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左旋聚乳酸(Poly(L-lactide),简称PLLA)是一种很有前景的脂肪族聚酯,近几十年受到了很多关注,主要是由于PLLA具有可再生性、生物可降解性、好的生物相容性以及可加工性,与其他生物可降解材料相比,具有较高的拉伸强度和模量。考虑到PLLA的环境友好性和资源可持续性,其非常适合替代一些传统的石油基高分子材料。最近一些年,研究者主要把PLLA的应用集中在了生物医药领域,PLLA可以加工成可吸收手术缝合线、组织工程支架、植入器械等,但是,PLLA的室温韧性差限制了其更为广泛的应用,其断裂伸长率通常小于10%。因此,为使PLLA得到广泛的应用,增韧PLLA是非常有必要的。 本文的主要工作是制备韧性聚乳酸复合材料并对其性能进行研究。与柔性高分子材料共混是一种简单实用经济有效的增韧PLLA的方法。本文中选取的作为增韧剂的柔性高分子材料是聚对二氧环己酮(poly(para-dioxanone),简称PPDO)和聚三亚甲基碳酸酯(poly(trimethylene carbonate),简称PTMC)。PPDO和PTMC都是具有生物可降解性和良好生物相容性的柔性高分子材料。本文通过溶液共沉淀法制备了一系列的PLLA/PPDO和PLLA/PTMC二元复合材料。为了进一步提高PLLA和PPDO、PTMC的相容性,在PLLA/PPDO和PLLA/PTMC二元复合材料中分别加入了不同含量的聚对二氧环己酮和聚乳酸的无规共聚物(poly(para-dioxanone-co-L-lactide),简称PDOLLA)和聚乳酸和聚三亚甲基碳酸酯的无规共聚物(poly(L-lactide-co-trimethylene carbonate),简称PLT),从而制备了一系列的PLLA/PPDO/PDOLLA和PLLA/PTMC/PLT三元复合材料,并对其热力学性质、内部结构、力学性能、晶体结构、体外降解行为、流变行为、热稳定性等方面进行了系统的研究。 本文工作主要包括以下五个方面: (1)通过溶液共沉淀法制备不同质量比例的PLLA/PPDO二元复合材料,然后对其相容性和力学性能进行了研究。DSC和SEM结果表明PLLA与PPDO不相容。通过自然冷却法和淬火法所制备的样品的力学性能表明PPDO的加入不能有效地增韧PLLA,这主要是由于PLLA和PPDO不相容性导致的。 (2)通过对不同质量比的PLLA/PPDO二元复合材料样条在磷酸缓冲溶液(phosphate buffer solution,简称PBS)中的为期8周的体外降解实验,定期考察试样的试样表面形貌、失重率、吸水率、热力学性质和力学性能。结果表明,PLLA/PPDO二元复合材料的降解速率可以通过改变PPDO的含量实现调节;而且,PPDO的含量越高,PLLA/PPDO二元复合材料的降解速率越大。 (3)为了提高PLLA和PPDO的相容性,我们选用PLLA/PPDO85/15 w/w为基体,以PDOLLA为增容剂,通过向其中分别添加1、3和5wt%的增容剂来考察PLLA/PPDO复合材料性质的变化。结果证明增容剂的加入提高了PLLA和PPDO的相容性,特别是加入3wt%PDOLLA后,PLLA/PPDO/PDOLLA复合材料的力学性能最佳(断裂伸长率为214±76%,拉伸强度为48±2MPa),明显地提高了PLLA的韧性。 (4) PDOLLA增容后的PLLA/PPDO复合材料具有较好的力学性能,具有作为生物医用植入材料的潜力。该复合材料的体外降解行为研究对其在生物医用领域应用具有重要的意义。通过对PDOLLA含量为1、3和5wt%的PLLA/PPDO复合材料样条在PBS中的体外降解实验,定期考察试样的试样表面形貌、失重率、吸水率、热力学性质和力学性能。结果表明,PDOLLA的加入加快了复合材料材料的降解,然而,当PDOLLA含量为1和3wt%时,复合材料材料在8周降解过程中具有较高的拉伸强度(平均30MPa),和较高的断裂伸长率(均高于10%)。 (5)通过溶液共沉淀法制备了不同质量比例的PLLA/PTMC二元复合材料和PLT含量为1,、3和5wt%的PLLA/PTMC/PLT的三元复合材料。对所制备材料的热力学性质、内部结构性质、动态力学行为、力学性能、流变行为和热稳定性进行了系统的研究。结果表明,PLLA和PTMC不相容,但是PTMC的加入可以在一定程度上增韧PLLA; PLT的加入可以提高PLLA和PTMC的相容性,并且PLT含量为3wt%的PLLA/PTMC90/10(w/w)复合材料材料具有优异的力学性能,其断裂伸长率为135.4±51.0%,拉伸强度为41.8±2.5 MPa,明显地提高了PLLA的韧性。