CN102076365B - 生产人造皮肤的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生产人造皮肤的方法和系统。橡胶通常可分天然橡胶和合成橡胶。在医学领域，由合成橡胶制成的比较重要的产品之一就是人造皮肤。人造皮肤有很多用途，例如用作教育媒介、用于制造教具和人体模型及包覆假肢的表面。但是，用合成橡胶生产人造皮肤的成本很高。本发明涉及利用天然橡胶来生产人造皮肤，以将人造皮肤的生产成本降至最低。公开了根据本发明的实施例描述的一种处理方法。该处理方法包括：制备胶乳，向胶乳中添加过氧化物和过化合物以制备解聚胶乳，复合解聚胶乳以制备复合胶乳，从而使复合胶乳可进行预先硫化，并随后硫化成人造皮肤。
Description
技术领域 本发明主要涉及橡胶技术和橡胶材料的利用，尤其涉及利用天然橡胶来生产人造皮肤。
背景技术 橡胶通常分为两种，即天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶可从上千种不同植物物种的胶乳中获取。而天然橡胶的最主要来源则是橡胶树，即三叶橡胶树。另一方面，合成橡胶则是由石化原料(如原油)人工制得。现有多种具有不同用途的合成橡胶，如丁苯橡胶、丁基橡胶和硅橡胶。因此，众多领域的产品，从导管和避孕套到轮胎及潜水服，均由天然橡胶和合成橡胶制成。
在医学领域，由合成橡胶制成的比较重要的产品之一就是人造皮肤。人造皮肤适合用作教育媒介，以供医务人员练习某些医学操作，包括伤口缝合、静脉穿刺和环甲膜切开术。人造皮肤也是制造教具(如人体模型和静脉(IV)注射臂)的重要材料。所述教具可较好地代替尸体供医务人员进行解剖和外科手术练习。
在目前的橡胶工业中，由合成橡胶(如硅橡胶)生产人造皮肤的成本较高。因此，许多大学和学院无力为医学专业学生提供足够的教具。然而，由于合成橡胶的改良材料特性优于天然橡胶，仍采用合成橡胶代替天然橡胶来制造人造皮肤。
除了用于制造教具和用作教育媒介外，人造皮肤也可用于制造人体模型和包覆假肢表面(出于美观因素)。逼真自然的假肢能使被截肢者克服其肢体缺陷引起的感情创伤也能使被截肢者谋求一种有意义且令其满意的社会生活。但是，由于人造皮肤是由合成橡胶生产的，人体模型和假肢一般都很昂贵。
所以，需要使用天然橡胶生产人造皮肤的方法和系统，以将人造皮肤的生产成本降至最低。
发明内容 本发明的实施例提供了一种使用天然橡胶生产人造皮肤的处理方法和处理系统，以将人造皮肤的生产成本降至最低。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于生产人造皮肤的胶乳的处理方法。该方法包括下述步骤：制备含有预定干胶成分的胶乳，向胶乳中添加过氧化物和过化合物以促进胶乳的解聚并由此制备解聚胶乳。解聚胶乳基本上含有预定干胶成分。该处理方法还包括：复合解聚胶乳以制备复合胶乳，其中，复合胶乳可进行预先硫化，以制备预硫化橡胶，借以将预硫化橡胶初步模压成预定形状，随后硫化成基本保持所述预定形状的人造皮肤。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于生产人造皮肤的胶乳的处理系统。该处理系统包括：一种接收含有预定干胶成分的胶乳的工具和一种向胶乳中添加过氧化物和过化合物以促进胶乳的解聚并由此制备解聚胶乳的工具。解聚胶乳基本上含有预定干胶成分。该处理系统还包括：复合解聚胶乳以制备复合胶乳的工具，其中，复合胶乳可进行预先硫化，以制备预硫化橡胶，借以将预硫化橡胶初步模压成预定形状，随后硫化成基本保持所述预定形状的人造皮肤。
附图说明
图1是根据本发明的实施例来获得人造皮肤的胶乳处理方法的工艺流程图；
图2是使用图1的处理方法将胶乳处理成人造皮肤的流程图；
图3是使用图1的处理方法的解聚胶乳在不同条件下的平均相对分子量表；
图4是图3中解聚胶乳中添加的化学物质的份量表；
图5是使用图1的处理方法获得的人造皮肤的强度特性表；
图6是获得图1的处理方法的人造皮肤的胶乳处理系统的系统流程图。
具体实施方式 下面结合下述附图对本发明的实施例进行描述：
