CC BY
22УДК 678.842.062
Д.Н. Макин1, Р.И. Хвостов2, М.В. Успенская3
Введение
Силоксановые композиции, вулканизующиеся по механизму гидросилилирования, привлекают большое внимание в связи с перспективностью использования их в медицине, электротехнике и оптике [1-2]. Специфические особенности таких композиций: возможность быстрой вулканизации при умеренном нагревании, отсутствие выщеления побочные продуктов при отвержении, достаточно высокие физико-механические характеристики в ненаполненном состоянии, высокая деструктивная устойчивость при работе в вакууме и в закрыпых объёмах.
Особенно большое развитие такие силоксановые композиции получили в пластической и восстановительной хирургии. Силоксановые композиции, модифицированные сверхвысокомолекулярным полиэтиленом, используются, например, для создания вкладышей протезов тазобедренные суставов [3]. Композиции ускоренной вулканизации применяют в косметической и восстановительной хирургии, в частности для изготовления искусственные тканей и исправления дефектов лица, груди и других частей тела [4-5].
Развитие современной медицины и техники требует материалы с улучшенными характеристиками. Одним из путей получения таких материалов является модификация уже существующих веществ путем введения наполнителей и активные добавок. Использование модифицирующих добавок позволит улучшить характеристики силоксановые композиций и расширить область их применения. Целью данной работы является исследование влияние различные типов модифицирующих добавок на физико-механические характеристики силоксановые композиций, такие как твердость, прочность на разрыв, влагопоглощение.
МОДИФИКАЦИЯ СИЛОКСАНОВЫХ КОМПОЗИЦИЙ ОТВЕРЖДАЮЩИХСЯ ПО РЕАКЦИИ
ГИ Д РОСИ Л ИЛ И РОВАН ИЯ
Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский, 49
Исследовано влияние различны>/х наполнителей на физико-механические свойства силоксановой композиции, которая отверждается по механизму гидросилилирования. Разработаны рецептурыы модифици-рованны>/х композиций с различны>/ми физико-механическими свойствами, позволяющие получать изделия медицинского назначения.
Ключевые слова: гидросилилирование, силоксаны, аэросил, стеклосферы, гидрогель.
Экспериментальная часть
В работе была исследована композиция Пентаэласт-750 (ПЭ750) (фирма «Пента», Россия). Композиция представляет собой 2-х компонентную смесь, состоящую из винилсодержащего силоксанового полимера со средней молекулярной массой около 50000 и гидросилоксанового олигомера в качестве отвердителя. Катализатором является платиновый комплекс, который введен в винилыную составляющую композиции. Отвержденную композицию получали путем смешения в определенной пропорции полимера, отвердителя и модифицирующей добавки. В качестве модифицирующих добавок использовали различные вещества: винилсодержащий силоксановый каучук (СКТНВ 1,5), поли-метилсилоксан (ПМС-100), аэросил к90, полые стеклосферы (размер 100-200 мкм), полиакрилатный гидрогель. Смесь заливали в нужную форму и выдерживали в течение 24 часов до полного отверждения.
Твердость полученные образцов измерялась на приборе ШОР-А согласно ГОСТ 263-75. Образцы для измерения твердости имели форму таблетки с диаметром 2,5-3 см и толщиной 7-9 мм.
Испытания прочности пленок на разрыв проводили на разрывной машине РМИ-5. Измерения проводили согласно ГОСТ 270-75. Из отвержденные пленок толщиной 1-2 мм вырезали полоски длинной 6 см и шириной 1 см. Толщину образцов измеряли на толщиметре согласно ГОСТ 11358-89.
Условную прочность на разрыв £ (мПа) рассчитывали по стандартной формуле:
fz = Р/(Ьо*Ы*100) , где Рк - нагрузка, вывышющая разрыв образца, Н; Ь0 - первоначальная ширина рабочей части образца, см; ¡10 - первоначальная минимальная ширина рабочей части образца, см.
1 Макин Дмитрий Николаевич: аспирант, каф. физики и техники оптической связи, Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики., e-mail: [email protected]
2 Хвостов Роман Игоревич: аспирант, каф. химии и технологии каучука и резины, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)
3 Успенская Майя Валерьевна: канд. техн. наук, доц., каф. физики и техники оптической связи, Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики e-mail:[email protected]
Дата поступления - 28 апреля 2008 года
Зависимость твердости композиции ПЭ750 от концентрации СКТНВ 1,5 в смеси представлена на рисунке 1.
ШОРА
СКТНВ, мас%
Рисунок 1. Зависимость твердости образцов (Шор А) из ПЭ750 от содержания СКТНВ 1,5 (мас%). Содержание отвердителя в композиции (мас°%): 1 - 5%%, 2 - 7%, 2 - 10%%.
Силоксановый каучук вводили в композицию ПЭ750 с интервалом в 10 мас%. Содержание отвердителя в композиции составляло 5, 7 и 10 мас%. Из рисунка видно, что при увеличении содержания СКТНВ 1,5 в композиции твердость возрастает. При увеличении количества отвердителя твердость композиции так же увеличивается. Зависимость имеет экстремальный характер. Максимальной твердостью (35 единиц ШОР А) обладает композиция, содержащая 30 мас% СКТНВ 1,5 и 10 мас% отвердителя, что в 1,5 раза больше твердости чистой композиции ПЭ750.
Дальнейшая модификация композиции с содержанием 70 мас% ПЭ750, 30 мас% СКТНВ 1,5 и 10 мас% отвердителя (П70/С30) была произведена при помощи микронизированного диоксида кремния (аэросил к90). В композицию П70/С30 добавляли аэросил к90 в количестве 2, 4 и б мас%. Влияние добавления аэросила к90 на твердость композиции П70/С30 представлены в таблице 1. В таблице представлены так же данные по твердости композиции ПЭ750, модифицированной аэросилом к90, но без введения СКТНВ 1,5.
