專利名稱：生物陶瓷與生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類生物陶瓷與生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
脂肪族聚酯，例如聚丙交酯(PLA)，聚ε-己內(nèi)酯(PCL)，聚乙交酯(PGA)是目前應(yīng)用廣泛的一類可完全生物降解材料。脂肪族聚酯具有低免疫性和良好的生物降解性、生物相容性以及力學(xué)強(qiáng)度，所以被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和醫(yī)藥領(lǐng)域，如骨折固定材料，手術(shù)縫合線，組織工程支架材料，藥物緩釋的載體材料等。
生物陶瓷(羥基磷灰石、磷酸三鈣)為良好的可降解骨替代材料，在人體內(nèi)幾乎不發(fā)生不良反應(yīng)，已有大量文獻(xiàn)報(bào)道成骨細(xì)胞更容易在類骨生物陶瓷上生長(zhǎng)。純的聚乳酸的骨結(jié)合能力較低，大量研究表明生物陶瓷-生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料不僅可顯著改善材料的骨結(jié)合能力，組分中的生物陶瓷還可為骨缺損部分提供優(yōu)質(zhì)鈣、磷來(lái)源。
由于分散相的納米尺寸效應(yīng)、大比表面積和強(qiáng)界面結(jié)合，納米復(fù)合材料比一般工程塑料具有更優(yōu)異的性能。納米與高分子共混復(fù)合材料熔體強(qiáng)度高、結(jié)晶速度快、熔體粘度低，因此改善了材料的注塑、擠出和吹塑的加工性能，同時(shí)還提高了材料的力學(xué)強(qiáng)度和模量，并表現(xiàn)出無(wú)機(jī)物的剛性，尺寸穩(wěn)定性，熱穩(wěn)定性和很好的氣體阻隔性及阻燃性。例如美國(guó)專利U.S.P.4739007；4618528；4528235；4874728中公開(kāi)的納米復(fù)合材料。
以物理方式結(jié)合的納米無(wú)機(jī)粒子/聚合物復(fù)合材料中粒子粒徑分布寬、形狀不規(guī)則，粒徑大小不易控制，且納米粒子在聚合物基體中分布不均勻、易團(tuán)聚，從而使其應(yīng)用受到很大的限制。物理復(fù)合的生物陶瓷—生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料暴露于生理環(huán)境中，未等缺損完全修復(fù)便易于過(guò)早地失去其有效強(qiáng)度，失效主要發(fā)生于生物陶瓷和聚酯界面，這是由于在生物陶瓷和聚酯兩相界面缺乏有效粘連所致。
為了解決這些問(wèn)題，人們想到在無(wú)機(jī)粒子和聚合物之間建立共價(jià)鍵形式的連接。Biomedical Material Research，Vol.40，p.358-364(1998)中報(bào)道了以異氰酸酯為羥基磷灰石粒子和聚合物之間的橋梁，在制備的復(fù)合材料中形成了羥基磷灰石粒子—異氰酸酯—聚合物分子鏈的共價(jià)鍵連接結(jié)構(gòu)。但這種方法其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了實(shí)際應(yīng)用的要求，異氰酸酯的毒性很大，它的加入限制了復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，不夠環(huán)保，并且該法得到的復(fù)合材料中真正得到的羥基磷灰石粒子—異氰酸酯—聚合物分子鏈的共價(jià)鍵連接量很少。
申請(qǐng)?zhí)枮?00310110048.X的中國(guó)專利公開(kāi)了一種利用乳酸修飾羥基磷灰石粒子表面，然后利用所負(fù)載乳酸分子中的羥基引發(fā)聚酯單體進(jìn)行聚合，最終得到羥基磷灰石粒子與聚酯分子鏈以化學(xué)鍵形式相連接的復(fù)合材料的方法。該方法使用的乳酸即為生物降解聚酯聚乳酸分子鏈的一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，沒(méi)有毒副作用，引發(fā)聚合后即成為聚酯分子鏈的一部分。該方法得到的復(fù)合材料具有高結(jié)晶度、高強(qiáng)度、高韌性的特點(diǎn)。
本發(fā)明采用羥基乙酸對(duì)生物陶瓷粒子進(jìn)行表面改性，然后利用所負(fù)載的羥基乙酸分子中的羥基引發(fā)聚酯單體進(jìn)行聚合，最終得到生物陶瓷粒子與聚酯分子鏈以化學(xué)鍵形式相連接的復(fù)合材料。本發(fā)明所使用的羥基乙酸同樣為人體友好物質(zhì)，由于羥基乙酸分子中羥基比乳酸分子中的羥基位阻小，因而進(jìn)行下一步引發(fā)聚酯單體聚合反應(yīng)時(shí)更容易。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種生物陶瓷與生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料的制備方法。
