành thử nghiệm già hóa tăng tốc ở nhiệt độ thấp hơn.
4.6 Các điều kiện lưu giữ
Nhà sản xuất phải cung cấp các chỉ dẫn bảo quản cho người sử dụng cuối. Những chỉ dẫn này có thể được in trên bao gói bán hàng hoặc được cung cấp trong tài liệu đi kèm sản phẩm.
5.1 Xác định hạn sử dụng thời gian thực
Phương pháp thử nghiệm để xác định hạn sử dụng bằng các nghiên cứu thời gian thực phải được tiến hành như đã nêu trong Phụ lục A hoặc một phương pháp đã được xác thực một cách phù hợp đã đã được chứng minh là tương đương với Phụ lục A.
Nếu dữ liệu thời gian thực cho thấy hạn sử dụng ngắn hơn hạn sử dụng được công bố trên cơ sở già hóa tăng tốc, nhà sản xuất phải thông báo cho cơ quan quản lý có liên quan. Nhà sản xuất phải thay đổi các công bố về hạn sử dụng của sản phẩm thành một công bố dựa trên nghiên cứu thời gian thực. Đối với găng tay được bán trên thị trường, cần hoàn thành các nghiên cứu về độ ổn định theo thời gian thực trong toàn bộ hạn sử dụng.
5.2 Xác định hạn sử dụng tăng tốc
Trong khi chờ hoàn thành các nghiên cứu thời gian thực, cần sử dụng các nghiên cứu độ ổn định tăng tốc để ước tính hạn sử dụng. Ví dụ về các phương pháp nghiên cứu tăng tốc và phân tích dữ liệu được cung cấp trong Phụ lục B. Dữ liệu tạo ra từ các nghiên cứu đó phải hỗ trợ tuyên bố rằng găng tay đáp ứng các yêu cầu ở Điều 4 trong suốt hạn sử dụng ghi nhãn ở nhiệt độ như nhà sản xuất xác định.
CHÚ THÍCH: Xem thêm chỉ dẫn về lựa chọn nhiệt độ trong EN ISO 2578.
Báo cáo thử nghiệm phải có ít nhất các thông tin sau:
a) viện dẫn các tiêu chuẩn này;
b) chi tiết mẫu thử nghiệm;
1) nhận dạng đầy đủ vật liệu được thử nghiệm;
2) kích thước và phương pháp chuẩn bị mẫu, với tham chiếu các tiêu chuẩn EU liên quan;
3) các thuộc tính được chọn, có tham chiếu đến các Tiêu chuẩn Châu Âu liên quan;
4) giá trị ngưỡng của thuộc tính đã chọn;
5) thời gian và nhiệt độ ổn định các mẫu thử.
c) chi tiết về các điều kiện già hóa;
d) dữ liệu thử nghiệm và phân tích theo các tiêu chuẩn liên quan;
e) công bố hạn sử dụng đã được xác nhận.
Phương pháp xác định hạn sử dụng bằng nghiên cứu thời gian thực
Găng tay trong bao gói bán hàng được ổn định ở nhiệt độ như đã xác định bởi nhà sản xuất (ví dụ 25 °C) trong suốt hạn sử dụng dự kiến và sau đó thử nghiệm kiểm tra sự phù hợp.
CHÚ THÍCH: 25 °C là nhiệt độ động học trung bình của vùng khí hậu ôn đới.
Để một số lượng đủ găng tay (lấy từ tối thiểu ba lô găng tay được đóng gói trong bao gói tiêu dùng, hoặc bao gói dán đối với găng tay vô khuẩn) trong một môi trường quy định và ổn định chúng để đánh giá trong các khoảng thời gian một năm hoặc ngắn hơn:
a) mức trung bình của lực kéo đứt (13 găng tay mỗi khoảng) theo EN 455-2;
b) không bị thủng lỗ theo EN 455-1;
c) găng tay có phù hợp với mục đích đã định, và
d) tính toàn vẹn của bao gói (găng tay vô trùng).
