用于磷酸钙骨水泥的含钙化合物添加剂的合成方法与流程

本发明涉及一种用于磷酸钙骨水泥的含钙化合物添加剂的合成方法，属于生物医用材料领域。

背景技术：

磷酸钙骨水泥因具有良好的生物相容性和体内可降解性受到越来越多的关注。当磷酸钙骨水泥中总的钙、磷物质量比低于1.67时，骨水泥固化后形成缺钙羟基磷灰石。在骨水泥的配料中，添加纳米羟磷灰石可作为水化固化时新磷灰石析出的晶核，加入碳酸钙和氧化钙等含钙化合物，能提高水泥中总的钙量，降低固化后缺钙磷灰石的含量。此外，大量研究表明，在骨水泥的粉料中添加羟基磷灰石、碳酸钙和氧化钙等含钙化合物或其混合物，对提高骨水泥的强度、调节降解速率、调节固化时间等具有明显效果。khairoun等(khairouni,boltongmg,driessensfc,etal.effectofcalciumcarbonateonthecomplianceofanapatiticcalciumphosphatebonecement.[j].biomaterials,1997,18(18):1535-1539.)向磷酸钙骨水泥中添加了羟基磷灰石和碳酸钙，在获得较高强度的同时，还保证了骨水泥具有适于临床应用的固化时间。

通常情况下，羟基磷灰石、碳酸钙、氧化钙等含钙化合物混合物是将各相按照比例分别称量后，采用球磨、研磨等方式进行机械混合。机械方法难以实现这些化合物在微米或纳米尺寸的均匀混合，而且混合过程也易导致颗粒团聚，影响最终使用效果。因此期望寻找一种方法，可以一次性合成微米或纳米尺寸的羟基磷灰石和氧化钙或碳酸钙的混合物，并且能够实现对各物相相对含量的调控。

技术实现要素：

发明目的：针对上述技术问题，本发明目的是提供一种用于磷酸钙骨水泥的含钙化合物添加剂的合成方法。

技术方案：本发明公开了一种用于磷酸钙骨水泥的含钙化合物添加剂的合成方法，包括以下步骤：

(1)将磷酸溶液加至氢氧化钙悬浊液中，待反应结束后陈化，得陈化液；

(2)向步骤(1)所得的陈化液中滴加碳酸钠溶液，反应结束后，再加入分散剂，混合均匀后离心，洗涤沉淀物，然后烘干；

(3)将上述烘干后的粉末置于高温条件中保温一段时间，之后冷却，即得所述含钙化合物添加剂。

优选，所述含钙化合物添加剂为羟基磷灰石与氧化钙的混合物，或者为羟基磷灰石与氧化钙、碳酸钙的混合物。

优选，步骤(2)所述的分散剂为peg-20000、pvp或淀粉中的一种。

优选，所述的用于磷酸钙骨水泥的含钙化合物添加剂的合成方法，包括如下步骤：

(1)在强力搅拌条件下，将磷酸溶液加至氢氧化钙悬浊液中，反应结束后陈化12小时；

(2)向(1)所得的陈化液中滴加碳酸钠溶液，强力搅拌条件下继续反应1小时，按合成溶液总体积每1000ml加入2g的量加入分散剂，待分散剂溶解混合均匀后将陈化液离心，并用无水乙醇洗涤，所得沉淀物在80℃下烘干；

