一种可3D打印/热压成型的压电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可3D打印/热压成型的压电复合材料及其制备方法。所述压电复合材料包括如下组分：表面改性钛酸钡和聚合物。本发明专利技术提供的表面改性钛酸钡具有优异的生物相容性，其与聚合物组成的可3D打印/热压成型的压电复合材料具有适中的压电特性和力学性能；本发明专利技术通过将表面改性钛酸钡与聚合物混合，然后进行加工成型和电极化得到压电复合材料，该压电复合材料的制备工艺简单，条件温和，成本低廉，适用于工业化批量生产；该压电复合材料可广泛应用于生物医用材料领域中。用于生物医用材料领域中。用于生物医用材料领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种可3D打印/热压成型的压电复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料
，具体涉及一种可3D打印/热压成型的压电复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]受伤、疾病或外伤引起的大规模骨损伤往往缺乏自我修复能力，骨缺损的修复一直是临床上较为棘手的问题，尽管自体移植和同种异体移植已在临床上得到批准并显示出令人满意的治疗效果，但在临床上也往往会出现供体部位的发病、免疫以及炎症反应。通过组织工程的方式对缺损的骨组织进行重建是目前较为理想的解决方案。而研究已经证实:人体骨骼是一种特殊的“压电材料”，存在生物电现象以及压电特性，人体骨骼压电系数大概为0.7pC/N，骨的压电特性主要来源于骨胶原蛋白，并且微电刺激能促进骨折愈合。如果将压电效应引入骨植入材料，则可以赋予骨植入材料与天然骨相类似的生物电活性，对于获得成分、结构、功能和性能更为仿生的骨植入材料具有重要的价值。
[0003]钛酸钡(BT)具有良好的生物相容性和生物安全性，同时也是一种生物压电材料，具有将受到的机械力刺激转化为电信号的能力，钛酸钡受到力的作用后会产生电荷，刺激成骨相关细胞的迁移、增殖和分化。但对传统的钛酸钡等压电生物材料而言，生物体内并不具备将其降解的能力，因此压电材料在植入后会长期存在于人体内，不仅阻碍新组织的生长，还会导致慢性炎症即“异物反应”，带来许多不必要的麻烦。另外且压电陶瓷成型需要高温烧结，排胶等步骤，成型工艺繁琐。如中国专利申请CN112773939A公开了一种仿生骨植入材料，一种低钛酸钡含量骨修复3D打印材料及其制备方法和应用，毛坯需在900～1300℃温度下进行煅烧，且压电性与人体骨压电差异过大。为解决现有压电陶瓷材料存在的加工难，降解难、陶瓷填料含量过高时难成型和工艺复杂，陶瓷填料含量过低时无法提供相应压电活性等问题，有必要开发一种新的可3D打印/热压成型的压电复合材料。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种可3D打印/热压成型的压电复合材料；本专利技术的目的之二在于提供这种压电复合材料的制备方法；本专利技术的目的之三在于提供这种压电复合材料的应用。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0006]本专利技术第一方面提供可3D打印/热压成型的压电复合材料，所述压电复合材料包括如下组分：
[0007]表面改性钛酸钡和聚合物。
[0008]优选的，所述表面改性钛酸钡为压电复合材料质量分数的0～87％，但不为0；进一步优选的，所述表面改性钛酸钡为压电复合材料质量分数的30％～80％；再进一步优选的，所述表面改性钛酸钡为压电复合材料质量分数的60％～77％。
[0009]优选的，所述表面改性钛酸钡由表面改性剂和钛酸钡制得。
[0010]优选的，所述表面改性剂包括硅烷偶联剂、盐酸多巴胺中的至少一种；进一步优选的，所述表面改性剂包括γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(KH
‑
550)、盐酸多巴胺中的至少一种。
[0011]优选的，所述表面改性钛酸钡中，钛酸钡与表面改性剂的质量比为(20
‑
2000)：1；进一步优选的，所述表面改性钛酸钡中，钛酸钡与表面改性剂的质量比为(30
‑
200)：1；再进一步优选的，所述表面改性钛酸钡中，钛酸钡与表面改性剂的质量比为(40
