פקקים מסיליקון גומי: עמידים כימית לשימוש במעבדה

המדע מאחורי עמידות הסיליקון לכימיקלים

מבנה מולקולרי מאחורי עמידות הגומי הסיליקוני לכימיקלים

מה גורם לגומי הסיליקוני להיות עמיד כל כך לכימיקלים? התשובה נמצאת במבנה הגביש של סיליקון-חמצן (Si-O), שהוא יציב בהרבה בהשוואה לפלסטיות מבוססות פחמן רגילות. הבנייה המיוחדת הזו יוצרת חומה חזקה נגד פירוק ברמה המולקולרית, גם כשנוגעים בחומרים אגרסיביים. הקבוצות הקטנות של מתיל או פניל היוצאות מהשרשרת הראשית פועלות כמעט כמו מגנים, ומגבילות את כמות המגע בין שטח הגומי לחומרים קורוזיביים. מכסים מרובד טבעוני מספרים סיפור שונה – הם נוטים להתפרק במהירות תחת תנאים קשים. הסיליקון מונע את הבעיה הזו מכיוון שהמולקולות שלו לא נפרדות בקלות כמו בגומי טבעי. בגלל זה הוא שומר על צורתו ועל עמידותו לאורך זמן, מה שעושה אותו אידיאלי לשימושים שבהם העמידות הכימית ארוכת הטווח היא החשובה ביותר.

יציבות ב-pH קיצוני: תאימות סיליקון עם חומצות ובסיסים

סתמי סיליקון עובדים היטב במגוון רחב של פתרונות, מ חומצות חזקות ביותר ב-pH 1 כמו חומצה גופרית מרוכזת עד לחומרים בסיסיים מאוד ב-pH 14 כמו נתרן הידרוקסיד. מה שמבדיל אותם הוא היכולת שלהם לשבת שם בלי להגיב, כך שהם לא גורמים להחליפי יונים לא רצויות כאשר הדברים הופכים חומציים, להתפרק באמצעות הידרוליזה במצבים אלקליים, או לסבול את סוג הנזק על פני השטח מכיוון שהם מתמודדים עם תנאים קיצוניים כאלה מבלי להתפרק, סתמי אלה הופכים בעלי ערך במיוחד במעבדות העוסקות בבהורים תרופתיים או בהפגנות כימיות שבהן רמות ה-pH משתנות כל הזמן במהלך הניסויים.

ביצועים נגד מסילי קוטביים ולא קוטביים

סיליקון עמיד בסולבנטים קוטביים כמו אתנול (עד ריכוז של 70%) ואיזופרופנול, אך מצליח במיוחד בטיפול בagents לא-קוטביים. מבחנים מראים פחות מ-10% נפיחות לאחר 72 שעות בהקסאן, טולואן וכולוורם – מה שמראה יציבות טובה יותר בהשוואה לפקקים מבוטיל, שמציגים נפיחות של 40–60% בחשיפה דומה להידרוקרבונים.

השפעת טמפרטורה, ריכוז וזמן חשיפה על ההתנגדות

מבחני הזדקנות מאיצים מגלים הפחתה של 15% בחוזק מתיחה כאשר פקקי סיליקון עוברים חשיפה כימית של 100°C במשך 500 שעות – ביצועים טובים פי שלושה מאלסטומר EPDM. עם זאת, חומצת חנקת מרוכזת (≥68%) גורמת cracking בשטח באופן הדרגתי מעבר לגבולות המומלצים על ידי היצרן, מה שמדגיש את החשיבות של התאמת השימוש לפרופילי החשיפה.

מגבלות: מדוע סיליקון מגיב עם חמצנים חזקים למרות אינרטיות

למרות האינרטיות הכללית שלו, הסיליקון מתדרדר כאשר נחשף לממחמצנים חזקים כמו חומצה הידרוכלורית (>30%) וחומצה גופרתית מעשנת. חומרים אלו מזיזים תגובות רדיקליות של שרשרת שפוגעות בגביש Si-O. לסביבות כאלו, מומלצים גרסאות של פלואורוסיליקון, שכן החלפת הפלואורין מקטינה העברת אלקטרונים ומשפרת את היציבות החמצונית.

