KR102532771B1

KR102532771B1 - 장기 모델용 수지 조성물

Info

Publication number: KR102532771B1
Application number: KR1020187005895A
Authority: KR
Inventors: 아키라 미야마; 요시히코 츠지무라; 도루 아라이
Original assignee: 덴카 주식회사
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2016-08-17
Publication date: 2023-05-16
Also published as: EP3339371A1; CN107922707A; KR20180041146A; CN107922707B; US10836897B2; EP3339371B1; JPWO2017030145A1; JP6707547B2; WO2017030145A1; EP3339371A4; US20180244912A1

Abstract

[과제] 보다 장기에 가까운 연질성과 높은 역학적 강도와 장기에 가까운 감촉을 가지며 내구성이 우수하고 취급이 용이한 장기 모델용 열가소성 수지 조성물의 제공. [해결수단] 성분(A)으로서 MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg으로 측정) 1g/10min. 이하의 수첨 블록 공중합체 100질량부와, 성분(B)로서 오일을 함유하는 장기 모델용 수지 조성물. 성분(C)로서 크로스 공중합체, 성분(D)로서 폴리프로필렌 수지, 성분(E)로서 필러를 더 함유해도 된다.

Description

장기 모델용 수지 조성물

본 발명은 장기 모델에 이용되는 수지 조성물에 관한 것이다. 예를 들어 인체 등의 절개나 절개 봉합 등의 수술 기술의 향상 등 의사나 기술자의 훈련 등의 분야에서 이용되는 열가소성 수지 조성물에 관한 것이다.

외과의에 의한 수술 중에서도 수술용 메스 등의 수술용 절제 도구를 이용한 심장 등의 장기 집도는 그 집도에 의해 절개하였을 때의 깊이가 너무 깊으면 그것이 치명상이 되기 때문에 신중하고 숙련된 손기술이 요구되는 작업으로, 그 손기술의 기술력이 외과 수술의 성공 여부의 결과에 직결하게 된다고 해도 과언이 아니다.

종래 인간의 내부 장기의 수술 연습은 생체를 사용할 수 없기 때문에 일반적으로 돼지 등의 동물의 내부 장기가 이용되고 있다. 그러나, 동물의 내부 장기에는 신선도가 요구된다. 또한, 손기술 연습을 하는 자가 부상하였을 때 그 상처로부터 동물의 내부 장기에 포함되어 있는 병원균 등이 감염될 우려가 있음과 아울러 수술용 절제 도구의 위생 관리나 사용 완료된 내부 장기의 폐기에 많은 비용이 필요하게 된다. 생체의 내부 장기 대신에 곤약을 이용하여 기술 연습을 하는 것도 생각할 수 있지만, 곤약의 절개감이나 촉감은 인체의 절개감이나 촉감과는 매우 다르기 때문에 손기술 연습에 적합하다고는 할 수 없다.

그래서, 생체 대신에 생체의 장기에 유사하게 한 장기 모델을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 장기 모델로서는 예를 들어 실리콘, 우레탄 엘라스토머, 스티렌 엘라스토머 등의 연질 수지 재료, 이른바 건식계 재료로 이루어지는 모델이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 그러나, 이들 재료의 절개감이나 촉감은 인체의 절개감이나 촉감과는 매우 다르기 때문에 손기술 연습에는 적합하다고는 할 수 없다. 이들 재료는 연질성을 생체의 장기에 가깝게 하면 그 역학적 강도가 대폭적으로 저하되어 내구성이 저하되는, 예를 들어 메스로 절개한 단면으로부터 찢어지기 쉽다는 과제가 있다. 종래의 스티렌계 엘라스토머는 연질성을 장기에 가깝게 하기 위해 오일의 배합량을 늘리면 보관 중에 오일의 스며나옴(블리드아웃)이 일어나는 등의 과제를 가지고 있다. 실리콘이나 우레탄 엘라스토머는 후경화성이며, 경화시키기까지 시간이 걸려 생산성이 낮다는 과제가 있다. 나아가 내형, 외형으로 이루어지는 형에 주형하여 장기 모델을 작성할 때에 내형을 취출할 때에 칼집을 넣을 필요가 있는데, 그 칼집을 재접착할 때에 이들 후경화성 수지는 재접착이 어렵다는 과제가 있다. 특정의 접착제를 사용하면 접착하는 것도 가능하기는 하지만, 접착제는 장기 모델 재료에 비교하여 경질이기 때문에 접착 후의 감촉이 다르다는 과제가 있다.

인체 대신이 되는 것으로서, 단독 혹은 2종류의 폴리비닐알코올을 용해시킨 용액을 생체 연조직의 주형에 주입한 후 냉각시킴으로써 겔화시키고, 얻어진 수성 겔 조성물을 주형으로부터 취출함으로써 얻어지는 생체 연조직의 모형을 사용하는 것이 제안되어 있다(예를 들어 특허문헌 2 참조). 이들은 상당량의 부위분을 포함하는 이른바 습식계 재료로서 알려져 있다.

그러나, 이 생체 연조직의 모형에는 그 제조 단계에서 원료로서 2종류의 폴리비닐알코올을 필요로 하는 경우가 많기 때문에 그 조성의 조제가 번잡하다. 또한, 용매로서 독성이 강한 디메틸술폭시드를 필요로 하기 때문에 디메틸술폭시드의 제거를 위한 에탄올 치환 및 물 치환이라는 번잡한 조작을 필요로 한다는 과제가 있다. 폴리비닐알코올계 재료는 일정한 수분 함량을 유지할 필요가 있기 때문에 보관 중의 습도 관리나 함수량 관리가 필요하고, 부패, 곰팡이 등의 발생을 막기 위한 대책, 예를 들어 냉장고 보관이 필요하게 되며, 장기적으로 보관이 곤란하여 대부분의 경우 몇주간 정도의 사용 기한이 발생한다.

따라서, 최근에 인간의 내부 장기에 근사한 연질성이나 촉감 등을 가지며 역학적 강도나 내구성이 우수하고 인간의 내부 장기의 손기술 연습에 적합하게 사용할 수 있는, 수분을 포함하지 않는 이른바 건식계 재료를 사용한 장기 모델용 재료 개발이 요구되고 있다.

내강부를 갖는 관의 상기 내강부에 배치되는 병변 모델(특허문헌 3)이나, 내강부를 갖는 관상체의 도중에 협착 또는 폐색되는 형상을 이루고, 관상 조직에 발생한 병변부를 모방한 유사 병변 부재를 구비하며, 상기 유사 병변 부재는 적어도 일부가 소성 변형 가능한 재료로 구성되어 확장을 행하는 확장 훈련에 이용되는 것을 특징으로 하는 훈련용 생체 모델(특허문헌 4)이 기재되어 있다. 그러나, 사용 재료에 대해서는 일반적인 기재뿐으로, 그 특성, 예를 들어 MFR이나 블리드아웃에 관한 기재는 없다.

