原位自发泡制备磷酸钙/聚氨酯复合骨修复支架
发布时间：2020-12-24 03:08
磷酸钙/聚氨酯(Ca P/PU)复合骨修复支架制备过程中随着材料体系粘度逐渐增大,后期加入的发泡剂难于均匀分散,影响支架孔隙率及孔结构均匀性。本研究在Ca P/PU材料合成过程中将发泡剂水以磷酸氢钙结晶水合物(DCPD)的形式均匀复合在材料中,在一定条件下释放结晶水与聚氨酯(PU)中的异氰酸根反应生成CO2,实现自发泡成型。实验结果显示,90℃条件下自发泡制备的Ca P/PU支架孔隙率高、孔结构均匀、贯通性好。将90℃发泡成型的Ca P/PU多孔支架在110℃再熟化处理,可提高支架的力学性能高达1倍以上。该方法简便易行,为聚氨酯基多孔支架的制备提供了新思路。
【文章来源】：无机材料学报. 2016年07期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
聚氨酯聚合反应示意图
第7期李根,等:原位自发泡制备磷酸钙/聚氨酯复合骨修复支架721图1聚氨酯聚合反应示意图Fig.1Syntheticschemeofpolyurethane1.4孔隙率测定与孔径分布统计采用水浸渍法测定孔隙率[15]:干燥待测样品,测量体积为V,称重(W1);然后浸入去离子水(密度ρ)中直至充盈浸透,取湿样称重(W2),由公式(1)计算孔隙率P。从多孔支架的SEM照片中随机选取100个孔,用ImageJ分析软件统计支架的孔径分布。21100%WWPV(1)2结果与讨论2.1多孔支架形貌图2显示,80℃时制备的复合支架(图2(a))孔径较小,孔分布不均匀,且存在较多闭合孔,孔隙贯通性较差;而90℃发泡制备的支架(图2(b))中,孔径分布相对均匀,主要集中在300~600μm,孔形貌规则,贯通性高;100℃和110℃制备的支架孔径较大,分布不均匀,大量孔的孔径超过1000μm(图2(c,d))。本研究中发泡剂水是通过均匀分散在复合材料中的DCPD中的结晶水在一定温度条件下释放获得,熟化发泡温度对DCPD/PU复合支架的孔径大孝分布和孔隙率大小起主导作用。对比观察支架的孔隙结构可见,随着熟化发泡温度的升高,支架的孔径增大。DCPD在温度高于75℃后会逐渐失去结晶水,在发泡过程中,均匀分散在DCPD/PU复合材料中。从材料内部均匀释放出水,可与PU中的异氰酸根反应生成CO2,实现复合材料体系的“均相”自发泡成型。从反应热力学与动力学角度出发,温度越高,反应体系单位时间释放的自由水越多,生成的CO2越多,进而越易快速逸出或者合并,从而导致孔径大小分布的差异(图2)。当在80℃熟化发泡时,尽管温度略高于DCPD释放结晶水的温度,但因温度相对较低和DCPD包埋于PU基质中等原因,释放结晶水的速率和量都较小,相应反应生成CO2也较少,支架孔径较小,贯通性差。当采用100℃和110℃熟化发泡制
嗫字Ъ躕RD图谱中的衍射峰为固定XRD样品所用橡皮泥(plasticine)衍射峰。由于多孔支架难以制成粉末,测试时使用橡皮泥将较平整的支架薄片固定在XRD样品台上,在收集XRD图谱时,出现了橡皮泥的干扰峰。2.3支架孔隙率与力学性能nHA-DCPD/PU-1和nHA-DCPD/PU-2支架的强度和模量显著高于DCPD/PU支架(表2),如nHA-DCPD/PU-1的压缩强度和模量分别约1.3和1.9倍于DCPD/PU复合支架,主要与DCPD/PU支架的孔隙率较高有关。压缩强度等力学性能与多孔支架的孔隙率密切相关,孔隙率越小,孔壁越厚,多孔支架的密度越大,抗压能力也越强。图390℃熟化发泡制备的磷酸钙盐/聚氨酯(CaP/PU)多孔支架的SEM照片(a~c)及孔径分布图(d~f)Fig.3SEMimages(a-c)andporesizedistribution(d-f)ofCaP/PUporousscaffoldsfabricatedat90℃(a,d)DCPD/PU;(b,e)nHA-DCPD/PU-1;(c,f)nHA-DCPD/PU-2
