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生物可降解聚乳酸复合材料的研究

作　者: 孙丽丽
导　师: 刘德宝
学　校: 天津理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 聚乳酸纳米羟基磷灰石镁颗粒制备与性能
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

聚乳酸(polylactide,PLA)是一种生物降解性的聚合物,其良好生物相容性已得到美国食品和药品管理局(FDA)的认可。它的最终降解产物是CO2和H2O,中间产物乳酸也是体内正常糖,因此,聚乳酸在生物体内降解后不会对生物体产生不良影响,其机械强度在体内降解过程中逐渐下降,可使应力慢慢转移至骨折部位,避免应力遮挡作用,同时具有较好的热成型性,是一种理想的内植材料。然而单一聚乳酸作为骨固定材料存在绝对力学强度较低;降解产物呈酸性,易引起体内无菌性炎症反应;缺乏骨结合能力;对X光具有穿透性,不便于临床上显影观察等缺点。因此对聚乳酸进行改性以提高其相关性能成为了研究热点。本文首先采用纳米羟基磷灰石( n-HA)与聚乳酸进行复合,提高材料的初始硬度和刚性,延缓材料的早期降解速度,通过明胶对羟基磷灰石纳米颗粒的表面改性,提高其与聚乳酸基体的界面结合强度;通过在纳米羟基磷灰石溶胶体系下进行复合,提高纳米羟基磷灰石颗粒在聚乳酸基体中的分散均匀程度。由于羟基磷灰石难以溶解吸收,其对聚乳酸在体内降解后造成的局部酸性环境的中和作用有待提高。因此利用金属镁具有良好生物相容性和其降解过程呈碱性这一特性,将镁颗粒与聚乳酸进行复合,以期中和聚乳酸降解后的局部酸性环境,减少对人体组织的刺激。本文采用熔融混合法制备了Mg/PLA复合材料,并对其进行了表征和相关性能的研究。本文结果表明:1、通过明胶对纳米羟基磷灰石颗粒的化学表面改性,可实现羟基磷灰石颗粒与聚乳酸基体界面间的键性结合,有利于提高复合材料的界面结合强度。2、采用纳米羟基磷灰石溶胶体系下复合有助于羟基磷灰石颗粒在聚乳酸基体中均匀分散。3、对复合材料的力学性能的研究发现,随着羟基磷灰石含量的增加,其力学强度先增加后减少,存在一个最佳颗粒含量范围,在本制备工艺条件下为5%左右。Mg颗粒的加入虽然降低了拉伸强度,但复合材料的弯曲强度有所增加。4、在复合材料体外降解实验中,n-HA/PLA复合材料呈现出良好的生物活性,复合材料表面形成了磷灰石的吸附层;纳米羟基磷灰石的加入改善了纯聚乳酸降解后的酸性;而镁颗粒的加入进一步改善了聚乳酸降解后的酸性环境。5、对n-HA/PLA和Mg/PLA两种复合材料的生物摩擦特性研究表明:随着载荷的增加复合材料的耐磨性减小。纳米羟基磷灰石颗粒与金属镁颗粒的添加有利于提高聚乳酸基体的耐磨性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-18
  1.1 引言  11
  1.2 聚乳酸的性能及应用  11-12
  1.3 纳米羟基磷灰石的特性及应用  12-13
    1.3.1 羟基磷灰石简介  12-13
    1.3.2 羟基磷灰石的应用  13
  1.4 纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的研究  13-16
    1.4.1 羟基磷灰石/聚乳酸复合材料的概述  14-15
    1.4.2 影晌复合材料性能的因素  15-16
  1.5 镁的性能  16-17
  1.6 论文的选题及主要研究内容  17-18
第二章 n-HA/PLA 复合材料的制备及表征  18-28
  2.1 实验材料、方法及设备  18-20
    2.1.1 实验材料及设备  18
    2.1.2 材料制备  18-20
    2.1.3 表征方法  20
  2.2 实验结果与讨论  20-27
    2.2.1 纳米羟基磷灰石粉末的X-射线分析  20-21
    2.2.2 n-HA 粉末的微观形貌分析  21-22
    2.2.3 n-HA/PLA 复合粉末的X-射线分析  22
    2.2.4 n-HA/PLA 复合粉末的FT-IR 分析  22-23
    2.2.5 n-HA/PLA 复合粉末的微观形貌分析  23-24
    2.2.6 n-HA/PLA 复合粉末的EDX 分析  24-25
    2.2.7 n-HA/PLA 复合粉末的热分析  25-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 Mg/PLA 复合材料的制备及表征  28-33
  3.1 实验材料、方法及设备  28-30
    3.1.1 实验材料及仪器  28
    3.1.2 Mg/PLA 复合材料的制备工艺  28-29
    3.1.3 HA-Mg/PLA 复合材料的制备工艺  29
    3.1.4 造粒后的Mg/PLA 复合颗粒与注塑后的Mg/PLA 复合材料  29-30
    3.1.5 两种复合材料的表征方法  30
  3.2 实验结果与讨论  30-32
    3.2.1 复合材料的X-射线分析  30-31
    3.2.2 复合材料的显微形貌  31-32
  3.3 本章小结  32-33
第四章 n-HA/PLA 与Mg/PLA 复合材料的力学性能研究  33-39
  4.1 实验材料、方法与设备  33-35
    4.1.1 实验材料  33
    4.1.2 实验设备  33
    4.1.3 实验方法  33-34
    4.1.4 表征方法  34-35
  4.2 实验结果与讨论  35-37
    4.2.1 复合材料的力学测试结果分析  35-36
    4.2.2 复合材料的断面形貌分析  36-37
  4.3 本章小结  37-39
第五章 n-HA/PLA 与Mg/PLA 复合材料的生物活性  39-46
  5.1 实验材料、方法  39-40
    5.1.1 实验材料  39
    5.1.2 实验方法  39
    5.1.3 表征方法  39-40
  5.2 实验结果与讨论  40-45
    5.2.1 复合材料模拟体液浸泡结果分析  40-42
    5.2.2 降解过程中降解液pH 值的变化  42-45
  5.3 本章小结  45-46
第六章 n-HA/PLA 与Mg/PLA 复合材料的生物摩擦学研究  46-51
  6.1 实验过程及测试方法  46-47
    6.1.1 材料准备  46
    6.1.2 摩擦磨损实验  46-47
  6.2 实验结果与讨论  47-50
    6.2.1 摩擦与磨损性能分析  47-49
    6.2.2 表面形貌分析  49-50
  6.3 本章小结  50-51
第七章全文结论  51-52
参考文献  52-56
发表论文和科研情况说明  56-57
致谢  57-58

生物可降解聚乳酸复合材料的研究

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