특허문헌 1: 일본공개특허 2008-241988호 공보 특허문헌 2: 일본공개특허 2007-316434호 공보 특허문헌 3: 일본공개특허 2010-178809호 공보 특허문헌 4: WO2010/095519호 공보

본 발명은 상기 종래 기술을 감안하여 이루어진 것이다. 본 발명은 예를 들어 인간의 내부 장기와 동일한 탄성(연질성)을 가져 절개를 하였을 때에 절개부가 내부 장기와 같이 넓어지고, 인간의 내부 장기에 근사한 절개감이나 촉감을 가지며, 연질성, 역학적 강도, 내구성이 우수하고 수술용 메스 등의 수술용 절제 도구를 이용한 손기술 연습이나 클리핑 등의 손기술 연습에 적합하게 사용할 수 있는 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 성분(A)로서 MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg으로 측정) 1g/10min. 이하의 수첨 블록 공중합체 100질량부와, 성분(B)로서 오일을 함유하는 장기 모델용 수지 조성물이고, 성분(C)로서 크로스 공중합체를 더 함유하는 상기 장기 모델용 수지 조성물이며, 성분(D)로서 폴리프로필렌 수지를 더 함유하는 상기 장기 모델용 수지 조성물이고, 성분(E)로서 성분(E-1)인 무기 필러를 더 함유하는 상기 장기 모델용 수지 조성물이며, 성분(E)로서 성분(E-2)인 유기 섬유상 필러를 더 함유하는 상기 장기 모델용 수지 조성물이고, 장기 모델용 수지 조성물이 열가소성 수지 조성물인 상기 장기 모델용 수지 조성물이다.

본 발명에 의해, 예를 들어 보다 생체의 장기에 가까운 연질성과 감촉을 가지고 높은 역학적 강도를 가지며 내구성이 우수하고 취급이 용이한 수지 조성물을 제공할 수 있다.

<성분(A): 수첨 블록 공중합체>

본 발명에서 이용되는 수첨 블록 공중합체는 방향족 비닐로부터 도출되는 블록 중합 단위(X)와 공역 디엔으로부터 도출되는 블록 중합 단위(Y)로 이루어지는 방향족 비닐·공역 디엔 블록 공중합체의 수첨물(수소 첨가물 또는 수소화물)인 것이 바람직하다.

이러한 구성의 방향족 비닐·공역 디엔 블록 공중합체의 형태는 예를 들어 X(YX)_n 또는 (XY)_n〔n은 1 이상의 정수〕으로 나타난다. 이들 중에서는 X(YX)_n의 형태인 것, 특히 X-Y-X의 형태인 것이 바람직하다. X-Y-X의 형태인 것으로서는 폴리스티렌-폴리부타디엔-폴리스티렌 블록 공중합체, 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 블록 공중합체, 폴리스티렌-폴리이소프렌·부타디엔-폴리스티렌 블록 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 공중합체가 바람직하다.

이러한 방향족 비닐·공역 디엔 블록 공중합체에서는 하드 세그먼트인 방향족 비닐 블록 단위(X)가 공역 디엔 고무 블록 단위(Y)의 가교점으로서 존재하여 의사 가교(도메인)를 형성하고 있다. 이 방향족 비닐 블록 단위(X) 사이에 존재하는 공역 디엔 고무 블록 단위(Y)는 소프트 세그먼트로서 고무 탄성을 가지고 있다.

블록 중합 단위(X)를 형성하는 방향족 비닐로서는 스티렌, α-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, p-메틸스티렌, 4-프로필스티렌, 4-도데실스티렌, 4-시클로헥실스티렌, 2-에틸-4-벤질스티렌, 4-(페닐부틸)스티렌, 1-비닐나프탈렌, 2-비닐나프탈렌 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 스티렌이 바람직하다.

블록 중합 단위(Y)를 형성하는 공역 디엔으로서는 부타디엔, 이소프렌, 펜타디엔, 2,3-디메틸부타디엔 및 이들의 조합 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 부타디엔, 이소프렌, 부타디엔과 이소프렌의 조합(부타디엔·이소프렌의 공중합)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 공역 디엔이 바람직하다. 이들 중에서 1종 이상의 공역 디엔을 조합하여 이용할 수도 있다. 부타디엔·이소프렌 공중합 단위로 이루어지는 공역 디엔 블록 중합 단위(Y)는 부타디엔과 이소프렌의 랜덤 공중합 단위, 블록 공중합 단위, 테이퍼드 공중합 단위 중 어느 것이어도 된다.

상기와 같은 방향족 비닐·공역 디엔 블록 공중합체에서는 방향족 비닐 블록 중합 단위(X)의 함유량이 5질량% 이상 50질량% 이하인 것이 바람직하고, 20질량% 이상 40중량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 이 방향족 비닐 단위의 함유량은 적외선 분광, NMR 분광법 등의 통상의 방법에 따라 측정할 수 있다. 성분(A)의 멜트 플로 레이트(MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg))는 1g/10분 이하이며, 바람직하게는 0.1g/10분 미만이다. MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg)이란 JIS K7210에 준거하여 온도 230℃, 하중 2.16kg의 조건 하에서 측정하는 MFR을 말한다. MFR이 본 값보다 높으면 오일을 첨가하였을 때에 블리드아웃하기 쉬워지거나 역학적 강도가 저하된다.

상기와 같은 방향족 비닐·공역 디엔 블록 공중합체는 여러 가지 방법에 의해 제조할 수 있다. 제조 방법으로서는 (1) n-부틸리튬 등의 알킬리튬 화합물을 개시제로 하여 방향족 비닐, 다음으로 공역 디엔을 순차 중합시키는 방법, (2) 방향족 비닐, 다음으로 공역 디엔을 중합시키고, 이를 커플링제에 의해 커플링시키는 방법, (3) 리튬 화합물을 개시제로 하여 공역 디엔, 다음으로 방향족 비닐을 순차 중합시키는 방법 등을 들 수 있다.

본 발명에서 이용되는 수첨 블록 공중합체는 상기와 같은 방향족 비닐·공역 디엔 블록 공중합체를 공지의 방법에 의해 수소 첨가한 것(수소 첨가물 또는 수소화물)으로, 바람직한 수첨율은 90몰% 이상이다. 이 수첨율은 공역 디엔 블록 중합 단위(Y) 중의 탄소-탄소 이중 결합의 전체량을 100몰%로 하였을 때의 값이다. 수첨율이 90몰% 이상이란 탄소-탄소 이중 결합의 90몰% 이상이 수소 첨가되어 있음을 나타낸다. 이러한 수첨 블록 공중합체(A)로서는 폴리스티렌-폴리(에틸렌/프로필렌) 블록(SEP), 폴리스티렌-폴리(에틸렌/프로필렌) 블록-폴리스티렌(SEPS), 폴리스티렌-폴리(에틸렌/부틸렌) 블록-폴리스티렌(SEBS), 폴리스티렌-폴리(에틸렌-에틸렌/프로필렌) 블록-폴리스티렌(SEEPS) 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는 SEPTON(쿠라레(주)사 제품), 크레이톤(Kraton; 셸 화학(주)사 제품), 크레이톤 G(셸 화학(주)사 제품), 터프텍(아사히 화성(주)사 제품)(이상 상품명) 등을 들 수 있다.

수첨율은 핵자기 공명 스펙트럼 해석(NMR) 등의 공지의 방법에 의해 측정한다.

