快速溶胶凝胶法制备羟基磷灰石的工艺条件

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1、万方数据第29卷第6期2008年12月河南科技大学学报：自然科学版JournalofHenan1)niversityofScienceandTechnology：NaturalScienceV01．29No．6Dec．2008文章编号：1672—6871(2008)06—0093—03快速溶胶-凝胶法制备羟基磷灰石的工艺条件马兰，温喜梅，张军，宋邦才，牛睿祺，马建华(河南科技大学化工与制药学院，河南洛阳471003)摘要：采用正交试验研究了快速溶胶．凝胶法制备羟基磷灰石的过程，对比了反应物的钙磷比

2、、初始浓度、反应温度和烧结温度4因素对产物指标Ca／P的影响，采用化学方法和XRD分析了样品中的钙、磷含量和晶相结构。结果发现，快速溶胶一凝胶法制备的羟基磷灰石的纯度较高、晶相较好，4个主要影响因素中，原料钙磷比是影响产物指标的一个显著因子，决定着产物以何种晶相出现。对产物指标的影响大小依次为：钙磷比>初始浓度=反应温度>烧结温度。关键词：羟基磷灰石；快速溶胶．凝胶；化学分析法；正交试验中图分类号：TB321：TQl71．74文献标识码：A^-‘‘_—J—U刖罱羟基磷灰石ca。。(PO。)。(OH

3、)：(简称HA)是一种和人体骨骼的无机质成分和结构基本一致、具有良好生物相容性和活性的功能材料。对该材料的深入研究已成为国内外生物医用材料领域广泛关注的主要课题之一⋯。HA的合成方法主要有溶胶一凝胶法、沉淀法、水热法、微乳液法和固相法等。溶胶一凝胶法是利用金属醇盐或无机盐水解，使溶质聚和凝胶化、干燥焙烧后得到无机材料的新方法。它具有工艺过程简单、产物纯度高、热处理温度低等特点。目前，采用溶胶一凝胶法制备HA主要有两种原料路线，即：硝酸钙一磷酸酯路线和硝酸钙一五氧化二磷路线。国内外报道较多的是用硝酸

4、钙一磷酸酯拉“1来制备HA，但是磷酸酯的水解需要较长时间，pH要求严格，且需要稳定剂来改善凝胶的稳定性。也有报道用硝酸钙一五氧化二磷为原料，无水乙醇作溶剂来制备HA【5。】，过程不需控制pH，能够实现较快速制备HA，但对影响HA纯度、晶相的各个因素，至今缺乏系统和规范化的研究报导。因此，本文以硝酸钙和五氧化二磷为原料，采用快速溶胶一凝胶法来制备羟基磷灰石。通过正交试验对钙磷比、初始浓度、反应温度、烧结温度四个影响产物指标Ca／P的因素进行了系统深入研究，获得了四因素对指标影响的大小，确定了影响因子

5、的显著性，优化组合出理想的制备工艺条件。1实验部分1．1正交试验设计结合文献[2—4]以及单水平试验多次探索的基础上，本试验确定了如下对产物指标影响相对较大的4个因素和3个水平，拟采用正交试验表为L9(34)，见表1，表2。表1影响因子与变动水平表2正交试验表k(34)基金项目：河南省科技攻关项目(0524240014)；河南科技大学重大科技预研专项(2004ZD005)作者简介：马兰(1982一)，女，河南洛阳人，硕士生；张军(1964一)．男，河南漯河人．教授．博士．主要研究方向为无机功能材料

6、收稿日期：2008—02—27万方数据·94·河南科技大学学报：自然科学版2008拒1．2HA的制备按表1中所列的反应物配比(Ca／P)，称取一定量的硝酸钙和五氧化二磷，用无水乙醇配成相应浓度的溶液。将两种溶液混和，搅拌20min，形成无色透明溶胶，调节至所需反应温度，恒温水浴中加热2h，直到溶胶变成凝胶。凝胶陈化12h后在80℃的恒温干燥箱中干燥24h，最后在马弗炉中不同的温度下烧结，即得目标产物。2结果与讨论衰3产物钙、磷含量的测定结果2．1样品中钙、磷含量的测定采用本研究自行改进的全化学分析

7、法(EDTA法和磷钼酸喹啉容量法)"q1测定了样品中的钙、磷含量，结果如表3所示。实验结果证明，用该法测定样品中的钙和磷含量，操作简便快捷，数据精确可靠。2．2产物的X衍射分析对不同钙磷比反应所得产物进行X射线衍射分析，图la是T3的XRD图谱，它表明产物的主晶相为HA和[3-TCP，化学分析产物Ca／P为1．51，这是非化学计量比的缺钙使磷酸钙的晶相发生转变的缘故；T4的XRD图谱为图1b，对应产物的Ca／P等于1．81，对照产物的标准PDF推测，主晶相为HA和CaO，这是由于经过热处理后非化学

8、计量的盈钙磷酸钙的晶相发生了转变。通过正交魁试验优化的组合1'8的Ca／P为1．66，XRD图谱矾表明产物的主晶相为HA。当反应物料配比按Ca／P=1．67进行时，产物的Ca／P明显高于理论值1．67i这是因为经过热处理后非化学计量的无定形盈钙磷酸钙发生了转变，晶相变为HA和CaO。魁^田2．3正交试验的直观分析科根据K值的大小来确定各因素的最佳水平，确定的原则要根据对指标值的要求而定。本实验的控制指标为产物n(Ca)／n(P)，要求其与纯HA的理论n(ca)／n(P)=1．67越