Пластмассы биомедицинского назначения

Размещено на http://www.allbest.ru

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Факультет №9 «Прикладная механика»

Курсовая работа

По дисциплине:

«Технология конструкционных биоматериалов»

На тему: «Пластмассы биомедицинского назначения»

Москва 2015

Содержание

Введение

1. Определение полимеров

2. Пластмассы

2.1 Определение

2.2 Классификация

3. Свойства пластмасс

4. Пластмассы в медицине

Заключение

Список литературы

Введение

Слово «пластичность» произошло от греческого слова plastikos, что означает «годный для лепки, податливый». Многие столетия единственным пластичным, широко применяемым для лепки, материалов была глина. Однако теперь, когда говорят о пластических массах (пластмассах), подразумевают только материалы, созданные на основе полимеров.

Немногим более ста лет назад братья Хайэтт в Нью-Джерси (США) в поисках прочной, но рыхлой массы для типографских валиков создали хорошо формующийся материал из низконитрованной бумаги и камфоры. Так появилось на свет первое искусственное полимерное вещество, получившее название «целлулоид».

Хотя целлулоид быстро нашел большой спрос, вскоре ему пришлось потесниться. Началась «эра» искусственных органических материалов, которые стали называть пластмассами, собственно, только во второй половине нашего века. В 1900 году мировое производство пластмасс составило всего около 20 тыс. тонн. А уже в середине столетия их ежегодный выпуск достигал примерно 1,5 млн. тонн. В 60-е годы производство пластмасс сделало гигантский скачок: в 1970 году было выпущено уже 38 млн. тонн этих искусственных материалов. Начиная с 1950 года, производство пластмасс удваивалось каждые 5 лет.

Если в XIX веке пластмассы заменяли лишь дорогие и редкие материалы - слоновую кость, янтарь, перламутр, то в начале нашего века их стали использовать вместо дерева, металла, фарфора. Сейчас пластмассы нельзя назвать «заменителями». Многие современные пластмассы превосходят по своим свойствам большинство природных материалов. Многие из них имеют столь ценные качества, что у них нет аналогов в природе. Производство пластмасс развивается значительно быстрее, чем производство металлов. полимер пластмасса медицина

1. Полимеры

Полимеры - высокомолекулярные соединения, вещества с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллионов), в которых атомы, соединенные химическими связями, образуют линейные или разветвленные цепи, а также пространственные трехмерные структуры. К полимерам относятся многочисленные природные соединения: белки, нуклеиновые кислоты, целлюлоза, крахмал, каучук и другие органические вещества. Большое число полимеров получают синтетическим путем на основе простейших соединений элементов природного происхождения путем реакций полимеризации, поликонденсации, и химических превращений.

Полимерные материалы делятся на три основные группы: пластические массы, каучуки, волокна химические. Они широко применяются во многих областях человеческой деятельности, удовлетворяя потребности различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, культуры и быта.

2. Пластмассы

2.1 Определение

Пластмассы (пластические массы, пластики) - материалы на основе полимеров. Большой класс полимерных органических легко формуемых материалов, из которых можно изготавливать легкие, жесткие, прочные, коррозионностойкие изделия.

Эти вещества состоят в основном из углерода (C), водорода (H), кислорода (O) и азота (N). Все полимеры имеют высокую молекулярную массу, от 10 000 до 500 000 и более; для сравнения, кислород (O₂) имеет молекулярную массу 32. Таким образом, одна молекула полимера содержит очень большое число атомов.

Название «пластмассы» означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять заданную форму после охлаждения или отвердения. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязко текучего) состояния в стеклообразное (твёрдое) состояние.

2.2 Классификация пластмасс

Пластические массы классифицируют по таким признакам:

· природа связывающего вещества;

· тип химических реакций, лежащие в основе получения синтетических смол;

· физико-химические свойства веществ;

· реакция пластмасс на нагревание;

· характер макроструктуры

По природе связывающего вещества пластические массы делят на:

Ш пластмассы на основе химически модифицированных природных полимеров (галалит - на основе протеинопластов, целлулоид - целлопластов);

Ш пластмассы на основе продуктов поликонденсации (фенопласты, аминопласты);

Ш пластмассы на основе продуктов полимеризации (винилпласты, акрипласты);

Ш пластмассы на основе природных и нефтяных асфальтов и смол (битуминопласты)

По типу химических реакций пластмассы делят на:

Ш пластмассы на основе полимеризационных смол;

Ш на основе поликонденсационных смол.

По физико-химическим свойствам пластмассы условно делят на жесткие (аминопласты, полистирол); полужесткие (полиэтилен, полипропилен) и мягкие (пинополиуретан, поливинилхлоридный пластикат).

На реакцию при нагреве:

· Термопласты (термопластичные пластмассы) -- при нагреве расплавляются, а при охлаждении возвращаются в исходное состояние;

· Реактопласты (термореактивные пластмассы) -- в начальном состоянии имеют линейную структуру макромолекул, а при некоторой температуре отверждения приобретают сетчатую. После отверждения не могут переходить в вязкотекучее состояние. Рабочие температуры выше, но при нагреве разрушаются и при последующем охлаждении не восстанавливают своих исходных свойств.

