聚氨酯弹性体制造技术

本发明专利技术公开了一种聚氨酯弹性体

【技术实现步骤摘要】
聚氨酯弹性体、改性硅橡胶、声透镜、超声探头


[0001]本专利技术涉及一种聚氨酯弹性体
、
改性硅橡胶
、
声透镜
、
超声探头
。

技术介绍

[0002]医学超声成像是目前最常用的临床影像诊断手段之一，其图像质量在很大程度上取决于超声换能器的性能
。
超声换能器
(Ultrasound Transducer)
是一种将电能转换为超声波能量的器件，也称为声波发生器或电极
。
超声换能器通常由压电晶体材料制成，它可以将电信号转换为机械振动，进而将机械振动转换为超声波信号
。
影响超声换能器性能的因素复杂多样，从压电材料本身，到与之相匹配的背衬
、
匹配层
、
声透镜等声学材料都有密切关系
。
声透镜作为超声换能器的最外层的声学部件，不仅具有保护内部结构，隔绝外界污染与损伤的功能，还可以控制和调节超声波的聚焦和扩散，使得超声波能够在特定的区域内聚焦或集中能量
。
这种控制可以实现更高的分辨率，减少干扰和噪音，提升成像质量
。
另外，声透镜还能够提高超声波的能量密度，加快信号传输速度，提高探测精度和灵敏度
。
若声透镜的声阻抗与被测目标的声阻抗之差较大，则超声波被被测目标表面反射比例也较大，超声波无法有效地射入到被测目标内，最终反映为换能器能量利用率偏低
。
因此，在开发声透镜材料时，不仅需要降低材料的声衰减，还需要声透镜材料与被测目标
、
匹配层进行声阻抗匹配
。
[0003]硅橡胶具有柔软
、
耐高温
、
耐腐蚀
、
生物相容性优良等特点，同时硅胶的声速较低
(
～
1000m/s)
，声衰减较低
(0.3
～
0.4dB/mm/MHz)
，因此长期以来，硅橡胶一直被用作超声换能器中的声透镜材料
。
但硅胶的密度较低
(1.0
～
1.3g/cm3)
，这导致了硅橡胶的声阻抗仅有
1.0
～
1.2MRayl
，与人体阻抗
(
约
1.5MRayl)
存在一定差异
。
例如室温硫化硅橡胶
RTV630
，其密度约为
1.27g/cm3，在硅胶中已属较高水平，但其
2MHz
下声衰减约为
10.04dB/cm
，同样高于普通硅橡胶，然而其声阻抗也仅有
1.3MRayl
左右，距目标仍有一定差距
。
因此，若要实现所需的声阻抗，需要在硅橡胶中添加大量的无机填料，如专利
CN109922736A
，但这会导致微粒填料导致的超声波散射从而造成声波衰减量增加
。
近几年，也有部分专利提出使用树脂改性硅橡胶以制备符合需求的声透镜材料，如专利
CN111698946A
提出的聚硅氧烷接枝含有酯键
、
酰胺键
、
氨酯键等官能团的树脂，以制备声阻抗符合要求的声透镜材料，但该方法合成步骤繁琐，且最终成型需要辐照交联，工艺难度较大
。
[0004]聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯，是主链上含有重复氨基甲酸酯基团
(
‑
NHCOO
‑
)
的大分子化合物的统称
。
它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成
。
聚氨酯的声速较快
(
约
1500m/s)
，与人体声速接近
(1540m/s)
，因此使用聚氨酯设计出的声透镜曲率过大，影响正常使用
。
[0005]有机硅和聚氨酯之间的相互改性多见于高温硫化硅橡胶与热塑性聚氨酯之间的混炼，或是有机硅氧烷低聚物对聚氨酯的改性
。
[0006]例如专利
CN105924972A
提供了一种硅橡胶
/
聚氨酯热塑性硫化橡胶及其制备方法，但是该专利以乙烯醋酸乙烯酯共聚物或顺丁烯二酸酐接枝改性的硅橡胶作为增容剂，
