CN109054397A - 一种人医教学模型制作用硅橡胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种人医教学模型制作用硅橡胶，该硅橡胶由A、B两种基料按照重量比为100：（1‑2）的比例混配制成，A基料包括聚甲基乙烯基硅氧烷22‑40份、乙烯基硅油26‑44份、纳米白炭黑12‑17份、改性纳米氧化锆粉4‑7份、四苯基苯基硅油2‑5份、增重剂3‑5份；B基料包括聚硅酸乙酯0.5‑1.2份、羟基硅油2.5‑3.5份、辛酸亚锡0.7‑1.2份、氧化锌1.5‑2.5份。本发明通过硅橡胶原料配方的调整以及硅橡胶中特定添加剂的添加，制备了一种强度高、耐酸碱性强、稳定性和柔韧性好，能够较好的展示出动物器官的微细结构以及纹理特征，且无毒、无味、绝缘、环保、价格较低，使用寿命长的人医教学模型用硅橡胶，提高了标本模型的亲和性和使用寿命。

Description

一种人医教学模型制作用硅橡胶及其制备方法
技术领域
本发明属于硅橡胶的制备技术领域，具体的说是一种人医教学模型制作用硅橡胶及其制备方法。
背景技术
人体器官的标本在大、中、专院校及科研院所的教学、研究等工作中发挥着传递知识、代替实体的作用。然而，现有的教学用动物及人体器官标本种类较少，大多为溶液浸泡的实体标本或塑化的干制成型标本等。这类标本通常制作成本较高，不易长期有效保存，且具有刺激性气味，污染环境，人体接触后甚至存在致癌、致畸、致突变等危险。
硅橡胶是指主链由硅和氧原子交替构成的合成聚合物，其具有生理惰性、耐高温、耐油性能，可塑性强，广泛用于制作模具、医疗、生产和生活用品等领域。通过在硅橡胶原料中添加一定量的添加剂可以改变硅橡胶的性状，提高其在硅橡胶制品中的应用效果。
目前，市面上已经有一些商家采用硅橡胶来进行人体器官塑化标本的制备，但现有的用于制作塑化标本的硅橡胶价格偏高，且强度较低，不耐酸碱，稳定性低，易老化，造成标本的使用寿命较短。因此，研究并开发一种强度高、耐酸碱性强、稳定性高、且价格较低的人医教学模型用硅橡胶，来代替实体标本，提高标本模型的亲和性和使用寿命，促进教学效果的提升，具有显著的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的是：通过硅橡胶原料配方的调整以及硅橡胶中特定添加剂的添加，制备一种强度高、耐酸碱性强、稳定性和柔韧性好，能够较好的展示出动物器官的微细结构以及纹理特征，且无毒、无味、绝缘、环保、价格较低，使用寿命长的人医教学模型用硅橡胶，来代替实体标本，提高标本模型的亲和性和使用寿命。
本发明为实现上述技术目的，所采用的技术方案为：一种人医教学模型制作用硅橡胶，该硅橡胶由A、B两种基料按照重量比为100：（1-2）的比例混配制成，所述的A基料由以下重量份数的组分构成：聚甲基乙烯基硅氧烷22-40份、乙烯基硅油26-44份、纳米白炭黑12-17份、改性纳米氧化锆粉4-7份、四苯基苯基硅油2-5份、增重剂3-5份；
所述的B基料由以下重量份数的组分构成：聚硅酸乙酯0.5-1.2份、羟基硅油2.5-3.5份、辛酸亚锡0.7-1.2份、氧化锌1.5-2.5份。
进一步的，所述的增重剂由玻璃微球和碳酸钙按照重量比为1:1的比例混合制成。
