FeO/聚(乳酸-乙醇酸)纳米复合形状记忆材料的制备及性能研究

摘要

形状记忆聚合物是一类新型的功能高分子材料,在生物医学及工程领域具有广泛的应用前景。聚乳酸(PLA)是一类具有良好力学性能的形状记忆聚合物,但由于聚乳酸均聚物脆而硬,同时是疏水性物质,降解速率慢,而且玻璃化温度较高,所以可通过与聚乙醇酸(PGA)共聚以改善其性能。纳米粒子由于其独特的表面效应,使其具有较高的物理化学反应活性,极易与聚合物达到分子水平的结合,因此常用来做形状记忆聚合物的填料以优化复合材料的性能。目前已研究的大多数形状记忆聚合物都是通过直接加热使其形状回复,但在某些特殊场合如人体环境中不能用环境热源对其直接加热,而应采用磁场等非接触式的诱导感应加热方法,使聚合物达到形变恢复温度。基于以上背景,本文开展了如下研究工作：
　　 ⑴形状记忆聚(乳酸-乙醇酸)(PLLGA)的制备及性能研究。采用开环聚合法合成了一系列具有不同组成的聚(乳酸-乙醇酸)(PLLGA)共聚物,并对PLLGA共聚物的化学结构、相结构、热性能、力学性能和形状记忆性能进行了系统研究,分析了其形状记忆效应的微观机理。结果表明,通过调整PLLGA共聚物的组成,可获得良好的力学性能和形状记忆效应。对PLLGA90/10和80/20,由结晶部分及大分子链之间的缠结点共同作为固定相,无定型部分作为可逆相。而对PLLGA70/30和60/40,仅由大分子链之间的缠结点作为固定相,其无定型部分均作为可逆相。综合而言,PLLGA80/20具有最好的形状记忆效应。
　　 ⑵溶液共混法制备Fe3O4/PLLGA复合材料及其性能研究。通过溶液共混法合成了FeaO4/PLLGA复合材料,并研究了不同Fe3O4含量对复合材料的热性能、力学性能、磁性能及形状记忆等性能的影响。结果表明,Fe3O4纳米粒子粒径分布较窄,在PLLGA中的分散性较好。随复合材料中Fe3O4纳米粒子含量的增加,材料的玻璃化温度升高,力学性能下降,磁性增强,形状回复率和回复力提高,形状保持率下降,磁场响应时间和回复时间缩短,且磁场感应加热条件下的形状记忆性能可与环境热源直接加热得到的形状记忆性能相媲美。
　　 ⑶原位聚合法制备Fe3O4/PLLGA复合材料及其性能研究。通过原位聚合法合成了Fe3O4/PLLGA复合材料,并与通过溶液共混法制备的复合材料进行了一系列比较研究。结果表明,原位聚合法得到的复合材料各项性能的变化规律均与溶液共混法所得产物性能的变化规律一致。但与溶液共混法相比,原位聚合法所得产物的分散性、磁性、形状回复率更好,磁场响应时间和回复时间更短,但力学性能、形状保持率和回复力略有下降。