CC BY
101
УДК 539.3:61:678.675.046.3
Ю.А. Куликовских, Т.П. Кравченко М.Л. Кербер, Г.В. Фридляндер Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
СОЗДАНИЕ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИАМИДА-12
The current work is denoted to development of composite material that bases on polyamide-12 with the improved characteristics. It is shown perspective use the metal powder as extending at development composite materials for medical purposes. The properties of material depend on absorption mutual act at the border between the phases of polymer and filler.
Работа посвящена разработке композиционного материала на основе полиамида-12 с улучшенными характеристиками. Показана перспективность использования металлического порошка в качестве наполнителя при разработке композиционного материала для медицинского использования. Свойства материала зависят от адсорбционного взаимодействия на границе раздела фаз полимер наполнитель.
С появлением первых полимерных композиционных материалов, они приобрели большое значение практически во всех областях производства. Способности заменить многие традиционные материалы, экономить связующее (следовательно, снижать себестоимость материалов), а также широко варьировать свойства, послужили толчком для быстрого развития этой области науки о полимерах. В настоящее время наблюдается стремительный рост производства полимерных композитов, проникновение их в самые различные области техники, успешное вытеснение ими традиционных материалов: металлов, керамики, стекла, древесины и так называемых «чистых» ненаполненных полимеров. Разнообразие существующих синтетических полимеров и композитов позволяет в каждом конкретном случае подбирать материал, максимально соответствующий тем функциям, которые должно выполнять изделие, и тем условиям, в которых оно будет э ксплуатироваться.
В связи с появлением и широким развитием порошковой металлургии, стало возможным использование металлических порошков как наполнителей для полимерных материалов. Наполнители в виде металлических порошков придают композитам ценные свойства, такие как тепло- и электропроводность, ренгеноконтрастность, высокая плотность. Одной из еще недостаточно развитых областей применения металлонаполненных полимерных композиционных материалов, является медицина.
К полимерам, предназначенным для имплантации в организм на различные сроки, предъявляются очень жесткие требования. Полимер должен удовлетворять следующим условиям:
Не содержать примесей, оказывающих вредное влияние на организм;
Перерабатываться в изделия без разложения и выделения вредных веществ;
Обладать необходимыми химическими, физическими и механическими свойствами
для выполнения требуемых функций;
Не изменять свойства при стерилизации;
Не вызывать аллергическую реакцию организма;
Полимер и продукты его деструкции не должны оказывать общего и местного
токсического воздействия на организм.
Особое место среди медицинских полимеров занимают полиамиды. В хирургии они применяются, в основном, в качестве шовного материала, успешно конкурирующего с кетгутом и шелком [1]. Однако полиамид применяют не только в качестве шовных материалов, но и, например, из него делают штифты и болты, используемые при лечении сложных переломов, а также он с успехом заменяет металл при производстве протезов некоторых костей и сустав.
Современная наука вплотную занимается разработкой новых полимерных материалов и композиций на их основе. Так, например, Carraher C.E. в своей статье «Современные технологии» [2], рассмотрел последние достижения в применении композиционных полимерных материалов, обладающих антимикробными или поверхностно модифицирующими свойствами. Фирма Elf Atochem, в статье «Аморфные полиамиды в медицине» [3] сообщает о разработке нового полуароматического сополимера на основе ПА-12 (Сristamid 1300), обладающего повышенной прозрачностью и предназначенного для изготовления медицинских изделий. Компания Foster Corp. [4] пишут о создании полиамидов, которые способны находится в теле человека длительный период времени и не вызывать при этом тромбообразования, опухолей и прочих нежелательных эффектов.
Перед нами стояла задача по созданию композиционного материала медицинского назначения со следующими свойствами:
- повышенная по сравнению с исходным полиамидом плотность (удельный вес), поэтому в полиамид вводился металлический наполнитель;
- ренгеноконтрастность;
- повышенная эластичность;
-стабильность размеров в водной среде и минимальное водопоглощение.
В качестве матрицы был выбран полиамид-12, так как он отличается от других полиамидов низким водопоглощением, хорошей стабильностью размеров, а также способностью использоваться в медицинской и пищевой промышленности. Проведенные ранее работы показали, что этот материал является биосовместимым. В качестве наполнителя был выбран металлический порошок, который, обладая рентгеноконтрастностью, имеет такие ценные свойства, как высокий удельный вес и хорошая совместимость с биологическими организмами. Для исследований были получены композиции с содержанием наполнителя 5,7,9,12%(масс.), из которых были отпрессованы пленки длиной 160 мм, шириной 160мм и толщиной 300 мкм и вырублены лопатки для испытания на прочность и удлинение по ГОСТ 11260-80. Результаты испытаний представлены на рис.1.
О 5 7 9 12
О(мет.порошка), % (масс.)
-♦- относительное удлинение
-■- прочность при разрыве
Рис. 1. Физико-механические характеристики наполненного полиамида
Эксперимент показал, что по сравнению с исходным полиамидом, у образцов, наполненных металлическим порошком, прочность при разрыве несколько выше. При введении наполнителя прочность полиамида повышается, а относительное удлинение равномерно падает. Поскольку данный материал контактирует с кровью, в котором есть некоторое количество воды, а полиамиды обладают повышенным водопоглощением, то нами изучалось данная характеристика композиций за 24 часа при кипячении и максимальная насыщаемость водой.
