发明内容
为解决现有技术的不足,本发明提供了一种模拟排汗的人工皮肤,可以在特定温度下从透水层表面均匀渗出水份模拟人体排汗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种模拟排汗的人工皮肤,包括温敏透水层和温敏聚氨酯水凝胶层。
优选的,温敏聚氨酯水凝胶层的制备原料包括以下组分:
碳纳米管 10-20份;
聚醚多元醇 80-100份;
异氰酸酯 3-5份;
扩链剂 2-5份;
N-乙基吗啉 2-5份;
五氧化二钽 2-5份;
季戊四醇 3-8份;
辛酸亚锡 3-5份;
乙二胺四乙酸二钠镁盐 2-5份。
优选的,扩链剂为MOCA、1,4一丁二醇(BDO)、1,6一己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇(DEG)、三甘醇、新戊二醇(NPG)、山梨醇、二乙氨基乙醇(DEAE)中的一种或几种。
优选的,温敏聚氨酯水凝胶层的制备步骤如下:
步骤(1) 按照重量份称取碳纳米管、聚醚多元醇、异氰酸酯、扩链剂、N-乙基吗啉、五氧化二钽、季戊四醇、辛酸亚锡和乙二胺四乙酸二钠镁盐。
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1000-2000r/min, 乳化时间为5-40min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液。
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为200mg/m3-500mg/m3,反应时间为30min-5h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管。
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100±10℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2-5h,搅拌器的搅拌速度为50-100r/min,制备聚氨酯半成品。
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入扩链剂、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70±5℃,升温速率为5℃/min,反应时间为1-3h,搅拌速度为50-100r/min,制备聚氨酯预聚体。
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-20 — -30℃的冷冻箱中静置30min-1h,得到温敏聚氨酯水凝胶。
优选的,透水层为温敏透水层,透水层的厚度为15-25μm,透水层的原料包括如下组份:
碳纳米管 3-5份;
壳聚糖 10-15份;
碳酸钙 10-15份;
聚丙烯腈 20-40份;
聚氨酯水凝胶 5-10份。
优选的,透水层的制备步骤如下:
步骤(1)按照重量份称取碳纳米管、壳聚糖、碳酸钙、聚丙烯腈和聚氨酯水凝胶。
步骤(2)将称量好的碳纳米管、壳聚糖、碳酸钙、聚丙烯腈和聚氨酯水凝胶加入到螺杆挤出机中,挤出机的温度设定为90-110℃,共混时间为10-20min,得到共混物。
步骤(3)将步骤(2)得到的共混物投入到挤出流延成型机中,设定挤出流延成型机流延的模头温度为350℃,流延设备1区到5区温度分别设定为250℃,330℃,340℃,340℃,350℃,再将物料运输送至纵向拉伸机中,加热辊的温度设定为200℃,拉伸比为3倍,拉伸线速度设定为100mm/min,得到透水层。
优选的,透水层原料中的聚氨酯水凝胶制备步骤如下:
步骤(1)按照重量份称取碳纳米管10-20份、聚醚多元醇80-100份、异氰酸酯3-5份、扩链剂2-5份、N-乙基吗啉2-5份、五氧化二钽2-5份、季戊四醇3-8份、辛酸亚锡6-10份和乙二胺四乙酸二钠镁盐10-15份;扩链剂为MOCA、1,4一丁二醇(BDO)、1,6一己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、二甘醇(DEG)、三甘醇、新戊二醇(NPG)、山梨醇、二乙氨基乙醇(DEAE)中的一种或几种。
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和适量的水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1000-2000r/min, 乳化时间为5-40min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液。
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为200mg/m3-500mg/m3,反应时间为30min-5h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管。
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100±10℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2-5h,搅拌器的搅拌速度为50-100r/min,制备聚氨酯半成品。
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入扩链剂、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70±5℃,升温速率为5℃/min,反应时间为1-3h,搅拌速度为50-100r/min,制备聚氨酯预聚体。
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-20 — -30℃的冷冻箱中静置30min-1h,得到温敏聚氨酯水凝胶。
将制备的温敏透水层和透水层无缝贴合在一起,得到模拟排汗的人工皮肤。
本发明的有益效果为:
本发明采用导热系数较高的碳纳米管,完全将碳纳米管分散在聚氨酯水凝胶中,且解决了碳纳米管和聚氨酯水凝胶结合的问题,既发挥了碳纳米管高导热的作用,又保证了聚氨酯水凝胶的功能。
本发明公开的聚氨酯水凝胶层具有温度敏感性,可以在精确的温度范围内使聚氨酯水凝胶实现不同的排水率,为本发明中的透水层持续提供水份,保证人工皮肤可以多次在不同温度下模拟人体排汗情况。
本发明公开的透水层也具有精确的温度敏感性,通过和聚氨酯水凝胶层的共同作用实现人工皮肤在较窄的温度范围内实现锁水和排水功能。
特别是本发明使用的五氧化二钽、N-乙基吗啉、乙二胺四乙酸二钠镁盐和碳纳米管的共同作用来保证聚氨酯水凝胶层和透水层精确的温敏性能,保证人工皮肤在不同温度下模拟人体的排汗情况,为医学教学提供更直观的讲解,方便学生理解正常排汗和异常排汗的情况,且能够根据需要多次重复使用。
