改性羟基磷灰石/硅氧烷光聚合复合材料的研究

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羟基磷灰石作为生物填充增强颗粒的复合材料是常见的骨修复材料之一。本论文中制备了一种接枝硅氧烷羟基磷灰石/聚硅氧烷的可光聚合的纳米无机-有机复合材料,并对其制备和表征进行了详细的描述。主要包括以下几个内容:1.以四水硝酸钙和五氧化二磷为原料,采用实验条件比较温和的溶胶凝胶法制备具有一定结晶结构的纳米羟基磷灰石。用红外光谱和X射线衍射仪等手段来分析羟基磷灰石的化学结构和结晶状态,用透射电子显微镜观察羟基磷灰石的微观状态和粒子尺寸。结果表明所制备的羟基磷灰石的红外光谱的特征吸收峰与标准的羟基磷灰石谱图一致,并且所制备的羟基磷灰石纯度较高,并具有结晶结构;粒子的尺寸是在纳米的范围内,呈现长约150 nm,直径约30 nm的棒状的结构。2.为了增加纳米羟基磷灰石与硅氧烷体系的粘附力和分散性,对纳米羟基磷灰石的表面进行改性接枝处理,采用端基为异氰酸基团和硅氧烷键的异氰酸丙基三乙氧基硅烷作为接枝改性剂,用红外光谱和X-ray光电子能谱等手段表征了硅氧烷基团已经接枝到了纳米羟基磷灰石的表面。通过X射线衍射我们可以发现由于接枝数量有限,所以接枝硅后对羟基磷灰石的结晶性能的影响不大。最后通过热失重分析仪计算得到异氰酸丙基三乙氧基硅烷的接枝率约为3.5%。3.第三部分是在常温下制备接枝硅的纳米羟基磷灰石与硅氧烷复合材料。由于常温下制备的复合材料力学性能比较低,因此又加入含双键的单体三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)共同填充完成材料的增强作用,然后,加入光引发剂引发体系中的双键聚合,形成固化材料。用扫描电子显微镜的手段来观察该复合材料的微观形貌状态,发现得到的复合材料由颗颗小球堆积而成,中间有一定的空隙,紧密程度不够,力学性能还可以进一步的提高。用万能材料测试机来获得测试材料的压缩强度,探讨不同单体体系和加入接枝后羟基磷灰石对材料性能的影响。可以得出TMPTA和TPGDA的混合体系的力学性能远优于纯的TPGDA体系,接枝硅后的羟基磷灰石的引入提高了材料本身的力学性能。4.最后讨论了不加入任何单体,变化溶胶凝胶的反应条件,利用接枝后的羟基磷灰石表面的硅氧烷以及体系中的硅氧烷的慢慢水解,形成硅氧硅的网络结构。聚合方式仍然采用光聚合引发复合体系的聚合形成固化材料。用扫描电子显微镜和透射电子显微镜的手段来观察该复合材料的微观形貌状态。发现材料的微观结构是核壳结构,并且接枝硅的羟基磷灰石均匀的分布在硅氧烷的基体中,纯的羟基磷灰石引起了裂纹现象。用万能材料测试机来测试材料的力学性能发现接枝后的羟基磷灰石的填充的复合材料的力学性能优于普通的羟基磷灰石填充的材料;通过接触角的测定分析复合材料的表面具有亲水性。
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