Szerves Polimerek (műanyagok)

1. Szerves Polimerek (műanyagok) Dr. prof Nagy József

2. Polietilén (PE) • Kissűrűségű LDPE. • Előáll: CH2=CH2→PE (1000-2000bar, 80- 300°C, 0.1% O2+peroxid) • Nagysűrűségű HDPE (Natta Ziegler. Kat TiCl3+AlEt3, 1-50bar, 20-150°C) Kristályossága 87%. • Philips típus (kat Cr2O3, 30-40 bar,85-180°C, Krist. 93% • Ultra nagy moltömegű PE UHMWPE (Natta-Ziegler.) • Tulajdonság: • Sav és lúgálló,oldószerállósága, nagyfeszültségű szigetelő 50°C-ig. Maxwell test maradó deformációt szenved. • Biokompatibilis (orvosi tisztaságú)

3. PE Fizikai és mechanikai tulajdonságai

4. Csípőízület • 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) űvegszállas PP • Op.165°C!!! Kiváló az oldószerállósága. • Egészségügyi alkalmazások. • Egyszer használatos fecskendő. • Seb varró fonal. Atraumatikus tű és fonal • IOL lencsék lába (haptica)

7. Polipropilén típusok tulajdonságai

8. Politetraflouretilén (Teflon) • Előállítás: • CF2=CF2 = 20-200atm, 20-100°C szuszpenziós H2O2 +S2O52- inic. • Szinterolással sajtolják és forgácsolással alakos teszteket készitenek. • Tartós hőállósága 260°C. 400°C felett bomlik • =19N/m. Hidrofób, és oleofóbb. • Kiváló dielektrum. Kemény duromer

9. Flourpolimerek Tulajdonságai

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) • CH≡CH +HCl = CH2=CHCl= [CH2-CHCl]n • Oldhatóság: ciklohexanon, THF, terahidrofurfuril-alkohol • Bomlik Hő, 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

13. Alkalmazás • KPVC: Katéter, Padló, • LPVC: kötény, orvosi készülékek elektromos készülékek szigetelő anyaga • Vizelettároló zacskók, vérvételi és infuzíós tasakok és palackok • Csövek, fecskendők, • Varró fonalak • Csomagoló fóliák • Elégetésekor korrózív HCl és mérgező rákkeltő 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 monomerből állítják elő 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-képző hajlama és ennek következtében toxicitást megszüntető hatása van, aminek jelentősége lehet toxikus gyógyszerek estén. Vérplazma szerként (szintetikus vérplazma) nem teljes értékű ugyan, de bizonyos tekintetben előnyösebb a természetes plazmánál. Gondos alkalmazás esetében előnye, hogy nem okoz zavart bármilyen vércsoport esetében sem, és nem idéz allergiás jelenségeket. Por vagy vizes oldat alakjában korlátlanul tárolható, és fertőtleníteni könnyű.

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 különböző polimerizációs fokban lágy, illetőleg kemény anyagok. Plexigum néven ismeretesek. • A metakrilsav észterek polimerei üvegszerűek, Plexiglas, Plexiglass, Perspex, Lucit, Plexi néven törhetetlen üvegként alkalmazhatók gépkocsik és repülőgépek üvegezésére, mert szilánkmentesen törik. • poliakrilát PA polimetilakrilát PMA

17. Poliakrilátok és metakrilátok

18. Egészségügyi alkalmazások • PMMA csontpótlás és műfogsor • 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 minőségétől.

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

20. ABS és SAN kopolimerek tulajdonságai

21. Alkalmazási területek • Gépkocsi alkatrész • Háztartási gépek (porszívó, fűnyíró) • Számítógép monitorház • Videokamrák • Fényképezőgépek • 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 hűtéssel 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

24. Polikarbonát PC • PC –t 1956-ba került forgalomba. Nagyrészt amorf polimer, kristályossága 5% alatt van • A PC hőre lágyuló műanyag, 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 fecskendők és dialízis készülék alkatrészeinek gyártására.

25. PC Tulajdonságai

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 elsősorban 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

28. Poliamidok fizikai és mechanikai tulajdonságai

29. Jellemzőtulajdonságok • 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 szénszálerősítéssel nőnek a mechanikai tulajdonságaik, a meleg – alaktartósságuk, a hidrolízissel szembeni ellenálló képességük és a vízfelvételük pedig csökken. • Biokompatibilitás • Rövid időtartalmú implantátumok készíthetők belőle, mert hosszabb idő alatt degradálódnak. PA 66 –ból sebvarró fonalat készítenek

30. Poliéterek, éterketonok • Az aromás poliéterketonok az aromás gyűrű az éterkötés (-O-) és a keton =C=O 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 műszaki cikkek készítésére önkenő csapágyak, kábelbevonat az autó és repülőgép számára. Fólia és szál készíthető PEEK –ből. • Jövőben egyik legsokoldalúbb, legkitűnőbb polimer lesz, amely orvostechnikában is nélkülözhetetlen, Karbonszállalerősített változatát újabban csipőizűlet protézisként alkalmazzák

32. A poliéterketonok tulajdonságai

33. Poliszulfonok. PSU

34. Jellemző tulajdonságok • Nagy stabilitású és hőállóságú, kemény polimerek. • Magas hőmérsékleten fröccssajtolható és extrudálható anyagok. • PESU csapágybetétnek kiválóan alkalmas az autóiparban. • Várható, hogy az orvostechnikában is a korszerű műszerek és eszközök használni fogják, mert a szerviz igény nagymértékben lecsökkenthető ezekkel az anyagokkal.

