Лекція 6

та фармації. Неметалеві матеріали, які застосовуються в медицині та фармації.

Гума та вироби з неї ”

План
1. Історична довідка.
2. Класифікація металів: вміст металів у земній корі, групи металів за використанням, сплави металів.
3. Будова.
4. Властивості: механічні та фізичні властивості, хімічні властивості.
5. Метали в природі, одержання металів з руд.
6. Застосування металів: конструкційні матеріали, електротехнічні матеріали, інструментальні матеріали.
7. Науки, що вивчають метали.
8. Неметалеві матеріали.
9. Поняття про гуму та її класифікація.
10. Отримання каучуку.
11. Виготовлення гумових сумішей, гумових виробів.
12. Особливості зберігання і відновлення гумових виробів.

надр землі» — клас хімічних елементів і речовин з такими

хімічними та фізичними властивостями:
добре проводять електричний струм і тепло,
непрозорі, але здатні відбивати світло (мають металічний блиск),
ковкі, що дозволяє надавати виробам з них потрібної форми та розвальцьовувати їх,
пластичні, що дає можливість витягати їх у тонкий дріт.

% маси земної кори
Алюміній 8,8
Залізо

5,1
Кальцій 3,6
Натрій 2,6
Калій 2,6
Магній 2,1
Титан 0,6
Марганець 0,09
Мідь 0,01
Частина інших металів у загальному
не перевищує 2,0 %.

як основні метали у чорній металургії, а їх сплави у

всіх галузях машинобудування;
дорогоцінні метали: золото, срібло і платина, використовуються переважно в ювелірній промисловості;
важкі метали: мідь, цинк, олово і свинець, застосовуються в машинобудуванні, енергетиці;
рідкісні важкі метали: нікель, кадмій, вольфрам, молібден, манган, кобальт, ванадій, вісмут, використовуються в сплавах з чорними металами як легуючі елементи;
легкі метали: алюміній, титан і магній, використовуються в авіації, космічній галузі;
лужні метали: калій, натрій і літій використовуються переважно у сполуках у вигляді солей та електролітів;
лужноземельні метали: кальцій, барій і стронцій, застосовуються в хімії

найдрібнішою сумішшю кристалітів компонентів;
необмежений твердий розчин компонентів — однорідний, може

утворюватися при різному співвідношенні компонентів;
обмежений твердий розчин компонентів — однорідний, може утворюватися при різному але обмеженому співвідношенні компонентів;
хімічна сполука компонентів — однорідний, може утворюватися при чітко визначеному співвідношенні компонентів.

і технологічна зварюваність, ковкість, плавкість, оброблюваність різанням)
фізичні (колір, питома маса,

теплова і електрична провідність, магнітні якості)
хімічні (стійкість проти корозії, жароміцність)

вимоги:
бути нешкідливими, біологічно інертними та нетоксичними у відношенні до

тканин організму і не виділяти шкідливих для організму людини речовин;
бути стійкими до стерилізації та дезинфекції;
бути механічно міцними, зберігати постійно форму та об׳єм;
володіти хорошими технологічними властивостями (наприклад, при литті, штамповці);
бути стійкими до корозії.

факторам зовнішнього впливу.
При статистичних випробовуваннях матеріал підлягає повільному але

постійному впливу сили, при динамічних - навпаки, силовий вплив носить швидкий короткочасний характер типу “удар”.
До механічних властивостей відносяться: твердість, міцність, пружність, пластичність, в׳язкість та втома металу.
Твердість - важлива характеристика металів. За твердістю судять про здатність чинити опір силам зношування а також на стійкість зберігання форми і розмірів виробів під час роботи.

У поверхню тіла, що досліджують, під впливом певної сили вдавлюють

стальну загартовану кульку певного діаметру.
За методом Роквелла - у зразок, що використовується, вдавлюють діамантовий конус.
Міцність - здатність матеріалу чинити опір зовнішній силі, що намагається його зруйнувати. Відношення величини мінімального навантаження , при якому настає порушення цілісності матеріалу і площі за поперечним розрізом називається межею міцності матеріалів.

Пружні властивості матеріалів залежать як від природи речовини, так і

від будови, тому в кожному матеріалі вони проявляються по-різному. Для кожного матеріалу існує своя межа пружності.
Пластичність - властивість матеріалу, не руйнуючись, приймати форму, яку йому надають за допомогою будь-якої сили, і зберігати цю форму після завершення дії сили. Одним із найбільш пластичних матеріалів є свинець, ковкі матеріали.

