تدبیری برای حفظ سلامتی: مواد پزشکی جدید و کاربردها
توسعه مواد برای کاربردهای پزشکی در دوره پاندمی رونق گرفته است. این شامل تمرکز بر موادی است که می‌توانند به صورت طبیعی با میکروب‌ها و پاتوژن‌ها (عوامل بیماری‌زا) مبارزه کنند.
مواد برای کاربردهای پزشکی با ظهور همه‌گیری جهانی در کانون توجه قرار گرفته است. اگرچه که همه تحولات مستقیم با کووید ۱۹ مرتبط نیستند. United Soft Plastics (USP) فیلم پزشکی TPE را برای استفاده در کاربردهای ترمیم زخم تهیه کرده است. پانسمان‌های زخم معمولاً با پوشاندن آنها با یک فیلم محافظ یا کیسه محافظ تمیز و خشک نگه داشته میشوند که با یک نوار چسب به پوست چسبیده و مهر و موم شده است. با این حال برداشتن آن (پاره کردن نوار از روی پوست) دردناک است. فیلم جدید جایگزینی بدون لاتکس است و نباید کنده شود زیرا به طور دائمی به عنوان یک نوار آب‌بند به کیسه پلی‌اتیلن جوش داده شده است. در نتیجه نوار چسب را میتوان حذف کرد. این کار در همکاری با استارت آپ دانمارکی Nomeco توسعه داده شد. گرید TPE دارای سختی Shore A پایینی است (۳۵-۲۵). استحکام پارگی بالا در رابطه با نیاز به نیروی کرنش طولی و عرضی دارد و ضخامت آن ۰/۲ تا ۰/۴ میلی‌متر است. مطابق گفته Michael bodmann، مدیر کل USP در اروپا، TPE نیز میتواند مقرون به صرفه تولید شود. پروژه توسعه مشترک یک ساله در مرحله پیش تجاری‌سازی قرار دارد و در حال انجام آزمایشات بالینی است. پس از تجاری‌سازی اولیه در اروپا، فیلم جدید در سطح جهانی عرضه خواهد شد.
تقاضای پزشکی
این شرکت شاهد افزایش علاقه به استفاده از TPEs برای کاربردهای پزشکی مرتبط با کووید ۱۹ است. می‌گویند چندین مشتری درخواست مواد برای تبدیل امکانات ساخت غیر پزشکی را کرده‌اند تا بتوانند اقلام پزشکی را بسازند. TPE ها در کاربردهای ماسک‌ها، محافظ‌های صورت و همچنین قطعات دستگاه تهویه‌ساز استفاده شده‌اند. Benedict Herbst معاون اجرایی USP بیان کرد: ما خوشحالیم که شرکت‌کننده مهمی در توسعه محصولات پزشکی هسیتم که به شهروندان در مبارزه با این ویروس وحشتناک کمک خواهد کرد. USP علاقه بیش‌تری به جایگزینی مواد جاری مانند سیلیکون با پلاستیک‌های نرم‌تر در برنامه‌های فعلی و در مقیاس‌بندی کاربرد آنها برای آینده می‌بیند. Herbst گفت: ما می‌توانیم به جلوگیری از گسترش بیماری از طریق انتخاب مواد مناسب کمک کنیم. همچنین بیان کرد: در حال حاضر بسیاری از کاربردهایی که قبلاً پزشکی در نظر گرفته نمی‌شدند مانند اقلام اتاق انتظار در آینده نیاز به مقاومت در برابر روش‌های مختلف سترون‌سازی مانند اتوکلاو دارد. همچنین رشد چشمگیری در محافظ‌های صورت و سایر پوشش‌های صورت در طول پاندمی انجام شده است. USP می‌گوید که Unisoft special و سری گریدهای پزشکی خاصیت ارتجاعی، خواص بازیابی و مقاومت در برابر پارگی مطلوبی را ارائه می‌دهند. به عنوان مثال، چندین میلیون محافظ صورت تولید شده است که از مواد USP برای بند تسمه‌ای اتصالدهنده استفاده می‌کند.
قاتل کرونا
محققان اسپانیایی و ژاپنی محافظ صورتی را ساخته اند که طیف وسیعی از میکروب‌ها را غیر فعال می‌کند؛ از جمله کرونا در کمتر از یک دقیقه. محافظ صورتی که توسط محققان دانشگاه کاتولیک والنسیا (UCV) ساخته شده است متکی است بر ورق PET که با پوشش ضد میکروبی نازک بنزآلکونیوم‌کلرید اصلاح شده است. Angel serrano که این تحقیق را رهبری می‌کند، می‌گوید محافظ‌های صورت معمولاً دارای فعالیت ضد میکروبی نیستند و تنها به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می‌کنند. یک فرد سالم در صورت تماس با سطوح آلوده از این مواد میتواند مبتلا شود. همچنین غیر فعال کردن “ویروس‌های پوشیده شده” مانند SARS-CoV-2 در عرض یک دقیقه تماس با سطح در برابر استافیلوکوکوس اورئوس و استافیلوکوکوس اپیدرمی مؤثر است که هر دو به آنتی‌بیوتیک متی‌سیلین مقاوم هستند. Serrano گفت: ترکیب ضد میکروبی توسعه یافته در UCV میتواند برای ساخت انواع دیگری از محافظت‌کننده‌ها نظیر عینک، ماسک و صفحه‌های جداکننده در مغازه‌ها استفاده شود. بنزآلکونیوم کلرید (BAK) معمولاً به عنوان یک ماده ضد عفونی‌کننده استفاده میشود. این با غوطه‌ور کردن پلاستیک در حلال حاوی BAK بر روی PET اعمال میشود. یک پوشش با ضخامت در حدود ۲۵ میکرون را ایجاد می‌کند. این توسعه در مجله بین‌المللی علوم مولکولی (International Journal of Molecular sciences) منتشر شده است.
UVC می‌گوید محافظ صورت PET پوشش داده شده آن در کمتر از یک دقیقه کروناویروس را غیرفعال می‌کند.
عاری از پاتوژن
پروژه‌ای که در یک بیمارستان سوئیس انجام شده است نشان داده است که فیلم چسب ضد میکروبی به کاهش سطح پاتوژن‌های سطوح کمک کرده است. مطالعه در دانشگاه بیمارستان Basel به چگونگی کارآمدی فیلم چسبنده پلاستیکی پوشش داده شده از Hexis با استفاده از مواد ضد عفونی شده نگاه کرد که در برابر پاتوژن‌های به دست آمده از عفونت‌های بیمارستانی عمل می‌کند. این فیلم برای سطوحی با لمس مکرر اعمال شد مانند میزهای رو تختی و صندلی‌های توالت. نیمی از سطح به عنوان یک کنترل در معرض دید قرار گرفت. طی چندین ماه رویه تمیز کردن معمولی انجام گرفت. سواب (میله برداشت) از سطوح پردازش شده و نشده به مساحت ۲۵ سانتی‌متر مربع گرفته شد و میکروارگانسیم‌ها بررسی شد. فیلم پردازش شده منجر به کاهش بیش از ۹۸% از میکروارگانیسم‌های زنده ماندنی در تمام انواع سطوح شد. Andreas Widmer رهبر این مطالعه بیان کرد: سطوح درمان شده با استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها میتواند از گسترش پاتوژن‌های مقاوم به چند دارو در بیمارستان‌ها جلوگیری کند. حتی ضد عفونی روزانه نمی‌تواند در عرض چند ساعت از آلودگی مجدد جلوگیری کند. اما سطوح درمان شده ضدمیکروبی میتواند این شکاف را ببندد (پرکند). نتایج در ژورنال Antimicrobial Resistance &infection control منشر شد.
فیلم جسبنده ضد میکروب به کاهش سطح پاتوژن در بیمارستان سوئیس کمک می‌کند.
پتری‌دیش هوشمند
Greiner Assistec تولیدکننده پیشرو در اروپا به Accensors، یک متخصص فناوری حس‌گر فیلم برای توسعه یک پتری‌دیش هوشمند با استفاده از ترموفرمینگ کمک می‌کند. هدف از همکاری ارائه امکان خرید قطعات پلاستیکی ترموفرم شده با سیستم‌های حس‌گر چاپی به مشتریان است. به عنوان بخشی از پروژه آزمایشی، یک نمونه اولیه آزمایشی در حال حاضر به شکل یک پتری‌دیش هوشمند توسعه یافته است. این شامل چاپ دو حس‌گر روی فیلم PET قبل از قرار دادن آن در فرآیند ترموفرمینگ است. نمونه اولیه میتواند مقدار pH و دمای متوسط دیش (ظرف) را با استفاده از اسکنر Accensors و اپلیکیشن چک کند. داده‌های به دست آمده برای رسیدن به نگرشی جدید در تحقیق و توسعه قابل استفاده است. حس‌گر هوشمند سیستم‌ها را میتوان تولید کرد و بر روی فیلم‌ها یا قیمتی مقرون به صرفه در حجم بالا چاپ کرد. در طول ترموفرمینگ فیلم چاپ شده با فناوری حس‌گر به شکل سه‌بعدی تا موقع حفظ عملکرد حس‌گر تشکیل شده است. بنابراین ظروف پتری‌دیش را میتوان تا حد امکان به طور مؤثر نظارت کرد. Natascha Andraschek مدیر فناوری در Greiner Assistec گفت: توسعه این پتری‌دیش هوشمند نتیجه امیدوارکننده‌ای به همراه داشت و یکی از چندین امکانات مختلف برای ترموفرمینگ قطعات پلاستیکی از طریق الکترونیک چاپی را برجسته می‌کند.
Eike Wilhelm Kottkamp مدیر عامل Innome شرکت مادر Accensors افزود: اجرای حس‌گرهای فیلم ترموفرم شده در هندسه سه‌بعدی نقطه برجسته کلیدی در نقشه راه ماست. در حال حاضر در حال برگزاری گفتگو مقدماتی با طرف‌های علاقه‌مند به موضوع در کاربرد خاص بیوتکنولوژی، تولید هوشمند و بخش‌های کشاورزی هستیم.
پتری‌دیش هوشمند ترموفرم شده میتواند pH و دما را نظارت کند.
بازیافت پزشکی
Vinylplus یک پروژه همکاری اروپایی در راستای بازیافت تجهیزات پزشکی PVC یک‌بار مصرف آغاز کرده است. Vinylplus med براساس Vinylplus قبلی ساخته شده و توسط طرح بازیافت Recomed تأمین مالی شد. طرح بازیافت برای تجهیزات پزشکی PVC یک‌بار مصرف در بلژیک برای کمک به دسته‌بندی زباله‌های پزشکی بیمارستانی PVC در حال توسعه است. این طرح بر تمیزی تمرکز خواهد داشت و مطابق با گواهی REACH ضایعات PVC میتوان آنها را به طیف وسیعی از محصولات عرضه شده در سراسر اروپا بازیافت کرد. در همکاری با گروه بیمارستان‌های اروپا ضایعات PVC با کیفیت بالا از بخش‌های مختلف جمع‌آوری و بازیافت خواهد شد. به گفته Brigitte Dero مدیرعامل Vinylplus بیشتر زباله‌ها با بیماران در تماس نبوده است و اکثر ضایعات پزشکی PVC غیر عفونی هستند و زمانی که به درستی دسته‌بندی و جمع‌آوری شود قابل بازیافت اند. ما مشتاق هستیم قابلیت بازیافت PVC را در این بخش حساس افزایش دهیم. شرکای دیگر شرکت مدیریت پسماند Renewi و بازیافت Raff plastics هستند. همه شرکای بلژیکی Vinyl plus Med در شعاع ۱۲۰ کیلومتری قرار دارند تا مسافت‌های حمل و نقل را به حداقل رسانده و ردپای کربن را کاهش دهند. Caroline Van
der Perre یکی از صاحبان Raff plastics گفت: مواد زیادی وجود دارد که میتوان آنها را بازیافت کرد اما به دلیل شرایط نامساعد دفن و یا سوازنده میشوند. پروژه‌ای مانند این به تجدید مواد اولیه کمک می‌کند. تجهیزات پزشکی PVC در ۸ کشور از جمله استرالیا، نیوزلند، بریتانیا، آفریقای جنوبی، کانادا، گواتمالا، کلمبیا و تایلند بازیافت میشوند.
سرمایه گذاری در TPE
Hexpol بیش از ۵ میلیون یورو (۶ میلیون دلار) در سایت خود در Amal سوئد جهت ساخت مواد پزشکی سرمایه‌گذاری خواهد کرد. به گفته شرکت این سرمایه‌گذاری ظرفیت تولید TPE را گسترش خواهد داد و از تقاضای روبه رشد حمایت کرده و نیازهای بازار را تغییر می‌دهد. احداث سالن جدید شروع شده و می‌بایست در پاییز ۲۰۲۲ به پایان برسد. فضای جدید به تولید مواد برای تجهیزات پزشکی اختصاص خواهد یافت. گریدهای Mediprene در کابردهایی از جمله بسته‌بندی پزشکی و لوله استفاده میشوند. این تجهزات برای به حداقل رساندن خطر آلودگی طراحی شده است و یک خط آمیزه‌سازی دو مارپیچ جدید را با تغذیه‌کننده‌های وزنی و سیستم‌های نظارتی پیش‌رفته در خود جای می‌دهد. به گفته Brunstam رئیس و مدیرعامل Hexpol این سرمایه‌گذاری تعهد مستمر ما را در ناحیه مهم محصول تأیید می‌کند.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com
تجزیه شدن: پیشرفت‌ها در پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر
تقاضای مصرف‌کننده برای پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر به پیش‌برد تحولات همه چیز از تحقیقات اساسی و گریدهای جدید تا سرمایه‌گذاری کارخانه در مقیاس بزرگ کمک کرده است.
