丝素蛋白-碳纳米管/聚ε-己内酯形状记忆复合材料的制备及其性能研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ylm1982123
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化学交联聚ε-己内酯(c-PCL)形状记忆材料具有良好的生物相容性和生物可降解性,但其力学性能相对较弱,从而在生物医学领域的应用受到较大的限制。因此,提高c-PCL形状记忆材料的力学性能是实现其在生物医学领域应用的关键技术问题。本文选用c-PCL为基体材料,探索采用丝素蛋白(SF)粉体和SF功能化碳纳米管(SF-M)为增强体,通过溶液共混法和热压法制备c-PCL形状记忆复合材料,重点研究增强体在体系中的含量对c-PCL基形状记忆复合材料力学性能和形状记忆特性等相关性能的影响。  首先,以颗粒状SF为增强体,c-PCL为基体材料,通过溶液共混法和热压法制备了SF颗粒增强c-PCL(SF/c-PCL)形状记忆复合材料,并研究了SF含量对复合材料形貌结构、力学性能、以及形状记忆性能的影响。结果表明:SF含量对复合材料的界面性能具有一定影响,SF含量低于15wt%的复合材料试样具有良好的界面结合性能;其中,SF含量为5wt%的复合材料试样具有良好的力学性能,其杨氏模量提高至82.16MPa,此外,复合材料还显示了优异的形状记忆性能和良好的稳定性,其形状记忆固定率和回复率分别达到94.88%和90.37%。  其次,拟选用具有良好力学性能的碳纳米管(CNTs)为增强填料以进一步提高复合材料的力学性能。为提高CNTs在基体材料中的分散性,降低CNTs的细胞毒性,采用SF改性CNTs,研究SF改性对CNTs的形貌结构、分散性、及细胞毒性等特性的影响。通过透射电子显微镜(TEM)、红外光谱(FTIR)及X射线光电子能谱分析(XPS)证明了SF成功接枝到CNTs表面。通过分散性和细胞毒性分析表明,SF改性CNTs的分散性和生物相容性均显著提高。  最后,采用SF-M作为增强材料,通过溶液共混法和热压法制备了SF-M增强c-PCL(SF-M/c-PCL)形状记忆复合材料。并探讨研究了SF-M/c-PCL复合材料形貌结构、力学性能、以及形状记忆性能。结果表明:SF-M在复合材料基体中具有良好的分散性和界面结合性能;与纯c-PCL试样相比,SF-M/c-PCL复合材料的力学性能得到显著提升。其中,当复合材料中SF-M含量仅为0.1wt%时,复合材料的杨氏模量和拉伸强度分别提高了20MPa和1.22MPa,并且,此时复合材料仍保持良好的形状记忆性能,其形状记忆固定率和回复率仍可达到87.82%和86.52%。
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