(3)将干燥后的粉末置于750℃高温煅烧炉中保温1～4小时，之后随炉冷却，得羟基磷灰石、氧化钙和碳酸钙的混合物。

优选，步骤(1)所述的氢氧化钙和磷酸的摩尔比为2.0-5.0，反应介质为去离子水。

优选，步骤(2)所述的加入的碳酸钠的量与氢氧化钙的摩尔比为0.167-0.667。

优选，所述步骤(1)和(2)中强力搅拌条件为：机械搅拌，速度为600r/min。

技术效果：相对于现有技术，本发明提出的无机骨水泥添加物的合成方法，采用酸性原料和碱性原料直接反应，反应过程中不需要添加模板，不需要调节溶液ph值，工艺重复性好，通过改变原料中的钙磷比例即可调控产物中各物相的相对含量。反应体系氢氧化钙过量，在氢氧化钙微溶形成的碱性环境中更易得到羟基磷灰石，而后期通过滴加碳酸钠溶液，直接将未完全反应的氢氧化钙转化为碳酸钙，在后续煅烧过程中全部或部分分解生成氧化钙，所得产物为羟基磷灰石与氧化钙，或羟基磷灰石与氧化钙、碳酸钙的混合物。合成产物结晶性好，产物为亚微米量级，实现了羟基磷灰石和含钙化合物在纳米亚微米的均匀混合和伴生生长，更有利于水化固化过程中含碳酸根羟基磷灰石的形成。

附图说明：

图1为本发明实施例1所得产物的xrd图谱；

图2为本发明实施例3所得产物的xrd图谱；

图3为本发明实施例5所得产物的xrd图谱；

图4为本发明实施例5所得产物的tem图谱。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。而本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体试验结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所描述的本发明。

实施例1

(1)配制0.15mol/l的磷酸溶液和0.3mol/l的氢氧化钙悬浊液，控制钙磷比为2.0，在强力搅拌条件下将一定量的磷酸溶液加至氢氧化钙悬浊液中，待反应结束后陈化12小时。

(2)控制碳酸钠与氢氧化钙的摩尔比为0.167，向陈化液中滴加50ml0.5mol/l的碳酸钠溶液，搅拌状态下继续反应1小时，之后按合成溶液总体积每1000ml加入2g的量加入pvp作为分散剂，待分散剂溶解后将陈化液离心，所得沉淀物用无水乙醇洗涤，在80℃下烘干。

(3)将干燥后的粉末置于750℃高温煅烧炉中保温1小时，之后随炉冷却，得羟基磷灰石、氧化钙和碳酸钙的混合物。

实施例2

(1)配制0.12mol/l的磷酸溶液和0.3mol/l的氢氧化钙悬浊液，控制钙磷比为2.5，在强力搅拌条件下将一定量的磷酸溶液加至氢氧化钙悬浊液中，待反应结束后陈化12小时。

(2)控制碳酸钠与氢氧化钙的摩尔比为0.333，向陈化液中滴加100ml0.5mol/l的碳酸钠溶液，搅拌状态下继续反应1小时，之后按合成溶液总体积每1000ml加入2g的量加入peg-20000作为分散剂，待分散剂溶解后将陈化液离心，所得沉淀物用无水乙醇洗涤，在80℃下烘干。

(3)将干燥后的粉末置于750℃高温煅烧炉中保温2小时，之后随炉冷却，得羟基磷灰石、氧化钙和碳酸钙的混合物。

实施例3

(1)配制0.1mol/l的磷酸溶液和0.3mol/l的氢氧化钙悬浊液，控制钙磷比为3.5，在强力搅拌条件下将一定量的磷酸溶液加至氢氧化钙悬浊液中，待反应结束后陈化12小时。

(2)控制碳酸钠与氢氧化钙的摩尔比为0.524，向陈化液中滴加1157ml0.5mol/l的碳酸钠溶液，搅拌状态下继续反应1小时，之后按合成溶液总体积每1000ml加入2g淀粉作为分散剂，待分散剂溶解后将陈化液离心，所得沉淀物用无水乙醇洗涤，在80℃下烘干。

(3)将干燥后的粉末置于750℃高温煅烧炉中保温3小时，之后随炉冷却，得羟基磷灰石、氧化钙和碳酸钙的混合物。

实施例4

(1)配制0.075mol/l的磷酸溶液和0.3mol/l的氢氧化钙悬浊液，控制钙磷比为4.5，在强力搅拌条件下将一定量的磷酸溶液加至氢氧化钙悬浊液中，待反应结束后陈化12小时。

