铜/低密度聚乙烯复合材料的微结构调控及其对性能的影响

论文摘要

传统的宫内节育器（Intrauterine Device, IUD）是在含有硫酸钡作为显影剂的聚乙烯支架上载有铜丝或铜管的分离结构,其铜离子释放速率的调节只能通过改变带铜面积来实现。而新型IUD使用的是铜/低密度聚乙烯（Cu/LDPE）颗粒分散型复合材料,聚乙烯基体的骨架结构对铜离子有控释作用,因此其铜离子释放速率的调节可以通过复合材料的微结构调控来实现。作为IUD材料,临床上需要关注的性能主要包括铜离子释放、力学性能和生物相容性。本文主要从材料选择和生产工艺两个方面进行考虑,对Cu/LDPE复合材料进行微结构调控,以达到改善IUD材料上述性能的目的。此外,为改善材料的表面亲水性,本文还尝试利用紫外辐照处理对复合材料进行表面改性。材料选择方面的因素包括铜颗粒粒径及含量、聚乙烯粒径、致孔剂的种类和添加量等,其中致孔剂选用了NaCl、无水葡萄糖和可溶性淀粉这三种人体相容性好的物质。为研究铜离子释放性能,将各种复合材料试样浸泡在恒温37.5℃的模拟宫腔液中,利用紫外-可见分光光度计测定其每天的铜离子释放量。研究发现,Cu/LDPE复合材料在模拟宫腔液中的铜离子释放速率随着铜颗粒含量、粒径的增大和聚乙烯粒径的减小而增大,而各种致孔剂的添加都提高了复合材料的铜离子释放速率。力学性能测试是使用国家标准规定的拉伸试样在电子万能试验机上进行的,选取断裂伸长率、拉伸强度和弹性模量三个参数进行评价。测试结果表明,Cu/LDPE复合材料的力学性能随着铜含量、铜粒径及聚乙烯粒径的变化呈现出复杂的规律性,而致孔剂的添加均降低了复合材料的力学性能,其中添加NaCl时降幅最大。此外,还利用接触角仪测试了各种复合材料表面分别对水和模拟宫腔液的静态接触角,发现多数微结构调控对Cu/LDPE复合材料的表面亲水性影响甚微,只有致孔剂的添加对复合材料表面亲水性的改善效果显著。生产工艺方面主要考虑注塑温度和余料再加工次数,目的在于为IUD生产工艺的制定中注塑温度的选择和生产余料的回收再利用提供实验依据。研究表明,注塑温度对Cu/LDPE复合材料的各方面性能影响比较复杂,综合评价选定170℃为最佳注塑温度。经多次粉碎和注塑成型的Cu/LDPE复合材料各方面性能都很稳定,再加工次数对其力学性能和铜离子释放性能都不会产生显著的影响,因此在实际IUD生产中的余料再利用是完全可行的。在改善Cu/LDPE复合材料表面亲水性的探索性研究中发现,各种经过紫外辐照的复合材料对水的接触角出现大幅下降,说明紫外辐照可以用于提高复合材料的表面亲水性。此外,紫外辐照作为医疗器械普遍采用的灭菌方式,也可有效用于新型IUD的灭菌。综合考虑,紫外辐照作为新型IUD的一种后处理方式具有显著的现实意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 新型Cu/LDPE 复合材料IUD 简介
• 1.2 颗粒分散型聚合物基复合材料的微结构调控
• 1.3 医用材料的表面亲水性与生物相容性的关系
• 1.4 固液界面的亲水性原理和聚合物表面亲水性的改善
• 1.5 本课题的研究目的与构思
• 2 实验过程
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验设备
• 2.3 试样的制备
• 2.4 复合材料的微结构调控
• 2.5 结构和性能的表征
• 3 选材对 Cu/LDPE 复合材料性能的影响
• 3.1 选材方案
• 3.2 铜含量及粒径对Cu/LDPE 复合材料性能的影响
• 3.3 聚乙烯粒径对Cu/LDPE 复合材料性能的影响
• 3.4 致孔剂对Cu/LDPE 复合材料性能的影响
• 3.5 本章小结
• 4 注塑工艺对 Cu/LDPE 复合材料性能的影响
• 4.1 制样方法
• 4.2 注塑温度对Cu/LDPE 复合材料性能的影响
• 4.3 余料再加工对Cu/LDPE 复合材料性能的影响
• 4.4 本章小结
• 5 表面改性对 Cu/LDPE 复合材料性能的影响
• 5.1 实验方法
• 5.2 紫外辐照对Cu/LDPE 复合材料性能的影响
• 5.3 本章小结
• 6 全文总结
• 6.1 主要结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利