PLA-BC-Hap復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、高分子材料如聚乳酸(PLA)等由于具有良好的生物相容性，可在體內(nèi)降解，避免了二次手術(shù)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于臨床，特別是骨修復(fù)領(lǐng)域中。但純PLA作為骨修復(fù)固定裝置時(shí)，其機(jī)械強(qiáng)度較低，難以滿足承擔(dān)較大負(fù)載的需要，因此必須與其它材料進(jìn)行復(fù)合增強(qiáng)。細(xì)菌纖維素(BC)是由木醋桿菌等細(xì)菌產(chǎn)纖維素，它具有納米級(jí)纖維組成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與普通植物纖維素相比，其生物相容性好，可生物降解并且拉伸強(qiáng)度較高。羥基磷灰石(HAp)是人體骨骼的主要組成成分，具有

2、良好的生物活性及骨引導(dǎo)性。由此本文以設(shè)計(jì)和制備性能優(yōu)良的骨修復(fù)用復(fù)合材料(PLA/HAp/BC)為出發(fā)點(diǎn)，將BC的優(yōu)異的力學(xué)性能，HAp良好的生物活性和骨引導(dǎo)性以及PLA的可塑性和可降解性相結(jié)合。工作內(nèi)容主要分為如下四個(gè)部分：
　　 1．對(duì)BC與PLA力學(xué)性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BC主要表現(xiàn)為脆性斷裂，機(jī)械性能非常優(yōu)異。而純PLA主要表現(xiàn)為韌性斷裂，其拉伸強(qiáng)度較低。然后通過(guò)預(yù)浸漬加溶液澆鑄的方法，制備了PLA/BC復(fù)合材料

3、，力學(xué)性能的研究結(jié)果表明，BC的加入可以極大的提高PLA的拉伸強(qiáng)度。隨著PLA含量的增加，復(fù)合材料的力學(xué)性能逐漸下降。另外，我們對(duì)BC進(jìn)行了微晶化處理，研究了不同含量的微晶化細(xì)菌纖維素(MCBC)對(duì)復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明，MCBC在PLA中的分散較好，模量分布較為集中，但由于多種因素的共同作用，其力學(xué)性能不太理想。
　　 2．加入聚乙二醇(PEG)對(duì)BC的表面進(jìn)行改性，以解決PLA與BC之間相容性較差的問(wèn)題。而接觸角測(cè)試的

4、結(jié)果表明，PEG的加入可以增加PLA的表面自由能及其極化度，增加PLA的極性從而改善其與極性的BC之間的相容性。而力學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，加入PEG后，PLA/BC的拉伸強(qiáng)度提高了12％，PLA/MCBC的拉伸強(qiáng)度提高了30％，PEG對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的提升是比較明顯的。
　　 3．研究了HAp在PLA中的分散工藝以及HAp含量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，隨著HAp含量的增加，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與彈性模量先升高后降低，而斷裂伸

5、長(zhǎng)率呈不斷下降的趨勢(shì)。通過(guò)利用PEG對(duì)HAp進(jìn)行表面包覆、冷凍干燥的手段代替簡(jiǎn)單超聲分散的方法，大大改善了HAp在PLA中的分散情況。掃描電鏡的結(jié)果表明，預(yù)處理可以有效地減少HAp的團(tuán)聚現(xiàn)象，并使其在PLA中分布的更加均勻，同時(shí)拉伸強(qiáng)度約有30％左右的提升。
　　 4．在上述研究結(jié)論的基礎(chǔ)上，制備了PLA/BC/HAp復(fù)合材料。當(dāng)聚乳酸的含量為40％時(shí)，羥基磷灰石的含量為其10％時(shí)，PLA/HAp/BC復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)到了7