含有碳矽烷單體的牙科組合物的製作方法

2023-05-01 20:23:36 3

專利名稱:含有碳矽烷單體的牙科組合物的製作方法
技術領域：
碳矽烷單體和包括碳矽烷單體的牙科組合物。
背景技術：
眾所周知的是，在固化時牙科組合物的體積收縮導致在複合體中產生高應力和微裂紋。這種缺陷會使複合體材料在臨床中失效。因此，重要的是研發體積收縮較小同時保持現有材料突出的物理性能的牙科複合體。
現有的市售(甲基)丙烯酸酯基複合體在聚合時表現出2-4％的體積收縮。目標是將收縮降低到低於2％，同時保持其他所需物理性能，如耐壓強度和粘度。儘管已經研發了多類加到(甲基)丙烯酸酯基複合體中以降低聚合收縮的成分，但是與市售產物(如由3M Company，St.Paul，MN以商品名FILTEK Z250售出)相比，基於它們的複合體通常物理性能下降。
因此，仍然需要能夠加到(甲基)丙烯酸酯基牙科組合物中以降低收縮的新型成分。
發明概述本發明提供用於(甲基)丙烯酸酯基牙科組合物中的碳矽烷單體。碳矽烷單體(即，含碳矽烷的單體)優選包括以下結構特徵至少2個Si-亞芳基鍵；至少1個(甲基)丙烯酸酯部分；沒有Si-O鍵；和優選地至少2個矽原子。在某些實施方案中，碳矽烷單體從芳香矽烷和烯鍵式不飽和的構造嵌段(building blocks)反應形成。包括這些材料的牙科組合物通常在硬化後有較低的體積收縮。此外，與現有複合體相比，得到的硬化的複合體潛在地具有更高的耐汙染性。
該組合物還可以包括引發劑體系，如光活化的自由基源(優選被藍光活化的自由基源)。在某些實施方案中，牙科組合物還包括填料體系，優選地按組合物總重計，填料體系高達80重量％(即，wt-％)(優選包括無機填料)。其他任選的成分包括，例如，著色劑，調味劑，藥物，穩定劑，粘度改性劑，稀釋劑，流動控制添加劑，抗菌劑，觸變劑，和聚合增稠劑。
本文中所列出的各種成分的各種不同組合可用於所需的效果。
在一個實施方案中，本發明提供一種牙科組合物，其包括下式(I)的含碳矽烷的單體 其中Ar是亞芳基；每個A獨立地是脂肪族，環脂族，芳香族基團，或其組合；每個R獨立地是脂肪族基團，環脂族基團，或其組合，可任選地包括一個或多個O，Br，Cl或Si原子，或其組合，可以包括雙環基團；每個Q獨立地是鍵，或脂肪族基團，環脂族基團，芳香族基團，或其組合，可任選地包括一個或多個O，Br，Cl或Si原子，或其組合，可以包括雙環基團；每個R′獨立地是氫或甲基；和n至少是2。
定義″可結晶的″是指當用差分掃描量熱法(DSC)測量時，材料單獨或在其他單體存在下顯示出20℃或更高的結晶熔點。觀察到的吸熱峰值溫度被認作是結晶熔點。晶相包括多個晶格，其中材料呈現出在構成材料的相鄰化學部分中高度有序排列的構象。晶格內的堆積排列(短的有序取向)在其化學和幾何方面是高度規則的。可結晶的成分可以是″半結晶態″，其中聚合物鏈的長鏈段在20℃或更高時表現出無定形和結晶態或相。因此，這裡″可結晶的″成分包括半結晶材料。
術語″不可結晶的″指由不能形成確定圖案、晶格結構，或長範圍有序(即，無定形)的隨機取向的原子、離子或分子構成的材料。當用差分掃描量熱法(DSC)測量時，不可結晶的材料沒有表現出20℃或更高的結晶熔點。
術語″可硬化的″指例如可以通過加熱除去溶劑，加熱聚合，化學交聯，射線引發聚合或交聯等而硬化或固化的材料。
本文中，術語″亞芳基″包括碳環芳環或環系，其中芳環可任選地被氧，氮，硫或亞烷基，或其組合橋連，和可任選地用滷素，烷基或烷氧基，或其組合所取代。亞芳基的例子包括亞苯基，亞萘基，亞聯苯基，亞芴基，亞茚基，二亞苯基醚，任選地被烷基和/或烷氧基取代。
出現在說明書和權利要求
書中的術語″包括″和其變型不是限制含義。
本文中，″一種(a)″、″一種(an)″、″至少一種″和″一種或多種″可交換使用。因此，例如，包括″一種″含碳矽烷的單體的牙科組合物可以被解釋成牙科組合物包括″一種或多種″含碳矽烷的單體。相似地，包括″一種″填料的組合物可以被解釋成組合物包括″一種或多種″類型的填料。
此外，引述的數值端點範圍包括該範圍內包含的全部數值(例如，1～5包括1，1.5，2，2.75，3，3.80，4，5等)。
上面的發明概述不意圖描述本發明每個公開的實施方案或每種實施方式。下面的說明書更具體地闡明了示例性實施方案。在本申請的多個地方，通過實施例提供指導，可以組合不同實施例。在每種情況下，所述的列舉僅用於代表性組合，不應被解釋成唯一的列舉。
示例性實施方案詳細說明本發明提供用於(甲基)丙烯酸酯基牙科組合物的碳矽烷單體。碳矽烷單體(即，含碳矽烷的單體)優選包括以下結構特徵至少2個Si-亞芳基鍵；至少1個矽原子；至少1個(甲基)丙烯酸酯部分；沒有Si-O鍵；和優選地至少2個矽原子。本文中，術語″亞芳基″包括碳環芳環或環系。碳矽烷單體由於優選的多官能團能夠聚合和任選地交聯。
值得注意的是，例如，可以使用簡單的矽氫化過程製備這些芳香族碳矽烷單體。各種可得到的原料(例如，芳香族矽烷和(甲基)丙烯酸酯官能烯烴)能夠廣泛地控制碳矽烷單體的結構、構造和官能團。通過這種化學性，優選地可以在一步中製備具有可聚合官能團(優選地，(甲基)丙烯酸酯官能團)的單體材料。