一种人医教学模型制作用硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照体积比为（2-5）：3：（1-2）的比例，分别取油酸、乙醇和去离子水进行混合，超声波充分混匀后制得改性处理剂，之后，向制得的改性处理剂中加入纳米氧化锆粉末，于摇床上80-100℃恒温条件下进行反应20-30h，然后，过滤取沉淀，并于100-200℃温度条件下进行鼓风干燥2.5-3.5 h，之后，研磨粉碎过筛后，制得改性纳米氧化锆粉，备用；
步骤二、按照上述重量份数，分别取聚甲基乙烯基硅氧烷、乙烯基硅油、纳米白炭黑、四苯基苯基硅油、增重剂和步骤一制得的改性纳米氧化锆粉放入双辊开炼机，在辊距1mm条件下进行混炼2-3h，制得A基料，备用；
步骤三、按照上述重量份数，分别取聚硅酸乙酯、羟基硅油、辛酸亚锡和氧化锌放入真空捏合机中，在真空度为-0.7～-0.9 MPa，温度为140-160℃条件下进行真空捏合4.5-5.5h，制得B基料，备用；
步骤四、按照100：（1-2）的重量配比，分别取步骤二制得的A基料和步骤三制得的B基料，放入旋桨式搅拌器中进行搅拌混匀2-3h，制得混配料，密封保存，备用；
步骤五、将步骤四制得的混配料放入-0.7～-0.9 MPa的真空环境中，于22-27℃条件下进行脱泡处理，直至所得混配料内部呈无气泡状态，即得成品人医教学模型制作用硅橡胶。
进一步的，在步骤一中，所述研磨粉碎过筛后制得改性纳米氧化锆粉的粒径为20-50 nm。
进一步的，在步骤一中，所述纳米氧化锆粉末与改性处理剂之间的配比关系为1-2g/mL。
有益效果：
1、本发明的一种人医教学模型制作用硅橡胶，通过在原料中添加纳米白炭黑、氧化锆、四苯基苯基硅油、辛酸亚锡等添加剂，使成品硅橡胶的抗拉强度提高了29%以上，硬度提高了20%以上，耐酸碱度提高了6倍以上。且硅橡胶的产品稳定性和柔韧性好，制备成人医教学模型使用后，能够增强模型的仿真性和纹细节，较好的展示出人体以及动物器官的微细结构和纹理特征。同时，成品硅橡胶本身无毒、无味，环保、绝缘性好，成本较低，使用寿命长，能够在人医教学领域，代替现有使用的实体标本，并提高标本模型的亲和性以及教学效果，实用效果好。
2、本发明的硅橡胶制备工艺中，设置有采用含有油酸、乙醇和去离子水混配而成的改性处理剂对纳米氧化锆粉进行改性处理的步骤，之后，还设置有干燥和粉碎的步骤。纳米氧化锆粉经改性处理剂浸泡处理后，其内部结构产生溶胀，使改性处理剂中的亲油、亲水性基团溶渗入氧化锆的内部结构中，在后续的干燥过程中，氧化锆固化为纤维结构，使亲油、亲水基团封锁在该结构内部，再经粉碎处理后，制得的改性纳米氧化锆粉表面将附着有大量的亲和基团，添加剂改性纳米氧化锆粉中的这些亲和基团在与硅橡胶接触时，本身粒径就较小的改性纳米氧化锆粉能够与硅橡胶产生大表面积的接触，增强硅橡胶整体混配时的亲和性和分散性，降低团聚现象，使硅橡胶中的添加剂得到最大限度的均匀分布和匀化。同时，由于氧化锆本身熔点较高，导热性差，热膨胀与摩擦系数较低，化学稳定性强。因此，其在硅橡胶中添加后，能够显著提高成品硅橡胶的抗蚀性能、耐化学腐蚀及微生物侵蚀性强，抗菌性等多项理化性能。
3、本发明在硅橡胶原料配方中添加有四苯基苯基硅油，该成分具有耐热稳定剂的功用，添加后既能防止加工时塑化硅橡胶的热降解，又能有效防止其制品在长期使用过程中的老化。与常规的改变分子结构提高硅橡胶产品耐热性能的做法相比，本发明的方法工艺环保、操作简单、成本低，并能够使产品具有优异的理化性能，使用寿命得到明显延长，具有推广应用的价值。
