挤出成形3D打印仿生骨植入钛合金支架制备工艺及性能研究

采用万能试验机和扫描电子显微镜研究了挤出成形3D打印Ti6Al4V钛合金支架的制备工艺、力学性能及微观结构,介绍了采用聚乙烯醇(PVA)水凝胶制备钛合金支架的方法,研究了浆料PVA含量、脱脂温度和烧结温度对制备工艺的影响规律,分析了钛合金支架孔隙率与力学性能的关系。结果表明:采用PVA水凝胶制备钛合金支架可以获得分布均匀且高度互联的多孔结构,当浆料PVA质量分数为15%,脱脂温度和烧结温度分别设定为360℃和1300℃时,制备工艺最佳。孔隙率为59.8%的钛合金支架表现出与人体骨骼相匹配的力学性能,可避免应力遮蔽效应。

各向异性PVA木基水凝胶的制备及其铜离子吸附性能

针对传统水凝胶生成的聚合物网络通常为各向同性,存在机械强度差、刚度低等问题。本研究以巴沙木为原料,通过冰模板法和淬火法,在定向排列的脱木素纤维素骨架中构筑具有纤维取向的聚乙烯醇(PVA)微纳网络,构建用于高效吸附水中铜离子的高强度各向异性PVA木基水凝胶(PWH),结合扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱、X射线衍射、电子万能力学试验机表征复合水凝胶的形态结构和性能。实验结果表明:脱木质素工艺可以增加木质纤维的结晶度,PVA成功复合后保留了木材各向异性纤维骨架,脱木质素2 h的水凝胶(PWH-2)综合性能最优;PWH-2在5%应变下循环压缩80次后,样品能量损耗仅为0.022 8 MPa/mm,高度保持率高达97.37%,具有优异的抗压强度和弹性;PWH-2定向排列的多孔结构有助于铜离子在其内部迁移,提高吸附性能,在25℃、pH 5、铜离子质量浓度40 mg/L的模拟废液中,对铜离子的吸附率可达77.27%,经4次循环利用对铜离子的吸附率仍可达40.11%。动力学和等温线研究结果表明,PWH-2吸附铜离子过程满足拟一级动力学模型,遵循Langmuir等温线模型。该研究为构建高效可持续吸附重金属离子的高强度各向异性水凝胶提供理论参考,为生物质高值化利用提供新的方向。

绿色纤维素基水凝胶膜的制备及油水分离性能

以杨木粉(PF)中提取的纤维素木浆(PF-NA)为基底,通过冷冻盐析技术,利用聚乙烯醇(PVA)将LiCl颗粒包裹在纤维素骨架上制备了纤维素基(CLH)水凝胶膜。采用FTIR、SEM、XRD、XPS对CLH水凝胶膜进行了表征,对其机械、高温、耐酸碱和耐盐稳定性、自清洁和耐污性进行了测试。结果表明,CLH水凝胶膜具有三维层状结构,PVA的加入及冷冻盐析技术的利用提高了CLH水凝胶膜的力学性能。LiCl作为吸水单元分布在纤维素骨架周围,使CLH水凝胶膜具有超亲水性,水下油接触角为151°;在重力作用下,CLH水凝胶膜可以实现对油水混合物和水包油乳液的高效分离,在高温(60℃)、强酸(pH=3)和强碱(pH=13)条件下具有稳定的分离效率(≥99.8%);在循环分离12次水包机油乳液中,CLH水凝胶膜保持稳定的分离性能;CLH水凝胶膜对四氯乙烯油渍具有自清洁和耐污能力。

