of 29 /29
CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE 1. Introducere Datorită proprietăţilor fizico-mecanice deosebite, polimerii sintetici ocupă un loc foarte important în toate domeniile de activitate umane, participând din ce în ce mai mult la aplicaţiile cotidiene. Dată fiind diversitatea necesităţilor din domeniul medical şi farmaceutic, biomaterialele polimerice sintetice (simple sau compozite) constituie un subiect foarte actual şi cu o dinamică deosebită. Actualmente, se caută ameliorarea calităţii implanturilor şi a dispozitivelor de analiză minim-invazivă a organismului, creşterea biocompatibilităţii şi a rezistenţei la coroziune a polimerilor sintetici care urmează să intre în contact direct cu ţesuturile biologice, punerea la punct a unor sisteme –vectoare performante care să transporte la organul ţintă diferite principii biologic-active şi, nu în ultimul rând, perfecţionarea sistemelor de eliberare controlată a medicamentelor în organism. Asimilarea polimerilor sintetici în medicină şi terapeutică trebuie să răspundă complexităţii problemelor de utilizare ce rezultă din contactul temporar sau de lungă durată a polimerilor sintetici cu ţesuturile şi substanţele biologice. În acest context, sunt definite, ca biomateriale polimerice acei polimeri sintetici sau compozite polimerice atestate ca biocompatibile în contact cu biostructurile. Polimerii sintetici candidaţi pentru utilizări biomedicale trebuie să se conformeze unei varietăţi de cerinţe care apar fie din structura lor chimică şi fizică (criterii chimice, fizice şi mecanice), fie din mediul fiziologic unde ei vor fi utilizaţi (criteriul biologic). Pe lângă necesitatea sterilizării biomaterialelor de uz clinic, cerinţele privitoare la acestea se împart în două categorii: - cele care includ proprietăţile fizice (de exemplu, rezistenţa mecanică) şi care se aplică la cantit/ea totală de material; - cele care implică interacţ/le dintre biomateriale şi sistel biologic şi care se aplică interfeţei ori propriet/lor suprafeţei. Abilitatea de a înlocui organele bolnave şi vasele de sânge, total sau parţial, a determinat creşterea duratei de viaţă a multor persoane, lucru realizat cu ajutorul biomaterialelor. Biomaterialele sunt substanţe care pot fi folosite pentru tratarea, regenerarea sau înlocuirea oricărui ţesut, organ sau funcţie a organismului. Biomaterialele trebuie să aibă un grad mare de puritate şi, de aceea, se renunţă adesea la utilizarea claselor de aditivi care nu sunt indispensabile prelucrării sau funcţionării produselor din materialele respective. Gama aditivilor include stabilizatori, plastifianţi şi materiale de umplutură care sunt adăugaţi în polimerii comerciali purificaţi pentru a evidenţia proprietăţile fizico-mecanice specifice. Pentru o perioadă mai scurtă sau mai lungă de timp, migrarea acestor componente pentru ţesuturile adiacente şi fluidele biologice este nedorită, aditivii trebuind eliminaţi înainte de utilizare. În plus, o serie de proprietăţi favorabile ale polimerilor pot fi obţinute nu prin utilizarea de aditivi, ci prin varierea structurii chimice, de exemplu prin folosirea de copolimeri adecvaţi în locul homopolimerilor. O varietate mare de biomateriale sunt utilizate actualmente şi în afara domeniilor tradiţionale şi anume: în chirurgia plastică şi reparatorie, stomatologie şi refacerea muşchilor şi oaselor. De exemplu, organele artificiale 1

CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

1. IntroducereDatorită proprietăţilor fizico-mecanice deosebite, polimerii sintetici ocupă un loc foarte important în toate domeniile de

activitate umane, participând din ce în ce mai mult la aplicaţiile cotidiene. Dată fiind diversitatea necesităţilor din domeniul medical şi farmaceutic, biomaterialele polimerice sintetice (simple sau compozite) constituie un subiect foarte actual şi cu o dinamică deosebită. Actualmente, se caută ameliorarea calităţii implanturilor şi a dispozitivelor de analiză minim-invazivă a organismului, creşterea biocompatibilităţii şi a rezistenţei la coroziune a polimerilor sintetici care urmează să intre în contact direct cu ţesuturile biologice, punerea la punct a unor sisteme –vectoare performante care să transporte la organul ţintă diferite principii biologic-active şi, nu în ultimul rând, perfecţionarea sistemelor de eliberare controlată a medicamentelor în organism.

Asimilarea polimerilor sintetici în medicină şi terapeutică trebuie să răspundă complexităţii problemelor de utilizare ce rezultă din contactul temporar sau de lungă durată a polimerilor sintetici cu ţesuturile şi substanţele biologice. În acest context, sunt definite, ca biomateriale polimerice acei polimeri sintetici sau compozite polimerice atestate ca biocompatibile în contact cu biostructurile. Polimerii sintetici candidaţi pentru utilizări biomedicale trebuie să se conformeze unei varietăţi de cerinţe care apar fie din structura lor chimică şi fizică (criterii chimice, fizice şi mecanice), fie din mediul fiziologic unde ei vor fi utilizaţi (criteriul biologic). Pe lângă necesitatea sterilizării biomaterialelor de uz clinic, cerinţele privitoare la acestea se împart în două categorii:

- cele care includ proprietăţile fizice (de exemplu, rezistenţa mecanică) şi care se aplică la cantit/ea totală de material;- cele care implică interacţ/le dintre biomateriale şi sistel biologic şi care se aplică interfeţei ori propriet/lor suprafeţei.Abilitatea de a înlocui organele bolnave şi vasele de sânge, total sau parţial, a determinat creşterea duratei de viaţă a

multor persoane, lucru realizat cu ajutorul biomaterialelor. Biomaterialele sunt substanţe care pot fi folosite pentru tratarea, regenerarea sau înlocuirea oricărui ţesut, organ sau funcţie a organismului. Biomaterialele trebuie să aibă un grad mare de puritate şi, de aceea, se renunţă adesea la utilizarea claselor de aditivi care nu sunt indispensabile prelucrării sau funcţionării produselor din materialele respective. Gama aditivilor include stabilizatori, plastifianţi şi materiale de umplutură care sunt adăugaţi în polimerii comerciali purificaţi pentru a evidenţia proprietăţile fizico-mecanice specifice. Pentru o perioadă mai scurtă sau mai lungă de timp, migrarea acestor componente pentru ţesuturile adiacente şi fluidele biologice este nedorită, aditivii trebuind eliminaţi înainte de utilizare. În plus, o serie de proprietăţi favorabile ale polimerilor pot fi obţinute nu prin utilizarea de aditivi, ci prin varierea structurii chimice, de exemplu prin folosirea de copolimeri adecvaţi în locul homopolimerilor.

O varietate mare de biomateriale sunt utilizate actualmente şi în afara domeniilor tradiţionale şi anume: în chirurgia plastică şi reparatorie, stomatologie şi refacerea muşchilor şi oaselor. De exemplu, organele artificiale pot juca un rol important în medicina preventivă, în special pentru ultimul stadiu de distrugere al organismului. De aceea, doar câţiva polimeri pot fi utilizaţi în mod regulat în implanturile chirurgicale. Deşi se află la dispoziţie un număr mare de materiale, biocompatibilitatea şi proprietăţile mecanice au restrâns sever nrl actual de polimeri ce pot fi folosiţi în domeniul medical.

Polimerii care pot fi utilizaţi ca biomateriale trebuie să îndeplinească câteva cerinţe fizico-mecanice: geometria dizpozitivului implantului sau componentului, gradul de cristalinitate, proprietăţile elastice, comportarea la tensiuni şi forfecare, propagarea ruperii, rezistenţa la oboseală şi comportarea vâsco-elastică în timp şi în funcţie de temperatură.

Pe baza acestor principii, acest articol are drept scop prezentarea principalelor clase de biomateriale polimetrice multifazice cu aplicaţii medicale corespunzătoare, precum şi cei mai importanţi polimeri sintetici care intră în componenţa acestor biomateriale polimetrice compozite.

2. Utilizări biomedicale ale unor polimeri sinteticiScopul producătorilor de biomateriale polimerice constă în asigurarea de performanţă, stabilitate şi durabilitate

implanturilor realizate, deziderat ce poate fi atins, în primul rând, prin selectarea cu atenţie a materialului polimeric cu proprietăţi optime. Caracteristica inovatoare şi concurenţială a pieţei de biomateriale polimerice a generat o dinamică specifică de producere a acestora, deoarece fiecare polimer ales trebuie să prezinte avantaje şi caracteristici specifice pentru a fi cât mai util unei aplicaţii medicale specifice.

Înainte de a trata mai pe larg principalele clase de biomateriale polimerice vom trece în revistă câteva dintre principalele lor utilizări în diferite domenii medicale:

- în domeniul ortopedic: proteze interne permanente (de reconstrucţie), proteze resorbabile (din polimeri bioresorbabili), diferite elemente de sutură şi cimenturi pentru fixarea protezelor, înlocuirea articulaţiilor cartilaginoase, drenuri chirurgicale şi instrumentar chirurgical divers;

- în domeniul medicinei recuperatorii: membrane extracorporale, membrane bioactive (de eliberare controlată), celule artificiale şi proteze externe;

- în domeniul oftalmologiei: lentile de contact, lentile intraoculare şi cornee artificială;- în domeniul cardiologiei: valvule mitrale pentru inimă şi grefe vasculare artificiale;- în domeniul dentar: implanturi dentare, material de amprentare, cimenturi dentare şi instrumentar dentar;

1

Page 2: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

- în domeniul chirurgiei estetice: implanturi şi elemente de sutură bioresorbabile;- alte aplicaţii medicale: linii de perfuzie, dispozitive de catetetizare, dispozitive pentru căile respiratorii, căile

digestive şi căile urinare;- în domeniul farmaceutic: excipienţi pentru diferite forme de administrare medicamentoasă, sisteme de eliberare

retard de medicamente, sisteme vectoare de eliberare controlată a substanţelor active, bază pentru emulsii, paste, recipiente diverse de condiţionare a medicamentelor;

- în domeniul cosmetic: bază pentru emulsii şi creme cosmetice şi sisteme complexe de peeling chimic sau mecanic.3. Conceptul de biomateriale polimerice compozite multifazice

Ideea obţinerii de materiale compozite este foarte veche şi pleacă de la posibilitatea preparării de noi material, cu performanţe superioare oricăruia dintre elementele lor componente. Cele mai reprezentative exemple din natură sunt: lemnul – alcătuit din fibre de celuloză într-o matrice din linguină; osul – format din fibre proteice, încorporate într-o matrice mineral; plămânul – care prezintă o structură de spumă.

Cea mai mare parte a materialelor polimerice compozite sunt alcătuite dintr-o fază majoritară, continuă, numită matrice şi o fază minoritară. Principiul de bază al unui material compozit este următorul: matricea, care este majoritară, preia solicitările externe pe suprafaţa sa şi le transformă apoi la nivelul fazei dispersate (care joacă adesea rol de material de armare, conferind o mai mare rezistenţă materialelor compozite). Teoretic, există o infinitate de combinaţii posibile între diferite materiale, care pot fi folosite atât ca faze majoritare cât şi ca faze minoritare, pentru a se putea obţine un material compozit cu proprietăţile dorite. Şi din punct de vedere practic s-au putut obţine materiale compozite foarte performante, cu utilizare în domenii din cele mai diverse (de la industria aerospaţială la industria materialelor cu utilizare în medicină).

