羥基磷灰石接枝聚己內(nèi)酯復(fù)合生物材料的制備與研究.pdf

1、利用正交實(shí)驗(yàn)法探討常壓下制備納米針狀羥基磷灰石(HA)晶體。傅立葉紅外(FTIR)、X射線衍射(XRD)及透射電鏡(TEM)分析了HA的結(jié)構(gòu)和形貌。討論了前驅(qū)體的濃度、pH值(當(dāng)pH>10時(shí))、分散劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)含量及反應(yīng)攪拌速度對(duì)羥基磷灰石晶體形貌及尺寸的影響。結(jié)果表明：在合成條件變化很寬的范圍內(nèi)，可以制得純度高、分散性好的納米級(jí)針狀HA晶體。這種納米針狀HA晶體與自然骨中的HA晶體在組成、結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度和形貌方面有十

2、分相似之處。另外，正交分析表明分散劑含量及前驅(qū)體的濃度對(duì)制備納米級(jí)針狀HA晶體的長度影響較為顯著，而HA晶體的長徑比受攪拌速度和pH值影響較大。通過對(duì)各影響因子的綜合分析，得到了在本實(shí)驗(yàn)討論范圍內(nèi)，合成與自然骨中的HA相似的納米針狀HA品體的最佳條件，即前驅(qū)體 (Ca(NO<,3>)<,2>溶液)濃度為0.60mol/l、反應(yīng)體系的pH值為12.0、反應(yīng)時(shí)分散劑 (DMF)的含量為28v％、反應(yīng)攪拌速度為300轉(zhuǎn)/min。 通過

3、本實(shí)驗(yàn)室合成的和從天然生物中提取的針狀納米羥基磷灰石的OH引發(fā)ε-己內(nèi)酯(ε-CL)開環(huán)聚合，制備HA-PCL合生物材料，考察HA對(duì)PCL結(jié)晶行為的影響，并對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行了分析。FTIR、XRD及DSC研究顯示HA-PCL體系中的PCL比純PCL呈現(xiàn)低的結(jié)晶度，PCL的結(jié)晶受到了限制，但HA含量的變化對(duì)PCL的結(jié)晶度和結(jié)晶晶型的影響不明顯。HA-PCL復(fù)合材料的結(jié)晶溫度和熔融溫度測試結(jié)果表明：隨著HA含量的增加，HA對(duì)PCL的結(jié)晶成核

4、促進(jìn)作用先增大，當(dāng)HA含量增至5wt％之后，HA對(duì)PCL的成核促進(jìn)作用相對(duì)降低；PLM分析表明同等溫度下PCL晶粒尺寸隨著HA含量的增加先減小，后又逐漸增大(HA含量>5wt％)。另外，除HA含量為1wt％的HA-PCL體系中的PCL可以在45℃形成明顯的消光黑十字球晶之外，其它樣品在本實(shí)驗(yàn)所給的結(jié)晶溫度范圍內(nèi)均不出現(xiàn)消光黑十字球晶，而只能形成細(xì)小的晶粒。由HA-PCL復(fù)合生物材料的TEM、SEM和分子量可知，在HA-PCL體系中，由于

5、未經(jīng)表面改性的HA在己內(nèi)酯單體中分散比較困難，造成HA分散不均而產(chǎn)生團(tuán)聚，尤其在HA含量較高的HA-PCL體系中，HA團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。而HA-PCL復(fù)合生物材料的力學(xué)性能分析表明，由HA的OH引發(fā)ε-CL聚合而生成的HA-PCL復(fù)合生物材料的綜合力學(xué)性能純PCL都有較大的提高，尤其在韌性方面。研究表明只要反應(yīng)時(shí)間充足且HA-PCL復(fù)合生物材料的粘均分子量達(dá)到40000以上，HA-PCL復(fù)合生物材料的斷裂伸長率都明顯提高，最高可達(dá)700％，

6、而HA含量較高(>10wt％)的HA-PCL復(fù)合生物材料由于HA團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重，而使之韌性下降。另外，對(duì)HA-PCL復(fù)合生物材料的壓縮試驗(yàn)測試表明，HA的加入，極大地提高了HA-PCL復(fù)合生物材料的壓縮強(qiáng)度，使之完全達(dá)到了自然骨的壓縮強(qiáng)度。 結(jié)合HA-PCL復(fù)合生物材料的熱學(xué)性能和力學(xué)性能的分析，HA與PCL之間存在化學(xué)鍵作用力，HA的加入明顯影響了PCL的結(jié)晶能力，導(dǎo)致PCL結(jié)晶度下降，PCL相只能形成細(xì)小的晶粒；而結(jié)晶度的下降