Способ функционализации поверхности изделий из полилактида

Изобретение относится к полимерной промышленности и может быть использовано для медицинских имплантов и культивирования клеток. Осуществляют модификацию поверхности изделий из полилактида путем функционализации гидроксильными группами посредством обработки высокочастотной плазмой разряда инертного газа. Обрабатываемые изделия перед воздействием плазмы выдерживают в парах воды по меньшей мере 5 часов при температуре в камере в диапазоне от 35°С до температуры стеклования используемого полилактида. Одновременно с этим в камере плазменной обработки поддерживают температуру в диапазоне от -35°С до -7°С. Процесс проводят в течение не более 20 секунд. Обеспечивается увеличение плотности функциональных групп на поверхности обрабатываемого изделия, приводящее к уменьшению срока биоинтеграции. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к модификации поверхности изделий из полилактида, а именно функционализации гидроксильными группами, посредством плазменной обработки. Способ может быть применен для увеличения гидрофильности поверхности, что может быть применено для медицинских имплантов с целью уменьшения срока биоинтеграции. Также способ может применяться для обработки поверхностей, предназначенных для культивации клеток с целью увеличения пролиферации.

Известен способ модификации поверхности биодеградируемых полимеров [1]. В данном способе предлагается модификация полимеров различными группами с целью придания требуемых свойств, предлагается изменение смачиваимости поверхности полимера, посредством связывания их третьим веществом. В качестве примера приводится функционализация полилактида NH2 группами с помощью коротких цепочек полиэтиленгликоля. Данный способ является трудоемким, поскольку предлагается химическое присоединение молекул к поверхности и необходимо приготовление множества растворов и проведение реакция с точным соблюдением всех условий, в частности для приготовления растворов требуется длительная сушка реагентов, строгое соблюдение температурных режимов. В случае изменения полимера или присоединяемых групп необходимо подбирать иное вещество для сшивки функциональных групп с поверхностью и соответствующие реакции.

Также известны способы модификации поверхности полимеров посредством обработки изделия в плазме газового разряда.

Способ [2] предлагает обработку поверхности стекла в плазме с целью улучшения смачиваимости материала. В способе для присоединения к поверхности стекла гидроксильных групп использовать высокочастотный плазменный разряд в газовой среде, содержащей пары воды.

Способ, описанный в [3], является прототипом. В данном способе предложена модификация поверхности полиэтилена посредством обработки в плазме высокочастотного тлеющего разряда при пониженном давлении с целью увеличения гидрофильности поверхности полимера. С целью увеличения срока старения обработанного материала процесс предлагается проводить в две стадии: на первой процесс проводится в атмосфере насыщенного водяного пара, на второй же в атмосфере технического воздуха. Недостатком способов модификации поверхности с использованием плазмы газового разряда является возможное повреждение поверхности полимера с сопутствующим чрезмерным увеличением шероховатости ввиду сочетания процессов функционализации и травления материала обрабатываемого изделия.

Задачей предлагаемого способа является повышение плотности гидроксильных групп на поверхности полилактида при минимальном изменении шероховатости поверхности обрабатываемого изделия.

Решение поставленной задачи достигается с помощью предварительной выдержки обрабатываемого изделия в парах воды при температуре в камере, в которой выдерживается обрабатываемое изделие, в диапазоне от 35°С до температуры стеклования используемого полилактида в течение по меньшей мере 5 часов и поддержанием температуры образца во время плазменной обработки в диапазоне от -35°С до -7°С, а также временем плазменной обработки не более 20 секунд. Так как полилактид является гигроскопичным материалом, при выдержке его в атмосфере водяного пара обеспечивается насыщение приповерхностных слоев молекулами воды, а также образование слоя водного адсорбата. Поддержание повышенной температуры в камере при выдержке изделия обеспечивает сорбцию большего количества воды, чего не удается достичь при комнатной температуре изделия, на которое проводится сорбция. Ограничение максимальной температуры в камере при выдержке изделия обусловлено требованием сохранения структуры полилактида и шероховатости его поверхности. При превышении температуры стеклования материала неизбежно привносятся изменения в его внутреннюю структуру, и изменяется морфология поверхности. Исходя из известной скорости сорбции воды полилактидом известно, что при указанной температуре 90% от максимально возможной массы водного адсорбата напитывается в образец за время порядка 5 часов. Таким образом, выдержка обрабатываемого изделия в течение менее указанного времени не приведет к сорбции значительного количества воды, ввиду чего, эффект повышения плотности гидроксильных групп на поверхности полилактида окажется недостижим. При обработке в плазме сорбированная на поверхности вода будет являться источником гидроксильных групп. Замещение всего адсорбата и газов у поверхности обрабатываемого образца слоем воды обеспечивает максимальную концентрацию функциональных групп на поверхности образцов.

