一种抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法

文档序号:11022957
一种抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料及其制备方法,具体涉及一种抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法,属于高分子材料技术领域。
【背景技术】
[0002]医用超高分子量聚乙烯(英文名称缩写:UHMWPE)是目前广泛采用的髋关节臼材料。目前,应用于临床的超高分子量聚乙烯复合材料主要是辐照交联VE/UHMWPE/G0复合材料,然而,VE的加入降低了复合材料的交联度,从而降低了复合材料的耐磨粒磨损的性能。此外复合材料的力学性能相较于纯UHMffPE有待进一步提高。因此进一步提高其在力学与耐磨方面的性能,对医疗应用有重大的意义。

【发明内容】

[0003]本发明的目的在于克服上述不足之处,提供一种抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法。
[0004]按照本发明提供的技术方案,一种抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法,步骤如下:
(1)超高分子量聚乙烯的处理:选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基底材料,充分干燥,得到;
(2)混合粉末的制备工艺:取步骤(I)所得超高分子量聚乙烯粉末和单层氧化石墨烯进行球磨混合,形成均匀的混合粉末;
(3)成型工艺:将步骤(2)所得混合粉末添加到模具中,采用平板硫化机在预压,然后在保温箱中180°C保温,再采用平板硫化机压模处理得到复合材料板材,冷却至室温;
(4)辐照工艺:将步骤(3)所得复合材料板材真空密封然后在室温下,采用γ-射线进行辐照交联处理,得到超高分子量聚乙烯复合材料;
(5)浸泡工艺:将步骤(4)辐照后的超高分子量聚乙烯复合材料浸泡在维生素E溶液中,然后置于真空箱中干燥,取出后冷却至室温,最终得到抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料。
[0005]所述抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法,具体步骤为:
(1)超高分子量聚乙烯的处理:选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基底材料,粒度范围为4.3-200μπι,将超高分子聚乙烯粉末在100°C环境下干燥12h,去除超高分子量聚乙烯粉末的水分;
(2)混合粉末的制备工艺:
a、取0.3-0.7份的单层氧化石墨烯加入到400-500份溶剂中,通过充分搅拌分散,然后再以200-400W超声处理0.5-2h ;
b、将步骤(I)所得超高分子量聚乙烯99-99.6份加入到上述溶液中,经磁力搅拌30-90min后再次200-400W超声剥离0.5_2h,得到混合粉末; C、将混合物置于球磨机中研磨粉碎,以300-600r/min的转速粉碎2-4h;所得混合粉末置于100-120 0C水浴中干燥,在60-80 °C下保温至其完全干燥;
(3)成型工艺:将10g步骤(2)所得混合粉末添加到模具中,采用平板硫化机在5-10MPa压力下预压10_15min,然后在保温箱中150-200°C保温2-3h,再采用平板硫化机在10-20MPa下压模处理15-20min得到板材,冷却至室温;
(4)辐照工艺:将步骤(3)所得板材真空密封,然后在室温下采用γ-射线进行辐照交联处理,辐照9天,得到超高分子量聚乙烯复合材料;
(5)浸泡工艺:将步骤(4)所得辐照后的超高分子量聚乙烯复合材料浸泡在质量浓度为98%的维生素E溶液中5-10h,然后置于100-140 °C的真空箱中8-24小时,取出后冷却至室温。
[0006]步骤(2)所述溶剂为无水乙醇或丙酮。
[0007]步骤(4)采用γ-射线进行辐照交联处理时,辐照量为lOOkGy,辐照的剂量率为5kGyh-l,γ -射线原材用60Co。
[0008]本发明的有益效果:本发明选用医用超高分子量聚乙烯UHMWPE粉末为基础材料,对其复合氧化石墨烯,并用维生素E溶液浸泡,充分利用了维生素-E和氧化石墨烯的优良品质,即增加了UHMffPE的抗氧化性和生物相容性,又增加了UHMffPE的耐磨性等力学性能,最终得到抗氧化超低磨损超高分子量聚乙稀复合材料。
[0009]维生素-E分子结构中的氧杂萘满端可以吸取和稳定自由基,形成苯氧基自由基;苯氧基自由基会遭受位阻,使本身稳定并保留在聚合物内,阻止氧化过程。
【具体实施方式】
[0010]以下实施例中所述医用超高分子量聚乙烯粉末UHMWPE,其为常规的市购产品;维生素为常规的市购产品,纯度大于98%;
单层氧化石墨烯(G0),是通过氧化还原反应制备出石墨烯的一种衍生物,它是在单层石墨烯二维结构上连接大量含氧官能团,如竣基、揣基、轻基等,具有较高的弹性模量、抗拉强度等力学性能;可市购或自行制备。
