Polyetheretherketony
termoplastické polymery From Wikipedia, the free encyclopedia
Remove ads
Polyetheretherketon (PEEK) je semikrystalický polymer s velmi dobrými mechanickými vlastnostmi. PEEK byl poprvé připraven v listopadu roku 1978 společností Imperial Chemical industries (ICI). PEEK se využívá výhradně ve velmi specifických odvětvích díky jeho velmi vysoké ceně a náročné zpracovatelnosti.[1]
Remove ads
Historie vývoje
PEEK by vyvinut v roce 1978 společností ICI jako speciální konstrukční plast. Firma ICI jej patentovala a materiál se využíval v obraně a vojenském průmyslu.[2][1]
V roce 1993 odkoupila firma Victrex celý PEEK program a vytvořila monopol na jeho výrobu. V roce 2003 dosáhla výroba PEEKu zhruba 2800 t/rok. PEEK byl totiž dlouhou dobu veden jako strategický materiál v rámci Pařížského koordinačního výboru, který jej podrobil embargu vůči Číně. Okolo roku 2000 začali s výrobou i další evropské firmy jako například DuPont a BASF.[2][1]
V roce 2005 odkoupil Evonik společnost Jida High-Tech a PEEK začali vyrábět i čínské firmy jako například Jinfa Technology nebo Panjin Zhongrun Special Plastics.[1]
Dnes jsou největšími výrobci PEEKu Victrex (Velká Británie), Solvay (Belgie) a Evonik (Německo).[1]
Remove ads
Vlastnosti
PEEK je obecně jeden z nejvíce chemicky i mechanicky odolných polymerů na světě. PEEK odolává velmi dobře ve vodných i organických prostředích a termicky je stabilní až do teploty 250 °C. Za těchto vysokých teplot je nestabilní pouze vůči halogenům a kyselinám.
PEEK je také velmi mechanicky odolný. Jeho Youngův modul průžnosti činí 3,6 GPa a pevnost v tahu se pohybuje někde mezi 90–100 MPa. PEEK je také velmi odolný proti otěru a je vysoce odolný vůči biodegradaci. Rozpustný je PEEK v kyselině sírové i při pokojové teplotě ale doba rozpouštění se pohybuje v řádu dní.[3] [2][4]
Remove ads
Syntéza
Syntéza PEEK probíhá stupňovitou polymerací přesněji polykondenzací prostřednictvím dialkylace bisfenolátových solí. Typická reakce pro přípravu polyetheretherketonu je reakce hydrochinonu a 4,4-difluorbenzofenonu v aprotickém polárním rozpouštědle například v difenylsulfonu (DPS). Reakce probíhá v přítomnosti uhličitanu sodného, který zde slouží jako deprotonační činidlo (báze). Jeho přítomnost je nutná, jelikož se jedná o nukleofilní aromatickou substituci. Reakce probíhá za teploty 250–300 °C a pod inertním plynem.[5]
Výroba a zpracování
PEEK má velmi vysokou teplotu tání (343 °C) a je proto velmi finančně a technologicky náročný na zpracování. PEEK se v dnešní době zpracovává například litím, vstřikováním anebo extruzí. Technologicky je dnes možné zpracovávat granulovaný PEEK do vláken která se dají použít jako filament na 3D tisk.[6]
Filamenty na bázi PEEKu se dají tisknout metodou FDM (Fused Deposition Modeling) známou také jako FFF (Fused Filament Fabrication). Bylo prokázáno že PEEK lze použít pro výrobu lékařských zařízení až do třídy IIa. To umožnuje využití 3D tisku PEEKu pro různé lékařské aplikace například pro ortopedické účely nebo zubní náhrady.[6]
V pevném stavu je možné PEEK opracovávat například CNC obráběním. Je však nutné dbát na možnost velkého vnitřního pnutí materiálu. PEEK je také opracovatelný CNC frézkami. Tyto materiály se používají pak jako velmi termicky a mechanicky odolné plastové díly. [6]
Remove ads
Aplikace
PEEK je vysoce výkonný termoplast známý svou odolností vůči teplu, chemikáliím, mechanickému namáhání i radiaci. Díky těmto vlastnostem se využívá v řadě náročných průmyslových i medicínských aplikací.
Chemický a petrochemický průmysl
PEEK výborně odolává kyselinám, zásadám, solím i uhlovodíkům, což jej předurčuje k použití v těsněních, výstelkách, ventilových sedlech, izolacích či oběžných kolech čerpadel. Je vhodný i pro zařízení přicházející do kontaktu s párou nebo korozními plyny, například v olejářství a geotermálních vrtech, kde navíc zvládá vysoký tlak, rázová zatížení a neexpanduje při zahřátí.[2][4]
Jaderná energetika
Díky odolnosti vůči teplu, vodě, páře a zejména gamma záření je PEEK součástí řady komponent uvnitř jaderných elektráren — používá se na těsnění, výstelky, trysky, ventilové části či desky.[4]
Strojírenství a vakuová technika
PEEK je jeden z mála plastů kompatibilních s ultravysokým vakuem, takže najde uplatnění v letectví, automobilovém průmyslu i při výrobě laboratorních zařízení. Běžně se z něj vyrábějí ložiska, pístní díly, čerpadla, součásti HPLC kolon či izolace kabelů.[2][4]
Aplikace v medicíně
Díky biokompatibilitě, radiolucenci a chemické stabilitě se PEEK používá pro různé implantáty, například náhrady části lebeční kosti, jako implantát pro páteřní fúzi a další zdravotnické komponenty které vyžadují sterilizaci, dlouhodobou stabilitu a vysokou mechanickou odolnost. Jedinou jeho nevýhodou je jeho hydrofobicita která může způsobovat horší srůstání s kostní tkání.[4]
Remove ads
PEEEEK a jeho kopolymery
PEEK se používá jako náhrada kovů v implantátech díky jeho lepším vlastnostem pro tuto aplikaci. Kovové materiály mají totiž až moc vysokou pevnost vůči kosti a díky tomu dochází k jevu jménem „stress shielding“. PEEK má naopak vlastnosti mnohem podobnější kosti nežli implantáty na bázi kovů.[5]
I PEEK má dvě nevýhody. Zaprvé jeho výroba je velmi náročná díky velmi vysoké teplotě tání a za druhé povrch PEEKu je až moc hladký pro adhezi buněk. Proto se dnes vyvíjejí modifikace PEEku které mají více flexibilních etherových vazeb. Tento polymer se nazývá PEEEEK neboli také P(E4)K. Jeho výhodou je že má nižší teplotu tání, a tedy lepší zpracovatelnost. Také si zachovává podobné mechanické vlastnosti jako PEEK.[5]
Finální materiál, který se dnes zkoumá je kopolymerem právě PEEKu a P(E4)K. Tento kopolymer je pak kombinovaný s uhlíkovými vlákny pro dosažení mnohem lepších mechanických vlastností a biokompatibility.[5]
Remove ads
Odkazy
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads