wykład 3- polimery Flashcards
Co to biomateriały?
To produkty pochodzenia naturalnego lub wytworzone przez człowieka stosowane bezpośrednio, uzupełniające lub zastępujące funkcje żywych tkanek organizmu człowieka
Biomateriały- info ogólne
- akceptowane są przez organizm ludzki,
- niektóre łączą się z żywą tkanką lub biorą udział w jej regeneracji,
- zastępują utracone narządy (po wszczepianiu do organizmu),
- każda substancja albo kombinacja substancji pochodzenia syntetycznego lub naturalnego, która może być użyta w dowolnym czasie w całości lub części celem leczenia, powiększenia lub zastąpienia tkanek narządu, organu lub funkcji ustroju,
- materiały przeznaczone do długotrwałego kontaktu z organizmem.
Bioinertność
brak toksyczności, niedrażniący, niealergiczny, niekancerogenny
Biostabilność
odporność na korozję, hydrolizę, utlenianie, itp.
Cechy biomateriałów
- biofunkcjonalność
- bioinertność
- bioaktywność,
- biostabilność
- biodegradacja
Kryteria doboru i oceny przydatności tworzywa sztucznego w medycynie
- kontakt
- biozgodność
- odporność chemiczna na działanie środków myjących, odkażających, wyjaławiających
- wytrzymałość mechaniczna – moduł sprężystości, udarność, elastyczność, ścieralność
Klasyfikacja biomateriałów
- dziedzina medycyny
- czas kontaktu z tkankami
- rodzaj tkanek, do jakich są przeznaczone
- ze względu na ich zachowanie w organizmie
Jakie typy biopolimerów ze względu na ich zachowanie w organizmie
- obojętne lub prawie obojętne – nie wywołujące żadnej lub prawie żadnej reakcji otaczającej tkanki,
- aktywne - dobrze wiążące się z otaczającą tkanką i stymulujące rozwój nowego, zregenerowanego organu,
- ulegające rozkładowi w środowisku organizmu ludzkiego po określonym czasie działania materiały rozpuszczają się w otaczającej tkance i zostają przez nią wchłonięte, nie powodując jej uszkodzenia lub zmian patologicznych.
Kliniczny podział biomateriałów
- implanty mechaniczne – endoprotezy stawów, płytki, śruby, gwoździe, stabilizatory dla osteosyntezy kości,
- materiały do zespalania tkanek – nici chirurgiczne, cementy, kleje tkankowe,
- implanty przeznaczone do kontaktu z krwią – stenty, zastawki serca, sztuczne naczynia krwionośne,
- materiały do leczenie ubytków tkanek – implanty w formie gąbek lub włókien przeznaczone do wypełniania ubytków.
Kliniczny podział biomateriałów cd
- nośniki leków, materiały do enkapsulacji komórek – ceramiczne lub polimerowe kształtki zawierające lek umieszczane w chorej tkance pozwalające na miejscowe dostarczanie leku do tkanki,
- podłoża dla inżynierii tkankowej i terapii genowej, materiały dla medycyny regeneracyjnej – trójwymiarowe podłoża, zaopatrzone w bioaktywne czynniki, zasiedlane przez komórki.
Polimeryzacja- co to?
Proces łączenia się ze sobą cząsteczek reaktywnego związku chemicznego, zwanego monomerem, z utworzeniem cząsteczki polimeru, bez wydzielenia się produktów ubocznych
Polimery
Substancje chemiczne o bardzo dużej masie cząsteczkowej, które składają się z wielokrotnie powtórzonych jednostek zwanych merami.
Najczęściej stosowane monomery
Związki organiczne, zawierające w swojej cząsteczce wiązanie/a podwójne lub układy cykliczne ulegające rozpadowi podczas reakcji.
