CN104524629A - 一种交联改性的超高分子量聚乙烯材料及其制法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种交联改性的超高分子量聚乙烯材料及其制法。其原理是将银颗粒弥散于超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料中，经热压后形成具有银颗粒的UHMWPE复合材料，然后，再对该复合材料进行γ射线辐照并热处理。与传统超高分子量聚乙烯材料相比，本发明耐磨性能有明显的提高，同时具有抗菌消炎的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯材料及其制法，具体的说是一种用于人工关节置换的，通过γ射线辐照交联改性并含有银颗粒的超高分子量聚乙烯材料及其制法。
背景技术
人工关节置换是治疗各种髋膝等关节晚期疾患的唯一有效手段。自20世纪60年代，Sir John Charnley首先采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和钴铬钼合金作为全髋关节置换的相对应界面材料以来，超高分子量聚乙烯由于具有良好的耐磨性、生物相容性等优点，迄今仍是人工关节置换的必需材料。
然而，由超高分子量聚乙烯磨损颗粒导致的骨溶解和无菌性松动是人工关节失败的主要原因。交联改性能增加超高分子量聚乙烯的耐磨性而提高人工关节的使用寿命。近年来，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的辐射交联已成为提高其耐磨性的重要方法之一。通过辐射交联对UHMWPE进行改性的研究国外早在20世纪70年代已有报道。Grobbelaar等人在氮气、乙炔等气体中以γ射线辐照交联UHMWPE。Bensonf在惰性气体中用γ射线辐照和真空紫外辐照(VUV)对UHMWPE进行改性(75和150kGy)。改性后的UHMWPE相比未改性时耐磨性有明显提高，但同时会导致UHMWPE的抗拉强度和断裂强度逐渐升高，断裂伸长率下降。目前国外主要的人工关节生产商均常规采用不同交联度的聚乙烯作为人工关节假体的标准配备材料，而目前国内仍没有相应的成熟技术。如何突破国外技术专利壁垒，提高国产人工关节材料质量成为亟待解决的问题。
另一方面，人工关节置换术后感染是一种灾难性的并发症，治疗非常困难。常规通过预防性抗菌药物使用、层流洁净手术室的管理、无盲区伤口冲洗和抗菌药物骨水泥的应用等方面进行术中预防，目前尚无直接在超高分子量聚乙烯(UHMWPE)注入银颗粒的手段。
因此，同时改善人工关节高分子材料的抗菌能力及抗磨损能力是值得研究的方向，目前国内国际仍是空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人工关节置换使用的超高分子量聚乙烯材料，该材料的耐磨性比传统超高分子量聚乙烯材料有明显提高，同时该材料具有抗菌消炎的作用。本发明另一目的是获得该材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
首先，将银颗粒均匀分散填充在UHMWPE粉末中，再对混合材料进行热压成型，加工成块状材料。
其次，再对热压成型的块装材料经过γ射线辐照交联处理。
一种实现上述交联改性的超高分子量聚乙烯材料，包括以下步骤：
(1)对超高分子量聚乙烯粉末进行细分筛选；
(2)对银颗粒进行细分筛选；
(3)将银颗粒与超高分子量聚乙烯粉末充分混合；
(4)对混合后的粉末进行分散；
(5)将混合粉末加入模具中热压成型，制备出块体材料；
(6)用γ射线对复合材料进行辐照交联处理；
(7)用真空加热炉对辐照后的复合材料进行真空热处理，即得到含银颗粒的经交联改性的超高分子量聚乙烯材料。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
(1)本发明进行了γ射线辐照及真空热处理，耐磨性能比传统超高分子量聚乙烯材料有明显的提高。
(2)本发明导入了银颗粒，具有抗菌消炎的作用。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
附图是本发明——一种交联改性的超高分子量聚乙烯材料及其制法的制作流程图
具体实施方式
结合附图，制备上述一种交联改性的超高分子量聚乙烯材料的方法，包括以下步骤：
第一步，对超高分子量聚乙烯粉末进行细分筛选；
第二步，对银颗粒进行细分筛选；
第三步，将银颗粒与超高分子量聚乙烯粉末充分混合；
第四步，对混合后的粉末进行分散；
第五步，将混合粉末加入模具中热压成型，制备出块状材料；
第六步，用γ射线对块状材进行辐照交联处理；
第七步，用真空加热炉对辐照后的复合材料进行真空热处理，即得到含银颗粒的经交联改性超高分子量聚乙烯材料。
进一步，用于制作本发明的超高分子量聚乙烯，采用医用超高分子量聚乙烯粉末，分子量在150万以上，并通过孔径为100μm的筛子对UHMWPE粉末进行筛选，选择粒度小于100μm的粉末颗粒。
进一步，用于制作本发明的银颗粒小于100纳米。
进一步，超高分子量聚乙烯与银颗粒混合的方法采用乙醇溶液进行超声分散。
进一步，银颗粒与超高分子量聚乙烯粉末的质量百分比为0.05～1∶99～99.95。
进一步，热压成型需采用专用模具，热压成型时压力为50～55MPa，热压温度为150～300℃，保压保温时间为20～90分钟，冷却后脱模。
进一步，γ射线辐照交联时辐照剂量为50～200kGy。
进一步，γ射线辐照交联后的热处理，需在真空度10kPa以下，温度100～150℃下的真空炉中进行，时间为10～24小时。
进一步，在完成热处理后，按照YY/T 0651.1-2008《外科植入物全髋关节假体的磨损》进行磨损测试，磨损量为1～3mg/百万次循环，按照YY 0811-2010《外科植入物用大剂量辐射交联超高分子量聚乙烯制品标准要求》制定的方法测定，氧化指数≤0.1。