4、本发明在硅橡胶原料配方中添加有纳米白炭黑，该成分的平均粒径为10-30nm，粒径较小，纯度较高，且其微观形貌中的微孔结构较多，本发明采用的纳米白炭黑表面还具有阶梯状结构。因此，其比表面积较大、分散均匀、稳定性高。添加后能够有效改善胶料的附着力，提高胶料的拉伸强度、仲长率、弹性、硬度、耐热性以及撕裂强度。
5、本发明的制备工艺具有简单易行、制备速度快、效率高，产品可靠、优质等优点。成品硅橡胶成分稳定、耐酸碱、强度高、仿真性强、易于保存，使用寿命长。从而降低了制作人医教学模型的制作成本和保存成本，提高了教学模型的经济效益和教学效果。
具体实施方式
为使本发明的内容更明显易懂，以下结合具体实施例，对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。
一种人医教学模型制作用硅橡胶，该硅橡胶由A、B两种基料按照重量比为100：（1-2）的比例混配制成，所述的A基料由以下重量份数的组分构成：聚甲基乙烯基硅氧烷22-40份、乙烯基硅油26-44份、纳米白炭黑12-17份、改性纳米氧化锆粉4-7份、四苯基苯基硅油2-5份、增重剂3-5份；所述的增重剂由玻璃微球和碳酸钙按照重量比为1:1的比例混合制成；
所述的B基料由以下重量份数的组分构成：聚硅酸乙酯0.5-1.2份、羟基硅油2.5-3.5份、辛酸亚锡0.7-1.2份、氧化锌1.5-2.5份。
一种人医教学模型制作用硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照体积比为（2-5）：3：（1-2）的比例，分别取油酸、乙醇和去离子水进行混合，超声波充分混匀后制得改性处理剂，之后，向制得的改性处理剂中加入纳米氧化锆粉末，于摇床上80-100℃恒温条件下进行反应20-30h，然后，过滤取沉淀，并于100-200℃温度条件下进行鼓风干燥2.5-3.5 h，之后，研磨粉碎过筛后，制得改性纳米氧化锆粉，备用；
步骤二、按照上述重量份数，分别取聚甲基乙烯基硅氧烷、乙烯基硅油、纳米白炭黑、四苯基苯基硅油、增重剂和步骤一制得的改性纳米氧化锆粉放入双辊开炼机，在辊距1mm条件下进行混炼2-3h，制得A基料，备用；
步骤三、按照上述重量份数，分别取聚硅酸乙酯、羟基硅油、辛酸亚锡和氧化锌放入真空捏合机中，在真空度为-0.7～-0.9 MPa，温度为140-160℃条件下进行真空捏合4.5-5.5h，制得B基料，备用；
步骤四、按照100：（1-2）的重量配比，分别取步骤二制得的A基料和步骤三制得的B基料，放入旋桨式搅拌器中进行搅拌混匀2-3h，制得混配料，密封保存，备用；
步骤五、将步骤四制得的混配料放入-0.7～-0.9 MPa的真空环境中，于22-27℃条件下进行脱泡处理，直至所得混配料内部呈无气泡状态，即得成品人医教学模型制作用硅橡胶。
上述采用的纳米白炭黑预先经过以下步骤的前处理：先将纳米白炭黑放入预处理液中进行第一步处理，所述的预处理液为乙二醇、聚醚改性硅氧烷和三甲基乙氧基硅烷的混配物，其中，乙二醇、聚醚改性硅氧烷和三甲基乙氧基硅烷的摩尔配比为5：（1.2-1.5）：（0.8-1.2），浸泡式预处理时间为3-5h，之后，取出，在150-170℃条件下，采用氮气对其表面进行吹干，即完成纳米白炭黑的预先前处理。
经过上述前处理后，纳米白炭黑表面的硅醇基得到尽可能的减少，而其表面的硅氧烷和自由羟基得到了尽可能的富集和活性增强，使该成分具有更好的亲和性，其在硅橡胶成分中均匀分散、匀化后，能够使硅橡胶具有更强的附着力和柔韧性，从而提高硅橡胶成品的强度、亲和韧性和弹性。
