原料组合物、聚醚醚酮基复合材料及制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种原料组合物、聚醚醚酮基复合材料及制备方法、应用。其包含下述组分：铌(Nb)粉末和聚醚醚酮粉末的体积比为1:4～2:3，铌粉末的粒径为10～120nm。本发明专利技术通过向PEEK中掺入Nb的方式，于材料表面构建了纳米结构并改善表面性能，进而增强细胞响应。通过碱液刻蚀的方式于材料表面构建了纳米丝结构并改善表面性能，进而增强细胞响应。完成了功能元素Ca

【技术实现步骤摘要】
原料组合物、聚醚醚酮基复合材料及制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及一种原料组合物、聚醚醚酮基复合材料及制备方法、应用。

技术介绍

[0002]聚醚醚酮(Polyetheretherketone，PEEK)是一种特塑材料，具有绝佳的耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、耐辐照、自阻燃、自润滑等性能，其在机械、石化、核电、轨交、电子和医疗等众多领域有望替代金属、陶瓷等传统材料，已成为当下最热门的特塑材料之一。PEEK已被屡屡使用在牙种植体、关节铆钉、颌颅面修复及椎间融合器等方向。
[0003]然而，多年的研究亦发现，PEEK疏水、疏蛋白，其固有的生物惰性会削弱骨植入界面的早期骨再生及骨整合，甚至可能对长期植入产生不良影响。因此，改善PEEK植入物的生物学特性(例如促进骨生成和骨整合)正成为其应用的研究热点。
[0004]共混改性常常被用来结合不同材料的优点，并且近几十年来有机
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无机复合材料作为植入物在骨科中的应用亦受到了广泛研究。对聚醚醚酮的生物学改性而言，最常见的方法便是共混改性，通过掺入生物活性组分提升其成骨活性。
[0005]现有技术中已经有将聚醚醚酮与铌酸盐进行共混制备复合材料的先例。例如中国专利申请CN201910498305.2公开了一种聚醚醚酮/铌酸盐复合材料及其制备方法，其将聚醚醚酮与铌酸盐进行共混后，高温烧结成型或熔融共挤出烧结成型生物医用材料。中国专利申请CN201910544002.X公开了一种具有抗菌性的压电聚醚醚酮复合材料及其制备方法，其将聚醚醚酮与铌酸盐干燥后共混，350～450℃下利用成型方法制成聚醚醚酮/铌酸盐复合纤维材料后，对复合纤维材料表面进行处理后，浸泡在含有抗菌性药物的溶剂中负载后，真空干燥。但是上述共混改性使用的是铌酸盐，铌酸盐在植入体内存在一定的降解，其降解后的产物及代谢情况有待进一步的实验探究，因此存在不确定性和风险性。
[0006]铌(Nb)作为一种金属材料，弹性模量(80GPa)较高，优点是耐磨、耐蚀性，强度较高。传统的生物医用金属材料主要是Ti及钛合金、钽等，对Nb的研究非常少，对Nb的研究主要集中在将少量Nb加入到钛合金当中，对钛/铌合金(还会掺杂其他元素，不光是Nb)进行研究。Nb缺点是相比于人自体骨，密度较大，且弹性模量(80GPa)过高，与骨组织不匹配，因此植入人体内会产生应力屏蔽现象，造成骨吸收。而且纳米级Nb粉末非常容易自团聚，较难与其它粉末材料混合均匀，限制了其在生物医学领域的应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是克服了现有技术中对PEEK共混改性使用铌酸盐，铌酸盐在植入体内存在一定的降解存在不确定性和风险性，或者与骨组织不匹配，植入人体内会产生应力屏蔽现象，造成骨吸收或者铌粉末易团聚，较难与其它粉末材料混合均匀，限制了其在生物医学领域的应用的缺陷，提供了一种原料组合物、聚醚醚酮基复合材料及制备方法、应用。本专利技术通过向PEEK中掺入Nb的方式，于材料表面构建了纳米结构并改善表面性能，进而增强细胞响应。还可通过碱液刻蚀的方式，于材料表面构建了纳米丝结构并改善
表面性能，进而增强细胞响应。还可温和地完成了功能元素Ca
2+
的置换，并保留了纳米丝结构用以负载功能小分子。
[0008]鉴于
技术介绍
中存在的问题，经专利技术人不断的探索及实验，发现将铌粉末与PEEK粉末复合，既能有效改善铌弹性模量过高、密度过大的缺陷，又能改善PEEK在生物活性不足、成骨性能差，无法促进新骨再生及形成骨整合等方面的缺陷。专利技术人在将铌粉末与PEEK粉末复合时，主要克服了以下难题：1)现有技术中，研究报道的生物活性材料主要集中在生物玻璃，生物陶瓷等生物活性填料，由于纳米铌粉末分散均匀性较差，极易发生团聚现象，因此完全没有涉及到铌粉末。2)铌粉用量：若铌粉末在复合材料中体积分数过小，一方面无法起到很好的均匀混合，另一方面会导致复合材料促成骨作用不佳；若铌粉末在复合材料中体积分数过大，铌粉末分散均匀性较差，极易发生团聚现象，此时在复合材料中铌粉末无法均匀分散，复合材料的机械性能也无法达到人骨的标准。3)铌粉粒径：若铌粉末粒径过大，则其无法在PEEK中均匀分散，若粉末粒径过小，则其在加工成型工艺中，尤其是采用烧结成型的工艺中容易发生团聚，因此，如何获得成骨性较佳的铌粉末的粒径是本专利技术难点。
