PVA/HA复合水凝胶力学性能分析及有限元模拟

目的通过实验与有限元模拟对羟基磷灰石(HA)改变聚乙烯醇/羟基磷灰石(PVA/HA)复合水凝胶的力学性能本质及其承载特性进行研究。方法在UMT试验机上进行PVA/HA复合水凝胶的压缩及应力松弛实验。通过模拟与实验结果相结合,研究PVA/HA复合水凝胶的承载特性及HA对其性能的影响。结果随着HA含量的增加,PVA/HA复合水凝胶的压缩模量先增大后减小,而渗透系数先减小后增大;HA含量为3%的PVA/HA复合水凝胶压缩模量最大、渗透系数最小,分别为1.25 MPa和1.59×10-3 mm4.N-1.s-1。PVA/HA复合水凝胶的液体承载比例随着施载时间的增加呈现先增加后减小的非线性变化,加入HA的PVA/HA复合水凝胶的液体承载比例明显增加。应力松弛速率随着HA含量增加呈先上升后下降趋势,下压相同位移HA,含量为3%时,PVA/HA复合水凝胶所能分散的应力更多。结论 PVA/HA复合水凝胶内部的承载特性影响着其力学性能,HA含量为3%时的PVA/HA复合水凝胶力学性能最优,更接近于天然关节软骨的力学性能。

不同接触尺度下PVA/HA复合水凝胶的滑动摩擦行为

采用UMT-II型多功能摩擦磨损试验机研究了不同接触尺度下PVA/HA复合水凝胶的滑动摩擦行为,并利用有限元模拟方法对PVA/HA复合水凝胶的滑动摩擦机理进行了探讨。结果表明:滑动过程中PVA/HA复合水凝胶的平均摩擦力、平均摩擦因数及变形深度随接触压头直径的增加逐渐减小,而随着接触载荷呈逐渐增加的趋势;随着接触压头直径的增加,液相的承载能力增大,从而平均摩擦力、变形深度减小;随着接触载荷的增加,液相流失增加,液相的承载力降低,从而平均摩擦力、变形深度增大。

沉淀法原位复合聚乙烯醇(PVA)/羟基磷灰石(HA)水凝胶的结构与性能研究

研究了制备聚乙烯醇 (PVA) / 羟基磷灰石 (HA)复合水凝胶的沉淀法原位复合技术 ,对该法制备的复合水凝胶的力学强度、结晶性能和微观形貌进行了分析 ,并与物理共混法加以比较。结果表明 ,沉淀法原位复合技术可在PVA水凝胶基体中合成得到粒度细 ,分散好的晶相HA陶瓷微粒 ,复合后水凝胶的结晶度和拉伸强度比之基体试样均有大幅度提高。

多孔n-HA/PVA/CS复合水凝胶的制备与抑菌性能研究

以纳米羟基磷灰石、聚乙烯醇、壳聚糖为原料,采用物理交联法制备复合水凝胶(n-HA/PVA/CS),并测定其含水率、力学强度及微观结构。采用比浊法和平板计数法测定n-HA/PVA/CS复合水凝胶在酸性条件下的最低抑菌浓度和抑菌率,同时对比研究其对革兰氏阴性菌大肠杆菌(E.coli)和革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抑菌性。结果表明,n-HA/PVA/CS复合水凝胶具有均匀分散的三维多孔结构,含水率75%,拉伸强度0.26 MPa。经过2%(质量分数)的醋酸溶液处理的n-HA/PVA/CS复合水凝胶材料对S.aureus和E.coli的最低抑菌质量浓度均为0.5 g/L;在该复合水凝胶质量浓度为2.0 g/L时,对S.aureus的抑菌率为84%,对E.coli的抑菌率达到99%,当其样品质量浓度为2.5 g/L时,对E.coli抑菌率接近100%。n-HA/PVA/CS复合水凝胶可望成为性能优良的人工角膜支架材料。

聚乙烯醇水凝胶复合固体推进剂能量性能研究

为了克服传统复合固体推进剂羟基/异氰酸酯类固化体系存在的“惧水”、毒性高及固化成型时间长等缺点,选用聚乙烯醇(PVA)水凝胶替代羟基/异氰酸酯类固化体系制备新型的水凝胶复合固体推进剂,并根据最小自由能原理计算分析了水、固体填料和Al粉的含量以及含能添加剂、新型氧化剂对PVA水凝胶复合固体推进剂能量性能的影响。结果表明,当配方组成为24%H 2O,6%PVA,38%Al粉和32%AP时,聚乙烯醇水凝胶复合固体推进剂的能量性能最佳,比冲为2371 N·s/kg。含能添加剂FOX-12的加入可显著提高推进剂比冲性能,而且对推进剂燃温影响较小,这有利于发动机的设计。当二硝酰胺铵(ADN)逐步取代AP时,推进剂的比冲呈线性上升,当ADN完全取代AP时,推进剂的标准理论比冲达到了2526.9 N·s/kg,比冲增加量为155.9 N·s/kg。

Ag/PVA复合水凝胶的制备及其性能的研究

通过沉淀法制备Ag/PVA复合水凝胶,对复合水凝胶的微观结构进行了表征,并对其力学性能和抗菌性能进行了研究。结果表明,银微粒可以通过沉淀法均匀分散在水溶性的PVA中,形成Ag/PVA复合水凝胶,并且这种复合水凝胶具有抗菌性能,并改善了PVA水凝胶的力学性能。