納米生物材料具有超出常規(guī)生物材料的一些特殊性能。納米生物材料不僅強(qiáng)度高、韌性可調(diào)，而且與自然組織的生物相容性和力學(xué)相容性好，具有優(yōu)異的生物活性，并能與自然組織形成生物性鍵合，而且呈現(xiàn)出誘導(dǎo)組織生長(zhǎng)的特性。本發(fā)明所合成的新型納米/微米生物陶瓷—脂肪族聚酯復(fù)合材料中聚合物高分子鏈將通過(guò)化學(xué)鍵與生物陶瓷粒子相連，可以使無(wú)機(jī)相粒子分散均勻，并且更加穩(wěn)定。從而最終提高高分子的結(jié)晶速度，降低熔體粘度，增加材料的抗張強(qiáng)度和彈性模量，改善脂肪族聚酯材料加工易降解的不穩(wěn)定性，從根本上解決聚丙交酯等脂肪族聚酯加工降解的問(wèn)題，并提高材料的力學(xué)性能，是一類應(yīng)用良好的納米/微米復(fù)合生物材料。
本發(fā)明首先是合成表面負(fù)載羥基乙酸的生物陶瓷納米/微米粒子，以增加粒子表面可利用的羥基的活性，這些羥基將作為無(wú)機(jī)—有機(jī)物質(zhì)的橋梁，同引發(fā)劑作用形成活性中心，與脂肪族環(huán)酯單體作用引發(fā)開(kāi)環(huán)聚合得到納米/微米生物陶瓷生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料，并且，無(wú)機(jī)和有機(jī)分子之間是由化學(xué)鍵相鍵鏈。
1)、表面負(fù)載羥基乙酸的羥基磷灰石納米/微米粒子的制備步驟如下將干燥好的羥基磷灰石、磷酸三鈣或二者的混合物，粒子直徑范圍在10nm～100μm之間的生物陶瓷納米/微米粒子分散在甲苯溶劑中，再加入羥基乙酸，然后在0-80℃下攪拌反應(yīng)0.5-5小時(shí)，在生物陶瓷粒子表面形成羥基乙酸鈣或低聚羥基乙酸鈣；在甲苯共沸脫水條件下進(jìn)一步反應(yīng)1-48小時(shí)后，過(guò)濾收集固體產(chǎn)物；或者用生物陶瓷粒子直接同羥基乙酸在80～120℃下攪拌脫水反應(yīng)0.5～5小時(shí)，收集固體產(chǎn)物，固體產(chǎn)物反復(fù)用氯仿和乙醇交替洗滌除去同生物陶瓷粒子表面未接枝反應(yīng)的羥基乙酸，過(guò)濾干燥后得到表面接枝羥基乙酸的改性生物陶瓷粒子。
2)、羥基磷灰石—生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料的制備選擇生物陶瓷—生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料由重量百分比為0.1～70％的生物陶瓷納米/微米粒子和重量百分比為30～99.9％的脂肪族聚酯組成，其中脂肪族聚酯為聚丙交酯、聚ε-己內(nèi)酯、聚乙交酯或三種單體之間的二元或三元的無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物；采用四種方法(1)原位溶液聚合將改性生物陶瓷納米/微米粒子分散在精制過(guò)的四氫呋喃、甲苯、二甲苯或二氧六環(huán)中，然后加入脂肪族環(huán)酯單體和辛酸亞錫催化劑，脂肪族環(huán)酯單體為丙交酯、乙交酯或ε-己內(nèi)酯，在無(wú)水無(wú)氧條件下引發(fā)聚合，單體與改性生物陶瓷粒子的重量百分比為10～99.9％，催化劑與單體的重量百分比為2～0.01％，溶劑體積為單體重量的2倍，聚合溫度為60-160℃，聚合時(shí)間為12-72小時(shí)，產(chǎn)物用溶劑溶解，用沉降劑沉降出聚合物，經(jīng)過(guò)濾，洗滌，真空干燥得到納米/微米生物陶瓷—聚合物的復(fù)合材料。
(2)原位本體聚合法將干燥后的改性生物陶瓷粒子與聚合單體直接混合分散均勻，然后加入辛酸亞錫催化劑，在無(wú)水無(wú)氧條件下引發(fā)聚合，單體與改性生物陶瓷的重量百分比為10～99.9％，催化劑與單體的重量百分比為2～0.01％，聚合溫度為100-160℃，聚合時(shí)間為12-72小時(shí)，得到納米/微米生物陶瓷—聚合物的復(fù)合材料。
(3)溶液共混法將改性生物陶瓷納米/微米粒子或(1)和(2)方法中得到的復(fù)合材料分散在四氫呋喃、三氯甲烷、二甲基甲酰胺或甲苯中，加入聚丙交酯、聚ε-己內(nèi)酯、聚乙交酯或三種單體之間的二元或三元的無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物，復(fù)合材料與聚酯的重量百分比為10～90％，溶劑體積為復(fù)合材料和聚酯總重量的10倍，攪拌，然后沉降、溶劑移出、溶劑蒸發(fā)、干燥得到生物陶瓷—生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料。
