Szerves Polimerek (muanyagok)

1
Szerves Polimerek (muanyagok)

• Dr. prof Nagy József

2
Polietilén (PE)

• Kissuruségu LDPE.
• Eloáll CH2CH2?PE (1000-2000bar, 80- 300C, 0.1
  O2peroxid)
• Nagysuruségu HDPE (Natta Ziegler. Kat
  TiCl3AlEt3, 1-50bar, 20-150C) Kristályossága
  87.
• Philips típus (kat Cr2O3, 30-40 bar,85-180C,
  Krist. 93
• Ultra nagy moltömegu PE UHMWPE (Natta-Ziegler.)
• Tulajdonság
• Sav és lúgálló,oldószerállósága, nagyfeszültségu
  szigetelo 50C-ig. Maxwell test maradó
  deformációt szenved.
• Biokompatibilis (orvosi tisztaságú)

3
PE Fizikai és mechanikai tulajdonságai
Tulajdonság LDPE HDPE UHMWPE
Suruség .g/cm3 0.91-0.925 0.941-0.945 0.94-0.99
Moltömeg.Dalton 0.02-6.106 45000 2-10.106
Kristályosság 40-55 60-80 50-90
Húzó szilárdság MPa 10 27 41
Nyúlás 500 gt550 450
E modulus GPa 0.21 1.4 0.8-2.7
Vízfelvétel () lt0.1 gt0.1 lt0.1
Olv. tartomány C 105-110 130-135 135-155
Felhasználási tart. C 60-75 70-80 100
4
Csípoízület

• Vápa bélése Kopás 150-200 µm/év

5
Polipropilén (PE)

• xx sz. legsíkeresebb polimerje 10millió t/év
• Ziegler Natta (1969-70) iPP mellett 5-7 aPP is
  volt.
• Jelenleg (Zr-matallocén kat) iPP 100-os termék
• Kopolimerek PE-PP, EPDM rugalmas gumi
• Kompozit (GF) uvegszállas PP
• Op.165C!!! Kiváló az oldószerállósága.
• Egészségügyi alkalmazások.
• Egyszer használatos fecskendo.
• Seb varró fonal. Atraumatikus tu és fonal
• IOL lencsék lába (haptica)

6
(No Transcript)
7
Polipropilén típusok tulajdonságai
Tuladonságok Egység PP E-PP GF
Suruség g/cm3 0.90 0.91 1.15
Kristályosság 70 60 -
Szakító szilárdság MPa 30 75 90
Szakadási nyúlás 150 500 3
Húzó.rug. Modell GPa 1.6 0.6 7
Olvadási homérséklet C 165 162 165
Tg C 0 10 10
Lin. Hötágúlás Tg alatt 10-4 K-1 1.4 1.6 0.6
Lin. Hötágulás Tg felett 10-4 K-1 1.8 2.2 0.3
8
Politetraflouretilén (Teflon)

• Eloállítás
• CF2CF2 20-200atm, 20-100C szuszpenziós H2O2
  S2O52- inic.
• Szinterolással sajtolják és forgácsolással alakos
  teszteket készitenek.
• Tartós hoállósága 260C. 400C felett bomlik
• ?19N/m. Hidrofób, és oleofóbb.
• Kiváló dielektrum. Kemény duromer

9
Flourpolimerek Tulajdonságai
Tulajdonságok Egység PTFE PVDF PEPF ETFE
Suruség g/cm3 2.16 1.76 2.15 1.7
Kristályosság 85 gt50 - -
Szakító szilárdság MPa 30 50 20 45
Szakítási nyúlás 300 10 300 200
Rug. Modulusz GPa 0.4 2.6 0.4 0.7
Olvadási homérséklet C 330 172 - 270
Tg C 123 -32 - -
Tartós hoterheltoség C 260 150 70 90
Lin. Hotágulás Tg alatt 10-4.K-1 - 1.2 - -
10
Egészségügyi alkalmazások

• Maxwell test. Maradó alakváltozást szenved.
  Nehezen feldolgozható
• PVDF Polivinilidén-flourid, PEPF flourozott
  etilén-propilén
• Orvosi készülékek alkatrészei
• Érprotézis

