Применение полиэтилена в медицине кратко

Обновлено: 02.07.2024

Полиэтилен - материал, нашедший широкое применение в самых разных сферах человеческой жизни. Из него изготавливают пакеты, упаковку, детали оборудования и элементы одежды. В медицине полиэтилен незаменим.

Он служит для изготовления:

лабораторного оборудования; ;
футляров-стерилизаторов;
пробирок;
пипеток;
бахил для обуви;
фартуков, перчаток, нарукавников, шапочек.

При производстве медицинских изделий используется полиэтилен низкой и высокой плотности. Физико-химические свойства материала определяют характер его назначения. Но можно выделить и общие свойства медицинского полиэтилена - физиологическую безвредность, отсутствие токсичности, аллергенности и канцерогенности. Этот материал имеет стабильные функциональные и механические характеристики; он может подвергаться вторичной переработке и возвращаться в производство.

ПЭ (полиэтилен) представляет собой термический полимер. Атомы углерода в его молекуле соединены между собой сложными ковалентными взаимосвязями. Этот материал имеет вид массы белого цвета, является диэлектриком. Ему свойственны невысокая адгезия, водонепроницаемость, высокая химическая устойчивость. Тонкий слой такого материала достаточно прозрачен.

Когда появился полиэтилен

Этот материал впервые стал известен в конце 19-го века. Его можно отнести к первым полимерам. Впервые его случайно удалось получить в 1899 г. немецкому химику Гансу фон Пехманну. Тем не менее, из-за недостаточной изученности его свойств, данный материал почти не использовался. Лишь в 1930 г. полиэтилен впервые был использован как изолятор в процессе изготовления токопроводящего кабеля. После углубленного исследования свойств ПЭ удалось установить, что этот материал является химически нейтральным. По этой причине уже с 1950 г. полиэтилен стал широко применяться в качестве упаковки для пищевых продуктов. Тем самым он стал заменой используемой раньше в этих целях бумаге.

Особенности производства полиэтилена

Чтобы изготовить полиэтилен, требуется особая химическая реакция, в результате которой упрочняются молекулы углеводорода этилена. Какими будут окончательные характеристики полученного материала, зависит от того, как происходила реакция полимеризации. Особенное внимание должно уделяться пропорциям компонентов, а также давлению и температуре, при которых протекает реакция.

ПЭ изготавливается, чаще всего, в форме маленьких (от 2 мм до 5 мм) гранул. В дальнейшем производственные предприятия покупают нужный объем такого сырья. При помощи плавки из него изготавливаются предметы различной формы. Это возможно благодаря способам экструзии либо литья, используемым на предприятии.

Физические и химические характеристики

Многие считают, что целлофан и полиэтилен – один и тот же материал. Это ошибочное мнение, поскольку у этих полимеров абсолютно разные свойства. Легко установить, что изделие изготовлено из ПЭ, можно путем его воспламенения. Пламя от горящего полиэтилена будет иметь голубоватый оттенок, однако давать недостаточно света. Выделяемый в процессе горения запах будет напоминать запах от горения парафина. Дыма, как при сжигании пластика, в случае с ПЭ не наблюдается, а запах будет таким же, как при горении свечи.

Основные химические свойства материала:

не вступает в реакцию с кислотой и щелочью в высоких концентрациях;
имеет свойство стареть;
растворяться может лишь в нагретом состоянии.

Изделиям из ПЭ свойственна высокая химическая устойчивость. Они не разрушаются даже под воздействием высококонцентрированных кислот и щелочей. Именно это ценное свойство материала способствовало тому, что из него стали изготавливать емкости для хранения химических реактивов. В такой таре можно хранить, кроме всего прочего, даже серную кислоту. Чтобы ПЭ растворился при комнатной температуре, на него нужно воздействовать 50 %-ной азотной кислотой в комплексе с хлором или фтором в газообразном состоянии. Поскольку подобные условия создаются лишь искусственным путем, полиэтиленовое изделие не может быть разрушено нечаянно.

Для растворения полиэтилена может использоваться циклогексан или четырёххлористый углерод при температуре 80 °C. Материал не разбухает под воздействием влаги, поскольку обладает влагоотталкивающими свойствами. Полиэтилен пригоден для производства протезов. При соприкосновении таких изделий с живыми тканями человеческого организма не происходит никаких химических реакций.