تحولات در پلاستیک‌های زیستی و به ویژه آنهایی که به طور ایمن در محیط زیست تجزیه میشوند با سرعتی سریع ادامه می‌یابد. در سطح پژوهش، دانشمندان در تلاش برای درک برخی از مکانیسم‌هایی هستند که مواد نسبتاً جدید هنگام تخریب رفتار می‌کنند. محققان آلمانی مکانیسم‌هایی که در پس چگونگی تخریب زیستی پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر در خاک است را مطالعه کردند که استفاده از این مواد منطقی است یا خیر. به گفته François Buscot اکولوژیست (بوم‌شناس) در مرکز تحقیقات محیطی UFZ با وجود تصویر مثبت زیست‌تخریب‌پذیری پلاستیک‌ها، ما هنوز اطلاعات کمی در مورد نحوه عملکرد آنها در خاک داریم و یا این که چگونه در خاک تخریب میشوند. این تیم تعدادی از زمینه‌ها را بررسی کرد: چگونگی تخریب سریع پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر، میکروارگانیسم‌های درگیر، نحوه تعامل آنها و کدام شرایط روند تخریب را ترویج و مهار می‌کند. Witoon Purahong بوم‌شناس خاک در UFZ و نویسنده اصلی یک مطالعه در علم و تکنولوژی محیط زیست افزود: ما همچنین می‌خواستیم تغییرات دمایی و سطوح بارندگی که در نتیجه تغییر آب و هوا بر تخریب‌پذیری اثر گذار است را بیابیم. تمرکز اصلی ما بر روی فیلم‌های مالچ و باغبانی بود. این‌ها معمولاً از پلی‌اتیلن (PE) ساخته میشوند اما بقایای این فیلم‌ها اغلب در خاک باقی می‌مانند. تیم قصد داشت متوجه هر گونه اثر راه‌گزینی به جاگزین‌های زیست‌تخریب‌پذیر شود. برای انجام این کار، چگونگی تخریب زیستی فیلم مالچ زیستی پلی‌بوتیلن‌سوکسینات‌کوآدیپات (PBSA) تحت شرایط طبیعی در زمینه فیلم‌های کشاورزی را بررسی کرد. محققان بین شرایط آب و هوایی امروز و شرایط شبیه‌سازی شده آلمان در حدود سال ۲۰۷۰ تمایز قائل شدند. آنها از روش‌های زیست‌شناسی مولکولی مدرن برای تخمین این که کدام میکروب‌ها پلاستیک و خاک اطراف را به استعمار خود درآورده استفاده کردند. پس از حدود یک سال عمدتاً به دلیل تأثیر قارچ‌ها ۳۰% از PBSA تخریب شده بود در همان زمان یک تحول هوشمند و جامعه بازیافت از میکروب‌های تشکیل شده در اطراف پلاستیک تشکیل شد. سرعت تخریب به ندرت تحت تأثیر تغییرات مورد انتظار آب و هوایی بود. در مطالعه دوم (منتشر شده در علوم زیست محیطی) محققان جامعه میکروبی تحت شرایط سخت‌تر مانند زمانی که مقادیر زیادی از PBSA وارد خاک میشود و اثر غلظت بالای کود نیتروژن را مورد بررسی قرار دادند. مقادیر زیادی از PBSA جامعه میکروبی در خاک را تغییر داد. ۶% افزایش PBSA در خاک باعث کاهش تنوع ۴۵% گونه‌های قارچی شد. با این حال بار بالایی از PBSA همراه با کود دادن سبب گسترش تکثیر قارچ‌های آسیب‌رسان گیاه شد. Buscot بیان کرد: هنگامی که مقدار زیادی از پلاستیک به محیط زیست برسند هرگز خوب نیست حتی اگر زیست‌تخریب‌پذیر باشد. او گفت که استفاده از پلاستیک زیست‌تخریب‌پذیر در این نوع کاربرد منطقی است اما مهم این بود که از قبل در مورد خواص تخریب آنها بدانید.
آزمون میدانی
Biome Bioplastics و Suregreen مستقر در انگلستان شروع آزمایش میدانی در مقیاس بزرگ و فروش اولیه پناهگاه درختان زیست‌تخریب‌پذیر آنها را آغاز کردند. پناهگاه‌ها برای پنج سال اول از زندگی آنها محافظت می‌کنند و سپس طی دو سال بعدی تجزیه بیولوژیکی میشوند. پناهگاه‌ها معمولاً از پلاستیک‌های معمولی ساخته میشوند که در صورت عدم جمع‌آوری منظره را پر می‌کنند. به گفته Tim Oliver مدیر فنی فروش Suregreen، بدون کمک پناهگاه درختان احتمالاً تا ۹۰% از درختان کاشته شده یا از بین می‌روند یا آسیب می‌بینند. بنابراین آنها هیچ ارزش تجاری بالقوه‌ای ندارند. شرکا اکنون بر کارایی (عملکرد) حدود ۴۰۰۰۰ پناهگاه در بیش از ۴۰ سایت نظارت خواهند کرد تا به نرخ بالای بقای نهال در چند سال آینده اطمینان حاصل کنند. به موازات آن مشتریان زود هنگام می‌توانند پناهگاه‌های تحت برند Vigilis Bio را خریداری کنند. Paul Mines مدیر عامل Biome Bioplastics افزود: این آزمایش میدانی گام بعدی به سوی تجاری سازی پناهگاه جدید درختان است و ما مشتاقانه منتظر دیدن نتایج آزمایشگاهی خود در شرایط زندگی واقعی هستیم.
ضایعات گوجه فرنگی
محققان اسپانیایی به دنبال استفاده از زباله‌های موجود از گوجه فرنگی و فرآوری آن جهت ساختن فیلمی که میتواند برای بسته بندی مواد غذایی استفاده شود. این تیم از مؤسسه نیمه گرم‌سیری و باغبانی مدیترانه‌ای (IHSM) در مالاگا، اسید‌های چرب غیر اشباع مختلف و پلی‌هیدروکسیله را که تفاله گوجه فرنگی نامیده میشود، استخراج خواهد کرد که شامل پوست گوجه فرنگی، دانه‌ها و دیگر مواد فیبری است. این‌ها در تولید محصولاتی مانند سس کچاپ تولید میشوند. محققان می‌گویند در نتیجه پلاستیک زیستی در عرض یک ماه در دریا تجزیه میشود. با این حال ممکن است مدتی طول بکشد تا تجاری شود، همان طور که باید اقتصادی تولید شود. سلولز استخراج شده میتواند برای ساختن یک فیلم شفاف یا بسته‌بندی پلاستیکی برای کاربردهای متعدد استفاده شود.
سود دارایی
Wacker می‌گوید که دو تا از افزودنی‌های آن برای پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر، Vinnex و Genioplast که میتواند فرآیندپذیری و خواص مواد را افزایش دهد. آزمایشات اخیر نشان می‌دهد که محصولات بیشتر زمانی که به صورت ترکیبی استفاده میشود، مؤثرتر است. پلی‌لاکتیک‌اسید (PLA) و پلی‌بوتیلن‌سوکسینات (PBS) را برای غربال‌گری آنها استفاده کرد. اگرچه پلیاسترهای زیستی به عنوان جای‌گزین ترموپلاستیک‌های رایج در نظر گرفته میشوند، فرآیندها آنها ممکن است دشوار باشد و نیاز به افزودنی‌های مناسب برای دست‌یابی به ویژگی مناسب است. آزمایشات نشان داد که اثرات Vinnex و Genioplast در سیستم‌های زیستی پر شده و پر نشده ممکل یکدیگرند. در نمونه آزمایش شده، Genioplast به عنوان یک تقویت‌کننده عملکرد و افزایش اثرات با افزونی Vinnex که قبلاً استفاده شده بود به دست آمد. در چندین مورد خواص را در حالی که Vinnex هیچ تأثیری نداشته بهبود میبخشد. افزودن Genioplast اصطکاک سطحی را کاهش می‌دهد که مقاوت در برابر خراش و سایش افزایش می‌یابد. ترکیب افزودنی به بهبود خواص مکانیکی ماده نهایی کمک می‌کند. به گفته Wacker زمانی که به مقادیر معمول استفاده میشوند و بسته به سیستم منفرد، مواد افزودنی تأثیری بر تخریب‌پذیری پلیاسترهای زیستی مانند PLA، PBS یا نشاسته ترموپلاستیک ندارد. افزودنی‌های Vinnex برای اصلاح پلیاسترهای زیستی و نشاسته توسعه یافتند و بر پایه پلی‌وینیل‌استات بوده و به صورت پودر و گرانول در دسترس هستند. افزودنی‌های Genioplast بر پایه سیلیکون بوده و به صورت گرانول موجود است.
تقاضای گسترده در ژاپن
Kaneka قرار است ظرفیت تولید پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر PHBH را افزایش دهد. در ژاپن سیاره سبز نامیده میشود. این شرکت حدود ۱۵ میلیارد ین (۱۳۰ میلیون دلار) در سایت تولیدی Takasago سرمایه‌گذاری خواهد کرد. این ظرفیت سالانه را از ۵۰۰۰ تن به ۲۰۰۰۰ تن افزایش می‌دهد. تکمیل آن برای ژانویه ۲۰۲۴ برنامه‌ریزی شده است. Kaneka می‌گوید تقاضای پلاستیک‌های زیستی در ژاپن در حال افزایش است، زیرا امسال این کشور قوانینی را معرفی خواهد کرد که استفاده از پلاستیک‌های یک‌بار مصرف را کاهش دهد. این شرکت نیز برنامه‌هایی برای افزایش ظرفیت تولید در اروپا و آمریکای شمالی دارد، جایی که تقاضا در حال افزایش است. به گفته شرکت این طرح تجاری سبز پتانسیل صدها هزار تن را دارد و محصول اصلی در مجموعه ما خواهد بود. این ماده از زیست توده نشأت می‌گیرد و توسط میکروارگانیسم بیوسنتز روغن‌های گیاه تولید شده که هم در آب (آب شور و شیرین)، (در CO2 و آب) و هم در خاک تجزیه میشود. در حال حاضر در کاربردهایی مانند کپسول قهوه، کیسه و فیلم استفاده میشود. Kaneka تخمین می‌زند که حدود ۲۵ میلیون تن در سال از پلاستیک‌های یک‌بار مصرف در سراسر جهان جای‌گزین شود.
طرح‌های کارخانه برای PLA
Natureworks از شرکت‌های مادر خود برای ساخت یک PLA جدید در مجموعه تایلند مجوز دریافت کرده است. این شرکت قصد دارد بیش از ۶۰۰ میلیون دلار آمریکا برای ساخت این مجموعه سرمایه‌گذاری کند. این مجموعه شامل تولید لاکتیک اسید، لاکتاید و پلیمر است که به گفته Natureworks اولین تسهیلات PLA یک‌پارچه کامل خواهد بود. کار بر روی مجتمع تولیدی جدید در مجتمع زیستی Nakhon Sawan در سه ماهه دوم شروع میشود. انتظار می‌رود در ۲۰۲۴ بازگشایی شود و ظرفیت سالانه ۷۵۰۰۰ تن را دارد و مجموعه کامل گریدهای PLA Ingeo را تولید کند. Rich Altice رئیس و مدیر عامل Natureworks ضمن تشکر از حمایت مداوم شرکت‌های مادر، برنامه ما برای دومین Inego PLA برنامه‌ریزی شده و و محل تولید همچنان به پیشرفت خود ادامه می‌دهد. Naturewokrs در حال حاضر ظرفیت ۱۵۰۰۰ تن PLA در سال را نبراسکا، ایالت متحده دارد که در حال برنامه ریزی برای توسعه آن است. شرکت‌های مادر GC International corporation of Thailand و Cargill مستقر در ایالت متحده هستند. Natureworks نیز در آستانه ورود به دفتر مرکزی جدید است که شامل یک مرکز تحقیقاتی پلیمر زیستی در پلیموث، مینه سوتا است. توانایی آزمایشگاه توسعه یافته به تحقیقات پشتیبان در مورد پلیمرهای زیستی Ingeo کمک خواهد کرد. همچنین به ساخت و بهره‌برداری از مجتمع تولیدی Ingeo تایلند کمک خواهد شد. altice اظهار داشت: ما فضایی را طراحی کردیم که امکان تحقیق، توسعه، اختراع و همکاری بین ما و شرکای بازار را فراهم می‌کند و این که در کجای جهان قرار دارند مهم نیست. این امکانات جدید به تسریع تحقیق و نوآوری کمک خواهد کرد.