以及在硅橡胶中加入填料增加硅橡胶的粘度，改善硅橡胶与聚氨酯的相容性及两者的粘度比；该专利通过动态硫化技术，制备得到的热塑性硫化胶结构精细，耐磨性卓越，触感丝滑，易粘接，力学性能及弹性优异，但其无法满足声透镜对于声性能的要求
。
[0007]还例如专利
CN111979791A
提供了一种有机硅改性超支化聚氨酯的制备方法，该专利采用聚氨酯硅烷偶联剂对甲基乙烯基硅橡胶进行改性制得聚氨酯基改性硅橡胶，其采用聚氨酯硅烷偶联剂对甲基乙烯基封端的硅橡胶进行改性，制得用于生产弹性织物表面立体印字用抗老化硅橡胶材料，该材料不仅耐候性及其他物理性能同混炼硅橡胶的性能相近，而且使得硅橡胶与高弹纤维紧密粘结为一体式，具有提高接触界面粘结度的特性，从而能够在高弹织物表面长期使用而不会产生断裂
、
剥落等问题，但其并未涉及到声性能的优化
。
[0008]另外，还例如专利
CA2464455A1
提供了一种有机硅和热塑性聚氨酯混合制备得到的热塑性弹性体，并且该专利申请人美国道康宁
(DOW CORNING)
公司多年前就推出了
DUPONT
TM TPSiV
系列产品，但是由于该产品仅将硫化硅胶融入热塑性基质，在微观结构中仍处于明显的分相状态，对其市售样片测试可知，其
2MHz
下声衰减达到了
27.8dB/cm
，无法作为声透镜材料使用
。
[0009]因此，如何进一步改善声透镜材料硅橡胶的性能，提高其声阻抗
、
降低其声衰减，是本领域亟待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0010]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中声透镜材料硅橡胶的声阻抗与人体阻抗存在一定差异，且声衰减高的缺陷，而提供了一种聚氨酯弹性体
、
改性硅橡胶
、
声透镜
、
超声探头
。
本专利技术涉及聚氨酯弹性体及聚氨酯弹性体改性硅橡胶，利用本专利技术制得的聚氨酯弹性体改性硅橡胶可以提升硅橡胶声学性能，具体地，可有效提高硅橡胶声阻抗，并降低硅橡胶的声衰减，从而制备出性能更佳的声透镜材料
。
[0011]专利技术人在研发的过程中发现，聚氨酯弹性体由于其结构具有软
、
硬两个链段，因此可以通过对分子链的设计，改变材料的剪切模量，进而进一步调整其声学特性
。
基于此，本专利技术采用分子链调节的方式制备声学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种聚氨酯弹性体，其特征在于，其包含通式
I
所示的结构单元以及扩链剂单元；
(1)
通式
I
所示的结构单元为聚氨酯主链结构单元：
R4选自
C6
‑
C20
的亚芳基或亚脂环基，
R
选自通式
I
‑1和
/
或通式
I
‑2所示的结构单元：
R1、R2、R3各自独立地选自
C2
‑
C10
的烃基链，
m1、m2、m3
均为自然数；所述通式
I
‑1所示的结构单元的数均分子量为
400
‑
5000
，所述通式
I
‑2所示的结构单元的数均分子量为
400
‑
5000
；
(2)
所述扩链剂结构单元和所述通式
I
所示的结构单元的摩尔比为
(0.3
‑
0.8):1。2.
如权利要求1所述的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述聚氨酯弹性体中还包含通式
II
所示的结构单元；所述通式
II
所示的结构单元为聚硅氧烷结构单元：所述聚硅氧烷结构单元的数均分子量范围为
500
‑
6000
，
n1
为自然数；所述通式
II
所示的结构单元和所述通式
I
所示的结构单元的摩尔比为
(0.001
‑
0.2)
：
1。3.