碳矽烷單體和其製備碳矽烷單體通常包括多個官能團。通過簡單地改變反應中所用的構造嵌段可以容易地控制單體材料的分子量和粘度。碳矽烷材料的數均分子量可以在大範圍內變化。優選地，分子量小於1000克/摩爾(g/mol)。
優選地通過自由基機理，優選的碳矽烷單體是可硬化的(例如，可聚合的和/或可交聯的)。這種碳矽烷材料優選包括以下結構特徵至少2個Si-亞芳基鍵；至少1個矽原子；至少1個(甲基)丙烯酸酯部分；和沒有Si-O鍵。優選地，碳矽烷單體其官能度大於1，更優選至少為2。
碳矽烷單體的優選類型是下式I
其中Ar是亞芳基；每個A獨立地是脂肪族，環脂族，芳香族基團，或其組合；每個R獨立地是脂肪族基團，環脂族基團，或其組合，可任選地包括一個或多個O，Br，Cl或Si原子，或其組合，可以包括雙環基團；每個Q獨立地是鍵，或脂肪族基團，環脂族基團，芳香族基團，或其組合，可任選地包括一個或多個O，Br，Cl或Si原子，或其組合，可以包括雙環基團；每個R′獨立地是氫或甲基；和n至少是2(優選2-10，更優選2-6，再更優選2-3)。
本文中，術語″亞芳基″包括碳環芳環或環系，其中芳環可任選地被氧，氮，硫或亞烷基，或其組合橋連，和可任選地被滷素，烷基或烷氧基，或其組合所取代。亞芳基的例子包括亞苯基，亞萘基，亞聯苯基，亞芴基，亞茚基，二亞苯基醚，可任選地被烷基和/或烷氧基取代。
優選地，在環系中Ar是具有6-14個碳原子的亞芳基，可任選地用滷素，烷基(優選具有1-10個碳原子，更優選1-6個碳原子)，或烷氧基(優選具有1-10個碳原子，更優選具有1-6個碳原子)，或其組合所取代。
優選地，每個A獨立地是具有1-6個碳原子的脂肪族基團，具有1-6個碳原子的環脂族基團，具有6-14個碳原子的芳香族基團，或其組合。更優選地，每個A獨立地是具有1-6個碳原子的(更優選1-3個碳原子)的脂肪族基團。
優選地，每個R獨立地是具有1-10個碳原子的脂肪族基團，具有3-10個碳原子的環脂族基團，或其組合。更優選地，每個R獨立地是具有2-10個碳原子的亞烷基。
優選地，每個Q獨立地是具有1-10個碳原子的脂肪族基團，具有3-10個碳原子的環脂族基團，具有6-10個碳原子的芳香族基團，或這些基團的組合，可任選地包括一個或多個O，Br，Cl或Si原子，或其組合。更優選地，每個Q獨立地是(C1-C3)亞烷基，氧(C1-C3)亞烷基，或(C3-C9)環脂族基團。
碳矽烷單體可以被製造成表現出總體積聚合收縮不大於2.0％(通常，收縮為1.4％～2.0％)的牙科複合體，其中百分比基於硬化前的組合物體積計，優選同時保持優異的物理性能。
優選地，按組合物總重計，牙科組合物中的碳矽烷單體的總量為至少1wt-％，更優選至少3wt-％，最優選至少5wt-％。優選地，按組合物總重計，碳矽烷單體的總量不大於60wt-％，更優選不大於50wt-％，最優選不大於40wt-％。
方案1示出了製備含碳矽烷的材料的一般過程。
儘管方案1使用二(二甲基甲矽烷基)-亞芳基，但是甲基之外的取代基也可以用在亞芳基二矽烷反應物中。相似地，儘管方案1使用甲基丙烯酸酯官能烯烴反應物，但也可使用丙烯酸酯以及其他烯鍵式不飽和化合物。優選地，反應物之一包括(甲基)丙烯酸酯(即，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯)部分。
方案1
在方案1中，Ar，n和Q定義如上。儘管方案1示出甲基丙烯酸酯官能化的烯烴反應物，但是也可使用丙烯酸酯以及其他烯鍵式不飽和化合物。
如方案1所示，多官能的芳香族矽烷通過矽氫化反應與(甲基)丙烯酸酯官能烯鍵式不飽和化合物反應，形成單體產物。
通常，芳香族矽烷原料和(甲基)丙烯酸酯官能烯鍵式不飽和的原料和矽氫化催化劑在溶劑中通常在室溫下一起反應。然後通過矽膠過濾除去催化劑，得到產物，或通過結晶或沉澱得到產物。
反應中所用的矽氫化催化劑可以是將催化鍵合矽的氫原子與含有烯屬雙鍵的化合物的加成反應的任何化合物。適於本發明組合物的矽氫化催化劑的例子包括後過渡元素，如鈷，銠，銥，鎳，鈀和鉑，和它們的有機金屬絡合物。優選的催化劑是含有金屬鉑的那些，如細分散的鉑金屬，在細分散的載體如木炭或氧化鋁上的鉑金屬，和鉑的化合物如氯鉑酸，鉑烯烴絡合物，如在美國專利3,159,601中記載的那些；鉑炔烴絡合物，如在美國專利4,603,215中記載的那些；氯鉑酸與選自醇，醚，醛和其混合物的物質的反應產物，如在美國專利3,220,972中記載的那些；和在碳酸氫鈉的乙醇溶液存在下氯鉑酸與四乙烯基環四矽氧烷的反應產物，如在美國專利3,715,334中記載的那些。特別優選的催化劑是用氯鉑酸和某些不飽和的有機矽化合物製備的絡合物，如在美國專利3,419,593；3,775,452；4,288,345；和4,421,903中記載的那些。這些催化劑的一個具體例子是氯鉑酸和均-二乙烯基四甲基二矽氧烷的反應產物。另一種特別優選的催化劑是通過矽烷或矽氧烷(siloxanehydride)與鉑(0)或鉑(II)絡合物反應得到的膠狀矽氫化催化劑，如在美國專利4,705,765中記載的那些。其他特別優選的催化劑是用光化射線活化的那些，如在美國專利4,530,879；4,510,094；和4,600,484中記載的(η4-1，5-環辛二烯)二芳基鉑和(η5-環戊二烯基)三脂肪族鉑絡合物。
