Презентация на тему "Материаловедение. Неметаллические материалы"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Материаловедение. Неметаллические материалы

  Лекция для студентов IV курса фармацевтического факультета и ФВСО ГБОУ ВПО ТюмГМА Минздрава России Кафедра управления и экономики фармации Медицинское и фармацевтическое товароведение

• 
  Слайд 2

  План лекции

  2 Неметаллические материалы. Происхождение. Классификация. Преимущества. Использование в здравоохранении. Силикаты. Стекло. Химическая структура. Качества. Марки и технические требования к стеклу, применяемому в медицине и фармации. Керамические материалы. Использование в медицине. Полимерные материалы. Понятие. Классификация. Методы изготовления и защиты от коррозии. Пластмассы. Понятие. Состав. Отдельные виды полимерных материалов. Эластомеры. Латекс, каучуки и резины.

• 
  Слайд 3

  1. Неметаллические материалы

  3 К неметаллическим материалам, применяемым в медицине, относят большой класс разнообразных материалов органическогои неорганическогопроисхождения, которые в свою очередь могут быть природными и искусственными(синтетическими), представленыминераламиилисиликатнымиматериалами, животнымиилирастительными, полимернымии другими веществами.

• 
  Слайд 4
  

  Классификация неметаллических материалов, используемых в медицине (по происхождению)

  4 1. Неорганические 2. Органические Природные– минералы, газы Искусственные (синтетические) – минералы, газы, химические реактивы Силикатные– стекло, керамика, фаянс, фарфор Природные– животные, растительные Искусственные (синтетические)– высокомолекулярные соединения (ВМС), полимеры, олигомеры, мономеры

• 
  Слайд 5

  Преимущества использования неметаллических материалов в медицине:

  Снижение металлоёмкости разнообразных медицинских изделий. Уменьшение массы медицинских инструментов. Повышение надёжности и долговечности изделий. Снижение стоимости (наиболее дешевые изделия - из стекла, хлопка). Наиболее часто для изготовления медицинских изделий применяются: стекло, фаянс, фарфор, полимеры (олигомеры и ВМС), некоторые минералы. 5

• 
  Слайд 6
  

  2. Силикаты. Стекло. Химическая структура. Качество. Марки и технические требования к стеклу, применяемому в медицине и фармации

  6 Силикаты – соли кремниевых кислот, которые в природе встречаются в виде полевого шпата (алюмосиликат), кварца (диоксид кремния) и др. В медицине используют силикаты, полученные в основном из кварцевого песка. Стекло – твердый гомогенный (однородный) застывший сплав различных оксидов, не имеющий кристаллической структуры, аморфное изотропное тело, механические свойства которого постоянны во всех направлениях. При нагреваниистеклоне плавится, а размягчается, переходит в пластическое, затем – в жидкое состояние. Стеклоизготавливают из природных материалов: кварцевого речного песка, гидрокарбоната натрия, мела, кремнезёма. Основные свойства стекла – светопрозрачность, хрупкость, поверхностная твердость, непроницаемость для жидкостей и газов. Свойства стекла зависят от сочетания входящих в его состав компонентов.

• 
  Слайд 7

  Классификация стёкол

  7 По химическому составу (виду оксидов) стёкла различают на: Силикатные (SiO2) Алюмосиликатные (Al2O3 и SiO2) Боросиликатные (B2O3 и SiO2) Алюмоборосиликатные (Al2O3, B2O3 и SiO2) Борофторалюмосиликатные (B2O3, F, Al2O3 и SiO2) Алюмофосфатные (Al2O3, P2O5) и другие (в состав могут входить MgO, CaO, Na2O, K2O). По общему назначению в различных отраслях экономики стекла классифицируют на: Химически стойкие Термостойкие Электровакуумные Электрические Оптические Специальные Медицинские.

• 
  Слайд 8
  

  8 Изделия медицинские из стекла в основном представлены в 94 классе ОКП (ОК) 005-93 - в подклассе 94 6000«Изделия медицинские из стекла и полимерных материалов». Для применения в медицине и фармации из стекла изготавливают: лабораторную посуду, тару для упаковки, хранения и транспортирования лекарств, очковые линзы, шприцы, термометры, элементы обычной и волоконной оптики для оптических и медицинских изделий.