[0011]实施例1
所述抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法,具体步骤为:
(1)超高分子量聚乙烯的处理:选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基底材料,粒度范围为4.3-200μπι,将超高分子聚乙烯粉末在100°C环境下干燥12h,去除超高分子量聚乙烯粉末的水分;
(2)混合粉末的制备工艺:
a、取0.3份的单层氧化石墨烯加入到400份溶剂中,通过充分搅拌分散,然后再以200W超声处理2h;
b、将步骤(I)所得超高分子量聚乙烯99份加入到上述溶液中,经磁力搅拌90min后再次200W超声剥离2h,得到混合粉末;
C、将混合物置于球磨机中研磨粉碎,以300r/min的转速粉碎4h;所得混合粉末置于1000C水浴中干燥,在80°C下保温至其完全干燥;
(3)成型工艺:将10g步骤(2)所得混合粉末添加到模具中,采用平板硫化机在5MPa压力下预压15min,然后在保温箱中150°C保温3h,再采用平板硫化机在1MPa下压模处理20min得到板材,冷却至室温;
(4)辐照工艺:将步骤(3)所得板材真空密封,然后在室温下采用γ-射线进行辐照交联处理,辐照9天,得到超高分子量聚乙烯复合材料;
(5)浸泡工艺:将步骤(4)所得辐照后的超高分子量聚乙烯复合材料浸泡在质量浓度为98%的维生素E溶液中5h,然后置于140 0C的真空箱中8小时,取出后冷却至室温。
[0012]步骤(2)所述溶剂为无水乙醇或丙酮。
[0013]步骤(4)采用γ-射线进行辐照交联处理时,辐照量为lOOkGy,辐照的剂量率为5kGyh-l,γ -射线原材用60Co。
[0014]实施例2
所述抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法,具体步骤为:
(1)超高分子量聚乙烯的处理:选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基底材料,粒度范围为4.3-200μπι,将超高分子聚乙烯粉末在100°C环境下干燥12h,去除超高分子量聚乙烯粉末的水分;
(2)混合粉末的制备工艺:
a、取0.7份的单层氧化石墨烯加入到500份溶剂中,通过充分搅拌分散,然后再以400W超声处理0.5h;
b、将步骤(I)所得超高分子量聚乙烯99.6份加入到上述溶液中,经磁力搅拌90min后再次200W超声剥离2h,得到混合粉末;
C、将混合物置于球磨机中研磨粉碎,以600r/min的转速粉碎2h;所得混合粉末置于1200C水浴中干燥,在60°C下保温至其完全干燥;
(3)成型工艺:将10g步骤(2)所得混合粉末添加到模具中,采用平板硫化机在1MPa压力下预压lOmin,然后在保温箱中200°C保温2h,再采用平板硫化机在20MPa下压模处理15min得到板材,冷却至室温;
(4)辐照工艺:将步骤(3)所得板材真空密封,然后在室温下采用γ-射线进行辐照交联处理,辐照9天,得到超高分子量聚乙烯复合材料;
(5)浸泡工艺:将步骤(4)所得辐照后的超高分子量聚乙烯复合材料浸泡在质量浓度为98%的维生素E溶液中5h,然后置于100 0C的真空箱中24小时,取出后冷却至室温。
[0015]步骤(2)所述溶剂为无水乙醇或丙酮。
[0016]步骤(4)采用γ-射线进行辐照交联处理时,辐照量为lOOkGy,辐照的剂量率为5kGyh-l,γ -射线原材用60Co。
[0017]实施例3
所述抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法,具体步骤为:
(1)超高分子量聚乙烯的处理:选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基底材料,粒度范围为4.3-200μπι,将超高分子聚乙烯粉末在100°C环境下干燥12h,去除超高分子量聚乙烯粉末的水分;
(2)混合粉末的制备工艺:
a、取0.5份的单层氧化石墨烯加入到450份溶剂中,通过充分搅拌分散,然后再以100W超声处理Ih;
b、将步骤(I)所得超高分子量聚乙烯99.3份加入到上述溶液中,经磁力搅拌60min后再次300W超声剥离Ih,得到混合粉末;
c、将混合物置于球磨机中研磨粉碎,以450r/min的转速粉碎3h;所得混合粉末置于1100C水浴中干燥,在70°C下保温至其完全干燥;
(3)成型工艺:将10g步骤(2)所得混合粉末添加到模具中,采用平板硫化机在SMPa压力下预压13min,然后在保温箱中180°C保温2h,再采用平板硫化机在15MPa下压模处理18min得到板材,冷却至室温;
(4)辐照工艺:将步骤(3)所得板材真空密封,然后在室温下采用γ-射线进行辐照交联处理,辐照9天,得到超高分子量聚乙烯复合材料;
(5)浸泡工艺:将步骤(4)所得辐照后的超高分子量聚乙烯复合材料浸泡在质量浓度为98%的维生素E溶液中8h,然后置于120 0C的真空箱中16小时,取出后冷却至室温。
