Polietileno de ultra alta peso molecular
Termoplàsticos > ► Vinilicos > ► Poliolefinas > ► Polietileno
Polietileno de ultra alta masa molecular
Los poli(etileno) de peso molecular ultra alto (PEADUAPM o sus siglas en ingles UHMWPE), son una forma especial de poli(etileno) (PE). Debido a las propiedades excepcionales en comparación con los tipos de PE ordinarios. La polimerización de UHMWPE se comercializó en 1955. Se trata del Polietileno Lineal más pesado de esta familia, con un peso molecular promedio en la gama de entre 3.100,000 a 6.000,000, y sus propiedades lo reclasifican y lo colocan por lo común entre los plásticos de ingeniería. Las propiedades del Polietileno de ultra alta masa molecular son diferentes al de los dos tipos de polietilenos antes mencionados debido básicamente a su alto peso molecular. Esto provoca que sea mucho más cristalino y más denso provocando que sea bastante resistente a tal punto que pueda sustituir aplicaciones de algunos metales como es el caso del acero inoxidable. Entre sus propiedades físicas destaca que es ligeramente más denso que el Polietileno de alta densidad, pero un pequeño cambio en esta propiedad provoca propiedades totalmente diferentes entre ambos. A tal punto que sus aplicaciones son distintas. Los polímeros de PE UHMW (Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular) arrojan un peso molecular promedio 10 veces mayor que la resina de HDPE (Polietileno de Alta Densidad). Y debido a ello, esos polímeros reúnen una combinación única de características que los hacen más apropiados para muchas aplicaciones en las que los grados de menor peso suelen fallar.
UHMWPE
El único y esencial monómero para UHMWPE por definición es el eteno, también denominado etileno. Sin embargo, esto no debe tomarse demasiado en serio. En casos especiales, se utilizan algunos otros comonómeros. Inicialmente, el etileno se obtuvo mediante la reacción de deshidratación del etanol. Hoy en día, el etileno se obtiene mediante craqueo al vapor a partir de nafta como producto químico básico. El craqueo por vapor degrada las cadenas alifáticas más largas e introduce el doble enlace. El craqueo al vapor se realiza a temperaturas de hasta 900°C y deja una amplia variedad de productos. El etileno se recupera mediante procesos de destilación. La producción de etileno por los craqueadores de gas, principalmente a partir de C2, C3 y algunas alimentaciones de C4, representa aproximadamente el 40% de la capacidad mundial de etileno. Esto da como resultado una pequeña coproducción de benceno en comparación con el benceno coproducido en los crackers de nafta y gasóleo, que representan el 60% de la capacidad de producción de etileno del mundo. Un rendimiento de benceno general típico del craqueo del etano es del orden de sólo el 0,6% de la alimentación de etano, y el rendimiento de benceno del craqueo del propano es del orden del 3% de la alimentación de propano. Por el contrario, el rendimiento de benceno resultante del craqueo de la nafta puede oscilar entre el 4 y el 10% de la alimentación de nafta, dependiendo del contenido aromático de la nafta y la gravedad del craqueo.
Polimerización y fabricación UHMWPE
El Polietileno de alta densidad, es un polímero con estructura lineal y muy pocas ramificaciones. Se obtiene por polimerización del etileno a presiones relativamente bajas utilizando catalizadores Ziegler-Natta o Proceso Phillips, aunque existe un tercero utilizado; los catalizadores Metalocenos, utilizados únicamente para obtener Polietileno de ultra alta masa molecular.