催化劑應以有效量存在，即其量足以催化矽氫化反應。當催化劑存在量足以提供小至1重量份金屬(例如，鉑)/百萬重量份總組合物時，可以得到令人滿意的結果。另一方面，還可以使用足以提供高達1～10重量份金屬(例如，鉑)/1,000重量份總組合物的催化劑量。然而，通常優選使用足以提供1～200重量份金屬(例如，鉑)/1百萬重量份總組合物的催化劑量。
如H.N.Beck等人，J.Chem.Eng.Data，8，453(1963)所公開的，通常通過滷化的芳香族化合物和氯-二甲基矽烷(或其他氯-烷基矽烷)之間的Grignard反應製備矽烷原料。
烯鍵式不飽和的(甲基)丙烯酸酯成分優選含有一個烯烴基團和至少一個(甲基)丙烯酸酯基團。優選的這種化合物包括甲基丙烯酸烯丙酯，2-(5/6-甲基丙烯醯氧基-雙環[2.2.1]庚-2-基)-乙烯，和(2-烯丙氧基乙基)甲基丙烯酸酯。
優選的單體列於下表1中。
表1
次級可聚合的材料除了所述碳矽烷單體之外的另外可聚合的成分可被加到本發明的牙科組合物中。這些可聚合的成分包括一種或多種能夠形成具有足夠強度和水解穩定性而使它們適用於口腔環境的硬化材料的可硬化的有機樹脂。優選地，至少一些次級可聚合的成分包括烯鍵式不飽和基並能夠發生加聚。適合的次級可聚合的成分優選包括至少一個烯鍵式不飽和單體(即，包括至少一個碳-碳雙鍵)。
本發明的次級可聚合的成分可以是可硬化樹脂的一部分。這些樹脂通常是能夠硬化形成聚合物網絡的熱固性材料，包括例如丙烯酸酯-官能材料，甲基丙烯酸酯-官能材料，乙烯基-官能材料，和其混合物。通常，可硬化的樹脂由一種或多種形成基體的低聚物，單體，聚合物或其共混物構成。
一類可硬化的樹脂包括具有可與自由基活性官能團聚合的成分的材料。這種材料的例子包括具有一個或多個烯鍵式不飽和基團的單體，具有一個或多個烯鍵式不飽和基團的低聚物，具有一個或多個烯鍵式不飽和基團的聚合物，和其組合。
在具有自由基活性官能團的可硬化的樹脂類中，本發明中適用的可聚合的成分含有至少一個烯鍵式不飽和鍵，並能夠發生加聚。這種自由基烯鍵式不飽和化合物包括例如單-，二-或聚-(甲基)丙烯酸酯(即，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)，如(甲基)丙烯酸甲酯，丙烯酸乙酯，甲基丙烯酸異丙酯，丙烯酸正己酯，丙烯酸硬脂基酯，丙烯酸烯丙酯，三丙烯酸甘油酯，二丙烯酸乙二醇酯，二丙烯酸二乙二醇酯，二甲基丙烯酸三乙二醇酯，二(甲基)丙烯酸1，3-丙烷二醇酯，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，三甲基丙烯酸1，2，4-丁烷三醇酯，二丙烯酸1，4-環己烷二醇酯，四(甲基)丙烯酸季戊四醇酯，六丙烯酸山梨糖醇酯，(甲基)丙烯酸四氫糠基酯，雙[1-(2-丙烯醯氧基)]-p-乙氧基苯基二甲基甲烷，雙[1-(3-丙烯醯氧基-2-羥基)]-p-丙氧基苯基二甲基甲烷，乙氧基化的雙酚A二(甲基)丙烯酸酯，和三羥基乙基-異氰脲酸酯三甲基丙烯酸酯；(甲基)丙烯醯胺(即，丙烯醯胺和甲基丙烯醯胺)，如(甲基)丙烯醯胺，亞甲基二-(甲基)丙烯醯胺，和二丙酮(甲基)丙烯醯胺；氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯；(優選分子量200-500的)聚乙二醇的二-(甲基)丙烯酸酯；丙烯酸酯化單體的可共聚的混合物，如美國專利4,652,274(Boettcher等人)中的那些；丙烯酸酯化的低聚物，如美國專利4,642,126(Zador等人)中的那些；和乙烯基化合物，如苯乙烯，鄰苯二甲酸二烯丙酯，琥珀酸二乙烯酯，己二酸二乙烯酯和鄰苯二甲酸二乙烯酯。其他適合的自由基可聚合的化合物包括例如公開在WO-00/38619(Guggenberger等人)，WO-01/92271(Weinmann等人)，WO-01/07444(Guggenberger等人)，WO-00/42092(Guggenberger等人)中的矽氧烷-官能的(甲基)丙烯酸酯，和例如公開在美國專利5,076,844(Fock等人)，美國專利4,356,296(Griffith等人)，EP-0 373 384(Wagenknecht等人)，EP-0 201 031(Reiners等人)，和EP-0 201 778(Reiners等人)中的氟聚合物-官能的(甲基)丙烯酸酯。在需要時，可以使用兩種或多種自由基可聚合的化合物的混合物。
次級可聚合的成分在單個分子內也可以含有羥基和自由基活性官能團。這種材料的例子包括(甲基)丙烯酸羥基烷基酯，如(甲基)丙烯酸2-羥基乙基酯和(甲基)丙烯酸2-羥基丙基酯；甘油單-或二-(甲基)丙烯酸酯；三羥甲基丙烷單-或二-(甲基)丙烯酸酯；單-，二-和三(甲基)丙烯酸季戊四醇酯；單-，二-，三，四-或五-(甲基)丙烯酸山梨糖醇酯；和2，2-雙[4-(2-羥基-3-甲基丙烯醯氧基丙氧基)苯基]丙烷(bisGMA)。適合的烯鍵式不飽和化合物也可以從各種商業源得到，如Sigma-Aldrich，St.Louis，MO。在需要時可以使用烯鍵式不飽和化合物的混合物。
上述成分通常是不可結晶的(即，無定形)。次級可聚合的成分還可以包括可結晶的成分。這種可結晶的成分可以具有能夠聚合和/或交聯的反應性基團或可以不具有這種基團。優選地，可結晶的成分是可聚合的。優選地，可結晶的成分是聚合的(包括低聚的)。更優選地，可結晶的成分是可聚合的聚合材料。適用於牙科組合物中的次級可結晶的聚合物(包括低聚物)可以具有可結晶的主鏈(即，直鏈)或懸掛(即，側鏈)鏈段。優選的材料也含有能夠聚合和/或交聯的反應性基團。特別優選的是具有至少2個反應性官能團的非碳矽烷可結晶的低聚物或預聚物。
具有可結晶主鏈或骨架鏈段的適合的次級可結晶的材料例子包括但不限於聚酯(包括聚己內酯)，聚醚，聚硫醚，聚芳基烷撐，聚矽烷，聚醯胺，聚烯烴(優選從低級例如C2-C3烯烴形成)，和聚氨酯。
優選的次級可結晶的材料是含有伯羥基端基的不飽和的直鏈脂肪族聚酯多元醇(特別是二醇)。在本發明的牙科組合物中用作非碳矽烷可結晶成分的市售材料的例子包括以商品名LEXOREZ從InolexChemical Co.，Philadelphia，PA得到的一些樹脂。用於本發明組合物中的其他聚酯多元醇的例子是以商品名RUCOFLEX從Ruco PolymerCorp.，Hicksville，NY得到的那些。用於本發明中的聚己內酯的例子包括以商品名TONE 0230，TONE 0240和TONE 0260從Dow ChemicalCo.，Midland，MI得到的那些。特別優選的材料是不飽和的直鏈脂肪族聚酯多元醇，可經改性(例如，通過伯羥基端基)以引入可聚合的不飽和的官能團，例如，與2-異氰酸酯基乙基甲基丙烯酸酯，甲基丙烯醯氯，或甲基丙烯酸酸酐反應的聚己內酯二醇。
優選地，按組合物總重計，次級可聚合的成分總量不大於60wt-％，更優選不大於50wt-％，最優選不大於40wt-％。
引發劑體系本發明的組合物可任選地包括引發劑體系，即一種引發劑或兩種或多種引發劑的混合物，適用於硬化(例如，聚合和/或交聯)樹脂體系(例如，含碳矽烷的單體和(甲基)丙烯酸酯成分)。引發劑體系優選包括自由基引發劑，可用各種方式活化，例如加熱和/或輻射。因此，例如引發劑體系可以包括熱引發劑(例如，偶氮化合物和過氧化物)或光引發劑。
優選地，引發劑體系包括一種或多種光引發劑。更優選地，引發劑體系包括至少一種在300納米(nm)～1200nm的光譜區域具有活性並能夠在適合波長和強度的光照射下促進烯鍵式不飽和部分的自由基聚合和/或交聯的光引發劑。可以使用各種光引發劑。光引發劑優選可在樹脂體系中溶解。優選地，光引發劑具有足夠的保存穩定性，並沒有不希望的顏色，從而可以在普通牙科手術和實驗條件下貯存和使用。可見光光引發劑是優選的。
一種類型的適合的引發劑(即，引發劑體系)是在美國專利5,545,676(Palazzotto等人)中記載的，其包括3-成分或三元光引發劑體系。這種體系包括碘鎓鹽，例如二芳基碘鎓鹽，其可以是單鹽(例如，含有陰離子，如Cl-，Br-，I-或C2H5SO3-)或金屬絡合鹽(例如，含有SbF5OH或AsF6-)。需要時可以使用碘鎓鹽的混合物。三元光引發劑體系中的第二成分是敏化劑，其能夠吸收波長400nm～1200nm範圍內的光。三元光引發劑體系中的第三成分是電子供體，包括胺(包括氨基醛和氨基矽烷或對於第一引發劑體系所述的其他胺)，醯胺(包括磷醯胺)，醚(包括硫醚)，脲(包括硫脲)，二茂鐵，亞磺酸和其鹽，氰亞鐵酸的鹽，抗壞血酸和其鹽，二硫代氨基甲酸和其鹽，黃酸鹽，乙二胺四乙酸鹽和四苯基硼酸鹽。
適用於三元光引發劑體系中的敏化劑例子包括酮，香豆素染料(例如，酮代香豆素)，呫噸染料，吖啶染料，噻唑染料，噻嗪染料，嗪染料，吖嗪染料，氨基酮染料，卟啉，芳香多環烴，p-取代的氨基苯乙烯基酮化合物，氨基三芳基甲烷，部花青(merocyanine)染料，方酸菁染料和吡啶鎓染料。酮(例如，單酮或α-二酮)，酮代香豆素，氨基芳基酮，和p-取代的氨基苯乙烯基酮化合物是優選的敏化劑。特別優選的可見光敏化劑的例子包括樟腦醌，乙二醛，二乙醯基，3，3，6，6-四甲基環己烷二酮，3，3，7，7-四甲基-1，2-環庚烷二酮，3，3，8，8-四甲基-1，2-環辛烷二酮，3，3，18，18-四甲基-1，2-環十八烷二酮，二新戊醯，苯偶醯，糠偶醯，羥基苯偶醯，2，3-丁烷二酮，2，3-戊烷二酮，2，3-己烷二酮，3，4-己烷二酮，2，3-庚烷二酮，3，4-庚烷二酮，2，3-辛烷二酮，4，5-辛烷二酮和1，2-環己烷二酮。其中，樟腦醌是最優選的敏化劑。