Các lô phải được thử nghiệm riêng lẻ và kết quả của từng lô được báo cáo riêng lẻ - có thể không kết hợp các lô với nhau. Mỗi lô đều phải vượt qua tất cả các yêu cầu thử nghiệm để cho phép công bố hạn sử dụng trong khoảng thời gian đã nêu.
CHÚ THÍCH: Khuyến nghị mạnh mẽ ổn định bổ sung găng tay làm găng tay dự phòng trong trường hợp có nhu cầu kiểm tra lại hoặc trong trường hợp cần thêm thời gian.
A.3 Xác nhận công bố hạn sử dụng
Sau khi hoàn thành A.2, công bố hạn sử dụng phải tới thời hạn đó, không vượt quá năm năm, đối với những găng tay đã phù hợp các yêu cầu của tiêu chuẩn này.
Chỉ dẫn về tiến hành và phân tích các nghiên cứu già hóa tăng tốc
Có thể sử dụng các nghiên cứu già hóa tăng tốc để dự tính hạn sử dụng dự kiến. Phụ lục này mô tả phương thức chung có thể được sử dụng để tiến hành các nghiên cứu già hóa tăng tốc nhằm ước tính hạn sử dụng đưa ra thị trường trong khi đang tiến hành các nghiên cứu thời gian thực. Nó cũng cung cấp chỉ dẫn về phân tích các nghiên cứu này nhằm dự đoán hạn sử dụng dựa trên sự liên quan Arrhenius.
Trước khi bắt đầu các nghiên cứu già hóa tăng tốc, cần xem xét các cơ chế thoái hóa cụ thể có thể áp dụng cho loại vật liệu làm găng tay. Một số vật liệu, ví dụ, có thể có khả năng chống thoái hóa do nhiệt và oxy hóa tuyệt vời nhưng lại dễ bị phân hủy nhanh chóng do thủy phân nếu không được bảo vệ khỏi độ ẩm. Các nghiên cứu già hóa tăng tốc thường được thực hiện ở nhiệt độ tăng cao để tăng tốc độ xuống cấp nhưng các yếu tố tiềm ẩn quan trọng khác, chẳng hạn như độ ẩm, cũng cần được tính đến.
Cũng cần lưu ý rằng việc sử dụng nhiệt độ cao có thể làm xuất hiện các hiệu ứng không liên quan đến quá trình già hóa thông thường vốn gặp phải trong các điều kiện môi trường. Ví dụ, một số vật liệu dẻo nhiệt có thể bị mềm quá mức hoặc nóng chảy một phần ở nhiệt độ cao thường vẫn được sử dụng cho các nghiên cứu già hóa tăng tốc. Cũng có bằng chứng rằng đối với một số công thức mủ cao su thiên nhiên, cơ chế phân hủy thay đổi ở các nhiệt độ vượt quá 50° C. Do đó, phạm vi nhiệt độ sử dụng để thử nghiệm một số loại găng tay có thể bị hạn chế.
Hạn sử dụng của găng tay có thể bị giới hạn bởi các yếu tố khác ngoài sự suy giảm độ bền của vật liệu. Ví dụ, vật liệu có thể tăng mô đun và do đó hạn sử dụng có thể bị hạn chế do găng tay trở nên quá cứng hoặc giòn. Trong những trường hợp như vậy, thích hợp hơn là bên cạnh theo dõi độ bền cần theo dõi mô đun ngoài.
Do những sai sót và sự không chắc chắn vốn có trong việc xác định hạn sử dụng bằng cách sử dụng phương pháp già hóa tăng tốc, hạn sử dụng nên được giới hạn tối đa là 3 năm.