گسترش سبز
پلیمرهای WPO برای توزیع محصولات فیلم قابل کمپوست Ecovio، شرکت BASF در اسپانیا و پرتغال است. از فیلم‌ها برای ساخت کیسه‌های خرید، کیسه‌های زباله، کیسه‌های میوه و سبزیجات ارگانیک استفاده میشود. BASF می‌گوید این فیلم‌ها به خرده‌فروشان کمک می‌کند تا قوانین مانند قانون اسپانیا برای کیسه‌های قابل کمپوست با ضخامت کمتر از ۵۰ میکرون را رعایت کنند. Ecovio ترکیبی از آمیزه PBAT شرکت BASF (Ecoflex) و مواد خام تجدیدشدنی است به این معنا که تا حدی زیستی است.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com
آخرین پیشرفت ها در حوزه فتوولتائیک ها
پلاستیک ها هم به عنوان نیمه هادی های آلی تخصصی و هم به عنوان زیرلایه برای تولید ارزان تر و منعطف تر تجهیزات، گزینه ای مناسب برای جایگزینی سلول های خورشیدی بر پایه سیلیکون هستند.
آخرین پیشرفت ها در حوزه فتوولتائیک ها
امروزه رشد جهانی مصرف انرژی و انتشار بیش از پیش گازهای گل‌خانه ای، منجر به افزایش آلودگی های زیست محیطی شده و ادامه این روند صدمات جبران‌ناپذیری را برای محیط زیست به همراه خواهد داشت. در قرن اخیر به منظور کاهش وابستگی جهانی به منابع انرژی تجدیدناپذیر و سوخت های آلوده‌کننده، تلاش های علمی زیادی برای تولید انرژی از منابع تجدیدپذیر مانند نور خورشید صورت گرفته که از جمله مهم ترین آن ها می توان به تولید انرژی الکتریکی با استفاده از سلول های خورشیدی اشاره کرد.
بسیاری از نیمه‌رساناها می‌توانند الکتریسیته را از نور خورشید تولید کنند. سلول‌های فوتوولتایی که اغلب سلول‌های خورشیدی نامیده میشوند، از جمله قطعات حالت جامد هستند که براساس تبدیل انرژی خورشید به الکتریسیته، کار می‌کنند. از مزایای این روش تبدیل انرژی این است که مواد غیر دوست دار محیط زیست تولید نمی‌کند و منبع نامحدودی از انرژی در اختیارمان قرار می‌دهد. متداولترین و بهترین سلول‌های خورشیدی توسعه یافته، از سیلیکون ساخته میشوند که دلیل آن کارایی بالای سیلیکون در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته است و همین امر سبب شده که این ماده همچنان از اصلی ترین گزینه ها در ساخت سلول های خورشیدی به شمار آید. با این حال سلول‌های خورشیدی سیلیکونی سخت و غیر قابل انعطافند و هزینه تولید و همچنین اسقاط بالایی دارند.
بنا بر همین دلایل، محققان در حال بررسی پتانسیل سلول های خورشیدی “آلی” (که با نام سلول های فتوولتائیک آلی نیز شناخته می شوند) هستند. مواد آلی معمولاً به عنوان نیمه رسانا (به جای سیلیکون) برای تبدیل نور به برق مورد استفاده قرار می گیرند و عموماً از مواد پلیمری بسیار تخصصی برای این منظور استفاده می شود.
در ساخت این نوع جدید از سلول های خورشیدی، به طور معمول از پلیمرها برای ساخت “جوهر” استفاده شده که بر روی یک زیرلایه پلاستیکی چاپ می شوند. این سلول ها عموماً انعطاف‌پذیرند و ساخت آن ها بسیار ارزان‌تر از نمونه سیلیکونی آن هاست. این مزیت ها می توانند منجر به گسترش استفاده از این نوع جدید از فتوولتائیک ها شود.
استفاده از لیزر
محققان دانشگاه پلی تکنیک میلان در ایتالیا به تازگی از لیزرهای با پالس کوتاه برای مطالعه خواص سلول های خورشیدی آلی استفاده کردند. این محققان معتقدند از جمله معایب این سلول ها کمتر بودن بازدهی تبدیل نور به الکتریسیته در آن ها نسبت به سلول های سیلیکونی است و از آنجا که مواد آلی دارای فیزیک پیچیده تری نسبت به مواد معدنی بلوری مانند سیلیکون هستند حل این مسئله با دشواری بیش‌تری همراه شده است. با این وجود، محققین ایتالیایی با استفاده از لیزرهای پالس کوتاه درباره رفتار این مواد به پژوهش پرداخته و در نهایت موفق به یافتن راهی برای بهبود بازدهی سلول ها به وسیله کاهش اتلاف در سطح مشترک بین ماده دهنده و گیرنده شدند. آنها از آمیزه دو ماده آلی در این مطالعه استفاده کردند و نتایج بررسی ها حاکی از آن بود که یک آمیزه بهینه از این مواد وجود دارد که اتلاف در آن حداقل است. به گفته این گروه از محققان، سلول های فتوولتائیک آینده که با استفاده از تکنولوژی مواد آلی ساخته می شوند منبع ارزان تر انرژی و با تأثیرات زیست محیطی کمتر خواهند بود. دیگر مزیت مهم سلول های جدید انعطاف پذیری مکانیکی بالای آن هاست که امکان استفاده از آن ها در کاربردهای روزمره مانند پنجره ها، خودروها، و حتی البسه را فراهم می آورد. نتایج این پژوهش به تازگی در مجله Nature نیز به چاپ رسیده است.
افزایش بازدهی
یک تیم تحقیقاتی، از آکادمی علوم چین، اخیراً موفق به تولید یک سلول خورشیدی آلی با کارایی ۱۷% و فرآیندپذیری بسیار عالی برای پوشش سطوح وسیع شده است. اگرچه فتوولتائیک های آلی دارای مزایای مختلفی هستند، اما معمولاً در آزمایشگاه و به وسیله فرآیند پوشانش چرخشی در اندازه های زیر ۰/۱ سانتی متر مربع تولید می شوند و این محدودیت اندازه برای پیشرفت آن ها در آینده ایجاد محدودیت می کند.
در فرآیند پوشانش چرخشی (spin coating) فیلم های خیس در اثر سرعت بالای چرخش به سرعت خشک می شوند. از طرفی، با افزایش مساحت، از سرعت خشک شدن فیلم کاسته می شود که این امر می تواند بر عملکرد نهایی آن ها اثرگذار باشد. به گفته این محققان چینی، ساخت سلول های OPV (فتوولتائیک آلی) با بازدهی بالا، با روش های موجود برای پوشش دهی مساحت های زیاد هنوز هم چالشی بزرگ به حساب می آید. با این وجود آنها موفق شدند با اصلاح ساختار شیمیایی یکی از پلیمرهای آلی که باعث افزایش راندمان به ۱۷% شده است، بر این مشکل غلبه کنند. نتایج این پژوهش که در مجله National Science Review منتشر شده است حاکی از آن است که تغییر ساختارهای شیمیایی مواد فعال نوری در تولید مساحت های بزرگ تر از اهمیت بالایی برخوردار است.
عملکرد در محیط های بسته
محققان دو دانشگاه در اسکاتلند، Strathclyde و St Andrews، طرحی از یک صفحه خورشیدی پلاستیکی ارائه دادند که نور محیط را برداشت کرده و هم زمان می تواند سیگنال های داده های چندگانه پر سرعت را نیز دریافت کند. به گفته این محققان، این طرح می تواند در پیشرفت های بعدی دستگاه های خود شارژ شونده متصل به اینترنت بسیار مفید باشد.
این گروه تحقیقاتی با استفاده از یک ترکیب بهینه از مواد نیمه رسانای آلی OPVهای پایداری را تولید کردند که قادر به تبدیل نور محیط های مسقف به برق هستند. در یک آزمون ارتباط نوری بی سیم، پنلی از ۴ سلول OPV مورد استفاده قرار گرفت. به گفته پروفسور Graham Turnbull از بخش Organic Semiconductor Centre دانشگاه St Andrews، این فتوولتائیک های آلی بستری فوق العاده برای برداشت برق از محیط های بسته برای تلفن های همراه فراهم می آورند و مزیت آنها نسبت به سیلیکون این است که می توان آنها را برای دست یابی به حداکثر بازده کوانتومی برای طول موج های روشنایی LED طراحی کرد که علاوه بر قابلیت دریافت داده، فرصت مهمی را برای دستگاه های خود شارژشونده اینترنت اشیا فراهم می آورند.
اینترنت چیزها (Internet of Things (IoT)) یا چیزنت که گاهی اصطلاح اینترنت اشیا نیز برای آن به کار می‌رود، به طور کلی به اشیا و تجهیزات محیط پیرامون‌مان که به شبکه اینترنت متصل شده و توسط اپلیکیشن‌های موجود در تلفن‌های هوشمند و تبلت قابل کنترل و مدیریت هستند، اشاره دارد. اینترنت چیزها به زبان ساده، ارتباط سنسورها و دستگاه‌ها با شبکه‌ای است که از طریق آن می‌توانند با یکدیگر و با کاربرانشان تعامل کنند. این مفهوم میتواند به سادگی ارتباط یک گوشی هوشمند با تلویزیون، یا به پیچیدگی نظارت بر زیرساخت‌های شهری و ترافیک باشد. از ماشین لباسشویی و یخچال گرفته تا پوشاک؛ این شبکه بسیاری از دستگاه‌های اطراف ما را دربرمی‌گیرد.
معمولاً نمی توان قابلیت انتقال داده و توانایی برداشت انرژی را در یک دستگاه گنجاند. پروفسور Professor Harald Haas از Strathclyde LiFi Research and Development Centre همچنین افزود: “تا جایی که اطلاع داریم تا کنون چنین چیزی نشان داده نشده است. می توان این طور تصور کرد که هنگام برداشت انرژی کافی برای تأمین انرژی بسیاری از حس‌گرهای توزیع شده هوشمند، پردازش داده ها و گره های ارتباطی (گره شبکه فیزیکی یک وسیله الکترونیکی است که به یک شبکه متصل میشود، و قادر به ایجاد، دریافت یا انتقال اطلاعات از طریق یک کانال ارتباطی است. در ارتباطات داده‌ای، گره شبکه فیزیکی ممکن است تجهیزات ارتباطی داده (DCE) مانند مودم، هاب، پل یا سوئیچ یا تجهیزات ترمینال داده (DTE) مانند گوشی تلفن دیجیتال، چاپ‌گر یا کامپیوتر میزبان باشد.)، کل دیوارها را به یک ردیاب داده گیگابایت در ثانیه تبدیل کرد.”
شرایط با نور کم
یک تیم مشترک تحقیقاتی از فرانسه و ژاپن نیز در حال بررسی چگونگی برداشت از نور داخلی هستند. Toyobo از ژاپن و مؤسسه تحقیقات فرانسه (CEA) ماژول‌های OPV اولیه را روی دو زیرلایه مختلف (فیلم نازک PET و شیشه) تولید کرده اند. در این محصولات آزمایشی از یک ماده تولیدکننده نیرو برای OPV استفاده می شود که Toyobo در حال تولید آن است. این ماده می تواند به راحتی در حلال ها حل شده و در نتیجه به طور مساوی روی یک لایه پوشانده شود.
به گفته این محققان، OPV نشانده شده بر روی شیشه، موفق به کسب بالاترین سطح بازدهی در محیط کمنور در دنیا شده است. OPV نشانده شده بر روی PET، که تولید آن دشوارتر از نمونه پوشش یافته بر روی شیشه است، در همان روشنایی در حدود ۱۳۰ میکرووات خروجی داشت. Toyobo قصد دارد تا اوایل سال ۲۰۲۳ این ماده را برای استفاده به عنوان منبع تغذیه بی‌سیم در دستگاه هایی مانند حس‌گرهای رطوبت، دما، و سنسورهای حرکتی تجاری کند.
ارتقای آمیزه ها
محققان دانشگاه هیروشیما در ژاپن با ترکیب چندین نیمه رسانای پلیمری و مولکولی موفق به ساخت یک سلول خورشیدی با بازده انرژی بالاتر و تولید برق بیشتر شده اند. این تیم تحقیقاتی با افزودن مقدار کمی از آمیزهای که نور را در طول موج های طولانی جذب می کند، موفق به تولید OPV با کارآمدی ۱/۵ برابری نسبت به نمونه بدون آمیزه شده اند. این آمیزه به دلیل تداخل نوری در دستگاه، شدت جذب را افزایش می دهد.
Itaru Osaka نویسنده مسئول مقاله مربوط به این پژوهش، که به تازگی در مجله Macromolecule به چاپ رسیده است، در این باره می گوید: “مقدار بسیار کمی از یک ماده حساس‌کننده به سلول OPV (شامل یک پلیمر نیمه رسانا است که قبلاً موفق به ساخت آن شدیم) افزوده شد. این امر منجر به افزایش قابل توجه در بازدهی تبدیل جریان نوری و نیرو می شود. راه حل کلیدی، استفاده از یک پلیمر بسیار ویژه است که امکان دست‌یابی به یک لایه نیمه رسانای بسیار ضخیم برای سلول های OPV را فراهم می آورد که می تواند اثر تداخل نوری را افزایش دهد. “وی در این رابطه افزود که این تیم تحقیقاتی سعی دارد در آینده از طریق تولید پلیمرهای نیمه رسانا و مواد حساس‌کننده بهتر که قادر به جذب بیشتر فوتون ها در ناحیه طول موج های بلندتر باشند، بازدهی را به میزان بیش‌تری افزایش دهد. به عقیده آن ها این امر به دست یابی به بالاترین بازده سلول های OPV در جهان منجر خواهد شد.