סיכוני התדרדרות כימית ומקרי כשל בפועל

כשלים נפוצים של סтопרים שאינם מסיליקון שנחשפו לכימיקלים אגרסיביים

כשאטמים מ каучוק טבעי, לטקס ורבריתן באים במגע עם חומצות, ממסים או agents מחמצנים, הם נוטים להידרס בצורה משמעותית עם הזמן. מחקר חדש מהשנה שעברה חשף משהו מטריד במיוחד בנוגע לאטמים מ каучוק טבעי. כשליש משני שליש מהם החלו בסדקים לאחר רק שלושה ימים בהשריה ב-30% תמיסת חומצת גופרתית, מכיוון ששרשראות הפולימרים שלהן פשוט התפוררו. ואז יש את האצטון, שמגביה אטמי לטקס באופן קבוע ב-12 עד 15% בנפח. ואם רבריתן נחשף להידראקربונים לא קוטביים? אז הוא מפתח קיבועים מטרידים כשכימיקלים חודרים דרך החומר. כל הבעיות האלה אומרות שהאטימה כבר לא עובדת כראוי. מעבדות דיווחו על בעיות של זיהום דגימות, או גרוע יותר – פליטת אדים מסוכנים כשאטמים מתפרקים נכשלים לשמור על אטימה תקינה.

מקרה לדוגמה: התרחבות וסדקים באטמים אלסטיים בסביבות ממס

בחינה של 150 מחסומים גומיים שנפגעו ממעבדות פרמצבטיות שונות בשנת 2022 חשפה משהו מעניין: כשמונה מתוך עשרה מהם התדרדרו עקב ממסים. כאשר מחסומי הגומי הפלואורצרים נחשפו שוב ושוב לממסים קיטונים במשך חצי שנה, הם צברו כ-9% במשקל עקב נפיחות, אך איבדו כמעט 40% מכוח המשיכה שלהם. החלשות זו גרמה לחלקיקים להתנתק כאשר הבקבוקים נעררו או הופעלו, מה שמייצר בעיות חמורות בייצור תרופות להזרקה. עם זאת, המצב נראה הרבה יותר טוב עם חלופות של גומי סיליקון. אלה מתנפחים רק בפחות מ-2% בתנאי בדיקה דומים, מאחר והמבנה הצומת הסילוקסן המיוחד שלהם מונע מרבית הממסים מלחדור פנימה כבר בהתחלה.

בדיקת וודאות של עמידות כימית בפועל

פרוטוקולים סטנדרטיים להערכת עמידות מחסומי מעבדה

בדיקת התנגדות כימית של מכסים גומי נשלטת על ידי תקנים תעשייתיים הכוללים את ASTM D471 ו-ISO 1817. בדיקות אלו כוללות שילוב הפקקים בכימיקלים מסוימים בטמפרטורות מסוימות לתקופות זמן מוגדרות. המטרה העיקרית היא לבדוק אם הפקקים עמידים בתנאים אלו. פרמטרי הבדיקה כוללים את משך הזמן בו הם נשארים במגע עם החומר, בדרך כלל בין 24 שעות עד מעל 1,000 שעות, וכן ריכוזים שונים שמתחלפים מאפס אחוז ועד עוצמה מלאה. לדוגמה, ASTM D471 מגביל למעשה את מידת ההתנפחקות של חומרי סיליקון בעת הצבתם בממסים הפחמניים, וקובע תקרה של כ-15% התנפחות כתואמת קבלה. זה עוזר לייצרנים להבין איזו ביצועים ניתן לצפות ביישומים אמיתיים.

מדידת פגיעה: שינוי במשקל, שינוי בקשיחות ובכוח משיכה

מדדים כמותיים עוזרים לקבוע את התאימות החומר:

מחקרים מראים שפקקים מסיליקון שומרים על שינוי קשיות של פחות מ-8% לאחר 500 שעות בסופרחם בריכוז 30%, ובכך vượtים באופן ניכר את הגומי הטבעי, שמראה ירידה באחוזי קשיות של 20–35% באותם תנאים.

סימולציות של חשיפה לטווח ארוך בתנאים חומציים ואלקליניים

בדיקות מעבדה שמזרזות את תהליך ההזדקנות חושפות את המגופים לרמות pH קיצוניות, בין 1 ל-14, תוך שמירה על חום גבוה בין 70 ל-120 מעלות צלזיוס. תנאים אלו מדמים את מה שיקרה לאחר כחמש שנים של שימוש רגיל במעבדה. כאשר עוזבים את חומרי הסיליקון למשך 12 חודשים בתמיסה של 40 אחוז נתרן שמן, הם שומרים על כ-92 אחוז מהמתקפתיות המקורית שלהם. גומי הניטריל, לעומת זאת, לא מצליח להישאר ברמה דומה, ומאבד כמעט שני שלישים מהגמישות שלו בתנאים דומים. הבעיה מחמירה כאשר החומרים עוברים שוב ושוב בין סביבות חומציות לש alkalinity. לחץ מסוג זה גורם ל образования של סדקים על פני השטח במהירות רבה יותר. לכל מי שעוסק בקרשים פרמצבטיים שצריכים לעמוד בתהליכי סטריליזציה באוטוקלאב, מידע זה חשוב ביותר בבחירת חומר החיבוץ המתאים.

