CNTs-磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料的快速凝固成型及機(jī)理研究.pdf

1、磷酸鈣骨水泥使用過(guò)程中操作簡(jiǎn)便，可任意成形，可以原位固化，植入體內(nèi)后，在體內(nèi)環(huán)境下自行結(jié)晶，固化后產(chǎn)物的化學(xué)成分與骨組織的無(wú)機(jī)成分相似，晶相結(jié)構(gòu)亦與骨組織相近，植入骨缺損后可被逐漸降解吸收，降解釋放的鈣和磷也能夠參與缺損區(qū)骨組織形成，是理想的骨替換及修復(fù)材料。但磷酸鈣骨水泥凝固速度慢，強(qiáng)度低、力學(xué)性能差，力學(xué)性能僅介于松質(zhì)骨與皮質(zhì)骨之間，脆性大且承受載荷的能力差，大大限制了它的應(yīng)用，常見(jiàn)的改善方法包括：固體粉料方面，不同的磷酸鈣之間相互

2、搭配，向粉料中加入外加劑等；調(diào)和液方面，選用檸檬酸、衣康酸、蘋果酸、磷酸鈉鹽等有機(jī)及無(wú)機(jī)調(diào)和液；傳統(tǒng)的增強(qiáng)方法：與晶須、有機(jī)高分子材料、短纖維等形成復(fù)合材料。 本文采用固相燒結(jié)法制備所需的磷酸鈣粉體，系統(tǒng)觀察了不同冷卻方式對(duì)磷酸鈣粉體純度的影響，選取合適的冷卻方式，制備出了高純度的磷酸鈣粉體。 利用納米碳管尺度小、強(qiáng)度高、彈性模量大、比表面積大、力學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，將納米碳管作為增強(qiáng)相，通過(guò)球磨混合的方式，將納米碳管分散

3、到磷酸鈣粉體中，添加不同含量的納米碳管，通過(guò)SEM觀察納米碳管在粉體中的分散情況，通過(guò)測(cè)量復(fù)合粉體成型后力學(xué)性能，不同納米碳管含量時(shí)的壓縮及彎曲強(qiáng)度，最終得到納米碳管分散較為均勻，成型后力學(xué)性能較高的納米碳管/磷酸鈣復(fù)合材料粉體。 系統(tǒng)研究原始顆粒粒度、液固比、HA晶種對(duì)復(fù)合材料粉體成型后凝固時(shí)間及力學(xué)性能的影響。實(shí)驗(yàn)表明減小顆粒粒徑，加入晶種HA，降低液固比都可以縮短復(fù)合材料的凝固時(shí)間，凝固時(shí)間最短出現(xiàn)在顆粒粒徑最小時(shí)：TI=

4、5.5min，T<,F>=6.4min。復(fù)合材料的力學(xué)性能與參數(shù)的選取有關(guān)，當(dāng)液固比為0.35時(shí)得到彎曲強(qiáng)度的最大值16.81MPa。對(duì)微觀結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)，加入晶種：HA會(huì)促使水化后產(chǎn)物成顆粒狀。 采用兩種添加方式加入添加劑殼聚糖，斷口SEM分析表明加入殼聚糖后水化后產(chǎn)物多為棒狀，但有部分片層狀產(chǎn)物；殼聚糖含量0.5﹪時(shí)，凝固時(shí)間較短而力學(xué)性能比較高。將殼聚糖溫敏凝膠作為液相與磷酸鈣粉體混合，力學(xué)性能較純磷酸鈣骨水泥有所提高，SE

5、M圖片顯示復(fù)合材料為蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以考慮用來(lái)制備組織工程支架材料。對(duì)復(fù)合材料的凝固機(jī)理進(jìn)行探索，利用固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和不均勻擴(kuò)散的有關(guān)原理，進(jìn)一步證明原始顆粒粒徑越小，凝固時(shí)間越短；固液比的變化會(huì)改變固體顆粒間的距離，造成顆粒間相互搭接所需的時(shí)間發(fā)生變化。加入HA晶種能夠降低成核勢(shì)壘，加快成核速度，因此凝固時(shí)間縮短。添加劑殼聚糖通過(guò)改變液相的粘度，減緩成核速率，因此凝固時(shí)間延長(zhǎng)：分析認(rèn)為：殼聚糖的分子鏈帶有多種官能團(tuán)，對(duì)HA晶體的生長(zhǎng)