Polymere: Grundlegende und spezifische Anforderungen

Question 1

Beschreiben Sie die drei Ihnen bekannten Polymer-Bildungsreaktionsarten und ihre
spezifischen Unterschiede und nennen Sie je zwei Polymerisate die in der Medizintechnik
Bedeutung haben.

Answer 1

1. Polymerisation:
   Verknüpfung ungesättigter Monomere in gesättigte Polymerketten
   –> Kettenreaktion
   Starterradikal“ mit ungepaartem Elektron
   (Erzeugung: chemisch, thermisch oder durch Strahlung)
   Stopp durch Kettenkollision, Verunreinigungen oder Reglersubstanzen

Beispiele: Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC)

2. Polykondensation:
   Chemische Reaktion von Endgruppen

Beispiele: Polyamide, Polycarbonat
–> Thermoplaste

3. Polyaddition
   chemische Reaktion von Endgruppen; verschiedene Reaktionspartner
   Beispiele: Polyurethane (PUR); Epoxidharze (EP)
   –> Duroplaste

Unterschied: Bei Polykondensation Abspaltung von Nebenprodukten

Question 2

Welche Einflussparameter auf die Materialeigenschaften von Polymeren kennen
Sie (neben dem Hinzufügen von Monomeren und Co-Monomeren)?

Answer 2

Polymerisationsgrad (Kettenlänge)

Kettenarchitektur (statistisch, alternierend, blockartig)

Kettenanordnung (linear, verzweigt, vernetzt)

Question 3

Nennen Sie einige typische Eigenschaften von Polymeren (ggf. Größenordnung im
Vergleich z.B. zu Stahl und Keramik) die bei der Wahl als Strukturwerkstoff wichtig sein können!

Answer 3

Geringe Dichte (0,9…1,7 g/cm 3)

Geringe Temperaturbeständigkeit < 400°C (700°C)

Brennbar (Kohlenstoff) …(nur durch selbstlöschende Additive vermeidbar)

Niedrige thermische Leitfähigkeit 𝝺=0,01…0,1 (𝝺Pb = 35, 𝝺Cu = 395)

Hoher spezifischer elektrischer Widerstand 𝜌=10 10…10 16 ( 𝜌Cu = 1,8*10 -2 )

Natürliches Vorkommen: Proteine, Cellulose, Kautschuk

Question 4

Nennen und skizzieren Sie die Ihnen bekannten Copolymerarchitekturen!

Answer 4

Copolymere: Unterschiedliche Bausteine (-A-A-A-A-A-B-B-B-B-B-A-A-A-A-A-)

o Statistisch (-A-B-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-A-A-A-A-)
o Blockpolymer (-A-A-A-B-B-B-A-A-A-B-B-B-A-A-A-)
o Alternierend (-A-B-A-B-A-B-A-)
o Pfropfpolymerisation (-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-)
| |
B B
| |
B B
(z.B. nicht klebbare Stoffe klebbar machen

Question 5

Nennen Sie ein Beispiel für die Bedeutung der Pfropfpolymerisation

Question 6

Handelt es sich bei sog. Polymermischungen um veränderte chemische Verbindungen?
Nennen Sie drei Beispiele für Zusätze!

Answer 6

Chemischer Aufbau unverändert (rein physikalische Verbindung)

Einarbeitung von Additiven:
o Vormischen > Schmelze > Mischen > Abkühlen > Zerkleinern (Granulat)

Beispiele für Additive: Farben, Stabilisatoren, Gleitmittel

Question 7

Nennen Sie die vier Ihnen bekannten molekularen Polymeranordnungen die maßgeblich
die mechanischen Eigenschaften beeinflussen.

Answer 7

Linear

Verzweigt

Weitmaschig vernetzt

Engmaschig (3D) vernetzt

Question 8

Welche ISO-Norm ist für die Beurteilung der biologischen Verträglichkeitsprüfung von
Medizinprodukten (aus Kunststoff) von zentraler Bedeutung?

Answer 8

Physiologische Unbedenklichkeit nach FDA bzw.
Biokompatibilität nach ISO 10993

Question 9

Welche Aspekte sind im Zusammenhang mit der Verträglichkeitsprüfung von
Kunststoffen besonders zu beachten?

Answer 9

Vermeidung von:
- Lokalen Gewebsreaktionen
- Toxischen Systemreaktion
- Allergischen Reaktionen
- Karzinogenen und/oder mutagenen Reaktionen
- Thrombenbildungen, Aktivierung der Gerinnungskaskade
- Zerstörung von zellulären Elementen des Blutes
- Veränderung der Plasmaproteine, Globuline, Gerinnungsfaktoren
- Beeinflussung spezifischer und unspezifischer Immunzellen
- naktivierung/ Aktivierung von Enzymen
- Beeinflussung der Elektrolyte
- Schädigender Einfluss auf angrenzendes Gewebe

Question 10

Nennen Sie zwei wesentliche Aspekte der „Rezepturkonstanz“ im Zusammenhang der
Qualitätssicherung von Medical Grade Polymeren.

Answer 10

Konstanz der
Materialeigenschaften
(Zusammensetzung und
Quellen) und stabile Produktion(-
sprozesse)
–> Rezepturkonstanz
–> Konstante
Produkteigenschaften

Question 11

Skizzieren Sie qualitativ den Verlauf der Zugfestigkeit eines teilkristallinen
Thermoplasten über der Temperatur (mit Achsbeschriftung !) in den Temperaturbereichen
T<Tglasübergang>Tschmelz, ordnen die Eigenschaften „spröde“, „zähelastisch“ und
„plastisch“ den entsprechenden Temperaturbereichen zu und markieren Sie den
Gebrauchsbereich!</Tglasübergang>

Answer 11

siehe VL Polymere I Folie 20

Question 12

Nennen Sie die zwei in der Medizin am häufigsten eingesetzten Kunststoffe und deren
Anwendungen!

Answer 12

Polyethylen (PE) und Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyvinylchlorid PVC (2005)

Anwendungen:
PE: Gelenkpfanne für Hüftgelenkendoprothese, künstliche Knieprothese, Sehnen- und Bänderersatz, Spritzen, Katheterschläuche, Verpackungsmaterial

PVC: Extrakorpale Blutschläuche, Blutbeutel und Beutel für Lösungen für intravenöse Anwendungen, Einwegartikel

PMMA: Knochenzement, künstliche Zähne, Zahnfüllmaterial, Intraokulare Linsen und harte Kontaktlinsen