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《北京化工大学》 2017年
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α-半水硫酸钙的制备及其性能研究

张咏青  
【摘要】:硫酸钙,因其具有快速的凝固性能、良好的生物相容性及骨引导性、优异的可降解性,而成为一种十分重要的医用骨修复植入材料,可应用于骨折、骨缺损以及骨肿瘤等疾病的手术和治疗。原料α-半水硫酸钙(α-CSH)的制备及性能研究是研究该材料的前提和关键,对人工骨移植材料的应用和发展至关重要。目前,我国对α-CSH的研究还处于初级阶段,产品完全依赖进口,价格昂贵,临床应用受到极大限制。传统方法反应设备较复杂、成本高,所得产品纯度低、粒径大,长径比高且多为晶须状,形貌与尺寸分布均匀性差,导致材料的性能不佳。为此,本论文提出采用“两步法”制备粒径和形貌可控、长径比低,且具有良好医用性能的α-CSH,即先通过超重力反应沉淀法(HGRP)制备二水硫酸钙前驱体(CSD),再采用常压盐溶液法使其脱去1.5个结晶水生成α-CSH;进一步对其水化硬化材料的力学性能和注射性能进行探究。全文的主要内容如下:(1)在旋转填充床中,以乙醇为改性剂,采用超重力反应沉淀法制备CSD前驱体。主要考察了原料浓度、旋转床转速、反应温度、进料流量、乙醇改性剂的添加与否、乙醇的添加量(醇/水体积比)等工艺条件对前驱体制备的影响规律,确定了较优制备条件:以氯化钙和硫酸钠溶液为原料,浓度为1.25 mol.L-1,以无水乙醇为改性剂,醇/水体积比为1:3,旋转床转速为2500 rpm,进料速度为0.5 L·min-1,反应温度为40 ℃。较优条件下所得前驱体为棒状颗粒,长0.5~4 μm,宽0.3~0.8 μm,形貌、大小和分布优于市售商品、烧瓶制备的前驱体以及超重力法制备但未改性的前驱体。(2)在超重力法制备CSD前驱体基础上,在传统搅拌釜反应器中,采用常压盐溶液法,以柠檬酸为转晶剂制备α-CSH。重点探索了反应温度、反应时间、氯化钙溶液浓度、前驱体的形貌大小等条件对产品的影响,得到较优制备条件:氯化钙溶液质量浓度为25%,CSD与反应液质量比为1:20,柠檬酸掺量为0.06%,体系初始pH值为4.4,反应温度为95 ℃,反应时间为4h。较优条件下所得α-CSH为棱柱状晶体,长为1~6μm,宽为0.5~2 μm,长径比为1~3。与传统水热法制备的长径比高达30的长须状相比,通过该法可以获得较为理想的形貌和较低的长径比。(3)以α-半水硫酸钙为固相基材,按一定比例与生理盐水混合制备得到可注射性硫酸钙材料,并对其生物医用性能进行了初步的研究。考察了液/固比、转晶剂掺量、α-CSH和前驱体CSD的形貌和大小等因素对材料性能的影响。结果表明,浇筑成型后的白色圆柱体材料表面光滑,结构紧实,性质较稳定;液/固比为0.6时,材料力学性能最佳,抗压强度最高达18.37 Mpa;材料液/固比为1.2时,抗压强度为9.28 Mpa,既满足强度需求,同时具有较好的可注射性。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TQ132.32

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