纳米羟基磷灰石/聚碳酸酯复合生物材料Ⅰ:制备及表征

使用硬脂酸对羟基磷灰石表面进行改性,制备了纳米羟基磷灰石/聚碳酸酯(n-HA/PC)复合生物材料,利用透射电子显微镜(TEM) 、红外光谱(FTIR) 、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等对羟基磷灰石和复合生物材料微观组成结构进行了表征。结果表明: 弱结晶结构的纳米羟基磷灰石经表面改性后,硬脂酸通过离子键吸附在其表面,形成有效的有机包覆层;与聚碳酸酯复合时,通过氢键与聚合物结合,改善了n-HA与PC聚合物的界面相容性;制备的n-HA/PC复合材料与自然骨力学性能相匹配。      

聚DL-丙交酯/羟基磷灰石(PDLLA/HA) 复合材料——Ⅱ : 硅烷偶联剂处理羟基磷灰石表面的作用研究

采用硅烷偶联剂(A -174) 对羟基磷灰石(HA ) 表面进行处理, XPS 分析表明, 偶联剂在羟基磷灰石表面形成多层结构, 并生成稳定的化学键O-P-Si。将经偶联剂处理的HA 微粉与聚DL -丙交酯(PDLLA ) 复合, 所制备的复合材料力学强度与处理前相比得到明显提高。SEM 显示, 经处理后的HA 微粒在PDLLA 基质中分散均匀, 两者结合紧密。本文作者认为, 加强复合材料的界面相互作用和提高填充质在基质中的分散度是提高复合材料力学强度的有效途径。     

羟基磷灰石(HA)表面改性对HA/聚乳酸复合材料力学性能的影响

采用三种高分子有机物聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)对羟基磷灰石(HA)颗粒表面进行改性处理,以便改善两相在复合时的界面结合强度,从而获得力学性能优良的复合材料.首先,将三种高分子聚合物分别溶于含HA颗粒的水溶液中,均匀分散后经喷雾干燥获得改性的粉体;然后,利用流延法获得HA/PLLA复合材料薄膜.研究了3种高分子表面改性HA颗粒后复合材料的力学性能,以及自然断面的界面结合情况.结果表明HA表面经PEG改性后,HA与PLLA间的界面结合状态优良,HA/PEG/PLLA的断裂强度较未经表面改性处理的HA颗粒与PLLA的复合材料的断裂强度提高了31%.     

新型改性的n-HA与PLGA复合材料的制备及性能研究

采用硅烷偶联剂(KH550)和L-丙交酯LLA联合接枝处理的新方法对纳米羟基磷灰石(n–HA)进行表面改性, 然后将其与聚乳酸-羟基乙酸(PLGA)作不同比例复合(n-HA为3wt%、10wt%、20wt%及30wt%), 得到改性n-HA/PLGA复合材料(g-n-HA/PLGA)。将其与未改性n-HA及未改性n-HA/PLGA复合材料作对比检测。结果表明, 该联合处理方法是n-HA进行表面接枝改性的新型有效方法。且改性处理后的n-HA与未改性处理的n-HA相比, 能更好地在PLGA基体中分散均匀, 并能提高PLGA结晶能力和PLGA的力学性能。当改性处理后的n-HA添加量为10wt%时, 其复合材料抗弯强度和拉伸强度分别比未改性n-HA/PLGA提高14.4%和11.3%。该新型g-n-HA/PLGA复合材料有望用作骨折固定材料。     

纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料力学性能

将纳米羟基磷灰石(n-HA)和聚乳酸(PUA)在溶剂中混合,干燥后再采用热压成型工艺制备n-HA/PLLA复合材料.制备过程中n-HA采用F-127和PEG改性处理.拉伸实验发现:n-HA加入PLLA基体中,能提高PLLA的塑性;PEG改性n-HA与PLLA复合力学性能较好,PEG可以改善HA的分散性.扫描电镜图片显示:与PLLA比较,PEG改性n-HA/PLLA复合材料的断裂为韧性断裂,PLLA的断裂接近脆性断裂.     

纳米羟基磷灰石/聚碳酸酯复合生物材料Ⅱ:体外生物活性

研究了纳米羟基磷灰石/聚碳酸酯(n-HA/ PC)生物复合材料在模拟体液(SBF)中的表面变化,并用傅里叶红外光谱(FTIR) 、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对材料的表面变化进行了分析。结果表明,n-HA/PC生物复合材料在模拟体液(SBF)中浸泡后,表面会沉积碳酸化羟基磷灰石(CHA),随着浸泡时间的延长,沉积层变厚,CHA晶体形貌变得规整。对n-HA/PC复合材料进行了细胞实验,通过四唑盐(MTT)检测和扫描电镜观察,表明n-HA/PC复合材料无细胞毒性,细胞形态正常,是一种有应用前景的可承力骨修复替代材料。      

纳米羟基磷灰石/壳聚糖-羧甲基纤维素复合支架材料的研究

用冷冻干燥法制备了不同比例的纳米羟基磷灰石/壳聚糖-羧甲基纤维素(n-HA/CS-CMC)无机/有机复合多孔支架材料, 并探讨了其复合机理及无机组分n-HA对复合支架的结构形貌、力学性能、体外降解性能的影响. 结果表明, 其复合支架主要是通过无机组分n-HA均匀分散充填在CS-CMC聚电解质有机网络结构中形成的, 且三组分间有较强的化学键合. 无机组分n-HA的加入使孔结构变得不规则, 孔隙率略有减小, 使复合支架的抗压缩强度提高, 并且可使其体外降解速度减慢. 无机组分n-HA含量为40\%复合支架材料的性能最佳, 有望用作骨组织工程支架材料.     

生物陶瓷及其复合材料表面诱导类骨磷灰石层形成的研究

钙磷生物材料表面类骨磷灰石层的形成对其植入体内诱导新骨生成起非常重要的作用.本实验采用2倍模拟体液(2×SBF)为介质,通过仿生浸泡的方法研究了羟基磷灰石(HA)陶瓷及其复合材料羟基磷灰石/聚乳酸(HA/PLA)、羟基磷灰石/聚己內脂(HA/PCL)、羟基磷灰石/丝素(HA/SF)和羟基磷灰石/壳聚糖(HA/CS)表面诱导类骨磷灰石层形成的差异.实验结果表明,HA陶瓷及其复合材料在2×SBF溶液中仿生浸泡7d后,各样品表面均有一层厚度不同的类骨磷灰石层生成.并且该类骨磷灰石层的结晶度较低,晶粒较细(15～30nm),与人体自然骨无机物的结构非常类似.其中,在这4种复合材料中,HA/CS和HA/SF复合材料中因丝素蛋白和壳聚糖富含多种功能基团,能有效促进类骨磷灰石晶体的形核和生长,因而诱导类骨磷灰石生成的能力最强,显示其良好的生物活性.     

纳米HA/PU复合材料的力学性能和热性能

以4 , 4′-亚甲基二环己基二异氰酸酯( H₁₂MDI) 、聚乙二醇、蓖麻油、1 , 4-丁二醇和具有生物活性的纳米羟基磷灰石(n-HA) 为原料, 采用预聚法制备了纳米羟基磷灰石/ 聚氨酯( HA/PU) 复合材料, 并对其力学性能和热性能进行了研究。结果表明: 复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随n-HA 含量的增加而提高。当n-HA 的质量百分数为30 %时, 复合材料的综合力学性能达到最佳, 与纯PU 相比, 拉伸强度和断裂伸长率分别提高了186 %和107 %。动态力学分析得出复合材料的储能模量随n-HA 质量百分含量的增加而显著上升。TGA 试验表明HA/PU 纳米复合材料的热稳定性能随n2 HA 的添加得到改善, 而DSC 分析显示n-HA 的加入在一定程度上降低了PU 软段的结晶度。这些结果均表明该n-HA/PU 是一种有应用前景的组织工程材料。      