【参考文献】：
期刊论文
[1]醇化改性蓖麻油基聚氨酯/n-HA复合支架材料的结构及力学性能[J]. 李丽梅,左奕,杜晶晶,李吉东,孙斌,李玉宝. 无机材料学报. 2013(08)
本文编号：2934859
【文章来源】：无机材料学报. 2016年07期 北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
聚氨酯聚合反应示意图
第7期李根,等:原位自发泡制备磷酸钙/聚氨酯复合骨修复支架721图1聚氨酯聚合反应示意图Fig.1Syntheticschemeofpolyurethane1.4孔隙率测定与孔径分布统计采用水浸渍法测定孔隙率[15]:干燥待测样品,测量体积为V,称重(W1);然后浸入去离子水(密度ρ)中直至充盈浸透,取湿样称重(W2),由公式(1)计算孔隙率P。从多孔支架的SEM照片中随机选取100个孔,用ImageJ分析软件统计支架的孔径分布。21100%WWPV(1)2结果与讨论2.1多孔支架形貌图2显示,80℃时制备的复合支架(图2(a))孔径较小,孔分布不均匀,且存在较多闭合孔,孔隙贯通性较差;而90℃发泡制备的支架(图2(b))中,孔径分布相对均匀,主要集中在300~600μm,孔形貌规则,贯通性高;100℃和110℃制备的支架孔径较大,分布不均匀,大量孔的孔径超过1000μm(图2(c,d))。本研究中发泡剂水是通过均匀分散在复合材料中的DCPD中的结晶水在一定温度条件下释放获得,熟化发泡温度对DCPD/PU复合支架的孔径大孝分布和孔隙率大小起主导作用。对比观察支架的孔隙结构可见,随着熟化发泡温度的升高,支架的孔径增大。DCPD在温度高于75℃后会逐渐失去结晶水,在发泡过程中,均匀分散在DCPD/PU复合材料中。从材料内部均匀释放出水,可与PU中的异氰酸根反应生成CO2,实现复合材料体系的“均相”自发泡成型。从反应热力学与动力学角度出发,温度越高,反应体系单位时间释放的自由水越多,生成的CO2越多,进而越易快速逸出或者合并,从而导致孔径大小分布的差异(图2)。当在80℃熟化发泡时,尽管温度略高于DCPD释放结晶水的温度,但因温度相对较低和DCPD包埋于PU基质中等原因,释放结晶水的速率和量都较小,相应反应生成CO2也较少,支架孔径较小,贯通性差。当采用100℃和110℃熟化发泡制
嗫字Ъ躕RD图谱中的衍射峰为固定XRD样品所用橡皮泥(plasticine)衍射峰。由于多孔支架难以制成粉末,测试时使用橡皮泥将较平整的支架薄片固定在XRD样品台上,在收集XRD图谱时,出现了橡皮泥的干扰峰。2.3支架孔隙率与力学性能nHA-DCPD/PU-1和nHA-DCPD/PU-2支架的强度和模量显著高于DCPD/PU支架(表2),如nHA-DCPD/PU-1的压缩强度和模量分别约1.3和1.9倍于DCPD/PU复合支架,主要与DCPD/PU支架的孔隙率较高有关。压缩强度等力学性能与多孔支架的孔隙率密切相关,孔隙率越小,孔壁越厚,多孔支架的密度越大,抗压能力也越强。图390℃熟化发泡制备的磷酸钙盐/聚氨酯(CaP/PU)多孔支架的SEM照片(a~c)及孔径分布图(d~f)Fig.3SEMimages(a-c)andporesizedistribution(d-f)ofCaP/PUporousscaffoldsfabricatedat90℃(a,d)DCPD/PU;(b,e)nHA-DCPD/PU-1;(c,f)nHA-DCPD/PU-2
【参考文献】：
期刊论文
[1]醇化改性蓖麻油基聚氨酯/n-HA复合支架材料的结构及力学性能[J]. 李丽梅,左奕,杜晶晶,李吉东,孙斌,李玉宝. 无机材料学报. 2013(08)
本文编号：2934859
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