聚己内酯/石墨烯纳米复合材料的合成及性能研究

摘要

如今，由于骨损伤和骨萎缩导致的骨功能障碍和畸形问题使得骨组织支架材料的研究越受到越来越多的关注。聚己内酯本身具有良好的生物相容性和可降解性，使得其成为骨组织支架材料这些年来的研究热点，为了能够得到理想的骨组织工程材料，材料需要有较强的力学强度和较快的降解速率。本论文选择以石墨烯(GE)作为增强相，是因为石墨烯是目前世界上最强最坚硬的物质，以此来达到提高整个材料的力学性能要求。利用聚己内酯和石墨烯两种材料的优势互补性，通过溶液共混的方法组成纳米复合支架材料，并且通过改变增强相石墨烯的种类、含量以及偶联剂的种类等控制变量，制备出具有一定机械强度和较低结晶度的骨组织支架材料。
　　本论文制备了聚己内酯/石墨烯(PCL/GE)，聚己内酯/氧化石墨烯(PCL/GO)两种纳米复合材料。并对复合材料分别进行了红外、拉伸、耐磨、XRD、TGA、DTG测试。通过拉伸测试、耐磨性能测试表明表明，GE和GO的存在能够有效的增强PCL基体材料的拉伸强度和耐磨性能。PCL/0.4wt％GE纳米复合材料的拉伸强度为22.79Mpa，比纯PCL的拉伸强度提升了近150％，PCL/0.2wt％GO纳米复合材料的拉强度为26.23Mpa，比纯PCL的拉伸强度提升了近170％。XRD测试和复合材料的非等温结晶过程表明，GE和GO的存在降低了PCL基体材料的结晶度，增大了PCL的峰值结晶温度。这意味着复合材料的降解速度将会增大，提高了其生物降解能力。DTG和TGA的测试结果表明，PCL/GE纳米复合材料和PCL/GO纳米复合材料的耐热分解性相比纯PCL基体材料有所增加，最大失重速率温度也增大了。
　　所以本论文确定的骨组织工程材料的制备工艺为:基体材料PCL，增强相GO的含量为0.2％，偶联剂为KH-550，溶剂为二氯甲烷，通过溶液共混法制得PCL/GO纳米复合材料。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 研究背景

1．2 骨组织工程复合材料

1．3 聚己内酯基体材料

1．3．1 聚己内酯的物理性质

1．3．2 聚己内酯的生物性能

1．3．3 聚己内酯的合成

1．3．4 聚己内酯的应用

1．4 石墨烯增强材料

1．4．1 石墨烯的结构组成

1．4．2 石墨烯的物理性能

1．4．3 氧化石墨烯

1．5 聚己内酯／石墨烯纳米复合材料

1．6 偶联剂的选择

1．6．1 硅烷偶联剂KH-550

1．6．2 硅烷偶联剂KH-560

1．6．4 硅烷偶联剂KH-907

1．7 本论文的研究意义和目的

第2章 复合材料的制备方法

2．1 实验仪器与原料

2．2 实验方法

2．2．1 聚己内酯／石墨烯纳米复合材料的制备方法

2．2．2 实验的控制变量

2．3 实验测试表征

2．3．1 红外光谱(FTIR)测试

2．3．2 X射线衍射(XRD)

2．3．3 复合材料的拉伸性能测试

2．3．4 复合材料的耐磨性能测试

2．3．5 DSC测试

2．3．6 复合材料的耐热性能测试

第三章 聚己内酯／石墨烯纳米复合材料的性能研究

3．1 红外测试表征

3．2 聚己内酯／石墨烯纳米复合材料力学性能研究

3．3 PCL／GE纳米复合材料耐磨损性能研究

3．4 XRD测试表征

3．5 聚己内酯／石墨烯纳米复合材料结晶性能

3．6 聚己内酯／石墨烯纳米复合材料耐热性探究

3．7 本章小结

第四章 聚己内酯／氧化石墨烯纳米复合材料性能表征

4．1 红外测试表征

4．2 聚己内酯／氧化石墨烯纳米复合材料力学性能研究

4．3 聚己内酯／氧化石墨烯纳米复合材料耐磨性能研究

4．4 XRD测试表征

4．5 聚己内酯／氧化石墨烯纳米复合材料的非等温结晶过程

4．5 聚己内酯／氧化石墨烯纳米复合材料的耐热性能探究

4．7 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介