一種抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及一種抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)用超高分子量聚乙烯(英文名稱縮寫:UHMWPE)是目前廣泛采用的髖關(guān)節(jié)臼材料。目前，應(yīng)用于臨床的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料主要是輻照交聯(lián)VE/UHMWPE/G0復(fù)合材料，然而，VE的加入降低了復(fù)合材料的交聯(lián)度，從而降低了復(fù)合材料的耐磨粒磨損的性能。此外復(fù)合材料的力學(xué)性能相較于純UHMffPE有待進一步提高。因此進一步提高其在力學(xué)與耐磨方面的性能，對醫(yī)療應(yīng)用有重大的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述不足之處，提供一種抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法。
[0004]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，步驟如下:
(1)超高分子量聚乙烯的處理:選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯粉末為基底材料，充分干燥，得到；
(2)混合粉末的制備工藝:取步驟(I)所得超高分子量聚乙烯粉末和單層氧化石墨烯進行球磨混合，形成均勻的混合粉末；
(3)成型工藝:將步驟(2)所得混合粉末添加到模具中，采用平板硫化機在預(yù)壓，然后在保溫箱中180°C保溫，再采用平板硫化機壓模處理得到復(fù)合材料板材，冷卻至室溫；
(4)輻照工藝:將步驟(3)所得復(fù)合材料板材真空密封然后在室溫下，采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理，得到超高分子量聚乙烯復(fù)合材料；
(5)浸泡工藝:將步驟(4)輻照后的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料浸泡在維生素E溶液中，然后置于真空箱中干燥，取出后冷卻至室溫，最終得到抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。
[0005]所述抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為:
(1)超高分子量聚乙烯的處理:選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯粉末為基底材料，粒度范圍為4.3-200μπι，將超高分子聚乙烯粉末在100°C環(huán)境下干燥12h，去除超高分子量聚乙烯粉末的水分；
(2)混合粉末的制備工藝:
a、取0.3-0.7份的單層氧化石墨烯加入到400-500份溶劑中，通過充分?jǐn)嚢璺稚?，然后再?00-400W超聲處理0.5-2h ；
b、將步驟(I)所得超高分子量聚乙烯99-99.6份加入到上述溶液中，經(jīng)磁力攪拌30-90min后再次200-400W超聲剝離0.5_2h，得到混合粉末； C、將混合物置于球磨機中研磨粉碎，以300-600r/min的轉(zhuǎn)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下保溫至其完全干燥；
(3)成型工藝:將10g步驟(2)所得混合粉末添加到模具中，采用平板硫化機在5-10MPa壓力下預(yù)壓10_15min，然后在保溫箱中150-200°C保溫2-3h，再采用平板硫化機在10-20MPa下壓模處理15-20min得到板材，冷卻至室溫；
(4)輻照工藝:將步驟(3)所得板材真空密封，然后在室溫下采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理，輻照9天，得到超高分子量聚乙烯復(fù)合材料；
(5)浸泡工藝:將步驟(4)所得輻照后的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料浸泡在質(zhì)量濃度為98%的維生素E溶液中5-10h，然后置于100-140 °C的真空箱中8-24小時，取出后冷卻至室溫。
[0006]步驟(2)所述溶劑為無水乙醇或丙酮。
[0007]步驟(4)采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理時，輻照量為lOOkGy，輻照的劑量率為5kGyh-l，γ -射線原材用60Co。
[0008]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明選用醫(yī)用超高分子量聚乙烯UHMWPE粉末為基礎(chǔ)材料，對其復(fù)合氧化石墨烯，并用維生素E溶液浸泡，充分利用了維生素-E和氧化石墨烯的優(yōu)良品質(zhì)，即增加了UHMffPE的抗氧化性和生物相容性，又增加了UHMffPE的耐磨性等力學(xué)性能，最終得到抗氧化超低磨損超高分子量聚乙稀復(fù)合材料。
[0009]維生素-E分子結(jié)構(gòu)中的氧雜萘滿端可以吸取和穩(wěn)定自由基，形成苯氧基自由基；苯氧基自由基會遭受位阻，使本身穩(wěn)定并保留在聚合物內(nèi)，阻止氧化過程。
【具體實施方式】
[0010]以下實施例中所述醫(yī)用超高分子量聚乙烯粉末UHMWPE，其為常規(guī)的市購產(chǎn)品；維生素為常規(guī)的市購產(chǎn)品，純度大于98%;
單層氧化石墨烯(G0)，是通過氧化還原反應(yīng)制備出石墨烯的一種衍生物，它是在單層石墨烯二維結(jié)構(gòu)上連接大量含氧官能團，如竣基、揣基、輕基等，具有較高的彈性模量、抗拉強度等力學(xué)性能;可市購或自行制備。
[0011]實施例1