(4)熔融共混法將改性生物陶瓷納米/微米粒子或(1)和(2)方法中得到的復(fù)合材料采用熔融共混的方法，與聚丙交酯、聚ε-己內(nèi)酯、聚乙交酯或三種單體之間的二元或三元的無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物，直接用密煉機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)共混加工得到生物陶瓷—生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料，其中復(fù)合材料中聚酯的重量百分比為10～90％。
本發(fā)明提供的方法能制備出性能優(yōu)良的生物陶瓷/脂肪族聚酯納米/微米復(fù)合材料，通過(guò)調(diào)整催化劑和單體的比例，得到聚酯分子量和各部分比例可調(diào)的納米/微米復(fù)合材料，其中用來(lái)改性生物陶瓷粒子的羥基乙酸同樣生物相容性良好，與其他表面改性劑相比不引入人體排斥的不友好物質(zhì)。該復(fù)合材料中生物陶瓷粒子與聚合物分子鏈以化學(xué)鍵形式相連接，且分散均勻穩(wěn)定，因此可以賦予聚合物以常規(guī)混入方式中難以獲得的各項(xiàng)優(yōu)異性能。
納米級(jí)生物陶瓷/脂肪族聚酯復(fù)合物在組成上模仿了天然骨基質(zhì)中無(wú)機(jī)和有機(jī)成分，其納米級(jí)的微結(jié)構(gòu)類似于天然骨基質(zhì)，是良好的骨折內(nèi)固定及骨修復(fù)納米生物材料。因此，本發(fā)明所合成的新型生物陶瓷/脂肪族聚酯納米/微米復(fù)合材料在醫(yī)學(xué)和材料學(xué)上都有很高的使用價(jià)值，有廣泛的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1表面接枝負(fù)載羥基乙酸的改性羥基磷灰石納米粒子的制備。在三個(gè)反應(yīng)瓶中，分別將15g羥基磷灰石(HA)納米粒子(直徑約為20～50nm)分散在150ml甲苯溶劑中，分別加入7.5g，15g，30g的羥基乙酸(GAc)，在60℃下攪拌反應(yīng)3小時(shí)，然后在甲苯共沸脫水條件下繼續(xù)反應(yīng)10小時(shí)。產(chǎn)物用氯仿和乙醇反復(fù)洗滌5次去除未負(fù)載羥基乙酸，40℃下真空干燥48小時(shí)，得到表面負(fù)載羥基乙酸的改性羥基磷灰石納米粒子。紅外光譜可以驗(yàn)證羥基乙酸與納米粒子的化學(xué)連接，熱重法得到納米粒子上羥基乙酸負(fù)載量見(jiàn)表1。
表1

實(shí)施例2實(shí)施例1中，用磷酸三鈣(TCP)替換羥基磷灰石，試驗(yàn)步驟和方法同實(shí)施例1相同。得到在磷酸三鈣表面接枝負(fù)載羥基乙酸的含量結(jié)果如表2。
表2


實(shí)施例3表面接枝負(fù)載羥基乙酸的改性羥基磷灰石納米粒子的無(wú)溶劑直接制備。在三個(gè)反應(yīng)瓶中，分別將15g羥基磷灰石(HA)納米粒子(直徑約為20～50nm)與7.5g，15g，30g的羥基乙酸(GAc)混合，在80～120℃升溫下攪拌反應(yīng)5小時(shí)。產(chǎn)物用氯仿和乙醇反復(fù)洗滌5次去除未負(fù)載羥基乙酸，40℃下真空干燥48小時(shí)，得到表面負(fù)載羥基乙酸的改性羥基磷灰石納米粒子。羥基乙酸負(fù)載量見(jiàn)表3。
表3

實(shí)施例4改性羥基磷灰石/聚丙交酯復(fù)合材料的制備。將6g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％wt)按照所需要的比例與數(shù)均分子量95400的聚丙交酯20g溶解在60ml氯仿溶劑中，混合分散均勻，產(chǎn)物用甲醇沉降、洗滌，得到納米復(fù)合材料，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4。
表4


實(shí)施例5納米羥基磷灰石/聚丙交酯復(fù)合材料的直接制備。在無(wú)水無(wú)氧條件下，將6g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％Wt)分散在二甲苯溶劑中，分別加入194g，114g，54g，34g，14g丙交酯單體，溶劑體積與單體重量比例為1∶1，再加入單體重量0.01％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌反應(yīng)72小時(shí)。產(chǎn)物用甲醇沉降，洗滌，40℃下真空干燥48小時(shí)，稱重，得到無(wú)機(jī)納米粒子與聚合物的復(fù)合材料，對(duì)樣品經(jīng)透射電鏡進(jìn)行觀察，測(cè)試結(jié)果表明材料中羥基磷灰石以納米尺度分散。紅外光譜、固體核磁表明了聚合物與羥基磷灰石粒子表面的化學(xué)鍵連。各種聚合物的分子量、產(chǎn)率和力學(xué)性能的結(jié)果見(jiàn)表5。
表5

