Implanturi craniene

1. Implanturi craniene Conditii impuse: • Sa se degradeze lent, de la suprafata exterioara catre interior, astfel incat un medicament continut in interior sa se elibereze intr-un mod controlat, in timp. • Polimerul ca intreg, trebuie sa indeparteze apa, protejand medicamentul din interior de o dizolvare prematura

2. 3. Prin varierea raportului intre componenti (x/y) s-au sintetizat bloc-copolimeri cu o suprafata ce se degradeaza intr-un timp de la 1 saptamana pana la cativa ani.

3. NANOCOMPOZITELE-Materialele secolului XXI

4. Evolutia materialelor 10000 i.e.n. 1000 i.e.n. 0 1800 1900 2000 Polimeri & Compozite Piatra si lemnul Fierul Cimentul Otelul Nanomateriale & Nanocompozite “Noile clase de materiale compozite nanostructurate vor domina peisajul industrial al secolelor viitoare” Wolfgang Herrman, U. Munich

5. Probleme generale ale materialelor compozite • Rezistenta la agenti chimici, atmosferici, proprietati mecanice uneori insuficiente pentru aplicatii high-tech • Stabilitate termica si dimensionala uneori nesatisfacatoare, care limiteaza unele aplicatii mai ales in domeniul auto • Proprietati de bariera reduse pentru ambalaje • Flamabilitatea majoritatii compozitelor • Posibilitatea de reciclare a deseurilor provenite din procesele de fabricatie si prelucrare SOLUTIA: NANOCOMPOZITELE

6. COMPOZITE (30-40% argila) NANOCOMPOZITE (5 % argila) < 100 nm 1000 nm

7. NANOCOMPOZITE • Materiale constituite din mai multi componenti, dintre care cel putin unul are dimensiunea intre 1 si 100 nm • Proprietati globale superioare componentilor individuali: claritate optica, rezistenta mecanica, rigiditate, permeabilitate. • Abilitatea de a obtine proprietatile dorite

8. Primul nanocompozit comercializatTOYOTA NYLON CLAY HYBRID (NCH-6)1991

9. NANOCOMPOZITEClasificare • Nanoparticule (3 dimensiuni) • Nanofibre (2 dimensiuni) • Nanoargile (1 dimensiune)

10. Nanoparticule • Comune in viata cotidiana • Exemple: filme fotografice, catalizatori, schimbatori de ioni, nanocristale, semiconductori, diode moleculare • Ex: filmele color KODAK pe baza de nanocristale de iodura de argint

11. Materiale compozite armate cu nanotuburi • Inca putine materiale dezvoltate • Matrici ceramice, metalice, de oxizi metalici, toate armate cu nanotuburi • Proces tipic de fabricatie: presarea la cald a matricei pulverulente cu nanotuburile • Compozitele cu matrici polimerice armate cu nanotuburi se obtin prin amestecarea componentelor, urmata de reticularea polimerului

12. Nanocompozite polimerice=nanoargile • Matrici polimerice armate cu argile dispuse nanometric in masa de polimer Polymer Nanocomposites, the Way of the Future Journal Club Report, MRS Bulletin 2001 Michael Goldman

13. Nanocompozite polimerice=Polymer Nanocomposites (PNCs) • De regula foloseste montmorillonit ca argila Back to previous page

14. Caracteristici montmorillonit • Organizat in straturi (care formeaza galerii) cu grosimea de 1 nm si o latime de 300-500 nm • Masa moleculara a straturilor silicatice (1.3 x 108) este mult mai mare decat a polimerilor comerciali (103-106) • Straturile silicatice au o suprafata specifica foarte mare (100-200 m2/g !) • Straturile silicatice se caracterizeaza prin capacitatea de schimb cationic (CEC) care poate varia • Argilele sunt specii hidrofile si astfel sunt in stare naturala incompatibile cu polimerii

15. Conditie necesara pentru formarea nanocompozitelor polimerice este alterarea polaritatii argilei pentru a o face organofilica • Prin reactii de schimb ionic cu un cation organic: Na+-CLAY + HOOC-R-NH3+Cl- → NaCl + HOOC-R-NH3+-CLAY R= C20H40

16. Obtinerea nanocompozitelor polimerice Straturi silicatice fara polimer Nanocompozite intercalate Nanocompozite exfoliate

17. Factori ce influenteaza formarea nanocompozitului • A. Factori ce determina delaminarea argilei • CEC-ul argilei • Polaritatea mediului de reactie • Natura chimica a cationilor de schimb (de ex. ionii amoniu) -compatibilizarea cu bloc-copolimeri: HO-(CH2-CH2-)n-(CH2-CH-)m C6H5

18. Nanocompozite polimerice • Cu matrice polimera termoreactiva (de ex. Rasina epoxidica) • Cu matrice polimera termoplastica (de ex. PE, PP, EVA, PC, etc.) Se imbunatatesc substantial proprietatile: • Rezistentele mecanice, modul de elasticitate, etc. • Proprietatile de bariera (scaderea permeabilitatii la apa, gaze, etc.) • Stabilitatea termica si HDT • Proprietatile ignifuge si se reduc emisiile de gaze la ardere • Rezistenta la agentii chimici • Conductivitatea electrica • Transparenta

19. Exemple de produse industriale

20. Utilizari curente si viitoare ale nanocompozitelor polimerice • Noi structuri PNC cu rezistenta la foc, fara aditivi de tip intirzietori de flacara • Utilizarea PNC usoare in situatii de eforturi mari la temperaturi mari, de exemplu sub capota autoturismelor si in invelisul etans al avioanelor, in contrast cu aliajele metalice cu greutate mare si costisitoare

21. Nanocompozite Perspective • In 2005 productia de PNC va fi de 20 milioane tone, cu o valoare a pietei de 195 milioane USD • Utilizarea pe scara larga a PNC de producatorii de autoturisme va economisi 1,5 miliarde litri de benzina annual si va reduce emisiile de CO2 cu aprox. 10 miliarde litri !! • Peste 20 ani vom putea conduce un automobil facut in intregime din PNC (Presedintele TOYOTA) • In constructiile grele (poduri si alte structuri masive) metalele expuse la coroziune vor fi inlocuite cu PNC mai usoare si mai puternice

22. Nanocompozite-investitii • NSF-250 mil. $-crearea a 5 noi NSECs: • Center of Integrated Nanomechanical Systems-University of California-Berkeley • Center for High Rate Nanomanufacturing at Northeastern University • Center for Affordable Nanoengineering of Polymer Biomedical Devices at Ohio State University • Center for Probing the Nanoscale at Stanford University • Center for Templated Synthesis and Assembly at the Nanoscale at the University of Wisconsin Nanotoday, December 2004

23. CONCLUZIA FINALA Nanocomposites are cool !!