Ocena struktury i wytrzymałości zmęczeniowej elastomerów termoplastycznych modyfikowanych nanocząstkami i sieciowanych radiacyjnie

• Autorzy: Rybko M. , El Fray M.

Identyfikatory

DOI

dx.doi.org/10.14314/polimery.2014.400

Warianty tytułu

EN

Study of structure and fatigue strength of thermoplastic elastomers modified with nanoparticles and radiation-crosslinked

• Konferencja: Materiały polimerowe - Pomerania Plast 2013 (04-07.06.2013 ; Międzyzdroje, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opisano metodę syntezy, modyfikacji oraz oceny właściwości termicznych i mechanicznych, w tym odporności na zmęczenie, semikrystalicznych poli(alifatyczno/aromatycznych-estrów) (PED). Multiblokowe elastomery PED są zbudowane z sekwencji [tak jak w poli(tereftalanie butylenu) (PBT)] tworzących segmenty sztywne i estrów butylenowych dimeryzowanego kwasu tłuszczowego (DLA) tworzących segmenty giętkie. Kopolimery PED modyfikowano, wprowadzając w toku syntezy różną ilość nanometrycznych cząstek SiO2 (0,2, 0,5 i 1 % mas.), a następnie napromieniano je dawkami 25, 50 i 75 kGy, stosując strumień wysokoenergetycznych elektronów. Budowę chemiczną kopolimerów PED badano metodą spektroskopii ATR FT-IR oraz ¹H NMR. Strukturę fazową materiałów modyfikowanych nanocząstkami i promieniowaniem jonizującym określano na podstawie pomiarów DSC, TEM a także wyznaczonego udziału frakcji żelowej. Właściwości mechaniczne oceniano podczas badań quasi-statycznych — określano wytrzymałość na rozciąganie i moduł Younga — oraz podczas testów dynamicznych — prowadzono krótko- i długoterminowe badania zmęczeniowe, metodami SILT i SLT. Uzyskane wyniki, przeanalizowane pod względem wpływu zawartości nanocząstek i dawki promieniowania na właściwości materiałów wskazują, że zastosowanie tych metod pozwala uzyskać poprawę wytrzymałości zmęczeniowej (znaczące zmniejszenie wartości absolutnego pełzania) dzięki synergii zjawisk zachodzących podczas modyfikacji kopolimerów PED nanocząstkami i promieniowaniem jonizującym. Właściwości te są korzystne w zastosowaniach PED w charakterze miękkich implantów, narażonych na cykliczne, długotrwałe odkształcenia.

EN

This paper describes the synthesis of semicrystalline poly(aliphatic/aromatic-ester)s (PED), their modification and evaluation of thermal and mechanical properties, including fatigue resistance. PED multiblock elastomers are composed from hard segments [as in poly(butylene terephthalate) (PBT)] and butylene esters of dilinoleic fatty acid (DLA) forming the soft segments. PED copolymers were modified with nanoscale particles of SiO2 introduced during the synthesis at variable concentrations (0.2, 0.5 and 1.0 wt %), and were further irradiated by high energy electron beam with doses of 25, 50 and 75 kGy. The chemical structure of PED copolymers was determined using ATR FT-IR and ¹H NMR spectroscopy. Phase structure of the materials modified by nanoparticles and e-beam was determined from DSC, TEM and gel content analyses. The mechanical properties were determined from the quasi-static tensile strength and Young's modulus values as well as dynamic short and long term fatigue tests, abbreviated as SILT and SLT method, respectively. The results, analysed in terms of the effect of nanoparticles content and radiation dose on selected properties of the obtained materials, indicate that the applied modification methods allow to improve fatigue resistance (a significant reduction of absolute creep) by a synergy between the processes occurring during the modification of PED copolymers with nanoparticles and ionizing radiation. Fatigue properties are important for future applications of PED as implants subjected to long term cyclic deformations.

Słowa kluczowe

PL

sieciowanie radiacyjne; elastomery termoplastyczne; poliestry; dimeryzowany kwas tłuszczowy; badania zmęczeniowe; nanonapełniacz SiO2

EN

radiation crosslinking; thermoplastic elastomers; polyesters; dimerized fatty acid; fatigue tests; SiO2 nanofiller

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 59, nr 5
• Strony: 400--408
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Rybko M.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Zakład Biomateriałów i Technologii Mikrobiologicznych, Instytut Polimerów, Al. Piastów 45, 71-311 Szczecin

autor

El Fray M.

• Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie, Zakład Biomateriałów i Technologii Mikrobiologicznych, Instytut Polimerów, Al. Piastów 45, 71-311 Szczecin

Bibliografia

• [1] Foliart D.E.: J. Hand Surg. 1995, 20, 445, http://dx.doi.org/10.1016/S0363-5023(05)80104-2
• [2] Lu H., Shen X., Xu J., Huang X., Ye P., Wu S.: Chin. J. Repar. Reconstr. Surg. 2011, 25, 1308, PMID 22229182.
• [3] Blazar P.E.: Orthopaedic J. 1998, 11, 47.
• [4] El Fray M., Feldmann M., Ziegler G., Prowans P.: J. Mater. Sci. Mater. Med. 2007, 18, 501, http://dx.doi.org/10.1007/s10856-007-2010-4
• [5] Gorna K., Gogolewski S.: Polym. Degrad. Stab. 2003, 79, 465.
• [6] El Fray M., Boccaccini A.R.: Mater. Lett. 2005, 59, 2300, http://dx.doi.org/10.1016/j.matlet.2005.03.008
• [7] Kumar A.P., Depan D., Tomer N.S., Singh R.P.: Prog. Polym. Sci. 2009, 34, 479, http://dx.doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2009.01.002
• [8] Zagorski Z.P. : Rad. Phys. Chem. 2002, 63, 9, http://dx.doi.org/10.1016/S0969-806X(01)00475-3
• [9] Götz C., Handge U.A., Piątek M., El Fray M.: Polymer 2009, 50, 5499, http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2009.09.051
• [10] Prowans P., El Fray M., Slonecki J.: Biomaterials 2002, 23, 2973, http://dx.doi.org/10.1016/S0142-9612(02)00026-1
• [11] El Fray M.: Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej 2003, 17, 1.
• [12] El Fray M., Rybko M., Piegat A.: Mater. Sci. Forum 2012, 714, 277, http://dx.doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.714.277
• [13] Piątek M., El Fray M., Puskas J.: Elastomery 2008, 12, 20.
• [14] El Fray M., Przybytniak G., Piątek-Hnat M., Kornacka E.M.: Polymer 2012, 51, 1133, http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2010.01.028
• [15] El Fray M., Altstädt V.: Polymer 2003, 44, 4635, http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(03)00417-8
• [16] El Fray M. , Altstädt V. : Polymer 2004, 45, 263, http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2003.10.034
• [17] El Fray M., Altstädt V.: Polymer 2003, 44, 4643, http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(03)00418-X
• [18] Nagashima J., Matsumoto N., Takagi A., Musha H.: J. Cardiology 2011, 58, 191, http://dx.doi.org/10.1016/j.jjcc.2011.04.006
• [19] El Fray M., Skrobot J., Bolikal D., Kohn J.: React. Funct. Polym. 2012, 72, 781, http://dx.doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2012.07.010
• [20] El Fray M., Slonecki J., Broza G.: Polimery 1997, 42, 38.
• [21] Stevenson I., David L., Gauthier C., Arambourg L.: Polymer 2001, 42, 9287, http://dx.doi.org/10.1016/S0032-3861(01)00470-0
• [22] Murray K.A., Kennedy J.E., McEvoy B., Vrain O.: Eur. Polym. J. 2013, 49, 1782, http://dx.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2013.03.034
• [23] Hollinsky C., Sandberg S.: Clin. Biomech. 2007, 22, 88, http://dx.doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2006.06.002
• [24] Bik J., Głuszewski W., Rzymski W.M., Zagórski Z.P.: Rad. Phys. Chem. 2003, 67, 421, http://dx.doi.org/10.1016/S0969-806X(03)00078-1
• [25] Shirodkar B.D., Burford R.P.: Rad. Phys. Chem. 2001, 62, 99, http://dx.doi.org/10.1016/S0969-806X(01)00426-1
• [26] Zagórski Z.P. : Rad. Phys. Chem. 2004, 71, 263, http://dx.doi.org/10.1016/j.radphyschem.2004.03.083