Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода Токарева Наталия Васильевна

Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода
<
Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Токарева Наталия Васильевна. Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода : Дис. ... канд. хим. наук : 02.00.06 : Москва, 2004 152 c. РГБ ОД, 61:04-2/519

Содержание к диссертации

Введение

Литературный обзор. 7

Сверхкритический диоксид углерода. 7

Модификация полимеров сверхкритическим диоксидом углерода. 12

Пластификация полимеров сверхкритическим диоксидом углерода . 13

Импрегнация полимеров в среде сверхкритического диоксида углерода. 20

Полимерные смеси. 22

Биостабильные полимеры. 28

Объекты и методы исследования. 42

Исследование модификации сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода, 51

Исследование строения и термомеханических свойств сополимеров метилметакрилата. 53

Исследование экстракции сополимеров метилметакрилата в среде ск-С02 . 60

Исследование строения сшитого сополимера метилметакрилата, модифицированного ск-СОг- 62

Особенности десорбции СОг из сополимеров метилметакрилата. 63

Исследование термомеханических свойств линейного сополимера метилметакрилата, модифицированного ск-С02 . 65

Исследование термомеханических свойств сшитого сополимера метилметакрилата, модифицированного ск-С02. 67

Этапы постэкстракционного периода. 72

Влияние продолжительности постэкстракционного периода на физико-механические свойства сополимера метилметакрилата . 76

Исследование сополимера метилметакрилата методом сканирующей электронной микроскопии. 81

Глава 4. Исследование структуры и свойств СВМПЭ, модифицированного в среде сверхкритического диоксида углерода .

4.1. Исследование процесса карбоксилирования СВМПЭ, модифицированного ск-СОг-

4.2. Исследование свойств СВМПЭ, модифицированного ск-СОг-

4.3. Исследование трибологических свойств СВМПЭ, модифицированного ск-СОг

Глава 5. Исследование импрегнации СВМПЭ сереброорганическим комплексом Ag(hfac)(tetraglyme) в среде сверхкритического диоксида углерода .

5.1. Синтез и свойства комплекса Ag(hfac)(tetraglyme).

5.2. Импрегнация СВМПЭ комплексом Ag(hfac)(tetraglyme) в среде

5.3. Исследование термомеханических свойств и морфологии поверхности СВМПЭ-Ag.

5.4. Исследование трибохимических процессов в СВМПЭ - Ag.

Глава 6. Исследование полимерной системы СВМПЭ ПММА .

6.1. Исследование процесса полимеризации метилметакрилата в полимерной системе сополимер ММА - СВМПЭ.

6.2. Исследование свойств полимерной системы СВМПЭ - ПММА.

Глава 7. Испытания на животных имплантатов на основе сополимера метилметакрилата.

Выводы Литература

Введение к работе

Создание полимеров для контакта с биологическими средами обусловлено потребностями биологии и медицины в полимерных биостабильных эндопротезах. С каждым годом это направление современной медицины получает все большее развитие и требует принципиально новых подходов с привлечением современных наукоемких технологий.

В последние годы проводятся попытки привлечения в сферу биомедицинского материаловедения технологий сверхкритических сред. Сверхкритические среды применяются при разделении мономеров, олигомеров и полимеров, создании материалов с наночастицами металлов, синтезе и получении биоматериалов, импрегнации, создании пористых материалов, экстракции различных соединений, в том числе комплексов металлов и т.д.

Наиболее важным представляется создание микропористых структур и полимерных композиционных материалов с наночастицами металла, изучение физико-химических, физико-механических свойств полимерных систем, полученных модификацией сверхкритической средой диоксида углерода (ск-СОг).

Традиционными материалами с 30-х годов прошлого века, применяемыми в челюстно-лицевой хирургии, являются акриловые сополимеры. Основной причиной их использования являются технологические преимущества, определяющие возможность получения изделий сложной конфигурации, а также достаточно высокий комплекс физико-механических показателей.

Недостатком некоторых акриловых полимеров, применяемых в эндопротезировании, является токсичность, связанная с наличием остаточного мономера, и отсутствие поверхностной пористости, затрудняющее протекание процесса остеоинтеграции.

В настоящее время патология и травматизм опорно-двигательной системы человека занимает одно из первых мест среди болезней с временной и стойкой утратой трудоспособности, и эндопротезирование является наиболее эффективным методом лечения суставов. Однако, трибоокисление сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), используемого в качестве вкладышей тазобедренного сустава при реконструкции травмированных участков

5 человеческого скелета, - приводит к повышенному износу и необходимости повторных операций.

