Materiali/ biomateriali — slide e appunti

Stampaggio ad iniezione

Lo stampaggio ad iniezione è il metodo di lavorazione per i materiali termoplastici, nel quale uno o più estrusori forzano il materiale plastico fuso in uno stampo freddo e nello stampo il materiale prende la forma desiderata.

Nello stampaggio per soffiatura, il materiale può essere introdotto nello stampo per iniezione o per estrusione. Nella termoformatura, un foglio di materia plastica riscaldata viene forzato a pressione contro le pareti di uno stampo.

Tecnologie delle fibre

La fibra polimerica è un polimero le cui catene sono completamente allungate ed allineate una vicina all'altra, sullo stesso asse; le fibre sono utilizzate in campo tessile ed industriale.

Il processo consiste nei seguenti stadi: estrusione di un filetto fluido attraverso l'orifizio di una filiera, solidificazione di questo filetto, allungamento plastico del filetto consolidato lungo il suo asse longitudinale.

Le fibre hanno maggiore resistenza meccanica.

nella direzione di stiramento rispetto a stampanti e laminati. A seconda del tipo di polimero e delle proprietà si possono utilizzare tre processi di filatura: filatura allostato fuso, filatura di una soluzione con evaporazione del solvente a secco e filatura di una soluzione percoagulo in bagno a umido.

MATERIALE ESPANSI

La fabbricazione dei prodotti espansi o schiume hanno una grande importanza nelle applicazioni domestiche, negli isolanti termici ed acustici e negli imballaggi. Hanno densità apparenti bassissime e bassissima conducibilità termica ed elettrica. Il processo di espansione consiste in generare bolle di gas nel polimero fuso, farle crescere fino alla dimensione voluta e congelare il tutto per reticolazione o per raffreddamento. I polimeri più utilizzati sono polistirene e poliuretani. Il polistirolo (o polistirene) espanso è una sostanza chimicamente omogenea ottenuta per polimerizzazione dello stirene. Vi sono due metodi per ottenere il

polistirolo espando: metodo per estrusione e metodo per stampaggio mediante vapore.

Il metodo per stampaggio mediante vapore consiste in trattamenti termici in due stadi, partendo da piccoli granuli contenenti l'agente gonfiante. Nel primo stadio i granuli sono rigonfiati con un aumento di volume da 5 a 40 volte e nel secondo stadio la massa dei granuli viene rinchiusa in uno stampo speciale dove si realizza il secondo trattamento termico. Rammollendo in tale trattamento i granuli raggiungono lo stato plastico e si saldano tra loro.

LAVORAZIONE ALLE MACCHINE UTENSILI

Con le macchine utensili in generale le materie plastiche possono essere lavorate facilmente. La geometria dell'utensile e la velocità di lavorazione devono essere adeguate per lo specifico materiale.

METODI DI LAVORAZIONE DA SOLUZIONE

Il metodo di lavorazione da soluzione è molto utilizzato per la costruzione di dispositivi o parti per applicazioni biomediche. Tra le diverse tecniche abbiamo: solvent casting,

filament winding è una tecnica di avvolgimento di filamenti; elettrospinning è una tecnica di produzione di strutture nanofibrose e microporose; solvent casting è la deposizione di una soluzione su un supporto e successiva evaporazione del solvente; degradazione dei materiali polimerici è un processo che coinvolge la rottura delle catene polimeriche e altre reazioni chimiche.dellacomposizione nel caso di sistemi copolimerici. Nei materiali polimerici la componente amorfa è più suscettibile alla degradazione mentre la componente cristallina ha una migliore resistenza alla degradazione. L'invecchiamento ambientale può avvenire: attraverso l'esposizione radiazioni UV, che comporta la rottura delle catene e la perdita di trasparenza, o attraverso l'assorbimento di umidità, che comporta l'effetto plastificante e infragilimento. OSSIDAZIONE Durante l'ossidazione un radicale libero nel polimero reagisce con l'ossigeno per produrre un radicale perossido POO*, POO* reagisce con una molecola del polimero per formare POOH e un nuovo radicale P*; si formano per fotolisi i radicali PO* e i radicali HO* sono formati da fotolisi; infine, si hanno i risultati della reticolazione della reazione tra i diversi radicali liberi. Tale processo ha delle conseguenze sui polimeri: il deterioramento delle proprietà.

Le proprietà dei polimeri possono essere influenzate da diversi fattori, tra cui la temperatura, l'ossidazione, la fotodegradazione e l'attacco enzimatico e batterico.

L'ossidazione è un processo che può causare la rottura delle catene polimeriche e la diminuzione del peso molecolare. Questo può avvenire a causa di scissioni di catena o reticolazione. Tuttavia, è possibile prevenire l'ossidazione aggiungendo agenti antiossidanti durante la lavorazione, poiché inibiscono o ritardano il processo di ossidazione.

La fotodegradazione è un tipo di invecchiamento climatico dei polimeri che avviene a causa dell'esposizione alla luce solare, in particolare alle radiazioni UV. Questo fenomeno può verificarsi nei polimeri che contengono gruppi in grado di assorbire le radiazioni UV. Ad esempio, la gomma solare può subire fotodegradazione, che porta alla formazione di macroradicali, produzione di reticolazione e conseguente indurimento, infragilimento e perdita di elasticità.