B.3 Quy trình tiến hành nghiên cứu già hóa tăng tốc
B.3.1 Nghiên cứu sơ bộ và ước tính thời gian sử dụng dự kiến
Trước tiên, tiến hành một nghiên cứu thử nghiệm sơ bộ để chứng minh ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phân hủy của sản phẩm và ước tính hạn sử dụng của sản phẩm. Các găng tay đóng gói trong bao gói tiêu dùng của chúng hoặc trong bao gói dán đối với găng tay vô trùng lấy từ ba lô sản xuất được đem ổn định trong tủ sấy ở nhiệt độ đã chọn. Sau những khoảng thời gian thích hợp, lấy mẫu găng tay ra khỏi tủ sấy và xác định lực kéo đứt theo TCVN 13415-2 (EN 455-2), thậm chí có thể cộng thêm bất kỳ thử nghiệm nào khác cho phép so sánh các đặc tính của găng tay như độ giãn hoặc mô đun đàn hồi.
Khuyến khích sử dụng tối thiểu bốn mức nhiệt độ cao, tối thiểu 5 mốc thời gian ở mỗi nhiệt độ và nghiên cứu nên tiếp tục trong ít nhất 120 ngày và tốt nhất là 180 ngày. Khuyến khích thử nghiệm ít nhất 7 găng tay tại mỗi thời điểm/nhiệt độ.
Nếu cần so sánh kết quả với kết quả của các găng tay đã có sẵn dữ liệu độ ổn định theo thời gian thực thi các găng tay đó cần được ổn định ở cùng thời gian.
Ước tính hạn sử dụng dự kiến của sần phẩm ở 25 °C (hoặc nhiệt độ bảo quản khác do nhà sản xuất quy định) bằng cách sử dụng một hoặc nhiều quy trình được mô tả trong phần B.4, B.5 và B.6.
B.3.2 Thẩm định hạn sử dụng dự kiến
Sử dụng dữ liệu từ nghiên cứu thử nghiệm sơ bộ để chọn một hoặc nhiều sự kết hợp thời gian già hóa và nhiệt độ dự kiến sẽ gây ra cùng mức độ thoái hóa sản phẩm trong hạn sử dụng dự kiến ở 25 °C (hoặc nhiệt độ bảo quản khác do nhà sản xuất quy định). Nên chọn các điều kiện già hóa để lặp lại cách thức hư hỏng ở 25 °C đã dự đoán từ nghiên cứu sơ bộ độ ổn định. Việc lựa chọn các điều kiện tham chiếu dễ dàng đạt được nhất khi sử dụng các hệ số dịch chuyển Arrhenius giả sử đã có được một đồ thị Arrhenius hợp lý và có sẵn năng lượng hoạt hóa đáng tin cậy. Để thuận tiện, có thể chọn nhiệt độ già hóa 70 °C (nếu có thể) và 50 °C.
CHÚ THÍCH 1: Nghiên cứu thẩm định có thể bắt đầu trước khi nghiên cứu sơ bộ hoàn thành nhưng phải có một khoảng thời gian trễ thích hợp để cho phép tập hợp và phân tích dữ liệu từ nghiên cứu sơ bộ nhằm xác định khi nào cần thử nghiệm các mẫu thẩm định.
CHÚ ThíCH 2: Trong ví dụ trích dẫn ở phụ lục này, năng lượng hoạt hóa đã ước tính là 142 kJ/mol, 22 ngày ở 50 °C, 5 ngày ở 60 °C và 1 ngày ở 70 °C sẽ tương đương với khoảng 5 năm ở 25 °C.
Lấy các mẫu găng tay đóng gói trong bao gói tiêu dùng của chúng hay trong bao gói dán với găng tay vô trùng từ ba lô sản xuất. Nên sử dụng ba lô sản phẩm tương tự như cho nghiên cứu già hóa tăng tốc sơ bộ nếu nghiên cứu thẩm định được bắt đầu trong vòng 2 tháng kể từ khi bắt đầu nghiên cứu sơ bộ. Nếu không, nên sử dụng các lô găng tay mới. Ổn định các mẫu ở nhiệt độ già hóa đã chọn trong thời gian đã chọn. Kiểm tra sự phù hợp của các mẫu với các yêu cầu của bộ tiêu chuẩn TCVN 13415 (EN 455), bao gồm:
a) giá trị trung vị của lực kéo đứt (13 găng tay mỗi khoảng thời gian) theo TCVN 13415 -2 (EN 455-2);
b) không bị thủng lỗ theo TCVN 13415 -1 (EN 455-1);
c) găng tay có phù hợp với mục đích đã định, và
d) tính toàn vẹn của bao gói (găng tay vô trùng).
Ước tính hạn sử dụng dự kiến được xác nhận nếu sản phẩm tuân thủ các yêu cầu của bộ TCVN 13415 (EN 455) sau khi bảo quản ở nhiệt độ và thời gian già hóa đã chọn.
B.4 Phân tích dữ liệu già hóa tăng tốc để dự tính hạn sử dụng dự kiến
Đối với nhiều sản phẩm, hạn sử dụng dự kiến có thể được dự đoán bằng cách ngoại suy từ các nghiên cứu già hóa tăng tốc có sử dụng phương trình Arrhenius. Chi tiết của quy trình được nêu trong ISO 11346. Việc áp dụng phương trình Arrhenius nên được xem xét trước tiên. Chi tiết về cách thức xây dựng đồ thị Arrhenius được trình bảy ở B.5.
Ngoài ra, có thể phân tích kết quả dữ liệu già hóa tăng tốc bằng một số phương pháp khác hoặc như quy định bởi cơ quan quản lý nhà sản xuất. Một phương pháp hữu ích là so sánh tốc độ thay đổi các đặc tính với sự thay đổi của một găng tay có công thức tương tự mà hạn sử dụng đã được xác định bằng nghiên cứu thời gian thực. Nhà sản xuất không bị giới hạn bởi bất kỳ phương pháp phân tích cụ thể nào các nghiên cứu già hóa tăng tốc, và ngược lại họ được khuyến khích tìm hiểu các phương pháp khác nhau có sẵn.
B.5 Áp dụng phương trình ARRHENIUS vào dữ liệu già hóa tăng tốc
B.5.1 Cơ sở
Đối với nhiều phản ứng hóa học, tốc độ phản ứng xảy ra khác nhau phụ thuộc nhiệt độ và theo Phương trình Arrhenius:
Trong đó:
A là hằng số
EA là năng lượng hoạt hóa R là hằng số chất khí (8,314 J-mol-1.K-1)
T là nhiệt độ tuyệt đối
k(T) là hằng số tốc độ của một phản ứng hóa học cụ thể
Có thể chứng tỏ rằng thời gian cần thiết để một phản ứng đạt đến một ngưỡng xác định tỷ lệ nghịch với hằng số tốc độ k(T). Do vậy, có thể viết lại phương trình Arrhenius theo thời gian cần thiết để đạt được một ngưỡng nhất định, t(x%), như sau:
Trong đó:
C là hằng số
Tính logarit của hai bên và sắp xếp lại, phương trình B2 trở thành:
Nếu giả định rằng có mối quan hệ trực tiếp giữa những thay đổi hóa học cơ bản và sự thay đổi đặc tính vật lý quan sát thấy thì phương trình (B.3) cũng mô hình hóa thời gian cần thiết để đặc tính vật lý đó đạt đến một ngưỡng xác định.