Цель данной работы заключается в исследовании модификации СВМПЭ и сополимера метилметакрилата (ММА) в среде ск-С02; получении полимерных систем, импрегнированных различными прекурсорами; изучении их строения, структуры и свойств для создания полимерных имплантатов, способных заменить костную ткань. Задача исследования включает в себя три основных этапа: изучение влияния ск-СОг на строение сополимера ММА и СВМПЭ, получение полимерных систем СВМПЭ-ПММА и СВМПЭ-Ag, путем импрегнации СВМПЭ различными прекурсорами в среде ск-С02, а также особенностей протекания трибохимических процессов в модифицированном СВМПЭ.

В первой главе приводится литературный обзор, посвященный анализу работ, в которых рассматриваются особенности сверхкритических сред, в частности диоксида углерода, воздействия сверхкритической среды на полимеры. Особое внимание уделено изучению процессов пластификации, импрегнации полимеров, различных способов модификации поверхности, созданию пористых структур.

Во второй' главе описаны свойства объектов исследования, методики проведенных экспериментов и исследований.

Третья глава посвящена исследованию строения, свойств и структуры поверхности сополимера ММА, модифицированного в среде ск-СОг- Приводятся результаты исследования порообразования, теплофизических, физико-механических свойств монолитных образцов в постэкстракционный период.

В четвертой главе приводятся данные о влиянии условий модификации; СВМПЭ ск-СОг на характер изменения свойств и морфологии полимера. Показано активное протекание реакции карбоксилирования в результате обработки ск-СОг и трибохимических процессов вследствие фрикционных испытаний.

Пятая глава посвящена процессу импрегнации - сереброорганического комплекса в полимерную матрицу СВМПЭ, исследованию физико-химических и трибологических свойств полученной полимерной системы.

В шестой главе рассматриваются возможности получения полимерных системы СВМПЭ-ПММА путем импрегнации СВМПЭ метилметакрилатом в среде ск-С02 и изучаются их свойства.

В заключительной части представлены результаты исследования биосовместимости имплантатов, изготовленных на основе сополимера метилметакрилата, модифицированного ск-С02. Проведено исследование рельефа фронта минерализации кости в прилежащих к нему участках имплантата. Показано, что в процессе биосовместимости и развития остеоинтегративных процессов важная роль принадлежит морфологии поверхности, которая имеет ряд преимуществ после обработки ск-С02.

Работа проведена в лаборатории наполненных полимерных систем ИНЭОС РАН, эксперименты по обработке полимеров ск-СОг проводились на установках ГосНИИОХТ, ИПЛИТ РАН и Ноттингемского университета (Великобритания).

Пластификация полимеров сверхкритическим диоксидом углерода

В настоящее время значительный научный интерес представляет использование ск - С02 как среды для синтеза и обработки полимеров. Уникальные физические свойства сверхкритических сред позволяют применять их не только в области полимеров, но в органическом синтезе [18], гомогенном [19, 20] и гетерогенном [21,22] катализах, неорганической и металлоорганической химии [23, 24], Одним из наиболее перспективных направлений применения ск-СОг является модификация полимеров, в результате которой можно регулировать их морфологию. Эффект пластификации позволяет использовать сверхкритические среды для импрегнации и гетерогенной модификации полимерных материалов. Образование микропористых полимерных пен, полимерных микрокапсул, получение покрытий в результате воздействия ск-С02 способствует проведению более тщательного исследованию влияния сверхкритической среды и процессов модификации полимеров.

Основным фактором использования ск - СО2 является синтез и модификация полимеров. Сорбция ск-С02 в полимерную матрицу стеклообразных, полимеров приводит к набуханию, снижению температуры стеклования - происходит пластификация материала. Это явление подробно исследовано и подтверждено экспериментально и теоретически [25].

В последние годы большое значение приобрели исследования в области термодинамики систем полимер-газ и полимер - сверхкритическая среда, теории стеклования полимеров, обработанных сверхкритическими средами и газами под высоким давлением. Согласно теории, основанной на классической и статистической термодинамике, было сделано предположение о том, что сегменты полимера остаются полностью неподвижными ниже температуры стеклования, а небольшое количество пластификатора (молекул газа) способно перемещать и заполнять свободное пространство полимерной матрицы [26]. Это было подтверждено на модели полистирола, пластифицированного газом при высоком давлении [27]. С применением подобного метода, экспериментально был показано протекание сорбции газа в аморфные полимеры [28,29].

