一種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法，是將鉭粉與造孔劑、成型劑混勻，再經造粒、注射入模具成型、脫模、脫脂、燒結和熱處理制得替代牙骨組織的口腔植入材料；脫脂步驟為300～350℃處理30～40分鐘，然后600～900℃處理40～60分鐘，燒結步驟為真空度為10?4～10?3Pa，1200～1400℃保溫30～40分鐘，然后1900～2100℃保溫150～200分鐘，熱處理步驟為真空度為10?4～10?3Pa，1100～1300℃保溫200～240分鐘，冷卻至200～300℃保溫100～120分鐘，然后隨爐冷卻至室溫；其中，造孔劑是氯化鈉和羧甲基纖維素的組合，成型劑是聚乙烯醇、硬脂酸和合成橡膠的組合。本發明制備方法簡單，產品合格率高、生產穩定，產品合格率在99％以上，雜質含量低于0.03％，孔隙分布均勻，生物相容性好。
【專利說明】
一種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種制備方法，具體涉及一種用于口腔植入多孔鉭材料的制備方法。屬于口腔外科技術領域。
【背景技術】
[0002]生物醫用材料是對生物體進行診斷、治療和置換損壞組織、器官或增進其功能的材料。口腔種植材料便是其中的一種。口腔種植是牙列缺失、缺損的有效修復手段，具有固位良好、美觀效果逼真等優點。由于口腔種植材料需處于人體特殊的內環境中，因此對材料各項性能的要求嚴格，理想的植入材料應當具有良好的生物學性能、機械性能，以及較好的加工成形性，還應當耐滅菌、耐消毒等
[0003]鉭具有良好抗沖擊性、耐腐蝕性和生物相容性而廣泛應用于人體骨組織的替代，比如牙骨，但是由于其強度、彈性模量和密度等的不匹配，使得載荷不能由種植體很好的傳遞到相鄰骨組織，出現應力屏蔽現象，造成植入體周圍出現骨應力吸收，最終導致植入體松動或斷裂。從力學相容性的角度來看，植入體材料應當與被替換的牙骨有相近的強度和彈性模量等。比如，骨組織彈性模量為2?18GPa，當種植體承受載荷時，倘若種植體與骨組織力學性能不匹配，骨界面易發生應力屏蔽，不利于種植體的長期穩定。牙骨的壓縮強度為100?230MPa，彎曲強度為50?150MPa，植入體材料的力學性能在此范圍內才能更好的匹配。多孔材料的孔隙率和孔徑也有相應的要求，孔隙度越小，植入時受到的應力也越小，但是同時，孔隙度越大，與人體的相容性越好，因此這兩個因素應當綜合考慮，按照臨床研究以及相關報道，口腔植入體的理想孔隙率應在30?80%。
[0004]目前有制備多孔鉭材料的相關報道，但是制備方法的合格率相對較低，雜質含量在0.1 %以上，對于一些身體素質比較差的特殊人群來說，雜質含量直接決定了植入體能否在患者口腔內正常植入。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種用于口腔植入多孔鉭材料的制備方法。
[0006]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
[0007]—種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法，是將鉭粉與造孔劑、成型劑混勻，再經造粒、注射入模具成型、脫模、脫脂、燒結和熱處理制得替代牙骨組織的口腔植入材料;脫脂步驟為300?350 °C處理30?40分鐘，然后600?900 °C處理40?60分鐘，燒結步驟為真空度為10—4?10—3Pa, 1200?1400°C保溫30?40分鐘，然后1900?2100°C保溫150?200分鐘，熱處理步驟為真空度為10—4?10—3Pa, 1100?1300°C保溫200?240分鐘，冷卻至200?300°C保溫100?120分鐘，然后隨爐冷卻至室溫;其中，鉭粉、造孔劑和成型劑的質量比為1:0.4?
