本發(fā)明屬于生物材料領(lǐng)域，涉及一種陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu的制備方法，還涉及含有陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu的陶瓷。

背景技術(shù)：

羥基磷灰石(ha)是一種安全、無毒，具有良好生物相容性和骨傳導(dǎo)性的骨修復(fù)材料，但單純由ha加工的ha陶瓷存在脆性大、韌性低的缺點(diǎn)，導(dǎo)致其在承重骨修復(fù)中的應(yīng)用受到限制。天然骨是由礦物相，如羥基磷灰石(ha)、磷酸鈣，和有機(jī)相如膠原組成的多孔復(fù)合材料，膠原作為生物大分子為天然骨提供韌性，而礦物相作為無機(jī)材料則為天然骨提供剛度和強(qiáng)度，二者共同賦予天然骨獨(dú)特的力學(xué)性能。受此啟發(fā)，大量研究試圖采用ha與有機(jī)聚合物材料復(fù)合形成無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料，以期在保持ha多孔支架強(qiáng)度和剛度的同時(shí)提高支架的韌性。ha與有機(jī)聚合物之間的界面結(jié)合力以及有機(jī)聚合物自身的力學(xué)性能是影響ha/聚合物復(fù)合支架力學(xué)性能的重要因素。為提高h(yuǎn)a與聚合物之間的界面結(jié)合力，大量研究利用ha顆粒表面的反應(yīng)性oh將有機(jī)聚合物化學(xué)固定在ha表面，形成有機(jī)聚合物接枝ha(ha-polymer)，如聚乙二醇接枝ha、聚丙烯酸酯接枝ha、聚己內(nèi)酯接枝ha、聚乳酸接枝ha等。這類ha-polymer中的ha可充當(dāng)聚合物與ha顆粒之間的橋梁，從而提高聚合物與ha之間的界面結(jié)合力。

在上述ha-polymer中，ha助引發(fā)丙交酯開環(huán)聚合形成的聚乳酸接枝ha(ha-pla)倍受關(guān)注，因?yàn)閜la本身已是在臨床使用多年的骨固定和骨修復(fù)材料，同時(shí)也成功用作手術(shù)縫合線、藥物控釋材料等。但ha-pla中pla鏈段與ha陶瓷之間缺乏較強(qiáng)的非共價(jià)作用，如氫鍵作用，使得ha-pla與ha陶瓷的界面相容性只局限于ha-pla中ha的橋梁作用，導(dǎo)致復(fù)合支架的力學(xué)性能提高有限。因此，研發(fā)一種可與ha顆粒形成氫鍵作用的ha-polymer對(duì)于有效增強(qiáng)ha陶瓷的力學(xué)性能有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu的制備方法，本發(fā)明的目的之而在于提供由上述方法制得的陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu；本發(fā)明的目的之三在于提供由陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu增強(qiáng)的ha多孔陶瓷；本發(fā)明的目的之四在于提供ha多孔陶瓷的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu的制備方法，包括如下步驟：先由羥基磷灰石引發(fā)丙交酯開環(huán)聚合形成聚乳酸大分子醇，然后加入脂肪族二異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑經(jīng)兩步法擴(kuò)鏈得陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu。

本發(fā)明中，所述聚乳酸大分子醇的制備步驟如下：將羥基磷灰石與丙交酯混合后，以辛酸亞錫為催化劑，在130-160℃、無氧條件下反應(yīng)8-48小時(shí)。

本發(fā)明中，所述羥基磷灰石與丙交酯的摩爾比為1：5～1：200；優(yōu)選的，所述羥基磷灰石與丙交酯摩爾數(shù)之比為1:10～1:100。更優(yōu)化的，所述羥基磷灰石與丙交酯的摩爾數(shù)之比為1:10～1:50。

本發(fā)明中，所述擴(kuò)鏈中，聚乳酸大分子醇、脂肪族二異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑的摩爾比為1.0:1.1～1.8:0.1～0.8。

