CN108329694A - 一种心血管模型用的高透明高强度硅胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种心血管模型用的高透明高强度硅胶及其制备方法，涉及硅胶材料技术领域，解决了市场上销售的硅胶无法同时兼顾室温固化、高透明度、高强度的性能。其中，高透明高强度硅胶包括以下重量份数的组分：端羟基聚苯基硅氧烷80‑100份；苯基硅油20‑40份；甲基三丁酮肟基硅烷15‑25份；二羟基聚二甲基硅氧烷20‑40份；流平剂1‑3份；有机锡催化剂1‑3份；扩链剂1‑5份；气相二氧化硅5‑10份。本发明通过加入高折射率的苯基硅油和粒径在100nm以下的气相二氧化硅使硅胶的透光率达到98%；本发明中的硅胶在室温下即可固化，具有高抗拉强度、高抗撕裂强度、低温固化和高透光率的优点。

Description

一种心血管模型用的高透明高强度硅胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及硅胶材料技术领域，更具体地说，它涉及一种心血管模型用的高透明高强度硅胶及其制备方法。

背景技术

介入手术是一种新兴的高难度手术，医生需要较长时间的学习和训练才能掌握，在训练过程中需要一个模拟人体血管环境的模型来进行手术操作。而人体血管有着复杂的多级分支，所有结构均为中空并且角度曲折，最细处仅有1mm左右的直径，传统注塑、吹塑工艺受模具限制无法还原出这一特殊结构。

为了使医生在手术训练过程中能看到导管的位置，血管模型使用的材料必须具有良好的透明度。为了使导管在接触血管时能提供良好的手感反馈，血管模型必须要有30HA左右的硬度。同时血管模型材料必须具有良好的拉伸强度和抗撕裂强度，才能保证其在各种拉扯和弯折操作下不会损坏。

市场上现有的硅胶产品中，灌封胶类产品具有较高的透明度然而抗撕裂强度极差，模具硅胶类产品有着较高的力学性能然而透明度不佳，高温硫化硅橡胶产品同时具有良好的透明度和力学性能，但是固化过程需要极高的温度，无法用于不耐高温的3D打印模具。目前尚未存在一款硅胶产品同时具有高透明、高力学性能、低温固化的特点。

因此，需要提出一种新的方案来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，该硅胶便于模具灌注、室温即可固化，其具有高抗拉强度、高抗撕裂强度、低温固化和高透光率的优点。

为实现上述目的一，本发明提供了以下技术方案：

一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，包括以下重量份数的组分：

端羟基聚苯基硅氧烷80-100份；

苯基硅油20-40份；

甲基三丁酮肟基硅烷15-25份；

二羟基聚二甲基硅氧烷20-40份；

流平剂1-3份；

有机锡催化剂1-3份；

扩链剂1-5份；

气相二氧化硅5-10份。

进一步优选为，所述端羟基聚苯基硅氧烷的粘度小于7000mPa.s。

进一步优选为，所述气相二氧化硅的粒径在100nm以下。

进一步优选为，所述有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡。

进一步优选为，所述流平剂为购自罗门哈斯的流平增稠剂RM2020。

进一步优选为，所述扩链剂为购自道康宁的羟基硅油930。

本发明的目的二在于提供一种心血管模型用的高透明高强度硅胶的制备方法，采用该方法制备的心血管模型具有高抗拉强度、高抗撕裂强度、低温固化和高透光率的优点。

为实现上述目的二，本发明提供了以下技术方案：

一种心血管模型用的高透明高强度硅胶的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，将苯基硅油、甲基三丁酮肟基硅烷、流平剂、有机锡催化剂、扩链剂加入到星型搅拌釜中，搅拌釜内压力为负压0.2MPa，在800r/min的转速下搅拌均匀；