Nếu có thể áp dụng được phương trình Arrhenius thì từ phương trình (B.3) sẽ thu được một đường thẳng bằng cách vẽ biểu đồ Int (x %) theo 1/T (K-1). Giả sử thu được một đường thẳng thì rất dễ dàng ngoại suy đường thẳng đó và xác định được thời gian cần thiết để có thể xảy ra mức độ thay đổi xác định trước ở nhiệt độ mục tiêu. Năng lượng hoạt hóa EA có thể được tính toán dễ dàng từ độ dốc của đường biểu đồ khi biết rằng:
Trong đó:
m là độ dốc của đường biểu đồ
B.5.2 Ước tính thời gian cần thiết để đạt được một giá trị ngưỡng xác định
Giai đoạn đầu tiên trong việc chuẩn bị một biểu đồ Arrhenius là xác định cần bao nhiêu thời gian ở mỗi nhiệt độ để đặc tính vật lý khảo sát đạt đến ngưỡng định trước. Lý tưởng là giá trị ngưỡng đại diện cho sự thay đổi lớn nhất có thể chịu đựng được trước khi găng tay có nguy cơ không còn đáp ứng các yêu cầu quy định trong Điều 4, nhưng điều này không phải lúc nào cũng có thể thực hiện được, đặc biệt là ở nhiệt độ thấp hơn và với vật liệu ổn định. Dù vậy sự khác biệt giữa các giá trị ban đầu và giá trị ngưỡng phải đủ lớn so với độ biến thiên cơ sở để cho phép ước tính thời gian một cách chính xác. Có thể cần ngoại suy dữ liệu thu được ở các nhiệt độ già hóa thấp hơn để xác định thời gian đạt đến giá trị ngưỡng. Hình B.1 minh họa cách thực hiện điều này với giả định giá trị ngưỡng là 75 % lực giữ lại khi đứt.
CHÚ DẪN:
|
X là thời gian tính theo ngày |
Y là lực ban đầu khi đứt theo % |
|
1. ngưỡng 75 % |
2. thời gian đạt tới ngưỡng ở 60ºC |
Hình B.1 - Ước tính thời gian đạt được một ngưỡng xác định
CHÚ THÍCH: Ước tính thời gian để đạt đến một ngưỡng xác định thường dễ dàng hơn nếu có thể sử dụng các phương pháp hồi quy tuyến tính để điều chỉnh một đường thẳng xuyên qua dữ liệu. Để làm được điều này, trước tiên có thể cần phải áp dụng một phép chuyển đổi thích hợp cho dữ liệu. Nhiều quá trình hóa học tuân theo động học bậc nhất, tức là tốc độ thay đổi tỷ lệ với giá trị tức thời của biến đang xét. Nếu tốc độ thay đổi của một đặc tính cụ thể tuân theo động học bậc nhất thì có thể thu được một đường thẳng bằng cách vẽ log tự nhiên (In) của đặc tính đó theo thời gian.
Trong một số quá trình già hóa có thể xảy ra những thay đổi đột ngột về tốc độ suy thoái, ví dụ như khi tiêu thụ hết chất chống oxy hóa. Nếu cần thiết phải ngoại suy dữ liệu nhằm xác định thời gian cần thiết để đạt đến ngưỡng quy định thì cần xem xét khả năng của các tác động đó.
B.5.3 Xây dựng biểu đồ Arrhenius và ước tính năng lượng hoạt hóa
Biểu đồ Arrhenius được xây dựng bằng cách vẽ đồ thị logarit tự nhiên của các thời gian cần thiết cho một đặc tính quan tâm đạt được giá trị ngưỡng xác định Int (x%) theo nghịch đảo nhiệt độ tuyệt đối. Một biểu đồ điển hình thể hiện trong Hình B.2.
Hình B.2 - Biểu đồ Arrhenius lực tại điểm đứt, giả sử giá trị ngưỡng là 75 %
CHÚ THÍCH: Thời gian ước tính để các đặc tính vật lý rơi xuống 75 % từ Hình B.2 là 39 năm ở 25 °C. Năng lượng hoạt hóa được tính toán là 142 kJ/mol.
