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Angesichts wachsender Bedenken hinsichtlich der negativen Umweltauswirkungen von oft kurzlebigen Kunststoffverpackungen rückt die Wiederverwendung von Polymeren zunehmend in den Fokus der öffentlichen Aufmerksamkeit. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen von mechanischem Recycling auf die Materialeigenschaften von Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) und Polypropylen (PP). Zusätzlich wurde eine PE-HD Recyclingmischung mit einer 70%igen Recyclingrate betrachtet. Die Regranulate stammen aus sortierten Abfallströmen des österreichischen Kunststoffsammelsystems. Um einen geschlossenen Kreislauf zu simulieren, wurden die Materialien fünfmal extrudiert und anschließend gemahlen. Dabei treten thermisch- mechanische Belastungen auf, welche einen Materialabbau verursachen. Ziel war es, diese Degradation mittels verschiedener Prüfmethoden zu quantifizieren. Hierfür wurden unterschiedliche Verarbeitungsparameter gewählt und untersucht, ob und wie sie sich auf die Materialeigenschaften auswirken. Diese lassen sich in Heiß- und Kaltwäsche, Maximaltemperatur im Extrusionsprozess (180 °C bzw. 240 °C) und Press- bzw. Spritzgussverfahren bei der Probenherstellung unterteilen. Das Spektrum der zur Materialprüfung angewandten Methoden besteht aus thermischen (dynamischen Differenzkalorimetrie, thermogravimetrischen Analyse), rheologischen (Frequency Sweep, isothermer Zeittest) und mechanischen Prüfverfahren (Zug-, Kerbschlagzugversuch), wobei letztere im Fokus dieser Arbeit stehen. Es konnten materialabhängige Auswir- kungen der Mehrfachverarbeitung auf beide Polymerarten beobachtet werden. Eine einheitlich gültige Aussage bezüglich der Einflüsse unterschiedlicher Verarbeitungsparameter auf die Materialeigenschaften kann daher nicht getroffen werden. Trotz der Anzeichen von Degradation sind PE-HD und PP recycelbar. Jedoch muss zwischen den einzelnen Verarbeitungsparametern und den individuellen Materialien differenziert werden. Da sich manche Eigenschaften stärker verändern als andere, ist auch das spätere Anforderungsprofil des Werkstoffs von zentraler Bedeutung. Die Verwendung einer Kombination aus recyceltem und neuem Material ist nicht nur sinnvoll, um die Auswirkungen der Degradation zu reduzieren, sondern auch aus ökologischer Sicht empfehlenswert., Due to increasing environmental problems the reuse of polymers is becoming more and more important. Plastic packaging in particular poses a major problem as it is often used only for a short period of time. This thesis addresses the effects of mechanical recycling on high-density polyethylene (PE-HD) and polypropylene (PP). To explore the influence of a 70 % recycling rate on material properties of a single PE-HD regran- ulate, a representative model blend was prepared. The base material for used regranulates originated from sorted plastic waste streams of the Austrian collection system. To simulate a closed loop the materials underwent five extrusion cycles each followed by grinding which exposed the polymers to thermo-mechanical stress leading to degradation. The aim of the thesis was to quantify the effects of multiple extrusions on the material properties. Additionally, different processing parameters were selected. The sample materials were industrially washed either hot or cold. The maximal extrusion temperature in laboratory experiments was selected with 180 °C as well as 240 °C and the samples were prepared from regranulates by either compression molding or injection molding. Test specimens from compression molded sheets were subsequently obtained by punching. The samples underwent characterization by differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, frequency sweeps, isothermal time tests, tensile tests and impact strength tests. Most of the experimental work focused on the mechanical properties. The results suggest that several consecutive processing runs affected all tested polymers. However, universally valid statements regarding the influence of different processing parameters cannot be made. This is due to varying results for each material. Despite signs of degradation, PE-HD and PP can be recycled. Nonetheless individual processing parameters, materials and the future use of the polymers have to be considered throughout the whole recycling procedure. The mixing of recy- cled and virgin material not only poses a feasible strategy regarding the reduction of the negative impact of degradation but is also attractive from an ecological point of view.

Im Rahmen der Arbeit wurde ein semi-analytisches Berechnungsmodell für den Reibwert einzelner kugelförmiger Erhebungen erarbeitet, das die Berechnung der deformativen (μ_def) und adhäsiven (μ_adh) Reibanteile ermöglicht. Die Integration eines plastischen (Radius der Laufspur R_Spur) und eines viskosen (Rückstellwinkel ω) Verformungsanteils gestattet die Berechnung der realen Kontaktfläche während des Reibvorgangs. In Abhängigkeit des mittleren Kontaktdrucks kann damit der adhäsive Reibanteil μ_adh bestimmt werden. Die experimentelle Untersuchungen umfassten neben ungeschmierten Reibversuchen, die zur Ermittlung des gesamten Reibwertes (μ_ges) dienten, auch mit Silikonöl geschmierte Versuche aus denen sich μ_def ergibt. Anhand der Verifikationsversuche konnte einerseits gezeigt werden, dass beide Schmierungszustände zu gleichen Verformungen führen und andererseits wurde der Nachweis erbracht, dass der im Berechnungsmodell postulierte Zusammenhang zwischen dem Rückstellwinkel ω und μ_def Gültigkeit besitzt. Hierzu wurden Reibversuche mit segmentierten Kugeln durchgeführt, die eine gezielte Variation des Rückstellwinkels ω erlauben. Für beide untersuchten Reibpaarungen (Stahl | PE-UHMW und POM-C | PE-UHMW) kann abgeleitet werden, dass der deformative Reibanteil μ_def generell von untergeordneter Rolle ist (ca. 1/3 μ_ges) und der Einfluss des adhäsiven Reibanteils μ_adh überwiegt (ca. 2/3 μ_ges). Dabei sinkt μ_adh und folglich auch μ_ges mit zunehmendem Kontaktdruck p_(max,Ebene). Dieser wurde als verallgemeinerte Bezugsgröße eingeführt und beschreibt den maximalen Hertz´schen Kontaktdruck eines äquivalenten Kugel-Ebene-Kontaktes, der sich unter Eingabe des Kugelradius r_Kugel, der Normalkraft und der Verwendung der statischen E-Moduln beider Werkstoffe ergibt. Weiterhin zeigten die Untersuchungen, dass die oszillierende Bewegungsform im Vergleich zur rotierenden Bewegung immer einen erhöhten Reibwert μ_ges auszeichnet. Abschließend wurden noch Reibexperimente zu Mehrfachstrukturen aus POM-C mit je 6 Einzelerhebungen im Kontakt durchgeführt. Auch hier lag eine hohe Übereinstimmung zwischen Experiment und Modell vor. Es konnte gezeigt werden, dass Reibwerte für beide Bewegungsformen auf μ_ges ~ 0,13 gesenkt werden können. Bezogen auf den jeweiligen höchsten Reibwert (μ_(ges,rotierend) ~ 0,24, μ_(ges,oszillierend) ~ 0,34), welcher mit glatten Probekörpern ermittelt wurde, stellt dies eine erhebliche Reduktion dar. In this thesis, a semi-analytical calculation model for the coefficient of friction (COF) of single spherical protrusions which allows the calculation of the deformative (μ_def) and adhesive (μ_adh) friction parts was developed. The integration of a plastic (radius of the running track R_Spur) and a viscous (rear angle ω) component of deformation allows the calculation of the real area of contact during the friction process. Depending on the mean contact pressure, the adhesive friction part μ_adh can be determined. The experimental studies included unlubricated friction tests, which served to determine the total COF (μ_ges), as well as tests being lubricated with silicone oil, from which μ_def is obtained. Based on the verification tests, it could be shown that both states of lubrication result in the same deformation and that the relationship between the rear angle ω and μ_def postulated in the calculation model is valid. Therefore, friction tests were carried out with segmented spheres, which allow a specific variation of the rear angle ω. For both friction pairings investigated (steel | PE-UHMW and POM-C | PE-UHMW), it can be concluded that the deformative friction part μ_def is generally of minor significance (approx. 1/3 μ_ges) and the influence of the adhesive friction part μ_adh predominates (approx. 2/3 μ_ges). Thereby μ_adh and consequently also μ_ges decreases with increasing contact pressure p_(max,Ebene). The latter was introduced as a generalised reference value and describes the maximum Hertzian contact pressure of an equivalent sphere-plane contact, which is obtained by entering the radius of the sphere r_Kugel, the normal force and using the static E-moduli of both materials. Furthermore, the investigations revealed that the oscillating form of motion always has an increased COF μ_ges compared to the rotating motion. Finally, friction experiments on multiple structures made of POM-C were carried out, each with 6 individual protrusions in contact. Also here, there was good agreement between the experiment and the model. It could be demonstrated that COF for both forms of motion can be reduced to μ_ges ~ 0.13. In comparison to the highest COF (μ_(ges,rotating) ~ 0.24, μ_(ges,oscillating) ~ 0.34), which were obtained with flat specimens, this is a significant reduction.

When it comes to total hip replacements, choosing the suitable material combination is of clinical relevance. The present review article examines the technical differences in wear and corrosion of the relevant material combinations of ceramics, metals, ceramized metals and various types of polyethylene. The material characteristics, which were often tested under standardized conditions in the laboratory, are compared with clinical results on the basis of evidence-graded clinical studies and on the basis of register studies. This article thus represents an up-to-date snapshot of the expectations and actual clinical outcomes of the present choice of material combinations. It shows that some tendencies from the field of materials research, e.g. with regard to cross-linked polyethylene, coincide with observations from practical clinical experience, while for other materials, a proven technical superiority has not yet been confirmed as an evident advantage in clinical practice.Die Wahl der Materialkombination beim künstlichen Hüftgelenkersatz ist von klinischer Relevanz. Der vorliegende Übersichtsartikel betrachtet die technischen Unterschiede hinsichtlich des Verschleißes und der Korrosion der relevanten Materialkombinationen aus Keramik, Metall, keramisiertem Metall und verschiedenen Polyethylenarten. Die Materialeigenschaften, die häufig unter standardisierten Bedingungen im Labor erfasst wurden, werden mit den klinischen Ergebnissen anhand evidenzgraduierter klinischer Studien und auf Basis von Registerstudien verglichen. Diese Arbeit stellt somit als aktuelle Momentaufnahme Erwartungen und tatsächliche klinische Ergebnisse heutiger Materialkombinationen in einen gemeinsamen Kontext. Es zeigt sich, dass sich manche Tendenzen aus der Materialforschung, z. B. zum quervernetzten Polyethylen, mit den Beobachtungen aus der Klinik decken, während bei anderen Materialien technische Vorteile bislang nicht in einen relevanten klinischen Nutzen münden.

There are case descriptions of pronounced peri-implant inflammatory reactions and necrosis in non-infectious knee joint replacements with metal-polyethylene pairing.Due to the histopathological similarities to the dysfunctional metal-on-metal (MoM) hip joint replacement, MoM-like reactions in knee joint arthroplasty ("ARMD-KEP") are proposed and a histopathological comparison is made.This analysis evaluates five cases of "ARMD-KEP" using: (1) the SLIM consensus classification, (2) the particle algorithm, (3) the CD3 focus score and (4) the AVAL score. The comparison groups consist of 11 adverse cases of MoM hip and 20 cases of knee joint arthroplasty without adverse reaction.The ARMD-KEP cases were identified as SLIM type VI. Their median ALVAL score was 10. The CD3 focus score confirmed an adverse reaction. Particle corrosion was found in two of five cases.This data indicates that, in rare cases, an adverse MoM-like reaction may be present in knee replacements, with inflammatory and immunological expression similar to that of the adverse MoM reaction in the hip. The pathomechanisms can be discussed as follows: (1) secondary metal-metal contact, (2) dysfunctional loading of the coupling mechanism and (3) corrosion of the metal components. Much like trunnionosis in the hip, the term "hingiosis" is proposed for corrosion phenomena in dysfunctional conditions of coupled knee endoprosthetic systems.

Carefully and correctly implanted components are the prerequisite for the lifespan of a prosthesis. Whether higher levels of activity lead to prior failure of total hip arthroplasty in young patients is controversially discussed. The right choice of bearings is still of great relevance.Ceramic-on-ceramic as well as polyethylene-on-ceramic bearings achieve comparable results, although ceramic-on-ceramic bearings should be avoided in patients with high demands on their range of motion. Polyethylene-on-metal bearings also show good clinical results, if corrosion between head and stem is absent. Metal-on-metal bearings lead to adverse systemic effects due to metal wear and should be implanted in individual cases only, e. g. as hip resurfacing. Alternative bearings have to give proof of effectivity first. Custom-made prostheses constitute an option for young patients with special conditions of hip anatomy. Planning and study results of these prostheses are elucidated in this review article.

The articulating parts of an endoprosthetic joint are subjected to constant wear, which results in loss of material. In peri-implant tissue, the wear debris particles cause aseptic inflammation with osteolysis and aseptic loosening. Due to the associated bone resorption-which can be considerable-"particle disease" represents a significant challenge for orthopedic surgeons. Continuous improvements in the material properties of polyethylene during the past decades have resulted in reduced wear and longer implant survival times. To evaluate wear properties in polyethylene liners after total hip arthroplasty in vivo, different graphics-based, semiautomatic software packages were developed to measure femoral head penetration in radiographic image series. However, the reduced wear properties of the new materials rendered their precise analysis and evaluation more difficult, and no software was able to reproduce the accuracy of the complex and expensive radiostereometric analysis first described by Selvik in 1974, which is still viewed as the gold standard. The aim of this study is to describe the validation of a novel and accurate method to analyze polyethylene wear in vivo using virtual computer-aided detection/diagnosis (CAD)-based radiographic images. Furthermore, its use is presented based on the first 5‑year follow-up results of a multicenter approach evaluating the impact of vitamin E-blended polyethylene in cementless total hip replacement. Our data support the high accuracy of CAD-based virtual evaluation.

This is the case of an 84-year-old patient 18 years after total knee replacement. Regular follow-up examinations did not take place beyond 10 years of implantation, so that subsequent wear of the polyethylene insert was not detected. The patient presented because of knee pain, swelling of the calf, and a drop foot. Examination showed a large ganglion with pressure on the peroneal nerve, and a loose knee replacement with severe inlay wear and extensive osteolysis around the tibial and femoral implants. This rare case demonstrates the importance of regular clinical and radiological follow-up examinations after total joint replacements, particularly in the long term.

Textiles ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) besitzt, aufgrund seiner außerordentlich hohen Molmasse und einem kristallinen Anteil von mehr als 80 %, exzellente spezifische Reißfestigkeiten sowie sehr gute Beständigkeiten gegenüber biologischen, chemischen und physikalischen Einflüssen, wodurch es sich für den Einsatz in Schutztextilien, als textiler Träger für funktionelle Partikel, zur Faserverstärkung in Kunststoffen für hochbelastbare Bauteile und auch zur Herstellung hochwertiger, technischer Textilmembranen anbietet. Voraussetzung für diese Applikationen ist ein hohes Wechselwirkungsvermögen der Fasergrenzflächen. Im Rahmen dieser Dissertationsschrift wurden systematisch die Möglichkeiten zur Oberflächenaktivierung von textilem UHMWPE mittels Atmosphärendruckplasma (ADP) untersucht und Eigenschafts-Wirkungsbeziehungen verschiedener Einflussparameter, u. a. Plasmaleistung, Elektrodenabstand, Behandlungsintensität, aufgeklärt. Dabei lag ein besonderes Augenmerk auf den textilen Eigenheiten des Materials und der dadurch stark beeinflussten Durchdringung des Plasmas. Entsprechend wurden umfangreiche Messreihen zu chemischen und physikalischen Veränderungen der Faseroberfläche erstellt, um schließlich eine industrielle Nutzbarkeit der ADP-Behandlung ableiten zu können. Hierzu wurden auch zwei weitere Verfahren vergleichend begutachtet und in Kooperation mit dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. eine mögliche Anwendung aktivierter UMHWPE-Garne als Träger für magnetisierbare Nanopartikel betrachtet.

eingereicht von René Gillhofer, BSc Kurzfassungen in deutscher und englischer Sprache Universität Linz, Univ., Masterarbeit, 2016

Diese Arbeit ist Teil des Projekts "Innovatives PP-Recycling". Da Polypropylen-Abfall meistens auch Polyethylen enth��lt, soll hier der Einfluss von Antioxidantien auf die Alterung von Polyethylen hoher Dichte (en: High Density Polyethylene - PE-HD) ��berpr��ft. Dabei werden die PE-Proben mit einem Nachgebrauchskunststoff verglichen. Es wird einerseits PE verwendet, so wie es der Hersteller liefert, andererseits wird diesem jeglicher Stabilisator entzogen, um unverf��lschte Ergebnisse f��r die Eigenschaften von Polyethylen zu erhalten. Zus��tzlich wird eine Reihe an Proben erstellt, die verschiedene Konzentrationen eines phenolischen und eines phosphitischen Antioxidans enthalten. Zur Alterung werden alle Proben bei verschiedenen Temperaturen in W��rmschr��nken gelagert und regelm����ig gepr��ft. Der Fortschritt der Alterung wird dabei in gleichm����igen Abstanden gemessen. Es wird die Auswirkung der von verschiedenen Stabilisatoren auf PE und dessen thermooxidative Best��ndigkeit ��berpr��ft. Dabei wird ein prim��res Antioxidans, Irganox 1010, und eine Kombination aus einem prim��ren und einem sekund��ren Antioxidans, Irganox B 225, verwendet. Der prim��re Stabilisator geh��rt zur Gruppe der sterisch gehinderten Phenole. Als sekund��rer Stabilisator wird Irgafos 168, ein Antioxidans auf Phosphit-Basis, verwendet. Die Proben werden bei 80��C, 100��C, 120��C und 130��C in ��fen ausgelagert und regelm����igen Eigenschaftspr��fungen unterzogen. Es werden sowohl eine mechanische Pr��fung, thermische Analysen und FTIR Spektroskopien durchgef��hrt. Als mechanische Pr��fung dient der Zugversuch. Als thermische Analyseverfahren wird die Oxidationsinduktionszeit (OIT) gemessen und thermogravimetrische Analysen (TGA) in Luftatmosph��re durchgef��hrt. In der FTIR Spektroskopie wird beobachtet, wie die Konzentration der Stabilisatoren ��ber die Zeit abnimmt. Zus��tzlich wird beobachtet, welche Abbauprodukte sich bilden. Es wird versucht eine Kalibriergerade zur Bestimmung unbekannter Konzentrationen der Stabilisierung zu finden. Mit der OIT l��sst sich der aktuelle Stabilisierungsgrad darstellen. Mittels der TGA wird der Abbau des Kunststoffs ��berpr��ft. Zus��tzlich wird versucht, die Vorg��nge bei den verschiedenen Temperaturen in Verbindung zu setzten und eine Beziehung nach Arrhenius zu finden. Es kann f��r die Konzentrationen beider Stabilisatoren eine Kalibrierkurve zum Anfangszeitpunkt vor der Auslagerung, sowohl im FTIR-Spektrum wie auch bei den OIT-Werten erstellt werden. Die OIT nimmt linear ��ber die Auslagerungszeit ab. Auf die TGA Ergebnisse hat die Stabilisatorkonzentration keinen Einfluss, es wird nur Kettenabbau sichtbar. Auch der Zugversuch gibt keine Aussage ��ber die enthaltene Menge an Antioxidantien. Nach 120 Tagen haben sowohl die Proben aus dem 80��C und dem 100��C Ofen keinen Abbau gezeigt. PE ist sehr temperaturbest��ndig. Der Versuch musste f��r den 120��C Ofen nach drei Tagen abgebrochen werden, da die Proben ihre Form verloren. Bei 130��C zeigt sich bereits nach einem Tag Abbau. Es kann keine Beziehung in Anlehnung an Arrhenius f��r den Abbau gefunden werden, da zu wenige Daten vorhanden sind. F��r den Stabilisatorverlust, der durch die OIT-Messungen sichtbargemacht werden kann, ergeben sich bei einer Extrapolation zu 60��C realistische Werte., This thesis is part of the project "Innovative PP recycling". Polypropylene waste usually includes polyethylene. Therefore the purpose of this thesis is to study the influence of oxidation stabilizers on the aging behavior of high density polyethylene (PE-HD). The study compares the PE to a post consumer polymer. The laboratory tests are performed with two types of PE, either unchanged in an "as received" condition or in a modified condition where all stabilizers are extracted, to obtain unadulterated results regarding the properties of polyethylene. In addition, the laboratory test uses a number of samples containing various concentrations of phenolic antioxidant and phosphitic antioxidant. All samples are stored at different temperatures in furnaces (80 ��C, 100 ��C, 120 ��C and 130 ��C) and measured regularly to determine the aging progress. The laboratory test examines the effect of various stabilizers on PE and its thermooxidative stability. For this purpose Irganox 1010, a primary antioxidant, and Irganox B 225, a combination of a primary and a secondary antioxidant, are used. The primary stabilizer belongs to the group of sterically hindered phenols. As secondary stabilizer Irgafos 168, a phosphite-based antioxidant, is used. The laboratory tests cover mechanical testing, thermal analysis and FTIR spectroscopy. The tensile test is used, as mechanical testing method. Regarding thermal analysis, the oxidation induction time (OIT) is measured and a thermogravimetric analysis (TGA) is carried out in air atmosphere. The FTIR spectroscopy shows a decrease of the concentration of the stabilizer over time. In addition, it is observed that degradation products are formed. The FTIR spectroscopy is used to calculate a calibration curve in order to determine unknown concentrations of stabilizers. The degree of stabilization and the stabilizer consumption can be measured by means of OIT. The degradation of the used polymers is checked with the TGA. Furthermore an attempt is made to find a relationship according to Arrhenius. The results of the laboratory tests show that a calibration curve can be calculated for the concentrations of both stabilizers, both in the FTIR spectrum and the OIT. The OIT value decreases linearly with the aging time in the oven. The stabilizer concentration does not have any impact on the TGA results; only chain degradation can be detected. The tensile test cannot be used to determine the antioxidants content. After 120 days, the samples from the 80 ��C test setup as well as from the 100 ��C test setup have shown no signs of degradation. Polyethylene has a high thermal stability. The test had to be stopped for the 120 ��C setup after 3 days since the samples lost their shape. At the 130 ��C test setup degradation is already evident after 1 day A relationship based on the concept of Arrhenius for the aging of polyethylene cannot be determined due to lack of sufficient data. An extrapolation to 60 ��C for the stabilizer loss, which is based on OIT data, results in realistic values.