步骤二，向星型搅拌釜中加入端羟基聚苯基硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷分散均匀；

步骤三，向星型搅拌釜中加入气相二氧化硅，搅拌2-3小时；

步骤四，真空脱泡脱水1-2小时，出料，包装，得到高透明高强度硅胶。

通过上述技术方案，通过选用粘度小于7000mPa·s的端羟基聚苯基硅氧烷，使硅胶固化前的粘度调整为50Pa·s，通过加入高折射率的苯基硅油和粒径在100nm以下的二氧化硅使硅胶的透光率达到98％，通过使用二月桂酸二丁基锡催化剂和湿气固化的方式来保证硅胶固化后具有较高的力学性能。本发明中的硅胶在室温下即可固化，固化后同时具有98％的透光率、4.5MPa的抗拉强度、350％的断裂伸长率、12kN/m的抗撕裂强度。能适用于3D打印制备的特殊可溶性模具，制作用于介入手术培训的血管模型。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明通过加入高折射率的苯基硅油和粒径在100nm以下的气相二氧化硅使硅胶的透光率达到98％，高于现有技术中的88.78％；

(2)本发明中的硅胶在室温下即可固化，通过使用二月桂酸二丁基锡催化剂和湿气固化的方式来保证硅胶固化后同时具有4.5MPa的抗拉强度、350％的断裂伸长率、12kN/m的抗撕裂强度。

附图说明

图1为本发明的制备方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，包括以下重量份数的组分：

端羟基聚苯基硅氧烷80份；

苯基硅油40份；

甲基三丁酮肟基硅烷15份；

二羟基聚二甲基硅氧烷20份；

流平剂1份；

有机锡催化剂3份；

扩链剂5份；

气相二氧化硅10份。

如图1所示，其通过以下步骤制备获得：

步骤一，将苯基硅油、甲基三丁酮肟基硅烷、流平剂、有机锡催化剂、扩链剂加入到星型搅拌釜中，搅拌釜内压力为负压0.2MPa，在800r/min的转速下搅拌均匀；

步骤二，向星型搅拌釜中加入端羟基聚苯基硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷分散均匀；

步骤三，向星型搅拌釜中加入气相二氧化硅，搅拌2小时；

步骤四，真空脱泡脱水1小时，出料，包装，得到高透明高强度硅胶。

其中，端羟基聚苯基硅氧烷的粘度为6900mPa.s；气相二氧化硅的粒径为100nm；有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡；流平剂为购自罗门哈斯的流平增稠剂RM2020；扩链剂为购自道康宁的羟基硅油930。

实施例2：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，包括以下重量份数的组分：

端羟基聚苯基硅氧烷85份；

苯基硅油35份；

甲基三丁酮肟基硅烷18份；

二羟基聚二甲基硅氧烷25份；

流平剂1.5份；

有机锡催化剂2.5份；

扩链剂4份；

气相二氧化硅9份。

实施例3：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，包括以下重量份数的组分：

端羟基聚苯基硅氧烷90份；

苯基硅油30份；

甲基三丁酮肟基硅烷20份；

二羟基聚二甲基硅氧烷30份；

流平剂2份；

有机锡催化剂2份；

扩链剂3份；

气相二氧化硅8份。

实施例4：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，包括以下重量份数的组分：

端羟基聚苯基硅氧烷95份；

苯基硅油25份；

甲基三丁酮肟基硅烷22份；

二羟基聚二甲基硅氧烷35份；

流平剂2.5份；

有机锡催化剂1.5份；

扩链剂2份；

气相二氧化硅7份。

实施例5：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，包括以下重量份数的组分：

端羟基聚苯基硅氧烷100份；

苯基硅油20份；

甲基三丁酮肟基硅烷25份；

二羟基聚二甲基硅氧烷40份；

流平剂3份；

有机锡催化剂1份；

扩链剂1份；

气相二氧化硅5份。

实施例6：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，端羟基聚苯基硅氧烷的粘度为5000mPa.s。

实施例7：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，端羟基聚苯基硅氧烷的粘度为3000mPa.s。

实施例8：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，气相二氧化硅的粒径为80nm。

实施例9：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，气相二氧化硅的粒径为50nm。

实施例10：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，高透明高强度硅胶通过以下步骤制备获得：

步骤一，将苯基硅油、甲基三丁酮肟基硅烷、流平剂、有机锡催化剂、扩链剂加入到星型搅拌釜中，搅拌釜内压力为负压0.2MPa，在800r/min的转速下搅拌均匀；

步骤二，向星型搅拌釜中加入端羟基聚苯基硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷分散均匀；

步骤三，向星型搅拌釜中加入气相二氧化硅，搅拌3小时；

步骤四，真空脱泡脱水2小时，出料，包装，得到高透明高强度硅胶。

对比例1：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，端羟基聚苯基硅氧烷的粘度为9000mPa.s。

