專利名稱：一種羥基磷灰石復合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機/無機復合材料，尤其是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate， PMMA) /羥基磷灰石生物復合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
羥基磷灰石是醫(yī)用技術(shù)領(lǐng)域中的重要材料，被廣泛應(yīng)用于人體硬組織的替代物， 尤其是在作為牙齒修復填充物和骨缺損的修復與替代材料方面，羥基磷灰石一直是科研 工作者研究的主要對象。隨著有機合成技術(shù)的不斷發(fā)展，各種有機/羥基磷灰石復合材 料被廣泛開發(fā)并應(yīng)用于臨床治療，同時各種新的復合方法不斷被公開。中國專利文件 CN1389503公開了通過原位復合法制備殼聚糖/羥基磷灰石納米復合材料的方法，中國專 利文件CN1544099公開了制備納米羥基磷灰石/聚酰胺系列復合材料的方法，中國專利文 件CN1689653公開了制備羥基磷灰石/高密度聚乙烯的方法，中國專利文件CN1895685公 開了制備納米羥基磷灰石/硅橡膠復合材料的方法，中國專利文件CN1919360公開了制備 聚乳酸/納米羥基磷灰石復合材料的方法，中國專利文件CN101401960公開了制備明膠/ 羥基磷灰石復合球形顆粒的方法。 目前，制備的有機/羥基磷灰石生物復合材料普遍問題是制備方法多采用機械共 混法或熔融共混法，得到的復合材料的各組分只是機械混合，兩相間缺乏化學鍵合，從而導 致界面結(jié)合強度差；有機材料的物理性能一般；羥基磷灰石與高分子不能均勻混合等，這 三方面的問題都是影響材料的生物力學性能的主要因素。 原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(Atom transfer radical polymerization,ATRP)技術(shù)是一 種新型的"活性"自由基合成技術(shù)，其優(yōu)點在于能夠有效地控制聚合物的分子量大小和分子 量分布，還能夠自由設(shè)計聚合物的結(jié)構(gòu)和功能，具有良好的應(yīng)用前景。以ATRP技術(shù)進行制 備羥基磷灰石和PMMA復合材料，不但可以有效彌補機械共混和熔融共混的缺點，還可以通 過對PMMA分子量的控制來有效調(diào)節(jié)有機組分在復合材料中的比例，以滿足不同的性能要 求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種羥基磷灰石復合材料的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下 —種羥基磷灰石復合材料的制備方法，包括羥基磷灰石的表面改性、用ATRP方法 制備聚甲基丙烯酸甲酯、用ATRP方法合成聚甲基丙烯酸甲酯/羥基磷灰石復合材料，步驟 如下 1.將粉狀羥基磷灰石置于超聲波中預(yù)處理lh，然后按羥基磷灰石硅烷偶聯(lián)劑 =30-60 : l質(zhì)量比加入硅烷偶聯(lián)齊U，再加入溶劑和阻聚齊IJ，調(diào)節(jié)pH值3-4，溫度50-55。C 攪拌5-6h進行表面改性使羥基磷灰石表面接枝有機官能團，依次用甲苯、無水乙醇洗滌， 干燥；得表面改性的羥基磷灰石，備用。
2.以甲基丙烯酸甲酯(匿A)為單體，按摩爾比100-800 : i : 1.1 : i加入引發(fā)
劑、配位劑、催化劑，加入溶劑，溶劑用量是單體質(zhì)量的2-2.5倍，在105-ll(TC下磁力攪拌 10-12h，繼續(xù)反應(yīng)至20-24h，然后用沉淀劑沉淀及四氫呋喃溶解進行純化，再經(jīng)洗滌、干燥， 得到無色聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，分子量為l-10萬，備用。 3.以PMMA為引發(fā)劑，以表面改性的羥基磷灰石為單體，PMMA與表面改性羥基磷灰 石的摩爾比為2 : 1 7 : 2，在與步驟2相同的反應(yīng)條件下進行接枝反應(yīng)，以接枝到表面 的方式合成聚甲基丙烯酸甲酯/羥基磷灰石復合材料，產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥，即得PMMA/羥基 磷灰石復合粉末。 