摘 要

聚乳酸（PLA）是一种可完全生物降解的新型绿色材料，不仅具有良好的生物相溶性，并且聚乳酸原料具有“可以种植，容易种植”等特性，是环境友好型绿色材料，因此被广泛地应用于包装、农业、汽车、造纸、服装和医疗卫生等领域。然而聚乳酸结晶度较高、疏水性较强,因此就需要通过羧甲基纤维素较好的水溶性，将聚乳酸与羧甲基纤维素进行共混，以期望两者在性能上的相互改进，得到综合两种材料优良性能，并且性能更加优异的生物医学材料。

本课题的研究目的在于以聚乳酸为原料，采用聚乳酸与羧甲基纤维素进行共混，成功制备了具有特定微观结构的聚乳酸/羧甲基纤维素复合水凝胶，通过SEM、FTIR等测试手段进行了水凝胶的结构表征，并研究了聚乳酸与羧甲基纤维素的一些工艺参数如复合比、交联剂用量、浓度等,以及水凝胶溶胀性、降解性及抗菌性等，得到最佳制备条件，并分别探讨了其潜在的应用领域。本课题有望开发出一种新型改性聚乳酸水凝胶，提升传统聚乳酸水凝胶各方面性能，以适应实际应用的需要。

通过FTIR证明了PLA/CMC复合水凝胶的成功制备，并且在SEM测试下，可以观察到该凝胶具有较好的孔道结构。从多项结果来看，PLA/CMC复合水凝胶具有良好的溶胀性能，降解性能，并且有一定pH敏感性，这些都为生物医用材料的制备提供了一定基础。

关键词：聚乳酸；羧甲基纤维素；共混；水凝胶；可降解；生物相容性

Abstract

Polylactic acid (PLA) is a new kind of biomaterial, it has favorable biocompatibility, flame retardant and anti UV properties. Moreover, polylactic acid material with the characteristics of "can be planted, easy to plant ", is environmentally friendly materials. Therefore, it is widely used in the fields of clothing, packaging, automotive, agricultural, papermaking industry, medicine and health. However, the polylactic acid has high crystallinity and strong hydrophobicity. Thus, we use carboxy methyl cellulose which is good water solubility, the polylactic acid and carboxy methyl cellulose are blended for the sake of improving the performance of both parties, synthesis excellent properties of this two materials. In this way, better performance of biomedical materials be obtained.

We use polylactic acid as raw material in this study, polylactic acid/ carboxy methyl cellulose composite hydrogel with specific microstructure were successfully prepared by blending polylactic acid with carboxy methyl cellulose. SEM and FTIR are used to characterize the structure of the hydrogel. We also explore the swelling, biodegradability and antibacterial properties of this hydrogels , and the parameters such as the concentration of PLA, composite ratio of polylactic acid and carboxy methyl cellulose and dosage of crosslinking agent were also investigated，and then discusses the potential application fields. In this study, we are expected to excogitate a new type of modified polylactic acid hydrogel, which can improve the performance of traditional polylactic acid hydrogel.

The successful preparation of PLA/CMC composite hydrogel was proved by FTIR, and the pore structure of the hydrogel was observed by SEM test. According to many results, PLA/CMC composite hydrogel has good swelling, degradation and pH sensitivity properties, these provide a basis for the preparation of biomedical materials.

Keywords: Polylactic acid; Carboxy methyl cellulose; Blend; Hydrogel；Biodegradable；Biocompatibility