(2)控制碳酸钠与氢氧化钙的摩尔比为0.630，向陈化液中滴加189ml0.5mol/l的碳酸钠溶液，搅拌状态下继续反应1小时，之后按合成溶液总体积每1000ml加入2g淀粉作为分散剂，待分散剂溶解后将陈化液离心，所得沉淀物用无水乙醇洗涤，在80℃下烘干。

(3)将干燥后的粉末置于750℃高温煅烧炉中保温4小时，之后随炉冷却，得羟基磷灰石、氧化钙和碳酸钙的混合物。

实施例5

(1)配制0.06mol/l的磷酸溶液和0.3mol/l的氢氧化钙悬浊液，控制钙磷比为5.0，在强力搅拌条件下将一定量的磷酸溶液加至氢氧化钙悬浊液中，待反应结束后陈化12小时。

(2)控制碳酸钠与氢氧化钙的摩尔比为0.667，向陈化液中滴加200ml0.5mol/l的碳酸钠溶液，搅拌状态下继续反应1小时，之后按合成溶液总体积每1000ml加入2gpeg-20000作为分散剂，待分散剂溶解后将陈化液离心，所得沉淀物用无水乙醇洗涤，在80℃下烘干。

(3)将干燥后的粉末置于750℃高温煅烧炉中保温2小时，之后随炉冷却，得羟基磷灰石、氧化钙和碳酸钙的混合物。

由图1结果可得，xrd图谱中羟基磷灰石和氧化钙的衍射峰均与标准图谱完全吻合，在2θ＝37.43°、32.21°、53.93°处的衍射峰为氧化钙的三强峰，在2θ＝31.89°、32.99°、25.84°处的衍射峰为羟基磷灰石的三强峰，产物为羟基磷灰石和氧化钙的混合物。原料中的氢氧化钙部分与磷酸反应生成羟基磷灰石，余下部分则与后期加入的碳酸钠反应生成碳酸钙，由于碳酸钙含量较少，在煅烧过程中全部分解，生成氧化钙，所以最终产物为羟基磷灰石与氧化钙的混合物。

由图2结果可得，xrd图谱中羟基磷灰石和氧化钙、碳酸钙的衍射峰均与标准图谱完全吻合，在2θ＝37.43°、32.21°、53.93°处的衍射峰为氧化钙的三强峰，在2θ＝31.89°、32.99°、25.84°处的衍射峰为羟基磷灰石的三强峰，在2θ＝29.38°、2297°处的衍射峰为碳酸钙的两强峰。产物为羟基磷灰石和氧化钙、碳酸钙的混合物。原料中的氢氧化钙部分与磷酸反应生成羟基磷灰石，余下部分则与后期加入的碳酸钠反应生成碳酸钙，碳酸钙含量较高，在煅烧过程中部分分解，生成氧化钙，所以最终产物为羟基磷灰石与氧化钙、碳酸钙的混合物。

由图3结果可得，xrd图谱中羟基磷灰石和氧化钙、碳酸钙的衍射峰均与标准图谱完全吻合，在2θ＝37.43°、32.21°、53.93°处的衍射峰为氧化钙的三强峰，在2θ＝31.89°、32.99°、25.84°处的衍射峰为羟基磷灰石的三强峰，在2θ＝29.38°、2297°处的衍射峰为碳酸钙的两强峰。产物为羟基磷灰石和氧化钙、碳酸钙的混合物。原料中的氢氧化钙部分与磷酸反应生成羟基磷灰石，余下部分则与后期加入的碳酸钠反应生成碳酸钙，碳酸钙含量较高，在煅烧过程中部分分解，生成氧化钙，所以最终产物为羟基磷灰石与氧化钙、碳酸钙的混合物。该衍射峰中氧化钙的强度比图2中的高，表明氧化钙含量升高。

由图4结果可得，左上方物相为羟基磷灰石，右下方物相为碳酸钙和氧化钙的混合物，最终产物为羟基磷灰石和碳酸钙、氧化钙混合物，颗粒尺寸均为亚微米量级。