W porównaniu ze szkłem i metalem, głównymi cechami tworzyw sztucznych są:
1. Niski koszt, możliwość ponownego użycia bez dezynfekcji, nadaje się do wykorzystania jako surowiec do produkcji jednorazowych wyrobów medycznych;
2. Przetwarzanie jest proste, dzięki swojej plastyczności można uzyskać wiele użytecznych struktur, a metal i szkło trudno jest przetworzyć na produkty o złożonej strukturze;
3. Wytrzymałe, elastyczne, nie tak łatwe do stłuczenia jak szkło;
4, z dobrą obojętnością chemiczną i bezpieczeństwem biologicznym.
Te zalety użytkowe sprawiają, że tworzywa sztuczne są szeroko stosowane w urządzeniach medycznych, głównie w takich materiałach jak polichlorek winylu (PCW), polietylen (PE), polipropylen (PP), polistyren (PS), poliwęglan (PC), ABS, poliuretan, poliamid, elastomery termoplastyczne, polisulfon i polieteroeteroketon. Mieszanie może poprawić właściwości użytkowe tworzyw sztucznych, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie najlepszych właściwości różnych żywic, takich jak poliwęglan/ABS, czy też modyfikacja mieszanki polipropylen/elastomer.
Ze względu na kontakt z płynnymi lekami lub kontakt z ludzkim ciałem, podstawowymi wymaganiami stawianymi tworzywom sztucznym do zastosowań medycznych są stabilność chemiczna i bezpieczeństwo biologiczne. Krótko mówiąc, składniki tworzyw sztucznych nie mogą przedostać się do płynnych leków ani do ludzkiego ciała, nie powodują toksyczności ani uszkodzeń tkanek i narządów, są nietoksyczne i nieszkodliwe dla ludzkiego ciała. Aby zapewnić bezpieczeństwo biologiczne tworzyw sztucznych do zastosowań medycznych, tworzywa sztuczne do zastosowań medycznych, dostępne na rynku, są certyfikowane i testowane przez organy medyczne, a użytkownicy są jasno informowani, które klasy są klasyfikacją medyczną.
Plastiki medyczne w Stanach Zjednoczonych zazwyczaj przechodzą certyfikację FDA i spełniają wymogi USPVI dotyczące wykrywania substancji biologicznych, a tworzywa sztuczne klasy medycznej w Chinach są zazwyczaj testowane przez Centrum Testowania Urządzeń Medycznych w Shandong. Obecnie w kraju nadal istnieje znaczna liczba materiałów z tworzyw medycznych nieobjętych ścisłym certyfikatem bezpieczeństwa biologicznego, ale wraz ze stopniowym doskonaleniem przepisów sytuacja ta będzie się poprawiać.
Zgodnie z wymaganiami strukturalnymi i wytrzymałościowymi produktu, dobieramy odpowiedni rodzaj i gatunek tworzywa sztucznego oraz określamy technologię jego przetwarzania. Właściwości te obejmują wydajność przetwarzania, wytrzymałość mechaniczną, koszt użytkowania, metodę montażu, sterylizację itp. Przedstawiamy właściwości przetwórcze oraz właściwości fizyczne i chemiczne kilku powszechnie stosowanych tworzyw sztucznych w medycynie.
Siedem powszechnie stosowanych tworzyw sztucznych w medycynie
1. Polichlorek winylu (PCW)
PVC jest jednym z najwydajniejszych tworzyw sztucznych na świecie. Żywica PVC jest białym lub jasnożółtym proszkiem. Czysty PVC jest ataktyczny, twardy i kruchy, rzadko stosowany. W zależności od zastosowania, można dodać różne dodatki, aby nadać elementom z PVC zróżnicowane właściwości fizyczne i mechaniczne. Dodanie odpowiedniej ilości plastyfikatora do żywicy PVC pozwala uzyskać różnorodne produkty twarde, miękkie i przezroczyste.
Twardy PVC nie zawiera lub zawiera niewielką ilość plastyfikatora, charakteryzuje się dobrą wytrzymałością na rozciąganie, zginanie, ściskanie i uderzenia, może być stosowany samodzielnie jako materiał konstrukcyjny. Miękki PVC zawiera więcej plastyfikatorów, co zwiększa jego miękkość, wydłużenie przy zerwaniu i odporność na zimno, ale zmniejsza kruchość, twardość i wytrzymałość na rozciąganie. Gęstość czystego PVC wynosi 1,4 g/cm³, a gęstość elementów z tworzywa PVC z plastyfikatorami i wypełniaczami mieści się zazwyczaj w zakresie 1,15–2,00 g/cm³.
Według szacunków rynkowych, około 25% medycznych wyrobów z tworzyw sztucznych to PVC. Wynika to głównie z niskiego kosztu żywicy, szerokiego zakresu zastosowań i łatwości przetwarzania. Produkty z PVC do zastosowań medycznych to m.in.: rury do hemodializy, maski oddechowe, przewody tlenowe.
2. Polietylen (PE, Polietylen)
Polietylen to najszerszy rodzaj tworzywa sztucznego w przemyśle tworzyw sztucznych. Mleczny, bezsmakowy, bezwonny i nietoksyczny, o błyszczących, woskowych cząsteczkach. Charakteryzuje się niską ceną, dobrą wydajnością, może być szeroko stosowany w przemyśle, rolnictwie, przemyśle opakowaniowym i codziennym, zajmując kluczową pozycję w branży tworzyw sztucznych.
