新型宮內(nèi)節(jié)育器材料——納米金屬銅-聚乙烯復(fù)合材料的制備與表征.pdf

1、在眾多的避孕方法中，宮內(nèi)節(jié)育器(IUD)由于具有長效、安全、簡便、可逆、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，因而成為世界上特別是中國的廣大育齡女性廣泛使用的一種節(jié)育器具。在我國已婚育齡婦女中，應(yīng)用IUD進(jìn)行避孕者達(dá)40﹪以上?，F(xiàn)在廣泛使用的含銅IUD還存在如疼痛、出血和月經(jīng)紊亂等副作用，這些副作用與現(xiàn)有含銅IUD存在的缺陷有關(guān)。這些缺陷主要是置入初期銅離子存在“爆釋”、金屬銅與子宮內(nèi)膜直接接觸、金屬銅的有效利用率不高、金屬銅表面會(huì)變粗糙和沉積堅(jiān)硬沉積物等等。為

2、解決這些問題，研制了一種全新的IUD材料即聚合物基納米金屬復(fù)合材料，這是目前為止世界上第一個(gè)將聚合物基納米金屬復(fù)合材料應(yīng)用于計(jì)劃生育領(lǐng)域所進(jìn)行的研究工作。 本文選用低密度聚乙烯(LDPE)為基體材料、納米銅(nano-Cu)顆粒為活性物質(zhì)，采用熔融共混法成功制備出了Cu/LDPE納米復(fù)合材料，并對(duì)其組織結(jié)構(gòu)、非等溫結(jié)晶行為、熱穩(wěn)定性與力學(xué)性能、吸水性能、釋放性能及自潔功能等進(jìn)行了研究。 對(duì)組織結(jié)構(gòu)的研究表明，Cu/LDP

3、E納米復(fù)合材料是LDPE和nano-Cu顆粒的一種簡單混合物，雖然nano-Cu顆粒在基體中存在團(tuán)聚等現(xiàn)象，但總體上分布是均勻的，并且加入的nano-Cu顆粒對(duì)納米復(fù)合材料聚合物基體的結(jié)晶有顯著影響而導(dǎo)致其具有不同于純LDPE的結(jié)晶形態(tài)。 對(duì)非等溫結(jié)晶行為的研究表明：隨著nano-Cu含量的增加，納米復(fù)合材料的融化溫度降低、結(jié)晶溫度升高、結(jié)晶度減?。浑S著冷卻速率的增大，純LDPE和納米復(fù)合材料的結(jié)晶溫度范圍都明顯增大、結(jié)晶溫度降

4、低，且在各種冷卻速率下納米復(fù)合材料的結(jié)晶溫度都高于純LDPE。說明加入的nano-Cu在增大聚合物基體結(jié)晶的形核率的同時(shí)，也阻礙了分子鏈的運(yùn)動(dòng)而減小了晶體的生長速率； 對(duì)熱穩(wěn)定性和力學(xué)性能的研究表明：納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性好于純LDPE而又不同于微米復(fù)合材料，它隨著nano-Cu含量的增加而急劇增加，在2wt.﹪時(shí)達(dá)到高于純LDPE18℃左右的峰值，以后隨著又nano-Cu含量的增加逐漸降低，而微米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性在微米銅(m

5、icro-Cu)含量為6wt.﹪時(shí)才達(dá)到峰值且以后不再隨含量增加而改變。這種差異與不同尺寸的銅顆粒對(duì)聚合物基體分解產(chǎn)物揮發(fā)的阻礙作用不同、以及nano-Cu的尺寸效應(yīng)導(dǎo)致它與聚合物基體之間的界面作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于微米顆粒有關(guān)；Cu/LDPE納米復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度小于純LDPE并隨著其中銅含量的增加而降低，這與nano-Cu的加入減少了復(fù)合材料橫斷面上聚合物基體的有效承載面積率有關(guān)。另外，納米復(fù)合材料由于軸向的聚合物基體仍然連成一片而具有相當(dāng)好

6、的塑性，它在長期浸泡釋放出銅離子后因基體中的應(yīng)力集中得到釋放而具有更好的力學(xué)性能； 對(duì)吸水性能的研究表明：納米復(fù)合材料具有良好的吸水能力，并隨nano-Cu含量的增加而顯著增加，在銅含量為25wt.﹪時(shí)，納米復(fù)合材料的吸水能力是微米復(fù)合材料的43.6倍、是純LDPE的183倍；其吸水過程遵循經(jīng)典的擴(kuò)散理論即菲克定律，并且理論數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)能夠很好地吻合；在復(fù)合材料具有良好吸水能力的多方面原因中，nano-Cu的尺寸效應(yīng)是最重要的

7、影響因素。 對(duì)釋放性能的研究表明：納米復(fù)合材料完全能夠克服現(xiàn)有含銅IUD的“爆釋”現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)銅離子的持續(xù)而平穩(wěn)釋放；熱加工工藝對(duì)材料的釋放性能有不同的影響：納米復(fù)合材料的銅離子釋放速率隨著nano-Cu含量的增加而增大，與熱加工溫度沒有多少關(guān)系，與熱加工壓力有關(guān)但規(guī)律不明確，有待進(jìn)一步跟蹤分析； 對(duì)在模擬宮腔液中浸泡兩年的現(xiàn)有含銅IUD的銅套、聚乙烯支架和新型IUD材料試樣的表面形貌、沉積物等的對(duì)比分析表明：納米復(fù)合材料

8、不同于IUD的銅套而類似于聚乙烯支架，在其表面沒有發(fā)現(xiàn)P、Ca等其它元素沉積。納米復(fù)合材料表面能夠保持清潔的根本原因在于它與宮腔液接觸的絕大部分是憎水性的聚乙烯基體，而聚乙烯表面對(duì)金屬銅在宮腔液中的親水性腐蝕產(chǎn)物的黏附能力非常差。 這些研究結(jié)果都表明，Cu/LDPE納米復(fù)合材料完全可作為一種新型的IUD材料，并且能夠通過組織結(jié)構(gòu)和制備工藝參數(shù)等的調(diào)整而實(shí)現(xiàn)銅離子釋放的可控、可設(shè)計(jì)；材料的銅離子可控釋放與獨(dú)特的表面自潔等功能，使其