骨科测试用聚氨酯材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种骨科测试用聚氨酯材料的制备方法，步骤为：将包含多元醇组合物的原料I与包含多异氰酸酯的原料II混合后注入模具中，所述原料I与所述原料II反应的乳白时间为25～50s，异氰酸酯指数为0.85～1.15。本申请还公开了采用上述制备方法所制备的骨科测试用聚氨酯材料，以及该骨科测试用聚氨酯材料在骨科器械测试领域的应用。采用该制备方法所制备的骨科测试用聚氨酯材料具有较高的尺寸稳定性，厚度平均变化百分率＜4.3％。所制得的骨科测试用聚氨酯材料在特定的密度条件下兼顾较好的尺寸稳定性和螺钉拔出强度，且各项性能符合标准ASTM F1839的要求，能够用于骨科器械测试领域。试领域。

【技术实现步骤摘要】
骨科测试用聚氨酯材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子材料的
，具体涉及一种骨科测试用聚氨酯材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚氨酯材料因其密度分布和可设计性等特征，可用于制备骨替代物材料，满足骨科测试用途。为了与人类松质骨的力学性能相似，ASTM F1839对聚氨酯材料的各项性能均提出了明确的要求，例如对于最低密度等级的聚氨酯材料，需要同时满足芯密度72.1～88.10kg/cm3，尺寸稳定性小于5.0％，螺钉拔出强度需达到56～176N。
[0003]由于对密度分布和力学性能等指标的特殊要求，使用常规的聚氨酯材料作为骨科测试用材料时，存在以下几个方面的问题：(1)密度分布不均匀，造成尺寸稳定性差；(2)密度、尺寸稳定性和螺钉拔出强度难以兼顾。