본 발명에서는 수첨 블록 공중합체(A)로서 SEEPS가 바람직하다. 수첨 블록 공중합체(A)의 형상은 혼련 전의 오일 흡수 작업의 관점에서 분말 또는 무정형(크럼, crumb) 형상이 바람직하다.

<성분(B): 오일>

성분(B)인 오일로서는 파라핀계 프로세스 오일, 나프텐계 프로세스 오일, 방향족계 프로세스 오일이나 유동 파라핀 등의 광물유계 오일, 실리콘 오일, 피마자유, 아마인유, 올레핀계 왁스, 광물계 왁스 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 파라핀계 및/또는 나프텐계 프로세스 오일이 바람직하다. 프로세스 오일로서는 다이아나 프로세스 오일 시리즈(이데미츠 코산사 제품), JOMO 프로세스 P(제팬 에너지사 제품) 등을 들 수 있다.

성분(B)인 오일은 예를 들어 수지 조성물을 연질화하여 장기 모델의 탄성률이나 경도를 조정하기 위해 이용한다. 상기 중에서 1종 이상의 오일을 조합하여 이용할 수도 있다.

성분(B)인 오일은 사전에 성분(A)인 수첨 블록 공중합체에 흡수시켜 두는 것이 작업성의 점에서 바람직하다.

성분(B)인 오일의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 100질량부 이상이 바람직하다. 성분(B)인 오일의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 1000질량부 이하이고, 700질량부 이하가 바람직하며, 500질량부 이하가 보다 바람직하고, 400질량부 이하가 더욱 바람직하며, 300질량부 이하가 보다 더 바람직하고, 280질량부 이하가 가장 바람직하다. 오일의 사용량은 상기의 범위 내에서 실제로 모델이 되는 장기의 부위, 병변에 의해 조제된다. 성분(B)인 오일의 사용량이 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 100질량부 미만이면 연질성이 부족한 경우가 있고, 1000질량부를 초과하면 오일을 흡장할 수 없기 때문에 화합물(compound)이 불가능하다. 오일이 500질량부를 초과하면 오일이 스며나오는(블리드아웃) 경우가 있다.

<성분(C): 크로스 공중합체>

성분(C)인 크로스 공중합체란 배위 중합 공정과 이에 이어지는 음이온 중합 공정 또는 라디칼 중합 공정으로 이루어지는 제조 방법에 의해 얻어지는 공중합체이다. 크로스 공중합체의 제조 방법의 구체예는 이하와 같다. 우선 배위 중합 공정에 있어서, 싱글 사이트 배위 중합 촉매를 이용하여 올레핀, 방향족 비닐, 방향족 폴리엔으로부터 올레핀-방향족 비닐-방향족 폴리엔 공중합체를 제조한다. 다음으로 본 올레핀-방향족 비닐-방향족 폴리엔 공중합체 및 방향족 비닐 모노머의 공존 하에서 음이온 중합 또는 라디칼 중합을 행함으로써 크로스 공중합체를 얻는다. 또한, 크로스 공중합체는 올레핀-방향족 비닐-방향족 폴리엔 공중합체쇄(주쇄라고 기재되는 경우도 있음)와 방향족 비닐 중합체쇄(측쇄라고 기재되는 경우도 있음)를 갖는 공중합체이다. 크로스 공중합체 및 그 제조 방법은 WO2000/37517호 공보, USP6559234호 공보, WO2007/139116호 공보, 일본공개특허 2009-120792호 공보에 기재되어 있다. 성분(C)인 크로스 공중합체를 사용함으로써 장기 모델의 감촉을 생체의 장기에 가깝게 할 수 있다.

여기서 방향족 비닐로서는 스티렌 및 각종 치환 스티렌, 예를 들어 p-메틸스티렌, m-메틸스티렌, o-메틸스티렌, o-t-부틸스티렌, m-t-부틸스티렌, p-t-부틸스티렌, p-클로로스티렌, o-클로로스티렌 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 공업적인 관점에서 스티렌, p-메틸스티렌, p-클로로스티렌으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 방향족 비닐이 바람직하고, 스티렌이 가장 바람직하다. 이들 중에서 1종 이상의 방향족 비닐을 조합하여 이용할 수도 있다.

여기서 올레핀으로서는 에틸렌, 탄소수 3~20의 α-올레핀 등을 들 수 있다. 탄소수 3~20의 α-올레핀으로서는 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 1-옥텐을 들 수 있다. 본 발명에서는 올레핀의 범주에 환상 올레핀도 포함된다. 환상 올레핀으로서는 비닐시클로헥산, 시클로펜텐, 노보넨 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 올레핀이 바람직하고, 에틸렌이 보다 바람직하다. 이들 중에서 1종 이상의 올레핀을 조합하여 이용할 수도 있다.

여기서 방향족 폴리엔이란 10 이상 30 이하의 탄소수를 가지고 복수의 이중 결합(비닐기)과 단수 또는 복수의 방향족기를 가지며 배위 중합 가능한 모노머로서, 이중 결합(비닐기) 중 하나가 배위 중합에 이용되어 중합된 상태에서 남겨진 이중 결합이 음이온 중합 가능한 방향족 폴리엔이다. 이들 중에서는 디비닐벤젠이 바람직하고, 디비닐벤젠으로서는 오르토디비닐벤젠, 파라디비닐벤젠, 메타디비닐벤젠으로 이루어지는 1종 이상이 바람직하다. 이들 중에서 1종 이상을 조합하여 이용할 수도 있다.

본 발명에 가장 바람직하게 이용되는 크로스 공중합체는 배위 중합에 의해 얻어지는 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체 및 스티렌 모노머의 공존 하에서 음이온 중합을 행함으로써 얻어지는 공중합체로서, 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄(주쇄라고 기재되는 경우도 있음, 연질 성분)와 폴리스티렌쇄(측쇄라고 기재되는 경우도 있음, 경질 성분)를 갖는 공중합체이다. 특히 크로스 공중합체의 연질성은 그 연질 폴리머쇄 성분(소프트 세그먼트)인 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄의 스티렌 함유량, 연질 성분과 경질 성분이 포함되는 비율, 연질 성분쇄와 경질 성분쇄를 결합하는 디비닐벤젠 성분의 함유량, 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄나 폴리스티렌쇄의 분자량과 상기 디비닐벤젠 함유량에 의해 규정되는 크로스 공중합체 전체의 분자 유동성(MFR값) 등의 다양한 파라미터에 의해 결정된다. 본 발명의 수지 조성물의 저장 탄성률은 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄의 스티렌 함유량이 높아지고 에틸렌쇄의 결정성이 내려갈수록 또는 연질 성분인 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄의 함유량이 증가할수록 저하된다.

더욱 바람직하게는 이하의 (1)~(3)의 조건을 모두 만족하는 크로스 공중합체이다.

(1) 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체의 방향족 비닐 화합물 유닛의 함량이 5몰% 이상 40몰% 미만, 방향족 폴리엔 유닛의 함량이 0.01몰% 이상 0.2몰% 이하, 잔부가 에틸렌 유닛 함량이다.

(2) 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체의 중량 평균 분자량이 5만 이상 30만 이하, 분자량 분포(Mw/Mn)가 1.8 이상 6 이하이고, 바람직하게는 1.8 이상 3 이하이다.

