原位（共）聚合改性HA及相關(guān)高分子復(fù)合材料.pdf

1、在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)水平飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)醫(yī)用的金屬或合金材料、陶瓷及有機填充物等已越來越不能滿足當前臨床骨替代醫(yī)療工作的需要。而作為高承載用移植材料，高分子材料在這一領(lǐng)域是一類有前景的材料。基于綜合羥基磷灰石（HA）優(yōu)良的生物性能、高分子材料良好力學(xué)性能和加工性能的設(shè)想，目前有機高分子/HA復(fù)合材料成為骨損傷修復(fù)重建材料研究的熱點。 論文的主要創(chuàng)新點是：（1）采用填料/單體原位聚合、填料/乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)/單體原位共聚合

2、技術(shù)，成功地將聚苯乙烯（PS）或聚丙烯酸丁酯（PBA）包覆（接枝）在微米羥基磷灰石（HA）和納米三氧化二銻（NSb2O3）的表面，率先測定了包覆（接枝）在HA表面的PS鏈的分子量及其分布；（2）通過原位（共）聚合改性，在填料表面包覆PS或PBA鏈，使HA、NSb2O3在聚合物基體中均勻分散，顯著提高了高抗沖聚苯乙烯（HIPS）/HA、PS/HA、高密度聚乙烯（HDPE）/HA復(fù)合材料以及HIPS/NSb2O3納米復(fù)合材料的力學(xué)性能，確定

3、了復(fù)合材料力學(xué)性能對無機粒子表面聚合物包覆層厚度、原位聚合方法和無機粒子尺寸的依賴關(guān)系，得到了填料表面臨界的PS或PBA包覆層厚度；（3）和粘著磨損機理相比，磨粒磨損機理能夠更好的解釋高分子復(fù)合材料的耐磨性。 本論文主要研究內(nèi)容和結(jié)論概括如下： 研究了HA/St、HA/BA和NSb2O3/St原位聚合動力學(xué)，結(jié)果證明這些無機粒子的存在對單體的聚合無阻聚作用，轉(zhuǎn)化率均接近100％，聚合得到的PS的重均分子量在30萬以上。V

4、TES與無機填料表面的羥基反應(yīng)而接枝在無機填料表面，一方面接枝在無機粒子表面的硅烷提高了無機填料表面的親油性，有利于與表面活性劑形成穩(wěn)定的膠束，使原位共聚合得到的分子量比原位聚合得到的分子量高、分子量分布窄。另一方面使無機填料表面帶上乙烯基，與所選用單體進行原位共聚合反應(yīng)，在無機填料表面形成的聚合物鏈以化學(xué)鍵作用為主的方式接枝在無機填料表面。由于NSb2O3的小尺寸效應(yīng)使NSb2O3比微米級HA具有更大的比表面積，在原位（共）聚合過程中

5、，PS鏈在NSb2O3表面有更高的接枝率和接枝效率。 將微米HA，分別與HIPS、PS、HDPE復(fù)合制備了HIPS/HA、PS/HA、HDPE/HA復(fù)合材料。同時采用原位（共）聚合處理NSb2O3，并與HIPS共混復(fù)合，制備了HIPS/Sb2O3納米復(fù)合材料，為后階段采用納米羥基磷灰石填充改性高分子材料提供基礎(chǔ)。系統(tǒng)地研究上述復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、熱性能、力學(xué)性能，并對增韌機理進行了探討。研究結(jié)果表明表面未處理的HA，尤其是NSb

6、2O3在聚合物基體中易團聚，復(fù)合材料界面粘接狀態(tài)差。經(jīng)過原位聚合處理后，包覆在無機顆粒表面的聚合物鏈起增容劑的作用，提高了基體與無機粒子之間的相互作用，促進了微、納米無機粒子在復(fù)合材料基體中的分散，改善了基體與無機粒子之間的界面粘接強度；而原位共聚合使大部分聚合物鏈接枝在無機填料表面，因而微、納米無機填料粒子在復(fù)合材料基體中的分散更均勻，基體與無機粒子之間的界面結(jié)合狀態(tài)進一步改善。填料表面原位聚合改性顯著提高了HIPS/HA、PS/HA

7、、HDPE/HA復(fù)合材料以及HIPS/NSb2O3納米復(fù)合材料的拉伸性能和抗沖擊性能，并存在一個臨界PS或PBA包覆層厚度。由于原位共聚合處理有利于PS或PBA鏈在NSb2O3表面的接枝，得到的復(fù)合材料力學(xué)性能更優(yōu)。分散狀態(tài)良好的納米填料比分散狀態(tài)良好的微米填料對聚合物基體具有更好的增強、增韌效果。 研究了HIPS/HA、PS/HA、HDPE/HA復(fù)合材料的磨耗性能，對磨損機理進行了探討。研究結(jié)果表明磨粒磨損機理能更好地解釋高分