Implanturi craniene

Conditii impuse:1. Sa se degradeze lent, de la suprafata

exterioara catre interior, astfel incat un medicament continut in interior sa se elibereze intr-un mod controlat, in timp.

2. Polimerul ca intreg, trebuie sa indeparteze apa, protejand medicamentul din interior de o dizolvare prematura

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

x yO C

O

R C

O

O C

O

R' C

O

O

NANOCOMPOZITELE-NANOCOMPOZITELE-Materialele secolului XXIMaterialele secolului XXI

Evolutia materialelorEvolutia materialelor

10000 i.e.n.

Piatra si lemnul

1000 i.e.n.

Fierul

0

Cimentul

1800

Otelul

1900

Polimeri

&

Compozite

2000

Nanomateriale

&

Nanocompozite

“Noile clase de materiale compozite nanostructurate vor domina peisajul industrial al secolelor viitoare”

Wolfgang Herrman, U. Munich

Probleme generale ale materialelor compoziteProbleme generale ale materialelor compozite

Rezistenta la agenti chimici, atmosferici, proprietati mecanice uneori Rezistenta la agenti chimici, atmosferici, proprietati mecanice uneori insuficiente pentru aplicatii high-techinsuficiente pentru aplicatii high-tech

Stabilitate termica si dimensionala uneori nesatisfacatoare, care Stabilitate termica si dimensionala uneori nesatisfacatoare, care limiteaza unele aplicatii mai ales in domeniul autolimiteaza unele aplicatii mai ales in domeniul auto

Proprietati de bariera reduse pentru ambalajeProprietati de bariera reduse pentru ambalaje Flamabilitatea majoritatii compozitelorFlamabilitatea majoritatii compozitelor Posibilitatea de reciclare a deseurilor provenite din procesele de Posibilitatea de reciclare a deseurilor provenite din procesele de

fabricatie si prelucrarefabricatie si prelucrare

SOLUTIA: NANOCOMPOZITELE

COMPOZITE

(30-40% argila)

1000 nm

NANOCOMPOZITE

(5 % argila)

< 100 nm

NANOCOMPOZITENANOCOMPOZITE

Materiale constituite din mai multi Materiale constituite din mai multi componenti, dintre care cel putin unul are componenti, dintre care cel putin unul are dimensiunea intre 1 si 100 nmdimensiunea intre 1 si 100 nm

Proprietati globale superioare componentilor Proprietati globale superioare componentilor individuali: claritate optica, rezistenta individuali: claritate optica, rezistenta mecanica, rigiditate, permeabilitate.mecanica, rigiditate, permeabilitate.

Abilitatea de a obtine proprietatile doriteAbilitatea de a obtine proprietatile dorite

Primul nanocompozit comercializatPrimul nanocompozit comercializatTOYOTA NYLON CLAY HYBRID (NCH-6)TOYOTA NYLON CLAY HYBRID (NCH-6)

19911991Tip de materialTip de material ArgilaArgila

(%)(%)

Modulul de Modulul de intindereintindere

(GPa)(GPa)

Temperatura Temperatura de destructie de destructie termica (termica (ooC)C)

NCH-6NCH-6

(nanocompozit)(nanocompozit)

4.24.2 2.12.1 152152

CompozitCompozit 55 11 8989

Nylon-6Nylon-6 00 1.11.1 6565

NANOCOMPOZITENANOCOMPOZITEClasificareClasificare

1.1. Nanoparticule (3 dimensiuni)Nanoparticule (3 dimensiuni)

2.2. Nanofibre (2 dimensiuni)Nanofibre (2 dimensiuni)

3.3. Nanoargile (1 dimensiune)Nanoargile (1 dimensiune)

NanoparticuleNanoparticule

Comune in viata cotidianaComune in viata cotidiana Exemple: filme fotografice, catalizatori, Exemple: filme fotografice, catalizatori,

schimbatori de ioni, nanocristale, schimbatori de ioni, nanocristale, semiconductori, diode molecularesemiconductori, diode moleculare

Ex: filmele color KODAK pe baza de Ex: filmele color KODAK pe baza de nanocristale de iodura de argintnanocristale de iodura de argint