סינון הפער: סתירות בין נתוני מעבדה לבין טענות יצרנים

יצרנים מדווחים בדרך כלל על עמידות כימית ב-23° צלזיוס, אך תנאים בשטח – כגון התקנות רתיחה מחדש ב-85° צלזיוס – יכולים להפחית את הביצועים של הסיליקון ב-18–30% מול קטונים ואסטרים. בדיקה על ידי צד ג' דרך מעבדות מאושרות לפי ISO/IEC 17025 פותרת 83% ממקרי אי התאמת דרישות, במיוחד ליישומים הכוללים ממסים הלוגניים כמו דיכלורומتان.

שיטות עבודה מומלצות לבחירה ושימוש בפקקים מרוברי סיליקון

התאמת דרגת הפקק לפרופילי חשיפה כימית ספציפיים

בחירת מכסה גומי סיליקון נכון דורשת בחינה של התאמה כימית שמעבר פשוט לשקול ערכי pH. כשמדובר בחומצות חזקות כמו חומצת גופרת בריכוז 95% או בסיסים מרוכזים כגון נתרן הידרוקסיד בריכוז 50%, מומלצים סיליקונים מעובדים על ידי פרוקסיד, המסוגלין לעמוד בתפעול מתמשך בטמפרטורות של עד כ-150 מעלות צלזיוס. מעבדות העוסקות בממסים קוטביים הכוללים אצטון ואתנול יבחרו באפשרויות מעובדות פלטינה, שבהן רמות ההוצאה להחלפה נשארות מתחת ל-0.1%. לפי מחקר שהתפרסם בשנה שעברה, בחירה לא נכונה של מכסים הייתה אחראית למעשה לכמעט חמישית מכל התאונות במעבדות הקשורות לממסים כלורניים כמו דיכלורומתאן.

הארכת חיי השירות: טיפים לניקוי, אחסון ושימוש

תחזוקה נכונה יכולה להאריך את عمر החיים של מכסים מסיליקון ב-3–5 שנים:

• ניתן לנקות באמצעות דטרגנטים בנייטרליים ולא להשתמש בפתרונות המבוססים על לבנים
• לאחסן אנכית במיכלים מוגנים מפני קרינת UV ולמטה מ-30°C
• סובבו את המגבים חודשיות כדי למנוע עיוות עקב לחץ קבוע באוטוקלבים בלחץ גבוה
  מנהלי מעבדה דיווחו על ירידה של 72% בהחלפות כאשר הם עוקבים אחר הפעולות האלה, בהשוואה לטיפול אקראי.

הכשרת מעבדות לטווח ארוך עם פתרונות סיליקון מוסדרים ומאושרים מראש

לשימושים קריטיים, אימצו מגבים מאושרים ומוסדרים מראש לפי תקנים USP Class VI ו-ISO 10993. מגבים אלו עוברים הערכה מחמירה לרעילות תאית (¢20%억 inhibition) ורמות אנדוטוקסין (<0.25 EU/mL), ובכך מקטינים את הסיכון להזנות בתאי תרבות ב-91% לעומת חלופות לא מאושרות.

שאלות נפוצות

מה גורם לגומי הסיליקון להיות עמיד כימית? העמידות של גומי הסיליקון נובעת מהמבנה שלו של גביש סיליקון-חמצן, שהוא יציב יותר מפלסטיקים מבוססי פחמן.

למה עליי לבחור במגבי סיליקון לתנאי pH קיצוניים? מגבי סיליקון מספקים יציבות לאורך טווח רחב של רמות pH, מה שהופך אותם למתאימים למעבדות שמocupות בתגובות כימיות הכוללות שינוי ברמות pH.

האם גומי סיליקון מסוגל להתמודד בצורה יעילה עם ממסים קוטביים ולא-קוטביים? כן, לגומי סיליקון יש יציבות גבוהה יותר מול ממסים קוטביים ולא-קוטביים, מה שמפחית את הנפחה וההתדרדרות.

מהן המגבלות הנפוצות של סיליקון? סיליקון יכול להגיב עם מחמצנים חזקים כמו חומצה פרכלורית, אם כי שיבוטי פלואורוסיליקון יכולים לספק יציבות חמצונית משופרת.