Trong một số trường hợp, biểu đồ Arrhenius có thể không tuyến tính. Một số cách tiếp cận để phân tích các biểu đồ Arrhenius phi tuyến tính đã được khám phá. Có khả năng là khi các nhà sản xuất và cơ quan quản lý tích lũy dữ liệu thời gian thực, một phương pháp đồng thuận chung sẽ được phát triển cho lần sửa đổi tiếp theo của Tiêu chuẩn này. Cần phải nhấn mạnh rằng bất kỳ nỗ lực nào nào ngoại suy các hạn sử dụng từ các đồ thị Arrhenius phi tuyến tính đều mang mức độ rủi ro cao và nhà sản xuất nên thận trọng với bất kỳ ước tính nào được thực hiện trong các điều kiện như vậy. Nhà sản xuất nên cố gắng đảm bảo rằng các đặc tính vật lý thay đổi theo cách ổn định trong phạm vi nhiệt độ sử dụng cho các nghiên cứu. Trong một số trường hợp, có thể hoàn toàn không sử dụng được mối quan hệ Arrhenius. Thông thường, năng lượng hoạt hóa cho nhiều phản ứng hóa học được tính trung bình là 83 kJ/mol mặc dù các giá trị thực tìm thấy trong thực tế khác nhau nhiều. Các giá trị đã công bố về năng lượng hoạt hóa liên quan đến sự suy giảm chất lượng do nhiệt và /hoặc oxy hóa của vật liệu đang sử dụng có thể có sẵn trong tài liệu khoa học.
B.6 Áp dụng phương pháp chồng chất nhiệt độ - thời gian trên găng tay latex cao su thiên nhiên
B.6.1 Cơ sở cho phương pháp chồng chất thời gian - nhiệt độ
Một phương pháp thay thế trình bày dữ liệu già hóa tăng tốc là sử dụng đồ thị chồng chất nhiệt độ - thời gian đã được mô tả bởi Barker [1,2], Gillen [3] và những người khác. Phương pháp này dựa trên phương trình Arrhenius và được sử dụng rộng rãi trong các tài liệu khoa học để trình bày dữ liệu già hóa tăng tốc trên các vật liệu polime. Trong quy trình này, các giá trị thời gian ở mỗi nhiệt độ được biến đổi thành thời gian tương đương ở nhiệt độ chuẩn chung bằng cách nhân chúng với hệ số dịch chuyển Arrhenius αT, được suy ra từ phương trình Arrhenius:
Trong đó:
EA là năng lượng hoạt hóa
R là hằng số chất khí (8,314 J.mol-1. K-1)
T(ref) và T(age) lần lượt là nhiệt độ chuẩn và nhiệt độ già hóa theo K
Các đặc tính vật lý thu được ở các nhiệt độ già hóa khác nhau được vẽ biểu đồ theo thời gian biến đổi tương ứng trên một đồ thị chung. Nếu các đặc tính già hóa biến đổi theo phương trình Arrhenius và sử dụng giá trị đúng cho năng lượng hoạt hóa thì sẽ thu được một đường cong chính duy nhất. Các đặc tính của găng tay sau bất kỳ giai đoạn già hóa ở nhiệt độ chuẩn đều có thể dễ dàng đọc được từ đường đồ thị tạo thành.
Năng lượng hoạt hóa đối với vật liệu cụ thể đang xem xét có thể được ước tính như mô tả ở B.5 hoặc thu được từ các tài liệu khoa học.
Trong các tình huống không thể xác định được năng lượng hoạt hóa, ví dụ vì biểu đồ Arrhenius không tuyến tính, khi đó hệ số dịch chuyển cho một khoảng nhiệt độ cụ thể thường có thể được tính bằng cách sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất. Để biết thêm thông tin, xem ISO 11346.