具体实施方式
为清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,对本方案进行阐述。
实施例1:
(一)温敏聚氨酯水凝胶层的制备步骤如下:
步骤(1) 按照重量份称取碳纳米管10份、聚醚多元醇10份、异氰酸酯3份、MOCA 2份、N-乙基吗啉2份、五氧化二钽2份、季戊四醇3份、辛酸亚锡3份和乙二胺四乙酸二钠镁盐2份;
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1000r/min, 乳化时间为5min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液;
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为200mg/m3,反应时间为30min,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管;
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至90℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2,搅拌器的搅拌速度为50r/min,制备聚氨酯半成品;
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入MOCA、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度65℃,升温速率为5℃/min,反应时间为1h,搅拌速度为50r/min,制备聚氨酯预聚体;
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-20℃的冷冻箱中静置30min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
(二) 透水层的制备步骤如下:
步骤(1)按照重量份称取碳纳米管10份、聚醚多元醇80份、异氰酸酯3份、1,4一丁二醇(BDO)2份、N-乙基吗啉2份、五氧化二钽2份、季戊四醇3份、辛酸亚锡6份和乙二胺四乙酸二钠镁盐10份。
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和适量的水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1000r/min, 乳化时间为5min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液。
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为200mg/m3,反应时间为30min,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管。
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至90℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌器的搅拌速度为50r/min,制备聚氨酯半成品。
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入扩链剂、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度65℃,升温速率为5℃/min,反应时间为1h,搅拌速度为50r/min,制备聚氨酯预聚体。
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-20℃的冷冻箱中静置30min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
步骤(7)按照重量份称取碳纳米管3份、壳聚糖10份、碳酸钙10份、聚丙烯腈20份、步骤(6)制备的聚氨酯水凝胶5份。
步骤(8)将称量好的碳纳米管、壳聚糖、碳酸钙、聚丙烯腈和聚氨酯水凝胶加入到螺杆挤出机中,挤出机的温度设定为90℃,共混时间为10min,得到共混物。
步骤(9)将步骤(8)得到的共混物投入到挤出流延成型机中,设定挤出流延成型机的模头温度为350℃,流延设备1区到5区温度分别设定为250℃,330℃,340℃,340℃,350℃,再将物料运输送至纵向拉伸机中,加热辊温度设定为200℃,拉伸比为3倍,拉伸线速度设定为100mm/min,得到透水层,透水层的厚度为15μm。
将制备的温敏透水层和透水层无缝贴合在一起,得到模拟排汗的人工皮肤。
实施例2:
(一)温敏聚氨酯水凝胶层的制备步骤如下:
步骤(1) 按照重量份称取碳纳米管20份、聚醚多元醇20份、异氰酸酯5份、MOCA 5份、N-乙基吗啉5份、五氧化二钽5份、季戊四醇8份、辛酸亚锡5份和乙二胺四乙酸二钠镁盐5份;
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为2000r/min, 乳化时间为40min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液;
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为500mg/m3,反应时间为5h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管;
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至110℃,升温速率为5℃/min,反应时间为5h,搅拌器的搅拌速度为100r/min,制备聚氨酯半成品;
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入MOCA、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度75℃,升温速率为5℃/min,反应时间为3h,搅拌速度为100r/min,制备聚氨酯预聚体;
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-30℃的冷冻箱中静置1h,得到温敏聚氨酯水凝胶。
(二) 透水层的制备步骤如下:
步骤(1)按照重量份称取碳纳米管20份、聚醚多元醇100份、异氰酸酯5份、1,4一丁二醇(BDO) 5份、N-乙基吗啉5份、五氧化二钽8份、季戊四醇8份、辛酸亚锡10份和乙二胺四乙酸二钠镁盐15份。
