一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于骨科材料制备领域，具体涉及一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料及其制备方法，纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料由以下重量百分比的原料制成：丙交酯89‑98wt%，催化剂0.3‑2wt%，纳米碳晶1‑10wt%，其抗拉强度高，尺寸稳定性好，与生物体的亲和力强。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料及其制备方法
本专利技术属于骨科材料制备领域，具体涉及一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料及其制备方法。
技术介绍
在医药领域中，常用的骨科材料为金属材料和聚乳酸类生物降解材料，但金属骨科材料的强度、韧度等机械性能远大于人体骨骼，且不能随着骨愈合过程动态变化，出现“应力遮蔽”现象，并且经常导致骨质疏松和骨退化；聚乳酸（PLA）也叫聚丙交酯，是由乳酸聚合而成，是一种由可再生植物资源如谷物或秸秆为原料，发酵得到乳酸，再经过聚合制备而成的高分子材料，来源丰富，生产过程无污染而且产品可以生物降解，是理想的绿色高分子材料，聚乳酸类生物降解材料相比金属材料，能降解吸收，避免愈合后的二次手术，而且可以有效克服“应力遮蔽”，提高骨骼自身修复效果，但聚乳酸作为骨科材料自身存在着强度不高、热膨胀系数大、韧性差、与生物体的亲和力差等缺点，如中国专利技术专利“一种纳米碳磷灰石/壳聚糖-聚乳酸骨组织工程支架材料的制备方法”（公开号CN101491702B），它是由以冰醋酸和少量水作为聚乳酸和壳聚糖的共溶剂配制成聚乳酸和壳聚糖的共溶液，并直接把粉末状的纳米碳磷灰石加入聚乳酸和壳聚糖的共溶液中，然后加入NaOH溶液相分离成型制备纳米碳磷灰石/壳聚糖-聚乳酸多孔复合支架材料。纳米碳晶是一种新型的平均尺寸在2-5nm之间的碳纳米材料，它具有强度高、耐磨性好、比表面积大、表面活性大，易于功能化改性的特点，所以它的加入必将对聚乳酸起到很好的增强作用；同时它具有极好的生物相容性，能随正常的代谢排出体外，而且对身体无毒副作用，是极佳的生物高分子改性材料，但由于纳米碳晶和普通纳米材料一样，容易团聚，现有技术无法将纳米材料均匀分散到聚乳酸中，因此现有的制备聚乳酸基骨科材料的方法需要进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料及其制备方法。基于上述目的，本专利技术采取如下技术方案：一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料，其特征在于，由以下原料制成：丙交酯89-98wt%，催化剂0.3-2wt%，纳米碳晶1-10wt%。进一步的，所述的纳米碳晶为改性纳米碳晶，其改性方法如下：a.超声波碱洗：将纳米碳晶放入装有碱液的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为25-35KHz，碱液为10-12wt%的NaOH溶液，碱液温度为50-60℃，搅拌速度为25-30rpm，搅拌时间为25-30min；b.超声波水洗：将碱洗后的纳米碳晶放入装有去离子水的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为30KHz，搅拌速度为25-30rpm，搅拌时间为25-30min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；c.酸洗活化：将经过清洗后的纳米碳晶加入酸洗液中，在90℃下加热回流1-2h，然后以1000rpm-2000rpm的速度离心沉淀，酸洗液为浓硫酸和浓硝酸的混合液。d.超声波水洗：将酸洗后的纳米碳晶放入装有去离子水的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为30-45KHz，搅拌速度为20-25rpm，搅拌8-10min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；e.烘干：将d步骤超声波水洗后的纳米碳晶以3℃/min的速率逐步升温到180-200℃，保温3h后随炉温冷却，然后密封储存待用。进一步的，所述的酸洗液中浓硫酸和浓硝酸的质量之比为2:1-4:1。进一步的，所述的丙交酯由以下步骤制成：按照重量比100:（0.5-3）:（20-50）:（50-200）取乳酸水溶液、催化剂、甘油、乙醇溶剂，将乳酸水溶液和催化剂加入反应釜中在120-180℃下反应并脱水，然后减压至0.1-10kPa蒸馏，直至无水分馏出，得乳酸低聚物；向乳酸低聚物中加入甘油，使之充分溶解，在200℃和1KPa以下进行减压蒸馏，收集馏出物、冷却、抽滤、除去溶剂，得粗丙交酯；然后加入无水乙醇，在60-80℃水浴中溶解，溶解完毕后在0-15℃的冷水浴中重新结晶，抽滤除去乙醇溶剂，分离出丙交酯晶体，将丙交酯晶体在真空干燥器内干燥，储存待用。进一步的，所述的催化剂为氧化物类催化剂或者锡化物类催化剂。进一步的，所述的氧化物类催化剂为氧化锑或氧化锌或五氧化二磷。进一步的，所述的锡化物类催化剂为辛酸锡或亚辛酸锡或硫酸锡。进一步的，所述的一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料的制备方法，先将纳米碳晶与有机溶剂在25-35KHz超声频率、1000-1500rpm转速下搅拌分散1-2h得混合液，然后将混合溶液加入反应釜内，依次加入丙交酯和催化剂，在100-200rpm的速度下搅拌均匀，在80-120℃和10kPa下反应并进行蒸馏，蒸馏至无溶剂流出时，改为常压蒸馏并升温到130-180℃反应10-24h，反应完成后得到粘稠状产物，然后用乙酸乙酯溶解，并涂于基板表面，最后在40℃真空干燥10-24h，模压，即得到成品。