技术实现思路

[0004]为提供能够满足标准ASTM F1839要求的聚氨酯材料，本申请首先提供了一种骨科测试用聚氨酯材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
[0005]将包含多元醇组合物的原料I与包含多异氰酸酯的原料II混合后注入模具中，所述原料I与所述原料II反应的乳白时间为25～50s，异氰酸酯指数为0.85～1.15。
[0006]本申请的专利技术人在研究中意外发现，通过乳白时间和异氰酸酯指数的相互配合，可以使得生产聚氨酯的反应物料在模具中填充完全并减少漏料，特别是当乳白时间为25～50s，异氰酸酯指数为0.85～1.15时，所获得的聚氨酯材料具有较好的密度分布均匀性，厚度平均变化百分率较小。异氰酸酯指数是指多异氰酸酯的反应基团与多元醇组合物中的反应基团的摩尔比，即多异氰酸酯的反应基团NCO与多元醇组合物的反应基团OH的摩尔比。
[0007]原料I中的多元醇组合物包括多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂和水，对乳白时间的调控可通过催化剂来实现，本专利技术使用本领域常规的催化剂即可，催化剂包括胺类催化剂和/或有机金属盐类催化剂，根据催化剂作用的不同又可分为发泡催化剂、凝胶催化剂和三聚催化剂，发泡催化剂可选自双(二甲氨基乙基)醚、五甲基二亚乙基三胺、四甲基己二胺、三乙胺、三丁胺等；凝胶催化剂可选自三亚乙基二胺、N
‑
甲基二环己基胺、N
‑
甲基吗啉、N
‑
乙基吗啉、N,N
’‑
二甲基苄胺、1,2
‑
二甲基咪唑、N
‑
甲基咪唑、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、N,N
‑
二甲基环已胺等；三聚催化剂可选自1,3,5
‑
三(二甲氨基丙基)
‑
六氢三嗪、2,4,6
‑
三(二甲氨基甲基)苯酚、异辛酸钾、乙酸钾等。将上述几种不同作用的催化剂复合使用，有利于对泡孔的形状和分布进行调控，使其满足骨科测试用聚氨酯材料的密度分布要求。优选所述催化剂复合使用时，以所述多元醇组合物的总质量为基准，所述发泡催化剂的用量为0～0.8wt％，以将聚氨酯反应的乳白时间控制在25～50s。即可以取消添加发泡催化剂，但其用量最高不超过0.8wt％。
[0008]本专利技术所述原料I可以是仅仅由多元醇组合物组成，也可以是多元醇组合物与物
理发泡剂组成，也可以是多元醇组合物与未归入多元醇组合物的其它助剂组成，也可以是多元醇组合物与物理发泡剂和其它助剂组成。所述原料II可以是仅仅由多异氰酸酯组成，也可以是多异氰酸酯与物理发泡剂组成，也可以是多异氰酸酯与成核剂、泡沫稳定剂等助剂组成，也可以是多异氰酸酯与物理发泡剂和助剂组成。
[0009]本专利技术优选的更具体的操作包括如下步骤：
[0010](1)将多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂、水和其它原料混合，获得多元醇组合物，将全部或部分物理发泡剂与多元醇组合物混合获得原料I；若有物理发泡剂剩余，则将剩余的物理发泡剂与多异氰酸酯混合获得原料II，若无物理发泡剂剩余，则将多异氰酸酯当做原料II；
[0011](2)将原料I与原料II混合后注入模具中，成型熟化后，获得带表皮的聚氨酯样块；
[0012](3)切除表层后获得骨科测试用聚氨酯。
[0013]其中，步骤(1)中的其它原料是指除多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂和水以外的化合物，可以为成核剂、阻燃剂、着色剂、防老剂、促生物降解剂等，采用本领域所通用的化合物种类即可。所述成核剂可选自全氟烯烃、全氟烷烃、含氟烷基醚等物质，若聚氨酯材料中使用了成核剂，则在步骤(1)中还可将全部或部分成核剂与多异氰酸酯混合获得原料II。
[0014]进一步的，优选步骤(1)中各原料按如下质量比例进行反应：多元醇组合物45～52wt％，物理发泡剂1.4～4.2wt％，多异氰酸酯46～53wt％，上述各组分的总量为100wt％。其中的物理发泡剂单独计算，即在计算多元醇组合物的比例时，即使部分或全部物理发泡剂预先混合在多元醇组合物和/或多异氰酸酯中时，物理发泡剂的比例包括单独添加的物理发泡剂、预混在多元醇组合物与多异氰酸酯中的物理发泡剂。在计算多元醇组合物的比例时，将其中的物理发泡剂扣除。在计算多异氰酸酯的比例时，将其中的物理发泡剂扣除。
[0015]步骤II中的模具可以是敞口的也可以是密封的，注入到模具中的原料I和原料II的总物料量可以是恰填充的也可以是过充的，恰填充即注入的总物料刚好可以将模具填充完全，通常将此时的总物料量记为恰填充量，过充即注入的总物料大于恰填充量，通常用过填充量表示，即实际注料量超出恰填充量的百分比。在采用同一配方体系的情况下，过充量越多，则在同一模具中所制得的聚氨酯材料的密度越高，因此，可以通过过充量对聚氨酯材料的密度进行调节，直至达到目标密度值。在过充时，模具一定时密封的。
[0016]本专利技术可使用的泡沫稳定剂为聚醚改性有机硅类表面活性剂，其含有聚硅氧烷
‑
氧化烯烃前段或接枝共聚物，该类物质具有较低的表面性能，能够促进物料的分散并提高物料间的相容性，同时还有利于均匀细腻泡孔的形成。可选自美思德的AK8805、AK8830、AK8818、AK8815、AK8485、AK8812、AK8809等，赢创的B8460、B8462、B8461、B8544、B8494、B8532、B8471、B8474、B8476、B8481、B8465，迈图的L6900、L6863、L6912、L6988等。
[0017]进一步的，所述多元醇组合物的平均羟值为380～490mgKOH/g，所述多元醇组合物中含有交联剂，所述交联剂的官能度≥2，且交联剂的数均分子量≤400。。
[0018]研究意外发现，在较高羟值(平均羟值为380～490mgKOH/g)和特定交联剂(官能度≥2并且分子量≤400)的协同作用下，多元醇组合物与异氰酸酯反应能够形成对螺钉拔出强度有利的交联密度和泡孔形状，有利于保证聚氨酯材料在螺钉进入时保持完整，并且便于在特定的密度范围内对螺钉拔出强度进行调整，使其满足相关密度等级聚氨酯材料的螺
钉拔出力要求。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.骨科测试用聚氨酯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将包含多元醇组合物的原料I与包含多异氰酸酯的原料II混合后注入模具中，所述原料I与所述原料II反应的乳白时间为25～50s，异氰酸酯指数为0.85～1.15。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多元醇组合物的平均羟值为380～490mgKOH/g，所述多元醇组合物中含有交联剂，所述交联剂的官能度≥2，且交联剂的数均分子量≤400。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述多元醇组合物中含有聚醚多元醇A和聚醚多元醇B，所述聚醚多元醇A的官能度为5～8，聚醚多元醇A的分子量为700～1300，所述聚醚多元醇B的官能度为2～4，聚醚多元醇B的分子量为400～800。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述多元醇组合物中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玥，秦黎，张志杰，邢益辉，时洋，张蒙蒙，严晓洁，吴凯丽，李霞，李怀清，
申请(专利权)人：红宝丽集团股份有限公司南京红宝丽新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：