進一步的，對于上述PMMA/羥基磷灰石復合粉末可通過現(xiàn)有技術(shù)兩步壓模方法制 備PMMA/羥基磷灰石復合材料成品。 上述步驟1中所述的硅烷偶聯(lián)劑是KH-570，溶劑選自甲醇、乙醇或去離子水，阻聚 劑為對苯二酚，溶劑用量為硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量的30-35倍，阻聚劑用量占反應(yīng)物料總質(zhì)量的 0. 01% -0. 1%。 上述步驟1中pH值調(diào)節(jié)劑優(yōu)選冰乙酸。 上述步驟2中，引發(fā)劑選自a-溴代異丁酸乙酯或a-溴代丙酸乙酯，催化劑選自
氯化亞銅、溴化亞銅或氯化亞鐵，配位劑選自聯(lián)二吡啶或五甲基二乙基三胺。 優(yōu)選的，上述步驟2的操作是在氮氣保護條件進行。上述步驟2的所述的沉淀劑
是甲醇。 上述步驟2中，聚甲基丙烯酸甲酯分子量為1-10萬范圍內(nèi)可調(diào)，聚合物分子量多 分散系數(shù)《1.2。實驗條件可參考文獻l :閻慶鈴，鄒曉暉，金永峰等.MMA的原子轉(zhuǎn)移自由 基聚合新體系，彈性體，2002， 12 (1) :35-38。 本發(fā)明的技術(shù)特點是先將羥基磷灰石表面進行表面處理，再采用原子轉(zhuǎn)移自由基 聚合(ATRP)方法，以羥基磷灰石為基板，將分子量均一的PMMA接枝到羥基磷灰石表面制備 羥基磷灰石/聚甲基丙烯酸甲酯復合材料，使復合材料內(nèi)部界面結(jié)合強度高、有機無機材 料混合均勻、物化性能好。 本發(fā)明的方法能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，通過接枝的方式，在有機相和無機 相之間增加化學鍵合，提高界面結(jié)合強度；PMMA可作為一種具有良好物化性能的醫(yī)用材 料；通過ATRP技術(shù)不但能夠制備出分子量均一的PMMA，還可以使PMMA均勻接枝在羥基磷 灰石上，從而增強復合材料的物理性能。 本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在復合材料界面結(jié)合強度高；PMMA的分子量可根據(jù)實際需求 自由變化；PMMA與羥基磷灰石均勻復合，材料生物相容性和生物力學性能均有明顯提高， 經(jīng)測試，5萬分子量的PMMA/羥基磷灰石復合材料力學性能指標達到楊氏模量^ 2. lGPa， 拉伸強度^ 110MPa，彎曲強度^ 120MPa。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的上述內(nèi)容作出進一步詳細說明，但不應(yīng)將此理 解為本發(fā)明的內(nèi)容僅限于下述實施例。
MMA:甲基丙烯酸甲酯
PMMA:聚甲基丙烯酸甲酯
實施例1 :分子量為1萬的PMMA/羥基磷灰石復合材料的制備
1)將羥基磷灰石、KH-570以50 : 1的質(zhì)量比混合，然后加入甲醇做溶劑(同時兼 作醇解劑)，用量為硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量的30倍，再加入冰乙酸調(diào)節(jié)pH值為3 4，最后加入對 苯二酚，用量為反應(yīng)物料總質(zhì)量的0. 02% ，在5(TC攪拌條件下反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后過濾，然 后依次用甲苯、無水乙醇洗滌，干燥；得表面改性的羥基磷灰石，備用。 2)以ATRP技術(shù)合成聚甲基丙烯酸甲酯，在氮氣保護條件下按照MMA : a-溴代異
丁酸乙酯五甲基二乙基三胺溴化亞銅=ioo : i : 1.1 : i的摩爾比加入反應(yīng)組分，
最后加入兩倍MMA質(zhì)量的的環(huán)己酮作為溶劑，在ll(TC氮氣保護下磁力攪拌10h，持續(xù)反應(yīng) 22h。反應(yīng)結(jié)束后先用甲醇進行沉淀至完全，然后過濾再用四氫呋喃溶解，反復提純進行三 次，再用無水乙醇洗滌，干燥，得到聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，備用。 3)按照步驟2)的反應(yīng)條件進行PMMA在羥基磷灰石上的接枝反應(yīng)，其中PMMA替 代a-溴代異丁酸乙酯為引發(fā)劑，表面改性羥基磷灰石替代MMA為反應(yīng)單體，且PMMA :表面 改性羥基磷灰石質(zhì)量比為20 : 1，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)洗滌、干燥，得出PMMA/羥基磷灰石復合粉 末； 4)通過兩步壓模方法制備PMMA/羥基磷灰石復合材料。 步驟4)實驗條件可參考文獻2 :廖立，尹光福，謝克難，等.兩步模壓法制備聚 乳酸/e-偏磷酸鈣復合骨折內(nèi)固定材料，四川大學學報(工程科學版)，2009，41(2): 131-134. 測試數(shù)據(jù)楊氏模量為2. lGPa，拉伸強度為110. 8MPa，彎曲強度為120. 2MPa。 實施例2 :分子量為5萬的PMMA/羥基磷灰石復合材料的制備 1)將羥基磷灰石、KH-570以100 : 3的質(zhì)量比混合，然后加入甲醇做溶劑，用量為
硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量的35倍，再加入冰乙酸調(diào)節(jié)pH值為3. 5，最后加入對苯二酚，用量為總質(zhì)量
的0. 01 % ，在50°C攪拌條件下反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后過濾，然后依次用甲苯、無水乙醇洗滌，
干燥； 2)以ATRP技術(shù)合成聚甲基丙烯酸甲酯，在氮氣保護條件下按照MMA : a-溴代異
丁酸乙酯五甲基二乙基三胺溴化亞銅=450 : i : 1.1 : i的摩爾比加入反應(yīng)組分，
最后加入兩倍于MMA質(zhì)量的環(huán)己酮作為溶劑，在105t:氮氣保護下磁力攪拌10h，持續(xù)反應(yīng) 24h。反應(yīng)結(jié)束后先用甲醇進行沉淀至完全，然后過濾再用四氫呋喃溶解，反復進行三次，再 用無水乙醇洗滌，干燥； 3)按照步驟2)的反應(yīng)條件進行PMMA在羥基磷灰石上的接枝反應(yīng)，其中PMMA替代
a _溴代異丁酸乙酯為引發(fā)劑，表面改性羥基磷灰石替代MMA為反應(yīng)單體，且兩者質(zhì)量比為
100 : 1，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)洗滌、干燥，得出PMMA/羥基磷灰石復合粉末； 4)通過兩步壓模方法制備PMMA/羥基磷灰石復合材料。 測試數(shù)據(jù)楊氏模量為2. lGPa，拉伸強度為112. lMPa，彎曲強度為122. lMPa。 實施例3 :分子量為8萬的PMMA/羥基磷灰石復合材料的制備 1)將羥基磷灰石、KH-570以45 : 1的質(zhì)量比混合，然后加入甲醇做溶劑，用量為
硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量的30倍，再加入冰乙酸調(diào)節(jié)pH值為3 4，最后加入對苯二酚，用量為總
質(zhì)量的0. 02%，在5(TC攪拌條件下反應(yīng)6h，反應(yīng)結(jié)束后過濾，然后依次用甲苯、無水乙醇洗
滌，干燥；
2)在氮氣保護條件下按照MMA : a-溴代丙酸乙酯聯(lián)二吡啶氯化亞鐵=
750 : i : 1.1 : i的摩爾比加入反應(yīng)組分，最后加入兩倍于MMA質(zhì)量的環(huán)己酮作為溶劑，
在ll(TC氮氣保護下磁力攪拌10h，持續(xù)反應(yīng)23h。反應(yīng)結(jié)束后先用甲醇進行沉淀至完全，然 后過濾再用四氫呋喃溶解，反復進行三次，再用無水乙醇洗滌，干燥； 3)按照步驟2的反應(yīng)條件進行PMMA在羥基磷灰石上的接枝反應(yīng)，其中PMMA替代
a _溴代丙酸乙酯為引發(fā)劑，表面改性羥基磷灰石替代MMA為反應(yīng)單體，且兩者質(zhì)量比為
160 : 1，反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)洗滌、干燥，得出PMMA/羥基磷灰石復合粉末； 4)通過兩步壓模方法制備PMMA/羥基磷灰石復合材料。 測試數(shù)據(jù)楊氏模量為2. lGPa，拉伸強度為113. 9MPa，彎曲強度為125. 6MPa。
權(quán)利要求
一種羥基磷灰石復合材料的制備方法，包括羥基磷灰石的表面改性、用ATRP方法制備聚甲基丙烯酸甲酯、用ATRP方法合成聚甲基丙烯酸甲酯/羥基磷灰石復合材料，步驟如下(1)將粉狀羥基磷灰石置于超聲波中預(yù)處理1h，然后按羥基磷灰石∶硅烷偶聯(lián)劑＝30-60∶1質(zhì)量比加入硅烷偶聯(lián)劑，再加入溶劑和阻聚劑，調(diào)節(jié)pH值3-4，溫度50-55℃攪拌5-6h進行表面改性使羥基磷灰石表面接枝有機官能團，依次用甲苯、無水乙醇洗滌，干燥；得表面改性的羥基磷灰石，備用；(2)以甲基丙烯酸甲酯(MMA)為單體，按摩爾比100-800∶1∶1.1∶1加入引發(fā)劑、配位劑、催化劑，加入溶劑，溶劑用量是單體質(zhì)量的2-2.5倍，在105-110℃下磁力攪拌10-12h，繼續(xù)反應(yīng)至20-24h，然后用沉淀劑沉淀及四氫呋喃溶解進行純化，再經(jīng)洗滌、干燥，得到無色聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，分子量為1-10萬，備用；(3)以PMMA為引發(fā)劑，以表面改性的羥基磷灰石為單體，PMMA與表面改性羥基磷灰石的摩爾比為2∶1～7∶2，在與步驟2相同的反應(yīng)條件下進行接枝反應(yīng)，以接枝到表面的方式合成聚甲基丙烯酸甲酯/羥基磷灰石復合材料，產(chǎn)物經(jīng)洗滌、干燥，即得PMMA/羥基磷灰石復合粉末。
2. 如權(quán)利要求l所述的羥基磷灰石復合材料的制備方法，其特征是步驟(1)中所述的 硅烷偶聯(lián)劑是KH-570。
3. 如權(quán)利要求l所述的羥基磷灰石復合材料的制備方法，其特征是步驟(1)中所述的 溶劑選自甲醇、乙醇或去離子水，溶劑用量為硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量的30-35倍。
4. 如權(quán)利要求l所述的羥基磷灰石復合材料的制備方法，其特征是步驟(1)中所述的 阻聚劑為對苯二酚，阻聚劑用量占反應(yīng)物料總質(zhì)量的0. 01% -0. 1%。
5. 如權(quán)利要求l所述的羥基磷灰石復合材料的制備方法，其特征是步驟(1)中pH值調(diào) 節(jié)劑是冰乙酸。
6. 如權(quán)利要求l所述的羥基磷灰石復合材料的制備方法，其特征是步驟(2)中引發(fā)劑 選自a-溴代異丁酸乙酯或a-溴代丙酸乙酯。
7. 如權(quán)利要求l所述的羥基磷灰石復合材料的制備方法，其特征是步驟(2)中催化劑 選自氯化亞銅、溴化亞銅或氯化亞鐵。
8. 如權(quán)利要求l所述的羥基磷灰石復合材料的制備方法，其特征是步驟(2)中配位劑 選自聯(lián)二吡啶或五甲基二乙基三胺。
9. 如權(quán)利要求l所述的羥基磷灰石復合材料的制備方法，其特征是步驟(2)中的操作 是在氮氣保護條件進行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種羥基磷灰石復合材料的制備方法，先對羥基磷灰石表面改性，以甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體利用ATRP方法合成聚甲基丙烯酸甲酯，最后在表面改性的羥基磷灰石表面上接枝聚甲基丙烯酸甲酯，利用ATRP方法制備PMMA/羥基磷灰石復合材料。本發(fā)明的復合材料具有有機/無機復合界面均勻、結(jié)合力強、PMMA分子量可控與可調(diào)的優(yōu)點?？捎糜谥瞥裳例X、人骨等人體硬組織的替代物。
文檔編號A61K6/033GK101700416SQ20091022960
公開日2010年5月5日 申請日期2009年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月28日
發(fā)明者劉偉良, 田冬, 肖成龍, 魏增江 申請人:山東輕工業(yè)學院