Для доказательства процесса пластификации полимеров газом под высоким давлением и сверхкритическими средами была использована теория Флори-Хаггинса [30], и объяснен механизм понижения температуры стеклования в системе полимер - сверхкритическая среда [31]. Эту теорию применяют также для объяснения процесса пластификации аморфных полимеров ск - средой [32, 33], и для создания частично растворимого вещества между сшитыми структурами полимера [34].

Пластификация полимеров ск-СОг характеризуется увеличением сегментальной подвижности, подвижности полимерных цепей и увеличением расстояния между цепями. Пластифицирующий эффект СО заключается в способности молекул диоксида углерода взаимодействовать с основными участками полимерных молекул, например, взаимодействие между СО2 и карбонильными группами в ПММА [35]. Также экспериментально показано, что взаимодействие между молекулами С02 и функциональными группами полимера способствует ослаблению взаимодействия между цепями, увеличивая подвижность сегментов полимера [36]. Увеличение подвижности эфирных групп в полиметилметакрилате наблюдали при температуре 40С, после обработки пленки ПММА ск-С02 при давлении 10 МПа. В отсутствии С02 подвижность эфирных групп в молекуле ПММА наблюдается при нагревании образца выше температуры стеклования (Т=105 С). Этот пример показывает, что воздействие ск-С02 подобно эффекту нагревания полимера. Механизм пластификации ПММА, обработанного ск -СОг и взаимодействие между молекулами С02 и полимера [35] подтвержден спектроскопическими исследованиями Я. Ханда (Y. Handa) [37]. Методом ЯМР доказана подвижность фснильных колец в полистироле, обработанном ск-С02 [38] и подтверждено предположение о слабом взаимодействии между молекулами С02 и фтора, в растворенных в ск-С02 фторакрилатов [39].

Процесс пластификации полимеров сопровождается набуханием полимерной матрицы, следовательно, увеличивается свободный объем и, в результате молекулярного взаимодействия происходит растворение С02 в аморфных полимерах [40]. Исследования показали, что увеличение концентрации карбонильных и сульфо-групп в полимерах приводит к увеличению растворимости молекул С02 по сравнению с молекулами метана, которые не способны взаимодействовать с функциональными группами [41]. Растворимость С02 в полимерах обсуждена в ряде публикаций [42-45].

Пластификацию полимеров ск-С02 изучали различными методами, включая сорбцию газа и его проницаемость в полимерную матрицу [46], набухание полимеров [47], ультразвуковое определение модуля Юнга [48], дифференциально-сканирующей калориметрией высокого давления [49], ЯМР-спектроскопией [36, 50], рентгеноструктурным анализом, хроматографией [51].

Исследование экстракции сополимеров метилметакрилата в среде ск-С02

Как известно, свойства полиметилакрилатов зависят от числа и расположения углеродных атомов в радикале при эфирной связи; с ростом цепи радикала понижается теплостойкость полимеров, а разветвление углеводородной цепи в радикале приводит к повышению температуры размягчения полимеров. Результаты термомеханических испытаний приведены на рис. 3.1.3. юоп 250 температура, С Рис.3.1.3. Термомеханические свойства сополимера ММА: 1 - линейного; 2 сшитого. Термомеханическая кривая сополимера ММА, характеризующегося содержанием до 23% геля и высоким коэффициентом полидисперсности золь-фракции, отличается от линейного как в области температур размягчения (—80 С), так и температур течения ( 150С). Температура размягчения линейного сополимера ММА выражена достаточно четко при температуре 80С, в то время как для частично сшитого сополимера этот показатель характеризуется началом изменения положительной деформации при температуре 40-50С.

Температура начала перехода в высокоэластическое состояние линейного сополимера составляет 105С, а сшитого -115С. Термомеханические кривые этих сополимеров значительно отличаются в области температур течения: при температуре 145 С линейный сополимер начинает течь и полностью растекается при 240 С. Резкого изменения деформации течения частично сшитого не наблюдается и максимальная деформация при 250С составляет около 30 %. Процесс перехода сополимера в вязкотекучее состояние происходит медленнее и при более высоких температурах (около 175С).

