Im Vergleich zu Glas- und Metallmaterialien sind die Haupteigenschaften von Kunststoffen:
1. Die Kosten sind niedrig, es kann ohne Desinfektion wiederverwendet werden und eignet sich als Rohstoff für die Herstellung medizinischer Einwegprodukte.
2. Die Verarbeitung ist einfach. Durch die Verwendung seiner Plastizität können verschiedene nützliche Strukturen hergestellt werden. Aus Metall und Glas lassen sich dagegen nur schwer komplexe Produktstrukturen herstellen.
3, zäh, elastisch, nicht so leicht zu zerbrechen wie Glas;
4, mit guter chemischer Inertheit und biologischer Sicherheit.
Aufgrund dieser Leistungsvorteile finden Kunststoffe breite Anwendung in der Medizintechnik, vor allem Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polycarbonat (PC), ABS, Polyurethan, Polyamid, thermoplastische Elastomere, Polysulfon und Polyetheretherketon. Durch Mischen kann die Leistung von Kunststoffen verbessert werden, sodass die beste Leistung verschiedener Harze, wie z. B. Polycarbonat/ABS oder modifizierte Polypropylen/Elastomer-Mischungen, zum Tragen kommt.
Aufgrund des Kontakts mit flüssigen Medikamenten oder dem menschlichen Körper sind chemische Stabilität und biologische Sicherheit die Grundanforderungen an medizinische Kunststoffe. Kurz gesagt: Die Bestandteile von Kunststoffen gelangen nicht in flüssige Medikamente oder den menschlichen Körper, verursachen keine Toxizität und schädigen weder Gewebe noch Organe und sind für den menschlichen Körper ungiftig und unbedenklich. Um die biologische Sicherheit medizinischer Kunststoffe zu gewährleisten, werden die handelsüblichen medizinischen Kunststoffe von medizinischen Behörden zertifiziert und geprüft. Anwender werden darüber informiert, welche Qualitäten medizinisch geeignet sind.
Medizinische Kunststoffe bestehen in den USA in der Regel die FDA-Zertifizierung und die USPVI-Biotestprüfung. Medizinische Kunststoffe in China werden in der Regel vom Shandong Medical Device Testing Center geprüft. Derzeit gibt es in China noch eine beträchtliche Anzahl medizinischer Kunststoffe ohne strenge Biosicherheitszertifizierung. Mit der schrittweisen Verbesserung der Vorschriften wird sich diese Situation jedoch zunehmend verbessern.
Entsprechend den Struktur- und Festigkeitsanforderungen des Geräteprodukts wählen wir den richtigen Kunststofftyp und die passende Qualität aus und legen die Verarbeitungstechnologie des Materials fest. Zu diesen Eigenschaften gehören Verarbeitungsleistung, mechanische Festigkeit, Nutzungskosten, Montagemethode, Sterilisation usw. Die Verarbeitungseigenschaften sowie die physikalischen und chemischen Eigenschaften mehrerer häufig verwendeter medizinischer Kunststoffe werden vorgestellt.
Sieben häufig verwendete medizinische Kunststoffe
1. Polyvinylchlorid (PVC)
PVC ist eine der produktivsten Kunststoffsorten weltweit. PVC-Harz ist ein weißes oder hellgelbes Pulver. Reines PVC ist ataktisch, hart und spröde und wird selten verwendet. Je nach Verwendungszweck können verschiedene Additive hinzugefügt werden, um PVC-Kunststoffteilen unterschiedliche physikalische und mechanische Eigenschaften zu verleihen. Durch Zugabe einer geeigneten Menge Weichmacher zu PVC-Harz können verschiedene harte, weiche und transparente Produkte hergestellt werden.
Hart-PVC enthält keine oder nur geringe Mengen Weichmacher, weist eine gute Zug-, Biege-, Druck- und Schlagfestigkeit auf und kann allein als Konstruktionswerkstoff verwendet werden. Weich-PVC enthält mehr Weichmacher und ist dadurch weicher, bruchdehnbar und kältebeständiger, jedoch weniger spröde, härte und zugfest. Die Dichte von reinem PVC beträgt 1,4 g/cm³, die Dichte von PVC-Kunststoffteilen mit Weichmachern und Füllstoffen liegt in der Regel im Bereich von 1,15 bis 2,00 g/cm³.
Marktschätzungen zufolge bestehen etwa 25 % der medizinischen Kunststoffprodukte aus PVC. Dies liegt vor allem an den niedrigen Kosten des Harzes, dem breiten Anwendungsspektrum und der einfachen Verarbeitung. PVC-Produkte für medizinische Anwendungen sind beispielsweise Hämodialyseschläuche, Atemmasken, Sauerstoffschläuche usw.
2. Polyethylen (PE, Polyethylen)
Polyethylen-Kunststoff ist die größte Sorte in der Kunststoffindustrie. Er besteht aus milchigen, geschmacks- und geruchsneutralen, glänzenden Wachspartikeln, die ungiftig sind. Er zeichnet sich durch einen günstigen Preis und eine gute Leistung aus, kann in der Industrie, Landwirtschaft, Verpackung und im täglichen Leben vielseitig eingesetzt werden und nimmt eine zentrale Stellung in der Kunststoffindustrie ein.