實(shí)施例6羥基磷灰石/聚ε-己內(nèi)酯納米復(fù)合材料的直接制備。在無(wú)水無(wú)氧條件下，將6g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％Wt)分散在二甲苯溶劑中，分別加入194ml，114ml，54ml，34ml，14ml ε-己內(nèi)酯單體，溶劑體積與單體重量比例為1∶1，加入單體重量2％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌反應(yīng)48小時(shí)。產(chǎn)物用甲醇(或乙醇)沉降，洗滌，40℃下真空干燥48小時(shí)，稱重，得到無(wú)機(jī)納米粒子與聚合物的復(fù)合材料，各種聚合物的性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。
表6

實(shí)施例7羥基磷灰石/聚乙交酯納米復(fù)合材料的直接制備。在無(wú)水無(wú)氧條件下，將6g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％Wt)分散在二甲苯溶劑中，分別加入194g，114g，54g，34g，14g乙交酯單體，加入單體重量0.5％的辛酸亞錫催化劑，在160℃下反應(yīng)72小時(shí)，由于產(chǎn)物溶解困難，因此，產(chǎn)物經(jīng)分離和干燥得到產(chǎn)物，稱重，壓片成膜，進(jìn)行性能測(cè)試，各種聚合物的性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。
表7


實(shí)施例8以表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石納米粒子為增容劑的納米復(fù)合材料的制備。
(1)在無(wú)水無(wú)氧條件下，將25g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％ Wt)分散在二甲苯溶劑中，加入50g丙交酯單體，溶劑體積與單體重量比例為2∶1，再加入單體重量1％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌反應(yīng)72小時(shí)。產(chǎn)物用甲醇沉降，反復(fù)用氯仿洗滌去除未接枝到羥基磷灰石納米粒子表面的聚合物，40℃下真空干燥48小時(shí)，得到表面接枝聚丙交酯的羥基磷灰石納米粒子，熱失重表明其中聚丙交酯占整個(gè)復(fù)合物的32.3％Wt。
(2)將(1)得到的表面接枝聚丙交酯(PLA含量30.2％Wt)的羥基磷灰石作為增容劑，按照所需要的比例與數(shù)均分子量95400的聚丙交酯20g溶解在60ml氯仿(或甲苯)溶劑中，混合分散均勻，產(chǎn)物用甲醇沉降、洗滌，得到納米復(fù)合材料，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8。
表8

實(shí)施例9
以表面接枝聚丙交酯的磷酸三鈣納米粒子為增容劑的納米復(fù)合材料的制備。
(1)在無(wú)水無(wú)氧條件下，將25g改性磷酸三鈣納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為10.2％Wt)分散在二甲苯溶劑中，加入50g丙交酯單體，溶劑體積與單體重量比例為2∶1，再加入單體重量1％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌反應(yīng)72小時(shí)。產(chǎn)物用甲醇沉降，反復(fù)用氯仿洗滌去除未接枝到磷酸三鈣納米粒子表面的聚合物，40℃下真空干燥48小時(shí)，得到表面接枝聚丙交酯的磷酸三鈣納米粒子，熱失重表明其中聚丙交酯占整個(gè)復(fù)合物的32.1％Wt。
(2)將(1)得到的表面接枝聚丙交酯(PLA含量32.1％Wt)的磷酸三鈣作為增容劑，按照所需要的比例與數(shù)均分子量95400的聚丙交酯20g溶解在60ml氯仿(或甲苯)溶劑中，混合分散均勻，產(chǎn)物用甲醇沉降、洗滌，得到納米復(fù)合材料，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表9。
表9

實(shí)施例10納米羥基磷灰石—丙交酯和ε-己內(nèi)酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料的制備。在無(wú)水無(wú)氧條件下，將6g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％Wt)分散在二甲苯溶劑中，加入47g丙交酯單體和47ml ε-己內(nèi)酯單體，溶劑體積與單體重量比例為1∶1，再加入單體重量0.1％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌反應(yīng)72小時(shí)。產(chǎn)物用甲醇沉降，洗滌，40℃下真空干燥48小時(shí)，稱重，得到無(wú)機(jī)納米粒子與聚酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為95.4％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為4.87％Wt。
