表面改性纳米纤维素/羟基磷灰石纳米复合材料的制备与性能研究

摘要

目的制备羟丙基纳米纤维素/羟基磷灰石(NCC-HPC/HA)纳米复合材料。方法以环氧丙烷作为改性剂,对纳米纤维素(NCC)表面进行化学修饰,获得羟丙基纳米纤维素(NCC-HPC),以提高NCC的表面疏水性及改善其分散性。在此基础上,以NCC-HPC为成核点,采用共沉淀法制备NCC-HPC/HA纳米复合材料,研究复合材料的结构与性能。结果采用共沉淀法在改性后的纳米纤维素表面成功地合成了羟基磷灰石纳米球。由分析证实,经环氧丙烷表面改性后的NCC,几乎没有发生晶体结构变化,疏水性得到了提高,再分散性得到了改善,且能稳定存在于水和其他有机溶剂体系中,NCC-HPC与水的接触角由17°增加到55.3°。NCC-HPC/HA纳米复合材料的表面均匀分布着钙、磷元素,其Ca/P原子比为1.64,接近真实骨的钙磷比。在2 MPa条件下压制的复合材料的力学性能显示,与未经表面修饰的NCC相比,经表面修饰的纳米纤维素制备的NCC-HPC/HA纳米复合材料的力学性能有所提升。拉伸强度可达到3.48MPa,提高了6.7%;弯曲强度可达到5.22 MPa,提高了4.4%;压缩强度可达到2.11 MPa,提高了4.7%。结论经羟丙基改性的NCC,疏水性得到提高,在水溶液中的分散性明显改善。以此为基础制备的NCC-HPC/HA纳米复合材料中,球状纳米羟基磷灰石(n-HA)均匀分布在线状NCC-HPC上,具有较好的力学性能和热稳定性,适用于骨组织工程应用。