KR20190058327A - Polyarylketone composites with high strength for medical application and implants comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a medical high strength resin composite, in which a graphene compound containing a hydroxyl group or an organic acid group is contained in a polyarylketone resin. The medical high strength resin composite has excellent rigidity suitable for use in an implant, thereby being able to be usefully used in various forms of products such as a block, a pin, a screw, a cage, a rod and the like, which are widely used in medical fields such as orthopedics, plastic surgery, dentistry, maxillofacial surgery and the like.

Description

의료용 폴리아릴케톤계 고강도 수지복합체 및 이를 포함하는 임플란트{Polyarylketone composites with high strength for medical application and implants comprising the same} TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a medical polyarylketone-based high-strength resin composite and an implant including the same,

본 발명은 의료용 폴리아릴케톤계 고강도 수지복합체 및 이를 포함하는 임플란트에 관한 것으로, 상세하게는 임플란트 용도에 적합한 탁월한 강도를 가지며 성형가공성 및 생체적합성이 우수한 폴리아릴케톤계 수지복합체 및 이로부터 제조된 의료 조직 고정용 부품, 유합보형재 등의 임플란트에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a medical polyarylketone-based high-strength resin composite and an implant including the same, and more particularly to a polyarylketone resin composite having excellent strength suitable for use in an implant and excellent in molding processability and biocompatibility, A tissue fixing component, a fusion splinting member, and the like.

종래부터 정형외과, 성형외과, 치과, 악안면외과 등 의학 분야에서는 블록, 핀, 스크류, 플레이트, 케이지, 로드 등 여러 형태의 치료를 목적으로 한 조직 고정용 부품, 유합 보형재 등의 임플란트가 사용되고 있다. 이들 임플란트는 주로 금속으로 이루어져 있는데 강성이 우수하고 성형가공성이 높기 때문이다. 그러나 금속 임플란트의 경우 낮은 생체적합성, 응력차폐현상, 이미지 왜곡, 임플란트 이동 등 큰 단점이 있어왔다. BACKGROUND ART Conventionally, in medical fields such as orthopedics, plastic surgery, dentistry, and maxillofacial surgery, there have been used implants such as tissue fixing parts and fusion splinting materials for various types of treatment such as blocks, pins, screws, plates, cages and rods . These implants are mainly made of metal because they have excellent rigidity and high shapability. However, metal implants have been suffering from major disadvantages such as low biocompatibility, stress shielding, image distortion, and implant movement.

최근에는 인체 삽입 시 골조직 형성을 가속시키고, 영률을 낮춰 응력 차폐 현상을 방지한 다공질의 금속 임플란트도 개발되었으나 이는 강성이 낮고 외부 충격에 매우 취약한 단점이 있다. Recently, a porous metal implant has been developed which accelerates the formation of bone tissue during implantation and reduces the Young's modulus to prevent stress shielding. However, it has a low stiffness and is very vulnerable to external impact.

상기 금속 임플란트의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것이 세라믹 임플란트다. 그러나 이들 세라믹 임플란트는 생체적합성 측면에서는 금속 임플란트에 비해 우수하나 외부 충격에 쉽게 파손되며, 성형가공성이 매우 나쁜 단점이 있다. Ceramic implants have been developed to solve the problems of the metal implant. However, these ceramic implants are superior to metal implants in terms of biocompatibility, but they are easily broken by external impact and have a disadvantage in that they are very poor in molding processability.

이런 금속 및 세라믹 임플란트의 단점을 개선한 것으로 생체적합성 및 성형가공성이 우수한 폴리에테르에테르케톤 등 폴리아릴케톤계 수지로 된 임플란트가 각광을 받고 있으며 시장이 급성장중에 있다. 그러나 이러한 폴리아릴계톤계 수지는 종래 소재 대비 강도가 부족한 단점이 있어 이를 개선하고자 많은 노력이 경주되었는데 가령 탄소섬유를 극히 과량 첨가하여 보강한 수지복합체가 개발되었으나 압출 또는 사출 성형가공성이 매우 열악한 약점이 있었다. Implants made of polyaryl ketone resin, such as polyether ether ketone, which has improved biocompatibility and molding processability, have been spotlighted by improving the disadvantages of metal and ceramic implants and the market is growing rapidly. However, such a polyarylate-based resin has drawbacks in that it lacks strength compared to conventional materials. Therefore, a lot of efforts have been made to improve it. For example, a resin composite reinforced by adding an excess amount of carbon fiber has been developed, but the extrusion or injection molding processability is very poor there was.

이에 성형가공성이 탁월하면서 동시에 강도를 획기적으로 올릴 수 있는 새로운 개선방안으로서 폴리아릴케톤계 수지에 극소량의 그래핀을 첨가한 수지복합체가 제시되었으나 폴리아릴케톤계 수지에 대한 그래핀의 상용성이 매우 부족하여 원하는 수준의 고강도의 수지복합체를 얻을 수 없었다. 결국 성형가공성이 탁월하면서 동시에 강도를 획기적으로 올릴 수 있는 새로운 생체적합성이 우수한 수지복합체 및 이로부터 제조되는 임플란트의 출현이 시급하고도 간절한 실정이다. As a new improvement method capable of remarkably increasing the strength at the same time as the molding processability is excellent, a resin composite in which a very small amount of graphene is added to a polyarylketone resin has been proposed, but the compatibility of graphene to a polyarylketone resin is very high The resin composite of the desired level of high strength could not be obtained. As a result, a resin composite excellent in molding processability and excellent in biocompatibility capable of dramatically increasing the strength at the same time, and an implant made therefrom are urgently needed.

본 발명은 이와 같은 기존 기술의 한계를 극복하고, 고강도가 발현될 수 있는 수지복합체 및 이를 포함하는 상기 의료용 성형품 또는 생체이식용 임플란트를 제공하고자 한다. The present invention is to overcome the limitations of the prior art and to provide a resin composite capable of exhibiting high strength and the medical molded article or the bioactive implant containing the same.

본 발명의 일 측면은 폴리아릴케톤계 수지에 수산기 또는 유기산기 함유 그래핀 화합물이 포함된 것인 의료용 고강도 수지복합체에 관한 것이다. One aspect of the present invention relates to a high strength resin composite for medical use in which a polyaryl ketone resin contains a graphene compound containing a hydroxyl group or an organic acid group.

본 발명의 다른 측면은 의료용 고강도 수지복합체를 압출 또는 사출에 의해 얻어지는 의료용 성형품에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a medical molded article obtained by extrusion or injection of a medical high-strength resin composite.

본 발명의 여러 구현예에 따르면, 폴리아릴케톤계 케톤기와 그래핀 화합물에 함유된 수산기 또는 유기산기간의 수소결합에 의해 고강도가 발현될 수 있다. According to various embodiments of the present invention, high strength can be expressed by the hydrogen bonding of the polyarylketone-based ketone group and the hydroxyl or organic acid period contained in the graphene compound.

이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다. Hereinafter, various aspects and various embodiments of the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 측면은 폴리아릴케톤계 수지에 수산기 또는 유기산기 함유 그래핀 화합물이 포함된 것인 의료용 고강도 수지복합체에 관한 것이다. One aspect of the present invention relates to a high strength resin composite for medical use in which a polyaryl ketone resin contains a graphene compound containing a hydroxyl group or an organic acid group.

일 구현예에 따르면, 상기 폴리아릴케톤계 수지는 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르에테르에테르케톤, 폴리에테르에테르에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤 및 폴리에테르케톤에테르케톤케톤으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이다. According to one embodiment, the polyaryl ketone resin is selected from the group consisting of polyether ketone, polyetheretherketone, polyetheretheretherketone, polyetheretheretheretherketone, polyetherketoneketone, polyetheretherketoneketone, polyetherketoneether Ketone, and polyether ketone ether ketone ketone.

다른 구현예에 따르면, 상기 폴리아릴케톤계 수지는 폴리에테르에테르케톤이다. According to another embodiment, the polyarylketone resin is a polyether ether ketone.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 유기산기는 카르복실산기, 술폰산기 및 인산기로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이다. According to another embodiment, the organic acid group is any one or two or more selected from the group consisting of a carboxylic acid group, a sulfonic acid group and a phosphoric acid group.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 그래핀 화합물은 그래핀, 그래핀 옥사이드 및 환원 그래핀 옥사이드로 된 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이다. According to another embodiment, the graphene compound is at least one selected from the group consisting of graphene, graphene oxide and reduced graphene oxide.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 폴리아릴케톤계 수지 100 중량부에 대해 수산기 또는 카르복실산기 함유 그래핀 화합물이 0.01 내지 5 중량부이 포함된다. According to another embodiment, 0.01 to 5 parts by weight of a graphene compound containing a hydroxyl group or a carboxylic acid group is contained in 100 parts by weight of the polyaryl ketone resin.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 고강도 의료용 수지복합체에 칼슘-인 화합물 또는 칼슘-알루미네이트 화합물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이다. According to another embodiment, the high-strength medical resin composite is one or more selected from a calcium-phosphorus compound or a calcium-aluminate compound.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 고강도 의료용 수지복합체 100 중량부에 대해 칼슘-인 화합물 또는 칼슘-알루미네이트 화합물에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 칼슘화합물 입자가 5 내지 100 중량부 더 포함된다. According to another embodiment, 5 to 100 parts by weight of any one or two or more calcium compound particles selected from a calcium-phosphorus compound or a calcium-aluminate compound is further included in 100 parts by weight of the high-strength medical resin composite.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 칼슘화합물이 하이드록시아파타이트, 트리칼슘포스페이트, 칼슘메타포스페이트, 칼슘포스페이트, α-트리칼슘포스페이트, β-트리칼슘포스페이트, 비정질 칼슘포스페이트, 옥타칼슘포스페이트, 무수 디칼슘포스페이트, 디칼슘포스페이트 2수화물, 무수 모노칼슘포스페이트, 모노칼슘포스페이트 모노수화물 및 칼슘설페이트로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상이다. According to another embodiment, the calcium compound is selected from the group consisting of hydroxyapatite, tricalcium phosphate, calcium metaphosphate, calcium phosphate,? -Tricalcium phosphate,? -Tricalcium phosphate, amorphous calcium phosphate, octacalcium phosphate, anhydrous dicalcium phosphate , Dicalcium phosphate dihydrate, anhydrous monocalcium phosphate, monocalcium phosphate monohydrate, and calcium sulfate.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 칼슘화합물이 하이드록시아파타이트, 트리칼슘포스페이트 또는 이들의 혼합물이다. According to another embodiment, the calcium compound is hydroxyapatite, tricalcium phosphate or a mixture thereof.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 칼슘 화합물은 평균입경이 0.01 내지 100㎛이다. According to another embodiment, the calcium compound has an average particle diameter of 0.01 to 100 탆.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 의료용 고강도 수지복합체에 탄소섬유 또는 산화 탄소섬유가 더 포함된다. According to another embodiment, the medical high-strength resin composite further includes carbon fibers or carbon oxide fibers.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 의료용 고강도 수지복합체 100 중량부에 대해 탄소섬유 또는 산화 탄소섬유가 1 내지 80 중량부 더 포함된다. According to another embodiment, 1 to 80 parts by weight of carbon fiber or oxidized carbon fiber is further added to 100 parts by weight of the medical high strength resin composite.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 탄소섬유 또는 산화 탄소섬유는 직경 1 내지 50㎛, 길이 5 내지 300㎛이다. According to another embodiment, the carbon fiber or the carbon oxide fiber has a diameter of 1 to 50 mu m and a length of 5 to 300 mu m.

