專利名稱：一種可生物降解聚酯復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可生物降解聚酯復(fù)合材料的制備方法，具體地說(shuō)是先將羥基磷灰石顆粒接枝聚丙交酯，再進(jìn)一步與可生物降解聚酯復(fù)合，制備可生物降解聚酯復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
通常骨折固定材料一般是由不銹鋼、鈦及其合金制成的金屬制品，由于皮質(zhì)骨胳的剛性與金屬的剛性相差懸殊，導(dǎo)致高剛性的金屬內(nèi)固定裝置阻礙骨折部位周圍骨架的快速形成，破壞骨骼愈合過程中應(yīng)該承受的正常應(yīng)力環(huán)境，而且應(yīng)力的遮擋保護(hù)又導(dǎo)致形成骨質(zhì)疏松和骨萎縮，所以植入體內(nèi)后需要進(jìn)行二次手術(shù)取出，并且取出后仍需一定時(shí)間的后愈合階段，給患者帶來(lái)巨大的痛苦。由于存在這些缺點(diǎn)，人們將研究重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向了具有良好生物相容性的，可被生物體吸收的生物材料上，而聚乳酸(Polylactide，PLA)骨固定材料一直是這一類材料中最受關(guān)注的重要研究領(lǐng)域之一。
PLA具有良好的生物相容性，在生物體內(nèi)可以降解吸收，并且它的最終降解產(chǎn)物是二氧化碳和水，中間產(chǎn)物乳酸也是體內(nèi)正常糖的代謝物，因此，PLA在生物體內(nèi)降解后不會(huì)對(duì)生物體有不良影響，醫(yī)學(xué)上可作為內(nèi)植材料使用，但PLA的力學(xué)強(qiáng)度低，不能滿足對(duì)力學(xué)性能要求較高的骨損傷部位的固定和治療。
近年來(lái)大量的研究表明，用超細(xì)無(wú)機(jī)剛性粒子與PLA復(fù)合能夠得到既具有較高的剛性的同時(shí)，又具有較高韌性，并且具有較好的骨誘導(dǎo)性和骨傳導(dǎo)性的復(fù)合材料?？紤]到與人體骨組織的相容性與生理安全性，可與PLA復(fù)合的材料主要有羥基磷灰石(hydroxyapatitie)、水滑石(hydrotalc)、生物玻璃(bioglass)等等。
羥基磷灰石(hydroxyapatite，HAP)與人體骨組織的無(wú)機(jī)成分具有相近的組成及結(jié)構(gòu)，與人體組織具有良好的生物學(xué)相容性，是一種極好的生物活性材料，已在臨床上得到廣泛的應(yīng)用。但純HA生物陶瓷的脆性大，強(qiáng)度較低，易斷裂，在生理環(huán)境中的抗疲勞性不高，只能應(yīng)用于不承受較大負(fù)荷或只承受單一方向壓力負(fù)荷的環(huán)境中，不能很好地滿足臨床應(yīng)用要求。因此需要有一種材料對(duì)HAP進(jìn)行增韌，在生物學(xué)性能和力學(xué)性能上更好地滿足臨床需要。將HA與PLA類聚合物復(fù)合制成生物降解復(fù)合材料，是希望兩者的優(yōu)點(diǎn)集為一體，使該復(fù)合材料既具有骨傳導(dǎo)性、骨誘導(dǎo)性的同時(shí)又具有良好的力學(xué)性能，成為性能優(yōu)異的骨折內(nèi)固定材料?；谶@一目的人們?cè)诙兰o(jì)九十年代初首先開始了HA/PLA骨折內(nèi)固定材料方面的研究工作，最近幾年研究相當(dāng)活躍，研究?jī)?nèi)容涉及該復(fù)合材料的制備、機(jī)械性能、界面組織結(jié)構(gòu)、生物相容性及生物降解行為等方面。如日本Takirong公司的Y.Shikinami，M.Okuno等在這一方面做了很多的研究，并且已有商業(yè)化的產(chǎn)品出現(xiàn)，如Super-Fixsorb和Super-Fixsorb-MX等。國(guó)內(nèi)在這方面剛起步，最近亦有文獻(xiàn)報(bào)道，在HAP/PLA復(fù)合材料的制備，降解行為及生物相容性等方面也進(jìn)行了一定的探討，如四川大學(xué)、成都有機(jī)所、中山大學(xué)等，實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步表明HAP/PLA復(fù)合材料具有良好的生物相容性和骨傳導(dǎo)性，而骨傳導(dǎo)性這一特點(diǎn)是SR-PLA和PLA等骨折內(nèi)固定材料所沒有的，而且HAP與PLA復(fù)合后，HA即可從三維方向均勻增強(qiáng)材料強(qiáng)度，又可減慢PLA的降解速度。但是，由于作為填充體的HAP粒子與PLA復(fù)合后兩者的界面粘合力較差，在應(yīng)用時(shí)材料復(fù)合界面首先遭到破壞，植入人體后HAP粒子很容易與有機(jī)基體脫離，使材料的力學(xué)性能很快降低，所以在骨組織修復(fù)的臨床應(yīng)用上還是受到了一定的限制。因此，提高HAP與PLA之間界面年和性和分散性已成為制備性能優(yōu)異的HAP/PLA復(fù)合骨折內(nèi)固定材料的技術(shù)關(guān)鍵。為了增強(qiáng)HAP粒子與PLA基體的粘合性，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，各國(guó)學(xué)者也進(jìn)行了很多的嘗試，如采用硅烷偶聯(lián)劑、異氰酸酯交聯(lián)、聚乙二醇表面改性等也取得了一定的進(jìn)展。
然而，納米或微米羥基磷灰石同芳香族聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)復(fù)合材料材料的研究和應(yīng)用報(bào)道較少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可生物降解聚酯復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明利用在納米和微米尺寸的HAP粒子表面羥基上直接引發(fā)聚合的方法，將聚L-丙交酯(L-LA)通過化學(xué)鍵的形式接枝到HAP表面，目的是使HAP無(wú)機(jī)粒子與PLA基體具有良好的界面結(jié)合力，同時(shí)在本發(fā)明中利用溶劑法和母料法制備HAP/可生物降解聚酯復(fù)合材料，進(jìn)一步保證了納米或微米HAP粒子被均勻地分散到聚合物基體中，從而改善聚乳酸材料的生物相容性，力學(xué)性能，加工性能。因此，本發(fā)明所制備的HAP/可生物降解聚酯復(fù)合材料將在生物醫(yī)學(xué)及材料學(xué)上具有很高的使用價(jià)值，因而在臨床中的骨固定、骨修復(fù)、手術(shù)縫合線、組織工程支架材料及各種民用日常生物降解高分子材料制品的生產(chǎn)及消費(fèi)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。
