丙二醇／反丁烯二酰氯缩聚物复合材料力学性能研究

口腔医学研究2004年8月第20卷第4期 35l 丙二醇／反丁烯二酰氯缩聚物复合材料力学性能研究 刘勇 孙宏晨 陈学思 邓明琥 欧阳喈 (1 吉林大学口腔医学院口腔基础医学教研室 吉林 长春 130041； 2．中国科学院长春应用化学研究所) [摘要] 目的：研究丙二醇／反丁烯二酰氯缩聚物复合材料中无机组分对材料力学性能的影响。方法：以前期合成 丙二醇／反丁烯二酰氯缩聚物为基础，复合氯化钠、B一磷酸三钙。交联固化后，做成压缩试件，测定材料力学性能， 并对结果进行统计学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 处理。结果：复合材料最大压缩强度为(40．37±3．07)MPa，最大压缩模量为(543．67± 7．02)MPa。B一磷酸三钙对材料的压缩强度及压缩模量均有影响；氯化钠对压缩强度有明显影响，对压缩模量的 影响无统计学意义；13一磷酸三钙与氯化钠对材料的压缩强度和压缩模量的影响存在交互作用。结论：通过改变复 合材料中无机组分的剂量，可以优化材料的力学性能，使之接近人体正常骨组织的生物力学性能要求，以用于不同 部位骨缺损。 [关键词] 丙二醇／反丁烯二酰氯缩聚物 骨缺损 机械强度 生物可降解高分子 [中图分类号] R782．4 [文献标识码] A [文章编号] 1671—7651(2004)04-_0351-_03 Study on Mechanical Properties of Poly(propylene fumarate)一based Compound Materia1．LIU’‘D ，SUN Hong — chen，CHEN Xue—si，et a1．Stamatology School ofJilin University，Changchun 130041 [Abstract]objective：To investigate the effect of different quantity of inorganic elements on the mechanical characteristics of the compound materia1．Methods：Add NaCL and13一tricalcium phosphate to poly(propylene fumarate)．After crosslinked．the mechanical properties of this material was tested．The results were analyzed by statistics．Results：The minimum compressive strength was(40．37±3．07)MPa，while the maxim modulus in compression was(543．67±7．02) MPa．The quantity of B—TCP affected the compressive strength and the modulus in compression of the materials，but the quantity of NaC1 only affect the compressive strength．There is a interactive effect between B—TCP and NaC1．Conclu· sions：This work shows that the ideal materials can be designed with mechanical properties on the order of magnitude of tra— becular bone by modifying the quantity of the inorganic elements to meet the bone defects of difierent location． [Key words] Poly(propylene fumarate) Bone defect Mechanical properties Biodegradable polymer 炎症、外伤、肿瘤及畸形等原因所导致的骨缺损 很多，如何比较理想地进行骨缺损的修复治疗一直 以来就是一个热门的研究课题。目前所采用的骨替 代材料主要有：白体骨、异体骨、异种骨、生物陶瓷等 无机材料以及有机高分子材料等，但存在骨量不足、 需开辟新术野或引发排斥反应等缺点。本实验合成 的丙二醇／反丁烯二酰氯缩聚物与 p一磷酸三钙(p — TCP)复合，交联固化后具有 比较理想的力学强 度。植人体内形成一定大小的孑L径，有利于组织的 长人。并且 B—TCP是近年来发展很快的一种无机 材料 ，可促使新生骨组织的沉积 、矿化 ，可加速骨缺 基金项 目 吉林省科技发展 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 重点项 目(编码：20020338) 作者简介 刘勇(1977～)，男，河南人，博士研究生，主要从事 口腔 颌骨缺损及骨组织丁程研究。 通讯作者 孙宏晨，电话：(0431)8975295--45010 损修复的速度。 1 材料与方法 1．1 材料 1，2一丙二醇(北京化工厂)，反丁烯二 酰氯(Aldrich)，N一乙烯基吡咯烷酮(Aldrich)，N，N 一 二甲基对二苯胺 (Aldrich)，过氧化苯甲酰(北京 化工厂)，三氯甲烷(北京化工厂)，石油醚(北京化 工厂)，碳酸钾(北京化工厂)，B一磷酸三钙(四川大 学)。 1．2 丙二醇／反丁烯二酰氯缩聚物合成 在无水、 无氧、真空条件下分别精馏反丁烯二酰氯 、1，2一丙 二醇、N一乙烯基吡咯烷酮(N—vP)、三氯甲烷、石 油醚，过氧化苯甲酰(BPO)重结晶。将反丁烯二酰 氯 、1，2一丙二醇、三氯甲烷、碳酸钾按摩尔比 1： 1．