本發(fā)明中，所述脂肪族二異氰酸酯為六亞甲基二異氰酸酯或賴氨酸二異氰酸酯；所述擴(kuò)鏈劑為小分子二醇或小分子二胺。

本發(fā)明中，所述兩步擴(kuò)鏈具體為：在聚乳酸大分子醇中加入脂肪族二異氰酸酯在60℃～90℃下反應(yīng)2h～8h，然后加入小分子二醇，在60℃～90℃下反應(yīng)2h～24h；優(yōu)選為，加入小分子二醇后在70℃～85℃反應(yīng)5h～18h；更優(yōu)選為，加入小分子二醇后在80℃～85℃反應(yīng)10～15h；

或在聚乳酸大分子醇中加入脂肪族二異氰酸酯在60℃～90℃下反應(yīng)2h～8h，然后加入小分子二胺，在15℃～50℃下反應(yīng)2h～24h；優(yōu)選為，加入小分子二胺后在25℃～40℃反應(yīng)5h～18h，更優(yōu)選為，加入小分子二胺后在40℃～50℃反應(yīng)10～15h。

本發(fā)明中，所述小分子二醇為乙二醇、丙二醇、丁二醇或異山梨醇中的任一種，所述小分子二胺為乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺或哌嗪中的任一種。

2.由所述的制備方法制得的陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu。

3.所述陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu在增強(qiáng)ha多孔陶瓷韌性中的應(yīng)用。

4.利用所述陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu增強(qiáng)ha多孔陶瓷的方法，包括如下步驟：將所述陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu溶于二氯甲烷，配制成1-10wt.％的溶液，充分溶解，然后將燒結(jié)成型的ha多孔陶瓷浸泡于溶液中，在18～25℃下震蕩至少12小時(shí)，干燥，得ha-pdlla-puu增強(qiáng)的ha多孔陶瓷；

所述ha多孔陶瓷由以下方法制備：將ha顆粒浸泡于蒸餾水中，攪拌下加入聚丙烯酰胺，攪拌至形成均勻的陶瓷泥漿，然后成型，冷凍干燥后制成陶瓷前體，再燒結(jié)得ha多孔陶瓷。

進(jìn)一步，所述ha多孔陶瓷由以下方法制備：將ha浸泡于蒸餾水中，然后在機(jī)械攪拌下，加入pam，待溶液呈半固體狀后保持?jǐn)嚢?h，形成均勻的陶瓷泥漿，然后將陶瓷泥漿倒入24孔板中成型，置于-20℃冰箱冷凍過夜，最后冷凍干燥48小時(shí)，即成陶瓷前體；然后將制得的陶瓷前體置于高溫?zé)Y(jié)爐中，真空環(huán)境下以10℃/min的升溫速率加熱至1100℃，保溫4h后降至室溫(25℃)，得ha多孔陶瓷。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明公開了陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu的制備方法及制得的陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu，利用了ha-pdlla-puu中豐富的氨酯基和脲基可與ha多孔陶瓷形成氫鍵作用，因此可通過ha-pdlla-puu的橋梁作用提高聚合物與ha多孔的界面相容性，從而更有效地提高復(fù)合陶瓷的力學(xué)性能；與ha-pdlla相比，

ha-pdlla-puu具有更好的韌性和斷裂能，從而具有更好的韌性增強(qiáng)能力。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明：

圖1為ha-pdlla-puu的¹hnmr譜圖。

圖2為ha-pdlla的¹hnmr譜圖。

圖3為pdlla、ha-pdlla和ha-pdlla-puu與燒結(jié)ha陶瓷復(fù)合后的sem圖。

圖4為ha-pdlla和ha-pdlla-puu與燒結(jié)ha多孔陶瓷復(fù)合的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

方案一

一種陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu的制備方法，包括如下步驟：

(1)ha-pdlla合成：將干燥的ha、丙交酯顆粒按比例1:150混合，在sn(oct)2催化下140℃、真空條件下反應(yīng)24h，然后用二氯甲烷和正己烷共沉淀體系純化兩次，真空干燥后得到ha表面接枝pdlla材料ha-pdlla；

(2)ha-pdlla-puu合成：將步驟(1)獲得的ha-pdlla充分溶解在無水甲苯中，按ha-pdlla：六亞甲二異氰酸酯：哌嗪摩爾比為1.0：1.8：0.8先加入六亞甲基二異氰酸酯，在70℃下反應(yīng)5h，然后再加入哌嗪，在50℃下反應(yīng)10h，反應(yīng)完畢后，將溶液滴加入無水乙醇，收集產(chǎn)物，并用二氯甲烷/無水乙醇體系純化產(chǎn)物2次，得到ha-pdlla擴(kuò)鏈后材料ha-pdlla-puu。