进一步的，所述的有机溶剂为甲苯或二苯醚或苯甲醚。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1.纳米碳晶是良好的聚合物增强材料，它的加入大大提高了聚乳酸的抗拉强度和吸水率等性能；2.纳米碳晶具有良好的刚性，它的加入降低了聚乳酸的热膨胀系数，提高了成品的尺寸稳定性；3.改性的纳米碳晶具有很好的吸水性，通过调节加入量可调节成品表面羧基含量，可以有效的调节复合材料的降解速度，有利于成品与生物组织的结合，减少排斥；4.纳米碳晶具有极好的生物相容性，能随正常的代谢排出体外，对身体无毒副作用，并且本专利技术制备方法简单，能减少有害物质的引入。5.本专利技术是先把纳米钻石烯加入到溶剂中通过长时间的高速搅拌和超声处理使其均匀分散开来，然后再加入丙交酯和催化剂搅拌均匀，使纳米碳晶上的羟基与聚乳酸形成化学结合，比直接加入到高分子量的聚乳酸溶液中容易分散均匀，并且不易团聚。附图说明图1为本专利技术纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料的抗拉强度随纳米碳晶含量的变化关系图；图2为本专利技术纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料的热膨胀系数随纳米碳晶含量的变化关系图；图3为本专利技术纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料的120h的吸水率随纳米碳晶含量的变化关系图。具体实施方式实施例1一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料，由以下重量百分比的原料制成：丙交酯89wt%，催化剂1wt%，纳米碳晶10wt%。上述的纳米碳晶为改性纳米碳晶，改性方法如下：a.超声波碱洗：将纳米碳晶放入装有碱液的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为25KHz，碱洗为10wt%的NaOH溶液，碱液温度为50℃，搅拌速度为25rpm，搅拌时间为25min；b.超声波水洗：将碱洗后的纳米碳晶放入装有去离子水的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为30KHz，搅拌速度为25rpm，搅拌时间为25min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；c.酸洗活化：将经过清洗后的纳米碳晶加入酸洗液中，在90℃下加热回流1h，然后以1000rpm的速度离心沉淀，酸洗液为浓硫酸和浓硝酸的混合液；d.超声波水洗：将酸洗后的纳米碳晶放入装有去离子水的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为30KHz，搅拌速度为20rpm，搅拌8min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；e.烘干：将d步骤超声波水洗后的纳米碳晶以3℃/min的速率逐步升温到180℃，保温3h后随炉温冷却，然后密封储存待用。上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料，其特征在于，由以下原料制成：丙交酯89‑98wt%，催化剂0.3‑2wt%，纳米碳晶1‑10wt%。

【技术特征摘要】
1.一种纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料，其特征在于，由以下原料制成：丙交酯89-98wt%，催化剂0.3-2wt%，纳米碳晶1-10wt%。2.根据权利要求1所述的纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料，其特征在于，所述的纳米碳晶为改性纳米碳晶，其改性方法如下：a.超声波碱洗：将纳米碳晶放入装有碱液的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为25-35KHz，碱液为10-12wt%的NaOH溶液，碱液温度为50-60℃，搅拌速度为25-30rpm，搅拌时间为25-30min；b.超声波水洗：将碱洗后的纳米碳晶放入装有去离子水的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为30KHz，搅拌速度为25-30rpm，搅拌时间为25-30min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；c.酸洗活化：将经过清洗后的纳米碳晶加入酸洗液中，在90℃下加热回流1-2h，然后以1000rpm-2000rpm的速度离心沉淀，酸洗液为浓硫酸和浓硝酸的混合液；d.超声波水洗：将酸洗后的纳米碳晶放入装有去离子水的超声波清洗机中搅拌清洗，超声波频率为30-45KHz，搅拌速度为20-25rpm，搅拌8-10min，取上层清液测量pH值，反复清洗直至pH=7；e.烘干：将d步骤超声波水洗后的纳米碳晶以3℃/min的速率逐步升温到180-200℃，保温3h后随炉温冷却，然后密封储存待用。3.根据权利要求2所述的纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料，其特征在于，所述的酸洗液中浓硫酸和浓硝酸的质量之比为2:1-4:1。4.根据权利要求1所述的纳米碳晶改性的聚乳酸基骨科材料，其特征在于，所述的丙交酯由以下步骤制成：按照重量比100:（0.5-3）:（20-50）:（50-200...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，尹维召，杨晋中，武艳强，李盟，
申请(专利权)人：河南省豫星华晶微钻有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41