Termoplasztikus poliuretán elasztomerek fázisszerkezetének komplex vizsgálata

Hasonló dokumentumok
Poliaddíció. Polimerek kémiai reakciói. Poliaddíciós folyamatok felosztása. Addíció: két molekula egyesülése egyetlen fıtermék keletkezése közben

Polimerek fizikai, mechanikai, termikus tulajdonságai

KÖLCSÖNHATÁSOK SZEREPE SZEGMENTÁLT POLIURETÁN ELASZTOMEREKBEN

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata 4. félév

Szerkezet és tulajdonságok

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI IV.

Veszprémi Egyetem, Ásványolaj- és Széntechnológiai Tanszék

Hosszú szénszállal ersített manyagkompozitok mechanikai tulajdonságainak vizsgálata

Anyagtudomány BMEGEMTMK02, 4 krp (2+0+1/v)

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

Termikus analízis alkalmazhatósága a polimerek anyagvizsgálatában és jellemzésében

Anyagtudomány BMEGEMTMK02, 4 krp (2+0+1/v) Bemutatkozás. Számonkérés

Kecskeméti Főiskola GAMF Kar. Poliolefinek öregítő vizsgálata Szűcs András. Budapest, X. 18

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

Polimerek alkalmazástechnikája BMEGEPTAGA4

Kvázikristályok es Kémia Nobel-díj

Al-Mg-Si háromalkotós egyensúlyi fázisdiagram közelítő számítása

Nagynyomású csavarással tömörített réz - szén nanocső kompozit mikroszerkezete és termikus stabilitása

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Anyagok az energetikában

Műanyagok Pukánszky Béla - Tel.: Műanyag- és Gumiipari Tanszék, H ép. 1. em.

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

Köpenyfluidzárványok kutatása mikro- és nanométeres léptékben

Badari Andrea Cecília

Pórusos polimer gélek szintézise és vizsgálata és mi a közük a sörgyártáshoz

Axiomatikus felépítés az axiómák megalapozottságát a felépített elmélet teljesítképessége igazolja majd!

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Szerves Kémiai Problémamegoldó Verseny

Az anyagi rendszer fogalma, csoportosítása

Anyagtudomány BMEGEMTMK02, 4 krp (2+0+1/v) Ajánlott segédanyagok

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2017/18-es tanév

Az elállítási körülmények hatása nanoporokból szinterelt fémek mikroszerkezetére és mechanikai tulajdonságaira

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

Atomi er mikroszkópia jegyz könyv

Biomassza anyagok vizsgálata termoanalitikai módszerekkel

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Nanokeménység mérések

Készítette: NÁDOR JUDIT. Témavezető: Dr. HOMONNAY ZOLTÁN. ELTE TTK, Analitikai Kémia Tanszék 2010

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Modern Fizika Labor Fizika BSC

egyetemi tanár Nyugat-Magyarországi Egyetem

6. változat. 3. Jelöld meg a nem molekuláris szerkezetű anyagot! A SO 2 ; Б C 6 H 12 O 6 ; В NaBr; Г CO 2.

Lépcsős polimerizáció, térhálósodás; anyagismeret

Szegmentált Poliuretán Elasztomer Fejlesztése Endovaszkuláris Műtétekhez: Kinetika, Tulajdonságok, Alkalmazás

Milyen simaságú legyen a minta felülete jó minőségű EBSD mérésekhez

Ejtési teszt modellezése a tervezés fázisában

AZ ÉGÉSGÁTLÁS KÖRNYEZETI HATÁSAINAK VIZSGÁLATA

A nátrium-klorid oldat összetétele. Néhány megjegyzés az összetételi arány méréséről és számításáról

1.7. Felületek és katalizátorok

Plazmasugaras felülettisztítási kísérletek a Plasmatreater AS 400 laboratóriumi kisberendezéssel

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Fröccsöntés során kialakuló szerkezet hatása eredeti és reciklált PET mechanikai tulajdonságaira

Szerkezetvizsgálat ANYAGMÉRNÖK ALAPKÉPZÉS (BSc)

BAGME11NNF Munkavédelmi mérnökasszisztens Galla Jánosné, 2011.

Természetes vizek, keverékek mindig tartalmaznak oldott anyagokat! Írd le milyen természetes vizeket ismersz!