另一種類型的光引發劑包括醯基膦氧化物，如在歐洲專利申請173567(Ying)中記載的那些。適合的醯基膦氧化物優選通式為(R4)2-P(＝O)-C(＝O)-R5，其中每個R4單獨地是烴基團，優選烷基，脂環族基團，芳基和芳烷基，其中任一種可以被滷素-，烷基-或烷氧基-所取代，或兩個R4基團與磷原子一起形成環，其中R5是烴基團，優選地，含有S-、O-或N-的5元或6元雜環基團，或-Z-C(＝O)-P(＝O)-(R4)2基團，其中Z代表二價烴基團，如具有2～6個碳原子的亞烷基或亞苯基。適合的醯基膦氧化物的例子包括例如二(2，4，6-三甲基苯甲醯基)苯基膦氧化物。可任選地，叔胺還原劑可以與醯基膦氧化物混合使用。用於本發明中的示例性叔胺包括上述那些以及4-(N，N-二甲基氨基)苯甲酸乙酯和甲基丙烯酸N，N-二甲基氨基乙酯。
單酮和所有酮也可用作光引發劑。這種體系的例子是在美國專利4,071,424(Dart等人)中記載的那些。
另一種類型的光引發劑包括離子染料-抗衡離子絡合物引發劑，其包括硼酸根陰離子和補償陽離子染料。用於這些光引發劑中的硼酸根陰離子通常可以是式B(R6)4-，其中每個R6獨立地是烷基，芳基，烷芳基，烯丙基，芳烷基，烯基，炔基，脂環族基團，飽和或不飽和的雜環基團。陽離子抗衡離子可以是陽離子染料，季銨基團，過渡金屬配合絡合物等。用作抗衡離子的陽離子染料可以是陽離子次甲基，聚次甲基，三芳基次甲基，吲哚啉，噻嗪，呫噸，嗪或吖啶染料。用作抗衡離子的季銨基團可以是三甲基十六烷基銨，十六烷基吡啶鎓和四甲基銨。其他親有機陽離子可以包括吡啶鎓，鏻和鋶。可以用作抗衡離子的陽離子過渡金屬配合絡合物可以是鈷，釕，鋨，鋅，鐵和銥與配體如吡啶，2，2′-聯吡啶，4，4′-二甲基-2，2′-聯吡啶，1，10-菲咯啉，3，4，7，8-四甲基菲咯啉，2，4，6-三(2-吡啶基-s-三嗪)和相關配體的絡合物。
硼酸鹽光引發劑例如記載在美國專利4,772,530(Gottschalkea等人)，4,954,414(Adair等人)，4,874,450(Gottschalkea)，5,055,372(Shanklin等人)，和5,057,393(Shanklin等人)中。
優選的可見光引發的引發劑包括與適合的氫供體(例如，胺，如對於第一引發劑體系所述的那些)，和可任選的二芳基碘鎓單鹽或金屬絡合物鹽，發色團-取代的滷甲基-s-三嗪，或滷代甲基二唑混合的樟腦醌。特別優選的可見光引發的光引發劑包括α-二酮例如樟腦醌與另外的氫供體，和可任選的二芳基碘鎓鹽例如二苯基氯化碘、二苯基溴化碘、二苯基碘化碘或六氟磷酸碘的混合物。優選的紫外線引發的聚合引發劑包括酮，如苄基和苯偶姻，偶姻和偶姻醚。優選的紫外線引發的聚合引發劑包括以商品名IRGACURE 651從Ciba SpecialityChemicals Corp.，Tarrytown，NY.得到的2，2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮和從其得到的苯偶姻甲基醚(2-甲氧基-2-苯基苯乙酮)。
引發劑體系存在量足以提供所需的硬化(例如，聚合和/或交聯)速率。對於光引發劑，這種量部分地取決於光源，將要用輻射能量曝光的層的厚度和光引發劑的消光係數。優選地，按組合物重量計，引發劑體系存在總量至少0.01wt-％，更優選至少0.03wt-％，最優選至少0.05wt-％。優選地，按組合物重量計，引發劑體系存在總量不超過10wt-％，更優選不超過5wt-％，最優選不超過2.5wt-％。
填料體系本發明的組合物可任選地包括填料體系(即，一種或多種填料)。填料體系中所用的填料可以選自樹脂體系中用的各種常規填料。優選地，填料體系包括適於加到醫用組合物中的一種或多種常規材料，例如牙科修補組合物中目前使用的填料。因此，本發明的組合物中使用的填料體系可被加到樹脂體系中。
填料本身可以是顆粒狀或纖維狀的。顆粒填料通常被定義作長寬比或縱橫比為20∶1或更小，更通常為10∶1或更小。纖維可以被定義作縱橫比大於20∶1，或更通常大於100∶1。粒子的形狀可以從球形變化到橢球形，或更平面形狀，如薄片狀或圓盤狀。宏觀性能高度依賴於填料粒子的形狀，尤其是形狀的均勻性。
優選的顆粒填料是細分散的，其平均粒度(優選地，直徑)小於10微米。
優選的微米尺寸的顆粒填料其平均粒度至少0.2微米到1微米。納米粒子其平均一級粒度小於200nm(0.2微米)。填料可以具有單峰或多峰(例如，雙峰)的粒度分布。
微米尺寸的粒子對於改進固化後的耐磨性能極為有效。相比而言，納米填料通常用作粘度和觸變性改性劑。由於其小尺寸，高表面積和締合的氫鍵，這些材料已知可組裝成聚集的網絡。這類材料(″納米″材料)其平均一級粒度(即，未聚集的材料的最大尺寸，例如直徑)不大於1000納米(nm)。優選地，納米顆粒材料其平均一級粒度至少2納米(nm)，優選至少7nm。優選地，納米顆粒材料其平均一級粒度不大於50nm，更優選不大於20nm。這種填料的平均表面積優選至少20平方米/克(m2/g)，更優選至少50m2/g，最優選至少100m2/g。
填料體系可以包括無機材料。還可包括交聯的有機材料，其在可聚合的樹脂中不溶解，並可任選地用無機填料填充。填料體系優選通常是無毒的，並適用於口腔中。