مشکلات پلی آمید
پلاستیک ها علاوه بر آن که جای گزین های غیر سیلیکونی برای انرژی خورشیدی به حساب می آیند، نقش کلیدی در فوتوولتائیک های معمولی نیز ایفا می کنند و در بخش هایی مانند صفحات پشتی که از اجزای الکترونیکی ظریف سلول محافظت می کنند، به کار می روند. در این بخش، آن ها باید از سلول در مقابل عواملی چون اشعه ماوراء بنفش، باد، باران شدید، و… که عمر مفید سلول خورشیدی را کوتاه می کنند، محافظت کنند. محققان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) دریافتند که بسیاری از صفحات خورشیدی دچار نقص زودهنگام می شوند که علت آن ترک خوردن صفحه پشتی است. ترک خوردگی زودرس عمدتاً ویژگی پلاستیک هایی مانند پلی آمید است، اما دلیل تخریب سریع آن ها هنوز مشخص نشده است. در حال حاضر، تیم مشترک تحقیقاتی NIST و Arkema دریافته‌اند که چگونه برهمکنش بین این پلاستیک ها، عوامل محیطی، و معماری صفحه خورشیدی ممکن است روند تخریب را تسریع کند. این یافته ها، که در Progress in Photovoltaics: Research and Applications نیز منتشر شده است، می تواند به محققان برای اجرای آزمون های بهتر مقاومت و ساخت صفحه های خورشیدی با دوام بیشتر کمک کند. Xiaohong Gu، مهندس مواد در NIST و از نویسندگان این مقاله، این طور بیان کرده است: “در بازه زمانی ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۲، بسیاری از ماژول ها دارای صفحه پشتی بر پایه پلی آمید بودند که با وجود برآورده کردن شرایط استاندارد، شکست در اثر ترک خوردگی چشم گیری را در کمتر از چهار سال ثبت کرده اند.”
Gu و تیمش نمونه هایی از این صفحات پشتی را از صفحه های خورشیدی در سراسر جهان، از جمله بخش هایی در ایالات متحده آمریکا، چین، تایلند، و ایتالیا، جمع آوری کردند. اکثر این صفحات که عمر مفید سه تا شش سال داشتند، نشانه های واضحی از ترک خوردگی زودرس را نشان داده اند. در ادامه، آزمایش های شیمیایی و مکانیکی نیز برای بررسی الگوها و شدت تخریب بر روی این نمونه ها صورت گرفت. نتایج این آزمایشات حاکی از آن بود که مناطقی که بیش‌ترین ترک در آن ها ایجاد شده بود، به سخت ترین مناطق نیز تبدیل شدند. به گفته Gu، نکته عجیب این بود که قسمت های داخلی ورق ها شکنندگی بیش‌تری داشتند. آن ها حدس می زنند که تخریب ناشی از نور خورشید در قسمت بالای مخزن یعنی فیلمی که سلول های خورشیدی را احاطه کرده است، مواد شیمیایی مخربی تولید می‌کند که به سمت صفحه پشت مهاجرت، و روند تخریب این صفحات را تسریع می کند. این سازوکار می تواند دلیل ایجاد شکاف بین سلول های خورشیدی را توضیح دهد چراکه مواد شیمیایی از طریق این مناطق می‌توانند به صفحه پشت راه یابند.
این محققان اسیداستیک را به عنوان عامل اصلی این اتفاق معرفی کردند: همان طور که می دانیم، این ماده برای پلی‌آمید مضر است و در صورت تخریب اتیلن‌وینیل‌استات (EVA) تولید می شود. به منظور آزمایش این فرضیه، محققان تخریب نوارهای پلی آمید را در اسیداستیک، هوا و آب با هم مقایسه کردند. در نمونه هایی که در معرض اسید استیک قرار گرفتند، ترک هایی به وجود آمد که مشابه ترک در نمونه هایی بود که در صفحه پشتی دیده می شوند و این ترک ها بسیار بدتر از ترک در نمونه هایی بود که در هوا یا آب قرار گرفتند. به گفته این محققان، نتایج این پژوهش نشان داد که برهمکنش بین مواد یکی از ملاحظات مهمی است که در هنگام طراحی صفحات خورشیدی باید مورد توجه قرار گیرد.
منبع خبر
www.polimi.it/en/
www.scichina.com
www.strath.ac.uk
www.st-andrews.ac.uk
www.toyobo-global.com
www.cea.fr
www.hiroshima-u.ac.jp
www.nist.gov
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com
الیاف شیشه؛ انواع و کاربردهای مختلف کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه
الیاف شیشه رایج‌ترین و پرمصرف ترین لیف مورد استفاده در صنعت کامپوزیت است. بر حسب نوع و ترکیب مواد به کار رفته در تهیه آنها، الیاف شیشه به انواع مختلف تقسیم‌بندی میشوند. ماده اصلی تسکیل دهنده الیاف شیشه همانند شیشه‌های معمولی (Soda-lime glass)، سیلیکا (SiO2) است. اکسیدهای دیگر مانند B2O3 و و Al2O3 برای اصلاح ساختمان شبکه SiO2 و همچنین بهینه کردن فرآیند ساخت نظیر پایین آوردن دمای ذوب به آن افزوده میشوند.
ساختمان الیاف شیشه یک شبکه سه بعدی از سیلیکون، اکسیژن و دیگر اتم‌ها است که به صورت غیر منظم در کنار هم قرار گرفته‌اند. لذا الیاف شیشه، ساختمانی آمورف یعنی غیر بلوری و همسان (Isotropic) دارند. یعنی در تمام جهات دارای خواص مکانیکی یکسان هستند. مزایا این لیف به شرح زیر است: قیمت پایین، استحکام کششی بالا، مقاومت شیمیایی بالا، خواص عایق عالی (حرارتی و الکتریکی).
ساختار مولکولی الیاف شیشه بر پایه SiO2
الف)واحد اصلی SiO2 ب) ترکیب دو واحد ج) شبکه سه بعدی اتفاقی SiO2
انواع مختلف الیاف شیشه
الیاف شیشه به صورت A، C، D، E، M و S نام‌گذاری شده‌اند.
حرف A اشاره به soda-lime glass دارد و از واژه Alkali گرفته شده و همان شیشه معمولی است که در گذشته متداول بوده است.اما امروزه تقریباً نوع E جای‌گزین آن شده است.
حرف C از واژه Chemical گرفته شده است و الیافی است که مقاومت شیمیایی خوبی را از خود نشان می‌دهد.
حرف D از واژه Dielectric گرفته شده است و الیافی است که کم‌ترین ثابت دی‌الکتریک را دارد. هر چه ثابت دی‌الکتریک یک ماده کمتر باشد آن ماده در برابر امواج الکترومغناطیس شفاف‌تر (transparent) است. لذا از این الیاف در ساخت سپرهای محافظ رادار استفاده میشود تا ضمن محافظت از رادار از عوامل جوی، امواج را بدون افت از خود عبور دهند.
حرف E از واژه Electrical گرفته شده است. این الیاف خواص عایق الکتریکی خوبی از خود نشان می‌دهند و پایین‌ترین قیمت را دارا می‌باشند. بیشتر از ۹۰% از الیاف شیشه مورد استفاده در صنعت کامپوزیت از این نوع است.
حرف M از واژه Modulus گرفته شده است و الیافی هستند که مدول بالایی دارند.
حرف S اشاره به High Strength دارد و این الیاف بالاترین استحکام را دارا می‌باشند. استحکام این نوع الیاف ۲۰% از نوع E بیشتر و قیمت آن ۴ برابر الیاف E است.
در سال‌های اخیر الیافی با نام ECR (Extra Corrosion Resistant) به بازار عرضه شده است که در واقع همان الیاف بهبود یافته می‌باشند. این نوع الیاف مقاومت بسیار خوبی در برابر اسیدها و بازها از خود نشان می‌دهند.
همچنین نوع دیگری از الیاف شیشه با درصد بالای SiO2 بالا (High Silica) ابداع شده است که مقاومت حرارتی آنها بسیار زیاد است. این نوع الیاف برای ساخت سپرهای حرارتی استفاده میشود و جای‌گزین مناسبی برای الیاف پنبه کوهی محسوب میشوند. قیمت این نوع الیاف در حدود ۱۰ برابر الیاف شیشه نوع E می‌باشد.
نکته قابل توجه در مورد رشته الیاف تشکیل شده از الیاف با قطر کم آن است که در صورت ظهور پدیده شکست (Brittle Fracture) ناشی از رشد ترک‌ها (Crack) که میتواند به دلیل وجود ترک‌های ریز یا نقص‌های سطحی (Surface Flaws) موجود بر سطح لیف باشد، تنها الیاف منفرد می‌شکنند و از شکست کامل رشته الیاف جلوگیری به عمل می‌آید. بنابراین یک رشته الیاف (Strand) دارای استحکام شکست بیشتر نسبت به یک لیف با قطر کلی مشابه آن می‌باشد. زیرا در یک لیف ضخیم، رشد یک ترک، به خاطر نقص‌های سطحی منجر به یه شکست کامل آن میگردد.
عوامل مؤثر بر استحکام الیاف شیشه:
بررسی‌ها نشان می‌دهد که خواص الیاف شیشه علاوه بر مواد به کار رفته در ساختار آنها به عوامل دیگری مانند شرایط محیطی و… نیز وابسته است.
الف- سرعت اعمال بار: استحکام الیاف شیشه با سرعت کشش اعمال شده در حین آزمایش کشش، افزایش می‌یابد.
ب- دما: استحکام الیاف شیشه با افزایش دما، کاهش می‌یابد. به عنوان مثال افزایش دما از ۲۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد حدود ۳۰% افت استحکام را به دنبال داشته است.
ج- رطوبت: استحکام الیاف شیشه با افزایش رطوبت کاهش می‌یابد.
کاربردهای مختلف کامپوزیت های پلیمری تقویت شده با الیاف شیشه
الکترونیک: GRP به طور گسترده ای برای تولید برد مدار (PCB)، تلویزیون، رادیو، کامپیوتر، تلفن همراه، روکش موتور الکتریکی و غیره مورد استفاده قرار گرفته است.
خانه و مبلمان: ورقه های سقف، تجهیزات وان، پنجره ها، سایه بان، قفسه ها، میزهای چای، وان های آبگرم و غیره.
هوانوردی و هوا فضا: GRP به طور گسترده ای در هوانوردی و هوا فضا مورد استفاده قرار گرفته است اگرچه به طور گسترده ای برای ساخت چارچوب اولیه هواپیما استفاده نمی شود ، زیرا مواد جایگزینی وجود دارد که با کاربردهای آن متناسب تر است. کاربردهای معمولی GRP ، پوشش های موتور ، قفسه های چمدان ، محفظه های ابزار ، سرپوش ها ، کانال ها ، سطل های ذخیره سازی و محفظه های آنتن است. همچنین از آن به طور گسترده ای در تجهیزات حمل و نقل زمینی استفاده می شود.
ساخت قایق و کاربردهای دریایی: خواص این ماده به طور ایده آل برای ساخت قایق مناسب است. اگرچه قبلا مشکلاتی در جذب آب وجود داشته ایت، اما رزین های مدرن از مقاومت بالاتری برخوردار هستند و از آنها برای ساخت نوع ساده قایق ها استفاده می شود. در حقیقت، GRP در مقایسه با سایر مواد مانند چوب و فلزات ، دارای وزن کمتری است.
پزشکی: GRP به دلیل تخلخل کم، لکه دار نشدن و سایش سخت، به طور گسترده ای برای کاربردهای پزشکی مناسب است. از محفظه های وسایل گرفته تا تخت های اشعه ایکس (جایی که شفافیت اشعه ایکس مهم است) از GRP تشکیل شده است.
اتومبیل: GRP به طور گسترده ای در تولید قطعات خودرو مانند پانل های بدنه، روکش صندلی، پانل درها، ضربه گیرها و روکش موتور مورد استفاده قرار گرفته است. می توان گفت، GRP به طور کلی برای جایگزینی قطعات فلزی و غیر فلزی موجود در کاربرد های مختلف مورد استفاده قرار گرفته است و هزینه های شکل دهی آن در مقایسه با مجموعه های فلزی نسبتاً کم است.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com
راهنمای جامع بهبود دهنده های چسبندگی (Adhesion Promoter) در پلیمرها
رزین ها و کامپوزیت های پلیمری معمولاً انرژی سطحی پایینی داشته و فاقد گروه های عاملی قطبی هستند، و در نتیجه به طور ذاتی خواص چسبندگی ضعیفی دارند. بنابراین، به منظور بهبود چسبندگی پلیمرها با دیگر اجزای یک آمیزه، اعم از پرکننده یشان و یا حتی پلیمرهای دیگر موجود در ترکیب، موادی تحت عنوان بهبوددهنده های چسبندگی به آنها اضافه می شوند. بهبوددهنده ها دارای گروه های عاملی فعال هستند که به افزایش چسبندگی/امتزاج پذیری دو جز ناسازگار کمک می کنند. سیلان ها، ترکیبات آلی فلزی، و بهبوددهنده های پلیمری، مثال هایی از بهبوددهنده های چسبندگی هستند.
