一种表面改性聚醚醚酮材料及其制备方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种表面改性聚醚醚酮(PEEK)材料的制备方法，包括：通过熏蒸法将气态三氧化硫在聚醚醚酮表面进行磺化反应，得到磺化聚醚醚酮；将磺化聚醚醚酮进行清洗，得到表面改性聚醚醚酮材料。本发明专利技术提供的方法实现了聚醚醚酮的表面可控磺化及形成特定拓扑形貌的目的，表面磺化使材料具备一定的抑菌性，而孔隙结构的出现可提高细胞粘附和生长，促进与骨等人体组织的结合力。采用三氧化硫气体熏蒸法对聚醚醚酮进行表面处理，可避免浓硫酸处理过程存在的腐蚀性强且不易操作等问题，可减少对聚醚醚酮植入材料的损伤并提高可操作性。本发明专利技术还提供了一种聚醚醚酮材料表面改性的制备装置以及一种表面改性聚醚醚酮材料。

A Surface Modified Polyether Ether Ketone Material and Its Preparation Method and Device

The invention provides a preparation method of surface modified polyether ether ketone (PEEK) material, which includes: sulfonation of gaseous sulfur trioxide on the surface of PEEK by fumigation method to obtain sulfonated polyether ether ketone; cleaning of sulfonated polyether ketone to obtain surface modified polyether ether ketone material. The method provided by the invention achieves the purpose of controllable sulfonation of the surface of polyether ether ketone (PEEK) and forming a specific topographic morphology. Surface sulfonation enables the material to have certain bacteriostasis, and the appearance of pore structure can improve cell adhesion and growth, and promote the bonding force with human tissues such as bone. Surface treatment of PEEK by sulfur trioxide gas fumigation can avoid the problems of strong corrosiveness and difficult operation in concentrated sulfuric acid treatment process, reduce the damage to PEEK implant materials and improve the operability. The invention also provides a preparation device for surface modification of polyether ether ketone material and a surface modification polyether ether ketone material.

