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Thermische Charakterisierung von Parylene für medizinische Anwendungen
Bei der Entwicklung neuer lebensrettender medizinischer Geräte ist es von größter Wichtigkeit, dass für die Komponenten und Baugruppen in diesen Geräten die am besten geeigneten Materialien genutzt werden. Die physikalische Charakteristiken dieser Materialien, ihre Biokompatibilität und ihre thermischen Eigenschaften stehen dabei im Vordergrund. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt sind die Umgebungsbedingungen, denen das Gerät ausgesetzt ist, und welche Herstellungsverfahren erforderlich sind. Konforme Parylene-Beschichtungen bieten zuverlässigen Schutz für viele lebenswichtige medizinische Geräte, und die außergewöhnlichen thermischen Eigenschaften dieser Beschichtungen ermöglichen zuverlässige Funktionsfähigkeit. Dieser Artikel beschäftigt sich mit der Bewertung der thermischen Eigenschaften von Parylene.
Langfristige thermische Belastungen
Die Einschätzung der Beständigkeit von Parylene unter höheren Temperaturen über einen Zeitraum von 24 Stunden bzw. 10 Jahren beruht auf einer Bewertung in der Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology.1 Das Ergebnisdiagramm in Abbildung 1 zeigt Daten für Parylene N, C und D. Diese Methode ist sehr komplex und erfordert die Aufzeichnung der Schwachstellen in Dehnungstests in einem Zeit-Temperatur-Diagramm, wobei die Werte für einen Zeitraum von 10 Jahren hochgerechnet werden müssen. Diese Daten eignen sich in erster Linie für die Beurteilung des Verhaltens unter anhaltend erhöhten Temperaturen, und es ist schwierig, anhand dieser Daten das Verhalten bei kurzfristiger Hitzeeinwirkung zu prognostizieren.
Thermogravimetrische Analyse (TGA)
Für Erhitzungssituationen, die nur wenige Sekunden, Minuten oder Stunden dauern, ist eine adäquatere Methode für die Bestimmung der thermischen Eignungsfähigkeit erforderlich. Die thermogravimetrische Analyse (TGA) erlaubt eine bessere Beurteilung der kurzfristigen Hitzebeständigkeit und gilt als Branchenstandard für die Beurteilung des thermischen Verhaltens von Polymermaterialien. TGA erfordert das ständige Wiegen einer Testprobe, während diese Probe allmählich in einem genau kontrollierten Prozess erhitzt wird. Das so ermittelte Diagramm zeigt die Masse der Probe in Korrelation zur Temperatur und lässt die thermischen Beschränkungen des Testmaterials deutlich erkennen.
Abbildung 2 illustriert die Ergebnisse der TGA-Analyse von Parylene N unter Lufteinwirkung, also in einer Umgebung, in der Sauerstoff vorhanden ist. Der als T5% markierte Wert ist ein bei der Bewertung von Polymeren häufig verwendeter Punkt, an dem die Temperatur mit einem 5%igen Masseverlust korreliert. Dabei handelt es sich nicht um den exakten Punkt, an dem das Material versagt. Er erlaubt jedoch Aufschlüsse über die Beständigkeit des Materials und dient als Referenzpunkt für den Vergleich mit anderen ähnlichen Materialien. Für Parylene N wird der T5%-Wert unter Testbedingungen mit vorhandener Luft bei 327 °C erreicht. Die TGA-Tests wurden auch in einer stickstoffhaltigen (sauerstofffreien) Umgebung durchgeführt. Erwartungsgemäß verbessert sich dabei die thermische Beständigkeit von Parylene N auf einen T5%-Wert von 480 °C.
Bei der Auswahl des besten Materials und eines passenden Designs sind viele Parameter zu berücksichtigen. TGA erlaubt ein besseres Verständnis des temperaturbedingten Verhaltens. Wenn die Einsatzumgebungen und die zu erwartenden Temperaturschwankungen bekannt sind, kann genau bestimmt werden, welches Polymer am besten geeignet ist.
Kontaktieren Sie SCS, um mehr über das thermische Verhalten von Parylene und seine vorteilhaften Eigenschaften für die medizinischen Anwendungen der nächsten Generation zu erfahren.
1. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, John Wiley & Sons, Inc., Jan. 26, 2001.
Global Coverage Ausgabe 101, Winter 2025
