聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製備方法

2023-10-09 07:11:09 3

專利名稱：：聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及聚乳酸與改性矽灰石複合的複合材料
技術領域：
，是一種聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製備方法和製品。技術背景聚乳酸(Polylactide，聚乳酸)高分子材料是近30年發展起來的新型可吸收聚合物，具有無毒、無刺激和良好生物相容性等特性，在人體內可降解成乳酸，而且自然代謝，無殘留。因此，在生物醫用領域被廣泛用作組織工程、人體器官、仿生智能、手術縫合線、控釋藥物等材料。儘管聚乳酸具有很多優良的性能，但聚乳酸屬於聚酯，為疏水性物質，降低了其生物相容性;其次在自然條件下降解周期較難控制，而高分子藥物的控制緩釋體系對不同藥物的要求使其載體材料具有不同的降解速率；聚乳酸製品性脆、力學強度較低，熱穩定性差，抗衝擊性差，材料還缺乏骨結合能力，酸性降解物不利於骨細胞生長，同時對X光具有穿透性，不便於臨床上顯影觀察，因此使其應用領域受到限制。為了克服聚乳酸的這些缺陷，需要對聚乳酸進行複合改性，製備改性材料，拓展其應用領域。羥基磷灰石(hydroxyapatite，HA)，其化學組成為Can)(P04)6(0H)2，與天然磷灰石礦物相似，具有良好的生物相容性(biocompatibility)和生物活性(bioactivity)，是脊椎動物骨和齒的主要無機成分(俞耀庭，張興棟，物醫用材料，天津天津大學出版社，2000.13)。採用羥基磷灰石(HA)與聚乳酸複合，可提高聚乳酸的力學性能和生物相容性，提高材料韌性，羥基磷灰石/聚乳酸複合材料具有很好的生物相容性和骨傳導性，但是這類複合材料由於作為填充體的羥基磷灰石粉體與聚乳酸兩者的界面結合力較弱，在應用時其複合界面處首先遭到破壞，從而導致該複合材料機械強度喪失過快(劉芳，賈德民，王迎軍。聚乳酸及其複合材料在骨組織工程方面的研究進展，生物醫學工程學雜誌，2001;18(3):448450)，因此羥基磷灰石/聚乳酸複合材料的機械強度不理想。碳納米管(carbonnanotube，CNT)是一維納米材料，用於聚乳酸的增強制備聚乳酸/碳納米管複合材料，但是其生物相容性看來有不利影響(ZhangDH，KandadaiMA，CechJ，etal.JPhysChemB，2006，110:1291012915)。採用炭纖維、天然纖維複合增強聚乳酸，由於聚乳酸降解產物呈酸性，易引起體內炎症反應，炭纖維增強聚乳酸的應用受到了限制(沈烈、喬飛、張宇強等，炭纖維增強羥基磷灰石/聚乳酸複合生物材料的力學性能和體外降解性能，複合材料學報，2007年，24(5):61-65)。
發明內容本發明提供了一種聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製備方法和製品，克服了上述現有技術之不足，其提高了聚乳酸的抗衝擊強度和拉伸強度等力學性能，耐熱性能也得到提高，從而使其具有廣泛應用領域。本發明的技術方案之一是這樣來實現的一種聚乳酸-改性矽灰石複合材料，其按原料重量份含有聚乳酸樹脂100重量份，改性矽灰石1重量份至10重量份，增塑劑5重量份至10重量份，潤滑劑0.2重量份至2重量份，相容劑0.2重量份至2重量份。本發明的技術方案之二是這樣來實現的一種上述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料的製備方法，按下述步驟進行首先將所需要量的聚乳酸樹脂、改性矽灰石、增塑劑、潤滑劑、相容劑經高速加熱攪拌混合機進行充分混合，其次進入低速冷卻混合攪拌機混合均勻，最後進入雙螺杆擠出機直接擠出得到聚乳酸-改性矽灰石複合材料。本發明的技術方案之三是這樣來實現的一種上述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料的製品，是以聚乳酸-改性矽灰石複合材料為原料製成的製品。下面是對上述本發明技術方案的進一步優化或/和改進上述改性矽灰石可按原料含有矽灰石和改性劑，矽灰石和改性劑的配比為每ioo克矽灰石比O.5克至2克改性劑。上述改性劑可為油酸鈉、硬脂酸、矽烷類偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑中的任意一種或一種以上的混合物。上述增塑劑可採用有機酸酯、磷酸酯、聚酯中的一種或一種以上的組合物。上述潤滑劑可採用金屬皂類、石蠟類、脂肪酸及其酯類中的一種或一種以上的組合物。上述相容劑可為聚己內酯、聚乙二醇、環氧樹脂中的一種或一種以上的組合物。