11
Polivinil-klorid (PVC)

• CHCH HCl CH2CHCl CH2-CHCln
• Oldhatóság ciklohexanon, THF, terahidrofurfuril-a
  lkohol
• Bomlik Ho, fény. PVC polién HCl
• Stabilzátorok
• Fémsók Zn, Cd, Pb-sztearát,
• Szerves Ón Bu2Sn(OCOC11H23)2
• Kemény PVC
• Lágy PVC dibutil vagy dioktil ftalát,
  trikrezilfoszfát

12
Lágy és Kemény PVC tulajdonságai
Tulajdonságok Egység IPVC KPVC
Suruség g/cm3 1.2 1.4
Kristályosság 0 0
Szakító szilárdság MPa 15 60
Szakító nyúlás 400 30
Huzó rug. Modulus GPa - 2.5
Hajlító Modulsus GPa - 2.0
Olvadási t C 140 165
Uvegesedési t C -30 80
Lin. Hotág. Tg alatt 10-4/K 1.8 0.7
13
Alkalmazás

• KPVC Katéter, Padló,
• LPVC kötény, orvosi készülékek elektromos
  készülékek szigetelo anyaga
• Vizelettároló zacskók, vérvételi és infuzíós
  tasakok és palackok
• Csövek, fecskendok,
• Varró fonalak
• Csomagoló fóliák
• Elégetésekor korrózív HCl és mérgezo rákkelto
  dioxinok távoznak.

14
P O L I V I N I L - P Y R R O L I D O N.

• Ezt a terméket -N-vinil-pirrolidin monomerbol
  állítják elo 130 - 150?C -on KOH jelenlétében
  polimerizációval.

15
Egészségügyi alkalmazás

• Ez a polimer viszkozus anyag. 3.5-os vizes
  oldatát szintetikus vérplazmaként alkalmazható
  transzfúziókra. Vegyi komplex-képzo hajlama és
  ennek következtében toxicitást megszünteto hatása
  van, aminek jelentosége lehet toxikus gyógyszerek
  estén. Vérplazma szerként (szintetikus vérplazma)
  nem teljes értéku ugyan, de bizonyos tekintetben
  elonyösebb a természetes plazmánál. Gondos
  alkalmazás esetében elonye, hogy nem okoz zavart
  bármilyen vércsoport esetében sem, és nem idéz
  allergiás jelenségeket. Por vagy vizes oldat
  alakjában korlátlanul tárolható, és
  fertotleníteni könnyu.

16
P O L I - A K R I L Á T O K ÉS M E T A K R I L
Á T O K.

• Az akrilsavas észterek könnyen polimerizálhatók,
  s különbözo polimerizációs fokban lágy, illetoleg
  kemény anyagok. Plexigum néven ismeretesek.
• A metakrilsav észterek polimerei üvegszeruek,
  Plexiglas, Plexiglass, Perspex, Lucit, Plexi
  néven törhetetlen üvegként alkalmazhatók
  gépkocsik és repülogépek üvegezésére, mert
  szilánkmentesen törik.
• poliakrilát PA polimetilakrilát PMA

17
Poliakrilátok és metakrilátok
R Név Tulajdonság Tg C
-CH3 Metil-észter Képlékeny 3-8
-C2H5 Etil-észter Lágy -24
-C4H9 Butil-észter Ragadós, lágy -70
-C4H9 Sec Butil-észter Képlékeny,rugal
-C4H9 Terc Butl-észter Kemény
Név TgC Név TgC
Metil 105 Hexil -5
Etil 65 Oktil -20
Propil 35 i-propil 81
Butil 20 i-butil 53

18
Egészségügyi alkalmazások

• PMMA csontpótlás és mufogsor
• Szemüveg lencse
• IOL Lágy (soft) és Kemény (Hard)
• Kontakt lencse Szílikon-akrilát
• Kémiai ellenállóképességük kiváló, savaknak,
  lúgoknak ellenállnak. Biokompatibilisek.
• PA és PMA sajátságai függnek a polimerizációs
  foktól és alkil vagy aril- csoportok minoségétol.