Typy reakcji w otrzymywaniu polimerów
- polimeryzacja
- polikondensacja
Polimeryzacja- info ogólne
-ma zwykle charakter addycji wolnorodnikowej i przebiega według schematu:
n R - CH = CH2 → ̶ [CHR - CH2] n ̶
-zachodzi, gdy cząsteczki monomeru zostaną zaktywowane przez wprowadzenie wolnych rodników, (nadtlenki organiczne), naświetlanie promieniami ultrafioletowymi lub inne katalizatory
Przykłady polimerów- addycja
- polietylen- worki, butelki, rurki, folie opakowaniowe
- polipropylen- przedmioty do użytku laboratoryjnego i domowego, sztuczna darń, zabawki
- polichlorek winylu (PCV)- butelki, wykładzina podłogowa, opako-wania żywności, rury (kanalizacyjne), węże do wody
Guma naturalna
cis-1,4-poliizopren
Polimeryzacja addycyjna z otwarciem pierścienia
Powstający polimer ma najczęściej budowę łańcuchową, jednak przy zastosowaniu bardziej złożonych monomerów, np. posiadających rozgałęzienia i więcej wiązań podwójnych struktura powstałego polimeru może być również bardziej rozgałęziona
Polikondensacja
- zachodzi pomiędzy dwoma różnymi monomerami, z których każdy posiada co najmniej dwie grupy funkcyjne,
- grupy funkcyjne oby typów monomerów muszą ze sobą reagować,
- po połączeniu monomerów w polimer powstaje zwykle produkt uboczny, którym jest mała cząsteczka, najczęściej woda lub alkohol,
- reakcja ta jest znacznie wolniejsza od polimeryzacji addycyjnej,
- polimery kondensacyjne mają z reguły niższą masę cząsteczkową
Co jest klasycznym przykładem reakcji polikondensacji?
Reakcja poliestryfikacji.
W wyniku reakcji kwasów dikarboksylowych z alkoholami diwodorotlenowymi (glikolami) powstają odpowiednie poliestry oraz woda:
n HOOC-R-COOH + n HO-R’-OH → (n-1)H-[OOC-R-COO-R’]n-OH + (n-1) H2O
Przykłady polimerów produkowanych w reakcji polikondensacji?
1) Poliestry
2) Poliamidy
3) Poliuretan
Budowa przestrzenna polimerów
Należy rozróżnić trzy typy struktury:
- liniową
- rozgałęzioną
- połączoną wiązaniami krzyżowymi.
Właściwości- polimery liniowe i rozgałęzione
- mogą być mniej lub bardziej krystaliczne
- polimery te miękną podczas ogrzewania (termoplasty)
- w takim stanie można je formować przez wtłaczanie i wtryskiwanie
- przykłady: nylon, polietylen, poli(chlorek winylu), polistyren
Właściwości- polimery usieciowane (żywice)
- mocno powiązane wiązaniami poprzecznymi
- tworzą sztywną i nieregularną strukturę trójwymiarową, jak w żywicach fenolowo-formaldehydowych czy mocznikowo-formaldehydowych
- ogrzewanie nie zmiękcza polimeru, może wręcz doprowadzić do wytworzenia dodatkowych wiązań poprzecznych i wzrostu twardości materiału (materiały termoutwardzalne, duroplasty)
Masa cząsteczkowa polimerów, stopień polimeryzacji, temperatura mięknienia
- im większa masa cząsteczkowa tym większy stopień polimeryzacji,
- masa cząsteczkowa polimeru jest wartością średnią, gdyż liczba powtarzających się monomerów różni się między cząsteczkami,
- im większa masa cząsteczkowa tym wyższe temperatury mięknienia i topnienia oraz sztywniejsze tworzywo.