2：4：1．5比例备好。在无水、无氧、惰性气体环 境及机械搅拌条件下，开始反应 ，最终产物丙二醇／ 反丁烯二酰氯缩聚物(PPF)，为粘稠、棕褐色产物。 维普资讯 http://www.cqvip.com 352 Journal of Oral Science Research，Aug 2004，Vol 20，No．4 1．3 丙二醇／反丁烯二酰氯缩聚物复合材料合成 PPF复合材料各组分按配比配好，见表1，用自制注 射器抽 取 复合材 料，注入 长 为 1．6 cm、内径 为 0．8 cm的玻璃管中，室温交联固化24 h，即成压缩试 件。在实验过程中，将不同比例 NaC1、8一TCP加人 材料中，见表 2，探讨它们对材料力学性能的影响。 用 INSTRON一1121材料实验机(英国)进行材料试 件压缩实验，压缩速度 5 mm／min，温度 20 cc，湿度 45％ ．． 表 1 复合材料各组分配比 表 2 4种 PPF复合材料配比 2 结果 本实验 中测试了 PPF复合材料的压缩强度和 压缩模量两个指标 ，结果如表 3和表4所示。表 5 和表 6为材料压缩强度和压缩模量的均值与标准 差，可知在实 验的 四组材料 中最 大压缩强度 为 (40．37±3．07)MPa，最／J、为(12．57±3．19)MPa； 最大压缩模量为(543．67±7．02)MPa，最小压缩模 量为(73．77±17．98)MPa。 表 3 复合材料压缩强度 MPa 表4 复合材料压缩模■ MPa 采用 SAS软件(V6．12)软件作可重复双因素方 差分析统计分析，采用该分析方法是考虑到 8一 TCP、NaC1均是变量，在分别对材料压缩强度和模量 有影响的情况下，二者之间也可能存在或协同或抵 消的相互影响作用。结果如表 7和表 8所示。 表5 复合材料压缩模■均值与标准差 MPa 表 6 复合材料压缩强度均值与标准差 MPa 表7 复合材料压缩强度方差分析表 3 讨论 3．1 有国外学者曾指出：任何骨替代材料的压缩强 度和弹性模量均应与宿主骨相接近，以避免植入材 料与宿主骨之间的微小断裂，导致纤维结缔组织的 长人，影响骨整合的效果 。人体皮质骨的抗压强 度和弹性模量分别为 140 MPa和 14 GPa，人松质骨 的抗压强度和弹性模量分别为5～60 MPa和0．1～ 14 GPa。Goldstein等 提出的骨替代材料所应该具 备的最低要求为：最小压缩强度为 5 MPa，最小压缩 模量为50 MPa。人体湿润股骨的抗压强度极限为 (166．6±42．1)MPa，抗 弯 强度 极 限为 207．8 MPa 。在本实验 中，PPF复合材料压缩试件的压 缩强度变化范 围为 (12．57±3．19) ～(40．37± 3．07)MPa，压缩模量为 (73．77±17．98)MPa～ (543．67±7．02)MPa。PPF复合材料的机械性能 接近人体正常松质骨的生物力学特点，在骨缺损修 复治疗中，可在充填缺损空间后 ，维持空间的稳定， 有利于维持形态及外观的稳定，并为骨的再生提供 空间。 3．2 PPF的分子量对复合材料的力学强度没有明 维普资讯 http://www.cqvip.com 口腔医学研究 2004年 8月第 20卷第 4期 353 显的影响作用，而增加 NaCL和 BPO在复合材料巾 的比例可提高材料的机械性能，适当的减少 N—VP 的比例也可以提高复合材料的力学性能，这是由于 N—VP单体浓度较低时可引起较为完全的交联，形 成比较紧密的交联骨架，致使材料的力学性能提 高 PPF／~一TCP的比例对材料的力学性能有较为 明显的影响，复合 13一TCP后的 PPF复合材料，要比 没有复合 13一 FCP的材料强度大很多，可满足替代 人松质骨材料的要求，而没有复合 13一TCP的材料 在很短的时间内就丧失了机械强度，不能作为骨替 代材料。就 目前所知，此类 PPF复合材料是唯一一 种随材料降解而其机械性能增强的材料 。。在降 解早期，材料继续交联导致强度增大。另外，由于从 13一TCP释放出来的 Ca。可在体内缓冲由于 pH下 降所引起的材料降解加快及机械性能下降。在没有 复合 13一TCP的材料中，由于pH下降所引起的材料 白催化降解作川大于材料的继续交联作用，可导致 材料的机械性能很快下降。复合在材料中13一TCP 可提高材料与骨之间的骨整合的效果，并且从材料 巾释放出的可溶性钙也增加了材料的多孑L性，增强 了骨传导作用 。 随制孑L剂 NaC1的剂量增加，PPF／N—VP之间 的交联度有所下降，另外，PPF与 NaC1之间没有交 联，因此，在二者结合的表面是最容易产生断裂的地 方，因此随着 NaC1的增加，其与 PPF的接触面积也 随着增加，同时增加了材料断裂的可能性，因此，在 一 定程度上降低了材料的机械性能。制孑L剂的剂量 对 PPF复合材料压缩模量的影响不是很大，可能是 由于 NaC1的模量为39 GPa，因此，NaC1的高弹性模 量在一定程度上弥补了由于交联度下降所导致的材 料弹性模量降低。 国外学者对 PPF复合材料的力学性能也作了 研究，但他们采用的统计学分析方法没有考虑到 13 一 TCP与 NaC1之间的交互作用，单就其中的一种冈 素分别进行统计学分析，因此所得到的结果不能圆 满揭示复合材料中 13一TCP和 NaC1对力学性能的 影响 。 4 结论 在适当的 13一TCP／NaCl比例下，PPF复合材料 具有比较理想的力学性能，其强度接近人体正常骨 组织生物力学性能要求，可作为骨缺损修复的替代 材料，以修复不同部位的骨缺损。 参考文献 [1 Spector M，Anorganic bovine bone and ceramic。analogs of bone minerals as implants to facilitate bone regeneration． 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