дії навантажень. Цей вид деформації характеризується тим, що зразок, якій

досліджується, збільшується за розмірами у напрямку прикладеної сили (звичайно по довжині) і звужується у поперечному розрізі.
Втома - властивість матеріалів руйнуватися під впливом навантажень, що часто повторюються, величини яких не досягає межі міцності матеріалу. Чим більша кількість циклів навантажень витримує зразок, тим він більш витривалий. Межа втоми визначається числом циклів навантажень, що може витримати зразок матеріалу.

і кипіння, тепло- і електропровідністю, тепловим розширенням та інше.
До

хімічних властивостей матеріалів відносяться властивості, за якими визначається взаємодія з середовищем, в якому вони постійно або тимчасово перебувають, наприклад, при стерилізації, дезинфекції тощо. Хімічні властивості визначаються хімічним складом матеріалів.
Під біологічними властивостями матеріалів розуміють їх вплив на живі тканини і організм у цілому.

сплав заліза з вуглецем (до 2% вуглецю), наділена в порівнянні

з чавуном великою міцністю, пластичністю, меншою твердістю.
За хімічним складом підрозділяють на вуглецеві і леговані.
Вуглецеві сталі називають так за основним елементом - вуглецем, якого в цих сталях не більше 1,35% . Із збільшенням його вмісту збільшується міцність, твердість, пружність і знижується її пластичність, відносне подовження та ударна в׳язкість.

кількості - 0,06-0,5%, внаслідок чого наділені пластичністю, добре обробляються литтям,

тиском, різанням; придатні для виготовлення виробів складної форми.
Конструкційні сталі марки 15, 30, 45, що містять 0,15; 0,30 і 0, 45% вуглецю використовують для виготовлення ручок інструментів, деталей приладів і апаратів. Із сталі 45 виготовляють деякі зуботехнічні інструменти.
Інструментальні вуглецеві сталі завдяки більш високому вмісту вуглецю (0.65-1,35%) і зниженому вмісту сірки та фосфору мають значну твердість, зносостійкість, а також міцність і пластичність. Тому із інструментальної сталі інструменти не ламкі і не деформуються при експлуатації.

вказують середній вміст вуглецю у десятих долях проценту.
Вуглецеві інструментальні сталі

У10А, У12А, застосовують для виготовлення ріжучих інструментів (скальпелів, ножів), У7А - для пружинячих.
Леговані сталі – крім вуглецю містять 1 або кілька легуючих спеціально добавлених елементів (хром, нікель, вольфрам, ванадій, титан, молібден, марганець)
Інструментальні леговані сталі використовують для виготовлення свердлильних, ріжучих, вимірювальних і інших інструментів, яким притаманна підвищена твердість, стійкість до зношення (зубні бори, фрези).

9х18 (0,9% вуглецю і 18% хрому) – для виготовлення ріжучих

інструментів в нейрохірургії і офтальмології,
сталь ХВ4 (4% вольфраму).
Корозійно стійкі (нержавіючі) леговані сталі стійкі до дії кислот, солей, стерилізуючих речовин мають красивий зовнішній вигляд.
Відповідно ГОСТ 5632-72 для медичних інструментів застосовують хромисті нержавіючі сталі марки 12х13, 20х13, 30х13, 40х13. Перша цифра вказує на середній вміст вуглецю в сотих долях відсотку, Х- хром, 13-відсотковий вміст хрому.

штрифтів, замкових з’єднань ножиць, щипців-кусачиків.
Сталь марки 30х13 володіє пружними властивостями,

з неї виготовляють пружинячі інструменти (затискачі, пінцети, голкотримачі)
Сталь марки 40х13 володіє підвищеною твердістю, виготовляють ножиці, долота, распатори, щипці-кусачики.
Хромисті сталі поступаються за механічними та корозійними властивостями хром-нікілевим сталям марок 08Х18Н9, 12Х18Н10Т.
Перша цифра позначає вміст вуглецю в сотих долях відсотку, друга – вміст хрому у відсотках, третя – нікелю у відсотках, літера Т вказує на вміст титану (1%).

цією системою леговані елементи, які є в сталі позначаються початковими

літерами російського алфавіту. Наприклад, Х – хром, Н – нікель, Т – титан, К - кобальт за виключенням деяких умовно прийнятих скорочень: Г – марганець, С – кремній, Ф – ванадій, Ю – алюміній.
Кількісний вміст легованих елементів і вуглецю позначають цифрами. Перші дві цифри в маркування легованої сталі вказують кількість вуглецю, який міститься в сталі з точністю до сотих відсотку.