Catalizadores Ziegler-Natta
Tradicionalmente, el UHMWPE se produce mediante polimerización Ziegler-Natta. Este proceso requiere etileno excepcionalmente puro y otras materias primas. Se aplica ampliamente la polimerización a baja presión de olefinas utilizando catalizadores de Ziegler-Natta, es decir, mezclas de compuestos de los grupos de transición IV a VI de la tabla periódica de los elementos junto con compuestos organometálicos de los grupos I a III. Dichos catalizadores consisten en compuestos de alquilo de titanio y compuestos de alquilo de aluminio o haluros de alquilaluminio. Los catalizadores de Ziegler-Natta se preparan mediante la reducción de compuestos de Ti IV, por ejemplo, T1Cl4 o ésteres de ácido titánico, mediante compuestos de organoaluminio. Mediante el uso de MgCh como componente de soporte se consigue una mayor actividad del catalizador y, por tanto, un color mejorado del polímero. Si la polimerización se lleva a cabo en suspensión, se observa frecuentemente la aglomeración de las partículas de polímero formadas y la sedimentación como depósito en las paredes del reactor. Tales fenómenos son indeseables, ya que afectan negativamente a la transferencia de calor y, por lo tanto, al posible rendimiento. Además, los aglomerados pueden crecer hasta que sean relativamente grandes, de modo que la producción de producto se vea afectada negativamente. Además, la planta de polimerización tiene que cerrarse y limpiarse con frecuencia. La probabilidad de formación de aglomerados poliméricos aumenta apreciablemente por interacciones electrostáticas. Se sabe que los componentes de UHMWPE reticulantes experimentan un aumento espontáneo de cristalinidad posterior a la fabricación y cambios en otras propiedades físicas. Estos cambios pueden ocurrir en piezas médicas después de la esterilización con radiación gamma, que inicia un proceso continuo de escisión de cadena, reticulación y oxidación o peroxidación que involucra los radicales libres formados por la irradiación. Estos cambios degradantes pueden acelerarse por el ataque oxidativo y las tensiones cíclicas aplicadas durante el uso.
Proceso de zonas múltiples
En el proceso de zonas múltiples, una mezcla de olefinas se polimeriza en una primera zona de reacción para producir un prepolímero que tiene un peso molecular más bajo hasta el 35-65% de la conversión final. Después de este paso, se eliminan los materiales volátiles, como el hidrógeno. La polimerización continúa en una segunda zona de reacción añadiendo más mezcla de olefinas para producir el polímero final con un peso molecular más alto. Ambas zonas de reacción utilizan un catalizador Ziegler-Natta. La cantidad total del catalizador requerido puede añadirse en la primera zona de reacción y luego trasladarse a la zona o zonas de reacción posteriores. Alternativamente, se puede añadir una cantidad adicional de catalizador en la segunda zona de reacción. Se utilizan catalizadores comunes de Ziegler-Natta. El polímero resultante tiene una distribución de peso molecular bimodal que contiene un componente de alto peso molecular y un componente de bajo peso molecular. El componente de alto peso molecular imparte una estabilidad de burbujas superior en un proceso de película soplada y el componente de bajo peso molecular imparte una excelente procesabilidad.
Fabricación UHMWPE
Las técnicas de fabricación incluyen compactación y sinterización, moldeo por compresión directa, estampado en caliente, forjado y soldadura por placa caliente o por rotación. Los artículos formados a partir de polímeros de UHMWPE se pueden preparar en un proceso de un paso usando compresión a alta temperatura, o en un proceso de dos pasos que comprende moldeo por compactación en frío seguido por moldeo por compresión a alta temperatura. Durante el moldeo por compresión a alta temperatura, el polvo polimérico se vierte en un molde de presión positiva que se calienta y luego se enfría a presión. A continuación, se abre el molde enfriado para producir un artículo de UHMWPE completamente sinterizado. Para reducir el potencial de corrosión, los aceptores o depuradores de cloro / ácido se añaden generalmente en niveles bajos, típicamente en el intervalo de 0,01-5,00%, al polímero seco durante la polimerización o después de la formación. Los más comunes son los jabones metálicos, como el estearato de calcio y el estearato de zinc. Además de servir como captadores de ácido, los estearatos también funcionan como lubricantes internos y como agentes de desmoldeo. Sin embargo, estos compuestos reducen la resistencia a la compactación en frío de los artículos moldeados. Este efecto es menos dominante si se utilizan aditivos inorgánicos, como carbonato sódico de dihidroxialuminio o hidrotalcita.