Образцы выдерживали в воде и через каждые пять суток снимали показатели до выхода кривых водопоглощения на плато постоянных значений. Результаты испытаний показаны на рис.2, 3.
1 2
12-12-12-12-
- 5% (м ас с
- 7% (м ас с 9% (масс
- 12^^ (мас
. ) мет. порош ка . ) нет.поро^ш к а . ) нет.поро^ш к а с.) нет.поро^ш ка
Рис. 2. Водопоглощение наполненного полиамида-12 за 24 ч при кипячении
1, д н и
нет.поро^и ка нет.поро^и ка Э^^(^асс.) нет.поро^и ка 12^^(^асс.) нет.поро^и ка
Рис. 3. Изменение водопоглощения наполненного полиамида-12 за 20 суток
Из результатов, представленных на диаграмме видно, что наибольшее водопоглощение за 24 часа при кипячении имеет полиамид-12, наименьшее - полиамид-12+12%(масс.) металлического порошка. В результате проделанных экспериментов было установлено, что максимальное насыщение водой у исходного полиамида-12 происходит приблизительно за 10 суток, а у наполненных композиций - за 15 суток. У ПА-12 водопоглощение больше, чем у наполненных композиций во всем временном интервале, из чего можно сделать вывод, что с увеличением концентрации наполнителя, водопоглощение уменьшается.
Данные образцы композиций подвергали термогравиметрическому анализу (ТГА) при скорости нагревания 20°С в течение 7мин, используя продувку печи воздухом из баллона через редуктор. Образец композиции помещали в чистый (предварительно отожженный на спиртовке), платиновый тигель, измеряли исходный вес образца при комнатной температуре (записывается прибором и принимается за 100%) и включали обогрев печки с заданной скоростью. Измерения проводили в потоке инертного газа (в данном случае - аргона), которые позволяют характеризовать термостойкость или термостабильность материалов. Экспериментальные данные представлены в табл. 1.
Из таблицы видно, что увеличение содержания наполнителя в матрице полимера приводит к увеличению температур Т1 и Т2 , где Т1 - температура, при которой начинается интенсивная потеря массы образца, а Т2 - температура, при которой потеря массы составляет определенную долю от исходной массы образца. Максимальную термостойкость имеет полиамид-12+12%(масс.) мет. порошка, у которого начало и конец разложения происходит при более высоких температурах по сравнению с другими образцами. Однако если сравнить потери массы для всех композиций, то отклонение значений не превышает 5%. Таким образом, потеря массы происходит только за счет деструкции ПА-12.
Табл.1. Данные термогравиметрического анализа наполненного полиамида-12
Образец Т1 , ОС Т2 ,0С М1 , гр. М2 , гр.
ПА-12 360,23 460,25 98,15 50,86
ПА-12+5%(масс.) мет. порошка 375,15 465,93 97,47 49,38
ПА-12+7%(масс.) мет. порошка 385,33 463,90 98,71 50,54
ПА-12+9%(масс.) мет. порошка 386,02 464,60 97,85 50,16
ПА-12+12%(масс.) мет. порошка 395,10 467,71 98,81 49,83
В работе были изучены некоторые свойства композиционного материала медицинского назначения на основе полиамида-12, наполненного металлическим порошком. По результатам проделанной работы мы установили, что лучшим вариантом является образец с содержанием наполнителя 9% (масс.), так как при этом физико-механические характеристики находятся на высоком уровне, что позволяет использовать этот материал для создания клапанов сердца.
Список литературы
1. Рабинович, И.М. Применение полимеров в медицине/ И.М. Рабинович.-Л.: Медицина, 1972. -296 с.
2. Carraher C.E. Critical technologies // Polymer news. - 1995. - 20, №8, - c. 241-242.
3. Amorphous nylon copolymer is for medical application // Mod. Plast. Int. - 1995. - 25, №4. - с. 107.
4. Полиамиды медицинского назначения // Mod. Plast. Int. - 1998. - 28, №8. - c.102.
УДК 678.5
Ю.С. Лисаченко, З.А. Кочнова, А.А. Родионова
Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, Москва, Россия
ЭПОКСИФЕНОЛЬНЫЕ КОМПОЗИЦИИ С О-АЛКИЛИРОВАННЫМИ ДИАНФОРМАЛЬДЕГИДНЫМИ ОЛИГОМЕРАМИ
Epoxy-phenol compounds with deferent O-alkylated oligomers were investigated. The influence of degree of O-alkylizing and O-alkylating agent type on epoxy-phenol compounds structure was researched.
Исследованы эпоксифенольные композиции с различными О-алкилированными олигомерами. Рассмотрено влияние степени О-алкилирования и типа О-алкилирующего агента на структуро- образование эпоксифенольных композиций.
Эпоксифенольные композиции (ЭФК) являются одними из наиболее перспективных лакокрасочных материалов и находят широкое применение в промышленности для получения покрытий ответственного назначения. Одна из важнейших областей их использования - защитные покрытия для внутренней поверхности металлической пищевой консервной тары. Очевидно, что эти покрытия должны обладать целым рядом ценных свойств, таких как высокая эластичность и адгезионная прочность, термостабильность, универсальная химическая стойкость. Решению этих вопросов способствует применение в ЭФК самых разнообразных по своей структуре и свойствам олигомеров. Как известно [1], в состав ЭФК входят высокомолекулярные диановые эпоксидные олигомеры и модифицированные