композиційний матеріал - гумову суміш, з вмістом до 15-20 інгредієнтів,

що виконують різноманітні функції.
З гуми виготовляється велика номенклатура виробів медичного призначення: предмети санітарії та гігієни, догляду за хворими, закупорювальні засоби, засоби захисту від рентгенівських променів.
Основні технічні характеристики любих видів натурального і синтетичного каучуку включають їх експлуатаційні властивості, які проявляються в процесі виготовлення гумових виробів.

при розтягуванні, стійкість до зношування, опір розриву;
комплекс характеристик

пластичності;
фізичні і хімічні властивості: тепло- і морозостійкість, світло-, озоно-, масло- і бензостійкість, газонепроникність, стійкість до дії агресивних середовищ, до старіння, діелектричні властивості, питома вага.

50 до 150С;
теплостійкі, призначені для довгострокової експлуатації при 150-200С;
морозостійкі, придатні

для довгострокової експлуатації при температурі нижче -500С;
масло- і бензостійкі;
стійкі до дії агресивних середовищ;
радіаційностійкі (рентгенозахисні).
До технологічних властивостей сирих каучуків відноситься їх пластичність, здібність до пластифікації, змішування, до подальшої переробки, а також клейкість, усадка, здібність до вулканізації.

Товарний каучук отримують з молочного соку - латексу гевеї бразильської,

яка росте на плантаціях в Індонезії, Індокитаї, Цейлоні та в деяких країнах Африки.
Латекс - молочно-біла рідина, що являє собою полідисперсну колоїдну систему, яка містить 34-37% каучуку, 52-60% води, 2-2,7% білків, 1,65-3,4% смол, 1,5-4,2% цукру і 0,2-0,7% мінеральних солей. Склад латексу залежить від віку дерева, кліматичних умов, часу добування.
На місці добування латекс перемішують і коагулюють, додаючи до нього розбавлену мурашину або оцтову кислоту.
Отриманий рихлий продукт (гель) промивають водою, прокатують на вальцях в листи, сушать, коптять або відбілюють і доставляють споживачу.

складаються в основному з вуглеводнів або їх похідних;
елементно-органічні, до

макромолекул яких входять атоми кремнію, кисню, сірки, олова, а бокові ланцюги містять вуглецеві групи;
неорганічні, які не містять вуглецю.
Технологічний процес виробництва гумових виробів включає три стадії:
підготовка сировини (інгредієнтів);
виготовлення гумової суміші;
отримання гумових виробів (вулканізація напівфабрикатів).

підлягають (при необхідності) сушці, розмоканню до необхідної дисперсності, просіюванню і

відважуванню в кількостях згідно рецептурі суміші.
Для виготовлення медичних виробів повинні застосовуватись лише нешкідливі для організму людини каучуки та інгредієнти.
За призначенням інгредієнти гумових сумішей поділяються на слідуючі важливі групи: хімічні прискорювачі пластифікації, вулканізатори, прискорювачі або уповільнювачі вулканізації, посилювачі (активні наповнювачі), пом’якшувачі (пластифікатори), інертні наповнювачі (розбавники), захисні речовини, барвники.

каучуки: натуральний, бутилкаучук, бутадієновий, бутадієннітрильний.
2.Вулканізуючі речовини. Для утворення полімерів просторової

будови (гуми), тобто для зшивання макромолекул поперечними зв’язками, проводять основний процес гумового виробництва – вулканізацію.
3.Прискорювачі вулканізації. Прискорювачі повинні бути рівномірно розподілені в гумовій суміші і не розпорошуватися при змішуванні, для цього їх вводять у вигляді дисперсних паст у вазелиновому або парафіновому маслі.
4.Наповнювачі. Більшість каучуків як у сирому, так і в вулканізованому вигляді мають малу міцність при деформаціях і зношуваність. Тому в гумову суміш вводять спеціальні наповнювачі, які поділяються на активні (посилювачі) і неактивні (розріджувачі).
5.Пластифікатори.(пом’якшувачі). Для збільшення пластичності каучуків, полегшення формування виробів, а також для підвищення склеювання гумових сумішей, зменшення горючості, підвищення морозостійкості у гумову суміш вводять пластифікатори. Пластифікатори дещо знижують міцність гуми, але підвищують її стійкість до деформації.

мають недостатню пластичність і потребують попереднього пом’якшення перед обробкою, це

досягається шляхом окислювальної деструкції, що проходять при додаванні органічніх речовини.
7.Протистаріння.
З плином часу каучук і гума покриваються тріщинами, твердіють, стають ламкими і крихкими, втрачають еластичність та міцність, тобто старіють.
8.Антискорчинги - бензойна, бурштинова, щавелева, молочна, саліцилова, малеїнова кислоти – речовини, що запобігають самовулканізації.
9.Барвники - органічні пігменти і лаки.
10.Пароутворювачі – оцтова кислота, вуглекислий амоній, бікарбонат натрію.
11.Спеціальні інгредієнти – в рентгенозахисну гуму вводять окиси свинцю, що є непроникними для рентгенівського проміння.

