In this study, the microstructural changes in orthopaedic-grade ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) were compartively investigated for six different gamma-irradiation methods. Compared with un-irradiation (UGI), conventional gamma-irradiation in air room temperature (AR) induced statistically significant increases of relative crystallinity and percent crosslinking in UHMWPE. Vacuum environment (VR) during gamma-irradiation significantly increased the percent crosslinking in UHMWPE. Vacuum extreme low temperature (V77) during gamma-irradiation induced no significant changes in both relative crystallinity and percent crosslinking of UHMWPE but the percent crosslinking of UHMWPE in VR and V77 was significantly larger than that in AR. Post-irradiation stabilization process significantly increased the relative crystallinity of UHMWPE in V77, and it also significantly increased the percent crosslinking of UHMWPE in AR and V77.

본 연구에서는 인공관절 베어링 부품으로 가장 널리 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)을 대상으로 6가지 감마선 조사 방법에 따른 UHMWPE의 미세구조 변화를 비교 분석하였다. 감마선을 조사하지 않은 폴리에틸렌(UGI)과 비교하여, 기존의 멸균처리에 해당하는 공기 중 상온에서 감마선 조사한 폴리에틸렌(AR)의 결정화도와 가교 정도는 유의한 차이를 보이며 증가하였다. 감마선 조사 환경 중, 상온에서의 산소(AR)와 진공상태(VR) 영향을 비교하면, AR과 VR의 결정화도는 유의한 차이가 없었으며, VR의 가교정도는 유의한 차이를 보이며 증가하였다. 감마선 조사환경 중, 진공상태에서의 상온(VR)과 극저온(V77) 영향을 비교하면, 결정화도와 가교정도 모두 유의한 차이가 없었다. 그러나, VR과 V77에서의 가교정도는 AR에서의 가교정도보다 유의한 차이를 보이며 증가하였다. 3가지 감마선 조사환경에 대하여 감마선 조사 이후 열처리(/S) 영향을 비교하면, 결정화도는 AR/S와 VR/S에서 유의한 차이가 없었으나, V77/S에서는 유의한 차이를 보이며 감소하였다. 또한, 가교정도는 AR/S와 V77/S에서 유의한 차이를 보이며 증가하였으며, VR/S에서는 유의한 차이가 없었다.

Keywords: ultra high molecular weight polyethylene(UHMWPE); gamma-irradiation; crystallinity; crosslinking; extreme low temperature(77 °K)