具有核壳结构的衬垫及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种衬垫，具体涉及一种不产生图像伪影而且具有生物相容性的衬垫。
【背景技术】
[0002]聚合物发泡和其他软材料广泛用于健身器材和医疗设备配件中，例如病人用的衬垫、支持部件和保护部件上的衬垫。通常在临床检查中会用到这些带有衬垫的设备，由于病人直接接触这些衬垫，所以在诸如X-射线透射、CT检查等造影检查中，这些衬垫也会出现在检查的视野中。为了避免衬垫对检查结果的影响，应尽力避免图像伪影一即衬垫本身形成的图像对检查的影响。
[0003]另外，在临床应用中，由于患者通常皮肤直接接触衬垫，这就需要衬垫能够达到体感温暖、舒适并且具备患者安全性的性质，并得到理想的愉悦外观的相应医疗设备附件的制备材料。
[0004]当前使用的大部分医用配件供应商生产由低密度聚合物发泡材料制成的衬垫，例如聚乙烯(PE)，聚氨酯(PU)和乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物。对于医疗应用，对发泡材料的表面、组成、化学有害物含量、密度均一性和显像质量等有诸多要求。例如，聚合物表面不能引起患者过敏；聚合物表面应该是防水的；材料本身的微结构不能引起图像伪影。为了改善表面性质，例如使其无粘性并且防水，一些生产者在材料的表面用喷涂的方法形成聚合物涂层。但是，随着使用和暴露于X-射线的过程，涂层的性能会变差。由于喷涂主要是利用聚合物的物理吸附，还有耐久性差的问题。涂层制备工艺也会导致环境问题和健康方面的问题。此外，上述涂层工艺还会导致生产成本高的问题。迄今为止，仍然缺乏具有成本效益的廉价解决方案来得到能够满足医疗成像、耐用性和表面功能的患者临床检查用的衬垫泡沫产品。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种能够避免图像伪影的衬垫，而且该衬垫兼具耐久性、安全性、防水性、自清洁性等性质，所述衬垫能够用低成本的方法大规模生产。所述衬垫可用于医学成像设备上。例如，可用作医疗设备中起支持、保护等作用的衬垫，例如X-射线检查以及CT检查中患者所躺的衬垫。
[0006]在一个实施方式中，本发明提供了一种衬垫，所述衬垫由聚合物材料形成，其中所述衬垫具有核壳结构，所述壳与所述核具有相同而且均匀的密度，其中所述核与所述壳是分别制备的。本发明利用核壳结构中的壳取代现有技术中的涂层，增强了其耐磨性和耐久性。即使经过多次射线检查，壳也不会像普通物理涂敷的涂层那样易于损坏。而且，由于核与壳具有相同密度，其不会产生伪影。由于核与壳分别制备，对于衬垫用于不同环境时所需要的不同性质，可以在衬垫最终成型之前只对壳进行处理，从而降低了处理难度，而且减少了制备成本。例如，只对壳进行热压缩处理，以得到具有疏水性表面的壳。对于衬垫密度并无特殊限定，只要其符合使用环境所需的力学性能和机械强度要求即可，例如具备一定的支持性。
[0007]本领域技术人员可以根据其需要选择合适的聚合物。例如可以选择密度在20kg/m3至200kg/m3范围内的聚合物。
[0008]在一个优选的实施方式中，所述聚合物为对人体接触无毒的聚合物，而且所述衬垫通过物理发泡成型工艺制备，所述衬垫不含有毒的化学残留物。而且由于衬垫由无毒聚合物制成，避免了对病人皮肤的刺激，保障了安全性。所述衬垫通过物理发泡成型工艺制备，物理发泡成型工艺由于不涉及化学修饰，因此不会含有毒的化学残留物。物理发泡形成工艺成本低，而且简单方便，最重要的是物理方法不会涉及化学试剂，从而不会引入有毒的化学残留物。进一步保障了病人使用时的安全性。
[0009]所述聚合物可以为任何能够用物理方法形成泡沫的无毒聚合物，包括但不限于聚乙烯，聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物中的至少一种。其中核与壳可以由相同材料形成，也可以由不同种材料形成。由于成本的关系可以选择最具成本效益的材料分别形成壳和核，壳主要对表面性质产生影响，需要选择具有相关性质,如疏水性等的材料。而核主要对机械强度产生影响，因此可以根据机械强度的要求对其进行选择。并在综合成本最低的情况下进行组合，从而进一步节约成本。
[0010]在一个优选实施方式中，所述壳的表面为无缝的。因为制备过程中不需缝合，所述核壳结构衬垫表面没有缝隙，从而避免了空气和水的渗入，以免造成密度不均一导致的图像伪影，并防止了由于液体渗漏导致的衬垫损坏。
[0011]在一个优选的实施方式中，所述壳的表面为疏水表面。例如可以通过热压缩处理改变壳的表面微结构，例如粗糙度，从而获得一定的疏水性。例如1nm至10 μ m的低粗糙度可以增加其疏水性。
[0012]在一个优选的实施方式中，所述聚合物发泡材料具有封闭的多孔结构，所述多孔结构具有封闭孔，而且所述多孔结构的孔径小于0.5_。具有此多孔结构的发泡材料具有更加适宜的机械强度，从而能够为病人提供更加舒适的体感。