(методом ручного склеювання);
безшовні (методом екструзії і мокання);
формові (пресування, лиття під

тиском).
Метод ручного склеювання. Полягає в отриманні виробів шляхом склеювання окремих, вирізаних за шаблонами шматків гуми. Для цього гумову суміш з змішувача пропускають через каландри – машини, що мають велику кількість валків. Швидкість обертання і температура валків регулюються. На виході з каландра гума має форму листів різної товщини. Для отримання рельєфного малюнку останній валок каландра має гравіровану поверхню. З метою запобігання злипання листів гуму пересипають тальком.

зондів.
Метод мокання застосовують для отримання таких безшовних виробів, як рукавички

хірургічні і анатомічні, напальчники, соски. При цьому зроблену із дерева, фарфору, скла та іншого матеріалу форму, що імітує виріб, занурюють в латекс.
Формовий метод. Цей метод використовують для отримання гумових виробів, які мають внутрішню порожнину (грілки, спринцівки, пузир для льоду, балони, катетери) або складну конфігурацію різної товщини.

шляхом нагрівання до температури 130-180С. При цьому між молекулами каучуку

проходить зшивання з утворенням просторової трьохмірної сітки, яка змінює структуру каучуку і надає гумі ряд цінних властивостей, наприклад, підвищену механічну міцність, еластичність, пружність, стійкість до температур, дії хімічних реагентів.
Холодна вулканізація - здійснюється шляхом занурювання виробів в слабкий розчин хлористої сірки в сірковуглеці з послідуючим висушуванням виробу гарячим повітрям. Процес цей дорожчий, малоефективний, трудомісткий, шкідливий і тому майже не знаходить широкого застосування.

пружні механічні властивості. Це пояснюється колоїдним характером каучуку. Старіння гуми

проявляється деяким її ущільненням і затвердінням. В подальшому вона робиться сухою, ламкою, крихкою. Ззовні на поверхні виробу з’являється ряд мілких зморщок, а потім неглибоких тріщин, через які у подальшому проходить руйнування.
Псування гумових виробів викликають кисень повітря, особливо озон, дія сонячного світа (головним чином УФ - променів), температура тощо. Ці агенти зумовлюють окислення та інші процеси, які змінюють фізико-механічні властивості гуми.

кисню у приміщення, не провітрювати його і максимально заповнити виробами.

Уповільнити окислення можна також шляхом насичення повітря вуглекислотою і аміаком, для чого у шафи та ящики, де лежать гумові вироби, поміщують мішечки з вуглекислим амонієм з розрахунку 5 г на 1 дм3 повітря. Притрушування тальком також уповільнює адсорбцію кисню і попереджує злипання;
захистити гумові вироби від прямої дії сонячного світла, шляхом затемнення приміщення;
забезпечити підтримування постійної температури в межах 8-120С і вологості 50-60%.

властивості (гума втрачає еластичність і стає більш щільною), тому вони

можуть підлягати регенерації.
Товстостінні вироби (грілки, спринцівки) рекомендується відновлювати шляхом занурення їх на 15-20 хв. у кипляче вазелінове масло . Після розм’якчення проводять масаж виробу. Можна проводити відновлення і при кімнатній температурі у вазеліновому маслі, при цьому час значно збільшується (більше доби).
Тонкостінні гумові вироби (рукавички) при наявності перших ознак старіння можуть підлягати відновленню таким чином: поміщають на 15-20 хв. в теплий 5% розчин нашатирного спирту з послідуючим зануренням на 15-20 хв. у воду з 5% гліцерину при температурі 400С.

або фарбою, яка не змивається, нанесені товарний знак заводу-виробника, сорт,

розмір, номер виробу і дата виготовлення. На ярлику коробки, в якій вони запаковані, крім того, вказано найменування виробу, кількість і вагу виробів у коробці, номер пакувальника і номер ДСТ або ТУ.
Стерилізація і дезинфекція. Такі гумові вироби, як рукавички, катетери, зонди, наконечники в медичних установах повинні підлягати стерилізації або дезинфекції, яка здійснюється кип’ятінням в стерилізаторі протягом 15 хв. Після остигання кип’ятіння повторюють ще двічі.
Стерилізацію здійснюють також зберіганням гумових виробів в 5% карболовій воді з гліцерином.

фармації. Неметалеві матеріали, які застосовуються в медицині та фармації. Гума

та вироби з неї ”

Дякуємо за увагу!