对比例2：一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，与实施例1的不同之处在于，气相二氧化硅的粒径为300nm。

对比例3：按照公开号为CN104449551A的中国发明专利中的实施例一制备硅胶。

性能测试

试验方法：(1)A.将实施例1-10和对比例1-2中制得的高透明高强度硅胶分别真空脱泡1小时，注入血管模具，室温下放置3小时；

B.将硅胶从血管模具中取出，得到血管模型，分别编号为1#-12#。

将对比例3中硅胶的A组分和B组分混合均匀后按照上述方法制备血管模型，编号为13#。分别测试1#-13#血管模型的透光率，透光率的测试方法参照GB/T2410-2008透明塑料透光率和雾度的测定。

(2)分别测试1#-12#血管模型和市售灌封胶类硅胶的抗拉强度、断裂伸长率、抗撕裂强度、硬度，各项性能的测试标准如下：

抗拉强度、断裂伸长率、抗撕裂强度的测试方法参照GB/T 528-2009硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定；硬度的测试方法参照GB/T 2411-2008塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)。

试验结果：1#-13#血管模型的测试结果如表1所示，1#-12#血管模型和市售灌封胶类硅胶的测试结果如表2所示。由表1可知，1#-10#血管模型的透光率均在98％以上，高于11#-13#血管模型，而且端羟基聚苯基硅氧烷的粘度小于7000mPa.s，气相二氧化硅的粒径在100nm以下时，血管模型的透光率有所增加，说明本发明通过加入高折射率的苯基硅油和粒径在100nm以下的气相二氧化硅使硅胶的透光率达到98％。

由表2可知，本发明中的硅胶固化后可达到30HA的硬度，而且与市售灌封胶类硅胶相比，具有高抗拉强度、高断裂伸长率和高抗撕裂强度的优点。

表1 1#-13#血管模型的测试结果

编号	透光率/％
		1#	98.0
2#	98.3
		3#	98.4
4#	98.2
		5#	98.5
6#	98.6
		7#	98.5
8#	98.7
		9#	98.6
10#	98.4
		11#	92.5
12#	91.2
		13#	88.8

表2 1#-12#血管模型和市售灌封胶类硅胶的测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种心血管模型用的高透明高强度硅胶，其特征在于，包括以下重量份数的组分：

端羟基聚苯基硅氧烷80-100份；

苯基硅油20-40份；

甲基三丁酮肟基硅烷15-25份；

二羟基聚二甲基硅氧烷20-40份；

流平剂1-3份；

有机锡催化剂1-3份；

扩链剂1-5份；

气相二氧化硅5-10份。

2.根据权利要求1所述的心血管模型用的高透明高强度硅胶，其特征在于，所述端羟基聚苯基硅氧烷的粘度小于7000mPa.s。

3.根据权利要求1所述的心血管模型用的高透明高强度硅胶，其特征在于，所述气相二氧化硅的粒径在100nm以下。

4.根据权利要求1所述的心血管模型用的高透明高强度硅胶，其特征在于，所述有机锡催化剂为二月桂酸二丁基锡。

5.根据权利要求1所述的心血管模型用的高透明高强度硅胶，其特征在于，所述流平剂为购自罗门哈斯的流平增稠剂RM2020。

6.根据权利要求1所述的心血管模型用的高透明高强度硅胶，其特征在于，所述扩链剂为购自道康宁的羟基硅油930。

7.一种心血管模型用的高透明高强度硅胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将苯基硅油、甲基三丁酮肟基硅烷、流平剂、有机锡催化剂、扩链剂加入到星型搅拌釜中，搅拌釜内压力为负压0.2MPa，在800r/min的转速下搅拌均匀；

步骤二，向星型搅拌釜中加入端羟基聚苯基硅氧烷、二羟基聚二甲基硅氧烷分散均匀；

步骤三，向星型搅拌釜中加入气相二氧化硅，搅拌2-3小时；

步骤四，真空脱泡脱水1-2小时，出料，包装，得到高透明高强度硅胶。