19
Polisztirol PS

• A polisztirol hore lágyuló korai közismert
  polimer. Szerkezete
• Polisztirol ütésálló változatai HIPS (ABS és SAN
  ) kopolimerek.
• Az ütésálló polisztirol amorf, hore lágyuló
  kopolimer, a komonomer kb. 10 butadién.

20
ABS és SAN kopolimerek tulajdonságai
Tulajdonságok EGYSÉG ABS SAN
Suruség g/cm3 1.06 1.08
Kristályosság 0 0
Szakító szilárdság MPa 50 70
Szakadási nyúlás 40 5
Húzó rug. Modul GPa 2.4 3.5
Hajlító szilárdság MPa 75 100
Hajlító módulusz GPa 2.5 4
Olvadási homérséklet C 250 -
Tg C 110 115
21
Alkalmazási területek

• Gépkocsi alkatrész
• Háztartási gépek (porszívó, funyíró)
• Számítógép monitorház
• Videokamrák
• Fényképezogépek
• Orvostechnikai berendezések alkatrészei

22
Poli(etilén-tereftalát), PET és
poli(butilén-tereftalát, PBT

• A PET aromás poliészter, a gyógyászatban a
  poliészter típust alkalmazzák a leggyakrabban.
• A PET érprotézisek, ín- és szalag pótlásokat és
  varrófonalakat készítenek.
• A PET részlegesen kristályos (30-40) polimer.
  Gyors hutéssel amorf struktúrájú lesz. Kemény,
  szilárd és szívós anyag. Híg savakkal, sókkal,
  alkohollal szemben vegyszerálló hidrolízis
  állósága is elég jó. 60Co és ?-sugárzással
  sterilizálható 2,5 Mrad ig.

23
Poliészterek fizikai és mechanikai tulajdonságai
Tulajdonság PET PBT
Suruség g/cm3 1.38 1.30
Rug modulusz GPa 2.8 2.6
Vízfelvétel 0.1 0.1
Tg C 98 60
Olvadási tartomány C 255 223
Felhasználási homérséklet C 200 105
24
Polikarbonát PC

• PC t 1956-ba került forgalomba. Nagyrészt amorf
  polimer, kristályossága 5 alatt van
• A PC hore lágyuló muanyag, ezért extrudálással,
  fröccsöntéssel, meleg-átalakítással lehet
  feldolgozni
• .A PC nagy szilárdságú, kemény és szívós anyag.
  Átlátszósága és kis vízfelvétele alapján alkalmas
  orvostechnikai tartályok, készülék blokkok
  készítésére. Jól bevált fecskendok és dialízis
  készülék alkatrészeinek gyártására.

25
PC Tulajdonságai
Tulajdonság Egység PC
Suruség g/cm3 1.2
Huzoszílárdság MPa 63-69
Rug. Modulus (húzó) GPa 0.22-2.45
Vízfelvétel 0.2-0.03
Tg ?C 150
Felhasználási homérséklet C 160/135
26
Poliamidok, PA

• Poliamidokat már 1937 óta gyártanak.
• A szintetikus szálak kereskedelmi neve Nylon
  (Nylon-PA 66, ill. Perlon- PA 6 )
• Az orvosi gyakorlatban az alifás PA -ok közül
  elsosorban a PA 6 és PA66-ot alkalmazzák. Pl..PA
  66-ból sebvarró fonál.
• A nagyszilárdságú aromás poliamidok
  felhasználását (aramidok, mint pl. Nomex és
  Kevlar ) is kutatják pl, mesterséges inak,
  szalagok céljára.