Pe lângă ameliorarea rezistenţei mecanice a materialelor compozite şi prelungirea duratei de utilizare a lor, cel mai adesea s-a urmărit atingerea a altor două elemente importante: greutatea specifică şi costul lor. Astfel, actualmente se urmăreşte optimizarea rapoartelor rezistenţă / greutate specifică şi rigiditate / greutate specifică.

Una din clasele de umpluturi sub formă de particule dispersate sunt pulberile metalice (bronz, fier, argint, zinc, etc.), care au ca principal rol creşterea conductibilităţii termice şi conductivităţii electrice a materialelor polimerice recunoscute tradiţional ca fiind cu proprietăţi de izolatori. De exemplu, prin introducerea de astfel de pulberi metalice în masa poliolefinelor se pot obţine materiale cu o bună prelucrabilitate, capabilă să asigure o ecranare eficientă împotriva radiaţiilor electromagnetice şi evitarea interferenţelor. În general, aceste proprietăţi sunt esenţiale pentru protejarea dispozitivelor şi a aparaturii medicale, de funcţionarea căreia depinde siguranţa şi calitatea vieţii pacientului.

Stabilitatea şi biocompatibilitatea hidrogenului au fost atestate prin studii de extracţie, toxicitate sistemică acută, compatibilitate tisulară şi sanguină, biocompatibilitatea hidrogelurilor extinzând sfera aplicaţiilor biomedicale, fără riscuri pentru organismul receptor. Multe dintre cercetările efectuate pe hidrogeluri au fost îndreptate spre aplicaţii de tipul dispozitivelor de eliberare controlată a medicamentelor. În timp ce ordinul zero de eliberare a medicamentelor este important pentru marea majoritate a lor, sunt multe medicamente care necesită a fi eliberate în mod vibraţional. Cel mai edificator exemplu este eliberarea insulinei. În plus, hidrogelurile care răspund la pH şi hidrogelurile sensibile pe bază de glucoză, dizolvabile, au fost utilizate la producerea insulinei sub formă de capsule.

Eliberarea vibratorie a medicamentelor poate fi realizată cu hidrogelurile sensibile la temperatură, iar prin alterarea temperaturii în jurul hidrogelurilor termosensibile se poate realiza eliberarea medicamentelor din gel.

Aplicaţiile biomedicale ale hidrogelurilor sunt diverse, pornind de la dispozitive de diagnosticare până la muşchi artificiali. Utilizarea hidrogelurilor ca lentile de contact şi lentile intraoculare au într-o oarecare măsură o istorie lungă comparativ cu alte utilizări. Lentilele de contact moi, fabricate din hidrogeluri, posedă proprietăţile dorite (cum ar fi permeabilitatea ridicată pentru oxigen), deşi acestea au probleme cu degradarea lor şi la depozitarea proteinelor. Lentilele intraoculare moi prezintă avantaje faţă de cele rigide, abilitatea de a se îndoi permiţând chirurgului să utilizeze o incizie chirurgicală mai mică. Lentilele de contact şi cele intraoculare pe bază de hidrogeluri pot fi sterilizate în autoclavă, care este mult mai convenabilă decât sterilizarea cu oxid de etilenă necesară lentilelor rigide.

Hidrogelurile sunt utilizate ca bandaje pentru răni, ele fiind flexibile, durabile, antigenice şi permeabile pentru vaporii de apă şi metaboliţi, asigurând o acoperire bună a rănii, în vederea prevenirii infecţiilor cu bacterii. De asemenea, hidrogelurile au fost folosite ca învelişuri ale suprafeţelor cateterelor urinare, îmbunătăţind biocompatibilitatea acestora. Stratul de hidrogel format pe suprafaţa internă a arterei rănite are ca efect scăderea trombozei şi îngroşarea profundă la modelele animale. Îngroşarea profundă poate fi prevenită prin inhibarea contactului dintre sânge şi ţesutul subendotelial cu un strat de hidrogen.

Pentru a stabiliza implanturile osoase a fost utilizată până acum presiunea de umflare a hidrogelului de tip poli (metacrilat de hidroxietil). De asemenea, prin îmbunătăţirea designului implantului, hidrogelurile pot fi folosite ca interfaţă stabilizatoare. Polimerii de tip acrilamidă (datorită faptului că au solubilitate selectivă în sucurile gastrointestinal) se folosesc ca agenţi de acoperire gastrosolubili care se adaugă comprimatelor pentru protejarea principiilor active şi mascarea gustului şi mirosului neplăcut. Totodată, soluţiile apoase de poli [N-(2-hidroxipropil)-metacril-amidă] şi poli (N-etil-acrilamidă) au fost testate ca substituenţi coloidali de plasmă sanguină, cu efecte bune hemodinamice şi absenţa celor pirogenice, antigenice şi hemodinamice şi de pseudoaglutinare a sângelui.

2

Page 3: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

Poli [N-(2-hidroxipropil)-metacril-amidă] reticulată este folosită în transportul şi eliberarea controlată a medicamentelor. În anumite cazuri, o creştere a concentraţiei medicamentului transportat de-a lungul mucoasei, poate fi realizată dacă medicamentul este eliberat în cea mai eliberată regiune.

Gelurile de poliacrilamidă şi polimetacrilamidă au fost prezentate ca protectori mecanici pentru iris, retină şi endoteliu corneal, menţinând în acelaşi timp adâncimea camerei interioare a ochiului în timpul operaţiilor chirurgicale.

Poli (N-izopropil-acrilamida) se foloseşte în transportul medicamentelor şi pentru imobilizarea enzimelor şi celulelor în bioreactoare. De asemenea, au fost cercetate posibilităţile de utilizare a hidrogelurilor în sterilizarea şi dilatarea cervicală, dezvoltându-se hidrogeluri biocompatibile şi sisteme de sterilizare tubulară cu mai multe structure rigide. Firele de hidrogel au fost dezvoltate în domeniul transportului hormonilor (cum ar fi, de exemplu, omologi ai prostaglandei), precum şi la dilatarea mecanică a cervixului. Dilatarea canalelor cervicale este necesară pentru avortul indus prin chiuretajul prin absorbţie, în primul trimestru al sarcinii.

Unul dintre avantajele aplicaţiilor hidrogelurilor este obţinerea de muşchi artificiali. Astfel, hidrogelurile, “inteligente”, care pot transforma stimulii electrochimici în lucru mecanic (de ex., contracţia) pot funcţiona şi ca ţesut muscular uman.

4. Polimeri sintetici utilizaţi ca biomaterialePolietilena

Polietilena este des utilizată în domeniul medical datorită caracteristicilor fizice, chimice şi mecanice pe care le posedă. Structura acesteia este următoarea:

─(─CH2─CH2─)─n

În funcţie de condiţiile de polimerizare se pot obţine diferite sorturi de polietilenă:- polietilenă de joasă densitate, radicalică (LDPE);- polietilenă de joasă densitate, liniară (LLDPE);- polietilenă de înaltă densitate (HDPE);- polietilenă cu masă molecular ridicată (UHMWPE).În domeniul chirurgiei cardiovasculare, polietilena rigidă se utilizează pentru fabricarea valvelor cardiace, a carcasei

pompelor, a elementelor de conectare cu ţesuturile înconjurătoare, în pofida unor dezavantaje (ca duritate mică, dificultate de prelucrare, fragilitate şi prezenta incluziunilor). Polietilena se foloseşte şi pentru realizarea de cranioplastii. Cranioplastia este indicată în repararea defectelor craniene rezultate în urma tumorilor, deficitului osos, traumatismelor, anomaliilor congenitale sau infecţiilor şi implică o corelare a noţiunilor de neurochirurgie şi a tehnicilor de protezare. S-a constatat că HDPE poroasă Flexblock este un material adecvat pentru cranioplastii datorită accesibilităţii, posibilităţii de sterilizare fără modificarea formei şi rezistenţei, a conductibilităţii termice apropiate de cea a ţesutului înconjurător, ataşării la craniu cu materiale de sutură obişnuite, absenţei acumulării de secreţii sub scalp, absenţei reacţiei de respingere, precum şi nedegradării şi nedeformării în timp.

Un alt domeniu de utilizare al polietilenei este ortopedia. Astfel, UHMWPE este utilizată ca material de elecţie pentru obţinerea cupei acetabulare din cadrul implantului total de şold. Recent, în chirurgia urechii s-au introdus şi a avut succes polietilena poroasă sub denumirea de Plastipore.

În cabinetele stomatologice, ca materiale de protecţie a plăgilor parodontale se folosesc o serie de materiale, sub formă de pansamente adezive. O faţă a acestor pansamente adezive este acoperită de un film de polietilenă, iar cealaltă de o folie de hârtie protectoare care poate fi îndepărtată în timpul utilizării. Pansamentele adezive sunt utilizate pentru protecţia plăgilor rezultate prin aplicarea unei grefe epitelio-conjunctive sau a unor grefe gingivale libere. De asemenea, copolimeri ai etenei şi ai acetatului de vinil se utilizează pentru confecţionarea gutierelor totale, care se folosesc, la rândul lor, pentru profilaxia traumatismelor dento-maxilare. Printre materialele de sutură utilizate în stomatologie se folosesc firele sintetice neresorbabile (printre care şi fire de polietilenă), deoarece sunt considerate printre cele mai rezistente fire sintetice de sutură. Dintre principalele condiţii impuse firelor de sutură amintim: să fie suple, rezistente la tracţiune, să nu întreţină o reacţie inflamatorie prin capilaritate, să fie elastice şi rezistente la elongaţie, iar dintre proprietăţile biologice amintim: să fie tolerate şi să nu provoace stări alergice sau reacţii inflamatorii, sterilizarea lor să nu le diminueze rezistenţa, omogenitatea şi supleţea. Firele de polietilenă sunt inerte, nu suferă procese de degradare hidrolitică şi se folosesc mai mult pentru suturi tegumentare.

Pe lângă utilizările amintite mai sus, polietilena se mai foloseşte şi pentru confecţionarea de pungi şi saci pentru condiţionarea sterilă a implanturilor sau fluidelor biologice, pistoane pentru seringi, protectori pt ace de seringă şi tuburi pt catetere. Reperele amintite din polietilenă se pot obţine prin injecţie, extrudere, termoformare şi formare rotaţională.

PolipropilenaPolipropilena este un material termoplastic interesant din punct de vedere al aplicaţiilor biomedicale, datorită

combinării unor proprietăţi (bună rezistenţă chimică şi termică, bune proprietăţi mecanice şi electrice) cu o prelucrare uşoară. Structura acesteia este următoarea:

─ (─CH2─CH2─)─n

CH3

3

Page 4: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

Spre deosebire de polietilenă, polipropilena poate fi sterilizată la cald, prin autoclavare şi de aceea este indicată pentru fabricarea de filme şi articole sterilizabile cu apă fierbinte (ca de exemplu recipientele rigide). Este polimerul cel mai utilizat pentru obţinerea de seringi de unică folosinţă.