Также газонаполненные пластмассы -- вспененные пластические массы, обладающие малой плотностью.

По характеру макроструктуры пластмассы делят на однородные (изготавливают из чистых смол, иногда прибавляя пластификаторы и красители) и неоднородные или композиционные, содержащие связывающее вещество, наполнители, пластификаторы и прочие компоненты.

Пластмассы также могут быть однофазными, т.е гомогенными, когда полимер является основным компонентом, а все другие находятся в нем, и многофазными, или гетерогенными, когда все другие компоненты диспергированы в полимере, то есть последний выполняет роль дисперсионной среды.

3. Свойства пластмасс

Основные механические характеристики пластмасс те же, что и для металлов.

Пластмассы характеризуются малой плотностью (0,85--1,8 г/смі), чрезвычайно низкими электрической и тепловой проводимостями, не очень большой механической прочностью. При нагревании (часто с предварительным размягчением) они разлагаются. Не чувствительны к влажности, устойчивы к действию сильных кислот и оснований, отношение к органическим растворителям различное (в зависимости от химической природы полимера).

Физиологически почти безвредны. Свойства пластмасс можно модифицировать методами сополимеризации или стереоспецифической полимеризации, путём сочетания различных пластмасс друг с другом или с другими материалами, такими как стеклянное волокно, текстильная ткань, введением наполнителей и красителей, пластификаторов, тепло- и светостабилизаторов, облучения и др., а также варьированием сырья, например использование соответствующих полиолов и диизоцианатов при получении полиуретанов.

Твёрдость пластмасс определяется по Бринеллю при нагрузках 50--250 кгс на шарик диаметром 5 мм.

Теплостойкость по Мартенсу -- температура, при которой пластмассовый брусок с размерами 120 Ч 15 Ч 10 мм, изгибаемый при постоянном моменте, создающем наибольшее напряжение изгиба на гранях 120 Ч 15 мм, равное 50 кгс/смІ, разрушится или изогнётся так, что укреплённый на конце образца рычаг длиной 210 мм переместится на 6 мм.

Теплостойкость по Вика -- температура, при которой цилиндрический стержень диаметром 1,13 мм под действием груза массой 5 кг (для мягких пластмасс 1 кг) углубится в пластмассу на 1 мм.

Температура хрупкости (морозостойкость) -- температура, при которой пластичный или эластичный материал при ударе может разрушиться хрупко.

Для придания особых свойств пластмассе в неё добавляют пластификаторы (силикон, дибутилфталат, ПЭГ и т. п.), антипирены (дифенилбутансульфокислота), антиоксиданты (трифенилфосфит, непредельные углеводороды).

Производство синтетических пластмасс основано на реакциях полимеризации, поликонденсации или полиприсоединения низкомолекулярных исходных веществ, выделяемых из угля, нефти или природного газа, таких, к примеру, как бензол, этилен, фенол, ацетилен и других мономеров.

При этом образуются высокомолекулярные связи с большим числом исходных молекул (приставка «поли-» от греческого «много», например этилен-полиэтилен).

4. Пластмассы в медицине

Широко применяются пластмассы для изготовления хирургического инструментария: зеркал, освещающих операционное поле, хирургических крючков и т. д. Большое значение для медицинской практики имеют небьющиеся шприцы из пластмассы -- полиуретана. Они прочны, хорошо выдерживают кипячение, не ломаются.

Ценным видом пластмассы для инструментальной промышленности является полиэтилен, из которого изготавливается шприц-тюбик для оказания первой помощи. В ампулу такого шприца вводятся растворы лекарства или лечебной сыворотки. К ампуле приделана стерильная игла для инъекций, па которую надет пластмассовый колпачок. Перед инъекцией колпачок снимается, и из тюбика выдавливается содержащееся в нем лекарство. Шприц-тюбик, не нуждающийся в стерилизации,-- ценное средство первой помощи.

Полиэтилен пригоден для изготовления различных видов хирургических инструментов и предметов ухода за больными: наконечников, поильников, пульверизаторов, ингаляторов и т. д. Полиэтиленовая пленка с успехом может заменять подкладную клеенку. Такие виды пластических масс, как оргстекло, используются для изготовления муляжей, различных анатомических препаратов. Из них созданы экспериментальные аппараты, выполняющие функции почек, сердца, легких.

Поливинилхлоридный пластикат

Гранулированный пластифицированный ПВХ пластикат Т-35 предназначен для изготовления медицинских трубок для систем взятия и переливания крови методом экструзии. Также из него изготавливают подкладную и компрессную клеенку, катетеры, дренажи.

Капрон

Изделия представляют собой нити хирургические синтетические нерассасывающиеся, изготовленные из материала «Полиамид». Нити обладают относительно низкой инертностью и высокой прочностью на разрыв, апирогенны, вызывают умеренную реакцию тканей. Химический состав нитей: модифицированный полиамид.