본 발명의 다른 측면은 의료용 고강도 수지복합체를 압출 또는 사출에 의해 얻어지는 의료용 성형품에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a medical molded article obtained by extrusion or injection of a medical high-strength resin composite.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 의료용 성형품을 포함하는 생체이식용 임플란트에 관한 것이다.
Another aspect of the present invention relates to a bio-implantable implant comprising the medical molded article.

이하에서는 본 발명의 더욱 바람직한 여러 측면과 여러 구현예에 대해서 서술한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

본 발명의 바람직한 일 측면은 폴리아릴케톤계 수지, 탄소 필러, 세라믹 물질을 포함하는 의료용 고강도 수지복합체에 관한 것이다. A preferred aspect of the present invention relates to a high strength resin composite for medical use comprising a polyaryl ketone resin, a carbon filler, and a ceramic material.

더욱 바람직하게는, 상기 폴리아릴케톤계 수지는 폴리에테르에테르케톤이다. More preferably, the polyaryl ketone resin is a polyether ether ketone.

일 구현예에 따르면, 상기 탄소 필러는 그래핀 화합물, 탄소 섬유(CF), 탄소 나노튜브(CNT), 그래핀 나노플레이트(GnP) 중에서 선택된 1종 이상이다. According to one embodiment, the carbon filler is at least one selected from the group consisting of a graphene compound, a carbon fiber (CF), a carbon nanotube (CNT), and a graphene nanoplate (GnP).

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 탄소 필러는 그래핀 화합물과 탄소 섬유의 혼합물이다. According to another preferred embodiment, the carbon filler is a mixture of a graphene compound and carbon fibers.

더욱 바람직하게는, 상기 그래핀 화합물은 표면 말단기의 적어도 일부가 아민기(-NH2)로 개질된 그래핀 옥사이드이다.More preferably, the graphene compound is graphene oxide in which at least a part of the surface terminal group is modified with an amine group (-NH 2 ).

더더욱 바람직하게는, 상기 아민기 개질은 실란계 커플링제, 좀 더 바람직하게는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란의 처리에 의해 이루어진다. Even more preferably, the amine group modification is effected by treatment of a silane-based coupling agent, more preferably (3-aminopropyl) triethoxysilane.

다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 탄소 섬유는 표면 말단에 수산화기(-OH)와 카르복실산기(-COOH)가 도입되어 있다. According to another preferred embodiment, the carbon fiber has a hydroxyl group (-OH) and a carboxylic acid group (-COOH) introduced at the surface end.

이때, 수산화기 및 카르복실산 도입은 질산 처리에 의해 이루어진다. At this time, introduction of a hydroxyl group and a carboxylic acid is carried out by nitric acid treatment.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 탄소 섬유는 표면 말단에 카르복실산기(-COOH)만 도입될 수 있다. According to another preferred embodiment, only the carboxylic acid group (-COOH) may be introduced at the surface of the carbon fiber.

더욱 바람직하게는, 상기 카르복실산기 도입은 황산과 질산 처리에 의해 이루어진다. More preferably, the carboxylic acid group introduction is carried out by treatment with sulfuric acid and nitric acid.

또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 칼슘 화합물은 표면 수산화기(-OH)의 대부분이 카르복실산기(-COOH)로 개질된 하이드록시아파타이트이다. 본 발명에서 칼슘 화합물은 생체 내에서 뼈와 직접 결합하는 생체활성 물질로 사용되는데, 하이드록시아파타이트를 제외한 트리칼슘 포스페이트(TCP) 등의 칼슘 화합물은 특히 폴리에테르에테르케톤 수지와 복합화를 이루었을 때, 세포 증식(cell proliferation)을 방해하여 폴리에테르에테르케톤 수지의 생체 활성을 오히려 떨어뜨림을 확인하였다. 특히, 하이드록시아파타이트는 폴리에테르에테르케톤 수지와 친화력이 약하고 스스로 응집하려는 경향이 강한 물질이어서, 표면 개질을 통해 폴리에테르에테르케톤 매트릭스와 친화력을 높일 수 있고 복합체 내에서 칼슘 화합물의 분산도를 향상시킬 수 있다. 다만, 아민기로 개질하는 경우 생체 내에서 양전하(NH4+)를 띠게 되어, 음전하인 세포들을 응집시켜 생체 활성에 오히려 악영향을 미칠 수 있는 반면, 특히 음전하를 띄는 카르복실산기로 개질하는 경우 이러한 문제가 발생하지 않음을 확인하였다. According to another preferred embodiment, the calcium compound is hydroxyapatite in which most of the surface hydroxyl groups (-OH) are modified with carboxylic acid groups (-COOH). In the present invention, a calcium compound is used as a bioactive substance that binds directly to bone in vivo. When calcium compounds such as tricalcium phosphate (TCP) other than hydroxyapatite are complexed with a polyether ether ketone resin, It was confirmed that the bioactivity of the polyether ether ketone resin was lowered by interfering with cell proliferation. Particularly, hydroxyapatite has a weak affinity with polyetheretherketone resin and tends to coagulate itself. Therefore, it is possible to improve the affinity with the polyetheretherketone matrix through surface modification and improve the dispersibility of the calcium compound in the composite . However, when it is modified with an amine group, it poses a positive charge (NH4 +) in vivo, which may adversely affect the bioactivity by aggregating negative charge cells. On the other hand, in the case of modifying into a carboxylic acid group having a negative charge, Respectively.

더욱 바람직하게는, 상기 카르복실산 개질은 (i) 실란계 커플링제와 (ii) 산(acid) 또는 산 무수물(acid anhydride)의 순차적 처리에 의해 이루어지진다. More preferably, the carboxylic acid modification is accomplished by sequential treatment of (i) a silane-based coupling agent and (ii) an acid or acid anhydride.

더더욱 바람직하게는, 상기 실란계 커플링제는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란이고, 상기 산 무수물은 숙신산 무수물이다. Even more preferably, the silane-based coupling agent is (3-aminopropyl) triethoxysilane and the acid anhydride is succinic anhydride.

가장 바람직한 구현예에 따르면, ① 상기 폴리아릴케톤계 수지는 폴리에테르에테르케톤이고, ② 상기 탄소 필러는 그래핀 화합물과 탄소 섬유의 혼합물 중에서 선택된 1종 이상이며, ③ 상기 그래핀 화합물은 표면 말단기의 적어도 일부가 아민기(-NH2)로 개질된 그래핀 옥사이드이고, ④ 상기 탄소 섬유는 표면 말단에 카르복실산기(-COOH)만 혹은 수산화기 및 카르복실산기가 함께 도입되어 있으며, ⑤ 상기 세라믹 물질은 표면 수산화기(-OH)의 적어도 일부가 카르복실산기(-COOH)로 개질된 하이드록시아파타이트이며, ⑥ 상기 폴리에테르에테르케톤 100 중량부를 기준으로, 상기 개질된 그래핀 옥사이드 0.4 내지 0.6 중량부, 상기 개질된 탄소 섬유 25 내지 35 중량부, 상기 개질된 하이드록시아파타이트 8 내지 10 중량부가 포함된다. 이때, ⑦ 상기 그래핀 옥사이드의 아민기 개질은 (3-아미노프로필)트리에톡시실란의 처리에 의해 이루어질 수 있고, ⑧ 상기 탄소 섬유의 카르복실산 도입은 1 내지 2 시간 동안의 질산 혹은 황산 처리에 의해 이루어질 수 있으며, ⑨ 상기 하이드록시아파타이트의 카르복실산 개질은 (i) (3-아미노프로필)트리에톡시실란과 (ii) 숙신산 무수물의 순차적 처리에 의해 이루어질 수 있다.According to a most preferred embodiment, the polyaryl ketone resin is a polyether ether ketone, the carbon filler is at least one selected from a mixture of a graphene compound and a carbon fiber, and the graphene compound has a surface terminal group Wherein at least a part of the carbon fibers are graphene oxide modified with an amine group (-NH 2 ), (4) the carbon fiber has only a carboxylic acid group (-COOH) or a hydroxyl group and a carboxylic acid group introduced at the surface end, The material is a hydroxyapatite in which at least a part of the surface hydroxyl group (-OH) is modified with a carboxylic acid group (-COOH), and (6) 0.4 to 0.6 part by weight of the modified graphene oxide based on 100 parts by weight of the polyetheretherketone 25 to 35 parts by weight of the modified carbon fiber, and 8 to 10 parts by weight of the modified hydroxyapatite. (7) Amine group modification of the graphene oxide can be carried out by treatment of (3-aminopropyl) triethoxysilane. (8) Carboxylic acid introduction of the carbon fiber is carried out by nitric acid or sulfuric acid treatment for 1 to 2 hours (I) the carboxylic acid modification of the hydroxyapatite can be carried out by sequential treatment of (i) (3-aminopropyl) triethoxysilane and (ii) succinic anhydride.

위 ① 내지 ⑥의 조건을 모두 충족하는 경우에, 폴리에테르에테르케톤의 카르보닐기와 첨가제의 표면 작용기 사이에 상호작용이 증가하여 계면접착력이 극대화함으로써, 복합체의 압축강도와 굴곡강도 및 생체활성을 동시에 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 복합체의 취성 파괴(brittle failure) 현상도 크게 줄일 수 있는 효과를 보인 반면, 위 ① 내지 ⑥의 조건 중 어느 하나라도 충족되지 않는 경우에는, 복합체의 압축강도와 굴곡강도 및 생체활성 중 일부만을 향상시킬 뿐 이들 물성을 모두 동시에 향상시키지는 못할 뿐 아니라, 복합체의 취성도 증가하는 것을 확인하였다. When both of the above conditions (1) to (6) are satisfied, the interaction between the carbonyl group of the polyetheretherketone and the surface functional group of the additive is increased to maximize the interfacial adhesion, thereby improving the compressive strength, flexural strength and bioactivity And the brittle failure phenomenon of the composite is greatly reduced. On the other hand, when any one of the conditions (1) to (6) is not satisfied, the compressive strength and flexural strength of the composite, It was found that not only these properties but also the brittleness of the composite were increased.