实施例1：
一种人医教学模型制作用硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照体积比为3：3：1的比例，分别取油酸、乙醇和去离子水进行混合，超声波充分混匀后制得改性处理剂，之后，向制得的改性处理剂中加入纳米氧化锆粉末，于摇床上90℃恒温条件下进行反应24h，然后，过滤取沉淀，并于150℃温度条件下进行鼓风干燥3 h，之后，研磨粉碎过筛后，制得粒径为50 nm的改性纳米氧化锆粉，备用；
步骤二、按照重量份数，分别取聚甲基乙烯基硅氧烷33份、乙烯基硅油33份、纳米白炭黑15份、四苯基苯基硅油5份、增重剂4份（其中，增重剂由玻璃微球和碳酸钙按照重量比为1:1的比例混合制成）和步骤一制得的改性纳米氧化锆粉6份放入双辊开炼机，在辊距1mm条件下进行混炼2h，制得A基料，备用；
步骤三、按照重量份数，分别取聚硅酸乙酯1份、羟基硅油3份、辛酸亚锡1份和氧化锌2份放入真空捏合机中，在真空度为-0.8MPa，温度为150℃条件下进行真空捏合5h，制得B基料，备用；
步骤四、按照100：2的重量配比，分别取步骤二制得的A基料和步骤三制得的B基料，放入旋桨式搅拌器中进行搅拌混匀3h，制得混配料，密封保存，备用；
步骤五、将步骤四制得的混配料放入-0.9 MPa的真空环境中，于25℃条件下进行脱泡处理，直至所得混配料内部呈无气泡状态，即得成品人医教学模型制作用硅橡胶。
实施例2：
一种用于制作人医教学模型硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照体积比为2：3：2的比例，分别取油酸、乙醇和去离子水进行混合，超声波充分混匀后制得改性处理剂，之后，向制得的改性处理剂中加入纳米氧化锆粉末，于摇床上80℃恒温条件下进行反应30h，然后，过滤取沉淀，并于100℃温度条件下进行鼓风干燥3.5 h，之后，研磨粉碎过筛后，制得粒径为20 nm的改性纳米氧化锆粉，备用；
步骤二、按照重量份数，分别取聚甲基乙烯基硅氧烷40份、乙烯基硅油26份、纳米白炭黑17份、四苯基苯基硅油2份、增重剂5份（其中，增重剂由玻璃微球和碳酸钙按照重量比为1:1的比例混合制成）和步骤一制得的改性纳米氧化锆粉7份放入双辊开炼机，在辊距1mm条件下进行混炼3h，制得A基料，备用；
步骤三、按照重量份数，分别取聚硅酸乙酯0.5份、羟基硅油3.5份、辛酸亚锡0.7份和氧化锌1.5份放入真空捏合机中，在真空度为-0.9MPa，温度为140℃条件下进行真空捏合4.5h，制得B基料，备用；
步骤四、按照100：1的重量配比，分别取步骤二制得的A基料和步骤三制得的B基料，放入旋桨式搅拌器中进行搅拌混匀2h，制得混配料，密封保存，备用；
步骤五、将步骤四制得的混配料放入-0.7 MPa的真空环境中，于27℃条件下进行脱泡处理，直至所得混配料内部呈无气泡状态，即得成品人医教学模型制作用硅橡胶。
实施例3：
一种用于制作人医教学模型硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照体积比为5：3：2的比例，分别取油酸、乙醇和去离子水进行混合，超声波充分混匀后制得改性处理剂，之后，向制得的改性处理剂中加入纳米氧化锆粉末，于摇床上100℃恒温条件下进行反应20h，然后，过滤取沉淀，并于200℃温度条件下进行鼓风干燥2.5h，之后，研磨粉碎过筛后，制得粒径为30 nm的改性纳米氧化锆粉，备用；