Zu PE gehören hauptsächlich Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen hoher Dichte (HDPE) und Polyethylen ultrahoher Molekulargewichts (UHDPE) sowie weitere Sorten. HDPE weist weniger Verzweigungsketten in der Polymerkette, ein höheres relatives Molekulargewicht, eine höhere Kristallinität und Dichte, eine größere Härte und Festigkeit, eine geringere Opazität sowie einen hohen Schmelzpunkt auf und wird häufig in Spritzgussteilen verwendet. LDPE weist viele Verzweigungsketten auf und hat daher ein geringes relatives Molekulargewicht, eine niedrige Kristallinität und Dichte sowie eine bessere Weichheit, Schlagzähigkeit und Transparenz. Es wird häufig für Blasfolien verwendet und ist derzeit eine weit verbreitete Alternative zu PVC. HDPE- und LDPE-Materialien können je nach Leistungsanforderungen auch gemischt werden. UHDPE weist eine hohe Schlagzähigkeit, geringe Reibung, Spannungsrissbeständigkeit und gute Energieabsorptionseigenschaften auf, was es zu einem idealen Material für künstliche Hüft-, Knie- und Schulterverbindungen macht.
3. Polypropylen (PP, Polypropylen)
Polypropylen ist farblos, geruchlos und ungiftig. Es ähnelt Polyethylen, ist aber transparenter und leichter als Polyethylen. PP ist ein Thermoplast mit hervorragenden Eigenschaften, geringem spezifischen Gewicht (0,9 g/cm³), ungiftig, leicht zu verarbeiten, schlagfest, formstabil und bietet weitere Vorteile. Es findet vielfältige Anwendung im Alltag, darunter gewebte Taschen, Folien, Rollbehälter, Drahtabschirmmaterialien, Spielzeug, Autostoßstangen, Fasern, Waschmaschinen und vieles mehr.
Medizinisches PP zeichnet sich durch hohe Transparenz, gute Barriere- und Strahlungsbeständigkeit aus und bietet daher ein breites Anwendungsspektrum in der Medizingeräte- und Verpackungsindustrie. PVC-freie Materialien mit PP als Hauptbestandteil werden derzeit häufig als Alternative zu PVC-Materialien eingesetzt.
4. Polystyrol (PS) und K-Harz
PS ist nach Polyvinylchlorid und Polyethylen die drittgrößte Kunststoffart und wird üblicherweise als Einkomponentenkunststoff verarbeitet und angewendet. Die Haupteigenschaften sind geringes Gewicht, Transparenz, gute Einfärbbarkeit und gute Formbarkeit. Daher wird PS häufig für alltägliche Kunststoffe, Elektroteile, optische Instrumente sowie Kultur- und Bildungsmaterialien verwendet. Seine Textur ist hart und spröde, und sein hoher Wärmeausdehnungskoeffizient schränkt seine Anwendung im Ingenieurwesen ein. In den letzten Jahrzehnten wurden modifiziertes Polystyrol und Copolymere auf Styrolbasis entwickelt, um die Nachteile von Polystyrol bis zu einem gewissen Grad zu überwinden. K-Harz ist eines dieser Materialien.
K-Harz wird aus Styrol und Butadien-Copolymerisation hergestellt, es ist ein amorphes Polymer, transparent, geschmacksneutral, ungiftig, hat eine Dichte von 1,01 g/cm³ (niedriger als PS, AS), eine höhere Schlagfestigkeit als PS, eine gute Transparenz (80 – 90 %) und eine thermische Deformationstemperatur von 77 °C. Die im K-Material enthaltene Butadienmenge und seine Härte sind ebenfalls unterschiedlich. Aufgrund der guten Fließfähigkeit des K-Materials ist der Verarbeitungstemperaturbereich breit, sodass seine Verarbeitungsleistung gut ist.
Zu den wichtigsten Anwendungen im täglichen Leben zählen Becher, Deckel, Flaschen, Kosmetikverpackungen, Kleiderbügel, Spielzeug, PVC-Ersatzmaterialprodukte, Lebensmittelverpackungen und medizinische Verpackungsmaterialien.
5. ABS, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere
ABS weist eine gewisse Steifigkeit, Härte, Schlagfestigkeit und chemische Beständigkeit, Strahlungsbeständigkeit und Ethylenoxid-Desinfektionsbeständigkeit auf.
In der Medizin wird ABS vor allem für chirurgische Instrumente, Trommelklammern, Kunststoffnadeln, Werkzeugkästen, Diagnosegeräte und Hörgerätegehäuse verwendet, insbesondere für einige große medizinische Geräte.
6. Polycarbonat (PC, Polycarbonat)
Die typischen Eigenschaften von PCS sind Robustheit, Festigkeit, Steifigkeit und hitzebeständige Dampfsterilisation, weshalb PCS bevorzugt als Hämodialysefilter, Griffe für chirurgische Instrumente und Sauerstofftanks verwendet werden (bei der Verwendung in der Herzchirurgie kann dieses Instrument Kohlendioxid aus dem Blut entfernen und den Sauerstoffgehalt erhöhen).
Weitere Anwendungen von PC in der Medizin sind nadelfreie Injektionssysteme, Perfusionsinstrumente, Blutzentrifugenbecher und Kolben. Aufgrund seiner hohen Transparenz werden die üblichen Myopiebrillen aus PC hergestellt.
7. PTFE (Polytetrafluorethylen)
Polytetrafluorethylenharz ist ein weißes Pulver mit wachsartigem Aussehen, glatter und antihaftbeschichteter Oberfläche und gilt als der wichtigste Kunststoff. PTFE weist hervorragende Eigenschaften auf, die mit herkömmlichen Thermoplasten nicht vergleichbar sind, weshalb es als „Kunststoffkönig“ gilt. Sein Reibungskoeffizient ist der niedrigste unter den Kunststoffen, er weist eine gute Biokompatibilität auf und eignet sich für die Herstellung künstlicher Blutgefäße und anderer direkt implantierbarer Geräte.
Veröffentlichungszeit: 25. Oktober 2023