• 
  Слайд 9

  Марки медицинского стекла (по ГОСТ 19808-86)

  9

• 
  Слайд 10
  

  10 Термостойкость (способность стекла противостоять, не разрушаясь, термическим напряжениям при нагревании и охлаждении). Коэффициент линейного теплового расширения (ЛТР) при tº20-400ºC (характеристика термостойкости - изменение размеров стеклянных тел при нагревании). Водостойкость (по ГОСТу 19809-85 водостойкость определяют в автоклаве воздействием на измельченное стекло дистиллированной водой, нагретой до 121ºС в течение 30 минут). Щелочестойкость (метод определения – воздействие на стекло кипящей массы растворов карбоната натрия Na2CO3и гидроксида натрия NaOH в соотношении 1:1). Качество медицинского стекла оценивают по показателям:

• 
  Слайд 11
  

  11 Термостойкость Наибольшая термостойкость (не менее 170-190˚С) – у стёкол марок ХТ и ХТ-1 (химически- и термостойких), Наименьшая термостойкость (ниже 125˚С) – у стёкол марок МТО (медицинское тарное) и ОС и ОС-1 (оранжевое тарное). Водостойкость Наиболее низкая водостойкость у тарного медицинского стекла марки МТО (0,6-0,65 мг/г) и щелочного стекла марки АБ-1 (0,3 мг/г). Наиболее высокая водостойкость (0,02-0,25 мг/г) у стёкол марок ХТ и ХТ-1. Щелочестойкость Показатель щелочестойкости: марок МТО, НС-1, НС-2 не должен превышать 85мг/дм3, марок ХТ и ХТ-1 не более 110 и 135мг/дм3 соответственно. Потребительские свойства основных марок медицинских стёкол

• 
  Слайд 12

  Другие виды стёкол, применяемых при изготовлении медицинских изделий

  12 Химико-лабораторное стекло(ГОСТ 21400-75) применяют для изготовления лабораторной посуды, приборов и аппаратов. Подразделяют на химически стойкие 1-го, 2-го и 3-го классов (ХС-1, ХС-2 и ХС-3), термически и химически стойкие (ТХС-1 и ТХС-2), термически стойкое боросиликатное (ТС). Оптическоестеклоприменяют для изготовления очковых линз и оптических элементов медицинских приборов. Должно быть однородным (отсутствие пузырей), не должно быть в составе железа и хрома, которые окрашивают стекло и уменьшают светопропускание, а также сульфаты и хлориды, вызывающие помутнение стекла. Очковые стёкла изготавливают их стекла типа крон с показателем преломления 1,25. Защитные стёклапредназначены для защиты организма от вредных и слишком ярких излучений (теплозащитные, светофильтры). Солнцезащитные стёкла изготавливают из стекла с коэффициентом пропускания светового потока 10-80%. Для защиты от рентгеновских лучей в состав стекла включают оксид свинца до 85%, который придаёт стеклу желтый оттенок. Фотохромные стёкла обладают способностью темнеть при облучении ультрафиолетовыми лучами и просветляются при прекращении облучения. Эффект обеспечивается наличием в стекле светочувствительных добавок – галогенидов серебра, кадмия, никеля, железа)

• 
  Слайд 13
  

  13 Приготовление шихты. Варка стекластадии: силикатоообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизация, охлаждение. Формованиеметоды: прокатка, прессование, прессвыдувание, выдувание, вытягивание, отливка в формы, иногда - литьё. Отжиг (обжиг). Обработка(точение, сверление, фрезерование и др.). Сборка(как правило клеевым способом – цементы и др. растворы). Контроль качества стеклянных изделий, маркировка и упаковка. Процесс изготовления стеклянных изделий состоит из стадий:

• 
  Слайд 14
  

  14 Керамические материалы получают спеканием глин и их смесей с минеральными добавками. Из них изготавливают химическую посуду, тигли, стаканы, чашки для выпаривания, санитарно-технические изделия, предметы ухода за больными (подкладные судна, поильники, чашки); применяют при зубопротезировании и изготовлении деталей диагностической аппаратуры (пьезокерамика), при эндопротезировании (кости, межпозвоночные диски, роговица, клапан, сердца - корундокерамика). Достоинства корундокерамики (в основе до 99% оксида алюминия): Высокая механическая прочность, Биоинертность (отсутствие токсичности, аллергенности, травмирующего и раздражающего действия), Гемосовместимость, Устойчивость к высокотемпературной стерилизации, Высокая технологичность. 3. Керамические материалы. Использование в медицине

• 
  Слайд 15
  

  15 Фарфорполучают высокотемпературным обжигом тонкодисперсной смеси коалина, пластичной глины, кварца и полевого шпата. Фарфор обладает высокой механической прочностью, термической и химической стойкостью, низкой пористостью, электроизоляционными свойствами. Фаянс. Для его изготовления применяют то же сырьё, но применяют иную рецептуру сырья и технологию обжига изделий. Фаянс отличается от фарфора большей пористостью и водопоглощением (до 9-2%), низкой механической прочностью. Поэтому все фаянсовые изделия покрывают тонким сплошным слоем водонепроницаемой глазури. Основные виды керамики, применяемой в медицине:

