專利名稱：復(fù)合力場(chǎng)下制備聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備復(fù)合材料的方法，尤其涉及一種制備聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù)：
在骨科領(lǐng)域，由于嚴(yán)重創(chuàng)傷、骨腫瘤、骨髓炎等多種原因所致的骨缺損十分常見(jiàn)， 研制理想的生物醫(yī)用材料替代自體骨移植修復(fù)骨缺損，成為醫(yī)學(xué)和生物材料科學(xué)領(lǐng)域中的
重要課題。近年來(lái)，可吸收的聚乳酸(PLA)類骨替代材料已經(jīng)成為外科重建和骨組織工程方面研究的重點(diǎn)。其具有很好的生物降解性能，同時(shí)也具有良好的生物相容性、生物可吸收性，在降解后不會(huì)遺留任何環(huán)保問(wèn)題，并且可免除患者二次手術(shù)的痛苦，是FDA認(rèn)可的一類可植入體內(nèi)的生物材料，同時(shí)，它還具有較好的機(jī)械強(qiáng)度、彈性模量和熱成型性，在骨組織和軟骨組織的再生和修復(fù)等骨組織工程領(lǐng)域基本可以滿足作為細(xì)胞生長(zhǎng)載體材料的要求， 被應(yīng)用為藥物緩釋材料、體內(nèi)植入材料、手術(shù)縫合線、骨科固定材料、組織工程材料等。盡管聚乳酸材料具有很多優(yōu)越的性能，但在臨床單獨(dú)使用時(shí)，仍然遇到了大量的問(wèn)題。第一，聚乳酸材料在單獨(dú)用于臨床時(shí)，其力學(xué)強(qiáng)度不夠，不足以滿足部分承力骨的要求。第二，由于聚乳酸材料在體內(nèi)環(huán)境中與體液的相互作用，會(huì)分解出酸性產(chǎn)物，使人體產(chǎn)生不適反應(yīng)。第三，可降解材料聚乳酸缺乏生物活性，不會(huì)和骨骼并置，表面不會(huì)和骨骼發(fā)生鍵合，不能形成類骨材料，促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)。而一定無(wú)機(jī)材料的加入，例如羥基磷灰石，磷酸三鈣以及其他的磷酸鹽或者硅酸鹽材料不僅可以大幅度降低成本，還可以有效的提高聚乳酸的力學(xué)強(qiáng)度，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍； 同時(shí)，由于這些無(wú)機(jī)材料本身的堿性，可以中和聚乳酸在降解過(guò)程中產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物；而最重要的是這些無(wú)機(jī)陶瓷材料可以和體液反應(yīng)生成富含磷酸鈣的無(wú)機(jī)物類骨層，并且可以通過(guò)其細(xì)胞活性和硬組織或者軟組織形成有效的鍵合，促進(jìn)骨骼生長(zhǎng)。由于無(wú)機(jī)填料與聚乳酸的物理性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)存在很大的差別，因而二者之間缺乏親和性，相容性不好，結(jié)合力不強(qiáng)，使混合體系難以達(dá)到預(yù)期的混合程度，難以實(shí)現(xiàn)均勻分散，所得制品很不穩(wěn)定，使用過(guò)程中有可能出現(xiàn)分層現(xiàn)象，無(wú)機(jī)粒子很容易從聚合物基體中脫落下來(lái)，導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)急劇下降，所以很難達(dá)到理想的改性效果，在承力部位的應(yīng)用受到了較大的限制。因此，提高無(wú)機(jī)物粒子與聚乳酸基體之間的分散性，改善兩者之間的界面就成為了提高復(fù)合物機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)鍵。