新型宫内节育器材料——纳米金属铜/聚乙烯复合材料的制备与表征

论文题目: 新型宫内节育器材料——纳米金属铜/聚乙烯复合材料的制备与表征

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料科学与工程

作者: 夏先平

导师: 谢长生

关键词: 纳米复合材料,含铜宫内节育器,低密度聚乙烯,纳米铜,组织与结构,性能

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 在众多的避孕方法中,宫内节育器(IUD)由于具有长效、安全、简便、可逆、经济等特点,因而成为世界上特别是中国的广大育龄女性广泛使用的一种节育器具。在我国已婚育龄妇女中,应用IUD 进行避孕者达40%以上。现在广泛使用的含铜IUD还存在如疼痛、出血和月经紊乱等副作用,这些副作用与现有含铜IUD 存在的缺陷有关。这些缺陷主要是置入初期铜离子存在“爆释”、金属铜与子宫内膜直接接触、金属铜的有效利用率不高、金属铜表面会变粗糙和沉积坚硬沉积物等等。为解决这些问题,我们研制了一种全新的IUD 材料即聚合物基纳米金属复合材料,这是目前为止世界上第一个将聚合物基纳米金属复合材料应用于计划生育领域所进行的研究工作。我们选用低密度聚乙烯(LDPE)为基体材料、纳米铜(nano-Cu)颗粒为活性物质,采用熔融共混法成功制备出了Cu/LDPE 纳米复合材料,并对其组织结构、非等温结晶行为、热稳定性与力学性能、吸水性能、释放性能及自洁功能等进行了研究。对组织结构的研究表明,Cu/LDPE 纳米复合材料是LDPE 和nano-Cu 颗粒的一种简单混合物,虽然nano-Cu 颗粒在基体中存在团聚等现象,但总体上分布是均匀的,并且加入的nano-Cu 颗粒对纳米复合材料聚合物基体的结晶有显著影响而导致其具有不同于纯LDPE 的结晶形态。对非等温结晶行为的研究表明:随着nano-Cu 含量的增加,纳米复合材料的融化温度降低、结晶温度升高、结晶度减小; 随着冷却速率的增大,纯LDPE 和纳米复合材料的结晶温度范围都明显增大、结晶温度降低,且在各种冷却速率下纳米复合材料的结晶温度都高于纯LDPE。说明加入的nano-Cu 在增大聚合物基体结晶的形核率的同时,也阻碍了分子链的运动而减小了晶体的生长速率; 对热稳定性和力学性能的研究表明:纳米复合材料的热稳定性好于纯LDPE 而又不同于微米复合材料,它随着nano-Cu 含量的增加而急剧增加,在2wt.%时达到高于纯LDPE18℃左右的峰值,以后随着又nano-Cu 含量的增加逐渐降低,而微米复合材料的热稳定性在微米铜(micro-Cu)含量为6wt.%时才达到峰值且以后不再随含量增加而改变。这种差异与不同尺寸的铜颗粒对聚合物基体分解产物挥发的阻碍作用不同、以及nano-Cu 的尺寸效应导致它与聚合物基体之间的界面作用远远大于微米颗粒有关; Cu/LDPE纳米复合材料的抗拉强度小于纯LDPE并随着其中铜含量的增加而降低,这与nano-Cu 的加入减少了复合材料横断面上聚合物基体的有效承载面积率有关。另

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1．1 开展新型宫内节育器材料研制的意义

1．2 纳米金属/聚合物复合材料的研究现状

1．3 IUD 及其材料的发展与IUD 的性能

1．4 现有含铜IUD 存在的问题

1．5 聚合物基纳米金属铜复合材料作为IUD 材料的理论基础

1．6 新型IUD 材料预期达到的要求与技术指标

1．7 新型IUD 材料的技术关键与技术方案

2 聚合物基纳米金属铜复合材料的基体材料与制备方法选取

2．1 聚合物基体材料选取的基本条件

2．2 聚合物基体材料的选取

2．3 纳米复合材料制备方法的选取

2．4 本章小结

3 Cu/LDPE 纳米复合材料的制备与表征

3．1 实验材料、试剂、仪器与设备

3．2 复合材料的制备

3．3 材料的表征

3．4 本章小结

4 Cuu/LDPE 纳米复合材料的组织与结构研究

4．1 Cu/LDPE 纳米复合材料的物相构成

4．2 nano-Cu 的尺寸、形态与分布

4．3 聚合物基体的结晶形态

4．4 本章小结

5 Cu/LDPE 纳米复合材料的非等温结晶行为

5．1 前言

5．2 非等温结晶行为研究的实验过程

5．3 纳米铜含量对非等温结晶行为的影响

5．4 冷却速率对非等温结晶行为的影响

5．5 非等温结晶行为分析

5．6 结晶激活能的计算

5．7 本章小结

6 Cu/LDPE 纳米复合材料的热稳定性与力学性能研究

6．1 前言

6．2 Cu/LDPE 纳米复合材料的热稳定性能研究

6．3 Cu/LDPE 纳米复合材料的力学性能研究

6．4 本章小结

7 Cu/LDPE 纳米复合材料的吸水性能研究

7．1 前言

7．2 吸水性能研究的理论基础

7．3 吸水性能研究的实验过程

7．4 Cu/LDPE 纳米复合材料的吸水规律

7．5 Cu/LDPE 纳米复合材料吸水原因分析

7．6 本章小结

8 Cu/LDPE 纳米复合材料的释放性能研究

8．1 前言

8．2 试样的制备与铜离子释放速率的测定

8．3 Cu/LDPE 的纳米复合材料的铜离子释放特征

8．4 热加工工艺参数对复合材料铜离子释放速率的影响

8．5 本章小结

9 Cu/LDPE 纳米复合材料的自洁功能研究

9．1 前言

9．2 分析试样的准备与观察

9．3 各种试样表面的SEM 形貌和EDS 能谱

9．4 三种试样表面状况不同的原因分析

9．5 本章小结

10 全文总结

10．1 主要结论

10．2 需要完善的工作

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文目录

附录2 攻读学位期间申请专利目录

发布时间: 2006-04-05

参考文献

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