Для сохранения слоя адсорбата во время плазменной обработки необходимо поддерживать температуру образца в диапазоне от -35°С до -7°С. Данное решение препятствует быстрому удалению воды с поверхности, а также, вследствие снижения скорости сублимации, позволяет сохранить тонкую пленку льда на поверхности обрабатываемого объекта в течение плазменной обработки. Согласно графику сублимации воды при температурах выше -7°С и давлениях, характерных для процессов плазменной обработки, на обрабатываемом изделии не сохранится достаточного количества адсорбата в течение всего процесса обработки. Температуры значительно ниже -35°С недопустимы, поскольку существует вероятность повреждения структуры полимера. Тонкая пленка льда на поверхности обрабатываемого изделия препятствует непосредственному распылению образца под действием плазмы и увеличению шероховатости поверхности. Также данный слой способствует увеличению плотности функциональных групп на поверхности образца за счет снижения вероятности отрыва уже связавшихся с поверхностью групп, а также прохождения реакций с группами, сформированными на поверхности раздела полилактид/адсорбат. Время плазменной обработки изделия из полилактида составляет не более 20 секунд, поскольку при превышении указанного времени существует вероятность удаления слоя адсорбата и повреждения поверхности полимера под действием потока заряженных частиц плазмы.

Для увеличения вероятности диссоциации воды и активации поверхности образца под действием заряженных частиц плазмы возможна подача постоянного напряжения смещения на образец величиной до 100 В. Данное решение позволяет увеличить энергию частиц, взаимодействующих с обрабатываемым изделием, что повышает степень диссоциации воды в слое адсорбата и вероятность образования оборванных связей полилактида и как следствие повышению плотности функциональных групп на поверхности обрабатываемого изделия. Напряжение смещения величиной более 100 В значительно повысит коэффициент распыления, что негативно скажется на качестве поверхности обрабатываемого изделия.

В качестве источника плазы может выступать любой инертный газ, что позволяет использовать предлагаемый метод в любой установке плазменной обработки без изготовления специальной оснастки.

Пример

Способ функционализации изделий из полилактида, где в качестве обрабатываемого объекта используется однородная пленка полилактида толщиной 200 мкм. Предварительная выдержка образца в парах воды осуществляется в эксикаторе. Поддержание температуры эксикаторе около 40°С обеспечивается при помощи подогреваемого столика с резистивным нагревом.

Обработка в плазме происходит при давлении в камере 102 Па. Газом-источником плазмы является аргон. Поток газа устанавливается на уровне 45 sccm. Мощность плазмы составляет 30 Вт. Температура обрабатываемого изделия поддерживается равной -30°С. Для увеличения количества функциональных групп на поверхности обрабатываемого изделия на подложке задается постоянное смещение на уровне -80 В. Обработка в плазме проводится в течение 15 секунд.

Способ позволяет функционализировать поверхность пленки полилактида гидроксильными группами при минимальном изменении морфологии поверхности.

Источники информации

1. Biodegradable block copolymers with modifiable surface, US patent №20070299227 A1.

2. Water vapor plasma treatment of glass surfaces, WO patent №1999050199 A1.

3. Способ модифицирования поверхности полиэтилена, патент РФ №2443558 – прототип.