實(shí)施例11納米羥基磷灰石—丙交酯和乙交酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料的制備。聚合單體為70％Wt丙交酯和30Wt％乙交酯，其他步驟同實(shí)施例10，得到無(wú)機(jī)納米粒子與乙交酯和丙交酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為97.7％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.01％Wt。
實(shí)施例12納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯和乙交酯無(wú)規(guī)共聚物納米復(fù)合材料的制備。聚合單體為70％Wt ε-己內(nèi)酯單體和30％ Wt乙交酯，其他步驟同實(shí)施例10，得到無(wú)機(jī)納米粒子與ε-己內(nèi)酯和乙交酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為96.3％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為4.83％Wt。
實(shí)施例13納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯、丙交酯和乙交酯三元無(wú)規(guī)共聚物納米復(fù)合材料的制備。聚合單體為50％Wt ε-己內(nèi)酯單體、30％ Wt丙交酯和20％Wt乙交酯，其他步驟同實(shí)施例10，得到無(wú)機(jī)納米粒子與ε-己內(nèi)酯、丙交酯和乙交酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為96.8％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為4.94％Wt。
實(shí)施例14納米羥基磷灰石—丙交酯和ε-己內(nèi)酯嵌段共聚物復(fù)合材料的制備。在無(wú)水無(wú)氧條件下，將6g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4重％)分散在二甲苯溶劑中，加入47g丙交酯單體，溶劑體積與單體重量比例為1∶1，再加入單體重量0.1％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌反應(yīng)48小時(shí)。加入二甲苯稀釋，再加入47ml ε-己內(nèi)酯單體，繼續(xù)在120℃下攪拌反應(yīng)48小時(shí)，產(chǎn)物用甲醇沉降，洗滌，40℃下真空干燥48小時(shí)，稱重，得到無(wú)機(jī)納米粒子與聚酯嵌段共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為98.6％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.05％Wt。
實(shí)施例15納米羥基磷灰石—丙交酯和乙交酯嵌段共聚物復(fù)合材料的制備。聚合單體分別為70％Wt的丙交酯和30％Wt的乙交酯，單體總重量為94g，采用分步加料法，其他步驟同實(shí)施例14，得到無(wú)機(jī)納米粒子與丙交酯和乙交酯嵌段共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為94.6％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為4.8％Wt。
實(shí)施例16納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯和乙交酯嵌段共聚物納米復(fù)合材料的制備。聚合單體分別為70％Wt的ε-己內(nèi)酯和30％Wt的乙交酯，單體總重量為94g，采用分步加料法，其他步驟同實(shí)施例14，得到無(wú)機(jī)納米粒子與ε-己內(nèi)酯和乙交酯嵌段共聚物的納米復(fù)合材料，產(chǎn)率為93.7％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.14％Wt。
實(shí)施例17納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯、丙交酯和乙交酯嵌段共聚物復(fù)合材料的制備。聚合單體分別為47ml ε-己內(nèi)酯、38g丙交酯和19g乙交酯，采用分步加料法，其他步驟同實(shí)施例14，得到無(wú)機(jī)納米粒子與聚酯三元嵌段共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為95.6％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.43％Wt。