(3) 크로스 공중합체 중에 포함되는 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체의 함량이 40질량% 이상 90질량% 이하의 범위에 있다.

본 발명에서 가장 바람직한 크로스 공중합체는 WO2007/139116호 공보 및 일본공개특허 2009-120792호 공보에 기재된, A경도(듀로미터 A에 의한 경도)가 50 이상 85 이하인 크로스 공중합체이다.

이하 본 발명에서 이용되는 크로스 공중합체에 대해 설명한다. 본 크로스 공중합체는 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체쇄와 방향족 비닐 화합물 중합체쇄를 갖는 공중합체로서, 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체쇄와 방향족 비닐 화합물 중합체쇄가 방향족 폴리엔 유닛을 통해 결합되어 있는 것을 특징으로 하고 있다. 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체쇄와 방향족 비닐 화합물 중합체쇄가 방향족 폴리엔 유닛을 통해 결합되어 있는 것은 이하의 관찰 가능한 현상으로 증명할 수 있다. 여기서는 대표적인 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄와 폴리스티렌쇄가 디비닐벤젠 유닛을 통해 결합되어 있는 예에 대해 나타낸다. 즉, 배위 중합 공정으로 얻어진 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체와, 본 공중합체와 스티렌 모노머의 존재 하에서 음이온 중합을 거쳐 얻어지는 크로스 공중합체의 ¹H-NMR(프로톤 NMR)을 측정하고, 양자의 디비닐벤젠 유닛의 비닐기 수소(프로톤)의 피크 강도를 적당한 내부 표준 피크(에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체에 유래하는 적당한 피크)를 이용하여 비교한다. 여기서, 크로스 공중합체의 디비닐벤젠 유닛의 비닐기 수소(프로톤)의 피크 강도(면적)가 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체의 디비닐벤젠 유닛의 동일 피크 강도(면적)와 비교하여 50% 미만, 바람직하게는 20% 미만이다. 음이온 중합(크로스화 공정) 시에 스티렌 모노머의 중합과 동시에 디비닐벤젠 유닛도 공중합하여 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄와 폴리스티렌쇄가 디비닐벤젠 유닛을 통해 결합되기 때문에, 음이온 중합 후의 크로스 공중합체에서는 디비닐벤젠 유닛의 비닐기의 수소(프로톤)의 피크 강도는 크게 감소한다. 실제로 디비닐벤젠 유닛의 비닐기의 수소(프로톤)의 피크는 음이온 중합 후의 크로스 공중합체에서는 실질적으로 소실되어 있다. 자세한 것은 공지 문헌 「디비닐벤젠 유닛을 함유하는 올레핀계 공중합체를 이용한 분지형 공중합체의 합성」, 아라이 토루, 하세가와 마사루, 일본 고무 협회지, p382, vol.82(2009)에 기재되어 있다.

다른 관점에서 본 크로스 공중합체에 있어서 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체쇄와 방향족 비닐 화합물 중합체쇄가 방향족 폴리엔 유닛을 통해 결합되어 있는(일례로서 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄와 폴리스티렌쇄가 디비닐벤젠 유닛을 통해 결합되어 있는) 것은 이하의 관찰 가능한 현상으로 증명할 수 있다. 즉, 본 크로스 공중합체에 대해 적당한 용매를 이용하여 속슬렛 추출을 충분한 횟수 행한 후에도 포함되는 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄와 폴리스티렌쇄를 분별할 수 없다. 통상적으로 본 크로스 공중합체에 포함되는 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄와 동일 조성의 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체와 폴리스티렌은 비등 아세톤에 의한 속슬렛 추출을 행함으로써 아세톤 불용부로서 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체로, 아세톤 가용부로서 폴리스티렌으로 분별할 수 있다. 그러나, 본 크로스 공중합체에 동일한 속슬렛 추출을 행한 경우 아세톤 가용부로서 크로스 공중합체에 포함되는 비교적 소량의 폴리스티렌 호모폴리머가 얻어지지만, 대부분의 양을 차지하는 아세톤 불용부에는 NMR 측정을 행함으로써 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체쇄와 폴리스티렌쇄가 모두 포함되어 있는 것이 나타나고, 이들은 속슬렛 추출로 분별할 수 없는 것을 알 수 있다. 이에 대해서도 그 자세한 것은 공지 문헌 「디비닐벤젠 유닛을 함유하는 올레핀계 공중합체를 이용한 분지형 공중합체의 합성」, 아라이 토루, 하세가와 마사루, 일본 고무 협회지, p382, vol.82(2009)에 기재되어 있다.

이상으로부터 본 발명에 이용되는 크로스 공중합체를 규정하는 표현으로서는 성분(C): 크로스 공중합체는 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체쇄와 방향족 비닐 화합물 중합체쇄를 갖는 공중합체로서, 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체쇄와 방향족 비닐 화합물 중합체쇄가 방향족 폴리엔 유닛을 통해 결합되어 있는 공중합체이다.

더욱 바람직하게는 이하의 (1)~(3)의 조건을 모두 만족하는 공중합체이다.

또 다른 관점에서 본 크로스 공중합체를 설명한다. 본 크로스 공중합체는 배위 중합 공정과 크로스화 공정으로 이루어지는 중합 공정을 포함하는 제조 방법으로 얻어지고, 배위 중합 공정으로서 싱글 사이트 배위 중합 촉매를 이용하여 에틸렌 모노머, 방향족 비닐 화합물 모노머 및 방향족 폴리엔의 공중합을 행하여 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체를 합성하고, 다음으로 크로스화 공정으로서 이 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체와 방향족 비닐 화합물 모노머의 공존 하에서 음이온 중합 개시제에 의한 음이온 중합에 의해 제조되는 공중합체이다. 크로스화 공정에서 사용되는 방향족 비닐 화합물 모노머로서는 배위 중합 공정에서 중합액 중에 잔류하는 미반응 모노머를 이용해도 되고, 이에 새로 방향족 비닐 화합물 모노머를 첨가해도 된다. 중합액에 음이온 중합 개시제의 첨가에 의해 음이온 중합이 개시되는데, 이 경우 중합액 중에 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체의 방향족 폴리엔 유닛과 비교하여 압도적으로 많이 포함되는 방향족 비닐 화합물 모노머로부터 실질적으로 음이온 중합이 개시되어 방향족 비닐 화합물 모노머를 중합하면서 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체의 방향족 폴리엔 유닛의 비닐기도 공중합하면서 중합은 진행된다. 그 때문에 얻어지는 크로스 공중합체는 주쇄인 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체와 크로스쇄인 방향족 비닐 화합물 중합체쇄가 그래프트 스루 형식으로 결합된 구조(교차 결합)가 많이 포함된다고 생각할 수 있다.

이상으로부터 본 발명에 이용되는 크로스 공중합체를 규정하는 표현으로서는 성분(C): 크로스 공중합체는 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체쇄와 방향족 비닐 화합물 중합체쇄의 그래프트 스루 공중합체로서, 에틸렌-방향족 비닐 화합물-방향족 폴리엔 공중합체쇄와 방향족 비닐 화합물 중합체쇄가 방향족 폴리엔 유닛을 통해 결합되어 있고, 나아가 이하의 (1)~(3)의 조건을 모두 만족하는 공중합체이다.