PE obejmuje głównie polietylen o niskiej gęstości (LDPE), polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) i polietylen o ultra wysokiej masie cząsteczkowej (UHDPE) i inne odmiany. HDPE ma mniej łańcuchów rozgałęzionych w łańcuchu polimeru, wyższą względną masę cząsteczkową, krystaliczność i gęstość, większą twardość i wytrzymałość, słabą nieprzezroczystość, wysoką temperaturę topnienia i jest często stosowany w częściach wtryskowych. LDPE ma wiele łańcuchów rozgałęzionych, więc względna masa cząsteczkowa jest mała, krystaliczność i gęstość są niskie, przy lepszej miękkości, odporności na uderzenia i przejrzystości, często stosowany do rozdmuchiwania folii, jest obecnie szeroko stosowaną alternatywą dla PVC. Materiały HDPE i LDPE można również mieszać zgodnie z wymaganiami wydajnościowymi. UHDPE ma wysoką udarność, niskie tarcie, odporność na pękanie naprężeniowe i dobre właściwości pochłaniania energii, co czyni go idealnym materiałem do sztucznych łączników biodrowych, kolanowych i barkowych.
3. polipropylen (PP, polipropylen)
Polipropylen jest bezbarwny, bezwonny i nietoksyczny. Wygląda jak polietylen, ale jest od niego bardziej przezroczysty i lżejszy. PP to tworzywo termoplastyczne o doskonałych właściwościach, charakteryzujące się niskim ciężarem właściwym (0,9 g/cm³), nietoksycznością, łatwością przetwarzania, odpornością na uderzenia, odpornością na odkształcenia i innymi zaletami. Ma szerokie zastosowanie w życiu codziennym, w tym w tkanych torbach, foliach, pudełkach obrotowych, materiałach do ekranowania przewodów, zabawkach, zderzakach samochodowych, włóknach, pralkach i tak dalej.
Medyczny polipropylen (PP) charakteryzuje się wysoką przezroczystością, dobrą barierowością i odpornością na promieniowanie, dzięki czemu znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle sprzętu medycznego i opakowań. Materiały niezawierające PVC, których głównym składnikiem jest polipropylen (PP), są obecnie szeroko stosowane jako alternatywa dla materiałów PVC.
4. Polistyren (PS) i żywica K
PS to trzeci co do wielkości rodzaj tworzywa sztucznego po polichlorku winylu i polietylenie, zazwyczaj stosowany jako tworzywo jednoskładnikowe do przetwórstwa i zastosowań. Jego głównymi cechami są lekkość, przezroczystość, łatwość barwienia i dobre właściwości formowania, co czyni go szeroko stosowanym w tworzywach codziennego użytku, częściach elektrycznych, instrumentach optycznych oraz materiałach kulturalnych i edukacyjnych. Jego tekstura jest twarda i krucha, a wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej ogranicza jego zastosowanie w inżynierii. W ostatnich dekadach opracowano modyfikowany polistyren i kopolimery na bazie styrenu, aby w pewnym stopniu przezwyciężyć wady polistyrenu. Żywica K jest jednym z nich.
Żywica K jest wykonana z kopolimeru styrenu i butadienu, jest polimerem amorficznym, przezroczystym, bezsmakowym, nietoksycznym, o gęstości 1,01 g/cm3 (niższej niż PS, AS), wyższej odporności na uderzenia niż PS, dobrej przezroczystości (80 ~ 90%), temperaturze odkształcenia termicznego 77℃, ilości butadienu zawartej w materiale K, jego twardość jest również różna, ze względu na dobrą płynność materiału K, zakres temperatur przetwarzania jest szeroki, więc jego wydajność przetwarzania jest dobra.
Główne zastosowania w życiu codziennym obejmują kubki, pokrywki, butelki, opakowania kosmetyczne, wieszaki, zabawki, produkty z substytutem PVC, opakowania żywności i opakowania medyczne.
5. ABS, kopolimery akrylonitrylu, butadienu i styrenu
ABS charakteryzuje się pewną sztywnością, twardością, odpornością na uderzenia, chemikalia, promieniowanie i dezynfekcję tlenkiem etylenu.
ABS w zastosowaniach medycznych jest używany głównie do produkcji narzędzi chirurgicznych, klipsów perkusyjnych, plastikowych igieł, skrzynek narzędziowych, urządzeń diagnostycznych i obudów aparatów słuchowych, w szczególności obudów dużego sprzętu medycznego.
6. Poliwęglan (PC, Poliwęglan)
Typowe cechy PCS to wytrzymałość, odporność, sztywność i odporność na wysoką temperaturę podczas sterylizacji parą, dzięki czemu PCS jest preferowany jako filtry do hemodializy, uchwyty narzędzi chirurgicznych i zbiorniki tlenowe (w przypadku stosowania w chirurgii serca instrument ten może usuwać dwutlenek węgla z krwi i zwiększać ilość tlenu);
Inne zastosowania PC w medycynie obejmują bezigłowe systemy iniekcyjne, instrumenty do perfuzji, misy wirówek krwi i tłoki. Wykorzystując wysoką przezroczystość, standardowe okulary dla osób z krótkowzrocznością są wykonane z PC.
7. PTFE (politetrafluoroetylen)
Żywica politetrafluoroetylenowa to biały proszek o woskowatym wyglądzie, gładki i nieprzywierający, który jest najważniejszym tworzywem sztucznym. PTFE ma doskonałe właściwości, nieporównywalne z typowymi tworzywami termoplastycznymi, dlatego nazywany jest „królem plastiku”. Jego współczynnik tarcia jest najniższy wśród tworzyw sztucznych, charakteryzuje się dobrą biokompatybilnością i może być wykorzystywany do produkcji sztucznych naczyń krwionośnych i innych urządzeń do bezpośredniego wszczepiania.
Czas publikacji: 25.10.2023