Feldolgozás. Nagyszilárdságú orvostechnikai
alkatrészeket fröccssajtolással, extrudálással
vagy üregtest fúvással dolgozzák fel
27
(No Transcript)
28
Poliamidok fizikai és mechanikai tulajdonságai
Tulajdonságok PA-6 PA-630 üvegszál
Suruség g/cm3 1.12-1,15 1.37
Húzószilárdság MPa 64 148
Rug. modulusz (húzó) GPa) 1.2 5.5
Vízfelvétel (23C/50 rel.) 23-3.5 1,6-2
Légnedvesség
Olvadási homérséklet C 220 220
Felhasználási homérséklet 140-180 180-200
felso határa C 80-100 100-130
29
Jellemzo tulajdonságok

• A poliamidok általában részlegesen kristályos,
  nagy szilárdságú, szívós anyagok.
• Jó a kopásállóságuk és a súrlódási tulajdonságuk,
  kémiailag ellenállók.
• A különféle PA típusok mintegy 1-3.5 vizet
  vesznek fel a hidrofil NH csoport révén.
• Üveg és szénszálerosítéssel nonek a mechanikai
  tulajdonságaik, a meleg alaktartósságuk, a
  hidrolízissel szembeni ellenálló képességük és a
  vízfelvételük pedig csökken.
• Biokompatibilitás
• Rövid idotartalmú implantátumok készíthetok
  belole, mert hosszabb ido alatt degradálódnak. PA
  66 ból sebvarró fonalat készítenek

30
Poliéterek, éterketonok

• Az aromás poliéterketonok az aromás gyuru az
  éterkötés (-O-) és a keton CO láncba építésének
  változataival az 1980-as években a high tech
  polimerek jelentek meg. A poliéter éterketon, a
  PEEK szerkezete

31
Mindkét anyag részben kristályos

• A PEEK és PAEK polimereknek kiváló tulajdonságai
  vannak táblázat adati szerint
• Kiválóan alkalmasak muszaki cikkek készítésére
  önkeno csapágyak, kábelbevonat az autó és
  repülogép számára. Fólia és szál készítheto PEEK
  bol.
• Jövoben egyik legsokoldalúbb, legkitunobb polimer
  lesz, amely orvostechnikában is nélkülözhetetlen,
  Karbonszállal erosített változatát újabban
  csipoizulet protézisként alkalmazzák

32
A poliéterketonok tulajdonságai
Tulajdonságok Egység PEEK PEEK30 CF PAEK
Fizikai tulajdonságok
Suruség g/cm3 1.32 1.44 1.3
Kristályosság 35 35 -
Vízfelvétel (50 RH)g 0.5 0.06 0.07

Mechanikai tulajdonságok
Szakító szilárdság MPa 100 230 118
Szakadási nyúlás 4.9 1.5 5.2
Húzó rug. modulusz Gpa 3.6 13.0 4.0
Hajlító szilárdság MPa 170 355 130
Hajlító modulusz GPa 4.1 20.2 -
33
Poliszulfonok. PSU
34
Jellemzo tulajdonságok

• Nagy stabilitású és hoállóságú, kemény
  polimerek.
• Magas homérsékleten fröccssajtolható és
  extrudálható anyagok.
• PESU csapágybetétnek kiválóan alkalmas az
  autóiparban.
• Várható, hogy az orvostechnikában is a korszeru
  muszerek és eszközök használni fogják, mert a
  szerviz igény nagymértékben lecsökkentheto
  ezekkel az anyagokkal.

35
Tulajdonságok Egység PPS40GF PSU PESU
Surruség g/cm3 1.64 1.24 1.37
Szakító szilárdság MPa 180 80 90
Szakadási nyúlás 1.6 6 6
Olvadási homérséklet C 283 340 360
Uvegedési pont Tg C 90 190 210
Tartós hoállóság C 260 165 195
36
P O L I U R E T Á N O K.

• Poliészterek diizociánátokkal kezelve lineáris
  ill. térhálós polimereket adnak, amelyek lehetnek
  olajok, gyanták vagy elasztomerek.
• A poliuretánok két féle alapanyagból állítják elo
  poliészterekbol vagy poliéterekbol.
• A ??? OH végu poliésztereket kétértéku alkoholból
  és kétértéku karbonsavból állítják elo
  polikondenzációval. A Pl. glikol és adipinsav
  esetén

HO?CH2CH2?OHHOOC?(CH2)6?COOH HO?CH2CH2?OOC??(CH
2)6?COOn?CH2CH2?OH HOH
A lineáris poliésztereket vagy poliétereket
diizociánáttal reagáltatva poliuretánok
keletkeznek. A diizociánátot alifás vagy aromás
diaminokból állítják elo foszgénnel (COCl2)
37
OH végu poliészter vagy poliéter az izociánáttal
poliuretánt ad.
38
Vulcolán típusú elasztromer

• A keletkezo poliuretán polimer végein izociánát
  záró csoportok vannak és ezek az izociánát
  csoportok vízzel széndioxid fejlodésével
  karbamidhiddal, térhálósíthatok és így
  kaucsukszeru anyagok, jönnek létre.

