专利名称：炭/炭复合材料的表面氧化改性方法
技术领域：
本发明涉及一种复合材料的表面改性方法，特别是涉及一种炭/炭复合材料的表面改性方法。
背景技术：
炭/炭复合材料由于具有优异的力学性能和良好的生物相容性，同时还具有与人体骨骼相近的弹性模量、稳定的化学性质及抗体液腐蚀性。因此被认为是一种综合性能优异的人体骨骼替换材料，具有较好的应用前景。但是炭/炭复合材料表面的氧原子含量较少，因而难以与骨组织形成良好的结合。文献1“Χ· B. Xiong, X. R. Zeng, C. L Zou, et al. Strong bonding strength betweenHAand(NH4) 2S208_treated carbon/carbon composite by hydrothermal treatment andinductionheating. Acta Biomaterialia, 2009 ；5(5) :1785_1790，，报道了采用(NH4) 2S208对炭/炭复合材料表面进行氧化处理，从而提高炭/炭复合材料表面的氧原子含量。该文献中报道的氧化前后炭/炭复合材料表面的氧原子含量为0. 5%和11. 2%。文献2 “X. B. Xiong, X. R. Zeng, C. L. Zou. Preparation of enhanced HA coatingonH202_treated carbon/carbon composite by induction heating and hydrothermaltreatmentmethods. Materials Chemistry and Physics, 2009 ; 114 (I) :434-438”报道了在高压蒸汽条件下采用H202对炭/炭复合材料表面进行氧化处理。该文献中报道的氧化前后炭/炭复合材料表面的氧原子含量为0. 5%和9. I %。上述氧化方法均对炭/炭复合材料的表面进行了一定程度的改性，但是炭/炭复合材料表面的氧原子含量在11. 2%以下。
发明内容
为了克服现有的方法对炭/炭复合材料的表面改性后，炭/炭复合材料表面的氧原子含量低的不足，本发明提供一种炭/炭复合材料的表面改性方法。该方法通过FeSO4 ·7Η20和Η202的共同作用产生的羟基自由基引起氧化反应，再采用超声波辅助条件下Η202氧化作用，最终完成炭/炭复合材料的表面氧化改性，从而提高炭/炭复合材料表面的
氧原子含量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种炭/炭复合材料的表面改性方法，其特点是包括以下步骤(I)将炭/炭复合材料依次用400#和800#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将样品A放置于器皿中，依次加入FeSO4 · 7Η20和浓度为30%的％02，其中FeSO4 · 7Η20的质量和Η202的体积比例为0. 01g/ml 0. 05g/ml，待反应结束后自然冷却至室温。然后在功率为25w的紫外线灯照射条件下，静置8 12h，所得样品标记为B ；(3)将样品B分别用无水乙醇和蒸馏水超声清洗后置于浓度为30%及温度为
380 100度的H202中，在超声波震荡条件下处理24 48h，其中超声波的功率为40 100w、频率为40kHz,所得样品标记为C ；(4)将样品C用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，置于70 100度的烘箱中干燥10 15小时,然后自然冷却至室温。本发明的有益效果是由于通过FeSO4 · 7H20和H202的共同作用产生的羟基自由基引起氧化反应，再采用超声波辅助条件下H202氧化作用，最终完成炭/炭复合材料的表面氧化改性，从而提高了炭/炭复合材料表面的氧原子含量。炭/炭复合材料表面的氧原子含量由背景技术的11. 2%提高到15. 2 21.4%，最高提高了 91. 1%。下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
附图是经过本发明炭/炭复合材料的表面改性方法实例I改性后与未改性炭/炭复合材料的XPS图谱。
具体实施例方式本发明方法具体步骤如下实施例I :(I)将炭/炭复合材料依次用400#和800#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将样品A放置于烧杯中，依次加入6g的FeSO4 · 7H20和300ml浓度为30 %的H202，待反应结束后自然冷却至室温。然后在功率为25w的紫外线灯照射条件下，静置12h，所得样品标记为B ；(3)将样品B分别用无水乙醇和蒸馏水超声清洗后置于浓度为30%及温度为100度的H202中，在超声波震荡条件下处理48h，其中超声波的功率为100w、频率为40kHz，所得样品标记为C ；(4)将样品C用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，置于70度的烘箱中干燥15小时，然后自然冷却至室温。图I是未改性炭/炭复合材料及采用本实例I的方法表面氧化改性炭/炭复合材料的XPS图谱。由图可以发现，经过本实例I的表面改性方法后，O的峰强显著增强，氧原子的百分含量由氧化改性前的6. 4%增加到21. 4%。本实例I制备的表面氧化改性炭/炭复合材料的表面氧原子含量为21.4%。实施例2 (I)将炭/炭复合材料依次用400#和800#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将样品A放置于烧杯中，依次加入Ig的FeSO4 · 7H20和IOOml浓度为30%的H202，待反应结束后自然冷却至室温。然后在功率为25w的紫外线灯照射条件下，静置8h，所得样品标记为B ；(3)将样品B分别用无水乙醇和蒸馏水超声清洗后置于浓度为30%及温度为80度的H202中，在超声波震荡条件下处理24h，其中超声波的功率为40w、频率为40kHz，所得样品标记为C ；(4)将样品C用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，置于70度的烘箱中干燥10h，然后自然冷却至室温。
