Effect of electron beam irradiation and plastic deformation on molar mass of medical grade ultra-high molecular weight polyethylene

• Autorzy: Sudol M. , Czaja K.

Warianty tytułu

PL

Wpływ napromieniania strumieniem elektronów oraz deformacji plastycznej na masę molowa polietylenu ultrawielkocząsteczkowego do zastosowań medycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Separated and combined electron beam irradiation (as a sterilization procedure) and plastic deformation effects on the average molar mass of ultra-high molecular weight polyethylene (UHMW-PE) were studied. It was found, that both irradiation and deformation have a different impact on the polymer structure. With the growing irradiation dose the mass-average molar mass (Mω) of the polymer soluble fraction reduces and the amount of insoluble fraction (gel) increases. On the other hand, the plastic deformation of UHMW-PE alone may be considered as not involving any destruction of polymer macromolecules. The combined effect of these factors leads to different results in comparison to their separate action and depends on the sequence of the destructive impacts on the polymer. However independently of the sequence of both external factors their synergetic effect is observed for the degradation of UHMW-PE.

PL

Badano wpływ sterylizacji metodą napromieniania strumieniem elektronów oraz deformacji plastycznej (zgniatania, rys. 1) polietylenu ultrawielkocząsteczkowego (UHMW-PE), stosowanego do wytwarzania panewek endoprotez stawu biodrowego, na masę molową polimeru. Stwierdzono, że sterylizacja wpływa na utleniającą destrukcję makrocząsteczek polimeru, której stopień zależy od użytej dawki promieniowania (zmniejszenie masy molowej masowo średniej). Procesowi temu towarzyszy sieciowanie makrocząsteczek (wzrost udziału frakcji nierozpuszczalnej). Z kolei sama deformacja plastyczna wydaje się nie mieć wyraźnego wpływu na proces degradacji. Tymczasem łączne zastosowanie obydwu czynników zewnętrznych prowadzi do odmiennych efektów, dodatkowo zależnych od kolejności ich oddziaływania. W każdym wariancie oddziaływań zewnętrznych, w którym stosowana była sterylizacja radiacyjna strumieniem elektronów (niezależnie od kolejności stosowanych oddziaływań jak też w przypadku braku deformacji), następowała wyraźna destrukcja polimeru, prowadząca do zmniejszenia jego masy molowej z poziomu ok. 1000 kg/mol odpowiadającego próbce bazowej do wartości nie przekraczającej 200 kg/mol. Towarzyszące temu zmniejszenie polidyspersyjności z wartości ok. 10 do wartości 2-4 świadczy, że degradacji ulegały przede wszystkim nieusieciowane (rozpuszczalne) frakcje polimerowe o najdłuższych łańcuchach. Wyniki badań prowadzą także do wniosku, że odkształcenia plastyczne UHMW-PE zastosowane po jego sterylizacji radiacyjnej przyczyniają się w mniejszym stopniu do degradacji i sieciowania makrołańcuchów polimeru, niż w przypadku odwrotnej kolejności działania tych czynników. Jednak w obydwu przypadkach obserwuje się synergizm współdziałania obu czynników zewnętrznych na procesy destrukcyjne makrołańcuchów polietylenowych.

Słowa kluczowe

EN

ultra-high molecular weight polyethylene; electron beam irradiation; mass-average molar mass; polydispersity

PL

polietylen ultrawielkocząsteczkowy; napromienianie strumieniem elektronów; deformacja plastyczna; masa molowa masowo średnia; polidyspersyjność

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2010
• Tom: T. 55, nr 11-12
• Strony: 890--894
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys.

Twórcy

autor

Sudol M.

autor

Czaja K.

• Opole University, Faculty of Chemistry, ul. Oleska 48, 45-052 Opole, Poland,

Bibliografia

• 1. Buchalla R., Schuttler C., Bogi K. W.: Radiat. Phys. Chem. 1995, 46, 579.
• 2. Benson R. S.: Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 2002, 191, 752.
• 3. Hamilton J. V., Schmidt M. B., Greer K. W., Shah C.: Radiat. Phys. Chem. 1998, 52, 283.
• 4. Kurtz S. M.: „Packaging and Sterilization of UHMWPE” In „The UHMWPE Handbook, Ultra-High Molecular Weight Polyethylene in Total Joint Replacement” (Ed. Kurtz S. M.), Elsevier Academic Press 2004, Chapter 3, p. 37.
• 5. Żenkiewicz M., Rauchfleisz M., Czupryńska J.: Radiat. Phys. Chem. 2003, 68, 799.
• 6. Tretinnikov O. N., Fujita S. L, Ogata S., Ikada Y.: J. Polym. Sci. Part B: Polym. Phys. 1999, 37, 1503.
• 7. Ikada Y., Nakamura K., Ogata S., Makino K., Tajima K., Endoh N., Hayashi T., Fujita S., Fujisawa A., Masuda S., Oonishi H.: J. Polym. Sci., Part A Polym. Chem. 1999, 37, 159.
• 8. Czupryńska J.: Polimery 2002, 47, 8.
• 9. Sanche L.: Nucl. Inst. Meth. Phys. Res., Sect. B 2003, 208, 4.
• 10. Żenkiewicz M., Rauchfleisz M., Czupryńska J.: Polimery 2003, 48, 343.
• 11. Żenkiewicz M.: Polimery 2003, 48, 667.
• 12. Sudoł M., Czają K., Cybo J., Duda P: Polimery 2004, 49, 98.
• 13. Khonakdar H. A., Jafari S. H., Wagenknecht U., Jehnichen D.: Radiat. Phys. Chem. 2006, 75, 78.
• 14. Costa L., Carpentieri I., Bracco P: Polym. Degr. Stabil. 2008, 93, 1695.
• 15. Abdul-Kader A. M., Turos A., Radwan R. M., Kelany A. M.: Appl. Surf. Sci. 2009, 255, 7786.
• 16. Turos A., Abdul-Kader A. M., Ratajczak R., Szonert A.: Vacuum 2009, 83, S54.
• 17. Oonishi H., Kadoya Y.: J. Orthop. Sci. 2000, 5, 223.
• 18. Costa L., Luda M. R, Trossarelli L., Brach del Prever E. M., Crova M., Gallinaro R: Biomaterials 1998, 19, 1371.
• 19. Davey S. M., Orr J. R, Buchanan R J,, Nixon J. R., Bennett D.: Biomaterials 2005, 26, 4993.
• 20. Lee K.-Y., Pienkowski D.: Wear 1997, 203-204, 375.
• 21. Wang A., Sun D. C., Yau S.-S., Edwards B., Sokół M., Essner A., Polineni V. K., Stark C, Dumbleton J. H.: Wear 1997, 203, 230.
• 22. Song J., Liu R, Cremens M., Bonutti R: Wear 1999, 225, 716.
• 23. Edidin A. A., Rimnac C. M., Goldberg V. M., Kurtz S. M.: Wear 2001, 250, 152.
• 24. Sobieraj M. C., Kurtz S. M., Rimnac C. M.: Biomateriale 2005, 26, 6430.
• 25. Vasconcellos L. A., Blando E., Souto A. A., Oliveira M. G, Woitchunas G. R R, Hiibler R.: J. Mater. Sci. - Mater. Med. 2007, 18, 1659.
• 26. Alhassan S., Goswami T.: Wear 2008, 265, 8.
• 27. Kurtz S., Medel R J., Manley M.: Current Orthopeadics 2008, 22, 392.