‑
100)：1。
[0012]优选的，所述聚合物为可降解聚合物；进一步优选的，所述聚合物包括PLGA(聚乳酸
‑
羟基乙酸共聚物)、PHB(聚3
‑
烃基丁酸酯)、PHBV(3
‑
羟基丁酸酯和3
‑
羟基戊酸酯共聚物)、PLA(聚乳酸)、PGA(聚乙醇酸)、PCL(聚己内酯)、PA(聚酰胺)中的至少一种；再进一步优选的，所述聚合物包括PHBV、PLA、PCL中的至少一种。
[0013]优选的，所述钛酸钡颗粒直径为0.5μm
‑
5μm。
[0014]优选的，所述压电复合材料的弯曲强度为35MPa
‑
95MPa；进一步优选的，所述压电复合材料的弯曲强度为43MPa
‑
78MPa。
[0015]优选的，所述压电复合材料的压电常数为1.0pC/N～7.0pC/N；进一步优选的，所述压电复合材料的压电常数为1.2pC/N～5.0pC/N。
[0016]本专利技术第二方面提供根据本专利技术第一方面所述可3D打印/热压成型的压电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0017]1)将表面改性钛酸钡与聚合物混合，得到复合材料；
[0018]2)将所述的复合材料加工成型，然后进行电极化，得到所述的压电复合材料。
[0019]优选的，所述表面改性钛酸钡是将表面改性剂与钛酸钡混合得到。
[0020]优选的，所述钛酸钡与表面改性剂混合是在溶剂中进行混合；进一步优选的，所述溶剂包括水、乙醇、DMF、甲苯中的至少一种；再进一步优选的，所述溶剂包括水、乙醇中的至少一种。
[0021]优选的，所述钛酸钡与表面改性剂混合时间为12h
‑
24h；进一步优选的，所述钛酸钡与表面改性剂混合时间为12h
‑
18h。
[0022]优选的，所述钛酸钡与表面改性剂混合温度为20℃
‑
60℃；进一步优选的，所述钛酸钡与表面改性剂混合温度为30℃
‑
50℃。
[0023]优选的，所述制备方法步骤1)中，钛酸钡与聚合物混合是在有机溶剂中进行混合；进一步优选的，所述有机溶剂包括DMF、二氯甲烷、三氯甲烷中的至少一种；再进一步优选的，所述有机溶剂为二氯甲烷。
[0024]优选的，所述制备方法步骤1)中，钛酸钡与聚合物混合后还包括沉淀的步骤。
[0025]优选的，所述沉淀剂为醇类试剂；进一步优选的，所述沉淀剂为乙醇、丙醇、异丙醇中的至少一种。
[0026]优选的，所述制备方法步骤2)中，加工成型的方法包括3D打印、热压成型或溶液成膜。
[0027]优选的，所述热压成型满足以下至少一项条件：
[0028]加热温度为60℃
‑
190℃；
[0029]预压压力为4MPa
‑
9MPa；
[0030]预压时间1min
‑
10min；
[0031]增压压力为10MPa
‑
20MPa；
[0032]增压时间1min
‑
60min。
[0033]优选的，所述3D打印满足以下至少一项条件：
[0034]加热温度为60℃
‑
200℃；
[0035]压力为100kPa
‑
700kPa；
[0036]打印速度20mm/min
‑
300mm/min。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可3D打印/热压成型的压电复合材料，其特征在于：所述压电复合材料包括如下组分：表面改性钛酸钡和聚合物。2.根据权利要求1所述的可3D打印/热压成型的压电复合材料，其特征在于：所述表面改性钛酸钡为压电复合材料质量分数的0～87％，但不为0。3.根据权利要求2所述的可3D打印/热压成型的压电复合材料，其特征在于：所述表面改性钛酸钡由表面改性剂和钛酸钡制得；所述表面改性剂包括硅烷偶联剂、盐酸多巴胺中的至少一种。4.根据权利要求3所述的可3D打印/热压成型的压电复合材料，其特征在于：所述表面改性钛酸钡中，钛酸钡与表面改性剂的质量比为(20
‑
2000)：1。5.根据权利要求4所述的可3D打印/热压成型的压电复合材料，其特征在于：所述钛酸钡的颗粒直径为0.5μm
‑
5μm。6.根据权利要求2所述的可3D打印/热压成型的压电复合材料，其特征在于：所述聚合物为可降解聚合物。7.权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周新婷，林承雄，吴婷婷，许为康，赵瑞芳，刘金彦，
申请(专利权)人：广东省科学院健康医学研究所，
类型：发明
国别省市：