方案二

一種陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu的制備方法，包括如下步驟：

(1)ha-pdlla合成：將干燥的ha、丙交酯顆粒按比例1:100混合，在sn(oct)2催化下150℃、真空條件下反應(yīng)36h，然后用二氯甲烷和正己烷共沉淀體系純化兩次，真空干燥后得到ha表面接枝pdlla材料ha-pdlla；

(2)ha-pdlla-puu合成：將步驟(1)獲得的ha-pdlla充分溶解在無水甲苯中，按ha-pdlla：六亞甲二異氰酸酯：哌嗪摩爾比為1.0：1.5：0.5先加入六亞甲基二異氰酸酯，在60℃下反應(yīng)10h，然后再加入哌嗪，在30℃下反應(yīng)24h，反應(yīng)完畢后，將溶液滴加入無水乙醇，收集產(chǎn)物，并用二氯甲烷/無水乙醇體系純化產(chǎn)物2次，得到ha-pdlla擴(kuò)鏈后材料ha-pdlla-puu。

方案三

一種陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu的制備方法，包括如下步驟：

(1)ha-pdlla合成：將干燥的ha、丙交酯顆粒按比例1:50混合，在sn(oct)2催化下160℃、真空條件下反應(yīng)12h，然后用二氯甲烷和正己烷共沉淀體系純化兩次，真空干燥后得到ha表面接枝pdlla材料ha-pdlla；

(2)ha-pdlla-puu合成：將步驟(1)獲得的ha-pdlla充分溶解在無水甲苯中，按ha-pdlla：六亞甲二異氰酸酯：哌嗪摩爾比為1.0：1.2：0.2先加入六亞甲基二異氰酸酯，在90℃下反應(yīng)2h，然后再加入哌嗪，在50℃下反應(yīng)2h，反應(yīng)完畢后，將溶液滴加入無水乙醇，收集產(chǎn)物，并用二氯甲烷/無水乙醇體系純化產(chǎn)物2次，得到ha-pdlla擴(kuò)鏈后材料ha-pdlla-puu。

將獲得的產(chǎn)物進(jìn)行¹hnmr譜圖分析，結(jié)果如圖1和圖2所示。ha-pdlla在δ4.36ppm(圖1中a’)處與鏈端羥基相連的乳酰次甲基氫ch的吸收峰，經(jīng)hdi和pp擴(kuò)鏈后在ha-pdlla-puu中基本消失，表明ha-pdlla的末端oh已與hdi的反應(yīng)。同時(shí)，ha-pdlla-puu在δ3.08-3.28ppm(圖2，a中c)、δ1.20-1.40ppm(圖2，a中d，e)處新增了兩組吸收峰，來自于hdi提供的兩個(gè)端亞甲基ch2的質(zhì)子吸收峰；在δ3.31-3.44ppm(圖2，a中f)處新增了一個(gè)單峰，來自于哌嗪提供的四個(gè)亞甲基ch2的質(zhì)子吸收峰。證明了ha-pdlla和ha-pdlla-puu的成功合成。

本發(fā)明中sn(oct)2羥基磷灰石引發(fā)丙交酯開環(huán)的條件在130-160℃、無氧條件下反應(yīng)8-48小時(shí)均可；ha與丙交酯的摩爾比影響ha-pdlla的分子量，一般的羥基磷灰石與丙交酯的摩爾比為1：5～1：200；優(yōu)選的，所述羥基磷灰石與丙交酯摩爾數(shù)之比為1:10～1:100。更優(yōu)化的，所述羥基磷灰石與丙交酯的摩爾數(shù)之比為1:10～1:50。