在過(guò)去的研究中，溶劑共沉淀法是混合聚乳酸與無(wú)機(jī)粒子并制備復(fù)合物材料的一種重要方法，該方法是將聚乳酸溶解在其良溶劑中，然后將無(wú)機(jī)粒子加入溶液，在攪拌的作用下使用聚乳酸的不良溶劑將聚乳酸與無(wú)機(jī)粒子共同沉淀析出，該方法的主要問(wèn)題在于 (1)聚合物溶液粘度較大，無(wú)機(jī)粒子在聚合物溶液中容易團(tuán)聚，分散性不好；(2)聚乳酸和無(wú)機(jī)粒子之間物理性質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)存在很大的差別，因而二者之間缺乏親和性，相容性不好，結(jié)合力不強(qiáng)，使混合體系難以達(dá)到預(yù)期的混合程度，難以實(shí)現(xiàn)均勻分散；(3)無(wú)機(jī)粒子增強(qiáng)聚合物材料的大量研究都表明，減小無(wú)機(jī)粒子的粒徑有助提高聚合物材料的力學(xué)性能，例如納米粒子對(duì)聚合物材料的力學(xué)性能提高就很明顯，但是無(wú)機(jī)粒子粒徑越小，團(tuán)聚現(xiàn)象就越明顯，粒料間的結(jié)合越差，粒料間會(huì)有明顯的間隙，形成缺陷，在復(fù)合物材料受到外力時(shí)，容易形成應(yīng)力集中而開(kāi)裂，力學(xué)性能難以得到有效的提高，甚至?xí)陆担?4)由于攪拌裝置是靠裝置的旋轉(zhuǎn)作用實(shí)現(xiàn)兩種材料的混合，而在整個(gè)溶液體系中，不同水平面的溶液所受到的應(yīng)力會(huì)有所差別，使得無(wú)機(jī)粒子在溶液中的垂直方向上難以實(shí)現(xiàn)均勻分布，同時(shí)，由于無(wú)機(jī)粒子在聚合物溶液中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，由于重力的作用，也會(huì)使得無(wú)機(jī)粒子在聚合物溶液中不同水平面的分布有所不同，尤其是在共沉淀過(guò)程中，聚合物溶液的粘度逐漸變小，這種由于應(yīng)力場(chǎng)分布不均勻以及重力作用導(dǎo)致的無(wú)機(jī)粒子分布的不均勻性就顯得更為明顯，最后使制得的復(fù)合物材料組分分布不均勻。(5)復(fù)合物材料分散性不好，導(dǎo)致了復(fù)合物材料的力學(xué)性能不高，限制了其在骨科領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供了一種降低聚合物溶液的表觀粘度，改善無(wú)機(jī)粒子在聚合物中的分散性，提高復(fù)合物材料力學(xué)性能的復(fù)合力場(chǎng)下制備聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料的方法。本發(fā)明提供的復(fù)合力場(chǎng)下制備聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料的方法，包括如下步驟
1)將無(wú)機(jī)粒子置于80°c的烘箱中干燥M小時(shí)以去除無(wú)機(jī)粒子的水分；按無(wú)機(jī)粒子與聚乳酸粉末的質(zhì)量比為(0. 05 0.2) :1稱取無(wú)機(jī)粒子和聚乳酸粉末，作為備用；
2)以與聚乳酸粉末5g/100ml的比例量取丙酮溶液，將干燥好的無(wú)機(jī)粒子放于丙酮溶劑中，使加入無(wú)機(jī)粒子粉末的丙酮溶劑處在一個(gè)垂直方向的振動(dòng)以及機(jī)械攪拌的復(fù)合力場(chǎng)的作用下；然后再向丙酮溶劑內(nèi)緩慢加入備用的聚乳酸粉末，加入后繼續(xù)在復(fù)合力場(chǎng)作用下混合3 5個(gè)小時(shí)，使聚乳酸粉末充分溶解，并且使無(wú)機(jī)粒子與聚乳酸粉末充分混合；
3)在上述復(fù)合力場(chǎng)的作用下緩慢加入乙醇溶劑，將聚乳酸和無(wú)機(jī)粒子共沉淀出來(lái)；
4)將聚乳酸和無(wú)機(jī)粒子共沉淀后的沉淀物放入真空干燥箱內(nèi)干燥48小時(shí)，去除殘余的丙酮和乙醇溶劑，即制得聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料；
