聚乳酸-β-TCP復(fù)合材料制備與性能研究.pdf

1、聚乳酸(PLA)/β-TCP復(fù)合材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，是一種潛在的生物醫(yī)用材料，但其力學(xué)性能和降解特性不夠理想，限制了其廣泛應(yīng)用。近年來，采用超細(xì)β-TCP增強(qiáng)體結(jié)合PLA自增強(qiáng)的方法來改善其力學(xué)性能和降解特性成為研究熱點(diǎn)之一。但超細(xì)β-TCP含量較高時(shí)容易在基體中引發(fā)團(tuán)聚，導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降，而擠出固態(tài)拉伸、纖維集束模壓、注射剪切成型等PLA自增強(qiáng)成型方法對(duì)原材料的性能要求又很高。同時(shí)PLA/β-TCP復(fù)合材料的

2、降解機(jī)理也有待深入研究。針對(duì)以上問題，本文重點(diǎn)開展以下研究:β-TCP的合成和表面修飾;β-TCP含量對(duì)PLA結(jié)晶行為的影響;等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP)對(duì)PLA/β-TCP復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響;PLA/β-TCP復(fù)合材料的降解機(jī)理。
　　本文以常用原料Ca(OH)2-H3PO4為反應(yīng)體系，采用直接沉淀法制備了β-TCP。在此過程中主要研究了反應(yīng)溫度(25℃、45℃、80℃)、聚乙二醇(PEG4000、PEG10000)分散劑的

3、添加方式對(duì)β-TCP純度和分散性的影響。結(jié)果顯示，在25℃條件下合成的前驅(qū)體，經(jīng)過煅燒后粉末中β-TCP相含量相對(duì)最高。PEG4000作為分散劑添加在至H3PO4水溶液時(shí)，當(dāng)CH2CH2O/H+摩爾比為1∶17時(shí)，可獲得純度較高的前驅(qū)體相缺鈣羥基磷灰石(CDHA)，經(jīng)煅燒，制備的β-TCP粉末頸聯(lián)現(xiàn)象減弱，顆粒形貌為近球形，尺寸約為0.2～0.5μm。
　　探討了四種表面處理劑（硬脂酸、油酸、硬脂酸鈉、油酸鈉）對(duì)β-TCP粉末的表

4、面修飾效果，綜合生物醫(yī)用相容性，本文最終選用的處理劑為硬脂酸鈉(SS)。經(jīng)SS修飾后的β-TCP與基體的相容性得到提高，同時(shí)復(fù)合材料的力學(xué)性能也得到提高。在-10℃/min的非等溫熔體結(jié)晶過程中，β-TCP的加入對(duì)PLA的成核機(jī)理和生長方式幾乎沒影響。在同樣升溫速度下的非等溫冷結(jié)晶及熔融過程中，當(dāng)β-TCP在PLA中的含量大于10wt.％時(shí)，生成的晶體穩(wěn)定性較好。在100℃對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行等溫結(jié)晶可知，當(dāng)β-TCP含量大于5wt.％時(shí)，P

5、LA的結(jié)晶能力隨著β-TCP的含量增加而增強(qiáng)。
　　分別在80℃、100℃、120℃、140℃對(duì)PLA進(jìn)行了1道次ECAP加工。結(jié)果顯示，100℃時(shí)，PLA塑性變形比較均勻，且彎曲強(qiáng)度較高。因此重點(diǎn)研究了100℃下不同擠壓路徑和道次對(duì)PLA及PLA/β-TCP復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果顯示，PLA經(jīng)A'路徑（試樣在連續(xù)加工中剪切方向不變）2道次擠壓可獲得較高的彎曲強(qiáng)度，在C'路徑（試樣在連續(xù)加工中剪切方向沿加載軸旋轉(zhuǎn)180°）

6、3道次擠壓，可獲得較好的斷裂韌性。相對(duì)于純PLA，β-TCP的添加，使1道次下復(fù)合材料的(200)晶面取向沿樣品的縱向增強(qiáng)。經(jīng)不同路徑和道次的ECAP加工后，所有復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度、模量及斷裂韌性均得到不同程度地提高。
　　經(jīng)ECAP加工后的PLA及PLA/β-TCP復(fù)合材料在37℃PBS（磷酸緩沖液）進(jìn)行了24周的降解試驗(yàn)表明，相對(duì)于熱壓樣，其吸水率變低，失重率增高，彎曲強(qiáng)度衰減變慢，降解液的pH降低程度變快。在整個(gè)降解周期內(nèi)，