[发明专利]一种表面仿生矿化涂层碳纤维增强聚乳酸材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面仿生矿化涂层碳纤维增强聚乳酸材料的制备方法。

背景技术

目前，用于骨折内固定的碳纤维(CF)增强的聚乳酸(PLA)复合材料是采用溶液共混法或熔融热压法制备，溶液共混法采用有机溶剂，在生成的材料中溶剂不易完全除去，一旦植入体内残余的溶剂会对人体有很大的副作用。采用熔融热压法，PLA要经过熔融状态，温度接近其热解温度，而使部分材料发生热解，造成分子量的损失，影响材料的强度。而且碳纤维增强的聚乳酸复合材料，在人体中降解呈酸性，易引起体内的炎症。另有一种碳纤维(CF)增强的聚乳酸(PLA)/羟基磷灰石(HA)复合材料虽然在降解过程中，HA能缓冲PLA降解产生的酸性，但大都也采用熔融热压和溶液共混的方法制备，同样存在残留有害溶剂的问题；而原位复合的方法，当丙交酯熔融以后，HA在材料中容易沉降到材料的底部，致使HA在复合材料中的分布不均匀，虽然现在已经有报道对羟基磷灰石的用聚合物进行表面修饰，提高羟基磷灰石和聚合物的相容性，进而减慢HA的沉降速度，但是接枝率都不高，效果不是很明显。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种用于骨折内固定的表面仿生矿化涂层碳纤维增强聚乳酸材料的制备方法。

本发明的表面仿生矿化涂层碳纤维增强聚乳酸材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：

1)将碳纤维置于5倍浓度的模拟体液(SBF)中浸泡，得到表面具有羟基磷灰石涂层的碳纤维；

2)按重量百分比丙交酯65～75％，表面具有羟基磷灰石(HA)涂层的碳纤维25～35％，称取原料，以辛酸亚锡为催化剂，催化剂的重量为原料总重的4～6％，将丙交酯、表面具有羟基磷灰石涂层的碳纤维和催化剂放入模具中，压实，密封，抽真空，在真空无水无氧的条件下，140～160℃之间反应24～48h。

上述的模拟体液可以按Tadashi Kokubo等2006年发表于Biomaterials，题名为：“How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity”所述方法配置获得。

碳纤维表面的羟基磷灰石涂层的重量由浸泡时间决定，碳纤维在5倍SBF中浸泡的时间越长，HA涂层的厚度越厚，因此材料中HA的含量通过碳纤维在5倍SBF中的浸泡时间进行调节。

为了使复合材料具有优良的力学性能和HA对降解后乳酸有良好的缓冲作用，一般使羟基磷灰石涂层的重量为碳纤维重量的5～8倍。

本发明复合材料中聚乳酸的分子量可以通过调节反应的时间及催化剂的用量进行调节。

本发明复合材料的降解时间与聚乳酸的分子量有很大的关系。聚乳酸的分子量越大，复合材料降解的时间就越长，分子量越小，降解时间越短短，应用当中可以根据骨折愈合所需的时间调整分子量的大小。

本发明的有益效果在于：制备工艺简单，无需添加有机溶剂，采用在碳纤维表面仿生矿化制备羟基磷灰石涂层再原位直接聚合成型的方法，一方面提高了碳纤维的生物活性和生物相容性，另一方面，又可以碳纤维增强聚乳酸/羟基磷灰石复合材料中羟基磷灰石分散不均的问题。生成的材料力学性能好，无任何有毒溶剂，对人体无害。

具体实施方式

实施例1

将0.4g碳纤维置于5倍浓度的模拟体液(SBF)中浸泡4周，得到表面具有羟基磷灰石涂层的碳纤维3.5g；

将6.5g丙交酯、3.5g表面具有羟基磷灰石涂层的碳纤维和0.04g催化剂放入模具中，压实，抽真空，在160℃下反应48小时，反应结束后测得材料中聚乳酸分子量在13万，材料的弯曲强度为380MPa，弯曲模量为21.2GPa。在模拟体液中，降解三个月，体液的pH值基本不变。

实施例2

将0.3g碳纤维置于5倍浓度的模拟体液(SBF)中浸泡2周，得到表面具有羟基磷灰石涂层的碳纤维2.5g；

将7.5g丙交酯、2.5g表面具有羟基磷灰石涂层的碳纤维和0.04g催化剂放入模具中，压实，抽真空，在140℃下反应24小时，反应结束后测得材料中聚乳酸分子量在5万，材料的弯曲强度为297MPa，弯曲模量为18GPa。在模拟体液中，降解三个月，体液的pH值基本不变。