實(shí)施例18
納米羥基磷灰石—聚丙交酯復(fù)合材料無(wú)溶劑的制備方法。在無(wú)水無(wú)氧條件下，將6g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％Wt)分散在94g丙交酯單體，再加入單體重量0.1％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌本體反應(yīng)72小時(shí)。產(chǎn)物經(jīng)甲苯溶解，用甲醇沉降，洗滌，40℃下真空干燥48小時(shí)，稱重，得到無(wú)機(jī)納米粒子與聚丙交酯均聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為96.5％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.2％Wt實(shí)施例19納米羥基磷灰石—聚丙交酯復(fù)合材料無(wú)溶劑的制備方法。在無(wú)水無(wú)氧條件下，將6g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％Wt)分散在94g丙交酯單體，再加入單體重量0.1％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌本體反應(yīng)72小時(shí)。產(chǎn)物直接經(jīng)粉碎得到無(wú)機(jī)納米粒子與聚丙交酯均聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為96.8％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.4％Wt。
實(shí)施例20納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯復(fù)合材料無(wú)溶劑的制備方法。用ε-己內(nèi)酯替代實(shí)施例18中的丙交酯，其它制備條件相同，得到納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯復(fù)合材料，產(chǎn)率為97.6％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.2％Wt。
實(shí)施例21納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯復(fù)合材料無(wú)溶劑的制備方法。用ε-己內(nèi)酯替代實(shí)施例18中的丙交酯，其它制備條件相同，得到納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯復(fù)合材料，產(chǎn)率為97.9％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.5％Wt。
實(shí)施例22
納米羥基磷灰石—乙交酯復(fù)合材料無(wú)溶劑的制備方法。用乙交酯替代實(shí)施例18中的丙交酯，其它制備條件相同，得到納米羥基磷灰石—乙交酯復(fù)合材料，產(chǎn)率為98.3％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.1％Wt。
實(shí)施例23納米羥基磷灰石—乙交酯復(fù)合材料無(wú)溶劑的制備方法。用乙交酯替代實(shí)施例19中的丙交酯，其它制備條件相同，得到納米羥基磷灰石—乙交酯復(fù)合材料，產(chǎn)率為98.3％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.4％Wt。
實(shí)施例24納米羥基磷灰石—丙交酯和ε-己內(nèi)酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料無(wú)溶劑的制備。在無(wú)水無(wú)氧條件下，將6g改性羥基磷灰石納米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％Wt)分散在單體中，單體為70％Wt丙交酯和30Wt％ ε-己內(nèi)酯，單體總重量為94g，再加入單體重量0.1％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌反應(yīng)72小時(shí)。得到羥基磷灰石納米粒子與丙交酯和ε-己內(nèi)酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為97.6％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.3％Wt。
