一种生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺，包括：将生物陶瓷和生物可降解高分子材料进行混合，获得复合粉体；采用冷冻粉碎机将复合粉体冷冻粉碎，真空干燥，过滤后获得均匀混合、粒径适宜、但形状不规则的二次复合粉体；将二次复合粉体匀速喂入高分子粉体球化机进行球化，球化至成球率达95％以上，然后冷却，得到多元组分复合球形粉体。本发明专利技术结合粉体多元组分与粉体干法成球工艺的优势，一方面利用生物陶瓷和可降解高分子进行复合，实现了材料间优势互补，克服单一材料难以满足再生组织器官对性能的需求；另一方面利用干法球化工艺，以空气作为媒介，通过调控球化工艺使粉体颗粒熔融收缩成球，克服传统湿法工艺遇水易降解的关键难题，获得球形度高、粒径可控、表面光洁的多元组分粉体。表面光洁的多元组分粉体。表面光洁的多元组分粉体。

【技术实现步骤摘要】
一种生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺


[0001]本专利技术涉及一种面向3D打印领域的生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺。

技术介绍

[0002]选择性激光烧结(SLS)技术是一种基于粉体成型的3D打印技术，利用激光束使单层粉末熔融，并通过离散/堆积原理实现产品的层层烧结成型，与传统加工技术相比，SLS加工技术的优势主要体现在自由成型和整体制造的特点，具有柔性度高、材料利用率高、成型速度快等，可用于生产具有任意复杂结构的制件，实现复杂制件的个性化定制生产。因此，SLS技术在制备结构复杂，需定制化的再生组织器官方面得到广泛关注。
[0003]生物可降解粉体材料作为SLS加工技术制备再生组织器官的基本原材料，不仅需要高球形度以保证良好的流动性和铺展性，还应具有合理的粒度及粒度分布以保证良好的成形质量。然而目前市场上没有适用于SLS的生物可降解粉体材料，这主要是由于传统的粉体球形化工艺主要是湿法工艺，而生物可降解材料对湿度敏感，遇水后易降解，导致其性能急剧下降。此外，传统湿法工艺还可能有杂质混入、需消耗有机溶剂、产物不易分离，这可能会对正常组织器官产生不良影响。因此，开发一种环保高效、经济可靠、操作简单的生物可降解粉体材料制备工艺方法迫在眉睫。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，而提供一种适用于SLS技术制备再生组织器官的生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺。本专利技术利用冷冻粉碎、真空干燥等工艺流程，获得均匀混合、合适粒径、形状不规则的复合粉体，再基于表面能最低原理进行球化处理，通过调控球化工艺参数和组分配比，克服球形率低、流动性差等关键技术难题，从而得到适用于SLS技术制备组织器官再生的多元组分球形粉体，所得粉体球形率达到95％以上，流动性崩溃角小于33
°
。
[0005]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0006]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺，包括以下步骤：
[0007]步骤A、将生物陶瓷和生物可降解高分子材料进行混合，获得复合粉体；
[0008]步骤B、采用冷冻粉碎机将复合粉体冷冻粉碎，真空干燥，过滤后获得均匀混合、粒径适宜、但形状不规则的二次复合粉体；
[0009]步骤C、将二次复合粉体匀速喂入高分子粉体球化机进行球化，球化至成球率达95％以上，然后冷却，得到多元组分复合球形粉体。
[0010]优选的是，所述步骤A中，生物陶瓷为羟基磷灰石、磷酸钙、二氧化硅、氧化钙、五氧化二磷、氧化铝、氮化硅、二氧化锆、半导体陶瓷、或硅酸盐中的至少一种，所述生物陶瓷的
粒径为1～300μm。
[0011]优选的是，所述生物可降解高分子材料为左旋聚乳酸、聚乳酸、聚乙二醇、聚氨酯，脂肪族聚酯、聚酯醚、聚膦腈、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚氨基酸、二氧化碳聚合物、聚丁二酸丁二醇酯、脂肪芳香聚酯、聚乙烯、丙烯酸树脂、聚己内酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对二氧环己酮中的至少一种。
[0012]优选的是，所述步骤A中，以重量份计，生物陶瓷为10～1000份、生物可降解高分子材料为5～599份。
[0013]优选的是，所述步骤C中，球化的球化温度包括引风口温度和出料口温度；其中，引风口温度为150～450℃，在复合粉体变形温度以上10～50℃；出料口温度50～600℃，球化时间为2～30min；引风口温度的升温速率40～90℃/min；冷却的冷却速率40～90℃/min。
[0014]优选的是，步骤C中，球化的气流速度5～30m/s、颗粒停留时间5～60min、预热时间0.5～3h。
[0015]优选的是，步骤C中，将二次复合粉体匀速喂入高分子粉体球化机的喂料速率为1～20kg/h，冷却时间为0.5～3h。