適合的填料可以是不透射線的，透射線的或非不透射線(nonradiopaque)的。牙科應用中的填料通常本身是陶瓷性的。適合的無機填料的例子是天然或合成材料，如石英，氮化物(例如，氮化矽)，從例如Ce，Sb，Sn，Zr，Sr，Ba或Al衍生的玻璃，膠狀氧化矽，長石，硼矽酸鹽玻璃，高嶺土，滑石，氧化鈦，鋅玻璃，氧化鋯-氧化矽填料；和低莫氏(Mohs)硬度填料，如在美國專利4,695,251(Randklev)中記載的那些。適合有機填料粒子的例子包括充填或未充填的粉狀聚碳酸酯，聚環氧化物等。優選的填料粒子是石英，亞微細粒氧化矽，和美國專利4,503,169(Randklev)中所述的非玻璃質微粒子。還可使用這些填料的混合物，及從有機和無機材料製得的混合填料。
可任選地，填料粒子的表面可以用如矽烷-偶聯劑進行表面處理，從而增強填料體系和樹脂體系間的鍵合。可以用反應性固化基團如丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯等使偶聯劑官能化。
用於提供非共價結構的填料粒子可以由氧化矽，氧化鋁，氧化鋯，氧化鈦，或這些材料的混合物相互構成或與碳一起構成。在其合成態，這些材料通常是親水性的，因為存在表面羥基。然而，也可以用適合的試劑如烷基矽烷處理改性這些材料，以改變這種特性。例如根據所需的性能，填料顆粒的表面可以被賦予中性，疏水性或反應性的。熱解法二氧化矽由於成本低、可購得以及具有各種表面特性，因而是賦予自支撐特性的優選化合物。
其他適合的填料公開在美國專利6,387,981(Zhang等人)和6,572,693(Wu等人)以及國際公布WO 01/30305(Zhang等人)，WO01/30306(Windisch等人)，WO 01/30307(Zhang等人)，和WO 03/063804(Wu等人)中。在這些文獻中記載的填料成分包括納米二氧化矽粒子，納米金屬氧化物粒子，和其組合。納米填料也記載在美國專利申請，標題″Dental Compositions Containing Nanozirconia Fillers″，美國序列號10/847,782；″Dental Compositions Containing Nanofillers and RelatedMethods″，美國序列號10/847,781；和″Use of Nanoparticles to AdjustRefractive Index of Dental Compositions″，美國序列號10/847,803中，這三件專利申請均在2004年5月17日提交。
優選地，按組合物總重計，填料體系總量大於50wt-％，更優選大於60wt-％，最優選大於70wt-％。如果填料體系包括纖維，那麼按組合物總重計，纖維存在量小於20wt-％。優選地，按組合物總重計，填料體系總量不超過95wt-％，更優選不超過80wt-％。
任選的添加劑本發明的組合物可以含有表面活性劑體系，即一種表面活性劑或兩種或多種表面活性劑的混合物。這種表面活性劑可以是非離子型，陰離子型，或陽離子型。表面活性劑可以是可共聚的或不可共聚的。
此外，組合物可以包括任選的試劑，如著色劑(例如，常規用於色調調節的顏料或染料)，調味劑，藥物，穩定劑(如丁基化的羥基甲苯(BHT))，粘度改性劑，稀釋劑，流動控制添加劑，觸變劑，抗菌劑，聚合增稠劑等。需要時可以使用這些任選的添加劑的各種組合。這些試劑可任選地包括反應性官能團，從而能與樹脂共聚。
優選地，按組合物總重計，任選的成分總量不超過5.0wt-％，更優選不超過約2.5wt-％，最優選不超過1.5wt-％。
使用方法上述含碳矽烷的單體可以用作牙科組合物中可硬化的成分，優選通過不飽和基團的自由基聚合，特別是(甲基)丙烯酸酯基團。本發明的牙科組合物例如可以用作牙科修補劑或預製的修復裝置。修補劑的例子包括牙科複合體和汞齊。預製的修復裝置的例子包括牙冠，牙橋，膠合板，鑲嵌物，裱貼物，牙柱，牙釘等。
本發明的組合物還可以成形成(例如，模塑成)各種形狀，例如三維形狀、預製板、弧形盤、帶狀、扣形、織造網或非織造網等。可以用各種方式成形組合物(形成第一形狀)，包括例如擠壓，注射成型，壓縮成型，熱成型，真空成型，按壓，壓延和使用輥的網加工。通常，使用具有陽印模和陰印模的模具形成半成品形狀。成型的形狀例如可以用作牙冠，牙印模盤和正牙用具。正牙用具的例子包括舌固定器，空間固定器，牙鉤，牙扣，牙夾板和正牙架的基底。
實施例下面的實施例進一步闡明本發明的目的和優點，但是這些實施例中所述的特定材料和其量以及其他條件和細節不應被解釋為不適當地限制本發明。除非另有所指，所有的份數和百分比都是按重量計，所有的水都是去離子水，和所有的分子量都是重均分子量。
耐壓強度(CS)測試方法根據美國國家標準協會/美國標準協會(ANSI/ASA)規格No.27(1993)測量試樣的耐壓強度。將樣品包進4毫米(mm)(內徑)玻璃管中(在需要時加熱樣品完成包裝)，用矽樹脂橡膠塞塞住玻璃管，在約0.28兆帕(Mpa)下軸向壓縮5分鐘。對樣品進行如下的光固化，用兩個對置的VISILUX Model 2500藍光槍(3M Co.，St.Paul，MN)照射90秒，然後在Dentacolor XS單元(Kulzer，Inc.，Germany)中輻射180秒。用金剛鑽鋸切割固化的樣品，形成8-mm長圓柱塞，測量耐壓強度。在測試之前，將圓柱塞貯存在37℃的蒸餾水中24小時。在Instron測試儀(Instron4505，Instron Corp.，Canton，MA)用10千牛頓(kN)測壓元件以1mm/分鐘的十字頭速度進行測量。製備固化的樣品的5個圓柱體，以MPa記錄測量結果，取5次測量的平均值。
