CN106147164B - 一种医用复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用复合材料及其制备方法，所述医用复合材料包括基体材料和可降解纤维材料，其中，所述基体材料为三维网状结构的交联型可降解聚合物材料。本发明提供的医用复合材料具有比线形高分子材料更高的机械强度，容易储存，且可避免断裂，可满足高强度医疗器件的要求。另外，本发明所涉及的交联型聚合物基体材料，分子量相对较低，具有简单容易的合成制备方法和加工工艺，解决了高分子量线形聚合物制备加工困难的技术问题。

Description

一种医用复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种医用复合材料及其制备方法。

背景技术

医用金属材料是最早采用的生物材料，因其具有较高的强度和韧性，目前在硬组织的修复中应用最广。但是，金属制品治疗病患的同时存在诸多问题，比如金属的相容性差，存在应力遮挡效应，金属腐蚀，以及二次手术取出等。正是由于这些缺陷，生物可降解的医用材料应运而生。

生物可降解聚合物的研究始于20世纪60年代，目前主要应用于手术缝合线、软组织植入、药物缓释体系、止血抗粘连材料、骨科固定件，以及近年来发展起来的可降解血管支架等领域。

市售的生物可降解医疗产品大多由聚合物、聚合物共混物、聚合物共聚物加工得到。这些可降解的高分子材料为长链线形高分子结构，均可通过注射、挤出等常规方法成型，但是产品受该材料本身机械性能的限制，主要用于非承重部位的骨组织修复、颌面骨修复等对强度要求不高的领域。

为了提高材料的强度，通常采用熔体注塑和挤出，定向自由拉伸，固态挤出等增强工艺，或者采用提高聚合物的分子量等。专利CN1306802A将合成的高分子量聚乳酸(粘均分子量约100万)采用加热挤压的方法，使聚乳酸沿一定方向取向，获得高强度自增强的聚乳酸，用于制备可吸收的接骨器。专利US4550449A采用特性粘数大于4.5的聚左旋丙交酯制备可吸收骨科固定器件。为了保证材料具备一定的强度，通常采用增强加工工艺前，使材料的分子量足够高，以防材料受热时降解过快导致强度损失。因此，所需可降解材料分子量一般高达百万，从而增加了材料的制备难度。但是，尽管增强的工艺使材料强度得到提高，但是往往伴随弯曲强度的下降，仍不能很好地满足高强度医疗器件的要求。

近年来，纤维增强成为最主要和最有效的补强方式，纤维依靠桥接、裂纹偏转和拔出效应来吸收能量，消除裂纹尖端集中的应力。因此，纤维增强可降解聚合物材料得到广泛研究。目前，生物可降解或可吸收的医疗器件通常采用可降解的无机材料或聚合物作为纤维材料，聚合物、聚合物共混物、共聚物作为基体材料。不幸的是，由于线形聚合物材料力学性能不稳定，材料迅速降解，或者由于纤维的水解，导致复合材料的强度在短时间内迅速降低，不具备足够的强度保留时间。

由此可见，纤维增强的线形可降解聚合物仍不能满足部分医疗器件对强度的要求。这对复合材料的基材提出了很大的挑战，既要具备高的初始强度，又要在材料降解过程中，保持长的强度保留时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种医用复合材料及其制备方法，复合材料具有较高的机械强度，并且材料制备、加工容易，适用于制作对强度要求较高的医疗器件。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种医用复合材料，包括基体材料和可降解纤维材料，其中，所述基体材料为三维网状结构的交联型可降解聚合物材料。

上述的医用复合材料，其中，所述可降解聚合物材料为左旋聚乳酸、消旋聚乳酸、聚羟基乙酸、聚ε-己内酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚对二氧环己酮、聚氨基酸衍生碳酸酯、聚水杨酸、聚原酸酯中一种或多种；或聚合得到上述可降解高分子材料的单体聚合得到的共聚物。

上述的医用复合材料，其中，所述可降解聚合物材料的分子量在5,000到120万之间，特性粘度在0.1到9.0dl/g之间。

上述的医用复合材料，其中，所述可降解纤维材料为无机纤维和聚合物纤维中的一种或两种的组合。

上述的医用复合材料，其中，所述无机纤维为可降解玻璃纤维或羟基磷灰石纤维；所述聚合物纤维为甲壳质纤维、壳聚糖纤维、麻纤维、竹纤维、棉纤维、木纤维、粘胶纤维、聚乳酸纤维、聚羟基丁酸纤维、聚羟基乙酸纤维、聚己内酯纤维、聚氨酯类纤维、聚酰胺类纤维或聚乙烯醇纤维。