Reticulación UHMWPE
Se sabe que los componentes de UHMWPE reticulantes experimentan un aumento espontáneo de la cristalinidad posterior a la fabricación y cambios en otras propiedades físicas. Estos cambios pueden ocurrir en piezas médicas después de la esterilización con radiación gamma, que inicia un proceso continuo de escisión de cadena, reticulación y oxidación o peroxidación que involucra los radicales libres formados por la irradiación. Estos cambios degradativos pueden acelerarse por el ataque oxidativo y las tensiones cíclicas aplicadas durante el uso. Probablemente, la técnica más común para mejorar la resistencia al desgaste es la reticulación. Se han descrito varias técnicas de reticulación, que incluyen:
- Reticulación inducida por radiación
- Reticulación química
En ausencia de oxígeno, el efecto predominante de la radiación ionizante sobre el UHMWPE es la reticulación. La reticulación de UHMWPE forma enlaces covalentes entre las cadenas de polímero, que inhiben el flujo frío o el deslizamiento de las cadenas de polímero individuales. Sin embargo, los radicales libres formados durante la irradiación pueden existir indefinidamente si no se produce la terminación por reticulación u otras formas de recombinación. Además, los intermedios que han reaccionado se forman y se descomponen continuamente. La exposición de estas especies de radicales libres en cualquier momento, por ejemplo, durante la irradiación, el envejecimiento en almacenamiento o el envejecimiento in vivo al oxígeno molecular o cualquier otro agente oxidante reactivo puede resultar en su oxidación. La oxidación extensa conduce a una reducción del peso molecular y cambios posteriores en las propiedades físicas, incluida la resistencia al desgaste. Con el fin de reducir los procesos de oxidación después de la esterilización en y, algunos fabricantes de ortopedia han implementado técnicas para irradiar sus materiales en condiciones que fomentan la reticulación y reducen la oxidación. Estas técnicas incluyen el uso de atmósferas de gas inerte durante todas las etapas del procesamiento, el uso de envasado al vacío y tratamientos térmicos posteriores a la esterilización. Estas técnicas se resumen en la literatura. Reticulación química. Además de la reticulación por irradiación, se ha investigado la reticulación química del UHMWPE como método para aumentar la resistencia al desgaste. La reticulación química proporciona el beneficio de la reticulación al tiempo que evita los efectos degradantes de la irradiación ionizante. Sin embargo, los residuos de la reticulación química son una preocupación regulatoria y pueden contribuir a la degradación oxidativa a largo plazo.
Reticulación de superficies
La resistencia al desgaste de un implante de UHMWPE se mejora reticulando su capa de superficie de apoyo, sin afectar su interior sin apoyo. Este tipo de reticulación se consigue mediante irradiación con haz de electrones o mediante reticulación química. Las energías típicas de los electrones están en el rango de 0,6-0,9 MeV. El artículo resultante puede tratarse adicionalmente para eliminar los radicales libres residuales que se generan mediante el proceso de reticulación. Además, se puede eliminar una capa superior posiblemente oxidada. Cuando se utiliza la reticulación por haz de electrones, el implante debe empaquetarse en una atmósfera baja en oxígeno durante la irradiación, para minimizar la oxidación y maximizar la reticulación de la capa superficial. Por el contrario, si un implante se irradia con un haz de electrones en el aire, la capa exterior de la superficie de apoyo puede retirarse, por ejemplo, mediante mecanizado, para eliminar la capa más oxidada y menos reticulada. En tal caso, la profundidad de penetración de reticulación del haz de electrones debe aumentarse para tener en cuenta el grosor del material que finalmente se eliminará. Los radicales libres residuales pueden eliminarse mediante:
- Refusión
- Recocido
- Tratamiento con hidrógeno
- Tratamiento con óxido de etileno
Reticulación de silano