[0009]对此，专利技术人付出了创造性劳动，发现在铌粉末和PEEK粉末的用量比为1:4～2:3，铌粉末的粒径为10nm～120nm的条件下，对复合材料表面纳米结构并改善表面性能和细胞具有重要的影响，方能使得复合材料整体强度与人体骨相匹配，具有良好的生物活性，不会产生应力屏蔽，促成骨性能以及机械性能。
[0010]本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。
[0011]本专利技术提供了一种原料组合物，其包含下述组分：铌(Nb)粉末和聚醚醚酮(PEEK)粉末，所述铌粉末和所述聚醚醚酮粉末的体积比为1:4～2:3，所述铌粉末的粒径为10nm～120nm。
[0012]本专利技术中，所述聚醚醚酮粉末的粒径优选为10～40μm。
[0013]本专利技术中，所述聚醚醚酮(PEEK)一般是指主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的高聚物。优选地，所述聚醚醚酮的熔点为330～340℃、玻璃化转变温度为140～150℃、密度为1.0～1.5g/cm3、聚合度为150～250和分子量为40000～60000；所述聚醚醚酮的熔点为334℃、玻璃化转变温度为143℃、密度为1.30g/cm3、聚合度为200和分子量为50000，例如型号为450G的聚醚醚酮(购自英国VICTREX公司)。
[0014]本专利技术中，所述铌粉末的粒径优选为20nm～100nm。
[0015]本专利技术中，所述铌粉末和所述聚醚醚酮粉末的体积比优选为20:80、30:70、40:60或者50:50。进一步优选地，所述铌粉末的体积比为20～50％，所述聚醚醚酮粉末的体积比为50～80％，例如所述铌粉末的体积比为40％，所述聚醚醚酮粉末的体积比为60％。
[0016]本专利技术中，所述原料组合物的制备方法可通过本领域常规方法制得，一般将所述铌粉末和所述聚醚醚酮粉末，混合均匀即可。所述混合的操作优选在高速混料机中进行。所述混合的时间优选为48～55h，例如48h。所述混合时的转速优选为800～1200rpm，例如1000rpm。
[0017]本专利技术提供了一种PEEK基复合材料的制备方法，其包括下述步骤：将所述原料组合物经冷压烧结成型即可。
[0018]本专利技术只能采用冷压烧结成型的方法制备，若是采用热压压制成型，更容易在材料内部产生气泡，残留在材料中，对材料的整体力学性能有不良影响。若采用熔融共混成
型，工艺相对更为复杂。
[0019]本专利技术中，所述冷压烧结的操作和条件可为本领域常规。一般包括以下步骤：将所述原料组合物压制成型，再升温，烧结成型即可。
[0020]所述压制成型的操作和条件可为本领域常规，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种原料组合物，其特征在于，其包含下述组分：铌粉末和聚醚醚酮粉末，所述铌粉末和所述聚醚醚酮粉末的体积比为1:4～2:3，所述铌粉末的粒径为10nm～120nm。2.如权利要求1所述的原料组合物，其特征在于，所述聚醚醚酮粉末的粒径为10～40μm；所述聚醚醚酮的熔点为330～340℃、玻璃化转变温度为140～150℃、密度为1.0～1.5g/cm3、聚合度为150～250和分子量为40000～60000；优选，所述聚醚醚酮的熔点为334℃、玻璃化转变温度为143℃、密度为1.30g/cm3、聚合度为200和分子量为50000；所述铌粉末的粒径为20nm～100nm；所述原料组合物中，所述铌粉末和所述聚醚醚酮粉末的体积比为20:80、30:70、40:60或者50:50；优选地，所述铌粉末的体积比为20～50％，所述聚醚醚酮粉末的体积比为50～80％，例如所述铌粉末的体积比为40％，所述聚醚醚酮粉末的体积比为60％。3.一种PEEK基复合材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：将所述原料组合物经冷压烧结成型即可。4.如权利要求3所述的PEEK基复合材料的制备方法，其特征在于，所述冷压烧结包括以下步骤：将所述原料组合物压制成型，再升温，烧结成型即可；所述烧结成型的温度优选为340～380℃，例如350℃；所述烧结成型的时间优选为2h～5h，例如3h。5.如权利要求3或4所述的PEEK基复合材料的制备方法，其特征在于，将所述PEEK基复合材料在碱液中浸渍处理；所述碱液的浓度优选为0.1mol/L～1mol/L，例如0.2mol/L、0.3mol/L、0.5mol/L、0.7mol/L、0.8mol/L或者0.9mol/L。6.如权利要求5所述的PEEK基复合材料的制备方法，其特征在于，所述在碱液中浸渍处理的操作按下述步骤进行：在55～65℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏杰，王雪红，赵君，王帆，潘泳康，王德强，钱军，郑晨，严思清，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：