CN104178916A - 一种表面具有生物相容性羟基磷灰石的玻璃纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种表面具有生物相容性羟基磷灰石的玻璃纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)由无水乙醇、(NH4)2HPO4以及Ca（NO3)2.4H2O配制羟基磷灰石气凝胶水溶液，溶胶中的羟基磷灰石颗粒粒径为50～80nm；(2)配制酚醛树脂粘结剂溶液；(3)将羟基磷灰石气凝胶水溶液和酚醛树脂粘结剂溶液混合搅拌均匀，混合液中酚醛树脂的浓度为0～10％；(4)离心喷吹制备玻璃棉，飘落于成网帘上，然后用喷洒装置在纤维表面均匀喷洒混合液；(5)表面喷洒完的玻璃纤维输送进入固化炉固化，在高温挤压条件下制备出玻璃棉与羟基磷灰石气凝胶复合材料。本方法工艺简单，成本低，生产效率高，可以批量生产，而且制得的涂层与纤维间有较高的结合强度，不易脱落。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维的制备方法，特别涉及一种表面具有生物相容性羟基磷灰石的玻璃纤维的制备方法。
背景技术
玻璃纤维属于矿物纤维的一种，是由无机玻璃熔融喷吹而成，具有良好的回弹性，保温隔热效果优异，还具有十分优异的减震、吸声特性，有利于减少噪声污染，改善工作环境等，被广泛用于建筑室内，消声系统、交通工具，制冷设备，家用电器的减震、吸声、降噪处理，效果十分理想。但是传统的矿物纤维在制备和使用的过程中会产生大量的粉尘，这些粉尘很容易被吸入人体，它们在人体内不易降解，对人体健康和环境造成很大的危害。
羟基磷灰石(Hydroxyapatite)，简称HA，其化学组成和结构与骨头、牙齿的相似。羟基磷灰石材料与原骨相结合时在界面处形成无纤维状的组织，它的表面可与生理环境发生选择性的化学反应，所形成的界面能防止降解。HA材料对动物体无毒、无害、无致癌作用，生物相容性和生物活性都很好。若在玻璃纤维的表面涂覆羟基磷灰石，可以在一定程度上改善玻璃纤维的生物相容性。羟基磷灰石涂层的制备方法有等离子喷涂法、激光熔覆法、电结晶液相沉积法、溶胶-凝胶法等。对于制备要求较高、具有表面活性的羟基磷灰石而言，溶胶-凝胶法是较为合适的方法。羟基磷灰石气凝胶具有纳米多孔结构，在热学、光学、声学等方面表现为独特的性质。一般羟基磷灰石气凝胶密度较低，具有特殊的多孔网络结构，孔隙率在90％以上，大部分气孔分布在50nm以下，小于空气分子的平均自由程70nm，空气分子间很难发生碰撞，具有较低的导热系数。大量孔隙的存在，促进了对声能的吸收，使得羟基磷灰石气凝胶还具有优异的吸声系数。
申请号为200910088402.0的中国专利涉及一种复合羟基磷灰石涂层及其制备方法，基体材料为结晶度为80-90％的羟基磷灰石，表层为结晶度为55-65％的羟基磷灰石，厚度分别是70-100微米和20-50微米。复合羟基磷灰石涂层包括：与基体接触的底层和覆盖在底层之上的表面层。该复合涂层的制备步骤是分别采用微束等离子喷涂设备将羟基磷灰石粉末在基体上喷涂底层和在底层上喷涂表面层。该方法制备过程简单，粉末利用率高，制备的复合涂层具有较好的生物活性与较好的生物稳定性的特点，涂层与基体之间具有较高的结合强度。
申请公布号为200910088403.5的中国专利涉及一种用冷喷涂制备羟基磷灰石涂层的方法，采用冷喷涂设备将烘干后的羟基磷灰石粉末喷涂到表面，经过喷砂处理，生物医用植入金属材料基体之上，从而获得结晶度高，生物稳定性好的羟基磷灰石涂层。该方法在加工过程中能够有效避免喷涂粉料羟基磷灰石的热分解，减少非晶化和失羟基，对材料组织结构影响小，保留了原始喷涂HA粉末的结构，不生成杂相。
上述两个专利制得的羟基磷灰石涂层是以金属或者羟基磷灰石本身作为基体，将羟基磷灰石气凝胶直接涂敷于纤维表层尚不多见，且采用上述两种方法制备的纤维和羟基磷灰石粉末的结合力较低，较不稳定。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种表面具有生物相容性羟基磷灰石的玻璃纤维的制备方法，即采用溶胶凝胶法将羟基磷灰石气凝胶均匀涂覆于玻璃纤维表面。
一种表面具有生物相容性羟基磷灰石的玻璃纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将羟基磷灰石气凝胶水溶液，存放于储存罐中；
(2)配制酚醛树脂粘结剂溶液，加入适量的Na2SO4固化剂，形成透明的红色或浅红色溶液，并存放于树脂罐中；
(3)用树脂抽取泵将储存罐中的羟基磷灰石气凝胶水溶液和树脂罐中的酚醛树脂粘结剂溶液抽取到混合罐中，搅拌均匀；
(4)离心喷吹制备玻璃棉，飘落于成网帘上，然后用圆环或管状喷洒装置在玻璃纤维表面均匀喷洒羟基磷灰石气凝胶和酚醛树脂粘结剂混合液；
(5)表面喷洒完的玻璃纤维通过输送带输送进入固化炉，固化温度为250～300℃，在高温、挤压条件下制备出玻璃棉与羟基磷灰石气凝胶复合材料。
所述的羟基磷灰石气凝胶是由无水乙醇、(NH4)2HPO4以及Ca(NO3)2.4H2O配制而成的，溶胶中的羟基磷灰石颗粒粒径为50～80nm；所述的羟基磷灰石气凝胶和酚醛树脂粘结剂混合液中酚醛树脂的浓度为0～10％；所述的圆环喷洒装置含喷嘴4～12个，管状喷洒装置含喷嘴1～4个。
本发明的优点：
(1)溶胶凝胶法制得的羟基磷灰石气凝胶可以在很短的时间内获得分子水平的均匀性，再加上喷洒时喷嘴的对称性，制得的玻璃纤维表面可以获得均匀的羟基磷灰石涂层，由于酚醛树脂的加入，涂层与基体间有较高的结合强度，不易脱落。
(2)制备工艺简单，成本较低，生产效率很高，可以批量生产，制得的玻璃纤维具有良好的生物相容性，对人体危害小。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
一种表面具有生物相容性羟基磷灰石的玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将羟基磷灰石气凝胶水溶液，存放于储存罐中；
(2)配制酚醛树脂粘结剂溶液，加入适量的Na2SO4固化剂，形成透明的红色或浅红色溶液，并存放于树脂罐中；
(3)用树脂抽取泵将储存罐中的羟基磷灰石气凝胶水溶液和树脂罐中的酚醛树脂粘结剂溶液抽取到混合罐中，搅拌均匀；
(4)离心喷吹制备玻璃棉，飘落于成网帘上，然后用圆环喷洒装置在玻璃纤维表面均匀喷洒羟基磷灰石气凝胶和酚醛树脂粘结剂混合液；
(5)表面喷洒完的玻璃纤维通过输送带输送进入固化炉，固化温度为250℃，在高温、挤压条件下制备出玻璃棉与羟基磷灰石气凝胶复合材料。
其中羟基磷灰石气凝胶是由无水乙醇、(NH4)2HPO4以及Ca(NO3)2.4H2O配制而成的，溶胶中的羟基磷灰石颗粒粒径为50nm；羟基磷灰石气凝胶和酚醛树脂粘结剂混合液中酚醛树脂的浓度为5％；圆环喷洒装置含喷嘴4个。
实施例2
一种表面具有生物相容性羟基磷灰石的玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将羟基磷灰石气凝胶水溶液，存放于储存罐中；
(2)配制酚醛树脂粘结剂溶液，加入适量的Na2SO4固化剂，形成透明的红色或浅红色溶液，并存放于树脂罐中；
(3)用树脂抽取泵将储存罐中的羟基磷灰石气凝胶水溶液和树脂罐中的酚醛树脂粘结剂溶液抽取到混合罐中，搅拌均匀；
(4)离心喷吹制备玻璃棉，飘落于成网帘上，然后用管状喷洒装置在玻璃纤维表面均匀喷洒羟基磷灰石气凝胶和酚醛树脂粘结剂混合液；
(5)表面喷洒完的玻璃纤维通过输送带输送进入固化炉，固化温度为300℃，在高温、挤压条件下制备出玻璃棉与羟基磷灰石气凝胶复合材料。
其中羟基磷灰石气凝胶是由无水乙醇、(NH4)2HPO4以及Ca(NO3)2.4H2O配制而成的，溶胶中的羟基磷灰石颗粒粒径为80nm；羟基磷灰石气凝胶和酚醛树脂粘结剂混合液中酚醛树脂的浓度为10％；管状喷洒装置含喷嘴2个。
上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种表面具有生物相容性羟基磷灰石的玻璃纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将羟基磷灰石气凝胶水溶液存放于储存罐中；
(2)配制酚醛树脂粘结剂溶液，加入适量的Na2SO4固化剂，形成透明的红色或浅红色溶液，并存放于树脂罐中；
(3)用树脂抽取泵将储存罐中的羟基磷灰石气凝胶水溶液和树脂罐中的酚醛树脂粘结剂溶液抽取到混合罐中，搅拌均匀；
(4)离心喷吹制备玻璃棉，飘落于成网帘上，然后用圆环或管状喷洒装置在玻璃纤维表面均匀喷洒羟基磷灰石气凝胶和酚醛树脂粘结剂混合液；
(5)表面喷洒完的玻璃纤维通过输送带输送进入固化炉，固化温度为250～300℃，在高温、挤压条件下制备出玻璃棉与羟基磷灰石气凝胶复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的羟基磷灰石气凝胶是由无水乙醇、(NH4)2HPO4以及Ca(NO3)2.4H2O配制而成的，溶胶中的羟基磷灰石颗粒粒径为50～80nm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于羟基磷灰石气凝胶和酚醛树脂粘结剂混合液中酚醛树脂的浓度为0～10％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的圆环喷洒装置含喷嘴4～12个，管状喷洒装置含喷嘴1～4个。
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