성분(C)인 크로스 공중합체의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 10질량부 이상이 바람직하다. 성분(C)인 크로스 공중합체의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 200질량부 이하가 바람직하고, 100질량부 이하가 보다 바람직하며, 50질량부 이하가 더욱 바람직하다. 성분(C)인 크로스 공중합체의 사용량이 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 200질량부보다 많으면 수지 조성물의 탄성 회복성이 저하되거나 오일이 블리드아웃하기 쉬워지는 경우가 있다.

성분(C)인 크로스 공중합체를 배합하는 경우 본 발명의 수지 조성물의 경도가 상승하는 경우가 있으므로 성분(B)인 오일의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 200질량부 이상이 바람직하다. 성분(B)인 오일의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 700질량부 이하가 바람직하고, 500질량부 이하가 보다 바람직하다. 오일의 사용량은 상기의 범위 내에서 실제로 모델이 되는 장기의 부위, 병변에 의해 조제된다. 성분(B)인 오일의 사용량이 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 200질량부 미만이면 연질성이 부족한 경우가 있고, 700질량부를 초과하면 오일이 스며나오는(블리드아웃) 경우가 있다.

<성분(D): 폴리프로필렌 수지>

성분(D)인 폴리프로필렌 수지는 프로필렌을 주체로 하는 중합체이다. 성분(D)인 폴리프로필렌 수지 중에서는 호모 폴리프로필렌(호모 PP), 블록 폴리프로필렌(블록 PP), 랜덤 폴리프로필렌(랜덤 PP)으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 폴리프로필렌이 바람직하다. 이들 중에서 1종 이상의 폴리프로필렌을 조합하여 이용할 수도 있다. 성분(D)인 폴리프로필렌 수지의 입체 규칙성으로서는 아이소택틱, 신디오택틱 중 어느 것이라도 된다. 성분(D)인 폴리프로필렌 수지는 수지 조성물의 내열성이나 역학적 강도의 향상을 위해 이용한다.

성분(D)인 폴리프로필렌 수지의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 5질량부 이상이 바람직하다. 성분(D)인 폴리프로필렌 수지의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 100질량부 이하가 바람직하고, 60질량부 이하가 보다 바람직하다. 성분(D)인 폴리프로필렌 수지의 사용량이 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 100질량부를 초과하면 수지 조성물의 경도가 너무 올라가는 경우가 있다.

성분(D)인 폴리프로필렌 수지를 배합하는 경우 본 발명의 수지 조성물의 경도가 상승하는 경우가 있으므로 성분(B)인 오일의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 200질량부 이상이 바람직하다. 성분(B)인 오일의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 700질량부 이하가 바람직하고, 500질량부 이하가 보다 바람직하다. 오일의 사용량은 상기의 범위 내에서 실제로 모델이 되는 장기의 부위, 병변에 의해 조제된다. 성분(B)인 오일의 사용량이 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 200질량부 미만이면 연질성이 부족한 경우가 있고, 700질량부를 초과하면 오일이 스며나오는(블리드아웃) 경우가 있다.

<성분(E): 필러>

성분(E)인 필러는 수지 조성물의 촉감 향상이나 신축과 응력의 조정을 위해 이용할 수 있다. 성분(E)인 필러로서는 성분(E-1)인 무기 필러 또는 성분(E-2)인 유기 섬유상 필러 등을 들 수 있다.

성분(E-1)인 무기 필러로서는 탄산칼슘, 탈크, 클레이(점토), 규산칼슘, 탄산마그네슘, 수산화 마그네슘, 마이카, 황산바륨, 산화 티탄, 수산화 알루미늄, 실리카, 알루미나, 카본 블랙 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 탈크, 클레이로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하고, 탄산칼슘이 보다 바람직하다.

성분(E-2)인 유기 섬유상 필러로서는 탄소 섬유, 카본 나노 파이버, 카본 나노 튜브, 코일 형상 카본 파이버 등의 도전성 필러, 폴리에틸렌 파이버, 폴리프로필렌 파이버, 폴리비닐알코올 파이버(비닐론 섬유), 나일론 파이버나 셀룰로오스 파이버, 목분, 목재 펄프 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 비닐론 섬유, 폴리에틸렌 섬유(폴리에틸렌 파이버)로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이 바람직하다. 유기 섬유상 필러를 이용하는 경우는 그 유리 전이 온도나 결정 융점, 분해 온도보다 성형 가공의 온도를 낮추는 것이 바람직하다. 그 유리 전이 온도나 결정 융점보다 성형 가공 온도가 높아지는 경우에는 미리 전자선 등으로 유기 섬유상 필러를 가교시켜 두는 것이 바람직하다. 본 명세서에서는 섬유와 파이버는 동일한 의미이다.

상기 무기 또는 유기 필러 중에서도 특히 섬유상 필러가 바람직하게 이용된다. 본 섬유상 필러는 코일 형상이나 그 밖의 임의의 형상을 포함하는 개념이다. 섬유상 필러의 길이에 대해 바람직하게는 10μm~20mm, 특히 바람직하게는 100μm~10mm이다. 섬유 직경에 대한 길이의 비에 대해 바람직하게는 10~1000의 범위이다.

성분(E-1)인 무기 필러의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 10질량부 이상 200질량부 이하가 바람직하고, 10질량부 이상 100질량부 이하가 보다 바람직하다. 성분(E-2)인 유기 섬유상 필러의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 10질량부 이상 100질량부 이하가 바람직하고, 10질량부 이상 30질량부 이하가 보다 바람직하다.

성분(E)인 필러를 배합하는 경우 본 발명의 수지 조성물의 경도가 상승하는 경우가 있으므로, 성분(B)인 오일의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 200질량부 이상이 바람직하다. 놀랍게도 필러, 바람직하게는 섬유상 필러를 넣음으로써 오일의 스며나옴(블리드아웃)이 억제된다. 그 때문에 성분(E)인 필러를 배합하는 경우는 성분(B)인 오일의 사용량은 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 바람직하게는 700질량부 이하이다. 오일의 사용량은 상기의 범위 내에서 실제로 모델이 되는 장기의 부위, 병변에 의해 조제된다. 성분(B)인 오일의 사용량이 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 200질량부 미만이면 연질성이 부족한 경우가 있고, 700질량부를 초과하면 오일이 스며나오는(블리드아웃) 경우가 있다.

본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위에서 예를 들어 안료, 염료 등의 착색제, 향료, 산화 방지제, 항균제 등의 첨가제를 사용해도 된다. 본 발명의 장기 모델을 생체의 장기에 근사하게 하기 위해 착색제에 의해 생체의 장기에 근사한 색으로 착색하는 것이 바람직하다.

본 발명의 수지 조성물은 오일이나 첨가물의 블리드아웃(스며나옴)이 없고 성형 가공이 용이하며 연질이고 생체의 장기에 가까운 감촉과 실용적인 역학적 강도, 내인열성을 가지므로 장기 모델용 열가소성 수지 조성물로서 적합하다.

