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《暨南大学》 2017年
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聚富马酸丙二醇酯复合材料热固化及3D打印应用研究

姜妮  
【摘要】:3D打印技术近年来发展迅速,代表了先进制造技术的发展方向。作为3D打印技术的基础和核心问题之一,理想的3D打印材料却远不能满足技术和应用发展的需求,特别是适合于生物医学应用的3D打印材料十分有限。聚富马酸丙二醇酯(PPF)在生物医学材料领域已有广泛应用,具备3D打印材料的基本性能,有较高的研究和应用价值。本文以PPF复合材料体系研究为重点,探讨其作为3D打印材料应用的可行性。首先,采用两步合成法,优化合成工艺,以富马酸二甲酯和1,2-丙二醇为原料,ZnCl2为催化剂、对苯二酚为阻聚剂,物料在140°C下反应12 h,获得PPF低聚物,进一步在200°C、真空条件下继续反应3 h,制备的PPF其收率达到69.4%。红外光谱、核磁共振氢谱分析证实产物结构组成,凝胶渗透色谱测得合成产物的数均分子量Mn为5408,聚合度分布指数PI为1.57。其次,系统研究了PPF材料的热固化性能。对引发剂种类及添加比例、辅助交联单体种类及添加比例和固化温度进行筛选优化,结果表明,以过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂,N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)为辅助交联单体,得到的PPF复合材料体系具备优良的可固化性能。另外,BPO添加比例、NVP含量以及热固化温度几个参数对PPF热固化树脂的固化时间、凝胶含量、热固化材料的热稳定性、吸湿性能、抗压强度、体外降解速率以及材料的细胞毒性的影响也进行了详细的对比研究。结果表明:以PPF为主体,PPF、NVP、BPO质量分数分别为85、15、5所组成的复合材料具有良好的流动性,在200°C下其固化时间最短(3s),固化后PPF复合材料的凝胶含量达到75.6%,压缩强度为5.57 MPa,与人体松质骨压缩强度相当。固化后的PPF复合材料在相对湿度RH为89%的环境中72 h的吸湿率仅为4.71%,体外降解72 h的溶胀度仅为18.15%,具有良好的尺寸稳定性。TG分析结果表明该复合材料在250°C以内失重率0.83%,其作为3D打印材料应用时在热固化温度(180~200°C)条件下呈现良好的热稳定性。体外模拟降解实验结果表明,PPF固化材料具有优良的生物可降解性能,其降解速率随复合材料中BPO含量的减小或NVP含量的增加而加快,可在一定范围内进行调节。体外降解4周,PPF固化树脂的降解失重率可达到13.46%。细胞毒性实验表明,PPF固化树脂材料浓度高达100 mg/mL时,材料的细胞毒性评级为Ⅰ级,对3T3细胞无毒性,满足材料的生物安全性要求。应用改进的FDM打印装置,以优化后的PPF复合材料进行3D打印成型实验,制备的人鼻3D打印构建物成型迅速,且制品表面光滑、立体结构完整、强度合适,表明该PPF复合材料可以满足3D打印制作热固化成型器件的要求,具有广阔的应用前景。
【学位授予单位】:暨南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:R318.08;TP391.73

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