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 elő poliészterekből vagy poliéterekből. • A  OH végű poliésztereket kétértékű alkoholból és kétértékű karbonsavból állítják elő polikondenzációval. A :Pl. glikol és adipinsav esetén: HOCH2CH2OH+HOOC(CH2)6COOH= HO[CH2CH2OOC(CH2)6COO]nCH2CH2OH + HOH A lineáris poliésztereket vagy poliétereket diizociánáttal reagáltatva poliuretánok keletkeznek. A diizociánátot alifás vagy aromás diaminokból állítják elő foszgénnel (COCl2) :

37. OH végű poliészter vagy poliéter az izociánáttal poliuretánt ad.

38. Vulcolántípusú elasztromer • A keletkező poliuretán polimer végein izociánát záró csoportok vannak és ezek az izociánát csoportok vízzel széndioxid fejlődésével karbamidhiddal, térhálósíthatok és így kaucsukszerű anyagok, jönnek létre. Ennek a terméknek előnye 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, sőt termoplasztikus elasztomer is. Évenként több mint 5 millió tonnát gyártanak a világon. Az önthető kétkomponensű gyantaszerű poliuretánok kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek a szakító szilárdságuk 45-55 MPa, alkalmasak fémszálas vagy műanyag szálas (kevlat, szénszál) hajtószíjas fogaskerekek előállítására.

39. A PUR egészségügyi alkalmazása • Fontos az orvosi készítményeknél előírás, hogy maradvány izociánát csoportot a polimer nem tartalmazhat. • Közvetlen orvostechnikai felhasználásuk: dialízis membránok, infúziós csövek és gyomorszondák, katéterek, perisztaltikus pumpa, szívbillentyű, méretet változtatható Pénisz protézis. • Poliuretán elasztomer egyszer használatos orvosi eszközök késztésére vagy külső viseletre, pl. eltávolított emlő pótlására alkalmas. Ebben az esetben poliuretán emlőt utánzó zárt poliuretán fólia lágy szilikon - géllel van feltöltve és ezt vállpántos melltartóba, viselik. • Fontos szempont itt is, hogy a PUR jól tűri a különféle sterilezési igénybevételeket is.

40. Természetes Gumi, NR • A gumitermékek az elsők között kaptak helyet az orvostechnikai polimer alkalmazások területén. A mártott latex árúk (gumikesztyűk, gumiujjak, kondom stb.) ma sem nélkülözhetők, sőt növekvő fontosságúak az egészségvédelemben, orvosi praxisban. • A gumi legnagyobb mennyiségben gyártott természetes eredetű polimer. A HEVEA BRASILENSIS fafajta nedvéből nyerik – amely manapság inkább a malajziai és indonéziai ültetvényeken terem. A háncsréteg behasításával megcsapolható gumifa összegyűjtött nedve a latex, tulajdonképpen polimer vizes emulzió: cisz-poliizoprén. Szerkezete:

41. A latexből a polizoprén kicsapható kénnel vulkanizálható különböző keménységű gumitermékekké. a gumitermékeket kb. felerészben természetes kaucsukból és felerészben szintetikus kaucsukból állítják elő. Világtermelése 10 millió tonna, ennek felét gumiabroncs készítésére használják. Orvostechnikai területen gumikesztyűk, prezervatívok stb. készítéséhez latex emulziót mártással hordanak fel formababákra és hőkezeléssel vagy újabban gamma súgárral, vulkanizálják, gumivá

42. KOMPOZIT. • A kompozit általában egy polimer mátrixból és valamilyen szálas anyagból álló többfázisú rendszer. • Az erősítő anyag lehet fémszál, üvegszál, kevlát (PA típus), karbonszál, stb. • A szálas erősítő komponensek lehetnek rövid vagy hosszú szálas rendszerek vagy vegyesek A teljes csípőizület cserében az utóbbi időben három szénszál erősítés rendszerrel értek el sikereket: Karbonszállal erősített polisulfon (PSU) Karbonszállal erősített poliéter-keton (PEEK) Karbonszállal erősítet karbon. Az utóbbi esetben a polimer mátrixot is elszenesítik, karbonná (amorf szén) alakítják.

43. Karbonszál (PAN, Reg cellulóz (műselyem, viszkóz))polimerekből elszenesítéssel készűl. • PAN szenesítése • Kabonszál Ǿ=7-8µm 40000 szál lesz egy köteg. Stablizációs Oxidálják karbonizáció Grafitosítás 250°C 250-1500°C, N2 1500-2500°C, N2

44. Természetes orvostechnikai Polimerek • 1.) Kollagén. • Humán szervezet proteinje rostok alapanyaga. • Csont, bőr és inak kollagénből állanak. Kollagén fibrillák Ǿ =0.2 – 0,5 µm • ELŐÁLLÍTÁS: Kollagén szövetekből 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. KitinKitozán

46. Kitint kémiailag tisztítják. Ebből NaOH deacetilezésével állítják elő a kitozánt • Kitin oldhatatlan kitozán savas oldatokban oldódik.

47. 3.) Fibrin • A vér egyik alkotórésze fibrinogén plazmaprotein, amelyet a thrombin katalitikus hatására oldhatatlanszálas szerkezetű 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 vérből állítják elő, sajnos fennáll az infekció veszélye.

48. Biológiailag lebomló(biodegradábilis) polimerek • A biodegradábilis polimereket a gyógyászatban elsősorban 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 különböző mechanizmusok szerint történhet: • Sugárzásos vagy hő bomlással, amikor a kovalens kötések szakadnak el. • Hidrolízissel-az észter és amid csoportok-tartalmazó polimereknél lép fel. • Enzimes bontás. Ez főleg a természetes polimereknél lép fel, mint pl. kitin, algínát, selyem, keratin, kollagén. Stb. • Biológialak lebomló alifás poliészterek:

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