Közgazdaságtan 1. ELTE TáTK Közgazdaságtudományi Tanszék. 4. hét A KERESLETELMÉLET ALKALMAZÁSAI

Kémiai reakciók mechanizmusa számítógépes szimulációval

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

Katalízis. Tungler Antal Emeritus professzor 2017

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

XXXVI. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

A POLIMERKÉMIA ESZKÖZTÁRA, AVAGY HOGYAN ÁLLÍTHATÓK BE EGY ÓRIÁSMOLEKULA TULAJDONSÁGAI?

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VEGYIPAR ISMERETEK EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ A MINTAFELADATOKHOZ

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

Szerves Kémiai Problémamegoldó Verseny

MŰANYAGFAJTÁK. Új olefin blokk-kopolimerek előállítása posztmetallocén technológiával

Hidrodinamikus kavitáción alapuló víztisztítási módszer vizsgálata

Modern Fizika Labor Fizika BSC

ESR-spektrumok különbözı kísérleti körülmények között A számítógépes értékelés alapjai anizotróp kölcsönhatási tenzorok esetén

Anyagtudomány BMEGEMTMK02, 4 krp (2+0+1/v) Ajánlott segédanyagok. Határfelület-kohézió-adhézió

Robotika. Relatív helymeghatározás Odometria

Transzformátor rezgés mérés. A BME Villamos Energetika Tanszéken

Az alakemlékez! polimerekr!l napjainkban

Polimer nanokompozit blendek mechanikai és termikus tulajdonságai

HÍDTARTÓK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJE

& A gyártásközi ellenrzés szerepe a szigorodó minségi követelményekben

Modern fizika laboratórium

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

EBSD vizsgálatok alkalmazása a geológiában: Enargit és luzonit kristályok orientációs vizsgálata

Kutatási beszámoló február. Tangens delta mérésére alkalmas mérési összeállítás elkészítése

Modern Fizika Labor. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: Az optikai pumpálás. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

EGYIRÁNYBAN ER SÍTETT KOMPOZIT RUDAK HAJLÍTÓ KARAKTERISZTIKÁJÁNAK ÉS TÖNKREMENETELI FOLYAMATÁNAK ELEMZÉSE

1. szemináriumi. feladatok. Ricardói modell Bevezetés

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

TDK Tájékoztató 2015 Területek, témák, lehetőségek

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Abszorpciós spektroszkópia

Példa: Tartó lehajlásfüggvényének meghatározása végeselemes módszer segítségével

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

A 2017/2018. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ. Pohár rezonanciája

Zárójelentés. Célul tűztük ki a szilárd adalékanyagok (ható és segédanyagok) hatásának vizsgálatát mind a

Kristályorientáció-térképezés (SEM-EBSD) opakásványok és fluidzárványaik infravörös mikroszkópos vizsgálatához

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Átírás:

Szerkezetvizsgálat Termoplasztikus poliuretán elasztomerek fázisszerkezetének komplex vizsgálata Süt! Péter * vegyészmérnök hallgató, Fej!s Dániel * vegyészmérnök hallgató, Molnár Kinga * okleveles vegyészmérnök, Dr. Pukánszky Béla *,** tanszékvezet! egyetemi tanár 1. Bevezetés 1.1. Biokompatibilitás Az orvostudományban hosszú múltra tekint vissza a fogászati, fül-orr-gégészeti, éren belüli, kozmetikai és egyéb implantátumok, csontprotéziseket alkalmazása. Ezek közös jellemz!je, hogy anyaguk bioanyag (biomaterial), aminek f! tulajdonsága a biokompatibilitás, egy anyagnak az a képessége, ami lehet!vé teszi, hogy egy bizonyos biológiai alkalmazásban megfelel! befogadó választ váltson ki [1]. Korábban az a nézet volt elfogadott, hogy a testbe ültetett anyag inert legyen, viszont mára egyre inkább az ideális anyagok létrehozása a cél [2]. Az alkalmazás típusa, a helyreállítás mértéke és az implantátum alkalmazásának ideje mind-mind fontos tényez! annak megválasztásában, hogy melyik bioanyag használata a legmegfelel!bb. A megfelel! mechanikai, fizikai tulajdonságok mellett fontos, hogy az anyagból ne kerülhessen szennyez!anyag katalizátor, stabilizátor, színezék stb. az él! szervezetbe a felhasználás során, valamint a tulajdonságok ne változzanak ezen id! alatt, azaz a biostabilitás biztosított legyen [3]. 1.2. Termoplasztikus poliuretán, mint bioanyag Kedvez! tulajdonságaik miatt a h!re lágyuló poliuretán elasztomereket jelenleg elterjedten alkalmazzák az egészségügyben segédeszközként, m"szeralkatrészként, valamint protézisek és implantátumok alapanyagaként. A szívbillenty"k mellett a fém értágítókat, az ún. sztenteket gyakran poliuretán bevonattal látják el. Ennek ellenére a kardiovaszkuláris beültetések 2,7 2,8%-ában trombózis alakul ki. Az implantátumon megtapadt vérlemezkék és a fibrin háló leszakadhatnak, a keletkezett vérrög embóliát válthat ki, ami sok esetben halálos kimenetel". Még véralvadásgátló gyógyszerek alkalmazása mellett is 1% a trombus kialakulásának veszélye [4]. A biztonságosabb és hatékonyabb terápia eléréséhez további kutatásokra van szükség. Egyes kutatók már az 1960 70-es években felismerték, hogy a termoplasztikus poliuretánok biokompatibilisek és hemokompatibilisek [5, 6], azonban a polimer szerkezete és a biológiai válaszreakciók közötti összefüggések máig nem tisztázottak. Bizonyos, hogy az él! szervezettel való összeférhet!ség a poliuretán mikrofázisszeparált szerkezetével van kapcsolatban. A blokk-kopolimereket f!leg különböz! polimerpárok elegyítésének el!segítésére használják, mikor él! polimerizáció segítségével a polimerek monomereib!l szabályos blokk-kopolimereket állítanak el!, és ezt adagolják a polimerek keverékéhez. A polimerek közül mindegyik kölcsönhatásba lép a saját monomerjeib!l felépül! blokkal, ezáltal az elegyíthet!ség növekszik. Ezen felhasználási terület nem igényli a termodinamikai összefüggések pontos meghatározását, így csekély számú tudományos cikk íródott e témakörben. Általában a polimer keverékekre meghatározott összefüggések használatosak blokk-kopolimereknél is, figyelembe véve, hogy utóbbi esetben nem alakulhat ki teljes fázisszeparáció [7 10]. Évek óta vizsgáljuk a szerkezettulajdonságok közötti kapcsolatokat poliuretán elasztomerekben. Jelen cikkben a kiindulási komponensek arányának változtatásakor kialakuló fázisszerkezetet mutatjuk be. 2. Kísérleti rész A poliuretán elasztomereket difenilmetán-4,4#-diizocianát, butándiol és 1000 g/mol molekulatömeg" poli(tetrahidrofurán)-diol felhasználásával állítottuk el! egylépéses ömledékpolimerizáció során. A minták katalizátort, stabilizátort nem tartalmaztak. A reakció, oldószer hozzáadása nélkül, plasztográfban játszódott le 150 Con, 50/perc fordulatszám mellett, majd a mintákból 1 mm vastag lapokat préseltünk 200 C-on. Az izocianát/alkohol mólarányát (NCO/OH) 0.94 1,15 tartományban, valamint a kemény szegmens/lágy szegmens tömegarányát (HS/SS) 0,2 1,0 tartományban változtattuk. Az NCO/OH sorozatban a HS/SS tömegarány 0,42 0,46 tartományban volt. Az alapanyagok közül a polimer diolt vákuum szárítószekrényben 80 C-on szárítottuk, a butándiolt felhasználás el!tt vákuumdesztilláltuk. 3. Eredmények 3.1.Termikus tulajdonságok A poliuretán elasztomerekben kemény szegmensnek * Budapesti M"szaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék, M"anyag- és Gumiipari Laboratórium ** MTA Természettudományi Kutatóközpont, Anyag- és Környezetkémiai Intézet 154 2012. 49. évfolyam 4. szám

