Эластомеры. Каучук и резина

ПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

В настоящее время трудно представитьсебе медицинубез по­лимерных систем для переливания крови, аппаратуру — без про­зрачных полимерных трубок, предметы ухода — без резиновых грелок, пузырей для льда и т. д. Значительно обогатить ассорти­мент материалов, применяемых в медицине, позволили синтетиче­ские полимеры.

Полимерные материалы существенно отличаются от металлов и сплавов: их молекулы вытянуты в длинные цепочки, в результа­те чего полимеры имеют высокую молекулярную массу. Молекулы полимеров получают из исходных низкомолекулярных продук­тов—мономеров—полимеризацией и поликонденса­цией. При полимеризации молекулярная масса образовавшегося полимера равна сумме молекулярных масс вступивших в реакцию молекул мономера. Поликонденсация сопровождается выделением побочных низкомолекулярных продуктов, и молекулярная масса полученного полимера меньше молекулярных масс исходных ве­ществ.

К полимерам поликонденсационного типа относятся фенолформальдегидные смолы, полиэфиры, полиуретаны, эпоксидные смолы. К высокомолекулярным соединениям полимеризационного типа от­носятся поливинилхлорид, полиэтилен, полистирол, полипропилен, полиметилметакрилат.

Высокополимерные и высокомолекулярные соединения явля­ются основой органической природы — животных и растительных клеток, состоящих из белка. Так, хлопчатобумажные волокна, во­локна древесины состоят из высокополимерных молекул целлю­лозы.

Для изготовления медицинских изделий широко применяюткакполимерные материалы, в основе которых лежит природное сырье, так и искусственные — синтетические полимерные материалы. Из полимерных материалов естественного происхождения изго­товляют большинство перевязочных средств: вату, марлю и изде­лия из них, алигнин, а также нити шовных материалов (хирурги­ческий шелк). Полимеры являются основой пластмасс, используе­мых при изготовлении различных инструментов, частей медицин­ской аппаратуры и оборудования.

Термином «эластомеры» постепенно заменяют название «синте­тический каучук», а также натуральный каучук. Эластомерами на­зывают полимеры, обладающие в широком температурном интер­вале высокой эластичностью — способностью подвергаться значи­тельным (от нескольких сотен до 1000% и более) обратимым деформациям при сравнительно небольших действующих нагрузках. Первым эластичным материалом такого рода был натуральный каучук, который и в настоящее время не потерял своего значения в производстве эластомеров, в том числе и для медицинских изде­лий, благодаря своей нетоксичности.

Каучук получают из латекса (млечный сок бразильской гевеи), состоящего более чем наполовину из воды, в которой растворено 34—37% каучука, 2—2,7% белка, 1,65—3,4% смолы, 1,5—4,92% сахара. Каучук в латексе находится в виде глобул — шарообраз­ных частиц диаметром от 0,15 до 3 мкм (средний размер частиц 0,17÷0,26 мкм).

В природном латексе происходит самопроизвольная коагуляция глобул, в результате чего образуются сгустки каучука. Этот про­цесс можно прекратить и законсервировать латекс добавкой 0,5% раствора аммиака.

Латекс имеет самостоятельное значение как исходное сырье для производства изделий методом макания (хирургические перчатки, соски, напальчники).

На плантациях, где приготовляют каучук как промышленное сырье, латекс коагулируют с помощью органических кислот, про­катывают в рифленые листы и коптят в камерах с дымом при температуре 50 °С. Составные вещества дыма играют роль анти­септиков и стабилизаторов окисления каучука. Такие листы тол­щиной 2,5÷3 мм с вафельным рисунком поверхности называют «смокетшит». Они служат наиболее употребительной формой сы­рого плантационного каучука. Данные элементного анализа очи­щенного каучука соответствуют эмпирической формуле С₅Н₈ (изо­прен).

Синтетические каучуки получают путем полимеризации из мономеров с участием катализаторов (ускорителей) процесса. Первый советский синтетический каучук был получен С. Д. Лебе­девым из технического спирта. Спирт в присутствии особого катализатора, содержащего соединения цинка и хрома, был превра­щен в газ бутадион, а затем в смеси с другим катализатором — металлическим натрием — отдельные молекулы бутадиона были соединены в длинные цепи, образовавшие основу синтетического каучука.

