镁合金表面自组装复合涂层的制备及性能研究

作     者：赵延斌 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李硕琦;李培成

授予年度：2019年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：镁合金 层层组装 多层膜 耐蚀性 缓释性 

摘      要：镁合金具有生物相容性和可降解性,可被用作生物医用植入材料。但是由于镁合金降解速率过快限制了其广泛应用。而且镁基植入材料易受细菌粘附,所形成的生物膜会引起组织感染。因此,提高镁合金的耐腐蚀性并且防止细菌感染,对于镁合金的临床应用具有非常重要的意义。本工作利用层层组装技术制备多层膜,赋予镁合金多功能性,包括耐腐蚀性、自修复能力、抗菌性和药物缓释性等。首先,为了增强镁合金的耐腐蚀性,在镁基体表面制备聚乙烯吡咯烷酮/聚丙烯酸(PVP/PAA)旋涂辅助层层组装多层膜;接下来,在镁基体表面旋转-喷涂层层组装二氧化硅/二氧化铈(SiO2/CeO2)纳米多层膜,赋予镁合金良好的耐腐蚀性和自修复能力;然后,将旋涂辅助层层组装和热交联技术相结合,在镁合金表面制备了热交联硫酸庆大霉素负载的聚烯丙胺盐酸盐/聚丙烯酸(HT-PAH/PAA-GS)多层膜,改善镁合金的耐腐蚀性、抗菌性和药物缓释能力;最后,采用层层组装技术和聚硅氧烷的修饰处理,在镁基体表面制备聚甲基三甲氧基硅烷修饰的纳米银/聚乙烯亚胺(PMTMS-AgNPs/PEI)复合涂层,提高其耐腐蚀性、自修复能力、抗菌性以及药物缓释能力。借助高分辨场发射扫描电镜、X射线能谱仪、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪和傅立叶红外仪等检测样品的微观形貌、元素组成、化学成分以及成键方式:采用电化学和析氢测试表征样品的耐腐蚀性;利用纳米压痕和划痕实验分别探究了镁基体与涂层之间的结合力以及自修复能力;利用平板计数法表征了样品的抗菌性能;使用紫外-可见光吸收光谱仪表征抗菌剂的存在形态以及涂层的药物释放行为;还探究了涂层的成膜机理以及在模拟体液中的腐蚀降解行为。实验结果表明:PVP/PAA旋涂辅助层层组装多层膜增强了镁基体的耐腐蚀性以及基体和涂层之间的结合力,实际上,在旋涂的过程中,带不同电荷聚电解质的吸附和重排几乎是同时进行的,由于样品的高速旋转,在镁合金表面会产生空气剪切力和离心力,滴加名在样品表面上的聚电解质中的水分子会被快速甩掉,聚电解质的摩尔浓度升高,使得不同聚电解质之间的相互吸引力增强,进而得到均匀而且致密的涂层;SiO2/CeO2纳米颗粒旋转喷涂层层组装多层膜赋予了镁基体很好的耐腐蚀性和自修复性,作为组装单元,SiO2纳米颗粒可作为腐蚀介质的物理屏障保护,CeO2纳米颗粒可作为腐蚀抑制剂修复植入体物理损伤;热处理PAH/PAA-GS旋涂辅助层层组装多层膜,热交联处理使PAA分子链之间形成稳定的酸酐键,使得样品具有更好的耐腐蚀性和抗菌性,并且可以延长GS的释放,可以为样品提高长时间的抗菌效果。PMTMS-AgNPs/PEI复合涂层使得镁合金具有好的耐腐蚀性、自修复能力以及抗菌性,并且能够延长银离子的药物释放,保证长期的抗菌效果。因此,层层组装技术可以同时赋予镁合金耐腐蚀性、自修复性、抗菌性以及药物释放等多功能性,是一种理想的医用镁合金表面处理技术。