CN103787581A - 一种利用尿素和聚乙二醇共混物应用于生物活性玻璃骨修复材料造孔工艺的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用尿素和聚乙二醇共混物应用于生物活性玻璃骨修复材料造孔工艺的制备方法，将粉末状生物活性玻璃与尿素和聚乙二醇按比例混合后，压制成型，在温度程序控制箱式电阻炉内20℃～850℃下热处理240～480分钟，制得无机非晶态生物活性多孔骨修复材料。本发明经过与单独采用尿素作为造孔剂的工艺做比对，采用尿素与聚乙二醇混合物为造孔剂，经煅烧出来的生物活性玻璃材料，孔隙率更高、孔径均匀性更好、材料形状不易变形。
Description
技术领域
本发明主要涉及医学材料领域，具体地说，是一种利用尿素和聚乙二醇共混物应用于生物活性玻璃骨修复材料造孔工艺的制备方法。
背景技术
现有造孔技术中，对陶瓷类产品采用造孔剂运用较多，常用的有聚乙烯醇、羧甲基纤维素、苯甲酸、碳酸氢铵、尿素等材料。
生物活性玻璃材料在国内应用到临床的只有极少的公司，还有一部分是科研院所进行的研究发明。同类技术中对生物活性玻璃材料进行造孔，目前有华南理工大学陈晓锋教授的一项发明，其单独采用尿素作为造孔剂：由于尿素在高于150℃时逐步气化分解，生物活性玻璃材料尚未煅烧成型，生物活性玻璃的颗粒与颗粒间还未熔接，导致局部塌陷或条状物变形和孔隙率不均匀的现象出现。同时经煅烧出来的生物活性玻璃材料，孔隙率和孔径均匀性一般、材料形状易变形。另一方面，尿素不具有粘接性和润滑性的特点，压制成型过程中，压制出来后，容易松散。
发明内容
本发明正是针对现有技术的不足之处，提供一种利用尿素和聚乙二醇共混物应用于生物活性玻璃骨修复材料造孔工艺的制备方法，本发明的具体技术方案如下：
本发明公开了一种利用尿素和聚乙二醇共混物应用于生物活性玻璃骨修复材料造孔工艺的制备方法，其特征在于，将粉末状生物活性玻璃与尿素和聚乙二醇按比例混合后，压制成型，在温度程序控制箱式电阻炉内20℃～850℃下热处理240～480分钟，制得无机非晶态生物活性多孔骨修复材料。
作为进一步地改进，本发明的具体制备步骤如下：
（1）、将粉末状生物活性玻璃材料与尿素、聚乙二醇按以下比例混合均匀：
生物活性玻璃：65%～75%；
尿素：18%～26%；
聚乙二醇：6%～10%；
（2）、采用制样机，压制出规定尺寸的材料；
（3）、煅烧成型，煅烧成型的过程当中，高温煅烧炉设置运行参数为：
起始温度20℃～30℃，升温温度150℃～210℃，时间120～210min，保温时间30～90min；然后升温至360℃～400℃，时间20～40min，保温20～40min；然后再升温至700℃～850℃，时间20～40min，保温20～40min，之后停止加热，随电炉降温之室温。
作为进一步地改进，本发明所述的在温度程序控制箱式电阻炉内30℃～750℃下热处理360分钟。
作为进一步地改进，本发明所述的步骤（3）中，所述的起始温度30℃，升温温度180℃，时间180min，保温时间60min；然后升温至380℃，时间30min，保温30min；然后再升温至750℃，时间30min，保温30min，之后停止加热，随电炉降温之室温，形成刚性的多孔性材料。
作为进一步地改进，本发明所述的步骤（1）中，生物活性玻璃为70%±1，尿素为22%±1，聚乙二醇为8%±1；
作为进一步地改进，本发明所述的无机非晶态生物活性多孔骨修复材料的尺寸为8mm*8mm*20mm、10mm*10mm*24mm或12mm*12mm*28mm。
作为进一步地改进，本发明所述的无机非晶态生物活性多孔骨修复材料的尺寸为8mm*8mm*20mm、10mm*10mm*24mm或12mm*12mm*28mm。
作为进一步地改进，本发明所述的制样机为条状制样机器，所述的骨修复材料为条状材料。
作为进一步地改进，本发明所述的制样机为条状制样机器，所述的骨修复材料为条状材料。
本发明的有益效果如下：