В настоящее время выпускают несколько видов синтетических каучуков, в том числе изопреновый, мало отличающихся от нату­рального. Для изделий медицинского назначения перспективен силоксановый (силиконовый) каучук, основная полимер­ная цепь которого состоит из атомов кремния и кислорода. Он тер­мостоек и физиологически инертен. Сырьем для изготовления син­тетических каучуков служат нефть, природный газ, каменный уголь.

Эластомеры. Превращение каучука или «сырой» каучуковой смеси в эластичную резину (материал с необходимыми эксплуата­ционными свойствами) осуществляют путем вулканизации. Вулканизация, подобно термообработке металлов и сплавов, при­водит к изменению структуры каучука. При вулканизации осуществляется соединение (сшивание) молекул эластомера химиче­скими связями в пространственную трехмерную сетку, в результате чего получают материал, обладающий необходимыми эластически­ми и прочностными свойствами (прочность, упругость, твердость, сопротивление разрыву и т. д.). Кроме того, при вулканизации происходит химическое взаимодействие эластомера с вулка­низирующими веществами. Основным вулканизирующим вещест­вом служит сера; применяют также теллур и селен. Чем больше к каучуку добавляют серы, тем более твердым и менее эластичным получается эластомер. При содержании серы от 35% и выше по­лучают твердый эбонит.

В современном производстве, помимо вулканизаторов, широко применяют органические ускорители, присутствие которых снижа­ет количество серы (до 2% вместо 10%) и температуру вулканиза­ции. Существуют ультраускорители, благодаря которым вулканизация вместо температуры 130—150 °С протекает при ком­натной температуре.

Вулканизации подвергают отформованные изделия. Для придания будущему изделию из эластомера определенной формы и приготовления смеси для формования и последующей вулкани­зации производят пластификацию каучука путем разминания его на теплых гладких вальцах. Пластифицированный каучук смеши­вают с другими компонентами резиновой смеси: вулканизатора­ми, наполнителями, мягчителями, красителями, противостарителями, стабилизирующими добавками в специальных миксерах под давлением в несколько атмосфер и при температуре до 100 °С. Это способствует равномерному смешению компонентов и получению пластичной массы, удобной для формования и выработки рези­новых изделий.

Рецептура резин, применяемых для изготовления медицинских изделий, подлежит утверждению Министерством здравоохранения СССР, так как эти резины находятся в непосредственном контак­те с тканями, кровью и лекарственными препаратами и не долж­ны выделять в биологические среды вещества, которые могут из­менять их активность. Резины не должны иметь неприятного за­паха. Резины и резиновые изделия, подвергаемые стерилизации или дезинфекции, должны переносить без существенных потерь механических качеств один из рекомендуемых ОСТ методов обез­зараживания. Так, резина для эластичных зондов и катетеров, подлежащих дезинфекции кипячением в воде, должна отвечать следующему требованию: после 100-кратного повторения этой процедуры сопротивление резины разрыву не должно снижаться более чем на 40% по отношению к первоначальному значению в новом изделии. Это по существу служит требованием достаточной долговечности изделия.

К резинам, предназначенным для изготовления отдельных групп изделий, предъявляют дополнительные требования, обеспечиваю­щие выполнение изделиями их функционального назначения и на­дежность в работе. Так, к резинам, предназначенным для изго­товления рентгеноконтрастных трубок и катетеров, предъявляют требование определенной рентгеновской непрозрачности. Иначе говоря, такие изделия должны иметь эквивалент свинца не менее 0,025. Резина, идущая на изготовление защитных фартуков для рентгенологов, при толщине 1,5 мм должна иметь свинцовый эк­вивалент не менее 0,3, т. е. по своим защитным свойствам долж­на соответствовать свинцовому листу толщиной 0,3 мм.

Аналогично формулируют требование, предъявляемое к латексным изделиям, представляющим собой тонкопленочные эластич­ные хирургические перчатки, соски, пипетки, напальчники и др. Об этих требованиях к функциональным качествам изделий будет говориться при описании этих изделий в соответствующих разде­лах.

Дата добавления: 2015-04-30