一种低温可烧结的纳米羟基磷灰石粉体的制备方法，属于精细化工领域。本发明专利技术采用廉价市售硝酸钙和磷酸二氢铵为原料，通过沉淀、陈化、洗涤、干燥等工艺制备粉体，主要特征在于在陈化前添加分散剂或陈化后超声分散减少团聚，使得到的粉体在９５０℃，保温２小时烧结后相对密度可达９８％，平均晶粒小于１４０ｎｍ。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
一种低温可烧结的纳米羟基磷灰石粉体的制备方法本专利技术涉及一种纳米羟基磷灰石粉体的制备方法，属精细化工领域。羟基磷灰石(HAp)是一种极有应用前景的材料。它是人体骨骼组织主要的无机成分，含有人体组织所必需的钙和磷元素，又不含其它有害元素。植入体内后，在体液的作用下，钙和磷会游离出材料表面，被机体组织所吸收，并生长出新的组织。羟基磷灰石能与人体骨骼组织形成化学键结合，是一种典型的生物活性材料。研究表明：羟基磷灰石材料的晶粒越细，其生物活性越高。此外，羟基磷灰石还是一种优良的湿敏材料，用羟基磷灰石制备的湿敏元件具有很好的抗老化性能。在目前的国际市场上，羟基磷灰石粉的售价超过每公斤1000美元。由于羟基磷灰石并不是一种天然矿物，因此主要靠人工合成得到。目前制备羟基磷灰石粉的方法很多，常见的有沉淀法、水解法、水热法及固相法等。水热法所需设备较复杂、昂贵，固相法能耗大，而沉淀法以工艺简单、设备便宜、产量大而得到广泛应用。但是沉淀法也有一些缺点，如粉体易产生团聚、质量不很稳定等等。本专利技术是对普通的沉淀法的改进。目的是提供一种可大规模生产、团聚少、可低温烧结以获得细晶粒羟基磷灰石材料的纳米羟基磷灰石粉体的方法。该方法工艺简单、产品质量稳定、成本较低。本专利技术提供的制备方法是以无机钙盐和磷酸盐为原料，通过在一定pH值下发生沉淀反应，添加适量的分散剂后经陈化、水洗、烘干得到晶粒小、团聚少的HAp粉体。其工艺流程图如图6所示。-->现将各有关过程详述如下：1．无机盐原料的选择：选用廉价易得的市售硝酸钙Ca(NO3)3和磷酸二氢铵NH4H2PO4。反应方程式为：2．无机盐浓度的选择：两种原料均控制在1-2摩尔/升之间，浓度过低则产量低。在机械搅拌的同时，将磷酸二氢铵的水溶液滴加到硝酸钙的溶液中反应沉淀。3．沉淀过程pH值：控制在9-11之间，拌以搅拌。4．分散剂的选择：可以选择聚丙烯酸、聚乙二醇(分子量为2000)等，所加分散剂量相对于沉淀物为0.5-4％，优先2-3％(质量百分比)。5．陈化温度及时间：温度应控制在60-80℃之间，时间控制在12-24小时之间。陈化前加入分散剂或在陈化后超声分散以减少团聚，这是本专利技术最关键的工艺过程。6．沉淀的洗涤：采用蒸馏水洗涤沉淀物，以除去杂质离子。7．脱吸附水：为节约时间和成本，本专利技术采用普通的烘箱对沉淀物进行干燥脱水。干燥温度为120℃，时间为12小时。由上所述，可见本专利技术的突出特点是：1．制备工艺简单，工艺参数易控制，易于大规模工业化生产。2．本专利技术采用在陈化前添加分散剂或陈化后超声分散的方法减少团聚，免去了一般粉体制备过程中的用醇洗脱水的过程，节省了成本。3．本专利技术所得粉体不必经煅烧就可直接成型烧结，且烧结性能极佳。在950℃/2h的条件下所得HAp的相对密度可达98％左右，平均晶粒小于140nm。图1是用本专利技术提供的方法制备HAp的粉体的电镜照片。从照片上可以清楚地看出用本专利技术提供的方法制备的粉体团聚较少。图2是用本专利技术提供的方法所得粉体制备的羟基磷灰石块体材料经1100℃/2h烧结后的XRD谱。从图2可以看到，在经过1100℃、2小时-->烧结后(不通水气保护)，材料的相组成依然为羟基磷灰石，没有发生任何分解，说明所得粉体的稳定性很好。图3是添加分散剂、不经醇洗所得羟基磷灰石粉体(A)与不加分散剂而经醇洗所得的羟基磷灰石粉体(B)的烧结性能的比较。图中横坐标代表烧结温度，纵坐标代表所得样品的相对密度。图4是本专利技术制备的羟基磷灰石粉体(A)与商业羟基磷灰石粉体的烧结性能的比较。横坐标和纵坐标含义同图3。图5是不经陈化直接加分散剂进行水洗所得粉体经1100℃煅烧2小时后的XRD谱图。下面通过实例进一步说明本专利技术的突出特点，仅在于说明本专利技术而决不限制本专利技术，亦即，本专利技术的突出特点和显著进步，决不限于下述实例。实例1：将浓度为1.5摩尔/升的硝酸钙和1.5摩尔/升的磷酸二氢铵溶液的pH值调节到大于9，在机械搅拌的同时将磷酸二氢铵滴加到硝酸钙溶液中。