本發(fā)明先將羥基磷灰石顆粒表面接枝聚丙交酯，再用表面接枝有聚丙交酯的羥基磷灰石(g-HAP)進(jìn)一步與可生物降解聚酯復(fù)合，制備既具有良好的生物相容性、生物降解性，又具有較高的機(jī)械性能的g-HAP/可生物降解聚酯復(fù)合材料。
表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石的制備步驟采用如下兩種聚合方式一、溶液聚合1)納米或微米羥基磷灰石尺寸長(zhǎng)度為60-200nm，直徑20-60nm，在高純氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，將納米或微米羥基磷灰石經(jīng)過與苯或甲苯共沸除水或在真空烘箱中干燥除水，分別加入1-20倍的溶劑和0.1-10％的有機(jī)亞錫催化劑，利用磁力攪拌機(jī)和超聲儀振蕩儀分散10～120分鐘，待分散均勻后，將羥基磷灰石-二甲苯懸浮液放在80～130℃油浴中攪拌反應(yīng)30分鐘～8小時(shí)；2)在高純氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下用注射器注入裝有與HAP同等重量的丙交酯的反應(yīng)瓶中，在110～140℃加熱和攪拌的條件下生成表面接枝有聚丙交酯的羥基磷灰石(g-HAP)，聚合時(shí)間為3～72小時(shí)；3)反應(yīng)液用離心機(jī)沉降，將沉淀用超聲儀分散到氯仿中振蕩洗滌，之后再離心沉降，此洗滌過程重復(fù)五次，所得沉淀在真空烘箱中干燥。
二、本體聚合1)在高純氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下，將羥基磷灰石納米粒子(HAP)經(jīng)過與甲苯共沸除水或在真空烘箱中干燥除水后，分別加入等重的丙交酯和5％有機(jī)亞錫催化劑，在125℃加熱和攪拌的條件下聚合3～72小時(shí)，生成表面接枝聚丙交酯的無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料，產(chǎn)物中含有聚丙交酯均聚物。產(chǎn)物可以直接用于聚酯的復(fù)合材料。
2)產(chǎn)物用溶劑溶解，用離心機(jī)沉降，聚丙交酯的均聚物溶解在溶劑中，用離心方法分離出表面接枝聚合物的，將沉淀用超聲儀分散到溶劑中振蕩洗滌，之后離心沉降，可以反復(fù)在有機(jī)溶劑中分散洗滌、離心沉降，所得沉淀在真空烘箱中干燥。
用表面接枝有聚丙交酯的羥基磷灰石(g-HAP)與可生物降解聚酯復(fù)合，制備g-HAP/可生物降解聚酯復(fù)合材料的步驟如下1.一步法1.1 溶劑法1)將表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)用磁力攪拌機(jī)和超聲振蕩儀均勻分散到5～100倍的氯仿溶劑中；2)將聚左旋丙交酯(PLLA)投入10倍氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PLLA-氯仿溶液；3)將1)中所得的懸浮液加入到PLLA-氯仿溶液中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌、超聲振蕩儀振蕩分散懸浮溶液，待分散均勻后用大量的乙醇沉降，然后再在真空烘箱中60℃干燥48小時(shí)。
1.2 雙螺桿共混擠出法1)稱取g-HAP和可生物降解聚合物顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出并造粒制備復(fù)合材料，復(fù)合材料中羥基磷灰石在1～50重量百分含量之間。
2)將通過溶劑法或本體法聚合得到的g-HAP顆粒不經(jīng)溶劑洗滌直接在雙螺桿擠出機(jī)中與聚酯共混擠出造粒，制作復(fù)合材料方法。
2.二步法(母料法)2.1 用溶劑法制作預(yù)混母料1)用溶劑法制備含羥基磷灰石20～80％的g-HAP/PLLA混合母料。
2)按一定的配比稱取預(yù)混母料和可生物降解聚合物顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中120～170℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料，復(fù)合材料中羥基磷灰石的含量在0～50重量百分?jǐn)?shù)之間。
2.2 用雙螺桿共混擠出法制作預(yù)混母料1)稱取g-HAP和可生物降解聚合物顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出并造粒制備g-HAP/生物降解聚酯的預(yù)混母料。
2)稱取預(yù)混母料和可生物降解聚合物顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料，復(fù)合材料中羥基磷灰石的含量為1～50％。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1不同催化劑用量下在羥基磷灰石表面接枝聚丙交酯，主要制備步驟如下1)高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將5g羥基磷灰石納米晶體(nano-HAP crystal)經(jīng)過真空烘箱中干燥除水后，加入10ml二甲苯溶劑和0.025～0.5g催化劑辛酸亞錫(如表1)，利用磁力攪拌機(jī)攪拌30分鐘和超聲儀振蕩30分鐘后，將羥基磷灰石-辛酸亞錫-二甲苯懸浮液放在110℃油浴中攪拌2小時(shí)；2)將上步反應(yīng)得到的懸浮液，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下用注射器注入溶解有5g丙交酯二甲苯溶液的反應(yīng)瓶中，在120℃恒溫?cái)嚢?4小時(shí)后將反應(yīng)液冷卻至室溫；3)反應(yīng)液用離心機(jī)沉降，將沉淀用超聲儀分散到50ml氯仿中振蕩洗滌，之后再離心沉降，此洗滌過程重復(fù)五次，所得沉淀在真空烘箱中恒溫60℃干燥48小時(shí)，所得產(chǎn)物為表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石(PLA-g-HAP)。用TGA測(cè)試接枝率，結(jié)果見表1。
表1

表中Cat/HAP是指催化劑用量與羥基磷灰石重量的百分比，W1(％)是指經(jīng)干燥后的PLA-g-HAP在250～450℃范圍內(nèi)所失重量占起始重量的百分比，也就是接枝上聚丙交酯的含量。
實(shí)例2在不同的丙交酯和羥基磷灰石投料比下制備PLA-g-HAP。
1)高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將5g羥基磷灰石納米晶體(nano-HAP crystal)經(jīng)過真空烘箱中干燥除水后，加入10ml二甲苯溶劑和0.5g催化劑辛酸亞錫，利用磁力攪拌機(jī)攪拌30分鐘和超聲儀振蕩30分鐘后，將羥基磷灰石-辛酸亞錫-二甲苯懸浮液放在110℃油浴中攪拌2小時(shí)；2)將上步反應(yīng)得到的懸浮液，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下用注射器注入溶解有0.25-5g丙交酯二甲苯溶液的反應(yīng)瓶中，在120℃恒溫?cái)嚢?4小時(shí)后將反應(yīng)液冷卻至室溫；3)同實(shí)例1中的第1)步相同。用TGA測(cè)試接枝率，結(jié)果見表2。
表2

表中LA/HAP是指丙交酯與羥基磷灰石的投料比，W1(％)是指經(jīng)干燥后的PLA-g-HAP在250～450℃范圍內(nèi)所失重量占起始重量的百分比，也就是接枝上聚丙交酯的含量。
實(shí)例3在不同的催化劑和羥基磷灰石反應(yīng)溫度下制備PLA-g-HAP。
1)在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將5g納米羥基磷灰石經(jīng)過干燥除水后，加入10ml二甲苯溶劑和0.25g催化劑辛酸亞錫，利用磁力攪拌機(jī)攪拌30分鐘和超聲儀振蕩30分鐘后，將羥基磷灰石-辛酸亞錫-二甲苯懸浮液放在不同的反應(yīng)溫度80～130℃(如表3)油浴中攪拌120分鐘；2)以下各步反應(yīng)同實(shí)例1中第2)第3)步相同。用TGA測(cè)試接枝率，結(jié)果見表3。
表3