În domeniul chirurgiei cardiovasculare, compatibilitatea cu sângele a materialelor polimere utilizate depinde, în mare măsură, de formarea unui strat de fibrină şi vascularizarea ulterioară implantării, adică de constituirea unui pseudoendoteliu, proces lent, uneori imposibil în cazul dispozitivelor de protezare care suferă flexiuni şi alungiri repetate. O soluţie ar putea fi utilizarea microfibrelor din polipropilenă grafitată, cu structură scheletată, capabile să formeze un pseudoendoteliu rezistent la acţiunea forţelor de forfecare din partea sângelui şi a diferenţelor de presiune dintre contracţia cardiacă şi relaxare. Polipropilena rigidă este indicată pentru realizarea dispozitivelor de pompare a sângelui. Astfel, ea se utilizează pentru fabricarea valvelor cardiace, a carcasei pompelor şi a elementelor de conectare cu ţesuturile înconjurătoare.

Ideea utilizării suturilor drept sistem de transport al medicamentelor este un subiect de interes pentru chirurgia modernă şi se bazează pe observaţia că eliberarea lentă a agenţilor antimicrobieni în apropierea plăgii are ca rezultat o îmbunătăţire remarcabilă a procesului de vindecare, cu diminuarea pericolului de infecţie sau inflamaţii. În acest scop se utilizează polipropilena din care se confecţionează firele de sutură Hensch obţinând rezultate foarte bune în cazul unui nou material compozit format dintr-un amestec format din LLDPE şi polipropilenă. Materialul astfel obţinut este caracterizat de tenacitate înaltă şi flexibilitate mare, siguranţă bună a nodului şi mânuire uşoară, toate acestea combinându-se cu proprietăţile tipice ale polipropilenei: inerţie, reacţii scăzute ale ţesutului şi putere mare de retenţie. Firele chirurgicale sunt obţinute prin extruderea polimerului în instalaţii de filare orientate şi călite, rezistenţa la infecţii a suturilor din polipropilenă fiind corelată cu inerţia biologică a polimerului, ceea ce menţine nemodificată sutura mai mult de 2 ani.

Firele de sutură din polipropilenă (“Prolene” produsă de Ethicon şi “Gurgilene” produsă de Davis şi Gek) determină o reactivitate foarte mică a ţesutului. Deşi firele pentru sutura realizată din polipropilenă au elasticitate puţin mai mare ca a monofilamentelor realizate din poliamide alifatice, ele au rezistenţă mare la tracţiune şi prezintă cea mai bună rezistenţă la infecţii. Suprafaţa foarte netedă a firelor de sutură realizate din polipropilenă face posibilă legarea lor în nod, dar, în acelaşi timp, această caracteristică influenţează siguranţa nodului, acesta având tendinţa de a se desface.

Un loc tot mai important în chirurgia reparatorie a peretelui abdominal îl ocupă protezele sintetice, polipropilena fiind introdusă pentru aplicaţii chirurgicale de acest tip în anul 1959, sub denumirea de “Marlex”. Aceste ţesături sunt mai suple decât nylonul folosit la început şi sunt extensibile într-un sens dictat de conformaţia ţesăturii, grosimea fiind, în general, sub 1 mm grosime.

În domeniul stomatologic, fibrele sintetice neresorbabile de polipropilenă au fost folosite ca material de sutură încă din 1960. Datorită faptului că sunt inerte, aceste materiale nu se degradează hidrolitic şi se folosesc mai mult pentru suturi tegumentare, condiţiile impuse firelor de sutură fiind aceleaşi ca cele amintite la polietilenă.

Alte aplicaţii medicale ale polipropilenei sunt proteze externe termoformate, filme pentru condiţionarea sterilă a instrumentarului medical, duze rigide, corpul principal al seringilor şi vase sterilizabile. Pentru prelucrarea polipropilenei se utilizează următoarele tehnologii: prin injecţie, prin extrudere, prin turnare şi sudare, prin suflare şi termoformare.

Policlorura de vinilPoliclorura de vinil (PVC) este un polimer cu excelentă rezistenţă mecanică şi chimică, utilizat mai ales pentru

confecţionarea de ţevi şi conducte. Structura chimică a acesteia este următoarea:─ (─CH2─CH─)─n

ClCa şi alte materiale polimerice, PVC este folosită în chirurgia protetică, maxilofacială externă şi la reconstrucţii

complexe în urma unor fracturi multiple cu pierderi mari de ţesut moale. PVC plastifiată este utilizată pentru construcţia diverselor dispozitive care vin în contact direct cu sângele: tuburi pentru circulaţia extracorporală a sângelui, catetere, pungi şi tuburi pentru transfuzii. PVC este polimerul cel mai des folosit pentru confecţionarea majorităţii dispozitivelor de unică folosinţă. O mare problemă o poate, însă, constitui alegerea plastifiantului, care poate exuda din material, existând riscul de a fi preluat de lichide şi introdus în organism. Un alt dezavantaj al PVC constă în faptul că prezintă o complianţă mecanică diferită de cea a vaselor de sânge normale, iar la contactul dintre polimer şi sânge pot apărea turbulenţe de curgere care vor determina activarea hemolizei şi agregarea plachetară, toate acestea conducând la apariţia fenomenului de coagulare. PVC plastifiată se utilizează şi la confecţionarea recipientelor de medicamente.

S-a demonstrat că infuzarea intravenoasă a unor medicamente anticancerigene (5-fluorouracil) este mai avantajoasă decât injecţiile intravenoase. Tehnologia avansată a făcut posibilă eliberarea unor cantităţi calculate de medicament, într-o perioadă de timp impusă. Astfel, pungile din PVC sunt foarte folosite ca pompe de infuzie portabile, cantitatea de medicament înmagazinată în aceste rezervoare trebuind să fie stabilă şi compatibilă. Din PVC se mai confecţionează: tuburi ale pompelor peristaltice, tuburi stomacale flexibile şi semiflexibile, pungi pentru perfuzii şi componente ale instalaţiilor pentru dializă. Reperele din PVC se pot realiza prin următoarele tehnologii de prelucrare: prin injecţie, prin extrudere, prin termoformare, prin formare mecanică şi turnare.

4

Page 5: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

Polistirenul şi copolimerii stireniciPolistirenul (PS) este un material termoplastic format din macromolecule liniare neramificate. A apărut ca produs

comercial în 1937 şi este un material alb, transparent şi bun izolator electric. Structura chimică a PS este următoarea:─ (─CH2─CH─)─n

C6H5

Datorită proprietăţilor sale, PS şi copolimerii săi au următoarele aplicaţii: tuburi hemolitice, pistonul seringilor de unică folosinţă, filme termoformate pentru diferite condiţionări, dispozitive de dozare a picăturilor şi cutii Petri. În ceea ce priveşte hemocompabilitatea acestor polimeri, trebuie să se cunoască anumite caracteristici electrice: polarizabilitatea, sarcini electrice de pe suprafaţa reţelei şi potenţial electric, care controlează compatibilitatea polimerilor cu sângele. Boffa şi colaboratorii au studiat compatibilitatea cu sângele a PS bine purificat, în vitro. Aceştia au demonstrat că, deşi PS nu este un polimer hidrofil şi nici polar, are o bună compatibilitate cu sângele. Lovelack şi Porterfield au descries proprietăţile anticoagulante ale polistiren-sulfonaţilor rezultaţi din reacţia PS cu acidul sulfuric.

PS se foloseşte şi la încapsularea diferiţilor agenţi antiinflamatori (indometacină şi ibuprofen), prin metoda evaporării solventului. Copolimerul anhidridă maleică – stiren se utilizează ca agent de acoperire enterosolubil. De asemenea, în domeniul protezelor stomatologice, PS se utilizează pentru confecţionarea lingurilor de amprentă, prezentând un modul de elasticitate scăzut. Deformabilitatea crescută a lingurilor de PS are drept consecinţă faptul că pereţii acestora se destind în cursul exercitării presiunilor din timpul amprentării şi revin la dimensiunile iniţiale după dezinserarea amprentei, determinând astfel deformări ale amprentei. PS se foloseşte şi pentru modificarea cimenturilor de oxid de zinc, aplicându-se pentru cimentări provizorii şi de durată, obturaţii de bază şi restaurări coronare provizorii.

Copolimerii acrilonitril – butadiene – stirenic (ABS) şi acrilonitril – stiren (SAN) se folosesc în diferite scopuri biomedicale: în dializă, pentru confecţionarea clemelor şi acelor pentru perfuzii datorită rezistenţei ridicate la rupere; componente ale aparatului auditiv; dispozitive de conectare pentru seringi şi catetere. De exemplu, “Novodur ABS”, este utilizat pentru obţinerea cutiilor realizate special pentru dispozitivul de măsurare a glicemiei (glucozometru). Acest instrument este protejat foarte bine de această cutie datorită proprietăţii acestui material de a avea rezisteţă la şocuri foarte ridicate.

“Bayblendul” reprezintă un material format dintr-un amestec de ABS şi policarbonaţi şi este un material din care se confecţionează pompe utilizate pentru infuzia volumetrică precisă şi de termen lung. Carcasa este rezistentă la şocuri şi la flacără. Acelaşi material se foloseşte pentru realizarea carcaselor rezistente la rupere ale sistemelor de infuzie portabile. Ca tehnologii de prelucrare a PS şi a copolimerilor stirenici se folosesc turnarea prin injecţie, extrudere, şi turnare rotaţională.

PolitetrafluoretilenaPolitetrafluoretilena (PTFE) face parte din clasa polimerilor fluoruraţi, fiind cunoscută sub denumirea comercială de

“Teflon”. PTFE a fost decoperită în anul 1938 şi este un material termoplastic dur şi tenace, stabil la temperaturi situate în intervalul -280ºC ÷ -300ºC. În stare topită, se caracterizează printr-o foarte ridicată vâscozitate. În consecinţă, tehnologiile de prelucrare diferă total de ale celorlalte materiale termoplastice, dar se apropie de cele ale metalelor şi ale materialelor ceramice. Structura chimică a PTFE este următoarea:

─(─CF2─CF2─)─n

Datorită accesibilităţii, inerţiei chimice, proprietăţilor fizice adecvate (duritate, flexibilitate, permeabilitate, adeziune, rezistenţă la şoc, tracţiune, alungire, rupere, torsiune), coeficientul de frecare redus dintre comprimate şi matriţe (acţionează ca şi coeficient de lubrifiere), PTFE a fost testat pentru diferite aplicaţii în chirurgia cardio-vasculară, ortopedie şi în chirurgia plastică.

Două domenii de aplicare promiţătoare a polimerilor se detaşează din problematica complexă a chirurgiei cardio-vasculare: protezele vasculare şi componentele inimii artificiale. Chirurgia cardio-vasculară corectează o serie de defecte congenitale ale inimii şi contribuie la restabilirea fluxului sanguin în ischemii miocardice, prin înlocuirea vaselor de sânge sau a valvelor cardiace. Dificultăţile sunt legate de inaccesibilitatea materialelor adecvate, netrombogenice şi cu caracteristici mecanice superioare, precum şi de necunoaşterea principiilor şi tehnicilor adecvate de implantare.

