一種磷酸鈣包覆鎂粉的製備方法與流程
2023-05-13 18:03:46 2
本發明涉及包覆複合粉末材料的製備方法，具體涉及一種採用化學液相沉積法製備二水磷酸氫鈣包覆複合鎂粉的方法。
背景技術：
隨著現代社會的發展，人類生活節奏加快，人類壽命的延長，交通事故、自然災害和各種意外傷害等事故頻發，以及人民對生活質量和生活水平的要求日益提高，而與之相對的是人類器官捐獻事業的停滯不前，使得器官和組織更換日益增多，使得人們對醫用生物移植材料、生物替代材料、生物填充材料等的需求急劇上升。
鎂作為人體必需的常量元素，在生物體內不僅有自我降解的功能，同時還具有良好的生物相容性以及良好的骨結合性和骨誘導性，以及與骨骼相匹配的彈性模量；而且鎂在地殼中存量豐富，約佔地殼總質量的2%，因此鎂可以作為一種性能優良且來源豐富的金屬生物材料。
然而由於鎂及鎂合金在生物體內降解速度快，常引起結構失效、傷口發炎等而導致植入失敗。磷酸鈣鹽是一種具有良好生物相容性、骨傳導和骨誘導性的生物陶瓷，且與天然骨組織的成分相近，但其脆性大，難以成型。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種磷酸鈣包覆鎂粉的製備方法，該方法採用化學液相沉積法製備磷酸鈣包覆鎂粉，在鎂粉顆粒表面製備出一層完整、均勻的磷酸鈣陶瓷包覆層，使其成為表層為磷酸鈣、內部為鎂顆粒的包覆複合粉末，以提高鎂粉的耐腐蝕性能；所述磷酸鈣包覆鎂粉具有良好的生物相容性、抗壓強度和與人體相匹配的彈性模量，同時還具有好的耐腐蝕性，以及更為優越的生物學性能，為將來製備鎂與磷酸鈣的整體複合材料提供基礎原料。
本發明的技術方案如下：
磷酸鈣陶瓷包覆鎂粉的製備方法，有以下步驟：
1）配置0.01mol/l硝酸鈣和0.01mol/l磷酸二氫鉀溶液，向硝酸鈣溶液中加入乙二胺四乙酸二鈉，攪拌至充分溶解後，緩慢加入磷酸二氫鉀溶液中，混合均勻，用氫氧化鈉溶液調節溶液的ph值為3.6~4.8，控制溶液的溫度10℃~20℃，得到沉積溶液；
2）取鎂粉緩慢加入到步驟1）所述的沉積溶液中，攪拌10~30min，使鎂粉末均勻分散在溶液中發生沉積反應，反應結束後，濾出粉末，乾燥，得到磷酸鈣陶瓷包覆鎂粉。
步驟1）所述的硝酸鈣：磷酸二氫鉀：乙二胺四乙酸二鈉的摩爾比為2:2:1。
步驟2）所述加入的鎂粉的量為每升溶液0.4mol。
步驟2）所述鎂粉的粒徑為250目。
步驟2）所述攪拌的速度為200~400rpm/h。
本發明的所述沉積溶液包含硝酸鈣、磷酸二氫鉀和乙二胺四乙酸二鈉，三者的比例為2:2:1。溶液配製好以後，用氫氧化鈉溶液調整ph值至3.8~4.8，並將溶液溫度控制在10℃~20℃；然後在加入鎂粉進行沉積處理，其中，
所述硝酸鈣的主要是提供形成磷酸鈣所需要的鈣元素，磷酸二氫鉀的作用是提供磷酸氫根；這兩種試劑在水中都有較大的溶解度，容易製備成均勻的水溶液。
所述乙二胺四乙酸二鈉作為絡合劑，其溶解在含鈣的溶液中，可以將鈣離子有效地絡合，在沉積處理過程中，由於鈣離子被絡合併緩慢釋放，所以二水磷酸氫鈣的形成速度會受到抑制，從而有效地控制二水磷酸氫鈣在鎂顆粒表面的生長速度，使得包覆層更為均勻、緻密；同時，鈣離子的緩慢釋放也有效地防止了二水磷酸氫鈣從溶液中自由沉澱析出，保證其能充分包覆在鎂粉顆粒表面。
沉積液ph值控制在3.8~4.8，若ph值過低，鎂粉在溶液中會迅速腐蝕溶解，難以得到包覆粉末；若ph值過高，則二水磷酸氫鈣沉澱速度過快，鎂粉顆粒表面沉積的二水磷酸氫鈣晶體會迅速生長，難以得到完整、均勻的包覆層。
沉積反應溫度控制在10℃~20℃，如果溫度過高，一方面鎂粉腐蝕溶解速度加快，另一方面二水磷酸氫鈣沉澱和生長速度過快，無法得到完整、緻密的包覆層；如果溫度過低，則沉積反應速度太慢，難以保證包覆的完整性。
沉積反應過程中以200rpm~400rpm的速度進行攪拌，如果攪拌速度過低，鎂粉顆粒難以在沉積液中均勻分散，難以得到包覆均勻的粉末顆粒，甚至可能出現鎂顆粒團聚，亦即兩個或兩個以上的鎂顆粒被包覆在一起；如果攪拌速度過高，則溶液對流速度加快，對粉末顆粒表面的衝刷作用加大，沉積於鎂顆粒表面的二水磷酸氫鈣會被衝刷脫落，嚴重降低包覆效率。