[0016]优选的是，步骤B中，所述过滤的筛网目数为100～300目，粒径大小为50nm～200um；步骤C中，所述干燥温度40～90℃，干燥时间12～48h。
[0017]优选的是，所述冷冻粉碎机包括：
[0018]用于对物料进行存储、冷冻进行分级处理的进料单元；
[0019]用于将冷冻后的物料进行破碎处理的粉碎单元；
[0020]用于将粉碎后的物料颗粒从粉碎单元中分离出来的输出单元；
[0021]与进料单元、粉碎单元、输出单元相配合，以控制其工作状态的控制器；
[0022]其中，在进料单元的预处理仓、粉碎单元的粉碎仓，输出单元的出料仓上，分别设置有与液氮供给设备相连通的第一进料管、第二进料管、第三进料管；
[0023]所述第一进料管下方设置有与控制器通信连接的第一温度传感器；
[0024]所述粉碎仓与出料仓之间的第一连接管路上设置有第二温度传感器，所述出料仓在与第三进料管相配合的位置设置有流量控制阀。
[0025]本专利技术提供一种生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺，基于表面能最低原理，利用高速射流技术，将不规则高分子粉体送入高温腔体，流经高温热场的粉末颗粒表面被瞬时加热熔化，并在表面张力、内聚力、重力等的共同作用下，驱使颗粒表面由高自由能的热力学非平衡态向平衡态转变，当颗粒收缩为球形时其表面各处受力平衡，达到能量最低的热力学稳定态，随后在降落过程中冷凝形成球形颗粒。通过调控多元组分质量配比、分子量大小、粒径分布等，实现满足再生组织器官的复合材料的制备。通过调控气流速度、温度场分布、颗粒停留时间、预热时间、以及冷却时间等工艺参数，实现高球形度、高流动性、表面光洁的生物可降解粉体材料的制备。
[0026]本专利技术至少包括以下有益效果：
[0027]其一，本专利技术针对单一材料难以满足再生组织器官对性能的需求，提出将生物陶瓷和可降解高分子进行复合获得多元组分材料，实现了材料间优势互补。
[0028]其二，本专利技术相比于传统湿法成球工艺，该法采用干法成球工艺技术，即在高速气流的作用下将不规则粉体颗粒引入高温球化腔，颗粒在高温加热条件下熔融收缩成球，整
个过程使用空气作为媒介，克服了传统湿法成球粉体遇水易降解关键性能问题。
[0029]其三，本专利技术通过调控球化温度、送料频率、气流速度、停留时间等，改变粉体材料组分配比、分子量大小、粒径分布等，实现球形度高、粒径可控、表面光洁的多元组分粉体制备，突破陶瓷
‑
可降解高分子因流动困难而无法打印的技术瓶颈。
[0030]其四，本专利技术提出的干法成球工艺方法，操作简单，生产效率高，无有毒物质产生，清洁环保，为实现面向SLS加工生物可降解粉体材料的批量化生产提供技术支撑。
[0031]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
[0032]图1为本专利技术干法成球原理图；
[0033]图2为本专利技术实施例2的原始粉末和球化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、将生物陶瓷和生物可降解高分子材料进行混合，获得复合粉体；步骤B、采用冷冻粉碎机将复合粉体冷冻粉碎，真空干燥，过滤后获得均匀混合、粒径适宜、但形状不规则的二次复合粉体；步骤C、将二次复合粉体匀速喂入高分子粉体球化机进行球化，球化至成球率达95％以上，然后冷却，得到多元组分复合球形粉体。2.根据权利要求1所述的生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺，其特征在于，所述步骤A中，生物陶瓷为羟基磷灰石、磷酸钙、二氧化硅、氧化钙、五氧化二磷、氧化铝、氮化硅、二氧化锆、半导体陶瓷、或硅酸盐中的至少一种，所述生物陶瓷的粒径为1～300μm。3.根据权利要求1所述的生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺，其特征在于，所述生物可降解高分子材料为左旋聚乳酸、聚乳酸、聚乙二醇、聚氨酯，脂肪族聚酯、聚酯醚、聚膦腈、聚原酸酯、聚碳酸酯、聚酸酐、聚氨基酸、二氧化碳聚合物、聚丁二酸丁二醇酯、脂肪芳香聚酯、聚乙烯、丙烯酸树脂、聚己内酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对二氧环己酮中的至少一种。4.根据权利要求1所述的生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺，其特征在于，所述步骤A中，以重量份计，生物陶瓷为10～1000份、生物可降解高分子材料为5～599份。5.根据权利要求1所述的生物可降解复合粉体的制备及其干法球化工艺，其特征在于，所述步骤C中，球化的球化温度包括引风口温度和出料口温度；其中，引风口温度为150～450℃，在复合粉体变形温度以上10～50℃；出料口温度50～600℃，球化时间为2～30min；引...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚方伟，帅词俊，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：