短切碳纤维/羟基磷灰石生物复合材料的制备及性能

以短切碳纤维为增强相, 采用原位复合法制备短切碳纤维(C_f)/羟基磷灰石(HA)生物复合材料。为提高材料的界面结合, 对C_f表面进行氧化处理。对纯HA结构、 C_f表面以及复合材料断口形貌分别采用XRD、 FTIR、 SEM进行分析表征; 采用万能试验机对复合材料进行力学性能测试。结果表明: 氧化处理后C_f表面变粗糙, 有羟基羧基官能团出现; C_f质量分数为3%时C_f/HA复合材料相对密度最大, 力学性能最好, 弯曲强度和弯曲模量分别约为130 MPa和36 GPa。C_f/HA复合材料断口SEM照片表明, C_f质量分数低于6%时能够实现在HA基体中的均匀分布。      

羟基磷灰石的表面改性对羟基磷灰石/聚醚醚酮复合材料力学和摩擦性能的影响

采用共沉淀法制备纳米羟基磷灰石（HA）,并用硅烷偶联剂KH560对其进行表面改性;然后,以聚醚醚酮（PEEK）为基体,通过热压成型工艺制备原始HA/PEEK与改性HA/PEEK复合材料。考察两种HA的引入对复合材料结构、力学性能和摩擦性能的影响。利用XRD、FTIR、FESEM、拉伸测试、DMA和摩擦测试对两种HA/PEEK复合材料的结构和性能进行了表征。结果表明：HA表面引入了硅烷偶联剂KH560;改性前后HA的晶型结构没有明显改变;两种HA对PEEK基体的结晶结构也没有产生影响;改性HA在PEEK基体中分散均匀;与纯PEEK相比,10wt%改性HA/PEEK复合材料的储能模量增加了55.56%,玻璃化温度增加了3.6℃,磨痕深度降低了31.1%,有效改善了复合材料的热力学性能和摩擦性能;改性HA/PEEK拉伸强度为68.33 MPa,能够满足人骨的强度要求。     

Preparation and characterization of nano-hydroxyapatite/silicone rubber composite

To take advantage of the merits for both hydroxyapatite (HA) and silicone rubber (SR) in medical applications, we developed a novel method to produce a new nano-composite of these two widely used biomaterials. In this work, n-HA (nano-hydroxyapatite) slurry, which was modified by silane coupling agent, was mixed with silicone gum and the nano-composite could therefore be achieved. It is found that the dispersion states of the n-HA particles in SR are homogeneous and the mechanical properties of the composite can be improved significantly. The composites with micrometer HA (μ-HA) and SR were taken as the contrast for comparison. We find that the tensile strength of the n-HA/SR composite can be enhanced greatly in comparison with that of the μ-HA/SR composite.     

纳米氧化锑锡增强聚碳酸酯的阻红外隔热性能

为在提高聚碳酸酯(PC)隔热性能的同时保持较高的透明度,以纳米氧化锑锡(ATO)为红外阻隔剂,采用溶胶-凝胶法制备了一系列硅烷偶联剂KH-570改性纳米ATO/PC复合材料。通过激光粒度分布仪和SEM研究了纳米ATO的粒径分布及其在PC基体中的分散情况,采用拉力试验机、分光光度计以及隔热效果模拟装置测定了复合材料的力学性能、透射性能和隔热效果。结果表明:硅烷改性纳米ATO在PC基体中分散均匀;复合材料的拉伸强度和冲击强度分别保持在60.0 MPa和16.0kJ·m-2以上;随着纳米ATO质量分数的增加,纳米ATO/PC复合材料的阻红外隔热性能改善;当纳米ATO含量为0.5wt%时,纳米ATO/PC复合材料的可见光透过率高于80%,隔热效果模拟装置内外温差达3.9℃。     