Polimery można klasyfikować jako…
- termoplastyczne
- termoutwardzalne
- chemoutwardzalne
Polimery termoplastyczne
miękną podczas ogrzewania i twardnieją po oziębieniu, proces jest odwracalny (polistyreny, poliakrylany winylowe)
Polimery termoutwardzalne
twardnieją, zestalają się podczas wytwarzania, ale nie miękną podczas ogrzewania. Polimery te są nietopliwe z powodu tworzenia wiązań krzyżowych i struktury przestrzennej (silikony, cis-poliizopren)
Polimery chemoutwardzalne
pod wpływem określonego odczynnika chemicznego następuje ich przestrzenne usieciowanie, przy czym stają się nietopliwe i nierozpuszczalne.
Jakiemu procesowi polimery są poddawane po syntezie?
modyfikacji w celu otrzymania tworzyw sztucznych
Tworzywa sztuczne
materiały wytworzone z polimerów przez połączenie ich z określonymi dodatkami (modyfikatorami)
Modyfikatory stosowane w celu otrzymania tworzyw sztucznych
-napełniacze,
-pigmenty,
-barwniki,
-zmiękczacze,
-stabilizatory,
-antystatyki
-środki zmniejszające palność
!!!W zależności od rodzaju i ilości stosowanych dodatków z tego samego polimeru można otrzymać różne tworzywa o odmiennych właściwościach!!!
Napełniacze
Związki chemiczne nieorganiczne (talk, kreda, ziemia okrzemkowa, proszki metali i inne), jak i organiczne (celuloza, mączka drzewna, tkaniny itp.), które zmieszane z określonym polimerem poprawiają jego niektóre właściwości użytkowe, a równocześnie często obniżają cenę gotowego tworzywa.
Pigmenty
Barwne substancje chemiczne, nierozpuszczalne w polimerze, które nadają barwę otrzymanemu tworzywu, a równocześnie czynią go nieprzeźroczystym.
Barwniki
Barwne substancje organiczne, rozpuszczalne w danym polimerze z przeznaczeniem do otrzymania barwnych, przezroczystych tworzyw.
Zmiękczacze
Rozpuszczają częściowo polimer z utworzeniem roztworu koloidalnego, który przechodzi w stały żel charakteryzujący się dobrymi właściwościami elastoplastycznymi.
Stabilizatory
Wprowadzone do tworzywa zwiększają jego odporność na określone czynniki, takie jak temperatura, oddziaływanie promieni ultrafioletowych i inne.
Antystatyki
Substancje, których dodatek zapobiega elektryzowaniu się powierzchni tworzywa.
Na czym polega modyfikacja chemiczna polimerów?
polega na poddaniu polimeru dodatkowej obróbce - prowadzeniu reakcji chemicznych na gotowym polimerze, a tym samym na całkowitej zmianie jego struktury chemicznej
Klasyczny przykład modyfikacji chemicznej polimerów
Klasycznym przykładem tego typu reakcji jest otrzymywanie acetylocelulozy w wyniku reakcji celulozy z bezwodnikiem octowym.
Szczególne przykłady polimerów stosowanych jako biomateriały w stomatologii
- żywice kompozytowe – materiały odbudowujące
- guma polisulfidowa
Żywice kompozytowe – materiały odbudowujące
- otrzymywana na drodze polimeryzacji wolnorodnikowej
- składnik materiałów kompozytowych
- reakcja jednej cząsteczki bisfenolu A z dwoma cząsteczkami metakrylanu glicydowego
- gotowy produkt reakcji to Bis-GMA- wiązania podwójne po obu stronach –> polimeryzacja
Guma polisulfidowa
- reakcja kondensacji niskocząsteczkowych polimerów zawierających grupy tiolowe na końcach monomerów
- dwutlenek ołowiu jako katalizator
- mostki disiarczkowe powodują przedłużanie łańcucha polimeru
- szybkość reakcji zależy od ilości grup -SH, PbO2 i H2O
SILIKONY
silany, siloksany, silikony
Silany
- związki krzemu z wodorem
- łańcuchowe, pierścieniowe; nie otrzymano nienasyconych silanów
- reagują gwałtownie z tlenem, fluorowcami, ich pary zapalają się w zetknięciu z powietrzem
Najprostszy monosilan i disilan
SiH4 i Si2H6
Halogenosilany
Część atomów wodoru zostaje podstawiona atomami fluorowców, powstają np. związki chlorosilanowe: SiClH3, SiCl2H2, SiCl3H, które w obecności wody ulegają kondensacji do siloksanów
Siloksany
- zawierają łańcuch złożony z atomów tlenu i krzemu,
- są bardziej odporne pod względem chemicznym od silanów,
- ich odporność chemiczną można bardzo znacznie zwiększyć wprowadzając na miejsce atomów wodoru organiczne rodniki alkilowe (np. -CH3, -C2H5) lub arylowe (-C6H5)- powstają alkilochlorosilany
Alkilochlorosilany
Po reakcji z wodą, alkoholami, kwasami i aminami tworzą alkilsilanole i inne.
