اختصاصی بسپار/ بررسی شیمیایی روشهای مختلف اتصال عرضی در لاستیکهای سیلیکونی
بسپار/ایران پلیمر لاستیکهای سیلیکونی بهدلیل زیستسازگاری ویژه، دوام زیاد و خواص شیمیایی خنثی، بهعنوان مواد منتخب در تولید تجهیزات پزشکی و کاشتینهها (implants) شناخته شدهاند. این دسته از مواد در طیف وسیعی از محصولات پزشکی از جمله میزآبها (catheters)، کاشتینهها، زخمپوشها و برسازهها (پروتزها) کاربرد دارند. خواص مکانیکی و کارکرد لاستیکهای سیلیکونی بهطور قابلتوجهی تحت تاثیر شیمی اتصال عرضی آنها قرار دارد؛ فرایندی که شامل تشکیل پیوندهای اشتراکی میان زنجیرههای بسپاری است. درک انواع سازوکارهای اتصال عرضی و تاثیر آنها بر ویژگیهای لاستیکهای سیلیکونی، برای بهینهسازی فرمولبندی مواد و فرایندهای تولید در ساخت تجهیزات پزشکی، امری حیاتی بهشمار میرود. سیلیکونهای گونهی پزشکی، بهدلیل زیستسازگاری و دوام زیستی زیاد، بهطور گسترده در ساخت تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار میگیرند.
این مواد توان تحمل دماهای بسیار زیاد را دارند و در برابر تخریبهای شیمیایی و گرمایی مقاوماند که موجب پایداری و مقاومت آنها در شرایط محیطی سخت میشود. این ویژگیها، سیلیکونها را به موادی منحصربهفرد تبدیل کردهاند که دامنه کاربرد آنها از لولههای انعطافپذیر تا کاشتینههای سخت را دربر میگیرد. سیلیکونها هنگام تماس با پوست یا حتی در زیر پوست، حس نرمی و راحتی ایجاد میکنند. ماهیت آبگریز سیلیکون موجب اثربخشی آن بهعنوان روانکننده در تجهیزات پزشکی شده است، چون توان تحمل دماهای زیاد سترونسازی را دارد و در برابر رشد باکتریها مقاومت نشان میدهد. خواص چندمنظورهی سیلیکونها را میتوان به ساختار شیمیایی منحصربهفرد آنها نسبت داد؛ ساختاری که در مقایسه با سایر مواد آلی، ترکیبی از ویژگیهای آلی و معدنی را ارائه میدهد. این بسپارهای مصنوعی دارای پیوندهای سیلیکون-اکسیژن در مازهزنجیر (backbone) خود هستند و میتوان گفت ویژگیهای آلی و غیرآلی را در کنار هم دارند. پیوندهای سیلوکسان (Si–O–Si) بهدلیل انرژی پیوندی زیاد نسبت به پیوندهای کربن-کربن (C–C)، موجب پایداری گرمایی، خنثا بودن شیمیایی و مقاومت در برابر رطوبت و پرتوهای فرابنفش میشوند. رایجترین انواع سیلیکونها دارای گروههای متیل در امتداد مازهزنجیر خود هستند، و ویژگیهایی مانند حلپذیری در حلالهای آلی، آبگریزی و انعطافپذیری را میتوان با جایگزینی گروههای متیل با سایر گروههای آلی تنظیم نمود.
یکی از مهمترین دستههای سیلیکونها، پلی(دی متیل سیلوکسان) یا PDMS است که بهدلیل پایداری گرمایی زیاد و نداشتن هدایت الکتریسیته و گرما شناخته شده است. سیلیکونهایی با خواص منحصربهفرد را میتوان از طریق تغییر طول زنجیرهی سیلیکون-اکسیژن، استفاده از گروههای جانبی جایگزین، یا تنظیم چگالی اتصال عرضی میان زنجیرههای بسپاری توسعه داد. با کنترل میزان اتصال عرضی در ساختار سیلیکونی، امکان تولید مواد در اشکال مختلف از جمله سیالات، ژلها، لاستیکها، بسپارها و غیره فراهم میشود. شکل ۱ تصویر فرایند اتصال عرضی میان بسپارهای سیلیکونی و ساختار شیمیایی PDMS را نشان میدهد. Liveo و DuPont علائم تجاری ثبت شدهی شرکت DuPont هستند.
شکل 1: ساختار شیمیایی پلی (دیمتیلسیلوکسان) و نمایش فرایند اتصال عرضی در بسپارهای سیلیکونی.
هنگام بررسی بسپارهای سیلیکونی با گروههای عاملی فعال، معمولا سیلیکونهای وینیلدار یا سیلیکونهای دارای گروههای هیدرید مدنظر قرار میگیرند. این دو نوع بسپار را میتوان از رایجترین و پرکاربردترین گونهها در میان همنوعانشان دانست. لاستیکهای سیلیکونی ویژگیهای منحصربهفرد خود را مدیون واکنشهای پیچیدهی اتصال عرضی هستند؛ فرایندی کلیدی که بسپارهای سیلیکونی مایع را به مواد لاستیکی مقاوم تبدیل میکند. این فرایند نه تنها بر یکپارچگی ساختاری ماده تاثیرگذار است، بلکه توانایی آن را در برابر تنشهای محیطی از جمله دماهای بسیار زیاد، فشار مکانیکی و تماس با مواد شیمیایی بهطور چشمگیری میافزاید. این مقاله به بررسی انواع واکنشهای شیمیایی مرتبط با روشهای اتصال عرضی در لاستیکهای سیلیکونی و سازوکارهایی میپردازد که در ایجاد شبکههای بسپاری واجهنده (resilient) نقش دارند. از روشهای سنتی پخت گرمایی گرفته تا واکنشهای نوین هیدروسیلیله کردن (hysdrosylilation) با یاریگر (catalyst) پلاتین و فناوریهای نوآورانهی پخت با پرتو فرابنفش، هر یک مزایا و چالشهای منحصربهفردی را ارائه میدهند. درک اصول بنیادی این فرایندهای اتصال عرضی، تعامل پیچیدهی نیروهای مولکولی و انتقالهای شیمیایی را آشکار میسازد که خواص برجستهی لاستیکهای سیلیکونی را تعریف میکنند.
این مقاله با هدف تبیین مبانی شیمیایی فرایند اتصال عرضی در لاستیکهای سیلیکونی نگاشته شده است؛ ضمن بررسی سازوکارهای مرتبط، افقهای نوینی را برای توسعههای آینده در این دستهی پرکاربرد از مواد ترسیم میکند.
برگردان: مهندس مهسا حکانی
Mahsa.Hakani@gmail.com
(ادامه دارد …)
متن کامل این مقاله را در شماره 284 ماهنامه بسپار که در نیمه خرداد ماه 1405 منتشر شده است، می خوانید.
در صورت تمایل به دریافت نسخه نمونه رایگان و یا دریافت اشتراک با شماره های ۰۲۱۷۷۵۲۳۵۵۳ و ۰۲۱۷۷۵۳۳۱۵۸ داخلی ۳ سرکار خانم ارشاد تماس بگیرید. نسخه الکترونیک این شماره از طریق طاقچه و فیدیبو قابل دسترسی است.