1. Способ функционализации поверхности полилактида гидроксильными группами путем обработки высокочастотной плазмой инертного газа, отличающийся тем, что обрабатываемое изделие предварительно выдерживают в парах воды по меньшей мере 5 часов, при этом температуру в камере, в которой выдерживают изделие, поддерживают в диапазоне от 35°С до температуры стеклования используемого полилактида, при этом температуру обрабатываемого изделия во время обработки плазмой поддерживают в диапазоне от -35°С до -7°С, а процесс обработки проводят в течение не более 20 секунд.

2. Способ по п.1, в котором во время обработки плазмой на столик с обрабатываемым изделием может подаваться постоянное напряжение смещения величиной не более 100 В.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу изготовления поверхностной структуры крупноформатного прессового штампа. Техническим результатом является повышение экологической безопасности и упрощение технологии производства.

Группа изобретений относится к способу получения основной части (2) капсулы (1), к способу получения капсулы, к капсуле и к основной части (2) капсулы (1). Способ включает выполнение основной части (2) из полимерного материала с последующей обработкой одной или нескольких зон (30) для прокалывания основной части (2) для изменения одной или нескольких характеристик полимерного материала одной или нескольких зон для прокалывания относительно характеристик полимерного материала остальной области основной части (2).

Группа изобретений относится к способу изготовления полимерного изделия, имеющего высокие или сверхгидрофобные характеристики, предпочтительно в форме пленки, к способу изготовления многослойных и покрытых полимером бумажных или картонных изделий соответственно, причем все они имеют вышеупомянутые характеристики, и получаемые способами их изделия и их применения.

Изобретение относится к устройствам ультразвуковой сварки, в частности сварки полимерных нетканых материалов, изготовленных по технологии спанбонд. Устройство для ультразвуковой сварки включает корпус, магнитострикционный преобразователь и концентратор, контактирующий со свариваемым материалом и с рабочим элементом механизма сжатия, при этом рабочий элемент механизма сжатия выполнен в виде диска вращения, на цилиндрической поверхности которого выполнены выступающие над ней элементы контакта со свариваемым материалом в виде надписи, при этом многократно меняющаяся при вращении диска площадь контакта выступов элементов букв надписи со свариваемой тканью, для обеспечения равномерного прижатия ткани к концентратору, выполнена, в оптимальном варианте, по меньшей мере, одинаковой, при этом контуры букв надписи выполнены как в виде сплошных линий, так и в виде прерывистых линий, выполненных, по меньшей мере, в виде двух точек контакта, идентичных пунктирной линии.

Изобретение относится к устройству для подготовки к использованию резервуаров из пластмассы, в частности ампул, отформованных в блоки, в которых боковые поверхности ампул присоединены друг к другу по разделительным линиям для их последующего отделения при использовании.

Изобретение относится к гофрированию листового материала из термопластичных полимерных масс и может быть использовано для изготовления легких гофрированных заполнителей для многослойных панелей, используемых в конструкциях летательных аппаратов и судов, а также в строительных конструкциях.

Изобретение относится к способу получения однослойной или многослойной полимерной пленки, а также к ее применению. .

Изобретение относится к способу наслаивания различных слоев с получением слоистой панели в целях последующего использования слоистой панели в качестве компонента задника ботинка, для спортивных товаров и тому подобного.

Изобретение относится к технологии изготовления гофрированных конструкций со складчатой структурой из композиционных материалов и может быть использовано в самолетостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к стереолитографическому способу для изготовления трехмерного объекта (10) посредством наложения друг на друга последовательности слоев (1-5), получаемых путем отверждения жидкого материала при засветке заданным излучением (6).

Изобретение относится к аддитивному изготовлению трехмерных деталей. На металлическую подложку укладывают первый слой предварительно спаянного или соединенного механически каркаса детали, повторяющего внешний и внутренний контур детали, толщиной 0,5÷10,0 мм.

Изобретение относится к устройствам для ухода за полостью рта, таким, например, как зубные щетки. Устройство для ухода за полостью рта характеризуется наличием многокомпонентной ручки.