表中T(C/H)是指催化劑和羥基磷灰石的反應(yīng)溫度，W1(％)是指經(jīng)干燥后的PLA-g-HAP在250～450℃范圍內(nèi)所失重量占起始重量的百分比。
實(shí)例4催化劑和羥基磷灰石在不同反應(yīng)時(shí)間下制備PLA-g-HAP。
1)在氬氣保護(hù)下，將5g納米羥基磷灰石經(jīng)過干燥除水后，加入10ml二甲苯溶劑和0.25g催化劑辛酸亞錫，利用磁力攪拌機(jī)攪拌30分鐘和超聲儀振蕩30分鐘后，將羥基磷灰石-辛酸亞錫-二甲苯懸浮液放在110℃油浴中攪拌不同反應(yīng)時(shí)間30-480分鐘(如表4)；2)以下各操作步驟同實(shí)例1中第2)第3)步相同。用TGA測(cè)試接枝率，結(jié)果見表4。
表4

表中T(C/H)是指催化劑和羥基磷灰石的反應(yīng)時(shí)間，W1(％)是指經(jīng)干燥后的PLA-g-HAP在250～450℃范圍內(nèi)所失重量占起始重量的百分比。
實(shí)例5不同聚合反應(yīng)時(shí)間下制備PLA-g-HAP。
1)在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將5g羥基磷灰石納米晶體(nano-HAP)經(jīng)過與甲苯共沸除水后，加入10ml二甲苯溶劑和0.25g催化劑辛酸亞錫，利用磁力攪拌機(jī)攪拌30分鐘和超聲儀振蕩30分鐘后，將羥基磷灰石-辛酸亞錫-二甲苯懸浮液放在110℃油浴中攪拌120分鐘；2)將上步反應(yīng)得到的懸浮液，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下用注射器注入溶解有5g丙交酯二甲苯溶液的反應(yīng)瓶中，在120℃恒溫?cái)嚢璨煌酆戏磻?yīng)時(shí)間3～48小時(shí)(如表5)后將反應(yīng)液冷卻至室溫；3)同實(shí)例1中第3)步相同。用TGA測(cè)試接枝率，結(jié)果見表5。
表5

表中TR是指第2)步聚合時(shí)間，W1(％)是指經(jīng)干燥后的PLLA-g-HAP在250～450℃范圍內(nèi)所失重量占起始重量的百分比。
實(shí)例6不同聚合溫度下制備PLA-g-HAP。
1)在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將5g羥基磷灰石納米晶體(nano-HAP)經(jīng)過與甲苯共沸除水后，加入10ml二甲苯溶劑和0.25g催化劑辛酸亞錫，利用磁力攪拌機(jī)攪拌30分鐘和超聲儀振蕩30分鐘后，將羥基磷灰石-辛酸亞錫-二甲苯懸浮液放在110℃油浴中攪拌120分鐘；2)將上步反應(yīng)得到的懸浮液，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下用注射器注入溶解有5g丙交酯二甲苯溶液的反應(yīng)瓶中，在110～140℃恒溫條件下攪拌24小時(shí)后將反應(yīng)液冷卻至室溫；3)同實(shí)例1中第3)步相同。用TGA測(cè)試接枝率，結(jié)果見表6。
表6

表中TR是指第2)步聚合溫度，W1(％)是指經(jīng)干燥后的PLLA-g-HAP在250～450℃范圍內(nèi)所失重量占起始重量的百分比。
實(shí)例71)高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將5g羥基磷灰石納米晶體(nano-HAP crystal)經(jīng)過與甲苯共沸除水，加入10ml二甲苯溶劑和0.25g氯化亞錫、氧化亞錫或硫酸亞錫中的一種催化劑，利用磁力攪拌機(jī)攪拌30分鐘和超聲儀振蕩30分鐘后，將羥基磷灰石-辛酸亞錫-二甲苯懸浮液放在110℃油浴中攪拌120分鐘；2)將上步反應(yīng)得到的懸浮液，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下用注射器注入溶解有5g丙交酯二甲苯溶液的反應(yīng)瓶中，在120℃恒溫?cái)嚢?4小時(shí)后將反應(yīng)液冷卻至室溫；3)反應(yīng)液靜止沉降，待氯化亞錫完全沉降之后，清除上層反應(yīng)液用離心機(jī)沉降，將沉淀用超聲儀分散到50ml氯仿中振蕩洗滌，之后再離心沉降，此洗滌過程重復(fù)五次，所得沉淀在真空烘箱中恒溫60℃干燥48小時(shí)，所得產(chǎn)物為表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石(PLA-g-HAP)。用TGA測(cè)試接枝率結(jié)果見表7。
表7