【技术实现步骤摘要】
一种表面改性聚醚醚酮材料及其制备方法和装置
本专利技术涉及聚醚醚酮
，尤其涉及一种表面改性聚醚醚酮材料及其制备方法和装置。
技术介绍
传统的金属生物材料如钛镍合金、不锈钢、钴合金等已广泛应用于临床生物器械中。然而其潜在的离子释放以及相对人体骨骼弹性系数较高等易引起术后的内植物失败。聚醚醚酮(PEEK)材料具有弹性系数与人体骨骼相似、机械强度高、生物相容性强、X射线可穿透及优良的自润性等独特的优势，并且聚醚醚酮良好的化学稳定性可有效避免金属内植入物较容易出现的由于腐蚀而引起的降解。目前，聚醚醚酮已广泛应用于整形外科学、口腔颌面部科学、骨外科学等。然而，聚醚醚酮生物惰性的缺点制约了其在临床的应用。生物材料的表面物理性质(孔隙结构、硬度、粗糙度)和生物化学性质(官能团、配体修饰等)对细胞的贴壁、迁移、增殖和分化等行为具有很大的影响。材料表面孔隙结构对于细胞的早期粘附、迁移、增殖和细胞基质分泌等均具有促进作用。理想的组织修复材料应满足的条件之一是材料具有一定的孔隙结构，材料中的孔隙结构有利于组织细胞和血管长入，进而为细胞提供营养物质和输送氧气。PEEK表面造孔是为广大学者所接受的PEEK表面改性方法之一。术后感染是临床内植入物术后常见的并发症之一。由于感染导致内固定失败，或者感染后形成具有高抗药性的生物膜，即使全身应用大剂量抗生素，在病灶局部组织中亦难以达到有效的抗生素浓度，会导致感染久治难愈，最终不得不取出内固定。同时还会延长住院期间的系统抗菌治疗、多次清创翻修手术、治疗方案的改变、截肢甚至可能死亡等。其灾难性的后果一直困扰着广大的临床工作者，对患者也造成了巨大的身体和精神创伤。因此，表面生物活性相对较强且具有一定抑菌性的临床内植入物材料成为广大学者研究的焦点。磺化PEEK由于其表面磺酸根在溶液中水解电离，于PEEK表面形成负性离子基团，这种负性离子基团对DNA的转录会产生一定的影响，因此会产生一定的抑菌性。因此PEEK表面磺化可有效降低患者术后感染的发生率。目前多数研究采用聚醚醚酮(PEEK)浓H2SO4(95～98％)浸泡法达到表面制孔及表面磺化的目的。聚醚醚酮浸泡于浓H2SO4中首先会出现溶解现象，然后PEEK表面及溶解的PEEK会发生磺化，生成磺化PEEK(SPEEK)。从浓H2SO4中取出后，浸泡于去离子中溶胀的SPEEK变为固体，这种SPEEK容易从材料表面脱落。而且，表面磺化会破坏PEEK表面的链式结构，破坏PEEK表面结构的完整性。这种磺化处理使PEEK表面形成了孔隙结构，但不可避免的也会降低PEEK的力学性能。PEEK作为一种医用临床内植入物材料，力学性能的下降将增加内植入物断裂几率，这明显不符合临床实际应用的目的。聚醚醚酮已广泛应用于整形外科、口腔颌面部和骨外科等领域，其在人体内承受着压缩、弯曲及扭转等生理压强。因此，寻找一种对PEEK力学性能损伤较小的方式以实现表面造孔及磺化，以便更符合临床使用需求，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种表面改性聚醚醚酮材料及其制备方法和装置，本专利技术提供的方法制备得到的表面改性聚醚醚酮材料力学损伤较小而且具有一定的微孔结构。本专利技术提供了一种表面改性聚醚醚酮材料的制备方法，包括：将气态三氧化硫在聚醚醚酮表面进行磺化反应，得到磺化聚醚醚酮(SPEEK)；将磺化聚醚醚酮进行清洗，得到表面改性聚醚醚酮材料。本专利技术对所述气态三氧化硫的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的气态三氧化硫以及制备方法获得气态三氧化硫即可。在本专利技术中，所述气态三氧化硫的制备方法优选为：将硫酸和五氧化二磷进行加热反应，得到气态三氧化硫。在本专利技术中，所述硫酸优选为浓硫酸。在本专利技术中，所述浓硫酸的质量浓度优选为95％～98％，更优选为98％。在本专利技术中，所述硫酸和五氧化二磷的摩尔比优选小于3：1，更优选为2：1。在本专利技术中，所述硫酸或浓硫酸的用量优选为6mL。在本专利技术中，所述加热反应的温度优选为45℃～147℃，更优选为50～140℃，更优选为70～120℃，最优选为90～110℃。在本专利技术中，所述加热反应的时间优选为5～20分钟，更优选为10～15分钟。本专利技术对所述聚醚醚酮的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的聚醚醚酮即可，可由市场购买获得。本专利技术对所述聚醚醚酮的形状没有特殊的限制，本领域技术人员可根据临床实际应用所需要的形状选择合适形状的聚醚醚酮。在本专利技术中，所述聚醚醚酮优选为薄膜状聚醚醚酮。本专利技术对所述薄膜状聚醚醚酮的具体尺寸和厚度没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际需要选择合适尺寸和厚度的薄膜状聚醚醚酮。在本专利技术中，所述薄膜状聚醚醚酮的表面积优选为30～35cm2。在本专利技术中，所述磺化反应的温度优选为45～147℃，更优选为50～140℃，更优选为70～120℃，最优选为75～85℃。在本专利技术中，所述磺化反应的温度优选为75～85℃，本专利技术在此温度下进行磺化反应能够获得孔隙结构规则的改性聚醚醚酮。在本专利技术中，所述磺化反应的时间优选为5～100分钟，更优选为5～90分钟，更优选5～80分钟，更优选为5～60分钟，最优选为5～20分钟，最最优选为8～15分钟。在本专利技术中，磺化反应时间优选为8～15分钟，在此磺化时间制备的表面改性聚醚醚酮具有较好的细胞增殖能力。在本专利技术中，所述气态三氧化硫的摩尔浓度与PEEK表面积之比优选为(10～40)：1mol·L-1·m-2，更优选为(10～25)：1mol·L-1·m-2，最优选为(15～20)：1mol·L-1·m-2。本专利技术优选采用气态三氧化硫的摩尔浓度与PEEK表面积之比为(15～20)：1mol·L-1·m-2制备改性聚醚醚酮，在此条件下制备得到的表面改性聚醚醚酮同时具有良好的压缩和拉伸强度。在本专利技术中，所述气态三氧化硫的摩尔浓度指的是生成的气态三氧化硫在空气中的摩尔浓度，在本专利技术中，所述PEEK的表面积指的是所采用的PEEK的表面积，如PEEK薄膜的表面积。在本专利技术中，所述磺化反应的具体方法优选为：采用气态三氧化硫对聚醚醚酮表面进行熏蒸，得到表面改性聚醚醚酮。在本专利技术中，所述熏蒸的时间和温度与上述技术方案所述磺化反应的时间和温度一致，在此不再赘述。在本专利技术中，所述清洗的时间优选为5～10分钟，更优选为6～9分钟，最优选为7～8分钟。在本专利技术中，所述清洗的温度优选为25～37℃，更优选为30～35℃，最优选为32～33℃。在本专利技术中，所述清洗的方法优选为：使用超纯水在超声下清洗。在本专利技术中，将所述磺化聚醚醚酮进行清洗能够使材料表面部分SPEEK脱落，形成孔隙结构。本专利技术提供的方法实现了PEEK表面磺化及形成特定拓扑形貌的目的，表面磺化使材料出现一定的抑菌性，表面孔隙结构的出现可提高材料的细胞粘附和生长，本专利技术同时实现了增强PEEK的骨等组织结合性以及抑菌性的目的。与现有的浓硫酸浸泡法相比，三氧化硫气体熏蒸法无浓硫酸溶解PEEK的过程，且三氧化硫气体的腐蚀性与浓硫酸相比相对较小，可减少对PEEK的损伤并提高操作性。通过三氧化硫的产生量及作用时间能实现PEEK表面拓扑形貌和磺化抗菌的可控性。本专利技术通过气态三氧化硫熏蒸的方法达到一种可控的PEEK表面微孔结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面改性聚醚醚酮材料的制备方法，包括：将气态三氧化硫在聚醚醚酮表面进行磺化反应，得到磺化聚醚醚酮；将磺化聚醚醚酮进行清洗，得到表面改性聚醚醚酮材料。

【技术特征摘要】
1.一种表面改性聚醚醚酮材料的制备方法，包括：将气态三氧化硫在聚醚醚酮表面进行磺化反应，得到磺化聚醚醚酮；将磺化聚醚醚酮进行清洗，得到表面改性聚醚醚酮材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气态三氧化硫的制备方法为：将硫酸和五氧化二磷进行加热反应，得到气态三氧化硫。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磺化反应的温度为45～147℃。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磺化反应的时间为5～100分钟。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气态三氧化硫的摩尔浓度和聚醚醚酮表面积之比为(15～20)：1mol·L-1·m-2。...

【专利技术属性】
技术研发人员：章培标，万腾，焦自学，王宗良，李林龙，郭敏，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22