Поліетилен

Поліетиленові трубки (0,8–1 м), що пристосовуються до перистальтичного насоса, і внутрішній діаметр яких дозволяє щільно вставити кінець 100-мкл піпетки для мікровідбору

Пов’язані терміни:

Протезування
Пролен
Politef
Полімер
Поліетилен з надвисокою молекулярною вагою
Полістирол
Оксид алюмінію
Остеоліз
Етилен

Завантажити у форматі PDF

Про цю сторінку

Поліетилен

Джавад Парвізі, доктор медичних наук, FRCS,. Заступник редактора, у високопродуктивній ортопедії, 2010

Визначення:

Лінійний полімер простої молекули етилену, синтезований у вигляді тонкого білого порошку. Етилен складається з ковалентно зв'язаних вуглеців та підвісних воднів.

Історія:

Поліетилен високої щільності (HDPE) був представлений як несуча поверхня в ортопедії в 1962 році сером Джоном Чарнлі з Манчестера, Англія.

Виробництво:

Поліетилен створюється шляхом полімеризації етену. Він може бути отриманий шляхом радикальної полімеризації, аніонної полімеризації та катіонної полімеризації. Порошок формується в листи методом лиття під тиском. Наступним етапом є електронне випромінювання з подальшим відпалом над температурою розплаву та формуванням. Нарешті, поліетилен стерилізується газом. Здається, пряме лиття сприятливо впливає на швидкість зносу, але є дорогим. Стандартний, зшитий та Hylamer - це типи, доступні хірургу-ортопеду.

Трибологія - це дослідження змащення та зносу. Усі опорні поверхні в різному ступені призводять до зносу. Знос можна розділити на адгезію, стирання, перенесення, втому та третє тіло. З моменту свого створення завжди існували занепокоєння щодо виробництва поліетиленового сміття через зношування на межі підшипника. Багато ортопедичних досліджень було зосереджено на поліпшенні характеристик поліетилену та пошуку альтернативних та більш міцних підшипників.

Остеоліз:

Резорбція кістки є результатом запальної реакції на залишки поліетилену залежно від розміру сміття. Це найпоширеніша причина невдалого ендопротезування кульшового суглоба.

Зменшення зносу:

Хірург: вибір, вирівнювання імплантатів (удари викликають знос) та уникнення сміття, що спричиняє знос третього тіла.

Пацієнт: Зменшення ваги та розумна діяльність дозволять максимізувати довговічність поліетилену .

Дизайн імплантатів:

Відповідність, особливо при повній заміні коліна, зменшує знос, але збільшує зусилля на межі розділу кістка-протез і може призвести до послаблення. Компенсоване загальне заміщення стегна збільшує результати за рахунок зменшення сили суглобової реакції. Кераміка краще, ніж хром кобальту, проте слід враховувати ризик перелому та витрати. Правильне зберігання запобігає окисленню і зменшує руйнування та зміну міцності поліетилену на міцність. Тонкий поліетилен (

Золотий стандарт:

Тренажери припускають, що кераміка на формованому поліетилені з надвисокою молекулярною масою (UHMWPE), що має високі зшивки, може бути чинним золотим стандартом без потенційної проблеми кераміки при зносі кераміки, що може призвести до катастрофічних руйнувань. Майбутні цілі - покращення механічної міцності, зменшення зносу та усунення окислення без переплавлення поліетилену.

188-1. Посилення гомілкового поліетилену вуглецевим волокном часто призводило до швидкого зносу та руйнування.

(Від Canale ST, Beaty JH [ред.]: Оперативна ортопедія Кемпбелла, 11-е видання, Філадельфія, Мосбі, 2007)

Упаковка: Полімери для контейнерів

1.1 Поліетилен високої щільності

Поліетилен високої щільності - це не тільки найпоширеніший вид пластику, який використовується для пляшок та інших жорстких контейнерів, а пляшки, навпаки, найчастіше використовують ПНД в упаковці. Попри те, що ПНД втратив свою частку на ринку у порівнянні з ПЕТ, загальна кількість смоли ПНД, що використовується в контейнерах, помітно зросла. У США в 1997 році в контейнерах було використано близько 1,13 × 10 10 кг ПНД (ЄПВ 1999).