實(shí)例81)高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將5g不同尺寸的羥基磷灰石(如表6)，經(jīng)過與甲苯共沸除水后，加入10ml二甲苯溶劑和0.25g催化劑辛酸亞錫，利用磁力攪拌機(jī)攪拌30分鐘和超聲儀振蕩30分鐘后，將羥基磷灰石-辛酸亞錫-二甲苯懸浮液放在110℃油浴中攪拌120分鐘；2)將上步反應(yīng)得到的懸浮液，在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下用注射器注入溶解有5g丙交酯二甲苯溶液的反應(yīng)瓶中，在120℃恒溫?cái)嚢?4小時(shí)后將反應(yīng)液冷卻至室溫；
3)反應(yīng)液用離心機(jī)沉降，將沉淀用超聲儀分散到50ml氯仿中振蕩洗滌，之后再離心沉降，此洗滌過程重復(fù)五次，所得沉淀在真空烘箱中恒溫60℃干燥48小時(shí)，所得產(chǎn)物為表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石(PLA-g-HAP)。用TGA測(cè)試接枝率結(jié)果如表8。
表8

實(shí)例91)在高純氬氣保護(hù)下，將5g羥基磷灰石納米晶體(nano-HAP)在真空烘箱中干燥除水后，加入10ml二甲苯溶劑和0.25ml催化劑辛酸亞錫，利用磁力攪拌機(jī)攪拌30分鐘和超聲儀振蕩30分鐘后，將羥基磷灰石-辛酸亞錫-二甲苯懸浮液放在110℃油浴中攪拌120分鐘；2)將上步反應(yīng)得到的懸浮液，在高純氬氣保護(hù)下用注射器注入溶解有5g丙交酯二甲苯溶液的反應(yīng)瓶中，在120℃恒溫?cái)嚢?0小時(shí)后將反應(yīng)液冷卻至室溫；3)反應(yīng)液用離心機(jī)沉降，將沉淀用超聲儀分散到50ml氯仿中振蕩洗滌，之后再離心沉降，此洗滌過程分別重復(fù)0～5次，所得沉淀在真空烘箱中恒溫60℃干燥48小時(shí)，所得產(chǎn)物用TGA測(cè)試接枝率，結(jié)果見表9。
表9

表中Wt是指第3)步中洗滌次數(shù)，W1(％)是指經(jīng)干燥后的PLLA-g-HAP在250～450℃范圍內(nèi)所失重量占起始重量的百分比。
實(shí)例10本體聚合1)在高純氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將5g羥基磷灰石粒子(HAP)經(jīng)過真空烘箱中干燥除水后，分別加入適量5g丙交酯和辛酸亞錫催化劑，在125℃加熱和攪拌的條件下聚合3～72小時(shí)，生成表面接枝聚丙交酯的無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料，產(chǎn)物中含有聚丙交酯均聚物。產(chǎn)物可以直接用于聚酯的復(fù)合材料。
2)產(chǎn)物用溶劑溶解，用離心機(jī)沉降，聚丙交酯的均聚物溶解在溶劑中，用離心方法分離出表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石，將沉淀用超聲儀分散到溶劑中振蕩洗滌，之后離心沉降，經(jīng)三次反復(fù)在有機(jī)溶劑中分散洗滌、離心沉降，所得沉淀在真空烘箱中，60℃干燥時(shí)間48小時(shí)，結(jié)果見表10。
表10

實(shí)例11在不同溶劑用量下，表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)進(jìn)一步與PLA復(fù)合，來(lái)制備g-HAP/PLA復(fù)合材料1)將2g表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)用磁力攪拌機(jī)和超聲振蕩儀均勻分散到5-100倍重量的氯仿溶劑中；2)將18g聚左旋丙交酯(PLLA)投入10倍重量氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PLLA-氯仿溶液；
3)將步驟1)中所得的懸浮液加入到PLLA-氯仿溶液中，首先用磁力攪拌機(jī)高速攪拌6小時(shí)，用超聲振蕩儀振蕩分散90分鐘，再用磁力攪拌機(jī)高速攪拌3小時(shí)，待分散均勻后用大量的乙醇沉降，之后再真空烘箱中干燥。干燥時(shí)間為48小時(shí)，溫度為60℃；4)用橡膠平板硫化機(jī)，在170℃條件下將復(fù)合材料壓成0.5±0.05mm厚的薄膜，再用沖片機(jī)切成啞鈴型拉伸樣條，在萬(wàn)能拉力機(jī)上測(cè)試機(jī)械性能，結(jié)果見表11。
表11