Materiale compozite armate cu Materiale compozite armate cu nanotuburinanotuburi

Inca putine materiale dezvoltateInca putine materiale dezvoltate Matrici ceramice, metalice, de oxizi metalici, Matrici ceramice, metalice, de oxizi metalici,

toate armate cu nanotuburitoate armate cu nanotuburi Proces tipic de fabricatie: presarea la cald a Proces tipic de fabricatie: presarea la cald a

matricei pulverulente cu nanotuburilematricei pulverulente cu nanotuburile Compozitele cu matrici polimerice armate cu Compozitele cu matrici polimerice armate cu

nanotuburi se obtin prin amestecarea nanotuburi se obtin prin amestecarea componentelor, urmata de reticularea componentelor, urmata de reticularea polimeruluipolimerului

Nanocompozite polimerice=nanoargileNanocompozite polimerice=nanoargile

Matrici polimerice armate cu argile dispuse Matrici polimerice armate cu argile dispuse nanometric in masa de polimernanometric in masa de polimer

Polymer Nanocomposites, the Way of the Future

Journal Club Report, MRS Bulletin 2001Michael Goldman

Nanocompozite polimerice=Polymer Nanocompozite polimerice=Polymer Nanocomposites (PNCs)Nanocomposites (PNCs)

De regula foloseste montmorillonit ca argilaDe regula foloseste montmorillonit ca argila

Back to previous page

Caracteristici montmorillonitCaracteristici montmorillonit

Organizat in straturi (care formeaza galerii) cu grosimea de Organizat in straturi (care formeaza galerii) cu grosimea de 1 nm si o latime de 300-500 nm 1 nm si o latime de 300-500 nm

Masa moleculara a straturilor silicatice (1.3 x 10Masa moleculara a straturilor silicatice (1.3 x 1088) este mult ) este mult mai mare decat a polimerilor comerciali (10mai mare decat a polimerilor comerciali (1033-10-1066))

Straturile silicatice au o suprafata specifica foarte mare Straturile silicatice au o suprafata specifica foarte mare (100-200 m(100-200 m22/g !)/g !)

Straturile silicatice se caracterizeaza prin capacitatea de Straturile silicatice se caracterizeaza prin capacitatea de schimb cationic (CEC) care poate variaschimb cationic (CEC) care poate varia

Argilele sunt specii hidrofile si astfel sunt in stare naturala Argilele sunt specii hidrofile si astfel sunt in stare naturala incompatibile cu polimeriiincompatibile cu polimerii

Conditie necesara pentru formarea Conditie necesara pentru formarea nanocompozitelor polimerice este alterarea nanocompozitelor polimerice este alterarea polaritatii argilei pentru a o face organofilicapolaritatii argilei pentru a o face organofilica

Prin reactii de schimb ionic cu un cation Prin reactii de schimb ionic cu un cation organic:organic:

NaNa+-+-CLAY + HOOC-R-NHCLAY + HOOC-R-NH33++ClCl-- → →

NaCl + HOOC-R-NHNaCl + HOOC-R-NH33+-+-CLAYCLAY

R= CR= C2020HH4040

Obtinerea nanocompozitelor polimericeObtinerea nanocompozitelor polimerice

Straturi silicatice fara polimer

Nanocompozite intercalate Nanocompozite exfoliate

Factori ce influenteaza formarea Factori ce influenteaza formarea nanocompozituluinanocompozitului

A. Factori ce determina delaminarea argileiA. Factori ce determina delaminarea argilei

1.1. CEC-ul argileiCEC-ul argilei

2.2. Polaritatea mediului de reactiePolaritatea mediului de reactie

3.3. Natura chimica a cationilor de schimb (de Natura chimica a cationilor de schimb (de ex. ionii amoniu)ex. ionii amoniu)

-compatibilizarea cu bloc-copolimeri:-compatibilizarea cu bloc-copolimeri:

HO-(CHHO-(CH22-CH-CH22-)-)nn-(CH-(CH22-CH-)-CH-)mm

C6H5

Nanocompozite polimericeNanocompozite polimerice

Cu matrice polimera termoreactiva (de ex. Rasina epoxidica)Cu matrice polimera termoreactiva (de ex. Rasina epoxidica) Cu matrice polimera termoplastica (de ex. PE, PP, EVA, PC, etc.)Cu matrice polimera termoplastica (de ex. PE, PP, EVA, PC, etc.)