• 
  Слайд 16
  

  16 Полимеры – химические соединения с большой молекулярной массой (от нескольких десятков до многих миллионов), молекулы которых (макромолекулы), состоят из большого числа повторяющихся группировок (мономерных звеньев). 4. Полимерные материалы. Понятие

• 
  Слайд 17
  

  1. По происхождению: Природные (биополимеры – белки, нуклеиновые кислоты, смолы природные). Синтетические (полиэтилен, полипропилен, фенолформальдегидные смолы). 2. По расположению атомов в полимерных цепях: Линейные (природный каучук, синтетические нити из полиамида), Разветвлённые (амилопектин) Полимеры с трёхмерной сеткой (эпоксидные смолы). 3. В зависимости от состава основной (главной) цепи: Гетероцепные (поликарбонаты, полиамиды, мочевино-формальдегидные смолы и др.) Гомоцепные (полиэтилены, полиметилметакрилат, политетрафторэтилен). 4. По отношению к температуре: Термопластичные (полиэтилен, полихлорвинил, полипропилен, полиуретан и др.) Термореактивные (фторпласты, слоистые пластики, текстолит, линолеум и др.) 17 Классификация полимерных материалов

• 
  Слайд 18
  

  18 По видам полимерные материалы различают на следующие основные группы: Пластические массы Каучук Латекс Резина Клеи Волокна, нити Плёнки полимерные Лакокрасочные материалы и покрытия и другие. В медицине полимерные материалы применяются : В восстановительной хирургии; для крове- и плазмонаполнителей; систем переливания крови; для офтальмологии; в челюстно-лицевой хирургии; В качестве вспомогательных веществ при создании различных лекарственных форм; В качестве упаковочных материалов; В инструментах для проколов, инъекций, шовного материала; трубок различного назначения; Для изготовления предметов санитарии и гигиены; перевязочного материала; лабораторной посуды и др. Классификация полимерных материалов по видам

• 
  Слайд 19
  

  19 Повышенная химическая стойкость и стабильность при стерилизации и контакте с биологическими средами. Способность выдерживать тепловую и радиационную стерилизацию. Биологическая инертность. Отсутствие токсичных и канцерогенных веществ. Атравматичность по отношению к живым тканям. Отсутствие запаха. Минимальное раздражающее действие на контактирующие с полимером ткани. Основные требования, которые предъявляются к полимерным материалам:

• 
  Слайд 20
  

  20 Биосинтез в клетках живых организмов, растений (кетгут, натуральный шелк, хлопок и др.). Экстракция из растительного сырья (латекс, целлюлоза, вискоза). Экстракция из животного сырья. Фракционное осаждение (смолы и др.). Основные методы получения полимерных материалов природного происхождения:

• 
  Слайд 21
  

  21 Полимеризация (синтетический каучук, полипропилен и др.). Поликонденсация. Кристаллизация. Основные методы получения синтетических полимеров:

• 
  Слайд 22
  

  22 Литьё под давлением (шприцы из полиуретана, контейнеры). Вакуумформование и пневмоформование. Прессование (фторопласты, слоистые пластики, текстолит, линолеум и др.). Каландирование (плёнки). Экструзия (полихлорвиниловые трубки, плёнки, листы, тонкослойные покрытия на бумагу и др.). Основные методы изготовления изделий из полимерных материалов синтетического происхождения:

• 
  Слайд 23
  

  23 Методы стерилизации изделий из полимерных материалов: Газовая стерилизация. Гамма-излучение. Химическая стерилизация. Воздействие пара под давлением. Методы защиты полимерных изделий от микробиологической коррозии, в основном, при хранении: Нормальная температура хранения. Хранение в сухих помещениях. Ультрафиолетовое облучение, проветривание складских помещений.

