改性羟基磷灰石/硅氧烷光聚合复合材料的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 骨修复的类型
• 1.2 常见的骨修复材料
• 1.2.1 天然高分子材料
• 1.2.2 人工合成高分子
• 1.2.3 无机材料
• 1.2.4 复合材料
• 1.3 羟基磷灰石基的骨仿生材料
• 1.3.1 骨的概述
• 1.3.2 羟基磷灰石基复合材料
• 1.4 溶胶凝胶法制备复合材料
• 1.4.1 溶胶凝胶法的特点
• 1.4.2 溶胶凝胶法的形成机理
• 1.4.3 应用领域
• 1.5 本论文的研究内容
• 第二章 溶胶-凝胶法制备纳米羟基磷灰石
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂以及仪器
• 2.2.2 纳米羟基磷灰石（HA）粒子的制备
• 2.2.3 纳米羟基磷灰石粒子的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 羟基磷灰石的红外光谱（FTIR）分析
• 2.3.2 羟基磷灰石的结晶分析
• 2.3.3 羟基磷灰石的微观形貌分析
• 2.4 小结
• 第三章 纳米羟基磷灰石的表面接枝改性
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂以及仪器
• 3.2.2 羟基磷灰石的表面接枝
• 3.2.3 材料的表征及测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 羟基磷灰石表面接枝硅氧烷反应过程及反应产物的红外光谱（FTIR）分析
• 3.3.2 表面接枝硅氧烷后的羟基磷灰石晶体结构分析
• 3.3.3 羟基磷灰石接枝硅氧烷后的表面元素分析
• 3.3.4 羟基磷灰石表面接枝硅氧烷后的热失重（TGA）分析
• 3.4 小结
• 第四章 溶胶-凝胶法制备含光聚合单体复合材料的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂以及仪器
• 4.2.2 溶胶-凝胶法制备复合材料
• 4.2.3 溶胶-凝胶法制备含光聚合单体TPGDA的复合材料
• 4.2.4 溶胶-凝胶法制备不同光聚合单体TPGDA含量的复合材料
• 4.2.5 溶胶-凝胶法制备含光聚合单体TPGDA和TMPTA的复合材料
• 4.2.6 材料的表征及测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 常温下溶胶-凝胶的宏观状态
• 4.3.2 加入单体后复合材料力学性能的研究
• 4.3.3 复合材料的微观形貌分析
• 4.4 小结
• 第五章 含硅氧烷/改性HA复合材料的光聚合研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要试剂以及仪器
• 5.2.2 溶胶凝胶制备复合材料
• 5.2.3 材料的表征及测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 接枝硅氧烷的羟基磷灰石和硅氧烷复合凝胶的微观形态
• 5.3.2 接枝硅氧烷的羟基磷灰石和硅氧烷固化后的宏观样貌
• 5.3.3 复合材料的力学性能测试
• 5.3.4 复合材料的表面性能表征
• 5.3.5 复合材料的微观形貌分析
• 5.4 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者简介
• 导师简介
• 附录