5)將聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料在平板硫化機(jī)中壓制成型，平板硫化機(jī)壓制壓力為 lOMPa，壓制溫度為190°C。本發(fā)明的復(fù)合力場(chǎng)下制備聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比， 具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明采用在垂直方向的振動(dòng)和機(jī)械攪拌相結(jié)合的復(fù)合力場(chǎng)作用下對(duì)復(fù)合物溶液進(jìn)行溶劑共沉淀，降低聚合物溶液的表觀粘度，提高無(wú)機(jī)粒子在聚合物溶液中的分散性。2、運(yùn)用垂直振動(dòng)的方式使粒料間的結(jié)合更加緊密，減少粒料間的間隙，有效地消除或克服缺陷。3、通過(guò)振動(dòng)提高相與相之間的結(jié)合，改善溶劑共沉淀法在制備復(fù)合物材料時(shí)的混合能力。4、給復(fù)合物溶液體系一個(gè)垂直方向上的應(yīng)力，減少攪拌作用以及重力作用導(dǎo)致的在不同水平位置無(wú)機(jī)粒子分散的不均勻性，提高復(fù)合物材料組分分布的均勻性。5、提高無(wú)機(jī)粒子在聚乳酸基體中的分散性，改善兩者間的結(jié)合情況，提高復(fù)合物材料的力學(xué)性能，擴(kuò)大其使用范圍。
具體實(shí)施例方式復(fù)合力場(chǎng)下制備聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料的方法，包括如下步驟
1)將無(wú)機(jī)粒子置于80°c的烘箱中干燥M小時(shí)以去除無(wú)機(jī)粒子的水分；按無(wú)機(jī)粒子與聚乳酸粉末的質(zhì)量比為(0. 05 0. 2) 1稱取無(wú)機(jī)粒子和聚乳酸粉末，作為備用。2)以與聚乳酸粉末5g/100ml的比例量取丙酮溶液，將干燥好的無(wú)機(jī)粒子放于丙酮溶劑中，使加入無(wú)機(jī)粒子粉末的丙酮溶劑處在一個(gè)垂直方向的振動(dòng)以及機(jī)械攪拌的復(fù)合力場(chǎng)的作用下；然后再向丙酮溶劑內(nèi)緩慢加入備用的聚乳酸粉末，加入后繼續(xù)在復(fù)合力場(chǎng)作用下混合3 5個(gè)小時(shí)，使聚乳酸粉末充分溶解，并且使無(wú)機(jī)粒子與聚乳酸粉末充分混合ο3)在上述復(fù)合力場(chǎng)的作用下緩慢加入乙醇溶劑，將聚乳酸和無(wú)機(jī)粒子共沉淀出來(lái)。4)將聚乳酸和無(wú)機(jī)粒子共沉淀后的溶液放入真空干燥箱內(nèi)干燥48小時(shí)，去除殘余的丙酮和乙醇溶劑，即制得聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料。5)將聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料在平板硫化機(jī)中壓制成型，平板硫化機(jī)壓制壓力為lOMPa，壓制溫度為190°C。 實(shí)施例1
以硅灰石粒子作為無(wú)機(jī)粒子為例
1)將硅灰石粒子(2500目，長(zhǎng)徑比6 10 ；粒徑2-5μπι)置于80°C的烘箱中干燥 24小時(shí)以去除粉末中微量的水分；并按硅灰石粒子與聚乳酸粉末的質(zhì)量比為0. 05:1稱取硅灰石粒子和聚乳酸粉末，作為備用。2)以與聚乳酸5g/100ml的比例量取一定量的丙酮，將干燥好的硅灰石粒子放于丙酮溶劑中，使其處在機(jī)械振動(dòng)以及機(jī)械攪拌的復(fù)合力場(chǎng)的作用下，然后在該力場(chǎng)中緩慢加入事先稱好的聚乳酸粉末，加入后在復(fù)合力場(chǎng)作用下繼續(xù)混合3 5個(gè)小時(shí)，使聚乳酸充分溶解，并且使硅灰石粒子與聚乳酸充分混合均勻。3)在上述復(fù)合力場(chǎng)的作用下緩慢加入乙醇溶劑，將聚乳酸和硅灰石粒子共沉淀出來(lái)。4)將聚乳酸和硅灰石粒子共沉淀的沉淀物放入真空干燥箱干燥48小時(shí)去除殘余的乙醇和丙酮溶劑，即制得聚乳酸/硅灰石復(fù)合材料。5)將制備好的聚乳酸/硅灰石復(fù)合材料在平板硫化機(jī)中壓制成型，在IOMPa的壓力下制備尺寸為25mmX 5mmX 2mm的啞鈴片狀樣條，聚乳酸/硅灰石復(fù)合材料的壓制溫度為 190°C。這些樣條在室溫下放置3天后用于力學(xué)性能的測(cè)試。