B.6.2 Quy trình xây dựng biểu đồ chồng chất thời gian - nhiệt độ
Xác định năng lượng hoạt hóa cho vật liệu cụ thể đang được sử dụng, tốt nhất là từ đồ thị Arrhenius như được mô tả ở B.5. Ngoài ra có thể sử dụng giá trị từ tài liệu khoa học. Tính toán các giá trị hệ số dịch chuyển αT từ công thức (B.5) cho mỗi nhiệt độ già hóa, sử dụng 25 °C làm nhiệt độ chuẩn.
a) Đối với mỗi bộ dữ liệu già hóa, nghĩa là sự kết hợp giữa thời gian và nhiệt độ, tính thời gian chuyển đổi bằng cách nhân giá trị thời gian với hệ số dịch chuyển αT tương ứng với nhiệt độ già hóa đó.
b) Vẽ biểu đồ đặc tính vật lý trung bình (lực kéo đứt hoặc độ giãn ra khi đứt) theo các thời gian chuyển đổi thích hợp.
CHÚ THÍCH 1: Mỗi đặc tính nên vẽ trên một đồ thị riêng biệt.
c) Để tạo điều kiện thuận lợi cho việc đánh giá biểu đồ sau đó, có thể đưa thêm độ lệch chuẩn vào các biểu đồ. Các biểu đồ xếp chồng thể hiện số lượng găng tay không phù hợp tại mỗi thời điểm cũng có thể mang tính thông tin.
d) Ước tính hạn sử dụng từ các biểu đồ và kiến thức về phương sai hoặc độ lệch chuẩn của các quần thể mẫu thử nghiệm. Hạn sử dụng là thời gian cần thiết ở 25 °C để đặc tính vật lý giảm xuống giá trị giới hạn mà tại đó găng tay vẫn tuân thủ tất cả các phần của EN 455.
Ví dụ về biểu đồ chồng chất nhiệt độ - thời gian (dựa trên dữ liệu đã cho trong Hình B.1) được thể hiện ở Hình B.3.
Hình B.3 - Đồ thị chồng chất thời gian - nhiệt độ
CHÚ THÍCH 2: Nếu có thể chịu được sự suy giảm 20 % lực kéo đứt trước khi sản phẩm có nguy cơ không đạt yêu cầu quy định thời hạn sử dụng sẽ vượt quá 30 năm. Do đó, yêu cầu hạn sử dụng tối đa cho phép 3 năm có thể thỏa mãn.
Xác định hạn sử dụng của một sản phẩm đã cải tiến đáng kể
Có thể sử dụng các quy trình sau đây để dự tính hạn sử dụng dự kiến đối với một sản phẩm khi đã thực hiện sự thay đổi đáng kể ở công thức hoặc quá trình sản xuất có thể ảnh hưởng đến hạn sử dụng. Trước khi thử nghiệm như mô tả dưới đây, cần kiểm tra găng tay xem có tuân thủ các yêu cầu của bộ TCVN 13415 (EN 455).
Trong khi chờ hoàn thành các nghiên cứu về độ ổn định trong thời gian thực như yêu cầu của Phụ lục A, nhà sản xuất có thể thiết lập hạn sử dụng dự kiến cho một điều kiện bảo quản và phân phối cụ thể bằng cách chứng minh rằng sản phẩm đã sửa đổi không bị hư hỏng ở mức độ lớn hơn sản phẩm lý thuyết khi được ổn định như sau:
a) sau khi bảo quản ở 70 °C trong 7 ngày;
b) sau khi bảo quản trong 90 ngày ở 50 °C.
Găng tay đóng gói trong bao gói tiêu dùng của chúng hoặc trong bao gói dán đối với găng tay vô khuẩn từ ba lô sản phẩm đã biến đổi và ba lô sản phẩm ban đầu cần được bảo quản trong các điều kiện mô tả trong phần C.2 và được kiểm tra sự phù hợp với các yêu cầu của bộ tiêu chuẩn EN 455 bao gồm:
a) lực tại điểm đứt theo TCVN 13415-2 (EN 455-2);
b) không bị thủng lỗ theo TCVN 13415 -1 (EN 455-1);
c) găng tay có phù hợp với mục đích đã định, và
d) tính toàn vẹn của bao gói (găng tay vô trùng).