[0013]在一个优选的实施方式中，所述衬垫的壳外表面具有疏水涂层，所述疏水涂层由具有反应性端基的氟代硅烷形成，所述反应性端基为能够与所述壳的表面反应的基团，而且所述涂层通过化学接枝与所述壳的表面相连。与物理吸附形成的疏水涂层相比，化学接枝的涂层能够牢固地存在于所述壳的表面，在带来疏水性的同时，提供抵抗潮湿环境和耐磨的性能。
[0014]在本发明的一个实施方式中，所述反应性端基选自酰氯、氯和烷氧基中的至少一种。这些反应性端基为可水解的基团。以烷氧基为例，在与水反应之后，生成连接在Si上的羟基，其与壳表面上的羟基反应，脱水形成与壳表面的共价连接。共价连接的涂层能够更加牢固地结合到壳表面，从而防止了硅烷分子接触水时有可能引发的分子重排，避免了疏水性的损失，并增强了耐久性。
[0015]所述烷氧基的碳原子数并无特殊限制，只要其能够被水解，从而能够与所述制品的基底层反应即可。在一个优选实施方式中，所述烷氧基可以为C1至C6烷氧基中的至少一种，优选甲氧基、乙氧基和/或丙氧基。
[0016]在一个优选的实施方式中，所述反应性端基的氟代硅烷为具有通式I的全氟代烷基娃烧:
[0017]CF3 — (CF2)n — (CH2)m — SiX3 通式 I
[0018]其中η为O至12的整数；m是O至12的整数，X为可水解的基团。在一个优选实施方式中，其中X为酰氯、氯或烷氧基。
[0019]虽然具有相同的密度，所述衬垫的壳与核的孔结构可以相同或者不同。例如，壳可以具有闭孔微结构，而核可以具有开放的孔。
[0020]本发明还提供了一种制备上述衬垫的方法，包括如下步骤:
[0021]利用聚合物材料分别形成核部件和壳部件，使所述核和所述壳具有相同并且均匀的密度；
[0022]和粘结所述核部件和壳部件，使核壳结构成型。所述粘结的方法可选自热熔粘结、热压缩粘结、胶水粘结、塑料焊接及其组合方法，但不限于此，只要能够将核部件和壳部件结合到一起，而且在所述衬垫内不会造成空隙即可。不可使用缝制工艺，因为缝制会导致针眼和缝线的存在，破坏其完整性，进而影响其微结构，可能会导致空气或液体渗入，不但有可能造成图像伪影，还有可能造成衬垫的损坏。
[0023]所述热压缩粘结条件包括但不限于:热压温度60至200°C，时间为Imin (分钟)至10min0
[0024]形成核结构的部件的步骤可以为在模具内发泡成型所述核结构的部件，或从发泡材料中切割出具有所述核结构的部件。形成壳结构的部件的步骤可以是从切合所述核结构部件的相同材料上切割成适宜形状的壳，也可以用其他材料单独形成壳，只要其密度与核相同，而且密度均一即可保证不产生图像伪影。
[0025]在一个优选的实施方式中，在所述粘结之前，所述壳表面被疏水化处理。从成本方面来说，仅仅对壳进行表面处理优于对已经成型的核壳结构衬垫进行表面疏水化处理。而且，先对壳进行表面疏水化处理的方法也更加简便。
[0026]在一个更优选的实施方式中，所述疏水化处理为对所述壳结构外表面用包括反应性端基的氟代硅烷化合物化学接枝处理。
【附图说明】
[0027]图1为病人衬垫的结构示意图，其中A为核壳具有不同微结构的衬垫示意图；B为核壳具有相同微结构的衬垫不意图；
[0028]图2为根据本发明一个优选的实施方式对壳表面进行疏水化处理的化学反应方程式;
[0029]图3为本发明制成的衬垫的照片；
[0030]图4为本发明所述衬垫的断层X线摄影结果；
[0031]图5本发明衬垫的压缩应力测试结果。
【具体实施方式】
[0032]下文中将详细地说明本发明的实施方式。应理解的是，下文中所列出的实施方式仅为示例说明本发明的目的而提供，不应理解为对本发明范围的限制。本发明的范围由权利要求书限定。
[0033]本发明涉及一种具有核壳结构的发泡成型衬垫及其制备方法。该制备方法节约成本，而且由于不需缝制加工工艺，所以制得的附件表面密封，从而任何流体均不能浸入到该发泡成型附件的内部。所述衬垫可以用作设备的保护结构，或用作病人检查时所躺的衬垫。
[0034]由于具有核壳结构,一方面通过壳控制表面性质,使得壳的耐久性、牢固性都远远优于现有技术中的涂层和化学修饰表面；另一方面，分别制备核与壳并仅仅对壳进行所需的表面处理，大大节约了成本；第三，由于分别制备壳与核，而且可以选择不同材料，使得成本的优化有了更大的选择余地。
[0035]所述衬垫主要用于需要获取图像的医疗设备上，例如X-射线透射、CT检查等。所述衬垫由聚合物发泡材料形成，其中所述衬垫具有核壳结构，所述壳与所述核具有相同而且均匀的密度，所述密度并无特别限定，只要其能够符合其所用环境所需的轻、软的要求即可，一般情况下，所述密度可以在20kg/m3至200kg/m3范围内，而且所述聚合物为对人体接触无毒的聚合物。而且在其制备期间也不涉及有毒化学品的引入，因为其制备方法通过物理发泡成型工艺制备。
[0036]核材料和壳材料都是重量轻而且质地软的聚合物，这会使患者感觉舒适，并带来温暖的体感。发泡材料可以通过物理发泡成型工艺来制备。在发泡材料体内不含有毒的化学残留物。上述材料的密度均匀，而且仅仅为20?200kg/m3。因此，在进行诸如X-射线等检查时，该材料对得到的图像产生极低的衰减。该