Полученные данные свидетельствуют, что термомеханические кривые сополимеров с высоким значением коэффициента полидисперсности при температуре размягчения отличаются от термомеханических кривых полимеров, относительно однородных по молекулярному весу. Для полимеров с большим молекулярно-массовым распределением термомеханические кривые приобретают «размытый» характер. Это объясняется тем, что фракции полимера переходят в вязкотекучее состояние при неодинаковых температурах.

Для исследования структуры поверхности была определена микротвердость поверхности сополимеров (см. рис. 3.1.4).

Микротвердость сшитого сополимера ниже по сравнению с линейным, вероятно, это связано с несколькими факторами: -при полимеризации ММА в процессе получения полимерной системы не прореагировавший мономер может мигрировать к поверхности, снижая ее твердость, -технология получения образцов не предусматривает применения давления после закрытия формы (полимеризация проходит в заливочном компаунде). -снижению поверхностной твердости может также способствовать контакт с поверхностью гипсовой формы, имеющей значительную пористость поверхности.

Физико-механические показатели (см. табл. 3.1.3) свидетельствуют, что полимерная система сополимер ММА - ММА обладает лучшими физико-механическими свойствами, вероятно, это связано с образованием сшитой структуры сополимера (см. схема 3.1.2).

Свойства сшитого полимера зависят от количества поперечных связей между макромолекулами. В результате полимеризации ММА образуется полимерная система на основе сополимера ММА, характеризующаяся неглубокой сшивкой. Полученные данные свидетельствуют о более высокой термомеханической устойчивости и улучшению физико-механических показателей сополимера с частично сшитой структурой. Поэтому дальнейшие исследования проводились с образцами сополимера ММА этой структуры. 3.2. Исследование экстракции сополимеров метилметакрилата в

При обработке сверхкритическим СОг происходит экстрагирование растворимых продуктов, остатков мономера, олигомеров. В результате воздействия СК-СО2 происходит диффузия молекул СОг в полимерную матрицу, наблюдается изменение веса сополимера, которое оценивали гравиметрическим методом. Существуют два механизма объясняющих это явление: а) абсорбция и растворение СОг в полимерах, приводящее к увеличению веса; б) растворение или экстракция полимеров или других веществ, например: мономеров, олигомеров, пластификаторов, стабилизаторов, находящихся в полимерной матрице, приводящее к уменьшению веса образца [26]. Однако процессы растворения СОг в полимере или растворение полимера в ск-СОг могут происходить одновременно, следовательно, по результатам гравиметрического анализа нельзя утверждать, какой именно процесс происходит. Вероятность протекания процесса зависит от структуры материала и условий обработки. Также большое влияние могут оказывать такие факторы, как морфология, температуры стеклования и плавления полимера.

Для оптимизации условий эксперимента образцы обрабатывались ск-С02 в различных режимах, варьировались температура и давление СОг в ячейке высокого давления, время эксперимента. Было показано, что при увеличении температуры, от 40 до 80С насыщаемость образца ск-СОг возрастает. При обработке образцов в течение часа при температуре 80С десорбция мономера примерно в шесть раз больше, чем при 60С, а при 40С происходит лишь незначительная десорбция мономера. Методом газовой хроматографии и масс-спекгроскопии было определено количество десорбированного мономера - метилметакрилата (ММА) ( 1%) и пластификатора.

Влияние продолжительности постэкстракционного периода на физико-механические свойства сополимера метилметакрилата

Как было показано, третий этап постэкстракционного периода пластификации ск-С02 сшитого сополимера ММА не приводит к порообразованию. Однако, этот период влияет на весь комплекс технологических и физико-механических свойств.

Термомеханические свойства сополимера ММА, подвергнутого ск-С02 показывают, что размягчение в период десорбции С02 связано с более сложными изменениями. Близкие значения температур порообразования и размягчения после 2 и 4 часов выдержки свидетельствует о том, что в начале постэкстракционного периода порообразование в монолитном образце сшитого сополимера происходит при температуре, приводящей к сегментальной подвижности макромолекул. Появление значительного интервала между температурами размягчения и порообразования может являться результатом не только уменьшения количества С02 в сополимере, но и формирования градиента концентрации С02 по толщине образца. Вероятно, фронт десорбции С02 при хранении обработанного сополимера ММА направлен от поверхности в глубину образца, как было показано ранее, при изучении десорбции С02 из пленок [164]. В результате прекращения свободной диффузии С02 поверхностный слой оказывается обедненным С02 и менее пластифицированным.

