铜低密度聚乙烯复合材料的微结构调控及其对性能的影响.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
铜/低密度聚乙烯复合材料的微结构调控及其对性能的影响
姓名:汤滢
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:谢长生;夏先平
2011-01-08
华中科技大学硕士学位论文
摘要
传统的宫内节育器(Intrauterine Device, IUD)是在含有硫酸钡作为显影剂的聚
乙烯支架上载有铜丝或铜管的分离结构,其铜离子释放速率的调节只能通过改变带
铜面积来实现。而新型 IUD 使用的是铜/低密度聚乙烯(Cu/LDPE)颗粒分散型复合
材料,聚乙烯基体的骨架结构对铜离子有控释作用,因此其铜离子释放速率的调节
可以通过复合材料的微结构调控来实现。
作为 IUD 材料,临床上需要关注的性能主要包括铜离子释放、力学性能和生物
相容性。本文主要从材料选择和生产工艺两个方面进行考虑,对 Cu/LDPE 复合材料
进行微结构调控, 以达到改善 IUD 材料上述性能的目的。此外,为改善材料的表面
亲水性,本文还尝试利用紫外辐照处理对复合材料进行表面改性。
材料选择方面的因素包括铜颗粒粒径及含量、聚乙烯粒径、致孔剂的种类和添
加量等,其中致孔剂选用了 NaCl、无水葡萄糖和可溶性淀粉这三种人体相容性好的
物质。为研究铜离子释放性能,将各种复合材料试样浸泡在恒温 ℃的模拟宫腔
液中,利用紫外-可见分光光度计测定其每天的铜离子释放量。研究发现,Cu/LDPE
复合材料在模拟宫腔液中的铜离子释放速率随着铜颗粒含量、粒径的增大和聚乙烯
粒径的减小而增大,而各种致孔剂的添加都提高了复合材料的铜离子释放速率。力
学性能测试是使用国家标准规定的拉伸试样在电子万能试验机上进行的,选取断裂
伸长率、拉伸强度和弹性模量三个参数进行评价。测试结果表明,Cu/LDPE 复合材
料的力学性能随着铜含量、铜粒径及聚乙烯粒径的变化呈现出复杂的规律性,而致
孔剂的添加均降低了复合材料的力学性能,其中添加 NaCl 时降幅最大。此外,还利
用接触角仪测试了各种复合材料表面分别对水和模拟宫腔液的静态接触角,发现多
数微结构调控对 Cu/LDPE 复合材料的表面亲水性影响甚微,只有致孔剂的添加对复
合材料表面亲水性的改善效果显著。
生产工艺方面主要考虑注塑温度和余料再加工次数,目的在于为 IUD 生产工艺
的制定中注塑温度的选择和生产余料的回收再利用提供实验依据。研究表明,注塑
I
华中科技大学硕士学位论文
温度对 Cu/LDPE 复合材料的各方面性能影响比较复杂,综合评价选定 170℃为最佳
注塑温度。经多次粉碎和注塑成型的 Cu/LDPE 复合材料各方面性能都很稳定,再加
工次数对其力学性能和铜离子释放性能都不会产生显著的影响,因此在实际 IUD 生
产中的余料再利用是完全可行的。
在改善 Cu/LDPE 复合材料表面亲水性的探索性研究中发现,各种经过紫外辐照
的复合材料对水的接触角出现大幅下降,说明紫外辐照可以用于提高复合材料的表
面亲水性。此外,紫外辐照作为医疗器械普遍采用的灭菌方式,也可有效用于新型
IUD 的灭菌。综合考虑,紫外辐照作为新型 IUD 的一种后处理方式具有显著的现实
意义。

关键词:铜/低密度聚乙烯复合材料微结构调控力学性能铜离子释放亲
水性
II
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
The traditional Intrauterine Device(IUD)is a T-shaped device consisting of several
sections of copper wires or copper tubes wrapped around a polyethylene stem, which
contains BaSO4 filler as developer, and the releasing rate of cupric ions can only be
controlled by changing the surface area of copper. The novel IUDs are prepared by
Cu/posites, whose copper particles are dispersed in the matrix of LDPE, and
the control of the microstructure posites is an effective method to regulate the
releasing rate of cupric ions.
As the material o