聚乳酸/鎂合金復合材料是一種新型生物材料,具有良好的生物相容性和生物降解性,其降解性能是臨床應用的重要基礎。但是,聚乳酸降解和鎂合金腐蝕機理非常復雜,影響因素眾多,降解和腐蝕還相互影響,難以通過單純的實驗研究深入分析復合材料的降解動力學機理。本文首先通過降解實驗研究聚乳酸/鎂合金復合材料的典型降解行為,然后采用元胞自動機方法模擬聚乳酸、鎂合金和復合材料的降解動力學。采用不同體積分數(shù)的AZ31B鎂合金絲制備了聚乳酸/鎂合金復合材料,研究了鎂合金絲體積分數(shù)對復合材料力學性能和體外降解行為的影響。研究發(fā)現(xiàn),鎂合金絲的定向增強可以有效提升復合材料的彎曲強度,與聚乳酸相比,10vol%和20vol%鎂合金絲復合材料的彎曲強度分別提高23.6%和33.9%;鎂合金絲的加入還能有效中和聚乳酸的酸性降解產(chǎn)物,降低聚乳酸的降解速率。采用固定時間步長的粗糙網(wǎng)格蒙特卡羅算法和有限差分法模擬了聚乳酸的斷鏈、再結(jié)晶、低聚物生成和擴散等過程,建立了模擬聚乳酸降解的二維元胞自動機模型,研究了斷鏈方式、自催化機制、結(jié)晶度、擴散過程和材料尺寸對聚乳酸降解的影響,并證明聚乳酸降解過程中隨機斷鏈和末端斷鏈同時存在。提出用均方根誤差Re評判模型準確性的方法,模擬結(jié)果與實驗結(jié)果較高的吻合度證明了該模型進行聚乳酸降解模擬的可行性。根據(jù)新的鎂合金腐蝕動力學方程建立了鎂合金腐蝕的二維元胞自動機模型,研究了腐蝕方式和腐蝕動力學參數(shù)對鎂合金腐蝕的影響,并用該模型較好的模擬了文獻中的實驗結(jié)果。在此基礎上提出了聚乳酸/鎂合金復合材料降解的元胞自動機模型,證實了該模型模擬聚乳酸/鎂合金復合材料降解行為的可行性。
【學位單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：R318.08;TB33
【部分圖文】：

骨固定材料多為金金等[1]。這些材料2]：（1）部分金屬材材料彈性模量較高3）這些金屬材料在出，會為患者帶來之一，具有重要的的研究現(xiàn)狀id 或 Polylactide, 縮、脫水、純化后經(jīng)

的水解機制和影響因素以通過熱降解、光降解等多種模式進行降解，最為常見的是環(huán)境中，聚乳酸的降解可以分為兩個階段[24]：（1）聚乳酸主鏈子滲入聚乳酸基體，導致聚乳酸鏈松弛，酯鍵初步水解，分子溶性的低聚物；（2）活性代謝。該階段中水解生成的低聚物為單體乳酸，隨后進一步代謝為水和二氧化碳。本文主要關化學水解階段。面來看，聚乳酸的水解涉及自催化和非催化、末端斷鏈和隨解三大類機制。催化和非催化等外部催化劑時，聚乳酸可以以自催化機制和非催化機制水解時，酯鍵斷裂生成新的羥基和羧基（圖 1-2），羧基具有離子會催化聚乳酸分子鏈上酯鍵的水解（圖 1-3），隨著降解水解速率加快，產(chǎn)生“自催化水解”現(xiàn)象[26]。

圖 1-3 酸催化聚乳酸酯鍵水解機制[28]自催化水解時，聚乳酸的水解速率和酯鍵、羧基、水的濃度成正比，以表示為： = OH、Cw和 Ce分別表示羧基濃度、水分子濃度和酯鍵濃度，t 和 k 分別催化水解速率常數(shù)。認為當聚乳酸分子量足夠高時，在水解初始階段 Cw和 Ce均為常數(shù)，公式 1.2： ￠ = 0和 Mn,t分別表示聚乳酸初始時和降解 t 時間后的數(shù)均分子量，水解。有催化作用時，聚乳酸的水解動力學方程可以表示為： ′
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本文編號：2853479