Нити капрон применяются в общей хирургии, хирургии брюшной полости, офтальмологии, косметической и пластической хирургии.

Органическое стекло (оргстекло, акрилат, плексиглас) обладает большой прозрачностью и почти совсем не меняет цвета под воздействием солнечного света.

Там, где требуется прозрачность и чистота поверхности, органическое стекло имеет преимущество пред целлулоидом. Так же как и целлулоид, органическое стекло обладает способностью менять свою прочность и пластичность в зависимости от температуры.

Пластмасса АКР- 7

предъявляются особые требования в связи с тем, что из них изготавливаются основные части зубных протезов, испытывающих в полости рта значительные по величине и различные по своему характеру нагрузки: изгиб, сжатие, растяжение, кручение и т. д.

АКР-7 как базисный материал за короткое время получила всеобщее признание. Кроме того, она нашла широкое применение для изготовления ортодонтических и челюстно-лицевых лечебных аппаратов, искусственных зубов, коронок, фасеток, несъемных конструкций, протезов, штифтовых зубов, вкладок и других видов стоматологических изделий.

В то же время акриловая пластическая масса не лишена и некоторых недостатков. Основным из них является малая ее прочность. Вследствие этого многие изделия (в том числе и протезы) ломаются и имеют весьма непродолжительный срок службы. Малая теплопроводность, наличие остаточного мономера после полимеризации и присутствие некоторых наполнителей нередко являются причиной воспалительных изменений слизистой оболочки, покрывающей ткани протезного поля. Недостаточная эластичность, высокая жесткость ограничивают применение этой пластмассы как базисного материала при атрофичной слизистой оболочке и наличии острых костных выступов в области расположения базиса протеза.

Из фторопласта-4 (производное этилена, в котором атомы водорода замещенные на атом фтора) изготавливают клапаны сердца и детали для слухового аппарата.

Из фенопластов - корпусы тонометров и сфигмоманометров, детали электромедицинских аппаратов.

Дальнейшее развитие пластмассовой промышленности откроет новые возможности использования пластмасс для производства изделий медицинского назначения.

Физико-механические и другие эксплуатационные свойства фенопласты колеблются в широких пределах в зависимости от типа связующего и наполнителя; например, ударная вязкость изменяется от 2-6 кДж/м² (для дисперсно-наполненных фенопласты) до 50-100 кДж/м² (для армированных). Плотность 1,1-3 г/см³, теплостойкость по Мартенсу 100-300⁰C.

Лекарства из пластмассы

Огромный интерес для медицины представляют иониты -- твердые в виде зерен вещества, получаемые из смол. Побитовые зерна обладают удивительной способностью выделять и вбирать в себя из растворов химические ионы. Находясь внутри человеческого организма, иониты могут поглощать различные вредные вещества, например, избыток соляной кислоты в желудке при гастритах, язвенной болезни. Учеными ведутся многочисленные исследования по использованию ионитов как лечебного средства. Из зарубежной литературы известно, что делаются попытки применять их при болезнях обмена веществ. Иониты помогают длительное время сохранять консервированную кровь, необходимую для переливания. Поглощая из крови соли кальция, они задерживают ее свертывание. Иониты используются в производстве антибиотиков, витаминов и других лекарств. Институт органической химии Академии наук совместно с Центральным институтом переливания крови разработал технологию получения синтетического вещества -- полимера винилпирролидона. На основе этого продукта получен ценный препарат «ПВП», являющийся хорошим кровозаменителем при острой потере крови, токсических формах дифтерита, сепсисе и т. д

Заключение

В настоящее время пластмассы получили широчайшей распространение. Причиной такого распространения являются их низкая цена и легкость переработки, а также свойства, которые в некоторых случаях уникальны. Пластмассы применяют в электротехнике, авиастроении, ракетной и космической технике, машиностроении, производстве мебели, легкой и пищевой промышленности, в медицине и строительстве, - в общем, пластмассы используются практически во всех отраслях народного хозяйства. Пожалуй, единственная область, где использование пластмасс пока ограничено - это техника высоких температур. Но в скором времени они проникнут и сюда: уже получены пластмассы, выдерживающие температуры 2000-2500°C. Развитие химических технологий, помогающих создавать вещества с заданными свойствами, позволяет сказать, что пластмассы один из важнейших материалов будущего.

Список используемой литературы:

1) Поллер З.“Химия на пути в третье тысячелетие”, 1979; Москва, изд. «Мир».

2) Ратинов В.Б, Иванов Ф.М “Химия в строительстве”, 1969; Москва, изд. «Стройиздат».

3) “Энциклопедический словарь юного техника”, 1988, Москва, изд. «Педагогика».

4) “Советский энциклопедический словарь”, 1987,Москва, изд. «Советская энциклопедия».

5). Р.А. Чарват «Производство окрашенных пластмасс», 2009г, Москва, изд. «Научные основы и технологии».

6) В.К. Крыжановский «Пластмассовые детали технических устройств», 2013г, Москва, изд. «Научные основы и технологии».

Размещено на Allbest.ru