[发明专利]高强度多聚磷酸钠/壳聚糖中空复合棒材的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度多聚磷酸钠/壳聚糖中空复合棒材的制备方法。

背景技术

经过亿万年的进化，天然生物材料具有一些特殊的结构和优异的性能，如： 贝壳的珍珠层结构、树木的年轮结构，以及稻杆、麦秆、芦苇、竹的中空结构。 通过仿生设计可以制备高性能的材料，可以通过流延成型、轧膜成型、注浆成 型、等离子喷涂、磁控溅射法以及电子束物理气相沉积等方法制备具有叠层状 结构的复合材料。研究表明：具有层状结构的SiC/C复台陶瓷材料可以引起裂 纹偏折、裂纹分叉、并行裂纹扩展、裂纹遇弱层吸收以及片层间的互锁摩擦， 实现吸收能量、提高复合材料断裂功的目的。

由于麦秆具有中空结构，使其具有极大的抗弯强度，它所支持的麦穗重量 超过了整株麦茎的重量。仿生中空结构已广泛用于建筑设计，不仅可以节省建 筑材料，而且还提高了材料的力学强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度多聚磷酸钠/壳聚糖中空复合棒材的制备方 法，以获得具有高力学性能，具有中空、层状叠加结构的多聚磷酸钠/壳聚糖复 合棒材，可用作骨科的髓内钉。

本发明的高强度多聚磷酸钠/壳聚糖中空复合棒材的制备方法，包括以下步 骤：

1)将壳聚糖粉末溶于体积分数为2％的稀醋酸中，配制成质量分数为 4％～5％的壳聚糖溶液，静置脱泡；

2)取少量步骤1)的壳聚糖溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分 数为5％的碱性凝固液中，室温下壳聚糖凝固成膜，脱模，得到壳聚糖膜模板；

3)将步骤1)的壳聚糖溶液倒入步骤2)的模板里，封口，并浸入质量分 数为5％的碱性凝固液中，凝固30～60min，脱模，得到中空结构的壳聚糖凝胶 棒材，然后用去离子水洗涤至中性；

4)将中空结构的壳聚糖凝胶棒材放入质量浓度为0.5％～5％的多聚磷酸钠水 溶液中静置交联，以去离子水洗涤至中性；

5)将多聚磷酸钠改性的壳聚糖中空结构凝胶棒材在60℃～80℃下干燥，即 可。

上述的碱性凝固液为NaOH或KOH。

本发明的有益效果在于：

具有仿生结构的多聚磷酸钠/壳聚糖棒材的力学性能与纯壳聚糖棒材相比有 了很大的提高，其原因有以下三个方面：(1)多聚磷酸钠与壳聚糖之间存在强 的静电相互作用以及氢键作用，使得壳聚糖基体变得更加紧密；(2)多聚磷酸 钠/壳聚糖棒材的仿木年轮结构有利于改变应力扩展方向，吸收能量，终止裂纹 的扩展，从而提高棒材的力学性能；(3)多聚磷酸钠/壳聚糖棒材的仿竹空心结 构使其力学性能由于实心结构的多聚磷酸钠/壳聚糖棒材。

本发明制得的具有仿生结构的多聚磷酸钠/壳聚糖棒材可用作骨科的髓内 钉。

附图说明

图1是多聚磷酸钠/壳聚糖中空复合棒材的横截面扫描电镜照片。

具体实施方式

以下结合具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：

1)将壳聚糖粉末溶于体积分数为2％的稀醋酸中，配制成质量分数为4％的 壳聚糖溶液，静置脱泡；

2)取少量步骤1)的壳聚糖溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分 数为5％的NaOH凝固液中，室温下壳聚糖凝固成膜，脱模，得到壳聚糖膜模板；

3)将步骤1)的壳聚糖溶液倒入步骤2)的模板里，封口，并浸入质量分 数为5％的NaOH凝固液中，凝固30min，脱模，得到中空结构的壳聚糖凝胶棒 材，然后用去离子水洗涤至中性；

4)将中空结构的壳聚糖凝胶棒材放入质量浓度为0.5％的多聚磷酸钠水溶液 中静置交联12h，以去离子水洗涤至中性；

5)将多聚磷酸钠改性的壳聚糖中空结构凝胶棒材放在温度为60℃的烘箱中 干燥72h，即得到多聚磷酸钠/壳聚糖中空结构棒材。力学性能测试结果：

弯曲强度：136.8MPa

弯曲模量：5.2GPa

实施例2：

1)将壳聚糖粉末溶于体积分数为2％的稀醋酸中，配制成质量分数为5％的 壳聚糖溶液，静置脱泡；

2)取少量步骤1)的壳聚糖溶液均匀涂覆于模具表面，将模具置于质量分 数为5％的NaOH凝固液中，室温下壳聚糖凝固成膜，脱模，得到壳聚糖膜模板；