PVA-HA-PAA復(fù)合水凝膠的制備與性能表征.pdf

1、本文以聚乙烯醇（PVA）、納米羥基磷灰石（HA）和聚丙烯酸（PAA）為原料，采用冷凍解凍和退火處理相結(jié)合的方法制備 PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠，并采用正交實驗設(shè)計方法，分析成分和制備參數(shù)對其含水量和力學(xué)性能的影響，得到最優(yōu)配方和制備工藝；分析了 PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠的微觀形貌及結(jié)構(gòu)，研究了PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠的溶脹特性；通過PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠進行拉伸測試和動態(tài)流變性能測試，研究PVA-HA/PAA復(fù)合

2、水凝膠的力學(xué)性能和粘彈特性；研究了不同運動方式下載荷、速率、扭動角度分別對 PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠的滑動和扭動摩擦學(xué)行為的影響。
　　PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠具有與天然軟骨相似的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且HA粒子均勻包覆在水凝膠基體中，得到比較平整致密的表面形貌。比較16種配方的含水率和力學(xué)性能，反復(fù)冷凍解凍次數(shù)3次、退火溫度120℃、PVA質(zhì)量百分比為16％、HA質(zhì)量百分比為2%、PAA質(zhì)量百分比為4%的PVA-HA/PAA

3、復(fù)合水凝膠的綜合性能最好。
　　XRD和FT-IR測試結(jié)果表明部分PVA發(fā)生結(jié)晶，且HA、PAA及PVA之間發(fā)生相互作用，形成物理交聯(lián)點；另外，退火處理可以提高水凝膠的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性。溶脹測試顯示 PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠的溶脹比與水凝膠的成分、結(jié)構(gòu)、溶液介質(zhì)均有關(guān)。退火處理增加了水凝膠的結(jié)晶度，促進了PVA與HA、PAA之間的相互作用，使得交聯(lián)度增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變密，阻礙水分子進入凝膠內(nèi)部，溶脹比降低。
　　PVA-

4、HA/PAA復(fù)合水凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)非線性關(guān)系，表明其是一種粘彈性材料。退火 PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠具有最高的拉伸強度和彈性模量，分別為3.71MPa和0.98MPa。PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠對循環(huán)加載-卸載的應(yīng)力響應(yīng)與天然軟骨相似，具有應(yīng)力滯后的力學(xué)特性和自回復(fù)性能。在PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠動態(tài)流變性測試中，通過動態(tài)頻率、應(yīng)變、溫度掃描，發(fā)現(xiàn)水凝膠的儲能模量遠大于損耗模量，說明材料的彈性占主導(dǎo)地位，且P

5、VA-HA/PAA復(fù)合水凝膠具有最好的彈性、強度和力學(xué)穩(wěn)定性。
　　在滑動摩擦試驗中，PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)隨載荷增加而增加，隨滑動速率的增加則呈先上升后下降的變化趨勢。在扭動摩擦試驗中， PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠的摩擦扭矩均隨載荷增加、扭動角度增加呈上升趨勢，在扭動摩擦初期，接觸界面處于完全滑移狀態(tài)，隨著循環(huán)次數(shù)增加，接觸狀態(tài)逐漸變?yōu)檎郴旌蠣顟B(tài)。在相同條件下，PVA-HA/PAA復(fù)合水凝膠和牛膝關(guān)節(jié)