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和适量的水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为2000r/min, 乳化时间为40min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液。
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为500mg/m3,反应时间为5h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管。
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至110℃,升温速率为5℃/min,反应时间为5h,搅拌器的搅拌速度为100r/min,制备聚氨酯半成品。
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入扩链剂、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度75℃,升温速率为5℃/min,反应时间为3h,搅拌速度为100r/min,制备聚氨酯预聚体。
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-30℃的冷冻箱中静置1h,得到温敏聚氨酯水凝胶。
步骤(7)按照重量份称取碳纳米管5份、壳聚糖15份、碳酸钙15份、聚丙烯腈40份、步骤(6)制备的聚氨酯水凝胶10份;
步骤(8)将称量好的碳纳米管、壳聚糖、碳酸钙、聚丙烯腈和聚氨酯水凝胶加入到螺杆挤出机中,挤出机的温度设定为110℃,共混时间为20min,得到共混物。
步骤(9))将步骤(8)得到的共混物投入到挤出流延成型机中,设定挤出流延成型机流延的模头温度为350℃,流延设备1区到5区温度分别设定为250℃,330℃,340℃,340℃,350℃,再将物料运输送至纵向拉伸机中,加热辊温度设定为200℃,拉伸比为3倍,拉伸线速度设定为100mm/min,得到透水层,透水层的厚度为25μm。
将制备的温敏透水层和透水层无缝贴合在一起,得到模拟排汗的人工皮肤。
实施例3:
(一)温敏聚氨酯水凝胶层的制备步骤如下:
步骤(1) 按照重量份称取碳纳米管15份、聚醚多元醇15份、异氰酸酯4份、MOCA 4份、N-乙基吗啉4份、五氧化二钽4份、季戊四醇6份、辛酸亚锡4份和乙二胺四乙酸二钠镁盐4份;
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1500r/min, 乳化时间为20min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液;
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为300mg/m3,反应时间为2h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管;
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100℃,升温速率为5℃/min,反应时间为4h,搅拌器的搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯半成品;
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入MOCA、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯预聚体;
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-25℃的冷冻箱中静置45min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
(二) 透水层的制备步骤如下:
步骤(1)按照重量份称取碳纳米管15份、聚醚多元醇90份、异氰酸酯4份、1,4一丁二醇(BDO)4份、N-乙基吗啉4份、五氧化二钽4份、季戊四醇6份、辛酸亚锡8份和乙二胺四乙酸二钠镁盐13份;
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和适量的水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1500r/min, 乳化时间为20min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液。
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为400mg/m3,反应时间为1h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管。
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100℃,升温速率为5℃/min,反应时间为3h,搅拌器的搅拌速度为70r/min,制备聚氨酯半成品。
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入扩链剂、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯预聚体。
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-25℃的冷冻箱中静置45min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
步骤(7)按照重量份称取碳纳米管4份、壳聚糖13份、碳酸钙13份、聚丙烯腈30份、步骤(6)制备的聚氨酯水凝胶8份。
步骤(8)将称量好的碳纳米管、壳聚糖、碳酸钙、聚丙烯腈和聚氨酯水凝胶加入到螺杆挤出机中,挤出机的温度设定为100℃,共混时间为15min,得到共混物。
步骤(9)将步骤(8)得到的共混物投入到挤出流延成型机中,设定挤出流延成型机的模头温度为350℃,流延设备1区到5区温度分别设定为250℃,330℃,340℃,340℃,350℃,再将物料运输送至纵向拉伸机中,加热辊的温度设定为200℃,拉伸比为3倍,拉伸线速度设定为100mm/min,得到透水层,透水层的厚度为20μm。
将制备的温敏透水层和透水层无缝贴合在一起,得到模拟排汗的人工皮肤。
实施例4:
(一)温敏聚氨酯水凝胶层的制备步骤如下:
步骤(1) 按照重量份称取碳纳米管15份、聚醚多元醇15份、异氰酸酯4份、MOCA 4份、N-乙基吗啉4份、季戊四醇6份、辛酸亚锡4份和乙二胺四乙酸二钠镁盐4份;
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1500r/min, 乳化时间为20min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液;