Además, el UHMWPE reticulado con silano se ha utilizado para copas acetabulares para reemplazos totales de cadera en cabras. En este caso, el número de partículas de desechos in vivo pareció ser mayor para los materiales reticulados que el UHMWPE convencional. Reticulación soportada por microondas. Debido a la abrasión en UHMWPE convencional, el cuerpo puede reaccionar con inflamaciones y alteraciones tisulares. Las propiedades mecánicas se pueden mejorar mediante reticulación adicional. La reticulación se consigue habitualmente mediante etapas intermedias en las que intervienen radicales que se producen mediante radiación ionizante o mediante procesos químicos. Un requisito previo esencial para la aplicación del material reticulado dentro de un organismo es que los radicales inicialmente producidos se eliminen por completo mediante reacciones posteriores. De lo contrario, los radicales podrían provocar la destrucción de tejidos, por ejemplo, actuando como carcinógenos. Sin embargo, la eliminación completa de los radicales es problemática, porque su estabilidad y, por tanto, su vida útil se ve reforzada por diversos efectos cinéticos o termodinámicos. Por ejemplo, los grupos alquilo tienen una acción estabilizadora y también hay una intervención estérica por sustituyentes con acción bloqueante o movilidad reducida debido a una fuerte reticulación. Por tanto, algunos radicales apenas tienen oportunidad de recombinarse y permanecen aislados en la matriz. Se ha intentado eliminar los radicales residuales mediante:
- Templado de la pieza de trabajo a una temperatura elevada
- Exposición al hidrógeno externo
- Reticulación por haz de electrones, que produce menos radicales libres
- Reticulación posterior especial tratamientos
El UHMWPE altamente reticulado se puede producir mediante irradiación de un UHMWPE en blanco con radiación ionizante, en particular mediante rayos X, rayos y o haces de electrones, para producir radicales. El tratamiento posterior del material irradiado consiste en excitar los radicales libres, que no se han recombinado, mediante radiación de microondas o ultrasonidos. Se afirma que el proceso asegura una recombinación sustancialmente completa de los radicales libres. Además, la reticulación del UHMWPE también se optimiza aún más.
Radiación de microondas
La radiación de microondas presenta ventajas sobre el calentamiento convencional. La excitación se produce en el entorno inmediato de un elemento estructural polar y provoca un calentamiento de los componentes polares. Esencialmente, la radiación de microondas no realiza directamente ningún calentamiento del entorno adicional del elemento estructural polar. Por tanto, la radiación de microondas permite restringir el calentamiento dentro de la matriz a la vecindad inmediata de los radicales. El aumento de la energía cinética de los radicales libres y su entorno, a su vez, da como resultado una mayor movilidad de los electrones involucrados y una migración del electrón dañado, hasta que otro radical se acerca para permitir, por ejemplo, reacciones de recombinación o desproporción. Las frecuencias de la radiación de microondas aplicadas se encuentran en general en el rango entre 20 MHz y 300 GHz, ajustándose las frecuencias en cualquier caso particular en particular para inducir la unión carbono-carbono y carbono-hidrógeno en la proximidad de los radicales.
Radiación por ultrasonido
El ultrasonido se puede utilizar para complementar o reemplazar la radiación de microondas. El ultrasonido produce una vibración mecánica de alta frecuencia que calienta el interior del objeto expuesto. En este caso, la muestra puede exponerse y calentarse como un todo. Sin embargo, debido a que las ondas ultrasónicas pueden enfocarse tan fácilmente, también es posible aplicarlas en forma de paquete de modo que actúen sobre ciertas regiones seleccionadas de la pieza en bruto, por ejemplo, barriendo a lo largo de una trama. Cuando se utilizan ultrasonidos como portador de energía, se emplea una intensidad de sonido en el rango de 5-10 W cm2. Esta energía es suficiente para calentar el material hasta o incluso por encima de su punto de fusión. Como resultado, la velocidad de difusión de los radicales libres a su vez aumentaron. Además, en la fase fluida de la matriz, son posibles reacciones sonoquímicas, basadas en la cavitación. Dicha cavitación está asociada con temperaturas extremadamente altas que duran poco tiempo, lo que provoca una disociación molecular y una posterior recombinación. de los radicales así producidos, lo que mejora la capacidad de migración del electrón radical original.