表中S/H是指第(1)步中溶劑與羥基磷灰石的重量比，St是指PLLA-g-HAP/PLLA復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。
實(shí)例121)將5g表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)用磁力攪拌機(jī)和超聲振蕩儀均勻分散到50倍重量的氯仿溶劑中；2)按表9聚左旋丙交酯(PLLA)的重量百分比，稱取PLLA，投入10倍重量的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PLLA-氯仿溶液；3)同實(shí)例6中第3)步相同；4)同實(shí)例6中第4)步相同，結(jié)果見表12。
表12


表中WH是指在復(fù)合材料中羥基磷灰石的含量(重量百分?jǐn)?shù))，St是指PLLA-g-HAP/PLLA復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度，σ是指PLLA-g-HAP/PLLA復(fù)合材料的斷裂身長(zhǎng)率。
實(shí)例13稱取10g用溶劑法制備的g-HAP/PLLA納米復(fù)合材料(羥基磷灰石含量為3％)，在平板硫化機(jī)中不同溫度160-190℃下預(yù)熱5分鐘(表10)，待材料完全溶解后加壓至10Mpa，保持3分鐘后進(jìn)行冷壓，最后切樣進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表13。
表13

表中TP指壓片溫度，St是指PLLA-g-HAP/PLLA復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。
實(shí)例14稱取10g用溶劑法制備的g-HAP/PLLA納米復(fù)合材料(羥基磷灰石含量為3％)，在平板硫化機(jī)中170℃下預(yù)熱5分鐘，待材料完全溶解后加壓至10Mpa，保持1-9分鐘后進(jìn)行冷壓，最后切樣進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表14。
表14

表中TP是指物料在平板硫化機(jī)中熱壓時(shí)間，St是指PLLA-g-HAP/PLLA復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。
實(shí)例151)將2g表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)用磁力攪拌機(jī)分散到50倍重量的氯仿溶劑中；2)將18g聚左旋丙交酯(PLLA)投入10倍重量的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PLLA-氯仿溶液；3)將步驟1)中所得的懸浮液加入到PLLA-氯仿溶液中，首先用磁力攪拌機(jī)高速攪拌6小時(shí)，后用大量的乙醇沉降，之后再真空烘箱中干燥。干燥時(shí)間為48小時(shí)，溫度為60℃；4)用橡膠平板硫化機(jī)，在170℃條件下將復(fù)合材料壓成0.5±0.05mm厚的薄膜，再用沖片機(jī)切成啞鈴型拉伸樣條，在萬(wàn)能拉力機(jī)上測(cè)試機(jī)械性能，結(jié)果拉伸強(qiáng)度為47MPa。
實(shí)例161)將5g表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)用磁力攪拌機(jī)分散到50倍的氯仿溶劑中；2)將15g聚左旋丙交酯(PLLA)投入10倍氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PLLA-氯仿溶液；3)同實(shí)例12中第3)步相同；4)同實(shí)例12中第4)步相同，結(jié)果拉伸強(qiáng)度為53MPa。
實(shí)例171)將10g表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)用磁力攪拌機(jī)和超聲振蕩儀均勻分散到50倍的氯仿溶劑中；
2)將20g聚左旋丙交酯(PLLA)投入10倍的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PLLA-氯仿溶液；3)將步驟1)中所得的懸浮液加入到PLLA-氯仿溶液中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌6小時(shí)后用大量的乙醇沉降，之后再真空烘箱中干燥。干燥時(shí)間為48小時(shí)，溫度為60℃；4)同實(shí)例12中第4)步相同，結(jié)果拉伸強(qiáng)度為52MPa。
實(shí)例181)同實(shí)例13中第1)步相同；2)將15g聚消旋丙交酯(PDLLA)投入10倍氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PDLLA-氯仿溶液；3)同實(shí)例12中第3)步相同；4)同實(shí)例12中第4)步相同，結(jié)果拉伸強(qiáng)度為42MPa。
實(shí)例191)同實(shí)例13中第1)步相同；2)將15g聚ε-己內(nèi)酯(PCL)投入10倍的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PCL-氯仿溶液；3)同實(shí)例12中第3)步相同；4)同實(shí)例12中第4)步相同，壓膜溫度為120℃，結(jié)果拉伸強(qiáng)度為45MPa。
實(shí)例201)同實(shí)例14中第1)步相同；2)將20gε-己內(nèi)酯和丙交酯的共聚物(投料比為8∶2)投入10倍的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PCLA-氯仿溶液；3)同實(shí)例12中第3)步相同；4)同實(shí)例12中第4)步相同，結(jié)果拉伸強(qiáng)度為48MPa。
實(shí)例211)同實(shí)例14中第1)步相同；2)將20g丙交酯和乙交酯的共聚物(投料比為8∶2)投入10倍的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PLGA-氯仿溶液；
3)同實(shí)例12中第3)步相同；4)同實(shí)例12中第4)步相同，結(jié)果拉伸強(qiáng)度為65MPa。
實(shí)例221)稱取2g表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)分別和18g聚己內(nèi)酯(PCL)、丙交酯和乙交酯的共聚物(PLGA，投料比為L(zhǎng)A/GA＝4/1)，聚-己內(nèi)酯-丙交酯共聚物(PCLA，投料比為CL/LA＝5/1)、聚乙交酯(PGA)、聚左旋-丙交酯(PLLA)、聚消旋-丙交酯(PDLLA)顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中120～230℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；2)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試結(jié)果見表15。
表15

