聚乙烯醇_羧甲基纤维素钠共混膜的制备与性能

Vol.22No.32009年9月功　能　高　分　子　学　报Journal of Functional Polymers 收稿日期:2009204208

作者简介:周江月(19842),女,辽宁鞍山人,硕士生,研究方向:生物医用高分子材料。E 2mail :zhoujy @

通讯联系人:李　光,E 2mail :lig @

聚乙烯醇2羧甲基纤维素钠共混膜的制备与性能

周江月,　李　光,　李玲琍,　江建明

(东华大学纤维材料改性国家重点实验室,上海201620)

摘　要:　用溶液共混法制备聚乙烯醇2羧甲基纤维素钠(PVA 2CMC )共混膜。用SEM 、F T 2IR 、DSC 对其进行表征,并测试了膜的性能、交联速率和凝胶分数。结果表明:共混膜组分之间相容性

良好,综合力学性能比单一组分有所提高。利用磷酸和氯化钙溶液可以有效地对共混膜进行交联,

使其在醇水混合溶液中稳定存在;且交联过程未引入有毒物质,这种共混膜材料有望用作软骨修复

材料的基体。

关键词:　聚乙烯醇;羧甲基纤维素钠;共混膜;交联

中图分类号:　TB324 文献标志码:　A 文章编号:　100829357(2009)0320307206

Preparation and Characterization of PVA 2CMC B lend Films

ZHOU Jiang 2yue ,　L I Guang ,　L I Ling 2li ,　J IAN G Jian 2ming

(State Key Laboratory of Modification of Chemical Fiber and Polymer Materials ,

Donghua University ,Shanghai 201620,China )

Abstract :　The blend films of poly (vinyl alcohol )2carbo xymet hyl cellulose (PVA 2CMC ),p repared by co 2solution met hod ,were characterized by SEM ,F T 2IR and DSC.And t hen t he mechanical properties ,cro sslink speed and gel fraction of t he films were tested.The result s show t hat t he compatibility of t he blend films is good ,and t he comprehensive mechanical properties are improved compared wit h t hose of sin 2gle component.The films are able to be blended effectively using H 3PO 4and CaCl 2solution ,so t hat t he film could exist stably in mixed solution of alcohol and water.No poisonous substances are imported dur 2ing t he cro sslink p rocess.It shows a p romising pro spect as matrix materials of cartilage reparation.K ey w ords :　PVA ;CMC ;blend film ;cro sslink

采用可降解高分子制备骨修复材料可以避免二次手术。聚乙烯醇(PVA )因其良好的生物相容性,作为生物医疗材料日益受到重视[1]。聚乙烯醇水凝胶含水量、弹性模量与人体软骨相近,近年来在作为软骨修复材料的应用研究中受到很大的关注[224]。但是纯PVA 较韧,力学性能稍显不足。羧甲基纤维素钠(CMC )是一种重要的纤维素醚,是天然纤维素经过化学改性后获得的一种水溶性较好的聚阴离子化合物[5]。它具有保水性、成膜成型性、分散稳定性的优点[6],可用于药物载体、生物基质、组织工程等医疗方面[729]。

本文通过溶液共混的方法制备聚乙烯醇2羧甲基纤维素钠(PVA 2CMC )共混膜,并对其相容性、结晶性能、力学性能以及交联性能等进行了分析。PVA 与CMC 均为水溶性高分子,通常采用化学法(戊二醛交联等)[10]、物理法(冷冻干燥等)[7]以及辐射法[11]进行交联。本文利用磷酸和氯化钙溶液对制备的共混膜进行了交联,避免使用对生物体有毒的交联剂,交联方法简便,得到综合性能比单一组分有所改善的共混膜材料,有望用作软骨组织修复材料的基体。

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803功　能　高　分　子　学　报第22卷1　实验部分

1.1　药品及试剂

PVA:1750S,日本可乐力公司;CMC:分析纯,上海埃彼化学试剂有限公司;磷酸:分析纯,国药集团化学试剂有限公司;无水氯化钙:分析纯,衢州巨化试剂有限公司;无水乙醇:分析纯,上海禾气化工科技有限公司。

1.2　PVA2CMC共混膜的制备

将纯PVA粉末和纯CMC粉末以及以不同比例混合的两种粉末分别溶于去离子水中,在85℃水浴加热3h同时不断搅拌(纯CMC无需加热),得到质量分数为4%的溶液。将溶液倒入表面皿中流延成膜,室温下放置在水平台上3d,然后放入真空烘箱中60℃干燥24h,取出备用。

PVA和CMC混合质量比分别为2/1、1/1、1/2,制得的膜依次标记为P/C(2/1)、P/C(1/1)、P/C(1/2)。

1.3　共混膜的表征及性能测试

1.3.1　共混膜断面形貌观察 用SEM(J SM25600LV,日本J EOL)对PVA2CMC共混膜断面的形貌进行观察。

1.3.2　力学性能测试 用WDW3020微控电子万能测试试验机(长春科新试验仪器有限公司)测量共混膜的拉伸强度和断裂伸长率,试样70mm×10mm,夹距40mm,拉伸速率5mm/min。

1.3.3　热学性能测试 将共混膜从0℃升温到250℃保温5min,再从250℃降温到0℃,保温5min,再将样品升温到250℃,记录DSC曲线,升、降温速率为20℃/min。

1.3.4　结构性能测试 用美国Nicolet公司N EX2670红外光谱仪(F T2IR)对共混膜进行分析测试。

1.3.5　交联速率测试 将样品裁成2cm×2cm的薄膜,真空烘箱60℃干燥至恒重,称重得m0。配制1 mol/L的H3PO4溶液和1mol/L的CaCl2溶液,将样品分别浸泡在两种溶液中,每隔0.5h取出,用滤纸小心吸掉膜表面的水分,称重得m t。

交联比(R)=(m t-m0)/m0(每个样品平行试验3次,取平均值)

1.3.6　凝胶分数计算 将样品裁成2cm×2cm的薄膜,真空烘箱60℃干燥至恒重,称重得m0。将样品分别浸泡在1mol/L的H3PO4溶液和1mol/L的CaCl2溶液2h,取出后用去离子水清洗,再浸泡在w= 0.6的乙醇溶液中。8h后取出在真空烘箱中60℃烘干至恒重,称重得m。

凝胶分数=m/m0×100%(每个样品平行试验3次,取平均值)

2　结构与讨论

2.1　PVA与CMC的相容性

PVA链柔性,而CMC分子链中含有大量的环状结构,虽然两者大分子链结构相差较大,但是PVA与CMC大分子链上都含有羟基,两者之间形成的分子间氢键可改善PVA与CMC的相容性。从图1共混膜断面形貌的电镜照片可以看出在共混膜中未见明显的两相结构,说明两组分并没有产生相分离。

从图2F T2IR的结果可以看出:纯PVA膜中3295cm-1处为—O H的伸缩振动峰,2941cm-1处为—CH的伸缩振动峰,1091cm-1处为C—O的对称和不对称吸收峰;纯CMC膜—O H的伸缩振动峰出现在3361cm-1,2922cm-1为—CH的伸缩振动峰,1592cm-1为—COONa基团中C=O的对称与不对称振动吸收峰。当CMC与PVA共混时,PVA分子链上—O H会与电离的羧酸根结合,相比于Na+,—O H有供电子功能,所以C=O的红外吸收峰移至高波数[12]。对于共混膜,—O H峰位置发生了改变,出现在3311 cm-1处,也说明CMC中的—O H与PVA中的—O H也产生分子间氢键。两组分分子间氢键的形成加强了两相之间的相容性。