專利名稱：炭/炭復(fù)合材料的表面氧化改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的表面改性方法，特別是涉及一種炭/炭復(fù)合材料的表面改性方法。
背景技術(shù)：
炭/炭復(fù)合材料由于具有優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的生物相容性，同時(shí)還具有與人體骨骼相近的彈性模量、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)及抗體液腐蝕性。因此被認(rèn)為是一種綜合性能優(yōu)異的人體骨骼替換材料，具有較好的應(yīng)用前景。但是炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量較少，因而難以與骨組織形成良好的結(jié)合。文獻(xiàn)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，，報(bào)道了采用(NH4) 2S208對(duì)炭/炭復(fù)合材料表面進(jìn)行氧化處理，從而提高炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量。該文獻(xiàn)中報(bào)道的氧化前后炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量為0. 5%和11. 2%。文獻(xiàn)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”報(bào)道了在高壓蒸汽條件下采用H202對(duì)炭/炭復(fù)合材料表面進(jìn)行氧化處理。該文獻(xiàn)中報(bào)道的氧化前后炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量為0. 5%和9. I %。上述氧化方法均對(duì)炭/炭復(fù)合材料的表面進(jìn)行了一定程度的改性，但是炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量在11. 2%以下。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的方法對(duì)炭/炭復(fù)合材料的表面改性后，炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量低的不足，本發(fā)明提供一種炭/炭復(fù)合材料的表面改性方法。該方法通過FeSO4 ·7Η20和Η202的共同作用產(chǎn)生的羥基自由基引起氧化反應(yīng)，再采用超聲波輔助條件下Η202氧化作用，最終完成炭/炭復(fù)合材料的表面氧化改性，從而提高炭/炭復(fù)合材料表面的
氧原子含量。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種炭/炭復(fù)合材料的表面改性方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟(I)將炭/炭復(fù)合材料依次用400#和800#砂紙打磨，然后用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得樣品標(biāo)記為A ；(2)將樣品A放置于器皿中，依次加入FeSO4 · 7Η20和濃度為30%的％02，其中FeSO4 · 7Η20的質(zhì)量和Η202的體積比例為0. 01g/ml 0. 05g/ml，待反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫。然后在功率為25w的紫外線燈照射條件下，靜置8 12h，所得樣品標(biāo)記為B ；(3)將樣品B分別用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后置于濃度為30%及溫度為
380 100度的H202中，在超聲波震蕩條件下處理24 48h，其中超聲波的功率為40 100w、頻率為40kHz,所得樣品標(biāo)記為C ；(4)將樣品C用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗，置于70 100度的烘箱中干燥10 15小時(shí),然后自然冷卻至室溫。本發(fā)明的有益效果是由于通過FeSO4 · 7H20和H202的共同作用產(chǎn)生的羥基自由基引起氧化反應(yīng)，再采用超聲波輔助條件下H202氧化作用，最終完成炭/炭復(fù)合材料的表面氧化改性，從而提高了炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量。炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量由背景技術(shù)的11. 2%提高到15. 2 21.4%，最高提高了 91. 1%。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明。


附圖是經(jīng)過本發(fā)明炭/炭復(fù)合材料的表面改性方法實(shí)例I改性后與未改性炭/炭復(fù)合材料的XPS圖譜。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明方法具體步驟如下實(shí)施例I :(I)將炭/炭復(fù)合材料依次用400#和800#砂紙打磨，然后用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得樣品標(biāo)記為A ；(2)將樣品A放置于燒杯中，依次加入6g的FeSO4 · 7H20和300ml濃度為30 %的H202，待反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫。然后在功率為25w的紫外線燈照射條件下，靜置12h，所得樣品標(biāo)記為B ；(3)將樣品B分別用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后置于濃度為30%及溫度為100度的H202中，在超聲波震蕩條件下處理48h，其中超聲波的功率為100w、頻率為40kHz，所得樣品標(biāo)記為C ；(4)將樣品C用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗，置于70度的烘箱中干燥15小時(shí)，然后自然冷卻至室溫。圖I是未改性炭/炭復(fù)合材料及采用本實(shí)例I的方法表面氧化改性炭/炭復(fù)合材料的XPS圖譜。由圖可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過本實(shí)例I的表面改性方法后，O的峰強(qiáng)顯著增強(qiáng)，氧原子的百分含量由氧化改性前的6. 4%增加到21. 4%。本實(shí)例I制備的表面氧化改性炭/炭復(fù)合材料的表面氧原子含量為21.4%。實(shí)施例2 (I)將炭/炭復(fù)合材料依次用400#和800#砂紙打磨，然后用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得樣品標(biāo)記為A ；(2)將樣品A放置于燒杯中，依次加入Ig的FeSO4 · 7H20和IOOml濃度為30%的H202，待反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫。然后在功率為25w的紫外線燈照射條件下，靜置8h，所得樣品標(biāo)記為B ；(3)將樣品B分別用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后置于濃度為30%及溫度為80度的H202中，在超聲波震蕩條件下處理24h，其中超聲波的功率為40w、頻率為40kHz，所得樣品標(biāo)記為C ；(4)將樣品C用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗，置于70度的烘箱中干燥10h，然后自然冷卻至室溫。
