聚乙烯表面紫外光接枝丙烯酸及生物摩擦性能研究

摘要

聚乙烯无毒、组织反映小，抗磨损能力强而成为目前应用最为广泛的人工关节软骨材料。但该材料在长期的使用中易产生许多细小磨屑，刺激人体内的生物反应，引起骨溶解和骨骼发炎，造成假体松动，缩短了人工关节的使用年限。因此，提高材料的耐磨性，改善其表面润滑状态将进一步拓展其在人工关节材料方面的应用，而将具有良好润滑性能的极性分子接枝到聚乙烯表面是改善其摩擦学性能的有效方法之一。 本文以二苯甲酮为光敏剂，采用液相紫外光接枝技术，将亲水性单体丙烯酸接枝到聚乙烯表面，以改善其作为人工关节软骨材料时的生物摩擦性能。利用红外衰减全反射(ATR)、X射线电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等手段分析接枝前后聚乙烯的官能团变化、分子结构、表面形貌，利用JY-82型接触角测定仪和称重法测量样品的接触角和吸水率，分析接枝表面的润湿性。以Al2O3陶瓷球为摩擦副，分别在蒸馏水、生理盐水和小牛血清润滑条件下，测试改性前后聚乙烯的摩擦磨损性能，研究接枝工艺、润滑介质对其生物摩擦学性能的影响。 实验结果表明：以二苯甲酮为光敏剂，紫外光能有效地引发丙烯酸(AA)在聚乙烯表面进行接枝聚合反应；聚乙烯表面的AA接枝量随光照时间的延长而增加；表面接枝的丙烯酸链能有效的改善聚乙烯表面的润湿性能，接触角由80～85℃降低到21～24℃，并且接触角随接枝量的增大而减少。摩擦磨损实验表明，接枝后，聚乙烯的起始摩擦系数由0.25降低为0.08，体积磨损率由3.45×10-6mm3/Nm降低为1.52×10-6mm3/Nm，耐磨性明显提高；不同润滑剂条件下，接枝聚乙烯的的起始摩擦系数由大到小依次为：蒸馏水＞生理盐水＞小牛血清。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1常用的人工关节材料

1.2人工关节材料聚乙烯改性技术的研究进展

1.2.1交联改性

1.2.2离子注入表面改性

1.2.3接枝聚合改性

1.3紫外光接枝技术在聚乙烯改性方面研究进展

1.3.1聚乙烯表面紫外光接枝聚合机理

1.3.2紫外光接枝工艺

1.3.3紫外光接枝的影响因素

1.3.4光接枝改性技术的应用

1.4本文研究的内容和意义

1.4.1研究内容

1.4.2研究意义

2材料制备与性能测试方法

2.1实验技术路线

2.2材料制备

2.2.1聚乙烯样品的制各

2.2.2聚乙烯表面的紫外光接枝

2.3性能测试

2.3.1接触角和吸水率的测试

2.3.2摩擦磨损实验

3聚乙烯表面紫外光接枝水溶性单体丙烯酸

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原料和仪器

3.2.2光接枝聚合

3.2.3红外衰减全反射

3.2.4 X射线光电子能谱分析

3.2.5扫描电镜分析

3.2.6原子力显微镜分析

3.3结果与讨论

3.3.1红外衰减全反射图谱分析

3.3.2 X射线光电子能谱(XPS)分析

3.3.3扫描电镜形貌分析

3.3.4原子力显微镜表面形貌分析

3.4本章小结

4紫光光接枝工艺研究

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1接枝量的测定

4.2.2接触角的测定

4.3光照时间的影响

4.3.1光照时间对AA接枝量的影响

4.3.2光照时间对润湿性的影响

4.3.3光照时间对吸水率的影响

4.4本章小结

5接枝聚乙烯摩擦磨损性能研究

5.1引言

5.2实验部分

5.3结果与讨论

5.3.1摩擦系数随滑行距离的变化

5.3.2紫外光接枝对摩擦系数的影响

5.3.3润滑条什对摩擦系数的影响

5.3.4磨损率

5.4本章小结

6全文结论与展望

致谢

参考文献