Как видно из таблицы 1 при добавлении аэросила к90 твердость увеличилась, но введение аэросила в количестве б мас% уже не даёт заметного увеличения твердости по сравнению с композицией содержащей 4 мас% к90. Следует отметить, что твердость композиции П70/С30 с б мас% аэросила к90 в 2 раза больше немодифицированной композиции ПЭ750.
Композицию ПЭ750 модифицировали также путем введения инертного наполнителя, а именно боро-силикатных полых стеклосфер4. Зависимость твердости и прочности композиции ПЭ750 от содержания стеклосфер представлена в таблице 2.
4 Стеклосферы предоставлены ООО «НТС» (Санкт-Петербург)
Таблица 2. Показатели прочности и твердости композиций ПЭ750 модифицированных стеклосферами. Содержание __отвердителя - 5 мас%.
Содержание стеклосфер, мас% Твердость, Шор А Прочность на разрыв а, МПа
0 23 3
10 2б 2,6
20 30 2
30 33 1,2
40 37 -
50 42 -
90 Более 65 -
Стеклосферы вводили в композицию с интервалом 10 мас%. Количество отвердителя в композиции составляло 5 мас%. Из таблицы 2 видно, что при увеличении содержания стеклосфер твердость значительно возрастает, но прочность резко снижается. Так, при 30 мас% твердость увеличивается в 1,5 раза по сравнению с чистой композицией, а прочность на разрыв снизилась в 2 раза. При 40 мас% стеклосфер показатель прочности снижается настолько сильно, что образцы разрушаются при извлечении из формы. Композиция с 50 мас% содержания стеклосфер значительно теряет свойство эластичности, а при 90 мас% эластичность полностью отсутствует.
Для некоторых медицинских материалов требуются материалы с более низкой твердостью и прочностными качествами [1]. В качестве модификатора, в данной работе был использован полиметилсилоксан (ПМС-100), который вводился в композицию с интервалом 5 мас%.
Отвердитель вводился в композицию ПЭ750 в количестве 5 мас%. Зависимость твердости и прочности на разрыв композиции ПЭ750 от содержания ПМС-100 представлена в табл.3. Из данных табл.3 видно, что при увеличении содержания ПМС-100 твердость и прочность снижаются. При содержании 50 мас% ПМС-100 твердость снижается в 5 раз, а прочность в 30 раз.
Таблица 3. Зависимость твердости и прочности композиции ПЭ750 от содержания ПМС-100. _ Содержание отвердителя - 5 мас%.
Содержание ПМС-100, мас% Твердость, Шор А Прочность на разрыв а, МПа
0 23 3
5 22 2
10 18 1,4
15 16 1,1
20 12 0,7
25 11 0,4
30 8 0,3
35 6 0,2
40 5 0,1
45 4 0,1
50 4 менее 0,1
В медицине для создания контактных линз широко используют силоксановые композиции [1]. Материал для изготовления контактных линз должен обладать помимо хороших оптических свойств высоким
Таблица 1. Зависимость твердости композиции ПЭ750 и П70/С30 от количества аэросила Я90. _ Содержание отвердителя 10 мас%
Количество аэросила К90.мас % Твердость, Шор А
ПЭ750 П70/С30
0 22 35
2 26 36
4 29 42
6 30 44
влагопоглощением. Увеличение влагопоглощения позволяет повысить смачиваемость поверхности глаза и увеличить длительность носки линзы. В работе были произведены исследования по изучению влагопоглощения композиции ПЭ750. В качестве модифицирующих добавок были использованы полиакрилатный гидрогель и Ы1-винилпирролидон. Введение полиакри-латного гидрогеля не привело к увеличению влагопоглощения композиции, из-за блокады гранул гидрофильного гидрогеля гидрофобной структурой композиции ПЭ750.
Использование Ы-винилпирролидона привело к отравлению катализатора отверждения и отсутствию вулканизации композиции.
Основываясь на возможности варьировать физико-механические свойства композиции ПЭ750, можно предложить использовать ее, например, для создания протезных материалов лица, ортопедических мягких материалов для медицины.
Выводы
Показано влияние различных модификаторов на физико-механические характеристики композиций. Отмечено, что при увеличении содержания СКТНВ
1,5, стеклосфер и аэросила в составе композиции возрастает твердость, но снижается прочность на разрыв образцов.
Показано, что при введении в композицию поли-силоксана (ПМС-100) твердость и прочность снижается. Продемонстрирована возможность варьировать твердость композиции ПЭ750 в зависимости от необходимой области применения.
Литература
1. Соболевская Л.А. Свойства и область применения крем-нийорганических композиций ускоренной вулканизации: Сб.науч.тр. М.: НИИТЭХИМ, 1985. 49 с.
2. Arkles В. Silane and Silicon Ц Gelest. 1998. Vol.13. P. 434-447.
3. Горшков A.B. Научно-технические основы создания биоматериалов на основе высокомолекулярных силоксано-вых эластомеров, контактирующих с кровью и биосубстратами: автореф. дис. ... д-ра мед. наук М.:ВНИИМТ, 1988. 47 с.
4. Брусова Л.А. Силиконовые имплантаты в восстановительной хирургии лица Ц Эстетическая медицина. 2003. №3. С. 234-244.
5. Папина И.Н. Эндосил в восстановительной хирургии лица: автореф. дис. ... канд. мед. наук М.: ЦНИИРЗ 2007. 21 с.