În ceea ce priveşte hemocompatibilitatea, o soluţie ar putea fi utilizarea microfibrelor din PTFE capabile să formeze un pseudoendoteliu, rezistent la acţiunea forţelor de forfecare din partea sângelui şi la diferenţele de presiune dintre contracţia cardiacă şi relaxare. Dificultăţile principale care apar la protezarea vaselor sanguine sau determinate de procesele ce decurg la suprafaţa de contact cu sângele. În general, înlocuirea vaselor de sânge de diametru mare are mai multe şanse de reuşită decât cea a vaselor mici. Protezele vasculare trebuie să reproducă proprietăţile mecanice (elasticitate, flexibilitate, porozitate) ale vaselor sanguine, în condiţiile evitării coagulării sângelui. Astfel, există proteze vasculare din PTFE expandată, constituite din tuburi care se taie, se cos şi se manipulează uşor. Protezele confecţionate din acest material, modificat prin expunere la acţiunea unui câmp electric, reproduce structura pereţilor interiori ai vaselor sanguine, care prezintă la suprafaţă sarcini negative.

Realizarea unei inimi autonome presupune alegerea unei surse de energie cu volum mic, obţinerea unui convertor de energie, miniaturizarea unei pompe şi construcţia modulului cardiac propriu-zis. Perfecţionarea modulului cardiac implică utilizarea unor materiale şi a unor forme constructive care să elimine sau să evite riscul trombozei. Problema majoră a acestui echipament protetic este evitarea trombozei şi emboliei, care depind de factori ca: tipul constructiv al pompei

5

Page 6: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

implantate, interfaţa material-sânge, viteza de curgere a sângelui şi modificarea mecanismului de coagulare a sângelui. În cazul utilizării clapelor pentru inimă, hemodinamica depinde de forma protezei şi interacţiunea dintre sânge şi suprafaţa polimerilor. Caracteristicile suprafeţei depind de duritatea polimerului şi de natura şi sarcina electrică a grupărilor orientate la suprafaţă. Deoarece suprafaţa clapelor cardiace trebuie să fie netrombogenă, eventual heparinizată, se utilizează clape din teflon cu polipropilenă.

PTFE se utilizează pentru fabricarea valvelor cardiace, carcasei pompelor, elementelor de conectare cu ţesuturile înconjurătoare, în pofida unor dezavantaje ca: duritate redusă, dificultăţi de prelucrare, fragilitate şi prezenţa incluziunilor. PTFE poroasă, grafitată se utilizează tot mai mult în cadrul chirurgiei maxilo-faciale şi ortopediei ca material de acoperire, pentru ataşarea la os sau completarea ţesutului osos deficitar, precum şi ca material de elecţie pentru implanturile ortopedice şi ligamentele pentru genunchi. PTFE mai are utilizări şi în cadrul chirurgiei plastice ca grefe osoase ale urechii şi, de asemenea, este folosită ca membrană poroasă (având permeabilitate mare pentru oxigen şi bioxid de carbon) pentru plămânii artificiali (implică transport interfazic de gaze sau lichide).

Teflonul joacă un rol de lubrifiant deoarece posedă o rezistenţă la frecare foarte mică, fapt ce facilitează compactarea sub presiune şi reduce forţele de ejecţie. De asemenea, din el se pot obţine comprimate cu timp de dezagregare şi rezistenţă la rupere corespunzătoare. Din combinarea PTFE cu fibre de carbon a rezultat “Proplastul”, material utilizat în unele situaţii în cadrul chirurgiei defectelor peretelui abdominal antero-lateral. Printr-un proces de expandare a teflonului s-a obţinut un material mult mai poros (PTFE expandată), fabricat actualmente în SUA sub denumirea de “Gore Tex”. Teflonul clasic este abandonat datorită capacităţii mediocre de integrare parietală.

Vâscozitatea ridicată în stare topită face ca PTFE să nu aibă caracteristici reologice suficiente pentru a putea fi prelucrată prin injecţie sau prin extrudere. De aceea, principala tehnologie de prelucrare este uzinarea sau sintetizarea.

PoliamidelePoliamidele sunt cunoscute şi sub denumirea de nylonuri, iar nomenclatura curentă a acestor produse sugerează natura

şi tipul substanţelor iniţiale folosite în sinteză. Poliamidele au următoarea structură chimică:─(─OC─R─CO─NH─R′─NH─)─n

Pentru administrarea controlată a medicamentelor au fost obţinute microcapsulele şi microsferele preparate din poli (acid glutamic), poliizină sau copolimerii acestora. Cu mulţi ani în urmă, Harrison a arătat că structurile nylonului pierdeau în jur de 80% din rezistenţa lor în timpul unei perioade de implantare de 3 ani, unele poliamide fiind foarte hidrofile şi hidrolizabile, cu toate că gradul de absorbţie al apei este variabil.

Poliamidele sunt considerate materiale de bază pentru membrane şi tuburi folosite în dializă. Polihexametilenadipamida se degradează în mediul biologic (fenomen care scade rezistenţa la rupere), dar cu toate acestea se foloseşte ca membrane semipermeabile pentru rinichiul artificial. Folosind membrane de dializă poliamidice, majoritatea funcţiilor rinichiului artificial se asigură prin dializă, în absenţa gradientului de presiune, deşi funcţiunea normală a rinichiului presupune ultrafiltrarea. Într-o membrană poliamidică, ce prezintă pori de dimensiuni diferite pe cele două feţe, se înregistrează coeficienţi de permeabilitate diferiţi pentru difuzia gazelor. Astfel, membranele poliamidice anizotropice sunt utile pentru realizarea dispozitivelor medicale de extracţie diferenţială a unui gaz dintr-un sistem gaz-lichid. Anizotropia membranei variază în funcţie de parametrii fizico-chimici următori: natura şi masa moleculară a poliamidei, gradul de hidratare şi grosimea membranei.

Ambalajele sterile, transparente, folosite pentru confecţionarea instrumentalului chirurgical, sunt realizate dintr-o combinaţie de film termoformat şi hârtie sterilă. Filmele compozite sterilizabile cu abur, confecţionate din “Durethan PA” şi polietilenă s-au dovedit foarte potrivite pentru aceste aplicaţii. Poliamidele se folosesc şi în cazul chirurgiei cardiovasculare ca proteze arteriale constituite din tuburi care se taie, se cos şi se manipuleaza uşor. Poliamidele se utilizează şi pentru confecţionarea protezelor ortopedice. Laminatele din polimeri poroşi asigură evaporarea secreţiilor, fară blocarea porilor, astfel de polimeri fabricându-se prin impregnarea poliamidelor cu răşini epoxidice.

Nylonul se foloseşte în cazul suturilor chirurgicale sub forma de fire neabsorbabile sub formă de monofilamente împletite (“Surgilon”, “Nurolon”) sau ca monofilament simplu (“Ethilon”, “Dermalon”). Aceste tipuri de fire chirurgicale din nylon au o mare rezistenţă la tracţiune, mai mare ca mătasea naturală sau polipropilena. Datorită faptului că firele de nylon sunt rigide, trebuie ca întinderea lor să se realizeze cu grijă, pentru a se evita ruperea nodului şi posibilitatea ruperii firului în interiorul ţesutului. Incidenţa infecţiei în ţesuturile care conţin suturi din nylon este mai mică decât în cazul altor suturi neabsorbabile. Studiile in vitro au indicat că produsele de degradare ale suturilor cu nylon sunt agenti antibacteriali potenţiali, postulându-se că aceştia pot distruge unele bacterii din plagă, reducând reacţia ţesutului la sutură.

Poliamidele se mai utilizează şi pentru confecţionarea de: tuburi pentru catetere intracardiace, sonde pentru aparatul urinar, pelicule pentru împachetări şi componente pentru dializă, dispozitive pentru dozare a picăturilor şi seringi dozatoare. Tehnologiile de prelucrare ale poliamidelor sunt: injecţie, extrudere şi filare.

6

Page 7: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

PoliuretaniiCompuşii macromoleculari de tip poliuretanic reprezintă o clasă de polimeri cu numeroase şi interesante aplicaţii

biomedicale. Poliuretanii conţin în molecula lor un număr semnificativ de grupări uretanice:─NH─CO─O─

indiferent de structura celorlaltor părţi ale lanţului. Cei mai mulţi poliuretani rezultă în urma reacţiei dintre diizocianaţi şi compuşi di- sau poli-hidroxilici. Biomaterialele poliuretanice convenabile sunt cele secventate, în care alternează porţiuni flexibile şi rigide. Aplicaţiile medicale ale elastomerilor poliuretanici contribuie mult la calitatea sistemului de îmbunătăţire a sănătăţii umane. Astfel, cerinţele de poliuretani sunt în continuă creştere, aceştia fiind acceptaţi ca biomateriale în majoritatea aplicaţiilor care cer compatibilitate cu ţesuturi moi sau cardiovasculare.

Pentru aplicaţii biomedicale este necesar ca rezultatele privitoare la proprietăţile mecanice ale poliuretanilor să fie corelate cu testele in vivo şi in vitro, incluzând răspunsul tisular şi compatibilitatea cu sângele a suprafeţelor nemodificate sau heparinizate. Studiul problemelor legate de acceptarea implantului poliuretanic de către sistemul fiziologic a fost realizat prin urmărirea modificărilor în timp, in vivo a biodegradării, hidrolizei şi texturii suprafeţei compusului macromolecular. Una din caracteristicile poliuretanilor este adeziunea foarte bună la ţesuturi. Astfel, poliuretanii se utilizează ca adezivi tisulari şi în endoprotezare, bazându-se pe absenţa toxicităţii, inerţiei chimice şi biologice, precum şi pe stabilitatea fizico-mecanică.

Aplicaţiile poliuretanilor mai includ: tuburi endotraheale, suturi în chirurgia vasculară, componente ale inimii artificiale (valve, artere, vene), membrane pentru dialize, adezivi pentru ţesutul nervos, meteriale pentru reconstituirea dentară, substituenţi ai gipsului (poliuretani expandaţi in situ), substituenţi ai pielii, (pentru arsuri grave), proteze mamare şi tuburi naso-gastrice. Elastomerii poliuretanici termoplastici se folosesc la confecţionarea cateterelor. “Textin” este materialul din care se confecţionează tuburile flexibile, cu pereţi subţiri, folosite sub formă de catetere venoase. “Textin” nu conţine plastifianţi şi nu produce gaze corozive la incinerare. “Baydur” este un material poliuretanic care se foloseşte pentru confecţionarea scaunelor de spital multifuncţionale, acestea fiind durabile, uşor de manevrat si curăţat. De asemenea, “Baydur” se foloseşte şi pentru realizarea sistemului modular de dializă, fiind un material transparent şi având o rezistenţa mecanică mare.

Un alt domeniu de aplicare al poliuretanilor este reprezentat de componente ale inimii artificiale, toate componentele sistemului cardiovascular (artere, vene, valve) fiind materiale compozite care prezintă diferite caracteristici de deformare în direcţie transversală si logitudinală. Această anizotropie este esenţială pentru asigurarea functiilor fiziologice, cum ar fi acomodarea vaselor de sânge la modificările sistolice şi diastolice ale presiunii sanguine şi funcţionarea valvelor inimii. Utilizaţi ca peacemarker-i (stimulează inima pentru a reveni la ritmul normal), poliuretanii sunt implantaţi subcutanat şi conectaţi la muschii inimii cu ajutorul unor electrozi. În acest scop se preferă poliuretanii datorită rezistenţei mari la tracţiune.