本实例2制备的表面氧化改性炭/炭复合材料的表面氧原子含量为19. 5%。实施例3 (I)将炭/炭复合材料依次用400#和800#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将样品A放置于烧杯中，依次加入25g的FeSO4 ·7Η20和500ml浓度为30%的H202，待反应结束后自然冷却至室温。然后在功率为25w的紫外线灯照射条件下，静置12h，所得样品标记为B ；(3)将样品B分别用无水乙醇和蒸馏水超声清洗后置于浓度为30%及温度为100度的H202中，在超声波震荡条件下处理48h，其中超声波的功率为100w、频率为40kHz，所得样品标记为C ；(4)将样品C用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，置于100度的烘箱中干燥15h，然后自然冷却至室温。本实例3制备的表面氧化改性炭/炭复合材料的表面氧原子含量为20. 8%。实施例4 (I)将炭/炭复合材料依次用400#和800#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将样品A放置于烧杯中，依次加入12g的FeSO4 ·7Η20和300ml浓度为30%的H202，待反应结束后自然冷却至室温。然后在功率为25w的紫外线灯照射条件下，静置10h，所得样品标记为B ；(3)将样品B分别用无水乙醇和蒸馏水超声清洗后置于浓度为30%及温度为90度的H202中，在超声波震荡条件下处理36h，其中超声波的功率为40w、频率为40kHz，所得样品标记为C ；(4)将样品C用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，置于100度的烘箱中干燥10h，然后自然冷却至室温。本实例4制备的表面氧化改性炭/炭复合材料的表面氧原子含量为15. 2%。实施例5:(I)将炭/炭复合材料依次用400#和800#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将样品A放置于烧杯中，依次加入15g的FeSO4 ·7Η20和500ml浓度为30 %的H202，待反应结束后自然冷却至室温。然后在功率为25w的紫外线灯照射条件下，静置9h，所得样品标记为B ；(3)将样品B分别用无水乙醇和蒸馏水超声清洗后置于浓度为30%及温度为90度的H202中，在超声波震荡条件下处理40h，其中超声波的功率为60w、频率为40kHz，所得样品标记为C ；(4)将样品C用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，置于80度的烘箱中干燥12h，然后自然冷却至室温。
本实例5制备的表面氧化改性炭/炭复合材料的表面氧原子含量为20. 5%。实施例6 (I)将炭/炭复合材料依次用400#和800#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将样品A放置于烧杯中，依次加入8g的FeSO4 · 7H20和200ml浓度为30 %的H202，待反应结束后自然冷却至室温。然后在功率为25w的紫外线灯照射条件下，静置llh，所得样品标记为B ；(3)将样品B分别用无水乙醇和蒸馏水超声清洗后置于浓度为30%及温度为80度的H202中，在超声波震荡条件下处理30h，其中超声波的功率为80w、频率为40kHz，所得样品标记为C ；(4)将样品C用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，置于90度的烘箱中干燥14h，然后自然冷却至室温。本实例6制备的表面氧化改性炭/炭复合材料的表面氧原子含量为18. 7%。
权利要求
1. 一种炭/炭复合材料的表面改性方法，其特征在于包括以下步骤(1)将炭/炭复合材料依次用400#和800#砂纸打磨，然后用丙酮、无水乙醇和蒸馏水超声清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得样品标记为A ；(2)将样品A放置于器皿中，依次加入FeSO4· 7H20和浓度为30 %的H202，其中FeSO4 · 7H20的质量和H202的体积比例为O. 01g/ml O. 05g/ml，待反应结束后自然冷却至室温；然后在功率为25w的紫外线灯照射条件下，静置8 12h，所得样品标记为B ；(3)将样品B分别用无水乙醇和蒸馏水超声清洗后置于浓度为30%及温度为80 100度的H202中，在超声波震荡条件下处理24 48h，其中超声波的功率为40 100w、频率为40kHz,所得样品标记为C ；(4)将样品C用无水乙醇和蒸馏水超声清洗，置于70 100度的烘箱中干燥10 15小时，然后自然冷却至室温。
全文摘要
本发明公开了一种炭/炭复合材料的表面改性方法，用于解决现有的方法对炭/炭复合材料的表面改性后，炭/炭复合材料表面的氧原子含量低的技术问题。技术方案是通过FeSO4·7H2O和H2O2的共同作用产生的羟基自由基引起氧化反应，再采用超声波辅助条件下H2O2氧化作用，最终完成炭/炭复合材料的表面氧化改性。由于通过FeSO4·7H2O和H2O2的共同作用产生的羟基自由基引起氧化反应，再采用超声波辅助条件下H2O2氧化作用，从而提高了炭/炭复合材料表面的氧原子含量。炭/炭复合材料表面的氧原子含量由背景技术的11.2％提高到15.2～21.4％，最高提高了91.1％。
文档编号A61L27/02GK102908660SQ20121034433
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者张磊磊, 李贺军, 李克智, 张守阳, 付前刚, 卢锦花, 张雨雷 申请人:西北工业大学