天然纤维素/PVA复合水凝胶的形成机理及力学性能研究

为提高聚乙烯醇(PVA)水凝胶的力学性能,利用Na OH/尿素溶剂,通过物理交联循环冷冻-解冻法,制备了α-纤维素(α-CE)/PVA复合水凝胶。红外光谱,扫描电镜结果表明α-CE与PVA水凝胶基体形成互穿交联网状结构。研究发现α-CE与PVA分子链上的羟基间所形成的氢键使两者牢固结合。力学性能测试表明,复合水凝胶的力学性能得到了大幅度提高,当α-CE含量为4%(wt)时,复合水凝胶的拉伸强度以及在压缩型变量60%下的压缩应力分别由0.09和0.07 MPa提高到0.64和0.52 MPa,比纯PVA水凝胶提高了611%和643%。此外发现,α-CE能明显增强PVA水凝胶的弹性及压缩后的形变回复能力。

细菌纤维素/聚乙烯醇双网络复合水凝胶的制备与性能研究

利用冷冻-解冻法制备了细菌纤维素（BC）/聚乙烯醇（PVA）双网络复合水凝胶,研究不同BC含量及循环周期对BC/PVA复合水凝胶力学性能和溶胀特性的影响,结果表明,随着BC含量的增多,复合水凝胶的含水率、平衡溶胀比、拉伸强度和压缩强度与普通的PVA水凝胶相比均有一定程度的提高;综合考虑,当BC含量为4%时,各项性能均达到最佳值;随着循环次数的增多,水凝胶内部的物理交联点增多,导致水凝胶的含水率下降,拉伸强度和压缩强度则有明显的上升趋势。SEM观察的结果与之前的分析是一致的。

纳米HA/PVA多孔复合水凝胶人工角膜在兔角膜的生物学反应

目的观察纳米HA/PVA多孔复合水凝胶人工角膜在兔角膜内的生物学反应,了解其组织相容性。设计动物实验研究对象三组人工角膜材料:材料1为大孔纳米HA/PVA多孔复合水凝胶人工角膜;材料2为小孔纳米HA/PVA多孔复合水凝胶人工角膜;材料3为单纯PVA水凝胶人工角膜。方法选用健康新西兰大白兔21只,随机分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组(每组7只,每只兔随机选一眼)分别板层植入材料1、2、3。于术后3、8、24周通过裂隙灯、组织切片HE染色观察人工角膜在兔角膜内的生物学反应。主要指标术眼炎性反应评分,角膜新生血管出现时间及其生长面积分级评分,术后人工角膜脱出率,组织切片HE染色观察。结果术后3周时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组炎性反应评分分别为1.29±0.488、1.43±0.535和2.14±0.690(P=0.027);术后8周时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组新生血管平均生长面积分级评分分别为2.67±0.516、2.33±0.816和1.57±0.535(P=0.018);三组术后角膜新生血管出现时间分别为(23.17±1.72)天、(24.50±1.05)天和(29.71±1.60)天(P=0.000);三组术后因角膜溶解引起的人工角膜脱出率分别为14.29%、28.57%和42.86%(χ2=1.449,P=0.485);组织切片观察8周后大量成纤维细胞长入材料1的人工角膜支架孔隙里。结论纳米HA/PVA多孔复合水凝胶人工角膜具有良好的组织相容性,在宿主兔的角膜内较稳定存在,是一种具有良好临床应用前景的新型人工角膜。

双醛纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备及其性能

开发高性能功能性水凝胶并建立药物缓释模型对医用伤口创面材料的开发具有重要的意义。以小麦秸秆为原料通过对甲苯磺酸(p-TsOH)、高频超声、高碘酸盐氧化制备含木质素的生物交联剂双醛纤维素(2,3-dialdehyde cellulose,DAC);以DAC为交联剂与聚乙烯醇(PVA)通过羟醛缩合反应形成互穿网络结构的DAC/PVA复合水凝胶,研究了DAC含量对复合水凝胶的微观结构、吸水溶胀性能、抗压缩性能及热稳定性的影响;采用物理共混法包埋氨苄青霉素(AP)制备DAC/PVA-AP载药水凝胶并研究其药物释放过程、释放机制及抑菌作用。结果表明,DAC/PVA复合水凝胶的微观结构呈多孔3D网络立体结构,交联密度随DAC含量的增加而增加;复合水凝胶的含水量及溶胀率随着DAC含量的增加而减小,当DAC含量从0.8wt%增加至2.0wt%时,其吸水溶胀率从1 823.54%±13.89%降至1 105.41%±7.06%;在70%的应变下,1.0wt%DAC/PVA水凝胶的初始抗压强度达到5.765 MPa,抗压缩性能较强;经121℃高温湿热灭菌后,复合水凝胶均能保持完整的形貌,说明其具有优异的耐高温性能;DAC/PVA-AP载药水凝胶的释放模型符合Korsmeyer-Peppas模型,缓释溶液对测试细菌具有良好的抑菌作用。以小麦秸秆为原料制备的互穿网络结构DAC/PVA复合水凝胶具有力学性能好、能耐高温灭菌等优点,在伤口创面敷料等领域具有潜在的应用价值。