Polimerii poroşi sub forma spumei poliuretanice sunt materiale utilizate la implanturi ortopedice. Astfel spuma poliuretanică (preparată prin interacţiunea unei răşini trihidroxilice cu exces de diizocianat) se aplică în ortopedie sub denumirea de “Ostamer” în amestec cu catalizator adăugat în timpul intervenţiei chirurgicale. “Ostamir” realizează o fixare imediată şi sigură a osului, acţionând ca un ax intramedular care asigură rezistenţa mecanică, contribuie la reabilitarea rapidă şi regenerarea ţesutului osos al gazdei, în condiţiile unei reacţii tisulare rapide.

În stomatologie, ca materiale utilizate la sigilarea şanţurilor şi fosetelor (ca procedeu în cadrul profilaxiei dentare), s-au folosit materiale poliuretanice care sunt constituenţi ai lacurilor fluorurate, ele asigurând doar rolul de barieră mecanică intre mediul bucal şi zonele retentive. Actualmente, se utilizează mai puţin datorită retenţiei nesatisfăcătoare. Poliuretanii care intră în compoziţia cimenturilor dentare se aplică în domeniul tehnicilor de colaj (şi anume ca punţi şi imobilizări adezive) şi ca agregări adezive in ortodonţie.

Poliuretanii cu aplicaţii biomedicale se obţin prin urmatoarele tehnologii de prelucrare: injecţie, extrudere, compresie şi formare prin transfer.

Principalele utilizări ca biomateriale ale unor polimeri sinteticiDatorită proprietăţilor fizice, chimice şi mecanice pe care le posedă, materialele polimerice de sinteză utilizate ca

biomateriale sunt compuşi care pot fi folosiţi pentru tratarea, regenerarea sau înlocuirea oricărui ţesut, organ sau funcţie a organismului. Principalele utilizări sunt următoarele:

Polimetacrilatul de metil se aplică, în special, în oftalmologie, ortopedie şi în stomatologie;Polialcoolul vinilic are aplicaţii în chirurgia estetica, orală şi maxilofacială preprotetică, ca înlocuitor de plasmă

sanguină, în farmacologie şi pentru realizarea firelor de sutură;Polivinilpirolidona se foloseşte în domeniul farmaceutic ca agent cu diferite roluri (mai ales ca excipienţi) şi în

domeniul biomedical ca înlocuitor de plasmă sanguină;Policarbonaţii se utilizează ca fire de sutură chirurgicală absorbabile, transportul si eliberarea medicamentelor, în

stomatologie, aparatură medicală şi ambalaje sterile;Polietilentereftalatul are aplicaţii în domeniul cardiovascular, în chirurgia defectelor peretelui abdominal artero-lateral

ca proteze de restaurare şi ca fire de sutură chirurgicale;

7

Page 8: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

Polietilenglucolul se foloseşte în domeniul farmaceutic (ca excipienţi pentru diferite substanţe active, substanţe purtătoare pentru diferite medicamente şi în realizarea diferitelor preparate medicale);

Siliconii se folosesc ca substanţe auxiliare pentru preparate dermatologice, medicamente în unele forme de gastrită şi ulcer, excipienţi, agenţi de sterilizare a instrumentelor şi aparaturii medicale, proteze pentru operaţii plastice, mamoplastii şi repere oftalmologice şi stomatologice.

http://www.revista-informare.ro/showart.php?id=125&rev=5

ALCHENELE Ce sunt alchenele?

Alchenele sunt hidrocarburi acilcice ,nesaturate care conţin în molecula lor o dubla legatură între atomii de carbon , care au formula generală CnH2n.

Importanta alchenelorAlchenele cu cele mai multe directii de valorificare sunt etena(C2H4) si propena (C3H6).Ele sunt folosite ca:- materie primă pentru obţinerea altor compuşi chimici :etanol,propanol, etilenglicol(folosit ca antigel),

glicerina(folosită în industria farmaceutică si cosmetică) ,solvenţi şi acid acetic;

- stimulatori ai proceselor vegetative:etena accelereayă încolţirea seminţelor ,precum şi înflorirea şi coacerea fructelor şi legumelor;

8

Page 9: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

- monomeri pentru obţinerea maselor plastice : etena şi propena sunt monomeri pentru obţinerea polietelenei respectiv a polipropilenei.

Utilizarea alchenelorETENA

Etena este prima hidrocarbura din seria hidrocarburilor aciclice nesaturate cu o dubla legatura. Formula moleculara: C2H4. Ea este întrebuinţată ca materie primă în industria chimică de sinteză pentru obţinerea alcoolului etilic, a cauciucului sintetic, a materialelor plastice, a unor dizolvanţi etc .

S-a demonstrat ca sub acţiunea etenei, adăugată în atmosfera din sere, în cantităţi mici, lămâile şi  roşiile se coc mai repede.

Aproximativ 90 % de etena se foloseşte pentru a produce oxid de etilena,diclorură de etilenă(diclor-etenă) etil-benzen si o variaţie de tipuri de polietelenă.

PROPENAPropenă este al doilea produs cel mai important  în industria petrochimică după etilenă. Este materia prima pentru o

mare varietate de produse. Propena este necesar pentru producerea mase plastice,de filme, ambalaje,capace şi dispozitive

9

Page 10: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

de închidere, precum şi pentru alte aplicaţii.În anul 2008, vanzarile la nivel mondial de propena atins o valoare de peste 90 de miliarde de dolari SUA.Propenă şi benzen sunt convertite în acetonă şi fenol. Propenă este, de asemenea,folosite pentru a produce izopropanol (propan-2-ol), acrilonitril,oxid de propilenă (epoxipropan) şi epiclorhidrină.

BUTENAButena(C4H8) - în forma sa pură este utilizat în sinteza organică şi în producţia de benzină . Utilizarea sa principală este

cauciucul sintetic(98%din cantitatea mondiala de butena ) .MASELE PLASTICE

Cel mai larg alchenele se utilizează pentru confectionarea maselor plastice.Masele plastice sunt produse tehnologice de sinteză în compoziţia cărora intră un compus macromolecular sintetic şi

alte substanţe (plastificanţi,coloranţi, antioxidanţi) adaugate pentru a le conferi proprietăţi superioase.Masele plastice înlocuesc metalele,lemnul,pielea în fabricarea unor articole tehnice,ambalaje, îmbrăcăminte etc.,dar în

egală măsură ei pot fi consideraţi materiale noi cu proprietăţi superioare compuşilor naturali,cu largă utilizare,atît în industrie cît şi în viaţa de zi cu zi.

Masele plastice se împart în :POLIETILENA

In drumul mereu ascendent al materialelor plastice, o deosebita importanta a avut descoperirea facuta de Karl Ziegler, in anul 1954, si anume ca amestecul de combinatii organo-aluminice si tetraclorura de titan catalizeaza polimerizarea etilenei la presiuni joase. Pana la acea data, polietilena se obtinea numai prin polimerizarea radicalica la presiuni de ordinul catorva mii sau chiar zeci de mii de atmosfere (5000-20.000 atmosfere, conducand la asa numita polietilena de presiune inalta si foarte inalta sau polietilena de densitate joasa (0,92 g/cm3). Macromoleculele acestui polimer prezinta numeroase ramificatii, ceea ce face ca materialul plastic sa aiba o cristalinitate de numai 40-50%. Ca urmare, polietilena de densitate joasa se caracterizeaza prin rezistenta termica si mecanica relativ scazute (polietilena moale). Procedeul Ziegler a revolutionat tehnologia de obtinere a polietilenei, permitand obtinerea industriala a acesteia la presiuni de numai cateva atmosfere. Polietilena obtinuta prin procedeul Ziegler este cunoscuta sub numele de polietilena de mare densitate, (0,97 g/cm3) sau polietilena dura. Pe langa utilizarile clasice in domeniul ambalajelor, ea are si alte intrebuintari, cum ar fi: conducte de presiune, izolatii electrice, rezervoare foarte mari, ambarcatiuni usoare sau chiar roti dintate. Descoperirea lui Karl Ziegler a fost dezvoltata cu succes de lucrarile lui Giulio Natta si ale scolii sale. In anul 1955 Giulio Natta pune bazele polimerizarii stereospecifice care permite obtinerea polimerilor stereoregulati, folosind drept catalizator de polimerizare produsii de reactie ai combinatiilor organo-aluminice cu compusii materialelor traditionale (asa numitii catalizatori Ziegler-Natta). Importanta acestor descoperiri rezulta si din faptul ca in 1963, celor doi savanti le-a fost decernat premiul Nobel pentru chimie. Cu acesti catalizatori au fost polimerizati cei mai diversi momomeri, obtinnandu-se materiale plastice cu proprietati noi. Una din proprietatile de baza este aceea ca sunt apte de a cristaliza, datorita aranjamentului spatial regulat al monomerilor si ai substituentilor acestora, faptul acesta conferindu-le o rezistenta mecanica si termica superioara celor ale materialelor plastice atactice (nestereoregulate). In acest sens o mare realizare a constituit-o obtinerea polipropilenei izotactice cu structura cristalina a carei temperatura de topire este de circa 165°C, pe cand polipropilena atactica, amorfa are intervalul de inmuiere la 100-120°C. Deosebit de interesanta este obtinerea unor polimeri de propilena stereobloc. Sinteza decurge astfel incat in macromolecule se gasesc blocuri cristaline si amorfe. Un asemenea material plastic se topeste intr-un interval larg de temperatura, (100-170°C) ceea ce ii faciliteaza prelucrarea. Pentru a imbunatati calitatile maselor plastice se recurge si la alte procedee. Materialele plastice izotactice se util/ză atat ca atare, cat si sub forma compozitiilor lor ranforsate (cu fibre de sticla, grafit, fibre de azbest etc). Ranforsarea (armarea) materialelor plastice mareste mult rezistenta mecanica si greutatea specifica, dar in acelasi timp creste si pretul lor. Alte cai e modificare a proprietatilor materialelor plastice constau in formarea de aliaje intre ele, grefari de macromolecule pe un material dat etc. (- CH2-CH2-)n este o substanta solida, de culoare alba, termoplastica, putin grasoasa la pipait, asemanatoare cu parafina. Acesta asemanare poate fi inteleasa daca vom lua in consideratie faptulca acest polimer prezinta prin structura sa o idrocartbura saturata (parafina) cu o masa moleculara mare. De aci se poate trage concluzia despre inflamabilitatea polietilenei si despre stabilitatea ei chimica fata de reagenti. Polietilena arde cu o flacara albastrie luminoasa. Sol/le de acizi, baze si oxidanti( permanganat de Ca) a/a ei nu influenteaza. Acidul azotic concentrat o distruge.