ПНД має ряд переваг у порівнянні з іншими пластмасами. Перш за все, історично це було порівняно недорого. У червні 2000 р. Ціна смоли HDPE для видувного формування становила приблизно 1,08 дол. США за кг (Plastics News 2000).

ПНД має чудову гнучкість та стійкість до пошкоджень від ударів при кімнатній температурі, охолоджуваних умовах та навіть при температурі заморожених продуктів, завдяки дуже низькій температурі склування Tg (близько −100 ° C). У той же час він має достатню жорсткість, щоб дозволити виготовляти пляшки з відносно тонкими стінками, тому вага пляшки і, отже, вартість можуть бути зменшені. Хімічна стійкість ПНД, особливо до полярних сполук, також відмінна. Порівняно інертні зв'язки C – C та C – H у структурі роблять її стійкою до більшості видів хімічних впливів, за винятком сильних окислювальних кислот.

ПНД також є дуже хорошим бар’єром для водяної пари. Неполярна гідрофобна природа полімеру означає, що вода має дуже низьку розчинність у HDPE, і, отже, її коефіцієнт проникності нижчий, ніж у більшості інших полімерів. З іншого боку, коефіцієнти дифузії в ПНД, як правило, високі через неполярну природу полімеру, що призводить до слабких міжмолекулярних сил притягання, та його гумовий стан в умовах навколишнього середовища.

Таким чином, для неполярних матеріалів HDPE, як правило, є поганим бар'єром. Наприклад, ПНД не підходить для багатьох чутливих до кисню харчових продуктів, наприклад, оскільки він не забезпечує достатнього бар'єру для переносу кисню. Його бар’єр з низьким вмістом вуглекислого газу означає, що його не можна використовувати для пляшок безалкогольних напоїв. Багато вуглеводнів та деякі органічні розчинники та ефірні олії також можуть проникати через немодифікований поліетилен. З іншого боку, ПНД не підходить для продуктів, що активно дихають, таких як продукція, оскільки його проникність недостатньо висока.

Ще одним недоліком ПНД є обмежена теплостійкість. При температурі плавлення 128–138 ° C ПНД не придатний для використання в системах гарячого заповнення, коли продукт вводиться в контейнер при температурі 60–90 ° C. При цих температурах пляшка не має достатньої жорсткості, щоб залишатися недеформованою. ПНД також має дуже обмежену прозорість через високий ступінь кристалічності і краще описується як напівпрозорий, хоча, звичайно, це залежить від товщини стінки контейнера.

ПНД широко використовується у виробництві пляшок з молоком та водою, що становить 45 мас.% Від усіх ПНД, що використовуються в контейнерах. Майже всі рідкі пляшки для пральних порошків та пом'якшувачів виготовляються з HDPE. Інші поширені програми включають контейнери для фармацевтичних продуктів, туалетно-косметичних засобів та косметики, автомобільних товарів та промислових хімікатів. Більшість пластикових відрів та барабанів - це ПНД.

Глиноземні підшипники в ортопедії: походження та еволюція

Ендрю Руйз, з кераміки глинозему, 2019

6.3.7.1 Поліетиленовий ацетабулярний вкладиш UHMWPE

UHMWPE був ключовим внеском Чарнлі в сучасну ендопротезування тазостегнових суглобів, і фактично практично всіх суглобних суглобів наприкінці 20 століття, до ери, що несе глинозем, і трохи менше половини з приблизно 1,3 мільйона комерційних тазостегнових суглобів, що імплантуються щорічно в даний час, залучити парадигму CoCr/поліетилен.