實(shí)施例25納米羥基磷灰石—丙交酯和乙交酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料無(wú)溶劑的制備。聚合單體為70％Wt丙交酯和30Wt％乙交酯，單體總重量為94g，其他步驟同實(shí)施例24，得到無(wú)機(jī)納米粒子與乙交酯和丙交酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為97.8％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.2％Wt。
實(shí)施例26
納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯和乙交酯無(wú)規(guī)共聚物納米復(fù)合材料的制備。聚合單體為70％Wt ε-己內(nèi)酯單體和30％Wt乙交酯，其他步驟同實(shí)施例24，得到無(wú)機(jī)納米粒子與ε-己內(nèi)酯和乙交酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為97.5％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.3％Wt。
實(shí)施例27納米羥基磷灰石-ε-己內(nèi)酯、丙交酯和乙交酯三元無(wú)規(guī)共聚物納米復(fù)合材料的制備。聚合單體為50％ Wt ε-己內(nèi)酯單體、30％ Wt丙交酯和20％ Wt乙交酯，單體總重量為94g，其他步驟同實(shí)施例12，得到無(wú)機(jī)納米粒子與ε-己內(nèi)酯、丙交酯和乙交酯無(wú)規(guī)共聚物復(fù)合材料，產(chǎn)率為97.5％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.3％ Wt。
實(shí)施例28表面接枝負(fù)載羥基乙酸的改性羥基磷灰石微米粒子的制備。用羥基磷灰石(HA)微米粒子(直徑約為20～50μm)取代實(shí)施例1中的納米粒子(直徑約為20～50nm)，其它反應(yīng)和制備條件相同，得到表面負(fù)載羥基乙酸的改性羥基磷灰石微米粒子。熱重法得到微米粒子上羥基乙酸負(fù)載量見(jiàn)表10。
表10

同樣在無(wú)溶劑下本體反應(yīng)，制備表面負(fù)載羥基乙酸的改性羥基磷灰石微米粒子。
實(shí)施例29微米羥基磷灰石/聚丙交酯復(fù)合材料無(wú)溶劑的直接制備。在無(wú)水無(wú)氧條件下，將6g改性羥基磷灰石微米粒子(羥基乙酸負(fù)載量為9.4％Wt)分散在97g丙交酯單體中，再加入單體重量0.1％的辛酸亞錫催化劑，在120℃下攪拌反應(yīng)72小時(shí)。得到無(wú)機(jī)微米粒子與聚丙交酯的復(fù)合材料，對(duì)樣品經(jīng)透射電鏡進(jìn)行觀察，測(cè)試結(jié)果表明材料中羥基磷灰石以微米尺度分散。產(chǎn)率為97.4％，熱失重得復(fù)合材料中羥基磷灰石納米粒子含量為5.2％Wt。
同樣方法可以制備聚ε-己內(nèi)酯、聚乙交酯的微米羥基磷灰石復(fù)合材料，以及ε-己內(nèi)酯、乙交酯、丙交酯單體之間二元和三元無(wú)規(guī)和嵌段共聚物的微米羥基磷灰石復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種生物陶瓷與生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料，是由重量百分比0.1～70％的生物陶瓷納米/微米粒子和30～99.9％的脂肪族聚酯組成，其中脂肪族聚酯為聚丙交酯、聚ε-己內(nèi)酯、聚乙交酯或三種單體之間的二元或三元的無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物。
2.如權(quán)利要求1所述的生物陶瓷與生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料，其特征在于所述生物陶瓷為羥基磷灰石、磷酸三鈣或二者的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的生物陶瓷與生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料，其特征在于所述納米/微米生物陶瓷粒子的平均直徑范圍在10nm～100μm。
4.如權(quán)利要求1所述的生物陶瓷與生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料，其特征在于所述單體丙交酯為L(zhǎng)-丙交酯、D-丙交酯、外消旋D，L-丙交酯、內(nèi)消旋D，L-丙交酯其中的一種或二種以上的混合單體。
