碳纳米管增强的高分子基骨修复用复合材料制造技术

一种碳纳米管增强的高分子基骨修复用复合材料，属生物医用材料领域。它以微生物合成的聚羟基脂肪酸酯（ＰＨＡ）为基体，并以碳纳米管增强。所得复合材料具有良好的生物可降解性和生物相容性以及ＰＨＡ材料独特的压电性和碳纳米管的良好导电性，并具有足够的力学强度，适合于作骨修复用材料。且这种材料随着断裂骨的愈合而逐渐降解，不需第二次手术取出。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种骨修复用复合材料，属生物医用材料领域。本专利技术骨修复材料是以聚羟基脂肪酸酯(PHA)和碳纳米管作为基材料，碳纳米管在其中起增强作用，再加入成核剂和降解速度调节剂作为选择组分，成核剂为氯化铵或氮化硼或滑石粉，用以改善材料的结晶性及力学性能。降解速度调节剂为聚乳酸(PLA)或聚乙交酯(PGA)或聚己内酯(PCL)或聚乙丙交酯共聚物(PLGA)。用以调节复合材料的降解速度。聚羟基脂肪酸酯是多种微生物合成的生物可降解塑料，以可再生的生物资源为原料，在生态环境中会完全降解为水和二氧化碳，本专利技术采用其中的聚羟基丁酸酯(PHB)，聚羟基丁酸——羟基戊酸酯(PHB-HV)，聚羟基丁酸——羟基己酸酯(PHB-HH)。本专利技术复合材料各组分配比为(重量比)聚羟基脂肪酸酯75～97％ 碳纳米管3～10％成核剂0～1％ 降解速度调节剂0～15％本专利技术所使用的用于制备高强度高模量复合材料的具体方法有两种，分述如下(1)粉末原料固态挤出法制备复合材料以下是通过粉末原料固态挤出法制备骨修复复合材料的制备方法，它包括三个步骤①先将聚羟基脂肪酸酯与碳纳米管及成核剂降解速度调节剂按一定配比充分研磨混和为粉末状原料。②在3×107帕斯卡-3×108帕斯卡的压力范围内，同时在聚合物的玻璃化转变温度Tg-熔点Tm的温度范围内，将原料由较大的空腔通过一个锥形口模压入一个较小的空腔。其中小空腔的截面积为大空腔截面积的2/3到1/6。大空腔底部预先放置颗粒较大的小块状塑料原料以防止粉料落入小空腔。加工温度对于PHB为40-160℃优选为60-120℃，对于PHB-HV为20-80℃优选为40-60℃，对于PHB-HH为40-110℃，优选为60-90℃。③将模具迅速冷却至室温，取出成型后的材料，再通过其它的加工手段将所得的材料加工成所需的形状。本方法所使用的模具见附图说明图1。(2)预备料固态挤出法制备复合材料预备料固态挤出法所使用的模具同方法(1)。具体实施方法如下，包括三个步骤①按方法(1)步骤①制得粉末状原料，用注塑机在150℃温度下将所得的粉末状原料熔融挤出成圆柱型或长方体型制备得预备料。②在3×107帕斯卡-3×108帕斯卡的压力范围内，同时在聚合物的玻璃化转变温度Tg-熔点Tm的温度范围内，将预备料由较大的空腔通过一个锥形口模压入一个转小的空腔。其中空腔的截面积比及加工温度同方法(1)。③将模具迅速冷却至室温，取出成型后的材料，再通过其它的加工手段将所得的材料加工成所需的形状。本专利技术复合材料可用于承力骨及非承力骨的修复，并能在体内逐渐降解为无毒物质，随人体代谢循环而排出体外。实施例二将充分研磨混合的PHB粉(95％)及碳纳米管(5wt％)填入图1所示的上模的空腔中，并在上模空腔中预置大颗粒PHB原料以防粉料下落。在8×107帕斯卡的压力下于110℃将其挤出到下模的空腔中，将模具冷却至室温并取出挤出后的样条。实施例三将充分研磨混合的PHB粉(92.85wt％)、碳纳米管(7wt％)及成核剂氯化铵(0.15wt％)填入图1所示的上模的空腔中，并在上模空腔中预置大颗粒PHB原料以防粉料下落。在3×108帕斯卡的压力下于100℃将其挤出到下模的空腔中，将模具冷却至室温并取出挤出后的样条。实施例四将例三中的氯化铵(0.15wt％)改成氮化硼(0.15wt％)，以下同例三。实施例五将例三中的氯化铵(0.15wt％)改成滑石粉(0.15wt％)，以下同例三。实施例六将充分研磨混合的PHB粉(45wt％)、PHB-HV粉(45wt％)及碳纳米管(10wt％)填入图1所示的上模的空腔中，并在上模空腔中预置大颗粒PHB原料以防粉料下落。