步骤二、按照重量份数，分别取聚甲基乙烯基硅氧烷22份、乙烯基硅油44份、纳米白炭黑12份、四苯基苯基硅油5份、增重剂3份（其中，增重剂由玻璃微球和碳酸钙按照重量比为1:1的比例混合制成）和步骤一制得的改性纳米氧化锆粉4份放入双辊开炼机，在辊距1mm条件下进行混炼2.5h，制得A基料，备用；
步骤三、按照重量份数，分别取聚硅酸乙酯1.2份、羟基硅油2.5份、辛酸亚锡1.2份和氧化锌2.5份放入真空捏合机中，在真空度为-0.7MPa，温度为160℃条件下进行真空捏合5.5h，制得B基料，备用；
步骤四、按照100：2的重量配比，分别取步骤二制得的A基料和步骤三制得的B基料，放入旋桨式搅拌器中进行搅拌混匀2.5h，制得混配料，密封保存，备用；
步骤五、将步骤四制得的混配料放入-0.8 MPa的真空环境中，于22℃条件下进行脱泡处理，直至所得混配料内部呈无气泡状态，即得成品人医教学模型制作用硅橡胶。
实施例4：
一种用于制作人医教学模型硅橡胶的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照体积比为4：3：1.5的比例，分别取油酸、乙醇和去离子水进行混合，超声波充分混匀后制得改性处理剂，之后，向制得的改性处理剂中加入纳米氧化锆粉末，于摇床上90℃恒温条件下进行反应22h，然后，过滤取沉淀，并于180℃温度条件下进行鼓风干燥3h，之后，研磨粉碎过筛后，制得粒径为30 nm的改性纳米氧化锆粉，备用；
步骤二、按照重量份数，分别取聚甲基乙烯基硅氧烷32份、乙烯基硅油29份、纳米白炭黑14份、四苯基苯基硅油4份、增重剂4份（其中，增重剂由玻璃微球和碳酸钙按照重量比为1:1的比例混合制成）和步骤一制得的改性纳米氧化锆粉6份放入双辊开炼机，在辊距1mm条件下进行混炼2h，制得A基料，备用；
其中，上述所采用的纳米白炭黑预先经过以下步骤的前处理：先将14份纳米白炭黑放入乙二醇、聚醚改性硅氧烷和三甲基乙氧基硅烷的摩尔配比为5：（1.2-1.5）：（0.8-1.2）的预处理液中进行浸泡式预处理时间为3-5h，预处理液采用超声波处理器事先经过充分匀化处理，浸泡预处理后，取出，在150-170℃条件下，采用氮气对其表面进行吹干，即完成纳米白炭黑的预先前处理。
步骤三、按照重量份数，分别取聚硅酸乙酯1份、羟基硅油3份、辛酸亚锡1份和氧化锌2.5份放入真空捏合机中，在真空度为-0.8MPa，温度为180℃条件下进行真空捏合5h，制得B基料，备用；
步骤四、按照100：1的重量配比，分别取步骤二制得的A基料和步骤三制得的B基料，放入旋桨式搅拌器中进行搅拌混匀3h，制得混配料，密封保存，备用；
步骤五、将步骤四制得的混配料放入-0.9 MPa的真空环境中，于24℃条件下进行脱泡处理，直至所得混配料内部呈无气泡状态，即得成品人医教学模型制作用硅橡胶。
性能测试：
下面对本发明实施例制得的硅橡胶进行相应的性能测试，以本发明实施例1、2、3、4制备得到的产品为例，分别作为试验组1、2、3、4；以市售的常规模型用硅橡胶（深圳市红叶杰科技有限公司生产，型号为RTV-2模具硅胶）作为对照组，进行相应的硬度、抗拉伸强度、耐酸碱性等测试。
其中，硅橡胶硬度按GB/T531-2008测试；拉伸强度按GB/T528-2009测试；耐酸碱度按GB/T1690-2006测试，测试结果如下。
表1 不同硅橡胶产品硬度、强度、耐酸碱性的比较