-چگونه می توان چسبندگی پلیمرها را بهبود بخشید؟ زمانی که پلیمرها را با دیگر اجزا مخلوط می کنیم، که این جز دیگر می تواند فیلر و یا حتی پلیمر دیگری باشد، این دو، یا این چند جز، الزاماً شبیه یکدیگر نیستند. در بیش تر موارد، شاهد چسبندگی ضعیف و یا عدم چسبندگی و یا حتی یک نیروی دافعه بین اجزا خواهیم بود. درست مانند مخلوط آب و روغن که بدون وجود همزن اجزاء از هم جدا خواهند شد. در دنیای پلیمر میتوان مخلوط PE و PA را مثال زد. به منظور رفع این مشکل و کمک به چسبندگی اجزا می توان از بهبوددهنده های چسبندگی استفاده کرد. بهبوددهنده هایی که کار با آنها راحت است، بهبوددهنده های پلیمری هستند که می توان از آنها تحت عنوان سازگارکننده (compatibilizer) و یا عامل اتصال دهنده یا عامل جفت کننده (coupling agent) یاد کرد. این مواد به عنوان عوامل فعال سطحی (surfactant) عمل می کنند. بر اساس نوع عمل کرد، بهبوددهنده های چسبندگی به دو دسته تقسیم می شوند:
زمانی که بهبوددهنده های چسبندگی به منظور افزایش امتزاج پذیری دو پلیمر ناسازگار مورد استفاده قرار گیرند، به آنها سازگارکننده گفته می شود. زمانی که بهبوددهنده های چسبندگی به منظور ایجاد چسبندگی بین یک سیستم پلیمری و یک فیلر به کار بسته شوند، به آنها عامل جفت کننده یا عامل اتصال گفته می شود. بسته به اینکه بهبوددهنده های چسبندگی دارای گروه عاملی باشند که آنها را قادر به واکنش با اجزای موجود در آمیزه مد نظر کند یا نه، می توانند فعال یا غیر فعال باشند.
هدف این است که بهبوددهندهی چسبندگی در سطح مشترک عمل کرده و چسبندگی بین دو لایه را از طریق کاهش کشش سطحی افزایش دهد.
-سازوکار عملکرد عامل جفت کننده یا اتصال دهنده
یک عامل جفت کننده یا بهتر است بگوییم یک عامل اتصالدهنده پلیمری، پلیمری است که یک پرکننده غیرآلی را به یک ماتریس پلیمری متصل می کند.
پرکننده های متداول عبارتند از:
- کربنات کلسیم
- الیاف شیشه
- تالک، یا
- تأخیراندازهای شعله مانند ATH (آلومینیوم تریهیدرات) یا Mg(OH2) (منیزیم هیدروکساید)
هدف از افزودن مواد پرکننده عبارتند از:
- کاهش قیمت پلیمر (CaCO3,Talc)
- افزایش چقرمگی و یا سفتی پلیمر (الیاف شیشه، CaCO3)
- ایجاد تاخیر در شعله( Mg(OH2),ATH)
در هر صورت، افزودن پرکننده باعث کاهش ازدیاد طول در هنگام شکست، کاهش انعطاف پذیری، و در بسیاری از موارد کاهش چقرمگی پلیمر می شود چراکه پرکننده ها به مقدار بسیار زیادی در ترکیب وجود خواهند داشت. (به عنوان مثال ATH؛ ۲۰٪ پلیمر، ۸۰٪ پرکننده).
دلیل این امر این است که در اکثر موارد، پرکننده ها با پلیمرها سازگار نیستند، این بدان معنی است که پرکننده ها پلیمرها را خیلی دوست ندارند و حتی آنها را دفع می کنند.
به منظور غلبه بر مشکلات ناشی افزودن مواد پرکننده، از عوامل اتصال دهنده جهت کاهش دافعه بین پلیمرها و مواد پرکننده استفاده می شود. در نتیجه پلیمر، پرکننده را بیشتر دوست خواهد داشت، پرکننده بهتر به ماتریس پلیمری می چسبد و خصوصیات مخلوط نهایی (مانند ازدیاد طول، انعطاف پذیری، و حلالیت پرکننده در پلیمر) افزایش می یابد.
این عوامل اتصالدهنده باید از یک سمت با پلیمر سازگار باشند، (در حالت ایده آل، آن ها باید شیمی مشابه پلیمر را دارا باشند.) و از طرف دیگر، آنها باید واکنش/برهم کنش یا چسبندگی بهتری با پرکننده داشته باشند.
-عوامل جفت کننده سیلانی دارای گروه عاملی آلی
سیلان های دارای گروه عاملی آلی بیش از ۵۰ سال پیش به عنوان عوامل اتصال دهنده فایبرگلاس معرفی شدند. آنها متعاقباً در اصلاح مواد پرکننده معدنی به کار رفته و به همان اندازه موفق بوده اند. از دلایل موفقیت آنها می توان به تواناییشان در واکنش با طیف گستردهای از پرکننده ها و رزین ها اشاره کرد. این جفت کننده ها را می توان به صورتی که به سرعت قابل پراکنش باشند، تولید کرد. در جفت کننده های سیلانی دارای گروه عاملی آلی، عوامل فعال به شکل پایدار به اتم های سیلیکون، که از هر دو جنبه سمیت و ایجاد تخریب در پلیمر بیخطر هستند، متصل شده اند.
ساختار عمومی سیلان ها به این شکل است:
Y-R-Si-X3
که در آن،
- X یک گروه آلکوکسی قابل هیدرولیز (متوکسی، اتوکسی، یا استوکسی) است و
- Y یک گروه عاملی آلی (آمینو، وینیل، اپوکسی، متاکریل، و …) است که توسط یک پل آلکیلی، R، به سیلیکون متصل شده است.
گروه های آلکوکسی با گروه های سطحی بسیاری از مواد پرکننده معدنی واکنش می دهند. آنها ابتدا با آب واکنش داده و سیلانتریال تولید و الکل را به عنوان محصول جانبی آزاد می کنند. سپس گروه های سیلانول با گروه های اکسید یا هیدروکسیل روی سطح پرکننده متراکم می شوند. زنجیره های سیلوکسان مجاور می توانند باز هم ایجاد برهم کنش کرده و یک لایه پلی سیلوکسان در سطح ایجاد کنند.
اتصال یک سیلان متداول (گاما-آمینوپروپیلتریمتوکسیسیلان) به یک سطح سیلیکونی
سیلان ها برای ایجاد واکنش، به محل های فعال، ترجیحاً گروه های هیدروکسیل، روی سطح پرکننده نیاز دارند. بنابراین می توان از آنها برای اصلاح این موارد استفاده کرد:
- فیلرهای نوع سیلیکاتی
- اکسیدها و هیدروکسیدهای فلزی غیرآلی
موادی که توسط این جفت دهنده ها با موفقیت اصلاح شده اند شامل:
- ATH
- آلومینا
- اکسید کروم
- الیاف و پودر شیشه
- هیدروکسیدهای منیزیم
- میکا
- چوب معدنی
- رنگدانه های اکسیدی
- مواد معدنی مثل کوارتز، سیلیکا، تالک، تیتانیوم دیاکساید، ورمیکولیت، و ولاستونیت
- رس آبدار و خشک
- تیتانیوم دیاکساید
هستند.
بااین حال، سیلان ها به میزان چشم گیری با کربنات کلسیم و یا با سولفات باریم، دوده یا ترکیبات بور برهم کنش نداشته و نمی توانند به عنوان عوامل اتصالدهنده برای این مواد پرکننده استفاده شوند.
این مواد هنگامی که به فصل مشترک پرکننده متصل می شوند، جز فعال Y می تواند از طریق یک واکنش شیمیایی (پیوندزنی (grafting)، افزایشی، جاینشینی) با گروه های فعال بر روی پلیمر، و/یا از طریق برهم کنش های فیزیکی-شیمیایی، به ماتریس پلیمر پیوند بخورد. گروه های Y در جهت به حداکثر رساندن سازگاری با فرمولاسیون های رزین انتخاب می شوند.
به عنوان مثال:
- سیلان های با گروه عاملی متاکریلات بیشتر برای پلی استرهای غیر اشباع استفاده می شوند.
- در حالی که سیلان های دارای گروه عاملی آمینی به طور گسترده ای در پلی آمیدها و پلی کربنات ها، همچنین اپوکسی ها، یورتان ها و سایر سیستم ها قابل استفاده هستند.
به طور کلی، سیلان ها از عوامل اتصال بسیار مؤثر برای ترموپلاستیک های قطبی، ترموست ها و لاستیک ها هستند اما با پلیمرهای غیرقطبی مانند پلی الفین ها برهمکنش جزئی دارند. با اینحال، از سیلان ها بعضاً به عنوان اصلاح کننده سطح فیلر در PP و PE استفاده می شود که باعث بهبود پراکنش و کاهش جذب آب می شود.
عوامل جفتکننده سیلانی پیوندی قوی، پایدار، و مقاوم در برابر آب و مواد شیمیایی، بین پرکننده و رزین ایجاد می کنند، که در حالت بدون جفت کننده تنها به طور ضعیفی با هم برهم کنش خواهند داشت.
-مزایای اصلاح سطح توسط سیلان ها:
- پیوند قوی با ماتریس که عموماً مزایای زیر را در پی خواهد داشت:
- ارتقای خواص مکانیکی و الکتریکی
- کاهش shrinkage
- افزایش مقاومت به شرایط آب و هوایی
- کاهش و یا حذف نواقص سطحی یا داخلی
- فراهم آوردن یک ترکیب ارزان و با خصوصیات فیزیکی معمولاً معادل یا برتر از رزین پایه
- امکان افزودن مقادیر بیش تری از فیلر
- ایجاد مزایایی مانند پراکنش بهبود یافته، خیس شدن بهتر فیلر توسط رزین، و همچنین، ویژگی های رئولوژیکی (جریان) بهتر در هنگام اختلاط و قالبگیری
عوامل جفت کننده تیتاناتی دارای گروه عاملی آلی
ارگانوتیتانات ها توانسته اند بر بسیاری از محدودیت های سیلان ها به عنوان عامل اتصال دهنده برای پرکننده ها غلبه کنند. آنها مانند سیلان ها دارای چهار گروه عاملی هستند، اما برخلاف سیلان ها که فقط یک گروه آلی آویزان Y دارند، تیتانات ها دارای سه گروه هستند.
علاوه بر این، ساز و کار اتصال آنها به سطوح غیرآلی متفاوت است، و همچنین برای کربنات ها، کربن سیاه، و سایر پرکنندههایی که به سیلان ها پاسخ نمی دهند مناسب هستند.
این جفت کننده ها علاوه بر تأثیر بر افزایش پراکنش پرکننده و بهبود خواص و فرآیندپذیری ترکیب همانند سیلان ها، همچنین به عنوان:
- نرم کننده که باعث تسهیل در افزودن مقادیر بیشتر فیلر می شود و
- کاتالیست برای بسیاری از واکنش ها در ماتریس پلیمری
عمل می کنند.
هزینه اصلاح با تیتانات ها در همان حد سیلان ها است.
ساختار عمومی تیتانات ها به صورت زیر است:
XO-Ti-(OY)3
که در آن:
- XO- میتواند یک گروه مونو آلکوکسی یا نئوآلکوکسی باشد که قادر به واکنش با بستر غیر آلی بوده و
- -OY بخش فعال آلی است.
بخش Y به طور معمول می تواند شامل چندین گروه مختلف برای ایجاد برهمکنش با:
- ترموپلاستیک های قطبی و غیرقطبی (به عنوان مثال بنزیل و یا بوتیل) و ترموست ها (به عنوان مثال آمینو و یا متاکریل)
- و همچنین گروه های چسباننده (binder) مانند پیروفسفات یا کربوکسیل که می توانند عملکردهای اضافی را به کامپوزیت ببخشند، است.
برخلاف سیلانه ها، این مواد برای واکنش به آب نیاز ندارند.
تیتانات ها به چند دسته تقسیم میشوند:
- تیتانات های مونوآلکوکسی (مانند ایزوپروپوکسی)
- تیتانات های نئوآلکوکسی
- کیلیت (chelate) برای پایداری بیشتر در محیط های مرطوب
این مواد در فرم های پودر، گرانول، و مایع موجود هستند.
در مقایسه با مونوآلکوکسی ها، تیتانات های نئوآلکوکسی ساختاری پیچیده تر اما از نظر حرارتی پایدارتر دارند. آنها برای کاربردهای در درجه حرارت های بالا (بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتیگراد در غیاب آب) مانند افزودن درجا در هنگام آمیزه سازی ترموپلاستیک ها و تولید کامپوزیت های یورتان ساخته شده اند. آنها از طریق یک سازوکار کئوردیناسیونی با پروتون های آزاد روی سطح پرکننده واکنش نشان می دهند و هیچ محصول جانبی ایجاد نمی کنند.