이상에 나타낸 본 조성의 열가소성 수지 조성물은 장기에 가까운 연질성과 역학 물성을 가지기 위해 예를 들어 이하와 같은 연질성과 역학 물성을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 수지 조성물의 E경도는 3~50이 바람직하다. 본 발명의 수지 조성물의 인장 탄성률은 0.02~1MPa가 바람직하다. 본 발명의 수지 조성물의 50% 모듈러스(인장 시험에서의 신장 50%의 시점에서의 응력)는 0.005~0.3MPa가 바람직하고, 0.03~0.2MPa가 보다 바람직하다. 장기 모델용 수지 조성물의 내구성 척도인 실 인열 강도는 2N 이상이 바람직하고, 3N 이상이 보다 바람직하다. 본 발명의 수지 조성물의 실 인열 신장은 10mm 이상이 바람직하다. 본 발명의 수지 조성물의 되돌림 시험 후 잔류 변형은 15% 이하가 바람직하다.

장기 모델로서는 심장, 간장, 췌장이 바람직하다. 심장, 간장, 췌장의 장기 모델은 수술의 훈련에 사용된다. 심장, 간장, 췌장의 장기 모델은 모의 수술시의 절개단이나 봉합 상태의 유지가 어렵다는 과제가 있다. 즉, 메스로 절개한 단부로부터 사용 중에 기계적인 응력에 의해 더욱 끌려 찢어지는 현상, 봉합한 실의 장력에 의해 끌려 찢어지는 현상이 발생한다는 과제가 있다. 종래의 소재는 실 인열 강도나 신축이 충분하지 않기 때문에 이들 현상이 일어나기 쉽다. 본 발명의 수지 조성물은 생체의 장기, 특히 인간의 장기와 동등 레벨의 충분한 실 인열 강도나 신장을 나타내기 때문에 심장, 간장, 췌장의 장기 모델용으로서 바람직하다. 예를 들어 장기 모델용 장기 3D 데이터는 이하의 사이트로부터 구입, 다운로드하는 것이 가능하다.

http://www.3dscanstore.com/

http://3dprint.nih.gov/

http://3-d-craft.com/press/2607

http://www.model-wave.com/

나아가 본 발명의 수지 조성물은 상기 연질성과 역학 물성에 더하여 생체 장기의 촉감에 가까운 것이 바람직하다. 여기서 생체 장기의 촉감에 가깝다는 관점에서는 외과를 전공하고 있는 의사, 장기 모델의 제조에 종사하고 있는 전문가의 의견을 참고로 판단할 수 있지만, 촉감의 수치화는 바람직하게는 최대 정지 마찰력 또는 정지 마찰 계수로 표현할 수 있다. 하중 10g일 때의 최대 정지 마찰력이 140g 이상, 정지 마찰 계수가 14 이상인 경우가 바람직하다. 여기서 정지 마찰 계수란 최대 정지 마찰력/가중으로 나타난다. 본 조건을 만족함으로써 촉촉한 느낌 등의 생체 장기의 촉감에 가깝게 할 수 있다. 본 조건을 만족하는 본 발명의 가장 바람직한 배합 조성으로서는 성분(A)인 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 성분(B)인 오일이 100질량부 이상 1000질량부 이하, 바람직하게는 700질량부 이하이고, 이를 공통으로 하여 이하의 성분(C), (E-1), (E-2)에서 선택되는 단수 또는 복수의 성분을 더 포함하는 수지 조성물이다.

성분(C)인 크로스 공중합체를 10질량부 이상 100질량부 이하, 바람직하게는 50질량부 이하.

성분(E-1)인 무기 필러가 10질량부 이상 100질량부 이하.

성분(E-2)인 유기 섬유상 필러가 10질량부 이상 30질량부 이하.

본 발명의 수지 조성물을 제조하려면 공지의 적당한 블렌드법, 혼련 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어 단축의 스크류 압출기, 2축의 스크류 압출기, 밴버리형 믹서, 플라스토밀, 코니더, 가열 롤 등으로 용융 혼합을 행할 수 있다. 용융 혼합을 행하기 전에 헨셸 믹서, 리본 블렌더, 슈퍼 믹서, 텀블러 등으로 각 원료를 균일하게 혼합해 두는 것도 좋다. 용융 혼합 온도는 특별히 제한은 없지만, 100~300℃, 바람직하게는 150~250℃가 일반적이다.

본 발명의 수지 조성물은 공지의 성형 방법에 의해 장기 모델로 성형할 수 있다. 예를 들어 압출 성형, 주형 성형, 사출 성형, 진공 성형, 블로우 성형 등 목적의 장기 모델에 맞추어 다양한 성형 방법을 이용할 수 있다. 이상 본 발명의 실시형태에 대해 서술하였지만, 이들은 본 발명의 예시이며, 상기 이외의 다양한 구성을 채용할 수도 있다.

본 발명의 수지 조성물은 공지의 성형 방법에 의해 장기 모델로 성형하지만, 내형(중자(中子))과 외형을 이용하여 그 사이의 공간에 주형 성형하는 경우 등 내형을 취출할 때에 수지 성형체에 칼집을 넣고 거기로부터 내형을 취출하는 경우가 있다. 그 때에 칼집을 접착하여 장기 모델을 완성시키는 경우가 있다. 또한, 사출 성형 등으로 복수의 장기 부분을 따로따로 성형하고 그 후 접착시켜 장기 모델을 완성시키는 경우가 있다. 교육용 장기 모델의 경우 수술용 메스 등으로 절개한 후에 절개면을 접착시켜 수복시키면 반복 사용할 수 있어 편리하다.

이와 같이 장기 모델에 이용되는 수지 조성물은 접착성이 용이하면 그 유용성, 편리성이 높아진다. 본 발명의 수지 조성물의 경우 공지의 우레탄 수지 등의 후경화성 연질 수지(가교 연질 수지)와 비교하여 그 자신 혹은 다른 재료와 접착이 용이하다는 이점이 있다. 경화성 연질 수지도 접착제로 접착시키는 것이 가능하지만, 접착 강도가 낮고 더욱이 접착제는 일반적으로 딱딱하기 때문에 접착 후의 감촉이 악화되는 경우가 있다. 본 발명의 수지 조성물의 경우는 열가소성, 비가교이며, 약간의 국부적인 가열이나 가온으로 용융 접착이 가능하고, 또한 적당한 양용매를 도포한 후에 도포면을 맞추어붙이는 것만으로 강고하게 접착할 수 있는 이점이 있다.

이 때 양용매로 본 발명의 수지 조성물의 성분(A)을 소량 용해한 접착제를 사용해도 된다. 이러한 경우 접착 후의 감촉을 악화시킬 걱정도 없다.

실시예

이하, 본 발명의 이해를 위해 실시예를 나타내지만 본 발명은 본 실시예에 한정되는 것은 아니다. 특기하지 않는 한 23±1℃의 환경 하에서 실시하였다.