POLIPROPILENA(-CH2-CH-)n este foarte asemanatoare cu polietilena.CH3

Ea de asemenea este un material solid, grasos la pipait, de culoare alba, termoplastic. Ca si polietilena ea poate fi considerate hidrocarbura macromoleculara saturata (masa moleculara -80 000 – 200 000). Este un polimer stabil la mediile agresive. Spre deosebire de polietilena, ea devine moale la o temperatura mai inalta( de 160-170 C) si are o rezistenta mai mare. La prima vedere aceasta pare de neinteles. Prezenta in prolipropilena a numeroase grupe laterale – CH3 ar fi trebuit sa impiedice la alipirea macromoleculeleor una de alta. Rezistenta polimerului si temperatura lui de topire in acest caz ar fi

10

Page 11: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

trebuit nu sa creasca, ci sa descreasca. Pentru a intelege aceasta “contradictie”, este necesar sa examinam mai profound structura acestei substante.In procesul de polimerizare moleculele de propilena(sau de alt monomer cu o structura asemanatoare)pot sa se uneasca unele cu altele in diferite moduri, de exemplu:

CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH -CH3 CH3 CH3 CH3CH2 – CH – CH – CH2 – CH2 – CH – CH – CH2 -CH3 CH3 CH3 CH3

Primul procedeu se numeste “cap-coada”, cel de-al doilea procedeu-”coada-cap”. E posibila si o varianta mixta de combinare.Polimerizarea propilenei se realizeaza in prezenta de catalizatori, ceea ce contribuie la formarea dintre toti polimerii posibili a polimerului cu o structura regulata corespunzatoare principiului “cap-coada”, caracterizata printr-o succesiune dreapta a grupelor metil in catena.Grupele- CH3 capata in cazul unei polimerizari de acest fel o orientare spatiala regulata. Daca ne vom inchipui ca atomii de carbon, care formeaza macromolecula zigzag, sint situati intr-un singur plan, atunci grupele metil vor fi situate sau de una si aceeasi parte a acestui plan, sau se vor succeed regulat de ambele parti ale lui.Clorura de polivinil(- CH2 – CH -)n – este un poilimer termoplastic, ale carui macromoleculele au o structura de tipul “cap-coada”(Mr de la 10 000 pine la 150 000). Ea se obtine prin polimerizarea prin radicali a clorurii de vinil CH2=CH. In prezenta de initiatori, din a caror dezintegrare rezulta radicali liberi pentru inceputul cresterii catenei. Faceti schema unei macromolecule crescinde de polimer prin formarea successive de radicali liberi.Pe baza de clorura de polivinil se obtin mase plastice de doua tipuri: viniplast , care are o regiditate considerabila, si plasticat, care e un material ceva mai moale. Pentru a preveni descompunerea acestui polimer, in masele plastice fabricate pe baza lui se introduc stabilizatori, iar pentru a obtine plasticate moi se introduc si plastifianti.Din viniplast se fabrica tevi rezistente la actiunea agentilor chimici, piese pentru aparatajul chimic, cutii de accumulator si multe altele.

POLISTIRENUL(- CH2 – CH – )n.

C6H5 C6H5 Monomerul acestui polimer este stirenul CH2=CH. El reprezinta o imbinare de hidrocarburi nesaturate cu hidrocarburi saturate, ca si cum ar fi etilena, in a carui molecula un atom de H2 este substituit cu un radical de fenil – C6H5, sau benzen, in a carui molecula atomul de H2 este substituit cu un radical de vinil CH2=CH-. Polisterenul are o structura liniara, masa moleculara de la 50 000 pana la 300 000. Se obtine prin polimerizarea monomerului in prezenta de initiatori. Spre deosebire de polimerii examinati mai inainte, polistirenul la incalzire se depolimerizeaza foarte usor, adica se dezintegreaza, formind monomerul initial:

-CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH – . nCH2=CHC6H5 C6H5 C6H5 C6H5

Unul din dezavantajele polistirenului este rezistenta relativ mica la lovire, ceea ce-I reduce domeniile de utilizare. In present datorita cauciucului la sintetizarea polimerului se obtine polistiren rezistent la lovire. Acest polistiren este acum cel mai raspindit.O varietate de polimer este penopolistirenul. El se obtine, adaugind in timpul prepararii materialului a unei subtante de spumare. Ca rezultat polistirenul capata o structura asemanatoare cu o spuma solidificata cu porii inchisi. Acesta este un material foarte usor. Penopolistirenul se utilizeaza in calitate de material termo- si fonoizolator, la constructii, in tehnica frigorifica, industria mobilei.

MASELE PLASTICE FENOLFORMALDEHIDERasina fenol- formaldehidica este o substanta macromoleculara care constituie baza maselor plastice ea se sintetizeaza

nu prin polimerizare, ci prin reactia de policondensare si dupa proprietati nu e termoplastica, ci termoreactiva. Prin aceste doua particularitati si se deosebeste de celelalte mase plastice.Aceasta rasina se sintetizeaza prin incalzirea fenolului impreuna cu aldehida formica in prezenta de acizi sau de baze in calitate de catalizatori.Rasinele fenolformaldehidice se utilizeaza, de regula, ca parti componente ale diferitelor materiale artificiale. In afara de poilimeri care joaca rolul de lianti, in compozitia lor intra materiale de umplutura, substante de solidificare, coloranti si altele. In procesul de prelucrare la executarea articolelor din ele, de exemplu in timpul presarii la cald, o astfel de masa plastica la inceput e termoplastica, umple bine forma, apoi in timpul incalzirii si sub actiunea presiunii in ea se formeaza structura spatiala si ea devine articol solid monolit. Articolele produse pe baza de mase plastice fenolformaldehidice se caracterizeaza printr-o rezistenta mecanica, rezistenta termica si stabilitate mare la actiunea acizilor, prin proprietati dielectrice bune.Din masele plastice fenolformaldehidice, la care in calitate de material de umplutura serveste faina de lemn, se prepara pulberi de presare, iar din acestea – prin presare la cald – un larg asortiment de articole electrotehnice, precum si multe aparate de uz casnic.Utilizind in calitate de material de umplutura materiale fibroase, de exemplu linters de bumbac, se obtin materialele cu fibre.Daca in calitate de material de umplutura se foloseste tesatura de bumbac, se obtine o masa plastica rezistenta denumita textolit ( piatra textila). Din ea se executa piese deosebit de importante pentru masini. Sunt foarte cunoscute materialele plastice cu straturi lemnoase. Ele se obtin prin prelucrarea furnirului de lemn cu rasina formaldehidica si prin presarea lui ulterioara. Fiind un material rezistent si ieftin, se folosesc in industria constructoare de masini, in transport, in

11

Page 12: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

diverse ramuri ale tehnicii, precum si pentru fabricarea mobilei. Domenii de aplicare a materialelor plastice

- Industria de ambalaje este si va ramane si in viitor in lume principalul consumator de materiale plastice. Se estimeaza ca rata de dezvoltare a ambalajelor din plastic va fi in continuare in medie de 10% anual in lume, iar pe tari o dezvoltare proportionala cu produsul national brut. Materialele plastice au patruns adanc in domeniile de utilizare ale sticlei, tablelor si foliilor metalice, extinderea si perfectionarea sistemelor de ambalaje. - In domeniul materialelor de constructii, masele plastice isi vor continua de asemenea ascensiunea, pe plan mondial atingandu-se ritmuri de crestere a productiei si consumului de 10-15%. Principalele categorii de produse sunt profilele din materiale plastice ca inlocuitor ai tablelor ondulate si profilelor metalice, panourile stratificate, elementele prefabricate cu izolatie termica si fonica din spume poliuretanice, retele sanitare si electice cuprinzand tevi din policlorura de vinil si poliolefine, instalatii sanitare din poliesteri armati, polimeri acrilici sau aliaje din diferite materiale plastice cum ar fi acrilonitrilul, butadiena si stirenul(ABS). - Electrotehnica si electronica, beneficiari traditionali ai materialelor polimere, au cunoscut o patrundere relativ importanta a maselor plastice, in special polmerii traditionali ca policlorura de vinil, polietilena, polistirenul dar si unele mase plastice speciale cum sunt policarbonatii, poliacetalii, polifenilen oxidul etc. - Industria constructiilor de masini si autovehicule a inregistrat cel mai inalt ritm de asimilare a mateeialelor plastice: in medie, pe plan mondial, 44% anual. Princip/e tipuri de polimeri folositi sunt policlorura de vinil, poliolefinele si polimerii stirenici. Directiile de util/re a mater/lor plastice in constructia de masini se diversifica si se multiplica continuu. - In agricultura ponderea ce mai mare o detin filmele de polietilena de joasa presiune, folosite pentru mentinerea umiditatii solului, protejarea culturilor in sere si solarii, impermeabilitatea rezervoarelor si canalelor. - Industria aerospatiala. Conditiile principale impuse materialelor plastice utilizate in acest domeniu sunt: sa reziste la temperaturi ridicate si scazute, sa nu arda, iar daca ard sa nu produca fum. Astfel hublourile avioanelor se confectioneaza din policarbonat rezistent la foc si care are si o exceptionala rezistenta la soc. Pentru cabinele de pasageri se fosesc laminate din rasina epoxidica sau fenolica ranforsate cu fibre de sticla si acoperite cu un strat metalic subtire pentru o cat mai buna rezistenta la foc. La constructia navelor spatiale se utilizeaza placi cu structura sandwich de grafit-rasina epoxidica-bor-aluminiu care rezista la temperaturi ridicate. - Industria nucleara. Politetrafluoretilena si politriclorfluoretilena, care rezista la compusii fluorurati agresivi cum este si hexaflurura de uraniu, se utilizeaza la instalatiile industriale destinate separarii izotopice a uraniului, ca elemente de legatura pentru pompe si compresoare, conducte, clape de vane etc. Pentru imbunatatirea rezistentei fata de radiatiile beta sau de amestecurile de radiatii si neutroni provenite de la pilele nucleare se utilizeaza polimeri fluorurati (fluoroplaste) grefati radiochimic cu monomeri de stiren, metil-metacrilat etc. In sfarsit, cea mai interesanta aventura a materialelor plastice, pare sa devina in viitor, biocompatibilitatea. Prin grefarea pe lantul polimerului a unor grupari chimice adecvate se spera ca acesta nu va mai fi considerat strain de organismul uman. Cat de utila ar fi o asemenea proprietate pe langa medicina viitorului este usor de imaginat, la nivelul actual de cunostinte de care dispunem.

În raport cu materialele pe bază de produse din natură,masele plastice au atît avantaje cît şi dezavantaje ,sub aspectul funcţionalităţii lor.

Dezavantajele maselor plastice:- Poluanţi- Îmbătrînire- rezistenţă şi conductivilitate redusăMarele lor dezavantaj este că nu sut biodegradabile.Din acest motiv obiectele din masă plastică folosite trebuie să fie

colectate separat şi distruse sau reciclate industrial.Avantajele maselor plastice:- Proprietăţi optice superioare- rezistenţă laacţiunea agenţilor chimici- rezistenţă mecanică- izolatori chimici şi termici- preţ de cost redus- elasticitateLa folosirea unor mase plastice ,o anumită proprietate a lor poate deveni un avantaj sau dezavantaj. De exemplu,

calitatea de izolant termic este un avantaj dacă polimerul se foloseşte la confecţionarea de tîmplărie tip termopan, dar e/e un dezav/j în cazul vaselor de bucătărie cu interiorul acoperit cu polietilenă, unde transferul termic reprez/ă o condiţie a util/rii.

http://prisacarudaniela.wordpress.com/2011/12/17/alchenele/

12

Page 13: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

Materialele plasticePolietilena si Poliamida

1. Scurt istoricÎn drumul mereu ascendent al maselor plastice,o deosebita importanta a avut-o descoperirea facuta de Karl Ziegler, în

anul 1954, si anume amestecul de combinatii organo-aluminice si tetraclorura de titan catalizarea polimerizarea etilenei la presiuni joase.