Необходимо обращать внимание на то, что ПЭ свойственно стареть. Материал постепенно разрушается, становясь довольно хрупким. Происходит разложение его на альдегиды и H2O2 (перекись водорода). Такое свойство одновременно является и негативным, и положительным. Ценность такого качества в том, что в основном ПЭ используется для производства одноразовой упаковки, которая после применения выбрасывается. По прошествии времени материал распадается, образуя простейшие соединения. При этом процессы старения ускоряются на открытом пространстве и под воздействием УФ-лучей.

Ценные физические свойства полиэтилена:

этот материал относится к диэлектрическим;
является прекрасным гидроизолятором;
обладает низкой теплопроводностью и высокой прочностью.

Полиэтилен оптимален для производства изделий, не проводящих электричество. Поэтому данный материал применяется как изолятор в проводах. Его используют также для создания гидроизоляционных мембран. Кроме того, полиэтилен применяется в качестве гидроизоляции при обустройстве фундаментов, бассейнов и т. п. Такая сфера применения обусловлена способностью материала отталкивать воду, а также его устойчивостью к воздействиям химических веществ.

ПЭ обладает высокой прочностью, благодаря которой он может применяться для производства изделий, подвергающихся серьезным нагрузкам (растяжению, давлению). В качестве яркого примера можно привести водопроводные трубы из полиэтилена. Они, кроме прочего, не повреждаются коррозией и не растворяются в агрессивных средах.

Благодаря низкой теплопроводности ПЭ является отличным теплоизоляционным материалом. Он незаменим при изготовлении различных электротехнических устройств, к примеру, при производстве рукояток для нагревающихся приборов. Благодаря низкой теплопроводности такая деталь не нагреется даже при непосредственном контакте с разогретой металлической поверхностью.

Полиэтилен дешевле остальных пластиков. Большая часть полимерной продукции производится именно из ПЭ. Вместе с тем доля прочих пластиков достаточно невелика. Заметим, что около третьей части всего полиэтилена идет на изготовление упаковки.

Температура плавления полиэтилена зависит от его вида. Так, для ПВД различной плотности требуется от 103 до 110 °C. ПНД за счет большей молекулярной массы и строго линейного строения требует в среднем на 20 ° больше, то есть от 130 до 137 °C соответственно. Возможны небольшие отклонения от этого среднего значения. Поэтому полиэтилен не требует значительных расходов энергии для расплавления и очень выгоден в производстве. ПЭ также может подвергаться повторной переработке.

Показатель плотности ПЭ – 910–965 кг/м³. Этот материал отличается легкостью, которая во много раз превышает легкость стали. Благодаря такой особенности из него могут изготавливаться несущие детали, а значит, вес готового изделия будет минимальным.

При сгорании материал не выделяет в атмосферу вредных веществ. Поэтому изделия из него (при условии отсутствия прочих примесей) могут легко утилизироваться. Оптимально делать это на заводах по сжиганию мусора. Таким образом, полиэтилен причиняет окружающей среде меньший ущерб, чем другие широко распространенные пластики.

Самые популярные виды

Выделяют несколько видов ПЭ, которым требуются разные условия для протекания реакции полимеризации. Различают ПЭ:

сверхмолекулярный;
линейный;
ПВД (расшифровывается как полиэтилен высокого давления);
ПСД (расшифровывается как полиэтилен среднего давления);
ПНД (расшифровывается как полиэтилен низкого давления).

Плотность ПВД довольно незначительна, поэтому это наиболее эластичный и мягкий из всех видов полиэтилена. Он отличается гладкостью поверхности, а также довольно прозрачен. Изделия, выполненные из этого материала, обычно блестят. Он применяется при производстве эластичных мембран разных видов. Получают ПВД полимеризацией этилена при температуре 190–300 °C и давлении порядка 130–250 МПа. В качестве инициаторов реакции выступают: кислород, бензоил, лаурил или их смеси.

Полиэтилен среднего давления получают при следующих условиях: давление – 2,5–7 МПа, температура 130–240 °C, участие оксидных катализаторов, например, Cr2O3. В результате происходящей химической реакции полиэтилен образует хлопья, которые оседают в растворе. По уровню кристалличности он выше полиэтилена высокого давления на 30 %. Кроме того, материал отличается и более высокой, чем ПВД, плотностью.

Особенно высока плотность полиэтилена низкого давления. Благодаря этому материал пригоден для производства разнообразных деталей механизмов, подвергающихся значительным нагрузкам. Для получения ПНД необходимы следующие условия: температура – 60–80 °C, давление – 0,2–0,6 МПа (реакция возможна и при атмосферном давлении), участие комплексных металлорганических катализаторов.