1、无相关报道，将尿素和聚乙二醇共混物应用于条状生物活性玻璃材料的造孔工艺中，现属首次。规定了相应的材料与造孔剂的配比和温度控制。
2、造孔工艺中的温度控制为关键参数，在150℃～210℃保温是为了尿素充分气化分解，在360℃～400℃保温是为了聚乙二醇充分气化分解，在700℃～850℃保温使生物活性玻璃的颗粒与颗粒之间熔接，形成刚性的多孔性条状材料。
3、在压制成型中，由于聚乙二醇具有粘接性和润滑性，一方面更好的促进了条状的固化形成，避免了条状物在煅烧前的松散，另一方面也增加了润滑性，条状物与制样机更易分离。
4、单独以尿素为造孔剂的条状材料，因尿素不具有粘接性和润滑性的特点，压制出来后，容易松散。
5、在煅烧中，由于尿素在高于150℃时逐步气化分解，生物活性玻璃材料尚未煅烧成型，生物活性玻璃的颗粒与颗粒间还未熔接，导致局部塌陷或条状物变形和孔隙率不均匀的现象出现。而将尿素和聚乙二醇的共混物作为造孔剂，因聚乙二醇在360℃分解，当尿素分解后，聚乙二醇还可以起到支架的作用，同时由于聚乙二醇随着温度升高，会出现粘性增强的特点，也起到了支撑连接的作用，能很好的避免条状物变形和孔隙率不均匀的现象。
6、经过与单独采用尿素作为造孔剂的工艺做比对，实践证明，采用尿素与聚乙二醇混合物为造孔剂，经煅烧出来的生物活性玻璃材料，孔隙率更高、孔径均匀性更好、材料形状不易变形。
具体实施方式
在研究阶段，考虑到骨科材料需要有良好的孔隙率及均匀的多空结构才能更有利于骨骼与血液组织的生长融合，为此，我们借鉴了华南理工大学陈晓锋教授发明的造孔工艺思路，我们把生物活性玻璃材料粉末添加不同比例的尿素，从3%～30%尿素的配比一一经过试验，虽然可以成型并煅烧出多孔材料，但是也出现了孔隙率不均匀的现象，材料形状易变形。另一方面，压制成型过程中，压制出来后，容易松散。
为了避免单用尿素作为造孔剂出现的弊端，同时又要考虑造孔剂需在高温作业下满足挥发无残留的特性，我们试验了添加聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素、苯甲酸、碳酸氢铵等其它造孔材料与尿素复合使用的方法，经过大量的试验和配方比例的优化，试验表明，尿素和聚乙二醇共混物应用于生物活性玻璃骨修复材料造孔工艺，解决了单独使用尿素作为造孔剂出现的问题，煅烧出来的条状材料更适用于临床应用。
造孔工艺对生物活性玻璃骨修复材料的临床效果至关作用，条状材料的孔隙率大小、均匀性、结构形状等，对临床中血液的流向、毛细血管的延伸、生物活性玻璃材料的降解时间等具有重要的影响，从而直接导致骨修复的效果。
尿素在室温下不易分解，与生物活性玻璃混合后不发生化学反应；加热过程容易分解且不与基体发生化学反应，尿素挥发后在基体无残留物，本工艺中选择的尿素为分析纯，纯度≥99.9%，灼烧残渣≤0.01%。高温下的分解产物为CO2，H2O和N2气体等。
聚乙二醇无毒、无刺激性，不与尿素和生物活性玻璃发生化学反应，具有优良的润滑性、保湿性、分散性和粘接性，大量应用于医疗工业中。聚乙二醇在高于360℃高温中分解，不留残渣。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
将粉末状生物活性玻璃与尿素和聚乙二醇按生物活性玻璃为70%，尿素为22%，聚乙二醇为8%的比例混合后，采用条状制样机，压制出规定尺寸的条状材料；在温度程序控制箱式电阻炉内进行煅烧成型，煅烧成型的过程当中，高温煅烧炉设置运行参数为起始温度30℃，升温温度180℃，时间180min，保温时间60min；然后升温至380℃，时间30min，保温30min；然后再升温至750℃，时间30min，保温30min，之后停止加热，随电炉降温之室温，形成刚性的尺寸为8mm*8mm*20mm的条状多孔性材料。
实施例2