上述改性矽灰石可通過下述步驟得到A、將所需要量的粉碎粒徑為60微米至74微米的矽灰石粒子在去離子水中攪拌均勻後配製成30%至60%質量百分比濃度的穩定矽灰石懸浮液；B、將步驟A製備的懸浮液在4(TC至8(rC下攪拌5分鐘至20分鐘後，將改性劑加入到上述矽灰石懸浮液中反應l小時至4小時；C、反應後過濾，將得到的改性矽灰石乾燥後磨碎，得到粒徑為60微米至74微米的改性矽灰石。上述攪拌速度可為400轉/分鐘至1000轉/分鐘。本發明聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製品比聚乳酸基材在抗衝擊強度和拉伸強度等力學性能和耐熱性能都有明顯的提高，使聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製品具有廣泛應用領域，從而拓展了聚乳酸的應用領域。具體實施方式本發明不受下述實施例的限制，可根據上述本發明的技術方案和實際情況來確定具體的實施方式。實施例l:粉碎粒徑為60微米至74微米的矽灰石粒子100克在333.3克的去離子水中攪拌，形成30%質量百分比濃度穩定懸浮液；在4(TC下攪拌矽灰石懸浮液5分鐘，攪拌速度為400轉/分鐘，加入O.5克鈦酸酯偶聯劑反應1小時後過濾，並將得到的改性矽灰石乾燥後磨碎，得到粒徑為60微米至74微米的改性矽灰石。聚乳酸樹脂100重量份，改性矽灰石5重量份，增塑劑5重量份，潤滑劑1.2重量份，相容劑1.6重量份。先經高速加熱攪拌混合機、後入低速冷卻混合攪拌機混合均勻，最後進入雙螺杆擠出機直接擠出，製備聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製品。實施例2:粉碎粒徑為60微米至74微米的矽灰石粒子100克在166.6克的去離子水中攪拌，形成60%質量百分比濃度穩定懸浮液；在8(TC下攪拌矽灰石懸浮液20分鐘，攪拌速度為IOOO轉/分鐘，加入2克油酸鈉反應4小時後過濾，並將得到的改性矽灰石乾燥後磨碎，得到粒徑為60微米至74微米的改性矽灰石。聚乳酸樹脂100重量份，改性矽灰石3重量份，增塑劑7重量份，潤滑劑0.5重量份，相容劑1.5重量份。先經高速加熱攪拌混合機、後入低速冷卻混合攪拌機混合均勻，最後進入雙螺杆擠出機直接擠出，製備聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製品。實施例3:粉碎粒徑為60微米至74微米的矽灰石粒子100克在200克的去離子水中攪拌，形成50%質量百分比濃度穩定懸浮液；在5(TC下攪拌矽灰石懸浮液10分鐘，攪拌速度為800轉/分鐘，加入l.5g鋁酸酯偶聯劑反應3小時後過濾，並將得到的改性矽灰石乾燥後磨碎，得到粒徑為60微米至74微米的改性矽灰石。聚乳酸樹脂100重量份，改性矽灰石l重量份，增塑劑6重量份，潤滑劑0.2重量份，相容劑0.2重量份。先經高速加熱攪拌混合機、後入低速冷卻混合攪拌機混合均勻，最後進入雙螺杆擠出機直接擠出，製備聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製品。實施例4:粉碎粒徑為60微米至74微米的矽灰石粒子100克在222.2克的去離子水中攪拌，形成45。/。質量百分比濃度穩定懸浮液;在7(TC下攪拌矽灰石懸浮液15分鐘，攪拌速度為600轉/分鐘，加入1.0克矽烷偶聯劑反應2小時後過濾，並將得到的改性矽灰石乾燥後磨碎，得到粒徑為60微米至74微米的改性矽灰石。聚乳酸樹脂100重量份，改性矽灰石6重量份，增塑劑8重量份，潤滑劑1.4重量份，相容劑1.8重量份。先經高速加熱攪拌混合機、後入低速冷卻混合攪拌機混合均勻，最後進入雙螺杆擠出機直接擠出，製備聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製品。實施例5:粉碎粒徑為60微米至74微米的矽灰石粒子100克在250克的去離子水中攪拌，形成40%質量百分比濃度穩定懸浮液；在6(TC下攪拌矽灰石懸浮液12分鐘，攪拌速度為700轉/分鐘，加入l.2克鈦酸酯偶聯劑和0.8克硬脂酸反應2.5小時後過濾，並將得到的改性矽灰石乾燥後磨碎，得到粒徑為60微米至74微米的改性矽灰石。聚乳酸樹脂100重量份，改性矽灰石10重量份，增塑劑10重量份，潤滑劑2重量份，相容劑2重量份。先經高速加熱攪拌混合機、後入低速冷卻混合攪拌機混合均勻，最後進入雙螺杆擠出機直接擠出，製備聚乳酸-改性矽灰石複合材料及其製品。在上述實施例中，上述增塑劑採用有機酸酯、磷酸酯、聚酯中的一種或一種以上的組合物;上述潤滑劑採用金屬皂類、石蠟類、脂肪酸及其酯類中的一種或一種以上的組合物;上述相容劑為聚己內酯、聚乙二醇、環氧樹脂中的一種或一種以上的組合物。