0.5:0.1?0.2，造孔劑是氯化鈉和羧甲基纖維素的組合，兩者的質量比為1:2?3，成型劑是聚乙烯醇、硬脂酸和合成橡膠的組合，三者的質量比為1:2?3:2?3。
[0008]優選的，造孔劑和成型劑均為粉末狀，或者研磨成粉末后使用。
[0009]優選的，造粒步驟為在320?400 °C，10?13MPa條件下，將混合粉末造粒得到粒徑不大于ΙΟΟμπι的圓形顆粒。
[0010]優選的，注射入模具成型步驟的溫度和壓力條件分別為300?500°C和70?80MPa。
[0011]優選的，脫模時間為15?20秒。
[0012]優選的，脫脂步驟為350°C處理35分鐘，然后700°C處理45分鐘。
[0013]進一步優選的，脫脂步驟兩個階段的升溫速率均為2?2.5°C/min。
[0014]優選的，燒結步驟為真空度為10—4?10—3Pa，1300°C保溫40分鐘，然后2000°C保溫180分鐘。
[0015]進一步優選的，燒結步驟兩個階段的升溫速率均為12?15°C/min。
[0016]優選的，熱處理步驟為真空度為10—4?10—3Pa，1200°C保溫230分鐘，冷卻至250°C保溫110分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。
[0017]進一步優選的，熱處理步驟的升溫速率為12?15°C/min，冷卻速率為2?3°C/min。
[0018]本發明的有益效果:
[0019]本發明制備方法簡單，產品合格率高、生產穩定，產品合格率在99%以上，雜質含量低于0.03%，孔隙分布均勻且連通，生物相容性好。作為醫用鉭多孔材料由于其孔隙的存在而大大降低了金屬的強度、彈性模量以及密度，但具有很高的均勻分布連通孔隙以及相適應的力學性能，從而保證了人體神經、血管等軟組織和新生骨組織正常生長的需要。本發明制備工藝獲得的產品具有非常好的均勻度，制備工藝的重現性好。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例對本發明進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發明，并不對其內容進行限定。
[0021]實施例1:
[0022]一種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法，是將Ikg鉭粉與0.4kg造孔劑(質量比為1:2的氯化鈉和羧甲基纖維素)、0.1kg成型劑(質量比為1:2:2的聚乙烯醇粉末、硬脂酸和石蠟粉)混勻，再經造粒、注射入模具成型、脫模、脫脂、燒結和熱處理制得替代牙骨組織的口腔植入材料。
[0023](I)造粒:在320°C，1MPa條件下，將混合粉末造粒得到粒徑不大于ΙΟΟμπι的圓形顆粒。
[0024](2)注射入模具成型:溫度和壓力條件分別為300°C和70MPa。
[0025](3)脫模:所用時間為15秒。
[0026](4)脫脂:300°C處理30分鐘，然后600°C處理40分鐘；脫脂步驟為350°C處理35分鐘，然后70(TC處理45分鐘。這兩個階段的升溫速率均為2°C/min。
[0027](5)燒結:真空度為10—4Pa，1200 °C保溫30分鐘，然后1900 °C保溫150分鐘;這兩個階段的升溫速率均為12°C/min。
[0028](6)熱處理:真空度為10—4Pa，1100 °C保溫200分鐘，冷卻至200 °C保溫100分鐘，然后隨爐冷卻至室溫;升溫速率均為12°C/min，冷卻速率為2°C/min。
[0029]按照GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標準對所得多孔鉭材料的密度、孔隙率、孔徑及各種力學性能進行檢測:其雜質含量低于0.03%，其孔隙分布均勻，密度8.34g/cm3，孔隙率40%，孔隙平均直徑30μπι，彈性模量8GPa，彎曲強度130MPa，抗壓強度150MPa。制備得到的多孔鉭材料適合用于替代牙骨組織的口腔植入材料。該制備工藝產品的合格率為99.1%，產品的均勻性好。
[0030]實施例2:
[0031]一種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法，是將I kg鉭粉與0.5kg造孔劑(質量比為1:3的氯化鈉和羧甲基纖維素)、0.2kg成型劑(質量比為1:3:3的聚乙烯醇粉末、硬脂酸和石蠟粉)混勻，再經造粒、注射入模具成型、脫模、脫脂、燒結和熱處理制得替代牙骨組織的口腔植入材料。
[0032](I)造粒:在400°C，13MPa條件下，將混合粉末造粒得到粒徑不大于ΙΟΟμπι的圓形顆粒。
[0033](2)注射入模具成型:溫度和壓力條件分別為500°C和80MPa。
[0034](3)脫模:所用時間為20秒。
[0035](4)脫脂:350°C處理40分鐘，然后900°C處理60分鐘；這兩個階段的升溫速率均為2.5°C/min0