(1) 재료

성분(A)

·SEEPS(SEPTON4055, 쿠라레사 제품), MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg) 0.0g/10분(0.0g/10분이란 유동하지 않는 것을 말함), 스티렌 함유량 30질량%, 수 첨율 90몰% 이상

·SEEPS(SEPTON4033, 쿠라레사 제품), MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg) 0.1g/10분 미만, 스티렌 함유량 30질량%, 수첨율 90몰% 이상

·SEEPS(SEPTON-J3341, 쿠라레사 제품), MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg) 0.0g/10분(0.0g/10분이란 유동하지 않는 것을 말함), 스티렌 함유량 40질량%, 수 첨율 90몰% 이상

비교 성분(A)

·SEPS(SEPTON2007 쿠라레사 제품), MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg) 2.4g/10분 , 스티렌 함유량 30질량%, 수지 형상: 크럼 형상

성분(B) 파라핀 오일(이데미츠 코산사 제품 PW-90)

성분(C) 크로스 공중합체(덴카(주) 제품), 주쇄 스티렌 함유량 17몰%, 디비닐벤젠 함유량 0.05몰%, 주쇄 분자량 Mw 10.1만, Mw/Mn=2.2, 크로스 공중합체 중에 포함되는 주쇄 에틸렌-스티렌-디비닐벤젠 공중합체의 비율은 82질량%, A경도 70

성분(D) 폴리프로필렌(호모 PP, 프라임 폴리머사 제품 호모 폴리프로필렌 J106G)

성분(E-1)

탄산칼슘(닛토 분카 공업사 제품 NS#100)

성분(E-2)

폴리에틸렌 섬유(PE 섬유)(미츠이 화학사 제품, 케미베스토 FDSS-2(섬유 길이 0.6mm))

비닐론 섬유(쿠라레사 제품, 비닐론 섬유 RM182(섬유 길이 4mm))

(2) 혼련 방법

성분(A)인 수첨 블록 공중합체(SEPTON4055 등)는 무정형의 분말로 제조사로부터 공급된다. 혼련 몇일 전에 수첨 블록 공중합체에 대해 소정량의 오일을 적하하여 충분히 스며들게 해 두었다. 브라벤더 플라스티코더(브라벤더사 제품 PL2000형)를 사용하여 원료를 투입하고 180℃, 회전 속도 50회/분, 6분간 혼련하여 샘플을 제작하였다.

(3) 시험편 작성 방법

샘플 시트 제작은 이하에 따랐다.

물성 평가용 시료는 가열 프레스법(180℃, 시간 5분, 압력 50kg/㎠)에 의해 성형한 각종 두께(1.0mm, 5.0mm)의 시트를 이용하였다.

(4) E경도

5.0mm 두께 시트를 겹치고 JIS K7215 플라스틱의 듀로미터 경도 시험법에 준하여 23±1℃의 조건으로 타입 E의 듀로미터 경도를 구하였다. 이 경도는 순간값이다.

(5) 인장 시험(인장 탄성률, 50% 모듈러스)

JIS K6251에 준거하여 1.0mm 두께 시트를 2호 1/2호형 테스트 피스 형상으로 커트하고, 시마즈 제작소 제품 AGS-100D형 인장 시험기를 이용하여 23±1℃의 조건으로 인장 속도 100mm/min으로 측정하였다. 본 발명에서의 인장 탄성률은 초기 인장 탄성률이다.

(6) 실 인열 시험(실 인열 강도, 실 인열 신장)

세로 35mm, 가로 25mm, 1.0mm 두께의 시트에 세로 방향 5mm, 가로 방향 12.5mm의 위치에서 수술용 실(블레이드 실크 3호)을 통과시키고, 그 실을 속도 100mm/min으로 잡아당겨 시트가 파단될 때까지의 강도와 신장을 측정하였다.

(7) 되돌림성 시험(되돌림 시험 후 잔류 변형)

세로 75mm, 가로 25mm, 1.0mm 두께의 시트를 척간 거리 25mm, 인장 속도 100mm/min으로 50% 연신시켜 30초간 유지하고, 그 후 100mm/min의 속도로 하중 제로에 되돌렸을 때의 신장값을 잔류 변형으로서 평가하였다.

(8) 촉감(촉감 관능 테스트)

외과를 전공하고 있는 의사, 장기 모델의 제조에 종사하고 있는 4명에게 촉감을 관찰 받아 이하의 평가 기준에 기초하여 평가하였다(1인당 0~2점으로 평가하였다). 4명의 합계가 4점 이상인 경우를 합격으로 하고, 6점 이상을 뛰어난 촉감이라고 하였다.

〔평가 기준〕

○: 2점, 생체 장기에 충분히 근사하다.

△: 1점, 생체 장기에 어느 정도는 근사하다.

×: 0점, 생체 장기와 근사하지 않다.

(9) 촉감 평가

촉감 평가에는 두께 1.0mm의 시트를 사용하였다.

주식회사 트리니티랩 제품 트라이보마스터 Type: TL201Ts, 손가락 모델 촉각 접촉자 부착을 사용하여 하중 10g, 속도 10mm/sec., 데이터 읽어들임 속도 1밀리sec., 측정 길이 30mm로 측정하고, 시간에 대한 마찰력의 관계를 측정하여 최대 정지 마찰력, 정지 마찰 계수를 구하였다.

(10) 접착성 시험

1. 단면 접착 시험, 한 변이 25mm, 두께 5mm의 시트 2장을 5mm×25mm의 단면(端面)으로 접착하여 2장의 시트의 잡아당김 시험을 행한다.

2. 전단 강도 시험, 한 변이 25mm, 두께 5mm의 시트 2장을 10mm×25mm의 면으로 겹쳐맞추어 접착하여 2장의 시트의 잡아당김 시험을 행한다.

3. T형 박리 시험, 한 변이 25mm, 두께 5mm의 시트 2장을 20mm×25mm의 면으로 겹쳐맞추어 접착하여 2장의 시트의 5mm의 미접착 부분을 T형으로 박리 시험을 행한다.

상기 1, 2, 3의 시험에서는 접착면에 톨루엔을 도포하고 손으로 맞추어붙여 하룻밤 23℃에서 방치한 시험편을 사용하였다.

실시예 1~10

본 발명의 조건을 만족하는 수첨 블록 공중합체 SEEPS(SEPTON4055, 쿠라레사 제품)를 사용하여 표 1에 나타내는 조성으로 혼련을 행하여 열가소성 수지 조성물을 얻어 각 물성의 평가를 행하였다. 열가소성 수지 조성물의 조성을 표 1에 나타낸다. 물성 측정 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 11

본 발명의 조건을 만족하는 수첨 블록 공중합체 SEEPS(SEPTON4033, 쿠라레사 제품)를 사용하여 표 1에 나타내는 조성으로 혼련을 행하여 열가소성 수지 조성물을 얻어 각 물성의 평가를 행하였다. 열가소성 수지 조성물의 조성을 표 1에 나타낸다. 물성 측정 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 12~15

본 발명의 조건을 만족하는 수첨 블록 공중합체 SEEPS(SEPTON-J3341, 쿠라레사 제품)를 사용하여 표 1에 나타내는 조성으로 혼련을 행하여 열가소성 수지 조성물을 얻어 각 물성의 평가를 행하였다. 열가소성 수지 조성물의 조성을 표 1에 나타낸다. 물성 측정 결과를 표 2, 3에 나타낸다.