由以上数据可知，本实施例制备的产品组成的试验组的硅橡胶无论在老化前还是在老化后，其硬度、抗拉伸强度、耐酸碱性等参数均优于对照组。同时，本发明实验组产品在氢氧化钠溶液、硫酸溶液中的重量变化率均低于对照组产品，表现出较高的硬度、强度和耐酸碱性能。
本发明的用于制作人医教学模型硅橡胶的制备方法的优点在于具有简单易行、制备速度快、效率高、耐酸碱、成分稳定、强度高、仿真性强、易于保存的技术优势，从而降低制作模型与保存成本，提高教学模型的经济效益和教学效果。
以上所述为本发明的较佳实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的设计、制备原则内的任何修改、替换、改进等处理均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种人医教学模型制作用硅橡胶，该硅橡胶由A、B两种基料按照重量比为100：（1-2）的比例混配制成，其特征在于，所述的A基料由以下重量份数的组分构成：聚甲基乙烯基硅氧烷22-40份、乙烯基硅油26-44份、纳米白炭黑12-17份、改性纳米氧化锆粉4-7份、四苯基苯基硅油2-5份、增重剂3-5份；
所述的B基料由以下重量份数的组分构成：聚硅酸乙酯0.5-1.2份、羟基硅油2.5-3.5份、辛酸亚锡0.7-1.2份、氧化锌1.5-2.5份。
2.根据权利要求1所述的一种人医教学模型制作用硅橡胶，特征在于：所述的增重剂由玻璃微球和碳酸钙按照重量比为1:1的比例混合制成。
3.根据权利要求1所述的一种人医教学模型制作用硅橡胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按照体积比为（2-5）：3：（1-2）的比例，分别取油酸、乙醇和去离子水进行混合，超声波充分混匀后制得改性处理剂，之后，向制得的改性处理剂中加入纳米氧化锆粉末，于摇床上80-100℃恒温条件下进行反应20-30h，然后，过滤取沉淀，并于100-200℃温度条件下进行鼓风干燥2.5-3.5 h，之后，研磨粉碎过筛后，制得改性纳米氧化锆粉，备用；
步骤二、按照上述重量份数，分别取聚甲基乙烯基硅氧烷、乙烯基硅油、纳米白炭黑、四苯基苯基硅油、增重剂和步骤一制得的改性纳米氧化锆粉放入双辊开炼机，在辊距1mm条件下进行混炼2-3h，制得A基料，备用；
步骤三、按照上述重量份数，分别取聚硅酸乙酯、羟基硅油、辛酸亚锡和氧化锌放入真空捏合机中，在真空度为-0.7～-0.9 MPa，温度为140-160℃条件下进行真空捏合4.5-5.5h，制得B基料，备用；
步骤四、按照100：（1-2）的重量配比，分别取步骤二制得的A基料和步骤三制得的B基料，放入旋桨式搅拌器中进行搅拌混匀2-3h，制得混配料，密封保存，备用；
步骤五、将步骤四制得的混配料放入-0.7～-0.9 MPa的真空环境中，于22-27℃条件下进行脱泡处理，直至所得混配料内部呈无气泡状态，即得成品人医教学模型制作用硅橡胶。
4.根据权利要求3所述的一种人医教学模型制作用硅橡胶的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述研磨粉碎过筛后制得改性纳米氧化锆粉的粒径为20-50 nm。
5.根据权利要求3所述的一种人医教学模型制作用硅橡胶的制备方法，其特征在于：在步骤一中，所述纳米氧化锆粉末与改性处理剂之间的配比关系为1-2g/mL。
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