本发明为解决上述技术问题而采用的另一技术方案是提供一种医用复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将单体、引发剂和催化剂合成带有两个或两个以上手臂的生物可降解聚合物预聚体；(2)在所述聚合物预聚体末端基引入可交联基团，形成可交联的聚合物预聚体；(3)对可降解纤维材料和所述可交联的聚合物预聚体进行复合，得到纤维材料复合的可交联预聚体材料；(4)对所述纤维材料复合的可交联预聚体材料进行交联处理，得到医用复合材料，其中的基体材料具有三维网状结构。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述单体为乙交酯、左旋丙交酯、混旋丙交酯、ε-己内酯、三亚甲基碳酸酯、对二氧环己酮、羟基乙酸、水杨酸、碳酸酯和氨基酸及其衍生物中的任意一种或多种。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述引发剂含有2-4个羟基。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述引发剂为乙二醇、1，4-丁二醇、癸二醇、三丙二醇、三乙二醇、分子量为100～10,000的聚乙二醇、分子量为100～10,000的聚四氢呋喃二醇、分子量为100～10,000的聚己内酯二醇、聚己内酯三醇、三羟基聚氧化丙烯醚、1，2，3-庚三醇、1，2，6-己三醇、三羟甲基丙烷、3-甲基-1，3，5-戊三醇、季戊四醇、1，2，7，8-辛烷四醇、丙氧化季戊四醇或双季戊四醇。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述步骤(1)得到的线形或星型聚合物预聚体的数均分子量在5,000到10万之间。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述可交联基团为含有不饱和双键的基团或香豆素基。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述可交联基团通过不饱和脂肪酸及其衍生物，肉桂酸及其衍生物，香豆素及其衍生物引入。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述纤维材料和所述可交联的聚合物预聚体通过熔融共混或溶液共混的方式复合。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述的复合可以为纤维与基体材料的直接复合，也可以是纤维束先按预定形式排列、编织成网、纺织成布或纤维原料电纺成膜后与所述基体材料复合。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述纤维材料重量百分比为1～60％，优选为1～40％，以可交联预聚体和纤维材料重量计。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，对纤维复合的可交联预聚体材料进行交联处理并进行加工成型，所述交联反应发生在加工成型之后，或者加工成型过程中。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，纤维材料复合的可交联预聚体材料通过光交联或者辐射交联，形成交联聚合物。优选，所述的光交联优选为紫外交联，所述的辐射交联优选为电子束交联，伽马射线交联。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，交联反应之前，在所述纤维复合的可交联预聚体材料中加入重量百分比为1.0～5.0wt％的三烯丙基异氰脲酸酯或三甲代烯丙基异氰脲酸酯，以可交联预聚体和纤维材料重量计。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述加工成型的方法为注塑成型、注塑-激光切割成型、热压成型、热压-激光切割成型、挤出成型或挤出-激光切割成型。

本发明为解决上述技术问题而采用的另一技术方案是提供一种医用复合材料的制备方法，包括如下步骤：(a)将单体、引发剂和催化剂合成带有两个或两个以上手臂的生物可降解聚合物预聚体；(b)对可降解纤维材料和生物可降解聚合物预聚体复合，得到纤维复合的可降解预聚体材料；(c)纤维复合的可降解预聚体材料中加入交联剂，进行交联处理，得到医用复合材料，其中基体材料具有三维网状结构。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，所述交联剂具有两个以上手臂，且至少两个末端基团为活性基团，优选为异氰酸基团，环氧基团。