1. ábra. Sztöchiometrikus összetétel! poliuretán minta DMTA görbéje 2. ábra. Sztöchiometrikus összetétel! poliuretán minta DSC görbéje (HS) a diizocianát-lánchosszabbító egységet, lágy szegmensnek (SS) pedig a polimer diolt tekintjük itt fontos megjegyeznünk, hogy ezen szegmensek szekvenciája a makromolekulában sosem teljesen szabályos. A fázisszerkezet vizsgálatához meg kell állapítanunk, hogy milyen fázisok vannak jelen a mintában és ezek milyen rendezettség"ek. Erre lehet!séget nyújt a termikus tulajdonságok vizsgálata. Az 1. ábrán 40 tömegszázalék HS tartalmú sztöchiometrikus NCO/OH arányú minta DMTA görbéje szerepel [11]. A mérés során regisztrált veszteségi tényez!t (tan $) fekete, a tárolási moduluszt (E#) zöld, veszteségi moduluszt (E%) piros szimbólumokkal jelöltük. A tan$ és a E% görbéken maximumként, az E# görbén lépcs!ként jelentkeznek a relaxálódó egységek átmenetei. Három átmenet jelenik meg: az 1. jel", alacsony h!- mérséklet" átmenet a poliuretán lánc CH 2 egységeinek átmenete, a 2. jel" intenzív átmenet a mozgékony lágy szegmensekb!l álló fázishoz, valamint a kisebb intenzitású, 3. jel" átmenet a kemény szegmensekb!l álló fázishoz köthet!. A 2. ábrán azonos összetétel" minta eltér! f"tési sebességekkel regisztrált DSC görbéjét mutatjuk be. A f"- tési sebesség növelésével egyre intenzívebbé válnak a relaxációs átmenetek. Az 1. számú átmenet a lágy fázis, a 2. számú átmenet a kemény fázis relaxációs átmenete, emellett 3. számmal endoterm olvadási csúcs is megfigyelhet!, tehát a mintákban kristályos fázis is jelen van, ezen a magas h!mérsékleten a kemény szegmens kristályos egységei olvadnak meg. A relaxációs átmenetek meghatározása az egyik legelterjedtebb módszer a polimerek elegyíthet!ségének becslésére. Az elegyíthet! komponensekb!l álló keverékek molekuláris szinten homogén rendszerek, aminek következtében tulajdonságaik, jelen esetben az üvegesedési h!mérséklet (T g ) a két komponens jellemz!i között található. Részlegesen elegyed! komponensek esetén többfázisú az anyag, ezért több üvegesedési átmenet jelentkezik, értékük felvilágosítást ad az adott komponensben dús fázis összetételér!l. A 3. ábrán az izocianát/ alkohol arány függvényében mutatjuk be a DSC görbékb!l meghatározott átmeneteket [11]. A komponensek arányának kismérték" megváltoztatásával a lágy fázis üvegesedési h!mérséklete 15 C-ot, míg a kemény fázisé majdnem 30 C-ot változik. Az egyes szegmensekben dús fázisok átmeneti h!mérsékletei különböz! tendencia szerint változnak: míg a lágy fázis esetén maximum észlelhet!, addig a kemény fázisnál monoton a növekedés. Az üvegesedési h!mérséklet változása a relaxációban részt vev! egységek mobilitásával van kapcsolatban, a T g növekedése a mozgékonyság csökkenését jelzi. A kemény fázis esetén az üvegesedési h!mérséklet növekedés oka valószín"leg az, hogy az NCO/OH arány növelésével növekszik az uretán-csoportok önmagukkal és az amin végcso- 3. ábra. A kemény és lágy fázis üvegesedési h"mérsékletei az NCO/OH arány függvényében 2012. 49. évfolyam 4. szám 155

portokkal kialakított hidrogén-kötéseinek mennyisége. A lágy fázisnál a maximum már nehezebben magyarázható, feltételezhet!en a sztöchiometrikus arány közelében a legnagyobb az eltér! szegmensek közötti kölcsönhatás. A 4. ábrán a változó kemény szegmenstartalom hatására kialakuló fázisok üvegesedési átmenetei láthatóak [12]. A várakozásainkkal ellentétben, a lágy és a kemény fázisok relaxációs átmeneteinek eltolódása csupán kismérték", feltételezhet!, hogy a szegmensek arányának változásával kialakuló fázisok összetétele alig változik. Ett!l a tendenciától csak a 60 m/m% HS tartalmú minta tér el számottev!en mind a lágy, mind a kemény fázis T g - je esetén. Következésképpen a poliuretán képz!dési reakció kiindulási NCO/OH arányának nagyobb hatása van a fázisok összetételére, mint a szegmenstartalomnak. Korábbi kutatásaink során bebizonyosodott, hogy a DMTA méréskor felvett veszteségi tényez! görbén jelentkez! átmenet intenzitása kapcsolatban van a relaxálódó fázis mennyiségével. Az 5. ábrán az NCO/OH és a HS/SS arány változtatásával készült sorozatok rugalmassági modulusza szerepel a lágy fázis tan $ intenzitásának függvényében. Mindkét sorozat esetén a lágy fázis menynyiségének növekedése a minta rugalmassági moduluszának jelent!s csökkenését vonja maga után. 3.2. Fázisösszetétel Az üvegesedési átmenetek ismeretében, különböz! modellek alapján meghatároztuk a kialakuló fázisok szegmenstartalmát tömegtört értékben [7 10]. Számításaink alapján a Kim és Burns, valamint a Koberstein modell adott hasonló eredményt, amik közül ez utóbbinak értékeit mutatjuk be a 6. és a 7. ábrákon. A modell lényege, hogy az adott szegmens fázison belüli látszólagos tömegaránya a tiszta komponensekb!l álló fázisok és a keverék fázis üvegesedési h!mérsékleteinek felhasználásával kiszámítható. Az NCO/OH arány változtatásával a lágy fázis lágy szegmens tartalma minimumos tendencia szerint módosul, a sztöchiometrikus arány közelében a 4. ábra. A kemény és lágy fázis üvegesedési h"mérsékletei a kemény szegmens tartalom függvényében 6. ábra. A lágy szegmens aránya a kialakuló fázisokban az NCO/OH arány függvényében 5. ábra. A rugalmassági modulusz a lágy fázis veszteségi tényez" intenzitásának függvényében 7. ábra. A lágy szegmens aránya a kialakuló fázisokban a poliuretán kemény szegmens tartalmának függvényében 156 2012. 49. évfolyam 4. szám

legnagyobb mérték" a különböz! szegmensek elegyedése. A kemény amorf fázisban csak kis mennyiség", hozzávet!legesen 10 m/m% lágy szegmens oldódik. Az izocianát komponens nagyobb feleslege esetén valószín"leg a kialakuló növekv! mennyiség" NH 3 végcsoport tartalom hatására a lágy és a kemény szegmensek összeférhet!sége csökken. A HS/SS arány változtatása valóban kis hatással van a lágy és a kemény fázisok összetételére. 45 m/m%, vagy annál nagyobb HS tartalom esetén csökken a lágy szegmens tömegarány a lágy fázisban, azaz az oldott kemény szegmens mennyisége kissé növekszik. A kemény fázisban oldott lágy szegmens tartalom kismértékben ugyan, de a teljes összetételi tartományban n! a HS tartalommal, ebben az esetben is az amorf fázisok elegyedésének kedvez a nagyobb kemény szegmens tartalom. Mindkét vizsgált sorozatban a lágy fázisokban jóval több kemény szegmens képes oldódni, mint fordított esetben. Feltételezhet!en ennek az az oka, hogy a lágy fázisban lév! lágy szegmensek mozgékonysága nagy, így a SS-k éter csoportjai, és a HS-ek uretán csoportjai közötti nagyobb számú másodrend" kölcsönhatás alakul ki, mint a kemény fázisban. A reagensek aránya, így a kialakuló végcsoportok min!sége és mennyisége er!sebben befolyásolja a szegmensek elegyedését, mint maga a szegmensarány. A poliuretán lánc éter és uretán csoportjai, valamint a hidroxil és az amin végcsoportok között kialakuló specifikus kölcsönhatásokat a modell nem veszi figyelembe, így a számolt eredmények f!ként min!- ségi információt hordoznak. A fázisösszetétel számításakor az amorf fázisokat jellemeztük, természetesen a mintákban jelen lév! kemény kristályos fázisokban csupán kemény szegmensek találhatók. 3.3. Morfológia A röntgensugarat periodikus réteges szerkezettel rendelkez! anyagra bocsátva, a kapott szórási görbén éles diffrakciós csúcsok jelennek meg. A csúcsok helye kapcsolatban van a periodicitás jellemz! méretével. Nagyszög" röntgenszórás esetén az atomi elrendezésnek megfelel! távolságú rendezettségr!l, azaz a kristályosság mértékér!l kapunk információt. A 8. ábrán a kemény kristályos fázis mennyiségét ábrázoltuk az NCO/OH arány függvényében. A szabálytalan felépítés" lánc, így a csekély kristályos hányad az egylépcs!s ömledékpolimerizáció eredménye. Bár a minták kristályossága kicsi, ismét megjelenik a minimumos tendencia az NCO/OH arány függvényében, mivel a sztöchiometrikus komponensaránytól eltérve növekszik az azonos, jelen esetben kemény szegmensek között kialakuló kölcsönhatások valószín"sége. Az összefüggés nem szimmetrikus, izocianát felesleg esetén kevesebb kristály képz!dik, mint alkohol feleslegében. A jelenség magyarázható azzal, 8. ábra. A kemény kristályos fázis mennyisége az NCO/OH arány függvényében hogy a veszteségi tényez! intenzitása, így a lágy fázis mennyisége a sztöchiometrikus komponensaránytól mindkét irányban eltérve azonos mértékben csökken, tehát a kemény fázis mennyisége azonos mértékben n!, azonban az izocianát feleslegnél mind a kemény amorf fázisok, mind a lágy amorf fázisok HS tartalma nagyobb, mint alkohol felesleg esetén. A 9. ábrán látható a kemény kristályos fázis mennyisége a poliuretán kemény szegmens tartalmának függvényében. Kis HS tartalmaknál a kristályosság nem változik, viszont 40 m/m% kemény szegmens tartalom felett a kristályos egységek mennyisége rohamosan n!. Megjegyzend!, hogy ezen az összetételi tartományon a kristályos hányad növekedése mellett a minták merevsége is növekszik. Kisszög" röntgenszórás vizsgálatakor a nagyszög" röntgenszórásnál nagyságrendekkel nagyobb, a kolloid 9. ábra. A kemény kristályos fázis mennyisége a poliuretán kemény szegmens tartalmának függvényében 2012. 49. évfolyam 4. szám 157

mérettartományba es! egységek detektálhatók. Szórási szög (2&) helyett gyakran úgynevezett szórásvektort (q) használnak független változóként. A 10. ábrán három különböz! NCO/OH arányú minta szórási görbéjét mutatjuk be. A vizsgált minták görbéin megjelenik egy kevéssé éles diffrakciós csúcs, ami a kemény doménekhez rendelhet!. A csúcs intenzitása abszolút adatok mérésekor egyenesen arányos a szerkezeti egységek mennyiségével, a csúcs pozíciója pedig fordítottan arányos az egységek távolságával. A mérés során regisztrált intenzitás adatok relatív értékek, ezért kizárólag a csúcsok helyének változását vizsgáltuk. 10. ábra. Eltér" NCO/OH arányú minták diffrakciós görbéi a szórásvektor függvényében Megállapítottuk, hogy a diffrakciós csúcsok helye minimumos tendencia szerint változik az NCO/OH arány függvényében, a sztöchiometrikus NCO/OH összetételnél kisebb a kemény domének közötti távolság, mint OH vagy NCO feleslegben. Feltételezzük, hogy sztöchiometrikus komponensarány esetén több kisebb domén alakul ki, amik között kisebb a távolság, így homogénebb a doménszerkezet. A kemény szegmenstartalom növelésével a domének közötti távolság növekszik, ami kevesebb, nagyobb méret" egység megjelenésével magyarázható. Nincsen információnk arról, hogy az észlelt doménszerkezet a lágy fázisra, a kemény fázisra jellemz!-e, vagy esetleg mindkét amorf fázisban megjelenik. A 11a c. ábrákon eltér! NCO/OH aránnyal készült poliuretán minták atomi er! mikroszkóppal készült felvételei láthatók [13]. Az alkoholfelesleggel készült poliuretán nagyobb, több száz nanométer méret" klasztereket tartalmaz, a kemény és lágy egységek közötti átmenet tompa. A sztöchiometrikus összetétel" mintában 30 11. ábra. Eltér" NCO/OH arányú minták atomier" mikroszkópos felvételei. a) NCO/OH = 0,940, b) NCO/OH = 1,025, c) NCO/OH = 1,150. 200 nanométeres, jól elkülönül! kemény szegmensekb!l álló egységek vannak jelen, az orientáció random. Az izocianát felesleg" mintában a kemény szegmensekb!l felépül! domének szálhoz hasonló elrendez!dést mutatnak. A sztöchiometrikus összetétel" minta szerkezete a leginkább homogén, mivel sok apró kemény domén és kevés számú nagyobb egység detektálható. Az AFM mérés szerint a termoplasztikus poliuretán mintákban a doméneknél nagyobb szerkezeti egységek is jelen vannak, amiket kemény klasztereknek nevezhetünk. A morfológia jelent!sen függ a kiindulási komponens-összetételt!l. A felvételek mennyiségi kiértékelése nem történt meg, mivel a különböz! képz!dmények elválasztása rendkívül szubjektív, valamint az egyedi mér!számok nem tükröznék a minták közötti topográfiai különbségeket. A HS/SS arány változtatásával készült sorozat mintáiról nem készült AFM felvétel. Az NCO/OH sorozat mintáin fényáteresztés mérést végeztünk 500 nanométer hullámhosszú fény alkalmazásával, így a 200 300 nanométeres klaszterek mennyiségét vizsgáltuk (12. ábra) [11]. Transzparencia maximumot a sztöchiometrikus NCO/ OH arányú minta adott, tehát ezen mintában a legkisebb a klaszterek mennyisége. Az alkoholfelesleggel készült minták fényáteresztése nem sokkal kisebb, mint az izocianátfelesleg alkalmazá- 12. ábra. A fényáteresztés az NCO/OH arány függvényében 158 2012. 49. évfolyam 4. szám

