多元醇组合物、聚氨酯材料及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种多元醇组合物，以用于制备骨科测试用聚氨酯材料，该多元醇组合物包括聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂和水，所述多元醇组合物的平均羟值为380～490mgKOH/g，所述交联剂的官能度≥2，且交联剂的数均分子量≤400。本申请还公开了采用上述多元醇组合物为原料所制备的聚氨酯材料，以及该聚氨酯材料在骨科测试中的应用。利用本申请能够提供制备骨科测试用聚氨酯的多元醇组合物，并且由该组合物制备的聚氨酯材料具有较好的螺钉拔出强度，满足ASTM F1839的要求。本申请所公开的多元醇组合物可使聚氨酯材料的制备工艺具有较高的灵活性，能够根据不同密度等级的要求，便捷的调整螺钉拔出强度的范围。便捷的调整螺钉拔出强度的范围。

【技术实现步骤摘要】
多元醇组合物、聚氨酯材料及其应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，具体涉及多元醇组合物、采用该多元醇所制备的聚氨酯材料以及该聚氨酯材料的应用。

技术介绍

[0002]目前，部分特定密度的硬质聚氨酯泡沫能够表现出类似于人体松质骨的闭孔结构，其均匀性和一致的特点也使其成为骨科测试的理想材料。为了确保与人体松质骨的力学性能相似，标准ASTM F1839对聚氨酯材料的各项性能均提出了明确的要求，其中螺钉拔出强度就是关键指标之一。
[0003]按照标准ASTM F1839的规定，聚氨酯材料需要在特定的密度范围内满足特定的螺钉拔出力要求，以等级为15的聚氨酯材料为例，其芯密度需满足216～264.5kg/cm3，同时其螺钉拔出力需满足464.5～831.0N。为了兼顾材料的成本和性能，通常希望能够在较低的密度水平获得合格的产品，但是目前关于纯的聚氨酯材料的性能研究少有涉及螺钉拔出强度，并且现有技术条件下，密度的变化也会对螺钉拔出力带来较大的影响，最终难以兼顾低密度水平下的螺钉拔出力。
[0004]因此，如何在特定的密度范围内实现螺钉拔出力的便捷、有效调整，仍然为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本申请首要目标是提供一种多元醇组合物，以用于制备骨科测试用聚氨酯材料，该多元醇组合物包括聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂和水，所述多元醇组合物的平均羟值为380～490mgKOH/g，所述交联剂的官能度≥2，且交联剂的数均分子量≤400。
[0006]研究发现，螺钉拔出强度的影响因素是多方面的，包括材料的密度、韧性、材料内部的泡孔形状及泡孔的分布情况等等，本申请的专利技术人在研究中意外发现，在较高羟值(平均羟值为380～490mgKOH/g)和特定交联剂(官能度≥2并且分子量≤400)的协同作用下，多元醇组合物与异氰酸酯反应能够形成对螺钉拔出强度有利的交联密度和泡孔形状，在螺钉旋入时能够保证聚氨酯材料的完整，并且便于在特定的密度范围内对螺钉拔出强度进行调整，使其满足相关密度等级聚氨酯材料的螺钉拔出力要求。
[0007]本专利技术所述的交联剂是指能够使得聚氨酯产生交联网络结构的低分子量化合物，所述低分子量是指分子量≤400，交联剂优选官能度≥2，且能够与异氰酸酯发生反应的含有活泼氢的低分子量化合物，本专利技术中，优选醇类、醇胺类交联剂。
[0008]醇类交联剂可选自含有醚键的低分子量多元醇、C1～C6烷基醇或低分子量聚己内酯多元醇，本专利技术所述的含有醚键的低分子量多元醇是指由含活泼氢的化合物与氧化烯烃反应获得的低分子量多元醇，可以是低分子量的聚醚多元醇或低分子量的非聚醚多元醇。优选所述低分子量的非聚醚多元醇按如下物料比例制得：氧化烯烃与含活泼氢的化合物的
摩尔比值≤含活泼氢的化合物的官能度。以季戊四醇与氧化丙烯反应所得的低分子量的非聚醚多元醇为例，季戊四醇的官能度为4，因此，氧化丙烯与季戊四醇的摩尔比值≤4，即由此制得的低分子量的非聚醚多元醇为1摩尔季戊四醇与≤4摩尔的氧化丙烯的反应产物。
[0009]C1～C6烷基醇可选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、己二醇、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇等物料中至少一种。醇胺类可选自三乙醇胺、二乙醇胺或一乙醇胺等物料中至少一种。
[0010]进一步的，为了兼顾较好的压缩模量，优选所述交联剂的官能度为2～4，当量为20～133，本专利技术所述的当量是指每一个化合物分子中单位官能度所对应的分子量。
[0011]进一步的，以所述多元醇组合物的总质量为基准，所述交联剂的质量占比为0.2～18.3wt％。