本實(shí)例2制備的表面氧化改性炭/炭復(fù)合材料的表面氧原子含量為19. 5%。實(shí)施例3 (I)將炭/炭復(fù)合材料依次用400#和800#砂紙打磨，然后用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得樣品標(biāo)記為A ；(2)將樣品A放置于燒杯中，依次加入25g的FeSO4 ·7Η20和500ml濃度為30%的H202，待反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫。然后在功率為25w的紫外線燈照射條件下，靜置12h，所得樣品標(biāo)記為B ；(3)將樣品B分別用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后置于濃度為30%及溫度為100度的H202中，在超聲波震蕩條件下處理48h，其中超聲波的功率為100w、頻率為40kHz，所得樣品標(biāo)記為C ；(4)將樣品C用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗，置于100度的烘箱中干燥15h，然后自然冷卻至室溫。本實(shí)例3制備的表面氧化改性炭/炭復(fù)合材料的表面氧原子含量為20. 8%。實(shí)施例4 (I)將炭/炭復(fù)合材料依次用400#和800#砂紙打磨，然后用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得樣品標(biāo)記為A ；(2)將樣品A放置于燒杯中，依次加入12g的FeSO4 ·7Η20和300ml濃度為30%的H202，待反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫。然后在功率為25w的紫外線燈照射條件下，靜置10h，所得樣品標(biāo)記為B ；(3)將樣品B分別用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后置于濃度為30%及溫度為90度的H202中，在超聲波震蕩條件下處理36h，其中超聲波的功率為40w、頻率為40kHz，所得樣品標(biāo)記為C ；(4)將樣品C用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗，置于100度的烘箱中干燥10h，然后自然冷卻至室溫。本實(shí)例4制備的表面氧化改性炭/炭復(fù)合材料的表面氧原子含量為15. 2%。實(shí)施例5:(I)將炭/炭復(fù)合材料依次用400#和800#砂紙打磨，然后用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得樣品標(biāo)記為A ；(2)將樣品A放置于燒杯中，依次加入15g的FeSO4 ·7Η20和500ml濃度為30 %的H202，待反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫。然后在功率為25w的紫外線燈照射條件下，靜置9h，所得樣品標(biāo)記為B ；(3)將樣品B分別用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后置于濃度為30%及溫度為90度的H202中，在超聲波震蕩條件下處理40h，其中超聲波的功率為60w、頻率為40kHz，所得樣品標(biāo)記為C ；(4)將樣品C用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗，置于80度的烘箱中干燥12h，然后自然冷卻至室溫。
本實(shí)例5制備的表面氧化改性炭/炭復(fù)合材料的表面氧原子含量為20. 5%。實(shí)施例6 (I)將炭/炭復(fù)合材料依次用400#和800#砂紙打磨，然后用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得樣品標(biāo)記為A ；(2)將樣品A放置于燒杯中，依次加入8g的FeSO4 · 7H20和200ml濃度為30 %的H202，待反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫。然后在功率為25w的紫外線燈照射條件下，靜置llh，所得樣品標(biāo)記為B ；(3)將樣品B分別用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后置于濃度為30%及溫度為80度的H202中，在超聲波震蕩條件下處理30h，其中超聲波的功率為80w、頻率為40kHz，所得樣品標(biāo)記為C ；(4)將樣品C用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗，置于90度的烘箱中干燥14h，然后自然冷卻至室溫。本實(shí)例6制備的表面氧化改性炭/炭復(fù)合材料的表面氧原子含量為18. 7%。
權(quán)利要求
1. 一種炭/炭復(fù)合材料的表面改性方法，其特征在于包括以下步驟(1)將炭/炭復(fù)合材料依次用400#和800#砂紙打磨，然后用丙酮、無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后放入真空干燥箱中干燥，所得樣品標(biāo)記為A ；(2)將樣品A放置于器皿中，依次加入FeSO4· 7H20和濃度為30 %的H202，其中FeSO4 · 7H20的質(zhì)量和H202的體積比例為O. 01g/ml O. 05g/ml，待反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻至室溫；然后在功率為25w的紫外線燈照射條件下，靜置8 12h，所得樣品標(biāo)記為B ；(3)將樣品B分別用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗后置于濃度為30%及溫度為80 100度的H202中，在超聲波震蕩條件下處理24 48h，其中超聲波的功率為40 100w、頻率為40kHz,所得樣品標(biāo)記為C ；(4)將樣品C用無水乙醇和蒸餾水超聲清洗，置于70 100度的烘箱中干燥10 15小時(shí)，然后自然冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種炭/炭復(fù)合材料的表面改性方法，用于解決現(xiàn)有的方法對(duì)炭/炭復(fù)合材料的表面改性后，炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量低的技術(shù)問題。技術(shù)方案是通過FeSO4·7H2O和H2O2的共同作用產(chǎn)生的羥基自由基引起氧化反應(yīng)，再采用超聲波輔助條件下H2O2氧化作用，最終完成炭/炭復(fù)合材料的表面氧化改性。由于通過FeSO4·7H2O和H2O2的共同作用產(chǎn)生的羥基自由基引起氧化反應(yīng)，再采用超聲波輔助條件下H2O2氧化作用，從而提高了炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量。炭/炭復(fù)合材料表面的氧原子含量由背景技術(shù)的11.2％提高到15.2～21.4％，最高提高了91.1％。
文檔編號(hào)A61L27/02GK102908660SQ20121034433
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者張磊磊, 李賀軍, 李克智, 張守陽, 付前剛, 盧錦花, 張雨雷 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)