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。

仿生壶腹嵴胶质的制备及杨氏模量的测量

为保证采用仿生半规管实体模型研究前庭功能紊乱问题时的测量精度,通过加热—冷冻—解冻法制备了聚乙烯醇/明胶(PVA/GEL)仿生壶腹嵴胶质共混水凝胶膜,并且研究了其微观结构、密度以及黏弹特性。SEM结果表明,“冷冻法”制备的PVA/GEL水凝膜成膜性好、结构致密并且表面光滑。密度测试与XRD测试结果表明,PVA/GEL具有较好的相容性,同时共混水凝膜密度(ρ≈1 g/cm^(3))与人体壶腹嵴胶质密度一致,并且与水接触后仍可以保持稳态。设计并且采用图像跟踪法进行分析,结果表明,当PVA与GEL的质量比为6∶1时,PVA/GEL膜的泊松比为0.479916,杨氏模量为86.449 Pa,膜的硬度低、易变形、弹性形变性能最佳。因此,质量比为6∶1的水凝膜力学性能与人体壶腹嵴胶质相似,可应用于仿生半规管实体模型中,研究前庭功能原理。

索拉胶-PVA复合水凝胶的制备及其伤口促愈合性能研究

索拉胶是一种水溶性细菌胞外多糖,单一成分的索拉胶水凝胶通常机械性能较差,难以有效应用于伤口敷料领域。采用与其他聚合物共混构建具有互穿聚合物网络的水凝胶可有效改善上述情况。因此,该研究首先利用具有生物粘附特性的聚多巴胺和索拉胶间的静电作用构建第一层凝胶网络;再以聚乙烯醇为另一主要基质进行共混,通过循环冷冻-解冻法构建第二层凝胶网络,从而制备复合水凝胶。通过粘弹性能测试确定水凝胶的最佳制备条件为:索拉胶浓度4%,聚乙烯醇浓度为8%,–20℃冷冻18 h,4℃解冻6 h,冷冻-解冻循环4次。所制备的复合水凝胶内部为分布均匀,高度连续的多孔结构,平衡溶胀率达到41.6%,在5 h内能较好地保证伤口处的湿润环境;其应力、断裂伸长率、断裂能分别为0.21 MPa、117.1%、15.5 J/m。动物实验结果表明该复合水凝胶可有效促进大鼠创面愈合,有望用作伤口敷料。

人工髓核材料(半晶聚乙烯醇水凝胶弹性体)的研制

研制一种可替代椎间盘髓核并恢复其功能的生物医用材料 ,探讨半晶聚乙烯醇水凝胶弹性体材料临床应用的可行性。聚乙烯醇 (PVA)水溶液在 - 2 0℃下冷冻 6～ 12 h,室温下融化 1～ 2 h,上述过程重复 1～ 3次 ,然后对试样进行真空脱水 ,制得人工髓核材料 (半晶 PVA水凝胶弹性体 )。差示扫描量热法 (DSC)和力学性能试验研究了 PVA水溶液浓度、真空脱水和 γ射线辐照对水凝胶

可生物降解的pH敏感水凝胶的合成及其溶胀性能研究

采用明胶和聚乙烯醇为原料,制备了戊二醛交联、明胶/聚乙烯醇配比不同的水凝胶,并用FTIR和SEM对产物进行了表征.研究了凝胶的溶胀动力学,结果表明,原料配比对各种凝胶的溶胀速率影响不大,而对平衡溶胀比与原料配比有关,室温下凝胶的平衡溶胀比在300%～500%之间.pH敏感性研究表明,几种凝胶均表现出明显的pH响应性,当溶胀介质的pH值在明胶等电点附近时,水凝胶的溶胀比达到最小值,凝胶的溶胀-消溶胀动力学曲线呈'W'形,即该凝胶具有形状记忆功能.

高透明度聚乙烯醇水凝胶的制备、表征及透明机理研究

用二甲基亚砜(DMSO)水溶液通过冷冻/解冻法制备了高透明度聚乙烯醇(PVA)水凝胶,使用差示扫描量热仪(DSC)、紫外吸收光谱、力学性能分析仪、紫外-可见分光光度计等分析了DMSO浓度对聚乙烯醇水凝胶透光率的影响,并表征了PVA水凝胶的含水率、结晶度、力学性能等性质。结果表明,用含量为80%(质量分数)的DMSO水溶液制备的PVA水凝胶得到了高达(99.8±0.2)%透明度,其抗拉强度达到3MPa以上,断裂拉伸率>600%。研究发现,DM-SO与水形成的1DMSO/2H2O网络结构能够限制PVA分子在三维方向的结晶,同时能够促进二维方向PVA晶体的生长。当DMSO含量为80%时,溶液中DMSO与水的比例略>1∶2,存在少量未形成1∶2网络结构的DMSO分子,该分子与PVA羟基形成氢键限制了PVA分子在二维方向的结晶,最终导致PVA水凝胶中PVA晶体的体积最小、PVA晶体的数目最多,从而得到了最高的水凝胶透明度和较好的力学性能。