實(shí)例231)稱取2g未經(jīng)洗滌的本體聚合法制得的g-HAP和18g PLLA顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中170℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；2)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為55Mpa。
實(shí)例241)按配比稱取2g表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)和18gPET顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；2)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為73Mpa。
實(shí)例251)將2g表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)用磁力攪拌機(jī)和超聲振蕩儀均勻分散到30倍的氯仿溶劑中；2)將2g PLLA投入10倍的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PLLA-氯仿溶液；3)將步驟1)中所得的懸浮液加入到PLLA-氯仿溶液中，首先用磁力攪拌機(jī)高速攪拌6小時(shí)，用超聲振蕩儀振蕩分散90分鐘，再用磁力攪拌機(jī)高速攪拌3小時(shí)，待分散均勻后用大量的乙醇沉降，之后再真空烘箱中干燥。干燥時(shí)間為48小時(shí)，溫度為60℃，制成預(yù)混合母料；4)稱取2g預(yù)混母料和19gPLLA顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中170℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；5)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為60Mpa。
實(shí)例261)同實(shí)例22中的步驟1)；2)將2g PCL投入10倍的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PCL-氯仿溶液；3)同實(shí)例22中的步驟3)；4)稱取2g PCL預(yù)混母料和19g PCL顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中120℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；5)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為46Mpa。
實(shí)例271)同實(shí)例22中的步驟1)；2)同實(shí)例22中的步驟2)；3)同實(shí)例22中的步驟3)；4)稱取2g預(yù)混母料和19g PGA顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中220℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；5)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為78Mpa。
實(shí)例281)同實(shí)例22中的步驟1)；
2)將2g PLGA(丙交酯和乙交酯的共聚物，投料比為8∶2)投入10倍的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PLGA-氯仿溶液；3)同實(shí)例22種的步驟3)；4)稱取2g預(yù)混母料和19g PLGA(丙交酯和乙交酯的共聚物，投料比為8∶2)顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中190℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；5)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為69Mpa。
實(shí)例291)同實(shí)例22中的步驟1)；2)將2g PDLA投入10倍的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PDLA-氯仿溶液；3)同實(shí)例22中的步驟3)；4)稱取2g預(yù)混母料和19g PDLA顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中170℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；5)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為55Mpa。
實(shí)例301)同實(shí)例22中的步驟1)；2)將2g PDLA投入10倍的氯仿溶劑中，用磁力攪拌機(jī)高速攪拌，使之變成均勻的PDLLA-氯仿溶液；3)同實(shí)例22中的步驟3)；4)稱取2g預(yù)混母料和19g PDLLA顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中120℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；5)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為46Mpa。
實(shí)例311)按配比稱取表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)和PLLA顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中170℃下共混擠出并造粒做預(yù)混母料；2)稱取2g預(yù)混母料和19g PLLA顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中170℃下共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；3)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為55Mpa。