Propiedades UHMWPE
La propiedad más importante del Polietileno de ultra alta masa molecular, es la resistencia a la abrasión, que junto con su resistencia a los impactos, son de las más elevadas entre plásticos. Además a su alta resistencia a la abrasión, este plástico mantiene una superficie autolubricada de bajo coeficiente de fricción, dinámico y estático, que son significativamente inferiores a las presentadas por el acero y por la mayoría de plásticos. Las principales propiedades mecánicas del Polietileno de ultra alta masa molecular se describen en la siguiente tabla donde se puede observar que es bastante resistente y con bajo coeficiente de fricción. El polietileno con peso molecular entre 3.000.000 y 6.000.000 es el que se denomina UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene). Con este material se producen fibras, tan fuertes, que pueden utilizarse para fabricar chalecos a prueba de balas. Las especificaciones de UHMWPE están estandarizadas en una publicación de ASTM. El UHMWPE tiene un peso molecular que es de 10 a 20 veces mayor que el del poli (etileno) de alta densidad. Tiene un peso molecular superior a 3 MDalton. Es esencialmente insoluble en disolventes comunes a temperatura ambiente. Su peso molecular debe determinarse por la viscosidad intrínseca en decahidronaftaleno a 135°C. El UHMWPE exhibe una excelente resistencia a la abrasión por deslizamiento, la resistencia al impacto con muescas más alta de cualquier material plástico conocido y un bajo coeficiente de fricción. Además, estos materiales exhiben una alta absorción de energía y altas propiedades de amortiguación del sonido. Estas propiedades se conservan en condiciones criogénicas. Sin embargo, en general, la adhesión del UHMWPE a los sustratos es deficiente, incluso cuando la superficie está rugosa.
Propiedades mecánicas UHMWPE
El UHMWPE exhibe una excelente resistencia a la abrasión por deslizamiento, la resistencia al impacto con muescas más alta de cualquier material plástico conocido y un bajo coeficiente de fricción. Además, estos materiales exhiben una alta absorción de energía y altas propiedades de amortiguación del sonido. Estas propiedades se conservan en condiciones criogénicas. Sin embargo, en general, la adhesión del UHMWPE a los sustratos es deficiente, incluso cuando la superficie está rugosa. La propiedad más importante del Polietileno de ultra alta masa molecular, es la resistencia a la abrasión, que junto con su resistencia a los impactos, son de las más elevadas entre plásticos. Además a su alta resistencia a la abrasión, este plástico mantiene una superficie autolubricada de bajo coeficiente de fricción, dinámico y estático, que son significativamente inferiores a las presentadas por el acero y por la mayoría de plásticos. Las principales propiedades mecánicas del Polietileno de ultra alta masa molecular se describen en la siguiente tabla donde se puede observar que es bastante resistente y con bajo coeficiente de fricción. La resistencia a la abrasión que presenta este plástico es muy alta a tal punto que es mejor que la de algunos metales, como se puede observa en la tabla siguiente, que es aproximadamente 60% más resistente a la abrasión que el acero al carbón.
Propiedades eléctricas UHMWPE
Los UHMWPE exhiben excelentes propiedades dieléctricas y aislantes. El polímero base es un aislante eléctrico eficaz con una constante dieléctrica de 2,3 a 2 MHz. La alta resistividad superficial puede provocar descargas electrostáticas. Puede reducirse mediante la adición de negro de humo. Propiedades eléctricas El Polietileno de ultra alta masa molecular es un excelente aislante eléctrico, mostrando una resistividad volumétrica mayor a 5X10E14 ohm-m. La resistencia dieléctrica es de 900 Kv/cm, su constante dieléctrica es de 2.3. La resistividad superficial puede cambiar con la adición de negro de humo dependiendo de la cantidad añadida.