所述抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為:
(1)超高分子量聚乙烯的處理:選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯粉末為基底材料，粒度范圍為4.3-200μπι，將超高分子聚乙烯粉末在100°C環(huán)境下干燥12h，去除超高分子量聚乙烯粉末的水分；
(2)混合粉末的制備工藝:
a、取0.3份的單層氧化石墨烯加入到400份溶劑中，通過充分?jǐn)嚢璺稚?，然后再?00W超聲處理2h;
b、將步驟(I)所得超高分子量聚乙烯99份加入到上述溶液中，經(jīng)磁力攪拌90min后再次200W超聲剝離2h，得到混合粉末；
C、將混合物置于球磨機中研磨粉碎，以300r/min的轉(zhuǎn)速粉碎4h;所得混合粉末置于1000C水浴中干燥，在80°C下保溫至其完全干燥；
(3)成型工藝:將10g步驟(2)所得混合粉末添加到模具中，采用平板硫化機在5MPa壓力下預(yù)壓15min，然后在保溫箱中150°C保溫3h，再采用平板硫化機在1MPa下壓模處理20min得到板材，冷卻至室溫；
(4)輻照工藝:將步驟(3)所得板材真空密封，然后在室溫下采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理，輻照9天，得到超高分子量聚乙烯復(fù)合材料；
(5)浸泡工藝:將步驟(4)所得輻照后的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料浸泡在質(zhì)量濃度為98%的維生素E溶液中5h，然后置于140 0C的真空箱中8小時，取出后冷卻至室溫。
[0012]步驟(2)所述溶劑為無水乙醇或丙酮。
[0013]步驟(4)采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理時，輻照量為lOOkGy，輻照的劑量率為5kGyh-l，γ -射線原材用60Co。
[0014]實施例2
所述抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為:
(1)超高分子量聚乙烯的處理:選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯粉末為基底材料，粒度范圍為4.3-200μπι，將超高分子聚乙烯粉末在100°C環(huán)境下干燥12h，去除超高分子量聚乙烯粉末的水分；
(2)混合粉末的制備工藝:
a、取0.7份的單層氧化石墨烯加入到500份溶劑中，通過充分?jǐn)嚢璺稚?，然后再?00W超聲處理0.5h;
b、將步驟(I)所得超高分子量聚乙烯99.6份加入到上述溶液中，經(jīng)磁力攪拌90min后再次200W超聲剝離2h，得到混合粉末；
C、將混合物置于球磨機中研磨粉碎，以600r/min的轉(zhuǎn)速粉碎2h;所得混合粉末置于1200C水浴中干燥，在60°C下保溫至其完全干燥；
(3)成型工藝:將10g步驟(2)所得混合粉末添加到模具中，采用平板硫化機在1MPa壓力下預(yù)壓lOmin，然后在保溫箱中200°C保溫2h，再采用平板硫化機在20MPa下壓模處理15min得到板材，冷卻至室溫；
(4)輻照工藝:將步驟(3)所得板材真空密封，然后在室溫下采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理，輻照9天，得到超高分子量聚乙烯復(fù)合材料；
(5)浸泡工藝:將步驟(4)所得輻照后的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料浸泡在質(zhì)量濃度為98%的維生素E溶液中5h，然后置于100 0C的真空箱中24小時，取出后冷卻至室溫。
[0015]步驟(2)所述溶劑為無水乙醇或丙酮。
[0016]步驟(4)采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理時，輻照量為lOOkGy，輻照的劑量率為5kGyh-l，γ -射線原材用60Co。
[0017]實施例3
所述抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，具體步驟為:
(1)超高分子量聚乙烯的處理:選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯粉末為基底材料，粒度范圍為4.3-200μπι，將超高分子聚乙烯粉末在100°C環(huán)境下干燥12h，去除超高分子量聚乙烯粉末的水分；
(2)混合粉末的制備工藝:
a、取0.5份的單層氧化石墨烯加入到450份溶劑中，通過充分?jǐn)嚢璺稚?，然后再?00W超聲處理Ih;
b、將步驟(I)所得超高分子量聚乙烯99.3份加入到上述溶液中，經(jīng)磁力攪拌60min后再次300W超聲剝離Ih，得到混合粉末；
c、將混合物置于球磨機中研磨粉碎，以450r/min的轉(zhuǎn)速粉碎3h;所得混合粉末置于1100C水浴中干燥，在70°C下保溫至其完全干燥；
(3)成型工藝:將10g步驟(2)所得混合粉末添加到模具中，采用平板硫化機在SMPa壓力下預(yù)壓13min，然后在保溫箱中180°C保溫2h，再采用平板硫化機在15MPa下壓模處理18min得到板材，冷卻至室溫；
(4)輻照工藝:將步驟(3)所得板材真空密封，然后在室溫下采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理，輻照9天，得到超高分子量聚乙烯復(fù)合材料；
(5)浸泡工藝:將步驟(4)所得輻照后的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料浸泡在質(zhì)量濃度為98%的維生素E溶液中8h，然后置于120 0C的真空箱中16小時，取出后冷卻至室溫。
[0018]步驟(2)所述溶劑為無水乙醇或丙酮。
[0019]步驟(4)采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理時，輻照量為lOOkGy，輻照的劑量率為5kGyh-l，γ -射線原材用60Co。
