Dieses duroplastische Gummimaterial eignet sich gut für Flüssigkeitskontrollkomponenten

31. August 2020 Von Nancy Crotti

Synthetisches Polyisopren ist zu einem wichtigen Polymer für medizinische Flüssigkeitskontrollkomponenten geworden.

Bob Ferguson, Vernay Laboratories

(Bild mit freundlicher Genehmigung von Vernay Laboratories)

Natürliches Polyisopren (NR) und synthetisches Polyisopren (IR) sind duroplastische Gummimaterialien mit nützlichen Eigenschaften für medizinische Flüssigkeitskontrollkomponenten und Gerätebaugruppen. Zu diesen Materialeigenschaften gehören eine extrem hohe Dehnung, hohe Zug- und Reißfestigkeit. Sie weisen außerdem eine hervorragende Elastizität auf, d. h. die Fähigkeit, nach einer Verformung schnell wieder in die ursprüngliche Form zurückzukehren.

Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich IR ideal für medizinische Anwendungen, bei denen es darum geht, Flüssigkeitsaustritt um chirurgische Instrumente herum zu verhindern, Flüssigkeitsregelventile wieder gegen einen Sitz oder eine Schnittstelle abzudichten und druckregulierende Membranen zu verwenden. Spezifische Verwendungszwecke umfassen:

Alle diese Anwendungen vereinen dynamische und statische Dichtungsanforderungen. Ein gutes Beispiel ist Resilienz, da es sich dabei um eine dynamische Materialeigenschaft handelt.

(Bild mit freundlicher Genehmigung von Vernay Industries)

Ein dynamisch-mechanischer Analysator kann dynamische Eigenschaften quantifizieren und Vergleiche verschiedener Gummirezepturen ermöglichen, um die Elastizitätseigenschaften zu verbessern. Mithilfe des DMA können Chemiker beispielsweise den dynamischen komplexen Modul, den Speichermodul und den Verlustmodul quantifizieren.

Jahrelange Forschung hat gezeigt, dass eine Erhöhung des Speichermoduls und eine Verringerung des Verlustmoduls zu einer belastbareren Rezeptur mit reduzierter Hysterese führt.

Stellen Sie sich den Speichermodul als Federkomponente des komplexen Moduls vor. Bei manchen Anwendungen wird bevorzugt, dass das Gummiteil die Eigenschaften einer idealen Feder aufweist – schnell reagierend und fast die gesamte Energie zurückgebend (ohne Energie zu absorbieren oder zu dämpfen). Die Eigenschaften der Kautschukrezeptur werden mithilfe verschiedener Polymere, Füllstoffe, Weichmacher und anderer Inhaltsstoffe angepasst, um insbesondere das Verhältnis von Elastizitätsmodul zu Verlustmodul anzupassen. Dadurch können Chemiker die Eigenschaften des resultierenden Gummimaterials gezielt auf die Anwendung und die Teilekriterien abstimmen.

Neben den physikalischen Eigenschaften der IR-Formulierung ist die Einhaltung spezifischer Branchenvorschriften für medizinische Anwendungen von entscheidender Bedeutung. Zu diesen regulatorischen Aspekten gehören unter anderem: Biokompatibilität (USP-Klasse VI und ISO10993), gering extrahierbare pharmazeutische und in einigen Fällen auf der weißen Liste stehende Materialien (FDA 21CFR177.2600). Diese Vorschriften enthalten strenge Beschränkungen der Leistungsmerkmale und Labortests, die die Materialien in Bereichen wie Zytotoxizität, Hämolyse, Mutation, Sensibilisierung, Beschränkungen der maximalen Inhaltsstoffverhältnisse, eingeschränkte Inhaltsstoffe usw. erfüllen müssen. Die Umsetzung dieser Anforderungen in Wissenschaft und Chemie erfordert weitere Überlegungen von Auswirkungen auf die Materialviskosität, die Rheologie und die daraus resultierenden physikalischen Eigenschaften wie Modul, Elastizität und chemische Kompatibilität. Es ist ein empfindliches Gleichgewicht.

Materialformulierung und -eigenschaften sind wichtig, aber nicht die einzigen Faktoren. Die Elastomermaterialien und Formteile hängen von einem Gleichgewicht dreier kritischer technischer Aspekte ab: Eigenschaften des Formulierungsmaterials, Teile-/Werkzeuggeometrie und Formprozess. Änderungen an einer davon haben Auswirkungen auf die verbleibenden beiden.

Obwohl synthetisches Polyisopren viele vorteilhafte Materialeigenschaften und Eigenschaften aufweist, müssen die Teilegeometrie und der Formprozess gemeinsam berücksichtigt und ausbalanciert werden, um ein erfolgreiches Produkt herzustellen, das alle Anwendungskriterien erfüllt.

Bob Ferguson ist Vizepräsident für globale Forschung und Entwicklung bei Vernay Laboratories. Seine Expertise liegt in der Entwicklung von Gummimaterialformulierungen, Nanopartikeln als Additiven sowie magnetischen und elektrorheologischen Materialien.

Die in diesem Blogbeitrag geäußerten Meinungen sind ausschließlich die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die von Medical Design and Outsourcing oder seinen Mitarbeitern wider.