Se imbunatatesc substantial proprietatile:Se imbunatatesc substantial proprietatile:

- Rezistentele mecanice, modul de elasticitate, etc.Rezistentele mecanice, modul de elasticitate, etc.- Proprietatile de bariera (scaderea permeabilitatii la apa, gaze, etc.)Proprietatile de bariera (scaderea permeabilitatii la apa, gaze, etc.)- Stabilitatea termica si HDTStabilitatea termica si HDT- Proprietatile ignifuge si se reduc emisiile de gaze la ardereProprietatile ignifuge si se reduc emisiile de gaze la ardere- Rezistenta la agentii chimiciRezistenta la agentii chimici- Conductivitatea electricaConductivitatea electrica- TransparentaTransparenta

Exemple de produse industrialeExemple de produse industriale

Furnizor/Denumire Furnizor/Denumire comercialacomerciala

Matricea polimeraMatricea polimera Nano-fillerNano-filler AplicatieAplicatie

Bayer AG/DurethanBayer AG/Durethan Nylon 6Nylon 6 OrganoargilaOrganoargila Filme cu barieraFilme cu bariera

ClariantClariant PPPP OrganoargilaOrganoargila AmbalajeAmbalaje

Creanova/VestamidCreanova/Vestamid Nylon 12Nylon 12 NanotubNanotub Conductori electriciConductori electrici

GE Plastics/Noryl GE Plastics/Noryl GTXGTX

PPO/NylonPPO/Nylon NanotubNanotub Parti caroserie autoParti caroserie auto

KabelwerkKabelwerk EVAEVA OrganoargilaOrganoargila Fire si cabluriFire si cabluri

NanocorNanocor Nylon 6Nylon 6

PPPP

OrganoargilaOrganoargila

OrganoargilaOrganoargila

Ambalaje bereAmbalaje bere

TopituriTopituri

Polymeric SupplyPolymeric Supply PoliesterPoliester OrganoargilaOrganoargila Marina, TransportMarina, Transport

Yantai Haili Yantai Haili Ind&Commerce of Ind&Commerce of ChinaChina

UHMWPEUHMWPE OrganoargilaOrganoargila Conducte rezistente Conducte rezistente la cutremurla cutremur

UnitikaUnitika Nylon 6Nylon 6 OrganoargilaOrganoargila Aplicatii multipleAplicatii multiple

Utilizari curente si viitoare ale nanocompozitelor polimerice

-Noi structuri PNC cu rezistenta la foc, fara aditivi de tip intirzietori de flacara

-Utilizarea PNC usoare in situatii de eforturi mari la temperaturi mari, de exemplu sub capota autoturismelor si in invelisul etans al avioanelor, in contrast cu aliajele metalice cu greutate mare si costisitoare

Nanocompozite Nanocompozite PerspectivePerspective

In 2005 productia de PNC va fi de 20 milioane tone, In 2005 productia de PNC va fi de 20 milioane tone, cu o valoare a pietei de 195 milioane USDcu o valoare a pietei de 195 milioane USD

Utilizarea pe scara larga a PNC de producatorii de Utilizarea pe scara larga a PNC de producatorii de autoturisme va economisi 1,5 miliarde litri de benzina autoturisme va economisi 1,5 miliarde litri de benzina annual si va reduce emisiile de COannual si va reduce emisiile de CO22 cu aprox. 10 cu aprox. 10

miliarde litri !!miliarde litri !! Peste 20 ani vom putea conduce un automobil facut Peste 20 ani vom putea conduce un automobil facut

in intregime din PNC (Presedintele TOYOTA)in intregime din PNC (Presedintele TOYOTA) In constructiile grele (poduri si alte structuri masive) In constructiile grele (poduri si alte structuri masive)

metalele expuse la coroziune vor fi inlocuite cu PNC metalele expuse la coroziune vor fi inlocuite cu PNC mai usoare si mai puternicemai usoare si mai puternice

Nanocompozite-investitiiNanocompozite-investitii

NSF-250 mil. $-crearea a 5 noi NSECs:NSF-250 mil. $-crearea a 5 noi NSECs:- Center of Integrated Nanomechanical Systems-University of California-Center of Integrated Nanomechanical Systems-University of California-

BerkeleyBerkeley- Center for High Rate Nanomanufacturing at Northeastern UniversityCenter for High Rate Nanomanufacturing at Northeastern University- Center for Affordable Nanoengineering of Polymer Biomedical Devices Center for Affordable Nanoengineering of Polymer Biomedical Devices

at Ohio State Universityat Ohio State University- Center for Probing the Nanoscale at Stanford UniversityCenter for Probing the Nanoscale at Stanford University- Center for Templated Synthesis and Assembly at the Nanoscale at the Center for Templated Synthesis and Assembly at the Nanoscale at the

University of WisconsinUniversity of Wisconsin

Nanotoday, December 2004Nanotoday, December 2004

CONCLUZIA FINALACONCLUZIA FINALA

Nanocomposites are cool !!