Ennek a terméknek elonye a nagy rugalmasság, és
szakítási szilárdság, jó kopásállóság, ózon-, és
olajállóság. 8-10-szer tartósabb a kaucsukból
készített guminál. A mechanikai sajátságai 20?C
alatt és 130?C felett nem jók. 140?C felett
használhatatlan.
A PUR polimere lehet plasztomer, elasztomer vagy
duromer, sot termoplasztikus elasztomer is.
Évenként több mint 5 millió tonnát gyártanak a
világon.
Az öntheto kétkomponensu gyantaszeru poliuretánok
kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek a
szakító szilárdságuk 45-55 MPa, alkalmasak
fémszálas vagy muanyag szálas (kevlat, szénszál)
hajtószíjas fogaskerekek eloállítására.
39
A PUR egészségügyi alkalmazása

• Fontos az orvosi készítményeknél eloírás, hogy
  maradvány izociánát csoportot a polimer nem
  tartalmazhat.
• Közvetlen orvostechnikai felhasználásuk dialízis
  membránok, infúziós csövek és gyomorszondák,
  katéterek, perisztaltikus pumpa, szívbillentyu,
  méretet változtatható Pénisz protézis.
• Poliuretán elasztomer egyszer használatos orvosi
  eszközök késztésére vagy külso viseletre, pl.
  eltávolított emlo pótlására alkalmas. Ebben az
  esetben poliuretán emlot utánzó zárt poliuretán
  fólia lágy szilikon - géllel van feltöltve és ezt
  vállpántos melltartóba, viselik.
• Fontos szempont itt is, hogy a PUR jól turi a
  különféle sterilezési igénybevételeket is.

40
Természetes Gumi, NR

• A gumitermékek az elsok között kaptak helyet az
  orvostechnikai polimer alkalmazások területén. A
  mártott latex árúk (gumikesztyuk, gumiujjak,
  kondom stb.) ma sem nélkülözhetok, sot növekvo
  fontosságúak az egészségvédelemben, orvosi
  praxisban.
• A gumi legnagyobb mennyiségben gyártott
  természetes eredetu polimer. A HEVEA BRASILENSIS
  fafajta nedvébol nyerik amely manapság inkább a
  malajziai és indonéziai ültetvényeken terem. A
  háncsréteg behasításával megcsapolható gumifa
  összegyujtött nedve a latex, tulajdonképpen
  polimer vizes emulzió cisz-poliizoprén.
  Szerkezete

41
A latexbol a polizoprén kicsapható kénnel
vulkanizálható különbözo keménységu
gumitermékekké. a gumitermékeket kb. felerészben
természetes kaucsukból és felerészben szintetikus
kaucsukból állítják elo. Világtermelése 10 millió
tonna, ennek felét gumiabroncs készítésére
használják.
Orvostechnikai területen gumikesztyuk,
prezervatívok stb. készítéséhez latex emulziót
mártással hordanak fel formababákra és
hokezeléssel vagy újabban gamma súgárral,
vulkanizálják, gumivá
42
KOMPOZIT.

• A kompozit általában egy polimer mátrixból és
  valamilyen szálas anyagból álló többfázisú
  rendszer.
• Az erosíto anyag lehet fémszál, üvegszál, kevlát
  (PA típus), karbonszál, stb.
• A szálas erosíto komponensek lehetnek rövid vagy
  hosszú szálas rendszerek vagy vegyesek

A teljes csípoizület cserében az utóbbi idoben
három szénszál erosítés rendszerrel értek el
sikereket Karbonszállal erosített polisulfon
(PSU) Karbonszállal erosített poliéter-keton
(PEEK) Karbonszállal erosítet karbon. Az utóbbi
esetben a polimer mátrixot is elszenesítik,
karbonná (amorf szén) alakítják.
43

• Karbonszál (PAN, Reg cellulóz (muselyem,
  viszkóz))polimerekbol elszenesítéssel készul.
• PAN szenesítése
• Kabonszál ?7-8µm 40000 szál lesz egy köteg.