将反应生成的沉淀物分为两份反应，一份加入分散剂聚乙二醇(分子量为2000)，加入量为2％(质量百分比)，再经陈化、水洗后直接在120℃下烘干；另一份不加分散剂，经陈化、水洗后用无水乙醇清洗3遍后再在120℃下烘干。将所得粉体干压后经450MPa等静压成型得到素坯。对所得素坯在预定温度下进行无压烧结(不通水气保护)，保温时间为2小时。烧结密度如图3所示：添加分散剂、不经醇洗的羟基磷灰石粉体(A)在相同条件下的烧结密度比经醇洗的粉体(B)的要高。图4是本专利技术制备的羟基磷灰石粉体(A)与商业羟基磷灰石粉体(C，四川大学生产)的在相同条件下成型后烧结的烧结曲线，可以看出用本专利技术方法所得的粉体的烧结性能明显优于商业羟基磷灰石粉体。实例2：将硝酸钙和磷酸二氢铵反应后沉淀物分为11份。五份加入分散剂-->聚乙二醇(分子量为2000)，加入量为0.5、1、2、3、4％(质量百分比，相对于沉淀物，下同)，五份加入聚丙烯酸，加入量也为0.5、1、2、3、4％，另一份不加分散剂。将所有沉淀物陈化12小时后，水洗烘干，然后经120℃/1小时脱水后，用BET法测量粉体的比表面积，结果表明，添加分散剂后的比表面积比未添加分散剂时均有提高，如表1所示。表1聚乙二醇、聚丙烯酸的添加量与粉体比表面积的关系聚乙二醇(％) 0 0.5 1 2 3 4粉体比表面积(m2/g) 85 101 103 104 107 105聚丙烯酸(％) 0 0.5 1 2 3 4粉体比表面积(m2/g) 85 100 102 105 104 103实例3：将硝酸钙和磷酸二氢铵分成3份，一份在反应前加入聚乙二醇，一份在陈化前加入聚乙二醇，还有一份在陈化后加入聚乙二醇，加入量均为3％。在将所有沉淀物水洗烘干后，然后经120℃/1小时脱水后，用BET法测量粉体的比表面积，结果表明，在陈化前添加分散剂后的比表面积最高，如表2所示。表2不同时间加入分散剂对比表面积的影响 加入时间反应前陈化前陈化后粉体比表面积(m2/g) 100 107 95实例4：将硝酸钙和磷酸二氢铵反应后的沉淀物分为两份，一份在70℃下陈化12小时后直接进行水洗；另一份在陈化后超声处理1小时再进行水洗。烘干后，经120℃/1小时脱水，用BET法测量粉体的比表面积，结果表明，经超声处理的粉体比表面积比未经超声分散的有明显提高，如表3所示。表3超声分散对粉体比表面积的影响 处理方法直接水洗 超声分散粉体比表面积(m2/g) 85 103-->实例5：将硝酸钙和磷酸二氢铵反应后的沉淀物分为两份，一份在70℃下陈化12小时后进行水洗；另一份不经陈化直接加分散剂进行水洗。将水洗后所得的两种沉淀烘干、研磨得到的粉体在1100℃煅烧2小时。图5是两种粉体煅烧后的XRD谱图。从谱图上可见：经过陈化所得的羟基磷灰石粉体在1100℃/2h的条件下没有发生任何分解，而未经陈化所得的粉体则会发生严重的热分解。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低温可烧结的纳米羟基磷灰石粉体的制备方法，包括沉淀、陈化、洗涤、脱水、干燥过程，其特征在于： （１）选用廉价的市售硝酸钙和磷酸二氢铵为原料，其浓度控制在１－２％摩尔／升范围内； （２）在机械搅拌的同时将磷酸二氢铵滴加到硝酸钙溶液中反应沉淀，反应过程ｐＨ值控制在９－１１之间； （３）陈化温度应控制在６０－８０℃，陈化时间１２－２４小时，通过陈化前添加分散剂如聚丙烯酸、聚乙二醇等或陈化后超声分散减少团聚； （４）用水洗涤沉淀物； （５）脱水、干燥，干燥温度为１２０℃，时间为１２小时。
【技术特征摘要】
1．一种低温可烧结的纳米羟基磷灰石粉体的制备方法，包括沉淀、陈化、洗涤、脱水、干燥过程，其特征在于：(1)选用廉价的市售硝酸钙和磷酸二氢铵为原料，其浓度控制在1-2％摩尔/升范围内；(2)在机械搅拌的同时将磷酸二氢铵滴加到硝酸钙溶液中反应沉淀，反应过程pH值控制在9-11之间；(3)陈化温度应控制在60-80℃，陈化时间12-24小时，通过陈化前添加分散剂如聚丙烯酸、聚乙二醇等或陈化后超声分散减少团聚；(4)用水洗涤沉淀物；(5)脱水、干燥，干燥温度为120℃，时间为12小时。2．按权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：高濂，李蔚，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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