BIOMATERIALI POLIMERICI

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1 UNIVERSITA FEDERICO II NAPOLI FACOLTA DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA DEI MATERIALI LAUREA SPECIALIZTICA BIOMATERIALI LEZIONE IV BIOMATERIALI POLIMERICI

2 CENNI INTRODUTTIVI CHIMICA DIMENSIONE CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI FORMA RAMIFICAZIONI STRUTTURA ISOMERIE MECCANICHE PROPRIETA TERMICHE

3 Polimeri Mer unit Polytetrafluoroethylene Polyvinyle chloride 高分, 聚合物, 塑膠高分, 塑膠高橡 Polyproplene

4 CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI POLIMERIZZAZIONE PER ADDIZIONE CHIMICA In base alla specie che propaga:

5 CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI CHIMICA POLIMERIZZAZIONE PER CONDENSAZIONE

6 CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI CHIMICA POLIMERIZZAZIONE PER ADDIZIONE Chain Reaction Polymerization POLIMERIZZAZIONE PER CONDENSAZIONE Step Reaction Polymerization Termoplastici Iniziazione propagazione e terminazione. Sviluppo della catena molto rapido Termoplastici e termoindurenti Due unità oligomeriche si uniscono con liberazione di prodotti. Formazione di catena più lenta

7 CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI OMOPOLIMERI E COPOLIMERI OMOPOLIMERI: Le catene sono formate dalla ripetizione dello stesso monomero COPOLIMERI: Le catene sono formate dalla ripetizione, casuale o regolarmente alternata, di due o più monomeri RANDOM A BLOCCHI ALTERNATI GRAFT

8 CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI DIMENSIONE DELLE MACROMOLECOLE PESO MOLECOLARE NUMERICO PESO MOLECOLARE PONDERALE POLIDISPERSIVITA PESO MOLECOLARE M c = n M m

9 CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI FORMA DELLE MACROMOLECOLE CATENA ESTESA (polimeri fibrosi) FOLDED CHAIN (polimeri cristallini) ESEMPI cristalli lamellari di nm di spessore nei quali le catene parallele sono perpendicolari alla faccia dei cristalli. ESEMPI

10 CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI FORMA DELLE MACROMOLECOLE SFERULITI:

11 FORMA DELLE MACROMOLECOLE

12 FORMA DELLE MACROMOLECOLE End-to-end distance

13 CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI STRUTTURA I polimeri sono composti costituiti da molecole ad elevato peso molecolare (macromolecole), generalmente di natura organica. Esse si originano dal ripetizione periodica di una unità strutturale, detta monomero o unità monomerica, fino a formare lunghissime catene che possono essere organizzate in maniera diversa: LEGAMI DEBOLI (Entanglements, VDW, Dipolo-Dipolo) LEGAMI FORTI (covalenti)

14 CARATTERISTICHE MACROMOLECOLARI STRUTTURA: LE STEREOISOMERIE ATATTICO ISOTATTICO SINDIOTATTICO ISOMERIA GEOMETRICA (DOUBLE BOND) R H -C-C=C-C CIS R -C-C=C-C H TRANS

15 PROPRIETA DEI POLIMERI COMPORTAMENTO MECCANICO DEI POLIMERI I. Svolgimento delle catene (bassa energia) Stress II. III. IV. Scorrimento delle catene (bassa energia) Stiro dei legami, allineamento dei gruppi molecolari (elevata energia) Rottura dei legami (elevata energia) I II III IV TIPOLOGIE DI COMPORTAMENTO a) Fragile b) Duttile c) Duttile con incrudimento a freddo d) Gommoso

16 PROPRIETA DEI POLIMERI COMPORTAMENTO MECCANICO DEI POLIMERI POLIMERI DUTTILI REGIME ELASTICO YIELD POINT e NECKING SHEAR THINNING e STRIZIONE FRATTURA POLIMERI AMORFI POLIMERI CRISTALLINI Double kinks propagation: Shear banding (or shear yielding): Shear crazing:

17 Stadi della deformazione

18 PROPRIETA DEI POLIMERI COMPORTAMENTO MECCANICO DEI POLIMERI DIPENDENZA DALLA VELOCITA DI CARICO DIPENDENZA DALLA TEMPERATURA STRESS RELAXATION CREEP DYNAMIC MECHANICS COMPORTAMENTO VISCOELASTICO

19 PROPRIETA DEI POLIMERI VISCOELASTICITA Un materiale ha un comportamento viscoelastico quando la relazione che lega lo sforzo alla deformazione è dipendente dal tempo. Modello a 4 parametri di Alfey I tessuti biologici sono tutti materiali viscoelastici

20 PROPRIETA DEI POLIMERI PROPRIETA MECCANICHE IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA

21 PROPRIETA DEI POLIMERI PROPRIETA MECCANICHE IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA

22 CLASSIFICAZIONE TERMOMECCANICA TERMOPLASTICI E TERMOINDURENTI I materiali TERMOPLASTICI rispondono ad un aumento della temperatura con una riduzione della propria viscosità con la possibilità per il materiale di fluire ed assumere la forma dello stampo in cui viene introdotto. Al contrario una riduzione della temperatura congela la struttura consentendo al materiale di mantenere indefinitamente la sua forma. La transizione tra lo stato plastico allo stato rigido è di carattere fisico e non chimico e pertanto reversibile I materiali TERMOINDURENTI (thermosetting) rispondono ad un aumento della temperatura con un indurimento del materiale in quanto l energia termica favorisce la formazione di legami covalenti tra le catene. La reticolazione blocca la mobilità molecolare per cui il polimero non fluisce ma una volta sagomato non è suscetibile ad ulteriori variazioni di forma

23 TECNICHE DI PROCESSO I materiali polimerici, sia per le loro intrinseche proprietà che per la somiglianza con polimeri naturali, trovano un vasto campo di applicazioni come biomateriali. Essi possono essere prodotti sotto forma di fibre tessuti film barre liquidi viscosi R. Pietrabissa, Protesi ed Organi Artificiali Patron Bologna 1996

24 TECNICHE DI PROCESSO R. Pietrabissa, Protesi ed Organi Artificiali Patron Bologna 1996

I Materiali Polimerici

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