• 
  Слайд 24
  

  24 Пластмассы (пластики)– это полимерные материалы и их композиции с органическими и неорганическими веществами, способные при определённых условиях переходить в пластическое состояние и принимать заданную форму. Основным веществом, образующим пластмассу, служит синтетическая смола. Для производства пластмасс применяются смолы двух типов: Термопластичныесмолы– сохраняют способность плавиться при повторном нагревании и затвердевающие при охлаждении. Термореактивныесмолы– затвердевают при повышенной температуре и переходящие в неплавкое и нерастворимое состояние (необратимые). 5. Пластмассы. Понятие. Виды

• 
  Слайд 25
  

  25 Синтетические смолымогут применяться в чистом виде (прозрачные пластмассы – органическое стекло плексиглас). Однако, во многих пластмассах смолы служат лишь для связывания наполнителя (органического или неорганического). Наполнителивводят в пластмассу для увеличения её прочности, придания специальных свойств и снижения стоимости. В качестве наполнителей используют природные материалы органического и неорганического происхождения, добавляемые в пластмассы в различных количествах (до 60%):каолин, тальк, древесная мука, графит, древесная мука, хлопок, стекловолокно, асбест, бумага и т.д. Отвердителидобавляют в пластмассу в небольших количествах (1-2%) для каждой смолы - свой отвердитель. Красители– неорганические пигменты. Состав пластмассы

• 
  Слайд 26
  

  26 Термопластичные материалы Полиэтилен– полимер белого цвета, получаемый полимеризацией этилена при высоком давлении (полиэтилен низкой плотности) и низком или среднем давлении (полиэтилен высокой плотности). Один из самых дешёвых полимеров. Изготавливают шприцы и детали инъекционных игл однократного применения, предметы ухода за больными, тару для ЛС и ИМН, хирургические имплантаты. Полихлорвинил (поливинилхлорид или ПВХ) – физиологически безвредный пластик белого цвета с хорошими диэлектрическими свойствами. Как жёсткий винипласт используют в качестве отделочного материала при изготовлении медицинской и аптечной мебели. Как пластикат используют при изготовлении устройств для переливания крови, очковых оправ, различных трубок, катетеров, в качестве подкладочного и компрессного материалов. 6. Отдельные виды полимерных материалов.

• 
  Слайд 27
  

  27 Термопластичные материалы Полистирол– прозрачное стеклообразное вещество. Характеризуется высокой твердостью, хорошими диэлектрическими свойствами, влагостойкостью, легко окрашивается и и формуется, химически стоек, физиологически безвреден, но имеет низкую теплостойкость и значительную хрупкость. Лабораторная посуда, корпусные и другие конструкционные элементы приборов и аппаратов, шприцы одноразового пользования. Полиакрилаты– прозрачные, термопластичные материалы хорошо растворяются в органических растворителях. Применение: оптические системы эндоскопов, конструкционные элементы других медицинских приборов и аппаратов, очковые линзы, контактные линзы, протезы.

• 
  Слайд 28
  

  28 Термопластичные материалы Полипропилен– твердый прозрачный полимер. Изготовляют шприцы и иглы однократного применения, элементы для соединения трубок и шлангов дыхательной и наркозной аппаратуры, аппаратов искусственного кровообращения, упаковочной плёнки, протезов сосудов. Пентапласт – простой хлорированный полиэфир, устойчив к нагреванию, паровой и химической стерилизации. Применяют для изготовления чашек Петри, колб, пипеток. Полиуретан – устойчив к действию кислот и щелочей, не темнеет при нагревании, изделия обладают высокой прочностью, стабильностью размеров, выдерживают стерилизацию кипячением. Изготавливают шприцы литьём под давлением.

• 
  Слайд 29
  

  29 Термопластичные материалы Полиамиды– волокна с высокой прочностью при растяжении, стойкостью к истиранию и нагрузкам, окрашиваются многими красителями. Применяются для изготовления шовного материала. Полиэфирные волокна(полиэтилентерефталат) формируют из расплава полиэтилентерефталата. Они превосходят по термостойкости большинство натуральных и химических волокон. Изготавливают синтетические кровеносные сосуды и хирургические нити. Торговые названия – лавсан (Россия), терилен (Великобритания), дакрон (США), тетерон (Япония) и др. Стекло-плексиглас – термопластичное органическое стекло. Получают методом формования полимера – полиметилметакрилата. Стекло служит для изготовления прозрачных деталей медицинских приборов.

• 
  Слайд 30
  

  30 Термореактивные материалы Фторопласты(политетрафторэтилен) – производные этилена. По стойкости к действию агрессивных сред превосходит даже благородные металлы (золото и платину). Может выдерживать стерилизацию при температуре 190-200˚С. Применение: клапаны сердца, детали слуховых аппаратов, протезы. Пластмассы на основе целлюлозы – нитроцеллюлоза, ацетилцеллюлоза и др. Используют как основу для фото- и рентгеновских плёнок, ацетатного шелкового полотна. Оксицеллюлозу используют для получения рассасывающихся салфеток и бинтов. Слоистые пластики – получают прессованием нескольких слоёв хлопчатобумажной, асбестовой или стеклянной ткани. Текстолит– слоистый материал из хлопчатобумажной ткани (бязи, шифона и т.д.), пропитанной смолой. Его выпускают в виде листов, стержней, применяют для изготовления деталей медицинских аппаратов и приборов.