sával készülteké, feltételezhet!en ez utóbbiakban a szálhoz hasonló szerkezetek a klaszterekkel egyez! méret" agglomerációt alkotnak. A minták fázisszerkezetét Raman térképek segítségével is jellemeztük. Az adatokból úgy készítettünk vizuális komponenseloszlás-térképet, hogy a mért spektrumokat a kiindulási komponensek Raman-spektrumainak lineáris kombinációjával modelleztük. Lágy szegmensnek a poliolt, kemény szegmensnek a mintákkal azonos körülmények között el!állított izocianát-butándiol polimert értettük, ezek spektrumát vettük fel. A 13a c. ábrákon a korábban is vizsgált, három különböz! NCO/OH arányú minta Raman térképe szerepel. A világos szín a kemény szegmensekben dús szerkezeti egységeket jelöli. A leghomogénebb szerkezet a sztöchiometrikus mintában alakul ki. Az alkoholfelesleg" mintában nagy, 8 10 mikrométeres foltok láthatók, az izocianát felesleggel készült minta szerkezeti rendezettsége a két ismertetett morfológia közé tehet!. Sajnos a bemutatott térképek felbontása rossz, mivel a mérés során alkalmazható lépésköz 1 mikrométer volt. A mérés velejárója továbbá, hogy nemcsak a felületen lév! komponenseket, hanem alsóbb rétegekb!l származókat is detektálunk. Az OH felesleg" minta kivételével nem különböztethet!k meg fázisok a térképeken, mivel feltehet!en azok mérete kisebb, mint a Raman spektroszkópiás mérés felbontása. Az eredmények ismeretében a kialakuló fázisok kisebbek 1 mikrométernél, valószín"leg az AFM és a fényáteresztés mérések bemutatása során klaszternek nevezett, néhányszáz nanométeres egységek azonosak a szakirodalomban szerepl! mikrofázis elnevezéssel. A termikus vizsgálatok és a fázisösszetétel eredményei is ezekre az egységekre értelmezhet!k. 13. ábra. Eltér" NCO/OH arányú minták Raman mikroszkópos felvételei. a) NCO/OH = 0,940, b) NCO/OH = 1,025 c) NCO/OH = 1,150. 4. Összefoglalás A termoplasztikus poliuretán elasztomerek orvostechnikai célú alkalmazása széleskör", azonban a felhasználási területeknek leginkább megfelel! tulajdonságú anyagok el!állításához elengedhetetlen az anyag fázisszerkezetének és fázisösszetételének ismerete, továbbá a szerkezet és a tulajdonságok közötti kapcsolatok meghatározása. A fázisszeparált szerkezet leginkább a termikus tulajdonságokban érhet! tetten. A szegmentált poliuretán elasztomerek a blokk-kopolimerekhez hasonlóan két üvegesedési átmenettel rendelkeznek, ami a lágy és a kemény fázisokhoz köthet!, emellett kis mennyiség" kemény kristályos fázis is jelen van az anyagban. A termikus vizsgálatok és az elméleti számítások alapján megállapítottuk, hogy a poliuretán-képz!dési reakció kiindulási NCO/OH arányának nagyobb hatása van a fázisok öszszetételére, mint a szegmenstartalomnak. A WAXS mérések során tized nanométeres nagyságrend" rendezettséget állapítottunk meg, miszerint a mintákban kialakuló kristályosság 40 m/m% kemény szegmens tartalom felett annak további növelésével rohamosan n!, valamint az NCO/OH arány változtatása is befolyásolja a kristályos hányad mennyiségét. A SAXS mérések eredményei alapján valószín"sítettük, hogy sztö - chiometrikus komponens aránynál több kisebb domén alakul ki, amik között kisebb a távolság, mint izocianát vagy alkoholfelesleg esetén, továbbá a kemény szegmens tartalom növelése a domének közötti távolság növekedését okozza, ami kevesebb nagyobb méret" egység megjelenésével magyarázható. Az AFM felvételeken jól látható, hogy 20 30 nanométeres domének mellett több száz nanométeres képz!dmények is jelen vannak a mintákban, a kialakuló morfológia jelent!sen függ a kiindulási komponens-összetételt!l. A fényáteresztés mérés során a doméneknél nagyobb egységek mennyiségét jellemeztük. A Raman felvételek alapján megállapítottuk, hogy a kialakuló fázisok kisebbek, mint 1 mikrométer, valószín"leg az AFM és a fényáteresztés mérésekkor detektált néhány száz nanométeres egységek felelnek meg a szakirodalomban található mikrofázis elnevezésnek. A poliuretánok számos eltér! polaritású csoportot tartalmaznak, melyek különböz! kölcsönhatásba lépnek, egymással bonyolult fázisszerkezetet eredményezve. A fázisszeparáció mértéke, a szerkezeti egységek mérete, valamint tulajdonságaik sok esetben a poliuretán képz!- dési reakció során alkalmazott funkciós csoport aránytól er!sebben függenek, mint a szegmensaránytól. A munka szakmai tartalma kapcsolódik a Min"ség - orientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint m!ködési modell kidolgozása a M!egyetemen cím! projekt szakmai célkit!zéseinek megvalósításához. A projekt megvalósítását az ÚMFT TÁMOP-4.2.1/B- 09/1/KMR-2010-0002 programja támogatja. A szerz"k köszönetüket fejezik ki továbbá az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramnak (OTKA K 68748, K 101124) 2012. 49. évfolyam 4. szám 159