Линейному полиэтилену присущи ценные свойства предыдущих разновидностей ПЭ. У него такая же высокая прочность, как у ПНД, вместе с тем он эластичен, как полиэтилен высокого давления. Поэтому данный материал широко применяется при изготовлении пленок. Сложнее всего изготовить сверхмолекулярный ПЭ. Однако материал, полученный в итоге, по своим свойствам превосходит все другие виды полиэтилена. Он используется для производства элементов сложных механизмов.

Сфера применения

Область использования ПЭ достаточно широка. Так, из него изготавливаются:

Полиэтиленовые трубы применяются для создания водопроводов. Из них также создаются системы водяного отопления. Особенно часто трубы из ПЭ используются для обустройства теплых полов. Они прокладываются в стяжке из бетона одним контуром. Какие-либо соединения при этом отсутствуют, а значит, протечка в зоне, недоступной для ремонта, исключена.

ПЭ – идеальный материал для производства пленок. Они могут применяться в качестве упаковки, также используются в виде тонких мембран для гидроизоляции. Если говорить о типичной пленке из ПЭ, стоит отметить ее небольшой срок эксплуатации. При доступе УФ-лучей этот срок составляет от 3 до 4 лет. Со временем пленка становится непрозрачной и хрупкой. Поэтому полиэтилен без примесей значительно уступает в этом смысле полиолефиновой композиции с добавкой из полипропилена. Срок эксплуатации такого материала длительный, он достигает семи лет и более. ПЭ применяется для производства пупырчатой упаковочной пленки и различных видов строительной пленки. При производстве мембран, укрепленных сеткой, также применяется ПЭ.

Сфера применения ПЭ не ограничивается только этим. Данный материал применяется также для производства пластиковых емкостей. Речь идет о баках для душа, накопительных канализационных резервуарах. Из ПЭ еще производят емкости, в которых можно хранить жидкие вещества (в т. ч. пищевые).

Посуда для одноразового применения также производится из ПЭ. Этот материал используется для изготовления пищевых пластиковых контейнеров, мисок, цветочных горшков, оболочек термосов. Благодаря высокой износоустойчивости материала он применяется для производства игрушек, сувениров, елочных украшений. Такие изделия при давлении растрескиваются меньше, чем вещи из прочих видов пластика.

На сегодняшний день химическая промышленность является одной из самых быстро развивающихся. Исследователи работают над развитием новейших научных разработок, в частности, над созданием разнообразных инновационных материалов. Одним из самых популярных среди них является полиэтилен. Рассмотрим особенности, уникальные свойства и черты полиэтилена, а также сферы его применения.

Что это такое?

В первую очередь следует разобраться с тем, что из себя представляет полиэтилен. По сути, данный материал является термопластичным полимером этилена. Его можно отнести к категории полиолефинов. Определение полиэтилена включает в себя обозначение того, что с химической точки зрения данный материал являет собой органическое соединение, а его молекулы обладаю существенной длиной.

Если говорить о внешних характеристиках материала, то он чаще всего представлен в виде тонких листов, которые могут быть бесцветными или белыми. На ощупь полиэтилен довольно твердый. В качестве сырья он довольно распространен и используется для самых разных целей.

Ученые, которые изобрели полиэтилен, не настаивают на том, что материал является идеальным. Как и любые другие химические соединения, он обладает рядом уникальных свойств, которые носят как положительный, так и негативный характер.

Рассмотрим их подробнее.

К достоинствам полиэтилена можно отнести следующие характеристики:

высокий уровень прочности (в этом отношении имеется в виду тот факт, что материал способен выдерживать механические повреждения и другие негативные воздействия окружающей среды);
эластичность;
водонепроницаемость;
простота использования;
низкий уровень теплопроводности;
безопасность для человека (полиэтилен не выделяет веществ, которые могли бы нанести вред здоровью человека);
доступная цена;
широкий ассортимент;
разнообразный дизайн и многое другое.

Но даже несмотря на такое большое количество положительных характеристик, необходимо помнить и об имеющихся недостатках:

разрушение под воздействием прямых солнечных лучей;
относительная недолговечность;
загрязнение окружающей среды, что является ключевой отрицательной характеристикой материала.

Как и из чего делают?

Особый интерес для исследователей представляет способ получения и процесс производства полиэтилена. Так, обсуждаемое химическое соединение получают из этилена. Сырьевой исходный материал подвергают обязательному процессу полимеризации.

Изначально полиэтилен состоит из гранул, размер которых варьируется в диапазоне от 2 до 5 миллиметров. Свой окончательный состав соединение получает посредством процессов термической обработки, которые осуществляются при помощи специально предназначенного оборудования.