将粉末状生物活性玻璃与尿素和聚乙二醇按生物活性玻璃为72%，尿素为19%，聚乙二醇为9%的比例混合后，采用条状制样机，压制出规定尺寸的条状材料；在温度程序控制箱式电阻炉内进行煅烧成型，煅烧成型的过程当中，高温煅烧炉设置运行参数为起始温度26℃，升温温度200℃，时间150min，保温时间70min；然后升温至370℃，时间40min，保温35min；然后再升温至850℃，时间40min，保温40min，之后停止加热，随电炉降温之室温，形成刚性的尺寸为12mm*12mm*28mm的条状多孔性材料。
以上列举的仅是本发明的部分具体实施例，显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用尿素和聚乙二醇共混物应用于生物活性玻璃骨修复材料造孔工艺的制备方法，其特征在于，将粉末状生物活性玻璃与尿素和聚乙二醇按比例混合后，压制成型，在温度程序控制箱式电阻炉内20℃～850℃下热处理240～480分钟，制得无机非晶态生物活性多孔骨修复材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体制备步骤如下：
（1）、将粉末状生物活性玻璃材料与尿素、聚乙二醇按以下比例混合均匀：
生物活性玻璃：65%～75%；
尿素：18%～26%；
聚乙二醇：6%～10%；
（2）、采用制样机，压制出规定尺寸的材料；
（3）、煅烧成型，煅烧成型的过程当中，高温煅烧炉设置运行参数为：
起始温度20℃～30℃，升温温度150℃～210℃，时间120～210min，保温时间30～90min；然后升温至360℃～400℃，时间20～40min，保温20～40min；然后再升温至700℃～850℃，时间20～40min，保温20～40min，之后停止加热，随电炉降温至室温。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的在温度程序控制箱式电阻炉内30℃～750℃下热处理360分钟。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤（3）中，所述的起始温度30℃，升温温度180℃，时间180min，保温时间60min；然后升温至380℃，时间30min，保温30min；然后再升温至750℃，时间30min，保温30min，之后停止加热，随电炉降温之室温，形成刚性的多孔性材料。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中，生物活性玻璃为70%±1，尿素为22%±1，聚乙二醇为8%±1。
6.根据权利要求1或2或4或5所述的制备方法，其特征在于，所述的无机非晶态生物活性多孔骨修复材料的尺寸为8mm*8mm*20mm、10mm*10mm*24mm或12mm*12mm*28mm。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的无机非晶态生物活性多孔骨修复材料的尺寸为8mm*8mm*20mm、10mm*10mm*24mm或12mm*12mm*28mm。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的制样机为条状制样机器，所述的骨修复材料为条状材料。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的制样机为条状制样机器，所述的骨修复材料为条状材料。
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| CN105621892A (zh) * | 2015-12-29 | 2016-06-01 | 湖北双星药业股份有限公司 | 一种多孔生物活性玻璃骨修复材料及其制备方法 |
| CN112499975A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-03-16 | 商洛学院 | 一种利用钼尾矿制备莫来石多孔玻璃陶瓷的方法 |
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