Поліетилен - найпоширеніший у світі комерційний полімер (інженерний пластик), щорічне виробництво якого становить близько 80 мільйонів тонн, що перевищує виробництво алюмінію. Він складається з довгих, не зшитих ланцюжків простого мономеру етилену CH2. Поліетилен буває декількох форм, виходячи із середньої довжини ланцюга. Зазвичай ланцюги є лінійними, як правило, з дуже невеликим розгалуженням

довжина ланцюга 10–30 тис. AMU

найм'якший найслабший поліетилен

використовується, наприклад, у мішках для морозильної камери

довжина ланцюга від 50 тис. до 1,5 млн. аму

міцний міцний і широко застосовуваний поліетилен

широко використовується у пляшках та пластиковій упаковці, наприклад, у тонких міцних пластикових нерозкладаних продуктових пакетах, які були переважаючими у 2000-х

довжина ланцюга 3,5–7,5 млн. аму

відомий найбільш зносостійкий і міцний полімер, що перевершує полікарбонат за в’язкістю та поліуретан за зносостійкістю

UHMWPE - це сорт, який використовується в вертлужних вкладишах.

Між цими загальними класифікаціями також існує ряд проміжних класів, але ці три основні класифікації є основними визначеннями комерційного поліетилену.

Біоматеріали та клінічне використання

7.21.2.4.9 Поліетиленові імплантати високої щільності

Імплантати з поліетилену високої щільності (HDPE) - це тверда, але гнучка пластмаса, яка має пори, що дозволяють забезпечити деяку кількість м’яких тканин та мінімальне вростання кісткових тканин [154]. Цей матеріал виступав за корекцію щелепно-носової дисплазії (синдром Біндера) [163], травматичної деформації носа [164], колапсу носового клапана [165], реконструкції нижньої щелепи [166], травми орбіти [167], побудови вух [168] та інші реконструкції обличчя. Через свою пористість HDPE більш схильний до інфекцій, ніж ePTFE або силікон. Отже, може бути розглянута передопераційна просочення антибіотиками [154]. Недавнє дослідження показало, що ПНД може бути не таким біологічно інертним, як вважалося раніше, і може виникнути легка запальна реакція [169] .

Реконструкція носової щілини також успішно проведена за допомогою ПНД. Характерний губчастий характер цього матеріалу дозволяє вростання тканин і судин з хорошими естетичними результатами та мінімальними ускладненнями [170]. Дослідження на кроликах продемонструвало покращену інтеграцію ПНД у ложе господаря шляхом додавання основного фактора росту фібробластів та фактора росту епідерми [171]. Автори виявили сингергістичне покращення як фіброзного, так і судинного вростання імплантату ПНД, і відзначили дуже мало ускладнень.

Пошитий поліетилен

Стівен Курц, Майкл Менлі, в хірургічному лікуванні артриту кульшового суглоба, 2009

Хімічна структура та молекулярна вага

Поліетилен є полімером етилену і складається з вуглецевого ланцюга з підвісними атомами водню. Це найпростіша з молекул полімеру хімічно, але зі збільшенням довжини полімерного ланцюга зростає і складність матеріалу. Коли молекулярна маса полімеру досягає близько 40000 дальтон (поліетилен низької щільності), матеріал має м'яку та пластичну характеристику і використовується для таких продуктів, як мішки для сміття, наприклад. UHMWPE, який застосовується в ортопедичних додатках для стегна та коліна з 1962 року, має молекулярну масу від 2 до 6 мільйонів дальтон. Завдяки своїй молекулярній вазі UHMWPE має бажані властивості зносостійкості та ударостійкості, а також пластичність та в'язкість. Ці атрибути роблять UHMWPE надзвичайно придатним як несучий матеріал.