При этом на сегодняшний день специалисты в области химии выделяют несколько видов полиэтилена, каждый из которых сделан по индивидуальной технологии.

Свойства

Для того чтобы ознакомиться с материалом более детально, следует проанализировать его отличительные характеристики (в том числе физические и химические). Ведь полиэтилен обладает особыми свойствами, которые отличают его от любых других соединений.

Итак, к основным особенностям материала можно отнести:

по общему правилу полиэтилен является прозрачным (это касается только чистого химического соединения, лишенного каких-либо примесей), в процессе окрашивания материал может приобретать любые другие оттенки (черный, белый, красный и множество других);
по своей структуре материал является твердым;
процесс кристаллизации материала осуществляется при температуре от -60 до -369 градусов по Цельсию;
отсутствие запаха;
небольшие показатели массы;
плотность материала непостоянна, она зависит о того, каким способом был добыт полиэтилен;
химические соединения обладают свойствами амортизатора;
низкий уровень адгезии;
низкий коэффициент трения;
водонепроницаемость;
полиэтилен подвергается процессам размягчения при температуре от +80 до +120 градусов по Цельсию;
стойкость по отношению к низким температурам;
гибкость;
диэлектрические характеристики;
паро- и гидроизоляция;
биологическая инертность;
теплопроводность;
при разложении полиэтилен не выделяет веществ, которые наносят вред человеку;
стойкость по отношению к воздействию агрессивных химических соединений.

Свойства полиэтилена по большей части детерминируют области его использования.

Обзор видов по плотности

На сегодняшний день существует большое количество видов полиэтилена. Так, на рынке вы сможете найти экструдированный, низкомолекулярный, пузырчатый, рулонный, высокопрочный и высокомодульный материал. Соответственно, при выборе полиэтилена свое пристальное внимание необходимо обращать на маркировку.

Для удобства пользователя производителями принята классификация соединения по нескольким категориям. Рассмотрим отличительные характеристики и особенности каждой из них.

Высокой

Для производства полиэтилена высокой плотности требуется соблюдение ряда обязательных условий. В частности, температура воздуха должна находиться в диапазоне от 200 до 260 градусов по Цельсию, давление не должно превышать показателя в 300 МПа. Кроме того, обязательно наличие катализатора, функцию которого может выполнять кислород или органический пероксид. Сама по себе процедура производства осуществляется в автоклавном или трубчатом реакторе.

Что касается непосредственных характеристик материала, то полиэтилен высокой плотности является легким и эластичным. Ему присущи ярко выраженные диэлектрические характеристики. Особенностью материала является то, что такой полиэтилен довольно легко подается переработке.

Низкой

Условия, необходимые для получения полиэтилена низкой плотности, должны быть таковыми:

показатели температуры – 120-150 градусов по Цельсию;
уровень давления – 0,1-2 МПа;
присутствие катализатора, например, катализаторов Циглера-Натта.

В итоге процесса полимеризации образуется материал, который допускает охлаждение до -80 градусов по Цельсию.

Кроме того, полиэтилен низкой плотности получается очень легким и эластичным, а его поверхность обладает характерным блеском.

Средней

Полиэтилен средней плотности изготавливается при температуре в 100-120 градусов по Цельсию. Давление при этом должно находиться на уровне 3-4 МПа, а в качестве катализатора реакции рекомендуется использовать смесь TiCl4 и AlR3. Следует иметь в виду, что итоговое соединение будет образовываться в виде хлопьев.

Таким образом, существующие разновидности полиэтилена различаются как по своим свойствам и характеристикам, так и по способам получения.

Применение

Как было сказано выше, полиэтилен является одним из самых распространенных и востребованных материалов, соответственно, он применяется в большом количестве областей и для производства различных изделий.

Применение полиэтилена:

производство плотной пищевой и технической пленки в рулонах;

производство тары и упаковочной продукции (например, полиэтиленовых пакетов);

изготовления канализационных труб, а также труб для водоснабжения;

изготовления полотна для изоляции (например, электрической изоляции);

Это, конечно, далеко не полный список.

Однако следует иметь в виду тот факт, что повсеместное использование полиэтилена может негативно сказаться на экологическом состоянии окружающей среды.

Все дело в том, что данный материал разлагается довольно продолжительный период (в некоторых случаях материал вовсе не разлагается). Это может привести к загрязнению атмосферы, мирового океана и планеты в целом, а также и к другим негативным последствиям (например, из-за поедания полиэтилена погибают многие животные).