上述的医用复合材料的制备方法，其中，步骤(c)交联处理包括：将步骤(b)制备得到的混合物中加入催化剂以及交联剂，在保护气体条件下，120～165℃反应20分钟～3小时，冰浴冷却终止反应，用纯化水洗涤、沉淀，过滤，真空干燥。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明技术方案提供的医用复合材料及其制备方法，医用复合材料其中所用的纤维为生物可降解的纤维材料，所用的基体是交联型可降解高分子(聚合物)材料，由于基体材料具有三维交联网络结构，聚合物的单体组分和比例可选择，使得材料力学稳定，具有较高的机械强度，可控的降解速率。因此，本发明提供的医用复合材料具有比线形高分子材料更高的机械强度，容易储存，且可避免断裂，可满足高强度医疗器件的要求。另外，本发明所涉及的交联型聚合物基体材料，分子量相对较低，具有简单容易的合成制备方法和加工工艺，解决了高分子量线形聚合物制备加工困难的技术问题。

具体实施方式

本发明提供的医用复合材料，其包括交联型可降解聚合物基体材料和可降解的纤维材料，具有三维网状结构。其具有较高的机械强度，可控的降解速率，稳定的力学性能以及形状记忆等优点，并且材料制备、加工容易，适用于制作对强度要求较高的医疗器件。

本发明中所涉及的基体材料为交联型可降解聚合物材料。所述交联型可降解聚合物是具有三维交联网络，不溶不熔的聚合物，其交联方式可以是可降解高分子末端基引入可交联基团，进行紫外交联，热反应交联，化学反应交联，物理交联等处理；可以是可降解聚合物中加入交联剂，在成型加工过程中，成型前或者成型后进行交联反应。所述可降解聚合物材料是左旋聚乳酸、消旋聚乳酸、聚羟基乙酸、聚ε-己内酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚对二氧环己酮、聚氨基酸衍生碳酸酯、聚水杨酸、聚原酸酯等可降解高分子材料中的一种或多种，混合比例没有特别的限制；聚合得到上述可降解高分子材料的单体聚合得到的共聚物，单体之间的比例没有特别的限制。所述共聚聚合物的共聚方式包括但不限于接枝共聚、嵌段共聚和无规共聚等。所述可降解聚合物材料的分子量在5,000到120万之间，特性粘度在0.1到9.0dl/g之间。

本发明所涉及的用于增强的纤维材料是可降解的纤维材料，包括可降解无机纤维，聚合物纤维及其组合。其中，所述的可降解无机纤维，包括但不限于，可降解玻璃纤维(例如磷酸盐玻璃纤维)、羟基磷灰石纤维。所述的聚合物纤维，包括但不限于，天然高分子纤维，如甲壳质纤维、壳聚糖纤维、麻纤维、竹纤维、棉纤维、木纤维、粘胶纤维；可降解合成高分子纤维，如聚乳酸(PLLA，PDLLA)纤维、聚羟基丁酸(PHB)纤维、聚羟基乙酸(PGA)纤维、聚己内酯(PCL)纤维、聚氨酯类纤维、聚酰胺类纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维。

所述纤维与聚合物基体材料复合时，若存在界面相容性问题，需要对纤维材料进行改性，包括物理改性和化学改性。本发明对改性的方法没有特别的限制。本领域技术人员可以根据现有技术选择合适的方法。

本发明提供的医用复合材料的制备方法包括：

(1)将单体、引发剂和催化剂合成带有两个或更多个手臂的生物可降解聚合物预聚体

其中所述单体，包括但不限于，乙交酯、左旋丙交酯、混旋丙交酯、ε-己内酯、三亚甲基碳酸酯、对二氧环己酮、羟基乙酸、水杨酸、碳酸酯、氨基酸及其衍生物。在一些实施例中，共聚物由两种单体组成，例如所述的单体为乙交酯与左旋丙交酯，为混旋丙交酯与乙交酯。制备共聚物的单体之间的比例没有特别的要求。在一些实施例中，共聚物由两种单体组成，重量比例为1∶1～50∶1，优选20∶1。

选用不同的引发剂(2手臂，3手臂，4手臂)来控制可降解聚合物预聚体手臂的数目。其中所述引发剂，包括但不限于，含有两个羟基的引发剂，如乙二醇，1，4-丁二醇，癸二醇，三丙二醇，三乙二醇，数均分子量为100～10000的聚乙二醇(PEG)，数均分子量为100～10000的聚四氢呋喃二醇(pTHF)，数均分子量为100～10000的聚己内酯二醇(PCL)；含有三个羟基的引发剂，如聚己内酯三醇(数均分子量300～900)，三羟基聚氧化丙烯醚，1，2，3-庚三醇，1，2，6-己三醇，三羟甲基丙烷，3-甲基-1，3，5-戊三醇；含有四个羟基的引发剂，如季戊四醇，1，2，7，8-辛烷四醇，丙氧化季戊四醇，双季戊四醇。在一些实施例中，所述的引发剂为1，2，6-己三醇，1，2，3-庚三醇；在一些实施例中，所述的引发剂添加比例为1wt％～3wt％，单体总重量计。