Coupling of HDPE/hydroxyapatite composites by silane-based methodologies

Several coupling treatments based on silane chemicals were investigated for the development of high density (HDPE)/hydroxyapatite (HA) composites. Two HA powders, sintered HA (HAs) and non sintered HA (HAns), were studied in combination with five silanes, namely y-methacryloxy propyltrimethoxy silane (MEMO), 3-(2-aminoethyl)aminopropyltrimethoxy silane (DAMO), vinyltrimethoxy silane (VTMO), 3-aminopropyltriethoxy silane (AMEO) and trimethoxypropyl silane (PTMO). The HA particles were treated by a dipping in method or by spraying with silane solutions. After drying, the treated powders were compounded with HDPE or HDPE with acrylic acid and/or organic peroxide and subsequently compression molded. The tensile test specimens obtained from the molded plates were tensile tested and their fracture surfaces were observed by scanning electron microscopy (SEM). For the sintered HA (HAs) composites, the most effective coupling treatments concerning stiffness are those based on MEMO and AMEO. The low influence of these coupling procedures on strength is believed to be associated to the low volume fraction and the relatively smooth surface of the used HA particles. For the non-sintered HA (HAns) composites, it was possible to improve significantly both the stiffness and the strength. Amino silanes demonstrated to be highly efficient concerning strength enhancement. The higher effectiveness of the coupling treatments for HAns filled composites is attributed to their higher particle surface area, smaller particle size distribution and expected higher chemical reactivity. For both cases, the improvement in mechanical performance after the coupling treatment is consistent with the enhancement in interfacial adhesion observed by SEM.     

偶联剂对聚氯乙烯/粘土纳米复合材料结构与性能的影响

采用固相法、用自制的插层剂和偶联剂对粘土进行有机化插层改性制备出有机粘土;然后采用熔融插层法制备了聚氯乙烯(PVC)/有机粘土纳米复合材料。研究表明,偶联剂KH-560处理的有机粘土与PVC形成插层型纳米复合材料,偶联剂KH-550处理的有机粘土与PVC形成的则是剥离型纳米复合材料。PVC/有机粘土的拉伸强度和冲击强度都有显著提高;KH550处理的有机粘土对PVC的改性效果明显优于KH560处理的有机粘土的改性效果。     

电沉积锌镍掺杂硅烷复合膜的耐蚀性能

单纯的锌镍镀层和KH-560硅烷膜的耐蚀性均为不佳。以KH-560作硅烷偶联剂、锌镍作掺杂颗粒,在碳钢表面沉积含有锌镍颗粒的KH-560复合膜。通过Tafel极化曲线、电化学阻抗谱及中性盐雾腐蚀表征了该复合膜的耐腐蚀性能,并将其与磷化膜、锌镍镀层及KH-560膜进行了比较;通过红外光谱和EDS能谱分析了复合膜的化学成分,通过SEM表征了其微观结构。结果显示:掺杂有锌镍颗粒的KH-560复合膜比其他膜都具有致密的结构和优异的耐腐蚀性能。     

纳米SiO_2表面处理对MC尼龙复合材料结构与性能的影响

为提高MC尼龙的综合性能,采用KH-550硅烷偶联剂处理纳米SiO2,根据阴离子聚合反应制备MC尼龙SiO2纳米复合材料,探讨了表面处理纳米SiO2与熔体的作用机理,并进行复合材料的结构表征与性能测试.研究表明：纳米SiO2表面包覆硅烷偶联剂,其有机官能团氨基进攻聚合反应体系中酰亚胺结构的羰基,两者通过化学键实现界面结...     

Improved mechanical properties of HIPS/hydroxyapatite composites by surface modification of hydroxyapatite via in-situ polymerization of styrene

High impact polystyrene (HIPS)/hydroxyapatite (HA) composites are potential biomaterials for bone replacements due to their good biocompatibility and adequate mechanical properties. At the present work, the surface of the micron-sized hydroxyapatite (HA) particles was modified by in situ polymerization of styrene (St), then compounded with HIPS. The effect of the modification of HA surface on morphology and mechanical properties of HIPS/HA composites were investigated. The results showed that the HA particles does not inhibit the polymerization of St. The PS segments coated on the HA surface by in situ polymerization of St enhances the compatibility between HA and HIPS, improves the dispersion of HA particles in HIPS matrix, and enhances the interfacial adhesion between HA and matrix. Thereby, the stiffness, tensile strength and notch impact strength of HIPS/HA composites are improved at the same time. And there is a critical coating thickness of PS on the HA surface for the optimum mechanical properties of HIPS/HA composites.