Характер изменения поверхностного слоя образцов после воздействия ск-С02 на глубине до 10-15 мкм был исследован на основе экспериментальных данных микротвердости (рис. 3.9.1).

Полученные результаты свидетельствуют, что поверхность исходного-образца имеет пологий градиент микротвердости, который монотонно возрастает 7 от 2 кг/мм на глубине 2 мкм до 17 кг/мм на глубине 7 мкм. Обработка ск-С02 резко изменяет характер формирования поверхности: на глубине 3-4 мкм наблюдается резкое возрастание микротвердости, свидетельствующее о формировании более прочной поверхности. При увеличении продолжительности постэкстракционного периода от I до 14 дней наблюдается постепенный рост микротвердости, в результате образовавшейся на поверхности «корки». H ,

Зависимость микротвердости (Нм) поверхности сшитого сополимера ММА, модифицированного ск-СОг, от продолжительности постэкстракционного периода:! - исходный; 2-1 час; 3-24 часа; 4-7 дней; 5-10 дней; 6-14 дней.

При увеличении экспозиции от 1 до 10 дней происходит возрастание микротвердости на малых глубинах от 4 мкм через 24 ч хранения до 3 мкм при выдержке в течение 10 дней. Следует отметить, что изменение микротвердости свидетельствует только об образовании более твердого поверхностного слоя, а не об изменениях во всей массе образца, поскольку было показано [165], что в период хранения до 10 дней физико-механические свойства образцов характеризуются резким снижением показателей модуля упругости.

Зависимость твердости образцов линейного (1) и сшитого (2) сополимера ММА от продолжительности постэкстракционного периода. Для оценки сопротивления сополимера ММА пластической деформации на его поверхности была определена твердость по Бринеллю (рис.3.9.2). Благодаря сшитой структуре сополимера, изменения твердости выражены значительно слабее, но в то же время, восстановление показателя происходит медленнее.

Полученные результаты свидетельствует о значительном снижении жесткости сополимера в постэкстракционный период, несмотря на формирование твердого поверхностного слоя. Образование новой поверхности, характеризующейся градиентом физико-механических свойств связано, вероятно, с двумя факторами пластификации сополимера: присутствие остатков внутри образцов молекул сорбированного СОг под значительным избыточным давлением и температуры. В результате снижения температуры и процесса десорбции СОг, на поверхности сополимера происходит постепенное уменьшение подвижности пластифицированных макромолекул, испытывающих давление сорбированного газа из внутренних слоев. Вследствие этого образуется поверхностный слой, который обладает более высокими физико-механическими показателями, чем пластифицированная масса сополимера, в которой сохраняется значительное количество СОг При повышении температуры воздействия ск-СОг в сополимере осуществляются два процесса, благоприятствующие диффузии СОг из внутренних слоев: увеличение избыточного давления газа в массе сополимера и, одновременно, происходящее размягчение поверхностного слоя, При достижении температуры, при которой наблюдается сегментальная подвижность макромолекул, происходит значительная деформация полимера, сопровождающаяся образованием макропор при десорбции СОг из сополимера в результате перепада давления. Температуры размягчения и порообразования сополимера после выдержки в течение четырех часов практически совпадают, что свидетельствует о высокой подвижности цепей полимера, связанной с пластификацией

Импрегнация СВМПЭ комплексом Ag(hfac)(tetraglyme) в среде

Комплексная обработка СВМПЭ: воздействие ск-СОг и температуры приводит к аналогичным результатам, В интервале температур 40 - 100 С происходит снижение степени кристалличности, а при температуре 140 С (выше температуры плавления) заметное повышение теплового эффекта. Полученные данные свидетельствуют, что выдержка в ск-С02 при температурах более низких, чем температура плавления кристаллической части, приводит к снижению степени кристалличности. Вероятно, это связано с высоким давлением газа, используемого в этом процессе.

Ранее Аскадским и др. [176,177] было показано, что прессование приводит к снижению температуры плавления и степени кристалличности переработанных образцов полиэтилена по сравнению с исходным порошком. С ростом температуры понижение кристалличности происходит быстрее, что связывали с увеличением разветвленноста полимера [171]. Следует отметить, что степень кристалличности термообработанного СВМПЭ ниже, чем у образцов, подвергнутых воздействию CK-CCV Вероятно, это возникает из-за разницы давления во время обработки ск-СОг, так как увеличение давления в процессе кристаллизации приводит к возрастанию кристалличности [176].

