具有多步形状记忆的生物可降解聚合物复合材料的制备及性能研究

提出将MgO颗粒表面接枝改性直接引入到PLLA-PLGA-PCLA多嵌段共聚物基体的链结构中，以MgO颗粒做为固定相，不同的聚合物链段做为控制在不同温度实现形状恢复的可逆相，设计并制备具有多步形状记忆的生物可降解聚合物复合材料，考察组成、制备工艺对复合材料微观结构的影响规律，研究复合材料的力学性能和多步形状记忆特性，揭示微观结构与力学性能和多步形状记忆特性之间的内在联系，阐明多步形状记忆效应的作用机理和微观机制。研究MgO/PLLA-PLGA-PCLA复合材料的降解特性和生物相容性，探明MgO颗粒的含量对降解性能和生物相容性的影响，为设计和开发新型可降解形状记忆聚合物复合材料提供指导性原理和试验依据。

本文通过不同的改性方法对MgO纳米粒子进行表面接枝改性，并对改性后的MgO纳米粒子进行了表征，确定了最佳改性工艺。制备了不同组成和结构的PLLA-PLGA、PLLA-PCLA和PLLA-PLGA-PCLA聚合物基体，系统研究了聚合物组成对材料的微观结构、力学性能、多步形状记忆效应以及降解性能的影响规律及机制，确定了具有最佳综合性能的聚合物基体材料组成为PLLA-PLGA (60:40)、PLLA-PCLA (60:40)和PLLA-PLGA-PCLA (80:5:15)。采用溶液共混法将改性后的MgO纳米粒子引入到上述聚合物基体中制备具有多步形状记忆效应的生物可降解聚合物复合材料。考察MgO纳米粒子含量对复合材料微观结构的影响规律，研究复合材料的力学性能和多步形状记忆特性，揭示微观结构与力学性能和多步形状记忆特性之间的内在联系，阐明多步形状记忆效应的作用机理和微观机制。研究结果表明，改性后MgO纳米粒子在聚合物基体中分散均匀且与聚合物基体之间存在弱的氢键的作用。随着MgO纳米粒子含量的增加，复合材料的结晶度明显下降。MgO纳米粒子含量对复合材料的力学性能有明显影响，随着MgO纳米粒子含量的增加，复合材料的弹性模量和拉伸强度均呈现先增加后降低的趋势，当MgO纳米粒子的含量为1wt%时，复合材料的弹性模量和抗拉强度达到最大值，复合材料的延伸率则随着MgO纳米粒子含量的增加呈下降趋势。适当含量的MgO纳米粒子能明显改善复合材料在不同温度的形状记忆效应，这主要是由于MgO纳米粒子在复合材料体系中起到固定相的作用。(1wt%)MgO/PLLA-PLGA复合材料具有最佳的多步形状记忆效应，其40℃和70℃时的形状保持率均接近100%，形状恢复率分别达88.9%和81.3%。体外降解试验表明，复合材料的降解速度都高于纯聚合物基体的降解速度，随着MgO纳米粒子含量的增加，复合材料的降解速度明显增大；体外pH值测定结果显示，MgO纳米粒子能够有效地中和聚合物降解过程中产生的酸性物质。生物相容性的试验结果表明，复合材料具有良好的生物相容性。