磷酸化聚醚醚酮-納米羥基磷灰石復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、近幾年，聚合物基生物復(fù)合材料作為骨修復(fù)材料越來越引起研究者的濃厚興趣。其中聚醚醚酮（PEEK）作為一種高性能工程塑料，因具有強(qiáng)耐水解性，在紫外光照射的抗菌處理情況下依舊具有極好的化學(xué)穩(wěn)定性，以及優(yōu)異的生物相容性，而在醫(yī)療領(lǐng)域得到了廣泛的研究，然而也因?yàn)槿狈σ欢ǖ纳锘钚?，其?yīng)用和發(fā)展受到了極大的限制。聚醚醚酮（PEEK）/羥基磷灰石（HA）復(fù)合材料因?yàn)榧婢呔勖衙淹錾幕瘜W(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的機(jī)械性能以及羥基磷灰石杰出的生物活性而成為骨科修復(fù)

2、領(lǐng)域最具潛力的研究方向之一。有許多學(xué)者就PEEK和微米級(jí)以及納米級(jí)的HA復(fù)合材料進(jìn)行研究，取得了大量研究成果，但是PEEK基體與HA之間表面結(jié)合作用差導(dǎo)致復(fù)合材料的機(jī)械性能不佳是目前最大的問題，故改變二者的表面性質(zhì)以改善二者的表面結(jié)合力至關(guān)重要。
　　本文通過化學(xué)改性向聚醚醚酮主鏈上引入磷酸基團(tuán)，以改變聚合物表面性質(zhì)，使其與羥基磷灰石表面的磷酸根之間產(chǎn)生強(qiáng)的結(jié)合作用，另外對(duì)納米羥基磷灰石表面進(jìn)行改性，解決聚合物基體中納米顆粒之間的

3、團(tuán)聚現(xiàn)象，通過溶液混合和澆筑的方法制備PEEK/HA復(fù)合材料，對(duì)其性能進(jìn)行表征和分析。具體包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：
　　1、磷酸化聚醚醚酮的制備。通過氯甲基化反應(yīng)向聚醚醚酮主鏈中引入氯甲基基團(tuán)，控制反應(yīng)溫度、時(shí)間等條件實(shí)現(xiàn)氯甲基化反應(yīng)的可控性研究。利用Michaels–Arbuzov反應(yīng)對(duì)氯甲基化聚醚醚酮進(jìn)行后磷酸化改性，使磷酸酯基團(tuán)取代氯離子，將改性聚合物進(jìn)行水解成功向聚醚醚酮主鏈引入磷酸基團(tuán)。使用傅里葉變換紅外、核磁共振等手段對(duì)以上

4、各步改性產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；用XRD表征聚合物在改性前后的晶體結(jié)構(gòu)變化；用TGA、DCS等手段表征了改性聚合物的熱性能。結(jié)果表明，成功向聚醚醚酮主鏈引入磷酸基團(tuán)，磷酸基團(tuán)的引入改變了聚醚醚酮的晶體結(jié)構(gòu)和熱性能，導(dǎo)致聚合物熱分解溫度降低，玻璃化溫度升高，本文預(yù)采用溶液澆鑄法實(shí)現(xiàn)成型加工。
　　2、納米羥基磷灰石的制備和改性。采用硝酸鈣和磷酸氫二銨沉淀法成功合成納米羥基磷灰石，TEM分析發(fā)現(xiàn)大部分羥基磷灰石都團(tuán)聚成不同尺寸的大顆粒，只

5、有少部分是分散狀態(tài)。先用聚乙二醇對(duì)羥基磷灰石漿液進(jìn)行預(yù)分散以改善其硬團(tuán)聚，之后使用KH550對(duì)其干燥后的粉末進(jìn)行化學(xué)改性。使用XRD、FTIR、TEM、粒徑分析儀等對(duì)進(jìn)行表征，結(jié)果表明，本文成功合成長(zhǎng)50~100 nm，寬8~10 nm的針狀羥基磷灰石，且表面成功接枝KH550。采用4 wt.％聚乙二醇預(yù)分散，KH550化學(xué)改性結(jié)果最佳，納米羥基磷灰石的團(tuán)聚現(xiàn)象有很大的改善。
　　3、磷酸化聚醚醚酮/納米羥基磷灰石復(fù)合材料的制備與

6、性能。首先將磷酸基團(tuán)改性的聚醚醚酮溶解在NMP中，攪拌情況下加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的改性納米羥基磷灰石，得到不同配比的聚醚醚酮/納米羥基磷灰石溶液，通過溶液澆鑄法制備出不同含量納米羥基磷灰石的復(fù)合材料，利用SEM、TGA、萬能試驗(yàn)機(jī)等對(duì)復(fù)合材料的表面形貌、熱性能、機(jī)械性能進(jìn)行表征和分析，結(jié)果表明復(fù)合材料呈多孔結(jié)構(gòu)，n-HA被包覆在孔中，結(jié)合良好；熱性能結(jié)果表明兩種材料之間的氫鍵導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨n-HA含量的增加逐漸變大；拉伸強(qiáng)度隨n-HA