[0012]由于骨科测试用聚氨酯材料的特殊性，其对螺钉拔出强度的要求并非越高越好，而是需要在一定的密度等级范围内满足特定螺钉拔出能力，因此，对交联剂的质量占比进行了优选，以所述多元醇组合物的总质量为基准，所述交联剂的质量占比为0.2～18.3wt％时，可满足骨科测试用聚氨酯材料的相关要求。另外，对于不同密度等级的骨科测试用聚氨酯材料，其对螺钉拔出强度的要求也不相同，对于芯密度为72～176kg/m3的骨科测试用聚氨酯材料，其对螺钉拔出强度的要求为56N≤螺钉拔出力≤453N；对于芯密度为176～350kg/m3的骨科测试用聚氨酯材料，其对螺钉拔出强度的要求为309N≤螺钉拔出力≤1310N；对于芯密度为350～440kg/m3的骨科测试用聚氨酯材料，其对螺钉拔出强度的要求为1125N≤螺钉拔出力≤1890N。
[0013]在目前，对应于不同密度等级的骨科测试用聚氨酯材料，为了满足不同的螺钉拔出强度要求，需要进行大量的试验，以获得相应的原料配方。利用本申请，能够在保持配方其它组分不变的情况下，仅调整其中的交联剂的种类和/或用量，即可在保证材料密度仍处于要求等级范围内，获得不同螺钉拔出强度的聚氨酯材料。
[0014]优选骨科测试用聚氨酯材料的芯密度＜179kg/m3时，以所述多元醇组合物的总质量为基准，所述交联剂的质量占比为0.2～8.9wt％；骨科测试用聚氨酯材料的芯密度为179～350kg/m3时，以所述多元醇组合物的总质量为基准，所述交联剂的质量占比为1～12wt％；骨科测试用聚氨酯材料的芯密度＞350kg/m3时，以所述多元醇组合物的总质量为基准，所述交联剂的质量占比为5～18.3wt％。在上述各芯密度范围内，仅仅需要调整配方中的交联剂的质量比，即可调整聚氨酯材料的不同螺钉拔出强度，而聚氨酯材料的芯密度仍保持在上述各范围内。
[0015]本专利技术的聚醚多元醇使用本领域公知的均可，通常是以低分子量多元醇、多元胺或活泼氢的化合物为起始剂，与环氧化合物在催化剂作用下开环聚合而成，所述环氧化合物可选自环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、环氧环戊烷、环氧环己烷等。所述起始剂可选自蔗糖、甘油、三羟甲基丙烷、山梨醇、甘露醇、木糖醇、芳香族胺类、脂肪族胺类、烷基醇类、醇胺类等。进一步的，所述聚醚多元醇包括聚醚多元醇A和聚醚多元醇B，所述聚醚多元醇A的官能度为5～8，分子量为700～1300，所述聚醚多元醇B的官能度为2～4，分子量为400～800。聚醚多元醇A和聚醚多元醇B的配合使用，可以兼顾聚氨酯反应原液的流动性以及聚氨酯泡沫材料的交联密度，防止泡沫发脆或表面过软，避免聚氨酯泡沫在切割过程中变形或破损。进一步优选所述聚醚多元醇A和所述聚醚多元醇B形成的聚醚多元醇的平均官能度为3～5，以聚醚多元醇A和聚醚多元醇B的总质量为基准，聚醚多元醇A的质量占比为5
‑
40％，以兼顾
密度分布均匀性和压缩模量。聚醚多元醇A过多时，导致体系粘度增速过快，流动性差，聚氨酯材料的密度分布不均匀。聚醚多元醇A过少时，导致交联度不够，聚氨酯材料的压缩强度等指标变差。
[0016]进一步的，以所述多元醇组合物的总质量为基准，水的质量占比为0.1～1.0wt％。以防止聚氨酯表面或内部开裂，并兼顾聚氨酯反应物料的流动性，本专利技术所述的水是多元醇组合物中水的总含量，包括外加的水以及原料自带的水。
[0017本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多元醇组合物，其特征在于，包括聚醚多元醇、泡沫稳定剂、催化剂、交联剂和水，所述多元醇组合物的平均羟值为380～490mgKOH/g，所述交联剂的官能度≥2，且交联剂的数均分子量≤400。2.根据权利要求1所述的多元醇组合物，其特征在于，以所述多元醇组合物的总质量为基准，所述交联剂的质量占比0.2～18.3wt％。3.根据权利要求1所述的多元醇组合物，其特征在于，所述聚醚多元醇包括聚醚多元醇A和聚醚多元醇B，所述聚醚多元醇A的官能度为5～8，聚醚多元醇A的数均分子量为700～1300；所述聚醚多元醇B的官能度为2～4，聚醚多元醇B的数均分子量为400～800。4.根据权利要求1所述的多元醇组合物，其特征在于，以所述多元醇组合物的总质量为基准，水的质量占比为0.1～1.0wt％。5.根据权利要求1所述的多元醇组合物，其特征在于，所述多元醇组合物中还包括苯酐聚酯多元醇。6.根据权利要求1～5任意一项所述的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玥，秦黎，张志杰，邢益辉，时洋，张蒙蒙，严晓洁，吴凯丽，李霞，李怀清，
申请(专利权)人：红宝丽集团股份有限公司南京红宝丽新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：