Procedeul Ziegler a revolutionat tehnologia de obtinere a polietilenei, permitând obtinerea industriala a acesteia la presiuni de numai câteva atmosfere. Aceasta polietilena este formata în principal din macromolecule liniare cu foarte putine ramificatii, ceea ce permite împachetarea usoara a macromoleculelor.

Polietena obtinuta prin procedeul Ziegler este cunoscuta sub numele de polietilena de mare densitate ( 0,97 g/  cm3 ) sau polietilena dura.

Descoperirea lui Karl Zeigler a fost dezvoltata cu succes de lucrarile lui Giulio Natta si ale scolii sale. În anul 1955 Giulio Natta pune bazele polimerizarii stereospecifice care permite obtinerea polimerilor stereoregulati, folosind drept catalizator de polimerizare produsii de reactie ai combinatiilor organo-aluminice cu compusii materialelor traditionale ( asa numitii catalizatori Zie 13313t1922n gler-Natta ). Importanta acestor descoperiri rezulta si din faptul ca în 1963, celor doi savanti le-a fost decernat premiul Nobel pentru chimie.

2. DefinitieMaterialele plastice sunt produse sintetice macromoleculare, din care, prin prelucrare mecanica sau termica, se pot

obtine obiecte de diferite forme, cu utilizari largi în industrie si comert. Materialele plastice organice se mai pot numi carboplaste- un material plastic este format dintr-un compus macromol/ar, un plastifiant, umplutura inerta si un colorant.

Compusul macromol/ar se obtine din substante simple: monomeri vinilici, fenol, aldehida formica, glicerina, acid ftalic. Plastifiantul are rol de a îmbunătăți gradul de prelucrare a polimerului, dar si de aconserva proprietățille acestuia.

3. Clasificare      Dupa comportarea la incalzire materialele plastice se împart în:1.      produse termoplastice (acele produse care supuse la încalzire se înmoaie si pot fi prelucrate prin diferite procedee:

presare,valtuire,etc. Dupa racire se solidifica ,dar printr-o noua încalzire devin din nou plastice, procesul putând fi repetat ). Ex.: polietena, policlorura de vinil, polistirenul, materiale plastice de polimerizare;

2.      produse termoreactive [( rigide )acele produse care se înmoaie prin încalzire putând fi prelucrate, de asemenea prin presare,valtuire,etc., iar apoi se întaresc ireversibil ( devin rigide )]. Ex: rasinile fenol-formaldehidice, materiale plastice obtinute prin policondensare.

      Dupa tipul reactiilor chimice care stau la baza sintezei lor, materialele plastice se împart în:      materiale plastice de polimerizare;      materiale plastice de policondensare;      materiale plastice obtinute prin transformarea produsilor, macromoleculari si naturali ( de ex.celuloza );

4. Metode de obtinere          Pentru obtinerea materialelor plastice se folosesc:-         substante naturale care au o anumita structura macromoleculara  ( polizaharide, substante proteice, etc );-         substante cu masa moleculara mica ( derivatele de titei, gazele naturale, substantte minerale, etc) care pot fi

transformate în produsi macromoleculari.Macromoleculele materialelor plastice sunt alcatuite dupa diferite tipuri structurale, deosebindu-se molecule cu

structura liniara ( molecule filiforme sau catenare ),molecule cu structura ramificata si molecule cu structura spatiala (reticulara sau tridimensionala).

5. Proprietati    Principalele proprietati ale materialelor plastice sintetice sunt urmatoarele:a) densitatea   este mult mai mica decât a metalelor ( sunt folosite în industria navala, aeronautica,automobile si în

transportul feroviar ); greutatea specifica între 0,9 si 2,2 gf/cm3;b) stabilitatea chimica este foarte mare comparativ cu metalele (masele plastice se folosesc ca materiale anticorozive la

fabricarea de aparate chimice );c) proprietati dielectrice   ( materialele plastice sunt în general buni dielecrtici si datorita acestui fapt prezinta o

importanta deosebita pentru industria electrotehnica);d) rezistenta mecanica variaza în limite largi cum ar fi de la rigide, la elasticitatea redusa (asemanatoare cu a

materialelor ceramice, a lemnului), pâna la flexibile si extensibile (aseman/re cu pielea si cauciucul, polietena, P.V.C, etc );e) proprietati de antifrictiune ( diferite materiale plastice sunt caracterizate printr-un coeficient mic de frecare si printr-o

uzura redusa (se folosesc la construirea lagarelor, a rotilor dintate, a rolelor, etc);f)   proprietati optice care se concretizeaza fie in transparenta (sticlele organice), fie în opacitate; spre deosebire de

sticlele obisnuite, ele lasa sa treaca si razele ultraviolete.

13

Page 14: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

6. Dezavantaje      Materialele plastice au si dezavantaje care limiteaza folosirea lor. Dintre aceste dezavantaje amintim:                  stabilitate termica scazuta (unele pot fi utilizate pâna la 70oC ,altele pâna la 200oC si numai câteva pot fi

folosite la temperaturi mai înalte);                  duritate mica în comparatie cu sticla obisnuita sau cu metalele;                  conductibilitatea termica redusa;                  coeficient mare de dilatatie termica (daca în timpul folosirii lor sunt expuse la variatii bruste de

temperatura, apar tensiuni interne care pot produce fisuri);                  "îmbatrânirea" ( care se manifesta prin procese lente de oxidare, de absortie a umiditatii, de reducere a

duritatii, de închidere a culorii, etc );7. Procedee de prelucrare

                 extrudere ( se obtin sine, tuburi si forme profilate);               suflare ( se obtin mingi, flacoane ,baloanele, popicele,etc);               injectare (se obtin jucarii, capace pt sticle, nasturi,etc);

8. Tipuri de mase plasticea. Materiale plastice obsinute prin polimerizare

      În cazul polimerizarii se leaga între ele de acelesi fel sau molecule diferite, iar macromolecula formata ( denumita si polimer ) are masa moleculara egala cu suma maselor moleculare intrate în reactie si aceeasi compozitie procentuala. Polimerul are propritati fizice si chimice diferite de ale monomerului de la care provine.

     De exemplu, din etena, C2H2, substanta gazoasa cvu molecula mica, care se obtine industrial prin cracarea fractiunilor petroliere, se sintetizeaza polietena ( polimerul etenei ):

                        nCH2=CH2               [-CH2-CH2-]n

      Uneori se supun polimerizarii doi monomeri diferiti. Polimerul rezultat se numeste copolimer ( polimer mixt ), iar fenomenul se numeste copolimerizare.

      În indus/e se întreb/ză frecvent copolimeri, de pilda copolimeri ai acrilonitrilului cu butadiene, cu clorura de vinil.      În industie se folosesc urmatoarele procedee de polimerizare:-         Polimerizarea în bloc, care consta în polimarizarea monomerului cu ajutorul initiatorilor ( peroxidul de benzoil )

în forme, rezultând un polimer sub forma de blocuri, bar sau placi;-         Polimerizarea în supensie apoasa ( emulsie ), consta în dispersarea monomerului în apa, în prezenta de

emulgatori ( substante care ajuta la emulsionare ). Polimerul obtinut este apoi uscat si macinat sub forma de pulbere, prin diferite mijloace.

-         Polimerizarea în solutie, în care monomerul este tratat cu anumit dizolvant ce se poate dizolva în aceleasi timp atât monomerul cât si polimerul format, rezultând o solutie de polimer în dizolvant; în aceasta solutie se gaseste si o cantitate de monomer neintrata în reactie. Prin distilare sau prin antrenare cu vapori de apa, polimerul este separat de rest ca urmare a eliminarii substantelor volatile.

      În cazul în care polimerul este insolubil în dizolvant, dar în schimb monomerul este solubil în el, atunci pe masura ce are loc formarea polimerului, aceasta precipita. La fel se întâmpla în cazul polimerizarii în solutie a poiclorurii de vinil (P.V.C ) sau  a polimetacrilatului de metil ( stiplex ), în amestec de 50% metanol (CH3OH) si 50% apa. Polimerizarea în solutie duce la obtinerea de polimeri omogeni, cu o compozitie chimica constanta si pura.

      Principalele materiale plastice obtinute prin polimerizare sunt: polietena, polipropena, policlorura de vinil, polistirenul, politetrafluoroetena.

Polietena[-CH2-CH2-]n

Caracteristici:- se obtine prin polimerizarea propenei la 400˚C si 200 atm;- are o structura asemanatoare alcanilor, dar are catene mai lungi avand masa mleculara

cuprinsa între 10 000 si 80 000;- este o masa solida, laptoasa sau transparenta, cu o buna rezistenta mecanica si o

stabilitate chimica deosebita;- este un izolator electric;- este insolubila în apa si în alti solventi, la temperatura obisnuita;- are punct de înmuiere ridicat, la 100 - 150˚C. Utilizari:  Polietena este utilizata la fabricarea foliilor pentru ambalaje (pungi, saci folii pentru

îmbracaminte, folii pentru alimente congelate, folii pentru sere), pentru izolarea cablurilor electrice, la obtinerea de butelii si butoaie, tevi, conducte si obiecte de uz casnic.

14

Page 15: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

Polipropena[-CH2-CH-]n

           |          CH3

Caracteristici:- polipropena este un polimer cu fluiditate mare, care se poate prelucra usor;- rezistenta chimica deosebita;- proprietati optice bune.Utilizari:Se utilizeaza la obtinerea de frânghii, cordaje, covoare, benzi adezive, containere, folii

de împachetat, articole de uz casnic, filme transparente.Policlorura de vinil[-CH2-CH-]n

           |Cl

Caracteristici:- masa moleculara variaza între 18 000 si 30 000; - este notata si PVC, este o asa solida, relative dura, se înmoaie la 90-95˚C si se

descompune latemperaturi înalte;    - este solubila în cetone, derivati halogenati si esteri;  - se obtine prin polimerizarea clorurii de vinil în prezenta de H2O2. 

Utilizari:Este folosita la fabricarea foliilor si covoarelor pentru pardoseli,  (musamale, linoleum),

a înlocuitorilor de piele pentru încaltaminte si marochinerie, a tuburilor si a conductelor pentru instalatii sanitare, a diferitelor detalii pentru aparatele electrotehnice, a jucariilor, la izolarea cablurilor.  

  Polistirenul [-C2H-CH-]n

              |             C6H5

Caracteristici:- substanta solida, incolora, transparenta;- punct de înmuiere 75-90˚C;- solubil în benzen sau în toluen;- inert fata de agentii chimici si bun izolator electric;- este casant si se decompune la încalzire peste 150˚C.Utilizari:  Polistirenul este utilizat ca materila electroizolant în electrotehnica si la fabricarea

poroplastelor ( buretele ),  a polistirenuluiu expandat, care este bun izolator temric si fonic, a ambalajelor.