[0020]本發(fā)明選用醫(yī)藥級UHMffPE粉末為基礎(chǔ)材料，按照合適的成分配比復(fù)合添加氧化石墨烯粉末，在球磨機中將兩種材料均勻混合;設(shè)定優(yōu)選成型工藝，采用模壓成型法制備出UHMWPE/G0復(fù)合材料，輻照后真空環(huán)境下浸泡在維生素E溶液中，得到抗氧化超低磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。本發(fā)明使復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐磨性大幅提高，對于提高生物摩擦學(xué)性能也具有重要意義。
【主權(quán)項】
1.一種抗氧化耐磨損超高分子量聚乙稀復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟如下: (1)超高分子量聚乙烯的處理:選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯粉末為基底材料，充分干燥，得到； (2)混合粉末的制備工藝:取步驟(I)所得超高分子量聚乙烯粉末和單層氧化石墨烯進行球磨混合，形成均勻的混合粉末； (3)成型工藝:將步驟(2)所得混合粉末添加到模具中，采用平板硫化機在預(yù)壓，然后在保溫箱中180°C保溫，再采用平板硫化機壓模處理得到復(fù)合材料板材，冷卻至室溫； (4)輻照工藝:將步驟(3)所得復(fù)合材料板材真空密封然后在室溫下，采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理，得到超高分子量聚乙烯復(fù)合材料； (5)浸泡工藝:將步驟(4)輻照后的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料浸泡在維生素E溶液中，然后置于真空箱中干燥，取出后冷卻至室溫，最終得到抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。2.如權(quán)利要求1所述抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征是具體步驟為: (1)超高分子量聚乙烯的處理:選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯粉末為基底材料，粒度范圍為4.3-200μπι，將超高分子聚乙烯粉末在100°C環(huán)境下干燥12h，去除超高分子量聚乙烯粉末的水分； (2)混合粉末的制備工藝: a、取0.3-0.7份的單層氧化石墨烯加入到400-500份溶劑中，通過充分?jǐn)嚢璺稚?，然后再?00-400W超聲處理0.5-2h ； b、將步驟(I)所得超高分子量聚乙烯99-99.6份加入到上述溶液中，經(jīng)磁力攪拌30-90min后再次200-400W超聲剝離0.5_2h，得到混合粉末； c、將混合物置于球磨機中研磨粉碎，以300-600r/min的轉(zhuǎn)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下保溫至其完全干燥； (3)成型工藝:將10g步驟(2)所得混合粉末添加到模具中，采用平板硫化機在5-10MPa壓力下預(yù)壓10_15min，然后在保溫箱中150-200°C保溫2-3h，再采用平板硫化機在10-20MPa下壓模處理15-20min得到板材，冷卻至室溫； (4)輻照工藝:將步驟(3)所得板材真空密封，然后在室溫下采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理，輻照9天，得到超高分子量聚乙烯復(fù)合材料； (5)浸泡工藝:將步驟(4)所得輻照后的超高分子量聚乙烯復(fù)合材料浸泡在質(zhì)量濃度為98%的維生素E溶液中5-10h，然后置于100-140 °C的真空箱中8-24小時，取出后冷卻至室溫。3.如權(quán)利要求2所述抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟(2)所述溶劑為無水乙醇或丙酮。4.如權(quán)利要求2所述抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征是步驟(4)采用γ-射線進行輻照交聯(lián)處理時，輻照量為lOOkGy，輻照的劑量率為5kGyh-l，γ-射線原材用60Co。
【專利摘要】本發(fā)明具體涉及一種抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料制備方法，屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。其選用醫(yī)藥級超高分子量聚乙烯UHMWPE粉末為基礎(chǔ)材料，并對其復(fù)合單層氧化石墨烯GO，制成混合粉末，將混合粉末加入模具中，通過熱壓成型方法制備出UHMWPE/GO復(fù)合材料；隨后對其進行γ?射線輻照交聯(lián)處理，然后對其用維生素?E溶液浸泡，最終得到抗氧化耐磨損超高分子量聚乙烯復(fù)合材料。本發(fā)明通過γ?射線輻照交聯(lián)UHMWPE/GO復(fù)合材料具優(yōu)良的耐磨性能，GO的二維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的力學(xué)性能與生物相容性能不僅降低了磨損，減少了磨屑數(shù)量，而且降低了由磨屑而引起的細胞不良反應(yīng)程度，維生素?E的加入使得復(fù)合材料具有優(yōu)異的抗氧化和抗老化性能。
【IPC分類】C08L23/06, B29C35/08, C08J7/00, B29C35/02, C08J3/28, C08K3/04, C08J3/24
【公開號】CN105713217
【申請?zhí)枴緾N201610247199
【發(fā)明人】倪自豐, 段為朋, 陳國美, 李廣飛
【申請人】江南大學(xué)