Miễn là các đặc tính của găng tay đã sửa đổi không bị suy giảm đến mức độ lớn hơn so với đặc tính của găng tay ban đầu thì có thể giả định hạn sử dụng của thiết kế ban trong khi chờ sự xác nhận qua nghiên cứu già hóa thời gian thực theo Phụ lục A.
Báo cáo thử nghiệm cần phù hợp với Điều 6 của tiêu chuẩn này.
Tiêu chuẩn này đã được chuẩn bị theo sự ủy quyền tới CEN từ Ủy ban Châu Âu để cung cấp một phương tiện tuân thủ các yêu cầu cơ bản của chỉ thị tiếp cận Mới 93/42 /EEC về trang thiết bị y tế.
Một khi tiêu chuẩn này được trích dẫn trong Tạp chí chính thức của cộng đồng Châu Âu theo chỉ thị đó và đã được áp dụng như một tiêu chuẩn quốc gia ở ít nhất một quốc gia thành viên, thì việc tuân thủ các điều khoản của tiêu chuẩn này nêu ra trong bảng ZA.1 được coi là phù hợp với các yêu cầu cơ bản tương ứng của chỉ thị đó và các quy định EFTA liên quan.
|
Điều Tiêu chuẩn này |
Yêu cầu cơ bản của chỉ thị |
Nhận xét /chú thích |
|
4.1 |
4.5, 9.2, 13.3e, 13.3i |
|
|
4.2 |
4, 5, 13.3e, 13.3i |
|
|
4.5 |
5, 8.3 |
|
|
4.6 |
13.3i |
|
CẢNH BÁO: Có thể áp dụng các yêu cầu và Chỉ thị EU khác vào (các) sản phẩm không nằm trong phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này.
[1] L R Barker. J. nat Rubb. Res., 2(4), 210-213 (1987) (Tạp chí Cao su thiên nhiên)
[2] L R Barker. J. nat Rubb. Res., 5(4), 266 - 274 (1990) (Tạp chí Cao su thiên nhiên)
[3] Gillen KT, Clough RL, Wise J., Extrapolating Accelerated Thermal - Aging Results: A Critical Look at the Arrhenius Method. Polymer Preprints 1993;34(2):185 (Ngoại suy kết quả già hóa tăng tốc do nhiệt: Nhìn nhận quan trọng về Phương pháp Arrhenius)
[4] EN ISO 291, Plastics - Standard atmospheres for conditioning and testing (ISO 291:2008) (Chất dẻo - Các môi trường tiêu chuẩn để ổn định và thử nghiệm)
[5] EN ISO 2578, Plastics - Determination of time-temperature limits after prolonged exposure to heat (ISO 2578:1993) (Chất dẻo - Xác định các giới hạn nhiệt độ theo thời gian sau khi tiếp xúc dài hạn với nhiệt độ)
[6] ISO 11346, Rubber, vulcanized or thermoplastic - Estimation of life-time and maximum temperature of use (Cao su, lưu hóa hay dẻo nhiệt - Dự tính hạn sử dụng và nhiệt độ sử dụng tối đa)
MỤC LỤC
1 Phạm vi áp dụng
2 Tài liệu viện dẫn
3 Thuật ngữ và định nghĩa
4 Yêu cầu
5 Phương pháp thử nghiệm
6 Báo cáo thử nghiệm
Phụ lục A (quy định) - Phương pháp xác định hạn sử dụng bằng nghiên cứu thời gian thực
Phụ lục B (tham khảo) - Chỉ dẫn về tiến hành và phân tích các nghiên cứu già hóa tăng tốc
Phụ lục C (tham khảo) - Xác định hạn sử dụng của một sản phẩm đã cải tiến đáng kể
Phụ lục ZA (tham khảo) - Sự liên quan giữa Tiêu chuẩn Châu Âu này và các yêu cầu cơ bản của Chỉ thị EU 93/42/EEC về trang thiết bị y tế
Thư mục tài liệu tham khảo
Ý kiến bạn đọc