下面说明了用天然橡胶生产人造皮肤的处理方法和处理系统以解决上述缺点。
为了简洁和明了，本发明的以下说明书仅限于用天然橡胶生产人造皮肤的相关应用，但不排除将本发明的多个实施例用作其他用途。本发明实施例的基本发明原理应在多个实施例中通用。
以下详细说明书所述的本发明的较佳实施例基于附图中图1至图6，附图中相同元素以相同参考数字编号。
参照图1和图2，描述了基于本发明的第一个较佳实施例的胶乳22的处理方法100。在步骤102中，制备含有预定干胶成分的胶乳22，其最好含有60％的干胶成分。胶乳22可从多种植物中获取，如一品红、乳草属植物、橡皮树和橡胶树。
然后，在步骤104中，向胶乳22中添加如十二烷基硫酸钠的防腐剂，以防止胶乳22腐烂。加入胶乳22的十二烷基硫酸钠的浓度最好为20％m/m水溶液，添加量按干重计为每100份胶乳22中添加4份(phr)十二烷基硫酸钠。向胶乳22中添加十二烷基硫酸钠前，使用筛网过滤胶乳22。然后，搅拌胶乳22与十二烷基硫酸钠的混合物，最佳时间为5分钟，随后静置混合物，最佳时间为20分钟。
完成步骤104后，向混有十二烷基硫酸钠的胶乳22中添加过氧化物26和过化合物28，以在步骤106中获得解聚胶乳30。解聚胶乳30的干胶成分与胶乳22的预定干胶成分基本相同。过氧化物26和过化合物28用于促进胶乳22的解聚。过氧化物26和过化合物28分别为过氧化氢(H2O2)和过硫酸钾(K2S2O8)。加入的过氧化氢的浓度最好为30％m/m水溶液，添加量按干重计为每100份胶乳22中添加2-4份(phr)过氧化氢。而加入的过硫酸钾的浓度最好为10％m/m水溶液，添加量按干重计为每100份胶乳22中添加5-9份(phr)过硫酸钾。
在步骤106中，向混有十二烷基硫酸钠的胶乳22中添加过氧化氢，最好在50-55℃下，以每分钟60转的速度搅拌所得混合物30分钟。随后，向上述混合物中添加过硫酸钾，最好在50-55℃下搅拌所得混有过硫酸钾的混合物6-24小时。持续搅拌时间随解聚胶乳30所需的相对分子质量(分子量)而定。
解聚胶乳30的相对分子量可通过测量其特性粘度获得。解聚胶乳30的特性粘度可通过乌氏粘度计测得。利用解聚胶乳30的特性粘度的测量值，可通过下述马克-豪温克方程计算所述相对分子量：
η＝KMa
其中，η表示聚合物的特性粘度，M表示聚合物的平均相对分子量，K和α为实验确定的常数。
图3为解聚胶乳30的平均相对分子量表，所述分子量通过测量解聚胶乳30的特性粘度而获得，并且在室温及大约50-55℃下随所得混有过硫酸钾的混合物的持续搅拌时间不同而变化。在该特定实例中，解聚胶乳30的特性粘度通过乌氏粘度计测得。此外，加入混有十二烷基硫酸钠的胶乳22中的过氧化氢的量按干重计大约为每100份胶乳22中添加2份(phr)过氧化氢，而加入的过硫酸钾的量按干重计大约为每100份胶乳22中添加8.1份(phr)过硫酸钾。
当在大约50-55℃而非室温下搅拌所得混有过硫酸钾的混合物时，解聚胶乳30的平均相对分子量会大大减少。根据图3，当持续搅拌时间为6小时时，解聚胶乳30在室温及大约50-55℃下的平均相对分子量分别为490,800和160,886。当持续搅拌时间增至12小时时，解聚胶乳30在室温及大约50-55℃下的平均相对分子量分别为432,600和101,582。当持续搅拌时间继续增至18小时时，解聚胶乳30在室温及大约50-55℃下的平均相对分子量分别为296,450和88,524。而当持续搅拌时间进一步增至24小时时，解聚胶乳30在室温及大约50-55℃下对应的平均相对分子量分别为266,200和68,400。
解聚胶乳30的所需平均相对分子量基本介于60,000和100,000之间。为使解聚胶乳30的平均相对分子量介于60,000和100,000之间，当在室温下搅拌时，持续搅拌时间必须完全超过24小时。然而，在大约50-55℃下时，持续搅拌时间必须为12-24小时，解聚胶乳30的平均相对分子量才可介于60,000和100,000之间。因此，最佳的搅拌温度约为50-550℃而非室温，因为在此温度下，持续搅拌时间较短。