Stablizációs Oxidálják
karbonizáció
Grafitosítás
250C
250-1500C, N2
1500-2500C, N2
44
Természetes orvostechnikai Polimerek

• 1.) Kollagén.
• Humán szervezet proteinje rostok alapanyaga.
• Csont, bor és inak kollagénbol állanak. Kollagén
  fibrillák ? 0.2 0,5 µm
• ELOÁLLÍTÁS Kollagén szövetekbol pepszines savas
  bontással, majd sóoldatos extrakció és
  zsíreltávolító alkoholos mosással.
• Alkalmazás
• Szívsebészet, Ortopédia, Szemészet,Úrológia,
  Sebészet

45
2.) Kitin, Kitozán

• Kitin acetimid poliszacharid. Izeltlábúak váza,
  gombák sejtfala. Garnérarákok vázából
  nyerik.(10-15 kitin és 40-50 CaCO3, 30-40
  protein. Kitin Kitozán

46

• Kitint kémiailag tisztítják. Ebbol NaOH
  deacetilezésével állítják elo a kitozánt
• Kitin oldhatatlan kitozán savas oldatokban
  oldódik.

Felhasználás Példák
Gyógyászat Vérzéscsillapító (sebészet, sebkötözés), ér protézis, dializis menbrán, sebkötözo film és membrán, mesterséges bor égési sérülteknek kontaktlencse felszívódó varrófonal szabályozott gyógyszeradagoló rendszerek ortopédia, fogászat, és mesterséges szervek anyaga
Kozmetikumok Adalékanyag hajkondicionálóhoz, hidratáló krémekhez, körömlakkhoz
Biotechnológia Sejtek és enzimek helyhez kötése, hordozóanyag, bioszenzor (glükóz elektródhoz)
Élelmiszeripar Gyümölcsök, zöldségek védoanyaga, állateledel, ivólevek tisztítóanyaga
47
3.) Fibrin

• A vér egyik alkotórésze fibrinogén plazmaprotein,
  amelyet a thrombin katalitikus hatására
  oldhatatlanszálas szerkezetu fibriné alakul át.
• A szövetek varrásánál nem lehet a komplikációkat
  elkerülni, mint pl. a seb nekrózisát vagy
  anémiáját.
• Ezért a fibrint ill. fibrinogén anyagokat vérzés
  csillapítására és ragasztásra használják.
• Mivel a fibrint emberi vérbol állítják elo,
  sajnos fennáll az infekció veszélye.

48
Biológiailag lebomló(biodegradábilis) polimerek

• A biodegradábilis polimereket a gyógyászatban
  elsosorban a sebésztben használják. Mint pl.
  sebészeti varrófonalak, átmeneti ragasztók,
  membránok, csontszintézis lemezek, vagy a
  gyógyszerészetben, mint hordozóanyagok a
  szabályozott gyógyszerleadású rendszerekben. A
  biológiailag lebomló polimerek optimális
  gyógyászati felhasználásához az szükséges, hogy
  bomlástermékeiket biológiai körfolyamat feltudja
  venni.
• A polimerek degradációja különbözo mechanizmusok
  szerint történhet
• Sugárzásos vagy ho bomlással, amikor a kovalens
  kötések szakadnak el.
• Hidrolízissel-az észter és amid
  csoportok-tartalmazó polimereknél lép fel.
• Enzimes bontás. Ez foleg a természetes
  polimereknél lép fel, mint pl. kitin, algínát,
  selyem, keratin, kollagén. Stb.
• Biológialak lebomló alifás poliészterek

49
(No Transcript)
50

• PGA és PLA polimereket szabályozott
  gyógyszerleadású rendszerek hordozóanyagaiként
  mikrogömb alakban
• varrófonalként, 2 év alatt a varrófonál
  felszívódik.