Propiedades ópticas UHMWPE
El color natural del UHMWPE simple es el blanco opaco. Por supuesto, se puede cargar con pigmentos.
Propiedades térmicas
Las características de este plástico se pueden mantener de 269ºC bajo cero a 90ºC y niveles aun mayores en períodos cortos. La temperatura de fusión es de 138 a 142ºC, pero debido a su naturaleza, no presenta flujo: el plástico mantiene buena estabilidad a niveles tan altos como 200ºC.
Resistencia quimica UHMWPE
Resiste los ataques químicos severos y no absorbe humedad. Es excelente para ser aplicado en ambientes cáusticos, agua salada, limpiezas a vapor, lavado por sand blast. Mantiene la maquinaria en movimiento sin bloqueos causados por bordes de metales corroídos. La resistencia al ataque de los agentes químicos es excelente, incluyendo a las sustancias más oxidantes. No es resistente a los ácidos sulfúrico y nítrico concentrados. Algunos cuentan con la aceptación FDA, que les permite el contacto con alimentos. La exposición prolongada a la radiación ultravioleta (mayor a un año) degrada a este material como a otras poliolefinas, induciendo la aparición de grietas y la reducción del desempeño mecánico en casos muy extremos.
Otras propiedades UHMWPE
La absorción de agua es insignificante. Además, los materiales muestran una buena resistencia química. La resistencia química a la mayoría de los agentes oxidantes fuertes es excelente. Los hidrocarburos aromáticos y halogenados causan solo un ligero hinchamiento de la superficie a temperaturas moderadas. Desafortunadamente, la inflamabilidad del UHMWPE es alta. Se enciende fácilmente y se quema después de eliminar la fuente de ignición, similar al PE ordinario. Las piezas fabricadas se pueden mecanizar con máquinas estándar de fabricación de madera o metal
Resistencia al desgaste UHMWPE
La estructura molecular de UHMW-PE lo hace inherentemente superior en resistencia al desgaste por fricción. Su coeficiente de fricción es superior al del Polietileno de alta densidad, Nylon y Acetal.
Aditivos especiales
El UHMWPE se puede formular con aditivos y cargas. Sin embargo, esto no es muy efectivo, ya que solo hay interacciones débiles entre el material básico y el relleno. Debido a que la resina es viscoelástica, cualquier aditivo debe mezclarse de manera homogénea antes del procesamiento. La dureza, la resistencia a la fluencia, la estabilidad dimensional y el coeficiente de expansión térmica pueden mejorarse reforzando materiales o rellenos, es decir, (micro) esferas de vidrio, fibras de vidrio, grafito, polvo de aluminio, talco, tiza, silicatos y carbonatos. La reticulación se puede lograr mediante la adición de peróxidos orgánicos, lo que mejora la resistencia al desgaste. Además, la reticulación se produce mediante el tratamiento con radiación rica en energía. Si las piezas fabricadas están continuamente expuestas a altas temperaturas, es aconsejable la adición de antioxidantes. La conductividad térmica del UHMWPE se mejora mediante la adición de polvos metálicos como cobre, aluminio y bronce. También el grafito es eficaz de esta manera. Se obtiene una resistencia satisfactoria a los rayos UV mediante la mezcla de estabilizadores UV.