Этот эффект объясняет также разницу значений микротвердости СВМПЭ после проведения комплексного воздействия и после только термообработки. Это обусловлено тем, что под влиянием высокого давления сверхкритического СОз наблюдаемое снижение кристалличности способствует изменению структуры поверхностного слоя, которое сопровождается заметным повышением микротвердости.

Плотность образцов обработанных ск-СОг (см. табл. 4.2.2) изменяется в зависимости от температуры эксперимента: незначительно снижается в интервале температур 40 - 100 С с последующим резким понижением при температуре 140С. Вероятно, наблюдается (см. табл. 4.2.1), сохранение высокой степени кристалличности в температурном интервале до 100С. Развитие процесса образования макропор при более высокой температуре (140С) приводит к снижению плотности, а при 160 С - к вспениванию образца. Таблица 4.2.2 Плотность СВМПЭ, обработанного ск-С02 при Р=250 атм в течение 3 часов,

В интервале температур обработки 40 - 100С направленные неровности на поверхности СВМПЭ, образующиеся при механообработке исходных образцов, постепенно сглаживаются. Обработка образцов СВМПЭ при температуре 100С в среде СК-СО2 (см, рис. 4.2.6, в) приводит к образованию на поверхности микровпадин, являющихся начальной стадией дальнейших изменений структуры -образованием пористой поверхности при более высоких температурах.

Упрочнение поверхности образцов СВМПЭ обработанных ск - СОг при температуре - 100С, приводит к формированию положительного градиента механических свойств и микродискретных образований на поверхности.

Обработка ск-СОг выше температуры плавления кристаллической части СВМПЭ (160С) приводит к резкому изменению поверхности: образуются кратерообразные отверстия размером около 50 мкм, при этом стороны «кратеров» создают неровный рельеф поверхности. Возможно, при обработке образцов, например, в условиях близких к температурам плавления (100 - 120С), наблюдаемое образование микронеровностей является началом формирования пористой структуры. Подобное изменение рельефа поверхности определяет снижение микротвердости поверхностного слоя СВМПЭ и, вероятно, будет сказываться на характере трения.

Обзор литературы показал, что СВМПЭ широко используется в медицине в качестве эндопротезов - вкладышей коленного и тазобедренного суставов. Однако, до настоящего времени остаются нерешенными проблемы снижения износа и стабилизации коэффициента трения полимерных протезов суставов, увеличения времени их использования, биостабильности. Поэтому было предположено, что модификация поверхности сверхкритическим С02 может улучшить трибологические характеристики СВМПЭ.

В данном разделе представлены результаты исследования трибологических характеристик модифицированного ск-СОг и термообработанного СВМПЭ, в качестве контртела использовали сплав титана - ТІ6А14У.

Коэффициент трения СВМПЭ после термообработки и комплексного воздействия температуры и ск-С02 (условия трения: Руд=1 кг/см2, v=80 мм/с).

Как видно из таблицы 4,3.1 и рисунка 4.3.1, обработка в сверхкритической среде двуокиси углерода (ск-СОг) влияет на величину и амплитуду коэффициента трения во всем интервале продолжительности эксперимента.

Изменение в характере трения обработанных ск-С02 образцов можно разделить на два этапа: первоначальный ( 10 минут) и установившийся период (1 час). В первоначальный период коэффициент трения образцов СВМПЭ снижается при повышении температуры обработки ск-ССЬ, а затем постепенно увеличивается до установившегося значения, которое остается неизменным в течение всего эксперимента. Амплитуда колебания коэффициента трения в интервале температур обработки ск-С02 - 40-й 00С несколько снижается, что, вероятно, связано с уменьшением механической составляющей силы трения при создании поверхности с положительным градиентом механических свойств.

Коэффициент трения в установившемся режиме образцов СВМПЭ, обработанных в ск-СОг, в интервале температур 40-100С, по сравнению с исходным образцом, сохраняет более низкое значение с невысокой амплитудой колебания. После обработки при 140С коэффициент трения вновь возрастает и приближается к исходной величине.

Похожие диссертации на Модификация биостабильных полимерных систем на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и сополимеров метилметакрилата в среде сверхкритического диоксида углерода