Утилизация

Полиэтилен может быть как первичным, так и вторичным. Здесь имеется в виду, что после того как изначально изготовленное полиэтиленовое изделие приходит в негодность, его можно переработать и использовать заново. Для переработки полиэтиленовых соединений применяются такие методы, как экструзия, экструзия с раздувом, литьё под давлением и пневматическое формование.

Что касается непосредственного процесса утилизации, то чаще всего – это метод сжигания. При этом как только полиэтилен нагревается (например, под прямыми солнечными лучами), он выделяет летучие продукты. Соответственно, происходит процесс образования низкокипящих соединений.

Таким образом, процесс сжигания полиэтилена по своим характеристикам и особенностям представляет собой комплексный химический процесс.

Особенности разложения

Как уже говорилось, полиэтилен – это материал, который разлагается очень продолжительное время, для завершения данного процесса потребуется много лет. При этом на сегодняшний день все более популярными становятся методы биологического разложения данного химического соединения.

Так, для осуществления процессов биологического разложения используют специальные плесневые грибки Penicillium simplicissimum. С их помощью полиэтилен может быть частично утилизирован за 90 дней. Однако для того чтобы данный процесс был максимально эффективным, предварительно материал нужно обработать азотной кислотой. Помимо указанного выше типа бактерий, также рекомендовано использование микроорганизмов Nocardia asteroides. При этом следует учитывать, что разложение полиэтилена (даже с использованием специфических бактерий) может занимать несколько лет (как минимум 8).

Полиэтилен – это популярный и востребованный материал, который используется для различных целей. По своим физическим и химическим свойствам он отличается от многих других материалов, благодаря чему и является широко распространенным. При этом существует несколько его разновидностей, каждая из которых обладает своими уникальными характеристиками.

О полиэтилене и продукции из него смотрите в видео.

Полимеры давно привлекли внимание многочисленных исследователей и ученых из сферы медицины. Медицина является стремительно развивающейся отраслью, где находят применение самые различные материалы и технологии. На сегодняшний день полимеры в медицине применяются практически повсеместно и для совершенно различных целей.

В настоящее время из полимеров изготавливается более трех тысяч различных видов медицинских изделий. Вполне понятно, что дальнейшие успехи в этой области зависят от кооперирования и творческого сотрудничества между химиками и медиками.

Тем не менее, к настоящему времени медицинские марки полимеров уже успели прочно закрепиться в индустрии. Так, из этих марок полимеров изготавливают искусственные сосуды, суставы и иные изделия, имитирующие ткани и органы человеческого организма. Из полиамидов, кроме всего прочего, изготавливают хирургические нити, а из полиуретанов – камеры искусственного сердца. Наиболее часто применяющиеся в медицине полимеры - силиконы. Их положительными свойствами являются химическая и физиологическая инертность, термостабильность - до 180°C. Силиконы необходимы при косметических операциях на лице, молочных железах, для изготовления катетеров, клапанов сердца, пленки для защиты поверхности кожи при ожогах.
Особенно высокие требования предъявляются к полимерам в ортопедической стоматологии - протезировании.

Современная реконструктивная хирургия сердца и сосудов немыслима без полимеров.

Полимеры применяются также в восстановительной кардиохирургии, для замещения дефектов стенок и перегородок сердца.

Хирургия открытого сердца немыслима без искусственного кровообращения. Из полимеров изготовляется соответствующая аппаратура.

И этот список можно продолжать бесконечно.
Несмотря на стремительное расширение использования полимеров в медицине, следует признать, что в этой сфере остается еще ряд острых нерешенных вопросов. Так, например, при использовании полимерных компонентов для целей замены органов и тканей организма не редкими являются случаи отторжения этих изделий. Причиной этого является биологическая несовместимость полимеров с тканями организма, поэтому можно прогнозировать, что усилия многих ученых и исследователей уже в ближайшем будущем будут направлены на разработку новых марок полимеров, которые будут характеризоваться намного большей биосовместимостью.

Интересной и перспективной является деятельность по разработке другой группы биологически активных полимеров – биоразлагамых материалов с регулируемым сроком службы. Такие полимеры могут применяться для производства инновационных шовных материалов для полостных операций или временных имплантатов. В организме эти материалы подвергаются постепенному разложению, но срока их эксплуатации оказывается достаточно для того, чтобы ткани организма полностью восстановили свои функции. В этом случае при лечении пациента не приходится проводить для него повторную операцию для снятия швов или извлечения из организма инородных объектов, как это происходит в настоящее время.

Современная медицина не стоит на месте, и, наверняка, впереди в этой сфере нас ждет еще множество открытий, напрямую связанных с индустрией полимеров.

Читайте также: