本發明屬于生物材料
技術領域：
，尤其涉及一種多孔生物玻璃陶瓷及其制備方法。
背景技術：
：生物玻璃是一種硅酸鹽類的異質骨移植材料，能與骨組織形成骨性鍵合，并促進新骨形成。當生物玻璃植入骨缺損部位，在生物玻璃與體液之間會發生迅速的離子交換反應，在生物玻璃表面形成含碳酸根的羥基磷灰石層，通過該類骨羥基磷灰石層使材料與骨形成牢固的化學鍵合。與生物惰性陶瓷相比，生物玻璃具有獨特的生物相容性、成骨作用和骨傳導作用，但是其機械強度低，脆性大，在一定程度上限制其應用領域。生物玻璃陶瓷復合材料是由生物陶瓷和生物玻璃所制備而成的復合材料，可以通過調節材料的組成和配比來獲得性能更優的生物材料，越來越受關注。常見的生物玻璃陶瓷復合材料多為由生物玻璃和羥基磷灰石所組成，本發明提供一種新型的多孔生物玻璃陶瓷，以期獲得更佳的應用性能。技術實現要素：本發明的目的是提供一種多孔生物玻璃陶瓷及其制備方法，以解決上述至少一種技術問題。本發明的技術方案來如下：一種多孔生物玻璃陶瓷，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃20-38份、聚磷酸鈣15-32份、硅化鉭2-6份、硅酸鍶1-4份、納米鈦酸鎂1-7份、多聚磷酸鈉3-8份、殼聚糖纖維2-5份、聚乙酰谷氨酸3-9份、桉油精1-2.4份、醋酸纖維素1-4份、造孔劑2-6份；所述生物活性玻璃由以下質量百分數的組分制備而成：CaO15-30%、P2O58-22%、Na2O2.8-10%、B2O32.1-5%、MgO0.8-3.4%、SrO1.6-4.7%、和PdO2.3-8%，余量為SiO2。上述技術方案中，所述生物活性玻璃的制備步驟為：按上述配比取料后混合均勻，投入60℃，20wt.%硝酸溶液，靜置5-10小時，烘干，先在600-850℃下煅燒2-4小時，然后在1280-1370℃下煅燒1-3小時，冷卻，粉碎并過200目篩，制成玻璃微粉。上述技術方案中，所述造孔劑為淀粉、聚乙二醇、聚乙烯醇、石蠟、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇縮丁醛和碳粉中的至少兩種。上述技術方案中，所述殼聚糖纖維為經過氫氧化鈉處理的改性殼聚糖纖維。上述技術方案中，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃22-35份、聚磷酸鈣17-30份、硅化鉭2.3-5份、硅酸鍶1.8-3.4份、納米鈦酸鎂1.2-6.4份、多聚磷酸鈉3.3-7.4份、殼聚糖纖維2.8-4.5份、聚乙酰谷氨酸3.5-8.7份、桉油精1.3-2.2份、醋酸纖維素1.8-3.7份、造孔劑2.4-5.5份。本發明的另一技術方案來如下：多孔生物玻璃陶瓷的制備方法，包括以下制備步驟：（1）將生物活性玻璃熔融，然后加入桉油精和殼聚糖纖維，混合均勻，置于馬弗爐中，在380-450℃下保溫1-4小時，隨爐冷卻至室溫，制得預處理生物活性玻璃粉體；（2）將上述預處理生物活性玻璃粉體、聚乙酰谷氨酸和醋酸纖維素混合，然后加水球磨4-24小時，在-20℃下保溫10-20小時，置于馬弗爐中燒結，制得燒結料A；（3）將聚磷酸鈣、硅化鉭、硅酸鍶、納米鈦酸鎂、多聚磷酸鈉、造孔劑和步驟（2）中燒結料A混合，然后加水球磨4-24小時，在-20℃下保溫10-20小時，置于馬弗爐中燒結，即得多孔生物玻璃陶瓷。上述技術方案中，在步驟（2）中，燒結條件為：450-650℃，40-90分鐘。上述技術方案中，在步驟（3）中，燒結條件為：1050-1200℃，1-3小時。由于采用了以上技術方案，本發明的有益效果為：本發明所提供的多孔生物玻璃陶瓷的孔隙率為35-39%，同時保持良好的力學性能，其抗彎強度達44.8-47.2MPa，彈性模量達6.1-6.8GPa，斷裂韌性達1.76-1.88MPa·m1/2，綜合性能優秀，可擴大其應用領域。具體實施方式下面結合實施例，對本發明作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。實施例1一種多孔生物玻璃陶瓷，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃20份、聚磷酸鈣15份、硅化鉭2份、硅酸鍶1份、納米鈦酸鎂1份、多聚磷酸鈉3份、殼聚糖纖維2份、聚乙酰谷氨酸3份、桉油精1份、醋酸纖維素1份、造孔劑2份；所述生物活性玻璃由以下質量百分數的組分制備而成：CaO15%、P2O58%、Na2O2.8%、B2O32.1%、MgO0.8%、SrO1.6%、和PdO2.3%，余量為SiO2。所述生物活性玻璃的制備步驟為：按上述配比取料后混合均勻，投入60℃，20wt.%硝酸溶液，靜置5小時，烘干，先在600℃下煅燒2小時，然后在1280℃下煅燒1小時，冷卻，粉碎并過200目篩，制成玻璃微粉。所述造孔劑為質量比為1:3的淀粉和聚甲基丙烯酸甲酯。所述殼聚糖纖維為經過氫氧化鈉處理的改性殼聚糖纖維。上述多孔生物玻璃陶瓷的制備方法，包括以下制備步驟：（1）將生物活性玻璃熔融，然后加入桉油精和殼聚糖纖維，混合均勻，置于馬弗爐中，在380℃下保溫1小時，隨爐冷卻至室溫，制得預處理生物活性玻璃粉體；（2）將上述預處理生物活性玻璃粉體、聚乙酰谷氨酸和醋酸纖維素混合，然后加水球磨4小時，在-20℃下保溫10小時，置于馬弗爐中燒結，制得燒結料A，其燒結條件為：450℃，40分鐘；（3）將聚磷酸鈣、硅化鉭、硅酸鍶、納米鈦酸鎂、多聚磷酸鈉、造孔劑和步驟（2）中燒結料A混合，然后加水球磨4-24小時，在-20℃下保溫10-20小時，置于馬弗爐中燒結，其燒結條件為：1050℃，1小時，即得多孔生物玻璃陶瓷。實施例2一種多孔生物玻璃陶瓷，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃38份、聚磷酸鈣32份、硅化鉭6份、硅酸鍶4份、納米鈦酸鎂7份、多聚磷酸鈉8份、殼聚糖纖維5份、聚乙酰谷氨酸9份、桉油精2.4份、醋酸纖維素4份、造孔劑6份；所述生物活性玻璃由以下質量百分數的組分制備而成：CaO30%、P2O522%、Na2O10%、B2O35%、MgO3.4%、SrO4.7%、和PdO8%，余量為SiO2。所述生物活性玻璃的制備步驟為：按上述配比取料后混合均勻，投入60℃，20wt.%硝酸溶液，靜置10小時，烘干，先在850℃下煅燒4小時，然后在1370℃下煅燒3小時，冷卻，粉碎并過200目篩，制成玻璃微粉。所述造孔劑為質量比為1:3:5的聚乙烯醇、石蠟和聚乙烯醇縮丁醛。所述殼聚糖纖維為經過氫氧化鈉處理的改性殼聚糖纖維。上述多孔生物玻璃陶瓷的制備方法，包括以下制備步驟：（1）將生物活性玻璃熔融，然后加入桉油精和殼聚糖纖維，混合均勻，置于馬弗爐中，在450℃下保溫4小時，隨爐冷卻至室溫，制得預處理生物活性玻璃粉體；（2）將上述預處理生物活性玻璃粉體、聚乙酰谷氨酸和醋酸纖維素混合，然后加水球磨24小時，在-20℃下保溫20小時，置于馬弗爐中燒結，制得燒結料A，其燒結條件為：650℃，90分鐘；（3）將聚磷酸鈣、硅化鉭、硅酸鍶、納米鈦酸鎂、多聚磷酸鈉、造孔劑和步驟（2）中燒結料A混合，然后加水球磨24小時，在-20℃下保溫20小時，置于馬弗爐中燒結，其燒結條件為：1200℃，3小時，即得多孔生物玻璃陶瓷。實施例3一種多孔生物玻璃陶瓷，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃22份、聚磷酸鈣17份、硅化鉭2.3份、硅酸鍶1.8份、納米鈦酸鎂1.2份、多聚磷酸鈉3.3份、殼聚糖纖維2.8份、聚乙酰谷氨酸3.5份、桉油精1.3份、醋酸纖維素1.8份、造孔劑2.4份；所述生物活性玻璃由以下質量百分數的組分制備而成：CaO17%、P2O515.2%、Na2O4.6%、B2O33.9%、MgO2.2%、SrO3.5%、和PdO4.7%，余量為SiO2。