Aplicaciones
UHMWPE
El UWMPE se utiliza en revestimiento, barrenas, piñones de cadenas, guías de cadena, tobogán de líneas, filtro prensa de placas, zapatos de vuelo, moledor de grano, mezclador de bujes, mezclador de paletas, cuchillas de arado, cadenas de rodillos, raspador de cuchillas, congeladores de espiral, esparcidoras. El UHMWPE se utiliza en:
- Aplicaciones mediales
- Piezas sometidas a grandes esfuerzos
- Cojinetes y bujes autolubricantes
- Aplicaciones criogénicas
Articulaciones protésicas
Cuando una articulación humana ha sido destruida o dañada por una enfermedad o lesión, normalmente se requiere un reemplazo quirúrgico, también denominado artroplastia. Un reemplazo total de articulación incluye componentes que simulan una articulación humana natural
• Una bola de cerámica o metal de forma esférica, a menudo hecha de una aleación de cobalto-cromo
• Unida a un vástago, que generalmente se implanta en el núcleo del largo adyacente. hueso
• Una cavidad hemisférica, que ocupa el lugar de la copa acetabular y retiene la bola esférica
Este casquillo hemisférico típicamente es una copa de metal fijada en el casquillo de la articulación mediante accesorios mecánicos y revestida con un material polimérico adecuado para que la bola pueda girar dentro del casquillo y para que el vástago, a través de la bola, pueda pivotar y articularse. Una articulación de cadera protésica incluye una bola, que está conectada por un cuello a un cuerpo y un vástago. El vástago puede mantenerse en su lugar en el fémur mediante una variedad de métodos, incluido el uso de agentes cementantes, un ajuste a presión de interferencia, un mecanismo roscado y fijación biológica. El encaje en forma de copa se ancla en la pelvis mediante cementación, ajuste a presión, uso de tornillos, etc. Los principios básicos para la construcción de prótesis articulares se describen con gran detalle en la literatura. El UHMWPE se usa comúnmente para fabricar prótesis de articulaciones como articulaciones de cadera artificiales.
Mejora de la resistencia al desgaste
Mejora de la resistencia al desgaste del encaje de UHMWPE y, por lo tanto, reduce la tasa de producción de residuos de desgaste prolongaría la vida útil de las articulaciones artificiales y permitiría su uso exitoso en pacientes más jóvenes. En consecuencia, se han propuesto numerosas modificaciones en las propiedades físicas del UHMWPE para mejorar su resistencia al desgaste. En particular las modificaciones de UHMWPE incluyen :
- Recocido
- Recubrimiento protector
- Refuerzo con fibras de carbono
- Tratamientos de posprocesamiento como moldeo por compresión en fase sólida
- Esterilización por radiación
- Reticulación
Recocido
Para mejorar la resistencia al desgaste, se han fabricado copas acetabulares a partir de material en barra extruido convencionalmente que previamente había sido sometido a calentamiento y presión hidrostática. Este procedimiento reduce los defectos de fusión y aumenta la cristalinidad, la densidad, la rigidez, la dureza y el límite elástico. Además, da como resultado una mayor resistencia a la fluencia, la oxidación y la fatiga.
Fibras de carbono
De hecho, el PE reforzado con fibra de carbono y un PE prensado con calor han mostrado una resistencia al desgaste relativamente pobre cuando se utilizan como componentes tibiales de una prótesis total de rodilla.
Esterilización por radiación
Además, se ha modificado el método de esterilización por radiación para mejorar la resistencia al desgaste de los componentes de UHMWPE (24). Esto ha implicado típicamente envasar las copas de PE en un gas inerte (25), en un vacío parcial o con un captador de oxígeno.
Recubrimientos de diamantes
La fricción entre el metal y los componentes de UHMWPE se puede reducir revistiendo uno o ambos componentes con carbono tipo diamante (DLC), que es químicamente inerte, biocompatible y se sabe que tiene un bajo coeficiente de fricción. Desafortunadamente, las mismas propiedades del DLC que lo convierten en un revestimiento deseable para las piezas que se acoplarán por fricción hacen que sea difícil lograr una fuerte adhesión del revestimiento DLC al sustrato, particularmente donde las temperaturas de deposición deben ser bajas. Este problema de adhesión limitada puede agravarse por un esfuerzo de compresión muy alto, como el que se encuentra en un DLC depositado en plasma que es de hasta 8 GPa. Sin embargo, se ha desarrollado un método para crear una fuerte adhesión del recubrimiento DLC a la bola esférica. Este método consiste en una etapa de inmersión en disolvente del UHMWPE, seguida de una deposición de silicio asistida por haz de iones. Finalmente, se realiza la deposición de DLC. Se elige el silicio porque se sabe que el DLC se adhiere mejor al silicio que cualquier otro sustrato, lo que se atribuye a los fuertes enlaces de SiC formados en la interfaz. La sinterización es el método preferido para crear una mesa de diamante con una unión fuerte y duradera a un material de sustrato.