PVA-PAA IPN水凝胶的制备及其溶胀性质研究

利用化学交联和循环冰冻 -解冻相结合的顺序逼近法 ,制备了由聚乙烯醇 (PVA)和聚丙烯酸(PAA)复合的具有互穿聚合物网络 (IPN)结构的高分子水凝胶。研究了交联剂含量、PAA含量和温度对水凝胶溶胀性质的影响。实验结果表明 ,30℃时 ,交联剂含量为 1.0 mol%的凝胶溶胀度最大 ,凝胶中PAA含量越大 ,凝胶的溶胀度越大 ;具有 IPN结构的凝胶具有温度敏感性质 ;调节凝胶中 PAA和交联剂的含量 。

人工软骨材料-聚乙烯醇水凝胶的研制

聚乙烯醇溶液于－ ２０℃左右的温度下冷冻６～１２ ｈ，室温下融化１～２ ｈ，上述过程反复进行１～３ 次，然后对试样进行真空脱水处理，制得一种人工软骨材料——ＰＶＡ 水凝胶。通过光学显微镜和扫描电镜观察ＰＶＡ 水凝胶的微观形貌；通过差示扫描量热法（ＤＳＣ）及相应的力学性能试验研究反复冷冻融化、真空脱水和辐照交联对ＰＶＡ 水凝胶结晶度和力学性能的影响。

PVA/PAA水凝胶纤维的电刺激响应性能

以过硫酸胺为引发剂 ,在PVA水溶液中原位聚合丙烯酸单体 ,得到的PVA/PAA混合水溶液在凝固浴硫酸胺饱和水溶液中纺丝制备了物理缠结和氢健固定网络形式的PVA/PAA水凝胶纤维。该纤维于NaCl溶液中在直流电场作用下具有电流 -刺激敏感性 ,表现为溶胀、收缩、弯曲行为。纤维的弯曲速度和最大弯曲度随电场强度和凝胶网络中PAA含量的增加而增大 ,随电解质溶液离子强度的变化出现临界最大值。纤维向负极弯曲的过程中 ,在电场作用下自由离子和反离子迁移引起的渗透压起主导作用 ,弯曲过程主要是溶胀弯曲 ;向正极弯曲过程中 ,由于电化学反应和电场作用产生的 pH梯度导致凝胶网络构像变化起主导作用 ,弯曲主要是收缩弯曲 ;弯曲由负极向正极转化过程中 。

聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜的制备与表征

采用反复冷冻-解冻的方法制备了聚乙烯醇/丝胶共混凝胶薄膜,考察了薄膜热性能、力学性能和在水中的失重率,并对其微观结构进行了分析。结果表明:当制备过程中循环冷冻-解冻次数增加,且共混薄膜中丝胶与聚乙烯醇的含量相等时,可提高薄膜的综合性能。

聚乙烯醇水凝胶人工软骨的连接试验

首先使水凝胶与金属纤维网实现微观机械嵌锁连接，然后用骨水泥（ＰＭＭＡ）将纤维网面与底层骨（或金属）粘接．这种方法可实现人工软骨与底层骨（或金属）的机械一化学连接．微观结构分析及力学测试表明界面连接牢固．

高强度聚乙烯醇水凝胶微球的制备

以三氯甲烷/丙酮为凝固液,用高压静电技术制备了高强度、物理交联的聚乙烯醇(PVA)水凝胶微球.研究了凝固液组成、PVA溶液浓度、温度和湿度、电场强度、进样速度及微球冷冻次数等对PVA微球的形貌、粒径和强度的影响.结果表明,采用常压水蒸气控制PVA溶液温度与湿度的高压静电技术,可克服高浓度PVA溶液在强电场下出现微丝现象,形成的水凝胶微球具有强度高、粒径在一定范围内可控的特点.