由於傳統的混粉工藝來製備磷酸鈣陶瓷/鎂複合材料，磷酸鈣和鎂的密度差異較大，二者難以混合均勻，大大降低複合材料的性能。本發明所述的磷酸鈣包覆鎂粉的製備方法，在鎂粉顆粒表面製備出一層完整、均勻的磷酸鈣包覆層（該包覆層的主要物相為二水磷酸氫鈣和少量磷酸氫鎂，可以提高鎂粉在含氯環境中的耐腐蝕性），用於製備磷酸鈣陶瓷/鎂複合材料，可以保證成分的均勻性，提高複合材料性能。與單一的鎂或鎂合金和磷酸鈣陶瓷和傳統的混粉工藝來製備磷酸鈣陶瓷/鎂複合材料比較，本發明所述磷酸鈣陶瓷/鎂複合材料綜合了磷酸鈣陶瓷層和鎂的優點，不但具有良好的生物相容性、抗壓強度和與人體相匹配的彈性模量，同時還具有好的耐腐蝕性，以及更為優越的生物學性能。
本發明的技術效果在於；
本方法製備出的二水磷酸氫鈣陶瓷包覆鎂粉粉末基本保持了鎂粉原始形狀，包覆塗層結構細小且均勻、緻密；相對於未包覆的純鎂粉末，這種包覆複合粉末的耐腐蝕性能得到了極大的提高，同時，本製備方法設備簡單，操作方便。
附圖說明
圖1是本發明的包覆粉末外觀形貌。
圖2是本發明的包覆粉末截面形貌，其中：①為包覆在鎂顆粒表面的二水磷酸氫鈣，②為鎂顆粒，其餘部分為制樣所用的鑲嵌料。
具體實施方式
實施例1
分別配製0.01mol/l的ca(no3)2和kh2po4溶液各100ml，在ca(no3)2溶液中加入2g絡合劑c10h14n2na2o8•2h20，待其充分溶解後，在磁力攪拌器攪拌下（400r/min），將kh2po4緩慢加入ca(no3)2溶液中直到混合均勻，最後用1mol/l氫氧化鈉溶液調節ph值到3.6，調節溶液溫度到10℃。稱取2g鎂粉緩慢的加入到上述溶液中，採用400r/min的攪拌速度使粉末均勻分散在溶液中，然後降低攪拌速度至200r/min，30min後反應結束，將粉末取出進行離心乾燥後在烘乾箱中烘乾，製得二水磷酸氫鈣包覆鎂粉粉末。
實施例2
分別配製0.01mol/l的ca(no3)2和kh2po4溶液各100ml，在ca(no3)2溶液中加入2g絡合劑c10h14n2na2o8•2h20，待其充分溶解後，在磁力攪拌器攪拌下（300r/min），將kh2po4緩慢加入ca(no3)2溶液中直到混合均勻，最後用1mol/l氫氧化鈉溶液調節ph值到4.2，調節溶液溫度到15℃。稱取2g鎂粉緩慢的加入到上述溶液中，採用300r/min的攪拌速度使粉末均勻分散在溶液中，然後降低攪拌速度至200r/min，25min後反應結束，將粉末取出進行離心乾燥後在烘乾箱中烘乾，製得二水磷酸氫鈣包覆鎂粉粉末。
實施例3
分別配製0.01mol/l的ca(no3)2和kh2po4溶液各100ml，在ca(no3)2溶液中加入2g絡合劑c10h14n2na2o8•2h2o，待其充分溶解後，在磁力攪拌器攪拌下（250r/min），將kh2po4緩慢加入ca(no3)2溶液中直到混合均勻，最後用1mol/l氫氧化鈉溶液調節ph值到4.8，調節溶液溫度到20℃。稱取2g鎂粉緩慢的加入到上述溶液中，採用250r/min的攪拌速度使粉末均勻分散在溶液中並發生沉積反應，20min後反應結束，將粉末取出進行離心乾燥後在烘乾箱中烘乾，製得二水磷酸氫鈣包覆鎂粉粉末。
實施例4
分別配製0.01mol/l的ca(no3)2和kh2po4溶液各100ml，在ca(no3)2溶液中加入2g絡合劑c10h14n2na2o8•2h20，待其充分溶解後，在磁力攪拌器攪拌下（200r/min），將kh2po4緩慢加入ca(no3)2溶液中直到混合均勻，最後用1mol/l氫氧化鈉溶液調節ph值到4.5，調節溶液溫度到18℃。稱取2g鎂粉緩慢的加入到上述溶液中，採用200r/min的攪拌速度使粉末均勻分散在溶液中，保持攪拌速度200r/min，15min後反應結束，將粉末取出進行離心乾燥後在烘乾箱中烘乾，製得二水磷酸氫鈣包覆鎂粉粉末。