Membranas microporosas
En general, el UHMWPE es difícil de procesar porque la resina no fluye cuando se funde. Sin embargo, existen técnicas alternativas para procesar este material, es decir, sinterización, moldeo por compresión, extrusión de pistón o procesamiento de gel. Las membranas microporosas se pueden fabricar a partir de UHMWPE mediante procesamiento en gel. De ese modo, el UHMWPE se mezcla con un aceite de procesamiento y un lubricante. Los aceites de procesamiento o plastificantes tienen poco efecto de solvatación sobre UHMWPE a temperaturas más bajas, por ejemplo, a 60°C, pero tienen un efecto de solvatación significativo a temperaturas elevadas, como 200°C. Los lubricantes son compuestos que, cuando se agregan a una mezcla de UHMWPE, mejoran la procesabilidad de la mezcla de UHMWPE. La procesabilidad mejorada se refiere a una reducción en el tiempo de fusión (el tiempo que tarda el sistema polimérico en fundirse o disolverse en una solución fluida. La procesabilidad mejorada también se ve como una reducción en el consumo de energía del motor y como una reducción en la temperatura de la mezcla cuando se comparan sistemas con y sin los lubricantes. Los resultados que surgen de este fenómeno incluyen, pero no se limitan a, disminución del consumo de energía, disminución de la degradación térmica y mecánica del polímero, aumento de la resistencia del polímero, disminución del desgaste de la máquina y aumento del rendimiento del polímero. Para el procesamiento de gel, los componentes, UHMWPE, opcionalmente relleno, aceite de procesamiento y lubricante se mezclan. Los componentes se mezclan preferiblemente de manera continua, por ejemplo, en una extrusora de doble tornillo o una extrusora Brabender , o una extrusora de tornillo con un troquel de película soplada. Después de mezclar, se da forma a la mezcla. La forma dependerá del artículo en particular t se desea sombrero. Si se desea una película u hoja, entonces se puede agregar la matriz apropiada a la extrusora. Después de darles forma, los artículos se someten con mayor frecuencia a un paso para eliminar el aceite de procesamiento o el disolvente del gel. Se introduce una etapa de extracción, lavado o lixiviación para eliminar el aceite de procesamiento y el lubricante. En formulaciones con carga, las láminas extruidas se someten preferiblemente a una etapa de extracción para eliminar el aceite de procesamiento. Después de la extracción, estas láminas pueden tener aproximadamente un 10-20% de aceite residual. Es imposible eliminar todo el aceite de procesamiento y el lubricante de cualquiera de las mezclas, por lo que quedará al menos una pequeña cantidad en las hojas finales. En formulaciones sin cargas, las láminas extruidas se someten preferiblemente a una etapa de extracción. Después de la extracción, estas láminas pueden tener solo cantidades residuales de aceite y lubricante. Finalmente, los artículos se transforman en láminas o películas microporosas. Dichas láminas y películas microporosas se pueden usar como etiquetas, membranas de difusión y separadores en dispositivos electroquímicos, por ejemplo, baterías, condensadores y pilas de combustible. En la bibliografía se presentan ejemplos especiales de formulaciones. Recuerde que una batería es un dispositivo electroquímico que tiene un ánodo, un cátodo, un electrolito y un separador intercalados entre el ánodo y el cátodo e impregnado con el electrolito. Las membranas con relleno se utilizan preferiblemente en baterías de plomo-ácido. Las membranas sin relleno se utilizan preferiblemente en baterías de litio.