6
溶胶凝胶法制备生物玻璃
(1)溶剂化
• 金属阳离子M z+吸引水分子形成溶剂单元M(H2O)，并显 示出释放H十的趋势。
(2)水解反应
• 金属醇盐M(OR)n与水反应，直至生成M(OH)n
(3)缩聚反应
• 即为失水缩聚:-M-OH+HO-M=-M-O-M+H20和失醇缩聚-MOR+HO-M=-M-O-M+ROH
9
工艺
凝胶的干燥
需要干燥过程除去剩余的液相或溶剂相，这一过程通常伴随着凝胶显著地缩聚和致密化。溶剂去除 的速度最终决定凝胶的孔隙率分布，在这阶段的处理工程中，施加在结构模板上的变化将显著影响 成分的最终微结构。
热处理
热处理或煅烧过程常常是必要的，伴随着过程烧结，致密化和晶粒生长，有利于进一步的缩聚，提 高机械性能和结构稳定性。使用溶胶凝胶法，而不采用更传统的熔融法的显著优点之一就是，致密 化通常是能在更低的温度下实现。
生物玻璃功能材料
2017/3/31
简介
应用
生物 玻璃
配方
工艺
机理
2
简介
• 生物玻璃(Bioglass)是指能实现特定的生物、生理功能的 玻璃。 • 将生物玻璃植入人体骨缺损部位，它能与骨组织直接 结合，起到修复骨组织、恢复其功能的作用。 • 生物玻璃是佛罗里达大学美国人L.L.亨奇于1969年发明 的。 • 其主要成分有约占45%Na2O、占25%CaO与25%SiO2和约 占5%P2O5。
3
配方
参考文献
4
配方
• • 生物玻璃的合成方法主要有传统的熔融法和新兴的溶胶凝胶法。下面分别简 要这两种方法。 熔融法 • 最早的生物玻璃 45S5 就是通过熔融法合成出来的，与传统制备玻璃的方 法并无太大差异。称量一定纯度的原料粉体，将原料粉体均匀混合，在 高温条件下熔融反应，经淬冷，固化，褪火流程得到玻璃块体。 • 溶胶凝胶法 • 溶胶凝胶法是一种新兴的合成生物玻璃的方法，是以金属醇盐和硝酸盐 为前驱物溶液为原料混合均匀，经水解、聚合、缩合反应产生溶胶，再 固化干燥转化为凝胶，最后经过煅烧热处理过程得到生物玻璃。
7
生物活性玻璃的Leabharlann 成溶胶凝胶法合成生物玻璃的工艺流 程图见图3.1。简言之，根据4555, 58S70S中Si02, P205, Ca0 和Na20的 摩尔比设计TEOS, TEP, NaN03, Ca(N03)2 4H20 的配比(表3.1)。为了 获得清澈的溶胶，水和正硅酸乙酷 的摩尔配比为10。在室温环境下， 各试剂缓慢加入2N的硝酸溶液中， 保证之前溶液变澄清后才可顺次加 入，搅拌至少1小时使试剂充分溶 解，水解完全，形成透明溶胶。然 后将所得溶胶在室温下陈化直到形 成凝胶，凝胶在700C和1200C条件 下分别干燥72小时和40小时，将干 凝胶球磨，筛分得到凝胶颗粒，最 后在7000C下热处理3小时，得到生 物玻璃粉体。
5
机理
这里主要介绍溶胶凝胶法制备生物玻璃的机理 溶胶－凝胶法：是以具有高化学活性的化合物为前驱 体，典型的有金属醇盐和金属盐(如硝酸盐，氯化物和 乙酸盐)原料在液相环境下混合均匀，经历水解、缩合 等反应，逐渐变成性质稳定的溶胶，溶胶经再陈化， 最后成为具有三维结构的凝胶。凝胶最后经过干燥、 烧结固化步骤合成出相应材料。
11
12
10
应用
• 生物玻璃中无机离子在骨代谢中的作用 • 自从 Hench 发现 45S5 生物玻璃以来，其经常被视为用于骨修复的理想支 架材料。生物活性玻璃被广泛的认为具有促进骨细胞的生长的作用，能 够紧密键合硬组织与软组织。同时，人们可以方便地控制玻璃的化学成 分组成和降解速度。通过改变组成或是加工过程中的热和环境条件，生 物玻璃的结构和化学性质能够在很大的范围内做出调整改变。这使得设 计出具有可变降解的速度，并能够与骨组织生长和重塑速度相匹配的支 架成为可能。 • 由于钙和磷是人骨的无机相——羟基磷灰石的主要成分，这些离子在骨的 形成和吸收起着至关重要的作用，了解他们在细胞外基质内的具体浓度， 他们与骨细胞的相互作用和刺激骨形成的机理尤为重要，这有助于合成 出先进的支架材料，这类材料可在相关的生理环境中控制离子的释放和 生物反应。
8
工艺
溶胶的制备
前驱体在溶液中进行水解和缩聚反应，均相溶液转化为溶胶。溶胶的优劣至关重要，因为它决定材 料的最终性能。
胶化过程
在这一过程中，溶胶开始转变，逐渐形成类似凝胶的两相系统，系统包含液相和固相，其基本的形 貌可以从分散的胶体粒子到连续的链状聚合物网络范围内随机分布，最后聚集形成具有三维网络结 构的凝胶体系。