完成步骤106后，在步骤108中将解聚胶乳30的pH值大约调节至9。在调节pH值之前，最好将解聚胶乳30从大约50-55℃冷却至室温。调节解聚胶乳30的pH值之后，最好测定其干胶成分，以便计算需加入解聚胶乳30的化学物质32的份量。使用如氢氧化钾(KOH)的碱金属调节冷却后的解聚胶乳30的pH值，使用的氢氧化钾的浓度基本为10％m/m水溶液。
然后，在步骤110中，调节完解聚胶乳30的pH值后，将化学物质32与解聚胶乳30复合以获得复合胶乳34。与解聚胶乳30混合前，化学物质32为散状或乳状物质。该化学物质32包括散状硫磺、散状二乙基二硫代氨基甲酸锌(ZDEC)、液态二硫代氨基甲酸钠、乳状锭子油、散状碳酸钙(CaCO3)、散状氧化锌(ZnO)和散状Vulkanox BKF防老剂。散状硫磺、散状ZDEC、散状碳酸钙、散状氧化锌和散状Vulkanox BKF防老剂的浓度基本为50％m/m，乳状锭子油的浓度基本为50％m/m。
图4是待加入解聚胶乳30中的各种化学物质32的最佳份量表。首先，在添加化学物质32之前，最好将解聚胶乳30搅拌5分钟。随后，按干重计向每100份解聚胶乳30中添加大约1.5份(phr)散状硫磺，并搅拌大约5分钟。接着，按干重计向每100份解聚胶乳30中添加大约1份(phr)散状ZDEC和1份(phr)液态二硫代氨基甲酸钠，并搅拌大约5分钟。
随后，按干重计向每100份解聚胶乳30中添加大约7.5份(phr)乳状锭子油，并搅拌大约5分钟。在此之后，按干重计向每100份解聚胶乳30中添加大约20份(phr)50％的散状碳酸钙，并搅拌大约5分钟。最后，按干重计向每100份解聚胶乳30中分别添加大约5份(phr)散状氧化锌和1份(phr)散状VulkanoxBKF防老剂，并搅拌大约30分钟以获得复合胶乳34。之后，持续搅拌该复合胶乳34大约24小时，并使用筛网过滤。
然后，在步骤112中，最好在70℃下将该复合胶乳34预先硫化大约1小时，以制备预硫化橡胶36。完成步骤112后，可将预硫化橡胶36初步模压成预定形状，随后可在步骤114中硫化成预定形状的人造皮肤38。预硫化橡胶36可使用要求形状的模具进行模压。在要求形状的模具中浇注预硫化橡胶36后，最好将其在50-100℃下加热，以获得人造皮肤38。
由处理方法100获得的人造皮肤38的最佳硬度为42-47肖氏硬度A，最佳拉伸强度为5-10MPa，最佳刚度为20-35N/mm。图5是在大约70℃下将预硫化橡胶36加热大约10小时后形成的人造皮肤38的强度特性。在该实例中，人造皮肤38的强度特性包括硬度：大约42肖氏硬度A；拉伸强度：大约4.03MPa；伸长率：大约434％(断裂前)；刚度：大约21.81N/mm。
人造皮肤38适合用作教育媒介，以供医务人员练习某些医学操作，包括伤口缝合、静脉穿刺和环甲膜切开术。人造皮肤38还适合制作辅助训练工具，如人体模型和静脉(IV)注射臂。
根据本发明的第二个较佳实施例，提供了处理系统400以实施处理方法100。处理系统400包括接收胶乳402的工具，向胶乳404中添加防腐剂以实施步骤104的工具，获取解聚胶乳406以实施步骤106的工具，调节解聚胶乳408的pH值以实施步骤108的工具，以及获取复合胶乳410以实施步骤110的工具。此外，处理系统400还包括预先硫化复合胶乳412的工具，以及获取人造皮肤414以分别实施步骤112和步骤114的工具。
在上述方式中，根据本发明的较佳实施例说明了胶乳的处理方法和处理系统，以解决常规方法和系统的上述缺点。虽然仅公开了本发明的几个实施例，但是本发明并不仅限于上述各部分的特定形式或安排。本领域技术人员都明了可依据本发明公开的实施例在不违背本发明范围和思想的情况下做出大量变更和/或修改。
Claims (28)
1.一种用于生产人造皮肤的胶乳的处理方法，包括
制备含有预定干胶成分的胶乳；
向胶乳中添加过氧化氢和过硫酸钾，以促进胶乳解聚，从而获得解聚胶乳，所得解聚胶乳含有预定干胶成分；并
复合解聚胶乳以制备复合胶乳，复合解聚胶乳的步骤包括向解聚胶乳内添加硫磺、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二硫代氨基甲酸钠、锭子油、碳酸钙、氧化锌和vulkanox BKF防老剂；