所述生物活性玻璃的制備步驟為：按上述配比取料后混合均勻，投入60℃，20wt.%硝酸溶液，靜置8小時，烘干，先在750℃下煅燒3小時，然后在1330℃下煅燒2小時，冷卻，粉碎并過200目篩，制成玻璃微粉。所述造孔劑為質量比為2:1:4的淀粉、聚乙烯醇縮丁醛和碳粉。所述殼聚糖纖維為經過氫氧化鈉處理的改性殼聚糖纖維。上述多孔生物玻璃陶瓷的制備方法，包括以下制備步驟：（1）將生物活性玻璃熔融，然后加入桉油精和殼聚糖纖維，混合均勻，置于馬弗爐中，在420℃下保溫3小時，隨爐冷卻至室溫，制得預處理生物活性玻璃粉體；（2）將上述預處理生物活性玻璃粉體、聚乙酰谷氨酸和醋酸纖維素混合，然后加水球磨18小時，在-20℃下保溫15時，置于馬弗爐中燒結，制得燒結料A，其燒結條件為：550℃，55分鐘；（3）將聚磷酸鈣、硅化鉭、硅酸鍶、納米鈦酸鎂、多聚磷酸鈉、造孔劑和步驟（2）中燒結料A混合，然后加水球磨16小時，在-20℃下保溫16小時，置于馬弗爐中燒結，其燒結條件為：1180℃，2小時，即得多孔生物玻璃陶瓷。實施例4一種多孔生物玻璃陶瓷，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃35份、聚磷酸鈣30份、硅化鉭5份、硅酸鍶3.4份、納米鈦酸鎂6.4份、多聚磷酸鈉7.4份、殼聚糖纖維4.5份、聚乙酰谷氨酸8.7份、桉油精2.2份、醋酸纖維素3.7份、造孔劑5.5份；所述生物活性玻璃由以下質量百分數的組分制備而成：CaO18%、P2O59.5%、Na2O4.7%、B2O34.3%、MgO2.1%、SrO3.8%、和PdO5.4%，余量為SiO2。所述生物活性玻璃的制備步驟為：按上述配比取料后混合均勻，投入60℃，20wt.%硝酸溶液，靜置9小時，烘干，先在720℃下煅燒4小時，然后在1350℃下煅燒3小時，冷卻，粉碎并過200目篩，制成玻璃微粉。所述造孔劑為質量比為1:1:2的聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯和碳粉。所述殼聚糖纖維為經過氫氧化鈉處理的改性殼聚糖纖維。上述多孔生物玻璃陶瓷的制備方法，包括以下制備步驟：（1）將生物活性玻璃熔融，然后加入桉油精和殼聚糖纖維，混合均勻，置于馬弗爐中，在420℃下保溫3小時，隨爐冷卻至室溫，制得預處理生物活性玻璃粉體；（2）將上述預處理生物活性玻璃粉體、聚乙酰谷氨酸和醋酸纖維素混合，然后加水球磨16小時，在-20℃下保溫18小時，置于馬弗爐中燒結，制得燒結料A，其燒結條件為：580℃，65分鐘；（3）將聚磷酸鈣、硅化鉭、硅酸鍶、納米鈦酸鎂、多聚磷酸鈉、造孔劑和步驟（2）中燒結料A混合，然后加水球磨15小時，在-20℃下保溫18小時，置于馬弗爐中燒結，其燒結條件為：1180℃，3小時，即得多孔生物玻璃陶瓷。對比例1一種多孔生物玻璃陶瓷，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃20份、聚磷酸鈣15份、硅酸鍶1份、納米鈦酸鎂1份、多聚磷酸鈉3份、殼聚糖纖維2份、桉油精1份、醋酸纖維素1份、造孔劑2份；所述生物活性玻璃由以下質量百分數的組分制備而成：CaO15%、P2O58%、Na2O2.8%、B2O32.1%、MgO0.8%、SrO1.6%、和PdO2.3%，余量為SiO2。所述生物活性玻璃的制備步驟為：按上述配比取料后混合均勻，投入60℃，20wt.%硝酸溶液，靜置5小時，烘干，先在600℃下煅燒2小時，然后在1280℃下煅燒1小時，冷卻，粉碎并過200目篩，制成玻璃微粉。所述造孔劑為質量比為1:3的淀粉和聚甲基丙烯酸甲酯。所述殼聚糖纖維為經過氫氧化鈉處理的改性殼聚糖纖維。