[0036](5)燒結:真空度為10—3Pa，1400 °C保溫40分鐘，然后2100 °C保溫200分鐘;這兩個階段的升溫速率均為15°C/min。
[0037](6)熱處理:真空度為10—3Pa，1300 °C保溫240分鐘，冷卻至300 °C保溫120分鐘，然后隨爐冷卻至室溫;升溫速率為15°C/min，冷卻速率為3°C/min。
[0038]按照GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標準對所得多孔鉭材料的密度、孔隙率、孔徑及各種力學性能進行檢測:其雜質含量低于0.03%，其孔隙分布均勻，密度8.34g/cm3，孔隙率40%，孔隙平均直徑30μπι，彈性模量8GPa，彎曲強度130MPa，抗壓強度149MPa。制備得到的多孔鉭材料適合用于替代牙骨組織的口腔植入材料。該制備工藝產品的合格率為99.2%，產品的均勻性好。
[0039]實施例3:
[0040]—種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法，是將Ikg鉭粉與0.4kg造孔劑(質量比為1:3的氯化鈉和羧甲基纖維素)、0.2kg成型劑(質量比為1:3:2的聚乙烯醇粉末、硬脂酸和石蠟粉)混勻，再經造粒、注射入模具成型、脫模、脫脂、燒結和熱處理制得替代牙骨組織的口腔植入材料。
[0041 ] (I)造粒:在350°C，12MPa條件下，將混合粉末造粒得到粒徑不大于ΙΟΟμπι的圓形顆粒。
[0042](2)注射入模具成型:溫度和壓力條件分別為400°C和75MPa。
[0043](3)脫模:所用時間為16秒。
[0044](4)脫脂:320°C處理35分鐘，然后800°C處理50分鐘;這兩個階段的升溫速率均為20C/min0
[0045 ] (5)燒結:真空度為I O—4Pa ,1300 °C保溫3 5分鐘，然后2000 °C保溫160分鐘;這兩個階段的升溫速率均為13°C/min。
[0046](6)熱處理:真空度為10—4Pa，1250 °C保溫220分鐘，冷卻至220 °C保溫110分鐘，然后隨爐冷卻至室溫;升溫速率為15°C/min，冷卻速率為2?3°C/min。
[0047]按照GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標準對所得多孔鉭材料的密度、孔隙率、孔徑及各種力學性能進行檢測:其雜質含量低于0.03%，其孔隙分布均勻，密度8.34g/cm3，孔隙率39%，孔隙平均直徑30μπι，彈性模量8GPa，彎曲強度131MPa，抗壓強度150MPa。制備得到的多孔鉭材料適合用于替代牙骨組織的口腔植入材料。該制備工藝產品的合格率為99.1%，產品的均勻性好。
[0048]實施例4:
[0049 ] 一種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法，是將I kg鉭粉與0.5kg造孔劑(質量比為1:3的氯化鈉和羧甲基纖維素)、0.1kg成型劑(質量比為1:2:3的聚乙烯醇粉末、硬脂酸和石蠟粉)混勻，再經造粒、注射入模具成型、脫模、脫脂、燒結和熱處理制得替代牙骨組織的口腔植入材料。
[0050](I)造粒:在380°C，IIMPa條件下，將混合粉末造粒得到粒徑不大于ΙΟΟμπι的圓形顆粒。
[0051 ] (2)注射入模具成型:溫度和壓力條件分別為450°C和70MPa。
[0052](3)脫模:所用時間為20秒。
[0053](4)脫脂:320°C處理33分鐘，然后750°C處理50分鐘;這兩個階段的升溫速率均為20C/min0
[0054](5)燒結:真空度為10—3Pa，1200 °C保溫40分鐘，然后2050 °C保溫200分鐘;這兩個階段的升溫速率均為14°C/min。
[0055](6)熱處理:真空度為10—3Pa，1100 °C保溫240分鐘，冷卻至200 °C保溫110分鐘，然后隨爐冷卻至室溫;升溫速率為12°C/min，冷卻速率為2?3°C/min。
[0056]按照GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標準對所得多孔鉭材料的密度、孔隙率、孔徑及各種力學性能進行檢測:其雜質含量低于0.03%，其孔隙分布均勻，密度8.34g/cm3，孔隙率41 %，孔隙平均直徑3Iym，彈性模量8GPa，彎曲強度129MPa，抗壓強度151MPa。制備得到的多孔鉭材料適合用于替代牙骨組織的口腔植入材料。該制備工藝產品的合格率為99.2%，產品的均勻性好。
[0057]實施例5:
[0058]一種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法，是將Ikg鉭粉與0.4kg造孔劑(質量比為1:3的氯化鈉和羧甲基纖維素)、0.2kg成型劑(質量比為1:3:2的聚乙烯醇粉末、硬脂酸和石蠟粉)混勻，再經造粒、注射入模具成型、脫模、脫脂、燒結和熱處理制得替代牙骨組織的口腔植入材料。
