银/羟基磷灰石/聚酰胺6复合材料的制备及性能研究

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聚酰胺6(PA6)以其优良的韧性和耐摩擦性能为优势,同时酰胺键的存在赋予其良好的生物相容性,但当其单独应用于骨修复时,强度和成骨活性较低。羟基磷灰石(HA)是人骨中无机质的主要成分,具有良好的生物活性和骨诱导能力,但单一HA使用时,力学性能差,易脆断,难以用于承力部位骨组织的修复。二者的结合,可以使材料同时拥有较好的力学性能和生物性能,但也带来了新的问题,良好的生物性能使得材料有吸附细菌的危险,容易引发细菌感染而导致骨植入手术失败。纳米银(Ag)具有广谱抑菌性,不易产生耐药性等优点,且能实现抑菌行为的持续性。综上所述,本文制备了一种Ag/HA/PA6复合材料用于生物材料的初步研究。分别采用FeCl3和CaCl2的C2H5OH溶液溶解PA6,将不同含量HA的分散液加到PA6溶液中,再加入C2H5OH-H2O溶液,利用溶解度差异,将包裹着HA的PA6析出,热压成型,制得不同含量HA/PA6复合材料。研究了制备复合材料的最佳工艺参数;研究了两种络合剂的乙醇溶液对HA/PA6复合材料的结构、结晶行为、动态热机械性能和摩擦性能的影响;又初步探索了纳米银的载入对复合材料抑菌行为、细胞毒性和体外生物活性的影响。结果如下:(1)通过对络合剂摩尔比和反应温度的考察,得出了制备复合材料的最佳工艺参数。通过溶剂沉淀法,分别采用两种络合剂配位溶解PA6,制备了不同含量HA/PA6复合材料粉末。(2)对不同络合剂制备的复合材料粉末的结构和晶型进行表征,FT-IR、XRD和DSC结果表明,以FeCl3为络合剂制备的复合材料粉末中HA的官能团和晶型结构不完整,而以CaCl2为络合剂制备的HA/PA6复合材料粉末各组分的官能团和晶型结构都保持完整,红外中出现的少量位移证明了填料HA与基体PA6有一定的相互作用。(3)对不同络合剂制备的复合材料粉末的热稳定性进行表征,TG结果表明,以FeCl3为络合剂制备的复合材料粉末热稳定性与原料PA6相比显著降低,且HA的实际参与量也明显低于理论添加量,而以CaCl2为络合剂制备的复合材料拥有与PA6相当的热稳定性,而且最终失重率与理论添加量相匹配,间接反映了HA在PA6中拥有较好的分散性。(4)对不同络合剂制备的复合材料的热机械性能进行表征,DMA结果表明,两种络合剂制备的复合材料均在HA含量为40%时,模量达到最大,满足人骨所要求的模量范围。(5)对两种络合剂制备的复合材料的摩擦性能进行表征,结果表明,以CaCl2为络合剂制备的复合材料拥有较低的摩擦系数和较浅的磨痕深度。其中当HA含量为40%时,以CaCl2为络合剂制备的HA/PA6复合材料的摩擦磨损性能最好,摩擦系数为0.6,磨痕深度最浅,为38.82μm。(6)用等离子体还原法给HA/PA6(CaCl2)复合材料载银,结果表明当Ag+的理论载量为0.6 wt%时,Ag/HA/PA6复合材料满足抑菌标准,无细胞毒性现象产生,同时有较好的体外生物活性。有用于生物材料的潜力。
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