[发明专利]一种碳纳米管增强骨水泥生物复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管增强生物复合材料的方法，具体涉及一种碳纳米管增强骨水泥生物复合材料的制备方法。

背景技术

羟基磷灰石是脊椎动物骨骼和牙齿的主要无机成分，具有优良的生物相容性和生物活性，被广泛用作硬组织替代或修复材料。但羟基磷灰石本身强度低、脆性大，只能被应用在牙槽脊增高、耳小骨替换以及颌面骨修复等非承重材料方面，而难以应用于承重骨方面，因此需要对羟基磷灰石进行增强增韧。目前，国内外对羟基磷灰石进行增强增韧的研究方法主要集中在向单一的羟基磷灰石骨水泥或磷酸钙骨水泥基体中添加纤维(主要是碳纤维)、碳纳米管等。赵萍等人【赵萍，孙康宁，朱广楠，碳纤维增强磷酸钙骨水泥复合材料，硅酸盐学报，2005，33(1)：32-35】采用碳纤维为增强相以提高磷酸钙骨水泥的力学性能，发现加入用浓硝酸液态氧化法处理后的碳纤维后，可大大提高其与骨水泥之间的界面结合强度，且复合材料的抗折强度为10.80MPa。该方法在一定程度上虽然能提高磷酸钙骨水泥复合材料的抗折强度，但最终结果还是不能满足临床手术操作的要求。孙康宁等人【孙康宁，李爱民，尹衍升，碳纳米管/羟基磷灰石复合材料的制备研究，中国生物医学工程学报，2004，23(6)：573-578】通过球磨工艺、超声分散工艺以及超声分散结合滴定三种工艺制备了CNTs/HAP复合粉体，经111MPa冷压成型、160MPa冷等静压成型、600℃真空热处理后，发现加入碳纳米管后CNTs/HAP 复合材料的弯曲强度和断裂韧性都有提高，但提高的幅度不同。当碳纳米管含量为2wt％时，复合材料的弯曲强度达到最大值59.93MPa，断裂韧性达到1.30MPa·m^1/2。采用方法虽然在很大程度上提高了骨水泥复合材料的力学性能，但制备工艺复杂、操作困难，所需成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备工艺简单的碳纳米管增强骨水泥生物复合材料的制备方法，所制备的复合材料具有较高的抗折强度，能满足临床手术操作的要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)含硅羟基磷灰石粉体的制备

a、将分析纯的Ca(NO₃)₂·4H₂O、磷酸氢二铵[(NH₄)₂HPO₄]和尿素[CO(NH₂)₂]分别配置成0.01mol/l～0.05mol/l、0.01mol/l～0.05mol/l和0.44mol/l～1.01mol/l的溶液，溶液分别标记为A、B、C；

b、将A、B、C三种溶液以2∶1∶2～2∶1∶6的体积比充分混合，混合溶液标记为D；

c、取100ml的D溶液并向其中加入0.08ml～3.00ml的化学纯正硅酸乙酯溶液，在微波化学反应仪中于60℃～100℃下反应1h～7h；

d、反应结束后，溶液在微波化学反应仪中自然冷却后得白色悬浮液；

e、将白色悬浮液倒入烧杯中，于室温下敞口静置24h～96h，悬浮液分为上下两层，上层为清夜，下层仍为悬浮液；

f、滤去上层清液，将下层悬浮液在循环水真空泵中抽滤后先用蒸馏水清洗2次，再用无水乙醇清洗3～5次，所得样品标记为E；

g.将样品E于70℃～100℃下烘干后放入氧化铝坩锅中于700℃～ 1000℃下煅烧2h～5h，待炉体自然冷却后取出样品，在玛瑙研钵中研磨3min～5min后即得含硅羟基磷灰石粉体；

h、将含硅羟基磷灰石粉体放入烧杯中并加入其质量百分比0.5％～2.5％的卵磷脂偶联剂，接着滴入1ml～5ml的无水乙醇作为溶剂，在超声功率为60w～100w、室温条件下，超声分散15min～35min，所得样品标记为F；

2)：碳纳米管的表面处理和分散

a.将质量浓度为98％的浓硫酸和质量浓度为63％的浓硝酸按照2∶1～4∶1的体积比充分混合，混合溶液标记为M；

b.将长度为0.8μm～450μm、直径为45nm～60nm的碳纳米管于溶液M中浸泡30min～180min，再用质量浓度为30％过氧化氢预氧化处理30min～90min，在80℃～100℃下干燥；