其中所述催化剂，包括但不限于，辛酸亚锡和二月桂酸二丁基锡。催化剂的重量百分数在万分之一到千分之五之间，优选在万分之一到千分之一之间，以单体和引发剂总重量计。

其中，所述聚合物预聚体的合成方法没有特别的限制，例如开环聚合法、直接缩聚法。在一些实施例中，在保护气体条件下，将单体和引发剂加入反应釜中，在50～80℃条件下真空干燥1～4小时，然后加入催化剂，提高温度到140～160℃下反应1～8小时，得到生物可降解聚合物预聚体。

本发明可以通过选择引发剂和单体的相对含量，控制线形或星型聚合物预聚体的数均分子量在5,000到10万之间，优选在5,000和5万之间。

本发明可以根据医疗器件的需求，选择合成所需降解速率的聚合物预聚体，其降解速率通过选择单体的种类，不同单体的比率，以及预聚体的分子量来调节，使得最终的交联型聚合物降解速率可控。

(2)在聚合物预聚体末端基引入可交联基团，形成可交联的聚合物预聚体

所述聚合物预聚体的末端基引入可交联基团。所述可交联基团包括但不限于，含有不饱和双键的基团(例如烯基)，香豆素基。所述的不饱和双键的基团(例如烯基)，可以通过不饱和脂肪酸及其衍生物，如含有双键的甲基丙烯酸，含有双键的丙烯酸，甲基丙烯酸酯引入，也可以通过肉桂酸及其衍生物引入。所述的香豆素基，可以通过香豆素及其衍生物引入

在一些实施例中，将步骤(1)制备得到的生物可降解聚合物中滴加引发剂和阻聚剂，在保护气体条件下，140～150℃下反应2～5小时形成可交联预聚体，反应结束后降温到30～60℃，往反应釜中加入乙酸乙酯，使预聚体溶解，然后缓慢倒入正己烷和乙醇的混合液中，沉淀、干燥得到可交联的预聚体产物。

(3)纤维材料与基体材料(可交联的聚合物预聚体)复合

本发明中所述的纤维材料可以是纤维，可以是纤维组成的纤维束，也可以是纤维束按预定形式排列得到的纤维束集合体、编织成网得到的网状物、纺织成布得到的片状物，或纤维原料电纺成膜得到的膜状物。本发明所述纤维材料与基体材料的复合，可以为纤维与基体材料的直接复合，也可以是纤维束按预定形式排列、编织成网、纺织成布或纤维原料电纺成膜后与所述基体材料复合。

本发明所述的纤维与基体材料直接复合，包括但不限于纤维与基体材料的熔融共混，溶液共混。

当存在界面相容性问题时，对纤维进行改性后再与基体材料复合。

本发明所述的纤维改性，包括物理改性，即不改变纤维的化学组成，只改变纤维的物理结构和表面性能，如碱处理法、热处理法等，以及化学改性，即改变纤维表面的化学结构，如酯化改性、接枝改性、偶联改性等。本发明对物理改性、化学改性的方法没有特别的限制，本领域技术人员可以根据现有技术，以及纤维、基体材料的特性确定具体的改性方法和工艺。

本发明所述的复合材料，其中纤维材料的重量百分含量为1～60％，以可交联预聚体和纤维材料重量计，优选1％～40％。

本发明中可以添加助剂，包括但不限于，偶联剂，光引发剂，以提高复合材料的性能。所述的助剂含量为0.1～5wt％，以可交联预聚体和纤维材料重量计。

(4)交联与加工成型

对纤维复合的可交联预聚体材料进行交联处理并可进一步进行加工成型，其中交联反应可以发生在加工成型之后，或者成型过程中。

纤维复合的可交联预聚体材料通过光交联或者辐射交联，形成交联聚合物。所述的光交联优选为紫外交联。所述的辐射交联优选为电子束交联，伽马射线交联。为了达到更好的交联效果，可以在交联反应前，向上述可降解高分子材料中加入少量(1.0～5.0wt％)的交联剂，例如三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC)或者三甲代烯丙基异氰脲酸酯(TMAIC)以促进辐射交联反应，添加量以可交联预聚体和纤维材料重量计。

优选地，复合材料成型加工的方法包括但不限于注塑成型、注塑-激光切割成型、热压成型、热压-激光切割成型、挤出成型、挤出-激光切割成型等。

本发明还提供了一种医用复合材料的制备方法，步骤(a)与上述步骤(1)相同，制备得到可降解聚合物预聚体；与上述方法区别在于：

(b)纤维与可降解聚合物预聚体复合

步骤(b)中，将可降解纤维材料和步骤(a)制备得到的可降解聚合物预聚体复合。具体方法可以采用现有的复合技术，也可以与步骤(3)相同。

(c)交联与加工成型

将步骤(b)得到的复合物中加入交联剂，进行交联处理，得到基体材料为交联型聚合物的复合材料。所述交联剂含有可以和上述预聚体的末端基比如羟基，氨基等发生化学或物理反应的基团(即活性基团)，以反应形成三维网状结构。所述交联剂具有两个以上手臂(例如2，3，或4个手臂)，且至少两个末端基团为活性基团，例如异氰酸基团(-NCO基团)，环氧基团等。在一些实施例中，所述的交联剂为二异氰酸酯，例如六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)。

在一些实施例中，将步骤(b)制备得到的复合物中加入催化剂以及交联剂，在保护气体条件下，120～165℃反应20分钟～3小时，冰浴冷却终止反应。用纯化水洗涤、沉淀，过滤，真空干燥。

在一些实施例中，复合物中的可降解聚合物预聚体的末端基团与交联剂活性基团的摩尔比为(0.9～1.1)∶1。

本发明所述的复合材料，其中纤维材料的重量百分含量为1～60％，以交联型聚合物和纤维材料重量计，优选1％～40％。

本发明中可以添加助剂，包括但不限于，偶联剂，光引发剂以提高复合材料的性能。所述的助剂含量为0.1～5wt％，以交联型聚合物和纤维材料重量计。

在交联反应之后，可以进一步对得到的复合材料进行成型加工。复合材料成型加工的方法包括但不限于注塑成型、注塑-激光切割成型、热压成型、热压-激光切割成型、挤出成型、挤出-激光切割成型等。

以下实施例的测试方法如下：

1、拉伸性能测定

采用国标GB/T 1040.2-2006方法测试。2、弯曲性能测定

采用国标GB/T 9341-2008方法测试。

实施例1：可降解玻璃纤维增强交联型PLGA复合材料

合成可降解的聚合物预聚体：

聚合前将反应釜在80℃下真空干燥1个小时，在氮气保护下将2000g左旋丙交酯(L-lactide)，100g乙交酯(glycolide)和14g 1，2，6-己三醇加入反应釜中，在60℃条件下真空干燥1小时。然后加入2g辛酸亚锡，将温度提高到140℃，并保持在140℃下反应3小时，得到数均分子量为20,000的星型PLGA预聚体。

合成可交联的预聚体：

在星型PLGA预聚体中滴加48g(0.32mol)甲基丙烯酸酐和0.6g(300ppm)的对羟基苯甲醚，在150℃下反应2小时形成可交联的星型PLGA预聚体，反应结束后降温到60℃，往反应釜中加入5L乙酸乙酯，使预聚体溶解，然后缓慢倒入正己烷和乙醇的混合液中，沉淀、干燥得到预聚体产物。

玻璃纤维与基体材料复合：

将可交联的PLGA预聚体、短切玻璃纤维60℃真空干燥5小时后，与偶联剂KH-550，光引发剂Irgacure2959一起加入转矩流变仪中，其中玻璃纤维重量百分比占20％，偶联剂重量百分比占1％，光引发剂重量百分比占0.5％，以可交联预聚体和纤维重量计。加工参数：温度160℃，转子转速40r/min，时间10min；将混炼好的物料用平板硫化机在160℃，10MPa下压制成片材。

交联与加工成型：

将复合材料制成的片材，在200-400nm波段紫外灯下照射交联30min，形成具有三维网络的交联型材料。然后将片材加工成标准样条，进行力学性能测试。

拉伸强度：150MPa，弯曲强度185MPa。

实施例2：可降解玻璃纤维增强交联型PDLGA复合材料

合成可降解的聚合物预聚体：

聚合前将反应釜在80℃下真空干燥1个小时，在氮气保护下将1000g混旋丙交酯(DL-lactide)，1000g乙交酯(glycolide)和61g 1，2，3-庚三醇加入反应釜中，在60℃条件下真空干燥1小时。然后加入2g辛酸亚锡，将温度提高到160℃，并保持在160℃下反应3小时，得到数均分子量为5000的星型PDLGA预聚体。

合成可交联的预聚体：

在星型PDLGA预聚体中滴加48g(0.32mol)甲基丙烯酸酐和0.6g(300ppm)的对羟基苯甲醚，在160℃下反应2小时形成可交联的星型PDLGA预聚体，反应结束后降温到60℃，往反应釜中加入5L乙酸乙酯，使预聚体溶解，然后缓慢倒入正己烷和乙醇的混合液中，沉淀、干燥得到预聚体产物。

玻璃纤维与基体材料复合：

将可交联的PDLGA预聚体、短切玻璃纤维60℃真空干燥5小时后，与偶联剂KH-550，光引发剂Irgacure2959(巴斯夫)一起加入转矩流变仪中，其中玻璃纤维占10wt％，偶联剂占1wt％，光引发剂占1wt％，以可交联预聚体和纤维重量计。加工参数：温度170℃，转子转速40r/min，时间10min；将混炼好的物料用平板硫化机在170℃，10MPa下压制成片材。

交联与加工成型：

将复合材料制成的片材，在200～400nm波段紫外灯下照射交联30min，形成具有三维网络的交联型材料。然后将片材加工成标准样条，进行力学性能测试。

拉伸强度：165MPa，弯曲强度170MPa。

实施例3：可降解剑麻纤维增强交联型PLGA复合材料

合成可降解的聚合物预聚体：

聚合前将反应釜在80℃下真空干燥1个小时，在氮气保护下将2000g左旋丙交酯(L-lactide)，100g乙交酯(glycolide)和14g 1，2，6-己三醇加入反应釜中，在60℃条件下真空干燥1小时。然后加入2g辛酸亚锡，将温度提高到140℃，并保持在140℃下反应3小时，得到数均分子量为20,000的星型PLGA预聚体。

合成可交联的预聚体：

在星型PLGA预聚体中滴加48g(0.32mol)甲基丙烯酸酐和0.6g(300ppm)的对羟基苯甲醚，在150℃下反应2小时形成可交联的星型PLGA预聚体，反应结束后降温到60℃，往反应釜中加入5L乙酸乙酯，使预聚体溶解，然后缓慢倒入正己烷和乙醇的混合液中，沉淀、干燥得到预聚体产物。

剑麻纤维与基体材料复合：

将切好的剑麻纤维束浸入浓度为10wt％NaOH溶液中并搅拌1h，然后水洗，用浓度3wt％硝酸酸洗，再水洗、脱水、晾干备用

将可交联的PLGA预聚体、剑麻纤维60℃真空干燥5小时后，加入转矩流变仪中，其中剑麻纤维占20wt％，以可交联预聚体和纤维重量计。加工参数：温度160℃，转子转速40r/min，时间10min；将混炼好的物料用平板硫化机在160℃，10MPa下压制成片材。

交联与加工成型：

将复合材料制成的片材，在200～400nm波段紫外灯下照射交联30min，形成具有三维网络的交联型材料。然后将片材加工成标准样条，进行力学性能测试。

拉伸强度：135MPa，弯曲强度：168MPa。

实施例4：可降解甲壳素纤维增强交联型PLLA复合材料

合成可降解的聚合物预聚体：

聚合前将反应釜在80℃下真空干燥1个小时，在氮气保护下将2100g左旋丙交酯(L-lactide)和14g 1，2，6-己三醇加入反应釜中，在60℃条件下真空干燥1小时。然后加入2g辛酸亚锡，将温度提高到140℃，并保持在140℃下反应3小时，得到数均分子量为20,000的星型PLLA预聚体。

甲壳素纤维与预聚体复合：

将PLLA预聚体、甲壳素纤维60℃真空干燥5小时后，与偶联剂KH-550，一起加入转矩流变仪中，其中甲壳素纤维占10wt％，偶联剂占1wt％，以预聚体和纤维重量计。加工参数：温度155℃，转子转速40r/min，时间10min；

加入交联剂形成交联型聚合物：

在PLLA预聚体中滴加辛酸亚锡催化剂和1，6-六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，其中催化剂0.1wt％，以预聚体重量计，-NCO与-OH摩尔比为1，。在保护气体条件下，在160℃下反应30分钟，冰水浴冷却终止反应。采用纯化水洗涤，沉淀，过滤，40℃真空干燥6小时获得交联型复合材料。

加工成型：

将交联型复合材料用平板硫化机在165℃，10MPa下压制成片材，加工成标准样条，进行力学性能测试。

拉伸强度：140MPa，弯曲强度：165MPa。

实施例5：可降解PLLA纤维增强交联型PLLA复合材料

合成可降解的聚合物预聚体：

聚合前将反应釜在80℃下真空干燥1个小时，在氮气保护下将2100g左旋丙交酯(L-lactide)和14g 1，2，6-己三醇加入反应釜中，在60℃条件下真空干燥1小时。然后加入2g辛酸亚锡，将温度提高到140℃，并保持在140℃下反应3小时，得到数均分子量为20,000的星型PLLA预聚体。

合成可交联的预聚体：

在星型PLLA预聚体中滴加48g(0.32mol)甲基丙烯酸酐和0.6g(300ppm)的对羟基苯甲醚，在145℃下反应2小时形成可交联的星型PLLA预聚体，反应结束后降温到60℃，往反应釜中加入5L乙酸乙酯，使预聚体溶解，然后缓慢倒入正己烷和乙醇的混合液中，沉淀、干燥得到预聚体产物。

PLLA网与基体材料复合：

可交联的PLLA预聚体60℃真空干燥5小时，与光引发剂Irgacure2959一起加入转矩流变仪中，光引发剂添加比例为1.5wt％，以可交联预聚体重量计。加工参数：温度155℃，转子转速40r/min，时间10min；将混炼好的物料与编织好的PLLA网在平板硫化机上压制成片材，PLLA网的重量百分比为3％，以可交联聚合物和纤维网重量计，条件155℃，15MPa。

交联与加工成型：

将复合材料制成的片材，在200～400nm波段紫外灯下照射交联30min，形成具有三维网络的交联型材料。然后将片材加工成标准样条，进行力学性能测试。

拉伸强度：150MPa，弯曲强度：180MPa。

我们可以看出，实施例1～5制备的复合材料，在保持较低的基材聚合物分子量的同时，复合材料的力学性能如拉伸强度、弯曲强度有较高的提升。

综上，本发明提供的医用复合材料以交联型的可降解高分子材料为基体材料，采用可降解的纤维进行增强。与传统的纤维增强聚合物材料相比，本发明的特征是以交联型聚合物为基体材料，其具有三维网络结构，聚合物的单体组分和比例可调，使得材料具有较高的机械强度，可调控的降解速率，优异的尺寸稳定性，解决了线形聚合物基体材料强度不足，强度保留时间短，易断裂，易磨损，力学性能不稳定的缺点。本发明的优势还在于采用的交联型基体材料，其聚合物分子量远低于线形聚合物，具有加工成型容易，降解可控的优点。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (21)

1.一种医用复合材料，包括基体材料和可降解纤维材料，其特征在于，所述基体材料为三维网状结构的交联型可降解聚合物材料；

所述可降解聚合物材料为左旋聚乳酸、消旋聚乳酸、聚羟基乙酸、聚ε-己内酯、聚三亚甲基碳酸酯、聚对二氧环己酮、聚氨基酸衍生碳酸酯、聚水杨酸和聚原酸酯中的一种或多种；或为上述可降解高分子材料的单体聚合得到的共聚物；