如权利要求1或2所述的聚氨酯弹性体，其特征在于，所述聚氨酯弹性体满足下述条件中的一种或多种：
a.R1、R2、R3的烃基链中至少包含一个不饱和键；
b.R1、R2、R3的烃基链中支链个数
≤2
；
c.R1、R2、R3的烃基链中支链的碳原子数
≤2
；
d.R1选自
‑
CH2CH2CH2CH2‑
、
‑
CH2CH2‑
、
‑
CH(CH3)CH2‑
、
‑
CH2CH
＝
CHCH2‑
；
e.R2选自
‑
CH2CH2CH2CH2CH2‑
；
f.R3选自
‑
CH2CH2CH2CH2CH2‑
；
g.R4选自下述结构中的一种或多种：
h
所述通式
II
所示的结构单元和所述通式
I
所示的结构单元的摩尔比为
(0.005
‑
0.2)
；
i.
所述聚硅氧烷结构单元的数均分子量范围为
1000
‑
3000
；
j.
所述扩链剂单元为如通式
III
所示的结构单元
R5选自
C3
‑
C10
的烃基链；
k.
所述扩链剂单元和所述通式
I
所示的结构单元的摩尔比为
(0.3
‑
0.6)
：1；
l.
所述聚氨酯弹性体的声速为
1500
‑
1650m/s
；
m.
所述聚氨酯弹性体的声阻抗为
1.50
‑
1.70Mrayl
；
n.
在
2MHz
条件下，所述聚氨酯弹性体的声衰减为
4.00
‑
8.00dB/cm
；
o.
所述聚氨酯弹性体的硬度为
40
‑
70HA。4.
一种聚氨酯弹性体的原料混合物，其特征在于，其包括预聚物
A
组分和预聚物
B
组分：所述预聚物
A
组分包括原料
A、
催化剂以及扩链系数为
0.3
‑
0.8
的扩链剂；所述预聚物
A
组分和所述预聚物
B
组分满足异氰酸酯指数
R
＝
0.8
‑
1.2
；其中：
(1)
所述原料
A
包括如式
IV
‑1或式
IV
‑2所示的原料：
R1’
、R2’
、R3’
各自独立地选自
C2
‑
C10
的烃基链，
m1
’
、m2
’
、m3
’
均为自然数；所述如式
IV
‑1或式
IV
‑2所示的原料的数均分子量为
400
‑
5000
；
(2)
所述预聚物
B
组分的结构如式
V
所示：
R4选自
C6
‑
C20
的亚芳基或亚脂环基，
R
选自通式
I
‑1和
/
或通式
I
‑2所示的结构单元：
R1、R2、R3各自独立地选自
C2
‑
C10
的烃基链，
m1、m2、m3
均为自然数；所述通式
I
‑1所示的结构单元的数均分子量为
400
‑
5000
，所述通式
I
‑2所示的结构单元的数均分子量为
400
‑
5000。
5.
如权利要求4所述的聚氨酯弹性体的原料混合物，其特征在于，所述聚氨酯弹性体的原料混合物满足下述条件中的一种或多种：
p.
所述预聚物
A
中，还包括
1.0
‑
10.0
质量份的端羟基聚硅氧烷，所述端羟基聚硅氧烷的数均分子量范围为
500
‑
6000
；
q.
所述原料
A
为
60
‑
90
质量份；
r.R1’
、R2’
、R3’
的烃基链中至少包含一个不饱和键；
s.R1’
、R2’
、R3’
的烃基链中支链个数
≤2
；
t.R1’
、R2’
、R3’
的烃基链中支链的碳原子数
≤2
；
u.R1’
、R2’
、R3’
的烃基链中支链的碳原子数
≤2
；
v.R1’
选自
‑
CH2CH2CH2CH2‑
、
‑
CH2CH2‑
、
‑
CH(CH3)CH2‑
、
‑
CH2CH
＝
CHCH2‑
；
w.R2’
选自
‑
CH2CH2CH2CH2CH2‑
；
x.R3’
选自
‑
CH2CH2CH2CH2CH2‑

【专利技术属性】
技术研发人员：魏浩杰，司康，刘聪，
申请(专利权)人：武汉联影医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：