У історичній літературі з ендопротезування відбулась певна плутанина, більша частина якої написана Чарнлі 17, в якій те, що сьогодні вважається UHMWPE, історично називалося поліетиленом високої щільності (HDPE) або поліетиленом. Сьогодні поліетилен високої щільності відноситься до матеріалу з молекулярною масою від 100 до 250 000 дальтон і підходить для глечиків з молоком, а не для штучних суглобів. У тренажері стегна HDPE має коефіцієнт зносу, який у чотири рази перевищує показник UHMWPE. 18 Отже, очевидно, що те, що ми сьогодні вважаємо сучасним ПНД, ніколи не використовувалось клінічно.

Ми не будемо більше зупинятися на номенклатурі або історії UHMWPE протягом чотирьох десятиліть безперервного клінічного використання, оскільки ці теми розглянуті в попередній монографії 15, а також обговорюються в Інтернеті. Для цілей цієї глави ми маємо справу в першу чергу з сучасним UHMWPE, який для зручності ми будемо і надалі називати поліетиленом.

Упаковка продуктів харчування

Поліетилен

Поліетилен - це найпоширеніший пластик у світі як для упаковки, так і для упаковки. Він виготовляється з різною щільністю, в діапазоні від 0,89 г см −3 (дуже низька щільність) до 0,96 г см −3 (висока щільність), і він легкий, недорогий, ударостійкий, порівняно легко виготовляється та прощається. Поліетилен не є хорошим газовим бар’єром і, як правило, не прозорий, а навпаки, напівпрозорий. Він може бути екструдований у плівку з чудовими властивостями утримання пари та рідини. Поліетиленова плівка низької щільності частіше використовується як гнучкий пакувальний матеріал. Поліетилен низької щільності також нанесений екструзійним покриттям на інші основи, такі як папір, картон, пластик або навіть метал, щоб надати стійкість до води та водяної пари або термогерметичність.

Поліетилен високої щільності, хоча і використовується для гнучкої упаковки, частіше спостерігається у вигляді екструзійних формованих пляшок із ударостійкістю, хорошою водою та пароізоляцією, але поганими газозахисними властивостями. Будь-який з поліетиленів у належній структурі функціонує як ефективний мікробний бар’єр.

Переробка - побутові відходи

5.2 ПНД

Поліетилен високої щільності (ПНД) є найпоширенішим побутовим пакувальним матеріалом завдяки низькій вартості смоли та легкому формуванню. Малюнок 16 - це фотографія різних конструкцій та застосувань ПЕ-пляшок. ПНД виробляється у двох основних сортах: один - напівпрозорі глечики для молока, а інший - кольорові пляшки для білизни та миючих засобів. Властивості цих двох типів ПЕ різні. Глечики для молока - це вид смоли, що має найбільшу цінність та найбільші механічні властивості. На відміну від ПЕТ, PE легко переробляти. Він плавиться при відносно низьких температурах, не сильно руйнується при тривалих або багаторазових циклах плавлення, і його легко формувати. HDPE-смола зазвичай продається за 0,25 долара за фунт, що вдвічі менше вартості ПЕТ-смоли, і це нижче значення негативно впливає на можливість переробки.

Малюнок 16. Фотографія різних упаковок кінцевого використання, виготовлених як із ПВД, так і з вторинного ПВД Відтворено з дозволу корпорації wTe.

Металеві, керамічні та полімерні біоматеріали

1.23.2.1 Поліетилен

Таблиця 3. Діапазон молекулярної маси, кристалічності та щільності в поліетиленових полімерах

Поліетилен Молекулярна маса (г/моль) Кристалічність (%) Щільність (г/см 3) Застосування

ПВД	30 000–50 000	30–40	0,910–0,925	Медична упаковка; катетери
MDPE	60 000–100 000	50–60	0,926–0,940	Імплантати обличчя
ПНД	200 000–500 000	70–90	0,941–0,980	Сухожилля; катетери
UHMPWE	4–6 мільйонів	45–60	0,925–0,935	Ортопедичні підшипники

Рис.2. Типова повна заміна кульшового суглоба з використанням вертлюжної чашки UHMWPE, яка формується проти головки стегна Co-Cr.