5.一種制備權(quán)利要求1所述生物陶瓷與生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料的方法，首先制備表面負(fù)載羥基乙酸的改性生物陶瓷納米/微米粒子，制備步驟如下將干燥好的粒子直徑范圍在10nm～100μm之間的羥基磷灰石、磷酸三鈣或二者的混合物的納米/微米粒子分散在甲苯溶劑中，再加入羥基乙酸，然后在0-80℃下攪拌反應(yīng)0.5-5小時(shí)，在甲苯共沸脫水條件下進(jìn)一步反應(yīng)1-48小時(shí)后，過(guò)濾收集固體產(chǎn)物；或者用生物陶瓷粒子直接同羥基乙酸在80～120℃下攪拌脫水反應(yīng)0.5～5小時(shí)，收集固體產(chǎn)物，固體產(chǎn)物反復(fù)用氯仿和乙醇交替洗滌除去同生物陶瓷粒子表面未接枝反應(yīng)的羥基乙酸，過(guò)濾干燥后得到表面接枝羥基乙酸的改性生物陶瓷粒子；生物陶瓷-生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料的制備，選擇生物陶瓷-生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料由重量百分比為0.1～70％的生物陶瓷納米/微米粒子和重量百分比為30～99.9％的脂肪族聚酯組成，其中脂肪族聚酯為聚丙交酯、聚ε-己內(nèi)酯、聚乙交酯或三種單體之間的二元或三元的無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物；采用四種方法(1)原位溶液聚合將改性生物陶瓷納米/微米粒子分散在精制過(guò)的四氫呋喃、甲苯、二甲苯或二氧六環(huán)中，然后加入脂肪族環(huán)酯單體和辛酸亞錫催化劑，脂肪族環(huán)酯單體為丙交酯、乙交酯或ε-己內(nèi)酯，在無(wú)水無(wú)氧條件下引發(fā)聚合，單體與改性生物陶瓷粒子的重量百分比為10～99.9％，催化劑與單體的重量百分比為2～0.01％，溶劑體積為單體重量的2倍，聚合溫度為60-160℃，聚合時(shí)間為12-72小時(shí)，產(chǎn)物用溶劑溶解，用沉降劑沉降出聚合物，經(jīng)過(guò)濾，洗滌，真空干燥得到納米/微米生物陶瓷-聚合物的復(fù)合材料；(2)原位本體聚合法將干燥后的改性生物陶瓷粒子與聚合單體直接混合分散均勻，然后加入辛酸亞錫催化劑，在無(wú)水無(wú)氧條件下引發(fā)聚合，單體與改性生物陶瓷的重量百分比為10～99.9％，催化劑與單體的重量百分比為2～0.01％，聚合溫度為100-160℃，聚合時(shí)間為12-72小時(shí)，得到納米/微米生物陶瓷-聚合物的復(fù)合材料；(3)溶液共混法將改性生物陶瓷納米/微米粒子或(1)和(2)方法中得到的復(fù)合材料分散在四氫呋喃、三氯甲烷、二甲基甲酰胺或甲苯中，加入聚丙交酯、聚ε-己內(nèi)酯、聚乙交酯或三種單體之間的二元或三元的無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物，復(fù)合材料與聚酯的重量百分比為10～90％，溶劑體積為復(fù)合材料和聚酯總重量的10倍，攪拌，然后沉降、溶劑移出、溶劑蒸發(fā)、干燥得到生物陶瓷-生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料；(4)熔融共混法將改性生物陶瓷納米/微米粒子或(1)和(2)方法中得到的復(fù)合材料采用熔融共混的方法，與聚丙交酯、聚ε-己內(nèi)酯、聚乙交酯或三種單體之間的二元或三元的無(wú)規(guī)共聚物或嵌段共聚物，直接用密煉機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)共混加工得到生物陶瓷-生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料，其中復(fù)合材料中聚酯的重量百分比為10～90％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生物陶瓷與生物降解脂肪族聚酯復(fù)合材料的制備方法。生物陶瓷納米/微米粒子與羥基乙酸在甲苯共沸脫水條件下反應(yīng)，在無(wú)溶劑下生物陶瓷和羥基乙酸也可以直接反應(yīng)。在生物陶瓷粒子表面接枝得到羥基乙酸鈣或低聚羥基乙酸鈣－生物陶瓷的化學(xué)結(jié)構(gòu)，然后在無(wú)水無(wú)氧的條件下，以辛酸亞錫為引發(fā)劑，從所負(fù)載的羥基乙酸中的羥基引發(fā)ε－己內(nèi)酯、丙交酯、乙交酯或環(huán)酯單體的開(kāi)環(huán)聚合，經(jīng)開(kāi)環(huán)聚合得到ε－己內(nèi)酯、丙交酯或乙交酯可生物降解聚酯的均聚物和它們之間的兩元或三元共聚物的納米/微米復(fù)合材料。用羥基乙酸改性的生物陶瓷和表面接枝負(fù)載聚酯的生物陶瓷可以直接用來(lái)做聚酯材料的添料使用。
文檔編號(hào)C08K3/26GK1631973SQ20041001127
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者陳學(xué)思, 邱學(xué)宇, 孫敬茹, 洪重奎, 胡俊麗, 劉愛(ài)學(xué), 邊新超 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所