Politetrafluoroetena[-CF2-CF2-]n

Caracteristici: - polimer cunoscut si sub numele de Teflon, este o substansa solida; cu un punct de

înmuiere ridicat 320-330˚C; - stabil fata de agentii chimici si nu se dizolva în nici un solvent.Utilizari:  Teflonul este utilizat ca material electroizolant, la confectionarea unor echipamente

speciale, la acoperirea vaselor de bucatarie.

      b. Materiale plastice obtinute prin policondensare

       Policondensarease deosebeste depolimerizare prin aceea ca unirea moleculelor initiale (monomerilor), care duce la formarea polimerului, are loc cueliminarea unor substante, cu masa moleculara mica, ca: apa , acizi sau amoniac. În acest caz,masa moleculara a polimerului obtinut nu mai este egala cu suma maselor moleculare ale moleculelor intrate în reactie.

      Policondensareaeste caracteristicapentru combinatiile organice care au în molecula lor grupe functionale. Aceste grupe, interactionând în procesul de condensare, elimina molecula substantei cu masa moleculara mica si formeaza o noua grupa care leaga resturile moleculelor reactante.

      Principalele material plastice obtinute prin policondensare sunt:fenoplastele, aminoplastele, fibrele poliamidice. Fenoplastele

Caracteristici: - sunt primele materiale sintetice de importanta industriala; - ele se obtin prin reactia de policondensare dintre fenoli si aldehide sau cetone în mediu acid,

unde se formeaaza o rasina sintetica numita novalac; - daca policondensarea se face în mediu alcalin se obtine rezolul care trece în rezitol îi mai

departe în rezita (banchelita), care este un polimer trimdimensional; - datorita acestei structuri se explica proprietatile importante: rezistenta mecanica si chimica,

infuzibilitate si insolubilitate.Utilizari:  Fenoplastele se folosece la confectionarea stecherelor, întrerupatoarelor, receptoarelor de

telefon, mânere pentru usi si ferestre, nasturi, calimari, scrumiere, vase pentru acumulatoare, carcase pentru transformatoare.

Aminoplastele Caracteristici:

15

Page 16: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

          - sunt rasini, care se obtin prin rectia de policondensare dintre uree si derivatii sai cu formaldehida (rasini carbamidice), în mediu neutru slab sau alcalin;

       - produsele de condensare se numesc ureoplaste, solubile în apa;        - sunt stabile pâna la 80˚C, au rezistenta buna;        - sunt stabile la lumina;        - nu au miros si gust. Utilizari:Un exemplu de aminoplast este pollopausul, de culoare deschisa folosita ca masa de presare si

la stratificare. Cleiul Kaurit  este întrebuintat la fabricarea placajelor de lemn.Fibrelepoliamidice

Caracteristici:- sunt produse de condensare în care monomerii sunt legati prin legaturi peptidice;- ele pot fi obtinute prin policondensarea acizilor dicarboxilici cu diaminele- sunt subtante solide, cu temperatura de topire înalta ( 180-250˚C );- insolubile în dizolvanti obisnuiti;- stabile la actiunea alcanilor si sensibile la cizi, sub actiunea carora hidrolizeaza usor;- se prelucreza usor prin valtuire, întindere, extrudere.Utilizari:  Materialele plastice de tip poliamidic servesc la fabricarea fibrelor de nailon si relon. Aceste

fire se aseamana cu matasea dar sunt mai rezistente ca acestea. Din ele se confectioneza tesaturi, tricotaje, plase de pescuit, fire pentru perii de haine si dinti.

       c. Materiale plastice obtinute din produsi macromoleculari naturali sub actiunea diferitelor substante

chimice      Cei mai importanti produsi macromoleculari naturali din care se pot obtine materiale plastice sunt proteinele ( în

special cazeina din lapte) si polizaharidele cu derivatii lor (celuloza si derivatii ei).Rasini proteice. Dintre acestea cel mai caracteristic este galalitul.

Galalitul Caracteristici:- primul material plastc obtinut pe baza de substante proteice;- pe scara industriala se fabrica prin policondensarea cazeinei cu formaldehida.Se obtine o rasina cu proprietati mecanice bune.Utilizari:  Se întrebuinteaza la confectionarea de nasturi, piepteni, mânare de genti, catarame si obiecte

decorative.

Materiale plastice din celuloza. Din aceasta categorie fac parte celuloidul si celofanul.Celuloidul Caracteristici:

- pentru fabricarea acestuia se foloseste o nitroceluloza care are un continut în azot 11-12% numit coloxilina;

- se poate prelucra usor, iar prin adaosul de solutii colorate poate fi obtinut în diferite nuante cu aspect de fildes, sidef, baga;

- este usor inflamabil.Utilizari:Se întrebuinteaza la confectionarea pieptenelor, a mânerelor, a sticlei incasabile "triplex",

a obiectelor decorative.Celofanul  Caracterisici:

- este un produs format din hidrat de celoloza;- se obtine din solutii dinvâscoza sub forma de filme si foi;- este flexibil.Utilizari:Celofanul se întrebuinteaza ca material transparent si igienic în industria alimentara ( de

exemplu sub forma de învelis pentru preparatedin carne ).

d. Siliconii      Siliconii sunt o clasa speciala de polimeri macromoleculari obtinuti în urma proceselor de condensare-polimerizare

a unor compusi organo-silicici, în molecula carora atomul de siliciu lega direct diversi radicali organici, cu formarea legaturii Si-C.

      Datorita structurii chimice si compozitiei lor, siliconii au proprietati speciale.

16

Page 17: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

      Partea componenta anorganica din molecula siliconilor ( asemanatoare cu SiO 2) determina proprietati:-         electroizolante,-         rezistenta la coroziune,-         stabilitate la caldura si la frig.      În timp ce partea organica a moleculei ( radicalul hidrocarburat ), imprima urmatoarele proprietati:-         hidrofobe,-         elasticitate,-         consistenta vâscoasa.      Utilizari:Siliconii se folosesc sub forma de rasini, uleiuri si cauciuc.Dintre diferite tipuri de silicon, importanta tehnica au:

Siliconii lichizi Caracteristici: - lichide vâscoase, insolubile în apa, solubile în solventi organici. Utilizari:Sunt întrebuintati în locul uleilor minerale si ca lichide dielectrice pentru scopuri speciale.

Rasini siliconice Caracteristici:- produse solide, dure sau sub forma de solutii în solventi organici.Utilizari:Se folosesc în industria lacurilor, pentru acoperirea lacurilor, pentru acoperirea aparatelor

solicitate termic, a conductelor si în electrotehnica.

Cauciucul siliconic Utilizari:Este întrebuintat pentru izolarea cablurilor, împregnarea tesaturilor de sticla si la

confectionarea garniturilor, electro si termoizolante în electrotehnica.

9. Stadiul dezoltarii materialelor plastice în tara noastra      În cadrul industriei chimice, productia de materiale plastice si rasini sintetice cunoaste astazi, o dezvoltare foarte

mare, contribuind la progresul tehnic si la ridicarea nivelului de trai al poporului.      O serie de materiale plastice au fost realizate în tara la noi.      Astfel la Turda, Tîrnaveni si la Combinatul petrochimic Borzesti se obtine policlorura de vinil.      La combinatul de cauciuc sintetic din orasul Dej se fabrica polistiren si cauciucul sintetic CARCOM ( din butadiena

si metil-stiren ); fenolul necesar fabricarii rasinilor fenol-formaldehidice se obtine la Combinatul Chimic din Fagaras si Buzau.

      La combinatul chimic de la Craiova se fabrica poliacetat de vinil si ureea necesara obtinerii rasinilor ureo-formaldehidice. De asemenea, la combinatul de fire si fibre sintetice de la Savinesti se obtine fibra sintetica numita relon si fbra poliacrilonitrilica numita melana.

http://www.scritube.com/stiinta/chimie/Materialele-plastice431319229.php

Caracterizarea compuşilor macromoleculari (polimeri):Aspecte generale

Compuşii macromoleculari sau polimerii sunt compuşi organici sau anorganici care se caracterizează în primul rând prin masă mare, cel puţin 10. Polimerii organici sunt foarte importanţi, având utilizări multiple ( folii, tuburi, obiecte din cauciuc etc ). Aceştia se obţin în cantităţi mari prin polimerizare, policondensare sau reacţii polimer-analoage.

Vloarea practică a unui compus macromolecular este dat de proprietăţile acestora şi care pot fi grupate astfel : - proprietăţi fundamentale; - proprietăţi de prelucrare sau de tehnologie; - proprietăţi de exploatare.Compuşii macromoleculari sunt frecvent utilizaţi în industria electrotehnică şi din acest motiv vom studia unele

proprietăţi ale acestora.Determinarea gradului de gomflarea a cauciucului :

Gradul de gomflare (umflare) a cauciucului reprezintă o caracteristică importantă din punct de vedere practic, dacă acesta urmează să fie utilizat în medii în care există solvenţi.

Exemplu: Garnituri de etanşare, furtune, articule de protecţii.Gradul de gomflare se exprimă prin creşterea relativă a masei sau volumului polimerului:

17

Page 18: CONSIDERAŢII PRIVIND UTILIZAREA UNOR POLIMERI SINTETICI CA BIOMATERIALE

%G=mi−mo

mo

∗100

unde:- mo este masa iniţială a polimerului; - mi este masa dupa umflare a polimerului la timpul tI;sau

%G=l f−lo

lo

∗100

unde:- lo este lungimea iniţială a probei de polimer;- lf este lungimea după umflare a polimerului la timpul ti;

Se alege o monstră de cauciuc sub formă de fâşii, pentru determinarea gradului de gomflare după formula 2, se măsoară lungimea cauciucului şi se introduce într-o eprubetă cu solvent (benzină, benzen, toluen, eter de petrol, etc.).

Din 15 în 15 minute se scoate proba de cauciuc, se şterge cu hârtie de filtru se măsoară lungimea li şi se repetă operaţia de 4-5 ori. Se calculează gradul de gomflare pentru fiecare timp ti şi se reprezintă grafic.

%Gi=e ( ti )Propreiet ăţile adezive ale compuşilor macromoleculari :

S-a constatat că unele soluţii ale compuşilor macromoleculari precum şi unele emulsii au proprietăţi adezive care se manifestă atât la materialele cu aceeaşi compoziţie chimică.

Adezivii umplu golurile care există pe suprafaţa care trebuie lipite şi înlesnesc apariţia unor legături rezistente, apar fenomene de absorbire şi difuzie şi chiar intersecţiuni chimice între suport şi adeziv.

În laborator se pot verifica proprietăţile adezive ale unei soluţii de polimeri şi a emulsiei de poliacetat de vinil. lo = 5,5 cm;t1 = 15 min; l1 = 6,3 cm;t2 = 30 min; l2 = 6,8 cm;t3 = 45 min; l3 = 8 cm;

%G=6,3−5,55,5

∗100=14 , 5 %

%G=6,8−5,55,5

∗100=23 , 6 %

%G=8−5,55,5

∗100=45 , 4 %

http://www.referatscoala.com/referat/chimie/8881/Compusii-macromoleculari--polimeri--Caracterizarea

18

%G

t