另外取相同的聚乳酸和硅灰石粒子以傳統(tǒng)的溶劑共沉淀法制備聚乳酸/硅灰石復(fù)合材料。采用本發(fā)明的在復(fù)合力場(chǎng)下的溶劑共沉淀法制得的復(fù)合物材料的性能與采用傳統(tǒng)的溶劑共沉淀法制得的復(fù)合物材料的性能進(jìn)行對(duì)比，如下表所示
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)合力場(chǎng)下制備聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟1)將無(wú)機(jī)粒子置于80°c的烘箱中干燥M小時(shí)以去除無(wú)機(jī)粒子的水分；按無(wú)機(jī)粒子與聚乳酸粉末的質(zhì)量比為(0. 05 0.2) :1稱取無(wú)機(jī)粒子和聚乳酸粉末，作為備用；2)以與聚乳酸粉末5g/100ml的比例量取丙酮溶液，將干燥好的無(wú)機(jī)粒子放于丙酮溶劑中，使加入無(wú)機(jī)粒子粉末的丙酮溶劑處在一個(gè)垂直方向的振動(dòng)以及機(jī)械攪拌的復(fù)合力場(chǎng)的作用下；然后再向丙酮溶劑內(nèi)緩慢加入備用的聚乳酸粉末，加入后繼續(xù)在復(fù)合力場(chǎng)作用下混合3 5個(gè)小時(shí)，使聚乳酸粉末充分溶解，并且使無(wú)機(jī)粒子與聚乳酸粉末充分混合；3)在上述復(fù)合力場(chǎng)的作用下緩慢加入乙醇溶劑，將聚乳酸和無(wú)機(jī)粒子共沉淀出來(lái)；4)將聚乳酸和無(wú)機(jī)粒子共沉淀后的沉淀物放入真空干燥箱內(nèi)干燥48小時(shí)，去除殘余的丙酮和乙醇溶劑，即制得聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料；5)將聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料在平板硫化機(jī)中壓制成型，平板硫化機(jī)壓制壓力為 lOMPa，壓制溫度為190°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)合力場(chǎng)下制備聚乳酸/無(wú)機(jī)粒子復(fù)合材料的方法，1)干燥無(wú)機(jī)粒子，按質(zhì)量比(0.05～0.2):1稱取無(wú)機(jī)粒子和聚乳酸粉末；2)以與聚乳酸粉末5g/100ml的比例量取丙酮溶液，將無(wú)機(jī)粒子放于丙酮溶劑中，使其處在振動(dòng)以及機(jī)械攪拌的復(fù)合力場(chǎng)下；再加入聚乳酸粉末，使聚乳酸粉末充分溶解混合；3)在復(fù)合力場(chǎng)下加入乙醇溶劑，將聚乳酸和無(wú)機(jī)粒子共沉淀出來(lái)；4)將沉淀物放入真空干燥箱內(nèi)干燥，即制得復(fù)合材料；5)復(fù)合材料壓制成型。本發(fā)明采用在垂直方向的振動(dòng)和機(jī)械攪拌的復(fù)合力場(chǎng)作用下對(duì)復(fù)合物溶液進(jìn)行溶劑共沉淀，降低聚合物溶液的表觀粘度，改善無(wú)機(jī)粒子在聚合物基體中的分散性，提高復(fù)合物材料的力學(xué)性能。
文檔編號(hào)B29C35/02GK102311621SQ20111019286
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月11日
發(fā)明者徐梁, 李又兵, 王選倫, 盛旭敏, 黃林琳, 黃虹 申請(qǐng)人:重慶理工大學(xué)