پروتون های آزاد، برخلاف گروه های هیدروکسیل مورد نیاز برای واکنش سیلان، تقریباً در همه ذرات سه بعدی وجود دارند، که همین عامل تیتانات ها را به طور گسترده تری واکنش پذیر می سازد.
واکنش با پروتون های آزاد، یک لایه تک مولکولی آلی در سطح معدنی ایجاد می کند -در مقایسه با لایه های چندمولکولی که در اثر استفاده از سایر عوامل اتصال دهنده ایجاد می شوند- که در ترکیب با ساختار شیمیایی تیتانات ها، اصلاحات جدیدی را در انرژی سطحی بستر و برهم کنشهای فاز پلیمر ایجاد می کند.
در مقایسه با سیلان ها، تیتانات ها:
- برای کربنات ها، دوده و سایر مواد پرکننده موثر هستند (در این موارد سیلان ها هیچ واکنش مفیدی ندارند).
- همچنین می توانند با پلی پروپیلن (و سایر پلی الفین ها) و پیویسی پیوند برقرار کنند (سیلان ها برهمکنش کمی با پلیالفین ها نشان می دهند).
- هیچ گونه منعی از لحاظ قیمت و مسئله غیر معمولی در استفاده ندارند.
واکنش پذیری پیوند TiO در برخی مواد می تواند باعث ایجاد مشکل از جمله تغییر رنگ در حضور فنول ها شود، اما به نظر میرسد این عیب با جنبه های مثبت تیتانات ها به عنوان عوامل اتصال جبران شود.
عوامل اتصال دهنده زیرکوناتی دارای گروه عاملی آلی
ساختار شیمیایی و کاربردهای زیرکونات های آلکوکسی کاملاً مشابه با تیتانات های آلکوکسی است.
برخلاف تیتانات ها، نه در حضور فنل تغییر رنگ می دهند (به استثنای نیتروفنول ها) و نه اینکه با آمین های استتار شده (HALS) برهمکنش دارند. در پلاستیک های پر نشده، آنها اغلب پایداری در برابر اشعه UV را در مقایسه با تیتاناتها، بهبود می بخشند و انواع نئوآلکوکسی می توانند فرصت های جدیدی را برای اتصال پلیمرهای فلورین به لایه های فلزی فراهم کنند. گرچه هزینه تولید زیرکوناتها از زمان معرفی آنها در سال ۱۹۸۶ به میزان قابل توجهی کاهش یافته است، اما قیمت آنها هنوز هم تقریباً دو برابر تیتانات ها است.
عوامل اتصال دهنده فلزی دارای گروه آلی که اخیرا تولید شده اند، آلومینات ها و زیرکوآلومینات ها هستند. این مواد اساساً مشابه سیلان ها و تیتانات ها هستند و در کاربردهای بسیار تخصصی کاربرد محدودی یافته اند.
پلیمرهای عامل دار شده
پلیمرهای عامل دار شده جدیدترین دسته از عوامل اتصال دهنده هستند.
در اینجا مفهوم اتصالدهندگی داشتن گروههای فعال بر روی مولکول های:
- پلیمر میزبان و یا
- پلیمر دیگر که با پلیمر میزبان سازگار شده است،
می باشد.
مشکل موجود در زمینه استفاده از پلیمرهای عامل دار شده، تولید پلیمرهای دارای گروه های عاملی مؤثر است. این موضوع تا حدی به دلیل استفاده وسیع از مواد پرکنندهی سیلیسی در مواد کامپوزیتی است. این مواد به طور مؤثری با الکوکسی سیلانها پیوند برقرار می کنند، اما وارد کردن گروههای مذکور در زنجیره های پلیمری کاری دشوار و پرهزینه است.
پلیمرهای دارای گروه عاملی اسیدی آسان ترین پلیمرهای این دسته از نظر تولیدند، به ویژه آنهایی که دارای گروه های انیدرید پیوند خورده یا کوپلیمر شده هستند. به عنوان مثال:
- پلی اتیلن یا پلی پروپیلن های کربوکسیله شده
- پلی بوتادیان های مالئیکه شده (Maleinized polybutadienes)
همه این موارد محصولات تجاری هستند که در برخی کاربردها در مواد کامپوزیتی پر شده استفاده می شوند. محدودیت اصلی افزودنی های دارای گروه عاملی اسیدی این است که بیش ترین تأثیر را در لایه های آمفوتری (دارای هر دو خصلت اسیدی و بازی) دارند، در حالی که اکثر بسترهایی که به عامل اتصال دهنده احتیاج دارند دارای ماهیتی سیلیسی هستند و معمولاً این نوع اتصال دهنده ها پاسخگوی آنها نیستند. یک راه برای رفع این مشکل این است که پرکننده سیلیسی را ابتدا با یک آمینوسیلان اصلاح کنند، سپس این امکان برای پرکننده فراهم می شود که با پلیمر دارای گروه عاملی اسیدی واکنش داده و یک پیوند آمیدی ایجاد کند.
پلی بوتادین های عاملدارشده-در پلی بوتادین های عاملدارشده، گروه های غیراشباع می توانند در فرآیندهای ایجاد اتصال عرضی با الاستومرها و پلیمرهای مختلف مانند پلی(متیل متاکریلات) شرکت کنند. عاملیت بستر معمولاً انیدرید اسید گرفت شده (عمدتاً مالئیک انیدرید)،تا ۲۵ درصد وزنی، است.
پلی بوتادین های مالئیکه (MPDB) عمدتاً به همراه کربنات کلسیم در الاستومرها استفاده می شوند. پلی بوتادین ها را می توان با استفاده از گروه های آلکوکسی سیلیس برای استفاده با شیشه، رسها و سیلیس ها نیز عامل دار کرد.
پلیالفین های عاملدارشده-در مورد پلی الفین های عاملدار شده، پذیرفته شده است که اتصال به توده ماتریس پلیمر توسط گره خوردگی یا کو-کریستالیزاسیون حاصل می شود. PP، PE و EVA عاملدار شده با اسید و انیدرید فرم های موجود پلی الفین های عامل دار شده هستند.
کاربرد اصلی این مواد همراه با الیاف شیشه (و آمینوسیلان ها) و میکا در کامپوزیت های پایه پلی الفین است. این محصولات همچنین با سطح تالک و پرکننده های سلولزی نیز واکنش نشان می دهند.
ساز و کار سازگارسازی پلیمرهای امتزاج ناپذیر
اصل کلی در سازگارسازی، کاهش انرژی سطحی بین دو پلیمر برای افزایش چسبندگی و همچنین کمک به پراکنش آنها است. به طور کلی، افزودن سازگارکننده ها همچنین باعث پراکنش دقیق تر، مورفولوژی های منظم و پایدارتر می شود.
سازگارکننده ها را می توان به سه دسته تقسیم کرد:
- کوپلیمرهای بلوکی (واکنش ناپذیر)
- کوپلیمرهای عاملدار فعال
- کوپلیمرهای قطبی غیرفعال (دارای برهمکنش های خاص)
سازگارسازی به استفاده از کوپلیمرهای بلوکی
اصل سازگارسازی توسط کوپلیمرهای بلوکی یا پیوندی در شکل زیر نشان داده شده است. سازگارکننده در واقع مانند یک “سورفاکتانت” عمل کرده و ترجیحاً برای کاهش کشش سطحی در سطح مشترک مهاجرت می کند. بلوک های قرمز با پلیمر A (ماتریس) و بلوک های آبی با پلیمر B (فاز پراکنده) سازگار هستند. در نتیجه این فرآیند، چسبندگی بین سطحی بهتر و نیز پراکنش بهتری خواهیم داشت.
سازگارسازی با استفاده از یک کوپلیمر بلوکی
کوپلیمرهای بلوکی مانند یک ماده فعال سطحی (سورفاکتانت)، تمایل به ایجاد مایسل دارند. میزان سازگارکننده به طور کلی زیاد (گاهی بیش از ۵٪) است.
علاوه بر این، برای همه پلیمرها، کوپلیمرهای بلوکی زیادی به صورت تجاری وجود ندارند و این سازگارکننده ها به طور کلی دارای قیمت بالایی هستند.
سازگارسازی با استفاده از کوپلیمرهای دارای گروه عاملی فعال
اصل حاکم بر عمل کرد این دسته از سازگارکننده ها، واکنش در فصل مشترک برای ایجاد یک کوپلیمر بلوکی پیوند خورده به صورت درجا از طریق واکنش بین گروههای عاملی پلیمرهای مختلف است. کوپلیمر دارای گروه عاملی، در ماتریس امتزاج پذیر است و می تواند با گروه های عاملی فاز پراکنده واکنش دهد.
سازوکار عملکرد گروههای عاملی
مزایای این گروه از سازگارکننده ها عبارتند از:
- تنظیم میزان واکنش پذیری
- بازدهی بالا
- قیمت کمتر نسبت به کوپلیمرهای بلوکی
پلیمرهای maleated
مونومر فعال در اینجا به طور کلی مالئیک انیدرید است. پلیمرهای Maleated از گسترده ترین خانواده پلیمرهای دارای گروه عاملی شناخته شده هستند که به عنوان سازگارکننده و بهبوددهنده چسبندگی استفاده می شوند. آنها را می توان مستقیماً از طریق پلیمریزاسیون یا به وسیله اصلاح در هنگام آمیزه سازی تهیه کرد.
گروه های انیدرید می توانند با گروه های آمین، گروه های اپوکسی، و نیز گروه های الکلی واکنش نشان دهند. شکل زیر نمونهای از واکنش بین یک پلیمر maleated و گروه های انتهایی -NH2 پلی آمیدها یا نایلون۶،۶ را به منظور سازگاری آمیزه PA/ پلیالفین، نشان می دهد.
رزین های maleated همچنین به منظور:
- افزایش چسبندگی پلاستیک ها به فلز
- بهبود چسبندگی بین پلیمر و فیلرها (مانند ATH، میکا، و چوب)
- بهبود چسبندگی بین پلیمر و الیاف شیشه در ترموپلاستیک ها و کامپوزیت ها و
- اصلاح ضربه
مورد استفاده قرار می گیرند.
پلیمرهای اپوکسیدشده
پلیمرهای اپوکسیدشده نیز به صورت تجاری موجود هستند. به طور کلی، آنها توسط گلیسیدیل متاکریلات اصلاح می شوند. و با NH2، انیدرید، اسید، و گروه های الکلی بسیار واکنش پذیر هستند. پلیمرهای اپوکسیدشده برای سازگاری پلی استرها (PET ، PBT) و پلیمرهای الفینی یا الاستومرها طبق سازوکار شکل زیر، پیشنهاد می شوند.
سازگارسازی به وسیله کوپلیمرهای قطبی غیرفعال
سازگارسازی در این گروه، بر اساس کاهش کشش سطحی و افزایش چسبندگی با ایجاد یک برهمکنش قطبی خاص مانند پیوند هیدروژنی یا نیروهای وندروالس صورت می گیرد.
کاربردهای بهبوددهندههای چسبندگی
آلیاژهای پلیمری
به منظور رفع نیازمندی های صنعت پلیمر، بسیاری از تولیدکنندگان معمولاً پلیمرها را با یکدیگر مخلوط می کنند تا به یک تعادل بهینه از خواص برسند.
این راهکار انعطاف پذیری را در تنظیم خواص فراهم می آورد و از تولید ماکرومولکول های جدید که در مقایسه با آلیاژ پلیمر معمولاً گران تر هستند جلوگیری می کند. بسیاری از آلیازهای پلیمری مانندPBT / PC یا PC / ABS یا PP / PA به صورت تجاری در دسترس هستند.
همان طور که قبلا ذکر شد، پلیمرها به طور طبیعی در هم امتزاج پذیر نیستند و اکثر اوقات نیاز است تا با استفاده از یک سازگارکننده، به موادی پایدار با عمل کرد مکانیکی مطلوب دست یابیم. سازگارسازی همچنین در بازیافت پلیمرها هم حائز اهمیت است. بازیافت مواد چندلایه به وسیله سازگارکننده ها تسهیل می شود.
در جدول زیر لیستی از چند آمیزه پلیمری و سازگارکننده های آنها را ارائه شده است
بازیافت
برای بسیاری از کاربردهای بسته بندی از ساختارهای چندلایه استفاده می شود. ترکیب این لایه ها به طور کلی باعث میشود ماده حاصل از مجموعه خواص پلیمرهای مجزای تشکیل دهنده هر لایه بهره ببرد. به عنوان مثال:
- عمل کرد ممانعتی
- قابلیت درزگیری
- مقاومت شیمیایی و نیز مقاومت به رطوبت و
- سفتی
بدیهی است یک پلیمر به تنهایی قادر به ارائه تمام خواص فوق نخواهد بود.
لایه های چسبنده چسبندگی خوبی بین لایه های ذکر شده ایجاد می کنند.
ضایعات فیلم های چندلایه در حوزهی بسته بندی به یک مسئله مهم جهانی تبدیل شده است که افزایش نگرانی ها را در مورد حفاظت از محیط زیست و فضاهای محدود دفن زباله به دنبال داشته است.