在3×108帕斯卡的压力下于100℃将其挤出到下模的空腔中，将模具冷却至室温并取出挤出后的样条。实施例七将例六中的PHB-HV粉(45wt％)改成PHB-HH粉(45wt％)，其余同例六。实施例八将充分研磨混合的PHB粉(30wt％)、PHB-HV粉(30wt％)、PHB-HH粉(30wt％)及碳纳米管(10wt％)填入图1所示的上模的空腔中，并在上模空腔中预置大颗粒PHB原料以防粉料下落。在3×108帕斯卡的压力下于100℃将其挤出到下模的空腔中，将模具冷却至室温并取出挤出后的样条。实施例九将充分研磨混合的PHB粉(85wt％)、碳纳米管(5wt％)及PLA粉(10wt％)填入图1所示的上模的空腔中，并在上模空腔中预置大颗粒PHB原料以防粉料下落。在3×108帕斯卡的压力下于100℃将其挤出到下模的空腔中，将模具冷却至室温并取出挤出后的样条。实施例十将例九中的PLA粉(10wt％)改为PGA粉(10wt％)，其余同例九。实施例十一将例九中的PLA粉(10wt％)改为PCL粉(10wt％)，其余同例九。实施例十二用CS-183MMX Mini-Max型注塑机将充分研磨混合的PHB粉(95wt％)及碳纳米管(5wt％)注塑成为Ф4的圆柱形样条，将此样条置于图1所示的上模的空腔中，在3×108帕斯卡的压力下于100℃将其挤出到下模的空腔中，将模具冷却至室温并取出挤出后的样条。实施例十三用CS-183MMX Mini-Max型注塑机将充分研磨混合的PHB粉(94.85wt％)、碳纳米管(5wt％)及成核剂氯化铵(0.15wt％)注塑成为Ф4的圆柱形样条，以下同例十二。实施例十四将例十三中的氯化铵(0.15wt％)改成氮化硼(0.15wt％)，以下同例十三。实施例十五将例十三中的氯化铵(0.15wt％)改成滑石粉(0.15wt％)，以下同例十三。实施例十六用CS-183MMX Mini-Max型注塑机将充分研磨混合的PHB粉(50wt％)、PHB-HV粉(45wt％)及碳纳米管(5wt％)注塑成为Ф4的圆柱形样条，以下同例十二。实施例十七将例十六中的PHB-HV粉(45wt％)改成PHB-HH粉(45wt％)，其余同例十六。实施例十八用CS-183MMX Mini-Max型注塑机将充分研磨混合的PHB粉(30wt％)、PHB-HV粉(30wt％)、PHB-HH粉(30wt％)及碳纳米管(10wt％)注塑成为Ф4的圆柱形样条，以下同例十二。实施例十九用CS-183MMX Mini-Max型注塑机将充分研磨混合的PHB粉(75wt％)、碳纳米管(10wt％)及PLA粉(15wt％)注塑成为Ф4的圆柱形样条，以下同例十二。实施例二十将例十九中的PLA粉(15wt％)改成PGA粉(15wt％)，其余同例十九。实施例二十一将例十九中的PLA粉(15wt％)改成PCL粉(15wt％)，其余同例十九。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管增强的高分子基骨修复用复合材料，其特征是以７５～９７％重量百分比的聚羟基脂肪酸酯，３－１０％重量百分比的碳纳米管为基体材料，以０～１％重量百分比的氯化铵或氮化硼或滑石粉作为成核剂，以０～１５％重量百分比的聚乳酸或聚乙交酯或聚己内酯或聚乙丙交酯共聚物为降解速度调节剂所组成。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管增强的高分子基骨修复用复合材料，其特征是以75～97％重量百分比的聚羟基脂肪酸酯，3-10％重量百分比的碳纳米管为基体材料，以0～1％重量百分比的氯化铵或氮化硼或滑石粉作为成核剂，以0～15％重量百分比的聚乳酸或聚乙交酯或聚己内酯或聚乙丙交酯共聚物为降解速度调节剂所组...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡平，方壮熙，王东瑞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]