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 聚乳酸（PLA） 1

1.1.1 聚乳酸的结构 1

1.1.2 聚乳酸的基本性质 1

1.1.3 聚乳酸的应用 2

1.2 羧甲基纤维素（CMC） 2

1.2.1 羧甲基纤维素的结构 2

1.2.2 羧甲基纤维素的性能 3

1.3 聚乳酸的改性 3

1.3.1 PLA改性的方式 3

1.3.2 PLA/生物降解聚合物共混 3

1.3.3共混体系成胶表征手段及性能测试 4

1.4 水凝胶的概述 4

1.4.1水凝胶的定义与分类 4

1.4.2水凝胶的合成方法 5

1.4.3 生物相容性及可降解性的水凝胶 5

1.4.4 凝胶的溶胀性能 6

1.4.5 pH敏感型水凝胶 6

1.4.6 抗菌水凝胶 6

1.4.7水凝胶的发展趋势 7

1.5 本课题的研究意义及内容 7

1.5.1 研究意义 7

1.5.2 主要研究内容 7

第2章 聚乳酸/羧甲基纤维素复合水凝胶的制备及性能研究 8

2.1前言 8

2.2实验部分 8

2.2.1主要试剂与仪器 8

2.2.2 凝胶的制备 10

2.2.3 PLA/CMC复合水凝胶FTIR表征 11

2.2.4 PLA/CMC复合水凝胶的SEM表征 11

2.2.5 PLA/CMC复合水凝胶的热性能测试 12

2.2.6 PLA/CMC复合水凝胶的溶胀性能测试 12

2.2.7 PLA/CMC水凝胶的力学性能测试 12

2.2.8 PLA/CMC水凝胶的降解性能测试 12

2.2.9 PLA/CMC水凝胶的抗菌性能测试 12

2.3 结果与讨论 13

2.3.1 共混与交联原理 13

2.3.2 PLA/CMC水凝胶的FTIR表征 13

2.3.3 PLA/CMC复合水凝胶的SEM表征 14

2.3.4 PLA/CMC复合水凝胶的热性能 15

2.3.5 PLA/CMC复合水凝胶的溶胀性能 17

2..3.5.1 水凝胶在不同pH缓冲溶液中的溶胀性能 17

2.3.5.2不同复合比对凝胶溶胀性能的影响 18

2.3.5.3不同交联剂用量对水凝胶溶胀性能的影响 21

2.3.5.4不同NaOH溶液浓度对凝胶溶胀性能的影响 23

2.3.5.5 不同溶剂用量对凝胶溶胀性能的影响 25

2.3.6 PLA/CMC复合水凝胶的力学性能 26

2.3.6.1 不同复合比对水凝胶力学性能的影响 27

2.3.6.2不同交联剂用量对水凝胶力学性能的影响 27

2.3.7 PLA/CMC复合水凝胶的降解性能 28

2.3.8 PLA/CMC复合水凝胶的抗菌性能 28

第3章 结论 29

致谢 30

参考文献 31

第1章 绪论

1.1 聚乳酸（PLA）

在资源日益短缺，环境污染情况日益严重的当今社会，人们对生存环境的质量及卫生水平的要求也日益提高，因此生物医用高分子材料成为化工领域的研究前沿和热点之一。而聚乳酸，英文名称PLA，正是一种可完全生物降解的新型绿色材料，不仅具有较好的生物相溶性，还具有一定的阻燃性和抗紫外性，并且聚乳酸原料具有“可以种植，容易种植”等特性，是环境友好型绿色材料，因此被广泛地应用于包装、农业、造纸、医疗卫生等各个领域。

1.1.1 聚乳酸的结构

乳酸单体的两边有羟基(-OH)和羧基（－COOH），单体通过直接缩聚反应或先制得二聚体丙交酯再开环聚合得到线型高分子^[11]，聚乳酸的化学结构式如图1-1所示。

图1-1 聚乳酸的化学结构式

1.1.2 聚乳酸的基本性质

聚乳酸由乳酸单体合成，而乳酸又具有不同的旋光性，分别有D型与L型，因此聚乳酸也可分为左旋、右旋、消旋。左旋聚乳酸与右旋聚乳酸都具有较高立体结构规整性，属于半结晶性高分子，但两者旋光性不同，右旋制备成本较高，和左旋的相比与人体的相容性差。无旋光性PDLLA的性质就与PDLA、PLLA相差很远，由于消旋聚乳酸在构象上规整性差，无定型且结晶能力低，因此应用较少。在发酵过程中产生的多为左旋乳酸，因此左旋聚乳酸在生活中最为常见^[2]。