基于立构复合的PLA/HA复合材料制备研究

摘要

聚乳酸(PLA)/羟基磷灰石（HA）复合材料由于具有良好的生物学性能，是优异的骨修复生物材料。但是，有机-无机复合材料的界面相容性和无机填料（尤其是纳米尺度的无机填料）在有机基体中的分散问题，限制了PLA/HA复合材料更广泛的应用。具有不同构型的左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)能够形成立构复合物，两者分子链间作用力强，它们的这种特点可以用来有效改善PLA和HA的界面粘结，以及提高纳米HA(n-HA)在PLA基体中的分散。本研究首先通过酯交换反应在HA纳米棒表面接枝不同分子量（Mn=5000、10000、和20000）的PDLA(n-HA-PDLA)，然后与高分子量（10万）的PLLA复合制备PLLA/HA复合材料，并以未改性的n-HA和接枝PLLA的n-HA(n-HA-PLLA)为对照，采用多种表征手段（FTIR、SEM、TEM、DLS、TGA、AFM、DSC、DMTA和力学测试等），全面比较研究了n-HA-PDLA在制备PLLA/HA复合材料方面的可行性。主要工作如下:
　　(1)比较了未改性的n-HA和n-HA-PLLA及n-HA-PDLA在PLLA中的分散性，以及复合材料的力学性能，发现:未改性的n-HA在PLLA中团聚明显，而n-HA-PLLA和n-HA-PDLA都能在PLLA基体中获得良好的分散;在相同添加量下（10wt.％），后两者与PLLA的复合材料均表现出高于未改性n-HA与PLLA复合材料的拉伸强度和断裂伸长率。
　　(2)比较研究了n-HA-PLLA和n-HA-PDLA对PLLA的增强效果，发现:在接枝PLLA和PDLA具有相似分子量时，PLLA/n-HA-PDLA复合材料薄膜的拉伸强度和断裂伸长率均高于相应的PLLA/n-HA-PLLA复合材料薄膜;
　　(3)通过DSC、DMTA和AFM等测试，证实PLLA与n-HA-PDLA的界面立构作用的存在，发现:当在n-HA表面接枝的PDLA和PLLA分子量相似时，在相同的添加量下，PLLA/n-HA-PDLA比PLLA/n-HA-PLLA具有更高的熔点和熔融焓，相比于n-HA-PLLA，n-HA-PDLA对PLLA球晶生成的影响更明显;
　　(4)对比研究了n-HA-PDLA的PDLA接枝长度对PLLA/n-HA-PDLA复合材料力学性能和热性能的影响，发现:随着PDLA接枝长度的增加，n-HA和PLLA间的界面层厚度增加，表现出一定的增韧作用。
　　本论文研究结果表明，PLLA和PDLA之间的立构复合作用，可以被用来改进PLA和无机填料之间的界面相容，提高无机填料在PLA中的分散性，为制备骨修复用的基于PLA的有机-无机复合材料提供了一种可行解决思路。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 骨

1．1．1 骨的组成与结构

1．1．2 骨损伤与修复

1．2 组织工程

1．3 骨组织工程

1．3．1 骨组织工程支架材料

1．3．2 有机-无机复合支架

1．4 纳米羟基磷灰石(n-HA)

1．4．1 纳米羟基磷灰石的制备

1．4．2 纳米羟基磷灰石的表面改性

1．5 立构复合物

1．5．1 立构复合物的概述

1．5．2 PLA立构复合物

1．5．3 PLA立构复合作用的应用

1．6 本课题研究目的和内容

1．6．1 研究目的和意义

1．6．2 研究内容

第二章 n-HA-PLA的制备与表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3．实验方法及制备过程

2．2．4 材料的表征

2．3 结果与讨论

2．3．2 PLLA和PDLA的合成

2．3．3 不同分子量PDLA和PLLA立构复合作用研究

2．3．4 n-HA-PLA的制备与表征

2．4 结论

第三章 PLA／n-HA复合材料的制备与表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．3．3 实验方法及制备过程

3．3．4 材料的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 溶液浇铸制备PLLA／HA复合材料的表征

3．3．2 PLLA／n-HA复合材料3D打印成型探索

3．4 小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果

导师及作者简介