[0059](I)造粒:在350°C，12MPa條件下，將混合粉末造粒得到粒徑不大于ΙΟΟμπι的圓形顆粒。
[0060](2)注射入模具成型:溫度和壓力條件分別為400°C和75MPa。
[0061](3)脫模:所用時間為18秒。
[0062](4)脫脂:350°C處理35分鐘，然后700°C處理45分鐘;這兩個階段的升溫速率均為20C/min0
[0063](5)燒結:真空度為10—4Pa，1300 °C保溫40分鐘，然后2000 °C保溫180分鐘;這兩個階段的升溫速率均為13°C/min。
[0064](6)熱處理:真空度為10—4Pa，1200 °C保溫230分鐘，冷卻至250 °C保溫110分鐘，然后隨爐冷卻至室溫;升溫速率為13°C/min，冷卻速率為2°C/min。
[0065]按照GB/T5163-2006、GB/T5249-1985、GB/T6886-2001 等標準對所得多孔鉭材料的密度、孔隙率、孔徑及各種力學性能進行檢測:其雜質含量低于0.03%，其孔隙分布均勻，密度8.34g/cm3，孔隙率40%，孔隙平均直徑30μπι，彈性模量8GPa，彎曲強度130MPa，抗壓強度150MPa。制備得到的多孔鉭材料適合用于替代牙骨組織的口腔植入材料。該制備工藝產品的合格率為99.5%，產品的均勻性好。
[0066]從實施例1?5可以看出，工藝參數的具體調整對產品合格率有一定影響，但總體都在99%以上，雜質含量也均能控制在0.03%以下，產品的其他性能參數，比如孔隙率、孔隙平均直徑、彈性模量、彎曲強度和抗壓強度等數值較穩定，幾乎沒有波動，說明通過本發明的制備工藝獲得的產品具有非常好的均勻度。同樣的試驗條件下重復試驗獲得產品的性能參數穩定，制備工藝的重現性好。
[0067]上述雖然對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【主權項】
1.一種用于口腔植入的多孔鉭材料的制備方法，是將鉭粉與造孔劑、成型劑混勻，再經造粒、注射入模具成型、脫模、脫脂、燒結和熱處理制得替代牙骨組織的口腔植入材料;其特征在于，脫脂步驟為300?350 °C處理30?40分鐘，然后600?900 °C處理40?60分鐘，燒結步驟為真空度為10—4?10—3Pa，1200?1400°C保溫30?40分鐘，然后1900?2100°C保溫150?200分鐘，熱處理步驟為真空度為10—4?10—3Pa, 1100?1300°C保溫200?240分鐘，冷卻至200?300 °C保溫100?120分鐘，然后隨爐冷卻至室溫;其中，鉭粉、造孔劑和成型劑的質量比為1:0.4?0.5:0.1?0.2，造孔劑是氯化鈉和羧甲基纖維素的組合，兩者的質量比為1:2?3，成型劑是聚乙烯醇、硬脂酸和合成橡膠的組合，三者的質量比為1:2?3:2?3。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，造粒步驟為在320?400°C，10?13MPa條件下，將混合粉末造粒得到粒徑不大于ΙΟΟμπι的圓形顆粒。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，注射入模具成型步驟的溫度和壓力條件分別為300?500°C和70?80MPa。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，脫模時間為15?20秒。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，脫脂步驟為350°C處理35分鐘，然后700 °C處理45分鐘。6.根據權利要求1或5所述的制備方法，其特征在于，脫脂步驟兩個階段的升溫速率均為2 ?2.5°C/min。7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，燒結步驟為真空度為10—4?10—3Pa，1300 °C保溫40分鐘，然后2000 °C保溫180分鐘。8.根據權利要求1或7所述的制備方法，其特征在于，燒結步驟兩個階段的升溫速率均為 12 ?15°C/min09.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，熱處理步驟為真空度為10—4?10—3Pa，1200 °C保溫230分鐘，冷卻至250 °C保溫110分鐘，然后隨爐冷卻至室溫。10.根據權利要求1或9所述的制備方法，其特征在于，熱處理步驟的升溫速率為12?15°(:/11^11，冷卻速率為2?3°(:/1^11。
【文檔編號】C22C1/08GK105855553SQ201610190993
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】馬利, 張東升, 張衛東
【申請人】山東省立醫院