Tworzą się w ten sposób podstawowe elementy struktury silikonów.
Silikony
- odznaczają się bardzo małą aktywnością chemiczną
- znajdują liczne zastosowania praktyczne
- zasadniczy składnik- polisiloksan (szkielet siloksanowy złożony z atomów krzemu i tlenu powiązanych jak w krzemianach nieorganicznych)
- materiał wyjściowy do ich syntezy stanowią alkilochlorosilany: RSiCl3 , R2SiCl2, R3SiCl.
- są polimerami bezpostaciowymi, zachowują praktycznie niezmienione własności w obszernym przedziale temperatur od -50o C do 250o C.
Właściwości silikonów
- odporność cieplna i na czynniki utlenaijące w szerokim zakresie temperatur,
- odporność na działanie czynników atmosferycznych, promieniowanie UV i radiacyjne,
- dobra odporność chemiczna (z ograniczeniem w przypadku działania silnych kwasów i ługów oraz pewnych rozpuszczalników organicznych),
- bardzo dobre właściwości dielektryczne,
- mała swobodną energię powierzchniową i napięcie powierzchniowe,
- niewielkie zmiany właściwości fizycznych w szerokim zakresie temperatur.
Odmiany silikonów
1) Oleje silikonowe
2) Kauczuki silikonowe
3) Elastomery silikonowe
4) Żywice silikonowe
5) Silikonowe środki przeciwprzyczepne
6) Silikonowe środki powierzchniowoczynne
7) Środki sililujące
Napełniacze
Związki chemiczne nieorganiczne (talk, kreda, ziemia okrzemkowa, proszki metali i inne), jak i organiczne (celuloza, mączka drzewna, tkaniny itp.), które zmieszane z określonym polimerem poprawiają jego niektóre właściwości użytkowe, a równocześnie często obniżają cenę gotowego tworzywa.
Pigmenty
Barwne substancje chemiczne, nierozpuszczalne w polimerze, które nadają barwę otrzymanemu tworzywu, a równocześnie czynią go nieprzeźroczystym.
Barwniki
Barwne substancje organiczne, rozpuszczalne w danym polimerze z przeznaczeniem do otrzymania barwnych, przezroczystych tworzyw.
Zmiękczacze
Rozpuszczają częściowo polimer z utworzeniem roztworu koloidalnego, który przechodzi w stały żel charakteryzujący się dobrymi właściwościami elastoplastycznymi.
Stabilizatory
Wprowadzone do tworzywa zwiększają jego odporność na określone czynniki, takie jak temperatura, oddziaływanie promieni ultrafioletowych i inne.
Antystatyki
Substancje, których dodatek zapobiega elektryzowaniu się powierzchni tworzywa.
Na czym polega modyfikacja chemiczna polimerów?
polega na poddaniu polimeru dodatkowej obróbce - prowadzeniu reakcji chemicznych na gotowym polimerze, a tym samym na całkowitej zmianie jego struktury chemicznej
Klasyczny przykład modyfikacji chemicznej polimerów
Klasycznym przykładem tego typu reakcji jest otrzymywanie acetylocelulozy w wyniku reakcji celulozy z bezwodnikiem octowym.