所述可降解聚合物材料的分子量在5,000到120万之间，特性粘度在0.1到9.0dl/g之间；

所述可降解纤维材料为无机纤维和聚合物纤维中的一种或两种的组合；

所述无机纤维为可降解玻璃纤维或羟基磷灰石纤维；所述聚合物纤维为甲壳质纤维、壳聚糖纤维、粘胶纤维、聚乳酸纤维、聚羟基丁酸纤维、聚羟基乙酸纤维、聚己内酯纤维、聚氨酯类纤维、聚酰胺类纤维或聚乙烯醇纤维。

2.一种权利要求1所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将单体、引发剂和催化剂合成带有两个或两个以上手臂的生物可降解聚合物预聚体；

(2)在所述聚合物预聚体末端基引入可交联基团，形成可交联的聚合物预聚体；

(3)对可降解纤维材料和所述可交联的聚合物预聚体进行复合，得到纤维材料复合的可交联预聚体材料；

(4)对所述纤维材料复合的可交联预聚体材料进行交联处理，得到基体材料具有三维网状结构的医用复合材料。

3.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，所述单体为乙交酯、左旋丙交酯、混旋丙交酯、ε-己内酯、对二氧环己酮、羟基乙酸、水杨酸、碳酸酯和氨基酸及其衍生物中的一种或多种。

4.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂含有2-4个羟基。

5.如权利要求4所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，所述引发剂为乙二醇、1,4-丁二醇、癸二醇、三丙二醇、三乙二醇、分子量为100～10,000的聚乙二醇、分子量为100～10,000的聚四氢呋喃二醇、分子量为100～10,000的聚己内酯二醇、聚己内酯三醇、三羟基聚氧化丙烯醚、1,2,3-庚三醇、1,2,6-己三醇、三羟甲基丙烷、3-甲基-1,3,5-戊三醇、季戊四醇、1,2,7,8-辛烷四醇或丙氧化季戊四醇。

6.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)得到的带有两个或两个以上手臂的生物可降解聚合物预聚体的数均分子量在5,000到10万之间。

7.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述可交联基团为含有不饱和双键的基团。

8.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述可交联基团通过不饱和脂肪酸及其衍生物或香豆素及其衍生物引入。

9.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述可降解纤维材料和所述可交联的聚合物预聚体通过熔融共混或溶液共混的方式复合。

10.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的复合为纤维与可交联的聚合物预聚体的直接复合，或者是纤维束先按预定形式排列、编织成网、纺织成布或纤维原料电纺成膜后与所述可交联的聚合物预聚体复合。

11.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述可降解纤维材料重量百分比为1～60％，以可交联的聚合物预聚体和可降解纤维材料的总重量计。

12.如权利要求11所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述可降解纤维材料的重量百分比为1％～40％。

13.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，对纤维复合的可交联预聚体材料进行交联处理并进行加工成型，所述交联处理发生在加工成型之后，或者加工成型过程中。

14.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述纤维材料复合的可交联预聚体材料通过光交联或者辐射交联，形成交联聚合物。

15.如权利要求14所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的光交联为紫外交联，所述的辐射交联为电子束交联或伽马射线交联。

16.如权利要求2所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，交联处理前，在所述纤维复合的可交联预聚体材料中加入重量百分比为1.0～5.0％的三烯丙基异氰脲酸酯或者三甲代烯丙基异氰脲酸酯。

17.如权利要求13所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述加工成型的方法为注塑成型、注塑-激光切割成型、热压成型、热压-激光切割成型、挤出成型或挤出-激光切割成型。

18.一种权利要求1所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)将单体、引发剂和催化剂合成带有两个或两个以上手臂的生物可降解聚合物预聚体；(b)对可降解纤维材料与所述生物可降解聚合物预聚体复合，得到纤维复合的可降解预聚体材料；(c)所述纤维复合的可降解预聚体材料中加入交联剂，进行交联处理，得到基体材料具有三维网状结构的医用复合材料。

19.如权利要求18所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(c)中，所述交联剂具有两个以上手臂，且所述交联剂的至少两个末端基团为活性基团。

20.如权利要求19所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，所述活性基团为异氰酸基团或环氧基团。

21.如权利要求18所述的医用复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(c)交联处理包括：将所述步骤(b)制备得到的混合物中加入催化剂以及交联剂，在保护气体条件下，120～165℃反应20分钟～3小时，冰浴冷却终止反应，用纯化水洗涤、沉淀、过滤和真空干燥。