其中，复合胶乳预先硫化，以制备预硫化橡胶，
借以将预硫化橡胶初步模压成预定形状，随后硫化成保持所述预定形状的人造皮肤。
2.根据权利要求1所述的处理方法，制备含有预定干胶成分的胶乳，包括：
向胶乳内添加一种防腐剂。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其中预定干胶成分占胶乳的60%。
4.根据权利要求2所述的处理方法，其中防腐剂是十二烷基硫酸钠。
5.根据权利要求4所述的处理方法，按干重计每100份胶乳中添加4份防腐剂。
6.根据权利要求2所述的处理方法，制备含有预定干胶成分的胶乳，还包括：
在向胶乳内添加防腐剂之前，过滤胶乳。
7.根据权利要求1所述的处理方法，按干重计每100份胶乳中添加2～4份过氧化氢和5～9份过硫酸钾。
8.根据权利要求1所述的处理方法，向胶乳中添加过氧化氢和过硫酸钾以促进胶乳解聚，包括：
获得平均相对分子量为60,000～100,000的解聚胶乳。
9.根据权利要求8所述的处理方法，还包括：
在复合解聚胶乳以制备复合胶乳之前，将解聚胶乳的pH值调节至9。
10.根据权利要求1所述的处理方法，按干重计每100份胶乳中添加1.5份硫磺、1份二乙基二硫代氨基甲酸锌、1份二硫代氨基甲酸钠、7.5份锭子油、20份碳酸钙、5份氧化锌和1份vulkanox BKF防老剂。
11.根据权利要求10所述的处理方法，还包括：
过滤复合胶乳。
12.根据权利要求1所述的处理方法，复合胶乳在70℃下预先硫化，以制备预硫化橡胶。
13.根据权利要求1所述的处理方法，预硫化橡胶在50～100℃下硫化成人造皮肤。
14.一种用于生产人造皮肤的胶乳的处理系统，包括
获得含有预定干胶成分的胶乳的工具；
向胶乳内添加过氧化氢和过硫酸钾，以促进胶乳解聚，从而获得含有预定干胶成分的解聚胶乳的工具；以及
复合解聚胶乳以制备复合胶乳的工具，所述复合解聚胶乳以制备复合胶乳的工具包括向解聚胶乳中添加硫磺、二乙基二硫代氨基甲酸锌、二硫代氨基甲酸钠、锭子油、碳酸钙、氧化锌和vulkanox BKF防老剂的工具；
其中，复合胶乳预先硫化，以制备预硫化橡胶，
借以将预硫化橡胶初步模压成预定形状，随后硫化成保持所述预定形状的人造皮肤。
15.根据权利要求14所述的处理系统，获得含有预定干胶成分的胶乳的工具包括：
向胶乳内添加防腐剂的工具。
16.根据权利要求15所述的处理系统，其中预定干胶成分占胶乳的60%。
17.根据权利要求15所述的处理系统，其中防腐剂是十二烷基硫酸钠。
18.根据权利要求17所述的处理系统，按干重计每100份胶乳中添加4份防腐剂。
19.根据权利要求15所述的处理系统，获得含有预定干胶成分的胶乳的工具包括：
在向胶乳内添加防腐剂之前过滤胶乳的工具。
20.根据权利要求14所述的处理系统，按干重计每100份胶乳中添加2～4份过氧化氢和5～9份过硫酸钾。
21.根据权利要求14所述的处理系统，向胶乳中添加过氧化氢和过硫酸钾以促进胶乳解聚的工具包括：
获得平均相对分子量为60,000～100,000的解聚胶乳的工具。
22.根据权利要求21所述的处理系统，还包括：
在复合解聚胶乳以制备复合胶乳之前将解聚胶乳的pH值调节至9的工具。
23.根据权利要求14所述的处理系统，按干重计每100份胶乳中添加1.5份硫磺、1份二乙基二硫代氨基甲酸锌、1份二硫代氨基甲酸钠、7.5份锭子油、20份碳酸钙、5份氧化锌和1份vulkanox BKF防老剂。
24.根据权利要求14所述的处理系统，还包括：
过滤复合胶乳的工具。
25.根据权利要求14所述的处理系统，复合胶乳在70℃下预先硫化，以制备预硫化橡胶。
26.根据权利要求14所述的处理系统，预硫化橡胶在50～100℃下硫化成人造皮肤。
27.根据权利要求14所述的处理系统，还包括：
预先硫化复合胶乳以制备预硫化橡胶的工具。
28.根据权利要求14所述的处理系统，还包括：
将预硫化橡胶硫化成人造皮肤的工具。
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