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聚氨酯/明胶静电纺丝的研究

作　者: 孟繁茹
导　师: 冯亚凯
学　校: 天津大学
专　业: 材料学
关键词: 聚碳酸酯聚氨酯明胶静电纺丝工艺参数纤维直径
分类号: TQ340.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

聚碳酸酯聚氨酯(polycarbonateurethane,PCU)具有良好的力学性能和生物相容性,在生物医学方面有着广泛的应用。以聚碳酸酯聚氨酯Chronoflex C?和Chronoflex AL?为基本材料,通过静电纺丝加工成可应用于人体的心血管组织工程支架。本文对静电纺丝技术中的多种工艺参数,包括溶剂、溶液浓度、体积流率、纺丝电压等,进行了考察,确定了最佳工艺参数,得到了具有理想微观结构的支架。同时讨论了生物相容性较好的明胶的静电纺丝过程,结合聚氨酯静电纺丝,改进支架材料的生物相容性,以期在血管组织工程或者构建等方面应用。本文以二甲基甲酰胺(DMF)和四氢呋喃(THF)作为聚氨酯的溶剂,将两者进行不同比例混合,考察混合溶剂对静电纺丝过程的影响。混合溶剂中DMF含量对纺丝结果影响较为明显,当DMF在混合溶剂中所占的比例大于50%时,容易形成珠丝,且珠丝现象很难受到其他工艺参数的改变而发生改变。DMF在混合溶剂中的比例为50%时较为合适,继续减少DMF含量,容易形成严重粗细不均匀的纤维,且纤维之间粘连情况较为严重。通过进一步的考察电压、溶液浓度、溶液体积流率来确定聚氨酯静电纺丝的最佳工艺条件时发现:纤维的平均直径在随电压的变化过程可能呈现不同的规律变化。当采用的电压介于15-20 kV时,形成的纤维平均直径较大,多在1μm以上。只有极个别样品的平均直径为429 nm ,方差仅为0.065。当电压介于20-35 kV时,可以获得最小直径为265 nm的纤维,其平均直径为420 nm ,纤维分布也较为均匀,方差仅为0.103。溶液浓度及体积流率对静电纺丝的影响基本上呈现出单一性规律,通常随着溶液浓度或者体积流率的增加,纤维的平均直径随之增大。以冰醋酸和无水乙醇作为溶剂,进行明胶静电纺丝,不仅可以获得最细为几十纳米的纤维,同时减少了纤维支架的毒性。纺丝完成后,用戊二醛进行交联,获得韧性较好的明胶纤维膜。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章前言  8-9
第二章文献综述  9-24
  2.1 静电纺丝介绍  9-16
    2.1.1 静电纺丝的历史  9
    2.1.2 静电纺丝设备介绍  9-10
    2.1.3 静电纺丝的基本原理  10-12
    2.1.4 静电纺丝的特点  12-13
    2.1.5 静电纺丝的影响因素  13-16
      2.1.5.1 珠丝的形成  13-15
      2.1.5.2 纤维的形成及影响  15-16
  2.2 聚氨酯生物材料及明胶的生物医学应用  16-23
    2.2.1 聚氨酯生物材料  16-18
      2.2.1.1 聚氨酯材料的介绍  16-17
      2.2.1.2 聚氨酯生物材料的生物医学应用  17-18
    2.2.2 明胶的生物医学应用  18
      2.2.2.1 明胶的介绍  18
      2.2.2.2 明胶的生物医学应用  18
    2.2.3 静电纺丝在生物医学方面的应用  18-23
      2.2.3.1 静电纺丝在组织工程方面的应用  18-19
      2.2.3.2 静电纺丝在合成高分子材料的应用现状  19-20
      2.2.3.3 静电纺丝在天然大分子方面的应用  20-22
      2.2.3.4 静电纺丝在心血管方面的应用  22-23
  2.3 本课题研究的意义及内容  23-24
第三章聚氨酯电纺工艺初步探索  24-46
  3.1 引言  24
  3.2 实验部分  24-26
    3.2.1 实验原料及仪器  24-25
      3.2.1.1 实验原料  24
      3.2.1.2 实验仪器  24-25
    3.2.2 实验方法  25-26
      3.2.2.1 聚氨酯性质  25
      3.2.2.2 聚氨酯溶液的配制  25
      3.2.2.3 聚氨酯无纺布的制备  25-26
  3.3 工艺参数对电纺结果影响的讨论  26-44
    3.3.1 工艺参数对珠丝形成的讨论  26-34
      3.3.1.1 溶剂对珠丝形成的影响  26-28
      3.3.1.2 溶液浓度对珠丝形成的影响  28-29
      3.3.1.3 体积流率对珠丝形成的影响  29-30
      3.3.1.4 纺丝电压对珠丝形成的影响  30-34
    3.3.2 工艺参数对纤维形成的影响  34-44
      3.3.2.1 溶剂对纤维形成的影响  35
      3.3.2.2 浓度对纤维形成的影响  35-39
      3.3.2.3 流率对纤维形成的影响  39-41
      3.3.2.4 电压对纤维形成的影响  41-44
  3.4 小结  44-46
第四章聚氨酯纤维的制备及表征  46-85
  4.1 前言  46
  4.2 实验部分  46-47
    4.2.1 实验原料及仪器  46
    4.2.2 实验方法  46-47
      4.2.2.1 聚氨酯溶液的配制  46
      4.2.2.2 聚乙烯醇溶液配制  46
      4.2.2.3 聚氨酯纤维及聚氨酯膜管的制备  46-47
  4.3 工艺参数对纤维直径影响的讨论  47-78
    4.3.1 溶剂对聚氨酯静电纺丝的影响  47-52
    4.3.2 低电压对聚氨酯静电纺丝的影响  52-65
    4.3.3 高电压对聚氨酯静电纺丝的影响  65-69
    4.3.4 浓度对聚氨酯静电纺丝的影响  69-72
    4.3.5 纺丝流率对聚氨酯静电纺丝结果的影响  72-77
    4.3.6 不同针头型号对电纺结果的影响  77-78
  4.4 聚氨酯静电纺管的讨论  78-82
    4.4.1 聚氨酯静电纺丝超细薄膜内外接收面的差异  78-79
    4.4.2 聚氨酯静电纺小口径膜管各接收面的差异  79-82
  4.5 聚氨酯纤维的性能测试  82-83
    4.5.1 聚氨酯纤维膜的机械性能测试  82-83
  4.6 小结  83-85
第五章明胶静电纺丝  85-90
  5.1 前言  85
  5.2 实验部分  85-86
    5.2.1 实验原料  85
    5.2.2 实验仪器  85
    5.2.3 实验方法  85-86
  5.3 实验结果与讨论  86-88
    5.3.1 电压对明胶纺丝的影响  86-87
    5.3.2 溶剂对明胶纺丝的影响  87-88
    5.3.3 明胶的浓度对静电纺丝的影响  88
  5.4 明胶交联效果的讨论  88-89
  5.5 小结  89-90
第六章结论  90-91
参考文献  91-97
发表论文和参加科研情况说明  97-98
致谢  98

聚氨酯/明胶静电纺丝的研究

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