참고예 1~4

훈련용 생체 장기인 신선한 돼지의 심장을 이용하여 표 3에 나타내는 부위마다 표 3에 나타내는 방향에 따라 상기 물성 측정을 행하였다. 우심근/섬유 수직이란 돼지 심장의 우실 심근을 근섬유와는 수직 방향에 따라 물성 측정을 행한 것을 말한다. 우심근/섬유 평행이란 돼지 심장의 우실 심근을 근섬유와 평행 방향에 따라 물성 측정을 행한 것을 말한다. 대동맥/수직이란 돼지 심장의 대동맥을 대동맥과는 수직 방향에 따라 물성 측정을 행한 것을 말한다. 대동맥/횡단면(원형자르기)이란 돼지 심장의 대동맥을 횡단면 방향에 따라 물성 측정을 행한 것을 말한다. 결과를 표 3에 나타낸다.

비교예 1~2

본 발명의 조건을 만족하지 않는 수첨 블록 공중합체인 SEPS(SEPTON2007 쿠라레사 제품)를 비교 성분(A)로서 이용한 것 이외에는 실시예 1 및 실시예 7과 동일한 조성, 동일한 조건으로 혼련을 행하였다. SEPTON2007은 펠렛으로 공급되기 때문에 오일을 사전에 흡수시키기는 곤란하고, 일단 열 톨루엔에 용해한 후 톨루엔 용액을 급속히 교반하는 대과잉 메탄올 중에 서서히 투입하여 메탄올 석출시켜 무정형의 폴리머 입자(크럼 형상)로 하여 오일을 흡수시키기 쉬운 형상으로 하였다. 이에 오일을 더하여 일주일간 방치하였지만 오일을 완전히는 흡수하지 않았다. 그래서, 수지 성분과 흡수하지 않은 오일을 상기 (2) 혼련 방법에 의해 혼련하였다. 얻어진 수지 조성물은 오일의 블리드아웃(스며나옴)이 격심하여 실용에 적합하지 않고 정확한 배합 조성이 불명하기 때문에 물성의 측정은 행하지 않았다.

비교예 3

현행의 심장 모델에 이용되고 있는 후경화형 우레탄 수지(폴리우레탄)의 물성 측정값을 표 3에 나타낸다.

표 1의 단위는 질량부이다.

표 2, 3에 나타난 결과로부터 본 발명의 성분, 조성을 만족하는 각 실시예에서 얻어진 장기 모델용 열가소성 수지 조성물은 모두 장기에 가까운 연질성(E경도, 인장 탄성률, 50% 모듈러스)과 감촉을 가지고, 높은 역학적 강도(실 인열 강도, 실 인열 신장)를 가지며, 내구성이 우수하고 취급이 용이한 장기 모델용 열가소성 수지 조성물이다. 비교예 3의 수지는 역학적 강도(실 인열 강도, 실 인열 신축)가 낮아 내구성에 과제가 있다.

나아가 성분(C)인 크로스 공중합체의 배합에 대해 본 발명 규정의 가장 바람직한 범위를 만족하는 실시예 7, 실시예 10 및 실시예 12는 연질성과 역학적 강도에 더하여 촉감 평가(촉감 관능 테스트 및 정지 마찰 계수)도 바람직한 조건을 만족하고 있다.

나아가 성분(E-1)인 무기 필러의 배합에 대해 본 발명 규정의 가장 바람직한 범위를 만족하는 실시예 9는 연질성과 역학적 강도에 더하여 촉감 평가도 바람직한 조건을 만족하고 있다.

나아가 성분(E-2)인 유기 섬유상 필러의 배합에 대해 본 발명 규정의 가장 바람직한 범위를 만족하는 실시예 13 및 실시예 15는 연질성과 역학적 강도에 더하여 촉감 평가도 바람직한 조건을 만족하고 있다.

실시예 16, 시트의 접착성 시험

표 4에 시트의 접착성 시험 결과를 나타낸다. 시트는 실시예 11의 수지 조성물 시트를 사용하였다. 본 발명의 수지 조성물 시트는 톨루엔 용매를 접착면에 도포하고 맞추어붙이는 것만으로도 실용상 충분한 접착력을 나타낼 수 있다. 이에 반해 비교예의 후경화형 우레탄 수지(폴리우레탄)는 이러한 수법으로는 접착시킬 수 없다.

표 4의 재파는 재료 파괴를 말한다.

상기 사이트에서 다운로드한 장기(심장) 3D 데이터를 기초로 사출 성형형을 작성하고, 상대정맥, 하대정맥, 폐동맥을 포함한 우심방, 우심실 장기 모델을 실시예 12의 수지 조성물을 이용하여 사출 성형에 의해 성형하였다. 정맥으로부터 심방, 심실, 폐동맥에 걸쳐 칼집을 넣어 내형을 취출하였다. 취출할 때 칼집 끝이 응력에 의해 더 찢어지지 않고 내형의 취출이 가능하였다. 나아가 칼집 면에 톨루엔을 도포하여 밀착시킴으로써 재접착하여 우심방, 우심실 장기 모델을 작성할 수 있었다.

따라서, 본 실시예의 장기 모델용 열가소성 수지 조성물은 수술용 절제 도구를 이용한 손기술 연습이나 클리핑 등의 기술 연습용에 적합하게 사용할 수 있다. 본 실시예의 장기 모델용 열가소성 수지 조성물은 어느 정도 반복하여 사용할 수 있는 훈련용의 장기 모델용 열가소성 수지 조성물에도 적합하다.

Claims

성분(A)으로서 MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg으로 측정) 1g/10min. 이하의 수첨 블록 공중합체 100질량부와, 성분(B)로서 오일을 100질량부 이상 1000질량부 이하 함유하고, E경도가 3~50인 장기 모델용 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
성분(C)로서 크로스 공중합체를 10질량부 이상 200질량부 이하 더 함유하는 장기 모델용 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
성분(D)로서 폴리프로필렌 수지를 더 함유하는 장기 모델용 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
성분(E)로서 성분(E-1)인 무기 필러를 더 함유하는 장기 모델용 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
성분(E)로서 성분(E-2)인 유기 섬유상 필러를 더 함유하는 장기 모델용 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
장기 모델용 수지 조성물이 열가소성 수지 조성물인 장기 모델용 수지 조성물.
청구항 1에 있어서,
심장 모델용, 간장 모델용 또는 췌장 모델용 수지 조성물인 장기 모델용 수지 조성물.
성분(A)로서 MFR(온도 230℃, 하중 2.16kg으로 측정) 1g/10min. 이하의 수첨 블록 공중합체 100질량부에 대해 성분(B)로서 오일을 100질량부 이상 1000질량부 이하 함유하고, 이하의 성분(C), (E-1), (E-2)에서 선택되는 단수 또는 복수의 성분을 더 포함하고, E경도가 3~50인 장기 모델용 수지 조성물:
성분(C)로서 크로스 공중합체를 10질량부 이상 50질량부 이하,
성분(E-1)로서 무기 필러를 10질량부 이상 100질량부 이하,
성분(E-2)로서 유기 섬유상 필러를 10질량부 이상 30질량부 이하.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 장기 모델용 수지 조성물을 이용한 장기 모델.