[发明专利]一种抗氧化梯度交联聚乙烯材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种抗氧化梯度交联聚乙烯材料及其制备方法。本发明提供的抗氧化梯度交联聚乙烯材料由聚乙烯混合物粉末经过装模、熔结、脱模和电子束辐照后制成；所述聚乙烯混合物粉末包括第一混合粉末和第二混合粉末，所述第一混合粉末为聚乙烯与维生素E的混合粉末，所述第二混合粉末为聚乙烯与没食子酸的混合粉末；装模过程中，所述第一混合粉末和第二混合粉末不掺混。本发明通过利用维生素E和没食子酸对聚乙烯辐照交联抑制程度的不同，控制上述两种抗氧化剂在聚乙烯中的分布情况，获得了梯度交联的聚乙烯材料，该材料非常适合用于制作关节内植入物，提高人工关节的使用寿命。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种抗氧化梯度交联聚乙烯材料及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯由于其优异的力学性能、良好的生物相容性和耐磨性，于上世纪60年代开始用作人工关节内衬受力材料。但是，超高分子量聚乙烯假体制件在体内长期摩擦磨损还是会产生大量尺寸在数微米以下的磨屑，这些磨屑容易导致假体周边骨溶解，从而引起无菌松动，导致人工关节失效。

上世纪90年代，人们采用辐照交联技术以提高超高分子量聚乙烯的抗磨损能力。然而，辐照交联之后超高分子量聚乙烯的疲劳韧性和抗冲击性能显著下降；此外，辐照产生的自由基在超高分子量聚乙烯晶格中较长时间存在，易与氧发生反应，导致材料呈瀑布式氧化，最终使得材料分子链断裂，物理机械性能下降，聚乙烯假体最终变脆而失效。

辐照后熔融再结晶的方法虽然可以消除超高分子量聚乙烯中辐照产生的残留自由基、保持氧化稳定性，但熔融再结晶也使得聚合物的结晶度和熔点降低，片晶的厚度变薄，也使得聚合物的拉伸强度、断裂伸长率、疲劳韧性、冲击强度都降低，不利于对聚合物在人工关节中的应用。而辐照后退火再结晶的方法没有完全破坏晶体结构，使交联超高分子量聚乙烯的力学性能得到了较好的保留，但也正因为退火过程没有完全破坏晶体结构，在材料结晶相中仍存在的残留自由基会使关节在体内长期使用过程中发生缓慢氧化。

美国专利US 2007/0059334 A1公开了一种含有抗氧化剂维生素E的超高分子量聚乙烯，该聚合物辐照交联后，其中的维生素E(VE)分子可以捕捉并稳定辐照产生的残留自由基，从而显著提高了交联聚乙烯的氧化稳定性，同时避免了辐照后热处理过程导致的材料力学性能下降。

虽然采用维生素E并通过控制维生素E在块体中的分布是提高交联超高分子量聚乙烯的抗氧化能力和力学性能的一种有效手段，但是维生素E对超高分子量聚乙烯的辐照交联具有一定的抑制作用，从而导致难以实现材料交联度、抗氧化性能和机械性能的良好兼顾。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种抗氧化梯度交联聚乙烯材料及其制备方法，本发明提供的聚乙烯材料呈梯度交联，同时兼具优异的抗氧化能力和较高的机械性能。

本发明提供了一种抗氧化梯度交联聚乙烯材料，由聚乙烯混合物粉末经过装模、熔结、脱模和电子束辐照后制成；

所述聚乙烯混合物粉末包括第一混合粉末和第二混合粉末，所述第一混合粉末为聚乙烯与维生素E的混合粉末，所述第二混合粉末为聚乙烯与没食子酸的混合粉末；

装模过程中，所述第一混合粉末和第二混合粉末不掺混；装模结束后，模具中形成第一混合粉末层和第二混合粉末层，两种混合粉末层之间具有交界面。

优选的，所述聚乙烯的数均分子量≥1000kDa。

优选的，所述第一混合粉末中聚乙烯与维生素E的质量比为(50～10000)：1；

所述第二混合粉末中聚乙烯与没食子酸的质量比为(50～10000)：1。

优选的，所述第一混合粉末和第二混合粉末的体积比为(0.5～2)：1。

优选的，所述交界面为平面或弧面。