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为300mg/m3,反应时间为2h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管;
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100℃,升温速率为5℃/min,反应时间为4h,搅拌器的搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯半成品;
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入MOCA、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯预聚体;
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-25℃的冷冻箱中静置45min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
(二) 透水层的制备步骤如下:
步骤(1)按照重量份称取碳纳米管15份、聚醚多元醇90份、异氰酸酯4份、1,4一丁二醇(BDO)4份、N-乙基吗啉4份、季戊四醇6份、辛酸亚锡8份和乙二胺四乙酸二钠镁盐13份;
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和适量的水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1500r/min, 乳化时间为20min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液。
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为400mg/m3,反应时间为1h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管。
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯和N-乙基吗啉投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100℃,升温速率为5℃/min,反应时间为3h,搅拌器的搅拌速度为70r/min,制备聚氨酯半成品。
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入扩链剂、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯预聚体。
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-25℃的冷冻箱中静置45min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
步骤(7)按照重量份称取碳纳米管4份、壳聚糖13份、碳酸钙13份、聚丙烯腈30份、聚氨酯水凝胶8份;
步骤(8)将称量好的碳纳米管、壳聚糖、碳酸钙、聚丙烯腈和聚氨酯水凝胶加入到螺杆挤出机中,挤出机的温度设定为100℃,共混时间为15min,得到共混物。
步骤(9)将步骤(8)得到的共混物投入到挤出流延成型机中,设定挤出流延成型机的模头温度为350℃,流延设备1区到5区温度分别设定为250℃,330℃,340℃,340℃,350℃,再将物料运输送至纵向拉伸机中,加热辊的温度设定为200℃,拉伸比为3倍,拉伸线速度设定为100mm/min,得到透水层,透水层的厚度为20μm。
将制备的温敏透水层和透水层无缝贴合在一起,得到模拟排汗的人工皮肤。
实施例5:
(一)温敏聚氨酯水凝胶层的制备步骤如下:
步骤(1) 按照重量份称取碳纳米管15份、聚醚多元醇15份、异氰酸酯4份、MOCA 4份、N-乙基吗啉4份、五氧化二钽4份、季戊四醇6份和辛酸亚锡4份;
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1500r/min, 乳化时间为20min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液;
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为300mg/m3,反应时间为2h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管;
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100℃,升温速率为5℃/min,反应时间为4h,搅拌器的搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯半成品;
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入MOCA、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯预聚体;
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-25℃的冷冻箱中静置45min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
(二) 透水层的制备步骤如下:
步骤(1)按照重量份称取碳纳米管15份、聚醚多元醇90份、异氰酸酯4份、1,4一丁二醇(BDO)4份、N-乙基吗啉4份、五氧化二钽4份、季戊四醇6份和辛酸亚锡8份;
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和适量的水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1500r/min, 乳化时间为20min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液。
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为400mg/m3,反应时间为1h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管。
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100℃,升温速率为5℃/min,反应时间为3h,搅拌器的搅拌速度为70r/min,制备聚氨酯半成品。