به منظور حفظ سازگاری مواد استفاده شده، لازم است در طول فرآیند بازیافت، سازگار کننده به آنها اضافه شود تا کارایی و پایداری ماده حاصل به سطوح بالاتری برسد. جدول زیر نمونه هایی از ساختارهای چندلایه و سازگار کننده های پیشنهادی برای انها را نشان می دهد:
بهبوددهنده های چسبندگی برای ترکیبات FR (تاخیراندازهای شعله) و سیم و کابل
به منظور تأمین نیازمند ها و استانداردهای تولیدکنندگان کابل، بسیاری از کاربردهای W&C به بازدارنده های شعله عاری از هالوژن نیاز دارند. متداولترین بازدارندهی شعله در این کاربرد، آلومینیوم تری هیدرات (ATH) است. برای ایجاد بازدارندگی شعله کارآمد، باید ۶۰ تا ۶۵٪ ATH به ماتریس پلیمری اضافه شود که عمل کردهای مکانیکی پلیمر مورد نظر را کاهش می دهد.
این درحالی است که خواص مکانیکی در کابل ها بسیار حائز اهمیت است، به ویژه ازدیاد طول در شکست و تنش کششی در هنگام شکست. برای بهینه سازی عملکرد مکانیکی، لازم است چسبندگی خوبی بین پرکننده و ماتریس ایجاد شود. با افزودن یک عامل اتصال دهنده می توان به چسبندگی مورد نیاز بین پلیمر و پرکننده دست یافت. برای این منظور می توان از سیلان ها استفاده کرد، اما پلی الفین های عامل دار شده کاندیدهای بهتری هستند که همچنین انعطاف پذیری خوبی نیز به ماده میبخشند.
عوامل اتصال دهنده برای پلی پروپیلن پرشده با الیاف شیشه
در اینجا، بهبوددهنده های چسبندگی، همانند عوامل اتصال دهنده مورد استفاده برای پلی پروپیلن پرشده با فیلرهای معدنی و الیاف شیشه، توانایی ایجاد واکنش با گروه های عاملی روی سطح پرکننده را دارند، در حالی که استخوان بندی اصلی زنجیر پلیمری اتصال دهنده، در پلیمر پایه (پلی پروپیلن) امتزاج پذیر است.
- به این طریق، اتصالدهنده بین فیلر و ماتریس پلیمر پیوند ایجاد می کند،
- همچنین، خیس شدن سطح فیلر، و نیز پراکنش آنها را بهبود میبخشد و به همگن شدن آمیزه کمک می کند.
- در نتیجه، استحکام کششی و استحکام ضربه کامپوزیت به طرز چشمگیری ارتقا می یابد.
اصلاح کننده ضربه مناسب برای هر کاربردی بستگی به خواص فیزیکی مورد انتظار از ترکیب نهایی دارد.
انواع دیگر در شرایطی که لازم است علاوه بر بالا بودن سطح پیوندزنی، جریان رزین پایه نیز بالا باشد، مفید واقع می شوند. به عنوان مثال، در فرآیند پالتروژن که خیس شدن سطح الیاف شیشه ضروری است.
میزان مورد نیاز عامل اتصالدهنده به منظور بهینه کردن خواص فیزیکی به طور کلی در محدودهی ۲ تا ۵ درصد است اما به بازدهی و کارایی تجهیزات مورد استفاده برای اختلاط نیز بستگی خواهد داشت.
عوامل اتصال دهنده برای TPO پرشده با مواد دیگر
/PP کربنات کلسیم- مانند عمل کرد عامل اتصال دهنده در پلی پروپیلن پرشده با مواد معدنی، در اینجا هم بهبوددهنده چسبندگی قادر به واکنش با گروه های عاملی موجود در سطح پرکننده است، در حالی که استخوان بندی اصلی پلیمر با پلیپروپیلن پایه امتزاجپذیر است.
این امر همچنین باعث خیس شدن بهتر سطح پرکننده، بهبود پراکنش پرکننده و همگنی بیشتر ترکیب می شود. در نتیجه مقاومت کششی و مقاومت به ضربهی کامپوزیت به طور قابل توجهی افزایش می یابد.
/PEHD میکا- بهبوددهنده های چسبندگی را می توان در سامانه های پلی اتیلنی پرشده با میکا، تالک، کلسیم کربنات و … به کار برد.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧
به مناسبت زاد روز حکیم بزرگ بوعلی سینا و روز پزشک: کاربردهای پلیمرها در پزشکی
کاربردهای پلیمرها در پزشکی به مناسبت زاد روز حکیم بزرگ بوعلی سینا و روز پزشک
مقاله حاضر به مناسبت زاد روز حکیم بزرگ بوعلی سینا و روز پزشک به ذکر کاربردهای پلیمرهای مصنوعی از جمله پلی‌اتیلن، پلیپروپیلن، پلی‌یورتان‌ها، پلی‌آمیدها، پلی‌آکریلات‌ها، پلی‌تترافلورواتیلن، سیلیکون‌ها پلی‌استال و…، پلیمرهای مصنوعی زیست‌تخریب‌پذیر مانند پلی‌لاکتیک‌اسید، پلی‌گلیکولیک‌اسید، پلی‌کاپرولاکتون و… و پلیمرهای طبیعی در حوزه پزشکی می‌پردازد.
پلیمرها به دلیل تنوع بسیار زیاد و نزدیک بودن خصوصیات شیمیایی و مکانیکی برخی از آنها به بافت‌های بدن، بیش از سایر مواد در کاربردهای پزشکی مورد توجه قرار گرفته‌اند. از این رو شناخت ساختار، ویژگی‌ها و خواص پلیمرها همچنین کاربردهای آنها در حوزه زیست‌مواد (Biomaterials) از اهمیت بالایی برخوردار است. زیست‌مواد، موادی با ریشه مصنوعی یا طبیعی هستند که برای جایگزینی نسوج از دست رفته بدن، ترمیم اعضای از کار افتاده و یا تکمیل عملکرد بافتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که به هر دلیلی قادر به انجام وظیقه خود نباشند. ضمن این که باید حتماً در تماس مستقیم با سلول‌های زنده بدن بوده و با سامانه بیولوژیکی بدن برهمکنش داشته باشد. وسایل قلبی-عروقی، وسایل جای‌گزین بافت‌های نرم، سامانه‌های رهایش کنترل شده دارو و داربست‌های مهندسی بافت، از جمله این کاربردها هستند. رگ‌های مصنوعی، دریچه‌های قلبی، قلب مصنوعی، کاشتنی‌های بدن، غضروف، کامپوزیت‌های دندانی، عدسی‌های تماسی، عدسی‌های داخل چشمی، اجزای دستگاه‌های اکسیژن‌رسان، دیالیز و تصفیه خون، پوشش مواد فلزی و سرامیکی، قرص‌ها و کپسول‌های دارویی، نخ‌های بخیه، چسب‌ها و… را میتوان به عنوان نمونهای از کاربرد مواد پلیمری در پزشکی برشمرد.
مقاله حاضر به مناسبت زاد روز حکیم بزرگ بوعلی سینا و روز پزشک به ذکر کاربردهای پلیمرهای مصنوعی از جمله پلی‌اتیلن، پلیپروپیلن، پلی‌یورتان‌ها، پلی‌آمیدها، پلی‌آکریلات‌ها، پلی‌تترافلورواتیلن، سیلیکون‌ها پلی‌استال و…، پلیمرهای مصنوعی زیست‌تخریب‌پذیر مانند پلی‌لاکتیک‌اسید، پلی‌گلیکولیک‌اسید، پلی‌کاپرولاکتون و… و پلیمرهای طبیعی در حوزه پزشکی می‌پردازد.
پلیمرهای مصنوعی (Synthetic Polymers)
پلی‌اتیلن (Polyethylene)
پلی‌اتیلن با وزن مولکولی بسیار بالا (UHMWPE) به دلیل مقاومت سایشی زیاد آن، خزش کم و ضریب اصطکاک پایین به طور گستردهای در کاشتنی‌های ارتوپدی نظیر مفاصل ران و زانو به کار می‌رود. در حال حاضر تحقیقات زیادی در ارتباط با بهبود خواص سایشی UHMWPE با استفاده از عوامل شبکه‌ای کننده خاص نظیر ویتامین E، پرتودهی و تابش پلاسما یا پوشش‌دهی با مواد سرامیکی در حال انجام است. اعتقاد بر این است که ذرات پلی‌اتیلنی جدا شده از کاشتنی، میتواند باعث افزایش حجم استخوان گردد.
پلیپروپیلن (Polypropylene)
از این پلیمر در پروتزهای مفاصل انگشت و نخ‌های بخیه استفاده میشود. مش‌های پلی‌پروپیلنی در ترمیم دیواره شکم در بیماری فتق به کار می‌رود، هر چند که هنوز هم اثرات جانبی این بیماری حل نشده است. علاوه بر این غشاهای پلی‌پروپیلنی در جداسازی سلول‌ها مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته‌اند.
پلی‌آکریلات (Polyacrylate)
از جمله خصوصیات PMMA، عبوردهی بسیار بالای نور (۹۲%)، شاخص پراکندگی بالا، خواص ترشوندگی عالی، زیست‌سازگاری بالا و سختی و شکنندگی بیشتر در مقایسه با سایر پلیمرها باید اشاره کرد. این پلیمر در لنزهای تماسی سخت (Hard Contact Lenses)، لنزهای داخل چشمی (Intraocular Lenses) سیمان استخوان و مواد ترمیمی دندان استفاده میشود. در این میان پلی‌سیانوآکریلات‌ها به جهت خواص چسبندگی مناسب اهمیت زیادی یافته‌اند. برخی از آنها در ترکیب چسبهای زیستی برای ترمیم اجزای کره چشم مثل قرنیه و شبکیه بررسی شده‌اند. فیلم‌های پلی‌سیانوآکریلاتی نیز به عنوان پوست مصنوعی در پیوندهای عروقی و درمان سوختگی‌های شدید مورد آزمایش قرار گرفته‌اند. پلی‌آکریلونیتریل سمی و اشتعال‌زا بوده و بنابراین استفاده از آن در پزشکی رایج نیست. پلی‌آکریل‌آمید غیر سمی است ولی مونومر آن میتواند بر روی سلول‌های عصبی تأثیر منفی بگذارد. این پلیمر جاذب آب بوده و میتواند تشکیل ژل دهد. از پلی‌آکریل‌آمید در تهیه لنزهای تماسی نرم، حجم‌دهنده‌ها، ماهیچه‌های مصنوعی، بیوسنسورها، سامانه‌های رهایش داروی هوشمند و… استفاده شده است.
پلی‌استایرن (Polystyrene)
از جمله خصوصیات پلی‌استایرن میتوان به شفافیت خوب و بی‌رنگ بودن، راحتی ساخت، پایداری حرارتی، وزن مخصوص پایین و مدول بالا اشاره کرد. این پلیمر به صورت عمومی در ساخت ظروف کشت سلول، بطری‌های استوانه‌ای، محفظه‌های خلأ و فیلترهای قیف‌دار کاربرد دارند. آکریلونیتریل بوتادیان استایرن (ABS) در ست‌های تزریق و دیالیز خون، انبرک‌ها (بست‌ها)، کیت‌های تشخیصی و… استفاده میشود.
پلی‌وینیل کلراید (Polyvinyl Chloride)
ماده‌ای بسیار پرمصرف و مقاوم در برابر آب و آتش به شمار می‌رود. این پلیمر در تهیه ست تزریق خون، ست سرم و… کاربرد دارد.
