鈦合金材料的表面組裝及等離子體引發(fā)接枝改性研究課件

1、鈦合金材料的表面組裝及等離子體引發(fā)接枝改性研究趙寶明 萬海燕 陳亞芍*應(yīng)用表面與膠體化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陜西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院研究背景 醫(yī)用鈦合金材料的優(yōu)點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度高 抗疲勞性能好 加工工藝簡(jiǎn)單 力學(xué)相容性好性價(jià)比高 醫(yī)用鈦合金材料的用途人工關(guān)節(jié) 內(nèi)固定板牙根種植體 固定螺釘?shù)妊芯勘尘?醫(yī)用鈦合金材料的缺點(diǎn)遇生理環(huán)境發(fā)生腐蝕金屬離子向周圍組織擴(kuò)散自身性質(zhì)蛻變毒副作用材料植入失敗 高分子材料的化學(xué)穩(wěn)定性（抗腐蝕，無磁等）和壓縮系數(shù)優(yōu)于金屬材料?；诖?，本研究在鈦合金材料表面利用等離子體技術(shù)組裝了硅烷化偶聯(lián)劑，進(jìn)一步接枝聚合高分子材料，希望得到具有二者優(yōu)點(diǎn)的醫(yī)用新材料。研究思路實(shí)驗(yàn)方案氧氣

2、等離子體 預(yù)處理OOHOOOHSiHOSH巰丙基三甲氧基硅烷乙醇水解OOHHOSiHOHOOSiOOSiOSHSH+R.OSiOOSiOS .SH+RHnMOSiOOSiOS SHSH：鈦基底；OH氫鍵 R.：由丙烯酰胺所產(chǎn)生的自由基：聚丙烯酰胺分子 M： 丙烯酰胺單體OOO自由基的產(chǎn)生單體吸收一定的能量后成為激發(fā)態(tài)，再分解成自由基。反應(yīng)如下：圖1 組裝MPS及接枝PAAM的鈦合金的ATR-FTIR譜圖（a: Ti；b: Ti-b-MPS；c: Ti-g-PAAM；d: Ti-b-MPS-g-PAAM）ATR-FTIR譜圖291728503280由紅外圖譜可以看出，除a外，另外三者峰形及峰位大

3、致相同。2917和2850cm-1左右處的峰對(duì)應(yīng)于-CH2的伸縮振動(dòng)峰，3280cm-1處的峰對(duì)應(yīng)于締合羥基的伸縮振動(dòng)峰。偶聯(lián)劑的使用使得（d）圖峰強(qiáng)明顯比（c）圖高。 XPS全譜圖2 Ti-b-MPS和Ti-b-MPS-g-PAAM的XPS譜圖(a: Ti-b-MPS ；b: Ti-b-MPS-g-PAAM） 兩種樣品的XPS全譜大致相同。Si2p和S2p峰的出現(xiàn)說明MPS有效地鍵合在鈦合金表面。二者相比，Ti-b-MPS-g-PAAM中N元素含量有所增加，由原來的2.02%增加到3.47%。這是因?yàn)楹笳哝I合了PAAM，PAAM中N的質(zhì)量百分含量為19.72%，因此PAAM的鍵合會(huì)提高樣品T

4、i-b-MPS中N元素的含量。XPS全譜分析C元素的高分辨譜圖3 Ti-b-MPS和Ti-b-MPS-g-PAAM中C元素的XPS高分辨譜圖(a: Ti-b-MPS ；b: Ti-b-MPS-g-PAAM）（a）（b）CHC-CCHC-CNH2-C=O（b）圖中增加了一個(gè)新峰，它對(duì)應(yīng)于PMMA分子中的C=O基團(tuán)。GPC測(cè)定分子量 GPC測(cè)定結(jié)果顯示,Ar等離子體引發(fā)聚合所得到的PAAM其峰位分子量為11940，分子量分布指數(shù)為1.06，說明Ar等離子體聚合出的PAAM分子量較大，分子量分布較窄。圖4 Ringers溶液中Ti、Ti-b-MPS和Ti-b-MPS-g-PAAM的極化曲線腐蝕性實(shí)驗(yàn)

5、腐蝕性分析 金屬表面狀態(tài)對(duì)其抗腐蝕性具有很大影響，圖4給出了不同表面狀態(tài)的鈦在Ringers溶液中的腐蝕行為。Ti與Ti-b-MPS極化曲線基本相似。Ti-b-MPS-g-PAAM的極化曲線明顯不同 ，其鈍化區(qū)間大幅變寬，較Ti與Ti-b-MPS，腐蝕電壓有所增加，從-620mv增加到-370mv。說明Ti-b-MPS-g-PAAM具有較高的極化阻抗和較低的腐蝕速率。 通過XPS、ATR-FTIR分析，說明利用等離子體技術(shù)， 可以在鈦合金表面成功鍵合聚丙烯酰胺分子。 GPC測(cè)定表明，利用等離子體引發(fā)聚合技術(shù),在不使用引 發(fā)劑的情況下聚合出的聚丙烯酰胺其分子量可達(dá)12000。腐蝕性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在鈦合金表面組裝偶聯(lián)劑