對上述實施例l至5所得聚乳酸-改性矽灰石複合材料和製品進行性能測試，按GB/T8804.2-2003測試其拉伸強度，按GB/T8802-2001測試其維卡軟化點；按GB/T8814-1998測試其抗衝擊強度，其具體測試結果如下聚乳酸-改性矽灰石複合材料的力學性能和熱性能tableseeoriginaldocumentpage7從測試結果可知本發明所得聚乳酸-改性矽灰石複合材料的力學性能和耐熱性能比聚乳酸基材有明顯的提高，從而拓展了聚乳酸的應用領域。權利要求1.一種聚乳-酸改性矽灰石複合材料，其特徵在於按原料重量份含有聚乳酸樹脂100重量份，改性矽灰石1重量份至10重量份，增塑劑5重量份至10重量份，潤滑劑0.2重量份至2重量份，相容劑0.2重量份至2重量份。2、根據權利要求l所述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料，其特徵在於改性矽灰石按原料含有矽灰石和改性劑，矽灰石和改性劑的配比為每IOO克矽灰石比O.5克至2克改性劑。3、根據權利要求2所述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料，其特徵在於改性劑為油酸鈉、硬脂酸、矽烷類偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑中的任意一種或一種以上的混合物。4、根據權利要求l或2或3所述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料，其特徵在於增塑劑採用有機酸酯、磷酸酯、聚酯中的一種或一種以上的組合物；或/和，潤滑劑採用金屬皂類、石蠟類、脂肪酸及其酯類中的一種或一種以上的組合物；或/和，相容劑為聚己內酯、聚乙二醇、環氧樹脂中的一種或一種以上的組合物。5、根據權利要求4所述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料，其特徵在於改性矽灰石是通過下述步驟得到的A、將所需要量的粉碎粒徑為60微米至74微米的矽灰石粒子在去離子水中攪拌均勻後配製成30%至60%質量百分比濃度的穩定矽灰石懸浮液；B、將步驟A製備的懸浮液在4(TC至8(rC下攪拌5分鐘至20分鐘後，將改性劑加入到上述矽灰石懸浮液中反應l小時至4小時；C、反應後過濾，將得到的改性矽灰石乾燥後磨碎，得到粒徑為60微米至74微米的改性矽灰石。6、根據權利要求5所述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料，其特徵在於攪拌速度為400轉/分鐘至1000轉/分鐘。7、一種根據權利要求l或2或3所述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料的製備方法，其特徵在於首先將所需要量的聚乳酸樹脂、改性矽灰石、增塑劑、潤滑劑、相容劑經高速加熱攪拌混合機進行充分混合，其次進入低速冷卻混合攪拌機混合均勻，最後進入雙螺杆擠出機直接擠出得到聚乳酸-改性矽灰石複合材料。8、一種根據權利要求6所述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料的製備方法，其特徵在於首先將所需要量的聚乳酸樹脂、改性矽灰石、增塑劑、潤滑劑、相容劑經高速加熱攪拌混合機進行充分混合，其次進入低速冷卻混合攪拌機混合均勻，最後進入雙螺杆擠出機直接擠出得到聚乳酸-改性矽灰石複合材料。9、一種根據權利要求l或2或3所述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料的製品，其特徵在於以聚乳酸-改性矽灰石複合材料為原料製成的製品。10、一種根據權利要求6所述的聚乳酸-改性矽灰石複合材料的製品，其特徵在於以聚乳酸-改性矽灰石複合材料為原料製成的製品。全文摘要本發明涉及聚乳酸與改性矽灰石複合的複合材料
技術領域：
，是一種聚乳酸改性矽灰石複合材料及其製備方法和製品。該複合材料按原料含有聚乳酸樹脂、改性矽灰石、增塑劑、潤滑劑、相容劑；該製備方法首先將所需要量的聚乳酸樹脂、改性矽灰石、增塑劑、相容劑、潤滑劑經高速加熱攪拌混合機進行充分混合，其次進入低速冷卻混合攪拌機混合均勻，最後進入雙螺杆擠出機直接擠出得到聚乳酸改性矽灰石複合材料；該製品是以聚乳酸改性矽灰石複合材料為原料製成的製品。該複合材料及其製品比聚乳酸基材在抗衝擊強度和拉伸強度等力學性能和耐熱性能都有明顯提高，使聚乳酸改性矽灰石複合材料及其製品具有廣泛應用領域，從而拓展了聚乳酸應用領域。文檔編號B29C47/40GK101235194SQ200810300449公開日2008年8月6日申請日期2008年3月3日優先權日2008年3月3日發明者劉月娥,龐桂林,李志娟,楊超松,甄衛軍,袁龍飛申請人:新疆大學