és a Nemzeti Fejlesztési Ügynökségnek a BIOSPONA (TeT-08-SG-STAR) kétoldalú TéT pályázat keretében nyújtott pénzügyi támogatásért, valamint Vajna Balázsnak a Raman felvételek készítéséért. Irodalomjegyzék [1] Bertóti, I.; Marosi, G.; Tóth, A.: M"szaki felülettudomány és orvosbiológiai alkalmazásai, B+V Lap- és Könyvkiadó Kft., 2003. [2] Dillow, A. K.; Tirrell, M.: Biomaterials, 3, 252 259 (1998). [3] Marois, Y.; Guidoin, R.: Biocompatibility of Polyurethanes, Madame Curie Bioscience Database [Internet] (2000). [4] Németh, A.; Doros, A.; Hartmann, E.; Weszelits, V.; Dabasi, G.; Langer, R.; Máthé, Z.; Járay, J.: A hasnyálmirigyátültetés napjainkban: indikáció, m"téti technika, szöv!dmények, képalkotó vizsgálatok és eredmények, Transzplantáció, Közlemény. [5] Boretos, J. W.; Pierce, W. S.: J. Biomed. Mater. Res., 2, 121 130 (1968). [6] Lyman, D. J.; Kwan Gett, C.; Zwart, H. H. et al.: Trans. Am. Soc. Artif. Intern. Organs., 17, 456 463 (1971). [7] Koberstein, J. T.; Leung, L. M.: Macromolecules, 25, 6205 6213 (1992). [8] Yang, H.; Ricci, S.; Collins, M.: Macromolecules, 24, 5218 5220 (1991). [9] Kim, W. N.; Burns, C. M.: Macromolecules, 20, 1876-1882 (1987). [10] Saiani, A.; Daunch, W. A.; Verbeke, H.; Leenslag, J-W.; Higgins, J-S.: Macromolecules, 34, 9059 9068 (2001). [11] Pukánszky, B. Jr.; Bagdi, K.; Tóvölgyi, Z.; Varga, J.; Botz, L.; Hudak, S.; Dóczi, T.; Pukánszky, B.: European Polymer Journal, 44, 2431 2438 (2008). [12] Bagdi, K.; Molnár, K., Sajó, I.; Pukánszky, B.: express Polymer Letters, 5, 417 427 (2011). [13] Schön, P.; Bagdi, K.; Molnár, K.; Markus, P.; Pukánszky, B.; Vancso, G. J.: European Polymer Journal, 47, 692 698 (2011). 160 2012. 49. évfolyam 4. szám