Изобретение представляет собой способ управления функционированием по меньшей мере двух источников (2, 3) светового излучения в стереолитографической машине (1), выполненных с возможностью действия на уровне участка (104) области (101) перекрытия, которая определена на рабочей поверхности (100) стереолитографической машины (1) для изготовления трехмерного объекта (200) посредством стереолитографии.

Группа изобретений относится к компьютерно-реализуемому способу задания на трехмерной модели объекта (1) точек построения (6) опорных элементов (7) объекта (1) во время его изготовления в ходе стереолитографического процесса, к компьютерно-реализуемому способу проектирования трехмерной модели объекта и к электронному обрабатывающему устройству (варианты).

Изобретение относится к картриджу (1) для стереолитографической машины. Он содержит: контейнер (2), оснащенный окном (3) для доступа с прозрачным дном (4), противоположным указанному окну (3); резервуар (5), неразъемно связанный с контейнером (2) и предназначенный для хранения жидкого или пастообразного исходного материала; клапанные средства (6), предназначенные для пропускания исходного материала из резервуара (5) в контейнер (2) и выполненные с возможностью открытия, когда разность между давлением в резервуаре (5) и давлением в контейнере (2) по меньшей мере равна заданному значению, и самопроизвольного закрытия, когда указанная разность давлений меньше заданного значения, при этом резервуар (5) содержит герметичные соединительные средства (7) для соединения с внешним устройством (8) подачи воздуха.

Сонотрод // 2662525
Группа изобретений относится к сонотроду и к упаковочной машине для изготовления запечатанных упаковок с сонотродом по изобретению. Раскрыт сонотрод (1), содержащий: головку (15), которая образует запечатывающую поверхность (14), удлиненную вдоль первого направления (A), перпендикулярного второму направлению (B), и по меньшей мере один первый паз (23, 27), который простирается через головку (15) поперечно первому направлению (A).

Изобретение относится к печатающей головке для аддитивного производства изделий. Техническим результатом является повышение физико-механических характеристик изделий, снижение массы изделий, снижение затрат на изготовление изделий сложной формы из композитных материалов.

Группа изобретений относится к способу и устройству для горячего запечатывания нескольких слоев слоистого материала в области запечатывания. Слоистый материал включает в себя несущий слой из электрически непроводящего материала, например картона, и запечатывающий слой из термопластического материала, например полиэтилена, по меньшей мере на одной поверхности слоистого материала.

Группа изобретений относится к стереолитографической машине и способу выполнения стереолитографической машины. Машина содержит: контейнер (2) с исходным материалом (3), определяющий ограничивающую его наружную поверхность (4); светоизлучающее устройство (5) с возможностью испускания светового пучка (6); светоотражающее устройство (7), предназначенное для отклонения светового пучка (6) в направлении области (8) воздействия, принадлежащей наружной поверхности (4); устройство (19) логического управления, предназначенное для управления светоотражающим устройством (7) таким образом, чтобы световой пучок (6) мог выборочно падать на рабочую область (10), принадлежащую области (8) воздействия.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на поверхность. Техническим результатом является улучшение несущей способности имплантов для использования, например, имплантов тазобедренных суставов.

Изобретение относится к полимерной промышленности и может быть использовано для медицинских имплантов и культивирования клеток. Осуществляют модификацию поверхности изделий из полилактида путем функционализации гидроксильными группами посредством обработки высокочастотной плазмой разряда инертного газа. Обрабатываемые изделия перед воздействием плазмы выдерживают в парах воды по меньшей мере 5 часов при температуре в камере в диапазоне от 35°С до температуры стеклования используемого полилактида. Одновременно с этим в камере плазменной обработки поддерживают температуру в диапазоне от -35°С до -7°С. Процесс проводят в течение не более 20 секунд. Обеспечивается увеличение плотности функциональных групп на поверхности обрабатываемого изделия, приводящее к уменьшению срока биоинтеграции. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

Наверх