Szczególne przykłady polimerów stosowanych jako biomateriały w stomatologii
- żywice kompozytowe – materiały odbudowujące
- guma polisulfidowa
Żywice kompozytowe – materiały odbudowujące
- otrzymywana na drodze polimeryzacji wolnorodnikowej
- składnik materiałów kompozytowych
- reakcja jednej cząsteczki bisfenolu A z dwoma cząsteczkami metakrylanu glicydowego
- gotowy produkt reakcji to Bis-GMA- wiązania podwójne po obu stronach –> polimeryzacja
Guma polisulfidowa
- reakcja kondensacji niskocząsteczkowych polimerów zawierających grupy tiolowe na końcach monomerów
- dwutlenek ołowiu jako katalizator
- mostki disiarczkowe powodują przedłużanie łańcucha polimeru
- szybkość reakcji zależy od ilości grup -SH, PbO2 i H2O
Polimery bioresorbowalne
Materiały, które degradują się w środowisku biologicznie czynnym do nieszkodliwych produktów ubocznych, takich, które występują w organizmie jako produkty przemiany materii.
Ich właściwości zmieniają się z czasem, mogą być więc stosowane w ograniczonym czasie.
Polimery biodegradowalne
Powinny również ulegać degradacji do nieszkodliwych dla organizmy produktów, niekoniecznie występujących w organizmie
Kompozyt biomedyczny
Inaczej biomateriał kompozytowy to materiał wytworzony z dwóch lub więcej składników (faz) różniących się znacznie swoimi właściwościami, które połączone ze sobą tworzą inny rodzaj materiału o korzystniejszych właściwościach dla projektowanego zastosowania
Co jest głównym związkiem wyjściowym do wytwarzania polimerowych materiałów dentystycznych?
Monomery i oligomery: mono-, di-, tri- i tetra-metakrylowe.
Do stosowanych wprotetyce tworzyw termoplastycznych zalicza się…
- acetale (POM),
- nylony (PA),
- żywice winylowe,
- tworzywa akrylopolimerowe (PMMA).
Co to tworzywo acetalowe?
Termoplastyczny polimer ostrukturze krystalicznej, pozbawiony monomeru resztkowego istanowiący produkt polimeryzacji formaldehydu. Odznacza się wysoką odpornością na ścieranie, wytrzymałością mechaniczną, doskonałą rozciągliwości isprężystością, atakże niskim przewodnictwem cieplnym oraz odpowiednią sztywnością trzonów wykonywanych protez. Materiał ten występuje wwielu kolorach iodcieniach.
Tworzywo nelonowe
- syntetyczny poliamid, powstający na drodze polikondensacji kwasu adypinowego iheksametylenodiaminy
- ma formę włókien
- związki na bazie nylonów nie przechodzą procesu polimeryzacji, gdyż nie mają wswoim składzie żywic polimetakrylanowych, dzięki czemu nie występuje zjawisko uwalniania monomeru resztkowego – produktu niekompletnej polimeryzacji,
- nie zawierają też toksycznych substancji, które mogłyby działać alergizująco lub drażniąco na tkanki jamy ustnej.
Polimer akrylowy
- zwany szkłem akrylowym
- głównym składnikiem jest polimetakrylan metylu (PMMA)
- ograniczenie występującego podczas polimeryzacji skurczu
Właściwości materiałów termoplastycznych- skrót
1) Acetal- produkt polimeryzacji formaldehydu
2) Nylon- syntetyczny poliamid powstający na drodze polikondensacji kwasu adypinowego iheksametyleno-diaminy
3) Żywica poliwinylowa- mieszanka kopolimerów octanu winylu ietylenu
4) Żywica akrylopolimerowa- główny składnik to polimetakrylan metylu