實(shí)例321)按配比稱取表面接枝的羥基磷灰石(g-HAP)和PET顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出并造粒做預(yù)混母料；2)稱取2g預(yù)混母料和19g PET顆粒，在雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出并造粒做納米復(fù)合材料；3)最后用注射機(jī)注射成啞鈴型的拉伸樣條，進(jìn)行測(cè)試，拉伸強(qiáng)度為80Mpa。
權(quán)利要求
1.一種可生物降解聚酯復(fù)合材料的制備方法，先將羥基磷灰石顆粒表面接枝聚丙交酯，再與可生物降解聚酯進(jìn)行復(fù)合，其主要步驟為A)在惰性氣體保護(hù)下，將羥基磷灰石粒子(HAP)干燥除水后，加入相當(dāng)于HAP重量的5-100％的丙交酯和有機(jī)亞錫催化劑，于80-150℃攪拌聚合3～72小時(shí)，生成表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石，其中含有聚丙交酯均聚物；B)將步驟A制得的羥基磷灰石與可生物降解聚合物按1-50％重量比，在雙螺桿擠出機(jī)中共混擠出并造粒制備納米復(fù)合材料，復(fù)合材料中羥基磷灰石在重量百分含量之間；其中所述羥基磷灰石為納米或微米級(jí)的晶體，其尺寸長(zhǎng)為60nm～5μm，直徑為20～5μm；所述生物可降解聚合物為可生物降解的聚酯；所述有機(jī)亞錫催化劑為辛酸亞錫、氯化亞錫、硫酸亞錫或氧化亞錫中的一種或兩種以上混合物，催化劑用量為羥基磷灰石重量的0.05～10％；有機(jī)溶劑為氯仿、乙酸乙酯、二氯甲烷、環(huán)己烷、己烷、苯、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺其中的一種或兩種以上混合溶劑。
2.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟A制備表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石還可以是以下步驟a)在惰性氣體保護(hù)下，將羥基磷灰石粒子(HAP)干燥除水，分別加入有機(jī)溶劑和有機(jī)亞錫催化劑，分散均勻，將HAP納米粒子懸浮液于80～130℃下攪拌30分鐘～8小時(shí)；b)將上步反應(yīng)得到的懸浮液，在惰性氣體，高純氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)下加入溶解在有機(jī)溶劑中的丙交酯單體溶液中，懸浮液與丙交酯的比例是10∶1，在110～140℃加熱和攪拌的條件下生成表面接枝聚丙交酯的無(wú)機(jī)粒子，聚合時(shí)間為3～72小時(shí)；c)步驟b的產(chǎn)物用離心機(jī)沉降，聚丙交酯的均聚物溶解在溶劑中，分離出表面接枝聚合物的羥基磷灰石，將沉淀分散到溶劑中振蕩洗滌，之后離心沉降，反復(fù)在有機(jī)溶劑中分散洗滌、離心沉降，所得沉淀在真空烘箱中干燥；d)再繼續(xù)權(quán)利要求1中的步驟B操作；所述羥基磷灰石為納米或微米級(jí)的晶體，其尺寸長(zhǎng)為60nm～5μm，直徑為20～5μm；所述有機(jī)亞錫催化劑為辛酸亞錫、氯化亞錫、硫酸亞錫或氧化亞錫中的一種或兩種以上混合物，催化劑用量為羥基磷灰石重量的0.05～10％；有機(jī)溶劑為氯仿、乙酸乙酯、二氯甲烷、環(huán)己烷、己烷、苯、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺其中的一種或兩種以上混合溶劑。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟A制備得到表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石后，還可以進(jìn)行以下步驟a’)表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石均勻分散到2～100倍重量的溶劑中，形成懸浮液；b’)將生物可降解聚合物放入10-20倍重量的有機(jī)溶劑中，形成均勻的聚合物溶液；c’)將步驟B所得的懸浮液加入到步驟C所得的聚合物溶液中，分散懸浮溶液后用大量的乙醇沉降，在真空烘箱中干燥；d’)再繼續(xù)權(quán)利要求1中的步驟B操作；所述生物可降解聚合物為可生物降解的聚酯；有機(jī)溶劑為氯仿、乙酸乙酯、二氯甲烷、環(huán)己烷、己烷、苯、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺其中的一種或兩種以上混合溶劑。
4.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，羥基磷灰石粒子的干燥脫水是與苯或甲苯共沸除水，或者在真空烘箱中干燥。
5.如權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤狻?br> 6.如權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征在于，可生物降解的聚酯為聚丙交酯、乙交酯-丙交酯共聚物、聚ε-己內(nèi)酯或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯其中的一種或兩種以上的聚合物之間任何比例的共聚物或共混物。
全文摘要
一種可生物降解聚酯復(fù)合材料的制備方法，在一密閉的反應(yīng)瓶中，無(wú)水無(wú)氧、氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)、加熱和攪拌的條件下，以有機(jī)亞錫類化合物為催化劑，納米或微米級(jí)羥基磷灰石(nano－Hydroxyapatite，n－HAP)表面的羥基為引發(fā)劑，使丙交酯(lactide，LA)單體開環(huán)聚合接枝到羥基磷灰石表面的羥基上，得到表面接枝有聚丙交酯的羥基磷灰石(g－HAP)有機(jī)－無(wú)機(jī)材料。將g－HAP粉末通過溶劑法(一步法)或母料法(二步法)進(jìn)一步與可生物降解聚酯混合，得到既具有良好的可生物降解性、生物相容性、優(yōu)異的機(jī)械加工性能，又具有較高機(jī)械的g－HAP聚酯復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C08K9/00GK1556142SQ20041001061
公開日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2004年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月9日
發(fā)明者陳學(xué)思, 洪重奎, 邱雪宇, 景遐斌, 楊立新, 張栓明, 高占團(tuán) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所