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《南京理工大学》 2011年
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超高分子量聚乙烯接枝改性及其摩擦学特性研究

乔振亮  
【摘要】:超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是重要的人工关节置换材料之一,已经有很多年的研究历史。但是,此类人工关节的磨粒仍是导致关节松动和失效的主要原因之一,因此提高UHMWPE人工关节材料的润滑性和耐磨性对延长关节使用寿命具有重要意义。 本文研究的主要内容,是模仿天然关节软骨表层刷状润滑剂的结构和功能,通过接枝制备UHMWPE改性润滑材料,并研究其摩擦学特性。 一、合成了新的磷酸胆碱衍生物。用销盘式摩擦磨损实验仪研究了该化合物在水润滑条件下的润滑性能,探讨了润滑分子机理。研究表明,由于磷酸胆碱有正负两性电荷结构,水润滑条件下磷酸胆碱衍生物比丙烯酸有更好的润滑性能。如果将聚丙烯酸以化学键接枝到UHMWPE基体上,一方面增加了聚丙烯酸与UHMWPE基体的结合力,聚丙烯酸不易被挤出摩擦面,另一方面增加了“刷子”的厚度,每条“毛刷”的亲水基团也会增加。三种效应都可提高润滑效果。另外,如果能将磷酸胆碱结构接枝到UHMWPE上,又能进一步提高其生物相容性,我们以此开展下面的工作。 二、模仿天然关节软骨表层刷状润滑剂的结构和功能,制备了改性UHMWPE润滑材料,在干摩擦和水润滑条件下研究了它的摩擦磨损性能。 1、分别用过氧化二苯甲酰和二苯甲酮作为引发剂,在UHMWPE粉体上接枝聚丙烯酸,讨论了各种因素对接枝率的影响。实验表明,对过氧化二苯甲酰热引发的接枝反应,在UHMWPE5g]反应温度100℃、反应时间1h、过氧化二苯甲酰0.03g、单体浓度O.14 g/mL时,接枝率可达20%。而对二苯甲酮光引发的接枝反应,在丙烯酸浓度O.16g/mL、反应温度60℃、UHMWPE 5g、二苯甲酮0.15g、反应时间15分的条件下,接枝率为8.9%。 将接枝了聚丙烯酸的粉体在190℃、30分条件下热压成片状材料,在销盘式摩擦磨损试验仪上进行摩擦学实验。结果表明,无论是在干摩擦还是水润滑条件下,接枝了聚丙烯酸的UHMWPE,它的摩擦系数和磨损率都有不同程度的降低。 2、通过酯化和开环反应,在UHMWPE粉体上接枝磷酸胆碱结构,并讨论了各种影响因素对接枝率的影响。然后将其在190℃、30分条件下热压成片状材料,在销盘式摩擦磨损试验仪进行摩擦学实验。结果表明,无论是在干摩擦还是水润滑条件下,改性样品的摩擦系数和磨损率都有不同程度的降低。 综上所述,全文主要结论为:从仿生学的角度出发,模仿天然关节软骨表层刷状润滑剂的结构和功能,所制备的改性UHMWPE润滑材料,无论是接枝聚丙烯酸还是接枝磷酸胆碱结构,都具有降低摩擦系数和降低磨损率的性能。
【学位授予单位】:南京理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TQ325.12

【参考文献】
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