L'attacco enzimatico e batterico può verificarsi nelle protesi. Questo processo avviene attraverso l'azione di enzimi e batteri che possono degradare i polimeri. Questo può portare a una diminuzione del peso molecolare, delle proprietà meccaniche e può avere un effetto degradativo principalmente sulla superficie del materiale.

contatto con tessuti e fluidi biologici; mentre nelle applicazioni industriali può avvenire con il contatto con cibo ed estratti naturali. Le conseguenze di tale attacco sono l'ossidazione e l'idrolisi e ciò comporta un pericolo per la struttura chimica del materiale e per l'ambiente circostante. Per prevenire l'attacco si possono aggiungere particolari sostanze ad attività farmacologica o antibatterica, scegliere strutture polimeriche resistenti e compiere la sterilizzazione. I polimeri polari (gruppo idrossile o carbossile) rigonfiano o si sciolgono in solventi polari e sono resistenti a solventi non polari; i polimeri non polari (gruppo metile) rigonfiano o si sciolgono in solventi non polari e resistono ai solventi polari. ENVIRONMENTAL STRESS CRACKING, ESCESC è un fenomeno degradativo che avviene in vivo in presenza di stress meccanico. Considerando il meccanismo più catastrofico può portare il dispositivo impiantato acausa della pressione e del calore generati dal movimento relativo; l'usura per corrosione avviene quando un materiale viene attaccato da sostanze chimiche presenti nell'ambiente circostante; l'usura per fatica si verifica quando un materiale viene sottoposto a sollecitazioni ripetute nel tempo, causando danni progressivi. Per prevenire o ridurre l'usura, possono essere adottate diverse strategie, come l'utilizzo di materiali più resistenti, l'applicazione di rivestimenti protettivi, l'uso di lubrificanti o la progettazione di componenti con forme e geometrie che riducono lo stress e la frizione. In conclusione, la rottura e l'usura sono fenomeni comuni che possono compromettere la durata e le prestazioni dei materiali. È importante comprendere le cause e adottare le giuste misure preventive per garantire la longevità e l'efficienza dei componenti.anodo. La corrosione può essere influenzata da diversi fattori come la temperatura, la presenza di sostanze chimiche aggressive, la presenza di microorganismi, la presenza di tensioni meccaniche, la presenza di difetti nella struttura del materiale, ecc. Per prevenire o rallentare il processo di corrosione, si possono adottare diverse misure come l'utilizzo di materiali resistenti alla corrosione, l'applicazione di rivestimenti protettivi, l'utilizzo di anodi sacrificali, la regolazione del pH dell'ambiente, l'utilizzo di sostanze inibitrici, ecc. L'usura per fatica, invece, è causata dallo sforzo ciclico a cui sono sottoposte le superfici a contatto. Questo tipo di usura può verificarsi ad esempio nelle parti meccaniche di macchine in movimento, come cuscinetti, ingranaggi, alberi, ecc. L'usura per fatica può portare alla formazione di crepe e alla rottura del materiale. Per prevenire o rallentare l'usura per fatica, si possono adottare diverse misure come l'utilizzo di materiali più resistenti, l'uso di lubrificanti, la riduzione degli sforzi ciclici, l'uso di trattamenti termici, ecc. In conclusione, sia la corrosione che l'usura per fatica sono fenomeni dannosi che possono compromettere la durata e le prestazioni dei materiali. È quindi importante adottare misure preventive per proteggere i materiali da questi fenomeni.anodo. Perché un processo di corrosione possa avvenire: l'aggressività dell'ambiente, quindi il potenziale di riduzione, deve superare la resistenza del metallo a essere ossidato, quindi il potenziale di ossidazione. Nel corpo umano solo i materiali nobili non sono corrodibili in soluzioni neutre aerate, ma tali metalli hanno caratteristiche meccaniche insufficienti; tutti gli altri elementi sono termodinamicamente suscettibili di corrosione in soluzione neutra aerata. Nei metalli attivi la velocità di corrosione è molto alta. Nei metalli attivo-passivi si ha la formazione di un ossido protettivo aderente che ostacola l'ossidazione del metallo sottostante e la velocità di corrosione è molto bassa. Oltre alla corrosione uniforme, vi è anche la corrosione localizzata, la quale è imprevedibile, con effetti molto gravi anche per materiali con una velocità lenta di corrosione. Vi sono diversi tipi di corrosione: lacorrosione in fessura, la corrosione per sfregamento e la corrosione per contatto galvanico. CORROSIONE IN FESSURA La corrosione in fessura avviene in presenza di piccole fessure tra due superfici a contatto, quando la presenza di ossigeno non è uniforme su tutta la superficie. In condizioni di bassa concentrazione di ossigeno avviene solo reazione anodica, gli elettroni migrano sulla restante superficie e alimentano la reazione catodica. CORROSIONE PER SFREGAMENTO/ SOTTO SFORZO La corrosione per sfregamento è la combinazione fra stato di stress e ambiente corrosivo; lo stato di sforzo può essere statico, ciclico o improvviso. La corrosione per sfregamento si verifica quando due superfici sono soggette a carico di compressione con presenza di micromovimenti locali. CORROSIONE PER CONTATTO GALVANICO La corrosione per contatto galvanico si ha quando due materiali metallici differenti sono posti in un elettrolita. Maggiore è la differenza di potenziale tra i due metalli.maggiore è la velocità di corrosione; minore è la differenza di potenziale, minore è.