여기에 더하여, ⑦ 및 ⑨의 조건까지 충족되는 경우, 위에서 언급한 물성들과 더불어 제품화를 위한 복합체의 가공 적합성도 함께 향상됨을 확인하였다. In addition to this, it has been confirmed that when the conditions of ⑦ and ⑨ are satisfied, the compatibility of the composite for commercialization is improved along with the properties mentioned above.

본 발명의 바람직한 다른 측면은 본 발명의 바람직한 상기 의료용 고강도 수지복합체를 압출 또는 사출에 의해 얻어지는 의료용 성형품에 관한 것이다. Another preferred aspect of the present invention relates to a medical molded article obtained by extrusion or injection of the medical high-strength resin composite according to the present invention.

본 발명의 바람직한 또 다른 측면은 본 발명의 바람직한 상기 의료용 성형품을 포함하는 생체이식용 임플란트에 관한 것이다.
Another preferred aspect of the present invention relates to a bioactive implant comprising the preferred medical molded article of the present invention.

이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the scope and content of the present invention can not be construed to be limited or limited by the following Examples. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. It is natural that it belongs to the claims.

또한 이하에서 제시되는 실험 결과는 상기 실시예 및 비교예의 대표적인 실험 결과만을 기재한 것이며, 아래에서 명시적으로 제시하지 않은 본 발명의 여러 구현예의 각각의 효과는 해당 부분에서 구체적으로 기재하도록 한다. In addition, the experimental results presented below only show representative experimental results of the embodiments and the comparative examples, and the respective effects of various embodiments of the present invention which are not explicitly described below will be specifically described in the corresponding part.

실시예Example

평가방법Assessment Methods

하기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 수지복합체 시료의 굴곡강도, 압축강도, 생체적합성 및 성형가공성을 다음과 같이 평가하였다. Flexural strength, compressive strength, biocompatibility and molding processability of the resin composite samples prepared according to the following examples and comparative examples were evaluated as follows.

1. 굴곡강도 1. Flexural strength

길이 80 mm, 폭 10 mm, 두께 4 mm 규격의 직육면체 막대 형태의 시편을 사용하여 ISO 178에 의거하여 굴곡강도(MPa)를 구하였다. Flexural strength (MPa) was determined according to ISO 178 using rectangular parallelepiped bar specimens of 80 mm length, 10 mm width and 4 mm thickness.

2. 압축강도 2. Compressive strength

길이 10 mm, 폭 10 mm, 두께 4 mm 규격의 직육면체 형태의 시편을 사용하여 ISO 604에 의거하여 압축강도(MPa)을 구하였다. The compressive strength (MPa) was determined according to ISO 604 using a rectangular parallelepiped specimen of 10 mm in length, 10 mm in width and 4 mm in thickness.

3. 생체적합성 3. Biocompatibility

ISO 10993에 의거 생체적합성을 평가하였다(적합 또는 부적합). Biocompatibility was assessed according to ISO 10993 (conformity or nonconformance).

4. 성형가공성 4. Moldability

2.3 톤의 사출기(바우테크사, Mini-molder)에서 수지복합체 시료를 사용하여 직육면체 형태의 시편을 사출 성형 제작함에 있어 그 성형가공성을 4단계로 평가하였다(◎ 우수, ?? 양호, △ 보통, X 불량).The molding processability of the rectangular parallelepiped specimen was evaluated in four steps using a resin composite sample in a 2.3-ton injection machine (Bautec, Mini-molder) (⊚ Excellent, Good △ Good, X defective).

실시예 1Example 1

먼저 폴리아릴케톤계 수지로 분말상 폴리에테르에테르케톤 수지(Victrex사 450PF, PEEK)를 준비하였다. 또한 수산기 함유 그래핀 화합물로 PROMICO사 탄소 함량 50 내지 55 중량%, 두께 5 nm 이하의 Grade GE-3550(G(-OH))을 준비하였다. First, a powdery polyether ether ketone resin (Victrex Corp. 450PF, PEEK) was prepared as a polyarylketone resin. Further, Grade GE-3550 (G (-OH)) having a carbon content of 50 to 55% by weight and a thickness of 5 nm or less was obtained from PROMICO Corp. as a graft compound containing a hydroxyl group.

PEEK 100 중량부 및 G(-OH) 0.3 중량부와의 혼합물을 사출하여 직육면체 형태의 시편을 제조하였고 이에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 100 parts by weight of PEEK and 0.3 parts by weight of G (-OH) were injected to prepare rectangular parallelepiped-shaped specimens. The flexural strength, compressive strength and biocompatibility of the specimens were evaluated, and the results are shown in Table 1.

실시예 2Example 2

PEEK 100 중량부 및 G(-OH) 0.5 중량부와의 혼합물을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였고 얻어진 시편에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. Except that a mixture of 100 parts by weight of PEEK and 0.5 part by weight of G (-OH) was used. The flexural strength, compressive strength and biocompatibility of the obtained specimens were evaluated, Respectively.

실시예 3Example 3

PEEK 100 중량부 및 G(-OH) 1.0 중량부와의 혼합물을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였고 얻어진 시편에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. 100 parts by weight of PEEK and 1.0 part by weight of G (-OH) were used in the same manner as in Example 1. The flexural strength, compressive strength and biocompatibility of the obtained specimens were evaluated, Respectively.

실시예 4Example 4

카르복실산기 함유 그래핀 화합물로 PROMICO사 탄소 함량 45 내지 50 중량%, 두께 5 nm 이하의 Grade GO-4401(G(-COOH))을 준비하였다. PEEK 100 중량부 및 G(-COOH) 0.5 중량부와의 혼합물을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였고 얻어진 시편에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. Grade GO-4401 (G (-COOH)) having a carbon content of 45 to 50% by weight and a thickness of 5 nm or less was prepared from PROMICO SA as a carboxylic acid group-containing graphene compound. Except that a mixture of 100 parts by weight of PEEK and 0.5 part by weight of G (-COOH) was used. The flexural strength, compressive strength and biocompatibility of the obtained specimens were evaluated, Respectively.

실시예 5Example 5

칼슘화합물 입자로서 평균입경 80 μm의 하이드록시아파타이트(HAIHANG Industry사, HAP04) 입자를 준비하였다. PEEK 100 중량부, G(-OH) 0.5 중량부 및 HAP 20 중량부와의 혼합물을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였고 얻어진 시편에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. Hydroxyapatite (HAIHANG Industry Co., HAP04) particles having an average particle diameter of 80 mu m were prepared as calcium compound particles. Except that a mixture of 100 parts by weight of PEEK, 0.5 part by weight of G (-OH) and 20 parts by weight of HAP was used. The flexural strength, compressive strength and biocompatibility of the obtained specimens were evaluated, The results are shown in Table 1.

실시예 6Example 6

직경 7.2 μm, 길이 100 내지 200 μm의 탄소섬유(Zoltek사, Grade PX35, CF)를 준비하였다. PEEK 100 중량부, G(-OH) 1.0 중량부 및 CF 10 중량부와의 혼합물을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였고 얻어진 시편에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. A carbon fiber (Zoltek, Grade PX35, CF) having a diameter of 7.2 μm and a length of 100 to 200 μm was prepared. Except that a mixture of 100 parts by weight of PEEK, 1.0 part by weight of G (-OH) and 10 parts by weight of CF was used, and the flexural strength, compressive strength and biocompatibility of the obtained specimens were evaluated, The results are shown in Table 1.

실시예 7Example 7

PEEK 100 중량부, G(-OH) 1.0 중량부 및 CF 20 중량부와의 혼합물을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였고 얻어진 시편에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. Except that a mixture of 100 parts by weight of PEEK, 1.0 part by weight of G (-OH) and 20 parts by weight of CF was used. The flexural strength, compressive strength and biocompatibility of the obtained specimens were evaluated, The results are shown in Table 1.

실시예Example 8 8

환류장치에서 상기 CF 1 kg에 10 L HNO3를 사용하여 80℃, 90분간 산처리를 해 얻어진 것을 증류수로 중성이 될 때까지 수회 세척하고 건조함으로써 산화 탄소섬유(oxi-CF)를 얻었다. PEEK 100 중량부, G(-OH) 0.5 중량부 및 oxi-CF 30 중량부와의 혼합물을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였고 얻어진 시편에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. In the reflux apparatus, 1 kg of CF was subjected to an acid treatment at 80 DEG C for 90 minutes using 10 L HNO3, and the resultant was washed several times with distilled water until it became neutral and dried to obtain carbon oxide fibers (oxi-CF). Except that a mixture of 100 parts by weight of PEEK, 0.5 parts by weight of G (-OH) and 30 parts by weight of oxi-CF was used. Evaluation of bending strength, compressive strength and biocompatibility The results are shown in Table 1.

실시예 9Example 9

PEEK 100 중량부, G(-OH) 0.5 중량부, HAP 10 중량부 및 oxi-CF 30 중량부와의 혼합물을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였고 얻어진 시편에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. Except that a mixture of 100 parts by weight of PEEK, 0.5 part by weight of G (-OH), 10 parts by weight of HAP, and 30 parts by weight of oxi-CF was used and the flexural strength, compressive strength And biocompatibility were evaluated. The results are shown in Table 1.

비교예 1Comparative Example 1

PEEK 100 중량부만을 사용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하였고 얻어진 시편에 대한 굴곡강도, 압축강도 및 생체적합성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다. The flexural strength, compressive strength and biocompatibility of the obtained specimens were evaluated in the same manner as in Example 1 except that only 100 parts by weight of PEEK was used. The results are shown in Table 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

본 발명에 의한 실시예를 살펴보면 폴리아릴케톤계 수지에 수산기 또는 유기산기 함유 그래핀 화합물을 극소량만 첨가하여도 우수한 상용성에 의해 탁월한 고강도를 가짐과 동시에 생체적합성 및 성형가공성이 우수함을 알 수 있다. 또한 칼슘화합물 입자 또는 탄소섬유를 추가로 더 첨가하면 강도가 더욱 우수해지며 생체적합성도 우수함을 알 수 있다.  According to the embodiment of the present invention, even when only a very small amount of a graphene compound containing a hydroxyl group or an organic acid group is added to a polyaryl ketone resin, it has excellent strength due to excellent compatibility and excellent biocompatibility and molding processability. Further, it is understood that addition of further calcium compound particles or carbon fibers results in superior strength and excellent biocompatibility.