徑向拉伸強度(DTS)測試方法根據ANSI/ASA規格No.27(1993)測量試樣的徑向拉伸強度。按對於CS測試方法所述，將樣品壓進玻璃管中並固化。然後，將固化的樣品切成2.2-mm厚圓盤，測量DTS。按上述將圓盤貯存在水中，在Instron測試儀(Instron 4505，Instron Corp.)用10(kN)測壓元件以1mm/分鐘的十字頭速度進行測量。製備固化的樣品的5個圓盤，以MPa記錄測量結果，取5次測量的平均值。
聚合收縮測試方法使用Watts收縮測試過程(D.C.Watts等人，Meas.Sci.Technol，2，788-794(1991))測量試樣的聚合收縮。使用3-mm載玻片進行測試。
粘度測試方法使用AR 2000流變儀(TA Instruments，New Castle，DE)測量試樣的粘度。將約1.2克(g)的樣品置於操作臺(25℃下)和40-mm鋁板間。根據階段式流動過程，以從1Pa到1000Pa的log剪切應力突躍(總共10個數據點)旋轉板。25℃下的粘度結果以釐泊(cP)計，取10個數據點的平均值。
縮寫、說明和材料來源
實施例1合成1，4-二-(二甲基-[3-(甲基丙烯醯氧基)丙基]甲矽烷基)苯(p-PDA)將1，4-二-二甲基甲矽烷基苯(Gelest，Tulleytown，PA)(5.00g，25.7毫摩爾(mmol))，甲基丙烯酸烯丙酯(Sigma-Aldrich)(6.49g，51.4mmol)，甲苯(20毫升(ml))，和鉑-二乙烯基四甲基二矽氧烷絡合物在二甲苯(Gelest)中的2滴溶液的混合物在室溫下混合17小時。得到的混合物裝填到矽膠柱上，用乙酸乙酯(20體積％(vol％))和己烷(80vol％)的混合物洗脫。蒸發溶劑，得到產物，無色油(7.80g)，MW為446.74，粘度為136cP。用1H核磁共振譜(NMR)和紅外光譜(IR)表徵這種油，與p-PDA結構一致。
實施例2
合成1，4-二-(二甲基-[2-(5/6-甲基丙烯醯氧基-雙環[2.2.1]庚-2-基)-乙基]甲矽烷基)苯(p-PDN)將1，4-二-二甲基甲矽烷基苯(3.77g，19.4mmol)，2-(5/6-甲基丙烯醯氧基-雙環[2.2.1]庚-2-基)乙烯(根據美國專利3,927,116(Rick等人)實施例14製備的)(8.00g，38.8mmol)，甲苯(15ml)，和鉑-二乙烯基四甲基二矽氧烷絡合物在二甲苯中的2滴溶液的混合物在室溫下混合24小時。得到的混合物裝填到矽膠柱上，用乙酸乙酯(30vol％)和己烷(70vol％)的混合物洗脫。蒸發溶劑，得到產物，無色油(11.07g)，MW為603.06，粘度為7411cP。用1H NMR和IR表徵這種油，與p-PDN結構一致。
實施例3合成1，3-二-(二甲基-[2-(5/6-甲基丙烯醯氧基-雙環[2.2.1]庚-2-基)-乙基]甲矽烷基)苯(m-PDN)將1，3-二溴苯(Sigma-Aldrich)(30.00g，0.13摩爾(mol))在幹四氫呋喃(65ml)中的溶液於1小時內滴加到氯二甲基矽烷(Sigma-Aldrich)(40.10g，0.42mol)，幹四氫呋喃(100ml)，和鎂條(24.31g，0.13mol)的混合物中。完全加入後，混合物回流2小時。真空除去溶劑，殘渣用己烷(200ml)稀釋。固體用己烷(200ml)洗滌兩次，過濾。合併己烷溶液，真空濃縮，減壓(47-49℃，2mm Hg，267帕)下蒸餾殘渣，得到1，3-二-二甲基甲矽烷基苯，無色油(17.41g)。
將1，3-二-二甲基甲矽烷基苯(3.77g，19.4mmol)，2-(5/6-甲基丙烯醯氧基-雙環[2.2.1]庚-2-基)乙烯(8.00g，38.8mmol)，甲苯(20ml)，鉑-二乙烯基四甲基二矽氧烷絡合物在二甲苯中的2滴溶液的混合物在室溫下混合17小時。混合物裝填到矽膠柱上，用乙酸乙酯(30vol％)和己烷(70vol％)的混合物洗脫。蒸發溶劑，得到產物，無色油(9.52g)，分子量(MW)為603.06，粘度為3879cP。用1H NMR和IR表徵這種油，與m-PDN結構一致。
實施例4合成1，3，5-三-(二甲基-[3-(甲基丙烯醯氧基)丙基]甲矽烷基)苯(PTA)將氯二甲基矽烷(47.30g，0.50mol)，幹四氫呋喃(150ml)，和鎂條(12.20g，0.50mol)的混合物攪拌1小時，然後1小時內滴加1，3，5-三溴苯(Sigma-Aldrich)(31.50g，0.10mol)在幹四氫呋喃(100ml)中的溶液。完全加入後，混合物回流4小時，然後在室溫下攪拌17小時。從沉澱的固體中倒出溶液，用己烷(200ml)洗滌和過濾固體3次。合併有機溶液，真空濃縮，減壓(65-68℃，0.2mm Hg，27帕)下蒸餾殘渣，得到1，3，5-三-二甲基甲矽烷基苯，無色油(12.01g)。
