CN1537892A - 纤维增强的聚乳酸材料和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合纤维增强的聚DL-乳酸材料及其用途,纤维增强的聚DL-乳酸材料包括:以重量百分比计:聚乳酸30%~99%、复合纤维1%~70%,其中,复合纤维包括有聚磷酸钙和羟基磷灰石、碳酸钙或氧化锆。本发明的纤维增强的聚DL-乳酸材料可以加工成各种骨科手术用的可吸收器件,如螺钉,内固定棒,板,即保持了聚乳酸的良好的生物相容性和可吸收性,其材料强度有显著的提高。
Description
技术领域
本发明涉及对聚DL-乳酸材料的改性,更具体的说,利用复合纤维增强聚DL-乳酸,使材料的机械强度增高;本发明还涉及复合纤维增强的聚DL-乳酸材料用于加工成各种骨科手术用的可吸收器件。
背景技术
聚乳酸材料具有良好的生物相容性,能被人体完全吸收,无毒、无副作用,目前,利用聚乳酸材料加工成骨科中用的板、螺钉、内固定棒等固定器件,逐渐代替金属器件,使患者无需二次手术,减轻患者的痛苦和负担。但是,这类材料的强度还不够高,仅能适用于非持重骨骨折患者,不能适用于人体持重骨要求。
纤维增强能明显地提高高分子材料的强度,已得到工业上广泛的应用,中国专利申请01107011.0公开了一种纤维增强的聚乳酸复合物,主要采用有机纤维或天然纤维如甲壳素纤维、明胶蛋白纤维、改性人发角蛋白纤维、改性纤维素或聚酰亚胺纤维来增强聚乳酸材料的强度,中国专利申请02113309.3报道了聚磷酸钙纤维/L-聚丙交酯复合材料,这些复合材料可以加工成各种骨科手术用的可吸收器件,材料强度有显著的提高;但在应用中,可吸收性,生物活性及骨的诱导再生,还有待进一步的改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合纤维增强聚DL-乳酸,即保持了聚DL-乳酸的良好的生物相容性和可吸收性,其材料强度、生物活性有显著的提高,能达到适用于人体持重骨要求。
本发明的还有一目的是利用复合纤维增强聚DL-乳酸材料加工成各种骨科手术用的可吸收器件。
本发明的纤维增强的聚乳酸材料包括:以重量百分比计,
聚DL-乳酸30%~99%,复合纤维1%~70%
其中,复合纤维包括有聚磷酸钙和羟基磷灰石、碳酸钙或氧化锆。
本发明的复合物的优选范围为:聚DL-乳酸75%~50%;复合纤维25%~50%。
复合纤维中主要以聚磷酸钙为主要成份,羟基磷灰石、碳酸钙或氧化锆占复合纤维的0~15%。
本发明中的聚DL-乳酸,分子量为3万~200万,Boehringer Ingelheim公司出售,也可自己合成,具体参见中国专利9411738.3。
本发明中的聚DL-乳酸也可以是DL-乳酸共聚物,如:DL-乳酸与聚醚乙二醇的共聚物,分子量为3万~60万,按中国专利9411738.3公开的方法合成。又如:DL-乳酸与L-乳酸按任意比例的共聚物。
本发明中采用的复合纤维,都与聚乳酸材料是相容,也可以将纤维表面经过化学处理而成,增加亲合性。
本发明复合纤维增强聚DL-乳酸的制备方法为:
1)将纯化后的聚DL-乳酸用有机溶剂溶解,浓度为1%~15%;
2)将复合纤维裁翦成2~600mm的长度;
3)室温下按比例将聚DL-乳酸溶液和无机纤维混合;
4)按常规方法,待溶剂挥发后,烘干,压制成型。
本发明复合纤维增强聚DL-乳酸的制备方法可以采用混炼机混炼,温度在聚乳酸的熔触温度以上,最好在155~210℃。
复合纤维的制备方法如同玻璃纤维工艺,将原材料按比例置于高温炉中熔融,最后在拉丝炉中拉丝成纤维。
利用纤维增强的聚乳酸材料,可以通过机械加工成各种骨科手术用的可吸收器件,如板、螺钉、内固定棒等。特别说明对于高强度板的加工时,先将纤维按一定方向平行排列,再将聚乳酸熔融后浇注,压制成板材。
有关纤维增强的聚乳酸材料性能测定如表1所示,并与普通聚乳酸对照。
拉伸强度测定:测试样品通过热压成型,样品形状为哑玲状,测试温度23℃,湿度60%,拉伸速率为2mm/min.