상기와 같이 본 발명에 의한 폴리아릴케톤계 수지에 수산기 또는 유기산기 함유 그래핀이 포함된 것인 의료용 고강도 수지복합체는 생체적합성 및 성형가공성이 우수하며 임플란트용에 적합한 탁월한 강성을 가지기 때문에 정형외과, 성형외과, 치과, 악안면외과 등 의료분야에서 폭넓게 사용되는 제품, 예를 들어 블록, 핀, 스크류, 플레이트, 케이지, 로드 등 여러 형태로 매우 유용하게 사용될 수 있다. As described above, the polyaryl ketone resin according to the present invention contains graphene containing a hydroxyl group or an organic acid group. The high strength resin composite for medical use has excellent biocompatibility and molding processability, and has excellent rigidity suitable for an implant, Such as a block, a pin, a screw, a plate, a cage, a rod, and the like, which are widely used in the medical field such as plastic surgery, dentistry, and maxillofacial surgery.

Claims (20)

폴리아릴케톤계 수지, 탄소 필러, 세라믹 물질을 포함하는 의료용 고강도 수지복합체. Polyaryl ketone resin, carbon filler, and ceramic material. 제1항에 있어서, 상기 폴리아릴케톤계 수지는 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르에테르에테르케톤, 폴리에테르에테르에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤케톤, 폴리에테르에테르케톤케톤, 폴리에테르케톤에테르케톤 및 폴리에테르케톤에테르케톤케톤으로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. The method according to claim 1, wherein the polyaryl ketone resin is selected from the group consisting of polyether ketone, polyetheretherketone, polyetheretheretherketone, polyetheretheretheretherketone, polyetherketoneketone, polyetheretherketoneketone, polyetherketoneether Ketone and polyether ketone ether ketone ketone. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI > 제1항에 있어서, 상기 폴리아릴케톤계 수지는 폴리에테르에테르케톤인것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. The medical high strength resin composite according to claim 1, wherein the polyaryl ketone resin is a polyether ether ketone. 제1항에 있어서, 상기 탄소 필러는 그래핀 화합물, 탄소 섬유(CF), 탄소 나노튜브(CNT), 그래핀 나노플레이트(GnP) 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. The medical high-strength resin composite according to claim 1, wherein the carbon filler is at least one selected from the group consisting of a graphene compound, a carbon fiber (CF), a carbon nanotube (CNT), and a graphene nanoplate (GnP). 제4항에 있어서, 상기 탄소 필러는 그래핀 화합물과 탄소 섬유의 혼합물 혹은 탄소 섬유만인 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. The medical high-strength resin composite according to claim 4, wherein the carbon filler is a mixture of a graphene compound and a carbon fiber or a carbon fiber. 제5항에 있어서, 상기 그래핀 화합물은 표면 말단기의 적어도 일부가 아민기(-NH2)로 개질된 그래핀 옥사이드인 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체.The medical high-strength resin composite according to claim 5, wherein the graphene compound is graphene oxide in which at least a part of the surface terminal group is modified with an amine group (-NH 2 ). 제6항에 있어서, 상기 아민기 개질은 실란계 커필링제 처리에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체.The method of claim 6, wherein the amine group is a modified medical high-strength resin composite, characterized in that is made by a silane-based platform keopil agent treatment. 제5항에 있어서, 실란계 커플링제는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란인 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. The medical high-strength resin composite according to claim 5, wherein the silane-based coupling agent is (3-aminopropyl) triethoxysilane. 제5항에 있어서, 상기 탄소 섬유는 표면 말단에 수산화기(-OH)와 카르복실산기(-COOH)가 동시에 혹은 카르복실산기만가 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. 6. The high strength resin composite for medical use according to claim 5, wherein the carbon fiber has a hydroxyl group (-OH) and a carboxylic acid group (-COOH) at the same or a carboxylic acid group. 제9항에 있어서, 상기 수산화기 및 카르복실산기 도입은 질산 및 황산 처리에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. The medical high-strength resin composite according to claim 9, wherein the hydroxyl group and carboxylic acid group introduction are carried out by treatment with nitric acid and sulfuric acid. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 물질은 칼슘-인 화합물 또는 칼슘-알루미네이트 화합물에서 선택되는 1종 이상의 칼슘 화합물인 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. The medical high-strength resin composite according to claim 1, wherein the ceramic material is at least one calcium compound selected from a calcium-phosphorus compound or a calcium-aluminate compound. 제11항에 있어서, 상기 칼슘 화합물은 하이드록시아파타이트, 트리칼슘포스페이트, 칼슘메타포스페이트, 칼슘포스페이트, α-트리칼슘포스페이트, β-트리칼슘포스페이트, 비정질 칼슘포스페이트, 옥타칼슘포스페이트, 무수 디칼슘포스페이트, 디칼슘포스페이트 2수화물, 무수 모노칼슘포스페이트, 모노칼슘포스페이트 모노수화물 및 칼슘설페이트로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. 