將1，3，5-三-二甲基甲矽烷基苯(3.00g，11.9mmol)，甲基丙烯酸烯丙酯(4.50g，35.6mmol)，甲苯(15ml)，鉑-二乙烯基四甲基二矽氧烷絡合物在二甲苯中的3滴溶液的混合物在室溫下混合48小時。混合物裝填到矽膠柱上，用乙酸乙酯(20vol％)和己烷(80vol％)的混合物洗脫。蒸發溶劑，得到產物，無色油(4.10g)，MW為631.05，粘度為127cP。用1H NMR和IR表徵這種油，與PTA結構一致。
實施例5合成1，4-二-(二甲基-[3-(2-甲基丙烯醯氧基乙氧基)丙基]甲矽烷基)苯(p-PDE)將1，4-二-二甲基甲矽烷基苯(2.86，15mmol)，2-烯丙氧基乙基甲基丙烯酸酯(Monomer-PolymerDajac Labs，Inc.，Feasterville，PA)(5.00g，30mmol)，甲苯(15ml)，鉑-二乙烯基四甲基二矽氧烷絡合物在二甲苯中的2滴溶液的混合物在室溫下混合24小時。混合物裝填到矽膠柱上，用乙酸乙酯(20vol％)和己烷(80vol％)的混合物洗脫。蒸發溶劑，得到產物，無色油(6.45g)，MW為534.85，粘度為32cP。用1H NMR和IR表徵這種油，與p-PDE結構一致。
實施例6-32
可聚合的組合物根據以下一般過程製備可聚合的組合物(實施例6-32)。光引發劑/穩定劑成分首先溶解在BisGMA中，得到的混合物與組合物的其他單體成分(BisEMA-6，UDMA，TEGDMA，和碳矽烷(選自實施例1-5))混合。所用的光引發劑/穩定劑成分的濃度(每百份BisGMA(即，樹脂)中的份數，phr)是CPQ(0.176phr)，EDMAB(1.55phr)，DPIHFP(0.517phr)，BHT(0.155phr)，和苯並三唑(1.552phr)。將共混的單體成分加填料成分STZ稱重到具有螺帽的MAX 20塑料混合杯(Flakteck，Landrum，SC)中，然後將封閉的杯子在烘箱中於85℃下加熱30分鐘。將杯子置於DAC 150 FV快速混合器(Flakteck)中，在3000rpm下旋轉混合1分鐘。將杯子在85℃下再加熱30分鐘，然後在3000rpm下再混合1分鐘，得到最終共混的組合物。每個實施例的各成分量列於表1中。表1中BisGMA的重量包括光引發劑/穩定劑成分的重量。
組合物性能分析根據所述測試方法對組合物樣品(實施例6-32)進行聚合收縮，耐壓強度和徑向拉伸強度分析。結果列於表2中。
所引述的專利、專利文獻和出版物以其全部內容作為參考，就好象每一個都獨立地引入一樣。很顯然，本領域所屬技術人員可以在本發明的精神和範圍內作出各種修改和變化。應該理解，本發明不意圖限制於示例性的實施方案和實施例，這種實施例和實施方案僅用於舉例說明本發明的範圍，本發明的範圍僅由所附的權利要求
限制。
權利要求
1.一種牙科組合物，其包括可聚合的含碳矽烷的單體，包括至少2個Si-亞芳基鍵，至少1個(甲基)丙烯酸酯部分，和沒有Si-O鍵；和不同於含碳矽烷的單體的可聚合的(甲基)丙烯酸酯成分。
2.如權利要求
1所述的牙科組合物，其中含碳矽烷的單體包括至少2個矽原子。
3.如權利要求
1或2所述的牙科組合物，其中含碳矽烷的單體具有下式(I) 其中Ar是亞芳基；每個A獨立地是脂肪族，環脂族，芳香族基團，或其組合；每個R獨立地是脂肪族基團，環脂族基團，或其組合，任選地包括一個或多個O，Br，Cl或Si原子，或其組合，可以包括雙環基團；每個Q獨立地是鍵，或脂肪族基團，環脂族基團，芳香族基團，或其組合，任選地包括一個或多個O，Br，Cl或Si原子，或其組合，可以包括雙環基團；每個R′獨立地是氫或甲基；和n至少是2。
4.如權利要求
1～3中任一項所述的牙科組合物，還包括填料體系。
5.如權利要求
1～4中任一項所述的牙科組合物，還包括引發劑體系。
6.如權利要求
1～5中任一項所述的牙科組合物，還包括添加劑，其選自著色劑，調味劑，藥物，穩定劑，粘度改性劑，稀釋劑，流動控制添加劑，觸變劑，聚合增稠劑，抗菌劑，和其組合。
7.如權利要求
1～6中任一項所述的牙科組合物，基於硬化前的組合物體積計，聚合收縮不大於2.0％。
8.如權利要求
1～7中任一項所述的牙科組合物，其中按組合物總重計，牙科組合物中的碳矽烷單體的總量為1wt-％～60wt-％。
專利摘要
碳矽烷單體，包括以下結構特徵至少2個Si－亞芳基鍵；至少1個(甲基)丙烯酸酯部分；沒有Si－O鍵；和優選地至少2個矽原子。
文檔編號A61K6/093GK1997334SQ20058002382
公開日2007年7月11日 申請日期2005年7月13日
發明者凱文·M·萊萬多夫斯基, 艾哈邁德·S·阿卜挨利亞曼, 巴布·N·加德丹, 蘇米塔·B·米特拉, 布賴恩·N·霍姆斯, 亞德裡恩·S·埃克特, 彼得·比辛格爾 申請人:3M創新有限公司, 3M埃斯佩股份公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan