学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

COL/BC、COL/BC/PVA复合膜的制备及化学交联对其性能的影响研究

作　者: 王雪婷
导　师: 陆大年
学　校: 东华大学
专　业: 应用化学
关键词: 胶原蛋白细菌纤维素聚乙烯醇复合材料化学交联
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 10次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

胶原蛋白(Collagen, COL)基复合材料由于其优良的生物相容性和生物可降解性,在组织工程支架、伤口敷料、人造血管、人造皮肤等生物医学领域有着广泛应用。目前的制备方法多为生物培养法、冻融循环法和冷冻真空干燥法。这些方法对仪器要求较高,成本也较大,因此,探索出新型成膜方法来提高复合膜的性能、降低生产成本就显得十分必要。本课题主要研究胶原蛋白/细菌纤维素(COL/BC)复合膜、胶原蛋白/细菌纤维素/聚乙烯醇(COL/BC/PVA)复合膜的制备及理化性能。通过湿化学交联法,在过饱和盐溶液中用不同交联剂交联复合膜,从而改善其力学性能、抗水性能、热稳定性能等,为扩大胶原蛋白基复合材料在生物医学方面的应用提供理论支持。以胶原蛋白(COL)为基体,细菌纤维素(BC)为增强体,湿法共混制备了COL/BC二元复合膜。讨论不同BC含量对复合膜拉伸强度、断裂伸长率、模量的影响。在二元复合的基础上加入另一种增强基聚乙烯醇(PVA),讨论不同干重比下复合膜的拉伸强度、断裂伸长率、模量等性能。结果表明：当BC含量为57.14%即m(BC):m(COL)=4:3时COL/BC二元复合膜的力学性能最佳,PVA与COL/BC干重比计为1：3即PVA占固体总量的质量百分数为25.00%时COL/BC/PVA三元复合膜的力学性能最佳。此外,对复合膜进行吸水性能、红外、结晶性能(XRD)、扫描电镜(SEM)测试。吸水性测试表明,对于COL/BC二元复合膜,其达到溶胀平衡时的吸水率达到183%。加入PVA后,COL/BC/PVA三元复合膜的吸水率明显小于二元复合膜,只有156%。红外谱图显示,COL、BC和PVA经过复合后形成的复合膜COL/BC、 COL/BC/PVA谱图中仍可清楚的观察到酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带、酰胺Ⅲ带这三个胶原蛋白的特征吸收峰,表明经过复合后胶原蛋白的结构没有遭到破坏,其三股螺旋结构依然存在,说明BV、PVA与胶原蛋白优良的相容性。XRD谱图显示,BC、PVA与COL复合后的衍射峰并不是各组分物质衍射峰的简单数值叠加,即不是机械混合作用,而是存在物理化学作用。SEM显示,COL/BC二元复合膜中,COL在BC纤维网状结构间呈胶状粘结；加入PVA后,COL/BC/PVA复合膜纤维网络更为致密,在分子结构上更为紧凑。为了增强复合膜的力学性能、热稳定性,降低其吸水溶胀性,将COL/BC二元复合膜和COL/BC/PVA三元复合膜分别与戊二醛(GTA)、碳化二亚胺(EDAC)进行交联,讨论不同交联条件对复合膜性能的影响。得出各交联反应的最佳反应条件为：GTA交联COL/BC复合膜的最佳条件为交联剂质量浓度0.10%,交联时间10h,pH=4;GTA交联COL/BC/PVA复合膜的最佳条件为交联剂质量浓度0.25%,交联时间15h,pH=3；EDAC交联COL/BC复合膜的最佳条件为交联剂质量浓度60%,交联时间15h;EDAC交联COL/BC/PVA复合膜的最佳条件为交联剂质量浓度60%,交联时间20h。对经过交联后的复合膜进行红外(ATR-FTIR)、力学性能、溶胀性能(ESR)、热性能(TGA)、结晶性能(XRD)的表征。红外图谱表明,经过交联后,复合膜中1652cm-1、1558cm-1、1242cm-1处特征峰均有不同程度的减弱,它们分别代表着胶原蛋白酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带、酰胺Ⅲ带,这说明发生了化学交联,导致复合膜溶胀性能明显降低。与未交联复合膜相比,经过交联后,COL/BC复合膜及COL/BC/PVA复合膜强度均增大,断裂伸长减小,拉伸模量明显增加,热稳定性提高。通过对比,经过EDAC交联后制得的复合膜在力学性能、溶胀性能及热稳定性上明显优于经GTA制备得到的复合膜。从交联前后的XRD图可以得到,COL、BC、PVA的特征衍射峰并没有明显改变,并且结晶度也没有明显变化,因此,交联作用并没有改变复合膜的结晶性能,交联对结晶度的影响不大。

全文目录

摘要  5-8
ABSTRACT  8-12
第一章绪论  12-31
  1.1 概述  12-13
  1.2 胶原蛋白  13-16
    1.2.1 胶原蛋白概述  13-14
    1.2.2 胶原蛋白的结构  14-15
    1.2.3 胶原蛋白的生物学特性  15-16
  1.3 细菌纤维素  16-20
    1.3.1 细菌纤维素概述  16-18
    1.3.2 细菌纤维素的改性  18-19
    1.3.3 细菌纤维素在生物医用材料中的应用  19-20
  1.4 聚乙烯醇  20-22
    1.4.1 聚乙烯醇概述  20
    1.4.2 聚乙烯醇薄膜的优缺点  20-21
    1.4.3 聚乙烯醇复合材料的研究现状  21-22
  1.5 胶原蛋白基材料在生物医学领域的应用  22-24
    1.5.1 纯胶原蛋白在生物医学材料领域的应用  22-23
    1.5.2 胶原蛋白复合材料在医学领域的应用  23-24
  1.6 胶原蛋白基材料的改性  24-28
    1.6.1 物理方法改性  24-25
    1.6.2 化学方法改性  25-28
  1.7 胶原蛋白基复合材料的制备方法  28-29
    1.7.1 生物制备法  28
    1.7.2 物理加工法  28-29
  1.8 本论文的研究目的和内容  29-31
    1.8.1 研究目的  29
    1.8.2 主要研究内容  29-31
第二章 COL/BC、COL/BC/PVA复合膜的制备及性能研究  31-46
  2.1 引言  31-32
  2.2 实验部分  32-34
    2.2.1 实验材料  32
    2.2.2 实验仪器  32-33
    2.2.3 实验方法  33
    2.2.4 分析测试  33-34
  2.3 结果与讨论  34-44
    2.3.1 COL/BC二元复合膜中BC含量的优化  34-36
    2.3.2 COL/BC/PVA三元复合膜中各组分的最佳配比  36-38
    2.3.3 不同组成的复合膜力学性能比较  38-39
    2.3.4 不同组成的复合膜ESR性能比较  39-40
    2.3.5 不同组成的复合膜红外光谱分析  40-42
    2.3.6 不同组成的复合膜XRD分析  42-43
    2.3.7 不同组成的复合膜微观结构分析  43-44
  2.4 本章小结  44-46
第三章化学交联对COL/BC、COL/BC/PVA复合膜性能的影响  46-68
  3.1 引言  46-47
  3.2 实验部分  47-49
    3.2.1 实验材料  47
    3.2.2 实验仪器  47-48
    3.2.3 实验方法  48
    3.2.4 分析测试  48-49
  3.3 结果与讨论  49-67
    3.3.1 GTA交联反应条件的优化  49-55
    3.3.2 EDAC交联反应条件的优化  55-59
    3.3.3 交联反应的最优反应条件及其对力学性能的影响  59-60
    3.3.4 交联反应对复合膜红外谱图的影响  60-61
    3.3.5 交联反应对复合膜溶胀性能的影响  61-62
    3.3.6 交联反应对复合膜热性能的影响  62-65
    3.3.7 交联反应对复合膜XRD性能的影响  65-67
  3.4 本章小结  67-68
第四章结论  68-69
参考文献  69-75
攻读学位期间发表论文情况  75-76
致谢  76

COL/BC、COL/BC/PVA复合膜的制备及化学交联对其性能的影响研究

内容摘要

全文目录

相似论文