上述多孔生物玻璃陶瓷的制備方法，包括以下制備步驟：（1）將生物活性玻璃熔融，然后加入桉油精和殼聚糖纖維，混合均勻，置于馬弗爐中，在380℃下保溫1小時，隨爐冷卻至室溫，制得預處理生物活性玻璃粉體；（2）將上述預處理生物活性玻璃粉體和醋酸纖維素混合，然后加水球磨4小時，在-20℃下保溫10小時，置于馬弗爐中燒結，制得燒結料A，其燒結條件為：450℃，40分鐘；（3）將聚磷酸鈣、硅酸鍶、納米鈦酸鎂、多聚磷酸鈉、造孔劑和步驟（2）中燒結料A混合，然后加水球磨4-24小時，在-20℃下保溫10-20小時，置于馬弗爐中燒結，其燒結條件為：1050℃，1小時，即得多孔生物玻璃陶瓷。對比例2一種多孔生物玻璃陶瓷，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃20份、聚磷酸鈣15份、硅化鉭2份、多聚磷酸鈉3份、殼聚糖纖維2份、聚乙酰谷氨酸3份、醋酸纖維素1份、造孔劑2份；所述生物活性玻璃由以下質量百分數的組分制備而成：CaO15%、P2O58%、Na2O2.8%、B2O32.1%、MgO0.8%、SrO1.6%、和PdO2.3%，余量為SiO2。所述生物活性玻璃的制備步驟為：按上述配比取料后混合均勻，投入60℃，20wt.%硝酸溶液，靜置5小時，烘干，先在600℃下煅燒2小時，然后在1280℃下煅燒1小時，冷卻，粉碎并過200目篩，制成玻璃微粉。所述造孔劑為質量比為1:3的淀粉和聚甲基丙烯酸甲酯。所述殼聚糖纖維為經過氫氧化鈉處理的改性殼聚糖纖維。上述多孔生物玻璃陶瓷的制備方法，包括以下制備步驟：（1）將生物活性玻璃熔融，然后加入殼聚糖纖維，混合均勻，置于馬弗爐中，在380℃下保溫1小時，隨爐冷卻至室溫，制得預處理生物活性玻璃粉體；（2）將上述預處理生物活性玻璃粉體、聚乙酰谷氨酸和醋酸纖維素混合，然后加水球磨4小時，在-20℃下保溫10小時，置于馬弗爐中燒結，制得燒結料A，其燒結條件為：450℃，40分鐘；（3）將聚磷酸鈣、硅化鉭、多聚磷酸鈉、造孔劑和步驟（2）中燒結料A混合，然后加水球磨4-24小時，在-20℃下保溫10-20小時，置于馬弗爐中燒結，其燒結條件為：1050℃，1小時，即得多孔生物玻璃陶瓷。對比例3一種多孔生物玻璃陶瓷，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃18份、聚磷酸鈣13份、硅化鉭1.5份、硅酸鍶1.2份、納米鈦酸鎂0.7份、多聚磷酸鈉2.3份、殼聚糖纖維1.6份、聚乙酰谷氨酸2.4份、桉油精0.7份、醋酸纖維素0.5份、造孔劑1.6份。其他內容和制備步驟同實施例1，在此不再贅述。對比例4一種多孔生物玻璃陶瓷，由以下原料制備而成，以重量份計為：生物活性玻璃42份、聚磷酸鈣35份、硅化鉭7.5份、硅酸鍶4.3份、納米鈦酸鎂7.2份、多聚磷酸鈉8.4份、殼聚糖纖維5.7份、聚乙酰谷氨酸9.2份、桉油精2.8份、醋酸纖維素4.3份、造孔劑6.4份；其他內容和制備步驟同實施例2，在此不再贅述。性能測試對以上實施例和對比例所制備的多孔生物玻璃陶瓷進行如下性能測試，其測試結果如下表所示：抗彎強度/MPa彈性模量/GPa斷裂韌性/MPa·m1/2孔隙率/%實施例144.86.11.7636實施例246.36.41.8535實施例345.76.51.8837實施例447.26.81.8639對比例141.55.21.6733對比例239.45.51.6535對比例337.65.31.6132對比例435.45.11.5834通過以上測試結果可知，本發明所提供的多孔生物玻璃陶瓷的孔隙率為35-39%，同時保持良好的力學性能，其抗彎強度達44.8-47.2MPa，彈性模量達6.1-6.8GPa，斷裂韌性達1.76-1.88MPa·m1/2，綜合性能優秀，可擴大其應用領域。當前第1頁1 2 3