PVA/明胶/淀粉水凝胶的制备及性能

采用反复冷冻—解冻法制备了不同配比的聚乙烯醇/明胶/淀粉水凝胶膜。测试了共混膜的力学性能、脱水率和溶胀度,用扫描电镜观察了共混膜的断面形貌。结果表明:除1∶1配比的水凝胶膜成膜性差,其他配比的水凝胶成膜性较好,膜表面比较光滑。m(PVA)∶m(明胶)为6∶1时力学性能较好。脱水率和溶胀度均随PVA和明胶比例增大而减小。扫描电镜显示,水凝胶膜内部具有多孔结构,可以用作组织工程支架材料。

冻融法制备微米级Fe3O4／聚乙烯醇磁性水凝胶及其磁力学性能研究

以微米级Fe3O4粉末和聚乙烯醇(PVA)为原料,采用反复冷冻-融化技术(冻融)制备了Fe3O4/PVA磁性水凝胶,研究了磁性水凝胶的力学性能、磁场阈值,磁性能等随Fe3O4的含量及冻融次数的变化行为,并使用扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)分别研究了Fe3O4/PVA磁性水凝胶的微观形貌和结晶性能。结果表明随冻融循环次数的增加,Fe3O4/PVA磁性水凝胶的力学性能、磁场阈值,及磁性能等均随Fe3O4的含量及冻融次数显著变化;Fe3O4在磁性水凝胶中分布均匀,PVA水凝胶经反复冷冻-融化后结晶性能有所提高。

不同结晶度聚乙烯醇水凝胶中水氢键缺损的拉曼光谱学研究

The hydrogen\|bond defect of water in PVA hydrogels was studied by Raman spectral analysis. The PVA hydrogels were prepared from PVA of different DP in different concentrations via freeze/thawed method.It was found that the hydrogen bond defect of water in PVA hydrogels is affected by their crystallinity which was depended on the molecular weight and concentration of PVA and also the number of freeze/thawed cycles.After swelling in water for 24?h,partial VA units were released from the crystalline regions,this means that more `free’ VA units could bond with water in PVA hydrogels,causing the decrease of C value and the increase of N value.

聚乙烯醇水凝胶的制备及其溶胀性能

采用化学交联方法制备了PVA水凝胶,研究了PVA聚合度、醇解度等分子结构参数,反应温度、反应时间等合成工艺参数,交联剂用量、疏水单体用量、阴离子单体用量等化学组成对PVA水凝胶溶胀性能的影响。结果表明,采用聚合度为1 700、醇解度为95%的PVA1795为基体,当交联剂用量为1 mL,反应温度为80℃,反应时间为8 h,所制得的PVA水凝胶具有较高的溶胀率。

表面润滑型聚乙烯醇水凝胶医用导管的力学性能研究

制备了两种高分子水凝胶弹性体构成的医用导管，考察了其力学性能。将30％wt聚乙烯醇水溶液注模后，反复冻结、缓慢解冻，得到一种水凝胶管（A）。将聚乙烯醇（30％wt）、二甲基亚砜（10％wt）和水（60％wt）加热、溶解、注模、冷却，得到另一种水凝胶管（B）。这两种水凝胶管的强度（30～40MPa）和伸度（350％～400％）均与市售的硅橡胶管和聚氯乙烯导管相仿；但是就弹性模量而言，（B）管为10MPa，与硅橡胶管相近，（A）管只有4MPa。γ-射线灭菌使这两种高分子水凝胶管的强度损失达40％～50％；而洗必太水溶液灭菌对它们的力学性能没有影响。两种水凝胶管的力学性能上的显著差异归因于PVA大分子的取向及结晶结构不同所致。