本發(fā)明擴(kuò)鏈中，聚乳酸大分子醇、脂肪族二異氰酸酯和擴(kuò)鏈劑的摩爾比為1.0：1.1～1.8：0.1～0.8；脂肪族二異氰酸酯為六亞甲基二異氰酸酯或賴氨酸二異氰酸酯；也可以為其他脂肪族二異氰酸酯；所述擴(kuò)鏈劑為小分子二醇或小分子二胺；所述小分子二醇為乙二醇、丙二醇、丁二醇或異山梨醇中的任一種，所述小分子二胺為乙二胺、丙二胺、丁二胺、己二胺或哌嗪中的任一種。

本發(fā)明兩步擴(kuò)鏈中，第一步是在聚乳酸大分子醇中加入脂肪族二異氰酸酯在60℃～90℃下反應(yīng)2h～8h，優(yōu)選為在70℃～85℃反應(yīng)3h～5h。更優(yōu)選為，在80℃～85℃反應(yīng)3h～4h；第二步當(dāng)加入小分子二醇的條件為在60℃～90℃下反應(yīng)2h～24h；優(yōu)選為，在70℃～85℃反應(yīng)5h～18h；更優(yōu)選為，在80℃～85℃反應(yīng)10～15h；第二步加入小分子二胺的條件為在15℃～50℃下反應(yīng)2h～24h；優(yōu)選為，在25℃～40℃反應(yīng)5h～18h，更優(yōu)選為，在40℃～50℃反應(yīng)10～15h。

實(shí)施例2

利用陶瓷增韌聚合物ha-pdlla-puu增強(qiáng)ha多孔陶瓷的方法，包括如下步驟：

將ha-pdlla-puu溶于二氯甲烷，配制成1-10wt.％的溶液，并置于磁力攪拌器上攪拌過夜使其充分溶解并分散均勻。然后，將燒結(jié)成型的ha多孔陶瓷浸泡于其中，放置于搖床，室溫下?lián)u晃震蕩24小時(shí)后取出，干燥48小時(shí)，即得ha-pdlla-puu增強(qiáng)的ha多孔陶瓷。

圖3為pdlla、ha-pdlla和ha-pdlla-puu與燒結(jié)ha陶瓷復(fù)合后的sem圖，結(jié)果表明，pdlla與ha多孔陶瓷復(fù)合后pdlla在支架表面形成了一層多孔狀的膜，并與ha多孔陶瓷之間存在明顯的分層現(xiàn)象。當(dāng)ha-pdlla與ha多孔陶瓷復(fù)合時(shí)，ha-pdlla在陶瓷表面沒有形成連續(xù)的膜，而是滲透入多孔陶瓷的孔隙中，使得復(fù)合后的陶瓷依然保留較多的大孔和小孔；進(jìn)一步放大觀察可發(fā)現(xiàn)，部分ha-pdlla與陶瓷之間具有很好的界面結(jié)合，但部分ha-pdlla仍與ha多孔陶瓷間存在明顯的分離。當(dāng)ha多孔陶瓷與ha-pdlla-puu復(fù)合后，ha-pdlla-puu很好地滲透入陶瓷的孔隙中，基本沒有改變陶瓷原有的宏觀孔隙形貌；放大觀察陶瓷壁，可發(fā)現(xiàn)ha-pdlla-puu與陶瓷基體之間沒有明顯的界面，復(fù)合上去的ha-pdlla-puu在陶瓷的孔內(nèi)形成了具有微納尺寸的小孔。上述sem結(jié)果表明，將pdlla接枝到ha表面后，ha的存在可以提高pdlla與ha陶瓷的界面相容性，而puu的進(jìn)一步引入則可進(jìn)一步提高聚合物與ha陶瓷的界面相容性；ha-pdlla-puu具有最好的ha多孔陶瓷界面相容性。

圖4是ha-pdlla和ha-pdlla-puu與ha多孔陶瓷復(fù)合的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，結(jié)果表明ha多孔陶瓷的應(yīng)力隨應(yīng)變?cè)黾映尸F(xiàn)明顯的鋸齒狀增加；當(dāng)與ha-pdlla復(fù)合后，其壓縮強(qiáng)度明顯增加，且鋸齒狀的頻率下降；當(dāng)與ha-pdlla-puu復(fù)合后，鋸齒狀基本消失，壓縮強(qiáng)度進(jìn)一步增大，而且斷裂應(yīng)變約為ha多孔陶瓷的2倍。

最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。