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入扩链剂、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯预聚体。
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-25℃的冷冻箱中静置45min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
步骤(7)按照重量份称取碳纳米管4份、壳聚糖13份、碳酸钙13份、聚丙烯腈30份、步骤(6)制备的聚氨酯水凝胶8份。
步骤(8)将称量好的碳纳米管、壳聚糖、碳酸钙、聚丙烯腈和聚氨酯水凝胶加入到螺杆挤出机中,挤出机的温度设定为100℃,共混时间为15min,得到共混物。
步骤(9)将步骤(8)得到的共混物投入到挤出流延成型机中,设定挤出流延成型机的模头温度为350℃,流延设备1区到5区温度分别设定为250℃,330℃,340℃,340℃,350℃,再将物料运输送至纵向拉伸机中,加热辊的温度设定为200℃,拉伸比为3倍,拉伸线速度设定为100mm/min,得到透水层,透水层的厚度为20μm。
将制备的温敏透水层和透水层无缝贴合在一起,得到模拟排汗的人工皮肤。
实施例6:
步骤(1)按照重量份称取碳纳米管15份、聚醚多元醇90份、异氰酸酯4份、1,4一丁二醇(BDO)4份、N-乙基吗啉4份、五氧化二钽4份、季戊四醇6份、辛酸亚锡8份和乙二胺四乙酸二钠镁盐13份;
步骤(2)将步骤(1)称量好的碳纳米管和适量的水倒入乳化机中,乳化机的转速设定为1500r/min, 乳化时间为20min,进行乳化处理,得到碳纳米管乳浊液。
步骤(3)向步骤(2)得到的碳纳米管乳浊液中通入臭氧气体,碳纳米管乳浊液的臭氧浓度为400mg/m3,反应时间为1h,得到亲水性碳纳米管,抽提并烘干,得到改性碳纳米管。
步骤(4)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100℃,升温速率为5℃/min,反应时间为3h,搅拌器的搅拌速度为70r/min,制备聚氨酯半成品。
步骤(5)在步骤(4)的反应釜中加入扩链剂、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯预聚体。
步骤(6)将步骤(5)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-25℃的冷冻箱中静置45min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
步骤(7)按照重量份称取碳纳米管4份、壳聚糖13份、碳酸钙13份、聚丙烯腈30份、步骤(6)制备的聚氨酯水凝胶8份;
步骤(8)将称量好的碳纳米管、壳聚糖、碳酸钙、聚丙烯腈和聚氨酯水凝胶加入到螺杆挤出机中,挤出机的温度设定为100℃,共混时间为15min,得到共混物。
步骤(9)将步骤(8)得到的共混物投入到挤出流延成型机中,流延模头温度为350℃,流延设备1区到5区温度分别是250℃,330℃,340℃,340℃,350℃,再将物料运输至纵向拉伸机中,加热辊温度为200℃,拉伸比为3倍,拉伸线速度为100mm/min,得到透水层,透水层的厚度为20μm。
实施例7:
(一)温敏聚氨酯水凝胶层的制备步骤如下:
步骤(1) 按照重量份 聚醚多元醇15份、异氰酸酯4份、MOCA 4份、N-乙基吗啉4份、五氧化二钽4份、季戊四醇6份、辛酸亚锡4份和乙二胺四乙酸二钠镁盐4份;
步骤(2)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100℃,升温速率为5℃/min,反应时间为4h,搅拌器的搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯半成品;
步骤(3)在步骤(2)的反应釜中加入MOCA、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯预聚体;
步骤(4)将步骤(3)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-25℃的冷冻箱中静置45min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
(二) 透水层的制备步骤如下:
步骤(1)按照重量份称取聚醚多元醇90份、异氰酸酯4份、1,4一丁二醇(BDO)4份、N-乙基吗啉4份、五氧化二钽4份、季戊四醇6份、辛酸亚锡8份和乙二胺四乙酸二钠镁盐13份;
步骤(2)将聚醚多元醇、异氰酸酯、N-乙基吗啉和五氧化二钽投入至设置有搅拌器的反应釜中,反应釜的温度逐渐升温至100℃,升温速率为5℃/min,反应时间为3h,搅拌器的搅拌速度为70r/min,制备聚氨酯半成品。
步骤(3)在步骤(2)的反应釜中加入扩链剂、季戊四醇和辛酸亚锡投入到反应釜中,反应釜的温度70℃,升温速率为5℃/min,反应时间为2h,搅拌速度为80r/min,制备聚氨酯预聚体。
步骤(4)将步骤(3)制备的聚氨酯预聚体和乙二胺四乙酸二钠镁盐投入到纯净水中搅拌均匀,并放入模具中,再将模具放入-25℃的冷冻箱中静置45min,得到温敏聚氨酯水凝胶。
步骤(5)按照重量份称取壳聚糖13份、碳酸钙13份、聚丙烯腈30份、步骤(6)制备的聚氨酯水凝胶8份;
步骤(8)将称量好的壳聚糖、碳酸钙、聚丙烯腈和聚氨酯水凝胶加入到螺杆挤出机中,挤出机的温度设定为100℃,共混时间为15min,得到共混物。
步骤(9)将步骤(8)得到的共混物投入到挤出流延成型机中,设定挤出流延成型机的模头温度为350℃,流延设备1区到5区温度分别设定为250℃,330℃,340℃,340℃,350℃,再将物料运输送至纵向拉伸机中,加热辊的温度设定为200℃,拉伸比为3倍,拉伸线速度设定为100mm/min,得到透水层,透水层的厚度为20μm。
将制备的温敏透水层和透水层无缝贴合在一起,得到模拟排汗的人工皮肤。
将人工皮肤置于加热板表面,并在不同的温度下停留10min,观察每个实施例表面水的析出情况,每次调整温度前,将实施例的表面擦拭干净,具体结果见表1和说明书附图。
从结果可以看出,实施例3从37℃开始有水析出,且与实施例1和实施例2相比,实施例3的水比较均匀。
通过实施例3与实施例4、实施例5和实施例7的对比可以看出,从37℃开始,实施例4析出的水很多,实施例5从35℃开始析出的水很多,说明五氧化二钽、N-乙基吗啉、乙二胺四乙酸二钠镁盐和碳纳米管的共同作用来保证聚氨酯水凝胶精确的温敏性。
通过实施例3和实施例6的对比可以看出,实施例6只在37℃时略有水析出,而其他温度均无水析出,表明实施例6在37℃时,透水层中的水已经析出完毕,而实施例3的温敏聚氨酯水凝胶层可以为透水层持续提供水份,保证人工皮肤模拟人体排汗。
表1