[0018]步骤(2)所述溶剂为无水乙醇或丙酮。
[0019]步骤(4)采用γ-射线进行辐照交联处理时,辐照量为lOOkGy,辐照的剂量率为5kGyh-l,γ -射线原材用60Co。
[0020]本发明选用医药级UHMffPE粉末为基础材料,按照合适的成分配比复合添加氧化石墨烯粉末,在球磨机中将两种材料均匀混合;设定优选成型工艺,采用模压成型法制备出UHMWPE/G0复合材料,辐照后真空环境下浸泡在维生素E溶液中,得到抗氧化超低磨损超高分子量聚乙烯复合材料。本发明使复合材料的力学性能和耐磨性大幅提高,对于提高生物摩擦学性能也具有重要意义。
【主权项】
1.一种抗氧化耐磨损超高分子量聚乙稀复合材料的制备方法,其特征是步骤如下: (1)超高分子量聚乙烯的处理:选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基底材料,充分干燥,得到; (2)混合粉末的制备工艺:取步骤(I)所得超高分子量聚乙烯粉末和单层氧化石墨烯进行球磨混合,形成均匀的混合粉末; (3)成型工艺:将步骤(2)所得混合粉末添加到模具中,采用平板硫化机在预压,然后在保温箱中180°C保温,再采用平板硫化机压模处理得到复合材料板材,冷却至室温; (4)辐照工艺:将步骤(3)所得复合材料板材真空密封然后在室温下,采用γ-射线进行辐照交联处理,得到超高分子量聚乙烯复合材料; (5)浸泡工艺:将步骤(4)辐照后的超高分子量聚乙烯复合材料浸泡在维生素E溶液中,然后置于真空箱中干燥,取出后冷却至室温,最终得到抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料。2.如权利要求1所述抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法,其特征是具体步骤为: (1)超高分子量聚乙烯的处理:选用医药级超高分子量聚乙烯粉末为基底材料,粒度范围为4.3-200μπι,将超高分子聚乙烯粉末在100°C环境下干燥12h,去除超高分子量聚乙烯粉末的水分; (2)混合粉末的制备工艺: a、取0.3-0.7份的单层氧化石墨烯加入到400-500份溶剂中,通过充分搅拌分散,然后再以200-400W超声处理0.5-2h ; b、将步骤(I)所得超高分子量聚乙烯99-99.6份加入到上述溶液中,经磁力搅拌30-90min后再次200-400W超声剥离0.5_2h,得到混合粉末; c、将混合物置于球磨机中研磨粉碎,以300-600r/min的转速粉碎2-4h;所得混合粉末置于100-120 0C水浴中干燥,在60-80 °C下保温至其完全干燥; (3)成型工艺:将10g步骤(2)所得混合粉末添加到模具中,采用平板硫化机在5-10MPa压力下预压10_15min,然后在保温箱中150-200°C保温2-3h,再采用平板硫化机在10-20MPa下压模处理15-20min得到板材,冷却至室温; (4)辐照工艺:将步骤(3)所得板材真空密封,然后在室温下采用γ-射线进行辐照交联处理,辐照9天,得到超高分子量聚乙烯复合材料; (5)浸泡工艺:将步骤(4)所得辐照后的超高分子量聚乙烯复合材料浸泡在质量浓度为98%的维生素E溶液中5-10h,然后置于100-140 °C的真空箱中8-24小时,取出后冷却至室温。3.如权利要求2所述抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法,其特征是步骤(2)所述溶剂为无水乙醇或丙酮。4.如权利要求2所述抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法,其特征是步骤(4)采用γ-射线进行辐照交联处理时,辐照量为lOOkGy,辐照的剂量率为5kGyh-l,γ-射线原材用60Co。
【专利摘要】本发明具体涉及一种抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料制备方法,属于高分子材料技术领域。其选用医药级超高分子量聚乙烯UHMWPE粉末为基础材料,并对其复合单层氧化石墨烯GO,制成混合粉末,将混合粉末加入模具中,通过热压成型方法制备出UHMWPE/GO复合材料;随后对其进行γ?射线辐照交联处理,然后对其用维生素?E溶液浸泡,最终得到抗氧化耐磨损超高分子量聚乙烯复合材料。本发明通过γ?射线辐照交联UHMWPE/GO复合材料具优良的耐磨性能,GO的二维结构和优异的力学性能与生物相容性能不仅降低了磨损,减少了磨屑数量,而且降低了由磨屑而引起的细胞不良反应程度,维生素?E的加入使得复合材料具有优异的抗氧化和抗老化性能。
【IPC分类】C08L23/06, B29C35/08, C08J7/00, B29C35/02, C08J3/28, C08K3/04, C08J3/24
【公开号】CN105713217
【申请号】CN201610247199
【发明人】倪自丰, 段为朋, 陈国美, 李广飞
【申请人】江南大学
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