پلیوینیلالکل (Polyvinyl Alcohol)
یکی از پرمصرف‌ترین پلیمرهای محلول در آب است و مونومر آن در حالت پایدار وجود ندارد. مزایای این هیدروژل زیست‌سازگاری بالا، عدم سمیت، عدم سرطان‌زایی، سادگی تهیه، دارا بودن محیط آبدار و توانایی محافظت از سلول‌ها، داروها، پپتیدها و پروتئین‌ها، توانایی رساندن مواد غذایی به سلول‌ها و انتقال محصولات ایجاد شده توسط آنها امکان اصلاح به کمک لیگاندهای چسبندگی سلولی. محققان بسیاری از PVA جهت تهیه غضروف مصنوعی، منیسک زانو یا دیسک بین مهره‌ای بهره برده‌اند. ترکیب مواد زیادی با پلی‌وینیل الکل برای کاربردهای پزشکی بررسی شده است. پلیوینیلالکل و پلی‌آکریلیک‌اسید در سامانه‌های حساس به pH، پلیوینیلالکل و ژلاتین جهت تهیه پچ یا غشا، پلیوینیلالکل و ابریشم جهت ساخت نخ بخیه، پلیوینیلالکل و پلی‌وینیل پیرولیدین در مهندسی بافت، ترکیب پلیوینیلالکل با کلاژن و غشاء آمنیون در تهیه قرنیه مصنوعی، پلیوینیلالکل و نشاسته به عنوان غشا دیالیز و ترکیب پلیوینیلالکل با پلی‌اتیلن‌گلیکول به منظور کاهش جذب سطحی پروتئین از آن جمله است. استفاده از ترکیب پلیوینیلالکل و کیتوسان تا کمتر از ۵۰% PVA در اصلاح سطح کاتترهای پلی‌یورتانی باعث چسبندگی پروتئین‌ها و فعالیت میکروب‌ها میگردد. همچنین از این کامپوزیت در کاربردهای پانسمان زخم نیز میتوان بهره برد. ترکیب پلیوینیلالکل و پلی‌کاپرولاکتون در کاهش تجمع سلول‌های التهابی مؤثر بوده است. از ترکیب PVA و گلیسرول به منظور افزایش خون‌سازگاری بهره برده شده است که طی آن با افزایش گلیسرول در ترکیب، به دلیل ممانعت از تماس مستقیم PVA با خون، چسبندگی و جذب پلاکت‌ها به سطح کاهش می‌یابد. از جمله مشکلاتی که محققان در استفاده از پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر آب‌گریز نظیر پلی‌کاپرولاکتون یا پلی‌لاکتیک-گلیکولیک اسید اشاره نموده‌اند شناور ماندن ساختار پلیمر در محیط کشت سلولی است. علاوه بر این به دلیل عدم جذب محیط کشت توسط داربست، قسمت زیادی از تخلخل‌ها خالی خواهند ماند. این در حالی است که دست‌یابی به توزیع یکنواخت سلول‌های کاشته‌شده درون داربست اهمیت زیادی دارند. یکی از روش‌های غلبه بر این مشکل استفاده از پلیمرهای آب‌دوستی نظیر پلیوینیلالکل یا پلی‌اتیلن‌اکساید در ترکیب است. از کامپوزیت پلی‌وینیل الکل و پلی‌لاکتیک-گلیکولیک‌اسید و کیتوسان داربست زیست‌تخریب‌پذیری برای مهندسی بافت ساخته شده است که زیست‌سازگاری مناسبی از خود نشان داده است. همچنین از ترکیب PVA-PLGA نانوذراتی برای رهایش داروی پاکلیتاکسل جهت درمان گرفتگی شریان بهره برده شده است.
پلی‌آمید (Polyamide)
این مواد که به نایلون معروف هستند در نخ‌های بخیه، رگ‌های مصنوعی استفاده میشوند که از جمله مهم‌ترین کاربردهای موفق این مواد در زمینه پزشکی هستند. نایلون‌ها جاذب رطوبت هستند و استحکام خود را در موقع کاشت در محیط درون‌تن از دست می‌دهند. مولکول‌های آبی که به ناحیه بی‌شکل آن حمله می‌کنند به عنوان نرم‌کننده عمل می‌نمایند. آنزیم‌های پروتئولیتیک نیز از طریق حمله به گروه آمید در هیدرولیز پلیمر نقش مهمی دارند. پروتئین‌ها نیز حاوی گروه پپتیدی (آمید) در طول زنجیره‌های مولکولی خود هستند و آنزیم‌های پروتئولیتیک می‌توانند به آنها حمله کنند.
پلی‌اتیلن‌ترفتالات (Polyethylene Terephthalate)
پلی‌استرهایی مانند پلی‌اتیلن‌ترفتالات (PET) به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی بی مانند، به طور گستردهای در کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. PET پلی‌استریست که از آن در ساخت پیوند رگ مصنوعی، نخ‌های بخیه و توری‌ها، دریچه‌ها محفظه کاتتر و فیلتر استفاده میگردد.
پلی‌استال (Polyoxymethylene)
یک پلی‌اتر است و معمول‌ترین پلی‌استال‌ها از فرم‌آلدئید به دست آمده که به نام پلی‌اکسی‌متیلن شناخته میشود. پلی‌استال معمولاً چقرمه، محکم، با مقاومت بالا نسبت به خزش، خستگی و مواد شیمیایی هستند و ضریب اصطکاک کمی دارد. از پلی‌استال‌ها در تحقیقاتی نظیر تهیه مفاصل زانو یا ران و لت دریچه قلب مصنوعی استفاده شده است.
پلی‌سولفون (Polysulfone)
پلی‌سولفون خانواده‌ای از پلیمرهای گرمانرم است. از این مواد به دلیل چقرمگی و پایداری در دماهای بالا شناخته میشوند. پایداری حرارتی بالا به دلیل گروههای جانبی حجیم، بی‌شکل، پایداری شیمیایی، عدم پایداری در مقابل حلال‌های قطبی نظیر کتون‌ها، شفافیت، استحکام بالا، انعطاف‌پذیری و مقاومت ضربه خوب به دلیل حضور اکسیژن و سولفور در زنجیر اصلی مولکولی، خزش کم و استحکام کششی بالا از خصوصیات مهم این پلیمر محسوب میشود. تهیه غشاها از پلی‌سولفون با خواص تکرارپذیر و اندازه تخلخل قابل کنترل به سادگی امکان‌پذیر است. از این غشاها در کاربردهای جداسازی خون (همودیالیز) آب یا مواد زائد استفاده میشود. همچنین به دلیل مقاومت حرارتی بالا، پلی‌سولفون در کاربردهایی که نیاز به سترون شدن تحت بخار و اتوکلاو باشد، گزینه مناسبی محسوب میشود.
پلی‌کربنات (Polycarbonate)
این گروه از مواد در مواقعی که نیاز به مقاومت ضربه بالا، مقاومت حرارتی زیاد و خواص نوری مناسب باشد، به کار می‌روند. در عدسی‌ها، عینک‌های طبی و ایمنی و… از پلی‌کربنات‌ها استفاده میشود. پلی کربنات را میتوان با اکثر روش‌ها (گاز اتیلن اکساید، پرتو گاما و اتوکلاو) سترون نمود. از این ماده در تهیه محفظه‌های مقاوم برای غشاهای دستگاه همودیالیز، دستگاه اکسیژن‌رسان، کاتترها، لوله‌ها، وسایل در تماس با خون و تزریق، بهره برده میشود.
سیلیکون (Silicone)
مهم‌ترین خواص سیلیکون‌ها شامل پایداری حرارتی، آب‌گریزی، مقاومت بالا در برابر اکسیژن، اَزُت و نور خورشید، انعطاف‌پذیری، عایق الکتریکی، ضد چسبنده، غیر سمی، واکنش شیمیایی کم و نفوذپذیری بالای گاز است. سیلیکون‌های تک‌جزئی با جذب رطوبت از محیط، شکل می‌گیرند. به دلیل خصوصیات این ماده، از آن در تهیه وسایل کمک شنوایی جهت جلوگیری از نفوذ اصوات استفاده میشود. در کاربردهای پزشکی به طور وسیعی از ترکیبات سیلیکونی بهره برده میشود. به عنوان مثال در لوله‌های دیالیز و انتقال خون، ریه‌های مصنوعی، کاتترها، کاشتنی‌های مصنوعی در بدن، وسایل جلوگیری از بارداری، گونه مصنوعی، عدسی‌های مصنوعی و… کاربرد دارند. در گذشته از سیلیکون برای تهیه مسدودکننده دریچه قلب مصنوعی توپ و قفس استفاده می‌شد که به دلیل تورم آن و تغییر اندازه کاربرد آن در این زمینه کاهش یافت.
پلی‌دی‌متیل‌سیلکوسان مهم‌ترین و پرمصرف‌ترین پلی‌سایلوکسان در پزشکی است که از جمله خواص آن طول بسیار بالا در دمای محیط، عایق الکتریکی بسیار خوب، مقاومت در برابر ازن، نفوذپذیری بسیار بالا در برابر گازها، مقاومت شیمیایی بالا، ضریب اصطکاک کم ۷۵% و انعطاف‌پذیر بالا، خون‌سازگاری بالا، سمیت بسیار کم، پایداری حرارتی کم، پایداری طولانی مدت در شرایط بدن، آب‌گریزی بالا. از این پلیمر در پمپ‌های خون، پوشش ضربان‌سازهای قلبی، بیرون‌کش‌های آب، عدسی تماسی، پوست مصنوعی، دستگاه‌های اکسیژن‌دهنده، چسبهای پزشکی، مفاصل انگشت‌ها، حلزون‌های شنوایی، کاتترها، پروتزهای زیبایی صورت و بینی و… بهره برده میشود.
پلی‌یورتان (Polyurethane)
این گروه از مواد دارای استحکام کششی بالا، چقرمگی، مقاومت با سایش، مقاومت در برابر تخریب و زیست‌سازگاری هستند که مجموعه این خواص آنها را به یکی از مهم‌ترین گروه‌ها برای استفاده در ساخت وسایل قابل کاشت در بدن تبدیل نموده است. پلی‌یورتان‌ها در کاشتنی‌های طولانی و کوتاه مدت زیست‌پایدار و زیست‌تخریب پذیر با محصولات تخریب زیست‌سازگار مورد استفاده قرار می‌گیرند. این مواد به دلیل داشتن بار سطحی منفی، آب‌گریزی و مورفولوژی مناسب (از جهت صافی سطح) خون‌سازگاری بالایی دارند و این امر باعث شده است که از آنها در ساخت کاشتنی‌های قلبی-عروقی استفاده شود. از مهم‌ترین کاربردهای این مواد میتوان به بطن چپ مصنوعی قلب، بالون‌های داخل آئورتی، پوشش لید ضربان‌سازها، دریچه‌هایقلب مصنوعی، غشاهای همودیالیز و … اشاره نمود. طیف گسترده خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی پلی‌یورتان‌ها سبب شده است که این گروه از پلیمرها کاربردهای وسیعی در مهندسی بافت و سامانه‌های نوین رهایش دارو نیز بیایند.
پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر (Biodegradable Polymers)
پلی‌لاکتیک‌اسید و پلی‌گلیکولیک‌اسید (Polylactic Acid, Polyglycolic acid)
پلیاسترهای خطی لاکتیک و گلیکولیک اسید برای بیشتر از سه دهه است که در کاربردهای مختلف پزشکی استفاده میشوند. در زمینه رهایش کنترل شده داروها، تحقیقات زیادی به آنها اختصاص داده شده است. این پلیمرها برای انتقال استروئیدها، عوامل ضد سرطانی، پپتیدها و پروتئین‌ها، آنتی‌بیوتیک‌ها و واکسن‌ها به کار می‌روند. ترکیبات قابل تزریق حاوی میکرواسفری‌های پلیمری لاکتید و گلیکولیک در سال‌های اخیر توجه زیادی را به خود جلب نموده‌اند.
پلی‌کاپرولاکتون (Polycaprolactone)
بررسی زیست‌سازگاری این پلیمر آن را به عنوان یک پلیمر غیر سمی و بافت سازگار با محصولات تخریبی زیست‌سازگار معرفی نموده است. در مواردی از PCL به عنوان بست‌های تخریب‌پذیر جهت نزدیک نمودن لبه‌های زخم استفاده میشود. از پلی‌کاپرولاکتون DL در تهیه پلی‌یورتان‌های زیست‌تخریب‌پذیر بهره برده شده است که پلیمر مذکور برای استفاده در مهندسی بافت غضروف و پوست بررسی شده است.
پلی‌ارتواسترها (Polyorthoester)
این مواد دسته دیگری از پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر هستند که برای کاربردهایی نظیر رهایش دارو در چشم، درمان سوختگی‌ها، کنترل درد پس از عمل و کاربردهای ارتوپدی آزمایش شده‌اند. پلی‌ارتواستر در مقایسه با پلی‌لاکتیک اسید سبب افزایش رشد استخوان میگردد.
پلیمرهای طبیعی (Natural Polymers)
پلیمرهای طبیعی پلیمرهایی هستند که توسط سامانه های بیولوژیکی مانند میکروارگانیسم ها، گیاهان و حیوانات تولید میشوند. پلیمرهای طبیعی مصارف ریادی دارند که از چمله آن ها میتوان به چسب زخم، ماده جاذب، تهیه لوازم آرایشی، رهایش دارو داربست‌های پزشکی، نخ‌های بخیه قابل جذب، پانسمان‌ها، و زخم‌پوش‌ها، ترمیم بافت دهان، غضروف، تاندون، لیگامنت، عصب، رگ، افزایش بافت نرم، انتقال دارو، کاشتنی‌های دندانی، پوست مصنوعی، بازسازی استخوان، عدسی‌های تماسی، رهایش کنترل شده دارو و کپسوله کردن تولیدات نساجی اشاره کرد. از آنجایی که پلیمرهای طبیعی در مقایسه با پلیمرهای صنعتی سازگاری محیطی بهتری دارند تلاش‌های بیش‌تری برای کاهش قیمت آنها باید صورت بگیرد، زیرا پلیمرهای طبیعی موجود دو تا پنج برابر، گران‌تر از پلیمرهای مصنوعی می‌باشند.
آزمون‌های زیست سازگاری
(in vitro) آزمون‌های خارج بطنی
(Cytotoxicity) سمیت
(Blood Compatibility) خون سازگاری
(in vivo) آزمون‌های داخل بطنی
کاشت کوتاه‌مدت
کاشت بلندمدت
آزمون‌های خارج بطنی مقدمه و پیش‌نیاز آزمون‌های داخل بطنی هستند.
همراهان عزیز می‌توانند جهت برقرای ارتباطات دوسویه، انتقال سوالات، نظرات و پیشنهادات سازنده خود از طریق پست الکترونیک زیر ما را یاری فرمایند.
info@fara-ps.com 📧