[发明专利]骨科测试用聚氨酯材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种骨科测试用聚氨酯材料的制备方法，步骤为：将包含多元醇组合物的原料I与包含多异氰酸酯的原料II混合后注入模具中，所述原料I与所述原料II反应的乳白时间为25～50s，异氰酸酯指数为0.85～1.15。本申请还公开了采用上述制备方法所制备的骨科测试用聚氨酯材料，以及该骨科测试用聚氨酯材料在骨科器械测试领域的应用。采用该制备方法所制备的骨科测试用聚氨酯材料具有较高的尺寸稳定性，厚度平均变化百分率＜4.3％。所制得的骨科测试用聚氨酯材料在特定的密度条件下兼顾较好的尺寸稳定性和螺钉拔出强度，且各项性能符合标准ASTM F1839的要求，能够用于骨科器械测试领域。

技术领域

本发明属于高分子材料的技术领域，具体涉及一种骨科测试用聚氨酯材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚氨酯材料因其密度分布和可设计性等特征，可用于制备骨替代物材料，满足骨科测试用途。为了与人类松质骨的力学性能相似，ASTM F1839对聚氨酯材料的各项性能均提出了明确的要求，例如对于最低密度等级的聚氨酯材料，需要同时满足芯密度72.1～88.10kg/cm³，尺寸稳定性小于5.0％，螺钉拔出强度需达到56～176N。

由于对密度分布和力学性能等指标的特殊要求，使用常规的聚氨酯材料作为骨科测试用材料时，存在以下几个方面的问题：(1)密度分布不均匀，造成尺寸稳定性差；(2)密度、尺寸稳定性和螺钉拔出强度难以兼顾。

发明内容

为提供能够满足标准ASTM F1839要求的聚氨酯材料，本申请首先提供了一种骨科测试用聚氨酯材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

将包含多元醇组合物的原料I与包含多异氰酸酯的原料II混合后注入模具中，所述原料I与所述原料II反应的乳白时间为25～50s，异氰酸酯指数为0.85～1.15。

本申请的发明人在研究中意外发现，通过乳白时间和异氰酸酯指数的相互配合，可以使得生产聚氨酯的反应物料在模具中填充完全并减少漏料，特别是当乳白时间为25～50s，异氰酸酯指数为0.85～1.15时，所获得的聚氨酯材料具有较好的密度分布均匀性，厚度平均变化百分率较小。异氰酸酯指数是指多异氰酸酯的反应基团与多元醇组合物中的反应基团的摩尔比，即多异氰酸酯的反应基团NCO与多元醇组合物的反应基团OH的摩尔比。

原料I中的多元醇组合物包括多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂和水，对乳白时间的调控可通过催化剂来实现，本发明使用本领域常规的催化剂即可，催化剂包括胺类催化剂和/或有机金属盐类催化剂，根据催化剂作用的不同又可分为发泡催化剂、凝胶催化剂和三聚催化剂，发泡催化剂可选自双(二甲氨基乙基)醚、五甲基二亚乙基三胺、四甲基己二胺、三乙胺、三丁胺等；凝胶催化剂可选自三亚乙基二胺、N-甲基二环己基胺、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、N,N’-二甲基苄胺、1,2-二甲基咪唑、N-甲基咪唑、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、N,N-二甲基环已胺等；三聚催化剂可选自1,3,5-三(二甲氨基丙基)-六氢三嗪、2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、异辛酸钾、乙酸钾等。将上述几种不同作用的催化剂复合使用，有利于对泡孔的形状和分布进行调控，使其满足骨科测试用聚氨酯材料的密度分布要求。优选所述催化剂复合使用时，以所述多元醇组合物的总质量为基准，所述发泡催化剂的用量为0～0.8wt％，以将聚氨酯反应的乳白时间控制在25～50s。即可以取消添加发泡催化剂，但其用量最高不超过0.8wt％。

本发明所述原料I可以是仅仅由多元醇组合物组成，也可以是多元醇组合物与物理发泡剂组成，也可以是多元醇组合物与未归入多元醇组合物的其它助剂组成，也可以是多元醇组合物与物理发泡剂和其它助剂组成。所述原料II可以是仅仅由多异氰酸酯组成，也可以是多异氰酸酯与物理发泡剂组成，也可以是多异氰酸酯与成核剂、泡沫稳定剂等助剂组成，也可以是多异氰酸酯与物理发泡剂和助剂组成。

本发明优选的更具体的操作包括如下步骤：