12. The method of claim 11, wherein the calcium compound is selected from the group consisting of hydroxyapatite, tricalcium phosphate, calcium metaphosphate, calcium phosphate,? -Tricalcium phosphate,? -Tricalcium phosphate, amorphous calcium phosphate, octacalcium phosphate, anhydrous dicalcium phosphate, A mixture of at least one member selected from the group consisting of dicalcium phosphate dihydrate, anhydrous monocalcium phosphate, monocalcium phosphate monohydrate, and calcium sulfate. 제11항에 있어서, 상기 칼슘 화합물은하이드록시아파타이트 표면 수산화기(-OH)의 적어도 일부가 카르복실산기(-COOH)로 개질된 하이드록시아파타이트인 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. 12. The medical high-strength resin composite according to claim 11, wherein the calcium compound is hydroxyapatite in which at least a part of hydroxyapatite surface hydroxyl group (-OH) is modified with a carboxylic acid group (-COOH). 제11항에 있어서, 상기 카르복실산 개질은 (i) 실란계 커플링제와 (ii) 산(acid) 또는 산 무수물(acid anhydride)의 순차적 처리에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. The medical high strength resin composite according to claim 11, wherein the carboxylic acid modification is performed by sequential treatment of (i) a silane coupling agent and (ii) an acid or an acid anhydride. 제14항에 있어서, 상기 실란계 커플링제는 (3-아미노프로필)트리에톡시실란이고,
상기 산 무수물은 숙신산 무수물인 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체.
15. The method of claim 14, wherein the silane-based coupling agent is (3-aminopropyl) triethoxysilane,
Wherein said acid anhydride is succinic anhydride.
제1항에 있어서, 상기 폴리아릴케톤계 수지 100 중량부에 대해 수산기 또는 카르복실산기 함유 그래핀 화합물이 0.01 내지 5 중량부 포함된 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체. The medical high-strength resin composite according to claim 1, wherein 0.01 to 5 parts by weight of a graphene compound containing a hydroxyl group or a carboxylic acid group is contained in 100 parts by weight of the polyaryl ketone resin. 제1항에 있어서, 상기 폴리아릴케톤계 수지는 폴리에테르에테르케톤이고,
상기 탄소 필러는 탄소 섬유 혹은 그래핀 화합물과 탄소 섬유의 혼합물이며,
상기 그래핀 화합물은 표면 말단기의 적어도 일부가 아민기(-NH2)로 개질된 그래핀 옥사이드이고, 상기 탄소 섬유는 표면 말단에 수산화기(-OH)와 카르복실산기(-COOH) 함께 혹은 카르복실산기만 가 도입되어 있으며,
상기 세라믹 물질은 표면 수산화기(-OH)의 대부분이적어도 일부가 카르복실산기(-COOH)로 개질된 하이드록시아파타이트이며,
상기 폴리에테르에테르케톤 100 중량부를 기준으로, 상기 개질된 그래핀 옥사이드 0.4 내지 0.6 중량부, 상기 개질된 탄소 섬유 25 내지 35 중량부, 상기 개질된 하이드록시아파타이트 8 내지 10 중량부가 포함된 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체.
The method of claim 1, wherein the polyaryl ketone resin is a polyether ether ketone,
The carbon filler is a carbon fiber or a mixture of a graphene compound and a carbon fiber,
The graphene compound is graphene oxide in which at least a part of the surface terminal group is modified with an amine group (-NH 2 ), and the carbon fiber has a hydroxyl group (-OH) and a carboxylic acid group (-COOH) Only the phenyl radical is introduced,
The ceramic material is a hydroxyapatite in which at least a part of the surface hydroxyl group (-OH) is modified with a carboxylic acid group (-COOH)
0.4 to 0.6 parts by weight of the modified graphene oxide, 25 to 35 parts by weight of the modified carbon fiber, and 8 to 10 parts by weight of the modified hydroxyapatite, based on 100 parts by weight of the polyetheretherketone. High strength resin composite for medical use.
제17항에 있어서, 상기 그래핀 옥사이드의 아민기 개질은 (3-아미노프로필)트리에톡시실란의 처리에 의해 이루어지고,
상기 탄소 섬유의 수산화기와 카르복실산기 도입은 1 내지 2 시간 동안의 질산 처리에 의해 이루어지며,
상기 탄소 섬유의 카르복실산기 도입은 0.5 내지 2 시간 동안의 황산 처리에 의해 이루어지며,
상기 하이드록시아파타이트의 카르복실산기 개질은 (i) (3-아미노프로필)트리에톡시실란과 (ii) 숙신산 무수물의 순차적 처리에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 의료용 고강도 수지복합체.
18. The method of claim 17, wherein the amine group modification of the graphene oxide is accomplished by treatment of (3-aminopropyl) triethoxysilane,
The hydroxyl group and carboxylic acid group introduction of the carbon fiber are carried out by nitric acid treatment for 1 to 2 hours,
The carboxylic acid group introduction of the carbon fibers is carried out by sulfuric acid treatment for 0.5 to 2 hours,
Wherein the hydroxyapatite is modified by a sequential treatment of (i) (3-aminopropyl) triethoxysilane and (ii) succinic anhydride.
제1항 내지 제18항에 따른 의료용 고강도 수지복합체를 압출 또는 사출에 의해 얻어지는 의료용 성형품. A medical molded article obtained by extrusion or injection of the medical high-strength resin composite according to any one of claims 1 to 18. 제19항에 의한 의료용 성형품을 포함하는 생체이식용 임플란트. A biocompatible implant comprising a medical molded article according to claim 19.
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