要求及测试方法。
以下列举的实施例是对本发明的进一步具体说明。
实施例
第一步，选择合格的医用超高分子量聚乙烯粉末，分子量在150万以上，并通过孔径为100μm的筛子对UHMWPE粉末进行筛选，选择粒度小于100μm的粉末颗粒。
第二步，选择合格的粒度小于100纳米医用银颗粒。
第三步，采用乙醇溶液进行超声分散将超高分子量聚乙烯与银颗粒混合。银颗粒与超高分子量聚乙烯粉末的质量百分比为0.1∶99.9。
第四步，制作热压成型专用模具，进行热压，热压成型时压力为50MPa，热压温度为260℃，保压保温时间为80分钟，冷却后脱模。
第五步，对复合材料进行γ射线辐照，辐照剂量为150kGy。
第六步，在真空度10kPa，温度150℃下的真空炉中进行，时间为20小时。
第七步，在完成热处理后，按照YY/T 0651.1-2008《外科植入物全髋关节假体的磨损》进行磨损测试，磨损量为1～3mg/百万次循环，按照YY 0811-2010《外科植入物用大剂量辐射交联超高分子量聚乙烯制品标准要求》制定的方法测定，氧化指数≤0.1。
本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1)本发明进行了γ射线辐照处理，该材料的耐磨性能比传统超高分子量聚乙烯材料有明显的提高。
2)本发明导入了银颗粒，使本发明具有了抗菌消炎的作用
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种交联改性的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，首先将银颗粒均匀分散填充在UHMWPE粉末中，热压后形成具有网络结构的含银颗粒的UHMWPE块状材料，之后对该材料进行γ射线辐照及热处理。
2.根据权利要求1所述的一种交联改性的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，首先将银颗粒均匀分散填充在UHMWPE粉末中，再对混合材料进行热压成型，加工成块状材料。
3.根据权利要求1或2所述的一种含银颗粒的超高分子量聚乙烯材料，其特征在于，对热压成型的块装材料经过γ射线辐照交联处理。
4.一种实现权利要求2或权利要求3所述的一种交联改性的超高分子量聚乙烯材料制法，包括以下步骤：
(1)对超高分子量聚乙烯粉末进行细分筛选；
(2)对银颗粒进行细分筛选；
(3)将银颗粒与超高分子量聚乙烯粉末充分混合；
(4)对混合后的粉末进行分散；
(5)将混合粉末加入模具中热压成型，制备出块体材料；
(6)用γ射线对复合材料进行辐照交联处理；
(7)用真空加热炉对辐照后的复合材料进行真空热处理，即得到含银颗粒的经交联改性的超高分子量聚乙烯材料。
5.根据权利要求2所述的γ射线辐照交联处理的超高分子量聚乙烯复合材料的制法，其特征在于，采用的医用超高分子量聚乙烯粉末，分子量在150万以上，并通过细分筛选，其粒度小于100μm。
6.根据权利要求2所述的一种交联改性的超高分子量聚乙烯材料的制法，其特征在于，银颗粒为1～100纳米。
7.根据权利要求3所述的一种含银颗粒的超高分子量聚乙烯复合材料的制法，其特征在于，银颗粒与超高分子量聚乙烯粉末的质量百分比为0.05～1∶99～99.95。
8.根据权利要求3所述的一种含银颗粒的超高分子量聚乙烯复合材料的制法，其特征在于：热压成型时压力为50～55MPa，热压温度为150～300℃，保压保温时间为20～90分钟；辐照剂量为50～200kGy。
9.根据权利要求3所述的一种含银颗粒的超高分子量聚乙烯复合材料的制法，其特征在于，在真空度10kPa以下，温度100～150℃下真空炉中对辐照后的复合材料进行10～24小 时热处理。
10.根据权利要求3所述的一种含银颗粒的超高分子量聚乙烯复合材料的制法，其特征在于，在模拟体液润滑条件下，按照YY/T 0651.1-2008《外科植入物全髋关节假体的磨损》，磨损量为1～3mg/百万次循环，按照YY 0811-2010《外科植入物用大剂量辐射交联超高分子量聚乙烯制品标准要求》制定的方法测定，氧化指数≤0.1。
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|---|---|---|---|---|
| RU2588622C1 (ru) * | 2015-05-21 | 2016-07-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Химических Реактивов И Особо Чистых Химических Веществ" | Способ получения сверхвысокомолекулярного полиэтилена, модифицированного наноразмерными частицами оксида гафния |
| CN113289060A (zh) * | 2020-05-03 | 2021-08-24 | 深圳海思医疗有限公司 | 组合物及应用、关节植入物型材、关节植入物及制备方法 |
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| CN101948583A (zh) * | 2010-10-25 | 2011-01-19 | 株洲时代工程塑料制品有限责任公司 | 交联聚乙烯复合材料及其制备方法 |
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2014
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