• 
  Слайд 31

  6. Эластомеры. Латекс, каучуки и резины.

  31 Эластомеры- каучукоподобные полимеры и материалы на их основе, обладающие высокоэластическими свойствами во всем диапазоне температур эксплуатации. Эластомерами являются латексы, каучуки, резины. Латекс- млечный сок каучуконосных растений. Жидкость молочно-белого цвета с желтым или розовым оттенком. Латекс представляет собой водную дисперсию глобул натурального каучука, содержащую также белки, соли и др. В неконцентрированном латексе около 52-60% воды, 34-37% каучука. Наибольшее промышленное значение имеет латекс бразильской гевеи, из которого выделяют натуральный каучук.

• 
  Слайд 32
  

  32 Каучук - промышленный полимер, переработкой которого получают резину. Для каучуков характерна способность к большим обратимым (высокоэластическим) деформациям при обычных и пониженных температурах. Различают натуральные и синтетические каучуки. Натуральный каучук - вещество, которое получают коагуляцией латекса каучуконосных растений. Основным компонентом натурального каучука является полиизопрен. Вулканизацией натурального каучука получают прочную и эластичную резину. Натуральный каучук применяется в производстве шин, амортизаторов, изделий санитарии и гигиены и др. Натуральный каучук стоек к действию воды, хорошо растворим в бензоле, хлороформе и других растворителях. Резины из натурального каучука обладают хорошей эластичностью, износо- и морозостойкостью и высокими динамическими свойствами, но низкой стойкостью к действию растворителей, масел, тепло- и атмосферостойкостью. Однако, натуральный каучук теперь практически не применяется в производстве трубчатых изделий.

• 
  Слайд 33
  

  33 Синтетический каучук- промышленный полимер, который получается путем эмульсионной и стереоспецифической полимеризации мономеров (на основе работ русского химика С.В. Лебедева). Резина– высокомолекулярное соединение, полученное при вулканизации смеси натурального или синтетического каучука с различными ингредиентами (добавками). Это – композиционный материал, включающий до 10-15 ингредиентов или более. Ее состав зависит от требований, предъявляемых к изделию. Изделия медицинского назначенияиз резины не должны обладать токсичностью и иметь неприятный запах, должны быть устойчивы к воздействию света, растворителей и иметь привлекательный вид. Требования к резинам– способность к многократным обратимым деформациям (эластичность), механическая прочность, сопротивление разрастанию порезов, истиранию и старению.

• 
  Слайд 34
  

  34 В состав резины входят ингредиенты: Каучуки, Вулканизирующие агенты (сера, органические примеси, смолы, оксиды металлов); Ускорители и ингибиторы вулканизации (тиурам, едкая щёлочь, оксиды цинка, магния, свинца и др.); Наполнители (мел, тальк, барит, каолин, оксид цинка и кремния); Пластификаторы или мягчители (стеарин, парафин, масла); Противостарители (ароматические фенолы); Порообразователи; Органические красители и пигменты; Фунгициды; Дезодоранты.

• 
  Слайд 35
  

  35 Технологический процесс изготовления медицинских резиновых изделий складывается из следующих операций: Получение резиновой смеси(пластификация каучука, подготовка ингредиентов, смешение, охлаждение резиновой смеси). Изготовление полуфабриката или заготовки(экструзия, листование резиновой смеси каландированием). Формообразование или получение резиновых изделий одним из следующих методов: Компрессионное формование (прессовый способ), Литьевое формование (литьё под давлением), Ручная клейка, Экструзия, метод макания.

• 
  Слайд 36
  

  36 Вулканизация(технологический процесс резинового производства, при котором в результате химической реакции пластичный "сырой" каучук превращается в резину. В большинстве случаев каучуки общего назначения (натуральный, бутадиеновый, бутадиен-стирольный) вулканизуют, нагревая их с элементарной серой при 140-160°С). Горячая вулканизация, Холодная вулканизация. Послеформовая обработка, монтаж, разбраковка изделий. Контроль качества, маркировка и упаковка изделий.

• 
  Слайд 37
  

  37 При оценке качества медицинских товаров из резины обращают внимание на следующие дефекты технологического процесса, выявляемые внешним осмотром: Пузыри, вмятины, посторонние включения; Шероховатость поверхности; Несоответствие размерам; Смещение контуров; Надрывы, трещины, пористость, расслаивание; Недопрессовка; Недовулканизация (клейкость) или перевулканизация.

• 
  Слайд 38
  

  38 Благодарю за внимание!