弯曲强度测定:测试样品通过热压成型,其长度>55mm,直径为4.5mm,测试温度23℃,湿度60%,加荷压头半径为5.0mm。
降解试验:样品置于pH=7~8的人工降解液中,温度35℃,实验表明:材料随时间不断降解,其强度下降。
结果表明,本发明的纤维增强聚乳酸材料与普通乳酸材料相比,其机械强度有显著的提高,扩展了材料的用途,有望用于管状皮质骨折内固定,如内固定钉板系统等。
本发明的复合物加工成骨折内固定器件,与人体组织具有良好的生物相容性,能被人体完全吸收,无毒、无副作用。临床结果表明:植入人体后,强度保持12~30周,18个月左右完全吸收。
复合纤维中含有与人骨成份相似的成份,具有骨传导作用,诱导骨再生,增加生物活性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,但是本发明不仅限于这些例子。
实施例1
将聚DL-乳酸用丙酮溶解,浓度为5%,与直径15μm,纤维长度为10mm复合纤维混合,复合纤维中聚磷酸钙85%,碳酸钙10%,羟基磷灰石5%,聚DL-乳酸与复合纤维的比例90∶10,室温下搅拌均匀成膜,待溶剂挥发24小时后,烘箱中真空抽提,压制成型。
实施例2
将聚DL-乳酸用丙酮溶解,浓度为5%,与直径10μm,纤维长度为20mm复合纤维混合,复合纤维中聚磷酸钙95%,羟基磷灰石5%,聚DL-乳酸与聚磷酸钙纤维的比例95∶5室温下搅拌均匀成膜,待溶剂挥发24小时后,烘箱中真空抽提,压制成型。
实施例3
将聚DL-乳酸用丙酮溶解,浓度为3%,与直径10μm,纤维长度为30m聚磷酸钙纤维混合,聚DL-乳酸与聚磷酸钙纤维的比例50∶50室温下搅拌均匀成膜,待溶剂挥发24小时后,烘箱中真空抽提,压制成型。
实施例4
将80%的聚DL-乳酸和20%复合纤维(聚磷酸钙85%,羟基磷灰石5%、碳酸钙8%,氧化锆2%)直径15μm,纤维长度为60m在混炼机上高剪切速率下混炼均匀,加工温度185℃,在平板硫化机上热压成型板材。
实施例5
将聚DL-乳酸用丙酮溶解,浓度为3%,与直径10μm,纤维长度为200m(聚磷酸钙96%,氧化锆4%)复合纤维混合,聚DL-乳酸与复合纤维的比例75∶25室温下搅拌均匀成膜,待溶剂挥发24小时后,烘箱中真空抽提,热压成型板材。
实施例6
将实施例1制得的纤维增强聚DL-乳酸材料,通过机械切削加工,成棒。
实施例7
将实施例2制得的纤维增强聚DL-乳酸材料,通过机械切削加工,成螺钉。
实施例8
将20%聚磷酸钙、碳酸钙复合纤维按一定方向呈束状排列,浇入熔融的80%聚DL-乳酸,压制成板。
表1纤维增强的聚乳酸材料力学性能
实施例1 | 实施例2 | 实施例4 | 实施例7 | 聚DL乳酸 | |
拉伸强度 | 79.8MPa | 73.4MPa | 58.6MPa | 62.1MPa | 40MPa |
弯曲强度 | 170.5MPa | 161.0MPa | 159.4MPa | 161.3MPa | 110MPa |
Claims (8)
1.一种纤维增强的聚DL-乳酸材料,包括:以重量百分比计,
聚DL-乳酸30%~99%,复合纤维1%~70%
其中,复合纤维包括有聚磷酸钙和羟基磷灰石、碳酸钙或氧化锆。
2.按照权利要求1所述的纤维增强的聚DL-乳酸材料,其特征在于,包括:
聚DL-乳酸75%~50%,复合纤维25%~50%。
3.按照权利要求1或2所述的纤维增强的聚DL-乳酸材料,其特征在于,所述的聚DL-乳酸的分子量为3~200万。
4.按照权利要求3纤维增强的聚DL-乳酸材料,其特征在于,所述的聚DL-乳酸可以是聚DL-乳酸共聚物。
5.按照权利要求1或2所述的聚DL-乳酸材料,其特征在于,其中所述的复合纤维主要为聚磷酸钙,羟基磷灰石、碳酸钙或氧化锆占复合纤维的0~15%。
6.按照权利要求5所述的聚DL-乳酸材料,其特征在于,其中所述的复合纤维主要为聚磷酸钙85%,羟基磷灰石5%,碳酸钙10%。
7.按照权利要求1或2所述的聚DL-乳酸材料,其特征在于,其中所述的复合纤维为聚磷酸钙95%,羟基磷灰石5%。
8.权利要求1~7中任何一项限定的聚DL-乳酸材料用于加工成各种骨科手术用的可吸收器件镙钉,内固定棒,板。
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